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KR20130007320A - 리튬판, 전극의 리튬화 방법 및 에너지 저장장치 - Google Patents

리튬판, 전극의 리튬화 방법 및 에너지 저장장치 Download PDF

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KR20130007320A
KR20130007320A KR1020110065186A KR20110065186A KR20130007320A KR 20130007320 A KR20130007320 A KR 20130007320A KR 1020110065186 A KR1020110065186 A KR 1020110065186A KR 20110065186 A KR20110065186 A KR 20110065186A KR 20130007320 A KR20130007320 A KR 20130007320A
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lithium
electrode
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레미조프
민홍석
김배균
정현철
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 리튬판, 전극의 리튬화 방법 및 에너지 저장장치에 관한 것이다. 본 발명의 하나의 모습에 따라, 본 발명의 하나의 모습에 따라, 에너지 저장장치용 전극의 리튬 프리-도핑에 사용되는 리튬판에 있어서, 프리-도핑 시 전극과 접촉되는 접촉영역; 및 프리-도핑 시 접촉영역과 전극의 접촉 경계 부근으로의 전해액의 액세스를 쉽게 할 수 있도록 접촉영역과 이웃하여 규칙적으로 분포된 다수의 관통홀 또는 다수의 홈; 을 포함하여 이루어지는 리튬판이 제공된다. 또한, 전술한 리튬판을 이용하여 에너지 저장장치용 전극을 리튬화하는 전극의 리튬화 방법과, 그 방법에 따라 리튬화된 네거티브 전극(애노드)을 포함하는 에너지 저장장치가 제안된다.

Description

리튬판, 전극의 리튬화 방법 및 에너지 저장장치{LITHIUM PLATE, METHOD FOR LITHIUM OF ELECTRODE AND ENERGY STORAGE DEVICE}
본 발명은 리튬판, 전극의 리튬화 방법 및 에너지 저장장치에 관한 것이다. 구체적으로는 에너지 저장장치용 전극의 프리-도핑의 균일성 및 속도를 개선하기 위한 리튬판, 그 리튬판을 이용한 에너지 저장장치용 전극의 리튬화 방법, 그리고 그 리튬화 방법에 따라 리튬화된 네거티브 전극을 갖는 에너지 저장장치에 관한 것이다.
각종 전자제품이나 전자장치에서 안정적인 에너지 공급은 중요한 요소가 되고 있다. 일반적으로 이러한 기능은 커패시터와 같은 에너지 저장장치에 의해 수행된다. 최근에, 다양한 전기화학 커패시터가 개발되고 있으며, 리튬이온 2차 전지와 전기 이중층 커패시터의 축전 원리를 조합한 하이브리드 커패시터라 불리는 에너지 저장장치가 주목받고 있다.
하이브리드 전기화학 커패시터들 중에, 최근에 리튬이온 커패시터들이 상당한 산업적 관심을 끌고 있다. 리튬이온 전지와 비교해보면, 리튬이온 커패시터는 더 높은 출력과 더 긴 수명을 갖는다. 리튬이온 커패시터는 수십년 동안 고 에너지 부스트 응용에 사용되어온 전기 이중층 커패시터(EDLC)에 비하여 높은 에너지 밀도를 제공한다. 높은 에너지 밀도의 이점은 리튬이온 커패시터가 더 높은 작동 전압에서 작동될 수 있고, 에너지 밀도는 전압의 제곱에 비례하는 사실에 기인하다.
리튬이온 커패시터용 포지티브 전극(캐소드)은 유기 전해질로부터 이온의 비패러데이(non-faradaic) 흡착 및 탈착의 특성을 갖는다. 캐소드 물질은 다수의 미세 공극, 중간 공극 및 거대 공극에 기인한 특별히 매우 발달된 표면 영역을 가지므로, 짧은 시간에 다량의 전하를 가역적으로 저장 및 방출할 수 있다.
리튬이온 커패시터의 네거티브 전극이 캐소드에 비하여 매우 낮은 전위을 갖는 물질로 만들어지기 때문에 리튬이온 커패시터의 높은 작동 전압이 얻어진다. 리튬이온 커패시터용 네거티브 전극(애노드)은 실질적으로 더 작은 공극율을 갖는 탄소질 물질로 주로 만들어진다. 탄소질 물질의 전위의 저하는 아래의 반응식에서와 같은 탄소의 구조체로의 리튬이온들의 전기화학적 삽입의 결과로써 얻어진다.
C + xLi+ + xe- → LixC
예컨대, 리튬이온들은 그래파이트의 그래핀 면들 사이에 전기화학적으로 삽입될 수 있다. 이 과정(그래파이트의 경우 인터카레이션이라고 불림)은 결국 LiC6 화합물을 형성하게 된다. 사용된 탄소의 타입에 따라, 그 과정 동안 가역적으로 저장될 수 있는 리튬의 양은 상당히 달라질 수 있을 것이다.
이하에서, 리튬이온들의 참가를 갖는 전술한 반응식에 기초한 에너지 저장장치의 애노드 전위를 낮추는 동작은 리튬 프리-도핑으로 불릴 것이다.
리튬 프리-도핑의 다양한 방법이 당해 기술분야에서 알려져 있다. 미국 특허 5,743,921은 예비-리튬화 방법을 설명한다. 여기에서, 탄소에서의 활성지점들을 불활성화시키도록, 그럼에도 탄소에 충분한 잔여 리튬 수용능력을 남겨 놓도록 충분한 리튬을 탄소로 전해적으로(electrolytically) 예치시키기 위해 탄소는 비수성 리튬 전도성 용액에서 리튬금속 상대전극(counter electrode)에 마주하여 정전류하에서 음극화된다.
미국 특허출원 공개 2010/0255356A1은 리튬이온 에너지 저장장치, 특히 리튬이온 커패시터를 개시하고 있다. 여기에서, 예비-리튬화("프리-도핑"으로 명명됨)는 리튬 금속 전극을 네거티브 전극들과 단락시킴(short-circuiting)으로써 이루어지고, 탄소 애노드들에 도달하고 리튬이온들로 탄소를 도핑하기 전에 리튬이온(Li+)들은 전류 집전체들, 전극들 및 분리막들의 투과성 공극 구조체들을 통과하여 이동한다.
