전류 집전체-촉매 일체형 3차원 나노섬유 네트워크 전극을 이용한 리튬-공기 전지 및 그 제조 방법

Abstract

본 발명은 리튬-공기 전지용 전극 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 나노섬유 네트워크를 바인더 및 도전재의 사용 없이 매우 가벼운 소재를 활용하여 무게당 에너지 밀도를 높이고, 나노섬유의 직경, 기공도 및 두께가 조절되어 비표면적 및 통기성이 개선된 나노섬유 네트워크 기반 전류 집전체-촉매가 일체화된 다공성 공기극을 제공한다.직물형 구조를 갖는 나노섬유 네트워크를 구성하는 개별 나노섬유들이 비전도성 소재인 경우, 표면에 균일하게 코팅된 전도성 촉매층을 포함하는 다공성 공기극, 즉 단층형 코어(비전도성 나노섬유)/쉘 (제1전도성 촉매층) 구조를 제공하거나, 개별 나노섬유들의 표면에 균일하게 연속적으로 코팅된 제1 코팅층 (전도층)과 제2 코팅층 (촉매층)을 동시에 포함하는 적층형 다공성 공기극, 즉 코어(비전도성 나노섬유)/쉘(제1 전도층/제2 촉매층) 구조를 제공한다. 또한 직물형 구조를 갖는 나노섬유 네트워크를 구성하는 개별 나노섬유들이 전도성 탄소나노섬유인 경우, 표면에 균일하게 코팅된 전도성 촉매층 또는 촉매층을 포함하는 다공성 공기극, 즉 단층형 코어(전도성 탄소나노섬유)/쉘 (제1전도성 촉매층) 내지는 단층형 코어(전도성 탄소나노섬유)/쉘 (제1촉매층) 구조를 제공한다. 이러한 나노섬유 네트워크 전극을 층층이 쌓거나, 서로 포개거나, 말아서 형성되는 적층 구조를 통하여 단일 크기에 최대한 많은 반응 면적(reaction site)을 가질 수 있으며, 우수한 전기전도도, 원활한 공기 및 리튬 이온의 이동, 체적당 전류 밀도 및 안정성을 개선하고, 저비용으로 대면적, 대량 생산이 가능한 적층 구조를 가지는 리튬-공기전지의 공기극용 나노섬유 네트워크 전극 및 그 제조 방법을 제공하는 효과를 갖는다.