(57)【要約】  本発明は、リチウム金属電極用の３Ｄパターン打抜き機に関するもので、より詳細には、単位電極の大きさに合う金型を有して上下運動をする打抜き金型パンチと、上記金型パンチに対応するダイと、上記金型パンチの端に位置してリチウム金属電極を単位電極に打抜きする金型の刃と、及び上記金型パンチのダイと相接する内側の部分でありながら刃が形成されていない部分に位置する３Ｄパターンとを含む３Ｄパターン打抜き機に関するものである。本発明で提供する３Ｄパターン打抜き機によってリチウム金属の単位電極を生産することになると、３Ｄパターンの入替え及び清掃において、コストと時間が節約され、３Ｄパターンの形状が常に一定に刻まれられるし、打抜きと同時に３Ｄパターンが刻まれて、リチウム金属電極の生産性が向上される効果がある。
2020514981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウム金属電極を単位電極に打抜きするため３Ｄパターン打抜き機であって、
単位電極の大きさに合う金型を有して上下運動をする打抜き金型パンチと、
前記金型パンチに対応するダイと、
前記金型パンチの端に位置してリチウム金属電極を単位電極に打抜きする金型の刃と、
前記金型パンチのダイと相接する内側の部分でありながら、刃が形成されていない部分に位置する３Ｄパターンと、
を含むことを特徴とする３Ｄパターン打抜き機。
【請求項２】
前記金型パンチは、金属素材の金型に高分子素材の３Ｄパターンモールドを付け入れたもの、又は金型が一切に高分子素材からなるものの内、いずれか一つであることを特徴とする、請求項１に記載の３Ｄパターン打抜き機。
【請求項３】
前記高分子素材はポリカーボネート、ポリウレタンアクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリブチレンテレフタレートの内、いずれか一つであることを特徴とする、請求項２に記載の３Ｄパターン打抜き機。
【請求項４】
前記３Ｄパターンの深さは１０〜１００μｍであることを特徴とする、請求項１から３の何れか一項に記載の３Ｄパターン打抜き機。
【請求項５】
前記３Ｄパターンは陽刻または陰刻の内、いずれか一つの形状に刻まれることを特徴とする、請求項１記載の３Ｄパターン打抜き機。
【請求項６】
前記３Ｄパターンはメッシュ（ｍｅｓｈ）、ラメラ（ｌａｍｅｌｌａｒ）、エンボス（ｅｍｂｏｓｓ）、線形、円形、楕円形、多角形、波形の内、いずれか一つの形状を有することを特徴とする、請求項１記載の３Ｄパターン打抜き機。
【請求項７】
前記ダイの側面に打抜きされる前のリチウム金属電極を連続に供給するローラー形状の巻出機とをさらに含むことを特徴とする、請求項１記載の３Ｄパターン打抜き機。
【請求項８】
請求項１に記載の３Ｄパターン打抜き機を用いたリチウム金属の単位電極の製造方法であって、
リチウム金属電極をダイに位置させる段階と、
打抜き金型パンチを上から下へと降し押しながら、リチウム金属電極の表面に３Ｄパターンを刻みながら打抜きする段階と、
打抜き金型パンチを持ち上げて金型からリチウム金属の単位電極を離型させる段階と、
を含むことを特徴とするリチウム金属の単位電極の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法で製造されたリチウム金属の単位電極。
【請求項１０】
請求項９に記載のリチウム金属の単位電極を含む二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１７．０７．１０日付けの韓国特許出願第１０−２０１７−００８６８９６号に基づいた優先権の利益を主張し、その韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は、本明細書の一部として含まれる。
【０００２】
本発明はリチウム金属電極用の３Ｄパターン打抜き機に関するもので、より詳細にはリチウム金属電極を単位電極で打抜きする金型に高分子素材の３Ｄパターンモールドを付け入れたり、金型自体を３Ｄパターンを有する高分子素材で作ってリチウム金属電極を単位電極に打抜きすると同時に、単位電極の表面に３Ｄパターンを刻み込める打抜き機に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
