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고분자 나노섬유, 알루미늄 박막, 탄소나노튜브 및 유황의 복합체를 이용한 리튬-황 이차전지용 전극 및 그 제조 방법

  • 기술번호 : KST2015116338
  • 담당센터 : 대전기술혁신센터
  • 전화번호 : 042-610-2279
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요약, Int. CL, CPC, 출원번호/일자, 출원인, 등록번호/일자, 공개번호/일자, 공고번호/일자, 국제출원번호/일자, 국제공개번호/일자, 우선권정보, 법적상태, 심사진행상태, 심판사항, 구분, 원출원번호/일자, 관련 출원번호, 기술이전 희망, 심사청구여부/일자, 심사청구항수의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 서지정보 표입니다.
요약 본 발명은 리튬-황 이차전지용 전극 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 고분자 나노섬유와 알루미늄 박막, 탄소나노튜브 및 유황의 복합체를 이용한 리튬-황 이차전지용 전극 및 그 제조 방법에 관한 것이다.본 발명은 복수의 고분자 나노섬유가 3차원적으로 산포되어 그 내부에 기공이 형성된 다공성의 고분자 나노섬유 네트워크; 상기 고분자 나노섬유의 표면에 코팅된 알루미늄 박막; 상기 알루미늄 박막이 코팅된 고분자 나노섬유 표면에 결착되거나 상호 결착되는 탄소나노튜브 연결체; 및 상기 알루미늄 박막이 코팅된 고분자 나노섬유 네트워크와 상기 탄소나노튜브 연결체로 구성되는 복합 집전체의 내부 기공의 적어도 일부를 채우는 유황 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극을 개시하며, 본 발명에 의하여 고분자 나노섬유, 알루미늄 박막, 탄소나노튜브 및 유황의 복합체를 이용한 전극을 구성함으로써, 낮은 저항 및 3차원 연결 구조로 인한 높은 도전성과 함께 미세 기공으로 이루어 지는 다공성 구조의 복합 집전체 내부에 유황 활물질이 다량 주입되고 그 탈리가 방지됨으로써 고출력, 대용량 및 장수명 특성을 가지는 리튬-황 이차전지용 전극 및 그 제조 방법을 구현할 수 있는 효과를 갖는다.
Int. CL H01M 4/139 (2010.01) H01M 4/13 (2010.01) H01M 2/16 (2006.01)
CPC H01M 4/13(2013.01) H01M 4/13(2013.01) H01M 4/13(2013.01) H01M 4/13(2013.01) H01M 4/13(2013.01) H01M 4/13(2013.01) H01M 4/13(2013.01) H01M 4/13(2013.01) H01M 4/13(2013.01) H01M 4/13(2013.01)
출원번호/일자 1020130039886 (2013.04.11)
출원인 한국과학기술원, 한국기계연구원
등록번호/일자 10-1477782-0000 (2014.12.23)
공개번호/일자 10-2014-0122886 (2014.10.21) 문서열기
공고번호/일자 (20141231) 문서열기
국제출원번호/일자
국제공개번호/일자
우선권정보
법적상태 소멸
심사진행상태 수리
심판사항
구분 신규
원출원번호/일자
관련 출원번호
심사청구여부/일자 Y (2013.04.11)
심사청구항수 30

출원인

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번호 이름 국적 주소
1 한국과학기술원 대한민국 대전광역시 유성구
2 한국기계연구원 대한민국 대전광역시 유성구

발명자

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번호 이름 국적 주소
1 김일두 대한민국 대전 유성구
2 이혜문 대한민국 경상남도 창원시 성산구
3 이초롱 대한민국 대전 유성구

대리인

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번호 이름 국적 주소
1 특허법인충정 대한민국 서울특별시 강남구 역삼로***,*층(역삼동,성보역삼빌딩)

