WO2016182100A1 - 3차원 그물구조 형태의 전기화학소자용 전극, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전기화학소자 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an electrode for an electrochemical device in the form of a three-dimensional network structure, a method for manufacturing the electrode, and an electrochemical device including the electrode.
  • a lithium ion secondary battery is manufactured by sequentially stacking a cathode / separator / cathode in a shaped case and injecting an electrolyte solution.
  • the battery of such a structure lacks physical flexibility, there are many limitations in meeting the design diversity required in the flexible electrochemical device.
  • an electrode such as a positive electrode or a negative electrode is prepared by applying an electrode mixture prepared by dispersing an active material in a conductive material, a binder, and a solvent in the form of particles to a current collector.
  • the binder acts as a cause of reducing the electron conductivity of the electrode, reducing the energy density, expensive processes and productivity. Therefore, research to reduce the amount of binder used in the next-generation secondary battery is essential.
  • the conventional electrode manufacturing method is made by applying an electrode mixture on a metal current collector.
  • the electrode manufactured in this manner has a problem that the electrode layer is detached from the metal current collector when warpage occurs.
  • the present invention has been devised to solve the conventional problems, and an object of the present invention is to provide an electrode for an electrochemical device having a three-dimensional mesh structure, which is flexible and capable of high capacity, a method of manufacturing the same, and an electrochemical device including the electrode. .
  • an electrode for an electrochemical device a network structure including a cellulose fiber and a conductive material having a ratio (L / D) of length to thickness of 50 or more; And an active material dispersed in the network structure.
  • the present invention comprises the steps of preparing a mixed solution comprising cellulose nanofibers, nanofiber conductive material and the active material; And it provides a method for producing an electrode for an electrochemical device comprising the step of filtering the mixed solution.
  • the present invention provides an electrochemical device including the electrode described above.
  • FIG. 1 schematically shows an electrode of a three-dimensional network structure according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a micrograph of the electrode mixture before the filtration process in Preparation Example 1.
  • Figure 4 is a photograph of a taping test (Taping Test) process for the electrode of Preparation Example 1.
  • 6 is an electron micrograph of the electrode knotted in the shape of a ribbon to evaluate the twisting characteristics.
  • FIG. 9 is a result of observing an electrode cross section of the battery according to Example 1.
  • FIG. 10 is a result of observing an electrode cross section of the battery according to Comparative Example 2.
  • FIG. 10 is a result of observing an electrode cross section of the battery according to Comparative Example 2.
  • 11 is a graph comparing and calculating the capacity per unit area of the electrode.
  • FIG. 13 is a graph illustrating a comparison of discharge characteristics for each battery.
  • 15 is a result of photographing the process of manufacturing the battery folded in the form of paper crane.
  • 16 is a result of photographing an experiment confirming the operation by connecting the battery folded in the form of paper with the LED lamp.
  • 17 shows the results of charging and discharging experiments on a battery folded in a silver origami form.
  • part by weight means a weight ratio between components.
  • the term “net structure” refers to a three-dimensional structure in which components are entangled with each other to form a network.
  • the "three-dimensional net structure” is a general term that the net structure formed by the network between the components formed a three-dimensional structure having a certain thickness, for example, when a two-dimensional network structure is stacked in multiple layers, It is meant to include both the case where the structure itself forms a three-dimensional structure having a thickness, or when a plurality of three-dimensional network structures are stacked.
  • thickness means a distance in the uniaxial direction of the material or particles
  • length means a distance in the long axis direction
  • the electrode for an electrochemical device according to the present invention is the electrode for an electrochemical device according to the present invention.
  • a net structure including a cellulose fiber and a conductive material having an average ratio of the length to the thickness (L / D) of 50 or more;
  • It includes an active material dispersed in the net structure.
  • the electrode according to the present invention forms a mesh structure while the cellulose fibers and the conductive material are entangled with each other, the active material may be in the form of dispersed in the mesh structure. More specifically, the active material can be dispersed in a net structure formed of cellulose fibers and a conductive material to form a three-dimensional structure. In addition, the electrode may form a porous structure in which cellulose fibers, a conductive material, and an active material are dispersed to each other.
  • the conductive material may have a ratio of length to thickness (L / D) of 50 or more, 100 or more, or 50 to 10,000.
  • the conductive material according to the present invention has a shape in which the length of the long axis is shorter than that of the short axis, and the specific shape is not limited as long as it can be mixed with cellulose fibers to form a network.
  • the conductive material may be in the shape of a plate, rod or fiber.
  • the conductive material may be in the form of fibers, for example, in the form of nanofibers.
  • the conductive material in the form of nanofibers may have, for example, a diameter range of 0.1 to 500 ⁇ m, 1 to 100 ⁇ m, or 50 ⁇ m or less, but is not limited thereto.
  • the electrode may be a multilayer structure in which a structure in which an active material is dispersed in a net structure formed by cellulose fibers and a conductive material is stacked 2 to 10 times, 2 to 5 times, or twice.
  • This is a structure in which a plurality of layers in which an active material is dispersed are laminated in a network structure formed by mixing a cellulose fiber and a conductive material.
  • cellulose fiber is a general term for cellulose in the form of fibers.
  • the cellulose fibers may have an average diameter in the range of 10 to 1,000 nm or 50 to 500 nm. And, the average length of the cellulose fibers may range from 10 to 100,000 nm. By controlling the diameter of cellulose fiber to the said range, fibrous formation is easy and the surface of the manufactured net structure becomes uniform, and interface property can be improved.
  • Rectification of the cellulose fibers is not particularly limited, but is selected from, for example, cellulose nanofibers isolated from nano-sized wood materials, seaweed nanofibers, bacterial cellulose obtained by culturing bacteria, derivatives thereof, and mixtures thereof. It may be one or more.
  • the conductive material may be, for example, a conductive material having an average diameter in the range of 0.001 to 100 mm. By controlling the diameter of the said conductive material to the said range, fibrous formation is easy and the surface of the manufactured net structure becomes uniform, and interface property can be improved.
  • the conductive material may include at least one carbon-based material of carbon fiber, graphene, carbon nanotubes, and carbon ribbons; At least one metal of copper, nickel and aluminum; And at least one selected from the group consisting of at least one conductive polymer among polyphenylene and polyphenylene derivatives.