化石燃料の枯渇によってエネルギー源の価格が上昇し、環境汚染に対する関心が増幅され、環境にやさしい代替エネルギー源に対する要求が将来生活のための必要不可欠な要因となっており、特にモバイル機器に対する技術開発と需要が増加するにつれ、エネルギー源としての二次電池に対する需要が急激に増加している。
【０００４】
代表的に、電池の形状面では、薄い厚さで携帯電話などのような製品に適用され得る角型二次電池とパウチ型二次電池の需要が高く、材料面では、高エネルギー密度、放電電圧、出力安定性のリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などのような、リチウム二次電池に対する需要が高い。
【０００５】
一般的に、二次電池は、集電体の表面に活物質を塗布して正極と負極を構成し、その両極の間に分離膜を介在して電極組立体を作った後、円筒形または角形の金属缶やアルミラミネートシートのパウチ型ケースの内部に装着し、前記電極組立体に主に液体電解質を注入または含浸させたり、固体電解質を使用したりして製造する。
【０００６】
一般的に、リチウム二次電池の負極は、黒鉛などの炭素材料が使用されるが、リチウム金属で構成され得る。負極として使用されるリチウムは、密度が０．５４ｇ／ｃｍ３で低く、標準還元電位も−３．０４５ＶＳＨＥで非常に低いため、高エネルギー密度電池の電極材料として最も脚光を浴びている。しかし、前記リチウム金属を負極として適用するにおいては、次のような問題点がある。
【０００７】
高分子電解質は、化学的に活性が非常に高いため、有機電解液との反応によって不動態皮膜を形成することになり、充放電の間にリチウム金属の表面でリチウムの酸化（溶解、ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ）及び還元（析出、ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）反応が不均一に反復されることにより、不動態皮膜の形成及び成長が極めて激しい。
【０００８】
これにより、充放電時の電池容量の減少をもたらすのみならず、充放電の過程が反復されることによってリチウム金属の表面にリチウムイオンが針形で成長する。それで、デンドライト（リチウム樹状）が形成されてリチウム二次電池の充放電サイクルが短縮されるし、電極間の短絡（ｓｈｏｒｔ）をもたらすなど、電池の安全性問題を引き起こしている。
【０００９】
上記のように、リチウム金属は単位重量当たりの容量が約３８６０ｍＡｈ／ｇを有しているが、電池内で電解質との持続的な反応問題と寿命が進行されることによるリチウム樹状の成長問題により、常用化に困難を経験している。
【００１０】
これを解決するために様々な形態の技術が開発されており、最近脚光を浴びているのは、３Ｄ構造の形成による表面積の増加である。３Ｄ構造を形成して電極表面積を極大化させると、リチウム金属が電解質と接触する面積が増え、それを通してデンドライトの成長を抑制し得る。
【００１１】
一般的に、リチウム金属電極に３Ｄパターンを刻む方法としては、３Ｄパターンの陽刻をローラーに刻んで圧延することである。刻み込みたい形の３Ｄパターンを有するローラーをリチウム金属電極の上に一定した圧力を有して通過させ、リチウム金属電極の表面に３Ｄパターンを刻み込んだことである。
【００１２】
図１は、従来技術として３Ｄパターンローラー（１）を用い、リチウム金属電極（３）に３Ｄパターン（２）を刻み込む方法を示した模式図である。３Ｄパターンローラー（１）は、表面に陽刻で立方体状のパターン（２）が形成されており、リチウム金属より硬い素材から成っている。この３Ｄパターンローラー（１）がリチウム金属電極（３）の上を一定した圧力を有して通過すると、リチウム金属電極（３）の表面には、陰刻で立方体状の３Ｄパターンが刻まれることである。
【００１３】