최종권리자

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번호 이름 국적 주소
1 한국과학기술원 대전광역시 유성구
2 한국기계연구원 대전광역시 유성구
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번호 서류명 접수/발송일자 처리상태 접수/발송번호
1 [특허출원]특허출원서
[Patent Application] Patent Application		 2013.04.11 수리 (Accepted) 1-1-2013-0315807-79
2 보정요구서
Request for Amendment		 2013.04.25 발송처리완료 (Completion of Transmission) 1-5-2013-0044817-39
3 [지정기간연장]기간연장(단축, 경과구제)신청서
[Designated Period Extension] Application of Period Extension(Reduction, Progress relief)		 2013.05.27 수리 (Accepted) 1-1-2013-0467144-82
4 [지정기간연장]기간연장(단축, 경과구제)신청서
[Designated Period Extension] Application of Period Extension(Reduction, Progress relief)		 2013.06.25 수리 (Accepted) 1-1-2013-0568243-95
5 [출원서등 보정]보정서
[Amendment to Patent Application, etc.] Amendment		 2013.07.25 불수리 (Non-acceptance) 1-1-2013-0674242-58
6 서류반려이유통지서
Notice of Reason for Return of Document		 2013.08.02 발송처리완료 (Completion of Transmission) 1-5-2013-0090046-67
7 [출원서등 보정]보정서
[Amendment to Patent Application, etc.] Amendment		 2013.08.16 수리 (Accepted) 1-1-2013-0742749-12
8 서류반려통지서
Notice for Return of Document		 2013.09.05 발송처리완료 (Completion of Transmission) 1-5-2013-0106935-51
9 선행기술조사의뢰서
Request for Prior Art Search		 2014.02.05 수리 (Accepted) 9-1-9999-9999999-89
10 선행기술조사보고서
Report of Prior Art Search		 2014.03.13 수리 (Accepted) 9-1-2014-0023599-38
11 등록결정서
Decision to grant		 2014.09.23 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2014-0647693-84
12 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2014.12.24 수리 (Accepted) 4-1-2014-5157968-69
13 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2014.12.24 수리 (Accepted) 4-1-2014-5158129-58
14 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2014.12.24 수리 (Accepted) 4-1-2014-5157993-01
15 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2017.11.28 수리 (Accepted) 4-1-2017-5193093-72
16 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2019.04.24 수리 (Accepted) 4-1-2019-5081392-49
17 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2020.05.15 수리 (Accepted) 4-1-2020-5108396-12
18 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2020.06.12 수리 (Accepted) 4-1-2020-5131486-63
번호, 청구항의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 청구항 표입니다.
번호 청구항
1 1
복수의 고분자 나노섬유가 3차원적으로 산포되어 그 내부에 기공이 형성된 다공성의 고분자 나노섬유 네트워크;상기 고분자 나노섬유의 표면에 코팅된 알루미늄 박막;상기 알루미늄 박막이 코팅된 고분자 나노섬유 표면에 결착되거나 상호 결착되는 탄소나노튜브 연결체; 및상기 알루미늄 박막이 코팅된 고분자 나노섬유 네트워크와 상기 탄소나노튜브 연결체로 구성되는 복합 집전체의 내부 기공의 적어도 일부를 채우는 유황 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극
2 2
