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KR20160062617A - Three-dimensional porous-structured current colletor, method of manufacturing the same, electrode including the same, method of manufacturing the same electrode, and electrochemical device including the same current colletor - Google Patents

Three-dimensional porous-structured current colletor, method of manufacturing the same, electrode including the same, method of manufacturing the same electrode, and electrochemical device including the same current colletor Download PDF

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KR20160062617A
KR20160062617A KR1020140165605A KR20140165605A KR20160062617A KR 20160062617 A KR20160062617 A KR 20160062617A KR 1020140165605 A KR1020140165605 A KR 1020140165605A KR 20140165605 A KR20140165605 A KR 20140165605A KR 20160062617 A KR20160062617 A KR 20160062617A
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KR
South Korea
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dimensional structure
current collector
electrode
polymer
conductive material
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KR1020140165605A
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Inventor
이상영
김주명
이현지
Original Assignee
울산과학기술원
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Publication date
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Abstract

Disclosed are a three-dimensional porous-structured current collector, a method for manufacturing the current collector, an electrode including the current collector, a method for manufacturing the electrode, and an electrochemical device including the current collector. Provided is a three-dimensional porous-structured current collector, comprising a porous non-woven fabric including a plurality of polymer fibers, and a conductive material; wherein pores are formed among the polymer fibers included in the porous non-woven fabric, and the pores are filled with the conductive material; and also provided are a method for manufacturing the current collector, an electrode including the current collector, a method for manufacturing the electrode, and an electrochemical device including the current collector.

Description

삼차원구조 집전체, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 전극, 상기 전극의 제조방법, 및 상기 집전체를 포함하는 전기 화학 소자 {THREE-DIMENSIONAL POROUS-STRUCTURED CURRENT COLLETOR, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, ELECTRODE INCLUDING THE SAME, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME ELECTRODE, AND ELECTROCHEMICAL DEVICE INCLUDING THE SAME CURRENT COLLETOR}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a three-dimensional structure current collector, a method of manufacturing the same, an electrode including the same, a method of manufacturing the electrode, and an electrochemical device including the current collector , METHOD OF MANUFACTURING THE SAME ELECTRODE, AND ELECTROCHEMICAL DEVICE INCLUDING THE SAME CURRENT COLLETOR}

삼차원구조 집전체, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 전극, 상기 전극의 제조방법, 및 상기 집전체를 포함하는 전기 화학 소자에 관한 것이다.
A three-dimensional structure current collector, a method of manufacturing the same, an electrode including the electrode, a method of manufacturing the electrode, and an electrochemical device including the current collector.

최근 모바일 전자 기기, 전기 자동차, 스마트 그리드(Smart Grid)와 같은 산업이 급속도로 발전하면서, 대용량, 고성능 에너지 저장장치에 대한 수요 또한 증가하고 있으며, 이에 부응하기 위해서는 고용량 및 고출력 특성을 지닌 전기 화학 소자에 대한 개선책을 마련할 필요가 있다.Recently, as the industries such as mobile electronic devices, electric vehicles, and smart grids are rapidly developing, there is an increasing demand for large-capacity, high-performance energy storage devices. In order to meet this demand, electrochemical devices There is a need for improvement measures.

이와 관련하여, 전기 화학 소자의 용량은 전극에 의하여 발현되며, 이러한 전극은 금속 집전체 및 그 위에 도포된 활물질, 도전제, 및 바인더의 혼합물로 이루어지는 것이 일반적이다. 그러나, 이와 같은 일반적인 전극의 구조에서는, 전극의 중량 당, 체적 당 용량을 개선하는 데 한계가 있다.In this connection, the capacity of an electrochemical device is expressed by an electrode, and such an electrode is generally made of a metal current collector and a mixture of an active material, a conductive agent, and a binder coated thereon. However, such a general electrode structure has a limitation in improving the capacity per volume and volume of the electrode.

구체적으로, 현재 집전체로 널리 사용되고 있는 소재는 금속이지만, 금속 집전체 및 활물질의 계면에서 저항이 발생할 뿐만 아니라, 충?방전이 반복됨에 따라 금속 집전체 및 활물질의 탈리가 발생하는 문제점이 지적되고 있다. 또한, 금속 집전체는 전극에서 차지하는 무게 및 부피가 크기 때문에 전극의 중량 당, 체적 당 용량을 감소시키는 원인 중 하나가 된다.Specifically, although a material widely used as a current collector is a metal, resistance is generated not only at the interface between the metal collector and the active material, but also causes the metal collector and the active material to desorb as the charge and discharge are repeated have. In addition, since the metal current collector has a large weight and a large volume in the electrode, it is one of the causes for decreasing the capacity per volume and volume per electrode.

아울러, 집전체 내 균일한 전자 전도 네트워크를 형성하여 전기 화학 소자의 출력 특성을 개선할 필요가 있으나, 단순히 도전재가 집전체에 포함된 형태만으로는 이를 크게 개선하기 어렵다.In addition, it is necessary to improve the output characteristics of the electrochemical device by forming a uniform electronic conduction network in the current collector, but it is difficult to greatly improve the output characteristics of the electrochemical device only when the conductive material is included in the current collector.

또한, 일반적인 전극의 구성 중 실질적으로 전기 화학 소자의 용량 및 에너지 밀도에 기여하는 것은 활물질 뿐이므로, 도전재, 및 바인더가 더 포함될수록 전극의 중량 당, 체적 당 용량이 감소되는 문제가 있다.In addition, since only the active material contributes substantially to the capacity and the energy density of the electrochemical device among the general electrode structures, there is a problem that the capacity per volume and volume of the electrode decreases as the conductive material and the binder are further included.

따라서, 고용량 및 고출력 특성을 지닌 전기 화학 소자를 개발하기 위해서는, 전극의 중량 당, 체적 당 용량을 개선할 필요가 있으나, 아직까지 상기 지적된 문제점을 해소하기 위한 집전체 및 전극에 대한 연구는 부족한 실정이다.
Therefore, in order to develop an electrochemical device having a high capacity and a high output characteristic, it is necessary to improve the capacity per volume and volume of the electrode. However, studies on the current collector and the electrode to solve the above- It is true.

본 발명자들은, 앞서 지적된 문제점을 해소할 수 있는 구조의 집전체 및 이를 포함한 전극을 개발하였다. 이에 대한 구체적인 내용은 다음과 같다.The present inventors have developed a current collector having a structure capable of solving the above-mentioned problems and electrodes including the same. The details of this are as follows.

본 발명의 일 구현예에서는, 복수의 고분자 섬유를 포함하는, 다공성 부직포; 및 전도성 물질;을 포함하며, 상기 다공성 부직포에 포함된 복수의 고분자 섬유 사이에 기공이 형성되고, 상기 기공에 상기 전도성 물질이 충진된 것인, 삼차원 구조 집전체를 제공할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a porous nonwoven fabric comprising a plurality of polymer fibers; And a conductive material, wherein pores are formed between the plurality of polymer fibers contained in the porous nonwoven fabric, and the pores are filled with the conductive material.

본 발명의 다른 일 구현예에서는, 전도성 물질을 포함하는 콜로이드 용액을 고분자 용액과 동시에 방사함으로써, 지지체의 역할을 하는 복수의 고분자 섬유에 의해 상호 연결된 기공 구조(interconnected porous network)를 형성하면서, 상기 전도성 물질에 의한 3차원 밀집 충진 구조를 형성하여, 상기 삼차원 구조 집전체를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.In another embodiment of the present invention, a colloidal solution containing a conductive material is simultaneously radiated with a polymer solution to form an interconnected porous network by a plurality of polymer fibers serving as a support, A three-dimensional densified packing structure based on a material is formed and a method for manufacturing the three-dimensional structure current collector can be provided.

본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 상기 삼차원 구조 집전체 및 그 표면에 코팅된 활물질 층을 포함하는 전극을 제공할 수 있다.In another embodiment of the present invention, an electrode including the three-dimensional structure current collector and the active material layer coated on the surface thereof may be provided.

본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 전술한 방법으로 삼차원 구조 집전체를 제조한 뒤, 상기 제조된 삼차원 구조 전극 위에 활물질 층을 형성시키는 일련의 과정에 의해, 상기 전극을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing the electrode by a series of steps of manufacturing a three-dimensional structure current collector by the above-described method and then forming an active material layer on the prepared three-dimensional structure electrode .

본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 상기 삼차원 구조 집전체를 포함하는 전기 화학 소자를 제공할 수 있다.
According to another embodiment of the present invention, an electrochemical device including the three-dimensional structure current collector can be provided.

본 발명의 일 구현예에서는, 복수의 고분자 섬유를 포함하는, 다공성 부직포; 및 전도성 물질;을 포함하며, 상기 다공성 부직포에 포함된 복수의 고분자 섬유 사이에 기공이 형성되고, 상기 기공에 상기 전도성 물질이 충진된 것인, 삼차원 구조 집전체를 제공한다.In one embodiment of the present invention, a porous nonwoven fabric comprising a plurality of polymer fibers; And a conductive material, wherein pores are formed between the plurality of polymer fibers contained in the porous nonwoven fabric, and the pores are filled with the conductive material.

구체적으로, 상기 충진된 형태는, 상기 전도성 물질이 상기 복수의 고분자 섬유의 표면을 뒤덮은 형태일 수 있다.
Specifically, the filled shape may be such that the conductive material covers the surface of the plurality of polymer fibers.

한편, 상기 삼차원 구조 집전체에 관한 자세한 설명은 다음과 같다.A detailed description of the three-dimensional structure current collector is as follows.

상기 삼차원 구조 집전체 내 다공성 부직포 및 전도성 물질의 함량 비율은, 상기 다공성 부직포에 대한 상기 전도성 물질의 중량 비율로서, 5:95 내지 95:5로 표시되는 것일 수 있다.The ratio of the content of the porous nonwoven fabric and the conductive material in the three-dimensional structure current collector may be expressed as a weight ratio of the conductive material to the porous nonwoven fabric in the range of 5:95 to 95: 5.

상기 복수의 고분자 섬유의 평균 직경은, 0.001 내지 1000 ㎛일 수 있다.The average diameter of the plurality of polymer fibers may be 0.001 to 1000 탆.

상기 전도성 물질의 평균 입경은, 0.001 내지 10 ㎛일 수 있다.The average particle diameter of the conductive material may be 0.001 to 10 mu m.

상기 삼차원 구조 집전체의 기공도는, 5 내지 95 부피%일 수 있다.The porosity of the three-dimensional structure current collector may be 5 to 95% by volume.

상기 삼차원 구조 집전체의 두께는, 1 내지 1000 ㎛일 수 있다.The thickness of the three-dimensional structure current collector may be 1 to 1000 mu m.

상기 다공성 부직포는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에터이미드, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴릭엑시드, 폴리비닐피롤리돈, 아가로즈, 알지네이트, 폴리비닐리덴 헥사플로로프로필렌, 폴리우레탄, 나일론 6, 폴리피롤, 폴리 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리아닐린, 이들의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.The porous nonwoven fabric may be at least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polyimide, polyamide, polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyethylene, polypropylene, polyetherimide, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyacrylic acid, Polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl pyrrolidone, agarose, alginate, polyvinylidene hexafluoropropylene, polyurethane, nylon 6, polypyrrole, poly 3,4-ethylenedioxythiophene, polyaniline, derivatives thereof, Lt; / RTI >

상기 전도성 물질은, 카본 나노 튜브(carbon nanotube), 은 나노와이어, 니켈 나노와이어, 금 나노와이어, 그래핀, 그래핀 옥사이드, 환원된 그래핀 옥사이드, 폴리피롤, 폴리 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리아닐린, 이들의 유도체 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
The conductive material may be selected from the group consisting of carbon nanotubes, silver nanowires, nickel nanowires, gold nanowires, graphene, graphen oxide, reduced graphene oxide, polypyrrole, poly 3,4- At least one selected from the group including polyaniline, derivatives thereof, and mixtures thereof.

본 발명의 다른 일 구현예에서는, 고분자를 용매에 용해시켜, 고분자 용액을 제조하는 단계; 전도성 물질을 분산매에 분산시켜, 콜로이드 용액을 제조하는 단계; 상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계; 및 상기 삼차원 구조 섬유를 압착하여, 삼차원 구조 집전체를 수득하는 단계;를 포함하고, 상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계;는, 복수의 고분자 섬유를 포함하는 다공성 부직포를 형성시키고, 상기 다공성 부직포에 포함된 복수의 고분자 섬유 사이에 상기 전도성 물질을 충진시키는 것인, 삼차원 구조 집전체의 제조방법을 제공한다.In another embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a polymer solution, comprising: dissolving a polymer in a solvent to prepare a polymer solution; Dispersing a conductive material in a dispersion medium to produce a colloidal solution; Simultaneously spinning the polymer solution and the colloidal solution to prepare a three-dimensional structural fiber; And compressing the three-dimensional structural fibers to obtain a three-dimensional structural current collector, wherein the step of simultaneously spinning the polymer solution and the colloid solution to prepare a three-dimensional structural fiber comprises: Wherein the porous nonwoven fabric is filled with the conductive material between a plurality of polymer fibers contained in the porous nonwoven fabric.

구체적으로, 상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계;에서, 상기 충진된 형태는, 상기 전도성 물질이 상기 복수의 고분자 섬유의 표면을 뒤덮은 형태일 수 있다.
Specifically, in the step of simultaneously spinning the polymer solution and the colloid solution to produce a three-dimensional structural fiber, the filled shape may be a form in which the conductive material covers the surface of the plurality of polymer fibers.

한편, 상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계;에 관한 설명은 다음과 같다.Meanwhile, the step of simultaneously spinning the polymer solution and the colloid solution to prepare a three-dimensional structural fiber will be described.

이는, 이중 전기 방사, 이중 전기 분무(electrospray), 이중 스프레이(spray), 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 어느 하나의 방법일 수 있다.This can be any of the methods selected from the group including dual electrospinning, electrospray, double spray, and combinations thereof.

상기 고분자 용액의 방사 속도는 2 내지 10 ㎕/min이고, 상기 콜로이드 용액의 방사 속도는 30 내지 80 ㎕/min일 수 있다.
The spinning speed of the polymer solution may be 2 to 10 μl / min, and the spinning speed of the colloid solution may be 30 to 80 μl / min.

또한, 고분자를 용매에 용해시켜, 고분자 용액을 제조하는 단계;에 관한 설명은 다음과 같다.Further, the step of dissolving the polymer in a solvent to prepare a polymer solution is explained as follows.

상기 고분자 용액 내 고분자의 함량은, 상기 고분자 용액의 총 중량에 대한 중량%로, 5 내지 30 %일 수 있다.The content of the polymer in the polymer solution may be 5 to 30% by weight based on the total weight of the polymer solution.

