KR20250093037A - Lithium metal electrode for a lithium secondary battery and a method of making the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리튬 금속 전극 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 리튬 금속 전극은 Fe 및 Ni을 포함하는 집전체 및 상기 집전체의 적어도 일면에 위치하며 리튬 합금을 포함하는 금속층을 포함한다.The present invention relates to a lithium metal electrode and a method for manufacturing the same. The lithium metal electrode of the present invention comprises a current collector comprising Fe and Ni and a metal layer positioned on at least one surface of the current collector and comprising a lithium alloy.
Description
본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리튬 이차전지용 리튬 금속 전극 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery, and more specifically, to a lithium metal electrode for a lithium secondary battery and a method for manufacturing the same.
이차전지의 저가격화 및 고에너지 밀도화를 위하여, 리튬 이차전지의 음극으로 리튬 금속 전극을 사용하는 것이 필수 불가결한 상황이다. 구체적으로 최근 전기차(EV; electric vehicle) 용도와 같은 고에너지밀도를 위한 차세대 전지로 전고체전지가 주목을 받고 있다. In order to reduce the cost and increase the energy density of secondary batteries, it is essential to use lithium metal electrodes as the negative electrodes of lithium secondary batteries. Specifically, all-solid-state batteries are attracting attention as next-generation batteries for high energy density, such as those for electric vehicles (EVs).
전고체전지는 액체전해질을 사용하지 않기 때문에 안정성이 우수하고, 고전압 운전이 가능할 뿐만 아니라 냉각 및 안전 관련 부자재의 축소로 전지팩의 에너지 밀도가 향상되며, 넓은 온도 영역에서 작동이 가능한 점 등의 다양한 측면에서 장점을 가지고 있다. 이와 같은 전고체전지에서 실질적으로 고에너지밀도가 구현되기 위해서는 두껍고 용량이 낮은 흑연 기반의 음극재에서 얇고 용량이 높은 리튬으로 대체되어야 하며, 경제성과 에너지밀도를 감안하면 실질적으로 10 내지 20 ㎛의 두께를 갖는 박막 리튬 금속 전극이 필요하다.All-solid-state batteries have many advantages, including superior stability because they do not use liquid electrolytes, high-voltage operation, improved energy density of the battery pack due to reduced cooling and safety-related auxiliary materials, and operation over a wide temperature range. In order to achieve practical high energy density in such all-solid-state batteries, thick and low-capacity graphite-based negative electrode materials must be replaced with thin and high-capacity lithium, and considering cost-effectiveness and energy density, a thin-film lithium metal electrode with a thickness of 10 to 20 ㎛ is practically required.
일반적으로 리튬 금속 전극의 경우, 집전체로 Cu를 다수 사용하고 있다. 그러나, 황화물계 전고체 배터리에서 Cu가 부식되기 때문에 집전체 적용이 어려운 문제가 있다. 이를 해결하기 위해, 집전체에 Ni 이나 STS를 활용하는 방법에 대한 관심이 높아지고 있다. 그러나, Ni은 Cu 보다는 부식에 대한 저항성이 우수하나, 여전히 부식에 대한 문제가 있다. STS는 부식에 대한 저항성은 우수하나, 집전체에 적용하기 위해 20 ㎛ 이하의 두께로 만들기 위해 공정상 경제성이 없으며, 표면처리가 어려운 문제가 있다.In general, for lithium metal electrodes, Cu is used in large quantities as a current collector. However, there is a problem that it is difficult to apply the current collector because Cu is corroded in a sulfide-based all-solid-state battery. To solve this problem, interest in using Ni or STS as a current collector is increasing. However, although Ni has better corrosion resistance than Cu, it still has a corrosion problem. Although STS has excellent corrosion resistance, it is not economical in terms of process to make it less than 20 ㎛ thick for application to a current collector, and there is a problem that surface treatment is difficult.
따라서, 기존 집전체를 대체할 수 있고 부식에 강한 집전체를 포함하여 안정적이고 수명 특성이 우수한 리튬 금속 전극에 대한 연구가 필요하다.Therefore, research is needed on lithium metal electrodes that can replace existing current collectors and have stable and excellent life characteristics, including corrosion-resistant current collectors.
본 발명의 일 실시예에 따른, 리튬 이차 전지용 리튬 금속 전극은 부식에 강하고 전지의 수명 특성이 우수한 리튬 금속 전지를 제공하는 것이다.According to one embodiment of the present invention, a lithium metal electrode for a lithium secondary battery provides a lithium metal battery having excellent corrosion resistance and battery life characteristics.
본 발명의 다른 실시예에 따른, 리튬 이차 전지용 리튬 금속 전극을 제조하는 방법은 전술한 이점을 갖는 리튬 이차 전지용 리튬 금속 전극을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.According to another embodiment of the present invention, a method for manufacturing a lithium metal electrode for a lithium secondary battery provides a method for manufacturing a lithium metal electrode for a lithium secondary battery having the advantages described above.
본 발명의 일 실시예에 따른, 리튬 금속 전극은 Fe 및 Ni을 포함하는 집전체 및 상기 집전체의 적어도 일면에 위치하며 리튬 합금을 포함하는 금속층을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 금속층 상에 위치하는 보호층을 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a lithium metal electrode may include a current collector including Fe and Ni and a metal layer positioned on at least one surface of the current collector and including a lithium alloy. In one embodiment, a protective layer positioned on the metal layer may be included.
일 실시예에서, 상기 Fe 및 Ni을 포함하는 집전체는 집전체 내 합금 100 중량%를 기준으로, Fe: 10 내지 90 중량% 및 잔부의 Ni을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 Fe 및 Ni을 포함하는 집전체는 집전체 내 합금 100 중량%를 기준으로, Fe: 55 내지 70 중량% 및 잔부의 Ni을 포함할 수 있다.In one embodiment, the current collector including Fe and Ni may include 10 to 90 wt % of Fe and the remainder Ni, based on 100 wt % of the alloy in the current collector. In one embodiment, the current collector including Fe and Ni may include 55 to 70 wt % of Fe and the remainder Ni, based on 100 wt % of the alloy in the current collector.
일 실시예에서, 상기 금속층은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 아연(Zn), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 및 주석(Sn) 중 적어도 하나의 친리튬 금속을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 친리튬 금속을 포함하는 금속층의 두께는 20 내지 300 nm일 수 있다.In one embodiment, the metal layer can include at least one lithium-philic metal selected from the group consisting of gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), zinc (Zn), silicon (Si), magnesium (Mg), and tin (Sn). In one embodiment, the metal layer including the lithium-philic metal can have a thickness of 20 to 300 nm.
일 실시예에서, 상기 친리튬 금속을 포함하는 금속층의 두께 표준편차는 90 nm 이하일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 리튬 합금을 포함하는 금속층 내 친리튬 금속의 몰비는 집전체로 향할수록 높을 수 있다.In one embodiment, the standard deviation of the thickness of the metal layer including the lithium-friendly metal may be 90 nm or less. In one embodiment, the molar ratio of the lithium-friendly metal in the metal layer including the lithium alloy may be higher toward the current collector.
본 발명의 다른 실시예에 따른, 리튬 금속 전극의 제조 방법은 Fe 및 Ni을 포함하는 집전체를 준비하는 단계 및 친리튬 성분을 포함하는 코팅 조성물을 이용하여 집전체의 적어도 일 면에 코팅층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 코팅층을 형성하는 단계 이후, 상기 코팅층 표면에 보호층을 형성하는 단계, 도금액 내에 상기 코팅층 및 보호층이 형성된 집전체를 위치시킨 후 상기 보호층과 소정의 간격을 두고 리튬 공급원을 위치시키는 단계, 및 상기 집전체 및 상기 리튬 공급원 사이에 전류를 인가하여, 상기 코팅층에 포함된 친리튬 성분과 상기 리튬 공급원으로부터 석출된 리튬이 합금화된 리튬 합금을 포함하는 금속층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a method for manufacturing a lithium metal electrode may include a step of preparing a current collector including Fe and Ni, and a step of forming a coating layer on at least one surface of the current collector using a coating composition including a lithium-philic component. In one embodiment, after the step of forming the coating layer, the method may include a step of forming a protective layer on a surface of the coating layer, a step of positioning the current collector on which the coating layer and the protective layer are formed in a plating solution, and then positioning a lithium source at a predetermined distance from the protective layer, and a step of applying a current between the current collector and the lithium source to form a metal layer including a lithium alloy in which the lithium-philic component included in the coating layer and lithium precipitated from the lithium source are alloyed.
일 실시예에서, 상기 Fe 및 Ni을 포함하는 집전체를 준비하는 단계는 상기 집전체 내 합금 100 중량%를 기준으로, Fe: 10 내지 90 중량% 및 잔부의 Ni을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 Fe 및 Ni을 포함하는 집전체는 집전체 내 합금 100 중량%를 기준으로, Fe: 55 내지 70 중량% 및 잔부의 Ni을 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of preparing a current collector including Fe and Ni may include 10 to 90 wt% of Fe and the remainder Ni, based on 100 wt% of the alloy in the current collector. In one embodiment, the current collector including Fe and Ni may include 55 to 70 wt% of Fe and the remainder Ni, based on 100 wt% of the alloy in the current collector.
일 실시예에서, 상기 친리튬 성분을 포함하는 코팅 조성물을 이용하여 집전체의 적어도 일 면에 코팅층을 형성하는 단계는 상기 코팅층의 두께를 20 내지 300 nm 범위로 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 친리튬 성분을 포함하는 코팅 조성물을 이용하여 집전체의 적어도 일 면에 코팅층을 형성하는 단계는 상기 코팅층의 두께 표준편차를 10 내지 90 nm로 제어할 수 있다.In one embodiment, the step of forming a coating layer on at least one surface of a current collector using a coating composition including the lithium-philic component can control the thickness of the coating layer to be in the range of 20 to 300 nm. In one embodiment, the step of forming a coating layer on at least one surface of a current collector using a coating composition including the lithium-philic component can control the thickness standard deviation of the coating layer to be in the range of 10 to 90 nm.
일 실시예에서, 상기 친리튬 성분을 포함하는 코팅 조성물을 이용하여 집전체의 적어도 일면에 코팅층을 형성하는 단계에서 상기 코팅층은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 아연(Zn), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 및 주석(Sn) 중 적어도 하나의 친리튬 금속을 포함할 수 있다.In one embodiment, in the step of forming a coating layer on at least one surface of a current collector using a coating composition including the lithium-friendly component, the coating layer may include at least one lithium-friendly metal among gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), zinc (Zn), silicon (Si), magnesium (Mg), and tin (Sn).
본 발명의 일 실시예에 따른, 리튬 이차 전지용 리튬 금속 전극은 집전체 내 Fe 및 Ni을 포함하는 합금층을 포함함으로써, 부식에 강하고 전지의 수명 특성이 우수한 리튬 금속 전지를 제공하는 것이다.According to one embodiment of the present invention, a lithium metal electrode for a lithium secondary battery includes an alloy layer containing Fe and Ni within a current collector, thereby providing a lithium metal battery having excellent corrosion resistance and life characteristics.
본 발명의 다른 실시예에 따른, 리튬 이차 전지용 리튬 금속 전극을 제조하는 방법은 전술한 이점을 갖는 리튬 이차 전지용 리튬 금속 전극을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.According to another embodiment of the present invention, a method for manufacturing a lithium metal electrode for a lithium secondary battery provides a method for manufacturing a lithium metal electrode for a lithium secondary battery having the advantages described above.
도 1a 및 도 1b는 일 실시예에 따라 제조된 리튬 금속 전극을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 리튬 금속 전극의 제조 방법에 대한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 집전체 상에 도금된 합금 소재 코팅층의 구조 및 두께를 나타낸 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 사진이다.
도 4는 일 실시예에 따른 전착 공정에 의해 보호층과 집전체 사이 리튬이 석출되었을 때의 단면 구조를 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 리튬이 전착되었을 때, 외관을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른, 리튬 금속 전지의 부식성 평가에 대한 사진이다.
도 7는 본 발명의 실시예 및 비교예를 이용한 전고체전지의 셀 수명 평가를 나타낸다.FIGS. 1A and 1B illustrate a lithium metal electrode manufactured according to one embodiment.
Figure 2 is a schematic diagram of a method for manufacturing a lithium metal electrode of the present invention.
FIG. 3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing the structure and thickness of an alloy material coating layer plated on a current collector according to one embodiment of the present invention.
Figure 4 shows a cross-sectional structure when lithium is deposited between a protective layer and a current collector by an electrodeposition process according to one embodiment.
Figures 5a and 5b show the appearance when lithium is deposited according to examples and comparative examples of the present invention.
FIG. 6 is a photograph showing an evaluation of the corrosion resistance of a lithium metal battery according to an embodiment and a comparative example of the present invention.
Figure 7 shows the cell life evaluation of an all-solid-state battery using examples and comparative examples of the present invention.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.The terms first, second, and third, etc. are used to describe, but are not limited to, various parts, components, regions, layers, and/or sections. These terms are only used to distinguish one part, component, region, layer, or section from another part, component, region, layer, or section. Thus, a first part, component, region, layer, or section described below may be referred to as a second part, component, region, layer, or section without departing from the scope of the present invention.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. As used herein, the singular forms include the plural forms as well, unless the context clearly dictates otherwise. The word "comprising," as used herein, specifies particular features, regions, integers, steps, operations, elements, and/or components, but does not exclude the presence or addition of other features, regions, integers, steps, operations, elements, and/or components.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.When a part is referred to as being "on" or "on" another part, it may be directly on or above the other part, or there may be other parts intervening. In contrast, when a part is referred to as being "directly on" another part, there are no other parts intervening.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms, including technical and scientific terms, used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms defined in commonly used dictionaries are additionally interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the presently disclosed content, and are not interpreted in an ideal or very formal sense unless defined.
도 1a 및 도 1b는 일 실시예에 따라 제조된 리튬 금속 전극(100)을 나타낸 것이다.FIGS. 1A and 1B illustrate a lithium metal electrode (100) manufactured according to one embodiment.
도 1a를 참고하면, 일 실시예에 따른 리튬 금속 전극(100)은, 집전체(11) 및 상기 집전체(11)의 적어도 일 면에 위치하는 금속층(12)을 포함하고, 또한, 집전체(11)와 대면하는 금속층(12)의 타면에 위치하는 보호층(30)을 포함한다.Referring to FIG. 1a, a lithium metal electrode (100) according to one embodiment includes a current collector (11) and a metal layer (12) positioned on at least one surface of the current collector (11), and also includes a protective layer (30) positioned on the other surface of the metal layer (12) facing the current collector (11).
