KR20240001713A - 에너지 저장 디바이스 또는 에너지 변환 디바이스에 사용하기 위한 부품 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

에너지 저장 디바이스 또는 에너지 변환 디바이스에 사용하기 위한 부품은 제1 부분 및 제2 부분을 포함하고, 제1 부분은 세라믹 물질의 입자를 포함하고, 제2 부분은 복수의 두께 관통 구멍을 갖는 시트에 의해 제공된다. 제2 부분은 제1 부분에 적어도 부분적으로 임베딩된다.

Description

에너지 저장 디바이스 또는 에너지 변환 디바이스에 사용하기 위한 부품 및 이의 제조 방법
본 발명은 에너지 저장 디바이스 또는 에너지 변환 디바이스에 사용하기 위한 부품, 특히 배터리, 커패시터, 연료 전지(고체 산화물 연료 전지 및 폴리머 전해질 연료 전지 포함), 광기전 디바이스, 압전 디바이스, 또는 열전 변환기에 사용하기 위한 부품, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
배터리, 커패시터, 연료 전지(고체 산화물 연료 전지 및 폴리머 전해질 연료 전지 포함), 광기전 디바이스, 압전 디바이스, 또는 열전 변환기와 같은 에너지 저장 또는 에너지 변환 디바이스는 전형적으로 세라믹 입자의 소결을 통해 제조되는 부품을 포함한다. 그러나, 많은 경우에, 적절하게 소결된 부품을 생산하기 위해 고온(예를 들어, 1000℃ 초과)이 요구된다. 이러한 온도의 적용은 종종 바람직하지 않은 부작용, 예컨대 화학적 분해, 유해한 이차 상을 형성하기 위한 상이한 물질 사이의 반응, 및/또는 휘발성 종의 증발을 갖는다. 또한, 이러한 고온의 사용은 소결 공정 동안 디바이스의 다른 부품의 존재와 양립할 수 없다.
더 낮은 온도에서 세라믹 부품을 소결시키기 위한 공지된 방법은, 예를 들어, 본원에 참조로 포함되는 WO 2017/058727호에 기재된 바와 같은 냉간 소결이다. 냉간 소결은 입자 형태의 적어도 하나의 무기 화합물을, 무기 화합물을 부분적으로 가용화시킬 수 있는 용매로 습윤시키고; 후속하여 무기 화합물의 습윤된 입자에 압력 및 열을 가하여 용매를 증발시키고 무기 화합물을 고밀화시켜 소결된 물질을 형성시킴으로써 소결된 물질을 제조하기 위한 공정으로 정의될 수 있다. 전형적으로, 습윤된 입자는 대기압에서 용매의 비점 초과의 200℃ 이하의 온도로 가열된다. 특정 경우에, 습윤된 입자는 250℃ 이하의 절대 온도로 가열된다.
냉간 소결의 사용을 가능하게 하는 에너지 저장 또는 에너지 변환 디바이스의 부품에 대한 제조 절차를 개발하는 것이 바람직하다.
특히, 고체-상태 리튬-이온 배터리 셀과 같은 배터리 셀의 부품에 대한 이러한 제조 절차를 개발하는 것이 바람직하다.
고체-상태 리튬-이온 배터리 셀은 방전 동안 리튬 이온(Li+)이 음극(애노드)에서 양극(캐소드)으로 이동하고 충전시 다시 되돌아오는 재충전 가능한 배터리 셀의 유형이다. 전극은 각각 리튬 이온을 가역적으로 저장할 수 있고, 이온 수송을 가능하게 하는 고체 벌크 전해질에 의해 분리된다.
집전체, 계면 개질제 및/또는 캡슐화 또는 다른 보호 요소와 같은 추가 부품이 또한 제공될 수 있다. 특정 경우에, 음극은 배터리 셀의 조립 직후에 배터리 셀에 존재하지 않고, 대신에 배터리 셀의 초기 충전 동안 형성된 리튬 애노드로서 제공된다.
고체-상태 배터리 셀은 액체 전해질 리튬-이온 배터리 셀에 비해 증가된 에너지 밀도, 증가된 전력 밀도, 낮은 누설 전류 및/또는 감소된 가연성과 같은 다수의 이점을 제공할 수 있다. 따라서, 고체-상태 배터리 셀은, 예를 들어, 전기 자동차 및 소비자 전자 제품에 사용하기 위해 고려되었다.
(예를 들어, 전기 자동차에 사용하기 위한) 대형 포맷 고체 상태 배터리 셀의 경우, 전극과 같은 부품은 전형적으로 구성성분 물질의 입자의 소결을 통해 제조된다. 일반적으로 에너지 저장 및 에너지 변환 디바이스와 관련하여 상기 기재된 이유 때문에 소결 온도를 감소시키고, 추가로 또는 대안적으로 소결 동안 Li의 증발 손실을 감소시키는 것을 돕는 것이 바람직하다.
이전의 냉간 소결 공정은 무기 화합물의 입자와 용매의 혼합물에 압력 및 열을 가하는 한편, 혼합물을 다이에 유지시키는 것을 포함하였다. 그러나, 에너지 저장 또는 에너지 변환 디바이스의 부품을 제조할 때, 이러한 방식으로 다이를 사용하는 것은, 제공될 수 있는 디바이스의 크기를 제한하고/거나 디바이스의 층 두께를 정밀하게 제어하는 것을 더 어렵게 만드는 것으로 생각되기 때문에 바람직하지 않다. 대신, 다이 벽과 같은 측방향 제약의 존재 없이 입자-용매 혼합물에 일축 압력을 가하는 것이 바람직하다.
그러나, 그 결과, 혼합물은 소결 공정 동안 압력 하에 놓일 때 측방향으로 팽창하는 경향이 있고, 이는 압력이 제거될 때 소결된 부품의 이완이 뒤따르는 경향이 있다. 결과적으로, 소결된 부품은 압력이 제거될 때 하부 기판으로부터 분리될 수 있다. 이는, 예를 들어, 배터리 셀용 전극이 배터리 셀의 집전체의 상부에서 직접 소결되는 1-단계 절차를 사용하지 못할 수 있다.
놀랍게도, 이러한 문제는 입자-용매 혼합물을 메쉬 상에, 또는 보다 일반적으로, 복수의 두께 관통 구멍(through-thickness aperture)을 갖는 기판 상에 위치시킴으로써 감소될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 어레인지먼트(arrangement)는 입자-용매 혼합물이 압력 하에 놓여지고 소결될 때 입자가 기판의 구멍 내로 침투하여, 생성된 소결된 부품이 압력이 제거된 후에도 기판에 부착된 채로 남아 있게 할 수 있는 것으로 생각된다. 소결된 부품에 기판을 부분적으로 또는 전체적으로 임베딩하는 단계는 또한 부품을 강화시키는 데 도움이 될 수 있는 것으로 생각된다.