しかし、この場合に、他の種類のパターンを入れたい場合は、ローラー自体を入替えすべきという問題がある。さらに大きな問題は、一般的に圧延工程で使用されるローラーが一定した圧力を維持するためには非常に量がかかるべきであるため、メタル材質であり、それで、リチウム金属との離型性問題が発生する。リチウム金属は、非常に脆い金属であるため、メタル材質のローラーで圧延する場合、ローラーに付着し出易く、これが反復される場合は３Ｄパターンの形状が一定して刻まれなく、再びこれを解決するためには、定期的にローラーを清掃してあげるべきという問題が発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、上記のような問題を解決するためであり、リチウム金属電極の表面に他の種類のパターンを刻み込もうとするときに３Ｄパターンの入替えが容易で、リチウム金属との離型性が高くて入替えサイクルが長く、刻まれた３Ｄパターンの形状が常に一定した３Ｄパターン打抜き機を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、上記３Ｄパターン打抜き機を用いたリチウム金属の単位電極の製造方法と、上記の方法で製造されたリチウム金属の単位電極及びこれを用いた二次電池を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一つの実施形態によれば、リチウム金属電極を単位電極で打抜きするための３Ｄパターン打抜き機であって、単位電極の大きさに合う金型を有して上下運動をする打抜き金型パンチと、前記金型パンチに対応されるダイと、前記金型パンチの端に位置してリチウム金属電極を単位電極で打抜きする金型の刃と、及び前記金型パンチのダイと相接する内側の部分でありながら刃が形成されていない部分に位置する３Ｄパターンとを含む３Ｄパターン打抜き機が提供される。
【００１７】
本発明の他の実施形態によれば、上記金型パンチは、金属素材の金型に高分子素材の３Ｄパターンモールドを付け入れたもの、または金型が一切に高分子素材からなったものの内のいずれか一つである。
【００１８】
本発明のまた他の実施形態によれば、上記高分子素材はポリウレタンアクリレート、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリブチレンテレフタレートの内のいずれか一つである。
【００１９】
本発明のまた他の実施形態によれば、上記３Ｄパターンの深さは１０〜１００μｍであるものである。
【００２０】
本発明のまた他の実施形態によれば、上記３Ｄパターンは陽刻または陰刻の内、いずれか一つの形状で刻まれる。
【００２１】
本発明のまた他の実施形態によれば、上記３Ｄパターンはメッシュ（ｍｅｓｈ）、ラメラ（ｌａｍｅｌｌａｒ）、エンボス（ｅｍｂｏｓｓ）、線形、円形、楕円形、多角形、波形の内、いずれか一つの形状を有するものである。
【００２２】
本発明のまた他の実施形態によれば、上記ダイの側面に打抜きされる前のリチウム金属電極を連続的に供給するローラー形状の巻出機とをさらに含むことができる。
【００２３】
本発明のまた他の実施形態によれば、上記３Ｄパターン打抜き機を用いて、リチウム金属電極をダイに位置させる段階と、打抜き金型パンチを上から下へと降し押しながら、リチウム金属電極の表面に３Ｄパターンを刻みながら打抜きする段階と、及び打抜き金型パンチを持ち上げて金型からリチウム金属の単位電極を離型する段階と、を含むリチウム金属単位電極の製造方法が提供される。
【００２４】
本発明のまた他の実施形態によれば、上記の方法で製造されたリチウム金属単位電極が提供される。
【００２５】
本発明のまた他の実施形態によれば、上記リチウム金属単位電極を含む二次電池が提供される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明で提供する３Ｄパターン打抜き機によってリチウム金属単位電極を生産することになると、従来技術に比べて３Ｄパターンの入替えや清掃において、コスト及び時間が節約される。そして、３Ｄパターンの形状が常に一定に刻まれ、打抜きと同時に３Ｄパターンが刻まれてリチウム金属電極の生産性が向上される効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来技術による３Ｄパターニング方法を示した模式図である。
【図２】本発明による３Ｄパターン打抜き機の構造を示した模式図である。
【図３】本発明によるリチウム金属単位電極を示した模式図である。