집전체(11)는 리튬 이차 전지 내에서 전기적 연결을 위한 부재일 수 있다. 집전체(11)는, 박막(Foil)의 형태를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 메쉬(mesh), 폼(foam), 봉재(rod), 선재(wire), 및 선재(wire, fiber)를 직조한 박판(sheet)의 형태를 가질 수도 있다.The current collector (11) may be a member for electrical connection within a lithium secondary battery. The current collector (11) may have a form of a foil, but is not limited thereto, and may have, for example, a form of a mesh, a foam, a rod, a wire, or a sheet made by weaving a wire (fiber).
집전체(11)는 전기 전도성을 가지며 리튬과의 반응이 제한적인 소재를 사용할 수 있다. 구체적으로, 집전체(11)의 소재는 예를 들어, 구리, 니켈, 티타늄, 스테인레스강, 철, 금, 백금, 은, 탄탈륨, 루테늄, 및 이들의 합금, 탄소, 도전성 폴리머, 비 도전성 폴리머 상에 도전층이 코팅된 복합 섬유 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. The current collector (11) may use a material that is electrically conductive and has limited reaction with lithium. Specifically, the material of the current collector (11) may use any one or a combination of, for example, copper, nickel, titanium, stainless steel, iron, gold, platinum, silver, tantalum, ruthenium, and alloys thereof, carbon, conductive polymers, and composite fibers having a conductive layer coated on a non-conductive polymer.
일 실시예에서, 집전체(11)의 두께는 1 ㎛ 내지 50 ㎛ 일 수 있다. 집전체(11)의 두께가 과도하게 두꺼운 경우, 전지 중량이 증가되어 전지의 에너지 밀도가 낮아지는 문제가 있다. 집전체(11)의 두께가 과도하게 얇은 경우, 고전류 작동 시 과열 파손의 위험이 있고, 전지 제조 공정 중 장력에 의해 파손될 수 있다. In one embodiment, the thickness of the current collector (11) may be 1 μm to 50 μm. If the thickness of the current collector (11) is excessively thick, there is a problem that the battery weight increases and the energy density of the battery decreases. If the thickness of the current collector (11) is excessively thin, there is a risk of overheating damage during high current operation and damage due to tension during the battery manufacturing process.
일 실시예에서, 집전체(11)는 Fe 및 Ni을 포함할 수 있다. 구체적으로, 집전체(11)는 Fe 및 Ni을 포함하는 합금을 포함할 수 있다. 집전체(11)가 Fe 및 Ni을 포함함으로써, 열팽창계수가 낮아 전지 적용에 유리하고, 내부식성이 뛰어나며, 동시에 표면 처리가 용이하여 전고체 전지에 적용이 유리한 이점이 있다.In one embodiment, the current collector (11) may include Fe and Ni. Specifically, the current collector (11) may include an alloy including Fe and Ni. Since the current collector (11) includes Fe and Ni, it has the advantage of having a low coefficient of thermal expansion, which is advantageous for battery application, excellent corrosion resistance, and at the same time, easy surface treatment, which is advantageous for application to an all-solid-state battery.
일 실시예에서, 집전체(11)는 집전체(11) 내 합금 100 중량%를 기준으로, Fe: 10 내지 90 중량% 및 잔부의 Ni을 포함할 수 있다. 집전체(11) 내 Fe 및 Ni은 전술한 범위를 만족하며 아래와 같은 이점이 있다.In one embodiment, the current collector (11) may include 10 to 90 wt% of Fe and the remainder of Ni, based on 100 wt% of the alloy in the current collector (11). The Fe and Ni in the current collector (11) satisfy the above-described range and have the following advantages.
Fe: 10 내지 90 중량%Fe: 10 to 90 wt%
Fe는 집전체(11) 내 적정량 포함됨으로써, 부식 저항성 증대 및 경제적 이점이 있다. Fe는 집전체(11) 100 중량%를 기준으로, 10 내지 90 중량%를 포함할 수 있다. 구체적으로, Fe는 집전체(11) 100 중량%를 기준으로, 55 내지 70 중량%, 더욱 구체적으로, 60 내지 70 중량%를 포함할 수 있다.Fe is included in an appropriate amount in the current collector (11), thereby increasing corrosion resistance and providing economic benefits. Fe may be included in an amount of 10 to 90 wt% based on 100 wt% of the current collector (11). Specifically, Fe may be included in an amount of 55 to 70 wt%, and more specifically, 60 to 70 wt%, based on 100 wt% of the current collector (11).
상기 Fe의 함량이 전술한 범위의 상한 값 또는 하한 값을 벗어나는 경우, 적정 범위의 값에 비해 오히려 전해질과의 반응성이 증대되는 문제가 있다. If the content of the above Fe is outside the upper or lower limit of the above-mentioned range, there is a problem that the reactivity with the electrolyte increases compared to the value within the appropriate range.
Ni: 10 내지 90 중량%Ni: 10 to 90 wt%
Ni은 집전체(11) 내 포함됨으로써, 부식 저항성이 증대되는 이점이 있다. Ni는 집전체(11) 100 중량%를 기준으로, Fe: 10 내지 90 중량%를 제외한 잔부, 구체적으로, 90 내지 10 중량%를 포함할 수 있다. 예를 들어, Fe가 10 중량 %인 경우, Ni은 90 중량%일 수 있다.Ni is included in the current collector (11), thereby having the advantage of increased corrosion resistance. Ni may include the remainder, specifically, 90 to 10 wt%, excluding 10 to 90 wt% of Fe, based on 100 wt% of the current collector (11). For example, when Fe is 10 wt%, Ni may be 90 wt%.
상기 Ni의 함량이 과도하게 포함될 경우, 셀 불안정성이 상승하여 재현성이 잘 나오지 않는 문제가 있다. 상기 Ni의 함량이 과소하게 포함될 경우, Ni이 지닌 부식저항성의 효과가 미비한 문제가 있다.If the content of the above Ni is excessive, there is a problem that cell instability increases and reproducibility is poor. If the content of the above Ni is insufficient, there is a problem that the corrosion resistance effect of Ni is insufficient.
금속층(12)은 집전체(11) 상에 위치하며, 리튬 합금을 포함하는 리튬 합금층(21) 및 상기 리튬 합금층(21) 상에 위치하는 리튬 금속층(41)을 포함할 수 있다. 리튬 합금층(21)은 상기 집전체(11) 및 리튬 공급원(도 2의 40) 사이에 전류를 인가하여 상기 집전체(11) 상에 금속층(12)에 포함된 친리튬 성분과 상기 리튬 공급원(40)으로터 석출된 리튬이 합금화 된 리튬 합금을 포함하는 층 일 수 있다.The metal layer (12) is positioned on the current collector (11) and may include a lithium alloy layer (21) including a lithium alloy and a lithium metal layer (41) positioned on the lithium alloy layer (21). The lithium alloy layer (21) may be a layer including a lithium alloy in which a lithium-friendly component included in the metal layer (12) and lithium precipitated from the lithium source (40) are alloyed by applying a current between the current collector (11) and the lithium source (40 in FIG. 2).
금속층(12) 형성을 위해, 리튬 전착 속도를 증가시키기 위하여, 고전류를 인가하여 전착 공정을 진행하는 경우 리튬 이차 전지의 성능이 저하되는 문제점이 있다. 그러나 본 실시예에서와 같이 리튬 성분을 포함하는 리튬 합금층(21)을 포함하는 구조로 금속층(12)을 형성하는 경우, 고전류를 인가하여 전착 공정을 수행하여도 미세한 리튬 입자가 과량 생성되거나 전착 공정에서 보호층(30)이 파괴되는 것을 방지할 수 있다. In order to form a metal layer (12), if a high current is applied to perform the electrodeposition process in order to increase the lithium deposition rate, there is a problem that the performance of the lithium secondary battery deteriorates. However, in the case of forming a metal layer (12) with a structure including a lithium alloy layer (21) including a lithium component as in the present embodiment, even if a high current is applied to perform the electrodeposition process, it is possible to prevent excessive generation of fine lithium particles or destruction of the protective layer (30) in the electrodeposition process.
구체적으로, 일 실시예의 금속층(12)은 리튬 성분을 포함하는 리튬 합금층(21)을 포함하기 때문에 전착 공정에서 고전류를 인가하여 상기 리튬 합금층(21) 상에 리튬 금속층(41)을 형성하는 경우, 초기에 생성된 리튬 입자가 잘 성장하도록 유도하여 조대한 구조의 입자가 형성되도록 함과 동시에 리튬 금속층(41), 결과적으로 금속층(12)이 균일한 표면을 갖도록 할 수 있다. Specifically, since the metal layer (12) of one embodiment includes a lithium alloy layer (21) containing a lithium component, when a high current is applied in the electrodeposition process to form a lithium metal layer (41) on the lithium alloy layer (21), the initially formed lithium particles can be induced to grow well, thereby forming particles having a coarse structure, and at the same time, the lithium metal layer (41), and consequently the metal layer (12), can have a uniform surface.
따라서, 본 실시예에 따른 리튬 금속 전극을 적용한 이차 전지의 성능, 구체적으로는 충방전 특성을 현저하게 향상시킬 수 있다. 또한, 고전류를 인가하여 빠른 속도로 전착 공정을 수행하는 경우에도 고성능을 갖는 이차 전지용 리튬 금속 전극을 제조할 수 있기 때문에 이차 전지용 리튬 금속 전극의 생산성도 현저하게 향상시킬 수 있다.Therefore, the performance of a secondary battery using the lithium metal electrode according to the present embodiment, specifically, the charge/discharge characteristics, can be significantly improved. In addition, since a high-performance lithium metal electrode for a secondary battery can be manufactured even when a high current is applied to perform the electrodeposition process at a high speed, the productivity of the lithium metal electrode for a secondary battery can also be significantly improved.
본 실시예에서 리튬 합금층(21)은 친리튬 금속을 포함한다. 이와 같이 리튬 합금층(21)이 친리튬 금속을 포함하는 경우 친리튬금속 표면에서 리튬 이온의 표면 에너지 감소에 따라 리튬 이온의 확산이 원활해진다. 따라서 리튬 이온 전도도가 향상되고, 리튬 금속층의 전착이 균일하게 수행되는 장점이 있다. 금속층(12)은 전지의 충전과정에서 보다 효과적으로 리튬이 보호층(30) 하부에 석출될 수 있도록 하는데 도움을 주는 역할을 한다.In this embodiment, the lithium alloy layer (21) includes a lithium-friendly metal. When the lithium alloy layer (21) includes a lithium-friendly metal, the diffusion of lithium ions becomes smooth due to the decrease in the surface energy of lithium ions on the surface of the lithium-friendly metal. Accordingly, there is an advantage in that the lithium ion conductivity is improved and the electrodeposition of the lithium metal layer is performed uniformly. The metal layer (12) plays a role in helping lithium to be deposited more effectively under the protective layer (30) during the charging process of the battery.
일 실시예에서, 리튬 합금층(21)과 집전체(11) 사이에 친리튬 금속층을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 친리튬 금속은 일부가 리튬 합금층(21) 내에서 리튬과 합금을 이루고, 다른 일부는 집전체 표면에 잔존할 수 있다. 구체적으로, 일 실시예에서, 상기 친리튬 금속의 몰비율은 집전체를 향할수록 커질 수 있다. 이는 집전체 상에 도포된 친리튬 금속이 전해 도금 과정에서 일부가 리튬과 합금을 이루어 리튬 합금층(21)을 형성하게 되고, 남은 일부 친리튬 금속이 집전체 상에 잔존하게 된다. In one embodiment, a lithium-friendly metal layer may be further included between the lithium alloy layer (21) and the current collector (11). Specifically, some of the lithium-friendly metal may form an alloy with lithium within the lithium alloy layer (21), and some may remain on the surface of the current collector. Specifically, in one embodiment, the molar ratio of the lithium-friendly metal may increase toward the current collector. This means that some of the lithium-friendly metal applied on the current collector forms an alloy with lithium during the electrolytic plating process to form a lithium alloy layer (21), and some of the remaining lithium-friendly metal remains on the current collector.
리튬 합금층(21)은, 리튬과 친리튬 금속으로 이루어진 합금일 수 있고, 여기서, 상기 친리튬 금속은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 아연(Zn), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 및 주석(Sn) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 친리튬 금속은 주석(Sn)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 친리튬 금속은 주석을 포함함으로써, Fe 및 Ni을 포함하는 집전체(11)에 적용이 유리하고, 리튬 덴드라이트 성장을 방지하여 안정적이고 장수명의 리튬 금속 전지를 구현할 수 있다.The lithium alloy layer (21) may be an alloy composed of lithium and a lithium-friendly metal, wherein the lithium-friendly metal may include at least one of gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), zinc (Zn), silicon (Si), magnesium (Mg), and tin (Sn). Specifically, the lithium-friendly metal may include tin (Sn). Specifically, the lithium-friendly metal includes tin, so that it is advantageously applied to a current collector (11) including Fe and Ni, and lithium dendrite growth can be prevented, thereby implementing a stable and long-life lithium metal battery.
일 실시예에서, 친리튬 금속을 포함하는 금속층의 두께는 20 내지 300 nm일 수 있다. 구체적으로, 상기 친리튬 금속을 포함하는 금속층은 리튬 합금층(21)일 수 있다. 상기 친리튬 금속을 포함하는 금속층의 두께는 25 내지 200 nm, 구체적으로, 50 내지 150 nm일 수 있다.In one embodiment, the thickness of the metal layer including the lithium-friendly metal may be 20 to 300 nm. Specifically, the metal layer including the lithium-friendly metal may be a lithium alloy layer (21). The thickness of the metal layer including the lithium-friendly metal may be 25 to 200 nm, specifically, 50 to 150 nm.
상기 두께가 전술한 범위의 상한 값을 벗어나는 경우, 두께의 균일성이 감소하는 문제가 있다. 상기 두께가 전술한 범위의 하한 값을 벗어나는 경우, 셀 구동 특성에 불리한 문제가 있다.If the thickness exceeds the upper limit of the above-mentioned range, there is a problem of reduced thickness uniformity. If the thickness exceeds the lower limit of the above-mentioned range, there is a problem of disadvantage in cell driving characteristics.