상기 고분자 용액 내 고분자는, 카본 나노 튜브(carbon nanotube), 그래핀, 그래핀 옥사이드, 환원된 그래핀 옥사이드, 폴리피롤, 폴리 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리아닐린, 이들의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.The polymer in the polymer solution may be at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes, graphene, graphene oxide, reduced graphene oxide, polypyrrole, poly 3,4-ethylenedioxythiophene, polyaniline, ≪ / RTI >

상기 용매는, 디메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide), 디메틸아세트아마이드(N,N-dimethylacetamide), 메틸 피롤리돈(N,N-Methylpyrrolidone), 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
Wherein the solvent is at least one selected from the group consisting of N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-Methylpyrrolidone, Lt; / RTI >

전도성 물질을 분산매에 분산시켜, 콜로이드 용액을 제조하는 단계;에 관한 설명은 다음과 같다.A step of dispersing a conductive material in a dispersion medium to prepare a colloidal solution is explained as follows.

상기 콜로이드 용액 내 전도성 물질의 함량은, 상기 콜로이드 용액의 총 중량에 대한 중량%로, 0.1 내지 50 %일 수 있다.The content of the conductive material in the colloidal solution may be 0.1 to 50% by weight based on the total weight of the colloidal solution.

상기 전도성 물질은, 카본 나노 튜브(carbon nanotube), 은 나노와이어, 니켈 나노와이어, 금 나노와이어, 그래핀, 그래핀 옥사이드, 환원된 그래핀 옥사이드, 폴리피롤, 폴리 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리아닐린, 이들의 유도체 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.The conductive material may be selected from the group consisting of carbon nanotubes, silver nanowires, nickel nanowires, gold nanowires, graphene, graphen oxide, reduced graphene oxide, polypyrrole, poly 3,4- At least one selected from the group including polyaniline, derivatives thereof, and mixtures thereof.

상기 분산매는, 증류수(deionized water), 이소프로필알콜(iso-propylalcohol), 부탄올(buthalol), 에탄올(ethanol), 헥산올(hexanol), 아세톤(Acatone), 디메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide), 디메틸아세트아마이드(N,N-dimethylacetamide), 메틸 피롤리돈(N,N-Methylpyrrolidone) 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The dispersion medium may be selected from the group consisting of deionized water, iso-propylalcohol, buthalol, ethanol, hexanol, acetone, N, N-dimethylformamide, , N, N-dimethylacetamide, N, N-methylpyrrolidone, and combinations thereof.

상기 콜로이드 용액은 분산제를 더 포함하는 것이고, 상기 콜로이드 용액 내 분산제의 함량은, 상기 콜로이드 용액의 총 중량에 대한 중량%로, 0.001 내지 10 %일 수 있다.The colloidal solution further comprises a dispersing agent, and the content of the dispersing agent in the colloid solution may be 0.001 to 10% by weight based on the total weight of the colloidal solution.

상기 분산제는, 폴리비닐피롤리돈, 폴리3,4-에틸렌디옥시티오펜, 및 이들의 혼합물울 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
The dispersant may be at least one selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone, poly 3,4-ethylenedioxythiophene, and mixtures thereof.

한편, 상기 삼차원 구조 섬유를 압착하여, 삼차원 구조 집전체를 수득하는 단계; 이후에, 상기 삼차원 구조 집전체를 소성하는 단계;를 더 포함하고, 상기 소성 전 삼차원 구조 집전체 내 포함된 복수의 고분자 섬유는, 상기 소성에 의해 복수의 카본 나노 섬유로 변환되는 것일 수 있다.
Compressing the three-dimensional structural fibers to obtain a three-dimensional structure current collector; And firing the three-dimensional structure current collector, wherein the plurality of polymer fibers contained in the pre-firing three-dimensional structure current collector may be converted into a plurality of carbon nanofibers by the firing.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 삼차원 구조 집전체; 및 상기 삼차원 구조 집전체의 표면에 코팅된 활물질 층;을 포함하며, 상기 삼차원 구조 집전체는, 복수의 고분자 섬유를 포함하는, 다공성 부직포; 및 전도성 물질;을 포함하며,상기 전도성 물질은, 상기 다공성 부직포에 포함된 복수의 고분자 섬유 사이에 충진된 것인, 전극을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a three dimensional structure collector; And an active material layer coated on a surface of the three-dimensional structure current collector, wherein the three-dimensional structure current collector comprises a plurality of polymer fibers; And a conductive material, wherein the conductive material is filled between a plurality of polymer fibers contained in the porous nonwoven fabric.

상기 활물질 층에 포함된 활물질은, 리튬메탈계 산화물, 카본계 물질, 산화물, 실리콘(Si), 주석(Sn), 게르마늄(Ge), 황(S), 이들의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.The active material contained in the active material layer includes a lithium metal oxide, a carbonaceous material, an oxide, silicon (Si), tin (Sn), germanium (Ge), sulfur (S), derivatives thereof, At least one selected from the group consisting of < RTI ID = 0.0 >

상기 삼차원 구조 집전체가 포함된 전극의 면적 당 중량은, 0.001 mg/cm2 내지 1 g/cm2 인 것일 수 있다.The weight per area of the electrode including the three-dimensional structure current collector may be 0.001 mg / cm 2 to 1 g / cm 2 .

상기 삼차원 구조 전극은, 복수개의 전극이 다층 구조를 형성한 것일 수 있다.The three-dimensional structure electrode may have a plurality of electrodes formed in a multilayer structure.

상기 삼차원 구조 집전체가 포함된 전극의 면적 당 중량은, 0.002 mg/cm2 내지 10 g/cm2 일 수 있다.
The weight per area of the electrode including the three-dimensional structure current collector may be 0.002 mg / cm 2 to 10 g / cm 2 .

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 고분자를 용매에 용해시켜, 고분자 용액을 제조하는 단계; 전도성 물질을 분산매에 분산시켜, 콜로이드 용액을 제조하는 단계; 상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계; 상기 삼차원 구조 섬유를 압착하여, 삼차원 구조 집전체를 수득하는 단계; 상기 삼차원 구조 집전체의 표면에 활물질 슬러리를 코팅하여, 전극을 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계;는, 복수의 고분자 섬유를 포함하는 다공성 부직포를 형성시키고, 상기 다공성 부직포에 포함된 복수의 고분자 섬유 사이에 상기 전도성 물질을 충진시키는 것인, 전극의 제조방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a polymer solution, comprising: dissolving a polymer in a solvent to prepare a polymer solution; Dispersing a conductive material in a dispersion medium to produce a colloidal solution; Simultaneously spinning the polymer solution and the colloidal solution to prepare a three-dimensional structural fiber; Compressing the three-dimensional structural fibers to obtain a three-dimensional structure current collector; And coating the active material slurry on the surface of the three-dimensional structure current collector to produce an electrode, wherein the step of simultaneously spinning the polymer solution and the colloid solution to prepare a three-dimensional structural fiber comprises: Wherein the porous nonwoven fabric is filled with the conductive material between a plurality of polymer fibers contained in the porous nonwoven fabric.

상기 삼차원 구조 집전체의 표면에 활물질 슬러리를 코팅하여, 전극을 제조하는 단계; 이후에, 상기 전극을 롤 프레스를 이용하여 압축하는 단계; 및 상기 압축된 전극을 건조하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.
Coating an active material slurry on the surface of the three-dimensional structure current collector to produce an electrode; Thereafter, the electrode is compressed using a roll press; And drying the compressed electrode.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 양극; 음극; 상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 분리막; 상기 양극, 음극 및 분리막에 함침된 전해질;을 포함하고, 상기 양극 또는 상기 음극 중 적어도 하나는, 전술한 것 중 어느 하나에 따른 삼차원 구조 집전체 및 상기 삼차원 구조 집전체의 표면에 코팅된 활물질 층을 포함하는, 전기 화학 소자를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, cathode; A separator disposed between the anode and the cathode; Wherein at least one of the anode and the cathode comprises a three-dimensional structure current collector according to any one of the above-mentioned embodiments, and an active material layer coated on the surface of the three-dimensional structure current collector, And an electrochemical device.

상기 전기 화학 소자는, 리튬이차전지, 수퍼커패시터(Super Capacitor), 리튬-황 전지, 나트륨 이온 전지, 리튬-공기전지, 징크-공기전지, 알루미늄-공기전지, 및 마그네슘 이온 전지를 포함하는 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
The electrochemical device includes a group including a lithium secondary battery, a super capacitor, a lithium-sulfur battery, a sodium ion battery, a lithium-air battery, a zinc-air battery, an aluminum-air battery, and a magnesium ion battery It can be any one selected.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 가벼운 소재를 사용하면서도 균일한 전자 전도 네트워크를 형성하고, 첨가 물질의 함량이 최소로 요구되는, 삼차원 구조 집전체를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a three-dimensional structure current collector in which a uniform electronic conduction network is formed while using a light material and a content of an additive material is minimized.

본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 두 가지 용액을 동시 분사하는 단순한 방법에 의하여, 상기와 같은 우수한 특성의 삼차원 구조 집전체를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a method of manufacturing a three-dimensional structure current collector having excellent characteristics as described above can be provided by a simple method of simultaneously spraying two solutions.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상기 삼차원 구조 집전체를 사용함에 따라, 무게 및 체적 당 용량이 개선된 전극을 제공할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, by using the three-dimensional structure current collector, it is possible to provide an electrode having an improved capacity per weight and volume.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상기 방법에 의하여 삼차원 구조 집전체를 제조한 뒤, 상기 삼차원 구조 집전체의 표면에 활물질 층을 형성하는 단순한 방법에 의하여, 상기 전극을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing the electrode by a simple method of manufacturing a three-dimensional structure current collector by the method and then forming an active material layer on the surface of the three-dimensional structure current collector can do.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상기 집전체를 포함함으로써, 고용량 및 고출력 특성을 지닌 전기 화학 소자를 제공할 수 있다.
According to another embodiment of the present invention, by including the current collector, an electrochemical device having high capacity and high output characteristics can be provided.

도 1은, 본 발명의 일 구현예에 따른 삼차원 구조 집전체(100)의 구조와 함께, 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 삼차원 구조 집전체의 제조방법을 대략적으로 도시한 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 삼차원 섬유 구조 집전체를 포함하는 리튬 이차 전지를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3a 및 3b는, 본 발명의 실시예 1에 의해 제조된 집전체의 표면 및 단면을 각각 주사 전자 현미경 (Scanning Electron Microscope, SEM)으로 관찰한 결과이다.
도 4 a 및 4b는. 본 발명의 실시예 1에 의해 제조된 집전체의 외관 사진이다.
도 5는, 본 발명의 실시예 1에 의해 제조된 전극의 각 전자 전도도를 측정하여 비교한 결과이다.
도 6a는, 본 발명의 실시예 1에 의해 제작된 리튬 이차 전지 및 비교예 1에 의해 제작된 리튬 이차 전지에 대해, 활물질의 중량 당 방전 용량을 관찰한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6b은, 본 발명의 실시예 1에 의해 제작된 리튬 이차 전지 및 비교예 1에 의해 제작된 리튬 이차 전지에 대해, 전극 중량 당 방전 용량을 관찰한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7a는, 본 발명의 실시예 2에 의해 제작된 리튬 이차 전지 및 비교예 2에 의해 제작된 리튬 이차 전지에 대해, 활물질의 중량 당 방전 용량을 관찰한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7b은, 본 발명의 실시예 2에 의해 제작된 리튬 이차 전지 및 비교예 2에 의해 제작된 리튬 이차 전지에 대해, 전극 중량 당 방전 용량을 관찰한 결과를 나타내는 그래프이다.
FIG. 1 schematically shows a method of manufacturing a three-dimensional structure current collector according to another embodiment of the present invention, together with the structure of a three-dimensional structure current collector 100 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a lithium secondary battery including a three-dimensional fiber structure current collector according to an embodiment of the present invention.
Figs. 3A and 3B show the results of observing the surface and cross-section of the current collector produced by Example 1 of the present invention by a scanning electron microscope (SEM), respectively.
Figures 4a and 4b illustrate. 1 is an external view of a current collector manufactured according to Example 1 of the present invention.
Fig. 5 shows the results obtained by measuring and comparing the respective electronic conductivities of the electrodes manufactured in Example 1 of the present invention.
6A is a graph showing the results of observing the discharge capacity per weight of the active material for the lithium secondary battery fabricated in Example 1 of the present invention and the lithium secondary battery fabricated in Comparative Example 1. FIG.
6B is a graph showing the results of observing the discharge capacity per electrode weight of the lithium secondary battery fabricated in Example 1 of the present invention and the lithium secondary battery fabricated in Comparative Example 1. FIG.
FIG. 7A is a graph showing the results of observing the discharge capacity per weight of the active material for the lithium secondary battery fabricated in Example 2 of the present invention and the lithium secondary battery fabricated in Comparative Example 2. FIG.
FIG. 7B is a graph showing the results of observing the discharge capacity per electrode weight of the lithium secondary battery fabricated in Example 2 of the present invention and the lithium secondary battery fabricated in Comparative Example 2. FIG.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, it should be understood that the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Whenever a component is referred to as "including" an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements, not the exclusion of any other element, unless the context clearly dictates otherwise. Also, singular forms include plural forms unless the context clearly dictates otherwise.

도 1은, 본 발명의 일 구현예에 따른 삼차원 구조 집전체(100)의 구조와 함께, 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 삼차원 구조 집전체의 제조방법을 대략적으로 도시한 것이다. 이하의 설명에서는, 도 1을 참고하여 설명한다. 이와 관련하여, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
FIG. 1 schematically shows a method of manufacturing a three-dimensional structure current collector according to another embodiment of the present invention, together with the structure of a three-dimensional structure current collector 100 according to an embodiment of the present invention. The following description will be made with reference to Fig. In this regard, like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 발명의 일 구현예에서는, 복수의 고분자 섬유를 포함하는, 다공성 부직포; 및 전도성 물질;을 포함하며, 상기 다공성 부직포에 포함된 복수의 고분자 섬유 사이에 기공이 형성되고, 상기 기공에 상기 전도성 물질이 충진된 것인, 삼차원 구조 집전체를 제공한다.In one embodiment of the present invention, a porous nonwoven fabric comprising a plurality of polymer fibers; And a conductive material, wherein pores are formed between the plurality of polymer fibers contained in the porous nonwoven fabric, and the pores are filled with the conductive material.

도 1을 참고하면, 상기 상차원 구조 집전체의 형태를 보다 명확히 파악할 수 있다.Referring to FIG. 1, the shape of the phase-structure structure current collector can be more clearly understood.

