KR101916569B1 - 플렉시블 전극 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플렉시블 전극 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 양극 활물질의 담지량(loading level)이 부족한 문제 및 반복적인 굽힘 또는 폴딩 과정에서의 견고성 및 기계적 강도가 낮은 기존의 플렉시블 리튬이온전지용 전극이 가졌던 문제점을 해결하는 신규한 플렉시블 전극 및 이의 제조방법이다.

Description

플렉시블 전극 및 이의 제조방법 {Flexible electrode and method of manufacturing the same}
본 발명은 플렉시블 전극 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 집전체 없이 플렉시블 리튬이온전지에 적용 가능한 독립형(free-standing) 플렉시블 전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
리튬 충전식 배터리의 양극은 리튬을 가역적으로 삽입 및 탈리할 수 있는 분말형 재료인 것이 통상적이다. 분말은 집전체의 역할을 하는 금속박 상에 전극 필름으로서 증착된다. 전극 필름은 흔히, 95% 초과의 양극 재료와 소량의 바인더 및 전도성 첨가제를 함유한다. 이렇게 제조된 양극(캐소드)은 세퍼레이터 및 음극 필름(애노드)에 적층 또는 권취된다. 일반적으로, 음극 필름은 카본을 함유한다. 최종적으로, 적층 또는 권취된 캐소드-세퍼레이터-애노드-롤이 케이스 내에 삽입되고, 전해질이 첨가되며, 케이스가 밀봉되어, 완전 셀이 형성된다.
리튬이온전지는 지금까지 노트북PC, 휴대폰용 전원을 비롯한 소형전지시장이 주류를 이루었으나, 최근 휴대용 전자 장치의 전원 공급 장치를 능가하는 전기 자동차 (xEVs) 및 전기 에너지 저장 시스템 (ESSs)의 사용량이 증가함에 따라 향후 전기자동차, 전력저장시스템 등 대형전지시장이 활성화될 전망이다.
아울러, 착용 가능하고 유연한 IT 장치(스마트 시계, 플렉서블 디스플레이 등)의 전원으로 사용하기 위한 플렉시블 리튬이온전지에 대한 수요가 증가하고 있다.
하지만, 기존의 플렉시블 리튬이온배터리에는 가요성을 제안하는 여러 가지 유연하지 않은 구성 요소가 포함되어 있다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 광범위한 연구가 수행되었다.
기존의 연구에서는 리튬이온전지의 유연성을 유지하면서 활성 물질, 바인더 및 도전제를 수용할 수 있는 물질로서 셀룰로오스, 탄소 펠트 및 금속 메쉬가 사용되었다. 이러한 새로운 구조의 전극은 유연성을 향상시키고 플렉시블 리튬이온베터리에 대해 유망한 성능을 입증했다.
특히, Li et al. 에서는 그래핀 발포체와 함께 Li4Ti5O12로 구성된 플렉시블 리튬이온베터리는 용량의 55%를 유지하면서 20C-rate까지 전류 밀도를 증가시킬 수 있음을 증명하였고, TiO2(B)와 폴리-아크릴로니트릴(PAN) 복합체로부터 유도 된 활성탄 섬유가 20C-rate에서 2000 사이클까지의 초장수명 특성을 보이는 것을 증명하였다.
하지만, 나노구조체 전극 소재 및 분리막 등을 이용한 복잡한 구조와 공정으로 플렉시블 리튬이온전지를 구성할 경우, 전지의 가격이 상승하여 상용화에 걸림돌이 될 가능성이 높다.
또한, 플렉시블 리튬이온전지의 높은 저항문제, 양극 활물질의 담지량(loading level)이 부족한 문제 및 반복적인 굽힘 또는 폴딩 과정에서의 견고성 및 기계적 강도가 낮은 문제점은 아직까지 극복하지 못한 문제점으로 남아있다.
따라서, 상술한 문제점들을 극복하는 신규한 플렉시블 전극 및 이의 제조방법이 요구된다 할 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기한 바와 같이 종래 기술의 단점 및 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 본 발명의 일 측면은 독립형 플렉시블 전극의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 독립형 플렉시블 전지를 제공하는 것이다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 독립형 플렉시블 전극의 제조방법을 제공한다.
상기 독립형 플렉시블 전극의 제조방법은 전극 활물질, 바인더, 도전제 및 첨가제를 포함하는 슬러리를 제조하는 단계, 상기 슬러리를 기판 상에 캐스팅하여 건조하는 단계 및 상기 기판 상에 건조된 슬러리를 떼어내는 단계를 포함할 수 있으며, 집전체를 필요로 하지 않는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 전극 활물질은 양극 재료인 리튬코발트옥사이드(LCO), 니켈코발트망간옥사이드(NCM) 및 니켈코발트알루미늄 옥사이드(NCA)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상일 수 있다.
상기 전극 활물질은 음극 재료인 흑연질 탄소 및 흑연화성 탄소를 포함하는 탄소계 물질 및 실리콘계열 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상일 수 있다.
상기 바인더는 PVDF-HFP일 수 있다.
상기 도전제는 카본블랙일 수 있다.
상기 첨가제는 탄소나노튜브 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 기판은 유리기판일 수 있다.
상기 전극 활물질, 도전제, 바인더 및 첨가제의 함량 비율은 상기 슬러리 총량을 기준으로, 전극 활물질 : 바인더 : 도전제 : 첨가제 = 46 내지 76 : 15 내지 45 : 6 내지 9 : 2 내지 5 (wt%) 일 수 있다,
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 독립형 플렉시블 전지를 제공한다.