따라서, 제1 양태에서, 본 발명은 에너지 저장 디바이스 또는 에너지 변환 디바이스에서 사용하기 위한 부품을 제공할 수 있고, 부품은 제1 부분 및 제2 부분을 포함하고, 제1 부분은 세라믹 물질의 입자를 포함하고, 제2 부분은 복수의 두께 관통 구멍을 갖는 시트에 의해 제공되고;
제2 부분은 제1 부분에 적어도 부분적으로 임베딩된다.
제2 부분은 제1 부분에 부분적으로 또는 전체적으로 임베딩될 수 있다.
예를 들어, 제2 부분은 5 내지 200 ㎛의 범위의 깊이로 임베딩될 수 있다. 이 경우, 5 내지 200 ㎛의 범위는 제2 부분과 제1 부분의 인접 면 사이에 놓인 제1 부분의 부분의 두께를 나타낸다. 특정 경우에, 제2 부분은 5 내지 100 ㎛의 범위의 깊이로 임베딩될 수 있다. 특정 경우에, 제2 부분은 5 내지 50 ㎛의 범위의 깊이로 임베딩될 수 있다.
전형적으로, 부품은 복수의 두께 관통 구멍을 갖는 시트가 부분적으로 또는 전체적으로 임베딩된 소결된 세라믹-함유 바디를 포함한다.
세라믹이라는 용어는 무기, 비금속 물질을 지칭한다. 세라믹 물질은 전극 활물질; 전해질; 압전 물질; 광기전 물질; 및 열전 물질로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 의심의 여지를 피하기 위해, 다른 물질, 예를 들어, 추가 세라믹 물질의 입자가 또한 부품의 제1 부분에 존재할 수 있다.
전형적으로, 부품은 전극이다.
특정 경우에, 부품은 고체 상태 배터리 셀과 같은 배터리 셀용 전극일 수 있다. 이러한 경우에, 전극은 70 내지 1000 ㎛의 범위의 두께를 가질 수 있다.
특정 경우에, 부품은 액체 전해질을 포함하는 배터리 셀용 전극일 수 있다. 이러한 경우에, 배터리 셀의 전극은 다공성 폴리머 막과 같은 세퍼레이터에 의해 분리될 수 있는 한편, 액체 전해질은 전극들 사이에서, 특정 경우에는 전극들 내에서 이온 수송을 가능하게 하는 이온-전도성 매질을 제공한다. 부품의 제1 부분이 소결된 세라믹-함유 바디인 경우, 이는 전형적으로 전극으로서 사용될 때 액체 전해질이 부품 내로 침투할 수 있도록 하기에 충분한 다공도를 제공하여, 배터리 내의 이온 수송을 향상시키고 내부 저항을 감소시킨다.
특정 경우에, 부품은 배터리 셀용 전극일 수 있고, 세라믹 물질은 전극 활물질일 수 있다. 전극 활물질은 양극 활물질 또는 음극 활물질일 수 있다.
양극 활물질은 리튬-함유 물질, 나트륨-함유 물질, 또는 마그네슘-함유 물질일 수 있다. 일반적으로, 양극 활물질은 리튬-함유 물질이다.
양극 활물질의 입자는 리튬 니켈 코발트 알루미늄 옥사이드(LiNixCoyAlzO2, 여기서 x>0; y>0; z>0 및 x+y+z = 1); 리튬 코발트 옥사이드(LiCoO2); 리튬 철 포스페이트(LiFePO4); 리튬 망간 니켈 옥사이드(LiMn1.5Ni0.5O4); 리튬 코발트 포스페이트(LiCoPO4); 리튬 니켈 코발트 망간 옥사이드(LiNixCoyMnzO2, 여기서 x>0; y>0; z>0 및 x+y+z = 1); 바나듐 옥사이드(V2O5); LiVOPO4; Li3V2(PO4)3, 및 LiMPO4(여기서, M = Ni 또는 Mn)으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 양극 활물질을 포함할 수 있다.
음극 활물질의 입자는 리튬 티타네이트 옥사이드(Li4Ti5O12 또는 Li2TiO3) 및 주석 옥사이드로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 음극 활물질을 포함할 수 있다.
특정 경우에, 전극 활물질의 입자는 제2 전극 활물질에 의해 코팅된 제1 전극 활물질을 포함할 수 있다.
특정 경우에, 부품의 제2 부분은 전자 전도성 물질의 시트에 의해 제공된다.
예를 들어, 제2 부분은 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있다. 금속 또는 금속 합금은 철, 강(스테인리스강 포함, 즉, 적어도 10 wt%의 크롬을 함유하는 강), 니켈, 적어도 50 wt%의 니켈을 함유하는 니켈-기반 합금, 구리, 적어도 50 wt%의 구리를 함유하는 구리-기반 합금, 알루미늄, 적어도 50 wt%의 알루미늄을 함유하는 알루미늄-기반 합금, 백금, 및 적어도 50 wt%의 백금을 함유하는 백금-기반 합금으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 따라서, 제2 부분은 철, 니켈, 구리, 알루미늄, 티탄, 및 백금으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 원자 원소를 포함하는 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있다.
부품이 배터리 셀용 전극인 경우, 부품의 제2 부분에 대한 전자 전도성 물질의 시트의 사용은 제2 부분이 배터리 셀의 집전체로서 기능하도록 할 수 있다. 두께 관통 구멍을 갖는 집전체를 제공함으로써, 집전체의 중량이 감소될 수 있다. 따라서, 배터리 셀의 에너지 밀도가 증가될 수 있다. 또한, 시트가 부품의 제1 부분에 부분적으로 또는 전체적으로 임베딩되기 때문에, 전극 활물질과 시트 사이의 계면 접촉 면적이, 집전체가 전극과의 평면 계면을 갖는 개별 층으로서 제공되는 구성에 비해 증가될 수 있다. 따라서, 배터리 셀의 내부 저항이 감소될 수 있다.
다른 경우에, 부품의 제2 부분은 폴리머 물질을 포함할 수 있다. 이러한 시트의 존재는 부품을 강화시키는 데 도움이 될 수 있다.
특정 경우에, 부품의 제2 부분은 0.005 내지 0.1 g/㎠의 범위의 단위 면적당 중량을 갖는다. 특정 경우에, 제2 부분은 0.01 내지 0.05 g/㎠의 범위의 단위 면적당 중량을 갖는다. 전형적으로, 제2 부분은 0.1 g/㎠ 미만, 바람직하게는 0.05 g/㎠ 미만, 더욱 바람직하게는 0.04 g/㎠ 미만의 단위 면적당 중량을 갖는다.