일 실시예에서, 친리튬 금속을 포함하는 금속층의 두께 표준편차는 90 nm 이하일 수 있다. 구체적으로, 친리튬 금속을 포함하는 금속층, 예를 들어 리튬 합금층(21)의 두께 표준편차는 90 nm 이하, 구체적으로, 10 내지 90 nm, 구체적으로, 12.5 내지 87.1 nm, 더욱 구체적으로, 45 내지 65 nm, 더욱 구체적으로, 50 내지 55 nm 일 수 있다.In one embodiment, the thickness standard deviation of the metal layer including the lithium-friendly metal may be 90 nm or less. Specifically, the thickness standard deviation of the metal layer including the lithium-friendly metal, for example, the lithium alloy layer (21), may be 90 nm or less, specifically, 10 to 90 nm, specifically, 12.5 to 87.1 nm, more specifically, 45 to 65 nm, and more specifically, 50 to 55 nm.
상기 친리튬 금속을 포함하는 금속층의 두께 표준편차는 시료의 무작위 부분을 여러 개 추출하여 Cross-section polishing(CP) 및 Focused ion beam(FIB) 방법으로 측정한 값을 의미하고, 상기 두께 표준편차가 전술한 범위를 만족함으로써, 균일성이 일정 범위 조건을 만족하여 리튬 덴드라이트 성장을 효과적으로 방지할 수 있다는 이점이 있다. 상기 친리튬 금속을 포함하는 금속층의 두께 표준편차가 전술한 범위의 상한 값을 벗어나는 경우, 금속층의 균일도가 크게 차이나므로 리튬 덴드라이트 성장 억제에 불리하다는 문제가 있다. 일 실시예에서, 금속층(12)의 두께는 1㎛ 내지 100㎛, 보다 구체적으로, 5㎛ 내지 30㎛ 범위일 수 있다. 금속층(12)의 두께가 과도하게 두꺼운 경우, 본 실시예의 리튬 금속 전극을 이차 전지에 적용하는 경우, 전지의 중량 및 부피가 증가되어 에너지 밀도가 낮아지는 문제점이 있다. 또한, 금속층(12) 형성 시 두께에 비례하여 전착 공정의 시간과 비용이 증가되기 때문에 상기 금속층(12)의 두께는 100㎛ 이하인 것이 바람직하다.The thickness standard deviation of the metal layer including the lithium-friendly metal refers to a value measured by extracting multiple random parts of the sample and using the Cross-section polishing (CP) and Focused ion beam (FIB) methods, and when the thickness standard deviation satisfies the above-mentioned range, the uniformity satisfies a certain range condition, so that lithium dendrite growth can be effectively prevented, which has an advantage. When the thickness standard deviation of the metal layer including the lithium-friendly metal exceeds the upper limit of the above-mentioned range, there is a problem that the uniformity of the metal layer greatly differs, which is disadvantageous for lithium dendrite growth inhibition. In one embodiment, the thickness of the metal layer (12) may be in the range of 1 ㎛ to 100 ㎛, more specifically, 5 ㎛ to 30 ㎛. When the thickness of the metal layer (12) is excessively thick, when the lithium metal electrode of the present embodiment is applied to a secondary battery, there is a problem that the weight and volume of the battery increase, thereby lowering the energy density. In addition, since the time and cost of the electrodeposition process increase in proportion to the thickness when forming the metal layer (12), it is preferable that the thickness of the metal layer (12) be 100 ㎛ or less.
금속층(12)의 두께가 과도하게 얇은 경우, 본 실시예의 리튬 금속 전극을 이차 전지에 적용하는 경우에 전지의 충방전 수명이 저하되는 문제점이 있다. 구체적으로, 전지의 충방전 중에는 리튬이온이 음극과 양극을 이동하게 되는데, 음극에 충분한 양의 친리튬금속이 분포되어 있어야 전지의 충방전이 반복되더라도 친리튬금속이 리튬이온을 끌어당기는 힘이 유지되어 안정적인 거동이 가능해지므로 친리튬금속이 과소량 존재하는 경우 전지의 충방전 수명이 저하된다. 보호층(30)은 금속층(12) 상에 위치하고, 비정질 탄소를 포함할 수 있다. 전고체전지에서 리튬 금속만을 음극으로 사용할 경우, 전고체전해질과 리튬의 반응에 의해 고저항이 생성되고, 충방전 과정 중 전류 밀도의 국부적 불균일에 의해 리튬 덴드라이트가 지속적으로 생성되거나 고저항의 리튬 부산물이 생성됨으로써, 충방전 중 단락 또는 과전압에 의하여 고장이 발생되거나 전지용량이 저하된다.When the thickness of the metal layer (12) is excessively thin, there is a problem that the charge/discharge life of the battery is reduced when the lithium metal electrode of the present embodiment is applied to a secondary battery. Specifically, during charging/discharging of the battery, lithium ions move between the negative electrode and the positive electrode, and a sufficient amount of lithium-friendly metal must be distributed on the negative electrode so that the lithium-friendly metal maintains the force of attracting lithium ions even when the battery is repeatedly charged/discharged, thereby enabling stable behavior. Therefore, if the lithium-friendly metal is present in an excessive amount, the charge/discharge life of the battery is reduced. The protective layer (30) is located on the metal layer (12) and may include amorphous carbon. When only lithium metal is used as the negative electrode in an all-solid-state battery, high resistance is generated by the reaction between the all-solid-state electrolyte and lithium, and lithium dendrites are continuously generated or high-resistance lithium byproducts are generated due to local unevenness in the current density during the charge/discharge process, resulting in a failure or a decrease in battery capacity due to a short circuit or overvoltage during charge/discharge.
일 실시예에 따른, 리튬 금속 전극은 비정질 탄소를 포함하는 보호층을 포함함으로써, 리튬 금속 전극의 출력 특성과 수명 특성뿐만 아니라, 추가적으로 구조적 안전성을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment, a lithium metal electrode can further improve structural safety as well as output characteristics and life characteristics of the lithium metal electrode by including a protective layer including amorphous carbon.
구체적으로, 본 실시예의 리튬 금속 전극은 비정질 탄소를 포함하는 보호층(30)을 포함함으로써, 이온 전도성 향상 역할 뿐만 아니라, 보호층(30)의 강도를 향상시키고, 리튬 전극에서의 덴드라이트 성장 시 덴드라이트를 물리적으로 차단시킴으로써 전극 간의 단락을 방지하여 충방전 수명을 향상시키는 역할을 할 수 있다.Specifically, the lithium metal electrode of the present embodiment includes a protective layer (30) containing amorphous carbon, thereby not only improving ion conductivity, but also improving the strength of the protective layer (30), and preventing short circuits between electrodes by physically blocking dendrites when they grow on the lithium electrode, thereby improving the charge/discharge life.
상기 비정질탄소는 아세틸렌 블랙(Acetylene Black), 수퍼 피(super P) 블랙, 카본 블랙, 덴카(denka)블랙, 활성카본(activated carbon), 흑연(grapite), 하드 카본 및 소프트 카본으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The above amorphous carbon may be at least one selected from the group consisting of Acetylene Black, Super P Black, Carbon Black, Denka Black, Activated Carbon, Graphite, Hard Carbon, and Soft Carbon, but is not limited thereto.
일 실시예에서, 보호층(30)은 바인더를 포함할 수 있다. 상기 바인더는 수계 바인더일 수 있고, 상기 수계 바인더는, 아크릴로나이트릴-부타디엔고무, 스티렌-부타디엔 고무(styrene1butadiene rubber; SBR) 및 아크릴 고무로 이루어진 군에서 선택되는 고무계 바인더와, 히드록시 에틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스 및 폴리비닐레덴플루오라이드 등의 고분자 수지로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment, the protective layer (30) may include a binder. The binder may be an aqueous binder, and the aqueous binder may be, but is not limited to, a rubber-based binder selected from the group consisting of acrylonitrile-butadiene rubber, styrene-butadiene rubber (SBR), and acrylic rubber, and at least one selected from the group consisting of polymer resins such as hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and polyvinylidene fluoride.
여기서, 상기 바인더는 상기 비정질 탄소 및 물을 혼합하여 형성되는 슬러리 중량 기준으로 1 내지 15 중량부, 구체적으로 3 내지 10 중량부 첨가될 수 있다. 상기 바인더의 함량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 중량 및 부피의 증가로 전지 에너지 밀도의 저하를 유발하지 않으면서, 상기 보호층을 구성하는 입자들을 효율적으로 결착시켜 성능이 우수한 보호층을 형성하여, 이차전지의 수명특성을 보다 향상시킬 수 있다. Here, the binder may be added in an amount of 1 to 15 parts by weight, specifically 3 to 10 parts by weight, based on the weight of the slurry formed by mixing the amorphous carbon and water. When the content of the binder satisfies the above-mentioned range, the particles constituting the protective layer are efficiently bound to form a protective layer with excellent performance without causing a decrease in battery energy density due to an increase in weight and volume, thereby further improving the life characteristics of the secondary battery.
상기 바인더의 함량이 전술한 범위 보다 과도하게 적게 포함되는 경우, 보호층을 형성함에 있어 입자간 결합력이 저하되는 문제가 있으며, 상기 바인더 함량이 전술한 범위 보다 과도하게 많이 포함되는 경우, 에너지 밀도의 저하를 유발할 뿐만 아니라, 보호층의 저항이 크게 증가하여 리튬 이온 전도를 방해하는 문제점이 있다.If the content of the binder is excessively less than the above-mentioned range, there is a problem that the bonding force between particles is reduced when forming a protective layer, and if the content of the binder is excessively more than the above-mentioned range, not only does it cause a reduction in energy density, but also the resistance of the protective layer significantly increases, which causes a problem of interfering with lithium ion conduction.
일 실시예에서, 보호층(30)의 두께는 0.01㎛ 내지 50㎛ 일 수 있다. 구체적으로, 보호층(30)의 두께는 1 ㎛ 내지 20 ㎛ 범위일 수 있다. 보호층의 두께가 전술한 범위를 만족하는 경우, 보호층의 표면에 리튬 덴드라이트가 형성되는 것을 방지하고, 리튬이온 보호층 내부를 잘 관통하여 전도될 수 있도록 해줌으로써, 보호층의 하면에서 리튬이 석출될 수 있다.In one embodiment, the thickness of the protective layer (30) may be 0.01 ㎛ to 50 ㎛. Specifically, the thickness of the protective layer (30) may be in the range of 1 ㎛ to 20 ㎛. When the thickness of the protective layer satisfies the above-described range, lithium dendrites are prevented from being formed on the surface of the protective layer, and lithium ions can be well penetrated and conducted inside the protective layer, thereby allowing lithium to be precipitated from the lower surface of the protective layer.
상기 보호층의 두께가 과도하게 얇은 경우, 보호층의 역할을 할 수 없는 문제가 있다. 상기 보호층의 두께가 과도하게 두꺼운 경우, 보호층의 저항이 지나치게 커서, 이차 전지 작동 중 과전압의 상승을 유발할 수 있고, 중량 및 부피의 증가로 전지 에너지 밀도의 저하를 유발하는 문제가 있다. 다만, 이러한 보호층의 두께는 이차 전지 구조의 설계에 따라 가변적으로 조절할 수 있다.If the thickness of the protective layer is excessively thin, there is a problem that it cannot function as a protective layer. If the thickness of the protective layer is excessively thick, the resistance of the protective layer is excessively large, which may cause an increase in overvoltage during the operation of the secondary battery, and there is a problem that the battery energy density is reduced due to an increase in weight and volume. However, the thickness of the protective layer can be variably adjusted according to the design of the secondary battery structure.
일 실시예에서, 리튬 금속 전극은 보호층(30)의 내부, 금속층(12)과 보호층(30) 사이, 및 보호층(30) 위 중 적어도 일부 영역에 배치되는 피막층을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 피막층은 보호층(30)의 내부의 적어도 일부 영역에 배치될 수 있고, 금속층(12)과 보호층(30) 사이에 배치될 수 있고, 보호층(30) 내부와 금속층(12) 및 보호층(30) 사이에 동시에 배치될 수도 있으며, 보호층(30) 위에 배치될 수도 있다.In one embodiment, the lithium metal electrode may further include a film layer disposed in at least a portion of the interior of the protective layer (30), between the metal layer (12) and the protective layer (30), and on the protective layer (30). Specifically, the film layer may be disposed in at least a portion of the interior of the protective layer (30), may be disposed between the metal layer (12) and the protective layer (30), may be disposed simultaneously inside the protective layer (30) and between the metal layer (12) and the protective layer (30), and may be disposed on the protective layer (30).
상기 피막층은 금속층(12) 제조 과정에서, 전착된 리튬 공급원(40)의 리튬 금속과 도금액간의 반응 등으로 형성되는 것으로, 사용하는 도금액의 조성 및 전착 공정의 조건을 조절하여 피막의 두께 및 조성, 특성 등을 제어할 수 있다. The above film layer is formed during the manufacturing process of the metal layer (12) by a reaction between the lithium metal of the electrodeposited lithium source (40) and the plating solution, and the thickness, composition, characteristics, etc. of the film can be controlled by adjusting the composition of the plating solution used and the conditions of the electrodeposition process.
일 실시예에서, 피막층은 LiF를 적어도 일부 포함할 수 있다. LiF는 전착 과정에서 사용되는 복수의 용매 중 적어도 하나의 용매가 고유전율을 갖는 용매를 포함함으로써 형성되는 것일 수 있다. 구체적으로, 전착용 도금액의 용매의 염분해 해리도를 높여 전착 시, 염분해 반응을 억제하고 용매 분해 반응을 촉진시킴으로써, 보호층 내부 및/또는 표면에 충분한 LiF 피막이 형성될 수 있다. LiF를 적어도 일부 포함하는 피막층을 포함함으로써, 전지 작동 시, 높은 이온전도도로 인하여 수명 향상과 덴드라이트 성장을 방지할 수 있다.In one embodiment, the film layer may include at least a portion of LiF. The LiF may be formed by including a solvent having a high dielectric constant among at least one of a plurality of solvents used in the electrodeposition process. Specifically, by increasing the salt decomposition dissociation degree of the solvent of the plating solution for electrodeposition, the salt decomposition reaction may be suppressed and the solvent decomposition reaction may be promoted during electrodeposition, thereby allowing a sufficient LiF film to be formed inside and/or on the surface of the protective layer. By including the film layer including at least a portion of LiF, the lifespan may be improved and dendrite growth may be prevented due to the high ion conductivity during battery operation.