하지만, 제시된 방법은 프리-도핑의 속도(rate)가 리튬금속에 더 가깝게 위치된 탄소 전극들에 대하여 그리고 리튬 금속 전극으로부터 떨어져 위치된 탄소 전극들에 대하여 차이가 나는 결점을 갖는다. 특히, 리튬 금속으로부터 떨어져 위치된 네거티브 금속의 경우에는 전위 하강 속도(rate)가 작다.
미국 특허출원 공개 2009/0148773A1은 리튬 금속 조각을 가지고 탄소질 물질을 꽉 접촉시키는 단계, 탄소질 물질과 리튬 금속 조각을 대기 중에서 그리고 선택적으로 전해액에서 탄소질 물질을 완전하게 리튬화하기에 충분한 시간 동안 보관하는 단계를 포함하는 리튬이온 전지용 네거티브 전극을 제조하는 방법을 개시하고 있다. (압력의 적용 동안 및/또는 후에) 적심(wetting) 단계를 사용하는 것은 건조 조건에서 보다 매우 더 빠른 속도(rate)로 리튬화 공정을 처리하게 한다. 어떤 특별한 이론에 의해 구속되거나 제한됨이 없이, 이러한 현상은 비수성 전해질의 존재에서 단락된(short-circuited) 갈바닉 페어 "리튬-탄소"의 기능에 의해 일어나는 것으로 여겨진다. 또한, 적심(wetting)의 경우에, 리튬 삽입(intercalation)은 탄소질 물질의 젖은 표면의 전부는 아니지만 대부분에 걸쳐 일어나고, 반면 건조 조건에서는 리튬 삽입은 단지 탄소질 물질과 리튬 금속 조각 사이의 접촉 지점들에서만 일어난다.
미국 특허 6,761,744B1은 플라스틱 캐리어 상에 리튬을 놓고 2개의 롤러들 또는 2개의 판들 사이에 코팅된 전극 물질과 리튬-예치된 플라스틱을 핫-프레싱하는 것으로 이루어지는, 전지 용량을 증가시키기 위한 전극 상에 리튬 박막 리튬화 기술을 기재하고 있다.
도 8은 전해질에서 리튬금속에 접촉하는 탄소로의 리튬이온의 삽입을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 8은 미국 특허출원 공개 US2009/0148773A1에서 언급된 리튬화 메커니즘을 도시하고 있다. 이 메커니즘은 리튬이온 전도성 전해질 용액과 접촉을 야기하는 단락된(short-circuited) 리튬/탄소 커플에서 갈바닉 부식과 유사하다. 낮은 전위을 갖는 리튬 금속은 산화된다. 산화 결과로 생성되는 리튬이온은 전해질을 통해 탄소로 전달되고, 산화결과 생성된 전자는 직접 접촉 영역을 통해 탄소의 그래핀 면들로 전달된다. 환원은 리튬이온의 탄소로의 삽입 및 LixC6의 형성을 유도한다.
도 9a 내지 9b는 전극의 종래의 전극의 리튬화 방법에서 리튬과 탄소 전극 사이의 접촉을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 9a 및 9b는 탄소 전극과 리튬 금속이 서로 압착된 후에 전해질에 침지되거나 전해질에 의해 젖은 상태를 나타낸다.
도 9a는 약한 압착의 경우를 나타내고, 충분한 양의 전해질이 리튬과 탄소 사이의 빈 공간으로 침투될 수 있다. 탄소와 리튬의 표면은 이상적으로 부드럽거나 평편하지 않고, 오히려 불규칙적인 거칠기 및/또는 표면파형(waviness)을 갖는다. 그러므로, 리튬금속과 탄소 표면 사이의 접촉지점의 수가 상대적으로 적고 접촉지점들은 리튬 금속과 탄소 전극 사이의 영역에 걸쳐 불균일하게 분포된다. 그에 따라 탄소 전극의 불균일한 리튬화를 야기할 것이다.
도 9b는 탄소와 리튬 사이의 긴밀한 접촉을 야기하기에 충분히 강하게 압착된 경우를 나타낸다. 이 경우 급격한 환원 또는 전극들 사이의 빈 공간의 전부 제거를 야기한다. 이때, 전해질은 리튬과 탄소 사이의 남은 공간으로 침투할 수 없거나, 또는 전해질의 침투가 심각하게 약해진다. 그에 따라 도 8에 도시된 갈바닉 부식 커플의 충분한 기능과 리튬화가 어렵게 된다.
본 발명에서는 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 에너지 저장장치, 특히 리튬이온 커패시터에 적용되는 전극, 바람직하게 탄소 애노드 전극의 예비-리튬화의 균일성 및 속도를 개선하기 위한 해결책을 제시하고자 한다.
전술한 문제의 분석을 통하여, 본 발명에서는 신속하고 균일한 리튬화 공정을 이루고자, 첫째로, 탄소와 리튬 금속 사이에 다수의 균일하게 분포된 접촉지점들을 구비할 것, 둘째로, 접촉지점들의 부근의 영역으로 전해액(전해질)의 액세스가 용이할 것의 조건들을 만족시키는 특별한 구조를 갖는 리튬판과 그 리튬판을 이용한 전극의 리튬화 방법, 그리고 균일한 리튬화를 통해 얻어지는 효율성 높은 에너지 저장장치를 제시하고자 한다.
전술한 하나의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 하나의 모습에 따라, 에너지 저장장치용 전극의 리튬 프리-도핑에 사용되는 리튬판에 있어서, 프리-도핑 시 전극과 접촉되는 접촉영역; 및 프리-도핑 시 접촉영역과 전극의 접촉 경계 부근으로의 전해액의 액세스를 쉽게 할 수 있도록 접촉영역과 이웃하여 규칙적으로 분포된 다수의 관통홀; 을 포함하여 이루어지는 리튬판이 제공된다.
본 발명의 또 하나의 특징에 따르면, 관통홀의 폭에 대한 2개의 관통홀 사이의 접촉영역의 폭의 비는 바람직하게 0.5 ~ 2.0 범위에 있다.
또한, 본 발명의 또 하나의 특징에 따르면, 관통홀은 원형 또는 정다각형 형상이다.
