KR20240048277A - 고성능 배터리용 이중층 전극 및 이의 제조방법 - Google Patents

고성능 배터리용 이중층 전극 및 이의 제조방법 Download PDF

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이진영
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Abstract

고성능 배터리용 이중층 전극 및 이의 제조방법에서, 상기 이중층 전극은 제1 층 및 제2 층을 포함한다. 상기 제1 층은 베이스 기판 상에 형성되고, 결정성 흑연과 탄소가 혼합되어 형성된다. 상기 제2 층은 상기 제1 층 상에 형성되고, 결정성 흑연으로 형성된다.

Description

고성능 배터리용 이중층 전극 및 이의 제조방법{DOUBLE LAYER ELECTRODE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 이중층 전극 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리튬 이온 배터리와 같은 고성능 배터리에 사용되는 전극을 서로 다른 특성을 가지는 두 활물질 재료를 활용하여 패턴화하여 제작함으로써, 배터리가 방전에서 높은 에너지 밀도와 긴 수명을 가지도록 구현할 수 있는 고성능 배터리용 이중층 전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
전기자동차, 웨어러블 디바이스와 같은 차세대 전자기기의 발달로 가벼우면서도 높은 에너지 밀도를 요구하는 에너지 저장장치에 대한 수요가 증가하고 있다. 특히, 이러한 에너지 저장장치의 경우, 고출력에서도 높은 에너지 밀도를 유지하기 위해 전극의 재료나 구조를 개선하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재까지 개발되는 상용 리튬 이온 배터리용 음극 활물질의 경우 하나의 재료를 사용하는 경우 리튬이온과 낮은 전압에서 안정적으로 반응하는 장점은 있으나, 빠른 충방전을 수행하는 경우 병목으로 인한 전기 용량이 감소하는 문제가 있었다.
이에, 이러한 문제를 극복하기 위해 대한민국 등록특허 제10-1287435호, 일본국 등록특허 제7123251호, 일본국 등록특허 제7033118호, 미국 등록특허 제9017882호 등에서와 같이 음극 활물질 재료를 복합화하여 적용하거나 3차원 전극 구조를 적용한 기술이 개발되고 있다.
그럼에도, 이러한 복합화 된 재료나 3차원 전극 구조를 적용하는 경우에도, 활물질들 사이의 계면에서 발생되는 기계적, 전기화학적 불안정성으로 지속적인 부반응으로 전체 셀의 내부 저항이 상승하거나, 배터리의 장시간 동안의 충방전 신뢰성을 보정하지 못하는 한계가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1287435호 일본국 등록특허 제7123251호 일본국 등록특허 제7033118호 미국 등록특허 제9017882호
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 리튬 이온 배터리와 같은 고성능 배터리에 사용되는 전극을 서로 다른 특성을 가지는 두 활물질 재료를 활용하여 패턴화하여 제작함으로써, 배터리가 방전에서 높은 에너지 밀도와 긴 수명을 가지도록 구현할 수 있는 고성능 배터리용 이중층 전극을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 이중층 전극의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 이중층 전극은 제1 층 및 제2 층을 포함한다. 상기 제1 층은 베이스 기판 상에 형성되고, 결정성 흑연과 탄소가 혼합되어 형성된다. 상기 제2 층은 상기 제1 층 상에 형성되고, 결정성 흑연으로 형성된다.
일 실시예에서, 상기 제1 층에서, 상기 결정성 흑연과 상기 탄소는 7:3 내지 3:7의 비율로 서로 혼합될 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 다른 실시예에 의한 이중층 전극은 제1 층 및 제2 층을 포함한다. 상기 제1 층은 베이스 기판 상에 형성되는 전극 활물질을 포함한다. 상기 제2 층은 상기 제1 층 상에 형성되는 전극 활물질을 포함한다. 상기 제1 층과 상기 제2 층의 경계면에는 제1 패턴부가 형성된다.
일 실시예에서, 상기 전극 활물질은, 흑연, 탄소, 전이금속 산화물 기반 음극 재료, 또는 양극 재료를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 층의 전극 활물질은 구형 형상의 결정성 흑연(spherical crystalline graphite, SCG)을 및 연질 탄소(soft carbon, SC)를 포함하고, 상기 제2 층의 전극 활물질은 구형 형상의 결정성 흑연을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 패턴부는, 돌출부와 함입부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 베이스 기판 및 상기 제1 층의 하면에 제2 패턴부가 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 패턴부는, 돌출부와 함입부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 돌출부는 원형, 타원형 또는 다각형 형상으로 돌출될 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 이중층 전극의 제조방법에서, 베이스 기판 상에 전극 활물질을 포함하는 제1 층을 형성한다. 상기 제1 층의 상면을 제1 롤러를 이용하여 가압한다. 상기 제1 층의 상면 상에 전극 활물질을 포함하는 제2 층을 형성한다.
일 실시예에서, 상기 제1 롤러를 이용하여 가압하는 단계에서, 상기 제1 롤러의 외주면을 따라 형성된 제1 패턴 형성부에 의해, 상기 제1 층의 상면에는 제1 패턴부가 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 패턴 형성부는 돌출 패턴을 포함하며, 상기 제1 패턴부는 돌출부와 함입부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 층을 형성하는 단계에서, 상기 제1 패턴부가 형성된 제1 층의 상면 상에 상기 제2 층을 형성하여, 상기 제1 층과 상기 제2 층의 경계면에는 상기 제1 패턴부가 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 베이스 기판의 하면을 제2 롤러를 이용하여 가압하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 롤러를 이용하여 가압하는 단계에서, 상기 제2 롤러의 외주면을 따라 형성된 제2 패턴 형성부에 의해, 상기 베이스 기판 및 상기 제1 층의 하면에는 제2 패턴부가 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 패턴 형성부는 돌출 패턴을 포함하며, 상기 제2 패턴부는 돌출부와 함입부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 특히, 전극 활물질로서, 결정성 흑연과 탄소가 혼합된 제1 층과, 결정성 흑연을 포함하는 제2 층의 이중층 전극을 형성함으로써, 결정성 흑연이 가지는 높은 에너지 밀도의 장점과 탄소가 가지는 다공성 구조로서 충방전에서의 높은 용량 획득의 장점의 시너지 효과를 통해, 빠른 충방전에서도 높은 에너지 밀도를 가지며 충방전의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 상기 전극 활물질로서 다양한 음극 재료 또는 양극 재료가 적용되는 경우에도, 제1 층 및 제2 층 사이에 제1 패턴부로서 돌출부와 함입부를 형성함으로써, 상기 제1 층 및 제2 층 사이의 경계면의 접착력을 향상시키는 것은 물론, 우수한 확산성과 낮은 내부 저항을 유지함으로써, 전극의 용량 유지율을 향상시킬 수 있으며, 높은 반응 전압 확보를 통해 높은 에너지 밀도를 확보할 수 있다.