  • the carbonaceous material, the metal to the conductive polymer, and the like may be in the form of a fiber.
  • the conductive material may be carbon nanofibers.
  • the active material is applicable to various components that can be used in the electrode for the electrochemical device without limitation.
  • the active material may have an average particle size of 0.001 to 30 mm, 0.01 to 10 mm range.
  • the active material may be lithium nickel oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel manganese oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide, lithium iron phosphate oxide, lithium metal, or an alloy of lithium metal. And it may include one or more selected from the group consisting of transition metal oxides.
  • the active material may be a material capable of reversibly intercalating / deintercalating lithium ions and / or a material capable of doping and undoping lithium.
  • the electrode according to the present invention can be produced through a filtration process for the mixture for preparing the electrode.
  • the electrode manufacturing method according to the present invention
  • the ratio of the cellulose fiber, the conductive material and the active material contained in the mixed solution is 1: 2 to 5: 10 to 25 weight ratio, 1: 2.5 to 4: 12 to 20 weight ratio, 1: 2.5 to 3.5: 15 to 20 weight ratio, or 1: 3: 16 weight ratio.
  • the mixed solution may be subjected to one or more treatments of sonication and ball milling.
  • the ultrasonic application may be performed for 30 minutes to 2 hours.
  • the step of filtering the mixed solution is not particularly limited, but may be performed, for example, under reduced pressure filtration.
  • a sheet in which an active material is dispersed in a network structure formed of cellulose fibers and a conductive material is produced.
  • the manufactured sheet may be subjected to drying if necessary.
  • the drying process can be carried out, for example, through freeze drying.
  • the above-described process may be repeated several times, and each of the prepared layers may be stacked to form a structure in which a plurality of three-dimensional network structures are stacked.
  • the steps of stacking the manufactured electrodes 2 to 5 times may be further roughened.
  • the electrode manufacturing method according to the present invention will be described in detail.
  • a solution in which cellulose fibers are dispersed is prepared.
  • a basic substance such as sodium hydroxide (NaOH) and / or additives such as urea may be added.
  • a solution obtained by mixing and dispersing a fibrous conductive material and a solvent is prepared.
  • a dispersant such as a surfactant or a polymer-based dispersant may be added.
  • the type of the dispersant is not particularly limited, and sodium dodecylsulfonate (SDS), sodium dodecylbenzenesulfonate (SDBS) and cetyl trimethyl ammonium bromide (CTAB) At least one surfactant; And / or at least one polymer dispersant among polybenzimidazole (PBI) and polyvinylpyrrolidone (PVP).
  • sodium dodecyl sulfonate or sodium dodecyl sulfonate and urea may be mixed and used.
  • a mixing ratio (v / v) of 1: 9 to 9: 1, 2: 8 to 8: 2, or 4: 6 to 6: 4 ) can be mixed.
  • a mixed solution in which a solution in which cellulose fibers are dispersed, a solution in which a conductive material is dispersed, and an active material are mixed.
  • a dispersant may be further added to increase the dispersibility of the mixed solution.
  • the prepared mixed solution is filtered to prepare a sheet.
  • the prepared sheet is dried to produce an electrode having a three-dimensional network structure.
  • the electrode according to the present invention forms a three-dimensional network structure in a state where cellulose fibers 10 and carbon nanofibers 20, which are fibrous conductive materials, are entangled with each other, and an active material 30 therebetween. This is an evenly distributed structure.
  • the cellulose fibers 10 and the carbon nanofibers 20 are physically combined to form a network, and through this, an interface in the electrode is very stably formed. Due to these structural properties, the three-dimensional mesh electrode can be manufactured without a separate binder and a metal current collector. In addition, since a separate binder and a metal current collector are not required when manufacturing an electrode, the ion conductivity and the electron conductivity are excellent, and when applied to an electrochemical device, high capacity and high output characteristics can be realized.
  • Cellulose powder (average particle size ⁇ 45 ⁇ m, KC flock, Nippon Paper Chemials) was added to 2% by weight aqueous sodium hydroxide (NaOH) solution, stirred for 1 hour, homogenizer (M-1100EH-30, Microfluidics, USA) was passed 12 times to prepare a dispersion solution in which cellulose fibers were dispersed.
  • NaOH sodium hydroxide
  • LiFePO 4 having an average particle size of 500 nm was used as the cathode active material
  • Li 4 Ti 5 O 12 having an average particle size of 300 nm was used as the anode active material
  • carbon nanotubes were used as the conductive material in the form of nanofibers.
  • Sodium dodecyl sulfate (SDS) was used as a dispersant for uniform dispersion of carbon nanotubes.
  • the prepared electrode mixture dispersion solution was poured onto a filter paper placed on a porcelain Buchner funnel, and then filtered under reduced pressure with a vacuum pump to prepare a sheet. After filtration and alternating with ethanol and acetone under reduced pressure, the sheet was freeze-dried at -95 ° C and 5x10 -3 torr and then dried at 100 ° C for 12 hours to remove moisture. Through this, the positive electrode and the negative electrode of the three-dimensional network structure were prepared, respectively.
  • An electrode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that contents of the electrode active material, the conductive material, and the cellulose fiber were changed as shown in Table 1 below.
  • the unit of the numerical value shown in Table 1 below is a weight part.
  • An electrode was prepared in the same manner as in Preparation Example 1 except that sodium dodecyl benzenesulfonate (SDBS) was used instead of SDS (sodium dodecyl sulfate) as a dispersant for uniform dispersion of carbon nanotubes.
  • SDBS sodium dodecyl benzenesulfonate
  • SDS sodium dodecyl sulfate
  • An electrode was manufactured in the same manner as in Preparation Example 1, except that Urea was used in a ratio (volume ratio) of 1: 1 with SDS (sodium dodecyl sulfate) as a dispersant for uniform dispersion of carbon nanotubes. It was.
  • An electrode was manufactured in the same manner as in Preparation Example 1, except that no cellulose fiber was added.
  • the active material of the electrode the same material as in Example 1 was used, carbon black was used as the conductive material, polyvinylidene fluoride (PVDF) was used as the binder, and N-methyl-2 pyrrolidone (solvent) was used. NMP) to prepare electrode slurry.