게다가, 본 발명의 또 하나의 특징에 따르면, 관통홀의 폭은 바람직하게 10 ~ 10,000 ㎛ 범위에 있다.
또한, 본 발명의 또 하나의 특징에 따르면, 리튬판은 프리-도핑에 재사용 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 전술한 하나의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 또 하나의 모습에 따라, 에너지 저장장치용 전극의 리튬 프리-도핑에 사용되는 리튬판에 있어서, 프리-도핑 시 전극과 접촉되는 다수의 접촉영역; 및 프리-도핑 시 접촉영역과 전극의 접촉 경계 부근으로의 전해액의 액세스를 쉽게 할 수 있도록 접촉영역과 이웃하여 규칙적으로 분포된 다수의 홈; 을 포함하여 이루어지는 리튬판이 제공된다.
본 발명의 또 하나의 특징에 따르면, 다수의 홈은 1-방향으로 배열되어 있다. 또 다른 하나의 특징에 따르면, 다수의 홈은 서로 교차하도록 2-방향으로 배열되고, 다수의 접촉영역은 다수의 홈에 의해 형성된 섬 영역이다.
또한, 본 발명의 또 하나의 특징에 따르면, 리튬판의 상부면과 하부면에 다수의 홈과 다수의 접촉영역이 형성된다.
본 발명의 또 하나의 특징에 따르면, 홈의 폭에 대한 홈 사이의 접촉영역의 폭의 비는 대략 0.5 ~ 2.0 범위에 있다.
또한, 본 발명의 또 하나의 특징에 따르면, 홈의 단면은 'U'자형, 직사각형, 삼각형 또는 사다리꼴을 이루고 있다.
본 발명의 또 하나의 특징에 따르면, 홈의 상부 폭은 10 ~ 10,000 ㎛ 범위에 있다.
게다가, 본 발명의 또 하나의 특징에 따르면, 리튬판은 프리-도핑에 재사용 가능한 것을 특징으로 한다.
다음으로, 전술한 하나의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 하나의 모습에 따라, 에너지 저장장치용 전극의 리튬화 방법에 있어서, 전술한 본 발명의 하나의 모습에 따른 리튬판을 준비하는 단계; 집전체 상에 형성된 전극물질 층에 리튬판을 적층하는 단계; 및 적층된 구조물을 전해질에 침지시켜 전극물질 층에 리튬이온을 프리-도핑하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 전극의 리튬화 방법이 제안된다.
본 방법 발명의 또 하나의 특징에 따르면, 에너지 저장장치는 리튬이온 커패시터이다.
또 하나의 특징에 따르면, 전극은 네거티브 전극(애노드)이다.
또한, 본 방법 발명의 또 하나의 특징에 따르면, 집전체 상에 형성된 전극물질 층은 집전체 상에 활성물질, 전도성 첨가제 및 바인더의 혼합 슬러리를 코팅하여 건조시켜 형성되고, 리튬판을 적층하는 단계에서 전극물질 층에 리튬판을 압착시켜 적층하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 이때 활성물질은 탄소이다.
또한, 본 방법 발명의 또 하나의 특징에 따르면, 전해질은 리튬염을 포함하는 비양자성 유기 전해질이다.
본 방법 발명의 또 하나의 특징에 따르면, 전극물질 층은 탄소질 전극 층이고, 프리-도핑하는 단계에서 프리-도핑되는 리튬의 양은 탄소질 전극의 무게의 대략 0.05 ~ 1 범위에 있다.
또한, 본 방법 발명의 또 하나의 특징에 따르면, 리튬판을 준비하는 단계에서 상하부 양면에 다수의 홈과 다수의 접촉영역이 형성된 다수의 양면 리튬판을 준비하고, 리튬판을 적층하는 단계에서 집전체의 상하부 양면에 전극물질 층이 형성된 다수의 전극물질 구조물을 다수의 양면 리튬판 사이에 각각 적층시켜 적층체를 형성하는 것을 특징으로 한다.
게다가, 전술한 하나의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 또 다른 하나의 모습에 따라, 에너지 저장장치에 있어서, 전술한 전극의 리튬화 방법의 하나의 모습에 따라 균일하게 리튬화된 탄소질 네거티브 전극(애노드); 리튬이온을 가역적으로 인입 및 방출하는 다공성 탄소질 포지티브 전극(캐소드); 네거티브 전극과 포지티브 전극을 분리하는 세퍼레이터; 및 네거티브 전극과 포지티브 전극과 전기화학적으로 소통하는 유기 전해질; 을 포함하여 이루어지는 에너지 저장장치가 제안된다.
본 발명의 또 하나의 특징에 따르면, 에너지 저장장치는 리튬이온 커패시터이다.
비록 본 발명의 바람직한 하나의 모습으로 명시적으로 언급되지 않았더라도, 앞서 언급된 기술적 특징의 가능한 다양한 조합에 따른 본 발명의 실시예들이 당업자에게 자명하게 구현될 수 있다.
본 발명의 하나의 모습에 따라, 에너지 저장장치, 특히 리튬이온 커패시터에 적용되는 전극, 바람직하게 탄소 애노드 전극의 예비-리튬화의 균일성 및 속도를 개선시킬 수 있게 되었다.
즉, 본 발명의 하나의 모습에 따라, 첫째로, 탄소와 리튬 금속 사이에 다수의 균일하게 분포된 접촉지점들을 구비할 것, 둘째로, 접촉지점들의 부근의 영역으로 전해액(전해질)의 액세스가 용이할 것의 조건들을 만족시키는 특별한 구조를 갖는 리튬판과 그 리튬판을 이용한 전극의 리튬화 방법을 통해 신속하고 균일한 리튬화 공정을 이룰 수 있게 되었다.
또한, 본 발명의 하나의 모습에 따라, 균일한 리튬화를 통해 얻어진 효율성 높은 에너지 저장장치를 확보할 수 있게 되었다.