상기 피막층의 두께는, 2 nm 내지 2 ㎛일 수 있다. 구체적으로, 상기 피막층의 두께는 구체적으로 10 nm 내지 500 nm 범위일 수 있다. 상기 피막층의 두께가 과도하게 두꺼운 경우, 리튬 이온 전도도가 낮아지고 계면 저항이 증가하여 전지 적용시 충방전 특성이 저하되는 문제가 있다. 상기 피막층의 두께가 과도하게 얇은 경우, 실시예에 따른 리튬 금속 전극을 전지에 적용하는 과정에서 상기 피막층이 쉽게 유실될 수 있다. 따라서, 상기 피막층은, 상기 두께 범위를 만족하는 범위에서, 얇은 두께를 가지며 금속층(12) 표면 또는 보호층(30)의 전체에 균일하고 치밀하게 형성되는 것일 수 있다. The thickness of the film layer may be 2 nm to 2 ㎛. Specifically, the thickness of the film layer may be specifically in the range of 10 nm to 500 nm. If the thickness of the film layer is excessively thick, the lithium ion conductivity decreases and the interfacial resistance increases, which causes a problem in that the charge/discharge characteristics deteriorate when applied to a battery. If the thickness of the film layer is excessively thin, the film layer may be easily lost during the process of applying the lithium metal electrode according to the embodiment to a battery. Therefore, the film layer may have a thin thickness within the range satisfying the thickness range and may be uniformly and densely formed on the entire surface of the metal layer (12) or the protective layer (30).
도 1b를 참조하면, 일 실시예에서, 리튬 금속 전극(100)은 집전체(11) 및 상기 집전체(11)의 적어도 일 면에 위치하며, 리튬 및 리튬 합금이 혼합되어 구성되는 금속층(12)을 포함한다. 여기서, 상기 리튬 합금은 상기 집전체(11) 및 리튬 공급원(40) 사이에 전류를 인가하여, 상기 집전체(11)의 상에 형성된 금속층(12)에 포함된 친리튬 성분과 상기 리튬 공급원(40)으로부터 석출된 리튬이 합금화되어 형성된 것일 수 있다.Referring to FIG. 1b, in one embodiment, a lithium metal electrode (100) includes a current collector (11) and a metal layer (12) positioned on at least one surface of the current collector (11) and configured by mixing lithium and a lithium alloy. Here, the lithium alloy may be formed by alloying a lithium-affinity component included in the metal layer (12) formed on the current collector (11) with lithium precipitated from the lithium source (40) by applying a current between the current collector (11) and a lithium source (40).
상기 금속층(12)은, 친리튬 금속을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 친리튬 금속은 주석을 포함할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 도 1a를 참조할 수 있다.The above metal layer (12) may include a lithium-friendly metal. Here, the lithium-friendly metal may include tin, and a detailed description thereof may be provided with reference to FIG. 1a.
일 실시예에서는 금속층(12)이 친리튬 금속을 포함하는 형태이다. 이와 같이 친리튬 금속을 포함하는 금속층(12)을 형성하는 경우, 전착 공정에서 리튬 입자의 핵 생성 초기에 핵 생성 자유 에너지를 낮출 수 있기 때문에 고전류 및 과전압 조건에서도 조대한 입자 구조를 갖는 리튬 금속층을 형성할 수 있다. In one embodiment, the metal layer (12) is in a form that includes a lithium-friendly metal. When the metal layer (12) including a lithium-friendly metal is formed in this way, the free energy for nucleation of lithium particles can be lowered at the initial stage of nucleation in the electrodeposition process, so that a lithium metal layer having a coarse particle structure can be formed even under high current and overvoltage conditions.
일 실시예에서, 주석을 포함하는 금속층(12)의 두께는 20 내지 300 nm일 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 1a에서 설명한 내용과 모순되지 않는 범위에서 동일하다.In one embodiment, The thickness of the metal layer (12) including the annotation may be 20 to 300 nm. A detailed description thereof is the same as that described in Fig. 1a, within a range that does not contradict it.
일 실시예에서, 금속층(12)은 금속층(12) 표면에 위치하는 보호층(30)을 포함하고, 보호층(30)의 내부 및/또는 표면에 피막층을 더 포함할 수 있다. 보호층(30) 및 피막층에 대한 상세한 설명은 도 1a에서 전술한 내용을 참조할 수 있다.In one embodiment, the metal layer (12) includes a protective layer (30) positioned on the surface of the metal layer (12), and may further include a film layer on the inside and/or surface of the protective layer (30). For a detailed description of the protective layer (30) and the film layer, refer to the description above with reference to FIG. 1A.
도 2는 본 발명의 리튬 금속 전극의 제조 방법에 대한 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram of a method for manufacturing a lithium metal electrode of the present invention.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 리튬 금속 전극의 제조 방법은 집전체(11)를 준비하는 단계, 친리튬 성분을 포함하는 코팅 조성물을 이용하여 집전체(11)의 적어도 일 면에 코팅층(20)을 형성하는 단계, 비정질 탄소를 포함하는 슬러리를 이용하여, 코팅층(20) 표면에 보호층(30)을 형성하는 단계, 도금액(50) 내에 코팅층(20) 및 보호층(30)이 형성된 집전체(11)를 위치시킨 후 보호층(30)과 소정의 간격을 두고 리튬 공급원(40)을 위치시키는 단계, 및 상기 집전체(11) 및 상기 리튬 공급원(40) 사이에 전류를 인가하여, 상기 코팅층에 포함된 친리튬 성분과 상기 리튬 공급원(40)으로부터 석출된 리튬이 합금화된 리튬 합금을 포함하는 금속층을 형성하는 단계를 포함한다.Referring to FIG. 2, a method for manufacturing a lithium metal electrode according to one embodiment includes a step of preparing a current collector (11), a step of forming a coating layer (20) on at least one surface of the current collector (11) using a coating composition including a lithium-philic component, a step of forming a protective layer (30) on the surface of the coating layer (20) using a slurry including amorphous carbon, a step of positioning the current collector (11) on which the coating layer (20) and the protective layer (30) are formed in a plating solution (50), and then positioning a lithium source (40) at a predetermined distance from the protective layer (30), and a step of applying a current between the current collector (11) and the lithium source (40) to form a metal layer including a lithium alloy in which the lithium-philic component included in the coating layer and lithium precipitated from the lithium source (40) are alloyed.
집전체(11)를 준비하는 단계는 Fe 및 Ni을 포함하는 집전체를 준비하는 단계일 수 있다. 상기 Fe 및 Ni을 포함하는 집전체를 준비하는 단계는 상기 집전체 내 합금 100 중량%를 기준으로, Fe: 10 내지 90 중량% 및 잔부의 Ni을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 Fe 및 Ni을 포함하는 집전체는 집전체 내 합금 100 중량%를 기준으로, Fe: 55 내지 70 중량% 및 잔부의 Ni을 포함할 수 있다. 상기 Fe 및 Ni에 대한 상세한 설명은 도 1a 및 도 1b에서 전술한 바와 모순되지 않는 범위에서 동일하다.The step of preparing a current collector (11) may be a step of preparing a current collector including Fe and Ni. The step of preparing the current collector including Fe and Ni may include 10 to 90 wt% of Fe and the remainder of Ni based on 100 wt% of the alloy in the current collector. Specifically, the current collector including Fe and Ni may include 55 to 70 wt% of Fe and the remainder of Ni based on 100 wt% of the alloy in the current collector. The detailed description of the Fe and Ni is the same as that described above with reference to FIGS. 1A and 1B without contradiction.
집전체(11) 내 Fe 및 Ni의 함량이 전술한 범위를 만족함으로써, 집전체의 부식저항성이 증대될 뿐 아니라 재현성 문제를 대부분 해결할 수 있다는 이점이 있다. 상기 Fe의 함량이 전술한 범위의 상한 값 또는 하한 값을 벗어나는 경우, 집전체와 전해질의 반응성이 커지는 문제가 있다. 상기 Ni의 함량이 과도하게 포함될 경우, 셀 불안정성이 상승해 재현성이 잘 나오지 않는 문제가 있다. 상기 Ni의 함량이 과소하게 포함될 경우, Ni이 지닌 부식저항성의 효과가 미비한 문제가 있다.When the contents of Fe and Ni in the current collector (11) satisfy the above-mentioned range, not only is the corrosion resistance of the current collector increased, but most of the reproducibility problems can be solved, which is an advantage. If the content of Fe is outside the upper or lower limit of the above-mentioned range, there is a problem that the reactivity between the current collector and the electrolyte increases. If the content of Ni is excessive, there is a problem that cell instability increases and reproducibility is poor. If the content of Ni is insufficient, there is a problem that the corrosion resistance effect of Ni is insufficient.
친리튬 성분을 포함하는 코팅 조성물을 이용하여 집전체(11)의 적어도 일 면에 코팅층(20)을 형성하는 단계는 집전체의 적어도 일면에 합금 소재인 친리튬 금속을 코팅할 수 있다. 상기 친리튬 금속은 도 1a 및 도 1b에서 전술한 바와 같이, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 아연(Zn), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 및 주석(Sn) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 구체적으로, 주석(Sn)을 포함할 수 있다. The step of forming a coating layer (20) on at least one surface of a current collector (11) using a coating composition including a lithium-friendly component may coat a lithium-friendly metal, which is an alloy material, on at least one surface of the current collector. As described above with reference to FIGS. 1A and 1B , the lithium-friendly metal may include at least one of gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), zinc (Zn), silicon (Si), magnesium (Mg), and tin (Sn), and specifically, may include tin (Sn).
코팅층(20)은 후술한 공정을 거친 후, 도 1a 및 도 1b에서 전술한 바와 같이, 친리튬 금속이 리튬과 합금을 형성하여 리튬 합금층(21)이 형성되는 것일 수 있다. 일 실시예에서, 코팅층(20)은 구체적으로, 집전체(11)와 보호층(30) 사이에 배치되는 것일 수 있고, 이후, 전해 도금을 통해 리튬 합금층(21)을 형성할 수 있다.The coating layer (20) may be formed by, after the process described below, forming a lithium alloy layer (21) by forming an alloy between lithium and a lithium-friendly metal, as described above in FIGS. 1A and 1B. In one embodiment, the coating layer (20) may be specifically disposed between a current collector (11) and a protective layer (30), and then forming a lithium alloy layer (21) through electrolytic plating.
일 실시예에서, 친리튬 성분을 포함하는 코팅 조성물을 이용하여 집전체(11)의 적어도 일 면에 코팅층(20)을 형성하는 단계는 상기 코팅층의 두께를 20 내지 300 nm 범위로 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 코팅층의 두께는 25 내지 200 nm, 구체적으로, 50 내지 150 nm일 수 있다.In one embodiment, the step of forming a coating layer (20) on at least one surface of a current collector (11) using a coating composition including a lithium-friendly component can control the thickness of the coating layer to a range of 20 to 300 nm. Specifically, the thickness of the coating layer can be 25 to 200 nm, specifically, 50 to 150 nm.
일 실시예에서, 친리튬 성분을 포함하는 코팅 조성물을 이용하여 집전체(11)의 적어도 일 면에 코팅층(20)을 형성하는 단계는 상기 코팅층의 두께 표준편차를 90 nm 이하로 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 코팅층의 두께 표준편차는 12.5 내지 87.1 nm, 더욱 구체적으로, 45 내지 65 nm, 더욱 구체적으로, 50 내지 55 nm 일 수 있다.In one embodiment, the step of forming a coating layer (20) on at least one surface of a current collector (11) using a coating composition including a lithium-friendly component can control the thickness standard deviation of the coating layer to 90 nm or less. Specifically, the thickness standard deviation of the coating layer can be 12.5 to 87.1 nm, more specifically, 45 to 65 nm, and even more specifically, 50 to 55 nm.
일 실시예에서, 코팅층(20)을 형성하는 단계는 전해 및 무전해 도금, 스퍼터링, 전자 빔 및 열 기상 증착 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 코팅층을 형성하는 단계는 전해 도금 방법으로 코팅될 수 있다. In one embodiment, the step of forming the coating layer (20) may be performed using at least one of electrolytic and electroless plating, sputtering, electron beam, and thermal vapor deposition. For example, the step of forming the coating layer may be coated using an electrolytic plating method.
비정질 탄소를 포함하는 슬러리를 이용하여, 코팅층(20) 표면에 보호층(30)을 형성할 수 있다. 보호층(30)은 닥터 블레이드법, 딥법, 리버스 롤법, 디렉트 롤법, 그라비아법, 압출법, 브러쉬 도포법 중 적어도 하나의 방법을 이용하여, 상기 비정질 탄소 및 바인더를 물에 혼합하여 형성되는 슬러리를 도포할 수 있다. 보호층(30)은 바인더를 더 포함할 수 있다.A protective layer (30) can be formed on the surface of the coating layer (20) using a slurry containing amorphous carbon. The protective layer (30) can be applied by mixing the amorphous carbon and a binder in water using at least one of a doctor blade method, a dip method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, and a brush application method. The protective layer (30) can further include a binder.
한편, 보호층(30)을 형성하는 단계에서, 상기 합금소재 코팅층의 표면에 형성된 상기 보호층의 두께는 0.01 ㎛ 내지 50 ㎛, 보다 구체적으로 1 ㎛ 내지 20 ㎛ 범위일 수 있다.Meanwhile, in the step of forming the protective layer (30), the thickness of the protective layer formed on the surface of the alloy material coating layer may be in the range of 0.01 ㎛ to 50 ㎛, more specifically, 1 ㎛ to 20 ㎛.
상기 두께가 전술한 범위의 상한 값을 벗어나는 경우, 리튬이 보호층 위에 전착되는 상면 전착 문제가 있다. 상기 두께가 전술한 범위의 하한 값을 벗어나는 경우, 셀 구동 특성에 불리한 문제가 있다.If the thickness exceeds the upper limit of the above-mentioned range, there is a problem of top-surface deposition in which lithium is deposited on the protective layer. If the thickness exceeds the lower limit of the above-mentioned range, there is a problem that is detrimental to the cell operating characteristics.
보호층(30) 형성 단계 후에, 도금액(50) 내에 상기 코팅층(20) 및 보호층(30)이 순차적으로 형성된 집전체를 위치시킨 후, 집전체(11)와 소정의 간격을 두고 리튬 공급원(40)을 위치시키는 단계, 및 집전체(11) 및 상기 리튬 공급원(40) 사이에 전류를 인가하여 금속층(12)을 형성하는 단계를 수행한다.After the step of forming the protective layer (30), a step of positioning a current collector in which the coating layer (20) and the protective layer (30) are sequentially formed in the plating solution (50), a step of positioning a lithium supply source (40) at a predetermined distance from the current collector (11), and a step of applying current between the current collector (11) and the lithium supply source (40) to form a metal layer (12) are performed.
