KR20240002127A

KR20240002127A - 전해 구리 포일, 전극 및 이를 포함하는 리튬 이온 전지

Info

Publication number: KR20240002127A
Application number: KR1020220152576A
Authority: KR
Inventors: 즈-중 우; 야오-성 라이; 루이-장 저우
Original assignee: 장 춘 페트로케미컬 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2022-06-28
Filing date: 2022-11-15
Publication date: 2024-01-04
Also published as: US20230420640A1; JP2024004433A

Abstract

전해 구리 포일, 전극 및 이를 포함하는 리튬 이온 전지가 제공된다. 전해 구리 포일은 제1 표면 및 제1 표면의 반대편에 있는 제2 표면을 포함한다. 제1 표면과 제2 표면은 스침 입사(grazing incidence) X선 회절(GIXRD)로 분석되고, 각각은 (111) 면의 특성 피크의 세기(I₁), (200) 면의 특성 피크의 세기(I₂), (220) 면의 특성 피크의 세기(I₃), (111) 면의 특성 피크의 FWHM(W₁), 및 (200) 면의 특성 피크의 FWHM(W₂)을 갖는다. 제1 표면 및 제2 표면 각각은 0.83 이상의 (I₁+I₂)/(I₁+I₂+I₃)의 비 및 0.80 이하의 (W₁+W₂) 값을 갖는다. 그 특징들을 제어하여, 전해 구리 포일의 내부식성을 개선할 수 있고 또한 리튬 이온 전지의 안전성을 더 증가시킬 수 있다.

Description

전해 구리 포일, 전극 및 이를 포함하는 리튬 이온 전지{ELECTROLYTIC COPPER FOIL, ELECTRODE AND LITHIUM-ION CELL COMPRISING THE SAME}

본 발명은 전해 구리 포일(foil), 특히 리튬 이온 전지를 위한 전해 구리 포일, 이를 포함하는 전극, 및 리튬 이온 전지에 관한 것이다.

구리 포일은 은과 같은 귀금속에 비해 양호한 전기 전도성 및 더 낮은 가격을 가지고 있다. 구리 포일은 기초 산업에서 널리 적용되어 왔으며 첨단 기술 산업에서 중요한 출발 재료가 되었다. 예를 들어, 구리 포일은 리튬 이온 전지를 위한 전극 재료로 사용될 수 있으며, 이는 휴대용 전자 기기(PED), 전기 차량(EV) 및 에너지 저장 시스템(ESS)의 분야에서 널리 적용되고 있다.

구리 포일이 리튬 이온 전지의 전극 재료로서 작용할 때, 리튬 이온 전지 내의 전해액(electrolyte solution)이 구리 포일을 부식시킨다. 작동 시간이 증가함에 따라, 구리 포일은 장기간의 작동으로 인해 전해액에 의해 부식될 것이다. 이는 리튬 이온 전지의 수명을 단축시키고 리튬 이온 전지의 신뢰성을 감소시키며 또한 안전 문제를 야기하게 된다.

이를 고려하여, 구리 포일에 대해 수행하는 내부식성 처리가 현재 시도되고 있으며, 앞에서 언급한 문제들이 완화되거나 감소될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 일반적인 부식 방지 처리는, 커버 층에 의한 보호 또는 부식 억제제에 의한 보호로 분류될 수 있다. 커버 층에 의한 보호는, 구리 포일의 표면에 내부식성 재료 층을 코팅하거나 고내부식성 금속 층을 구리 포일에 전기 도금하여 구현된다. 그러나, 구리 포일과 내부식성 재료 층 또는 고내부식성 금속 층 사이의 결합 강도를 고려해야 한다. 앞에서 언급한 커버 층이 구리 포일로부터 분리되면, 그 구리 포일은 직접적으로 부식될 것이다. 한편, 부식 억제제에 의한 보호는, 투여량이 적고 또한 효과가 좋다는 이점이 있지만, 다음 적용시에 높이 제한이 따른다. 따라서, 부식억제제로 보호되는 구리 포일은 고온 하에서의 장기간 작동에는 적합하지 않으며, 폐쇄 순환 시스템에서만 사용될 수 있다.

따라서, 리튬 이온 전지의 안전성을 개선하기 위해 구리 포일의 내부식성을 개선하기 위한 다른 방식을 적극적으로 모색하는 것이 여전히 기다려지고 있다.

종래 기술의 단점을 고려하여, 본 개시의 목적 중의 하나는, 우수한 내부식성을 갖는 개선된 구리 포일을 제공하는 것이다. 특히, 개선된 구리 포일은 전해액에 의한 부식에 효과적으로 저항할 수 있다.

앞에서 언급한 목적을 달성하기 위해, 본 개시는 제1 표면 및 제1 표면의 반대편에 있는 제2 표면을 포함하는 전해 구리 포일을 제공한다. 제1 표면과 제2 표면은 스침 입사(grazing incidence) X선 회절(GIXRD)로 분석되고, 제1 표면과 제2 표면 각각은 (111) 면의 특성 피크의 세기(I₁), (200) 면의 특성 피크의 세기(I₂), (220) 면의 특성 피크의 세기(I₃), (111) 면의 특성 피크의 반치전폭(FWHM: full width at half maximum)(W₁), 및 (200) 면의 특성 피크의 FWHM(W₂)을 갖는다. 제1 표면 및 제2 표면 각각은 0.83 이상의 (I₁+I₂)/(I₁+I₂+I₃)의 비 및 0.80 이하의 (W₁+W₂) 값을 갖는다.

제1 표면과 제2 표면 각각의 (111) 면의 특성 피크의 세기(I₁), (200) 면의 특성 피크의 세기(I₂), (220) 면의 특성 피크의 세기(I₃), (111) 면의 특성 피크의 FWHM(W₁), 및 (200) 면의 특성 피크의 FWHM(W₂)을 제어하여 제1 표면 및 제2 표면 각각이 0.83 이상의 (I₁+I₂)/(I₁+I₂+I₃)의 비 및 0.80 이하의 (W₁+W₂) 값을 갖게 함으로써, 전해액에 대한 전해 구리 포일의 내부식성을 개선할 수 있고 그리하여 리튬 이온 전지의 안전성을 개선할 수 있다.

게다가, 전해 구리 포일의 항복 강도는 230 메가파스칼(MPa) 보다 클 수 있다. 바람직하게는, 전해 구리 포일의 항복 강도는 231 MPa 이상 300 MPa 이하일 수 있다. 더 바람직하게는, 전해 구리 포일의 항복 강도는 231 MPa 이상 270 MPa 이하일 수 있다. 본 개시의 전해 구리 포일의 항복 강도가 230 MPa 보다 크도록 더 제어되면, 전해 구리 포일을 포함하는 리튬 이온 전지는 더 우수한 사이클 수명을 가질 수 있다.