구체적으로, 상기 삼차원 구조 집전체(100)는 다공성 부직포에 포함된 복수의 고분자 섬유(10)가 지지체 역할을 하며, 상기 복수의 고분자 섬유(10)는 3차원적으로 불규칙하고 연속적으로 연결된 집합체를 이루고, 이로 인해 불균일한 다수의 공간(즉, 기공)이 형성되어 있으며, 상기 기공 사이에는 상기 전도성 물질(20)이 충진되어, 3차원 충진 구조(super lattice)를 이룬 것이다.Specifically, the three-dimensional structure current collector 100 has a structure in which a plurality of polymer fibers 10 contained in the porous nonwoven fabric serve as a support, and the plurality of polymer fibers 10 are aggregated three-dimensionally irregularly and continuously Thereby forming a plurality of uneven spaces (that is, pores), and the conductive material 20 is filled between the pores to form a three-dimensional super lattice structure.

이는, 가벼운 소재의 집전체, 우수한 전자 전도 네트워크, 및 첨가 물질(결합제 등)의 최소화의 세 가지 측면이 모두 고려된 집전체에 해당된다. This corresponds to a collection of all three aspects of a lightweight collector, a good electron conduction network, and minimization of additive materials (such as binders).

구체적으로, 금속 집전체를 대신하여 가벼운 소재인 상기 다공성 부직포가 사용된 것이며, 상기 지지체의 역할을 하는 섬유들에 의해 상호 연결된 기공 구조(interconnected porous network)가 형성되고, 상기 기공 사이에 상기 전도성 물질이 충진됨으로써 균일한 전자 전도 네트워크가 형성된 것이다.Specifically, the porous nonwoven fabric, which is a light material, is used in place of the metal current collector, an interconnected porous network is formed by the fibers serving as the support, and the conductive material A uniform electron conduction network is formed.

또한, 별도의 물질(예를 들면, 결합제)이 포함되지 않더라도, 상기 집전체가 구부러진 상태에서 상기 다공성 부직포 및 상기 전도성 물질은 서로 탈리되지 않으며, 상기 3차원 충진 구조(super lattice)가 안정적으로 유지될 수 있다.In addition, even if a separate material (for example, a binder) is not included, the porous nonwoven fabric and the conductive material are not separated from each other in a state where the current collector is bent, and the three-dimensional superstructure is stably maintained .

상기 집전체를 전극에 적용할 경우, 전극의 무게 및 체적 당 용량을 향상시킬 수 있고, 궁극적으로는 고용량 및 고출력 특성을 지닌 전기 화학 소자를 구현하는 데 기여할 수 있다.When the current collector is applied to an electrode, the weight and capacity per unit volume of the electrode can be improved, ultimately contributing to the realization of an electrochemical device having a high capacity and a high output characteristic.

이하, 본 발명의 일 구현예에서 제공하는 삼차원 구조 집전체에 대하여, 보다 자세히 설명한다.
Hereinafter, the three-dimensional structure current collector provided in one embodiment of the present invention will be described in more detail.

상기 충진된 형태는, 상기 전도성 물질이 상기 복수의 고분자 섬유의 표면을 뒤덮은 형태일 수 있다.The filled shape may be a form in which the conductive material covers the surface of the plurality of polymer fibers.

이러한 형태일 경우, 지지체로써 고분자 소재인 다공성 부직포를 사용함에도 불구하고, 상기 삼차원 구조 집전체 내 전자 전도 네트워크가 더욱 균일해지며, 이로 인해 상기 삼차원 구조 집전체의 전자 전도성이 향상될 수 있다.In this case, the electron conduction network in the three-dimensional structure current collector becomes more uniform, and the electron conductivity of the three-dimensional structure current collector can be improved, though the porous nonwoven fabric as the polymer material is used as the support.

나아가, 전극이 상기 삼차원 구조 집전체를 포함할 경우, 전극의 두께 방향으로 출력 특성이 우수해지며, 일반적으로 알려진 전극과 대비했을 때 율별 방전 특성이 향상될 수 있다. 특히, 전자 전도성이 좋지 않은 활물질을 상기 삼차원 집전체에 적용하여 전극을 제조하더라도, 전지의 출력 특성을 향상시킬 수 있다. 이러한 사실은, 후술할 실시예를 통해 구체적으로 뒷받침된다.
Further, when the electrode includes the three-dimensional structure current collector, the output characteristic in the thickness direction of the electrode is excellent, and the discharge characteristic can be improved when compared with a generally known electrode. In particular, even when an active material having poor electron conductivity is applied to the three-dimensional current collector, the output characteristics of the battery can be improved. This fact is specifically supported by the following embodiments.

한편, 상기 삼차원 구조 집전체에 관한 자세한 설명은 다음과 같다.
A detailed description of the three-dimensional structure current collector is as follows.

상기 삼차원 구조 집전체 내 다공성 부직포 및 전도성 물질의 함량 비율은, 상기 다공성 부직포에 대한 상기 전도성 물질의 중량 비율로서, 5:95 내지 95:5일 수 있다.The ratio of the content of the porous nonwoven fabric and the conductive material in the three-dimensional structure current collector may be 5:95 to 95: 5, as a weight ratio of the conductive material to the porous nonwoven fabric.

상기 범위 내에서 다공성 부직포 및 전도성 물질의 함량 비율을 조절함으로써 상기 삼차원 구조 집전체의 기공도가 제어될 수 있고, 전술한 특성을 나타낼 수 있다.By controlling the content ratio of the porous nonwoven fabric and the conductive material within the above range, the porosity of the three-dimensional structure current collector can be controlled and the above-described characteristics can be exhibited.

다만, 상기 전도성 물질의 함량이 상기 범위에 미치지 못할 경우, 전자 전도성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 이와 달리, 상기 다공성 부직포의 함량이 상기 범위에 미치지 못할 경우, 지지체의 역할을 충분히 수행하지 못하여 전술한 삼차원 구조 전극의 구조를 유지하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.
However, if the content of the conductive material is less than the above range, the electron conductivity may be deteriorated. Otherwise, if the content of the porous nonwoven fabric is less than the above range, the support may not be sufficiently performed, which may make it difficult to maintain the structure of the three-dimensional structure electrode.

상기 복수의 고분자 섬유의 평균 직경은, 0.001 내지 1000 ㎛일 수 있다.The average diameter of the plurality of polymer fibers may be 0.001 to 1000 탆.

상기 범위의 평균 직경을 갖는 복수의 고분자 섬유가 3차원적으로 집합체를 형성함에 따라, 상기 활물질 입자 및 상기 전도성 물질이 충진되기에 용이한 공간을 확보할 수 있고, 균일한 기공 구조를 가질 수 있어 전극 내 전해질의 흡수 및 이온의 이동이 원활할 수 있다. Since a plurality of polymer fibers having an average diameter in the above range form an aggregate three-dimensionally, it is possible to secure a space easily to fill the active material particles and the conductive material, and to have a uniform pore structure The absorption of the electrolyte in the electrode and the movement of ions can be smooth.

다만, 1000 ㎛를 초과하는 경우 상기 복수의 고분자 섬유에 의해 형성되는 지지체의 두께가 매우 두꺼워져, 상기 활물질 입자 및 상기 전도성 물질이 채워질 기공이 감소하는 문제가 발생할 수 있다. 이와 달리, 0.001 ㎛ 미만인 경우에는 상기 지지체의 역할을 하기에 취약한 물성을 가지는 문제가 발생할 수 있다. 이 때문에, 상기와 같이 복수의 고분자 섬유의 평균 직경을 한정하는 바이다.However, if the thickness exceeds 1000 μm, the thickness of the support formed by the plurality of polymer fibers becomes very thick, and the pores to be filled with the active material and the conductive material may be reduced. On the other hand, when the thickness is less than 0.001 탆, the support may have a poor physical property. Therefore, the average diameter of the plurality of polymer fibers is limited as described above.

구체적으로, 상기 복수의 고분자 섬유의 평균 직경은 약 0.01 내지 1 ㎛일 수 있으며, 이 경우 상기의 효과가 극대화될 수 있다.
Specifically, the average diameter of the plurality of polymer fibers may be about 0.01 to 1 탆, and in this case, the above effect can be maximized.

상기 전도성 물질의 평균 입경은, 0.001 내지 10 ㎛일 수 있다.The average particle diameter of the conductive material may be 0.001 to 10 mu m.

이러한 범위의 평균 직경을 갖는 전도성 물질은, 상기 삼차원 구조 집전체의 기공도를 후술할 범위로 제어하는 데 기여할 수 있다. 또한, 후술할 삼차원 구조 집전체의 제조방법에 있어서, 상기 전도성 물질을 포함하는 콜로이드 용액의 분산성을 향상시키고, 이중 전기 방사 방법에서의 문제 발생을 최소화함으로써, 최종적으로 수득된 삼차원 구조 집전체의 기공을 균일하게 할 수 있다. The conductive material having an average diameter in this range can contribute to controlling the porosity of the three-dimensional structure current collector to a range described later. In addition, in the method for producing a three-dimensional structure current collector described later, the dispersibility of the colloidal solution containing the conductive material is improved, and the occurrence of problems in the double electrospinning method is minimized, The pores can be made uniform.

다만, 10 ㎛를 초과하는 경우에는 상기 콜로이드 용액의 분산성이 적절히 유지되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 0.001 ㎛미만인 경우에는 입자의 크기가 지나치게 작아 취급하기 힘든 문제가 발생할 수 있기 때문에, 상기와 같이 전도성 물질의 평균 직경을 한정하는 바이다.
However, if it is more than 10 탆, the dispersibility of the colloidal solution may not be properly maintained. If the particle diameter is less than 0.001 탆, the particle size may be too small to handle, Limiting the average diameter of the conductive material.

상기 삼차원 구조 집전체의 기공도는, 5 내지 95 부피%일 수 있다.The porosity of the three-dimensional structure current collector may be 5 to 95% by volume.

기공도가 상기 범위 내인 경우, 전해질을 용이하게 흡수할 수 있는 동시에 이온의 이동도를 적절하게 조절할 수 있어, 전기 화학 소자의 성능 개선에 기여할 수 있다. When the porosity is within the above range, the electrolyte can be easily absorbed and the mobility of ions can be appropriately controlled, thereby contributing to the improvement of the performance of the electrochemical device.

다만, 95 부피%를 초과하는 경우, 상기 전도성 물질 간의 거리가 멀어져 전자 전도 네트워크가 잘 형성되지 않을 수 있다. 이와 달리, 5 부피% 미만인 경우에는 기공도가 너무 작아 삼차원 구조 집전체의 이온 전도성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 이에, 상기와 같이 기공도를 한정하는 바이다.However, when it exceeds 95% by volume, the distance between the conductive materials may be distant and the electron conduction network may not be formed well. On the other hand, if it is less than 5% by volume, the porosity may be too small to cause a problem that the ion conductivity of the three-dimensional structure current collector is lowered. Thus, the porosity is limited as described above.

더욱 구체적으로, 상기 삼차원 구조 집전체의 기공도는 30 내지 90 부피 %일 수 있고, 이 경우 상기 삼차원 구조 집전체의 이온 전도성이 더욱 높아지며, 기계적 강도가 향상될 수 있다.More specifically, the porosity of the three-dimensional structure current collector may be 30 to 90% by volume. In this case, the ion conductivity of the three-dimensional structure current collector may be further increased, and the mechanical strength may be improved.

아울러, 상기 삼차원 구조 전극의 기공도는, 상기 활물질 입자의 직경 또는 함량에 의해 제어될 수 있는 것이다.
In addition, the porosity of the three-dimensional structure electrode can be controlled by the diameter or the content of the active material particles.

상기 삼차원 구조 집전체의 두께는, 1 내지 1000 ㎛일 수 있다.The thickness of the three-dimensional structure current collector may be 1 to 1000 mu m.

상기 범위 내에서, 두께가 두꺼워질 수록 전극의 에너지 밀도가 우수해질 수 있다.Within this range, the thicker the thickness, the better the energy density of the electrode.

일반적으로, 전극의 두께가 두꺼워질수록 두께 방향의 전자 전도성이 저하되어 전지의 출력 특성이 감소되는 문제가 있다. 하지만, 상기 삼차원 구조 집전체를 포함하는 전극의 경우, 상기 두께 범위에서, 두께 방향으로도 원활한 전자 전도 네트워크가 유지되는 이점이 있다.
Generally, as the thickness of the electrode increases, the electron conductivity in the thickness direction decreases, and the output characteristic of the battery decreases. However, in the case of the electrode including the three-dimensional structure current collector, there is an advantage that a smooth electron conduction network is maintained in the thickness range and also in the thickness direction.

다른 한편, 상기 삼차원 구조 전극에 포함된 각 물질에 대한 상세한 설명은 다음과 같다.
On the other hand, a detailed description of each material contained in the three-dimensional structure electrode is as follows.

상기 복수의 고분자 섬유는 불균일하게 집합되어 상기 다공성 부직포를 형성할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 상기 상기 복수의 고분자 섬유를 이루는 고분자가 내열성 고분자일 경우 전극의 열 안정성 확보에 유리하다.The plurality of polymer fibers may be unevenly gathered to form the porous nonwoven fabric. However, if the polymer constituting the plurality of polymer fibers is a heat-resistant polymer, it is advantageous for securing thermal stability of the electrode.

예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에터이미드, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴릭엑시드, 폴리비닐피롤리돈, 아가로즈, 알지네이트, 폴리비닐리덴 헥사플로로프로필렌, 폴리우레탄, 나일론 6, 폴리피롤, 폴리 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리아닐린, 이들의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.
For example, there may be mentioned polyolefins such as polyethylene terephthalate, polyimide, polyamide, polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyethylene, polypropylene, polyetherimide, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyacrylic acid, poly Polyvinylpyrrolidone, vinylpyrrolidone, agarose, alginate, polyvinylidene hexafluoropropylene, polyurethane, nylon 6, polypyrrole, poly 3,4-ethylenedioxythiophene, polyaniline, derivatives thereof, and mixtures thereof . ≪ / RTI >

한편, 상기 전도성 물질은, 전자 전도 네트워크를 형성할 수 있는 물질이라면 특별히 한정되지 않는다.On the other hand, the conductive material is not particularly limited as long as it is a material capable of forming an electron conduction network.

예를 들면, 카본 나노 튜브(carbon nanotube), 은 나노와이어, 니켈 나노와이어, 금 나노와이어, 그래핀, 그래핀 옥사이드, 환원된 그래핀 옥사이드, 폴리피롤, 폴리 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리아닐린, 이들의 유도체 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
For example, carbon nanotubes, silver nanowires, nickel nanowires, gold nanowires, graphene, graphene oxide, reduced graphene oxide, polypyrrole, poly 3,4-ethylenedioxythiophene, polyaniline , Derivatives thereof, and mixtures thereof.