본 발명의 다양한 실시예에 따라 직접적으로 언급되지 않은 다양한 효과들이 본 발명의 실시예들에 따른 다양한 구성들로부터 당해 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에 의해 도출될 수 있음은 자명하다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 리튬판을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 2d는 각각 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 리튬판을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 따른 리튬판을 전극에 적층시킨 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전극의 리튬화 방법에 따라 전극에 도 1에 따른 리튬판을 적층시킨 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 5c는 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극의 리튬화 방법에 따라 전극에 도 1에 따른 리튬판을 적층시킨 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극의 리튬화 방법에 따라 전극에 도 2d에 따른 리튬판을 적층시킨 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 7b는 각각 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전극의 리튬화 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 8은 전해질에서 리튬금속에 접촉하는 탄소로의 리튬이온의 삽입을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9a 내지 9b는 전극의 종래의 전극의 리튬화 방법에서 리튬과 탄소 전극 사이의 접촉을 개략적으로 나타내는 도면이다.
전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 본 설명에 있어서, 동일부호는 동일한 구성을 의미하고, 중복되거나 발명의 의미를 한정적으로 해석되게 할 수 있는 부가적인 설명은 생략될 수 있다.
구체적인 설명에 앞서, 본 명세서에서 하나의 구성요소가 다른 구성요소와 '직접 연결' 또는 '직접 결합' 등으로 언급되지 않는 이상, 단순히 '연결' 또는 '결합' 등으로 언급된 경우에는 '직접적으로' 연결 또는 결합되어 있을 수 있고, 나아가 그들 사이에 또 다른 구성요소가 삽입되어 연결 또는 결합되는 형태로도 존재할 수 있다.
본 명세서에 비록 단수적 표현이 기재되어 있을지라도, 발명의 개념에 반하지 않고 해석상 모순되거나 명백하게 다르게 해석되지 않는 이상 복수의 구성 전체를 대표하는 개념으로 사용될 수 있음에 유의하여야 한다. 본 명세서에서 '포함하는', '갖는', '구비하는', '포함하여 이루어지는' 등의 기재는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 구성요소 또는 그들의 조합의 존재 또는 부가 가능성이 있는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 리튬판을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2a 내지 2d는 각각 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 리튬판을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3은 도 1에 따른 리튬판을 전극에 적층시킨 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전극의 리튬화 방법에 따라 전극에 도 1에 따른 리튬판을 적층시킨 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 5a 내지 5c는 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극의 리튬화 방법에 따라 전극에 도 1에 따른 리튬판을 적층시킨 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극의 리튬화 방법에 따라 전극에 도 2d에 따른 리튬판을 적층시킨 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 7a 내지 7b는 각각 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전극의 리튬화 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
먼저, 도 1 내지 3을 참조하여 본 발명의 하나의 모습에 따른 리튬판의 실시예들을 구체적으로 살펴본다. 본 실시예에 따른 리튬판(10)은 에너지 저장장치용 전극의 리튬 프리-도핑에 사용된다.
바람직하게, 이때 에너지 저장장치용 전극은 네거티브 전극(애노드)이고, 더 바람직하게는 탄소질 전극이다. 또한, 바람직하게, 에너지 저장장치는 애노드 전극과 캐소드 전극 간에 리튬이온의 전기화학적 소통을 통한 충전 및 방전이 이루어지는 에너지 저장장치로서, 예컨대, 리튬이온 커패시터이다.
도 1 또는/및 3을 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 리튬판(10)은 접촉영역(13) 및 다수의 관통홀(11)을 포함하여 이루어진다. 이때, 접촉영역(13)은 리튬이온의 프리-도핑 시 에너지 저장장치의 전극(도 4의 도면 부호 50 참조)과 접촉되는 영역이다. 또한, 다수의 관통홀(11)은 리튬이온 프리-도핑 시 접촉영역(13)과 전극(50)의 접촉 경계 부근으로의 전해액(도 4의 도면 부호 70 참조)의 액세스를 쉽게 할 수 있도록 하기 위해 형성된다. 다수의 관통홀(11)은 접촉영역(13)과 이웃하며 접촉영역(13) 사이에서 규칙적으로 분포된다. 이때, 도 4를 참조하면, 다수의 관통홀(11)은 리튬금속과 전극(50) 및 전해액(70) 간의 다수의 3중 접촉지점(A)을 형성하게 된다.
본 실시예에 따라 규칙적으로 분포된 다수의 관통홀(11)을 통해 에너지 저장장치의 전극(50)의 리튬 프리-도핑시 전해액(70) 또는 전해질을 리튬판(10)의 접촉영역(13)과 전극(50)의 접촉 경계 부근으로 원할하게 공급할 수 있게 되어 리튬이온의 균일하고 신속한 프리-도핑이 가능하게 된다.
도 3을 참조하여 본 발명의 하나의 실시예를 살펴본다. 도 3을 참조하면, 관통홀(11)의 폭(ACE)에 대한 2개의 관통홀(11) 사이의 접촉영역(13)의 폭(ACLI)의 비는 바람직하게 0.5 ~ 2.0 범위에 있다. Li의 전극 두께 방향으로의 도핑이 등방성 방향(isotropic direction)을 나타내기 때문에 관통홀(11)의 폭(ACE)에 대한 2개의 관통홀(11) 사이의 접촉영역(13)의 폭(ACLI)의 비는 0.5 ~ 2.0 범위로 유지되는 것이 바람직하다. 실질적인 관통홀(11) 사이의 접촉영역(13)의 폭(ACLI)은 도핑될 전극(50), 바람직하게 네거티브 전극의 두께에 영향을 받는다.
또한, 본 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 관통홀(11)은 다양한 형상일 수 있는데, 바람직하게, 도 1에서와 같은 원형 또는 도시되지 않았으나 정다각형 형상이다. 정다각형은 바람직하게, 정사각형, 정육각형, 정팔각형 등이고, 정삼각형, 정오각형 등도 가능하다. 관통홀(11)은 기계적 드릴링 또는 펀칭, 혹은 레이저 드릴링 등과 같은 적절한 방법을 통해 생성될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 관통홀(11)의 폭은 바람직하게 10 ~ 10,000 ㎛ 범위에 있다. 도 3에서 ACE는 관통홀(11)의 폭을 나타낸다. 예컨대 관통홀(11)이 원형인 경우 폭(ACE)은 직경을 의미하고, 정다각형인 경우에 있어서, 폭(ACE)은 마주보는 두 변 사이의 거리를 의미하고, 특히, 마주보는 두 변이 존재하지 않는 경우에는 하나의 꼭지점에서 마주보는 변까지의 거리를 의미한다.