제1항에 있어서,상기 복합 집전체에서 상기 알루미늄 박막이 코팅된 고분자 나노섬유 네트워크와 상기 탄소나노튜브 연결체에 의한 기공은 그 직경이 1nm 내지 10μm 인 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극
3 3
제1항 또는 제2항에 있어서,상기 고분자 나노섬유 네트워크는 직경이 50nm 내지 1000nm이고, 길이는 100μm 내지 10cm인 고분자 나노섬유를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극
4 4
제1항 또는 제2항에 있어서,상기 고분자 나노섬유 네트워크는 상기 고분자 나노섬유가 무작위로 분포되는 형태를 가짐을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극
5 5
제1항 또는 제2항에 있어서,상기 고분자 나노섬유 네트워크는 한 종류의 고분자 나노섬유 또는 두 종류 이상의 고분자 나노섬유의 혼합물로 구성됨을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극
6 6
제5항에 있어서,상기 고분자 나노섬유는 폴리우레탄(polyuretan), 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 셀룰로오스(cellulose), 아세테이트 부틸레이트(acetate butylate), 셀룰로오스 유도체, 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리메틸아크릴레이트(polymethyl acrylate, PMA), 폴리아크릴 공중합체, 폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate, PVAc), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리비닐알콜(polymethyl alcohol, PVA), 폴리퍼퓨릴알콜(PPFA), 폴리스티렌(PS), 폴리스티렌 공중합체, 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리에틸렌 옥사이드 공중합체, 폴리프로필렌옥사이드 공중합체, 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리카프로락톤, 폴리비닐풀루오라이드, 폴리비닐리덴풀루오라이드 공중합체, 폴리아마이드, 폴리이미드 중 하나인 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극
7 7
제1항 또는 제2항에 있어서,상기 알루미늄 박막은 표면에 알루미늄 산화막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극
8 8
제1항 또는 제2항에 있어서,상기 알루미늄 박막은 20nm 내지 500nm의 두께를 가짐을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극
9 9
제1항 또는 제2항에 있어서,상기 탄소나노튜브 연결체는 단일벽, 이중벽 또는 다중벽의 탄소나노튜브 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 구성됨을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극
10 10
제1항 또는 제2항에 있어서,상기 복합 집전체는 2μm 내지 100μm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극
11 11
제1항 또는 제2항에 있어서,상기 다공성의 고분자 나노섬유 네트워크는 기공의 부피 비율이 50% 내지 90% 인 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극
12 12
제1항 또는 제2항에 있어서,상기 유황과 상기 탄소나노튜브의 비율이 5 : 5 내지 9
13 13
복수의 고분자 나노섬유가 3차원적으로 산포되어 그 내부에 기공이 형성된 다공성의 고분자 나노섬유 네트워크;상기 고분자 나노섬유의 표면에 코팅된 알루미늄 박막; 및상기 알루미늄 박막이 코팅된 고분자 나노섬유 네트워크의 내부 기공의 적어도 일부를 채우는 유황 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극
14 14
제13항에 있어서,상기 알루미늄 박막이 코팅된 고분자 나노섬유 네트워크와 상기 유황 활물질의 복합체에 결착되어 상기 유황 활물질의 탈리를 억제하는 그래핀층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극
15 15
(a) 복수의 고분자 나노섬유가 3차원적으로 산포되어 그 내부에 기공이 형성된 다공성의 고분자 나노섬유 네트워크 형성 단계;(b) 상기 고분자 나노섬유의 표면에 코팅되는 알루미늄 박막 형성 단계;(c) 상기 알루미늄 박막으로 코팅된 고분자 나노섬유 표면에 복수의 탄소나노튜브를 결착시키거나 상호 결착하게 하는 탄소나노튜브 연결체 형성 단계; 및(d) 상기 알루미늄 박막이 코팅된 고분자 나노섬유 네트워크와 상기 탄소나노튜브 연결체로 구성되는 복합 집전체의 내부 기공의 적어도 일부를 유황 활물질로 채우는 유황 활물질 주입 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극의 제조 방법
