일반기술

리튬 이차전지용 음극 제조 방법

* 구성 및 원리 본 기술은 리튬 이차전지용 음극 제조방법에 관한 것으로, 특히 리튬의 삽입/탈리가 가능한 주석에 리튬과 반응하지 않는 금속을 스퍼터링하여 박막 음극을 열처리 없이 제조하는 리튬 이차전지용 음극 제조방법에 관한 것이다. 본 기술을 자세히 설명하면, 리튬의 삽입/탈리가 가능한 주석(Sn)에 리튬과 반응하지 않는 금속(M)을 스퍼터링하여 주석(Sn)의 부피 팽창을 방지하는 박막 음극을 제조한다. 주석(Sn)과 금속(M)의 조성은 SnM0.25 ~ SnM0.7이고, 주석(Sn)과 금속(M)의 조성비는 금속(M) 타겟의 숫자로 조절하며, 금속(M)은 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)인 것을 특징으로 한다. 주석-금속(SnM) 전극내에는 리튬 이온의 전도도를 증가시키는 Ag이 첨가된다.* 기술적 배경 이차전지란 충,방전의 반복에 의해 직류전류를 저장 또는 공급하는 것이 가능한 전원으로, 사이클 성능이 길고 자기방전이 적으며, 충,방전시의 에너지 변환효율이 높고 출력밀도도 높으며, 저가격이고 안전성이 높은 것 등이 요구되나, 이들 조건을 모두 충족시키는 이차전지의 실현은 곤란하므로 실용 이차전지에서는 각각의 목적에 따라 구분되어 사용된다. 최근, 급성장한 반도체 기술과 정보화 산업의 발달로 인하여 개인용 통신기기 및 컴퓨터를 비롯한 각종 전자기기의 소형화, 박형화, 경량화에 따라 이들의 전원으로서 고에너지 밀도의 이차전지 요구가 높아지고 있으며, 이와 같은 요구에 대응하여 리튬금속 이외의 재료를 음극활성물질로 사용하는 리튬 이차전지의 연구가 활발하게 진행되고 있는 실정이다.* 적용제품 및 관련시장 본 기술의 리튬 이차전지용 음극 제조 방법는 리튬 이차 전지 제조관련 분야에 적용될 것으로 예상할 수 있다. 리튬 이차전지는 노트북 컴푸터, 엠피3, 피디에이, 휴대폰, 카셋트 및 각종 휴대용 전자기기에 거의 모두 적용된다고 해도 과언이 아닐 만큼 그 시장이 급속히 커져 있다. 본 기술은 이차전지의 효능을 높이는 기술이므로 이러한 시장에서 활용될 수 있을 것이다. * 특징 및 장점 본 기술은 다음과 같은 특징 및 장점이 있다. 첫째, 리튬의 삽입/탈리가 가능한 주석에 리튬과 반응하지 않는 금속(M:Cr, Cs, Cu, Fe, Hf, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, Ti, V, Zr, K)을 첨가하여, 순수 주석 음극이 가지는 낮은 작동 전압을 그대로 유지하면서도 리튬이 삽입/탈리될 때 주석 전극이 서로 응집되지 않게 하고 부피 변화율을 감소시키므로, 주석의 표면과 내부에 발생하는 크랙(crack)을 줄일 수 있어 50사이클 이후에도 초기 충전 용량의 약 80%이상을 유지할 수 있으므로 사이클 특성의 문제를 해결한다는 효과가 있다. 둘째, 주석과 리튬과 반응하지 않는 금속(예를 들면, 구리)를 모자이크 스퍼터링 또는 코-스퍼터링 또는 합금 스퍼터링하여 박막 음극을 열처리 공정없이 제조하므로 고체 전해질인 리폰의 결정화 문제를 해결한다는 효과가 있다.