또한, 본 발명의 실시예의 하나의 특징에 따르면, 리튬판(10)은 전극(50)의 프리-도핑에 재사용 가능하다. 재사용은 본 발명의 중요한 특징의 하나이다. 종래의 메쉬구조의 선행 기술과 비교해보면, 본 발명의 특징을 쉽게 이해할 수 있다. 종래의 메쉬 리튬을 사용할 경우 메쉬 구조상 한번 도핑하고 나면 재사용이 어렵다. 이는 메쉬 구조가 강건한(stiff) 막(membrane)을 가지고 있지 않기 때문이다. 만일, 기존의 메쉬 구조에서 강건성(stiffness)를 증가시키기 위해 메쉬 와이어의 직경을 늘리는 경우, 도핑될 전극과의 접촉영역이 작아져 도핑 효율이 떨어지게 된다. 결국, 기존의 메쉬 구조의 선행 기술로는 실질적으로 1회성 도핑만이 가능한 반면, 본 발명에서는 재사용이 가능하다는 점에서 차별성이 있다. 특히, 본 발명은 관통홀(11) 구조의 리튬판(10)은 강건성(stiffness)을 갖도록 일정 이상의 두께를 가지고 있다. 관통홀(11) 구조는 구조자체로 리튬판(10)의 두께를 한정하지 않기 때문에 메쉬 구조와 달리 재사용이 가능하게 된다. 이에 따라, 대량생산용 리튬 도핑공정에 적용할 수 있는 멀티-사용가능한 리튬판(10)을 얻을 수 있다.
다음으로 본 발명의 하나의 모습에 따른 리튬판의 다른 실시예들을 도 2a 내지 2d를 참조하여 살펴본다.
도 2a 내지 2d를 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 다른 리튬판(20a, 20b, 20c, 20d)은 다수의 접촉영역(도 2b에 도시된 도면부호 23 참조)과 다수의 홈(21, 21a, 21b, 21c)을 포함하여 이루어진다. 이때, 다수의 접촉영역(23)은 에너지 저장장치용 전극의 리튬 프리-도핑 시 전극(도 5a 내지 5c, 도 6의 도면 부호 50 참조)과 접촉된다. 또한, 다수의 홈(21, 21a, 21b, 21c)은 리튬 프리-도핑 시 접촉영역(23)과 전극(50)의 접촉 경계 부근으로의 전해액(도 5a 내지 5c, 도 6의 도면 부호 70 참조)의 액세스를 쉽게 할 수 있도록 하기 위해 형성된다. 다수의 홈(21, 21a, 21b, 21c)은 다수의 접촉영역(23)과 이웃하여 접촉영역(23)과 접촉영역(23) 사이에 규칙적으로 분포된다. 다수의 홈(21, 21a, 21b, 21c)들은 전해액(70)의 흐르는 채널을 형성시킴으로써 리튬금속과 전극(50) 및 전해액(70) 간의 다수의 3중 접촉지점을 형성하게 된다.
본 실시예에 따라 규칙적으로 분포된 다수의 홈(21, 21a, 21b, 21c)을 통해 에너지 저장장치의 전극(50)의 리튬 프리-도핑시 전해액(70) 또는 전해질을 리튬판(20a, 20b, 20c, 20d)의 접촉영역(23)과 전극(50)의 접촉 경계 부근으로 원할하게 공급할 수 있게 되어 리튬이온의 균일하고 신속한 프리-도핑이 가능하게 된다.
본 실시예에 따른 홈(21, 21a, 21b, 21c)를 갖는 리튬판(20a, 20b, 20c, 20d)은 종래 기술, 예컨대 메쉬 구조에 비하여 원할한 전해액 흐름을 가지고 있다. 예컨대, 도 6에 도시된 것과 같이 샌드위치 적층구조로 여러 장의 전극, 예컨대 네거티브 전극을 도핑하고자 할 때, 리튬판 또는 리튬박과 전극을 적층시키고 이후에 콘택(contact)을 위해 밀착시키면, 전극과 리튬판(또는 리튬박) 간의 인터페이스의 전해액 흐름이 어떠한 구조의 리튬판 또는 리튬박인가에 따라 다르게 된다. 즉, 종래의 메쉬 구조의 리튬박의 경우 전극과 리튬 간에 밀착되어 형성된 메쉬 내부 공간에 전해액을 트랩시키는 형태가 된다. 반면에, 본 실시예에 따른 홈(21, 21a, 21b, 21c) 구조의 리튬판(20a, 20b, 20c, 20d)에서는 전극(50)과 리튬 간의 밀착에 의해 형성된 공간이 외부와 연결되는 채널을 이루게 되어 전해액이 트랩되지 않고, 채널 홈을 통해 외부로 쉽게 빠지거나 외부로부터 쉽게 공급될 수 있다. 도핑에서 전해액의 원활한 공급 또는 분포는 매우 중요한 요소(factor)가 되기 때문에, 도핑의 균일성 또는 효율성 측면에서 본 실시예에 따른 홈 구조의 리튬판(20a, 20b, 20c, 20d)은 매우 우수하다.
도 2a 내지 2c를 참조하여 본 발명의 또 하나의 실시예를 살펴보면, 다수의 홈(21, 21a, 21b, 21c)은 1-방향으로 배열되어 있다.
도시되지 않았으나, 또 다른 하나의 실시예에 따르면, 다수의 홈은 서로 교차하도록 2-방향으로 배열되어 있다. 이때, 다수의 홈에 의해 형성된 다수의 섬 영역이 전극과 접촉하는 접촉영역이 된다.
또한, 도 2d를 참조하여, 본 발명의 하나의 실시예를 살펴본다. 도 2d를 참조하면, 리튬판(20d)의 상부면과 하부면에 다수의 홈(21)과 다수의 접촉영역(23)이 형성되어 있다. 이때, 다수의 홈(21)은 도 2d에 도시된 바와 같이 사각형상일 수 있고, 또는 도 2a, 2c에서와 같은 'U'자형, 삼각형 형상이 될 수 있고, 도시되지 않았으나, 기타 다양한 형상이 가능하다.