구체적으로, 도금액 내에 코팅층(20) 및 보호층(30)이 형성된 집전체(11)를 위치시킨 후, 보호층(30)과 소정의 간격을 두고 리튬 공급원(40)을 위치시킨다. 리튬 공급원(40)은, 예를 들면, 리튬 금속, 리튬 합금, 상기 리튬 금속 또는 리튬 합금을 집전체에 압착한 포일, 리튬 염이 용해된 도금액 등을 사용할 수 있다.Specifically, after positioning a current collector (11) having a coating layer (20) and a protective layer (30) formed within a plating solution, a lithium supply source (40) is positioned at a predetermined distance from the protective layer (30). The lithium supply source (40) may be, for example, lithium metal, a lithium alloy, a foil in which the lithium metal or lithium alloy is pressed onto a current collector, a plating solution in which a lithium salt is dissolved, etc.
도금액(50)은 리튬염을 복수의 용매에 용해하여 제조할 수 있다. 구체적으로, 상기 리튬염은 LiCl, LiBr, LiI, LiCO3, LiNO3, LiFSI, LiTFSI, LiBF4, LiPF6, LiAsF6, LiClO4, LiN(SO2CF3)2, LiBOB, 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 전체 전해액을 기준으로 1.0 내지 3.0 M 일 수 있다. The plating solution (50) can be prepared by dissolving a lithium salt in a plurality of solvents. Specifically, the lithium salt can be LiCl, LiBr, LiI, LiCO 3 , LiNO 3 , LiFSI, LiTFSI, LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiN(SO 2 CF 3 ) 2 , LiBOB, or a combination thereof. The concentration of the lithium salt can be 1.0 to 3.0 M based on the total electrolyte.
구체적으로, 본 실시예에서, 도금액(50)은 상기 리튬염 및 복수의 용매 중 적어도 하나로 질소계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 질소계 화합물은, 예를 들면, 질산 리튬 (lithium nitrate), 리튬 비스 플루오로설포닐 이미드 (lithium bis fluorosulfonyl imide), 리튬 비스 트리플루오로메탄 설폰이미드 (lithium bis trifluoromethane sulfonimide), 카프로락탐 (e-caprolactam), 메틸 카프로락탐 (N-methyl-e-caprolactam), 트리에틸아민 (triethylamine) 및 트리부틸아민 (tributylamin)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.Specifically, in the present embodiment, the plating solution (50) is characterized by including a nitrogen-based compound as at least one of the lithium salt and a plurality of solvents. The nitrogen-based compound may include, for example, at least one selected from the group consisting of lithium nitrate, lithium bis fluorosulfonyl imide, lithium bis trifluoromethane sulfonimide, e-caprolactam, N-methyl-e-caprolactam, triethylamine, and tributylamin.
상기 질소계 화합물 중, 질산 리튬 (lithium nitrate), 리튬 비스 플루오로설포닐 이미드 (lithium bis fluorosulfonyl imide) 및 리튬 비스 트리플루오로메탄 설폰이미드 (lithium bis trifluoromethane sulfonimide) 중 적어도 하나는 리튬 염으로 사용될 수 있다.Among the above nitrogen compounds, at least one of lithium nitrate, lithium bis fluorosulfonyl imide, and lithium bis trifluoromethane sulfonimide can be used as a lithium salt.
상기 질소계 화합물 중, 카프로락탐 (e-caprolactam), 메틸 카프로락탐 (N-methyl-e-caprolactam), 트리에틸아민 (triethylamine) 및 트리부틸아민 (tributylamin) 중 적어도 하나는 비수계 용매로 사용될 수 있다. Among the above nitrogen compounds, at least one of caprolactam (e-caprolactam), methyl caprolactam (N-methyl-e-caprolactam), triethylamine, and tributylamin can be used as a non-aqueous solvent.
상기 도금액(30)은 상기 질소계 화합물만을 사용하여 제조될 수도 있으나, 도금액(30)의 점성 등을 고려하여 일반적인 비수계 용매를 보조 용매로 포함할 수 있다.The above plating solution (30) may be manufactured using only the nitrogen-based compound, but may include a general non-aqueous solvent as an auxiliary solvent in consideration of the viscosity of the plating solution (30), etc.
상기 보조 용매는 예를 들어, 에틸렌 카보네이트(Ethylene carbonate), 프로필렌 카보넨이트(Propylene carbonate), 디메틸 카보네이트(Dimethyl carbonate), 에틸 메틸 카보네이트(Ethyl methyl carbonate), 디에틸 카보네이트(Diethyl carbonate), 1,2-디메톡시에탄(1,2-Dimethoxyethane), 디에틸렌글리콜 디메틸 에테르(Diethylene glycol dimethyl ether), 테트라에틸렌 글리콜디메틸 에테르(Tetraethylene glycol dimethyl ether), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran), 1,3-디옥솔란(1,3-Dioxolane), 1,4-디옥산(1,4-Dioxane) 및 1,3,5-트리옥산(1,3,5-Trioxane)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상을 포함할 수 있다.The auxiliary solvent may include, for example, at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 1,4-dioxane, and 1,3,5-trioxane.
일 실시예에서, 상기 보조 용매는 상기 도금액(50) 전체 100 중량%에 대하여 5 내지70 중량%, 바람직하게는 10 내지 60 중량%로 포함될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 다만, 상기 보조 용매가 상기 범위 내로 포함되는 경우 도금액(50)의 점성이 적절하여 상기 리튬 금속층(12)의 형성 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.In one embodiment, the auxiliary solvent may be included in an amount of 5 to 70 wt%, preferably 10 to 60 wt%, relative to 100 wt% of the total plating solution (50), but is not limited thereto. However, when the auxiliary solvent is included within the above range, the viscosity of the plating solution (50) may be appropriate, thereby shortening the time required for the formation process of the lithium metal layer (12), but is not limited thereto.
일 실시예에서, 도금액(50)은 불소계 화합물을 더 포함할 수 있다. 도금액(50)이 상기 불소계 화합물을 더 포함하는 경우 리튬 금속층(12) 상에 형성되는 피막층의 특성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.In one embodiment, the plating solution (50) may further include a fluorine-based compound. When the plating solution (50) further includes the fluorine-based compound, there is an advantage in that the properties of the film layer formed on the lithium metal layer (12) can be improved.
상기 불소계 화합물은 예컨대, 리튬 디프루오로 포스페이트(Lithium difluoro phosphate), 리튬 헥사플루오로 포스페이트(Lithium hexafluorophosphate), 리튬 디플루오로 비스옥살라토 포스페이트(Lithium difluoro bisoxalato phosphate), 리튬 테트라플루오로 옥살라토 포스페이트(Lithium tetrafluoro oxalato phosphate), 리튬 디플루오로 옥살레이트 보레이트(Lithium difluoro oxalate borate), 리튬 디플루오로 옥살라토 보레이트(Lithium difluoro oxalato borate), 리튬 테트라플루오로 옥살라토 보레이트(Lithium tetrafluoro oxalato borate), 플루오로에틸렌 카보네이트(Fluoroethylene carbonate), 디플루오로에틸렌 카보네이드(Difluoroethylene carbonate), 및 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에테르(1,1,2,2-Tetrafluoroethyl 2,2,3,3-Tetrafluoropropyl ether) 로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상을 포함할 수 있다.The above fluorine compounds include, for example, lithium difluoro phosphate, lithium hexafluorophosphate, lithium difluoro bisoxalato phosphate, lithium tetrafluoro oxalato phosphate, lithium difluoro oxalate borate, lithium difluoro oxalato borate, lithium tetrafluoro oxalato borate, fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, and 1,1,2,2-tetrafluoroethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether. It may include at least one selected from the group consisting of 2,2,3,3-Tetrafluoropropyl ether.
상기 불소계 화합물은 도금액(50) 전체 100 중량%에 대하여 0.1 내지 30 중량%, 바람직하게는 1 내지 20 중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 상기 불소 화합물이 상기 범위 내로 포함되는 경우, 도금액(50) 중의 상기 질소계 화합물과 상기 불소계 화합물의 상호작용이 원할하여 리튬 금속층(12) 상에 형성되는 피막층의 특성 향상 효과가 우수한 이점이 있다. 또한, 상기 불소계 화합물과 리튬의 직접반응에 의한 LiF 생성 등이 과도하게 발생되는 것을 억제하여 전기 화학적 특성이 우수한 이점이 있다.The above fluorine compound may be included in an amount of 0.1 to 30 wt%, preferably 1 to 20 wt%, and more preferably 1 to 10 wt%, relative to 100 wt% of the total plating solution (50). When the fluorine compound is included within the above range, the interaction between the nitrogen compound and the fluorine compound in the plating solution (50) is favorable, so that there is an excellent advantage in improving the properties of the film layer formed on the lithium metal layer (12). In addition, there is an advantage in that the electrochemical properties are excellent because excessive generation of LiF, etc. due to direct reaction between the fluorine compound and lithium is suppressed.
다음으로, 집전체(11)와 리튬 공급원(40) 사이에 절연막을 위치시킨 후, 구속장치를 이용하여 집전체(11), 리튬 공급원(40) 및 상기 절연막을 적층하고 양 방향에서 구속할 수 있다. 상기 구속장치는 비제한적인 예시로, 수동 클램핑 방식, 유압, 공압 등의 일축 가압방식 등과 같은 당업계에서 일반적으로 사용하는 방법을 사용할 수 있다. Next, after positioning an insulating film between the current collector (11) and the lithium supply source (40), the current collector (11), the lithium supply source (40), and the insulating film can be laminated and restrained in both directions using a restraining device. The restraining device can use a method generally used in the art, such as a manual clamping method, a uniaxial pressurizing method such as hydraulic pressure or pneumatic pressure, as a non-limiting example.
상기 전류를 인가하여, 상기 집전체(11)의 적어도 일 면에 리튬 금속층(12)을 형성하는 단계에서 가하는 전류의 전류 밀도는 0.1 mA/cm2 내지 100 mA/cm2 범위, 보다 구체적으로 0.2 mA/cm2 내지 50 mA/cm2 범위, 5 mA/cm2 내지 30 mA/cm2 범위 또는 7 mA/cm2 내지 25 mA/cm2 범위 일 수 있다.In the step of applying the current to form a lithium metal layer (12) on at least one surface of the current collector (11), the current density of the current applied may be in the range of 0.1 mA/cm 2 to 100 mA/cm 2 , more specifically, in the range of 0.2 mA/cm 2 to 50 mA/cm 2 , in the range of 5 mA/cm 2 to 30 mA/cm 2 , or in the range of 7 mA/cm 2 to 25 mA/cm 2 .
일 실시예에서, 상기 전류를 인가하는 시간은 0.05 시간 내지 50 시간 범위, 보다 구체적으로 0.25 시간 내지 25 시간 범위일 수 있다.In one embodiment, the time for applying the current can be in the range of 0.05 hours to 50 hours, more specifically in the range of 0.25 hours to 25 hours.
일 실시예에서, 상기 전류를 인가하여 상기 집전체(11)의 적어도 일 면에 리튬 금속층(12)을 형성하는 단계는 상이한 전류 밀도에서 적어도 1회 이상 수행될 수 있다. 전류를 인가하는 단계는 다단으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 다단으로 전류를 인가하는 단계는 낮은 전류 밀도에서 높은 전류 밀도로 소정 시간 단계별로 증가시키며 수행할 수 있다. 예를 들어, 전류를 인가하는 단계는 0.1 내지 0.3 mA/cm2, 0.3 내지 0.7 mA/cm2, 및 0.8 내지 1.5 mA/cm2 순으로 단계별로 증가시키며 전착할 수 있다.In one embodiment, the step of applying the current to form a lithium metal layer (12) on at least one surface of the current collector (11) may be performed at least once at different current densities. The step of applying the current may be performed in multiple stages. Specifically, the step of applying the current in multiple stages may be performed by increasing the current density from a low current density to a high current density step by step over a predetermined time period. For example, the step of applying the current may be performed by stepwise increasing the current in the order of 0.1 to 0.3 mA/cm 2 , 0.3 to 0.7 mA/cm 2 , and 0.8 to 1.5 mA/cm 2 .
일 실시예에서, 상기 전류를 인가하여 집전체(11)의 적어도 일 면에 리튬 금속층(12)을 형성하는 단계는 6 내지 12 mA/cm2 범위의 최대 전류 밀도로 전착하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 최대 전류 밀도는 8 내지 12 mA/cm2 범위에서 수행될 수 있다. 상기 최대 전류 밀도는 전착 공정에서 전착되는 리튬이 보호층(30)과 집전체(11) 사이에 리튬을 석출시킬 수 있는 전류 밀도의 한계를 의미하는 것이다. In one embodiment, the step of applying the current to form a lithium metal layer (12) on at least one surface of the current collector (11) may include a step of electrodepositing at a maximum current density in a range of 6 to 12 mA/cm 2 . Specifically, the maximum current density may be performed in a range of 8 to 12 mA/cm 2 . The maximum current density refers to a limit of the current density at which lithium electrodeposited in the electrodeposition process can precipitate lithium between the protective layer (30) and the current collector (11).
상기 최대 전류 밀도로 전착하는 단계는 예를 들어, 집전체(11)와 보호층(30) 사이에 리튬 석출을 위해, 다단으로 석출하는 단계 이후, 최종적으로 수행하는 단계일 수 있다. 상기 최대 전류 밀도가 전술한 범위를 만족함으로써, 집전체(11)와 보호층(30) 사이에 리튬이 적절하게 석출되어, 전지의 수명 특성과 집전체(11)와 보호층(30) 사이에 결합 강도가 우수한 이점이 있다.The step of electrodeposition at the above maximum current density may be a final step performed after the step of depositing in multiple stages, for example, for lithium deposition between the current collector (11) and the protective layer (30). Since the above maximum current density satisfies the above-mentioned range, lithium is appropriately deposited between the current collector (11) and the protective layer (30), so that there is an advantage of excellent life characteristics of the battery and bonding strength between the current collector (11) and the protective layer (30).
상기 최대 전류 밀도가 전술한 범위의 상한 값을 벗어나는 경우, 리튬이 보호층(30)의 표면 위에 석출되기 때문에, 목표로 한 안정화된 전극 구조를 확보하지 못하는 문제가 있다. 상기 최대 전류 밀도가 전술한 범위의 하한 값을 벗어나는 경우, 리튬이 전착되는 시간이 증가되기 때문에 생산성 저하의 문제가 있다.If the maximum current density exceeds the upper limit of the above-mentioned range, there is a problem in that the targeted stabilized electrode structure cannot be secured because lithium is deposited on the surface of the protective layer (30). If the maximum current density exceeds the lower limit of the above-mentioned range, there is a problem in that the productivity decreases because the time for lithium to be deposited increases.