  • the electrode slurry was applied to an aluminum metal current collector having a thickness of 21 ⁇ m and dried, and then roll-rolled to prepare an electrode.
  • the prepared electrode is an electrode mixture solution in which an active material, cellulose fibers, and carbon nanotubes are dispersed. Although not disclosed separately, in terms of dispersibility, it was confirmed that the dispersibility of the electrode mixture according to Preparation Example 9 was the most excellent.
  • the cellulose fiber 10 and the carbon nanotubes 20 are entangled with each other to form a three-dimensional network structure, and the active material 30 is dispersed between the formed network structures. .
  • the electrode according to the present application has a three-dimensional network structure is formed.
  • the electrode surface of the portion where the tape is removed is smooth and there are no detached portions. That is, it was confirmed that the electrode according to Preparation Example 1 has a very stable interface, and thus shows a stable state even during a taping test. Through this, it was confirmed that the electrode of the three-dimensional network structure based on cellulose fibers and carbon nanofibers according to the present invention can secure excellent mechanical properties without a separate binder or a current collector.
  • the twisting properties were observed by scanning electron microscopy (SEM) in ribbon-shaped knots. The observation results are shown in FIG. 6.
  • the manufactured electrode is excellent in flexibility, so that it does not break or crack in a state wound on a rod having a diameter of 2 mm.
  • the prepared electrodes showed mechanical properties at levels that can be folded at intervals of 5 mm.
  • the electrode according to the present invention can secure excellent mechanical properties even when manufactured without a separate binder or a current collector.
  • the anode / cellulose-based separator / cathode was sequentially stacked, and a liquid electrolyte (1M LiPF 6 in EC / DEC (1/1 v / v)) was injected to prepare batteries. .
  • the anode / cellulose-based separator / cathode was sequentially stacked, and a liquid electrolyte (1M LiPF 6 in EC / DEC (1/1 v / v)) was injected to prepare batteries. It was.
  • a battery was prepared using the electrode prepared in Comparative Preparation Example 2, a polyethylene separator that is a polyolefin-based separator, and a liquid electrolyte (1M LiPF 6 in EC / DEC (1/1 v / v)).
  • the battery of Example 1 has a significantly higher capacity per unit area than the battery of Comparative Example 2.
  • Example 2 the cross-sectional structure of the electrode produced in Example 2 compared with Example 1 was observed.
  • the results of observing the cross sections of the electrodes prepared in Example 1 and Comparative Example 2 are shown in FIGS. 9 and 10, respectively.
  • the battery of Example 1 has a faithfully formed electrode having a three-dimensional mesh structure having a thickness of 63 ⁇ m.
  • the battery of Comparative Example 2 has a structure in which a positive electrode material having a thickness of 36 ⁇ m and a metal current collector having a thickness of 21 ⁇ m are stacked.
  • the positive electrode and the negative electrode of Example 1 implement a remarkably excellent capacity per unit area because a separate metal current collector is not required.
  • the cycle characteristics were charged / discharged at a constant current rate of 1.0 C to advance the discharge capacity of the battery 500 cycles, and the results are shown in FIG. 12.
  • the rate-specific discharge characteristics were evaluated under the constant charging current of 0.2 C at a current rate of 0.2 to 30 C to evaluate the discharge capacity of the battery, and the results are shown in FIG. 13.
  • the battery according to Example 1 has excellent interfacial stability in the electrode, and because no separate binder is used, the cycle characteristics and the discharge characteristics according to the rate are improved in Comparative Example 2 due to the improvement in ion conductivity / electron conductivity. It can be seen that it is significantly superior to.
  • the electrode was observed using an electron microscope at the time when 500 cycles of charge / discharge were performed. The observation result is shown in FIG.
  • the electrode of the battery according to Example 1 maintains the three-dimensional network structure even after repeated 500 cycles of charge / discharge.
  • the folding characteristics of the battery of Example 1 were evaluated. Specifically, the battery was connected to the LED lamp in the folded state in the form of paper crane by the origami method was confirmed whether the operation. In addition, the capacity change was confirmed while conducting charge / discharge experiments at a constant current rate of 0.2 C for the manufactured battery.
  • FIG. 15 is a photograph of a process of manufacturing a battery folded in the form of paper
  • FIG. 16 is a photograph of an experiment confirming whether the battery is operated by connecting to an LED lamp.
  • FIG. 17 shows the results of three charge / discharge experiments performed at a constant current rate of 0.2 C on the manufactured battery.
  • the battery according to the present invention is flexible, and exhibits the characteristics of folding the battery with paper crane.
  • the electrode of the present invention exhibited excellent folding characteristics by operating an LED lamp with a paper-like battery.
  • the electrode according to the present invention can provide a flexible electrochemical device having a high capacitance while having a simple manufacturing process and a stable interface in the electrode.

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Abstract

셀룰로오스 섬유와 두께 대비 길이의 비율(L/D)이 50 이상인 도전재를 포함하는 네트워크 구조; 및 상기 네트워크 구조 내에 분산된 활물질을 포함하는 전기화학소자용 전극, 그 제조방법 및 상기 전극을 포함하는 전기화학소자를 제공한다.

Description

3차원 그물구조 형태의 전기화학소자용 전극, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전기화학소자
본 발명은 3차원 그물구조 형태의 전기화학소자용 전극, 상기 전극의 제조방법, 및 상기 전극을 포함하는 전기화학소자에 관한 것이다.
최근 롤-업 디스플레이, 웨어러블 전자소자 등 다양한 디자인이 가능한 플렉서블 리튬이온이차전지(flexible lithium-ion batteries)와 같은 플렉서블 전기화학소자에 대한 중요성이 높아지고 있다. 이러한 플렉서블 전기화학소자를 구현하기 위해서는, 상기 전기화학소자를 구성하는 유연한 재료에 대한 개발이 요구된다.
예를 들어, 리튬이온 이차전지는 정형화된 케이스 내에 양극/분리막/음극을 순차적으로 적층한 후, 전해액을 주입하여 제조한다. 하지만 이와 같은 구조의 전지는 물리적 유연성이 부족하기 때문에 플렉서블 전기화학소자에서 요구되는 디자인 다양성을 충족시키기에 많은 한계점을 갖고 있다.