바람직하게는, 제1 표면 및 제2 표면은 0.84 이상 1.00 이하의 (I₁+I₂)/(I₁+ I₂+I₃)의 비를 가질 수 있다. 더 바람직하게는, 제1 표면 및 제2 표면은 각각 0.84 이상 0.95 이하의 (I₁+I₂)/(I₁+I₂+I₃)의 비를 가질 수 있다. 한 실시예에서, 제1 표면은 0.85 이상 0.95 이하의 (I₁+I₂)/(I₁+I₂+I₃)의 비를 가질 수 있고, 제2 표면은 0.84 이상 0.92 이하의 (I₁+I₂)/(I₁+I₂+I₃)의 비를 가질 수 있다. (111) 면과 (200) 면의 특성 피크의 세기 비를 제어함으로써, 전해 구리 포일은 개선된 내부식성을 가질 수 있다.

바람직하게는, 제1 표면 및 제2 표면은 각각 0.25 이상 0.75 이하의 (W₁+W₂) 값을 가질 수 있다. 더 바람직하게는, 제1 표면 및 제2 표면은 각각 0.28 이상 0.74 이하의 (W₁+W₂) 값을 가질 수 있다. 한 실시예에서, 제1 표면은 0.28 이상 0.74 이하의 (W₁+W₂) 값을 가질 수 있고, 제2 표면은 0.43 이상 0.65 이하의 (W₁+W₂) 값을 가질 수 있다.

한 실시예에서, 전해 구리 포일의 제1 표면은 0.20 ㎛ 이상 0.55 ㎛ 이하의 제곱 평균 제곱근(root mean square) 높이(Sq)를 가질 수 있다. 전해 구리 포일의 제1 표면의 Sq를 0.20 ㎛ 내지 0.55 ㎛의 범위 내로 제어함으로써, 전해 구리 포일에 코팅되는 활성 재료의 코팅 품질이 개선될 수 있다. 이로써, 전해 구리 포일은 리튬 이온 전지의 전극 재료로서 적합하게 되며, 그 전해 구리 포일을 포함하는 리튬 이온 전지는 고용량의 이점을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 전해 구리 포일의 제1 표면 및 제2 표면은 각각 0.20 ㎛ 이상 0.55 ㎛ 이하의 Sq를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전해 구리 포일의 제1 표면은 0.20 ㎛ 이상 0.55 ㎛ 이하의 Sq를 가질 수 있고, 전해 구리 포일의 제2 표면은 0.25 ㎛ 이상 0.50 ㎛ 이하의 Sq를 가질 수 있다.

한 실시예에서, 전해 구리 포일의 제1 표면의 Sq와 제2 표면의 Sq의 절대 차는 0.15 ㎛ 미만일 수 있다. 다른 실시예에서, 전해 구리 포일의 제1 표면의 Sq와 제2 표면의 Sq의 절대 차는 0.145 ㎛ 미만일 수 있다.

한 실시예에서, 전해 구리 포일의 두께는 4 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있다. 다른 실시예에서, 전해 구리 포일의 두께는 6 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있다.

본 개시는 또한 전술한 전해 구리 포일을 포함하는 리튬 이온 전지의 전극을 제공한다.

더욱이, 본 개시는 전술한 전극을 포함하는 리튬 이온 전지를 제공한다.

본 개시에 따르면, 전해 구리 포일은 리튬 이온 전지의 음 전극 및 리튬 이온 전지의 양 전극으로서 적용 가능하다. 전술한 전해 구리 포일은 집전체(current collector)로서 적용 가능하다. 전해 구리 포일의 표면 중의 하나 또는 둘 모두는, 리튬 이온 전지의 전극을 준비하기 위해 적어도 하나의 활성 재료 층으로 코팅될 수 있다.

본 개시에 따르면, 활성 재료는 양 전극 활성 재료와 음 전극 활성 재료로 분류될 수 있다. 음 전극 활성 재료에 포함되는 음 전극 활성 물질은 탄소 함유 물질, 규소 함유 물질, 탄화규소 복합 재료, 금속, 금속 산화물, 금속 합금 또는 중합체일 수 있으며, 탄소 함유 물질 또는 규소 함유 물질이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 구체적으로, 탄소 함유 물질은 중간상(mesophase) 흑연 분말(MGP), 비흑연화 탄소, 코크스, 흑연, 유리상 탄소, 탄소 섬유, 활성탄, 카본 블랙 또는 고중합체 하소(calcined) 물질일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 코크스는 피치 코크스, 침상 코크스 또는 석유 코크스 등을 포함할 수 있다. 고중합체 하소 물질은 페놀-포름알데히드 수지 또는 퓨란 수지를 탄산화에 적합한 온도에서 하소하여 얻어질 수 있다. 규소 함유 물질은 리튬 이온과 합금을 형성하는 우수한 능력 및 리튬 합금으로부터 리튬 이온을 추출하는 우수한 능력을 가질 수 있다. 규소 함유 물질이 리튬 이온 이차 전지에 적용되면, 높은 에너지 밀도의 이차 전지를 얻을 수 있다. 규소 함유 물질은 코발트(Co), 철(Fe), 주석(Sn), 니켈(Ni), 구리(Cu), 망간(Mn), 아연(Zn), 인듐(In), 은(Ag), 티타늄(Ti), 게르마늄(Ge), 비스무트(Bi), 안티몬(Sb), 크롬(Cr), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo) 또는 이들의 조합물과 결합되어 합금을 형성할 수 있다. 금속 또는 금속 합금의 원소는 Co, Fe, Sn, Ni, Cu, Mn, Zn, In, Ag, Ti, Ge, Bi, Sb, Cr, Ru 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 앞에서 언급된 금속 산화물의 예는 산화제2철, 산화제1철, 이산화루테늄, 이산화몰리브덴 및 삼산화몰리브덴일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 앞에서 언급된 중합체의 예는 폴리아세틸렌 및 폴리피롤을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

한 실시예에서, 상이한 필요에 따라 보조 첨가제가 활성 재료에 첨가될 수 있다. 그 보조 첨가제는 접착제 및/또는 약 산성 시약일 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 바람직하게는, 접착제는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 카르복시메틸 셀룰로스(CMC), 폴리(아크릴산)(PAA), 폴리아크릴로 니트릴(PAN ) 또는 폴리아크릴레이트일 수 있지만, 이에 한정되지 않고, 약산성 시약은 옥살산, 구연산, 젖산, 아세트산 또는 포름산일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