바람직하게는, 제2 부분은 50 내지 300 ㎛의 범위의 최대 두께를 갖는다. 제2 부분이 직조 메쉬인 경우, 최대 두께는 메쉬의 2개의 스트랜드가 교차하는 지점에 있을 수 있다.
전형적으로, 제2 부분의 두께 관통 구멍은 규칙적인 어레이로 배열된다. 예를 들어, 두께 관통 구멍은 그리드로 배열될 수 있다.
의심의 여지를 없애기 위해, 용어 "두께 관통 구멍"은 시트의 제1 면으로부터 시트의 제2 대향 면으로 직접, 시트의 횡방향으로 연장되는 구멍으로 정의될 수 있다.
특정 경우에, 복수의 두께 관통 구멍을 갖는 시트는 격자와 같은 복수의 두께 관통 천공을 갖는 시트에 의해 제공될 수 있다.
그러나, 일반적으로, 제2 부분은 직조 메쉬에 의해 제공된다. 일반적으로 금속 또는 금속 합금의 스트랜드를 포함하는 직조 메쉬는 스트랜드에 수직인 방향으로 측정된 단위 거리 당 상이한 수의 스트랜드를 갖는 상이한 종류로 상업적으로 입수 가능하다. 메쉬가 단위 거리당 적은 수의 스트랜드를 가질 때, 개별 스트랜드는 높은 두께를 갖는 경향이 있고, 따라서 단위 면적당 메쉬 중량은 높은 경향이 있다. 따라서, 일반적으로 단위 거리당 매우 적은 수의 스트랜드를 갖는 메쉬를 피하는 것이 바람직하다. 반대로, 메쉬가 단위 거리 당 많은 수의 스트랜드를 갖는 경우, 스트랜드 사이의 갭이 작을 수 있고, 제2 부분이 제1 부분에 단단히 임베딩된 부품을 제공하는 것이 어려울 수 있다.
전형적으로, 직조 메쉬는 스트랜드에 수직인 방향으로 측정될 때 cm 당 5 내지 500개의 스트랜드를 갖는다. 특정 경우에, 직조 메쉬는 스트랜드에 수직인 방향으로 측정될 때 cm 당 30 내지 250개의 스트랜드를 갖는다. 다른 경우에, 직조 메쉬는 스트랜드에 수직인 방향으로 측정될 때 cm 당 30 내지 100개의 스트랜드를 갖는다.
일반적으로, 제2 부분의 두께 관통 구멍은 전극의 제조 동안 세라믹 물질의 입자에 의해 침투될 수 있는 크기를 갖는 것이 바람직하다.
전형적으로, 세라믹 물질의 입자는 ISO 13320:2020에 따라 입자의 액체 분산액의 레이저 회절을 사용하여 측정된, 10 nm 내지 50 ㎛의 범위의 d50 크기를 갖는다. 예를 들어, 세라믹 물질의 입자는 100 nm 내지 40 ㎛의 범위의 d50 크기를 가질 수 있다. 특정 경우에, 세라믹 물질의 입자는 1 내지 40 ㎛의 범위의 d50 크기를 가질 수 있다. 특정 경우에, 세라믹 물질의 입자는 2 내지 20 ㎛의 범위의 d50 크기를 가질 수 있다.
따라서, 제2 부분의 두께 관통 구멍은 전형적으로 10 내지 1000 ㎛의 범위의 폭을 갖는다. 예를 들어, 구멍은 10 내지 200 ㎛의 범위의 폭을 가질 수 있다.
더 작은 구멍은 더 얇고 따라서 더 가벼운 시트가 제2 부분으로서 제공되는 것을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 특정 경우에, 구멍은 50 내지 200 ㎛의 범위의 폭을 갖는다.
구멍의 폭은 제2 부분을 제공하는 시트의 면에서 구멍의 더 작은 치수이다. 전형적으로, 구멍은 정사각형 형상을 갖는다. 이러한 경우에, 구멍의 폭은 정사각형의 한 변의 길이에 상응한다. 특정 경우에, 구멍은 원형일 수 있다. 이러한 경우에, 개구의 폭은 원의 직경에 상응한다. 특정 경우에, 구멍은 직사각형 형상을 가질 수 있다. 이러한 경우에, 구멍의 폭은 직사각형의 더 짧은 변의 길이에 상응한다.
전형적으로, 부품이 배터리 셀용 전극이고 세라믹 물질이 전극 활물질인 경우, 제1 부분은 전극 활물질의 입자 사이에 분포된 이온-전도성 구성성분을 추가로 포함한다. 이온-전도성 구성성분은 리튬-함유 물질, 나트륨-함유 물질, 또는 마그네슘-함유 물질일 수 있다. 일반적으로, 이온-전도성 구성성분은 리튬-함유 물질이다.
이온-전도성 구성성분은 LAGP(Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3); LATP(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3); NASICON(Na1+xZr2SixP3-xO12, 여기서 0<x<3); LISICON(Li2+2xZn1-xGeO4, 여기서 0<x<1); 오하라 리튬 이온 전도성 유리 세라믹(LICGC™); 및 화학식 LiALaBMCZrDOE(여기서 4<A<8.5, 1.5<B<4, 0≤C≤2, 0≤D<2, 10<E<13이고 M = Al, Mo, W, Nb, Sb, Ca, Ba, Sr, Ce, Hf, Rb 또는 Ta)를 갖는 화합물을 포함하는 리튬 함유 가넷으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다.
이온-전도성 구성성분은 적어도 하나의 전해질 염, 예를 들어, LiTFSI(리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드); LiFSI(리튬 비스(플루오로설포닐)이미드) 및 리튬 퍼클로레이트로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 염을 추가적으로 포함할 수 있다.
전형적으로, 이온-전도성 구성성분은 25℃에서 임피던스 분광법을 통해 측정된, 적어도 10-8 Scm-1의 이온 전도도를 갖는다. 특정 구체예에서, 이온 전도성 구성성분의 이온 전도도는 적어도 10-6 Scm-1일 수 있다. 특정 구체예에서, 이온 전도성 구성성분의 이온 전도도는 적어도 10-5 Scm-1일 수 있다. 특정 구체예에서, 이온 전도성 구성성분의 이온 전도도는 적어도 10-4 Scm-1일 수 있다.
이온-전도성 구성성분은 전형적으로 전극 활물질의 입자의 총 부피에 대해 10 내지 50 부피%의 양으로 제1 부분에 존재한다. 특정 경우에, 이온-전도성 구성성분은 전극 활물질의 입자의 총 부피에 대해 20 내지 40 부피%의 양으로 제1 부분에 존재한다.