상기 독립형 플렉시블 전지는 상술한 제조방법으로 제조된 양극 및 상술한 제조방법으로 제조된 음극을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판에 슬러리를 캐스팅한 후 떼어내는 방식을 통해 전극을 제조함으로써, 집전체가 없는 플렉시블한 전극을 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 슬러리에 포함된 바인더의 함량을 적절하게 조절함으로써, 기판에서 전극을 분리할 때 추가로 힘을 가하거나 전극을 손상시키지 않고 독립형 플렉시블 전극을 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 바인더로서 PVDF-HFP를 사용함으로써, 기계적인 특성이 우수한 독립형 플렉시블 전극을 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 슬러리에 포함된 첨가제의 함량을 적절하게 조절함으로써, 기계적인 특성을 유지하고, 전기전도성이 우수한 독립형 플렉시블 전극을 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 슬러리에 첨가제를 포함함으로써, 전극 활물질의 밀집을 방지하고 전해질이 전극 구조에 쉽게 접근할 수 있도록 하여 전지의 전기 전도성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 독립형 플렉시블 전극을 사용함으로써, 집전체 없이 일반적인 LiCoO2를 사용하여 제조된 전지와 동등한 수준의 특정 용량(specific capacities)을 갖는 플렉시블 전지를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 독립형 플렉시블 전극을 사용함으로써, 집전체 없이 일반적인 LiCoO2를 사용하여 제조된 전지보다 뛰어난 사이클링 안정성을 갖는 플렉시블 전지를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 독립형 플렉시블 전극을 사용함으로써, 집전체 없이 일반적인 LiCoO2를 사용하여 제조된 전지보다 뛰어난 방전용량비(rate capability)를 갖는 플렉시블 전지를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 함량 비율로 제조된 슬러리를 사용함으로써, 반복적인 굽힘 또는 폴딩 과정에서도 어떠한 주름이나 손상이 보이지 않는 전극을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 독립형 플렉시블 전극을 사용함으로써, 구부릴 때에도 연결된 장치에 전원을 공급할 수 있는 플렉시블 전지를 제조할 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 바람직한 본 발명의 독립형 플렉시블 전극의 제조방법을 나타내는 모식도이다.
도 2는 바람직한 본 발명의 비교예를 통해 제조된 전극의 박리 강도(peel-off strengths)를 나타낸 그래프이다.
도 3은 바람직한 본 발명의 비교예 및 제조예를 통해 제조된 전극의 첨가제 함량에 따른 기계적 특성 그래프이다.
도 4는 바람직한 본 발명의 비교예 및 제조예를 통해 제조된 전극의 SEM 이미지이다.
도 5는 바람직한 본 발명의 비교예 및 제조예의 전극으로 제조된 하프 셀의 충전 및 방전 프로파일 그래프이다.
도 6은 바람직한 본 발명의 비교예 및 제조예의 전극으로 제조된 하프 셀의 사이클 안정성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 바람직한 본 발명의 비교예 및 제조예의 전극으로 제조된 하프 셀의 방전용량비(rate capability)를 나타내는 그래프이다.
도 8은 바람직한 본 발명의 비교예 및 제조예의 전극으로 제조된 하프 셀의 사이클릭 볼타그램(cyclic voltammograms) 그래프이다.
도 9는 바람직한 본 발명의 비교예 및 제조예에 따라 제조된 전극의 굽힘 또는 폴딩에 대한 내구성(endurance against folding)을 나타내는 이미지이다.
도 10은 바람직한 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 플렉시블 셀의 이미지이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
실시예
도 1은 바람직한 본 발명의 독립형 플렉시블 전극의 제조방법을 나타내는 모식도이다.
상기 독립형 플렉시블 전극의 제조방법으로서 첫째로, 전극 활물질, 바인더, 도전제 및 첨가제를 포함하는 슬러리를 제조하는 단계가 수행된다.
상기 전극 활물질은 통상적으로 사용하는 양극 활물질 또는 음극 활물질 일 수 있으며, 상기 슬러리 총량을 기준으로 46 내지 76 중량%, 더욱 바람직하게는 60 내지 66 중량%의 양이 상기 슬러리에 포함된다.
상기 전극 활물질이 상기 슬러리에 46 중량% 미만으로 포함될 경우, 최종적으로 제조되는 전극의 전지용량이 부족한 문제점이 발생하며, 상기 전극 활물질이 상기 슬러리에 76 중량%를 초과하여 포함될 경우, 최종적으로 제조되는 전극의 가요성이 떨어져, 본 발명의 목적인 플렉시블한 전극을 제조할 수 없다.
상기 양극 활물질은 망간계 스피넬(spinel) 활물질, 리튬 금속 산화물 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 리튬 금속 산화물은 리튬-망간계 산화물, 리튬-니켈-망간계 산화물, 리튬-망간-코발트계 산화물, 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물 및 니켈-코발트-알루미늄 산화물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 보다 구체적으로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, Li(NiaCobMnc)O2 (여기에서, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LiNi1 - YCoYO2, LiCo1 - YMnYO2, LiNi1 - YMnYO2 (여기에서, 0≤Y<1), Li(NiaCobMnc)O4(여기에서, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn2-zNizO4, LiMn2-zCozO4(여기에서, 0<Z<2) 일 수 있다.
바람직한 본 발명의 일 실시에에 따른 상기 양극 활물질은 리튬코발트옥사이드(LCO), 니켈코발트망간옥사이드(NCM) 및 니켈코발트알루미늄 옥사이드(NCA)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나이다.
상기 음극 활물질로는 탄소계 물질을 포함할 수 있으며, 상기 탄소계 물질은 결정질 탄소 및 비정질 탄소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나이다. 상기 결정질 탄소는 천연 흑연과 인조 흑연과 같은 흑연질(graphite) 탄소를 포함하며, 상기 비정질 탄소는 고분자 수지를 탄화시켜서 얻는 난흑연화성 탄소(non-graphitizable carbons, hard carbons)와, 핏치(pitch)를 열처리하여 얻는 이흑연화성 탄소(graphitizable carbons, soft carbons)를 포함한다. 또한, 상기 음극 활물질로는 일반적으로 사용되는 실리콘계열의 음극 활물질을 사용할 수 있다.
상기 바인더는 상기 독립형 플렉시블 전극에 가요성을 부여하고, 상기 전극 활물질, 도전제 및 첨가제를 결착시켜주는 역할을 수행할 수 있으며, 상기 슬러리 총량을 기준으로 15 내지 45 중량%, 더욱 바람직하게는 23 내지 29 중량%의 양이 상기 슬러리에 포함된다.