본 발명의 다른 일 구현예에서는, 고분자를 용매에 용해시켜, 고분자 용액을 제조하는 단계; 전도성 물질을 분산매에 분산시켜, 콜로이드 용액을 제조하는 단계; 상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계; 및 상기 삼차원 구조 섬유를 압착하여, 삼차원 구조 집전체를 수득하는 단계;를 포함하고, 상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계;는, 복수의 고분자 섬유를 포함하는 다공성 부직포를 형성시키고, 상기 다공성 부직포에 포함된 복수의 고분자 섬유 사이에 상기 전도성 물질을 충진시키는 것인, 삼차원 구조 집전체의 제조방법을 제공한다.In another embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a polymer solution, comprising: dissolving a polymer in a solvent to prepare a polymer solution; Dispersing a conductive material in a dispersion medium to produce a colloidal solution; Simultaneously spinning the polymer solution and the colloidal solution to prepare a three-dimensional structural fiber; And compressing the three-dimensional structural fibers to obtain a three-dimensional structural current collector, wherein the step of simultaneously spinning the polymer solution and the colloid solution to prepare a three-dimensional structural fiber comprises: Wherein the porous nonwoven fabric is filled with the conductive material between a plurality of polymer fibers contained in the porous nonwoven fabric.

이는, 상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액의 두 가지 용액을 동시에 분사하는 단순한 공정에 의하여, 전술한 바와 같이 우수한 특성의 삼차원 구조 집전체을 제조하는 방법에 해당된다.This corresponds to a method of manufacturing a three-dimensional structure current collector having excellent characteristics as described above by a simple process of simultaneously spraying the polymer solution and the colloidal solution.

구체적으로, 상기 전도성 물질을 포함하는 콜로이드 용액을 상기 고분자 용액과 동시에 방사함으로써, 지지체의 역할을 하는 복수의 고분자 섬유에 의해 상호 연결된 기공 구조(interconnected porous network)를 형성하고, 상기 전도성 물질에 의한 3차원 밀집 충진 구조를 형성하여, 삼차원 구조 집전체를 제조할 수 있는 것이다.Specifically, a colloidal solution containing the conductive material is simultaneously radiated with the polymer solution to form an interconnected porous network by a plurality of polymer fibers serving as a support, A three-dimensional structure current collector can be manufactured.

이하, 본 발명의 일 구현예에서 제공하는 삼차원 구조 집전체의 제조방법에 대해 자세히 설명하며, 전술한 것과 중복되는 설명은 생략한다.
Hereinafter, a method of manufacturing the three-dimensional structure current collector provided in one embodiment of the present invention will be described in detail, and a description overlapping with that described above will be omitted.

우선, 상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계;에서, 상기 충진된 형태는, 상기 전도성 물질이 상기 복수의 고분자 섬유의 표면을 뒤덮은 형태일 수 있다.First, in the step of simultaneously spinning the polymer solution and the colloid solution to produce a three-dimensional structural fiber, the filled shape may be a form in which the conductive material covers the surface of the plurality of polymer fibers.

이에 대한 자세한 설명은 전술한 바와 같다.
A detailed description thereof is as described above.

한편, 상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계;에 관한 설명은 다음과 같다.Meanwhile, the step of simultaneously spinning the polymer solution and the colloid solution to prepare a three-dimensional structural fiber will be described.

이는, 이중 전기 방사, 이중 전기 분무(electrospray), 이중 스프레이(spray), 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 어느 하나의 방법일 수 있다.This can be any of the methods selected from the group including dual electrospinning, electrospray, double spray, and combinations thereof.

구체적으로는, 이중 전기 방사의 방법을 사용할 수 있으며, 상기 3차원 밀집 충전 구조 및 균일한 기공을 형성하기에 유리하다.
Specifically, a double electrospinning method can be used, which is advantageous for forming the three-dimensional dense filling structure and uniform pores.

상기 고분자 용액의 방사 속도는 2 내지 10 ㎕/min이고, 상기 콜로이드 용액의 방사 속도는 30 내지 80 ㎕/min일 수 있다.The spinning speed of the polymer solution may be 2 to 10 μl / min, and the spinning speed of the colloid solution may be 30 to 80 μl / min.

이러한 각 용액의 방사 속도 범위를 모두 만족할 때, 상기 삼차원 구조 집전체가 형성될 수 있다. When the spinning speed range of each of these solutions is all satisfied, the three-dimensional structure current collector can be formed.

다만, 상기 고분자 용액 방사 속도의 범위를 만족하지 않는 경우 상기 고분자 용액이 고르게 방사되지 못하여 비드(bead)가 형성되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 콜로이드 용액 방사 속도의 범위를 만족하지 않는 경우 상기 콜로이드 용액이 균일하게 방사되지 못하고 커다란 방울 상태로 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 이로 인해, 각 용액의 방사 속도를 상기와 같이 각각 한정하는 바이다.
However, if the range of the spinning rate of the polymer solution is not satisfied, the polymer solution may not be uniformly radiated to form a bead. Further, if the range of the colloidal solution spinning rate is not satisfied, the colloidal solution may not be uniformly radiated and may fall into a large droplet state. For this reason, the spinning speed of each solution is individually limited as described above.

또한, 고분자를 용매에 용해시켜, 고분자 용액을 제조하는 단계;에 관한 설명은 다음과 같다.Further, the step of dissolving the polymer in a solvent to prepare a polymer solution is explained as follows.

상기 고분자 용액 내 고분자의 함량은, 상기 고분자 용액의 총 중량에 대한 중량%로, 5 내지 30 %일 수 있다.The content of the polymer in the polymer solution may be 5 to 30% by weight based on the total weight of the polymer solution.

이러한 범위를 만족할 경우 상기 고분자 용액의 분사에 의해 복수의 고분자 섬유가 형성되고, 이를 통해 상기 다공성 부직포가 형성될 수 있다.When the above range is satisfied, a plurality of polymer fibers are formed by the injection of the polymer solution, whereby the porous nonwoven fabric can be formed.

다만, 30 중량%를 초과하는 경우 상기 고분자 용액의 방사가 원활하지 않은 문제, 구체적으로, 상기 고분자 용액이 방사되는 노즐의 끝에서 굳어져 방사가 어려운 문제가 발생할 수 있다. 이와 달리, 5 중량% 미만인 경우에는 상기 고분자 용액이 고르게 방사되지 못하고 비드(Bead)가 형성되는 문제가 발생할 수 있다. 이를 고려하여, 상기와 같이 고분자 용액 내 고분자의 함량을 한정하는 바이다.However, if it exceeds 30% by weight, the polymer solution may not be radiated smoothly. In particular, the polymer solution may harden at the end of the nozzle through which the polymer solution is radiated. On the other hand, if it is less than 5% by weight, the polymer solution may not be uniformly radiated and a bead may be formed. In consideration of this, the content of the polymer in the polymer solution is limited as described above.

상기 고분자 용액 내 고분자는, 상기 다공성 부직포를 형성할 수 잇는 것이라면 특별히 한정되지 않지만, 상기 다공성 부직포의 강도 및 전자 전도도를 향상시킬 수 있는 물질 중에서 선택될 수 있다.The polymer in the polymer solution is not particularly limited as long as it is capable of forming the porous nonwoven fabric, but may be selected from materials capable of improving the strength and electron conductivity of the porous nonwoven fabric.

예를 들면, 카본 나노 튜브(carbon nanotube), 그래핀, 그래핀 옥사이드, 환원된 그래핀 옥사이드, 폴리피롤, 폴리 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리아닐린, 이들의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.For example, carbon nanotubes, carbon nanotubes, graphene, graphene oxide, reduced graphene oxide, polypyrrole, poly 3,4-ethylenedioxythiophene, polyaniline, derivatives thereof, Lt; / RTI >

상기 용매는, 상기 고분자를 용해시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the polymer.

예를 들면, 디메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide), 디메틸아세트아마이드(N,N-dimethylacetamide), 메틸 피롤리돈(N,N-Methylpyrrolidone), 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
At least one selected from the group consisting of N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-methylpyrrolidone, Lt; / RTI >

전도성 물질을 분산매에 분산시켜, 콜로이드 용액을 제조하는 단계;에 관한 설명은 다음과 같다.A step of dispersing a conductive material in a dispersion medium to prepare a colloidal solution is explained as follows.

상기 콜로이드 용액 내 전도성 물질의 함량은, 상기 콜로이드 용액의 총 중량에 대한 중량%로, 0.1 내지 50 %일 수 있다.The content of the conductive material in the colloidal solution may be 0.1 to 50% by weight based on the total weight of the colloidal solution.

이러한 범위를 만족할 경우, 상기 콜로이드 용액의 분사에 의해 상기 복수의 고분자 섬유의 표면에 상기 전도성 물질이 고르게 뒤덮일 수 있다.When the range is satisfied, the surface of the plurality of polymer fibers may be evenly covered with the conductive material by the injection of the colloidal solution.

다만, 50 중량%를 초과하는 경우 상기 콜로이드 용액 내 전도성 물질이 고르게 분산되기 어렵고, 0.1 중량% 미만인 경우에는 상기 전도성 물질의 함량이 지나치게 적어 전자 전도 네트워크의 형성이 어려운 문제가 발생할 수 있다. 이를 고려하여, 상기와 같이 콜로이드 용액 내 전도성 물질의 함량을 한정하는 바이다.However, if it exceeds 50% by weight, the conductive material in the colloidal solution may not be uniformly dispersed. When the content of the conductive material is less than 0.1% by weight, the content of the conductive material may be too small to form an electron conduction network. Considering this, the content of the conductive material in the colloidal solution is limited as described above.

상기 콜로이드 용액 내 전도성 물질은, 전술한 바와 같이, 전자 전도 네트워크를 형성할 수 있는 물질이라면 특별히 한정되지 않는다.The conductive material in the colloid solution is not particularly limited as long as it is a material capable of forming an electron conduction network as described above.

예를 들면, 카본 나노 튜브(carbon nanotube), 은 나노와이어, 니켈 나노와이어, 금 나노와이어, 그래핀, 그래핀 옥사이드, 환원된 그래핀 옥사이드, 폴리피롤, 폴리 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리아닐린, 이들의 유도체 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.For example, carbon nanotubes, silver nanowires, nickel nanowires, gold nanowires, graphene, graphene oxide, reduced graphene oxide, polypyrrole, poly 3,4-ethylenedioxythiophene, polyaniline , Derivatives thereof, and mixtures thereof.

상기 분산매는, 상기 전도성 물질을 분산시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. The dispersion medium is not particularly limited as long as it can disperse the conductive material.

예를 들면, 증류수(deionized water), 이소프로필알콜(iso-propylalcohol), 부탄올(buthalol), 에탄올(ethanol), 헥산올(hexanol), 아세톤(Acatone), 디메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide), 디메틸아세트아마이드(N,N-dimethylacetamide), 메틸 피롤리돈(N,N-Methylpyrrolidone) 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.For example, deionized water, iso-propylalcohol, buthalol, ethanol, hexanol, acetone, N, N-dimethylformamide, , N, N-dimethylacetamide, N, N-methylpyrrolidone, and combinations thereof.

상기 콜로이드 용액은 분산제를 더 포함하는 것이고, 상기 콜로이드 용액 내 분산제의 함량은, 상기 콜로이드 용액의 총 중량에 대한 중량%로, 0.001 내지 10 %일 수 있다.The colloidal solution further comprises a dispersing agent, and the content of the dispersing agent in the colloid solution may be 0.001 to 10% by weight based on the total weight of the colloidal solution.

상기 분산제는 상기 범위로 포함될 때, 상기 콜로이드 용액 내 전도성 물질의 분산을 도울 수 있다. When the dispersant is included in the above range, dispersion of the conductive material in the colloidal solution can be assisted.

다만, 10 중량%를 초과하는 경우 분산제의 양이 너무 많아 상기 콜로이드 용액의 점도를 지나치게 높이는 문제가 발생할 수 있고, 0.001 중량% 미만인 경우에는 분산제의 양이 너무 적어 분산제로서의 역할을 하지 못하는 문제가 발생할 수 있기 때문에, 상기와 같이 함량을 한정하는 바이다.However, if the amount of the dispersing agent is more than 10% by weight, the amount of the dispersing agent may be excessively high, resulting in an excessively high viscosity of the colloid solution. If the amount is less than 0.001% by weight, The content is limited as described above.

구체적으로, 상기 분산제는, 폴리비닐피롤리돈, 폴리3,4-에틸렌디옥시티오펜, 및 이들의 혼합물울 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
Specifically, the dispersant may be at least one selected from the group consisting of polyvinyl pyrrolidone, poly 3,4-ethylenedioxythiophene, and mixtures thereof.

한편, 상기 삼차원 구조 섬유를 압착하여, 삼차원 구조 집전체를 수득하는 단계; 이후에, 상기 삼차원 구조 집전체를 소성하는 단계;를 더 포함하고, 상기 소성 전 삼차원 구조 집전체 내 포함된 복수의 고분자 섬유는, 상기 소성에 의해 복수의 카본 나노 섬유로 변환되는 것일 수 있다.Compressing the three-dimensional structural fibers to obtain a three-dimensional structure current collector; And firing the three-dimensional structure current collector, wherein the plurality of polymer fibers contained in the pre-firing three-dimensional structure current collector may be converted into a plurality of carbon nanofibers by the firing.

일반적으로, 고분자를 비활성 기체 분위기에서 소성시킬 경우, 고분자의 주사슬에 해당되는 카본만 남겨진다. 이와 관련하여, 상기 복수의 고분자 섬유 역시 고분자의 일종으로 상기 소성에 의해 카본으로 변화하되, 섬유의 형태를 그대로 유지하게 된다.
Generally, when the polymer is fired in an inert gas atmosphere, only the carbon corresponding to the main chain of the polymer is left. In this regard, the plurality of polymer fibers is also a kind of polymer, which is changed into carbon by the firing, but the shape of the fiber is maintained as it is.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 삼차원 구조 집전체; 및 상기 삼차원 구조 집전체의 표면에 코팅된 활물질 층;을 포함하며, 상기 삼차원 구조 집전체는, 복수의 고분자 섬유를 포함하는, 다공성 부직포; 및 전도성 물질;을 포함하며, 상기 전도성 물질은, 상기 다공성 부직포에 포함된 복수의 고분자 섬유 사이에 충진된 것인, 전극을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a three dimensional structure collector; And an active material layer coated on a surface of the three-dimensional structure current collector, wherein the three-dimensional structure current collector comprises a plurality of polymer fibers; And a conductive material, wherein the conductive material is filled between a plurality of polymer fibers contained in the porous nonwoven fabric.

이는, 전술한 삼차원 구조 집전체의 표면에 활물질 층이 형성된 형태의 전극에 해당된다.This corresponds to an electrode in which an active material layer is formed on the surface of the aforementioned three-dimensional structure current collector.