또한, 제1 층과 베이스 기판 상이에 형성되는 제2 패턴부로서 돌출부와 함입부를 형성함으로써, 상기 제1 층과 베이스 기판 사이의 경계면의 접착력을 향상시켜, 안정적인 이중층 전극 구조를 유지할 수 있다.
또한, 상기 제1 패턴부 또는 상기 제2 패턴부를 형성함에 있어, 외주면을 따라 돌출 패턴이 형성된 롤러를 이용하여 가압하는 공정을 적용함으로써, 가압을 통한 제1 층, 제2 층 및 베이스 기판들 사이의 경계면의 밀착력을 향상시키고, 제1 층 및 제2 층의 내부의 입자들 사이의 안정적인 구조를 유지함과 동시에 제1 패턴부 또는 제2 패턴부를 동시에 형성할 수 있어, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 이중층 전극을 도시한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 이중층 전극의 결정성 흑연 및 탄소의 결정상태 및 특성을 도시한 이미지들이다.
도 3a 내지 도 3d는 도 1의 이중층 전극의 특성을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 4는 도 1의 이중층 전극의 제조방법을 도시한 공정도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 이중층 전극을 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5의 이중층 전극의 제조방법을 도시한 공정도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이중층 전극을 도시한 단면도이다.
도 8은 도 7의 이중층 전극의 제조방법을 도시한 공정도이다.
도 9a 내지 도 9e는 도 7의 이중층 전극의 특성을 설명하기 위한 그래프들이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 이중층 전극을 도시한 단면도이다. 도 2a 및 도 2b는 도 1의 이중층 전극의 결정성 흑연 및 탄소의 결정상태 및 특성을 도시한 이미지들이다. 도 3a 내지 도 3d는 도 1의 이중층 전극의 특성을 설명하기 위한 그래프들이다.
우선, 도 1을 참조하면 본 실시예에 의한 이중층 전극(10)은 베이스 기판(300) 상에 형성되는 제1 층(100) 및 제2 층(200)을 포함하는 것으로, 상기 제1 층(100)과 제2 층(200)의 이중층 구조를 가지도록 구성되어 이중층 전극(10)으로 명명한다.
이 경우, 상기 제1 층(100) 및 상기 제2 층(200)은 도시된 바와 같이, 상기 제1 층(100) 상에 상기 제2 층(200)이 형성되는 것으로, 상기 제2 층(200)의 형성 공정은 코팅 등과 같은 공정을 통해 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 상기 제2 층(200)의 형성 공정이 제한되는 것은 아니다.
마찬가지로, 상기 제1 층(100) 역시 상기 베이스 기판(300) 상에 형성되는 것으로, 상기 제1 층(100)이 상기 베이스 기판(300) 상에 형성되는 공정 역시 코팅 등과 같은 공정이 적용될 수는 있으나, 그 공정이 제한되지는 않는다.
이 때, 상기 제2 층(200)은 상기 제1 층(100) 상에 형성된 후, 후술되는 제조방법을 통해 설명되는 바와 같이, 가압된다. 그리하여, 상기 제2 층(200)은 상기 제1 층(100) 상에 보다 안정적으로 밀착되며 형성되고, 이를 통해 구조적 안정성을 유지하는 것은 물론, 우수한 확산성과 낮은 내부 저항을 유지하게 된다.
또한, 상기 베이스 기판(300)은 그 재료가 제한되지는 않으며, 상기 제1 층(100)이 안정적으로 형성될 수 있는 재료이면 충분하고, 필요에 따라 소정의 유연성 성질을 가질 수도 있다.
상기 제1 층(100) 및 상기 제2 층(200)은 모두 전극 활물질을 포함하는 것으로, 상기 이중층 전극(10)은 실질적으로는 이차전지와 같은 에너지 저장장치의 전극으로 사용될 수 있다.
즉, 상기 제1 층(100) 및 상기 제2 층(200)이 포함하는 전극 활물질로는, 흑연, 탄소, 전이금속 산화물 기반의 음극 재료, 또는 양극 재료일 수 있다. 이 경우, 전이금속 산화물 기반의 음극 재료로는 실리콘이나 리튬 티타 네이트 산화물(lithium titanate oxide, LTO)일 수 있으며, 상기 양극 재료로는 LCO(리튬 코발트), LMO(리튬 망간 산화물), LFP(리튬 철), NMC(니켈 망간 코발트) 등과 같은 물질일 수 있다.
한편, 이하에서는 상기 제1 층(100) 및 상기 제2 층(200)이 포함하는 대표적인 전극 활물질로서, 음극 활물질인 흑연과 탄소를 포함하는 경우를 예를 들어 설명한다.
즉, 상기 제1 층(100)은 전극 활물질로서 결정성 흑연(101), 특히 구형 형상의 결정성 흑연(spherical crystalline graphite, SCG)과, 탄소(102), 특히 연질 탄소(soft carbon, SC)를 포함할 수 있다.