특히 리튬이온 이차전지 구성요소 중에서, 양극 혹은 음극과 같은 전극은, 활물질을 입자 형태의 도전재, 바인더 및 용매에 활물질을 분산시켜 제조한 전극 혼합물을 집전체에 도포하여 제조한다. 이때, 전극을 구성하는 성분들 간의 접착력을 증대시키기 위한 필수적인 요소이다. 그러나, 상기 바인더는 전극의 전자전도도 감소, 에너지 밀도 감소, 고비용 공정 및 생산성 저하를 유발하는 원인으로 작용한다. 따라서, 차세대 이차전지는 바인더 사용량을 감소시키기 위한 연구가 필수적이다.
또한, 종래의 전극 제조방법은, 금속 집전체 위에 전극 혼합물을 도포하는 방식으로 이루어진다. 그러나, 이러한 방식으로 제조된 전극은, 휨 발생시 전극층이 금속 집전체에서 탈리되는 문제가 있다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 플렉서블 및 고용량 구현이 가능한 3차원 그물구조의 전기화학소자용 전극, 그 제조방법 및 상기 전극을 포함하는 전기화학소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전기화학소자용 전극은, 셀룰로오스 섬유와 두께 대비 길이의 비율(L/D)이 50 이상인 도전재를 포함하는 네트워크 구조; 및 상기 네트워크 구조 내에 분산된 활물질을 포함한다.
또 다른 하나의 실시예에서, 본 발명은 셀룰로오스 나노섬유, 나노섬유 도전재 및 활물질을 포함하는 혼합 용액을 제조하는 단계; 및 상기 혼합 용액을 여과하는 단계를 포함하는 전기화학소자용 전극의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 또 다른 하나의 실시예에서, 앞서 설명한 전극을 포함하는 전기화학소자를 제공한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 3차원 그물구조의 전극을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 제조예 1에서 여과과정을 거치기 전의 전극 혼합물을 관찰한 현미경 사진이다.
도 3은 제조예 1의 전극을 전자현미경으로 관찰한 결과이다.
도 4는 제조예 1의 전극에 대한 테이핑 테스트(Taping Test) 과정을 촬영한 사진이다.
도 5는 2 mm 아크릴 막대를 이용한 전극의 구부림 특성 평가 결과이다.
도 6은 전극을 리본 모양의 매듭을 지어 꼬임 특성을 평가한 전자현미경 사진이다.
도 7은 전극을 5mm 간격으로 접어서 접힘 특성을 평가한 결과이다.
도 8은 전극 면적당 용량을 비교 평가한 결과이다.
도 9는 실시예 1에 따른 전지의 전극 단면을 관찰한 결과이다.
도 10은 비교예 2에 따른 전지의 전극 단면을 관찰한 결과이다.
도 11은 전극의 단위 면적당 용량을 비교 산출한 그래프이다.
도 12는 전지에 대한 사이클 특성을 비교 관측한 그래프이다.
도 13은 전지에 대한 율별 방전 특성을 비교 관측한 그래프이다.
도 14는 충방전을 반복한 시점에서 전극을 전자현미경으로 관찰한 결과이다.
도 15는 종이학 형태로 접은 전지를 제조하는 과정을 촬영한 결과이다.
도 16은 종이학 형태로 접은 전지를 LED 램프와 접속하여 작동 여부를 확인한 실험을 촬영한 결과이다.
도 17은 은 종이학 형태로 접은 전지에 대해 충방전 실험을 진행한 결과이다.
이하, 본 발명의 3차원 그물구조의 전극에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않는다.
본 발명에서 ‘중량부’는 성분간 중량 비율을 의미한다.
본 발명에서 ‘그물구조’는 구성성분들이 서로 엉킨 상태로 네트워크를 형성한 3차원 구조를 총칭한다. 또한, ‘3차원 그물구조’는 구성성분들 간의 네트워크에 의해 형성된 그물구조가 일정 두께를 가지는 입체 구조를 형성한 것을 총칭하며, 예를 들어, 2차원의 망상 구조가 복수층 적층된 경우, 그물구조 자체가 두께를 가지는 입체 구조를 형성한 경우, 또는 3차원 그물구조가 복수층 적층된 경우를 모두 포함하는 의미이다.
본 발명에서 ‘두께’는 물질 혹은 입자의 단축 방향의 거리를 의미하고, ‘길이’는 장축 방향의 거리를 의미한다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전기화학소자용 전극은,
셀룰로오스 섬유와 두께 대비 길이의 비율(L/D)이 평균 50 이상인 도전재를 포함하는 그물구조; 및
상기 그물구조 내에 분산된 활물질을 포함한다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극은 셀룰로오스 섬유와 도전재가 서로 엉키면서 그물구조를 형성하고, 활물질이 상기 그물구조 내에 분산된 형태일 수 있다. 보다 구체적으로는, 셀룰로오스 섬유와 도전재에 의해 형성된 그물구조 내에 활물질이 분산되어 3차원 구조를 형성할 수 있다. 또한, 상기 전극은 셀룰로오스 섬유, 도전재 및 활물질이 상호 분산되어 응집된 다공성 구조를 형성할 수 있다.
상기 도전재는 두께 대비 길이의 비율(L/D)이 50 이상, 100 이상 혹은 50 내지 10,000 범위일 수 있다. 본 발명에 따른 도전재는 단축 대비 장축의 길이가 긴 형태이며, 셀룰로오스 섬유와 혼합되어 네트워크를 형성할 수 있다면, 그 구체적인 형상은 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 도전재는 판상형, 막대형 또는 섬유형의 형상일 수 있다. 구체적으로는 상기 도전재는 섬유의 형태, 예를 들어 나노 섬유 형태일 수 있다. 나노 섬유 형태의 도전재는, 예를 들어, 0.1 내지 500 ㎛, 1 내지 100 ㎛, 혹은 50 ㎛ 이하의 직경 범위를 가질 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 전극은, 셀룰로오스 섬유와 도전재에 의해 형성된 그물구조 내에 활물질이 분산된 구조가 2 내지 10회, 2 내지 5회, 혹은 2회 적층된 다층 구조일 수 있다. 이는 셀룰로오스 섬유와 도전재의 혼합에 의해 형성된 네크워크 구조 내에 활물질이 분산된 층이 복수 개 적층된 구조이다. 이러한 다층 구조의 전극을 형성함으로써, 전극의 유연성(flexibility)를 크게 저해하지 않으면서, 전극의 기계적 물성 및 용량을 높일 수 있다.