본 개시에 따르면, 양 전극 활성 물질에 따라, 리튬 이온 전지는 LiCoO₂ 전지, LiNiO₂ 전지, LiMn₂O₄ 전지, LiCo_XNi₁ _-XO₂전지 또는 LiFePO₄ 전지 등으로 분류될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

본 개시에 따르면, 전해액은 용매, 전해질, 또는 적절할 때마다 첨가되는 첨가제를 포함할 수 있다. 전해액의 용매는 비수성 용매, 예를 들어, 에틸렌 카보네이트(EC) 또는 프로필렌 카보네이트(PC)와 같은 고리형 카보네이트; 디메틸카보네이트(DMC), 디에틸카보네이트(DEC) 또는 에틸 메틸 카보네이트(EMC)와 같은 선형 카보네이트; 또는 설톤(sultone)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 앞에서 언급된 용매는 단독으로 또는 2종 이상의 용매를 조합하여 사용될 수 있다. 전해질은 육불화인산 리튬, 과염소산 리튬, 사불화붕산 리튬, 트리플루오로메탄술폰산리튬, 비스(옥살산)붕산 리튬 또는 비스(트리플루오로메탄 술폰이미드) 리튬을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

일부 실시예에서, 전해액은 리튬 이온 전지에서, 예컨대, 결정질 전해질, 유리질 전해질, 유리-세라믹 전해질 또는 중합체 전해질과 같은(이에 한정되지 않음) 고체 전해질로 대체될 수 있다. 구체적으로, 결정질 전해질은 리튬 초이온 전도체(LISICON) 또는 아지로다이트(argyrodite)와 같은 황화물 고체 전해질, 또는 가넷(Garnet)형 전해질, 페로스카이트(Peroskite)형 전해질, NASICON형 전해질과 같은 산화물 고체 전해질일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 유리질 전해질은 산화물 유리 전해질 또는 황화물 유리 전해질일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 유리-세라믹 전해질은 산화물 유리-세라믹 전해질 또는 황화물 유리-세라믹 전해질일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 중합체 전해질은, 폴리에틸렌 산화물계(PEO계) 전해질 및 폴리프로필렌 산화물계(PPO계) 전해질과 같은 순수한 고체 중합체 전해질; 또는 폴리아크릴로니트릴계(PAN계) 전해질, 폴리(메틸 메타크릴레이트)계(PMMA계) 전해질, 폴리(염화비닐)계(PVC계) 전해질 또는 폴리(비닐리덴 플루오라이드)계(PVDF계) 전해질과 같은 겔 중합체 전해질일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

본 개시에 따르면, 리튬 이온 전지는 세퍼레이터를 통해 적층된 음 전극과 양 전극을 포함하는 적층형 리튬 이온 전지일 수 있으며, 또는 나선형으로 권취되고 함께 적층되는 연속적인 전극 및 세퍼레이터를 포함하는 나선형 권취 리튬 이온 전지 일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 다양한 제품에 따라, 본 개시의 리튬 이온 전지는 개인용 노트북 컴퓨터, 휴대폰, 전기 차량 및 에너지 저장 시스템을 위한 원통형 이차 전지, 정사각형 이차 전지, 파우치형 이차 전지 또는 코인형 이차 전지로서 적용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에 기재된 파라미터, 조건, 값 또는 수치 범위는 "약"이라는 용어로 표현되는 것으로 이해될 수 있다. "약"이라는 용어는 명시된 값의 ±5% 이내로 표현될 수 있다.

도 1은 실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 5의 전해 구리 포일을 준비하는 개략도이다.
도 2는 실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 5의 전해 구리 포일의 개략적인 측면도이다.

이하, 본 개시의 전해 구리 포일, 전극 및 리튬 이온 전지의 실시예를 예시 하기 위해 여러 실시예를 설명하고, 비교를 위해 여러 비교예를 제공한다. 당업자는 본 발명의 이점 및 효과를 다음의 실시예 및 비교예로부터 쉽게 알 수 있다. 여기서 제시된 설명은 단지 예시를 위한 바람직한 예일 뿐이며, 본 개시의 범위를 제한하려는 의도는 없음을 이해해야 한다. 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 개시 내용을 통상의 지식에 따라 실시하거나 적용하기 위해 다양한 수정 및 변형을 가할 수 있다.

도 1에 나타나 있는 같이, 전해 구리 포일 제조 장치는 전착(electrodeposition) 장치(10), 변색 방지 처리 장치(20) 및 일련의 안내 롤러를 포함한다. 전착 장치(10)는 음극 드럼(11), 불용성 양극(12), 구리 전해액(13) 및 공급 관(14)을 포함한다. 음극 드럼(11)은 회전 가능한 티타늄 음극 드럼이다. 불용성 양극(12)은 음극 드럼(11) 아래에 설치되는 IrO₂ 코팅된 티타늄 판이며, 음극 드럼(11)의 하측 절반부를 실질적으로 둘러싼다. 불용성 양극(12)은 음극 드럼(11)과 대향하는 양극 표면(121)을 갖는다. 음극 드럼(11)과 불용성 양극(12)은 공급관(14)을 통해 도입되는 구리 전해액(13)을 수용하기 위해 서로 이격된다. 변색 방지 처리 장치(20)는 변색 방지 처리 탱크(21) 및 이 탱크 내부에 배치되는 두 세트의 양극 판(211a, 211b)을 포함한다. 일련의 안내 롤러는 제1 안내 롤러(31), 제2 안내 롤러(32), 제3 안내 롤러(33), 제4 안내 롤러(34), 제5 안내 롤러(35) 및 제6 안내 롤러(36)를 포함한다. 앞에서 설명된 안내 롤러는 전착으로 준비된 원(raw) 구리 포일을 변색 방지 처리를 위해 변색 방지 처리 장치(20)에 전달할 수 있고, 그런 다음에, 과잉의 변색 방지 물질이 에어 나이프(40)에 의해, 변색 방지 처리된 원 구리 포일의 표면으로부터 제거된다. 그 후, 변색 방지 처리된 원 구리 포일은 중파(medium wave) 적외선 처리 장치(50)에 의해 더 어닐링(annealing)되고, 마지막으로 전해 구리 포일(60)은 제6 안내 롤러(36)에 권취된다.