일 실시예에서, 상기 전류를 인가하여 상기 집전체(11)의 적어도 일 면에 리튬 금속층을 형성하는 단계에서, 석출된 리튬의 두께는 3 내지 15 ㎛ 범위로 전착하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 석출된 리튬의 두께는 5 내지 12 ㎛ 범위로 전착될 수 있다. 석출된 리튬의 두께는 집전체(11)로부터 보호층(30) 사이에 배치된 리튬의 수직 방향으로의 높이를 의미하는 것일 수 있다.In one embodiment, in the step of forming a lithium metal layer on at least one surface of the current collector (11) by applying the current, the step of electrodepositing the deposited lithium may include a step of depositing the lithium in a thickness range of 3 to 15 μm. Specifically, the deposited lithium may be deposited in a thickness range of 5 to 12 μm. The thickness of the deposited lithium may refer to the vertical height of lithium arranged between the current collector (11) and the protective layer (30).
석출된 리튬의 두께가 전술한 두께의 상한 값을 벗어나는 경우, 전지의 에너지 밀도가 감소할 뿐만 아니라 금속층 형성 시 공정 시간 및 금속 원재료의 사용량이 증가하는 문제점이 있다. 석출된 리튬의 두께가 전술한 두께의 하한 값을 벗어나는 경우, 초기 비가역에 의하여 초기쿨롱효율이 저하되고 잉여 리튬이 부족하므로 충방전 성능이 저하되는 문제점이 있다. If the thickness of the precipitated lithium exceeds the upper limit of the thickness mentioned above, there is a problem that not only the energy density of the battery decreases, but also the process time and the amount of metal raw materials used in forming the metal layer increase. If the thickness of the precipitated lithium exceeds the lower limit of the thickness mentioned above, there is a problem that the initial coulombic efficiency decreases due to the initial irreversibility and the charge/discharge performance deteriorates due to the insufficient excess lithium.
일 실시예에서, 상기 전류를 인가하여 집전체(11)의 적어도 일 면에 리튬 금속층(12)을 형성하는 단계에서, 리튬 합금을 포함하는 금속층(12)의 두께는 1 내지 100 ㎛로 제어할 수 있다. 금속층(12)의 두께에 대한 상세한 설명은 전술한 도 1의 내용을 참조할 수 있다.In one embodiment, in the step of forming a lithium metal layer (12) on at least one surface of the current collector (11) by applying the current, the thickness of the metal layer (12) including a lithium alloy can be controlled to 1 to 100 ㎛. For a detailed description of the thickness of the metal layer (12), reference can be made to the contents of the aforementioned Fig. 1.
이와 같이 본 실시예에서는 고전류 조건 하에서도 미세한 리튬 입자가 과량 생성되는 것을 방지하고, 초기에 생성된 리튬 입자가 잘 성장하도록 유도하여 조대한 입자 구조를 갖는 리튬 금속층(12)을 포함하는 금속층이 형성된 리튬 금속 전극(100)을 제조할 수 있다. 또한, 이와 같이 제조된 금속층은 표면 균일도도 우수하다. In this way, in this embodiment, it is possible to manufacture a lithium metal electrode (100) in which a metal layer including a lithium metal layer (12) having a coarse particle structure is formed by preventing excessive generation of fine lithium particles even under high current conditions and inducing the initially formed lithium particles to grow well. In addition, the metal layer manufactured in this way also has excellent surface uniformity.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 리튬 이차 전지는 양극, 음극, 그리고 상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 전해질을 포함한다. 여기서 음극은 본 발명에 따른 리튬 금속 전극일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a lithium secondary battery includes a cathode, an anode, and an electrolyte positioned between the cathode and the anode. Here, the anode may be a lithium metal electrode according to the present invention.
일 실시예에서, 리튬 이차 전지는 양극 활물질을 포함하는 양극, 본 발명의 리튬 금속 전극인 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치된 분리막을 포함하는 전극 조립체를 포함할 수 있다. 이러한 전극 조립체는 와인딩되거나 폴딩되어 전지 케이스에 수용될 수 있다. In one embodiment, a lithium secondary battery may include an electrode assembly including a cathode including a cathode active material, an anode being a lithium metal electrode of the present invention, and a separator disposed between the cathode and the anode. This electrode assembly may be wound or folded and accommodated in a battery case.
이후, 상기 전지 케이스에 전해질이 주입되고 밀봉되어 이차 전지가 완성될 수 있다. 이때, 전지 케이스는 원통형, 각형, 파우치형, 코인형 등의 형태를 가질 수 있다.Thereafter, an electrolyte may be injected into the battery case and sealed to complete the secondary battery. At this time, the battery case may have a shape such as a cylindrical shape, a square shape, a pouch shape, or a coin shape.
상기 양극은 양극 활물질층 및 양극 집전체를 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질층은, 예를 들면, Ni, Co, Mn, Al, Cr, Fe, Mg, Sr, V, La, Ce 중 적어도 하나의 금속과 O, F, S, P, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 비금속 원소를 포함하는 Li 화합물을 포함할 수 있다. The positive electrode may include a positive electrode active material layer and a positive electrode current collector. The positive electrode active material layer may include a Li compound including, for example, at least one metal selected from Ni, Co, Mn, Al, Cr, Fe, Mg, Sr, V, La, and Ce, and at least one non-metallic element selected from the group consisting of O, F, S, P, and combinations thereof.
일 실시예에서, 상기 양극 활물질층에는 도전재가 더 첨가될 수도 있다. 상기 도전재는, 예를 들면, 카본 블랙 및 초미세 그라파이트 입자, 아세틸렌 블랙과 같은 파인 카본(fine carbon), 나노 금속 입자 페이스트 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment, a conductive material may be further added to the positive electrode active material layer. The conductive material may be, for example, but is not limited to, carbon black and fine graphite particles, fine carbon such as acetylene black, nano metal particle paste, etc.
상기 양극 집전체는 상기 양극 활물질층을 지지하는 역할을 한다. 양극 집전체로는, 예를 들면, 알루미늄 박판 (foil), 니켈 박판 또는 이들의 조합을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The above positive electrode current collector serves to support the positive electrode active material layer. As the positive electrode current collector, for example, an aluminum foil, a nickel foil, or a combination thereof may be used, but is not limited thereto.
상기 리튬 이차 전지에 충진되는 전해질로는 비수계 전해액 또는 고체 전해질 등을 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 전해질은 고체 전해질일 수 있다. 상기 비수계 전해액은, 예를 들면, 리튬 헥사플루오로 포스페이트, 리튬 퍼클로레이트 등의 리튬염과 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트 등의 용매를 포함할 수 있다. 또한 상기 고체 전해질은, 예를 들면, 폴리에틸렌옥시드, 폴리아크릴로니트릴 등의 중합체 전해질에 전해액을 함침한 겔상 중합체 전해질이나, LiI, Li3N 등의 무기 고체 전해질을 사용할 수 있다.As the electrolyte to be filled in the above lithium secondary battery, a non-aqueous electrolyte or a solid electrolyte may be used. Specifically, the electrolyte may be a solid electrolyte. The non-aqueous electrolyte may include, for example, a lithium salt such as lithium hexafluorophosphate or lithium perchlorate, and a solvent such as ethylene carbonate, propylene carbonate or butylene carbonate. In addition, the solid electrolyte may use, for example, a gel polymer electrolyte in which an electrolyte is impregnated in a polymer electrolyte such as polyethylene oxide or polyacrylonitrile, or an inorganic solid electrolyte such as LiI or Li 3 N.
상기 분리막은 양극과 음극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로 리튬 이차 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용 가능하다. 구체적으로, 상기 분리막은 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 사용될 수 있다. 상기 분리막은 예를 들면, 유리 섬유, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것일 수 있으며, 부직포 또는 직포 형태일 수 있다. 한편, 상기 전해질로 고체 전해질이 사용되는 경우, 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The above separator can be any membrane that is commonly used in lithium secondary batteries to separate the positive and negative electrodes and provide a passage for lithium ions to move. Specifically, the separator can be one that has low resistance to ion movement of the electrolyte and excellent electrolyte moisture retention capacity. The separator can be selected from, for example, glass fiber, polyester, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, or a combination thereof, and can be in the form of a non-woven fabric or a woven fabric. Meanwhile, when a solid electrolyte is used as the electrolyte, the solid electrolyte can also serve as the separator.
이 하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, these are presented as examples, and the present invention is not limited thereby, and the present invention is defined only by the scope of the claims described below.
<실험예><Experimental example>
리튬 이차 전지용 음극 제조Manufacturing of cathodes for lithium secondary batteries
<실시예 1><Example 1>
<집전체 제조><Manufacturing the entire house>
압연 또는 전해 방법으로 Fe-Ni계 집전체(11)를 제조하였다. 이때, Fe와 Ni의 합금 100 중량%를 기준으로, Fe: 90 중량% 및 Ni: 10 중량%로 제어하여 Fe-Ni계 집전체(11)를 제조하였다.An Fe-Ni current collector (11) was manufactured by a rolling or electrolytic method. At this time, the Fe-Ni current collector (11) was manufactured by controlling Fe: 90 wt% and Ni: 10 wt% based on 100 wt% of the alloy of Fe and Ni.
<코팅층 형성><Coating layer formation>
이후, 제조된 상기 집전체의 양면에 코팅층(20)을 전해도금 방법으로 형성하였다. 이때, 코팅층으로 주석(Sn)을 사용하였고, 도금 두께는 약 100 nm로 제어하였다.Thereafter, a coating layer (20) was formed on both sides of the manufactured collector by an electroplating method. At this time, tin (Sn) was used as the coating layer, and the plating thickness was controlled to about 100 nm.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 집전체(11) 상에 도금된 코팅층(20)의 구조 및 두께를 나타낸 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 사진이다.FIG. 3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing the structure and thickness of a coating layer (20) plated on a collector (11) according to one embodiment of the present invention.
도3을 참조하면, 본 발명의 집전체(11) 상에 도금된 코팅층(20)은 두께가 약 100 nm이고, 두께의 표준편차가 48.5 nm 인 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 3, it can be confirmed that the coating layer (20) plated on the current collector (11) of the present invention has a thickness of about 100 nm and a standard deviation of the thickness of 48.5 nm.
<보호층 형성><Formation of protective layer>
이후, 코팅층(20) 상면에 콤마 코터를 이용한 슬러리 코팅으로 약 5 ㎛의 보호층(30)을 형성하였다. 구체적으로 보호층(30)은 비정질 탄소인 아세틸렌블랙(Acetylene Black)과 바인더를 혼합하여 형성하였다. 이때, 바인더는 카르복실메틸셀룰로오스(CMC) 및 스티렌부타디엔고무(SBR)를 각각 3.0 중량%를 첨가하여 제조하였다. Afterwards, a protective layer (30) of about 5 ㎛ was formed on the upper surface of the coating layer (20) by slurry coating using a comma coater. Specifically, the protective layer (30) was formed by mixing acetylene black, which is an amorphous carbon, and a binder. At this time, the binder was prepared by adding 3.0 wt% of carboxymethyl cellulose (CMC) and styrene butadiene rubber (SBR), respectively.
<리튬 전착 공정><Lithium deposition process>
이후, 보호층(30)과 집전체(11) 사이에 리튬 합금 또는 순수 리튬 금속을 형성하기 위해 전착 공정을 이용하여 리튬 공급원(40)으로부터 리튬을 떼어내어 보호층(30)과 집전체(11) 사이에 리튬을 석출시켰다. 이와 같은 전착에 사용된 도금액(50)은 제1 용매로 1,2-디메톡시에탄(1, 2-dimethoxyethane, DME)과 제2 용매로 술포란(Sulfolane, SL)이 90:10 몰비로 혼합된 복합 용매에, 질소계 화합물인 리튬비스(플루오로설포닐)이미드(Lithium bis(fluorosulfonyl)imide)와 질산 리튬(Lithium nitrate)을 도금액 100 중량%를 기준으로 각각 40 중량%와 5 중량%를 투입하고 불소계 화합물인 플루오로에틸렌 카보네이트(Fluoroethylene Carbonate)를 도금액 100 중량%를 기준으로 5 중량% 투입하여 제조하였다. 리튬 공급원(40)으로 순도 99.9 % 이상인, 두께 500 ㎛의 리튬 금속판을 구리 집전판(Cu Plate)에 압착하여 사용하였다.Thereafter, lithium was removed from the lithium source (40) using an electrodeposition process to form a lithium alloy or pure lithium metal between the protective layer (30) and the current collector (11), and lithium was deposited between the protective layer (30) and the current collector (11). The plating solution (50) used in this type of electrodeposition was prepared by mixing 1,2-dimethoxyethane (DME) as a first solvent and sulfolane (SL) as a second solvent in a molar ratio of 90:10 in a composite solvent, adding lithium bis(fluorosulfonyl)imide and lithium nitrate, which are nitrogen compounds, in amounts of 40 wt% and 5 wt%, respectively, based on 100 wt% of the plating solution, and adding fluoroethylene carbonate, which is a fluorine compound, in an amount of 5 wt% based on 100 wt% of the plating solution. As a lithium source (40), a lithium metal plate having a purity of 99.9% or higher and a thickness of 500 ㎛ was pressed onto a copper current collector (Cu plate) and used.
도금액(50) 내 리튬 공급원(40)과 집전체(11)를 전기적으로 절연된 상태로 적층한 후, 전원공급장치를 사용하여 리튬 공급원(40)과 집전체(11)를 각각 (+)와 (-) 전극으로 하여 전류를 인가하는 방법으로 집전체(11)와 보호층(30) 사이에 리튬을 석출시켰다.After electrically insulating the lithium source (40) and the current collector (11) in the plating solution (50), lithium was deposited between the current collector (11) and the protective layer (30) by applying current using a power supply device with the lithium source (40) and the current collector (11) as (+) and (-) electrodes, respectively.
전착 공정의 전류 밀도를 0.2 mA/cm2, 0.5 mA/cm2, 1 mA/cm2 순으로 단계별로 증가시키며 각각 5분간 전착한 후, 10 mA/cm2의 최대 전류 밀도로 하였다. 최대 전류 밀도에서의 전착 시간은 최종 누적 리튬의 두께가 10 ㎛가 전착될 수 있는 시간으로 계산하여 최대 전류 밀도의 크기에 따라 가변적으로 설정하였다. The current density of the electrodeposition process was increased stepwise in the order of 0.2 mA/cm 2 , 0.5 mA/cm 2 , and 1 mA/cm 2 , and deposition was performed for 5 minutes each, after which the maximum current density was set to 10 mA/cm 2 . The deposition time at the maximum current density was calculated as the time required for a final accumulated lithium thickness of 10 ㎛ to be deposited, and was variably set according to the size of the maximum current density.