앞서 언급한 전극의 구성하는 성분들에 대해서 설명하면 다음과 같다.
먼저 셀룰로오스 섬유는 섬유 형태의 셀룰로오스를 총칭하는 의미이다.
하나의 예로서, 상기 셀룰로오스 섬유는 평균 직경이 10 내지 1,000 nm 혹은 50 내지 500 nm범위일 수 있다. 그리고, 상기 셀룰로오스 섬유의 평균 길이는 10 ~ 100,000 nm 범위일 수 있다. 셀룰로오스 섬유의 직경을 상기 범위로 제어함으로써, 섬유상 형성이 용이하고, 제조된 그물구조의 표면이 균일해져 계면 특성을 높일 수 있다.
상기 셀룰로오스 섬유의 정류는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 나노 크기의 목질 재료로부터 분리된 셀룰로오스 나노섬유, 해조류 나노섬유, 균을 배양하여 얻은 박테리아 셀룰로오스, 이들의 유도체, 및 이들의 혼합물에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 도전재는 예를 들어, 평균 직경이 0.001 내지 100 mm 범위의 도전성 재료가 사용될 수 있다. 상기 도전재의 직경을 상기 범위로 제어함으로써, 섬유상 형성이 용이하고, 제조된 그물구조의 표면이 균일해져 계면 특성을 높일 수 있다.
하나의 예로서, 상기 도전재는 탄소섬유, 그래핀, 탄소나노튜브 및 탄소리본 중 1종 이상의 탄소계 물질; 구리, 니켈 및 알루미늄 중 1 종 이상의 금속; 및 폴리페닐렌 및 폴리페닐렌 유도체 중 1 종 이상의 도전성 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 탄소계 물질, 금속 내지 도전성 폴리머 등은 섬유 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 도전재는 탄소나노섬유일 수 있다.
상기 활물질은 전기화학소자용 전극에 사용될 수 있는 다양한 성분들이 제한없이 적용 가능하다. 하나의 예에서, 상기 활물질은 평균 입도가 0.001 내지 30 mm, 0.01 내지 10 mm 범위일 수 있다. 활물질의 범위를 상기 범위로 제어함으로써, 셀룰로오스 섬유와 도전재에 의해 형성된 네트워크 구조 내에 분산이 잘되고, 소자의 용량을 충분히 확보할 수 있다.
예를 들어, 상기 활물질은, 리튬니켈계 산화물, 리튬코발트계 산화물, 리튬니켈망간계 산화물, 리튬니켈코발트망간계 산화물, 리튬니켈코발트알루미늄계 산화물, 리튬인산철계 산화물, 리튬 금속, 리튬 금속의 합금 및 전이 금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함할 수 있다. 혹은 상기 활물질로는 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질 및/또는 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질 등을 사용할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 전기화학소자용 전극을 제조하는 방법을 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 전극은 전극 제조용 혼합물에 대한 여과 공정을 통해 제조 가능하다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극 제조방법은,
셀룰로오스 섬유, 두께 대비 길이의 비율(L/D)이 평균 50 이상인 및 활물질을 포함하는 혼합 용액을 제조하는 단계; 및
상기 혼합 용액을 여과하는 단계를 포함한다.
하나의 예에서, 상기 혼합 용액에 포함된 셀룰로오스 섬유, 도전재 및 활물질의 비율은, 1 : 2~5 : 10~25 중량비, 1 : 2.5~4 : 12~20 중량비, 1 : 2.5~3.5 : 15~20 중량비, 또는 1 : 3 : 16 중량비일 수 있다. 상기 혼합 용액에 포함된 성분들의 비율을 위와 같이 제어함으로써, 활물질의 분산도를 저해하지 않으면서, 셀룰로오스 섬유와 도전재의 혼합에 의한 3차원 그물구조를 안정적으로 형성할 수 있다.
본 발명에서, 상기 셀룰로오스 섬유, 도전재 및 활물질을 포함하는 혼합 용액을 제조하는 단계 이후에, 상기 혼합 용액에 초음파 처리(sonication) 및 볼 밀링(ball milling) 중 1 종 이상의 처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, 초음파 인가를 통해 각 성분들의 분산도를 높일 수 있으며, 상기 초음파 인가는 30 분 내지 2 시간 동안 수행할 수 있다.
또한, 상기 혼합 용액을 여과하는 단계는, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 감압 여과를 통해 수행 가능하다. 혼합 용액을 여과함으로써, 셀룰로오스 섬유와 도전재에 의해 형성된 네트워크 구조 내에 활물질이 분산된 형태의 시트를 제조하게 된다. 제조된 시트는 필요에 따라 건조과정을 거칠 수 있다. 상기 건조과정은, 예를 들어, 동결 건조를 통해 수행 가능하다.
본 발명에 따른 전극 제조방법에서, 앞서 설명한 과정을 수회 반복하고, 각각 제조된 층들을 적층하여 3차원 그물구조가 복수 층 적층된 구조를 형성할 수 있다. 예를 들어, 각각 제조된 전극들을 2 내지 5회 적층하는 단계를 더 거칠 수 있다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극 제조방법을 구체적으로 설명하면, 다음과 같다.
먼저, 셀룰로오스 섬유가 분산된 용액을 제조한다. 이때 셀룰로오스 섬유의 분산을 용이하게 하기 위해서 수산화나트륨 (Sodium hydroxide, NaOH) 등의 염기성 물질 및/또는 요소(Urea) 등의 첨가제를 첨가할 수 있다.