제2 부분이 전자-전도성 물질의 시트에 의해 제공되고, 부품이 배터리 셀용 전극이고, 세라믹 물질이 전극 활물질인 경우, 전극에서 이러한 시트의 존재는 제1 부분의 전극 활물질의 입자들 사이에 분포된 추가의 전자-전도성 구성성분에 대한 요건을 감소시키거나 심지어 제거할 수 있는 것으로 생각된다. 따라서, 전극의 에너지 밀도가 증가될 수 있다. 예를 들어, 전극 활물질의 입자 사이에 분포된 임의의 추가적인 전자-전도성 구성성분의 양은 전극 활물질의 입자의 총 부피에 대해 10 부피% 미만일 수 있다. 바람직하게는, 전극 활물질의 입자 사이에 분포된 임의의 추가의 전자-전도성 구성성분의 양은 전극 활물질의 입자의 총 부피에 대해 5 부피% 미만일 수 있다. 보다 바람직하게는, 전극 활물질의 입자 사이에 분포된 임의의 추가의 전자-전도성 구성성분의 양은 전극 활물질의 입자의 총 부피에 대해 2 부피% 미만일 수 있다. 훨씬 더 바람직하게는, 전극 활물질의 입자 사이에 분포된 임의의 추가의 전자-전도성 구성성분의 양은 전극 활물질의 입자의 총 부피에 대해 1 부피% 미만일 수 있다.
존재하는 경우, 추가의 전자-전도성 구성성분은 전형적으로 25℃에서 DC 붕괴 측정을 통해 결정된, 적어도 10-4 Scm-1의 전자 전도도를 갖는다. 특정 구체예에서, 추가적인 전자-전도성 구성성분의 전자 전도도는 적어도 10-3 Scm-1일 수 있다. 특정 구체예에서, 추가적인 전자-전도성 구성성분의 전자 전도도는 적어도 10-2 Scm-1일 수 있다. 특정 구체예에서, 추가적인 전자-전도성 구성성분의 전자 전도도는 적어도 10-1 Scm-1일 수 있다. 특정 구체예에서, 추가적인 전자-전도성 구성성분의 전자 전도도는 적어도 1 Scm-1일 수 있다. 특정 구체예에서, 추가적인 전자-전도성 구성성분의 전자 전도도는 적어도 10 Scm-1일 수 있다.
존재하는 경우, 전자-전도성 구성성분은 전형적으로 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 활성탄, 탄소 나노튜브, 탄소 섬유 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택될 수 있는 탄소 물질에 의해 제공된다. 대안적으로, 전자-전도성 구성성분은 금속 물질에 의해 제공될 수 있다.
일반적으로, 부품이 배터리 셀용 전극이고 세라믹 물질이 전극 활물질인 경우, 전극 활물질의 입자는 제1 부분의 부피에 대해 적어도 50 부피%의 양으로 제1 부분에 존재한다. 일반적으로, 제1 부분이 배터리 셀의 용량을 증가시키기 위해 다량의 전극 활물질을 함유하는 것이 바람직하다. 따라서, 특정 경우에, 전극 활물질의 입자는 제1 부분의 부피에 대해 적어도 60 부피%의 양으로 제1 부분에 존재한다. 특정 경우에, 전극 활물질의 입자는 제1 부분의 부피에 대해 적어도 70 부피%의 양으로 제1 부분에 존재한다. 특정 경우에, 전극 활물질의 입자는 제1 부분의 부피에 대해 적어도 80 부피%의 양으로 제1 부분에 존재한다. 따라서, 예를 들어, 전극 활물질의 입자는 제1 부분의 부피에 대해 50 내지 80 부피%의 양으로 제1 부분에 존재할 수 있다.
의심의 여지를 없애기 위해, 제1 부분의 물질의 부피 백분율은 제2 부분이 내부에 임베딩되지 않은 제1 부분의 해당 부분에 대해 인용된다.
일반적으로, 부품은 시트보다 더 두껍다. 전형적으로, 부품의 두께는 시트의 두께보다 적어도 30% 더 두껍다. 특정 경우에, 부품의 두께는 시트의 두께보다 적어도 50% 더 두껍다. 또 다른 경우에, 부품의 두께는 시트의 두께보다 적어도 80% 더 두껍다. 의심의 여지를 없애기 위해, 부품의 두께는 시트의 두께와 동일한 방향으로 측정된다.
제2 양태에서, 본 발명은 본 발명의 제1 양태에 따른 부품을 제조하는 방법으로서,
복수의 두께 관통 구멍을 갖는 시트를 제공하는 단계;
세라믹 물질의 입자를 액체 상과 조합하여 슬러리를 형성하는 단계;
슬러리를 복수의 두께 관통 구멍을 갖는 시트 상에 증착시키는 단계;
슬러리를 시트 상에 증착시킨 후, 세라믹 물질의 입자를 세라믹 물질을 부분적으로 가용화시키도록 구성된 용매로 습윤시키는 단계; 및
입자에 압력 및 열을 가하여 용매를 증발시키고 세라믹 물질을 고밀화시킴으로써 세라믹 물질의 습윤된 입자를 소결시키는 단계로서, 소결 온도는 상기 용매의 비점보다 200℃ 이상 높지 않은 단계를 포함하는, 방법을 제공할 수 있다.
의심의 여지를 피하기 위해, 습윤된 입자에 압력 및 열을 동시에 가하여 용매를 증발시키고 세라믹 물질을 고밀화시킨다. 또한, 세라믹 물질의 입자를 세라믹 물질을 부분적으로 가용화시키도록 구성된 용매로 습윤시키는 단계는 세라믹 물질의 입자를 세라믹 물질을 부분적으로 가용화시키는 용매로 습윤시키는 단계에 효과적으로 대응할 수 있다.
전형적으로, 세라믹 물질의 입자를 용매로 습윤시키는 단계는 용매의 증기 형태로 또는 분무 공정에 의해 용매를 입자에 적용하는 것을 포함한다.
일반적으로, 액체 상은 폴리머 결합제 상을 포함하고, 방법은 슬러리를 시트 상에 증착시키는 단계 후 및 세라믹 물질의 입자를 용매로 습윤시키는 단계 전에, 슬러리 중 폴리머 결합제 상의 농도를 감소시키기 위해 슬러리를 가열하는 단계를 추가로 포함한다. 이 단계는 전형적으로 약 20분 이하의 시간 동안 180 내지 260℃의 범위의 온도에서 슬러리를 유지하는 것을 포함한다.
전형적으로, 액체 상은 폴리카보네이트와 같은 유기 매질에 용해된 폴리머 결합제 상을 포함한다. 일반적으로, 유기 매질은 비수성이다.
전형적으로, 소결 온도는 용매의 비점보다 150℃ 이상 높지 않다. 특정 경우에, 소결 온도는 용매의 비점보다 100℃ 이상 높지 않다. 용매의 비점은 대기압에서의 비점을 지칭한다.
