무음극 전고체 전지용 집전체의 제조방법, 이에 의해 제조된 집전체 및 이를 포함하는 무음극 전고체 전지

다공성 주석구리 나노튜브층으로 리튬 균일 전착을 유도한 무음극 전고체 집전체

본 기술은 구리 집전체 표면에 수산화구리 나노튜브를 형성한 뒤, 주석 코팅과 열처리를 거쳐 다공성 주석구리(Cu3Sn) 나노튜브층을 만드는 기술입니다. 이를 통해 리튬 전착 시 과전압을 낮추고 덴드라이트 성장을 억제합니다.

무음극 전고체 전지에서는 리튬 전착 과전압이 높아 리튬이 불균일하게 전착되는 문제가 있었습니다. 이로 인해 리튬 덴드라이트가 성장하고 단락이 발생하는 기술적 한계가 존재했습니다.

본 기술은 구리 집전체를 알칼리 수산화물과 과황산염 용액으로 처리해 수산화구리 나노튜브를 성장시킨 다음, 무전해 주석 도금과 열처리를 거쳐 말단이 열린 다공성 Cu3Sn 나노튜브층을 형성하도록 구성됩니다. 넓어진 표면이 고체전해질과의 접촉 면적을 최대화하고 리튬을 고르게 전착시킵니다. 음극 활물질을 생략해 체적 에너지 밀도를 극대화하려는 무음극 전고체 전지와 고밀도 파우치 셀 집전체에 적용될 수 있어 150회 사이클 이후에도 83%를 넘는 용량 유지율을 기대할 수 있습니다.

‍

‍

Key Features:

• 알칼리금속의 수산화물, 과황산염류 및 물을 포함하는 용액에 구리 집전체의 일면을 접촉시켜 수산화구리 나노튜브층을 형성하는 단계
• 수산화구리 나노튜브층의 표면에 주석염, 환원제, 착화제를 포함하는 주석 전구체 용액으로 주석을 코팅하는 단계
• 주석이 코팅된 수산화구리 나노튜브층을 열처리하여 말단이 개방된 나노튜브로 이루어진 주석구리 나노튜브층을 형성하는 단계
• 충전 시 리튬과 반응하여 주석구리 상, 리튬주석 상, 구리 상이 혼재하게 되는 주석구리 나노튜브층

‍

본 발명은 산업통상자원부의 세라믹 이차전지용 7 mAhcm2급 고에너지밀도 전극 극판 제조용 복합 소재 및 전극 부품 제조 기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.

‍