다공성 구조체, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 리튬 금속 전극 및 리튬 이차전지
HIGHLY POROUS STRUCTURE, MANUFACTURING METHODS THEREOF, LITHIUM METAL ELECTRODE AND LITHIUM SECONDARY BATTERIES CONTAINING THE SAME
특허 요약
본 발명은 제1 다공성 구조체; 및 상기 제1 다공성 구조체 상에 위치하는 제2 다공성 구조체;를 포함하고, 상기 제2 다공성 구조체는 리튬 친화성 고분자, 3차원 구조 및 기공을 포함하며, 상기 기공은 기공 분포 그래프의 반치폭(full width at half maximum, FWHM)이 0.01 내지 1.0 μm인 다공성 구조체에 관한 것이다.
청구항
번호청구항
1

제1 다공성 구조체; 및상기 제1 다공성 구조체 상에 위치하는 제2 다공성 구조체;를 포함하고,상기 제2 다공성 구조체는 리튬 친화성 고분자, 3차원 구조 및 기공을 포함하며,상기 기공은 기공 분포 그래프의 반치폭(full width at half maximum, FWHM)이 0.01 내지 1.0 μm인,다공성 구조체.

2

제1항에서,상기 제2 다공성 구조체의 기공률은 40 내지 75%인,다공성 구조체.

3

제1항에서,상기 제2 다공성 구조체는 하기 식 1을 만족하는,[식 1]0 μm ≤ D70-D30 ≤ 0.50 μm(상기 식 1의 DI에서 I는 상기 기공 분포 그래프의 0 μm 부터의 적분 값이며, DI는 I를 만족하는 지점에서의 기공 직경이다.)다공성 구조체.

4

제3항에서,상기 제2 다공성 구조체는 하기 식 2를 만족하는,[식 2]0 μm ≤ D80-D20 ≤ 0.80 μm(상기 식 2의 DI에서 I는 상기 기공 분포 그래프의 0 μm 부터의 적분 값이며, DI는 I를 만족하는 지점에서의 기공 직경이다.)다공성 구조체.

5

제1항에서,상기 기공의 최대 피크에서의 직경은 0.05 내지 0.5 μm인,다공성 구조체.

6

제1항에서,상기 다공성 구조체의 전자 전도도는 0.2 내지 0.6×10-2 S/cm인,다공성 구조체.

7

제1항에서,상기 다공성 구조체 및 Cu 호일의 이온 전도도의 차는 0.1×10-3 S/cm 이상인,다공성 구조체.

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제1항에서,상기 제1 다공성 구조체 및 상기 제2 다공성 구조체의 전자 전도도의 차는 0.2×10-2 S/cm 이상인,다공성 구조체.

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제1항에서,상기 제1 다공성 구조체 및 제2 다공성 구조체는 CNT를 더 포함하며,상기 제1 다공성 구조체 및 상기 제2 다공성 구조체의 CNT 중량%의 차이는 60 내지 80중량%인,다공성 구조체.

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제9항에서,상기 CNT는 SWCNT(single-walled carbon nanotube) 및 TWCNT(thin-walled carbon nanotube) 중 적어도 어느 하나 이상인,다공성 구조체.

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제1항에서,상기 제1 다공성 구조체는 박막 형태인,다공성 구조체.

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제1항에서,상기 다공성 구조체의 두께는 10 내지 90 μm인,다공성 구조체.

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(S1) 리튬 친화성 고분자, 도전재 및 용매를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조하는 단계;(S2) 상기 슬러리를 다공성 기재 위에 도포하는 단계; 및(S3) 상기 슬러리를 도포한 다공성 기재를 비용매가 담긴 수조에 넣어 다공성 구조체를 형성하는 단계;를 포함하며,상기 비용매의 RHSP(hansen solubility parameter distance)의 값은 25 내지 29를 만족하는,다공성 구조체의 제조 방법.

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제13항에서,상기 슬러리는 전체 100중량%에 대해서,상기 리튬 친화성 고분자를 3 내지 20중량%, 상기 도전재를 0.4 내지 2중량% 및 잔부인 용매을 포함하는,다공성 구조체의 제조 방법.

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제13항에서,상기 비용매의 RHSP의 값은 25 내지 27를 만족하는,다공성 구조체의 제조 방법.

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제13항에서,상기 다공성 기재는 제1 다공성 구조체를 포함하고,상기 제1 다공성 구조체는 CNT를 포함하는 박막 형태인,다공성 구조체의 제조 방법.

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다공성 구조체 및 리튬 금속을 포함하고,상기 리튬 금속은 상기 다공성 구조체 내부 및 외부 중 적어도 어느 하나 이상에 위치하며,하기 식 3 및 식 4를 만족하는리튬 금속 전극.[식 3]1 ≤ LME/HCA ≤ 1.3[식 4]-1 ≤ △y/△x ≤ 1(상기 식 3에서 LME는 상기 리튬 금속 전극 단면 두께이며, HCA는 상기 다공성 구조체 단면 두께이고,상기 식 4에서 x는 상기 리튬 금속 전극 단면의 왼쪽에서 오른쪽으로의 위치이며, y는 x에서의 상기 리튬 금속 전극의 높이이고,△y/△x는 x값의 변화량에 대한 y값의 변화량의 비이다.)

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제17항에서, 하기 식 5 및 식 6을 만족하는, 리튬 금속 전극.[식 5]1 ≤ H2/H1 ≤ 1.2[식 6]1 ≤ v2/v1 ≤ 7(상기 식 5에서 Hn은 리튬 충전 이후 상기 리튬 금속 전극 단면의 두께이며, 상기 식 6에서 vn은 두께 Hn를 갖는 상기 리튬 금속 전극의 리튬 충전 속도이고, n이 클수록 vn의 값이 크다.)

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제17항에서,상기 다공성 구조체는 제1항 내지 제12항의 다공성 구조체를 포함하는,리튬 금속 전극

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양극;,음극; 및상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 전해질;을 포함하고,상기 음극은 제17 내지 제19항의 리튬 금속 전극을 포함하는,리튬 이차전지.