도 4는 일 실시예에 따른 전착 공정에 의해 보호층(30)과 집전체(11) 사이 리튬이 석출되었을 때의 단면 구조를 나타낸다.Figure 4 shows a cross-sectional structure when lithium is deposited between a protective layer (30) and a current collector (11) by an electrodeposition process according to one embodiment.
도 4를 참조하면, 전술한 전착 공정에 의해 보호층(30)과 집전체(11) 사이 리튬이 석출된 것을 확인할 수 있다. 최대전류밀도는 전착 공정에서 전착되는 리튬이 보호층(30)과 집전체(11) 사이에 리튬을 석출시킬 수 있는 전류 밀도의 한계를 의미하고, 상기 최대전류밀도 값 보다 높은 전류밀도에서는 리튬이 보호층(30)의 표면 위에 석출되기 때문에, 목표한 구조를 확인할 수 없다.Referring to FIG. 4, it can be confirmed that lithium is deposited between the protective layer (30) and the current collector (11) by the aforementioned electrodeposition process. The maximum current density means the limit of the current density at which lithium deposited in the electrodeposition process can deposit lithium between the protective layer (30) and the current collector (11), and at a current density higher than the maximum current density value, lithium is deposited on the surface of the protective layer (30), so the target structure cannot be confirmed.
<비교예 1><Comparative Example 1>
집전체를 형성하는 단계에서 Fe를 전혀 포함하지 않고, Ni만 100 중량% 포함한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 리튬 금속 전극을 제조하였다.A lithium metal electrode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that in the step of forming the entire electrode, no Fe was included and only 100 wt% of Ni was included.
<비교예 2><Comparative Example 2>
집전체를 형성하는 단계에서 Ni를 전혀 포함하지 않고, Fe만 100 중량% 포함한 점과 전착 가능한 최대 전류가 4 mA/cm2인 점 이외에 실시예 1과 동일하게 리튬 금속 전극을 제조하였다.A lithium metal electrode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that it contained no Ni at all in the step of forming the entire electrode, contained only 100 wt% of Fe, and had a maximum electrodepositable current of 4 mA/cm 2 .
전고체 전지 제조All-solid-state battery manufacturing
전술한 실시예 및 비교예에 따라 제조된 음극을 적용하여 전고체전지를 제작하여 충방전 수명을 평가하였다. 전고체전지셀의 평가를 위하여 불활성 분위기를 유지할 수 있는 테라리더 사의 가압형 전용 평가셀을 사용하였다. 전고체전지셀 제작을 위해 전해질은 황화물계 아지로다이트(Li6P5Cl) 고체전해질을 사용하였으며, 전해질은 펠렛 형태로 약 0.7 mm의 두께를 갖도록 하였다. 치밀한 전해질을 확보하기 위해 370 MPa의 압력으로 가압하였다.By applying the negative electrode manufactured according to the above-described examples and comparative examples, an all-solid-state battery was manufactured, and the charge-discharge life was evaluated. In order to evaluate the all-solid-state battery cell, a pressurized dedicated evaluation cell from TerraLeader, which can maintain an inert atmosphere, was used. For the manufacture of the all-solid-state battery cell, a sulfide-based argyrodite (Li 6 P 5 Cl) solid electrolyte was used, and the electrolyte was in the form of a pellet and had a thickness of about 0.7 mm. In order to secure a dense electrolyte, it was pressurized at a pressure of 370 MPa.
전해질의 한쪽 면에는 기준 전극으로 0.5 mm의 두께를 갖는 리튬을 부착하였으며, 반대쪽면에는 실시예 및 비교예에 의해 제조된 음극을 부착하였다. 기준 전극 및 평가 전극은 50 MPa의 압력으로 가압하였다. On one side of the electrolyte, lithium having a thickness of 0.5 mm was attached as a reference electrode, and on the opposite side, the negative electrode manufactured by the examples and comparative examples was attached. The reference electrode and the evaluation electrode were pressurized at a pressure of 50 MPa.
전해질의 한쪽 면에는 기준 전극으로 0.5 mm의 두께를 갖는 리튬을 부착하였으며 반대쪽 면에는 실시예 및 비교예에 의해 제조된 음극을 부착하였다. On one side of the electrolyte, lithium having a thickness of 0.5 mm was attached as a reference electrode, and on the opposite side, a negative electrode manufactured by the examples and comparative examples was attached.
<평가예 1> : 집전체 내 Fe-Ni 함량 제어<Evaluation Example 1>: Control of Fe-Ni content in the entire collector
하기 표 1은 집전체 내 Fe 및 Ni의 함량 비율을 변화시켰을 때, 최대 전착 전류 및 충방전 성능 횟수를 나타낸다. 코팅층 두께 표준편차, 상기 최대 전착 전류 및 충방전 성능 횟수는 아래 방법으로 측정하였다.Table 1 below shows the maximum electrodeposition current and the number of charge/discharge cycles when the content ratio of Fe and Ni in the collector was changed. The standard deviation of the coating layer thickness, the maximum electrodeposition current, and the number of charge/discharge cycles were measured by the following methods.
코팅층 두께 표준편차(nm): 시료의 무작위 부분을 여러 개 추출하여 Cross-section polishing(CP) 및 Focused ion beam(FIB) 방법으로 측정하였다. Standard deviation of coating layer thickness (nm) : Multiple random sections of the sample were extracted and measured using the cross-section polishing (CP) and focused ion beam (FIB) methods.
최대 전류 밀도(mA/cm 2 ): 최대 전류 밀도는 상기 공정에 따라 전착되는 리튬이 보호층과 집전체 사이에 리튬을 석출시킬 수 있는 전류 밀도의 한계를 의미하는 것으로, 최대 전류 밀도를 측정하였다. Maximum current density (mA/cm2 ) : The maximum current density is the limit of the current density at which lithium deposited according to the above process can precipitate lithium between the protective layer and the current collector, and the maximum current density was measured.
충방전 성능 횟수(회): 기준 전극 및 평가 전극은 50 MPa의 압력으로 고체전해질에 부착시켰으며, 충방전 평가 중에는 전용 평가셀에서 16 MPa로 가압하였다. 충방전 평가는 2 mA/cm2의 정전류로 0.5 시간 충전, 2 mA/cm2 정전류로 0.5 시간 방전하는 것을 1 사이클로 정의하여 실시하였다. 충방전 수명은 충방전 과정 중 기준 전극과 평가 전극 간에 단락이 발생하거나 양 전극 간의 전압이 2 V가 넘는 경우, 수명이 종료되는 것으로 정의하였다. Number of Charge/Discharge Performance Times (cycles) : The reference electrode and evaluation electrode were attached to the solid electrolyte at a pressure of 50 MPa, and were pressurized at 16 MPa in a dedicated evaluation cell during the charge/discharge evaluation. The charge/discharge evaluation was performed by defining one cycle as charging for 0.5 hour at a constant current of 2 mA/cm 2 and discharging for 0.5 hour at a constant current of 2 mA/cm 2 . The charge/discharge life was defined as the end of the life when a short circuit occurred between the reference electrode and the evaluation electrode during the charge/discharge process or when the voltage between the two electrodes exceeded 2 V.
전착
전류
[mA/cm2]Maximum
Electrodeposition
electric current
[mA/cm 2 ]
성능
횟수
[회]Charge and discharge
Performance
number
[episode]
[wt%]Fe
[wt%]
[wt%]Ni
[wt%]
두께
[nm]Sn
thickness
[nm]
두께 표준편차
[nm]Sn
Thickness standard deviation
[nm]
상기 표 1을 살펴보면, 집전체 내 합금 성분으로 Fe 및 Ni를 동시에 포함하는 실시예 1은 충방전 성능 횟수가 높은 것을 확인하였다. 이에 반해, 집전체 내 합금 성분으로 Fe 또는 Ni만 단독으로 포함하는 비교예 1 및 비교예 2의 경우, 충방전 성능 횟수가 낮은 것을 확인하였다.Looking at Table 1 above, it was confirmed that Example 1, which includes both Fe and Ni as alloy components in the current collector, had a high number of charge/discharge performance cycles. In contrast, Comparative Examples 1 and 2, which include only Fe or Ni as alloy components in the current collector, had low number of charge/discharge performance cycles.
<평가예 2> - Fe:Ni 함량 제어<Evaluation Example 2> - Fe:Ni content control
<실시예 2><Example 2>
집전체를 형성하는 단계에서 Fe : Ni의 중량%를 64 중량% : 36 중량%로 변경하고, 전착 가능한 최대 전류가 12 mA/cm2인 점 이외에 실시예 1과 동일하게 리튬 금속 전극 및 전고체 전지를 제조하였다.A lithium metal electrode and an all-solid-state battery were manufactured in the same manner as in Example 1, except that the weight % of Fe:Ni was changed to 64 wt %:36 wt % in the step of forming the entire collector, and the maximum electrodepositable current was 12 mA/cm 2 .
<실시예 3><Example 3>
집전체를 형성하는 단계에서 Fe : Ni의 중량%를 10 중량% : 90 중량%로 변경하고, 전착 가능한 최대 전류가 12 mA/cm2인 점 이외에 실시예 1과 동일하게 리튬 금속 전극 및 전고체 전지를 제조하였다.A lithium metal electrode and an all-solid-state battery were manufactured in the same manner as in Example 1, except that the weight % of Fe:Ni was changed to 10 wt %:90 wt % in the step of forming the entire electrode, and the maximum electrodepositable current was 12 mA/cm 2 .
하기 표 2는 집전체 내 Fe 및 Ni의 함량 비율을 변화시켰을 때, 최대 전착 전류 및 충방전 성능 횟수를 나타낸다. Sn층 두께 표준편차, 상기 최대 전착 전류 및 충방전 성능 횟수는 아래 방법으로 측정하였다.Table 2 below shows the maximum electrodeposition current and the number of charge/discharge cycles when the content ratio of Fe and Ni in the collector was changed. The standard deviation of the Sn layer thickness, the maximum electrodeposition current, and the number of charge/discharge cycles were measured by the following methods.
전착
전류
[mA/cm2]Maximum
Electrodeposition
electric current
[mA/cm 2 ]
성능
횟수
[회]Charge and discharge
Performance
number
[episode]
[wt%]Fe
[wt%]
[wt%]Ni
[wt%]
두께
[nm]Sn
thickness
[nm]
두께 표준편차
[nm]Sn
Thickness standard deviation
[nm]
상기 표 2를 살펴보면, 실시예 1 내지 실시예 3과 같이, 집전체 내 Fe 및 Ni을 모두 포함할 때, 충방전 성능 횟수가 우수한 것을 확인하였다. 이때, 실시예 1 및 실시예 3과 실시예 2를 비교하였을 때, 실시예 2의 충방전 성능 횟수가 더욱 우수한 것을 확인하였다.Looking at Table 2 above, it was confirmed that the number of charge/discharge performance cycles was excellent when both Fe and Ni were included in the collector, as in Examples 1 to 3. At this time, when Examples 1 and 3 were compared with Example 2, it was confirmed that the number of charge/discharge performance cycles of Example 2 was more excellent.
<평가예 3> - 코팅층 두께 제어<Evaluation Example 3> - Coating Layer Thickness Control
<실시예 4><Example 4>
코팅층을 형성하는 단계에서 코팅층의 두께를 25 nm로 제어한 점 이외에 실시예 2와 동일하게 리튬 금속 전극 및 전고체 전지를 제조하였다.A lithium metal electrode and an all-solid-state battery were manufactured in the same manner as in Example 2, except that the thickness of the coating layer was controlled to 25 nm in the step of forming the coating layer.
<실시예 5><Example 5>
코팅층을 형성하는 단계에서 Sn 층의 두께를 200 nm로 제어하고, 최대 전착 전류를 8 mA/cm2으로 제어한 점 이외에 실시예 2와 동일하게 리튬 금속 전극 및 전고체 전지를 제조하였다.A lithium metal electrode and an all-solid-state battery were manufactured in the same manner as in Example 2, except that the thickness of the Sn layer was controlled to 200 nm and the maximum deposition current was controlled to 8 mA/cm 2 in the step of forming the coating layer.
<비교예 3><Comparative Example 3>
코팅층을 형성하는 단계에서 Sn 층의 두께를 500 nm로 제어하고, 최대 전착 전류를 6 mA/cm2으로 제어한 점 이외에 실시예 2와 동일하게 리튬 금속 전극 및 전고체 전지를 제조하였다.A lithium metal electrode and an all-solid-state battery were manufactured in the same manner as in Example 2, except that the thickness of the Sn layer was controlled to 500 nm and the maximum deposition current was controlled to 6 mA/cm 2 in the step of forming the coating layer.
<비교예 4><Comparative Example 4>
코팅층을 형성하는 단계에서 Sn 층의 두께를 10 nm로 제어하고, 최대 전착 전류를 6 mA/cm2으로 제어한 점 이외에 실시예 2와 동일하게 리튬 금속 전극 및 전고체 전지를 제조하였다.A lithium metal electrode and an all-solid-state battery were manufactured in the same manner as in Example 2, except that the thickness of the Sn layer was controlled to 10 nm and the maximum deposition current was controlled to 6 mA/cm 2 in the step of forming the coating layer.
<비교예 5><Comparative Example 5>
코팅층을 형성하는 단계에서 Sn 층의 두께를 0 nm로 제어한 점을 제외하고 실시예 2와 동일하게 리튬 금속 전극 및 전고체 전지를 제조하였다.A lithium metal electrode and an all-solid-state battery were manufactured in the same manner as in Example 2, except that the thickness of the Sn layer was controlled to 0 nm in the step of forming the coating layer.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 리튬이 전착되었을 때, 외관을 나타낸다.Figures 5a and 5b show the appearance when lithium is deposited according to examples and comparative examples of the present invention.