상기 바인더가 상기 슬러리에 15 중량% 미만으로 포함될 경우, 최종적으로 제조되는 전극의 가요성이 떨어져, 본 발명의 목적인 플렉시블한 전극을 제조할 수 없다. 상기 바인더가 상기 슬러리에 45 중량%를 초과하여 포함될 경우, 최종적으로 제조되는 전극의 전지용량이 부족한 문제점이 발생할 수 있다.
상기 바인더는 PVDF-HFP(polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene), PVDF(polyvinylidene fluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 폴리 아크릴산 (polyacrylic acid) 및 이들의 수소를 Li, Na 또는 Ca 등으로 치환된 고분자로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 사용할 수 있다.
바람직한 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더는 PVDF-HFP(polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene)를 사용하였다.
상기 도전제는 상기 독립형 플렉시블 전극의 도전성과 기계적 강도를 유지하기 위한 역할을 수행할 수 있으며, 상기 슬러리 총량을 기준으로 6 내지 9 중량%, 더욱 바람직하게는 7 내지 8 중량%의 양이 상기 슬러리에 포함된다.
상기 도전제가 상기 슬러리에 6 중량% 미만으로 포함될 경우, 최종적으로 제조되는 전극의 기계적 특성이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다. 상기 도전제가 상기 슬러리에 9 중량%를 초과하여 포함될 경우, 최종적으로 제조되는 전극의 전도도가 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 도전제는 탄소계열 물질을 사용할 수 있으며, 바람직한 본 발명의 일 실시예에 따른 도전제는 카본블랙을 사용하였다.
상기 첨가제는 상기 독립형 플렉시블 전극의 전도도를 향상시키는 역할을 수행할 수 있으며, 상기 슬러리 총량을 기준으로 2 내지 5 중량%, 더욱 바람직하게는 3 내지 4 중량%의 양이 상기 슬러리에 포함된다.
상기 첨가제가 상기 슬러리에 2 중량% 미만으로 포함될 경우, 최종적으로 제조되는 전극의 전도도가 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다. 상기 첨가제가 상기 슬러리에 5 중량%를 초과하여 포함될 경우, 최종적으로 제조되는 전극의 기계적 특성이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 첨가제는 탄소나노튜브(CNT) 및 그래핀 계열 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 한 개 이상을 선택하여 사용할 수 있으며, 바람직한 본 발명의 일 실시예에 따른 첨가제는 탄소나노튜브(CNT)를 사용하였다.
상기 슬러리에 포함되는 전극 활물질, 바인더, 도전제 및 첨가제의 비율을 아래의 [표 1]에 정리하였다.
중량% (wt%, 슬러리 총량 기준)
전극활물질 46 ~ 76
바인더 15 ~ 45
도전제 6 ~ 9
첨가제 2 ~ 5
본 발명의 독립형 플렉시블 전극은 집전체를 필요로 하지 않는 free-standing 형태의 전극이며, 이를 구현하기 위해서는 상기 [표 1]과 같이 적절한 함량비를 갖는 슬러리를 제조해야 한다.
상기 슬러리는 전극 활물질, 바인더, 도전제 및 첨가제를 용매에 분산시켜 제조한다. 상기 용매는 일반적으로 사용할 수 있는 용매라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 용매는 NMP(N-Methylpyrrolidone)를 사용하였다.
상술한 방법 및 적절한 함량비를 통해 슬러리를 제조한 후, 상기 슬러리를 기판(100) 상에 캐스팅하여 건조하는 단계가 수행되며, 상기 기판 상에 건조된 슬러리(200)를 떼어내는 단계가 수행된다.
상기 기판(100)은 건조된 슬러리(200)가 쉽게 떨어질 수 있는 기판이라면 제한 없이 사용가능하며, 구체적으로 알루미늄이나 동박과 같은 금속호일 및 유리기판으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종류의 기판을 사용할 수 있다. 바람직한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판(100)은 탈리성을 고려하여 유리기판을 사용하였다.
상기 건조된 슬러리(200)는 상기 기판(100)에서 때어진 후 전극으로 사용할 수 있으며, 상술한 방법을 통해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 독립형 플렉시블 전극을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 제조예를 제시한다. 다만, 하기의 제조예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 제조예에 의해 한정되는 것은 아니다.
< 비교예 1 : 알루미늄 호일 집전체를 포함하여 제조된 기존 전극( Electrode_AL로 표기) >
① 전극 활물질, 바인더 및 도전제를 포함하는 슬러리를 제조하였다. (LCO 전극 활물질 : PVDF 바인더 : 카본블랙 도전제 = 90:5:5 wt%)
② 상기 슬러리를 알루미늄 호일 집전체 상에 캐스팅 후 건조하여 Electrode_AL을 제조하였다.
< 비교예 2 : 슬러리 (LCO 전극 활물질 : PVDF 바인더 : 카본블랙 도전제 = 90:5:5 wt%)를 기판에 캐스팅 후 떼어내는 제조과정을 통해 제조된 독립형 플렉시블 전극 ( Electrode A로 표기) >
① 전극 활물질, 바인더 및 도전제를 포함하는 슬러리를 제조하였다. (LCO 전극 활물질 : PVDF 바인더 : 카본블랙 도전제 = 90:5:5 wt%)
② 상기 슬러리를 유리기판 상에 캐스팅 후 건조하였다.
③ 상기 유리기판 상에 건조된 슬러리를 떼어내어 Electrode A를 제조했다.
< 비교예 3 : 슬러리 (LCO 전극 활물질 : PVDF 바인더 : 카본블랙 도전제 = 63:26:11 wt%)를 기판에 캐스팅 후 떼어내는 제조과정을 통해 제조된 독립형 플렉시블 전극 ( Electrode B로 표기) >
① 전극 활물질, 바인더 및 도전제를 포함하는 슬러리를 제조하였다. (LCO 전극 활물질 : PVDF 바인더 : 카본블랙 도전제 = 63:26:11 wt%)
② 상기 슬러리를 유리기판 상에 캐스팅 후 건조하였다.