본 개시의 전해 구리 포일의 준비를 위해, 전착 파라미터가 상이한 필요에 따라 수정될 수 있다. 한 실시예에서, 전착에 사용되는 구리 전해액은 황산구리, 황산, 염화물 이온, 나트륨 3-메르캅토-1-프로판술포네이트(MPS), 및 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르(Tween 20)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 그 실시예에서, 황산구리의 농도는 200 g/L 내지 400 g/L일 수 있고, 황산의 농도는 80 g/L 내지 150 g/L일 수 있고, 염화물 이온의 농도는 20 ppm 내지 60 ppm 일 수 있고, MPS의 농도는 20 ppm 내지 30 ppm일 수 있고, Tween 20의 농도는 20 ppm 내지 60 ppm 일 수 있다. 전착 단계에서, 구리 전해액의 온도는 40℃ 내지 50℃일 수 있고, 전류 밀도는 40 A/dm²내지 50 A/dm²로 설정될 수 있다.

본 개시에 따르면, 전해 구리 포일의 특성은 구리 전해액의 조성 및 전착 단계에서의 관련 파라미터에 의해 변경될 수 있다. 예를 들어, 입자(grain)의 결정 형태, 항복 강도 및 전해 구리 포일의 제곱 평균 제곱근 높이는 구리 전해액의 Tween 20의 양 및 전착 장치의 불용성 양극의 양극 표면의 거칠기(Rz)에 의해 수정될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

본 개시의 전해 구리 포일의 준비를 위해, 상이한 필요에 따라 변색 방지 처리가 채택될 수 있다. 채택되는 변색 방지 용액은 크롬 변색 방지 용액, 니켈 변색 방지 용액, 아연 변색 방지 용액, 주석 변색 방지 용액 등일 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 한 실시예에서, 변색 방지 용액은, 크롬산의 농도가 1.5 g/L 내지 5.0 g/L일 수 있는 크롬 변색 방지 용액일 수 있다. 변색 방지 처리의 전류 밀도는 0.5 A/dm² 내지6.0 A/dm²로 설정될 수 있으며, 크롬 변색 방지 용액의 온도는 20℃ 내지 40℃일 수 있고, 변색 방지 처리의 시간은 2초 내지 4초일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

본 개시의 전해 구리 포일의 준비를 위해, 상이한 필요에 따라 중파 적외선 어닐링 처리가 채택될 수 있다. 도 1에 나타나 있는 바와 같이, 변색 방지 처리된 원 구리 포일의 표면 상에 있는 과잉의 변색 방지 물질을 에어나이프(40)로 제거한 후에, 그 구리 포일은 중파 적외선 처리 장치(50)로 더 어닐링될 수 있고, 그런 다음에, 전해 구리 포일(60)은 제6 안내 롤러(36)에 권취된다. 한 실시예에서, 중파 적외선 어닐링 처리는 전해 구리 포일의 한 표면 또는 양 표면에 적용될 수 있다. 중파 적외선 어닐링의 경우, 램프(lamp) 필라멘트 온도는 1500℃ 내지 1800℃일 수 있고, 최대 파장은 1.4 ㎛ 내지 1.8 ㎛일 수 있고, 중파 적외선 처리 장치와 전해 구리 포일 사이의 거리는 30 밀리미터(mm) 내지 60 mm일 수 있고, 그리고 어닐링 시간은 5 초 내지 15 초일 수 있다. 입자의 결정 형태, 항복 강도 및 전해 구리 포일의 제곱 평균 제곱근 높이는 어닐링 시간에 의해 수정될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

전해 구리 포일

실시예 1 내지 12: 전해 구리 포일

실시예 1 내지 12의 전해 구리 포일은 도 1의 제조 장치를 사용하여 유사한 전착 단계, 변색 방지 단계 및 중파 적외선 어닐링 단계로 제조되었다. 실시예 1 내지 12의 전해 구리 포일의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전착 단계에서 사용되는 구리 전해액(13)이 준비되었다. 전착 단계 동안에, 음극 드럼(11)이 고정 축을 중심으로 일정한 속도로 회전되었고, 음극 드럼(11)과 불용성 양극(12) 사이에 전류가 인가되었으며, 그래서 구리 전해액(13)의 구리 이온이 음극 드럼(11)의 표면상에 전착되어 원 구리 포일을 형성하였다. 그런 다음에, 원 구리 포일은 음극 드럼(11)으로부터 벗겨져 제1 안내 롤러(31)에 안내되었다.

여기서, 구리 전해액(13)의 조성 및 전착 단계의 파라미터를 설명하면 다음과 같다:

I. 구리 전해액(13)의 조성:

황산구리(CuSO₄·5H₂O): 약 320 g/L;

황산: 약 110 g/L;

염화물 이온(Cl^-): 약 25 ppm;

나트륨 3-메르캅토-1-프로판술포네이트(MPS, HOPAX에서 구입): 약 20 ppm; 및

Tween 20: 표 1에 나타나 있는 바와 같은 농도

II. 전착 단계의 파라미터:

구리 전해액(13)의 온도: 약 50℃;

양극 표면의 Rz: 표 1에 나타나 있는 바와 같음; 및

전류 밀도: 약 50 A/dm².

양극 표면의 Rz는 JIS B 0601-1994에 의해 규정된 최대 높이를 지향한다. 양극 표면의 Rz를 측정하는 기구 및 파라미터를 설명하면 다음과 같다:

Ⅰ. 측정 기구:

휴대용 표면 거칠기 시험기(접촉 모드): SJ-410, Mitutoyo에서 구입.

II. 측정 파라미터:

바늘의 반경: 2 ㎛;

바늘 팁의 각도: 60°;

컷오프 길이(λc): 0.8 mm; 및

평가 길이: 4 mm.

그 후, 원 구리 포일은 제1 안내 롤러(31) 및 제2 안내 롤러(32)에 의해 변색 방지 처리 장치(20)에 전달되었고, 그 원 구리 포일은 크롬 변색 방지 용액으로 채워진 변색 방지 처리 탱크(21) 안으로 침지되었다. 그런 다음에, 원 구리 포일의 두 상호 반대편 표면은 제3 안내 롤러(33)의 전달을 통해 두 세트의 양극 판(211a, 211b)에 의한 변색 방지 처리를 받았으며, 그래서 제1 변색 방지 층과 제2 변색 방지 층이 원 구리 포일의 두 상호 반대편 표면 상에 전착되었다.

여기서, 크롬 변색 방지 용액의 조성 및 변색 방지 처리의 파라미터를 설명하면 다음과 같다:

I. 크롬 변색 방지 용액의 조성:

크롬산(CrO₃ ): 약 1.5 g/L;

II. 변색 방지 처리의 파라미터:

용액의 온도: 25℃;

전류 밀도: 약 0.5 A/dm²; 및

처리 시간: 약 2초.