구체적으로, 상기 삼차원 구조 집전체를 사용함에 따라, 무게 및 체적 당 용량이 개선된 전극을 제공할 수 있다.Specifically, by using the three-dimensional structure current collector, it is possible to provide an electrode having an improved capacity per weight and volume.

이하, 본 발명의 일 구현예에서 제공하는 전극에 대해 자세히 설명하며, 전술한 것과 중복되는 설명은 생략한다.
Hereinafter, the electrode provided in one embodiment of the present invention will be described in detail, and a description overlapping with that described above will be omitted.

상기 활물질 층에 포함된 활물질은, 리튬메탈계 산화물, 카본계 물질, 산화물, 실리콘(Si), 주석(Sn), 게르마늄(Ge), 황(S), 이들의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.The active material contained in the active material layer includes a lithium metal oxide, a carbonaceous material, an oxide, silicon (Si), tin (Sn), germanium (Ge), sulfur (S), derivatives thereof, At least one selected from the group consisting of < RTI ID = 0.0 >

또한, 상기 활물질 입자는 그 표면이 카본(Carbon)계 화합물로 코팅된 것일 수 있으며, 이에 대해서는 일반적으로 널리 알려진 바와 같기에, 자세한 설명을 생략한다.The surface of the active material particles may be coated with a carbon-based compound. Since the surface of the active material particles is generally known, a detailed description thereof will be omitted.

상기 활물질 입자 중 리튬메탈계 산화물은, 리튬니켈계 산화물, 리튬코발트계 산화물, 리튬망간계 산화물, 리튬타이타늄계 산화물, 리튬니켈망간계 산화물, 리튬니켈코발트망간계 산화물, 리튬니켈코발트알루미늄계 산화물, 리튬인산철계 산화물, 리튬인산바나듐계 산화물, 리튬인산망간계, 리튬망간실리케이트계 산화물, 리튬철실리케이트계 산화물, 및 이들의 조합을 포함하는 군 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.Wherein the lithium metal oxide is at least one selected from the group consisting of lithium nickel oxide, lithium cobalt oxide, lithium manganese oxide, lithium titanium oxide, lithium nickel manganese oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide, And at least one selected from the group consisting of lithium iron phosphate-based oxide, lithium phosphate-based oxide, lithium manganese-based oxide, lithium manganese silicate-based oxide, lithium iron silicate-based oxide, and combinations thereof.

즉, 코발트, 망간, 니켈 또는 이들의 조합의 금속과 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있다. 그 구체적인 예로는, 하기 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다. That is, at least one of cobalt, manganese, nickel, or a composite oxide of a metal and lithium in combination thereof may be used. As a specific example thereof, a compound represented by any one of the following formulas can be used.

LiaA1 - bRbD2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다); LiaE1 -bRbO2-cDc(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 및 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiE2-bRbO4-cDc(상기 식에서, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiaNi1 -b- cCobRcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1 -b- cCobRcO2 Zα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cCobRcO2-αZ2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cMnbRcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cMnbRcO2-αZα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cMnbRcO2 Z2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α < 2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5 및 0.001 ≤ d ≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5 및 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8 및 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8 및 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8 및 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8 및 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiTO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); 및 LiFePO4, LiMnPO4, LiCoPO4, Li3V2(PO4)3, Li4Ti5O12, LiMnSiO4, LiFeSiO4.Li a A 1 - b R b D 2 wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8 and 0? B? 0.5; Li a E 1 -b R b O 2 -c D c wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, and 0? C? 0.05; LiE (in the above formula, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05) 2-b R b O 4-c D c; Li a Ni 1 -b- c Co b R c D α where 0.90 ≦ a ≦ 1.8, 0 ≦ b ≦ 0.5, 0 ≦ c ≦ 0.05, and 0 <α ≦ 2; Li a Ni 1 - b - c Co b R c O 2 - ? Z ? Wherein 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05 and 0 <? LiaNi1-b-cCobRcO2-? Z2 wherein 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05 and 0 <? <2; Li a Ni 1 -b- c Mn b R c D ? Wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05, and 0 <? Li a Ni 1-bc Mn b R c O 2 -? Z ? Where 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05 and 0 <? Li a Ni 1 -b- c Mn b R c O 2 - ? Z 2 wherein 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05 and 0 <? Li a Ni b E c G d O 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, and 0.001 ≤ d ≤ 0.1; Li a Ni b Co c Mn d GeO 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, and 0.001 ≤ e ≤ 0.1; Li a NiG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8 and 0.001? B? 0.1); Li a CoG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8 and 0.001? B? 0.1); Li a MnGbO 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8 and 0.001? B? 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (in the above formula, 0.90? A? 1.8 and 0.001? B? 0.1); QO 2; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiTO 2 ; LiNiVO 4; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0? F? 2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0? F? 2); And LiFePO 4, LiMnPO 4, LiCoPO 4 , Li 3 V 2 (PO 4) 3, Li 4 Ti 5 O 12, LiMnSiO 4, LiFeSiO 4.

상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이고; R은 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn 또는 이들의 조합이고; Z는 F, S, P 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn 또는 이들의 조합이고; T는 Cr, V, Fe, Sc, Y 또는 이들의 조합이고; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu 또는 이들의 조합이다.In the above formula, A is Ni, Co, Mn or a combination thereof; R is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, a rare earth element or a combination thereof; D is O, F, S, P or a combination thereof; E is Co, Mn or a combination thereof; Z is F, S, P or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V or a combination thereof; Q is Ti, Mo, Mn or a combination thereof; T is Cr, V, Fe, Sc, Y or a combination thereof; J is V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu or a combination thereof.

아울러, 상기 활물질 입자 중 산화물은, 철계 산화물, 코발트계 산화물, 주석계 산화물, 타이타늄계 산화물, 니켈계 산화물, 징크계 산화물, 망간계 산화물, 실리콘계 산화물, 바나듐계 산화물, 구리계 산화물, 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.The oxide of the active material particle may be at least one selected from the group consisting of an iron-based oxide, a cobalt-based oxide, a tin-based oxide, a titanium-based oxide, a nickel-based oxide, a zinc-based oxide, a manganese-based oxide, a silicon-based oxide, a vanadium- And combinations thereof.

즉, FexOy, CoxOy, SnOy, TiOy, NiO, MnxOy, SixOy, VxOy, CuxOy 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다(상기 식에서, 0.90 ≤ x ≤ 2.2 및 0.9 ≤ y ≤ 6이다). That is, Fe x O y, Co x O y, S n O y, TiO y, NiO, Mn x O y, Si x O y, V x O y, Cu x O y is selected from the group comprising a combination thereof (Where 0.90? X? 2.2 and 0.9? Y? 6).

구체적으로, 후술할 실시예에서는 상기 활물질 입자로 리튬인산철(LiFePO4)을 선택하였다.
Specifically, lithium phosphate (LiFePO 4 ) was selected as the active material particle in the following examples.

상기 삼차원 구조 집전체가 포함된 전극의 면적 당 중량은,0.001 mg/cm2 내지 1 g/cm2일 수 있다.The weight per area of the electrode including the three-dimensional structure current collector may be 0.001 mg / cm 2 to 1 g / cm 2 .

이러한 범위는, 금속 집전체 대신 상기 삼차원 구조 집전체를 사용하고, 이로 인해 상기 전극 내 첨가 물질이 최소화됨에 따라, 전극의 면적 당 중량이 향상된 것에 해당된다. 즉, 상기 범위의 면적 당 중량에 의해, 전기 화학 소자의 용량이 개선될 수 있다.This range corresponds to an improvement in the weight per unit area of the electrodes as the three-dimensional structure current collector is used in place of the metal current collector, thereby minimizing the added substance in the electrode. That is, the capacity of the electrochemical device can be improved by the weight per area of the above range.

한편, 상기 삼차원 구조 전극이 하나의 층으로 형성된 경우, 그 면적 당 중량이 1 g/cm2를 초과할 수 없다.On the other hand, when the three-dimensional structure electrode is formed as one layer, its weight per area can not exceed 1 g / cm 2 .

이와 관련하여, 상기 삼차원 구조 전극은, 복수개의 전극이 다층 구조를 형성한 것일 수 있다.In this regard, the three-dimensional structure electrode may have a plurality of electrodes formed in a multi-layered structure.

이로써, 상기 활물질 구조 전극 내 활물질 입자의 로딩 값이 극대화 될 수 있고, 그 결과 전기 화학 소자의 용량 및 에너지 밀도를 개선할 수 있다.As a result, the loading value of the active material particles in the active material structure electrode can be maximized, and as a result, the capacity and the energy density of the electrochemical device can be improved.

상기 다층 구조에서, 상기 삼차원 구조 집전체가 포함된 전극의 면적 당 중량은, 0.002 mg/cm2 내지 10 g/cm2 일 수 있다.
In the multi-layer structure, the weight per area of the electrode including the three-dimensional structure current collector may be 0.002 mg / cm 2 to 10 g / cm 2 .

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 고분자를 용매에 용해시켜, 고분자 용액을 제조하는 단계; 전도성 물질을 분산매에 분산시켜, 콜로이드 용액을 제조하는 단계; 상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계; 상기 삼차원 구조 섬유를 압착하여, 삼차원 구조 집전체를 수득하는 단계; 상기 삼차원 구조 집전체의 표면에 활물질 슬러리를 코팅하여, 전극을 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계;는, 복수의 고분자 섬유를 포함하는 다공성 부직포를 형성시키고, 상기 다공성 부직포에 포함된 복수의 고분자 섬유 사이에 상기 전도성 물질을 충진시키는 것인, 전극의 제조방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a polymer solution, comprising: dissolving a polymer in a solvent to prepare a polymer solution; Dispersing a conductive material in a dispersion medium to produce a colloidal solution; Simultaneously spinning the polymer solution and the colloidal solution to prepare a three-dimensional structural fiber; Compressing the three-dimensional structural fibers to obtain a three-dimensional structure current collector; And coating the active material slurry on the surface of the three-dimensional structure current collector to produce an electrode, wherein the step of simultaneously spinning the polymer solution and the colloid solution to prepare a three-dimensional structural fiber comprises: Wherein the porous nonwoven fabric is filled with the conductive material between a plurality of polymer fibers contained in the porous nonwoven fabric.

또한, 상기 삼차원 구조 집전체의 표면에 활물질 슬러리를 코팅하여, 전극을 제조하는 단계; 이후에, 상기 전극을 롤 프레스를 이용하여 압축하는 단계; 및 상기 압축된 전극을 건조하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.Forming an electrode by coating an active material slurry on the surface of the three-dimensional structure current collector; Thereafter, the electrode is compressed using a roll press; And drying the compressed electrode.

이는, 상기 삼차원 구조 집전체를 제조한 뒤, 상기 삼차원 구조 집전체의 표면에 활물질 슬러리를 코팅하여 전극을 제조하는 방법에 해당된다. 이러한 단순한 방법에 의해, 무게 및 체적 당 용량이 개선된 전극을 제공할 수 있다.This is a method of manufacturing an electrode by manufacturing the three-dimensional structure current collector and coating the surface of the three-dimensional structure current collector with an active material slurry. With this simple method, it is possible to provide an electrode with improved capacity per weight and volume.

상기 삼차원 구조 집전체의 제조방법은 전술한 바와 같고, 상기 삼차원 구조 집전체의 표면에 활물질 슬러리를 코팅하는 방법, 상기 압축 방법 및 상기 건조 방법은 널리 알려진 바와 같아, 자세한 설명을 생략한다.
The method of manufacturing the three-dimensional structure current collector is as described above, and the method of coating the active material slurry on the surface of the three-dimensional structure current collector, the compressing method, and the drying method are well known and will not be described in detail.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 양극; 음극; 상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 분리막; 상기 양극, 음극 및 분리막에 함침된 전해질;을 포함하고, 상기 양극 또는 상기 음극 중 적어도 하나는, 전술한 것 중 어느 하나에 따른 삼차원 구조 집전체 및 상기 삼차원 구조 집전체의 표면에 코팅된 활물질 층을 포함하는, 전기 화학 소자를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, cathode; A separator disposed between the anode and the cathode; Wherein at least one of the anode and the cathode comprises a three-dimensional structure current collector according to any one of the above-mentioned embodiments, and an active material layer coated on the surface of the three-dimensional structure current collector, And an electrochemical device.

이는, 전술한 특징을 가진 삼차원 구조 집전체를 포함함으로써, 전극의 무게 및 체적 당 용량이 우수하고, 고에너지 밀도 및 고출력 특성을 지닌 전기 화학 소자에 해당된다.This corresponds to an electrochemical device having a high energy density and a high output characteristic, including a three-dimensional structure current collector having the above-described characteristics, by weight and capacity per unit volume.

상기 전기 화학 소자는, 리튬이차전지, 수퍼커패시터(Super Capacitor), 리튬-황 전지, 나트륨 이온 전지, 리튬-공기전지, 징크-공기전지, 알루미늄-공기전지, 및 마그네슘 이온 전지를 포함하는 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
The electrochemical device includes a group including a lithium secondary battery, a super capacitor, a lithium-sulfur battery, a sodium ion battery, a lithium-air battery, a zinc-air battery, an aluminum-air battery, and a magnesium ion battery It can be any one selected.

구체적으로는, 리튬 이차 전지일 수 있으며, 이에 대한 실시예를 후술하였다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 삼차원 섬유 구조 집전체를 포함하는 리튬 이차 전지를 개략적으로 도시한 것이다.Specifically, it may be a lithium secondary battery, and an embodiment thereof is described below. FIG. 2 is a schematic view of a lithium secondary battery including a three-dimensional fiber structure current collector according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지(200)는 양극(212), 음극(213) 및 상기 양극(212)과 음극(213) 사이에 배치된 분리막(100), 상기 양극(212), 음극(213) 및 분리막(100)에 함침된 전해질(미도시)을 포함하며, 여기에 전지 용기(220), 및 상기 전지 용기(220)를 봉입하는 봉입 부재(240)를 주된 부분으로 하여 이차 전지 모듈이 구성될 수 있다. 2, a lithium secondary battery 200 according to an embodiment of the present invention includes an anode 212, a cathode 213, a separation membrane 100 disposed between the anode 212 and the cathode 213, (Not shown) impregnated into the anode 212, the cathode 213 and the separator 100 and includes a battery container 220 and a sealing member 240 for sealing the battery container 220 The secondary battery module can be configured as a main part.