③ 상기 유리기판 상에 건조된 슬러리를 떼어내어 Electrode B를 제조했다.
< 비교예 4 : 슬러리 (LCO 전극 활물질 : PVDF-HFP 바인더 : 카본블랙 도전제 = 90:5:5 wt%)를 기판에 캐스팅 후 떼어내는 제조과정을 통해 제조된 독립형 플렉시블 전극 ( Electrode C로 표기) >
① 전극 활물질, 바인더 및 도전제를 포함하는 슬러리를 제조하였다. (LCO 전극 활물질 : PVDF-HFP 바인더 : 카본블랙 도전제 = 90:5:5 wt%)
② 상기 슬러리를 유리기판 상에 캐스팅 후 건조하였다.
③ 상기 유리기판 상에 건조된 슬러리를 떼어내어 Electrode C를 제조했다.
< 비교예 5 : 슬러리 (LCO 전극 활물질 : PVDF-HFP 바인더 : 카본블랙 도전제 = 83:6:11 wt%)를 기판에 캐스팅 후 떼어내는 제조과정을 통해 제조된 독립형 플렉시블 전극 ( Electrode D로 표기) >
① 전극 활물질, 바인더 및 도전제를 포함하는 슬러리를 제조하였다. (LCO 전극 활물질 : PVDF-HFP 바인더 : 카본블랙 도전제 = 83:6:11 wt%)
② 상기 슬러리를 유리기판 상에 캐스팅 후 건조하였다.
③ 상기 유리기판 상에 건조된 슬러리를 떼어내어 Electrode D를 제조했다.
< 비교예 6 : 슬러리 (LCO 전극 활물질 : PVDF-HFP 바인더 : 카본블랙 도전제 = 76:13:11 wt%)를 기판에 캐스팅 후 떼어내는 제조과정을 통해 제조된 독립형 플렉시블 전극 ( Electrode E로 표기) >
① 전극 활물질, 바인더 및 도전제를 포함하는 슬러리를 제조하였다. (LCO 전극 활물질 : PVDF-HFP 바인더 : 카본블랙 도전제 = 76:13:11 wt%)
② 상기 슬러리를 유리기판 상에 캐스팅 후 건조하였다.
③ 상기 유리기판 상에 건조된 슬러리를 떼어내어 Electrode E를 제조했다.
< 비교예 7 : 슬러리 (LCO 전극 활물질 : PVDF-HFP 바인더 : 카본블랙 도전제 = 63:26:11 wt%)를 기판에 캐스팅 후 떼어내는 제조과정을 통해 제조된 독립형 플렉시블 전극 ( Electrode F로 표기) >
① 전극 활물질, 바인더 및 도전제를 포함하는 슬러리를 제조하였다. (LCO 전극 활물질 : PVDF-HFP 바인더 : 카본블랙 도전제 = 63:26:11 wt%)
② 상기 슬러리를 유리기판 상에 캐스팅 후 건조하였다.
③ 상기 유리기판 상에 건조된 슬러리를 떼어내어 Electrode F를 제조했다.
< 비교예 8 : 슬러리 (LCO 전극 활물질 : PVDF-HFP 바인더 : 카본블랙 도전제 : CNT 첨가제 = 63:26:4:7 wt%)를 기판에 캐스팅 후 떼어내는 제조과정을 통해 제조된 독립형 플렉시블 전극 ( Electrode G로 표기) >
① 전극 활물질, 바인더, 도전제 및 첨가제를 포함하는 슬러리를 제조하였다. (LCO 전극 활물질 : PVDF-HFP 바인더 : 카본블랙 도전제 : CNT 첨가제 = 63:26:4:7 wt%)
② 상기 슬러리를 유리기판 상에 캐스팅 후 건조하였다.
③ 상기 유리기판 상에 건조된 슬러리를 떼어내어 Electrode G를 제조했다.
< 비교예 9 : 슬러리 (LCO 전극 활물질 : PVDF-HFP 바인더 : CNT 첨가제 = 63:26:11 wt%)를 기판에 캐스팅 후 떼어내는 제조과정을 통해 제조된 독립형 플렉시블 전극 ( Electrode H로 표기) >
① 전극 활물질, 바인더 및 첨가제를 포함하는 슬러리를 제조하였다. (LCO 전극 활물질 : PVDF-HFP 바인더 : CNT 첨가제 = 63:26:11 wt%)
② 상기 슬러리를 유리기판 상에 캐스팅 후 건조하였다.
③ 상기 유리기판 상에 건조된 슬러리를 떼어내어 Electrode H를 제조했다.
< 비교예 10 : 유리기판에 캐스팅 후 떼어내는 제조과정을 통해 제조된 PVDF 필름 >
① PVDF 중합체를 NMP 용매에 용해시켰다.
② 용해된 PVDF 중합체를 유리기판 상에 캐스팅 후 건조하였다.
③ 상기 유리기판 상에 건조된 PVDF 중합체를 때어내어 PVDF 필름을 제조했다.
< 비교예 11 : 유리기판에 캐스팅 후 떼어내는 제조과정을 통해 제조된 PVDF-HFP 필름 >
① PVDF-HFP 중합체를 NMP 용매에 용해시켰다.
② 용해된 PVDF-HFP 중합체를 유리기판 상에 캐스팅 후 건조하였다.
③ 상기 유리기판 상에 건조된 PVDF-HFP 중합체를 때어내어 PVDF-HFP 필름을 제조했다.
< 제조예 : 바람직한 본 발명의 함량비율로 제조된 슬러리 (LCO 전극 활물질 : PVDF-HFP 바인더 : 카본블랙 도전제 : CNT 첨가제 = 63:26:7:4 wt%)를 기판에 캐스팅 후 떼어내는 제조과정을 통해 제조된 독립형 플렉시블 전극 ( Electrode_제조예로 표기) >
① 전극 활물질, 바인더, 도전제 및 첨가제를 포함하는 슬러리를 제조하였다. (LCO 전극 활물질 : PVDF-HFP 바인더 : 카본블랙 도전제 : CNT 첨가제 = 63:26:7:4 wt%)
② 상기 슬러리를 유리기판 상에 캐스팅 후 건조하였다.