16 16
제15항에 있어서,상기 (a) 단계는 한 종류의 고분자 나노섬유 또는 두 종류 이상의 고분자 나노섬유의 혼합물을 사용하여 상기 고분자 나노섬유 네트워크를 형성함을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극의 제조 방법
17 17
제15항에 있어서,상기 (a) 단계는 전기방사법을 이용하여 상기 고분자 나노섬유 네트워크를 형성함을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극의 제조 방법
18 18
제17항에 있어서,상기 (a) 단계에서 전기방사법을 진행함에 있어,전압을 8kV 내지 30kV의 범위 내에서 인가하고 고분자가 용해된 용액을 분당 10μL 내지 300μL의 비율로 토출하여 상기 고분자 나노섬유를 생성함을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극의 제조 방법
19 19
제15항에 있어서,상기 (b) 단계는 상기 고분자 나노섬유 네트워크를 촉매에 노출시키는 공정과 이를 알루미늄 전구체 잉크에 접촉시켜 알루미늄 박막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극의 제조 방법
20 20
제15항에 있어서,상기 (b) 단계는,(b1) 상기 고분자 나노섬유 네트워크에 알루미늄 전구체 잉크를 코팅하는 단계; 및(b2) 상기 알루미늄 전구체를 알루미늄으로 전환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극의 제조 방법
21 21
제19항 또는 제20항에 있어서,상기 알루미늄 전구체 잉크는,디부틸설파이드(S(C4H9)2), 디에틸설파이드(S(C2H5)2), 디에틸에테르(O(C2H5)2), 디이소프로필에테르(O(C3H7)2) 또는 디부틸에테르(O(C4H9)2) 중 하나 또는 둘 이상을 혼합한 용매에,염화알루미늄(AlCl3) 및 수소화알루미늄리튬(LiAlH4)을 1 : 3 내지 1 : 6의 몰 비율로 상기 용매에 혼합한 후 50°C 내지 100°C의 온도에서 교반한 용액을 필터링하여 교반시의 석출물을 제거하는 단계를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극의 제조 방법
22 22
제20항에 있어서,상기 (b1) 단계에서 알루미늄 전구체 잉크를 코팅함에 있어,프린팅법, 스탬핑법, 에어 스프레이법, 정전분사법, 딥 코팅법 또는 드랍 코팅법 중 하나 혹은 둘 이상의 조합을 사용하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극의 제조 방법
23 23
제20항에 있어서,상기 (b2) 단계는 80°C 내지 150°C의 온도로 가열하여 10초 내지 5분 동안 열처리를 진행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극의 제조 방법
24 24
제15항에 있어서,상기 (c) 단계에서 상기 탄소나노튜브 연결체를 형성함에 있어,진공여과법, 화학적 증착법, 에어 스프레이법, 정전분사법, 딥 코팅법 또는 스핀 코팅법 중 하나 혹은 둘 이상의 방법의 조합을 이용하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극의 제조 방법
25 25
제24항에 있어서,상기 진공여과법을 진행함에 있어,휘발속도가 물보다 빠르고 끓는점이 80°C 이하인 용매에 상기 탄소나노튜브를 중량비 0
26 26
제15항에 있어서,상기 (d) 단계는 유황 분산 용액을 상기 복합 집전체 위에 분산 또는 도포한 후 열처리하는 공정 또는 상기 복합 집전체를 유황 분산 용액에 담그고 열처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극의 제조 방법
27 27
제26항에 있어서,상기 유황 분산 용액은 초음파 분산을 통하여 10분 내지 1시간의 범위에서 유황입자를 유황이 용해될 수 없는 용매 내에 균일하게 분산시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극의 제조 방법
28 28
제26항에 있어서,상기 열처리는 100°C 내지 200°C 온도에서 1시간 내지 10시간 동안 진행함을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극의 제조 방법
29 29
제26항에 있어서,상기 열처리에 있어서 불활성 기체 분위기에서 열처리를 진행함을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극의 제조 방법
30 30
제15항에 있어서,상기 (b) 단계의 다음에 상기 알루미늄 박막이 코팅된 고분자 나노섬유 네트워크를 압착하는 단계가 추가되거나 혹은 상기 (c) 단계의 다음에 상기 복합 집전체를 압착하는 단계가 추가되는 것을 특징으로 하는 리튬-황 이차전지용 전극의 제조 방법
지정국 정보가 없습니다
패밀리정보가 없습니다
국가 R&D 정보가 없습니다.