또한, 도 2a 내지 2d를 참조하여 본 발명의 실시예를 살펴보면, 홈(21, 21a, 21b, 21c)의 단면은 도 2a에서와 같은 'U'자형, 도 2b에서와 같은 직사각형, 도 2c에서와 같은 삼각형 또는 도시되지 않았으나 사다리꼴 등의 다양한 형상으로 이루어진다. 홈(21, 21a, 21b, 21c) 형상은 기계적 그루빙(grooving), 엠보싱 또는 기타 적절한 방법에 의해 리튬판(20a, 20b, 20c, 20d) 상에 부여될 수 있다. 도 2a 내지 2d에서는 리튬판(20a, 20b, 20c, 20d)의 다수의 홈(21, 21a, 21b, 21c)과 접촉영역(도 2b 및 2d의 도면 부호 23 참조)의 단면 구조가 사인파형, 구형파형, 삼각파형으로 도시되었으나, 홈(21a, 21c)의 단면이 도 2a 또는/및 2c에와 같이 'U'자형 또는/및 삼각형인 경우에도 접촉영역이 소정의 면적을 갖도록 돌출된 상부가 사각형 또는 사다리꼴 등의 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 도 2a 또는/및 2c에서 다수의 홈(21a, 21c)과 접촉영역의 단면 구조가 사인파형, 삼각파형으로 도시되었으나, 이때, 접촉영역은 라인 형상이라기보다는 실질적으로 소정의 폭을 갖는 영역으로 이해되어야 한다. 또한, 도 2a 또는/및 2c의 리튬판(20a, 20c)은 접촉영역이 라인형상에 가깝게 형성된 경우라도, 도 5a 또는/및 5c에 도시된 바와 같이 프리-도핑시 전극(50)에 압착시키게 되므로, 전극(50)과 사이에 소정의 접촉면적을 갖게 된다.
본 발명의 하나의 실시예를 살펴보면, 홈(21, 21a, 21b, 21c)의 폭에 대한 홈 사이의 접촉영역의 폭의 비는 대략 0.5 ~ 2.0 범위에 있다. Li의 전극 두께 방향으로의 도핑이 등방성 방향(isotropic direction)을 나타내기 때문에 홈(21, 21a, 21b, 21c)의 폭에 대한 홈 사이의 접촉영역의 폭의 비는 0.5 ~ 2.0 범위로 유지되는 것이 바람직하다. 실질적인 홈 사이의 접촉영역의 폭은 도핑될 전극(50), 바람직하게 네거티브 전극의 두께에 영향을 받는다.
또한, 바람직하게, 본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 홈(21, 21a, 21b, 21c)의 상부 폭은 10 ~ 10,000 ㎛ 범위에 있다.
게다가, 본 발명의 실시예의 또 하나의 특징에 따르면, 리튬판(20a, 20b, 20c, 20d)은 프리-도핑에 재사용 가능하다. 종래의 메쉬구조의 선행 기술과 비교해보면, 본 발명의 특징을 쉽게 이해할 수 있다. 종래의 메쉬 리튬을 사용할 경우 메쉬 구조가 강건한(stiff) 막(membrane)을 가지고 있지 않기 때문에 한번 도핑하고 나면 재사용이 어렵다. 만일, 기존의 메쉬 구조에서 강건성(stiffness)를 증가시키기 위해 메쉬 와이어의 직경을 늘리는 경우, 도핑될 전극과의 접촉영역이 작아져 도핑 효율이 떨어지게 된다. 반면, 본 발명은 홈(21, 21a, 21b, 21c) 구조의 리튬판(20a, 20b, 20c, 20d)은 강건성(stiffness)을 갖도록 일정 이상의 두께를 가지고 있다. 홈(21, 21a, 21b, 21c) 구조는 구조자체로 리튬판(20a, 20b, 20c, 20d)의 두께를 한정하지 않기 때문에 메쉬 구조와 달리 재사용이 가능하게 된다. 이에 따라, 대량생산용 리튬 도핑공정에 적용할 수 있는 멀티-사용가능한 리튬판(20a, 20b, 20c, 20d)을 얻을 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 하나의 모습에 따른 에너지 저장장치용 전극의 리튬화 방법의 실시예들을 도 4, 5a 내지 5c, 6, 7a 및 7b를 참조하여 살펴본다. 본 실시예에서, 도 1 내지 3에 따른 리튬판의 실시예의 구성들이 참조된다.
도 7a 및 7b를 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극(50)의 리튬화 방법은 리튬판 준비단계(S100, S200), 리튬판 적층단계(S300) 및 프리-도핑단계(S500)를 포함하여 이루어진다. 리튬판 준비단계(S100, S200)에서는 전술한 리튬판 발명의 실시예에 따른 어느 하나의 리튬판(10, 20a, 20b, 20c, 20d)이 준비된다. 도 4 및 7a에서는 다수의 관통홀(11)을 갖는 리튬판(10)이 준비되는 것을 나타내고, 도 5a ~ 5c, 6 및 7b에서는 다수의 홈(21, 21a, 21b, 21c)을 갖는 리튬판(20a, 20b, 20c, 20d)이 준비되는 것을 나타내고 있다.
다음으로, 리튬판 적층단계(S300)에서는 집전체(30) 상에 형성된 전극(50)물질 층에 리튬판(10, 20a, 20b, 20c, 20d)을 적층한다. 하나의 예에서, 집전체(30)는 구리 집전체이다.
그리고 프리-도핑단계(S500)에서는 리튬판 적층단계에서 적층된 구조물을 도 4, 5a 내지 5c, 6에 도시된 바와 같이 전해질에 침지시켜 전극(50)물질 층에 리튬이온을 프리-도핑한다. 하나의 예에서, 완전화 리튬화를 위한 충분한 미리 예정된 시간 후에, 적층된 구조물, 예컨대 전극들의 스택을 침지 탱크에서 꺼내고, 전극들을 건조시키고, 전기화학 셀, 예컨대 리튬이온 커패시터를 형성하기 위해 사용된다.
전술한 리튬판 발명의 실시예에 따른 어느 하나의 리튬판(10, 20a, 20b, 20c, 20d)을 가지고 프리-도핑을 수행함으로써, 다수의 관통홀(11) 또는 다수의 홈(21, 21a, 21b, 21c)을 통해 전해액(70) 또는 전해질을 리튬판(10, 20a, 20b, 20c, 20d)의 접촉영역(23)과 전극(50)의 접촉 경계 부근으로 원할하게 공급할 수 있게 되어 리튬이온의 균일하고 신속한 프리-도핑이 가능하게 된다.