③ 상기 유리기판 상에 건조된 슬러리를 떼어내어 Electrode_제조예를 제조했다.
상기 제조예 및 비교예들을 통해 제조된 전극 및 필름을 아래의 [표 2]에 정리했다.
LCO(wt%) PVdF-HFP (wt%) PVdF (wt%) 카본블랙 (wt%) CNT (wt%) Substrate
Electrode_AL 90 5 5 Al Foil
Electrode A 90 5 5 Glass
Electrode B 63 26 11 Glass
Electrode C 90 5 5 Glass
Electrode D 83 6 11 Glass
Electrode E 76 13 11 Glass
Electrode F 63 26 11 Glass
Electrode_제조예 63 26 7 4 Glass
Electrode G 63 26 4 7 Glass
Electrode H 63 26 11 Glass
PVDF 필름 100
PVDF-HFP 필름 100
상기 [표 2]를 참고하면, 다양한 비율의 전극 활물질, 바인더, 도전제 및 첨가제를 사용해 전극 및 필름을 제조한 것을 알 수 있다.
도 2는 바람직한 본 발명의 비교예를 통해 제조된 전극의 박리 강도(peel-off strengths)를 나타낸 그래프이다.
더욱 자세하게는 두 가지 유형의 기판(알루미늄 호일 및 유리), 두 가지 유형의 바인더(PVDF 및 PVDF-HFP) 및 바인더의 함량에 따른 박리 용이성을 조사하기 위해, Electrode_AL , Electrode A, Electrode B, Electrode C, Electrode D, Electrode E 및 Electrode F 전극의 접착력(adhesive force)과 분리 가능성(detachability)을 접착제 및 필 테스트 시스템 (adhesive and peel testing system INSTRON, 5960)을 통해 측정했다.
도 2를 참조하면, 알루미늄 호일에 캐스팅한 전극(Electrode_AL)의 박리 강도(peel-off strengths)는 1319mN이고, 같은 슬러리 함량조건(LCO 전극 활물질 : PVDF 바인더 : 카본블랙 도전제 = 90:5:5 wt%)에서 유리기판에 캐스팅한 전극(Electrode A)의 박리 강도는 579mN이다. 즉, 두 가지 유형의 기판(알루미늄 호일 및 유리) 중 유리기판에서 제조된 전극이 박리 강도가 낮은 것을 알 수 있다.
또한, 슬러리에 포함된 바인더의 종류는 전극의 박리 강도를 결정하는 중요한 요소이다. Electrode A (PVDF 바인더 5 wt% 포함된 슬러리를 사용한 전극)의 박리 강도는 579mN이고, Electrode C (PVDF-HFP 바인더 5 wt% 포함된 슬러리를 사용한 전극)의 박리 강도는 343mN이다. 즉, 두 가지 유형의 바인더(PVDF 및 PVDF-HFP) 중 PVDF-HFP 바인더를 사용한 전극이 박리 강도가 낮은 것을 알 수 있다.
이는, HFP-그룹의 높은 소수성으로 인한 것이다. 또한, PVDF-HFP는 다량의 유기 용매를 포획 할 수 있는 무정형 영역을 포함하고 있어 PVDF-HFP로 제조 된 전극이 건조 공정 중에 더 많이 수축되므로 PVDF-HFP가 PVDF보다 더 많은 용매를 흡수하는 능력을 갖고 있으며, 이 때문에 유리기판에서 더 쉽게 분리 할 수 있는 것이다.
또한, 바인더의 함량 역시 전극의 박리 강도를 결정하는 중요한 요소이다. Electrode D (PVDF-HFP 바인더 6 wt% 포함된 슬러리를 사용한 전극)와 Electrode E(PVDF-HFP 바인더 13 wt% 포함된 슬러리를 사용한 전극)를 비교하면 바인더의 함량이 증가할수록 박리 강도가 줄어드는 것을 확인할 수 있으며, 특히 Electrode F(PVDF-HFP 바인더 26 wt% 포함된 슬러리를 사용한 전극)의 박리 강도가 0mN에 도달함을 확인하였다. 즉, 슬러리에 포함된 바인더의 함량이 15wt% 이상일 때, 유리기판에서 전극을 분리할 때 추가로 힘을 가하거나 전극을 손상시키지 않고 독립형 전극을 쉽게 얻을 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 출원인은 본 발명에 따른 비교예를 통해 제조된 전극 및 필름의 기계적 특성을 조사하기 위해 인장 응력(Tensile stress) 및 인장 변형(tensile strain)을 측정하여 아래의 [표 3]에 정리했다.
Tensile Stress
at Max. Load [kPa]		 Tensile Strain
at Max. Load [%]		 Max. Load [N]
PVDF 필름 17,496 3.489 5.249
PVDF-HFP 필름 21,739 6.617 6.522
Electrode B 2,210 0.363 0.663
Electrode F 13,206 3.075 3.962
인장 응력(Tensile stress)은 외력에 대해 원래의 형태를 유지하는 복원력이며, 인장 변형(tensile strain)은 외력이 가해질 때 신체 또는 물체가 변형되는 정도이다.
상기 [표 3]을 참조하면, PVDF 필름과 PVDF-HFP 필름은 인장 응력이 각각 17,496 및 21,739 kPa이고 인장 변형률이 각각 3.49 및 6.62 %였다. 즉, PVDF-HFP 필름은 PVDF 필름보다 외력에 대한 저항력이 124 % 높고 탄성이 190 % 높다. 따라서, PVDF-HFP 바인더가 PVDF 바인더 보다 신축성 있고 유연하다는 것을 나타내므로 본 발명의 플렉시블한 전극에 더 적합한 바인더라고 볼 수 있다.