【図４】本発明による高分子材質の３Ｄパターンモールドを作製し、それをリチウム金属に転写する過程を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を添付された図面を参考して具体的に説明する。本発明は以下の実施例により制限されるものではない。本発明による実施例は、様々な他の形態へと変形され得るし、本発明の範囲が下で詳述する実施例に限定されるものとして解釈されてはならない。本発明の実施例は、当該分野で通常の知識を有する技術者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
【００２９】
図２に図示されたように、本発明による３Ｄパターン打抜き機（１００）は、単位電極の大きさに合う金型を有して上下運動をする打抜き金型パンチ（１０）と、前記金型パンチ（１０）に対応するダイ（１４）と、前記金型パンチ（１０）の端に位置してリチウム金属電極（１３）を単位電極で打抜きする金型の刃（１１）と、及び前記金型パンチ（１０）のダイ（１４）と相接する内側の部分でありながら、刃が形成されていない部分に位置する３Ｄパターン（１２）とを含む。
【００３０】
図２に図示された打抜き金型パンチ（１０）は端に金型の刃（１１）を有しており、内側に３Ｄパターン（１２）が形成されている。そして、ダイ（１４）は金型の刃（１１）及び３Ｄパターン（１２）と噛み合えるように形成されている。金型の刃（１１）は、打抜きの機能を強調するため、図２に厚くて鋭く図示されているが、実際には薄い刃の形態で構成されて機能する。ダイ（１４）の上にはリチウム金属電極（１３）が位置し、金型パンチ（１０）が降りてきて、ダイ（１４）と噛み合いながらリチウム金属電極（１３）を打抜きすると同時に表面に３Ｄパターンを刻み込むことになる。リチウム金属電極（１３）は、実際に連続的に供給されることが望ましい。図２では、打抜き機能を強調するために、リチウム金属電極（１３）を連続的に供給する巻出機（図示せず）とリチウム金属電極（１３）の連続的に供給される部分は図示しなかった。
【００３１】
本発明で打抜きの対象とするものはリチウム金属電極（１３）で、単位重量あたりの容量が約３８６０ｍＡｈ／ｇを有しており、負極として非常に有用である。しかし、純粋なリチウム金属の場合、密度が０．５４ｇ／ｃｍ３で脆い性質を有しており、電解質と継続的に反応して、デンドライトを形成する問題がある。ただし、脆い性質のため、塑性加工や打抜きは容易であり、表面に３Ｄパターンを刻み込むにも容易である。
【００３２】
リチウム金属単位電極の大きさは、製造しようとする電池の大きさと容量に応じて変わり得る。加工が容易な性質のため、電極を一定のレベル曲げて使用することも可能である。したがって、スタック型、折り畳み型、スタック−折り畳み型の電極組立体の両方に使用可能である。
【００３３】
打抜き金型パンチ（１０）は、上下運動を通してリチウム金属電極（１３）を単位電極に打抜きすることになる。上下運動はクランク式、重力式、油圧式等により行うことができ、上下運動をしながら一定の圧力を加えることができる方式であれば限定されない。打抜き金型パンチ（１０）は、ダイ（１４）にリチウム金属電極（１３）が位置された後に、上から下へと下降しながら、リチウム金属電極（１３）に一定の圧力を加え、リチウム金属電極（１３）を単位電極としてカットすることになる。
【００３４】
上記金型パンチ（１０）に対応するダイ（１４）は、金型パンチ（１０）と噛み合う大きさを有し、上記金型パンチ（１０）が下へと降りてきて噛み合い、リチウム金属電極（１３）を打抜きすることになる。ダイ（１４）の側面にローラー形状の巻出機（図示せず）をさらに含むことができるが、打抜きされる前のリチウム金属電極（１３）を連続的に供給し、打抜き金型パンチ（１０）とダイ（１４）から、リチウム金属電極（１３）が単位電極に打抜きされた次に打抜き金型パンチ（１０）が上へと上がれば、打抜きされる前のリチウム金属電極（１３）が打抜きされた電極を押し出して連続的に供給されながら、リチウム金属の単位電極を連続に生産可能にする。ダイ（１４）は、打抜き金型パンチ（１０）の衝撃を長時間吸収する必要があるため、打抜き金型パンチ（１０）より強度の高い金属材質で備えることが望ましい。