예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 전해액 또는 전해질(70)은 리튬판(10) 상의 다수의 관통홀(11)을 통해 전극(50), 예컨대 탄소질 전극의 표면에 도달하도록 쉽게 침투될 수 있다. 그에 따라, 전체 전극 표면에 걸쳐 "리튬-활성물질(예컨대, 탄소)-전해질"의 3중 접촉되는 다수의 영역(A)을 생성하게 된다. "리튬-활성물질(예컨대, 탄소)-전해질"의 3중 접촉되는 영역들은 갈바닉 커플들로써 작용하여 전극(50), 예컨대 탄소 전극의 리튬화에 이르게 한다. 리튬화 공정의 속도는 용이한 전해액(70)의 액세스 때문에 종래의 도 9b에 도시된 경우보다 매우 신속하다.
바람직하게, 전극물질(50) 층에 적층된 리튬판(10, 20a, 20b, 20c, 20d)이 예비-리튬화, 즉 프리-도핑 단계 동안 소모되는 무게는 리튬화용으로 처리된 전극(50), 예컨대 탄소 전극의 형태에 의존한다. 특히, 소모된 리튬의 무게는 후속되는 방전 동안에 리튬이온(Li+)들로 전해질 용액(70)으로 되돌려져 방출될 수 있는 가역적으로 소모된 리튬의 무게와, 예컨대 소위 고체-전해액 계면(SEI)의 증가 동안 비가역적으로 소모된 또는 소정의 다른 방법으로 비가역적으로 트랩된 리튬의 무게의 합과 같다. 그러므로, 리튬화용으로 처리된 리튬 금속의 양은 전극(50), 예컨대 특별한 탄소 전극의 첫째의 삽입(insertion) 용량의 값을 이용하여 규정될 수 있다. 그에 따라, 바람직하게, 리튬화용으로 처리된 리튬의 양은 전극(50), 예컨대 탄소전극의 무게의 대략 0.05에서 대략 1.0까지 달라질 수 있다.
또한, 본 발명의 하나의 실시예에서, 리튬판(10)의 단위 면적당 관통홀(11)의 수는 전극(50), 예컨대 탄소 전극의 형태, 관통홀(11)의 크기, 리튬판(10)의 두께 등에 의존한다. 바람직하게, 리튬판 준비단계에서 제공되는 리튬판(10)의 단위 면적당 관통홀(11)의 수는 기대되는 리튬화 결과(예컨대, 리튬 소모 후의 탄소 전극의 개방 회로 전위가 Li/Li+에 대해 0 ~ 0.1 V 범위를 갖음)를 얻도록 쉽게 최적화될 수 있다.
또한, 도 5a ~ 5c 및/또는 6에 도시된 바와 같이, 다수의 홈(21, 21a, 21b, 21c)을 구비한 리튬박(20a, 20b, 20c, 20d)의 전극물질(50) 층 상에 적층(또는 압착)하고 전해액(70)에 침지되면, 다수의 홈(21, 21a, 21b, 21c)은 전해액(70)이 "리튬-전극(예컨대, 탄소 전극)" 갈바닉 커플을 적시기 위해 쉽게 침투할 수 있는 채널을 형성하게 된다. 본 실싱에서, 전극(50), 예컨대 탄소 전극의 신속한 리튬화용으로 다수의 홈(21, 21a, 21b, 21c)에 의해 형성된 채널이 요구된다.
바람직하게, 본 방법 발명에서의 에너지 저장장치는 리튬이온의 전기화학적 소통을 통한 충전 및 방전이 이루어지는 에너지 저장장치로서, 예컨대, 리튬이온 커패시터이다.
또한, 바람직하게, 본 발명에서 리튬이온 프리-도핑되는 전극(50)은 네거티브 전극(애노드)(50)이다. 더 바람직하게는 탄소질 전극이다.
또한, 본 방법 발명의 또 하나의 실시예를 살펴보면, 집전체(30) 상에 형성된 전극(50)물질 층은 집전체(30) 상에 활성물질, 전도성 첨가제 및 바인더의 혼합 슬러리를 코팅하여 건조시켜 형성된다. 바람직하게, 하나의 예에서, 활성물질은 탄소이다.
또한, 리튬판(10, 20a, 20b, 20c, 20d)을 적층하는 단계에서는 전극(50)물질 층에 리튬판(10, 20a, 20b, 20c, 20d)을 압착시켜 적층한다. 바람직하게, 열압착시켜 적층한다.
또한, 본 방법 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 전해액 또는 전해질(70)은 리튬염을 포함하는 비양자성 유기 전해질이다.
본 방법 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 리튬 프리-도핑 단계(S500)에서 프리-도핑되는 리튬의 양은 탄소질 전극(50)의 무게의 대략 0.05 ~ 1 범위에 있다.
또한, 도 6을 참조하여, 본 방법 발명의 또 하나의 실시예를 살펴본다.
본 실시예의 리튬판을 준비하는 단계에서 상하부 양면에 다수의 홈(21)과 다수의 접촉영역(23)이 형성된 다수의 양면 리튬판(20d)이 준비된다. 그리고 리튬판(20d)을 적층하는 단계에서 집전체(30)의 상하부 양면에 전극(50)물질 층이 형성된 다수의 전극(50)물질 구조물을 다수의 양면 리튬판(20d) 사이에 각각 적층시켜 적층체를 형성한다. 이때, 적층체의 최상부와 최하부에는 각각 최상부 리튬판(20d)의 상부면과 최하부 리튬판(20d)의 하부면에 집전체(30)의 일면에 전극(50)물질층이 형성된 전극(50)물질 구조물이 적층된다.
도시되지 않았으나, 본 발명의 또 다른 모습에 따른 에너지 저장장치를 살펴본다.
본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장장치는 전술한 전극의 리튬화 방법의 하나의 실시예에 따라 균일하게 리튬화된 탄소질 네거티브 전극(애노드), 리튬이온을 가역적으로 인입 및 방출하는 다공성 탄소질 포지티브 전극(캐소드), 네거티브 전극(애노드)과 포지티브 전극(캐소드)을 분리하는 세퍼레이터 및 네거티브 전극(애노드)과 포지티브 전극(캐소드)과 전기화학적으로 소통하는 유기 전해질을 포함하여 이루어진다.
