적층된 밀도구배 신축성 전극 및 이에 기반한 고탄성 고효율 전지
Stretchable Batteries with Gradient Multilayer Conductors
특허 요약
본 발명은 전도성 물질 및 신축성 고분자를 포함하며, 다층으로 제조되어 구배를 가지는 전도성 복합체에 관한 것이다. 상기 전도성 복합체는 제조 공정이 단순하여 대량 생산에 용이하고, 연신성과 방향성에 제한을 받지 않으며, 다양한 사용 용도에 맞게 연신성 및 전도성의 조절이 가능하다. 또한, 다층의 구조는 여러 스케일(scales)에서 복합 내부 구조(composite internal architecture)를 제어할 수 있으므로, 최대 300%의 변형율에서 측면 및 횡-단면 모두에서 금속 전도성(metallic conductivity)을 유도할 수 있다.
청구항
번호청구항
1

제 1 신축성 고분자 및 제 1 전도성 물질을 포함하는 전도성층; 및 제 2 신축성 고분자 및 제 2 전도성 물질을 포함하는 신축성층을 포함하고, 상기 전도성층에서 제 1 전도성 물질의 함량은 80 내지 95 중량%이며, 상기 신축성층에서 제 2 전도성 물질의 함량은 40 내지 90 중량%이고,상기 제 1 전도성 물질은 제 2 전도성 물질보다 높은 함량을 가지며, 상기 전도성층 및 신축성층은 교대로 적층되고, 최외부층 중 양층은 전도성층이며, 총 층수는 3층 이상이고,제 1 전도성 물질 및 제 2 전도성 물질은 각각 평균 직경이 1 내지 100 nm인 전도성 복합체.

2

제 1 항에 있어서, 전도성층에서 제 1 전도성 물질의 함량은 85 내지 95 중량%이고, 신축성층에서 제 2 전도성 물질의 함량은 40 내지 60 중량%인 전도성 복합체.

3

제 1 항에 있어서, 전도성층에서 제 1 전도성 물질의 함량은 90 내지 95 중량%이고, 신축성층에서 제 2 전도성 물질의 함량은 80 내지 90 중량%이며, 상기 제 1 전도성 물질은 제 2 전도성 물질보다 높은 함량을 가지는 것인 전도성 복합체.

4

제 1 항에 있어서, 제 1 신축성 고분자 및 제 2 신축성 고분자는 각각 폴리우레탄(polyurethane), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리부틸렌(polybutylene). 폴리에틸렌(polyethylene) 및 폴리이소프렌(polyisoprene)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 전도성 복합체.

5

제 1 항에 있어서, 제 1 전도성 물질 및 제 2 전도성 물질은 각각 금 나노입자, 은 나노입자, 구리 입자, 탄소나노튜브 및 그래핀으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것인 전도성 복합체.

6

삭제

7

제 1 항에 있어서, 전도성 복합체에 포함되는 전도성층 및 신축성층의 총 층수는 3 내지 15인 전도성 복합체.

8

제 1 항에 있어서,전도성 복합체의 두께는 10 내지 100 ㎛인 전도성 복합체.

9

(S1) 제 1 신축성 고분자 및 제 1 전도성 물질을 포함하는 제 1 혼합물을 사용하여 전도성층을 형성하는 단계;(S2) 상기 전도성층 상에 제 2 신축성 고분자 및 제 2 전도성 물질을 포함하는 제 2 혼합물을 사용하여 신축성층을 형성하는 단계; 및 (S3) 상기 신축성층 상에 제 1 신축성 고분자 및 제 1 전도성 물질을 포함하는 제 1 혼합물을 사용하여 전도성층을 형성하는 단계를 포함하며,상기 단계 (S2) 및 단계 (S3)을 1회 이상 수행하여 총 층수가 3층 이상인 전도성 복합체를 제조하는 제 1 항에 따른 전도성 복합체의 제조 방법.

10

제 9 항에 있어서, 전도성 복합체에 포함되는 전도성층 및 신축성층의 총 층수는 3 내지 15인 전도성 복합체의 제조 방법.

11

제 9 항에 있어서,전도성층 및 신축성층은 각각 제 1 혼합물 및 제 2 혼합물을 진공여과하여 필름형태로 제조하는 것인 전도성 복합체의 제조 방법.

12

전도성 복합체; 및 상기 전도성 복합체 상에 위치하는 전극 활물질층을 포함하며,상기 전도성 복합체는 제 1 신축성 고분자 및 제 1 전도성 물질을 포함하는 전도성층; 및 제 2 신축성 고분자 및 제 2 전도성 물질을 포함하는 신축성층을 포함하고, 상기 전도성층에서 제 1 전도성 물질의 함량은 80 내지 95 중량%이며, 상기 신축성층에서 제 2 전도성 물질의 함량은 40 내지 90 중량%이고,상기 제 1 전도성 물질은 제 2 전도성 물질보다 높은 함량을 가지며, 상기 전도성층 및 신축성층은 교대로 적층되고, 최외부층 중 양층은 전도성층이며, 총 층수는 3층 이상이고,제 1 전도성 물질 및 제 2 전도성 물질은 각각 평균 직경이 1 내지 100 nm인 전기화학소자용 전극.

13

제 12 항에 있어서,전극 활물질층의 두께는 0.1 내지 10 ㎛인 전기화학소자용 전극.

14

양극;음극; 및 상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 전해질을 포함하며, 상기 양극 및 음극 중 적어도 하나의 전극은 제 12 항에 따른 전기화학소자용 전극인 전기화학소자.

15

제 14 항에 있어서, 전기화학소자는 수계 이차 메탈 이온 전지, 리튬 이차 전지, 나트륨 이차 전지 또는 수퍼 캐페시터인 전기화학소자.