일반적으로, 상기 리튬 이차전지(200)는 양극 활물질을 포함하는 양극(212)과 음극 활물질을 포함하는 음극(213)의 사이에 분리막(100)을 개재시키고, 양극(212), 음극(213) 및 분리막(100)을 전지 용기(220)에 수납하고, 리튬 이차전지용 전해질을 주입한 후, 전지 용기(220)를 밀폐시켜 분리막(100)의 기공에 리튬 이차전지용 전해질이 함침되도록 하여 제조될 수 있다. 상기 전지 용기(220)는 원통형, 각형, 코인형, 파우치형 등의 다양한 형태일 수 있다. 원통형 리튬 이차전지의 경우는, 양극(212), 음극(213) 및 분리막(100)를 차례로 적층한 다음 스피럴 상으로 권취된 상태로 전지 용기(220)에 수납하여 리튬 이차 전지를 구성할 수 있다. The lithium secondary battery 200 includes a separator 100 interposed between a positive electrode 212 including a positive electrode active material and a negative electrode 213 including a negative electrode active material and a positive electrode 212 and a negative electrode 213, And the separator 100 are accommodated in the battery container 220 and the electrolyte for the lithium secondary battery is injected into the pores of the separator 100 by sealing the battery container 220 after the electrolyte for the lithium secondary battery is injected. have. The battery container 220 may have various shapes such as a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, and a pouch shape. In the case of a cylindrical lithium secondary battery, a lithium secondary battery can be constructed by stacking an anode 212, a cathode 213, and a separator 100 in this order and then winding them in a spiral wound state in a battery container 220 have.

리튬 이차 전지의 구조와 제조 방법은 이 분야에 널리 알려져 있으므로 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.Since the structure and manufacturing method of the lithium secondary battery are well known in the art, a detailed description thereof will be omitted in order to avoid an ambiguous interpretation of the present invention.

또한, 상기 전해질로는 유기 용매에 리튬 염을 용해시킨 비수전해질, 폴리머 전해질, 무기 고체전해질, 폴리머 전해질 및 무기 고체전해질과의 복합 재료 등이 사용될 수 있다.Also, as the electrolyte, a nonaqueous electrolyte in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent, a polymer electrolyte, an inorganic solid electrolyte, a polymer electrolyte, and a composite material with an inorganic solid electrolyte may be used.

비수전해질의 비수성 유기 용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. 비수성 유기용매로는 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계 또는 비양성자성 용매를 사용할 수 있다. 비수성 유기 용매는 단독으로 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있고, 이는 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 널리 이해될 수 있다. 비수전해질의 비수성 유기 용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. 비수성 유기용매로는 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계 또는 비양성자성 용매를 사용할 수 있다. 비수성 유기 용매는 단독으로 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있고, 이는 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 널리 이해될 수 있다.The non-aqueous organic solvent of the non-aqueous electrolyte serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. As the non-aqueous organic solvent, a carbonate-based, ester-based, ether-based, ketone-based, alcohol-based or aprotic solvent may be used. The non-aqueous organic solvent may be used singly or in combination of one or more thereof. In the case of mixing one or more of them, the mixing ratio may be suitably adjusted in accordance with the performance of the desired battery, which is widely understood by those skilled in the art . The non-aqueous organic solvent of the non-aqueous electrolyte serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. As the non-aqueous organic solvent, a carbonate-based, ester-based, ether-based, ketone-based, alcohol-based or aprotic solvent may be used. The non-aqueous organic solvent may be used singly or in combination of one or more thereof. In the case of mixing one or more of them, the mixing ratio may be suitably adjusted in accordance with the performance of the desired battery, which is widely understood by those skilled in the art .

상기 리튬 염은 비수성 유기 용매에 용해되어, 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 이차 전지의 작동을 가능하게 하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 하는 물질이다. The lithium salt is dissolved in a non-aqueous organic solvent to act as a source of lithium ions in the battery to enable the operation of a basic lithium secondary battery and to promote the movement of lithium ions between the positive and negative electrodes .

상기 리튬 염의 대표적인 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x +1SO2)(CyF2y +1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임), LiCl, LiI, LiB(C2O4)2(리튬 비스옥살레이토 보레이트(lithium bis(oxalato) borate; LiBOB) 또는 이들의 조합을 들 수 있으며, 이들을 지지(supporting) 전해염으로 포함한다. 리튬 염의 농도는 0.1 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬 염의 농도가 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.
The lithium salt Representative examples are LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6 , LiAsF 6, LiC 4 F 9 SO 3, LiClO 4, LiAlO 2, LiAlCl 4, LiN (C x F 2x +1 SO 2) (C y F 2y +1 SO 2) (where, x and y are natural numbers), LiCl, LiI, LiB ( C 2 O 4) 2 ( lithium bis oxalate reyito borate (lithium bis (oxalato) borate; LiBOB) , or in a combination thereof The concentration of the lithium salt is preferably within the range of 0.1 to 2.0 M. When the concentration of the lithium salt is included in the range, the electrolyte has an appropriate conductivity and viscosity, so that an excellent electrolyte Performance, and lithium ions can move efficiently.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 이에 따른 실험예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention and experimental examples therefor will be described. However, the following examples are only a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

리튬 이차 전지용 For lithium secondary battery 집전체의Whole-house 제조 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지의 제작 And manufacturing a lithium secondary battery comprising the same

실시예Example 1 One

고분자 용액의 제조 우선, 다공성 부직포를 제조하기 위한 고분자로는 고분자로는 폴리에터이미드 (PEI; Polyetherimide)을 사용하고, 이를 용해시킬 용매로는 디메틸아세트아마이드(N, N-dimethylactamide) 및 N-메틸-2-피롤리돈(1-Methyl-2-pyrrolidone)가 50:50 중량비로 혼합된 용매를 사용하였다. Preparation of Polymer Solution First, polyetherimide (PEI) is used as a polymer for producing a porous nonwoven fabric and dimethylacetamide (N, N-dimethylactamide) and N- Methyl-2-pyrrolidone in a weight ratio of 50:50 was used as a solvent.

상기 고분자를 상기 용매에 첨가하여, 고분자 용액을 제조하였다. 이때, 상기 고분자 용액 내 고분자의 함량은 25 중량 퍼센트(wt%)가 되도록 하였다.The polymer was added to the solvent to prepare a polymer solution. At this time, the content of the polymer in the polymer solution was 25 wt% (wt%).

콜로이드 용액의 제조 또한, 전도성 물질을 포함하는 콜로이드 용액을 제조하기 위하여, 균일한 분사 상태를 유지할 수 있는 전도성 물질인 카본 나노튜브(carbon nanotube)를 사용하였으며, 분산매로는 증류수(deionized water) 및 이소프로필알콜(iso-propylalcohol)가 9:1의 중량비로 혼합된 분산매를 사용하였다. Preparation of colloidal solution In order to prepare a colloidal solution containing a conductive material, a carbon nanotube, which is a conductive material capable of maintaining a uniform spray state, was used. As the dispersion medium, deionized water and isopropyl alcohol -propylalcohol) in a weight ratio of 9: 1 was used.

상기 전도성 물질을 상기 분산매에 첨가하여, 콜로이드 용액을 제조하였다. 이때, 상기 콜로이드 용액 내 전도성 물질의 함량은 0.5 중량 퍼센트(wt%)가 되도록 하였다. 또한, 상기 콜로이드 용액의 균일한 분산성을 도모하기 위하여, 분산제인 폴리비닐피롤리돈을 상기 콜로이드 용액에 대해 0.5 중량% 함유되도록 첨가하였다. The conductive material was added to the dispersion medium to prepare a colloidal solution. At this time, the content of the conductive material in the colloidal solution was 0.5 wt% (wt%). Further, in order to uniformly disperse the colloidal solution, polyvinylpyrrolidone as a dispersant was added to the colloid solution so as to contain 0.5% by weight.

이중 전기 방사를 통한 집전체의 제조 상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 전기 방사 장치(구입처: 나노엔씨)에 도입한 후, 상기 고분자 용액의 분사 속도는 3 ㎕/min로, 상기 콜로이드 용액의 분사 속도는 65 ㎕l/min으로 하여, 약 240 분 동안 동시에 방사(이중 전기 방사)하여, 삼차원 구조 집전체를 제조하였다. Production of a current collector by double electrospinning The polymer solution and the colloid solution were introduced into an electrospinning apparatus (Nano Corporation). The injection rate of the polymer solution was 3 l / min, Was irradiated (dual electrospinning) at about 65 占 퐇 / min for about 240 minutes to prepare a three-dimensional structure current collector.

전극의 제조 상기 삼차원 구조 집전체의 표면에 음극 혼합물 슬러리를 도포한 뒤, 롤 프레스(Roll Press, 구입처: ㈜기배이앤티)를 이용하여 압축하여, 활물질의 로딩이 약 2 ㎎/cm2이고, 두께는 약 20 ㎛인 전극을 제조하였다.Applying the cathode mixture slurry to the surface of the entire manufacturing the three-dimensional structure house the electrode back, a roll press (Roll Press, point of purchase: ㈜ group Bay anti) is compressed using, and the loading of active material, from about 2 ㎎ / cm 2, An electrode having a thickness of about 20 μm was prepared.

상기 음극 혼합물 슬러리는, 음극 활물질인 실리콘(Si) 70 중량%, 도전재인 카본 블랙 10 중량%, 및 결합제인 폴리아크릴릭 엑시드 (Polyacylic acid, PAA) 20중량%을 포함하는 혼합물을, 용제인 물(H2O)에 첨가하여 슬러리 형태로 제조한 것이다.The negative electrode mixture slurry was prepared by mixing a mixture containing 70 wt% of silicon (Si) as a negative active material, 10 wt% of carbon black as a conductive material, and 20 wt% of polyacylic acid (PAA) H 2 O) in the form of a slurry.

리튬 이차 전지의 제작 상기 전극을 음극으로 적용하여, 리튬 이차 전지를 제작하였다. Preparation of Lithium Secondary Battery The above electrode was applied as a negative electrode to prepare a lithium secondary battery.

구체적으로, 상대전극으로는 리튬(Li) 금속을 사용하였으며, 분리막으로는 폴리에틸렌 (polyethylene, Tonen 20㎛)을 사용하였다.Specifically, lithium (Li) metal was used as a counter electrode, and polyethylene (Tonen 20 μm) was used as a separator.

유기 용매(EC:DEC = 3:7(v:v))에 FEC를 10 중량% 첨가한 뒤, LiPF6의 농도가 1.3M이 되도록 용해하여 비수성 전해액을 제조하였다. Organic solvent (EC: DEC = 3: 7 (v: v)) after the addition of FEC 10% by weight, the concentration of LiPF 6 was dissolved to prepare a nonaqueous electrolyte is 1.3M.

상기와 같이 제조된 양극, 음극 및 분리막을 넣어 코인형 셀을 형성한 후, 상기 비수성 전해액을 주입하여 코인형 리튬 이차 전지를 제작하였다.
After forming the coin type cells by inserting the thus prepared positive electrode, negative electrode and separation membrane, the non-aqueous electrolyte was injected to prepare a coin type lithium secondary battery.

실시예Example 2 2

이중 전기 방사를 약 480분 동안 수행하여 삼차원 구조 집전체를 제조하고, 활물질 로딩이 약 5 mg/cm2이고 두께 약 43㎛이 되도록 전극을 제조한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제작하였다.
A two-dimensional electrospinning was performed for about 480 minutes to prepare a three-dimensional structure current collector, and an electrode was manufactured so that the active material loading was about 5 mg / cm 2 and the thickness was about 43 μm. A lithium secondary battery was fabricated.

비교예Comparative Example 1 One

전극의 제조 상기 삼차원 구조 집전체 대신 두께가 20㎛인 구리(Cu) 박막을 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 활물질 로딩이 약 2 mg/cm2인 전극을 제조하였다. Preparation of Electrode An electrode having an active material loading of about 2 mg / cm 2 was prepared in the same manner as in Example 1, except that a copper (Cu) thin film having a thickness of 20 탆 was used instead of the three-dimensional structure current collector.

리튬 이차 전지의 제작 이러한 전극을 음극으로 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제작하였다.
Preparation of lithium secondary battery A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that these electrodes were used as a cathode.

비교예Comparative Example 2 2

상기 음극 혼합물 슬러리를 집전체 위에 도포 시 두께를 두껍게 한 것을 제외하고, 비교예 1과 동일한 방법으로 하여 활물질 로딩이 약 5 mg/cm2인 전극을 제조하고, 이를 음극을 사용하여 리튬 이차 전지를 제작하였다
An electrode having an active material loading of about 5 mg / cm &lt; 2 &gt; was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 , except that the anode mixture slurry was applied on the current collector to increase the thickness thereof. Manufactured

리튬 이차 전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지의 평가Evaluation of Electrode for Lithium Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Containing It

시험예Test Example 1:  One: 실시예Example 1에서 제조된 전극의 관찰 Observation of electrode manufactured in 1

주사 전자 현미경 (Scanning Electron Microscope, SEM)으로 실시예 1에 의해 제조된 집전체의 표면 및 단면을 관찰하였으며, 그 결과가 각각 도 3a 및 3b에 도시되어 있다. The surface and cross-section of the current collector manufactured by Example 1 were observed with a scanning electron microscope (SEM), and the results are shown in FIGS. 3A and 3B, respectively.

도 3a을 통해 표면을 관찰한 결과, 실시예 1의 집전체에는 복수의 고분자 섬유가 포함되어 있으며, 그 평균 직경은 1 ㎛임을 알 수 있다. 또한, 상기 복수의 고분사 점유 사이에는 빈 공간(기공)들이 존재하고, 그 기공도는 상기 집전체의 전체 부피에 대해 70 부피%인 것으로 확인된다.As a result of observing the surface through Fig. 3A, it was found that the current collector of Example 1 contained a plurality of polymer fibers, and the average diameter thereof was 1 mu m. Further, void spaces (pores) are present between the plurality of high-injection occupations, and the degree of porosity thereof is confirmed to be 70% by volume with respect to the total volume of the current collector.

상기 기공에는 카본 나노 튜브가 충진되어 있으며, 구체적으로, 상기 다수의 고분자 섬유의 각 표면은 상기 카본 나노 튜브에 의해 뒤덮인 형태로 확인된다.The pores are filled with carbon nanotubes. Specifically, each surface of the plurality of polymer fibers is covered with the carbon nanotubes.

한편, 도 3b를 통해 단면을 관찰한 결과, 상기 카본 나노 튜브가 상기 다수의 고분자 섬유의 각 표면을 균일하게 뒤덮고 있으며, 이로 인해 집전체의 두께 방향으로 전자 전도 네트워크가 형성된 알 수 있다.
Meanwhile, as a result of observing a cross section through FIG. 3B, it can be seen that the carbon nanotubes uniformly cover each surface of the plurality of polymer fibers, thereby forming an electron conduction network in the thickness direction of the current collector.