변색 방지 처리의 완료 후에, 변색 방지 처리된 구리 포일이 제4 안내 롤러(34)에 안내되었다. 표면으로부터 과잉의 변색 방지 물질이 제거되었고, 변색 방지 처리된 구리 포일은 에어나이프(40)로 건조되었다. 그런 다음에, 변색 방지 처리된 구리 포일의 두 표면을 어닐링하기 위해, 앞에서 설명된 변색 방지 처리된 구리 포일은 제5 안내 롤러(35)에 의해 중파 적외선 처리 장치(50) 쪽으로 전달되었고, 마지막으로 전해 구리 포일(60)이 얻어져 제6 안내 롤러(36)에 권취되었다.

여기서, 어닐링 처리의 조건을 설명하면 다음과 같다:

I. 중파 적외선 처리 장치(50)의 파라미터:

램프 관의 직경: 23×11 mm/34×14 mm;

램프 필라멘트 온도: 1600±10℃;

최대 파장: 1.4 ㎛ 내지 1.8 ㎛;

최대 파워: 120 kW/m²; 및

최대 선형 파워 밀도: 80 W/cm.

II. 어닐링 처리의 파라미터:

램프 관과 어닐링될 전해 구리 포일 사이의 거리: 45 mm;

파워: 95%; 및

어닐링 시간: 표 1에 나타나 있는 바와 같음.

앞에서 설명된 방법에 따르면, 실시예 1 내지 8, 11 및 12의 약 6 ㎛ 두께 의 전해 구리 포일, 실시예 9의 약 4 ㎛ 두께의 전해 구리 포일 및 실시예 10의 약 20㎛ 두께의 전해 구리 포일이 얻어졌다. 실시예 1 내지 12의 차이점은 전해 구리 포일의 두께, 구리 전해액 중의 Tween 20의 농도, 전착 단계에서 양극 표면의 거칠기 및 어닐링 시간이었다. 도 2에 나타나 있는 바와 같이, 각 예의 전해 구리 포일(60)은 구리 층(61)(변색 방지 처리로 처리되지 않은 원 구리 포일에 대응함 ), 제1 변색 방지 층(62), 및 제2 변색 방지 층(63)을 포함한다. 구리 층(61)은 증착 측(611) 및 이 증착 측(611)의 반대편에 있는 드럼 측(612)을 포함한다. 전착 동안에, 증착 측(611)은 불용성 양극과 대향하는 원 구리 포일의 표면이었고, 드럼 측(612)은 음극 드럼과 접촉하는 원 구리 포일의 표면이었다. 제1 변색 방지층(62)은 구리 층(61)의 증착 측(611)에 형성되었고, 제1 변색 방지 층(62)은 최외측에서 제1 표면(621)을 갖는다. 제2 변색 방지 층(63)은 구리 층(61)의 드럼 측(612)에 형성되었고, 제2 변색 방지 층(63)은 최외측에서 제2 표면(631)을 갖는다. 제1 표면(621)과 제2 표면(631)은 전해 구리 포일(60)의 2개의 최외측 표면이며, 서로 반대편에 있다.

비교예 1 내지 5: 전해 구리 포일

실시예 1 내지 12와의 비교를 위해 비교예 1 내지 5의 전해 구리 포일이 제공되었다. 비교예 1 내지 5의 전해 구리 포일을 준비하는 방법은, 전해 구리 포일의 두께, 구리 전해액 중의 Tween 20의 농도, 전착 단계에서 양극 표면의 Rz 및 어닐링 시간을 제외하고 실시예 1 내지 12와 유사하였다. 이들 파라미터는 모두 표 1에 나타나 있다. 게다가, 비교예 1 내지 5의 전해 구리 포일은 도 2에 나타나 있는 것과 같은 유사한 구조를 가지며, 모두 6 ㎛의 두께를 갖는다.

표 1 : 실시예 1 내지 12(E1 내지 E12 ) 및 비교예 1 내지 5(C1 내지 C5)의 전해 구리 포일의 두께 및 구리 전해액 중의 Tween 20의 농도, 양극 표면의 Rz, 및 E1 내지 E12와 C1 내지 C5의 준비시 어닐링 시간

	두께(㎛)	Tween 20의 농도 (ppm)	양극 표면의 Rz(㎛)	어닐링 시간(sec)
E1	6	20	2	5
E2	6	35	2	5
E3	6	50	2	5
E4	6	20	2	10
E5	6	20	2	15
E6	6	35	2	10
E7	6	35	8	10
E8	6	35	15	10
E9	4	35	8	10
E10	20	35	8	10
E11	6	60	2	5
E12	6	35	17	10
C1	6	10	2	5
C2	6	20	2	2
C3	6	20	2	30
C4	6	20	20	5
C5	6	15	14	10

시험예 1: 스침 입사(grazing incidence) X선 회절( GIXRD )

스침 입사 X선 회절 실험을 수행하기 위해, 시험 샘플로서 실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 5의 전해 구리 포일이 X선 회절계를 사용하여 측정되었고, 각 시험 샘플의 제1 표면과 제2 표면의 (111) 면의 특성 피크의 세기(I₁), (200) 면의 특성 피크의 세기(I₂), (220) 면의 특성 피크의 세기(I₃), (111) 면의 특성 피크의 FWHM(W₁), 및 (200) 면의 특성 피크의 FWHM(W₂)가 이 실험에서 얻어졌다.

계산 후, 실시예 1 내지 12 및 비교예의 각 전해 구리 포일의 제1 표면의 (I₁+ I₂)/(I₁+ I₂+ I₃)의 비, 제1 표면의 (W₁+ W₂) 값, 제2 표면의 (I₁+ I₂)/(I₁+ I₂+ I₃)의 비, 및 제2 표면의 (W₁+ W₂) 값이 얻어졌다. 결과는 아래의 표 2 및 3에 나타나 있다.

여기서, 스침 입사 X선 회절 실험의 기구 및 파라미터를 설명하면 다음과 같다:

I. 측정 기구:

X선 회절계: Bruker D8 AD VANCE Eco.

II. 측정 파라미터:

입사각: 0.8°.

시험예 2: 항복 강도

시험 샘플로서 실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 5의 전해 구리 포일을 IPC-TM-650 2.4.4.18로 분석하여 응력-변형률 곡선(변형률(ε)은 X축에, 응력(σ)은 Y축에 나타나 있음)을 얻었다. 0.5%의 변형률에서 Y축에 평행한 선을 그리고, 항복 강도는 응력-변형률 곡선과 그 선의 교차점에 대응하는 응력으로 결정되었다 결과는 표 3에 나타나 있다.

여기서, 전해 구리 포일의 항복 강도를 측정하는 기구 및 파라미터를 설명하면 다음과 같다:

I. 측정 기구:

Shimadzu Corp. 에서 구입된 AG-I 범용 시험기.