전형적으로, 소결 온도는 300℃ 이하이다. 특정 경우에, 소결 온도는 250℃ 이하이다. 특정 경우에, 소결 온도는 225℃ 이하이다. 특정 경우에, 소결 온도는 200℃ 이하이다. 특정 경우에, 소결 온도는 175℃ 이하이다. 특정 경우에, 소결 온도는 150℃ 이하이다.
일반적으로, 소결 온도는 적어도 50℃이다. 특정 경우에, 소결 온도는 적어도 100℃이다. 따라서, 소결 온도는 50 내지 300℃, 예를 들어, 50 내지 250℃, 50 내지 225℃, 50 내지 200℃, 50 내지 175℃, 또는 50 내지 150℃의 범위일 수 있다. 대안적으로, 소결 온도는 100 내지 250℃, 예를 들어, 100 내지 225℃, 100 내지 200℃, 100 내지 175℃, 또는 100 내지 150℃의 범위일 수 있다. 의심의 여지를 없애기 위해, 소결 온도는 소결 단계 동안 도달된 최대 온도이다.
전형적으로, 가해진 압력은 300 MPa 이하이다. 특정 경우에, 가해진 압력은 200 MPa 이하이다. 특정 경우에, 가해진 압력은 150 MPa 이하이다. 특정 경우에, 가해진 압력은 100 MPa 이하이다. 특정 경우에, 가해진 압력은 50 MPa 이하이다.
일반적으로, 가해진 압력은 적어도 10 MPa이다. 특정 경우에, 가해진 압력은 적어도 20 MPa이다. 따라서, 가해진 압력은 10 내지 300 MPa, 예를 들어, 10 내지 200 MPa, 10 내지 150 MPa, 10 내지 100 MPa, 또는 10 내지 50 MPa의 범위일 수 있다. 대안적으로, 가해진 압력은 20 내지 300 MPa, 예를 들어, 20 내지 200 MPa, 20 내지 150 MPa, 20 내지 100 MPa, 또는 20 내지 50 MPa의 범위일 수 있다.
전형적으로, 용매를 증발시키고 세라믹 물질을 고밀화시키기 위해 입자에 압력 및 열을 가함으로써 세라믹 물질의 입자를 소결시키는 단계는 60분 이하가 소요된다. 특정 경우에, 이 단계는 30분 이하가 소요된다. 특정 경우에, 이 단계는 20분 이하가 소요된다.
일반적으로, 이 단계는 적어도 5분이 소요된다. 따라서, 이 단계에 필요한 시간은 5 내지 60분, 예를 들어, 5 내지 30분 또는 5 내지 20분의 범위일 수 있다.
전형적으로, 슬러리는 마스크를 통해 복수의 두께 관통 구멍을 갖는 시트 상에 증착된다.
특정 경우에, 슬러리는 시트-대-시트 공정에 의해 복수의 두께 관통 구멍을 갖는 시트 상에 증착된다. 시트-대-시트 공정은 전형적으로 간헐적 공정이며, 테이프-캐스팅 또는 스크린-프린팅 공정과 같은 공정을 포함할 수 있다. 다른 경우에, 증착 공정은 롤-투-롤 공정일 수 있다. 롤-투-롤 공정은 전형적으로 연속 공정이며, 콤마 바, K-바, 닥터 블레이드, 슬롯 다이, 플렉소그래픽, 그라비아, 요판 및 리소그래피 코팅 방법과 같은 공정을 포함할 수 있다. 이러한 공정에 대한 상세한 설명 및 요건은 본원에 참조로서 포함되는, 문헌["The Printing Ink Manual" R.H. Leach and R.J. Pierce eds. 5th ed 1993 (ISBN 0 9448905 81 6)]에 기재되어 있다.
특정 경우에, 복수의 두께 관통 구멍을 갖는 시트는 전자-전도성 물질의 시트이다.
특정 경우에, 용매는 수성 용매일 수 있다. 특정 경우에, 용매는 유기 용매일 수 있다. 일반적으로, 용매는 물, 아세트산, 폴리카보네이트, 디메틸포름아미드 및 벤질 알코올로 구성된 군으로부터 선택된다.
특정 경우에, 부품은 배터리 셀용 전극이고 세라믹 물질은 전극 활물질이다. 이러한 경우에, 슬러리는 이온-전도성 물질, 예컨대, LAGP(Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3); LATP(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3); NASICON(Na1+xZr2SixP3-xO12, 여기서 0<x<3); LISICON(Li2+2xZn1-xGeO4, 여기서 0<x<1); 오하라 리튬 이온 전도성 유리 세라믹(LICGC™); 화학식 LiALaBMCZrDOE(여기서 4<A<8.5, 1.5<B<4, 0≤C≤2, 0≤D<2, 10<E<13이고 M = Al, Mo, W, Nb, Sb, Ca, Ba, Sr, Ce, Hf, Rb 또는 Ta)를 갖는 화합물을 포함하는 리튬 함유 가넷, 및 이들의 혼합물의 입자를 추가로 포함할 수 있다. 일반적으로, 이온-전도성 물질은 리튬-함유 물질, 나트륨-함유 물질, 또는 마그네슘-함유 물질일 수 있다. 전형적으로, 이온-전도성 물질은 리튬-함유 물질이다.
특정 경우에(특히 부품이 배터리 셀용 전극이고 세라믹 물질이 전극 활물질인 경우), 슬러리는 또한 하나 이상의 전해질 염, 예를 들어, LiTFSI(리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드); LiFSI(리튬 비스(플루오로설포닐)이미드), 리튬 퍼클로레이트, 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 염을 포함할 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 전해질 염은 세라믹 물질의 입자를 습윤시키기 위해 사용되는 용매에 용해될 수 있다.
특정 경우에(특히 부품이 배터리 셀용 전극이고 세라믹 물질이 전극 활물질인 경우), 슬러리는 또한 고체 전자-전도성 구성성분을 포함할 수 있다. 그러나, 슬러리가 증착되는 시트가 전자-전도성 물질의 시트인 경우, 슬러리 중 고체 전자-전도성 구성성분의 양이 감소될 수 있는 것으로 생각된다. 예를 들어, 고체 전자-전도성 구성성분의 양은 세라믹 물질(전극 활물질일 수 있음)의 입자의 총 부피에 대해 10 부피% 미만일 수 있다. 바람직하게는, 고체 전자-전도성 구성성분의 양은 세라믹 물질(전극 활물질일 수 있음)의 입자의 총 부피에 대해 5 부피% 미만일 수 있다. 바람직하게는, 고체 전자-전도성 구성성분의 양은 세라믹 물질(이는 전극 활물질일 수 있음)의 입자의 총 부피에 대해 2 부피% 미만일 수 있다. 바람직하게는, 고체 전자-전도성 구성성분의 양은 세라믹 물질(이는 전극 활물질일 수 있음)의 입자의 총 부피에 대해 1 부피% 미만일 수 있다.