도 5a 및 도 5b는 각각 12 mA/cm2로 전착하였을 때, 실시예 2와 비교예 4-의 전착 외관을 도시한다. 구체적으로, 최대 전류 밀도로 전착하였을 때, 집전체와 보호층 사이에 리튬이 석출되는 경우와 최대 전류 밀도를 초과하는 전류 밀도로 전착하였을 때의 외관을 나타낸 것이다. 전착가능 최대 전류 밀도 이하에서 전착을 하면 석출되는 리튬이 검은색의 보호층 아래로 적층되므로 외관 상 검은 보호층이 관측되며, 이를 초과한 전류 밀도에서 전착이 수행될 경우, 보호층 상면에 리튬이 적츠되어 회색 빛의 리튬이 보호층 상면에 전착되는 것을 확인하였다.FIG. 5a and FIG. 5b illustrate the appearance of the electrodeposition of Example 2 and Comparative Example 4 when electrodeposition was performed at 12 mA/cm 2 , respectively. Specifically, they illustrate the appearance when lithium was deposited between the current collector and the protective layer when electrodeposition was performed at the maximum current density, and when electrodeposition was performed at a current density exceeding the maximum current density. When electrodeposition was performed below the maximum possible current density, the deposited lithium was deposited under the black protective layer, so a black protective layer was observed in appearance, and when electrodeposition was performed at a current density exceeding this, lithium was deposited on the upper surface of the protective layer, and it was confirmed that gray lithium was deposited on the upper surface of the protective layer.
하기 표 3은 집전체 상에 코팅층의 두께를 변화시켰을 때, 최대 전착 전류 및 충방전 성능 횟수를 나타낸다. 코팅층 두께 표준편차, 상기 최대 전착 전류 및 충방전 성능 횟수는 아래 방법으로 측정하였다.Table 3 below shows the maximum deposition current and the number of charge/discharge cycles when the thickness of the coating layer on the collector was changed. The standard deviation of the coating layer thickness, the maximum deposition current, and the number of charge/discharge cycles were measured by the following methods.
전착
전류
[mA/cm2]Maximum
Electrodeposition
electric current
[mA/cm 2 ]
성능
횟수
[회]Charge and discharge
Performance
number
[episode]
[wt%]Fe
[wt%]
[wt%]Ni
[wt%]
두께
[nm]Sn
thickness
[nm]
두께 표준편차
[nm]Sn layer
Thickness standard deviation
[nm]
상기 표 2를 살펴보면, 실시예 2, 실시예 4, 및 실시예 5와 같이 Sn 두께 및 Sn 두께 표준 편차가 본 발명의 범위를 만족할 때, 충방전 성능 횟수가 600 이상으로 우수한 것을 확인하였다. 그러나, Sn 두께가 과도하게 두꺼운 경우, 비교예 3과 같이, 충방전성능 횟수가 저하되는 것을 확인하였고, Sn 두께가 과도하게 얇은 경우, 비교예 4와 같이 충방전 성능 횟수가 양호한 것을 확인하였다.또한, 비교예 5와 같이, 코팅층이 집전체 상에 전혀 형성되지 않는 경우, 최대 전착 전류를 측정하기 위해 실시예 1에서 진행하던 조건에서 0.5 mA/cm2까지 전류 밀도를 낮추어 실험을 진행하였으나 해당 전류에서도 보호층 상면에 리튬이 석출되는 현상이 관찰되었다. 이와 같이, 충분히 낮은 전류밀도에서도 보호층 상면에 리튬이 전착됨에 따라 최대 전착 전류 밀도의 측정이 어려운 것을 확인하였다.Looking at Table 2 above, it was confirmed that when the Sn thickness and the Sn thickness standard deviation satisfied the range of the present invention, as in Examples 2, 4, and 5, the charge/discharge performance number of 600 or more was excellent. However, when the Sn thickness was excessively thick, as in Comparative Example 3, it was confirmed that the charge/discharge performance number of times was reduced, and when the Sn thickness was excessively thin, as in Comparative Example 4, it was confirmed that the charge/discharge performance number of times was good. In addition, as in Comparative Example 5, when the coating layer was not formed at all on the current collector, the experiment was conducted by lowering the current density to 0.5 mA/cm 2 under the conditions of Example 1 in order to measure the maximum deposition current, but even at that current, the phenomenon of lithium precipitation on the upper surface of the protective layer was observed. In this way, it was confirmed that it was difficult to measure the maximum deposition current density because lithium was deposited on the upper surface of the protective layer even at a sufficiently low current density.
또한, 비교예 5와 같이 코팅층이 없는 상태로 셀을 제작하였을 때, 약 80 % 정도의 셀은 정상적인 사이클 진행이 되지 않고 내부 단락이 발생되는 문제가 있음을 확인하였다.In addition, when cells were manufactured without a coating layer, as in Comparative Example 5, it was confirmed that approximately 80% of the cells did not undergo normal cycle progression and had an internal short circuit problem.
또한, 상기 표 3을 살펴보면, 코팅층 두께 표준편차는 집전체 조성에 따른 차이는 관찰되지 않았으나, Sn 도금 두께가 두꺼워질수록 커지는 경향을 확인하였다.In addition, looking at Table 3 above, no difference was observed in the standard deviation of the coating layer thickness depending on the composition of the current collector, but it was confirmed that the standard deviation tended to increase as the Sn plating thickness increased.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른, 리튬 금속 전지의 부식성 평가에 대한 사진이다.FIG. 6 is a photograph showing an evaluation of the corrosion resistance of a lithium metal battery according to an embodiment and a comparative example of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 리튬 금속 전지를 황화물계 고체전해질을 이용하여 전고체 셀을 제작한 후, 셀을 분해하여 집전체와 접촉한 고체전해질 표면을 관찰한 사진이다. 이때, 좌측부터 순서대로, Cu 100 wt%, Fe 100 wt%, Ni 100 wt%, Fe 10 wt%와 Ni 90 wt%, Fe 64 wt%와 Ni 36 wt%, 및 Fe 90 wt%와 Ni 10 wt% 집전체를 사용한 것을 나타낸다.Referring to FIG. 6, the photographs are of the solid electrolyte surface in contact with the current collector after the cell was disassembled to fabricate an all-solid-state cell using a sulfide-based solid electrolyte according to an embodiment and a comparative example of the present invention. In this case, from the left, it shows that current collectors of Cu 100 wt%, Fe 100 wt%, Ni 100 wt%, Fe 10 wt% and Ni 90 wt%, Fe 64 wt% and Ni 36 wt%, and Fe 90 wt% and Ni 10 wt% were used.
도 6을 참조하면, Cu, Fe, 또는 Ni을 단독으로 집전체에 사용할 경우, 부식이 심한 것을 확인할 수 있다. 이에 반해, Fe 와 Ni을 동시에 포함하는 집전체의 경우, Cu, Fe, 또는 Ni을 단독으로 사용한 것과 대비하여 내부식성이 우수한 것을 확인하였다. 또한, Fe 및 Ni가 동시에 포함된 집전체에 있어서, Fe가 64 %, Ni가 36 %일 때, 내부식성이 가장 우수한 것을 확인하였다.Referring to Fig. 6, it can be confirmed that when Cu, Fe, or Ni is used alone in the current collector, corrosion is severe. In contrast, in the case of a current collector containing Fe and Ni simultaneously, it was confirmed that corrosion resistance was excellent compared to when Cu, Fe, or Ni was used alone. In addition, in the current collector containing Fe and Ni simultaneously, it was confirmed that corrosion resistance was the best when Fe was 64% and Ni was 36%.
도 7은 본 발명의 실시예 및 비교예를 이용한 전고체전지의 셀 수명 평가를 나타낸다.Figure 7 shows the cell life evaluation of an all-solid-state battery using examples and comparative examples of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시예 2와 비교예 1의 리튬 전극을 이용한 전고체 전지의 셀 수명 평가를 나타낸다. 도 5를 살펴보면, 집전체 내 합금의 성분으로 Fe 및 Ni을 본 발명의 범위로 제어하였을 때, 셀 수명 특성이 712 cycle로 우수한 것을 확인하였다. 이에 반해, 집전체 내 합금 성분으로 Ni만을 사용하였을 때, 셀 수명 특성이 122 cycle로 열위한 것을 확인하였다.Figure 7 shows the cell life evaluation of the all-solid-state battery using the lithium electrode of Example 2 of the present invention and Comparative Example 1. Looking at Figure 5, when Fe and Ni as alloy components in the current collector were controlled within the range of the present invention, it was confirmed that the cell life characteristics were excellent at 712 cycles. In contrast, when only Ni was used as the alloy component in the current collector, it was confirmed that the cell life characteristics were inferior at 122 cycles.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The present invention is not limited to the above embodiments, but can be manufactured in various different forms, and a person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.
Claims (15)
상기 집전체의 적어도 일면에 위치하며 리튬 합금을 포함하는 금속층을 포함하는 리튬 금속 전극.
A current collector comprising Fe and Ni; and
A lithium metal electrode comprising a metal layer comprising a lithium alloy and positioned on at least one surface of the above-mentioned collector.
상기 금속층 상에 위치하는 보호층을 포함하는 리튬 금속 전극.
In the first paragraph,
A lithium metal electrode comprising a protective layer positioned on the above metal layer.
상기 Fe 및 Ni을 포함하는 집전체는 집전체 내 합금 100 중량%를 기준으로, Fe: 10 내지 90 중량% 및 잔부의 Ni을 포함하는 리튬 금속 전극.
In the first paragraph,
A current collector including the above Fe and Ni is a lithium metal electrode including 10 to 90 wt% of Fe and the remainder of Ni, based on 100 wt% of the alloy in the current collector.
상기 Fe 및 Ni을 포함하는 집전체는 집전체 내 합금 100 중량%를 기준으로, Fe: 55 내지 70 중량% 및 잔부의 Ni을 포함하는 리튬 금속 전극.
In the first paragraph,
A current collector including the above Fe and Ni is a lithium metal electrode including 55 to 70 wt% of Fe and the remainder of Ni, based on 100 wt% of the alloy in the current collector.
상기 금속층은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 아연(Zn), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 및 주석(Sn) 중 적어도 하나의 친리튬 금속을 포함하는 리튬 금속 전극.
In the first paragraph,
A lithium metal electrode wherein the metal layer includes at least one lithium-philic metal selected from the group consisting of gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), zinc (Zn), silicon (Si), magnesium (Mg), and tin (Sn).
상기 친리튬 금속을 포함하는 금속층의 두께는 20 내지 300 nm인 리튬 금속 전극.
In the first paragraph,
A lithium metal electrode having a thickness of the metal layer including the lithium-friendly metal of 20 to 300 nm.
상기 친리튬 금속을 포함하는 금속층의 두께 표준편차는 90 nm 이하인 리튬 금속 전극.
In the first paragraph,
A lithium metal electrode having a standard deviation of the thickness of the metal layer including the lithium-friendly metal of 90 nm or less.
상기 리튬 합금을 포함하는 금속층 내 친리튬 금속은 집전체로 향할수록 몰비가 높은 리튬 금속 전극.
In the first paragraph,
A lithium metal electrode having a higher molar ratio of lithium-friendly metal in the metal layer including the lithium alloy as it moves toward the current collector.
친리튬 성분을 포함하는 코팅 조성물을 이용하여 집전체의 적어도 일 면에 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 리튬 금속 전극의 제조 방법.
A step of preparing a collector containing Fe and Ni; and
A method for manufacturing a lithium metal electrode, comprising the step of forming a coating layer on at least one surface of a current collector using a coating composition containing a lithium-friendly component.
상기 코팅층을 형성하는 단계 이후,
상기 코팅층 표면에 보호층을 형성하는 단계;
도금액 내에 상기 코팅층 및 보호층이 형성된 집전체를 위치시킨 후 상기 보호층과 소정의 간격을 두고 리튬 공급원을 위치시키는 단계; 및
상기 집전체 및 상기 리튬 공급원 사이에 전류를 인가하여, 상기 코팅층에 포함된 친리튬 성분과 상기 리튬 공급원으로부터 석출된 리튬이 합금화된 리튬 합금을 포함하는 금속층을 형성하는 단계를 포함하는 리튬 금속 전극의 제조 방법.
In Article 9,
After the step of forming the above coating layer,
A step of forming a protective layer on the surface of the coating layer;
A step of positioning a current collector having the coating layer and protective layer formed in the plating solution and then positioning a lithium supply source at a predetermined distance from the protective layer; and
A method for manufacturing a lithium metal electrode, comprising the step of applying a current between the current collector and the lithium source to form a metal layer including a lithium alloy in which a lithium-friendly component included in the coating layer and lithium precipitated from the lithium source are alloyed.
상기 Fe 및 Ni을 포함하는 집전체를 준비하는 단계는 상기 집전체 내 합금 100 중량%를 기준으로, Fe: 10 내지 90 중량% 및 잔부의 Ni을 포함하는 리튬 금속 전극의 제조 방법.
In Article 9,
The step of preparing a current collector including the above Fe and Ni is a method for manufacturing a lithium metal electrode including 10 to 90 wt% of Fe and the remainder of Ni based on 100 wt% of the alloy in the current collector.
상기 Fe 및 Ni을 포함하는 집전체는 집전체 내 합금 100 중량%를 기준으로, Fe: 55 내지 70 중량% 및 잔부의 Ni을 포함하는 리튬 금속 전극의 제조 방법.
In Article 11,
A method for producing a lithium metal electrode, wherein the current collector including the above Fe and Ni comprises 55 to 70 wt% of Fe and the remainder of Ni, based on 100 wt% of the alloy in the current collector.
상기 친리튬 성분을 포함하는 코팅 조성물을 이용하여 집전체의 적어도 일 면에 코팅층을 형성하는 단계는 상기 코팅층의 두께를 20 내지 300 nm 범위로 제어하는 리튬 금속 전극의 제조 방법.
In Article 9,
A method for manufacturing a lithium metal electrode, wherein the step of forming a coating layer on at least one surface of a current collector using a coating composition containing the lithium-friendly component controls the thickness of the coating layer to a range of 20 to 300 nm.
상기 친리튬 성분을 포함하는 코팅 조성물을 이용하여 집전체의 적어도 일 면에 코팅층을 형성하는 단계는 상기 코팅층의 두께 표준편차를 10 내지 90 nm로 제어하는 리튬 금속 전극의 제조 방법.
In Article 9,
A method for manufacturing a lithium metal electrode, wherein the step of forming a coating layer on at least one surface of a current collector using a coating composition containing the lithium-friendly component controls the thickness standard deviation of the coating layer to 10 to 90 nm.
상기 친리튬 성분을 포함하는 코팅 조성물을 이용하여 집전체의 적어도 일면에 코팅층을 형성하는 단계에서 상기 코팅층은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 아연(Zn), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 및 주석(Sn) 중 적어도 하나의 친리튬 금속을 포함하는 리튬 금속 전극의 제조 방법.
In Article 9,
A method for manufacturing a lithium metal electrode, wherein the coating layer is formed on at least one surface of a current collector using a coating composition including the lithium-friendly component, and the coating layer includes at least one lithium-friendly metal among gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), zinc (Zn), silicon (Si), magnesium (Mg), and tin (Sn).
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