II. 측정 파라미터:

샘플 크기: 100 mm(길이) × 12.7 mm(폭);

척(chuck) 거리: 50 mm; 및

크로스헤드 속도: 50 mm/min.

시험예 3: 제곱 평균 제곱근 높이( Sq )

실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 5의 전해 구리 포일이 시험 샘플로 사용되었다. 각 시험 샘플의 제1 표면과 제2 표면의 제곱 평균 제곱근 높이(Sq)는 다음과 같은 조건으로 측정되었으며 ISO25178-2:2012에 의해 정의되었다. 결과는 표 3에 나타나 있다.

여기서, 전해 구리 포일의 Sq를 측정하는 기구 및 조건을 설명하면 다음과 같다:

Ⅰ. 측정 기구:

레이저 스캐닝 공초점 현미경: Olympus Company에서 구입된 LEXT OLS5000-SAF; 및

대물 렌즈: MPLAPON-100xLEXT.

II. 측정 조건:

광원의 파장: 405 nm;

대물 렌즈의 배율: 100배;

광학 줌: 1.0배;

관찰 면적: 129 ㎛ × 129 ㎛;

해상도: 1024 픽셀 × 1024 픽셀;

모드: 자동 경사 제거;

필터: 필터 없음;

온도: 24±3℃; 및

상대 습도: 63±3%.

시험예 4: 내부식성

시험 샘플로서 실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 5의 위에서 설명된 전해 구리 포일이 각각 10cm×10cm의 시편으로 절단되었다. 그 시편은 리튬 이온 전지의 60℃ 리튬 전해액에 24시간 동안 침지되었고 그런 다음에 그 전해액으로부터 꺼내져 60℃ 오븐 안에 넣어져 시편 상의 전해액을 제거하였다. 변색이 일어났는 지의 여부를 평가하기 위해 시편의 외관을 육안으로 관찰하였다. 리튬 전해액은, 육불화인산리튬의 용질이 1:1의 부피 비를 갖는 에틸렌카보네이트(EC)와 디에틸카보네이트(DEC)의 혼합물 용매에 용해된 1 몰 농도(M) 용액이었다. 시편에서 부분적인 변색이 관찰된 경우(이는 전해 구리 포일이 전해액에 대한 불량한 내부식성을 가짐을 나타냄),"×"로 평가되었다. 이와는 달리, 전체 시편의 어느 부분에서도 변색이 발생하지 않은 경우(이는 전해 구리 포일이 전해액에 대한 양호한 내부식성을 가짐을 나타냄), "O"로 평가되었다. 평가 결과는 표 2 및 3에 나타나 있다.

전극

실시예 1A 내지 12A 및 비교예 1A 내지 5A:

음 전극

실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 5의 전해 구리 포일의 제1 표면 및 제2 표면 각각은, 음 전극 활성 물질을 포함하는 음 전극 슬러리로 코팅되어 리튬 이온 전지의 음 전극이 되었다. 구체적으로, 음 전극은 다음과 같은 단계로 제조될 수 있었다.

먼저, 음 전극 슬러리가 준비되었고, 그 음 전극 슬러리의 조성을 설명하면 다음과 같다:

중간상 흑연 분말(MGP): 93.9 중량부, 음 전극 활성 물질로서 역할함;

전도성 카본 블랙(Super P): 1 중량부, 전도성 첨가제로서 역할함;

폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF 6020): 5 중량부, 용매 결합제로서 역할함;

옥살산: 0.1 중량부; 및

N-메틸피롤리돈(NMP): 60 중량부.

다음, 음 전극 슬러리는 각 표면에서 200 ㎛의 코팅 두께로 각 전해 구리 포일의 제1 표면과 제2 표면에 코팅되었고, 160℃ 오븐에서 건조되었으며, 그리고 누름 기계로 눌러져, 실시예 1A 내지 12A 및 비교예 1A 내지 5A의 음 전극을 얻었다.

여기서, 음 전극을 제조하기 위한 코팅 조건 및 누름 조건을 설명하면 다음과 같다:

I. 코팅 조건:

코팅 속도: 5 m/min; 및

코팅 두께 : 각 표면에서 약 200 ㎛.

II. 누름 조건:

누름 속도: 1 m/min;

누름 압력: 3000 psi(pound per square inch);

누름 기계에 있는 롤러의 크기: 250 mm(외경, φ) × 250 mm(폭);

롤러의 경도: 62 내지 65 HRC; 및

롤러의 재료: 고탄소 크롬 베어링 강(SUJ2).

시험예 5: 코팅 품질

실시예 1A 내지 12A 및 비교예 1A 내지 5A의 음 전극을 시험 샘플로 사용하여, 음 전극의 준비시에 전해 구리 포일이 활성 재료로 코팅될 때 활성 재료가 양호한 코팅 품질을 보이는 지를 평가하였다. 각 시험 샘플의 두 표면을 육안으로 관찰하여, 각 시험 샘플의 표면에 접힘이나 주름이 형성되었는지를 확인하였다. 시험 샘플의 어느 한 표면에 접힘이나 주름이 관찰 되었으면, "△"로 평가하였으며, 이는 시험 샘플이 불량한 코팅 품질을 보임을 나타낸다. 각 시험 샘플의 두 표면에서 접힘이나 주름이 관찰되지 않았으면, "O"로 평가하였고, 이는 시험 샘플이 예상된 코팅 품질을 보임을 나타낸다. 결과는 표 3에 나타나 있다.

리튬 이온 전지

실시예 1B 내지 12B 및 비교예 1B 내지 5B:

리튬 이온 전지

실시예 1B 내지 12B 및 비교예 1B 및 5B의 리튬 이온 전지는 실시예 1A 내지 12A 및 비교예 1A 및 5A의 음 전극을 동일한 양 전극과 조합하여 각각 준비되었다 설명의 편의를 위해, 앞에서 설명된 음 전극을 이용하여 리튬 이온 전지를 준비하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 양 전극 슬러리가 준비되었고, 양 전극 슬러리의 조성을 설명하면 다음과 같다:

LiCoO₂ : 89 중량부, 양 전극 물질로서 역할함;

플레이크(flake)형 흑연(KS6): 5 중량부, 전도성 첨가제로서 역할함;

폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF 1300): 5 중량부, 용매 결합제로서 역할함.

N-메틸피롤리돈(NMP): 195 중량부.