상기 결정성 흑연의 경우, 결정이 잘 발달한 형태로서, 구형 결정성 흑연의 경우 구형 형상의 결정 형태를 가지며, 이에 따라 소정의 층상구조를 형성할 수 있다. 따라서, 도 1에서와 같이 상기 제1 층(100)은, 탄소입자들 사이에 상대적으로 크기가 큰 결정성 흑연이 층상 구조를 가지면서 균일하게 배열되는 구조를 형성할 수 있다.
이와 달리, 상기 제2 층(200)은 전극 활물질로서 결정성 흑연(101), 특히 구형 형상의 결정성 흑연(spherical crystalline graphite, SCG)만을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 결정성 흑연이 가지는 층상구조의 특성으로 도 2에서와 같이, 상기 제2 층(200)은 구조적으로 안정적인 층상 구조를 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 도 2a를 참조하면, 상기 구형 형상의 결정성 흑연(101)의 경우, 구형 형상의 결정 형태가 층상구조로 배열되는 결정성이 높은 층상구조를 가지며, 이에 따라 전극으로 구성되는 경우 에너지 밀도가 높은 장점을 가진다. 다만, 층상구조의 특성상 이온의 출입구 수가 적어 빠른 충방전의 수행시 에너지 밀도가 급격하게 감소하는 단점이 있다.
이와 달리, 도 2b를 참조하면, 상기 연질 탄소(102)의 경우, 다공성 구조를 가지는 것으로 이온의 출입구의 수가 상기 결정성 흑연(101)보다는 많고, 이에 따라 빠른 충방전의 수행시에도 상대적으로 높은 용량을 유지할 수 있다. 다만, 결정성이 약하므로 전체적으로 에너지 밀도가 낮은 단점이 있다.
이에, 본 실시예에서와 같이, 상기 이중층 전극(10)을 구성함에 있어, 상기 제1 층(100)을 결정성 흑연(101)과 탄소(102)의 혼합으로 구성하고, 상기 제2 층(200)을 결정성 흑연(101)으로 구성하여, 서로 적층시키도록 형성함으로써, 상기 결정성 흑연(101)이 가지는 장점과 상기 탄소(102)가 가지는 장점을 모두 활용하여, 높은 에너지 밀도를 가지면서도 충방전시 상대적으로 높은 용량을 유지할 수 있다.
구체적으로, 일반적으로 배터리의 충방전을 수행하는 경우, 전극의 종류나 구조에 따라 전해질이 분해되어 전극의 계면에 SEI(solid electrolyte interphase) 층이 형성되는데, 이러한 SEI 층의 경우, 계면 안정성을 낮춰 배터리의 내부 저항이 증가하는 문제를 야기한다.
이와 관련하여, 도 3a를 참조하면, 결정성 흑연과 탄소를 혼합한 하나의 층을 이용하여 전극을 구성하는 경우(Blended SC & SCG)와 대비하여, 본 실시예에서와 같이 이중층 구조로 전극을 구성하는 경우(Bi-layered SC & SCG), SEI 층의 성분을 비교한 결과, 상대적으로 SEI 성분(F, O)이 낮게 구성되는 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서의 이중층 전극(10)의 경우, 상기 SEI 성분이 낮게 구성되어 전체적으로 SEI 층이 적게 형성되므로, 계면 안정성이 유지되며 배터리의 내부 저항이 증가하는 문제를 최소화할 수 있다.
또한, 도 3b 및 도 3c는, 전극의 깊이에 따른 SEI 성분의 분포량을 비교한 것으로, 하나의 층을 이용한 전극(Blended SC & SCG)과 대비하여, 본 실시예에서와 같은 이중층 구조의 전극(Bi-layered SC & SCG)에서, 깊이 방향으로 보다 더 균일한 SEI 층을 형성하는 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, 본 실시예에서의 이중층 전극(10)의 경우, 깊이 방향으로도 일정하게 더 안정적으로 SEI 층을 형성하므로, 깊이 방향으로의 계면 안정성이 유지되며 이에 따른 배터리의 내부 저항이 증가하는 문제를 최소화할 수 있다.
한편, 도 3d를 참조하면, 상기 결정성 흑연(101)과 상기 탄소(102)는 예를 들어, 3:7 내지 7:3의 혼합비를 가지면서 혼합될 수 있다.
이와 같은 혼합비를 가지는 이중층 전극(10)에 대하여 충방전의 속도(0.1C 내지 5C)에 따른 전기용량을 시험한 결과를 통해 확인되는 바와 같이, 충방전 속도가 증가함에 따라 도 3d에서와 같은 혼합비, 즉 결정성 흑연(101)과 탄소(102)가 각각 3:7, 4:6, 5:5, 6:4 또는 7:3의 혼합비를 가지는 경우, 빠른 충방전시 5:5의 동일한 혼합비에서 상대적으로 높은 용량을 유지할 수 있다.
도 4는 도 1의 이중층 전극의 제조방법을 도시한 공정도이다.
도 4를 참조하면, 상기 이중층 전극(10)의 제조방법에서는, 우선, 상기 베이스 기판(300) 상에 상기 제1 층(100)을 형성한다(단계 S10).
이 경우, 상기 제1 층(100)은 예를 들어, 코팅 등과 같은 공정을 통해 상기 베이스 기판(300) 상에 형성될 수 있으나, 그 외 다양한 공정이 적용될 수도 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 제1 층(100)은 결정성 흑연(101)과 탄소(102)를 포함하는 것으로, 상기 결정성 흑연(101)과 상기 탄소(102)가 균일한 배합비로 서로 혼합된 용액을 상기 베이스 기판(300) 상에 코팅하고, 이를 건조하는 것으로 상기 제1 층(100)을 형성할 수 있다.
이 후, 상기 베이스 기판(300) 및 이에 적층된 상기 제1 층(100)을 가압부(400)를 이용하여 가압한다(단계 S20).