또한, 인장 응력 및 인장 변형률은 전극 활물질(LCO) 및 전도제 (카본블랙)의 첨가에 따라 감소하는 것을 알 수 있다. 즉, 비교예 및 제조예를 통해 제조된 전극의 인장 응력 및 변형률은 고분자 필름(PVDF 필름, PVDF-HFP 필름)의 인장 응력 및 인장 변형률보다 작으며, 특히 Electrode B (PVDF 바인더 포함)는 PVDF 필름의 인장 응력 및 인장 변형률의 12.7% 및 10.5%만을 유지하였다. 이것은 PVDF 바인더가 전극 활물질 및 도전제와 혼합되어 외력 또는 변형에 대한 저항력의 대부분을 잃어버린다는 것을 의미한다.
대조적으로, Electrode F (PVDF-HFP 바인더 포함)는 인장 응력이 전극 B보다 약 6.0 배 더 높고 인장 변형이 8.5 배 더 크다. 따라서, PVDF-HFP 바인더는 전극 활물질 및 도전제와 혼합되었을 때 외력 또는 변형에 대한 저항력을 거의 잃어버리지 않는 것을 의미한다. 즉, PVDF-HFP 바인더가 독립형 플렉시블 전극 제조에 있어서 우수한 바인더임을 증명했다.
도 3은 바람직한 본 발명의 비교예 및 제조예를 통해 제조된 전극의 첨가제 함량에 따른 기계적 특성 그래프이다.
보다 상세하게는, 전극 활물질 및 바인더의 함량을 고정하고, 탄소의 총 질량 (= 첨가제 + 도전제)을 유지하면서 부분적으로 카본블랙을 CNT로 대체하여 전극을 제조(Electrode F, Electrode_제조예, Electrode G 및 Electrode H)한 후 인장 응력 및 인장 변형률을 측정했다.
도 3을 참조하면, Electrode_제조예(슬러리에 카본블랙 7wt% 및 CNT 4wt% 포함), Electrode G(슬러리에 카본블랙 4wt% 및 CNT 11wt% 포함) 및 Electrode H(슬러리에 CNT 11wt% 포함)은 Electrode F(슬러리에 카본블랙 11wt% 포함)와 비교하여 각각 인장 응력에서 52.8 %, 89.3 % 및 91.3 %, 인장 변형에서 24.4 %, 39.3 % 및 41.8 %의 감소를 나타냈다. 즉, CNT의 함량이 증가할수록 전극의 기계적 강도가 약해진다는 것을 알 수 있다.
이것은 CNT가 바인더의 고분자 사슬 사이에 개입하여 사슬의 연결된 경로를 파괴하기 때문이다. 그러나, CNT의 첨가는 전극의 저항을 감소시키고 전해질에 대한 전극의 습윤성을 증가시킬 것으로 기대되며, 이에 본 출원인은 비교예 및 제조예를 통해 제조된 전극의 첨가제 함량에 따른 전기전도성을 측정하여 아래의 [표 4]에 정리했다.
Electrode_AL Electrode F Electrode_제조예
3.808 x 102 1.316 x 10 2.165 x 10
상기 [표 4]를 참조하면, CNT를 첨가함에 따라(Electrode_제조예) 전자 전도도는 증가하는 것을 알 수 있다. 하지만, CNT를 포함하는 독립형 전극은 집전체를 포함하는 Electrode_AL보다 낮은 전도도를 보였다.
상술한바와 같이 첨가제의 함량에 따른 기계적 강도 및 전기적 특성을 고려했을 때, 도전제 : 첨가제 = 6 ~ 9 : 2 ~ 5 (wt%)를 포함하여 슬러리를 구성하는 것이 바람직하다.
도 4는 바람직한 본 발명의 비교예 및 제조예를 통해 제조된 전극의 SEM 이미지이다.
더욱 자세하게는, Electrode B, Electrode F 및 Electrode_제조예의 SEM 이미지이며, 각각 (a) : Electrode B의 표면, (b) : Electrode F의 표면, (c) : Electrode_제조예의 표면, (d) : Electrode B의 단면 및 (e) : Electrode F의 단면, (f) : Electrode_제조예의 단면을 나타낸다.
도 4 (a) 및 (d)를 참조하면, Electrode B의 표면 및 단면에 빈 공간(또는 모공)이 있다는 것을 확인할 수 있다. 이는 전극의 심각한 기계적 물성 감소로 이어지며, 상술한 바와 같이 Electrode B의 인장 응력 및 인장 변형률이 PVDF 필름의 인장 응력 및 인장 변형률의 12.7% 및 10.5% 밖에 유지할 수 없는 이유이다.
도 4 (b), (c), (e), (f)를 참조하면, Electrode F (b, e) 및 Electrode_제조예 (c, f)은 빈 공간이 없는 것을 확인할 수 있으며, Electrode_제조예가 Electrode F보다 밀도가 덜한 것을 제외하고는 유사한 표면 및 단면 영상을 나타냈다.
이러한 밀도 차이는 CNT 첨가에 따른 변화이며, CNT 클러스터(CNT cluster)는 전극 활물질의 밀집을 방지하고 전해질이 전극 구조에 쉽게 접근 할 수 있도록 하여 전지의 전기 전도성을 향상시키는 효과가 있다.
이하에서는, 독립형 플렉시블 전극의 전기 화학적 성질을 측정하기 위해 바람직한 본 발명의 제조예(Electrode_제조예) 및 비교예(Electrode F 및 Electrode_AL)를 통해 제조된 전극을 양극으로 사용하여 코인-타입 하프 셀 (coin-type half cell)로 제작하였다.
양극으로서 Electrode_제조예, Electrode F 및 Electrode_AL 을 사용하였고, 전해질로서 LiPF6 를 에틸렌 카보네이트 (EC) / 디메틸 카보네이트 (DEC) (1:1, v/v) 1.0M 용액에 용해시켜 사용하였으며, 세퍼레이터로서 다공성 폴리에틸렌 필름을 사용하고, 리튬 금속박을 상대 전극으로 사용 하여 코인-타입 하프 셀 (coin-type half cell)을 제작하였으며, 각각을 Cell_제조예 , Cell_F 및 Cell_AL 로 표기하였다.