다음, 양 전극 슬러리는 알루미늄 포일의 두 표면에 코팅되었다. 용매가 증발된 후, 실시예 및 비교예에서 얻은 양 전극 및 음 전극 각각은 특정 크기로 절단되었고, 그런 다음에, 양 전극과 음 전극은 미세다공성 세퍼레이터(모델명: Celgard 2400, Celgard Co., Ltd.에서 제조됨)를 사이에 두고 교대로 적층되었고, 그런 다음에, 전해액(모델명: LBC322-01H, Shenzhen Capchem Technology Co., Ltd.에서 구입됨)으로 채워진 누름 몰드 안에 배치되고 시일링되어 적층형 리튬 이온 전지를 형성하였다. 적층형 리튬 이온 전지의 크기는 41 mm × 34 mm × 53 mm 이었다.

시험예 6: 용량

실시예 1B 내지 12B 및 비교예 1B 및 5B의 리튬 이온 전지가 시험 샘플로 사용되었다. 다음과 같은 시험 조건으로, 리튬 이온 전지의 다섯 번째 사이클의 용량을 기록하고 서로 비교했다. 결과는 표 3에 나타나 있다.

여기서, 각 충방전 사이클의 시험 조건을 설명하면 다음과 같다:

충전 모드: 정전류-정전압(CCCV);

방전 모드: 정전류(CC);

충전 전압: 4.2 볼트(V);

충전 전류: 0.2C;

방전 전압: 2.8V;

방전 전류: 0.2C; 및

시험 온도: 약 55℃.

실험 결과에 대한 논의

앞에서 설명된 시험예 1 내지 6의 결과는 아래의 표 2 및 3에 정리되어 있다.

표 2에 나타나 있는 바와 같이, GIXRD로 분석된 실시예 1 내지 12의 전해 구리 포일의 제1 표면 및 제2 표면 각각은 0.83 보다 큰 (I₁+I₂)/(I₁+I₂+I₃)의 비 및 0.80 보다 작은 (W₁+W₂) 값을 가졌으며, 그래서 이들 전해 구리 포일은 리튬 이온 전지내의 전해액에 의한 부식에 효과적으로 저항할 수 있었다. 즉, 이들 전해 구리 포일은 전해액에 대한 양호한 내부식성을 가졌다.

표 2: 실시예 1 내지 12(E1 내지 E12) 및 비교예 1 내지 5(C1 내지 C5)의 전해 구리 포일의 제1 및 제2 표면의 (I₁+I₂)/(I₁+I₂+I₃)와 제1 및 제2 표면의 (W₁+W₂) 및 전해액에 대한 전해 구리 포일의 내부식성 평가 결과

	(I₁+I₂)/(I₁+I₂+I₃)		(W₁+W₂)		내부식성
	제1 표면	제2 표면	제1 표면	제2 표면	내부식성
E1	0.87	0.88	0.73	0.55	O
E2	0.85	0.84	0.49	0.6	O
E3	0.89	0.86	0.34	0.49	O
E4	0.86	0.89	0.44	0.59	O
E5	0.95	0.92	0.29	0.44	O
E6	0.89	0.85	0.37	0.55	O
E7	0.89	0.91	0.44	0.59	O
E8	0.88	0.87	0.45	0.48	O
E9	0.94	0.90	0.33	0.53	O
E10	0.90	0.89	0.43	0.44	O
E11	0.93	0.87	0.31	0.46	O
E12	0.84	0.90	0.47	0.52	O
C1	0.81	0.84	0.81	0.54	X
C2	0.84	0.91	0.82	0.55	X
C3	0.82	0.86	0.54	0.51	X
C4	0.70	0.88	0.92	0.54	X
C5	0.80	0.92	0.62	0.58	X

이에 반해, 비교예 1 내지 5의 전해 구리 포일의 경우, 각 전해 구리 포일의 제1 표면 및 제2 표면은 0.83 이상의 (I₁+I₂)/(I₁+I₂+I₃)의 비 및 0.80 이하의 (W₁+W₂) 값을 동시에 갖지 않았고, 그래서 전해 구리 포일은 전해액에 대한 요구되는 내부식성을 가질 수 없었다. 비교예 1 내지 5의 전해 구리 포일은 리튬 이온 전지의 적용에 도움이 되지 않았다.

비교예 1 내지 5의 결과에 대한 추가 연구로부터, 비교예 1 및 4의 전해 구리 포일은, 그의 제1 표면이 0.83 보다 작은 (I₁+I₂)/(I₁+I₂+I₃)의 비 및 0.80 보다 큰 (W₁+W₂) 값을 가졌기 때문에, 양호한 내부식성을 보일 수 없었고, 제1 표면에서 0.83 이상의 (I₁+I₂)/(I₁+I₂+I₃)의 비를 갖는 비교예 2의 전해 구리 포일은, 그의 제1 표면이 0.80 보다 큰 (W₁+W₂) 값을 가졌기 때문에, 양호한 내부식성을 보일 수 없었으며, 그리고 각기 0.80 이하의 (W₁+W₂) 값을 갖는 비교예 3 및 5의 전해 구리 포일은, 그의 제1 표면은 0.83 보다 작은 (I₁+I₂)/(I₁+I₂+I₃)의 비를 가졌기 때문에, 양호한 내부식성을 가질 수 없었다. 전해 구리 포일의 제1 표면과 제2 표면 모두 (I₁+I₂)/(I₁+I₂+I₃)의 적절한 비를 가지며 그리고 (W₁+W₂)의 적절한 값은 전해 구리 포일이 전해액에 대한 양호한 내부식성을 갖는 것을 보장할 수 있음을 알 수 있다.

추가로, GIXRD 분석과 전해 구리 포일의 Sq의 결합된 결과로부터 다른 실험적 의의를 얻을 수 있다. 표 3에 나타나 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 10의 전해 구리 포일 각각의 제1 표면은, 그의 제1 및 제2 표면이 모두 0.83 이상의 (I₁+I₂)/(I₁+I₂+I₃) 비 및 0.80 이하의 (W₁+W₂) 값을 갖는 조건으로, 적절한 Sq(0.20 ㎛ 내지 0.55 ㎛)을 더 가졌으며, 그래서 이들 전해 구리 포일은 전해액에 대한 양호한 내부식성을 가졌을 뿐만 아니라, 활성 재료로 코팅된 후에 양호한 코팅 품질을 보였다. 그러므로, 실시예 1B 내지 10B의 준비된 리튬 이온 전지는 고용량 특성을 가졌다. 보다 구체적으로, 실시예 1B 내지 10B의 리튬 이온 전지는 각각 다섯 번째 충방전 사이클에서 300 mAh/g 보다 큰 용량을 가졌다.