【００３５】
金型パンチ（１０）の端には、リチウム金属電極（１３）を単位電極に打抜きする金型の刃（１１）が位置する。金型の刃（１１）は、別途の構造でパンチに付着され得るが、金型と一切に形成されることが構造を簡単にし、メンテナンスに有利であるため、より望ましい。金型パンチ（１０）はリチウム金属の単位電極に合うサイズを有し、金型の刃（１１）はその端に位置してリチウム金属電極（１３）を単位電極の大きさで切り出すことになる。供給されるリチウム金属電極（１３）が単位電極と同じ幅を有して長さ方向へと供給されれば、金型の刃（１１）は、幅方向にのみ位置することになり、リチウム金属電極（１３）が単位電極と同じ長さを有して幅方向へと供給されれば、金型の刃（１１）は、長さ方向にのみ位置することになる。リチウム金属電極（１３）が単位電極と、どちらの方向の大きさにも一致しないまま供給されるのであれば、金型の刃（１１）は打抜き金型パンチ（１０）の四方に位置しなければならない。生産性を考慮するとき、供給されるリチウム金属電極（１３）は単位電極との長さ、または幅方向に、一つは一致させ、金型の刃（１１）の数を減らすことが望ましい。
【００３６】
金型パンチ（１０）の内側として、リチウム金属電極（１３）と相接する部分には、３Ｄパターン（１２）が形成されている。ダイ（１４）にリチウム金属電極（１３）を位置させ、打抜き金型パンチ（１０）が下へと下降し、ダイ（１４）と噛み合いながらリチウム金属電極（１３）を単位電極に打抜きするとき、金型パンチ（１０）の内側に形成された３Ｄパターン（１２）が、リチウム金属電極（１３）と相接しながらリチウム金属電極（１３）の表面に３Ｄパターンを刻むことになる。
【００３７】
３Ｄパターン（１２）は陽刻または陰刻であり得るし、打抜き金型パンチ（１０）の内側に刻まれた３Ｄパターン（１２）が陽刻であれば、リチウム金属電極（１３）には陰刻の３Ｄパターンが刻まれるし、打抜き金型パンチ（１０）の内側に刻まれた３Ｄパターン（１２）が陰刻であれば、リチウム金属電極（１３）には陽刻の３Ｄパターンが刻まれる。３Ｄパターン（１２）はメッシュ（ｍｅｓｈ）、ラメラ（ｌａｍｅｌｌａｒ）、エンボス（ｅｍｂｏｓｓ）、線形、円形、楕円形、多角形、波形のいずれか一つの形状を有し、これはリチウム金属電極（１３）に付与するデンドライト成長抑制の程度と、上記リチウム金属電極を使用して製造される電池の用途に応じて、多様に選択され得る。
【００３８】
上記３Ｄパターン（１２）の深さは１０〜１００μｍであることが望ましい。打抜き金型パンチ（１０）の３Ｄパターン（１２）の深さほど、リチウム金属電極（１３）にも同じ深さの３Ｄパターンが形成され、リチウム金属電極（１３）の高さは、通常、数百マイクロメートル以内である。そして、刻まれる３Ｄパターンの深さが１０μｍ未満であれば、デンドライト成長抑制効果が落ちて望ましくないし、１００μｍを超過すれば、加工性が低下して一定したパターンを継続的に刻むのが難しくて望ましくない。
【００３９】
本発明の金型パンチ（１０）は、金属素材の金型に高分子素材の３Ｄパターン（１２）モールドを貼り付け入れたもの、または金型が一切に高分子素材から成ったものの内で、いずれか一つである。金属素材の金型である場合、金型の刃（１１）も一切に金属素材であり、金型の内側に高分子素材の３Ｄパターン（１２）モールドを貼り付け入れることになる。金型が一切に高分子素材からなる場合、金型の刃（１１）と３Ｄパターン（１２）が一切に高分子素材から成っている。
【００４０】
従来技術では、３Ｄパターンが刻まれたローラー（１）を用いて電極を圧延することになるが、この場合に２つの問題がある。一つは、刻み入れようとするパターンを入替えしようとするときにローラー自体を入替えする必要があるため、コストと時間の面で望ましくなく、生産性が落ちる問題がある。他の一つは、通常、圧延工程で使用するローラーは、一定した圧力を持たせるために量がかかるメタル材質を使用するため、リチウム金属との離型性が良くないという問題である。離型性が良くないため、ローラーでリチウム金属電極（３）を圧延すると、ローラーにリチウム金属がくっ付くことになり、リチウム金属がくっ付いた状態で継続的に圧延を進めると、以降に刻まれる３Ｄパターンはリチウム金属がくっ付いたほど、元の形態との違いを見せることになる。したがって、一定した形態の３Ｄパターンを刻むには、随時にローラーにくっ付いたリチウム金属を掃除する必要があり、これは生産コストと時間の増加につながる。
