무음극 리튬 메탈 배터리 및 이의 제조방법
Anode-free Lithium Metal Battery and its method for preparing the same
특허 요약
본 발명의 일 실시예는 Cu 집전체 층을 형성하는 단계; 및 상기 Cu 집전체 층 상에 MXene 박막층을 형성하는 단계; 상기 MXene 박막층 상에 리튬 금속층을 형성하는 단계; 상기 리튬 금속층 상에 SEI 층을 형성하는 단계; 상기 형성한 리튬 금속층을 제거하는 단계; 상기 SEI 층 상에 양극을 형성하는 단계; 및 상기 양극 상에 금속 집전체 층을 형성하는 단계;를 포함하되, 상기 Cu 집전체 층은 나노 크기의 원통 형상이 패터닝된 것을 특징으로 하는 무음극 리튬 메탈 배터리 제조방법을 제공한다.
청구항
번호청구항
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제1항에 있어서, 상기 Cu 집전체 층에 패터닝된 나노 크기의 원통 형상은 200nm 내지 400nm의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 무음극 리튬 메탈 배터리 제조방법.

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Cu 집전체 층을 형성하는 단계; 및상기 Cu 집전체 층 상에 MXene 박막층을 형성하는 단계;상기 MXene 박막층 상에 리튬 금속층을 형성하는 단계;상기 리튬 금속층 상에 SEI 층을 형성하는 단계;상기 형성한 리튬 금속층을 제거하는 단계;상기 SEI 층 상에 양극을 형성하는 단계; 및상기 양극 상에 금속 집전체 층을 형성하는 단계;를 포함하되,상기 Cu 집전체 층은 나노 크기의 원통 형상이 패터닝된 것을 특징으로 하는 무음극 리튬 메탈 배터리 제조방법.

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제1항에 있어서, 상기 Cu 집전체 층을 형성하는 단계는,PolyStyrene을 Cu foil에 코팅하는 단계;상기 Cu foil에 상기 PolyStyrene으로 구성된 패턴을 형성하는 단계;상기 PolyStyrene으로 구성된 패턴을 따라 Cu 격벽을 형성하는 단계; 및상기 PolyStyrene으로 구성된 패턴을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무음극 리튬 메탈 배터리 제조방법.

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제2항에 있어서, 상기 PolyStyrene으로 구성된 패턴을 형성하는 단계는,나노 원통형의 pre-pattern이 있는 mold를 상기 코팅된 Cu foil에 전사하는 단계; 및상기 mold가 전사된 Cu foil을 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무음극 리튬 메탈 배터리 제조방법.

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제3항에 있어서, 상기 열처리하는 단계는,상기 Cu foil을 PolyStyrene의 전이온도(Tg) 이상으로 승온하는 단계; 및상기 승온하는 단계 이후, 상온으로 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무음극 리튬 메탈 배터리 제조방법.

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제1항에 있어서, 상기 Cu 집전체 층을 형성하는 단계는 Soft/Sputtering Lithography 방법을 통해 진행되는 것을 특징으로 하는 무음극 리튬 메탈 배터리 제조방법.

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제1항에 있어서, 상기 MXene 박막층을 형성하는 단계는,상기 MXene 박막층을 1nm 내지 10nm의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 무음극 리튬 메탈 배터리 제조방법.

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제1항에 있어서, 상기 MXene 박막층은,하기 화학식1으로 표현되는 MXene을 포함하는 것을 특징으로 하는 무음극 리튬 메탈 배터리 제조방법:[화학식1]Ti3X2Tx상기 화학식1에서, 상기 Tx는 OH, O, 및 F로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이다.

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Cu 집전체 층;상기 Cu 집전체 층 상에 위치하는 MXene 박막층;상기 MXene 박막층 상에 위치하는 SEI 층;상기 SEI 층 상에 위치하는 양극; 및상기 양극 상에 위치하는 금속 집전체 층을 포함하되,상기 Cu 집전체 층은 나노 크기의 원통 형상이 패터닝된 것을 특징으로 하는 무음극 리튬 메탈 배터리.

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제9항에 있어서, 상기 Cu 집전체 층에 패터닝된 나노 크기의 원통 형상은 200nm 내지 400nm의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 무음극 리튬 메탈 배터리.

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제9항에 있어서, 상기 MXene 박막층은 1nm 내지 10nm의 두께인 것을 특징으로 하는 무음극 리튬 메탈 배터리.

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제9항에 있어서, 상기 MXene 박막층은,하기 화학식1으로 표현되는 MXene을 포함하는 것을 특징으로 하는 무음극 리튬 메탈 배터리:[화학식1]Ti3X2Tx상기 화학식1에서, 상기 Tx는 OH, O, 및 F로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이다.