슬러리가 증착되는 시트는 본 발명의 제1 양태에 따른 부품의 제2 부분의 하나 이상의 특징을 가질 수 있다.
세라믹 물질의 입자는 본 발명의 제1 양태에 따른 전극에 존재하는 세라믹 물질의 입자의 하나 이상의 특징을 가질 수 있다. 의심의 여지를 피하기 위해, 다른 물질, 예를 들어, 추가 세라믹 물질의 입자가 또한 슬러리에 존재할 수 있다.
전형적으로, 세라믹 물질의 입자는 ISO 13320:2020에 따라 입자의 액체 분산액의 레이저 회절을 사용하여 측정된, 2 내지 50 ㎛의 범위의 d50 크기를 갖는다. 예를 들어, 세라믹 물질의 입자는 2 내지 40 ㎛의 범위의 d50 크기를 가질 수 있다. 특정 경우에, 세라믹 물질의 입자는 5 내지 40 ㎛의 범위의 d50 크기를 가질 수 있다. 특정 경우에, 세라믹 물질의 입자는 5 내지 20 ㎛의 범위의 d50 크기를 가질 수 있다.
제3 양태에서, 본 발명은 본 발명의 제1 양태에 따른 부품을 제조하는 방법으로서,
복수의 두께 관통 구멍을 갖는 시트를 제공하는 단계;
세라믹 물질의 입자를 용매와 조합하여 슬러리를 형성하는 단계로서, 용매는 세라믹 물질을 가용화시키도록 구성되는 단계;
슬러리를 복수의 두께 관통 구멍을 갖는 시트 상에 증착시키는 단계;
슬러리에 압력 및 열을 가하여 용매를 증발시키고 세라믹 물질을 고밀화시킴으로써 세라믹 물질의 입자를 소결시키는 단계로서, 소결 온도는 용매의 비점보다 200℃ 이상 높지 않은 단계를 포함하는 방법을 제공할 수 있다.
의심의 여지를 피하기 위해, 압력 및 열은 슬러리에 존재하는 세라믹 물질의 입자와 용매의 혼합물에 동시에 가해진다.
전형적으로, 슬러리는 폴리머 결합제를 추가로 포함하고, 방법은 세라믹 물질을 고밀화시키기 위해 슬러리를 소결하는 단계 후에, 고밀화된 물질에서 폴리머 결합제 상의 농도를 감소시키기 위해, 고밀화된 물질을 소결 온도 초과의 온도로 가열하는 단계를 추가로 포함한다. 이 단계는 전형적으로 고밀화된 물질을 180 내지 260℃의 범위의 온도에서 약 20분 이하의 시간 동안 유지하는 것을 포함한다.
본 발명의 제3 양태에 따른 방법은 본 발명의 제2 양태에 따른 방법에 비해, 단지 하나의 용매만이 필요하다는 이점을 가질 수 있는 반면, 제2 양태에 따른 방법은 별개의 단계로 제공되는 용매 및 액체상을 필요로 한다. 그러나, 존재하는 임의의 폴리머 결합제 상의 농도를 감소시키기 위해 열을 가하는 선택적인 단계는 이 단계가 세라믹 물질의 고밀화 후에 수행되는 경우 더 많은 주의를 요할 수 있는 것으로 생각된다.
본 발명의 제3 양태에 따른 방법은, 예를 들어, 소결 온도, 가해진 압력, 소결 시간, 슬러리를 시트 상에 증착시키는 방법, 및 사용된 물질의 양 및 유형과 관련되는, 본 발명의 제2 양태에 따른 방법의 선택적인 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제4 양태에서, 본 발명은 본 발명의 제1 양태에 따른 부품을 제조하는 방법으로서,
복수의 두께 관통 구멍을 갖는 시트를 제공하는 단계;
세라믹 물질의 입자를 용매와 조합하여 슬러리를 형성하는 단계로서, 용매가 세라믹 물질을 부분적으로 가용화시키도록 하는 단계;
슬러리를 복수의 두께 관통 구멍을 갖는 시트 상에 증착시키는 단계;
슬러리에 압력 및 열을 동시에 가하여 용매를 증발시키고 세라믹 물질을 고밀화시킴으로써 세라믹 물질의 입자를 소결시키는 단계로서, 소결 온도는 용매의 비점보다 200℃ 이상 높지 않은 단계를 포함하는 방법을 제공할 수 있다.
의심의 여지를 피하기 위해, 압력 및 열은 슬러리에 존재하는 세라믹 물질의 입자와 용매의 혼합물에 동시에 가해진다.
전형적으로, 슬러리는 폴리머 결합제를 추가로 포함하고, 방법은 세라믹 물질을 고밀화시키기 위해 슬러리를 소결하는 단계 후에, 고밀화된 물질에서 폴리머 결합제 상의 농도를 감소시키기 위해, 고밀화된 물질을 소결 온도 초과의 온도로 가열하는 단계를 추가로 포함한다. 이 단계는 전형적으로 고밀화된 물질을 180 내지 260℃의 범위의 온도에서 약 20분 이하의 시간 동안 유지하는 것을 포함한다.
본 발명의 제4 양태에 따른 방법은, 예를 들어, 소결 온도, 가해진 압력, 소결 시간, 시트 상에 슬러리를 증착시키는 방법, 및 사용된 물질의 양 및 유형과 관련되는, 본 발명의 제2 양태에 따른 방법의 선택적인 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제5 양태에서, 본 발명은 에너지 저장 디바이스 또는 에너지 변환 디바이스에서 사용하기 위한 부품을 제공할 수 있고, 부품은 본 발명의 제2, 제3, 또는 제4 양태에 따른 방법을 통해 수득되거나 수득될 수 있다.
부품은 배터리 셀용 전극일 수 있다.
제6 양태에서, 본 발명은 본 발명의 제1 또는 제5 양태에 따른 부품을 포함하는 에너지 저장 디바이스 또는 에너지 변환 디바이스를 제공할 수 있다. 디바이스는 배터리, 커패시터, 연료 전지(고체 산화물 연료 전지 및 폴리머 전해질 연료 전지 포함), 광기전 디바이스, 압전 디바이스, 및 열전 변환기로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
특정 경우에, 디바이스는 본 발명의 제1 또는 제5 양태에 따른 부품에 의해 제공되는 전극, 및 전극의 면에 배치된 전해질 층을 포함하는 배터리 셀일 수 있다.
전형적으로, 전해질 층은 제2 부분으로부터 원위인 전극의 면 상에 배치된다.
본 발명은 이제 하기 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다.