도 5는 바람직한 본 발명의 비교예 및 제조예의 전극으로 제조된 하프 셀의 충전 및 방전 프로파일 그래프이다.
더욱 자세하게는 0.1C-rate 의 전류 밀도 조건에서 Cell_제조예 , Cell_F 및 Cell_AL의 초기 두 사이클의 충전 및 방전 프로파일을 측정하였다.
또한, Cell_제조예 , Cell_F 및 Cell_AL에 대한 로딩 레벨(Loading level), 두께(Thickness), 전극 밀도(Electrode density), 면적 용량(Area capacity) 및 용적 용량(Volumetric capacity)의 정보를 아래의 [표 5]에 정리했다.
Cell_AL Cell_F Cell_제조예
Loading level (mg/cm2) 7.1 8.1 6.0
Thickness (mm) 45 64 52
Electrode density (g/cm3) 2.6 2.0 1.8
Area capacity (mAh/cm2) 1.207 1.360 1.020
Volumetric capacity (mAh/cm3) 37.9 33.0 39.7
도 5 및 상기 [표 5]를 참조하면, Cell_F은 Cell_AL 보다 용량(capacity)이 약 15 mAh/g 정도 적음을 알 수 있다. 이러한 용량의 차이는 전극 활물질 입자가 전해질에 노출된 영역과 관련이 있다.
본 발명의 독립형 플렉시블 전극내의 전극 활물질 입자는 대부분 다량의 바인더로 둘러싸이기 때문에 노출된 영역이 제한적이다. 이러한 많은 바인더를 갖는 전극은 활성 물질이 전해질에 접촉하기 위한 효율적인 경로를 확보하는 것이 어려울 수 있다. 상술한 바와 같이 CNT 첨가제는 전극 활물질의 밀집을 방지하고 전해질이 전극 구조에 쉽게 접근 할 수 있도록 하여 전지의 전기 전도성을 향상시키는 효과가 있다.
실제로, CNT 첨가제가 포함된 Cell_제조예의 경우 집전체 없이 약 150 mAh/g의 특정 용량(specific capacities)을 갖는다. 이것은 일반적인 LiCoO2를 사용하여 제조된 셀의 용량과 동등한 수준이다. 따라서, Cell_제조예는 CNT의 도움으로 전해질을 전극에 함침시키는 공간을 효과적으로 유지할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 바람직한 본 발명의 비교예 및 제조예의 전극으로 제조된 하프 셀의 사이클 안정성을 나타낸 그래프이다.
더욱 자세하게는, Cell_제조예 , Cell_F 및 Cell_AL의 사이클 특성을 측정하였으며, 초기 두 사이클은 0.1C-rate의 전류 밀도 조건에서 수행되었으며, 다음 48번의 사이클은 1.0C-rate 전류 밀도 조건에서 수행되었다.
도 6을 참조하면, 모든 전극은 50 사이클까지 안정된 사이클링을 보였으며, Cell_AL, Cell_F 및 Cell_G는 각각 초기 용량의 96.6 %, 95.9 % 및 97.0 %를 유지했다. 즉, 본 발명의 독립형 플렉시블 전극은 집전체 없이도 기존 전극과 비교해 사이클링 안정성이 떨어지지 않는 것을 의미한다.
도 7은 바람직한 본 발명의 비교예 및 제조예의 전극으로 제조된 하프 셀의 방전용량비(rate capability)를 나타내는 그래프이다.
더욱 자세하게는, Cell_제조예 , Cell_F 및 Cell_AL의 방전용량비(rate capability)를 측정하였으며, 0.1C-rate 내지 7.0C-rate의 다양한 전류 밀도 조건에서 측정하였다.
도 7을 참조하면, Electrode_AL과 비교해 낮은 전도도를 갖는 Electrode_제조예를 사용하여 전지를 구성했음에도 불구하고, CNT를 함유한 Cell_제조예는 Cell_AL보다 1.0 및 3.0C 전류 밀도 조건에서 동등하거나 더 우수한 방전용량비(rate capability)를 갖는 것을 알 수 있다. 이는 전극에 CNT 첨가제를 포함함으로써, 전해질을 전극에 함침시키는 공간을 효과적으로 유지하고 있음을 증명하는 것이다.
한편, Cell_F만이 다른 전극과 비교하여 명백하게 방전용량비(rate capability)가 떨어지며, 이는 많은 바인더를 포함하는 전극의 활성 물질이 전해질에 접촉하기 위한 효율적인 경로를 확보하지 못했음을 의미한다.
도 8은 바람직한 본 발명의 비교예 및 제조예의 전극으로 제조된 하프 셀의 사이클릭 볼타그램(cyclic voltammograms) 그래프이다.
더욱 자세하게는, Cell_제조예 , Cell_F 및 Cell_AL의 사이클릭 볼타그램(cyclic voltammograms)을 측정하였다.
도 8을 참조하면, 3가지 셀 모두 유사한 피크 패턴을 보였다. 제 1 사이클에서, 4.2V에서의 음극 피크 및 3.7V에서의 양극 피크가 관찰되었다. 제 2 사이클 후에 음극피크는 4.0 V로, 양극피크는 3.8 V로 이동했다. Cell_제조예의 경우 피크 위치와 강도는 두 번째 사이클 후에 거의 변화하지 않았고 다른 전극들(Cell_F 및 Cell_AL)은 피크 위치와 강도에서 연속적인 변화를 보였다. 즉, Cell_제조예가 보다 나은 사이클 안정성을 갖는다는 것을 의미한다.
또한, Cell_AL과 Cell_제조예는 양극과 음극 사이에서 약 240mV의 전위차를 보였으나 Cell_F는 약 300mV의 전위차를 보였다. 이것은 Cell_제조예가 Cell_F보다 전기 화학 반응에서 더 빨리 반응한다는 것을 의미한다. 이는 CNT가 전극에서 전자 전달을 촉진하기 때문이다.