이와는 별도로, 섬유상 도전재와 용매를 혼합하여 분산시킨 용액을 제조한다. 이때 도전재의 분산을 용이하게 하기 위해 계면활성제(Surfactant) 혹은 고분자계 분산제 등의 분산제를 첨가할 수 있다. 상기 분산제의 종류는 특별히 제한되는 것은 아니며, 소듐 도데실설포네이트(Sodium dodecylsulfonate, SDS), 소듐 도데실벤젠설포네이트(Sodium dodecylbenzenesulfonate, SDBS) 및 세틸 트리메틸 암모듐 브로마이드(Cetyl trimethyl Ammonium Bromide, CTAB) 중 1 종 이상의 계면활성제; 및/또는 폴리벤즈이미다졸(Polybenzimidazole, PBI) 및 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP) 중 1 종 이상의 고분자계 분산제를 선택적으로 혹은 혼합하여 사용 가능하다. 상기 분산제로는, 소듐 도데실설포네이트 혹은 소듐 도데실설포네이트과 요소(urea)를 혼합하여 사용 가능하다. 소듐 도데실설포네이트과 요소(urea)를 혼합하여 사용할 경우에는, 예를 들어, 1:9 내지 9:1, 2:8 내지 8:2, 혹은 4:6 내지 6:4의 혼합비(v/v)로 혼합할 수 있다.
그런 다음, 셀룰로오스 섬유가 분산된 용액과 도전재가 분산된 용액, 그리고 활물질을 혼합한 혼합 용액을 제조한다. 이때, 상기 혼합 용액의 분산성을 높이기 위해서 분산제를 더 첨가할 수 있다.
제조된 혼합 용액 여과하여 시트를 제조한다. 제조된 시트를 건조하여 3차원 그물구조의 전극을 제조하게 된다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 3차원 그물구조의 전극을 나타낸 모식도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전극은, 셀룰로오스 섬유(10)와 섬유 형태의 도전재인 탄소나노섬유(20)가 서로 엉킨 상태에서 3차원 그물구조를 형성하고, 그 사이에 활물질(30)이 고루 분산된 구조이다. 셀룰로오스 섬유(10)와 탄소나노섬유(20)가 물리적으로 잘 결합되어 네트워크를 형성하게 되며, 이를 통해 전극 내 계면이 매우 안정적으로 형성된다. 이러한 구조적 특성으로 인해, 3차원 그물구조의 전극은 별도의 바인더 및 금속 집전체 없이도 제조 가능하다. 또한, 전극 제조시 별도의 바인더 및 금속 집전체가 요구되지 않으므로, 이온전도도 및 전자전도도가 우수하며, 전기화학소자에 적용시 고용량 및 고출력 특성 구현이 가능하다.
이하에서는 구체적 실시예를 통하여 본 발명의 효과를 보다 구체적으로 살펴보도록 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
제조예 1
1-1. 전극 혼합물 제조
셀룰로오스 분말 (평균 입도 ~45μm, KC flock, Nippon Paper Chemials)을 2 중량%의 수산화나트륨 (NaOH) 수용액에 넣고, 1시간 동안 교반한 후, 호모지나이저 (M-1100EH-30, Microfluidics, USA)를 12회 통과시켜 셀룰로오스 섬유가 분산된 분산 용액을 제조하였다.
양극 활물질로는 평균 입도 500 nm 크기의 LiFePO4, 음극 활물질로는 평균 입도 300 nm 크기의 Li4Ti5O12, 나노섬유 형태의 도전재로는 탄소나노튜브를 사용하였다. 탄소나노튜브의 균일한 분산을 위한 분산제로 SDS(sodium dodecyl sulfate)를 사용하였다.
먼저 증류수에 1 중량%의 분산제를 첨가한 용액을 제조하고, 양극 또는 음극 활물질; 탄소나노섬유; 셀룰로오스를 80:15:5 중량비로 상기 용액에 첨가하여 각각 전극 혼합물을 제조하였다. 균일한 분산 효과를 위해, 상기 각각의 전극 혼합물을 1시간 동안 초음파 처리하였다.
1-2. 3차원 그물구조의 전극 제조
제조한 전극 혼합물 분산 용액을 자제 부후너 깔대기 (pcelain Buchner funnel) 위에 얹은 거름종이 위에 부은 후, 진공펌프로 감압 여과하여 시트를 제조하였다. 제조한 시트에 에탄올과 아세톤으로 번갈아 감압 여과 후, -95℃, 5x10-3 torr 조건에서 동결 건조 후에 100℃에서 12시간 동안 건조하여 수분을 제거하였다. 이를 통해, 3차원 그물구조인 양극과 음극 전극을 각각 제조하였다.
제조예 2 내지 7
전극 활물질, 도전재 및 셀룰로오스 섬유의 함량을 아래 표 1과 같이 달리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전극을 제조하였다. 아래 표 1에 기재된 수치의 단위는 중량부이다.
No. 전극 활물질 도전재 셀룰로오스 섬유
제조예 2 75 18 7
제조예 3 78 15 7
제조예 4 78 17 5
제조예 5 82 13 7
제조예 6 82 15 3
제조예 7 85 10 5
제조예 8
탄소나노튜브의 균일한 분산을 위한 분산제로 SDS(sodium dodecyl sulfate) 대신 SDBS (Sodium dodecyl benzenesulfonate)를 사용하였다는 점을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 전극을 제조하였다.
제조예 9
탄소나노튜브의 균일한 분산을 위한 분산제로 SDS(sodium dodecyl sulfate) 와 함께 요소(Urea)를 1:1의 비율(부피비)로 사용하였다는 점을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 전극을 제조하였다.
비교제조예 1
셀룰로오스 섬유를 첨가하지 않았다는 점을 제외하고는, 제조예 1과 동일한 방법으로 전극을 제조하였다.
비교제조예 2
전극의 활물질로는 상기 실시예 1과 동일한 물질을 사용하였고, 도전재로 카본 블랙, 바인더로 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF)를 용하였고, 용제인 N-메틸-2 피롤리돈 (NMP)에 첨가하여 전극 슬러리를 제조하였다. 이때, 양극 및 음극 슬러리의 고형분의 조성은 중량비로 양극활물질:도전재:바인더 = 80:10:10, 음극활물질:도전재:바인더 = 88:2:10 으로 하였다. 제조된 전극 슬러리를 두께가 21 ㎛인 알루미늄 금속 집전체에 도포 및 건조를 거친 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하여 전극을 제조하였다.