도 1a 내지 도 1f는 각각 실시예 1, 2, 3, 8, 4, 및 5의 단면도의 주사 전자 현미경사진을 보여준다.
도 2는 실시예 3의 캐소드를 포함하는 배터리 셀에 대한 사이클 수에 대한 표준화된 용량의 그래프이다.
도 3은 실시예 3의 캐소드를 포함하는 배터리 셀에 대한 시간에 대한 전압의 그래프이다.
도 4는 메쉬 크기에 대한 단위 면적당 메쉬 중량의 그래프이다.
캐소드 제조
표 1에 제시된 구성성분으로부터 슬러리를 제조하였다. 먼저, 결합제 및 전해질 염을 용매에 용해시킨 다음, 용매를 나머지 구성성분과 혼합하였다. 혼합 공정을 초기에 1000 rpm에서 10분 동안, 이어서 800 rpm에서 5분 동안 유성 볼 믹서에서 수행하였다.
표 1
2개의 NMC 등급을 사용하였고, 이들의 특성은 표 2에 제시되어 있다. 입자 크기 분석은 ISO 13320:2020에 따라 입자의 액체 분산액의 레이저 회절을 사용하여 수행하였다.
표 2
500 ㎛의 두께 및 30 내지 35 mm 직경의 개구를 갖는 마스크를 통해 직조 금속 메쉬 상에 슬러리를 스크린-프린팅함으로써 실시예 1 내지 12를 제조하였다.
500 ㎛의 두께 및 30 내지 35 mm 직경의 개구를 갖는 마스크를 통해 금속 호일 상에 슬러리를 스크린-프린팅함으로써 비교예 1 내지 4를 제조하였다.
다음으로, 마스크를 제거하고 샘플을 0.5℃/분의 속도로 250℃로 가열하고 이 온도에서 6분 동안 유지하여 유기 결합제 상을 제거하였다.
다음으로, 전극 활물질의 입자를 습윤시키고 이들을 부분적으로 가용화시키기 위해, 스크린-프린팅된 샘플의 표면에 물을 분무하였다.
이후, 샘플을 가열된 일축 프레스에 넣고 130℃에서 10분 동안 30.59 MPa의 압력으로 유지하여 이들을 소결시켰다.
소결 단계가 완료되면, 샘플을 프레스로부터 제거하고, 메쉬 또는 호일 기재에 대한 소결된 물질의 접착 품질을 평가하기 위해 검사하였다. 접착 품질은 하기 범주에 따라 정의되었다:
● 불량한 접착: 소결된 물질이 기판에 전혀 접착되지 않음;
● 양호한 접착: 소결된 물질은 처음에 기판에 부착되었지만, 예를 들어, 샘플을 이의 두께를 통해 절단하려고 할 때 쉽게 분리됨;
● 우수한 접착력: 샘플을 절단하려는 시도가 있는 경우에도, 소결된 물질이 기재에 접착됨.
표 3
표 4
실시예 1, 2, 3, 8, 4, 및 5의 단면도는 각각 도 1a 내지 도 1f에 도시되어 있다.
배터리 셀
실시예 3의 전극, LAGP/폴리머 전해질, 리튬 애노드 및 구리 집전체를 사용하여 배터리 셀을 제조하였다. 배터리를 형성한 후, 하기 절차를 사용하여 전기화학적 시험을 수행하였다:
● 충전 = 4.2 V의 전압으로의 정전류에 이어서 배터리를 이 전압에서 60분 동안 유지함
● 방전 = 2.7 V의 전압으로의 정전류.
결과는 도 2 및 3에 나타나 있으며, 이는 형성 스테이지 후 높은 효율로 사이클링이 성공적으로 달성되었음을 보여준다.
메쉬 중량
도 4는 스테인리스강, 알루미늄 및 니켈 메쉬에 대한 메쉬 크기에 대한 단위 면적당 메쉬 중량의 그래프이며, 통상적인 50 ㎛ 두께의 스테인리스강 호일의 단위 면적당 중량을 나타내는 밴드를 추가로 포함한다. 이로부터, 미세 메쉬(예를 들어, 120의 메쉬 크기를 갖는 알루미늄 메쉬, 뿐만 아니라 200 및 500의 메쉬 크기를 갖는 스테인리스강 메쉬)는 50 ㎛ 두께의 스테인리스강 호일보다 단위 면적당 더 낮은 중량을 갖는다는 것을 알 수 있다. 이는 본 발명에 따른 전극을 함유하는 배터리의 단위 중량당 에너지 밀도를 증가시키는 데 도움이 될 수 있다.

Claims (37)

  1. 에너지 저장 디바이스 또는 에너지 변환 디바이스에 사용하기 위한 부품으로서, 상기 부품이 제1 부분 및 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분이 세라믹 물질의 입자를 포함하고, 상기 제2 부분이 복수의 두께 관통 구멍(through-thickness aperture)을 갖는 시트에 의해 제공되고;
    상기 제2 부분이 상기 제1 부분에 적어도 부분적으로 임베딩되는, 부품.
  2. 제1항에 있어서, 세라믹 물질이 전극 활물질; 전해질; 압전 물질; 광기전 물질; 및 열전 물질로 구성된 군으로부터 선택되는, 부품.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 부분이 전자 전도성 물질의 시트에 의해 제공되는, 부품.
  4. 제3항에 있어서, 제2 부분이 금속 또는 금속 합금을 포함하는, 부품.
  5. 제4항에 있어서, 금속 또는 금속 합금이 철, 니켈, 구리, 알루미늄, 티탄, 및 백금으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는, 부품.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 두께 관통 구멍이 그리드로 배열되는, 부품.
  7. 제6항에 있어서, 제2 부분이 직조 메쉬에 의해 제공되는, 부품.
  8. 제7항에 있어서, 직조 메쉬가 스트랜드에 수직인 방향으로 측정될 때 cm 당 5 내지 500개의 스트랜드를 갖는, 부품.
  9. 제8항에 있어서, 직조 메쉬가 스트랜드에 수직인 방향으로 측정될 때 cm 당 30 내지 250개의 스트랜드를 갖는, 부품.
  10. 제9항에 있어서, 직조 메쉬가 스트랜드에 수직인 방향으로 측정될 때 cm 당 30 내지 100개의 스트랜드를 갖는, 부품.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 구멍이 10 내지 1000 ㎛의 범위의 폭을 갖는, 부품.
  12. 제11항에 있어서, 구멍이 10 내지 200 ㎛의 범위의 폭을 갖는, 부품.
  13. 제12항에 있어서, 구멍이 50 내지 200 ㎛의 범위의 폭을 갖는, 부품.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 부품이 배터리 셀, 특히 고체 상태 배터리 셀을 위한 전극이고, 세라믹 물질이 전극 활물질인, 부품.