도 9는 바람직한 본 발명의 비교예 및 제조예에 따라 제조된 전극의 굽힘 또는 폴딩에 대한 내구성(endurance against folding)을 나타내는 이미지이다.
더욱 자세하게는, Electrode_제조예 , Electrode F 및 Electrode_AL를 0번,1번 및 5번 반복해서 접은 후의 이미지이다. 각각 (a) Electrode_AL 0번, (b) Electrode_AL 1번, (c) Electrode_AL 5번, (d) Electrode F 0번, (e) Electrode F 1번, (f) Electrode F 5번, (g) Electrode_제조예 0번, (h) Electrode_제조예 1번 및 (i) Electrode_제조예 5번 접은 이미지이다.
도 9 (a), (b) 및 (c)를 참조하면, Electrode_AL에서 1번 이상 반복적으로 접었을 때, 전극에 명확한 손상을 입은 것을 확인할 수 있으며, 도 9 (d), (e) 및 (f)를 참조하면, Electrode F에서 5번 이상 반복적으로 접었을 때, 전극에 약하게 접는 선이 나타나는 것을 확인할 수 있었고, 도 9 (g), (h) 및 (i)를 참조하면, Electrode_제조예에서 5번 이상 반복적으로 접었을 때, 전극에 어떠한 주름이나 손상이 보이지 않는 것을 확인할 수 있다.
이러한 관찰로부터, CNT를 포함하는 본 발명의 독립형 플렉시블 전극은 굽힘 또는 폴딩에 대한 내구성이 뛰어난 것을 증명할 수 있다.
도 10은 바람직한 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 플렉시블 셀의 이미지이다.
상기 플렉시블 셀은 양극으로서 Electrode_제조예를 사용하였고, 카운터 전극으로서 LCO 대신 흑연을 사용하여(흑연 전극 활물질 : PVDF-HFP 바인더 : 카본블랙 도전제 : CNT 첨가제 = 63:26:7:4 wt%를 포함하여 제조된 슬러리를 사용) 제조예와 동일한 방식으로 제작된 전극을 사용하였다.
도 10을 참조하면, 구부릴 때에도 플렉시블 셀이 발광 다이오드 (LED) 장치에 전원을 공급할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 출원인은 독립형 플렉시블 전극 및 이의 제조방법을 제공한다. 이는 제형 (바인더의 양)을 조정하는 것만으로 수행되었으며, 복잡한 나노 구조 또는 유연성을 향상시키기 위한 추가 구성 요소를 사용하지 않았다.
여러 가지 비교예들을 통해 슬러리에 포함되는 물질들의 최적 함량을 도출해냈으며, 전극 활물질 : 바인더 : 도전제 : 첨가제 = 46 ~ 76 : 15 ~ 45 : 6 ~ 9 : 2 ~ 5 (wt%)의 비율로 슬러리를 구성하였을 때, 본 발명의 독립형 플렉시블 전극은 집전체 없이도 뛰어난 전기전도성 및 기계적 물성을 가진다.
또한, 박리 강도가 0mN에 도달하여, 추가적인 힘을 가할 필요 없이 유리기판 상에 캐스팅하고 뗄 수 있는 전극이 되었으며, 5번 이상 접었다 펼쳐도 전혀 손상이 없는 플렉시블한 전극을 얻을 수 있었다.
이러한 독립형 플렉시블 전극을 양극으로 사용하여 셀을 구성하였을 경우, 일반적인 셀(Cell_AL)과 비교했을 때 방전 용량, 속도 성능 및 사이클링 안정성 등의 전기 화학 성능과 동등 또는 이상의 성능을 가졌다.
또한, 본 발명의 독립형 플렉시블 전극을 양극 및 음극으로 제작하여 셀을 구성하였을 경우, 구부릴 때에도 상기 셀에 연결된 장치에 전원을 공급할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 높은 저항문제, 양극 활물질의 담지량(loading level)이 부족한 문제 및 반복적인 굽힘 또는 폴딩 과정에서의 견고성 및 기계적 강도가 낮은 기존의 플렉시블 리튬이온전지용 전극이 가졌던 문제점을 해결하는 신규한 플렉시블 전극 및 이의 제조방법이라고 할 수 있을 것이다.
100: 기판
200: 건조된 슬러리

Claims (8)

  1. 전극 활물질, 바인더, 도전제 및 첨가제를 포함하는 슬러리를 제조하는 단계;
    상기 슬러리를 유리기판 상에 캐스팅하여 건조하는 단계; 및
    상기 유리기판 상에 건조된 슬러리를 떼어내는 단계를 포함하고,
    집전체를 필요로 하지 않는 것을 특징으로 하는 독립형 플렉시블 전극의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극 활물질은 양극 재료인 리튬코발트옥사이드(LCO), 니켈코발트망간옥사이드(NCM) 및 니켈코발트알루미늄 옥사이드(NCA)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 독립형 플렉시블 전극의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극 활물질은 음극 재료인 흑연질 탄소 및 흑연화성 탄소를 포함하는 탄소계 물질 및 실리콘계열 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 독립형 플렉시블 전극의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바인더는 PVDF-HFP인 것을 특징으로 하는 독립형 플렉시블 전극의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도전제는 카본블랙인 것을 특징으로 하는 독립형 플렉시블 전극의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는 탄소나노튜브 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 독립형 플렉시블 전극의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전극 활물질, 도전제, 바인더 및 첨가제의 함량 비율은 상기 슬러리 총량을 기준으로, 전극 활물질 : 바인더 : 도전제 : 첨가제 = 46 내지 76 : 15 내지 45 : 6 내지 9 : 2 내지 5 (wt%) 인 것을 특징으로 하는 독립형 플렉시블 전극의 제조방법.
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KR101694690B1 (ko) * 2015-01-28 2017-01-10 경상대학교산학협력단 전극, 전지 및 전극의 제조 방법

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