이 경우, 상기 가압부(400)는 도시된 바와 같이, 한 쌍의 제1 및 제2 롤러들(410, 420)을 포함하며, 상기 제1 롤러(410)는 상기 제1 층(100)의 상부에서 상기 제1 층(100)의 상면을 가압하고, 상기 제2 롤러(420)는 상기 베이스 기판(300)의 하부에서 상기 베이스 기판(300)의 하면을 가압할 수 있다.
또한, 상기 제1 층(100) 및 상기 베이스 기판(300)은 연속적으로 이송되며 상기 제1 및 제2 롤러들(410, 420)에 의해 가압이 수행될 수 있다. 이 때, 상기 제1 및 제2 롤러들(410, 420)의 외주면은 단단한 표면을 형성하는 것으로, 이를 통해 상기 제1 층(100)과 상기 베이스 기판(300)은 전체적으로 압착되며 가압된다.
그리하여, 상기 제1 층(100) 및 상기 베이스 기판(300)은 계면에서의 밀착력이 향상되며, 전체적으로 가압되므로 상기 제1 층(100)을 구성하는 상기 결정성 흑연(101) 및 상기 탄소(102)는 보다 균일하고 안정적인 내부 조직을 형성하게 된다.
이 후, 상기 제1 층(100)의 상면 상에 상기 제2 층(200)을 형성한다(단계 S30).
이 경우, 상기 제2 층(200)은 예를 들어, 코팅 등과 같은 공정을 통해 상기 제1 층(100) 상에 형성될 수 있으나, 그 외 다양한 공정이 적용될 수도 있다.
또한, 상기 제2 층(200)은 결정성 흑연(101)을 포함하는 것으로, 상기 결정성 흑연(101)을 포함하는 용액을 상기 제1 층(100) 상에 코팅하고, 이를 건조하는 것으로 상기 제2 층(200)을 형성할 수 있다.
이 후, 상기 제2 층(200)이 코팅된 후, 상기 제2 층(200)의 상부는 상기 가압부(400)의 제1 롤러(410)에 의해 가압되고, 상기 베이스 기판(300)의 하부는 상기 가압부(400)의 제2 롤러(420)에 의해 추가로 가압된다(단계 S40).
그리하여, 상기 제2 층(200) 역시, 상기 제1 층(100)과의 계면에서의 밀착력이 향상되며, 전체적으로 가압되므로 상기 제2 층(200)을 구성하는 상기 결정성 흑연(101)은 보다 균일하고 안정적인 내부 조직을 형성하게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 이중층 전극을 도시한 단면도이다.
본 실시예에 의한 이중층 전극(20)은 제1 층(110)과 제2 층(210)의 경계면에 제1 패턴부(500)가 형성되는 것을 제외하고는, 도 1을 참조하여 설명한 상기 이중층 전극(10)과 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 이중층 전극(20)은 상기 베이스 기판(300) 상에 형성되는 제1 층(110), 및 상기 제1 층(110) 상에 형성되는 제2 층(210)을 포함한다.
또한, 상기 제1 층(110)은 전극 활물질로서 앞서 설명한 바와 같이 음극 재료는 물론 양극 재료를 포함할 수 있으나, 결정성 흑연(101), 특히 구형 형상의 결정성 흑연(spherical crystalline graphite, SCG)과, 탄소(102), 특히 연질 탄소(soft carbon, SC)를 포함하는 것으로 설명하며, 상기 제2 층(210)도 전극 활물질로서 음극 재료른 물론 양극 재료를 포함할 수 있으나, 결정성 흑연(101), 특히 구형 형상의 결정성 흑연(spherical crystalline graphite, SCG)만을 포함하는 것으로 설명함은 앞선 도 1의 이중층 전극(10)에서와 동일하다.
나아가, 상기 이중층 전극(20)이 가지는 재료적 특성 및 이에 의한 장점 역시 동일하여 추가적인 설명은 생략한다.
다만, 본 실시예에 의한 상기 이중층 전극(20)의 경우, 상기 제1 층(110)과 상기 제2 층(210)의 경계면, 즉 상기 제1 층(110)의 상면, 및 상기 제2 층(210)의 하면에는 상기 제1 패턴부(500)가 형성된다.
이 경우, 상기 제1 층(110) 및 상기 제2 층(210)은 서로 밀착되도록 형성되는 것으로, 상기 제1 층(110)의 상면이 가지는 패턴과 반대되는 패턴이 상기 제2 층(210)의 하면에 형성되는 것이며, 이러한 패턴에 대하여 설명의 편의를 위해 상기 제1 패턴부(500)라 명명한다.
상기 제1 패턴부(500)는, 도시된 바와 같이, 상기 제1 층(110)을 기준으로, 상부로 돌출되는 제1 돌출부(510)와 하부로 함입되는 제1 함입부(520)를 포함하는 것으로, 이러한 상기 제1 돌출부(510) 및 상기 제1 함입부(520)는 연속적으로 상기 계면에 형성된다.
또한, 상기 제1 함입부(520)는 후술되는 바와 같이, 소정의 돌출되는 형상을 가지는 패턴 형성부에 의한 가압으로 함입되는 것으로, 이러한 가압으로 인한 함입부의 형성의 특성에 따라, 상기 제1 함입부(520)에서 상기 제1 돌출부(510)로 연장되는 영역은 부드러운 곡면 형상으로 형성될 수 있다.
즉, 상기 제1 함입부(520)와 상기 제1 돌출부(510)의 경계가 수직면으로 형성되기는 어려우며, 도시된 바와 같이 자연스러운 곡면 형상으로 형성될 수 있다.
이상과 같이, 상기 이중층 전극(20)의 상기 제1 및 제2 층들(110, 210) 사이의 계면에 상기 제1 패턴부(500)가 형성됨에 따라, 상기 제1 층(110) 및 제2 층(210) 사이의 경계면의 접착력을 향상시키는 것은 물론, 우수한 확산성과 낮은 내부 저항을 유지함으로써, 전극의 용량 유지율을 향상시킬 수 있으며, 높은 반응 전압 확보를 통해 높은 에너지 밀도를 확보할 수 있다.