  15. 제14항에 있어서, 전극 활물질의 입자가 리튬 니켈 코발트 알루미늄 옥사이드(LiNixCoyAlzO2, 여기서 x>0; y>0; z>0 및 x+y+z = 1); 리튬 코발트 옥사이드(LiCoO2); 리튬 철 포스페이트(LiFePO4); 리튬 망간 니켈 옥사이드(LiMn1.5Ni0.5O4); 리튬 코발트 포스페이트(LiCoPO4); 리튬 니켈 코발트 망간 옥사이드(LiNixCoyMnzO2, 여기서 x>0; y>0; z>0 및 x+y+z = 1); 바나듐 옥사이드(V2O5); LiVOPO4; Li3V2(PO4)3; LiMPO4(여기서, M = Ni, Mn); 주석 옥사이드 및 리튬 티타네이트 옥사이드(Li4Ti5O12 또는 Li2TiO3)로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 전극 활물질을 포함하는, 부품.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 제1 부분이 전극 활물질의 입자 사이에 분포된 이온-전도성 구성성분을 추가로 포함하는, 부품.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 전극의 제1 부분에서 임의의 전자-전도성 구성성분의 양이 전극 활물질의 총 부피에 대해 10 부피% 미만인, 부품.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 부품을 제조하는 방법으로서,
    복수의 두께 관통 구멍을 갖는 시트를 제공하는 단계;
    세라믹 물질의 입자를 액체 상과 조합하여 슬러리를 형성하는 단계;
    상기 슬러리를 상기 복수의 두께 관통 구멍을 갖는 상기 시트 상에 증착시키는 단계;
    상기 슬러리를 상기 시트 상에 증착시킨 후, 상기 세라믹 물질의 입자를 상기 세라믹 물질을 부분적으로 가용화시키도록 구성된 용매로 습윤시키는 단계; 및
    상기 입자에 압력 및 열을 가하여 상기 용매를 증발시키고 상기 세라믹 물질을 고밀화시킴으로써 상기 세라믹 물질의 상기 습윤된 입자를 소결시키는 단계로서, 상기 소결 온도는 상기 용매의 비점보다 200℃ 이상 높지 않은 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 세라믹 물질의 입자를 용매로 습윤시키는 단계가 분무 공정에 의해 상기 용매를 상기 입자에 적용하는 것을 포함하는, 방법.
  20. 제18항에 있어서, 세라믹 물질의 입자를 용매로 습윤시키는 단계가 상기 용매를 상기 용매의 증기 형태로 상기 입자에 적용하는 것을 포함하는, 방법.
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 액체 상이 폴리머 결합제 상을 포함하고, 방법이 슬러리를 시트 상에 증착시키는 단계 후 및 세라믹 물질의 입자를 용매로 습윤시키는 단계 전에, 상기 슬러리 중 상기 폴리머 결합제 상의 농도를 감소시키기 위해 상기 슬러리를 가열하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  22. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 전극을 제조하는 방법으로서,
    복수의 두께 관통 구멍을 갖는 시트를 제공하는 단계;
    세라믹 물질의 입자를 용매와 조합하여 슬러리를 형성하는 단계로서, 상기 용매는 상기 세라믹 물질을 가용화시키도록 구성되는 단계;
    상기 슬러리를 상기 복수의 두께 관통 구멍을 갖는 상기 시트 상에 증착시키는 단계; 및
    상기 슬러리에 압력 및 열을 가하여 용매를 증발시키고 상기 세라믹 물질을 고밀화시킴으로써 상기 세라믹 물질의 입자를 소결시키는 단계로서, 상기 소결 온도는 용매의 비점보다 200℃ 이상 높지 않은 단계를 포함하는, 방법.
  23. 제22항에 있어서, 슬러리가 폴리머 결합제를 추가로 포함하고, 방법이 상기 슬러리를 소결하여 세라믹 물질을 고밀화시키는 단계 후에, 고밀화된 물질에서 상기 폴리머 결합제 상의 농도를 감소시키기 위해, 상기 고밀화된 물질을 소결 온도 초과의 온도로 가열하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  24. 제18항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 소결 온도가 300℃ 이하인, 방법.
  25. 제18항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 가해진 압력이 300 MPa 이하인, 방법.
  26. 제18항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 및 열을 가하여 용매를 증발시키고 세라믹 물질을 고밀화시킴으로써 상기 세라믹 물질의 입자를 소결시키는 단계가, 60분 이하가 소요되는, 방법.
  27. 제18항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 세라믹 물질의 입자가 10 nm 내지 50 ㎛의 범위의 d50 크기를 갖는, 방법.
  28. 제18항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 슬러리가 마스크를 통해 복수의 두께 관통 구멍을 갖는 시트 상에 증착되는, 방법.
  29. 제18항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 슬러리가 테이프-캐스팅 또는 스크린-프린팅 공정에 의해 복수의 두께 관통 구멍을 갖는 시트 상에 증착되는, 방법.
  30. 제18항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 용매가 물, 아세트산, 폴리카보네이트, 디메틸포름아미드 및 벤질 알코올로 구성된 군으로부터 선택되는, 방법.
  31. 제18항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 부품이 배터리 셀, 특히 고체 상태 배터리 셀용 전극이고, 세라믹 물질이 전극 활물질인, 방법.
  32. 제31항에 있어서, 슬러리가 이온-전도성 물질의 입자를 추가로 포함하는, 방법.
  33. 제31항 또는 제32항에 있어서, 슬러리 중 임의의 고체 전자-전도성 구성성분의 양이 전극 활물질의 입자의 총 부피에 대해 10 부피% 미만인, 방법.
  34. 에너지 저장 디바이스 또는 에너지 변환 디바이스에 사용하기 위한 부품으로서, 상기 부품이 제18항 내지 제33항 중 어느 한 항에 따른 방법을 통해 수득되거나 수득될 수 있는, 부품.
  35. 제1항 내지 제17항 및 제34항 중 어느 한 항에 따른 부품을 포함하는, 에너지 저장 디바이스 또는 에너지 변환 디바이스.
  36. 제35항에 있어서, 디바이스가 배터리(고체 상태 배터리 포함), 커패시터, 연료 전지(고체 산화물 연료 전지 및 폴리머 전해질 연료 전지 포함), 광기전 디바이스, 압전 디바이스, 및 열전 변환기로 구성된 군으로부터 선택되는, 에너지 저장 디바이스 또는 에너지 변환 디바이스.
  37. 제1항 내지 제17항 및 제34항 중 어느 한 항에 따른 부품을 포함하는 고체 상태 배터리 셀로서, 상기 부품이 전극이고, 상기 배터리 셀이 전극의 면 상에 배치된 전해질 층을 추가로 포함하는, 고체 상태 배터리 셀.
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