또한, 바람직하게는, 본 발명의 에너지 저장장치는 리튬이온의 전기화학적 소통을 통한 충전 및 방전이 이루어지는 에너지 저장장치로서, 예컨대, 리튬이온 커패시터이다.
이상에서, 전술한 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 범주를 제한하는 것이 아니라 본 발명에 대한 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것이다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시예는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 범위는 특허청구범위에 기재된 발명에 따라 해석되어야 하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변경, 대안, 균등물들을 포함하고 있다.
10, 20a, 20b, 20c, 20d : 리튬판
11 : 관통홀 13, 23 : 접촉영역
21, 21a, 21b, 21c : 홈 30 : 집전체
50 : 전극 70 : 전해액

Claims (23)

  1. 에너지 저장장치용 전극의 리튬 프리-도핑에 사용되는 리튬판에 있어서,
    상기 프리-도핑 시 상기 전극과 접촉되는 접촉영역; 및
    상기 프리-도핑 시 상기 접촉영역과 상기 전극의 접촉 경계 부근으로의 전해액의 액세스를 쉽게 할 수 있도록 상기 접촉영역과 이웃하여 규칙적으로 분포된 다수의 관통홀; 을 포함하여 이루어지는 리튬판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 관통홀의 폭에 대한 2개의 관통홀 사이의 접촉영역의 폭의 비는 0.5 ~ 2.0 범위인 것을 특징으로 하는 리튬판.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 관통홀은 원형 또는 정다각형 형상인 것을 특징으로 하는 리튬판.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 관통홀의 폭은 10 ~ 10,000 ㎛ 범위에 있는 것을 특징으로 하는 리튬판.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 리튬판은 상기 프리-도핑에 재사용 가능한 것을 특징으로 하는 리튬판.
  6. 에너지 저장장치용 전극의 리튬 프리-도핑에 사용되는 리튬판에 있어서,
    상기 프리-도핑 시 상기 전극과 접촉되는 다수의 접촉영역; 및
    상기 프리-도핑 시 상기 접촉영역과 상기 전극의 접촉 경계 부근으로의 전해액의 액세스를 쉽게 할 수 있도록 상기 접촉영역과 이웃하여 규칙적으로 분포된 다수의 홈; 을 포함하여 이루어지는 리튬판.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 다수의 홈은 1-방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 리튬판.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 다수의 홈은 서로 교차하도록 2-방향으로 배열되고,
    상기 다수의 접촉영역은 상기 다수의 홈에 의해 형성된 섬 영역인 것을 특징으로 하는 리튬판.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 리튬판의 상부면과 하부면에 상기 다수의 홈과 다수의 접촉영역이 형성된 것을 특징으로 하는 리튬판.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 홈의 폭에 대한 상기 홈 사이의 접촉영역의 폭의 비는 0.5 ~ 2.0 범위인 것을 특징으로 하는 리튬판.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 홈의 단면은 'U'자형, 직사각형, 삼각형 또는 사다리꼴을 이루는 것을 특징으로 하는 리튬판.
  12. 청구항 6에 있어서,
    상기 홈의 상부 폭은 10 ~ 10,000 ㎛ 범위에 있는 것을 특징으로 하는 리튬판.
  13. 청구항 6에 있어서,
    상기 리튬판은 상기 프리-도핑에 재사용 가능한 것을 특징으로 하는 리튬판.
  14. 에너지 저장장치용 전극의 리튬화 방법에 있어서,
    청구항 1 내지 13 중의 어느 하나의 청구항에 따른 리튬판을 준비하는 단계;
    집전체 상에 형성된 전극물질 층에 상기 리튬판을 적층하는 단계; 및
    상기 적층된 구조물을 전해질에 침지시켜 상기 전극물질 층에 리튬이온을 프리-도핑하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 전극의 리튬화 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 에너지 저장장치는 리튬이온 커패시터인 것을 특징으로 하는 전극의 리튬화 방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 전극은 네거티브 전극(애노드)인 것을 특징으로 하는 전극의 리튬화 방법.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 집전체 상에 형성된 전극물질 층은 상기 집전체 상에 상기 활성물질, 전도성 첨가제 및 바인더의 혼합 슬러리를 코팅하여 건조시켜 형성되고,
    상기 리튬판을 적층하는 단계에서 상기 전극물질 층에 상기 리튬판을 압착시켜 적층하는 것을 특징으로 하는 전극의 리튬화 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 활성물질은 탄소인 것을 특징으로 하는 전극의 리튬화 방법.
  19. 청구항 14에 있어서,
    상기 전해질은 리튬염을 포함하는 비양자성 유기 전해질인 것을 특징으로 하는 전극의 리튬화 방법.
  20. 청구항 14에 있어서,
    상기 전극물질 층은 탄소질 전극 층이고,
    상기 프리-도핑하는 단계에서 프리-도핑되는 리튬의 양은 상기 탄소질 전극의 무게의 0.05 ~ 1 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전극의 리튬화 방법.
  21. 청구항 14에 있어서,
    상기 리튬판을 준비하는 단계에서 상하부 양면에 상기 다수의 홈과 다수의 접촉영역이 형성된 다수의 양면 리튬판을 준비하고,
    상기 리튬판을 적층하는 단계에서 상기 집전체의 상하부 양면에 전극물질 층이 형성된 다수의 전극물질 구조물을 상기 다수의 양면 리튬판 사이에 각각 적층시켜 적층체를 형성하는 것을 특징으로 하는 전극의 리튬화 방법.
  22. 에너지 저장장치에 있어서,
    청구항 14에 따라 균일하게 리튬화된 탄소질 네거티브 전극(애노드);
    리튬이온을 가역적으로 인입 및 방출하는 다공성 탄소질 포지티브 전극(캐소드);
    상기 네거티브 전극과 포지티브 전극을 분리하는 세퍼레이터; 및
    상기 네거티브 전극과 포지티브 전극과 전기화학적으로 소통하는 유기 전해질; 을 포함하여 이루어지는 에너지 저장장치.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 에너지 저장장치는 리튬이온 커패시터인 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
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