도 6은 도 5의 이중층 전극의 제조방법을 도시한 공정도이다.
도 6을 참조하면, 상기 이중층 전극(20)의 제조방법에서는, 우선, 상기 베이스 기판(300) 상에 상기 제1 층(100)을 형성한다(단계 S10).
이 경우, 상기 제1 층(100)의 형성은 도 4의 상기 제1 층의 형성단계(단계 S10)와 실질적으로 동일하다.
이 후, 상기 베이스 기판(300) 및 이에 적층된 상기 제1 층(100)을 가압부(401)를 이용하여 가압한다(단계 S21).
본 실시예의 경우, 상기 가압부(401)는 한 쌍의 제1 및 제2 롤러들(410, 420)을 포함하며, 상기 제1 롤러(410)는 상기 제1 층(100)의 상부에서 상기 제1 층(100)의 상면을 가압하고, 상기 제2 롤러(420)는 상기 베이스 기판(300)의 하부에서 상기 베이스 기판(300)의 하면을 가압할 수 있다.
다만, 상기 제1 롤러(410)의 외주면을 따라서는 제1 패턴 형성부(411)가 형성된다. 상기 제1 패턴 형성부(411)는 도시된 바와 같이, 상기 제1 롤러(410)의 외주면을 따라 소정의 높이만큼 돌출되는 돌출부로 형성되는 것으로, 상기 돌출부는 상기 외주면 상에 균일하게 형성될 수 있다. 또한, 상기 돌출부는 예를 들어, 원형, 다각형, 타원형 등과 같은 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
이러한 상기 제1 층(100) 및 상기 베이스 기판(300)에 대한 가압을 통해, 상기 제1 층(100)의 상면 상에는 제1 패턴부(500)가 형성된다. 그리하여, 상기 제1 층(100)은 상기 제1 패턴부(500)를 포함하는 제1 층(110)으로 형성된다.
이 경우, 상기 제1 패턴부(500)는 상기 제1 롤러(410)의 외주면을 따라 형성되는 돌출부의 형상이 그대로 반영되는 것으로, 도시된 바와 같이, 상기 돌출부에 의해 가압되어 형성되는 제1 함입부(520), 및 상기 돌출부에 의해 가압되지 않고 잔류하는 제1 돌출부(510)를 포함하게 된다.
또한, 상기 제1 롤러(410)의 돌출부의 형상이, 예를 들어 원형 형상인 경우라면, 도시된 바와 같이, 상기 제1 패턴부(500)도 균일하게 배열되는 원형 형상의 제1 함입부(520)를 포함하게 된다. 이 때, 상기 원형 형상의 함입부(520)는 가압으로 함입되어 형성될 수도 있으며, 잔류하는 형상인 제1 돌출부(510)가 원형 형상으로 잔류할 수도 있는 것으로, 이는 상기 제1 패턴 형성부(411)의 돌출되는 돌출부의 형상에 따라 선택될 수 있다.
한편, 상기 제1 층(110)은 상기 제1 패턴부(500)가 형성됨과 동시에 전체적으로 가압되므로, 상기 제1 층(110)을 구성하는 상기 결정성 흑연(101) 및 상기 탄소(102)는 보다 균일하고 안정적인 내부 조직을 형성하게 된다.
이상과 같이, 상기 제1 층(110)이 상기 제1 패턴부(500)를 포함하도록 형성된 후, 상기 제1 층(110)의 상면에 상기 제2 층(210)을 형성한다(단계 S31).
이 경우, 상기 제2 층(210)은 예를 들어, 코팅 등과 같은 공정을 통해 상기 제1 층(100) 상에 형성될 수 있으나, 그 외 다양한 공정이 적용될 수도 있다. 또한, 상기 제2 층(210)은 결정성 흑연(101)을 포함하는 것으로, 코팅 공정 후 건조되어 형성될 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.
다만, 본 실시예의 경우, 상기 제2 층(210)은 상기 제1 패턴부(500) 상에 형성되는 것으로, 상기 제1 층(110)과의 사이에서 앞서 설명한 바와 같은 제1 돌출부(510) 및 제1 함입부(520)가 형성되는 경계면을 형성하게 된다. 이 경우, 상기 제1 층(110)의 돌출부가 제2 층(210)에서는 함입부로 형성되고, 상기 제1 층(110)의 함입부가 제2 층(210)에서는 돌출부로 형성됨은 자명하다.
이 후, 상기 제2 층(210)이 코팅된 후, 상기 제2 층(210)의 상부는 상기 가압부(400)의 제1 롤러(410)에 의해 가압되고, 상기 베이스 기판(300)의 하부는 상기 가압부(400)의 제2 롤러(420)에 의해 추가로 가압된다(단계 S41).
이 경우, 상기 제1 롤러(410)의 외주면에는 별도의 제1 패턴 형성부(411)가 형성되지 않아야 한다.
그리하여, 상기 제2 층(210) 역시, 상기 제1 층(110)과의 계면에서의 밀착력이 향상되며, 전체적으로 가압되므로 상기 제2 층(210)을 구성하는 상기 결정성 흑연(101)도 보다 균일하고 안정적인 내부 조직을 형성하게 된다.
그리하여, 도 5의 상기 이중층 전극(20)이 제조된다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이중층 전극을 도시한 단면도이다.
본 실시예에 의한 이중층 전극(30)은 제1 층(120)의 하면 및 베이스 기판(310)의 하면에 제2 패턴부(600)가 추가로 형성되는 것을 제외하고는, 도 5를 참조하여 설명한 상기 이중층 전극(20)과 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 이중층 전극(30)은 상기 베이스 기판(310) 상에 형성되는 제1 층(120), 및 상기 제1 층(120) 상에 형성되는 제2 층(220)을 포함한다.
이 경우, 상기 제1 층(120) 및 상기 제2 층(220)의 재료적 특성이나 구조적 특성은 도 1의 제1 층(100) 및 제2 층(200)과 동일하다.