도 4a 및 4b는 실시예 1에 의해 제조된 집전체를 구부리기 전(도 4a) 및 후(도 4b)의 외관 사진이다. Figs. 4A and 4B are photographs of the appearance before (Fig. 4A) and after (Fig. 4B) bending the current collector produced by Example 1. Fig.

구체적으로, 실시예 1의 집전체(도 4a)를 구부린 결과(도 4b), 상기 집전체가 구부러진 상태에서 상기 다공성 부직포 및 상기 전도성 물질이 서로 탈리되지 않는 것으로 확인되었다.Specifically, it was confirmed that the porous nonwoven fabric and the conductive material were not separated from each other in the bent state of the current collector (Fig. 4A) of Example 1 (Fig. 4B).

이를 통해, 실시예 1의 집전체에는 별도의 물질(예를 들면, 결합제)이 포함되지 않았음에도 불구하고, 상기 다공성 부직포 및 상기 전도성 물질에 의한 3차원 충진 구조(super lattice)가 안정적으로 유지되는 것으로 평가할 수 있다.
Accordingly, although the collector of Example 1 does not contain a separate material (for example, a binder), the three-dimensional super lattice structure of the porous nonwoven fabric and the conductive material is stably maintained .

시험예Test Example 2:  2: 실시예Example 1에서 제조된 각 전극의 표면 저항 비교 Comparison of Surface Resistance of Each Electrode Made in 1

실시예 1을 통해 제조된 전극의 표면 저항 특성을 알아보기 위해, 전자 전도도를 측정하였다. In order to examine the surface resistance characteristics of the electrode prepared in Example 1, the electronic conductivity was measured.

구체적으로, 상기 전자 전도도 측정은, ㈜다솔이엔지 사의 4probe 팁을 이용하여 표면 저항을 측정한 것이며, 그 결과를 도 5에 기록하였다.Specifically, the electronic conductivity was measured using a 4 probe tip manufactured by Dasol ENG Co., Ltd., and the results are shown in FIG.

도 5에 따르면, 실시예 1은 7 S/cm의 높은 전자 전도도를 나타낸다. 이를 통해, 전극 내부(특히, 집전체)에 전자 전도 네트워크가 균일하게 형성된 것임을 파악할 수 있다.According to Fig. 5, Example 1 shows a high electronic conductivity of 7 S / cm. As a result, it can be understood that the electron conduction network is uniformly formed inside the electrode (particularly, the current collector).

나아가, 실시예 1의 전극을 포함하는 전지의 출력 특성 또한 향상될 것임을 유추할 수 있다.
Furthermore, it can be inferred that the output characteristics of the battery including the electrode of Example 1 will also be improved.

시험예Test Example 3:  3: 실시예Example 1 및  1 and 비교예Comparative Example 1에서 제작된 각 전지의 성능 비교 Performance comparison of each cell manufactured in 1

실시예 1 및 비교예 1을 통해 제작된 각 전지의 성능을 측정하기 위하여, 코인셀 충전 전류 속도를 0.2C로 고정하고 방전 전류 속도를 0.2 C에서 5C로 증가시키면서 방전 용량을 관찰하였다.In order to measure the performance of each cell manufactured in Example 1 and Comparative Example 1, the discharge capacity was observed while the coin cell charging current rate was fixed at 0.2C and the discharging current rate was increased from 0.2C to 5C.

구체적으로, 활물질의 중량 당 방전 용량을 관찰한 결과를 도 6a에 나타내고, 전극 중량 당 방전 용량을 관찰한 결과를 도 6b에 나타내었다. 도 6a 및 6b에 따르면, 비교예 1의 실시예 1에서 제작된 리튬 이차 전지가 높은 방전 용량을 보인다.
Specifically, the results of observing the discharge capacity per weight of the active material are shown in FIG. 6A, and the results of observing the discharge capacity per electrode weight are shown in FIG. 6B. 6A and 6B, the lithium secondary battery manufactured in Example 1 of Comparative Example 1 shows a high discharge capacity.

우선, 도 6a에 따르면, 방전 전류 속도가 증가할수록 실시예 1의 리튬 이차 전지는 비교예 1의 리튬 이차 전지보다 높은 방전 용량을 보인다. 이는, 비교예 1의 집전체은 카본블랙에 의해 전자 전도 네트워크가 균일하게 형성되기 어려운 구조적 특성을 지닐 뿐만 아니라, 결합제로 사용된 점착성 고분자로 인해 전자 전도 네트워크가 방해가 되었기 때문이다. First, according to FIG. 6A, as the discharge current rate increases, the lithium secondary battery of Example 1 exhibits a higher discharge capacity than the lithium secondary battery of Comparative Example 1. This is because the current collector of Comparative Example 1 had not only the structural characteristic that the electron conduction network was not uniformly formed by the carbon black but also the electronic conduction network was disturbed by the adhesive polymer used as the binder.

이에 반해, 실시예 1의 집전체는 3차원 충진 구조(super lattice)가 유지되고, 이러한 3차원 충진 구조(super lattice) 내 카본 나노 튜브에 의해 균일한 전자 전도 네트워크를 형성하기 때문에, 리튬 이차 전지를 구동할 때 비교예 1보다 우수한 성능을 보인다고 평가된다.On the contrary, the current collector of Example 1 maintains a super lattice structure and forms a uniform electron conduction network by the carbon nanotubes in the three-dimensional super structure, It is evaluated that the performance is superior to that of Comparative Example 1.

비록 실시예 1에서는 별도의 점착성 고분자를 결합제로 사용하였지만, 이러한 결합제를 포함하지 않더라도 상기 다공성 부직포 및 상기 전도성 물질은 서로 탈리되지 않으며, 상기 3차원 충진 구조(super lattice)가 안정적으로 유지될 수 있음은 전술한 바와 같다.
Although a separate adhesive polymer was used as the binder in Example 1, the porous nonwoven fabric and the conductive material are not separated from each other without the binder, and the three-dimensional super lattice can be stably maintained Are as described above.

상기 결과를 전극 중량 당 용량으로 관찰하였을 때(도 6b), 금속 집전체를 사용한 비교예 1과 달리 실시예 1은 지지체로써 부직포 섬유만을 사용하고, 전자 전도 네트워크 형성을 위해 카본 나노 튜브만을 사용하였기 때문에, 전극 중량 당 방전 용량이 비교예 1에 대비하여 크게 증가한 것을 알 수 있다. 이를 통해, 실시예 1의 리튬 이차 전지는 비교예 1보다 가벼우면서 고출력, 고용량, 고에너지 밀도의 특성을 보인다고 할 수 있다.
When the above results were observed in terms of the weight per electrode weight (FIG. 6B), unlike Comparative Example 1 in which a metal current collector was used, in Example 1, only the nonwoven fabric was used as a support and only carbon nanotubes were used for forming an electron conduction network Therefore, it can be seen that the discharge capacity per electrode weight is greatly increased as compared with Comparative Example 1. [ As a result, the lithium secondary battery of Example 1 is lighter than Comparative Example 1, and exhibits high output, high capacity, and high energy density.

시험예Test Example 4:  4: 실시예Example 2 및  2 and 비교예Comparative Example 2에서 제작된 각 전지의 성능 비교 Comparison of performance of each cell manufactured in 2

실시예 1 및 비교예 1에 비해 활물질의 로딩 값을 증가시킨 실시예 2 및 비교에 2에 대해서도, 시험예 3과 동일한 방법으로 충전 전류 속도를 0.2C로 고정하고 코인셀 방전 전류 속도를 0.2 C에서 5 C로 증가시키면서 방전 용량을 관찰하였다.The charging current rate was fixed at 0.2 C and the coin cell discharging current rate was set at 0.2 C in the same manner as in Test Example 3 with respect to Example 2 and Comparative Example 2 in which the loading value of the active material was increased as compared with Example 1 and Comparative Example 1 To 5 C, and the discharge capacity was observed.

구체적으로, 활물질의 중량 당 방전 용량을 관찰한 결과를 도 7a에 나타내고, 전극 중량 당 방전 용량을 관찰한 결과를 도 7b에 나타내었다. 도 7a 및 7b에 따르면, 비교예 2에 비해 실시예 2의 리튬 이차 전지가 높은 방전 용량을 보인다.
Specifically, the discharge capacity per weight of the active material was observed, and the discharge capacity per electrode weight was observed in FIG. 7B. 7A and 7B, the lithium secondary battery of Example 2 exhibits a higher discharge capacity than that of Comparative Example 2. FIG.

일반적으로는, 활물질의 로딩 값이 높아 질수록 일반적으로 전극의 두께가 높아지고, 이 경우 전극 두께 방향으로 균일한 전자 전도 네트워크가 형성되기 어려우며, 그 결과 전지의 출력 특성이 감소하게 되는 경향이 있다. 특히, 실리콘 활물질을 사용할 경우, 충?방전시 부피 팽창 및 수축이 일어나므로, 이를 포함하는 전극의 두께 방향으로 전자 전도 네트워크를 균일하게 유지하는 것이 매우 어렵다.In general, the higher the loading value of the active material, the higher the thickness of the electrode. In this case, it is difficult to form a uniform electronic conduction network in the electrode thickness direction, and as a result, the output characteristics of the battery tend to decrease. Particularly, when a silicon active material is used, volume expansion and contraction occur during charging and discharging, and it is very difficult to maintain the electron conduction network uniformly in the thickness direction of the electrode including the silicon active material.

하지만, 실시예 2의 리튬 이차 전지의 경우, 활물질의 로딩 값이 높아졌음에도 불구하고, 방전 전류 속도가 증가할수록 비교예 2의 리튬 이차 전지 보다 높은 방전 용량을 보이며(도 7a), 전극 중량 당 방전 용량 또한 비교예 2에 대비하여 크게 증가한 것으로 확인된다(도 7b).However, in the case of the lithium secondary battery of Example 2, the discharge capacity is higher than that of the lithium secondary battery of Comparative Example 2 (Fig. 7A) as the discharge current rate increases, despite the increase of the loading value of the active material It was confirmed that the discharge capacity also greatly increased in comparison with Comparative Example 2 (Fig. 7B).

이를 통해, 실시예 2의 전극은 상기 삼차원 섬유 구조 집전체에 의해 두께 방향으로도 균일한 전자 전도 네트워크가 형성된 것이므로, 전지의 출력 특성이 감소되는 현상을 효율적으로 억제한 평가할 수 있다.
Accordingly, since the electrode of Example 2 has a uniform electron conduction network in the thickness direction by the three-dimensional fiber structure current collector, it is possible to evaluate the phenomenon that the output characteristic of the battery is reduced effectively.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims. As will be understood by those skilled in the art. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

100 : 삼차원 구조 집전체
10 : 부직포 나노섬유 20 : 전도성 물질
200 : 리튬이차전지 212 : 양극
213 : 음극 220 : 전지 용기
240 : 봉입 부재
100: three-dimensional structural current collector
10: Nonwoven fabric nanofiber 20: Conductive material
200: lithium secondary battery 212: positive electrode
213: cathode 220: battery container
240: sealing member

Claims (31)