실험예 1: 전극 혼합액의 분산성 평가
제조예 1에서 여과과정을 거치기 전의 전극 혼합물에 대해서, 현미경 분석을 통해 분산정도를 관찰하였다. 콩고 레드(Congo Red) 염료를 첨가하여 셀룰로오스 섬유는 붉은색으로 염색하여 현미경 분석이 용이하도록 하였다.
관찰결과는 도 2에 도시하였다. 도 2를 참조하면, 제조된 전극은 활물질, 셀룰로오스 섬유 및 탄소나노튜브가 분산된 전극 혼합액이 제조되었음을 알 수 있다. 별도 도면은 개시하지 않았으나, 분산성 측면에서는 제조예 9에 따른 전극 혼합액의 분산성이 가장 우수한 것으로 확인되었다.
실험예 2: 제조된 전극에 대한 전자현미경 관찰
제조예 1에서 제조된 전극에 대해서 전자현미경을 이용하여 관찰하였다. 관찰 결과는 도 3에 개시하였다.
도 3을 참조하면, 전극 내에 셀룰로오스 섬유(10)와 탄소나노튜브(20)가 서로 엉킨 상태에서 3차원 그물구조를 형성하고, 형성된 그물구조 사이에 활물질(30)이 분산되어 있음을 알 수 있다. 또한, 도 3의 우측 하단에 게시된 단면 사진을 참조하더라도, 본원에 따른 전극은 3차원 그물구조가 형성되었음을 알 수 있다.
실험예 3: 전극에 대한 테이핑 테스트
제조예 1에 의해 제조된 전극의 밀착성을 평가하기 위해서, 도 4에 도시된 바와 같은 방법으로 테이핑 테스트를 수행하였다.
도 4를 참조하면, 테이프가 제거된 부분의 전극 표면이 매끄럽고 이탈된 부분이 없음을 알 수 있다. 즉, 제조예 1에 따른 전극은 계면이 매우 안정적으로 형성되어 있어 테이핑 테스트(Taping Test) 시에도 안정한 모습을 보임을 확인하였다. 이를 통해 본 발명에 따른 셀룰로오스 섬유 및 탄소나노섬유에 기반한 3차원 그물구조의 전극은, 별도의 바인더나 집전체 없이도 우수한 기계적 물성을 확보 가능함을 확인하였다.
실험예 4: 전극 유연성 평가
제조예 1에서 제조된 전극의 유연성을 평가하기 위해서, 구부림 특성, 꼬임 특성, 접힘 특성을 평가하였다.
구부림 특성은 2 mm 아크릴 막대에 전극을 감아 평가하였다. 평가과정은 도 5에 나타내었다.
꼬임 특성은 전극을 리본 모양의 매듭을 지어 전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM)으로 관찰하였다. 관찰결과는 도 6에 나타내었다.
접힘 특성은 전극을 5mm 간격으로 접어 평가하였다. 평과 과정은 도 7에 나타내었다.
먼저, 도 5를 참조하면, 제조된 전극은 유연성이 우수하여, 2 mm 직경의 막대에 감긴 상태에서 부러지거나 크랙이 발생하지 않음을 알 수 있다.
도 6을 참조하면, 제조된 전극을 이용하여 리본 모양의 매듭을 지을 수 있을 수준의 우수한 기계적 물성을 보임을 확인할 수 있다.
도 7을 참조하면, 제조된 전극을 5 mm 간격으로 접을 수 있는 수준의 기계적 물성을 보였다.
위의 도 5 내지 7에서 확인한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극은, 별도의 바인더나 집전체 없이 제조되었음에도 우수한 기계적 물성을 확보 가능함을 알 수 있다.
실시예 1: 전기화학소자의 제조-코인셀 제조
제조예 1에서 제조된 전극을 이용하여, 양극/셀룰로오스 기반 분리막/음극을 순차적으로 포개고, 액체전해액 (1M LiPF6 in EC/DEC (1/1 v/v))를 주입하여 전지를 각각 제조하였다.
실시예 2 내지 7: 전기화학소자의 제조_코인셀 제조
제조예 2 내지 7에서 제조된 전극을 이용하여, 양극/셀룰로오스 기반 분리막/음극을 순차적으로 포개고, 액체전해액 (1M LiPF6 in EC/DEC (1/1 v/v))를 주입하여 전지를 각각 제조하였다.
비교예 1
비교제조예 1에서 제조된 전극을 이용하여, 양극/셀룰로오스 기반 분리막/음극을 순차적으로 포개고, 액체전해액 (1M LiPF6 in EC/DEC (1/1 v/v))를 주입하여 전지를 각각 제조하였다.
비교예 2
비교제조예 2에서 제조된 전극, 폴리올레핀 계열 분리막인 폴리에틸렌 분리막 및 액체전해액 (1M LiPF6 in EC/DEC (1/1 v/v))을 이용하여 전지를 제조하였다.
실험예 5: 단위 면적당 용량 평가
실시예 1 및 비교예 2에서 각각 제조된 전지에 대해서, 전극 면적당 용량을 평가하였다. 평가 결과는 도 8에 나타내었다.
도 8을 참조하면, 실시예 1의 전지가 비교예 2의 전지에 비해서 단위 면적당 용량이 현저히 우수함을 알 수 있다.
또한, 실시예 1과 비교에 2에서 제조된 전극의 단면 구조를 각각 비교 관찰하였다. 실시예 1 및 비교예 2에서 제조된 전극의 단면을 관찰한 결과는 각각 도 9 및 10에 도시하였다.
먼저 도 9를 참조하면, 실시예 1의 전지는 63 ㎛ 두께의 3차원 그물구조의 전극이 충실히 형성되었음을 알 수 있다. 이에 비해, 도 10을 참조하면, 비교예 2의 전지는 36 ㎛ 두께의 양극 물질과 21 ㎛ 두께의 금속 집전체가 적층된 구조이다.
실시예 1 및 비교예 2에 따른 전지의 양극과 음극 각각에 대해서 단위 면적당 용량을 산출하여 도 11에 나타내었다.
도 11을 참조하면, 실시예 1의 양극과 음극은 별도의 금속 집전체가 요구되지 않으므로 현저히 우수한 단위 면적당 용량을 구현하고 있다.
