일반기술

리튬 이차전지용 실리콘 박막 음극의 성능 개선 방법

* 구성 및 원리 본 기술은 Si 계 음극 활물질을 사용하는 리튬 이차전지의 충방전 사이클 특성을 향상시키기 위한 방법에 관한 것디다 . 본 기술의 방법은 음극 집전체의 표면이 특정 몰포로지를 가지도록 표면처리하고, 표면처리 음극 집전체에 바이어스 전압을 인가한 상태에서 스퍼터링에 의해 음극 활물질로서의 실리콘 막을 증착하거나, 또는 표면처리 음극 집전체와 실리콘 막 사이에 접착층을 개재함으로써, 음극 집전체와 활물질 사이의 결합력을 강화시켜 궁극적으로 충방전 사이클 특성을 향상시키는 순서로 이루어진다. 구체적으로는 음극 집전체의 표면 전반에 걸쳐 5 ~ 100 ㎛ 크기의 입계(grain boundary)를 가지며 입계들이 접하는 부위에 적어도 1 ㎛ 깊이 이상의 골이 형성되는 있는 표면 몰포로지를 가지도록 음극 집전체를 표면처리하는 과정으로 이루어진다. * 기술적 배경 본 기술의 개발자들은 본 발명자들은 Si 계 음극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지에서 가장 문제시되고 있는 충방전시 실리콘 막과 음극 집전체 간의 전기적 접촉의 손실을 해결하기 위하여 심도있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 음극 집전체가 특정 표면 몰포로지를 가지도록 처리되는 경우에 전기적 접촉 손실을 크게 개선할 수 있다는 점과, 더욱이, 그렇게 표면 처리된 음극 집전체에 실리콘 막을 스퍼터링법에 의해 증착하는 과정에서 집전체에 바이어스 전압을 인가하거나, 및/또는 실리콘 막과 음극 집전체 사이에 접착층을 개재하는 것에 의해 전지의 충방전 사이클 특성을 획기적으로 향상시킬 수 있다는 점을 발견하고, 본 기술을 개발하게 되었다.* 적용제품 및 관련시장 본 기술의 리튬 이차전지용 실리콘 박막 음극의 성능 개선 방법은 크게 리튬전지의 성능을 개선하는 분야에 사용될 수 있으며, 리튬 전지는 주지하다시피 노트북 컴퓨터, MP3, PDA, PMP를 비롯하여 휴대폰, 카셋트 등 각종 휴대용 전자기기에 거의 모두 사용된다고 해도 과언이 아닐 정도이다. 또한 본 기술의 실리콘 박막 음극은 리튬 이차 전지 뿐 아니라 초소형 센서 분야에도 응용이 가능할 것으로 보여 그 적용시장은 매우 넓을 것으로 보인다. * 특징 및 장점 본 기술은 다음과 같은 특징 및 장점을 갖는다. 음극 활물질로서의 실리콘 막과 집전체 사이의 결합력이 강화되어 충방전 과정에서 전기적 접촉 손실이 최소화될 수 있으므로, 충방전 사이클 특성이 매우 우수한 리튬 이차전지를 제조할 수 있다.