다만, 본 실시예에 의한 상기 이중층 전극(30)의 경우, 상기 제1 층(120)의 하면, 즉 상기 제1 층(120)과 상기 베이스 기판(310)의 경계면, 및 상기 베이스 기판(310)의 하면에는 상기 제2 패턴부(600)가 형성된다.
이 때, 상기 제1 층(120)과 상기 베이스 기판(310)은 서로 밀착되도록 형성되는 것으로, 상기 베이스 기판(310)의 하면에 소정의 패턴이 형성됨에 따라 상기 제1 층(120)의 하면에도 이러한 패턴이 반영되는 것으로, 설명의 편의를 위해 상기 제2 패턴부(600)라 명명한다.
상기 제2 패턴부(600)는, 도시된 바와 같이, 상기 제1 층(120)을 기준으로, 하부로 돌출되는 제2 돌출부(610)와 상부로 함입되는 제2 함입부(620)를 포함하는 것으로, 이러한 상기 제2 돌출부(610) 및 상기 제2 함입부(620)는 연속적으로 상기 계면에 형성된다. 즉, 상기 베이스 기판(310)의 두께가 상대적으로 얇게 형성되므로, 상기 베이스 기판(310)에 형성되는 상기 패턴이 그대로 상기 제1 층(120)의 하면에 반영되는 것이다.
또한, 본 실시예의 경우, 도 5에서 설명한 상기 이중층 전극(20)의 제1 패턴부(500)와 동일한 패턴이 상기 제1 층(120) 및 상기 제2 층(220)의 경계면에 형성된다.
그리하여, 본 실시예에서의 상기 이중층 전극(30)에서는, 상기 베이스 기판(300) 및 상기 제1 층(120)에는 상기 제2 패턴부(600)가 형성되고, 상기 제1 층(120) 및 상기 제2 층(220)의 경계면에는 상기 제1 패턴부(500)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 도 7을 통해서는 상기 제1 층(120)의 상면이 상부방향으로 돌출되는 경우(510, 제1 돌출부), 상기 제1 층(120)의 하면도 상부방향으로 돌출되도록(620, 제2 함입부) 형성되고, 마찬가지로 상기 제1 층(120)의 상면이 하부방향으로 돌출되는 경우(520, 제1 함입부), 상기 제1 층(120)의 하면도 하부방향으로 돌출되도록(610, 제2 돌출부) 형성될 수 있다.
즉, 상기 제1 층(120)의 상면 및 하면이 전체적으로 균일하게 돌출 및 함입됨으로써, 상기 제1 층(120)이 전체적으로 균일한 두께로 형성되도록 상기 제1 패턴부(500) 및 상기 제2 패턴부(600)가 형성될 수 있다.
다만, 상기 제1 패턴부(500) 및 상기 제2 패턴부(600)는 반드시 상기 제1 층(120)의 상면 및 하면이 전체적으로 균일하게 돌출 및 함입되도록 형성될 수는 없으며, 실제 제조공정을 통해 상기 이중층 전극(30)을 생산하는 경우, 상기 제1 층(120)의 두께가 가변될 수도 있다.
이상과 같이, 상기 이중층 전극(20)이 상기 제1 패턴부(500) 외에 상기 제2 패턴부(600)를 추가로 포함함에 따라, 상기 제1 층(120)과 상기 베이스 기판(310) 사이의 경계면의 접착력도 향상시킬 수 있다.
도 8은 도 7의 이중층 전극의 제조방법을 도시한 공정도이다.
도 8을 참조하면, 상기 이중층 전극(30)의 제조방법에서는, 우선, 상기 베이스 기판(300) 상에 상기 제1 층(100)을 형성한다(단계 S10). 이러한, 상기 제1 층(100)의 형성은 도 4의 상기 제1 층의 형성단계(단계 S10)와 실질적으로 동일하다.
이 후, 상기 베이스 기판(300) 및 이에 적층된 상기 제1 층(100)을 가압부(401)를 이용하여 가압한다(단계 S21). 이러한, 상기 제1 층(100)에 대한 가압단계는, 도 6을 참조하여 설명한 상기 제1 층(100)에 대한 가압단계(단계 S21)와 실질적으로 동일하다.
그리하여, 이러한 가압단계(단계 S21)를 통해, 상기 제1 층(100)은 상기 제1 패턴부(500)를 포함하는 제1 층(110)으로 형성되며, 상기 제1 패턴부(500)가 상기 제1 함입부(520) 및 상기 제1 돌출부(510)를 포함하게 된다.
이 후, 상기 제1 패턴부(500)가 형성된 상기 제1 층(110)의 상면에, 상기 제2 층(210)을 형성한다(단계 S31). 또한, 이러한 상기 제2 층(210)의 형성단계 역시, 도 6을 참조하여 설명한 상기 제2 층(210)의 형성단계(단계 S31)와 실질적으로 동일하다.
그리하여, 상기 제2 층(210)은 상기 제1 패턴부(500) 상에 형성되므로 하면에는 돌출부 및 함입부가 형성되지만, 상면은 평평하게 형성된다.
이 후, 상기 제2 층(210)의 상면 및 상기 베이스 기판(300)의 하면을 가압부(402)를 이용하여 추가로 가압한다(단계 S42).
이 때, 상기 가압부(402)는 한 쌍의 제1 및 제2 롤러들(410, 420)을 포함하되, 상기 제2 롤러(420)에는 외주면을 따라 제2 패턴 형성부(421)가 형성된다.
그리하여, 상기 제1 롤러(410)는 매끈한 외주면을 상기 제2 층(210)의 상면을 가압하지만, 상기 제2 롤러(420)는 상기 제2 패턴 형성부(421)가 형성된 외주면으로 상기 베이스 기판(300)의 하면을 가압하게 된다. 이 경우, 상기 제2 패턴 형성부(421)는 상기 제1 패턴 형성부(411)와 동일하게 소정의 패턴이 상기 제2 롤러(420)의 외주면으로부터 돌출되도록 형성될 수 있으며, 이에 따라 상기 돌출부에 의해 상기 베이스 기판(300)의 하면에는 소정의 패턴이 전사된다.