실험예 6: 전지에 대한 물성 평가
실시예 1 및 비교예 2에서 제조된 각 전지에 대한 성능 평가를 위해, 사이클 특성 및 율별 방전 특성을 관찰하였다.
구체적으로는, 사이클 특성은 1.0 C의 일정한 전류 속도로 충전/방전하여 전지의 방전 용량을 500 사이클 진행하였으며, 그 결과는 도 12에 나타내었다. 그리고, 율별 방전 특성은 0.2 C의 일정한 충전 전류 하에서, 0.2 ~ 30 C의 전류 속도로 방전하여 전지의 방전 용량을 평가하였으며, 그 결과는 도 13에 나타내었다.
도 12 및 13을 참조하면, 실시예 1에 따른 전지는 전극 내 계면 안정성이 우수하고, 별도의 바인더가 사용되지 않기 때문에 이온전도도/전자전도도의 향상으로 사이클 특성 및 율별 방전 특성이 비교예 2에 비해 현저히 우수함을 확인할 수 있다.
또한, 충방전을 반복한 후에도 전극의 구조가 유지되는지 여부를 확인하기 위해서, 충전/방전을 500 사이클 진행한 시점에서 전자현미경을 이용하여 전극을 관찰하였다. 관찰 결과는 도 14에 나타내었다.
도 14를 참조하면, 실시예 1에 따른 전지의 전극은 충전/방전을 500 사이클 반복한 후에도 3차원 그물구조가 유지됨을 알 수 있다.
실험예 7: 전지의 접힘 특성 평가
실시예 1의 전지에 대해서 접힘 특성을 평가하였다. 구체적으로는, 상기 전지를 종이접기 방법으로 종이학 형태로 접은 상태에서 LED 램프와 접속하여 작동 여부를 확인하였다. 또한, 제조된 전지에 대해서 0.2 C의 일정한 전류 속도로 충전/방전 실험을 진행하면서 용량 변화를 확인하였다.
도 15는 종이학 형태로 접은 전지를 제조하는 과정을 촬영하였고, 도 16은 LED 램프와 접속하여 작동 여부를 확인한 실험을 촬영한 것이다. 또한, 도 17은 제조된 전지에 대해 0.2 C의 일정한 전류 속도로 3회 충전/방전 실험을 진행한 결과를 나타내었다.
도 15 내지 17의 결과를 통해서, 본 발명에 따른 전지는, 플렉서블이 가능하며, 전지를 종이학으로 접을 수 있는 특성을 보임을 확인하였다. 또한, 종이학 형태의 전지로 LED 램프를 작동함으로써, 본 발명의 전극이 우수한 접힘 특성을 나타내는 것을 확인하였다.
이상에서 본 발명의 다양한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기본 개념을 이용한 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
[부호의 설명]
10: 셀룰로오스 섬유
20: 탄소나노튜브
30: 활물질
본 발명에 따른 전극은, 제조공정이 단순하면서, 전극 내 계면이 안정하고, 고용량의 플렉서블 전기화학소자를 제공할 수 있다.

Claims (18)

  1. 셀룰로오스 섬유와 두께 대비 길이의 비율(L/D)이 평균 50 이상인 도전재를 포함하는 그물구조; 및
    상기 그물구조 내에 분산된 활물질을 포함하는 전기화학소자용 전극.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기화학소자용 전극은,
    셀룰로오스 섬유와 도전재에 의해 형성된 그물구조 내에 활물질이 분산되어 3차원 구조를 형성한 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 전극.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기화학소자용 전극은,
    셀룰로오스 섬유, 도전재 및 활물질이 분산된 상태의 다공성 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 전극.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극은, 셀룰로오스 섬유와 도전재에 의해 형성된 그물구조 내에 활물질이 분산된 구조가 2 내지 10 회 적층된 다층 구조인 전기화학소자용 전극.
  5. 제 1 항에 있어서,
    활물질의 함량은, 전극 전체 100 중량부를 기준으로, 50 내지 95 중량부인 전기화학소자용 전극.
  6. 제 1 항에 있어서,
    셀룰로오스 섬유와 도전재의 함량비율은,
    1 : 2 내지 1 : 5 중량비인 전기화학소자용 전극.
  7. 제 1 항에 있어서,
    셀룰로오스 섬유의 평균 직경은 10 내지 1,000 nm 범위인 전기화학소자용 전극.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전재는 나노섬유의 형태이고,
    나노섬유 형태의 도전재는 평균 직경이 0.001 내지 100 ㎛인 전기화학소자용 전극.
  9. 제 1 항에 있어서,
    도전재는,
    탄소섬유, 그래핀, 탄소나노튜브 및 탄소리본 중 1종 이상의 탄소계 물질;
    구리, 니켈 및 알루미늄 중 1 종 이상의 금속; 및
    폴리페닐렌 및 폴리페닐렌 유도체 중 1 종 이상의 도전성 폴리머
    로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 전기화학소자용 전극.
  10. 셀룰로오스 섬유, 두께 대비 길이의 비율(L/D)이 평균 50 이상인 및 활물질을 포함하는 혼합 용액을 제조하는 단계; 및
    상기 혼합 용액을 여과하는 단계를 포함하는 전기화학소자용 전극의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 혼합 용액에 포함된 셀룰로오스 섬유, 도전재 및 활물질의 비율은,
    1 : 2~5 : 10~25 중량비인 전기화학소자용 전극의 제조방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    셀룰로오스 섬유, 도전재 및 활물질을 포함하는 혼합 용액을 제조하는 단계 이후에,
    상기 혼합 용액에 초음파 처리 및 볼 밀링 중 1 종 이상의 공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 전기화학소자용 전극의 제조방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 혼합 용액을 여과하는 단계는,
    감압 여과를 통해 수행하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 전극의 제조방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    제조된 전극을 2 내지 5회 적층하는 단계를 더 포함하는 전기화학소자용 전극의 제조방법.
  15. 제 1 항에 따른 전극을 포함하는 전기화학소자.
  16. 제 15 항에 있어서,
    제1 전극과 제2 전극 사이에 게재된 분리막으로 셀룰로오스 분리막을 포함하는 전기화학소자.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 전기화학소자는 플렉서블(flexible) 소자인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 전기화학소자는 이차전지, 커패시터 또는 태양전지인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
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