일반기술

리튬 이차전지용 실리콘 박막 음극의 성능 개선 방법

*원리 및 구성Si 계 음극 활물질을 사용하는 리튬 이차전지에 있어서, 음극 집전체의 표면이 특정 몰포로지를 가지도록 표면 처리하고, 바람직하게는 표면처리 음극 집전체에 바이어스 전압을 인가한 상태에서 스퍼터링에 의해 음극 활물질로서의 실리콘 막을 증착하거나, 및/또는 표면처리 음극 집전체와 실리콘 막 사이에 접착층을 개재함으로써, 음극 집전체와 활물질 사이의 결합력을 강화시켜 궁극적으로 충방전 사이클 특성을 향상시킨다. *기술적 배경음극으로서 Li-Si계 활물질을 사용하는 리튬 이차전지가 많은 관심을 끌고 있다. 순수한 실리콘(Si)의 이론적 비용량(specific capacity)은 4200 mAh/g으로서 그라파이트 탄소의 372 mAh/g 보다 월등히 크다. 그러나, Si 는 계속적인 충방전 사이클 동안에 큰 부피 변화를 겪으며, 이는 기계적 및 전기적 열화를 초래하므로, 열악한 사이클 특성이 문제점이 있었다.*중요성 및 독창성발명자들은 Si 계 음극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지에서 가장 문제시되고 있는 충방전시 실리콘 막과 음극 집전체간의 전기적 접촉의 손실을 해결하기 위하여 심도있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 음극 집전체가 특정 표면 몰포로지를 가지도록 처리되는 경우에 상기 전기적 접촉 손실을 크게 개선할 수 있다는 점과, 더욱이, 그렇게 표면 처리된 음극집전체에 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 점에서 그 중요성과 독창성이 있다고 할 수 있다. *적용제품 및 경쟁제품본 기술의 리튬 이차전지용 실리콘 박막 음극의 성능 개선에 관한 기술은 이차전지 분야에 적용될 것이며, 이차전지의 화학적 물질이 많으므로 다수의 경쟁제품이 있을 것으로 판단된다.*특징 및 장점첫째, 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 있는 잇점이 있다.둘째, 충전과 함께 지속적인 전지 수명으로 실리콘의 박막 음극의 성능을 개선할 수 있는 잇점이 있다.