표 3: E1 내지 E12 및 C1 내지 C5의 전해 구리 포일 각각의 제1 표면과 제2 표면의 (I₁+I₂)/(I₁+I₂+I₃), 제1 표면과 제2 표면의 (W₁+W₂), 제1 표면과 제2 표면의 Sq, 제1 표면과 제2 표면 사이의 Sq의 절대 차(AD), 항복 강도(σ_y), 내부식성, 코팅 품질, 및 다섯 번째 충방전 사이클에서의 리튬 이온 전지의 용량

			(W₁+W₂)		Sq (μm)			σ_y (MPa)	내부 식성	코팅 품질	용량 (mAh/g)
	제1 표면	제2 표면	제1 표면	제2 표면	제1 표면	제2 표면	AD	σ_y (MPa)	내부 식성	코팅 품질	용량 (mAh/g)
E1	0.87	0.88	0.73	0.55	0.2	0.25	0.05	240	O	O	341
E2	0.85	0.84	0.49	0.6	0.31	0.37	0.06	252	O	O	333
E3	0.89	0.86	0.34	0.49	0.43	0.29	0.14	260	O	O	321
E4	0.86	0.89	0.44	0.59	0.34	0.45	0.11	239	O	O	329
E5	0.95	0.92	0.29	0.44	0.47	0.5	0.03	238	O	O	319
E6	0.89	0.85	0.37	0.55	0.44	0.47	0.03	250	O	O	318
E7	0.89	0.91	0.44	0.59	0.53	0.43	0.1	240	O	O	317
E8	0.88	0.87	0.45	0.48	0.55	0.45	0.1	231	O	O	304
E9	0.94	0.90	0.33	0.53	0.49	0.4	0.09	241	O	O	318
E10	0.90	0.89	0.43	0.44	0.5	0.42	0.08	242	O	O	313
E11	0.93	0.87	0.31	0.46	0.62	0.29	0.33	268	O	△	288
E12	0.84	0.90	0.47	0.52	0.59	0.44	0.15	231	O	△	296
C1	0.81	0.84	0.81	0.54	0.4	0.36	0.04	216	X	O	330
C2	0.84	0.91	0.82	0.55	0.37	0.2	0.17	230	X	O	336
C3	0.82	0.86	0.54	0.51	0.58	0.55	0.03	215	X	△	292
C4	0.70	0.88	0.92	0.54	0.66	0.33	0.33	214	X	△	281
C5	0.80	0.92	0.62	0.58	0.46	0.45	0.01	191	X	O	322

이에 반해, 실시예 11 및 12와 비교예 3 및 4의 전해 구리 포일은, 그의 제1 표면이 적절한 범위 내의 Sq를 가지고 있지 않아, 활성 재료로 코팅된 후에 양호한 코팅 품질을 가질 수 없었다. 추가로, 실시예 11B 및 12B 및 비교예 3B 및 4B의 준비된 리튬 이온 전지는 다섯 번째 충방전 사이클에서 300 mAh/g 보다 작은 용량을 가졌는데, 이 용량은 실시예 1B 내지 10B의 리튬 이온 전지의 용량 보다 훨씬 낮은 것으로, 이는 고용량을 요구하는 최종 제품에 덜 적용 가능했음을 나타낸다.

결론적으로, 제1 표면과 제2 표면 각각의 (111) 면의 특성 피크의 세기(I₁), (200) 면의 특성 피크의 세기(I₂), (220) 면의 특성 피크의 세기(I₃), (111) 면의 특성 피크의 FWHM(W₁) 및 (200) 면의 특성 피크의 FWHM(W₂)를 제어함으로써, 전해액에 대한 전해 구리 포일의 내부식성을 개선시켜 리튬 이온 전지의 안전성을 개선하는 것이 유익하다.

추가로, 전해 구리 포일의 제1 표면의 Sq는 상이한 필요에 따라 더 제어될 수 있으며, 그래서 전해 구리 포일은 활성 재료로 코팅된 후에 양호한 코팅 품질을 가지며 또한 리튬 이온 전지는 향상된 용량을 더 가질 수 있다.

본 개시의 많은 특징 및 이점이 본 개시의 구조 및 특징의 세부 사항과 함께 앞의 설명에서 설명되었지만, 본 개시는 단지 예시적인 것이다. 본 개시의 원리 내에서 세부 사항, 특히 부품의 재료, 형상, 크기 및 배치에 대한 변경이, 첨부된 청구 범위가 표현되는 용어의 넓은 일반적인 의미로 나타내지는 전체 정도까지 이루어질 수 있다.

Claims

제1 표면 및 제1 표면의 반대편에 있는 제2 표면을 포함하는 전해 구리 포일(foil)로서,
상기 제1 표면과 상기 제2 표면은 스침 입사(grazing incidence) X선 회절로 분석되고, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면의 각각은 (111) 면의 특성 피크의 세기(I₁), (200) 면의 특성 피크의 세기(I₂), (220) 면의 특성 피크의 세기(I₃), (111) 면의 특성 피크의 반치전폭(full width at half maximum)(W₁), 및 (200) 면의 특성 피크의 반치전폭(W₂)을 가지며,
상기 제1 표면 및 상기 제2 표면 각각은 0.83 이상의 (I₁+I₂)/(I₁+I₂+I₃)의 비 및 0.80 이하의 (W₁+W₂) 값을 갖는,
전해 구리 포일.
제1항에 있어서,
상기 전해 구리 포일은 230 MPa 보다 큰 항복 강도를 갖는, 전해 구리 포일.
제1항에 있어서,
상기 제1 표면 및 상기 제2 표면 각각은 0.84 이상 1.00 이하의 (I₁+I₂)/(I₁+I₂+I₃)의 비를 갖는, 전해 구리 포일.
제1항에 있어서,
상기 제1 표면 및 상기 제2 표면 각각은 0.25 이상 0.75 이하의 (W₁+W₂) 값을 갖는, 전해 구리 포일.
제1항에 있어서,
상기 전해 구리 포일은 231 MPa 이상 300 MPa 이하인 항복 강도를 갖는, 전해 구리 포일.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 표면은 0.20 ㎛ 이상 0.55 ㎛ 이하의 제곱 평균 제곱근(root mean square) 높이(Sq)를 갖는, 전해 구리 포일.
제6항에 있어서,
상기 제2 표면은 0.20 ㎛ 이상 0.55 ㎛ 이하의 제곱 평균 제곱근 높이(Sq)를 갖는, 전해 구리 포일.
제7항에 있어서,
상기 전해 구리 포일의 상기 제1 표면의 Sq와 상기 제2 표면의 Sq 사이의 절대 차는 0.15 ㎛ 미만인, 전해 구리 포일.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 전해 구리 포일을 포함하는 리튬 이온 전지의 전극.
제9항에 따른 전극을 포함하는 리튬 이온 전지.