또한, 상기 제2 패턴 형성부(421) 역시, 상기 제1 패턴 형성부(411)와 같이, 예를 들어, 원형, 다각형, 타원형 등과 같은 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 다만, 전체적은 상기 이중층 전극(30)의 형상적 균일성을 위해, 상기 제1 패턴 형성부(411)가 가지는 형상과 동일한 형상으로 상기 제2 패턴 형성부(421)가 형성될 수 있다.
이러한 상기 가압부(402)의 가압에 따라, 상기 제2 층(210)의 상면은 평평하게 가압되어 제2 층(220)으로 형성되고, 상기 베이스 기판(300)은 상기 제2 패턴 형성부(421)에 의해 가압되어 제2 패턴부(600)를 포함하는 베이스 기판(310)으로 형성된다. 이 경우, 상기 베이스 기판(310)에 상기 제2 패턴부(600)가 형성됨에 따라 상기 제1 층(110)의 하면 역시 상기 제2 패턴부(600)가 형성되는 제1 층(120)으로 형성된다. 그리하여, 상기 이중층 전극(30)이 제조된다.
즉, 상기 제1 층(120)의 하면과 상기 베이스 기판(310)은, 상기 제2 패턴 형성부(421)에 의해 가압되면서 가압으로 함입되는 제2 함입부(620)와, 상기 제2 패턴 형성부(421)에 의해 가압되지 않아 상대적으로 돌출되는 제2 돌출부(610)를 포함하도록 형성된다.
또한, 이러한 상기 제2 패턴부(600)의 함입 및 돌출 패턴의 배열은, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제1 층(120)의 전체적인 두께를 일정하게 유지하기 위해, 상기 제1 패턴부(500)의 함입 및 돌출 패턴의 배열과 전체적으로 동일하게 배열될 수는 있다. 이를 위해, 상기 가압부(402)에 의한 가압 단계(단계 S42)에서 상기 제2 롤러(420)의 정렬을 제어할 수 있다.
이상과 같이, 전술한 상기 이중층 전극(10, 20)의 제조 공정에서, 단순히 상기 제2 층(200, 210) 및 상기 베이스 기판(300)을 평평하게 가압하는 것과 달리, 상기 베이스 기판(310)에 소정의 패턴이 추가로 형성되도록 가압함으로써, 상기 제1 층(120)과 상기 베이스 기판(310) 사이의 밀착성도 보다 향상시켜, 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 9a 내지 도 9e는 도 7의 이중층 전극의 특성을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 9a 내지 도 9e의 경우, 도 7의 이중층 전극(30)의 특성을 설명하기 위한 그래프이나, 실질적으로 도 5의 이중층 전극(20)도 동일한 특성을 가진다.
우선, 9a를 참조하면, 패턴부가 형성되지 않은 이중층 구조(No patt.)와 대비하여, 패턴부가 형성된 이중층 구조(Pattern size)가 반복적인 사이클을 통한 충방전을 수행하는 경우 보다 안정적으로 전극의 용량을 유지할 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 상기 패턴부의 크기의 경우, 상기 패턴부가 원형 형상을 가지는 경우, 상기 패턴부의 직경이 대략 250μm인 경우(pattern size, 250μm) 상대적으로 높은 전극의 용량을 유지하는 것을 확인할 수 있으며, 나아가 상기 패턴부가 상기 제1 및 제2 층들이 사이 및 상기 베이스 기판 상에 동시에 형성되는 경우(pattern size, 250μm+250μm) 보다 높은 전극의 용량을 유지하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 9b는 cyclic voltammetry에서 전압 scan rate별 pick current만 모은 선형 그래프인 것으로, 선형 그래프의 기울기가 클수록 전극의 확산성(diffusivity)이 증가하는 것을 의미한다.
이에, 도 9b를 참조하면, 하나의 재료만 사용하여 전극을 형성하는 경우(Single SC, Single SCG) 또는 2가지 재료의 단순 합성으로 전극을 형성하는 경우(Blended SC & SCG)와 대비하여, 도 5 및 도 7에서와 같이 이중층 전극으로 패턴부를 포함하도록 형성한 전극의 경우(Bi-layered & patterned SC & SCG), 보다 높은 선형 그래프 기울기를 나타내는 것으로, 전극의 확산성의 증가에 따라 상대적으로 빠른 충방전시에도 배터리의 성능이 향상될 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 도 9c는 임피던스 측정을 통해 얻는 Nyquist plot으로, 배터리의 전체 내부 저항을 의미하는 그래프인데, 그래프 상의 반원의 크기가 작아질수록 내부 저항이 낮아지는 것을 의미한다.
이에, 도 9c를 통해 확인되는 바와 같이, 마찬가지로 여타의 전극들과 대비하여, 이중층 전극으로 패턴부를 포함하도록 형성한 전극의 경우(Bi-layered & patterned SC & SCG), 반원의 크기가 상대적으로 작게 형성됨을 확인할 수 있으며, 이를 통해 낮은 내부저항을 가지는 우수한 성능의 배터리 제작이 가능함을 확인할 수 있다.
또한, 도 9d는 방전 횟수에 따른 전극의 용량을 나타낸 그래프이다.
도 9d를 통해 확인되는 바와 같이, 방전속도가 빨라질수록 배터리의 유효 용량이 감소함에도, 여타의 전극들과 대비하여, 이중층 전극으로 패턴부를 포함하도록 형성한 전극의 경우(Bi-layered & patterned SC & SCG), 전극의 용량 유지율은 상대적으로 가장 높게 유지됨을 확인할 수 있다.
나아가, 도 9e는 전류 밀도에 따른 에너지 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 9e를 통해서도 마찬가지로 확인되는 바와 같이, 여타의 전극들과 대비하여, 이중층 전극으로 패턴부를 포함하도록 형성한 전극의 경우(Bi-layered & patterned SC & SCG), 빠른 충방전을 수행하는 경우에도 높은 용량과 높은 반응 전압을 확보할 수 있어, 결과적으로 고에너지 밀도를 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.