복수의 고분자 섬유를 포함하는, 다공성 부직포; 및
전도성 물질;을 포함하며,
상기 다공성 부직포에 포함된 복수의 고분자 섬유 사이에 기공이 형성되고,
상기 기공에 상기 전도성 물질이 충진된 것인,
삼차원 구조 집전체.
A porous nonwoven fabric comprising a plurality of polymer fibers; And
Conductive material;
Pores are formed between the plurality of polymer fibers contained in the porous nonwoven fabric,
Wherein the pores are filled with the conductive material,
A three dimensional structure house.
제1항에 있어서,
상기 충진된 형태는,
상기 전도성 물질이 상기 복수의 고분자 섬유의 표면을 뒤덮은 형태인 것인,
삼차원 구조 집전체.
The method according to claim 1,
The filled-
Wherein the conductive material is in the form of covering the surface of the plurality of polymer fibers.
A three dimensional structure house.
제1항에 있어서,
상기 삼차원 구조 집전체 내 다공성 부직포 및 전도성 물질의 함량 비율은,
상기 다공성 부직포에 대한 상기 전도성 물질의 중량 비율로서, 5:95 내지 95:5로 표시되는 것인,
삼차원 구조 집전체.
The method according to claim 1,
The ratio of the content of the porous nonwoven fabric and the conductive material in the three-
Wherein the weight ratio of the conductive material to the porous nonwoven fabric is from 5:95 to 95: 5.
A three dimensional structure house.
제1항에 있어서,
상기 복수의 고분자 섬유의 평균 직경은,
0.001 내지 1000 ㎛인 것인,
삼차원 구조 집전체.
The method according to claim 1,
The average diameter of the plurality of polymer fibers may be,
0.001 to 1000 mu m.
A three dimensional structure house.
제1항에 있어서,
상기 전도성 물질의 평균 입경은,
0.001 내지 10 ㎛인 것인,
삼차원 구조 집전체.
The method according to claim 1,
The average particle diameter of the conductive material is,
0.001 to 10 [mu] m.
A three dimensional structure house.
제1항에 있어서,
상기 삼차원 구조 집전체의 기공도는,
5 내지 95 부피%인 것인,
삼차원 구조 집전체.
The method according to claim 1,
The porosity of the three-
5 to 95% by volume.
A three dimensional structure house.
제1항에 있어서,
상기 삼차원 구조 집전체의 두께는,
1 내지 1000 ㎛인 것인,
삼차원 구조 집전체.
The method according to claim 1,
The thickness of the three-
1 to 1000 [mu] m.
A three dimensional structure house.
제1항에 있어서,
상기 다공성 부직포는,
폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에터이미드, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴릭엑시드, 폴리비닐피롤리돈, 아가로즈, 알지네이트, 폴리비닐리덴 헥사플로로프로필렌, 폴리우레탄, 나일론 6, 폴리피롤, 폴리 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리아닐린, 이들의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나인 것인,
삼차원 구조 집전체.
The method according to claim 1,
The porous non-
Polyvinyl pyrrolidone, polyethylene terephthalate, polyimide, polyamide, polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyethylene, polypropylene, polyetherimide, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyacrylic acid, polyvinylpyrrolidone At least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride, polyvinylidene hexafluoropropylene, polyurethane, nylon 6, polypyrrole, poly 3,4-ethylenedioxythiophene, polyaniline, derivatives thereof, Lt; / RTI &gt;
A three dimensional structure house.
제1항에 있어서,
상기 전도성 물질은,
카본 나노 튜브(carbon nanotube), 은 나노와이어, 니켈 나노와이어, 금 나노와이어, 그래핀, 그래핀 옥사이드, 환원된 그래핀 옥사이드, 폴리피롤, 폴리 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리아닐린, 이들의 유도체 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나인 것인,
삼차원 구조 집전체.
The method according to claim 1,
The conductive material may be,
Carbon nanotubes, silver nanowires, nickel nanowires, gold nanowires, graphene, graphene oxide, reduced graphene oxide, polypyrrole, poly 3,4-ethylenedioxythiophene, polyaniline, derivatives thereof And mixtures thereof. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt;
A three dimensional structure house.
고분자를 용매에 용해시켜, 고분자 용액을 제조하는 단계;
전도성 물질을 분산매에 분산시켜, 콜로이드 용액을 제조하는 단계;
상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계; 및
상기 삼차원 구조 섬유를 압착하여, 삼차원 구조 집전체를 수득하는 단계;를 포함하고,
상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계;는,
복수의 고분자 섬유를 포함하는 다공성 부직포를 형성시키고, 상기 다공성 부직포에 포함된 복수의 고분자 섬유 사이에 상기 전도성 물질을 충진시키는 것인,
삼차원 구조 집전체의 제조방법.
Dissolving the polymer in a solvent to prepare a polymer solution;
Dispersing a conductive material in a dispersion medium to produce a colloidal solution;
Simultaneously spinning the polymer solution and the colloidal solution to prepare a three-dimensional structural fiber; And
And compressing the three-dimensional structural fibers to obtain a three-dimensional structure current collector,
Simultaneously spinning the polymer solution and the colloidal solution to prepare a three-dimensional structural fiber,
Forming a porous nonwoven fabric including a plurality of polymer fibers and filling the plurality of polymer fibers contained in the porous nonwoven fabric with the conductive material,
A method for manufacturing a three-dimensional structure current collector.
제10항에 있어서,
상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계;에서,
상기 충진된 형태는, 상기 전도성 물질이 상기 복수의 고분자 섬유의 표면을 뒤덮은 형태인 것인,
삼차원 구조 집전체의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Simultaneously spinning the polymer solution and the colloidal solution to prepare a three-dimensional structural fiber,
Wherein the filled shape is a shape in which the conductive material covers the surface of the plurality of polymer fibers.
A method for manufacturing a three-dimensional structure current collector.
제10항에 있어서,
상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계;는,
이중 전기 방사, 이중 전기 분무(electrospray), 이중 스프레이(spray), 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 어느 하나의 방법인 것인,
삼차원 구조 집전체의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Simultaneously spinning the polymer solution and the colloidal solution to prepare a three-dimensional structural fiber,
Wherein the method is any one selected from the group consisting of electrospray, electrospray, double spray, and combinations thereof.
A method for manufacturing a three-dimensional structure current collector.
제10항에 있어서,
상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계;에서,
상기 고분자 용액의 방사 속도는 2 내지 10 ㎕/min이고,
상기 콜로이드 용액의 방사 속도는 30 내지 80 ㎕/min 인 것인,
삼차원 구조 집전체의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Simultaneously spinning the polymer solution and the colloidal solution to prepare a three-dimensional structural fiber,
The spinning speed of the polymer solution is 2 to 10 ㎕ / min,
Wherein the colloidal solution has a spinning rate of 30 to 80 占 퐇 / min.
A method for manufacturing a three-dimensional structure current collector.
제10항에 있어서,
고분자를 용매에 용해시켜, 고분자 용액을 제조하는 단계;에서,
상기 고분자 용액 내 고분자의 함량은,
상기 고분자 용액의 총 중량에 대한 중량%로, 5 내지 30 %인 것인,
삼차원 구조 집전체의 제조방법.
11. The method of claim 10,
In the step of dissolving the polymer in a solvent to prepare a polymer solution,
The content of the polymer in the polymer solution,
By weight, based on the total weight of the polymer solution, of 5 to 30%
A method for manufacturing a three-dimensional structure current collector.
제10항에 있어서,
고분자를 용매에 용해시켜, 고분자 용액을 제조하는 단계;에서,
상기 고분자 용액 내 고분자는,
카본 나노 튜브(carbon nanotube), 그래핀, 그래핀 옥사이드, 환원된 그래핀 옥사이드, 폴리피롤, 폴리 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리아닐린, 이들의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나인 것인,
삼차원 구조 집전체의 제조방법.
11. The method of claim 10,
In the step of dissolving the polymer in a solvent to prepare a polymer solution,
In the polymer solution,
At least one selected from the group consisting of carbon nanotubes, graphene, graphene oxide, reduced graphene oxide, polypyrrole, poly 3,4-ethylenedioxythiophene, polyaniline, derivatives thereof, One,
A method for manufacturing a three-dimensional structure current collector.
제10항에 있어서,
고분자를 용매에 용해시켜, 고분자 용액을 제조하는 단계;에서,
상기 용매는,
디메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide), 디메틸아세트아마이드(N,N-dimethylacetamide), 메틸 피롤리돈(N,N-Methylpyrrolidone), 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나인 것인,
삼차원 구조 집전체의 제조방법.
11. The method of claim 10,
In the step of dissolving the polymer in a solvent to prepare a polymer solution,
The solvent may be,
At least one selected from the group consisting of N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-methylpyrrolidone,
A method for manufacturing a three-dimensional structure current collector.
제10항에 있어서,
전도성 물질을 분산매에 분산시켜, 콜로이드 용액을 제조하는 단계;에서,
상기 콜로이드 용액 내 전도성 물질의 함량은,
상기 콜로이드 용액의 총 중량에 대한 중량%로, 0.1 내지 50 %인 것인,
삼차원 구조 집전체의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Dispersing a conductive material in a dispersion medium to produce a colloidal solution,
The content of the conductive material in the colloidal solution may be,
By weight based on the total weight of the colloidal solution, 0.1 to 50%
A method for manufacturing a three-dimensional structure current collector.
제10항에 있어서,
전도성 물질을 분산매에 분산시켜, 콜로이드 용액을 제조하는 단계;에서,
상기 전도성 물질은,
카본 나노 튜브(carbon nanotube), 은 나노와이어, 니켈 나노와이어, 금 나노와이어, 그래핀, 그래핀 옥사이드, 환원된 그래핀 옥사이드, 폴리피롤, 폴리 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리아닐린, 이들의 유도체 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나인 것인,
삼차원 구조 집전체의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Dispersing a conductive material in a dispersion medium to produce a colloidal solution,
The conductive material may be,
Carbon nanotubes, silver nanowires, nickel nanowires, gold nanowires, graphene, graphene oxide, reduced graphene oxide, polypyrrole, poly 3,4-ethylenedioxythiophene, polyaniline, derivatives thereof And mixtures thereof. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt;
A method for manufacturing a three-dimensional structure current collector.
제10항에 있어서,
전도성 물질을 분산매에 분산시켜, 콜로이드 용액을 제조하는 단계;에서,
상기 분산매는,
증류수(deionized water), 이소프로필알콜(iso-propylalcohol), 부탄올(buthalol), 에탄올(ethanol), 헥산올(hexanol), 아세톤(Acatone), 디메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide), 디메틸아세트아마이드(N,N-dimethylacetamide), 메틸 피롤리돈(N,N-Methylpyrrolidone) 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 어느 하나인 것인,
삼차원 구조 집전체의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Dispersing a conductive material in a dispersion medium to produce a colloidal solution,
The dispersion medium,
But are not limited to, deionized water, iso-propylalcohol, buthalol, ethanol, hexanol, acetone, N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide Is selected from the group consisting of N, N-dimethylacetamide, N, N-methylpyrrolidone, and combinations thereof.
A method for manufacturing a three-dimensional structure current collector.
제10항에 있어서,
전도성 물질을 분산매에 분산시켜, 콜로이드 용액을 제조하는 단계;에서,
상기 콜로이드 용액은 분산제를 더 포함하는 것이고,
상기 콜로이드 용액 내 분산제의 함량은, 상기 콜로이드 용액의 총 중량에 대한 중량%로, 0.001 내지 10 %인 것인,
삼차원 구조 집전체의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Dispersing a conductive material in a dispersion medium to produce a colloidal solution,
Wherein the colloidal solution further comprises a dispersing agent,
Wherein the content of the dispersing agent in the colloidal solution is 0.001 to 10% by weight based on the total weight of the colloidal solution.
A method for manufacturing a three-dimensional structure current collector.
제20항에 있어서,
상기 분산제는,
폴리비닐피롤리돈, 폴리3,4-에틸렌디옥시티오펜, 및 이들의 혼합물울 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나인 것인,
삼차원 구조 집전체의 제조방법.
21. The method of claim 20,
Preferably,
Is at least one selected from the group consisting of polyvinyl pyrrolidone, poly 3,4-ethylenedioxythiophene, and mixtures thereof.
A method for manufacturing a three-dimensional structure current collector.
제10항에 있어서,
상기 삼차원 구조 섬유를 압착하여, 삼차원 구조 집전체를 수득하는 단계; 이후에,
상기 삼차원 구조 집전체를 소성하는 단계;를 더 포함하고,
상기 소성 전 삼차원 구조 집전체 내 포함된 복수의 고분자 섬유는, 상기 소성에 의해 복수의 카본 나노 섬유로 변환되는 것인,
삼차원 구조 집전체의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Compressing the three-dimensional structural fibers to obtain a three-dimensional structure current collector; Since the,
And firing the three-dimensional structure current collector,
Wherein the plurality of polymer fibers contained in the pre-firing three-dimensional structure current collector are converted into a plurality of carbon nanofibers by the firing.
A method for manufacturing a three-dimensional structure current collector.
삼차원 구조 집전체; 및
상기 삼차원 구조 집전체의 표면에 코팅된 활물질 층;을 포함하며,
상기 삼차원 구조 집전체는,
복수의 고분자 섬유를 포함하는, 다공성 부직포; 및
전도성 물질;을 포함하며,
상기 전도성 물질은, 상기 다공성 부직포에 포함된 복수의 고분자 섬유 사이에 충진된 것인,
전극.
A three dimensional structure collector; And
And an active material layer coated on a surface of the three-dimensional structure current collector,
Wherein the three-
A porous nonwoven fabric comprising a plurality of polymer fibers; And
Conductive material;
Wherein the conductive material is filled between a plurality of polymer fibers contained in the porous nonwoven fabric.
electrode.
제23항에 있어서,
상기 활물질 층에 포함된 활물질은,
리튬메탈계 산화물, 카본계 물질, 산화물, 실리콘(Si), 주석(Sn), 게르마늄(Ge), 황(S), 이들의 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나인 것인,
전극.
24. The method of claim 23,
The active material contained in the active material layer may be,
At least one selected from the group consisting of lithium metal-based oxide, carbon-based material, oxide, silicon (Si), tin (Sn), germanium (Ge), sulfur (S), derivatives thereof, ,
electrode.
제23항에 있어서,
상기 삼차원 구조 집전체가 포함된 전극의 면적 당 중량은,
0.001 mg/cm2 내지 1 g/cm2 인 것인,
전극.
24. The method of claim 23,
The weight per area of the electrode including the three-
0.001 mg / cm 2 to 1 g / cm 2 .
electrode.
제23항에 있어서,
상기 삼차원 구조 전극은,
복수개의 전극이 다층 구조를 형성한 것인,
전극.
24. The method of claim 23,
Wherein the three-dimensional structure electrode comprises:
Wherein a plurality of electrodes form a multilayer structure,
electrode.
제26항에 있어서,
상기 삼차원 구조 집전체가 포함된 전극의 면적 당 중량은,
0.002 mg/cm2 내지 10 g/cm2 인 것인,
전극.
27. The method of claim 26,
The weight per area of the electrode including the three-
0.002 mg / cm 2 to 10 g / cm 2 .
electrode.
고분자를 용매에 용해시켜, 고분자 용액을 제조하는 단계;
전도성 물질을 분산매에 분산시켜, 콜로이드 용액을 제조하는 단계;
상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계;
상기 삼차원 구조 섬유를 압착하여, 삼차원 구조 집전체를 수득하는 단계;
상기 삼차원 구조 집전체의 표면에 활물질 슬러리를 코팅하여, 전극을 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 고분자 용액 및 상기 콜로이드 용액을 동시에 방사하여, 삼차원 구조 섬유를 제조하는 단계;는,
복수의 고분자 섬유를 포함하는 다공성 부직포를 형성시키고, 상기 다공성 부직포에 포함된 복수의 고분자 섬유 사이에 상기 전도성 물질을 충진시키는 것인,
전극의 제조방법.
Dissolving the polymer in a solvent to prepare a polymer solution;
Dispersing a conductive material in a dispersion medium to produce a colloidal solution;
Simultaneously spinning the polymer solution and the colloidal solution to prepare a three-dimensional structural fiber;
Compressing the three-dimensional structural fibers to obtain a three-dimensional structure current collector;
And coating an active material slurry on the surface of the three-dimensional structure current collector to manufacture an electrode,
Simultaneously spinning the polymer solution and the colloidal solution to prepare a three-dimensional structural fiber,
Forming a porous nonwoven fabric including a plurality of polymer fibers and filling the plurality of polymer fibers contained in the porous nonwoven fabric with the conductive material,
Gt;
제28항에 있어서,
상기 삼차원 구조 집전체의 표면에 활물질 슬러리를 코팅하여, 전극을 제조하는 단계; 이후에,
상기 전극을 롤 프레스를 이용하여 압축하는 단계; 및
상기 압축된 전극을 건조하는 단계;를 더 포함하는 것인,
전극의 제조방법.
29. The method of claim 28,
Coating an active material slurry on the surface of the three-dimensional structure current collector to produce an electrode; Since the,
Compressing the electrode using a roll press; And
And drying the compressed electrode. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt;
Gt;
양극;
음극;
상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 분리막;
상기 양극, 음극 및 분리막에 함침된 전해질;을 포함하고,
상기 양극 또는 상기 음극 중 적어도 하나는,
제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 삼차원 구조 집전체 및 상기 삼차원 구조 집전체의 표면에 코팅된 활물질 층을 포함하는,
전기 화학 소자.
anode;
cathode;
A separator disposed between the anode and the cathode;
And an electrolyte impregnated into the anode, the cathode, and the separator,
Wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode comprises:
22. A three-dimensional structure comprising: a three-dimensional structure current collector according to any one of claims 1 to 22; and an active material layer coated on the surface of the three-
Electrochemical device.
제30항에 있어서,
상기 전기 화학 소자는,
리튬이차전지, 수퍼커패시터(Super Capacitor), 리튬-황 전지, 나트륨 이온 전지, 리튬-공기전지, 징크-공기전지, 알루미늄-공기전지, 및 마그네슘 이온 전지를 포함하는 군에서 선택된 어느 하나인 것인,
전기 화학 소자.
31. The method of claim 30,
Wherein the electrochemical device comprises:
The battery is any one selected from the group consisting of a lithium secondary battery, a super capacitor, a lithium-sulfur battery, a sodium ion battery, a lithium-air battery, a zinc- ,
Electrochemical device.
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