이상과 같이, 도 5 및 도 7을 참조하여 설명한 본 실시예에서와 같이, 패턴부가 포함되는 이중층 전극(20, 30)의 경우, 배터리로 구성되는 경우 다양한 측면에서 우수한 배터리 성능 및 효율을 가지는 것을 확인할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 특히, 전극 활물질로서, 결정성 흑연과 탄소가 혼합된 제1 층과, 결정성 흑연을 포함하는 제2 층의 이중층 전극을 형성함으로써, 결정성 흑연이 가지는 높은 에너지 밀도의 장점과 탄소가 가지는 다공성 구조로서 충방전에서의 높은 용량 획득의 장점의 시너지 효과를 통해, 빠른 충방전에서도 높은 에너지 밀도를 가지며 충방전의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 상기 전극 활물질로서 다양한 음극 재료 또는 양극 재료가 적용되는 경우에도, 제1 층 및 제2 층 사이에 제1 패턴부로서 돌출부와 함입부를 형성함으로써, 상기 제1 층 및 제2 층 사이의 경계면의 접착력을 향상시키는 것은 물론, 우수한 확산성과 낮은 내부 저항을 유지함으로써, 전극의 용량 유지율을 향상시킬 수 있으며, 높은 반응 전압 확보를 통해 높은 에너지 밀도를 확보할 수 있다.
또한, 제1 층과 베이스 기판 상이에 형성되는 제2 패턴부로서 돌출부와 함입부를 형성함으로써, 상기 제1 층과 베이스 기판 사이의 경계면의 접착력을 향상시켜, 안정적인 이중층 전극 구조를 유지할 수 있다.
또한, 상기 제1 패턴부 또는 상기 제2 패턴부를 형성함에 있어, 외주면을 따라 돌출 패턴이 형성된 롤러를 이용하여 가압하는 공정을 적용함으로써, 가압을 통한 제1 층, 제2 층 및 베이스 기판들 사이의 경계면의 밀착력을 향상시키고, 제1 층 및 제2 층의 내부의 입자들 사이의 안정적인 구조를 유지함과 동시에 제1 패턴부 또는 제2 패턴부를 동시에 형성할 수 있어, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10, 20, 30 : 이중층 전극 100, 110, 120 : 제1 층
101, 201 : 결정성 흑연 102 : 탄소
200, 210, 220 : 제2 층 300, 310 : 베이스 기판
400 : 가압부 410 : 제1 롤러
411 : 제1 패턴 형성부 420 : 제2 롤러
421 : 제2 패턴 형성부 500 : 제1 패턴부
510 : 제1 돌출부 520 : 제1 함입부
600 : 제2 패턴부 610 : 제2 돌출부
620 : 제2 함입부

Claims (16)

  1. 베이스 기판 상에 형성되고, 결정성 흑연과 탄소가 혼합되어 형성되는 제1 층; 및
    상기 제1 층 상에 형성되고, 결정성 흑연으로 형성되는 제2 층을 포함하는 이중층 전극.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 층에서,
    상기 결정성 흑연과 상기 탄소는 7:3 내지 3:7의 비율로 서로 혼합되는 것을 특징으로 하는 이중층 전극.
  3. 베이스 기판 상에 형성되는 전극 활물질을 포함하는 제1 층; 및
    상기 제1 층 상에 형성되는 전극 활물질을 포함하는 제2 층을 포함하며,
    상기 제1 층과 상기 제2 층의 경계면에는 제1 패턴부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이중층 전극.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전극 활물질은,
    흑연, 탄소, 전이금속 산화물 기반 음극 재료, 또는 양극 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중층 전극.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 층의 전극 활물질은 구형 형상의 결정성 흑연(spherical crystalline graphite, SCG)을 및 연질 탄소(soft carbon, SC)를 포함하고,
    상기 제2 층의 전극 활물질은 구형 형상의 결정성 흑연을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중층 전극.
  6. 제3항에 있어서, 상기 제1 패턴부는,
    돌출부와 함입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중층 전극.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 베이스 기판 및 상기 제1 층의 하면에 제2 패턴부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이중층 전극.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 패턴부는,
    돌출부와 함입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중층 전극.
  9. 제6항 또는 제8항에 있어서,
    상기 돌출부는 원형, 타원형 또는 다각형 형상으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 이중층 전극.
  10. 베이스 기판 상에 전극 활물질을 포함하는 제1 층을 형성하는 단계;
    상기 제1 층의 상면을 제1 롤러를 이용하여 가압하는 단계; 및
    상기 제1 층의 상면 상에 전극 활물질을 포함하는 제2 층을 형성하는 단계를 포함하는 이중층 전극의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 롤러를 이용하여 가압하는 단계에서,
    상기 제1 롤러의 외주면을 따라 형성된 제1 패턴 형성부에 의해, 상기 제1 층의 상면에는 제1 패턴부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이중층 전극의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 패턴 형성부는 돌출 패턴을 포함하며,
    상기 제1 패턴부는 돌출부와 함입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중층 전극의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제2 층을 형성하는 단계에서,
    상기 제1 패턴부가 형성된 제1 층의 상면 상에 상기 제2 층을 형성하여, 상기 제1 층과 상기 제2 층의 경계면에는 상기 제1 패턴부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이중층 전극의 제조방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 베이스 기판의 하면을 제2 롤러를 이용하여 가압하는 단계를 더 포함하는 이중층 전극의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제2 롤러를 이용하여 가압하는 단계에서,
    상기 제2 롤러의 외주면을 따라 형성된 제2 패턴 형성부에 의해, 상기 베이스 기판 및 상기 제1 층의 하면에는 제2 패턴부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이중층 전극의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 패턴 형성부는 돌출 패턴을 포함하며,
    상기 제2 패턴부는 돌출부와 함입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중층 전극의 제조방법.
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