【００４１】
本発明の金型パンチ（１０）は、金属素材の金型に高分子素材の３Ｄパターン（１２）モールドを付け入れて使用するため、３Ｄパターン（１２）を変更しようとする場合は３Ｄパターン（１２）モールドだけを入替えすれば良いため、上記の問題を解決し得る。従来技術では、ローラー全体を入替えする必要があるため、コストと時間が大いに所要されるが、本発明に係る３Ｄパターン（１２）の入替えは、高分子素材から成った３Ｄパターン（１２）モールドだけを入替えするため、コストと時間を節約し得る効果がある。金型全体が高分子素材から成った場合でも、金型自体を他の３Ｄパターン（１２）を有する金型に入替えすれば良いため、メタルから成ったローラー全体の入替えより入替えが簡単でコストが節約される。
【００４２】
高分子素材から成った３Ｄパターン（１２）モールドを金型に付着したり、または、金型自体を高分子素材で作ったりする場合、従来技術と比べて、リチウム金属電極（１３）との離型性が良くなる。高分子素材はポリカーボネート、ポリウレタンアクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリブチレンテレフタレートなどが使用され得るし、特に、ポリウレタンアクリレートとポリカーボネートは、適切な硬さと離型性を有しているため、リチウム金属に正確なパターンを刻み込めるという点と共に、リチウム金属の上に加圧する過程を複数回経るとしても割れずに再使用が可能であるという点で望ましい。
【００４３】
金型全体を高分子素材にして、金型の刃（１１）も高分子素材からなる場合でも、上述したように、リチウム金属は、脆い性質を有して加工性が良いため、十分に打抜きが可能である。離型性が向上された３Ｄパターン（１２）モールドは従来技術と異なって、３Ｄパターンを刻んだ後にリチウム金属が良くくっ付かないため、頻繁に掃除をする必要がなく、リチウム金属電極（１３）に刻まれた３Ｄパターンも、さらに一定した形態で刻み得る効果がある。
【００４４】
本発明の金型パンチに付着される高分子材質のモールドに３Ｄパターンを形成する方法は特に限定されておらず、フォトリソグラフィー、ソフトリソグラフィーなどのような任意の公知された方法によることができる。ソフトリソグラフィーの方法としては、微細接触印刷、デカールトランスファー微細転写法（Ｄｅｃａｌ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、光−結合マスク法、レプリカモールディング、キャピラリー−微細モールディング法などを例示することができ、本発明では工程が比較的簡単で、多次元構造体を大量に複製するのに便利であり、低コストの大量生産に適したレプリカモールディング法が望ましい。
【００４５】
レプリカモールディングは、柔軟な高分子で作られたスタンプを利用して、原本の情報を複製するものである。図４を参照すると、本発明の３Ｄパターンモールドを製作するためには、必要な３Ｄパターンがエッチングされているシリコンマスターモールド（３０）を用意し、前記シリコンマスターモールドの上にポリウレタンアクリレートのような高分子前駆体（３１）を注ぐ。以降、高分子を硬化させると、ポリウレタンアクリレートモールド（４０）が作られる。
【００４６】
こうして作られたポリウレタンアクリレートモールド（４０）を金型パンチに付着し、リチウム金属（５０）をダイに位置させ、金型パンチを上から下へと下降して押せば、リチウム金属に３Ｄパターンが転写されるのである。
【００４７】
必要によって、リチウム金属の水分反応性による汚染を防止し、より確実な離型性を付与するため、ポリウレタンアクリレートモールドの上に疏水性物質などをスピンコーティング方式を用いて薄く（数ｎｍ）コーティングして使用することも可能である。
【００４８】
本発明は、また、３Ｄパターン打抜き機（１００）を用いたリチウム金属の単位電極（２１）を製造する方法を提供する。上記の方法は、リチウム金属電極（１３）をダイ（１４）に位置させる段階と、打抜き金型パンチ（１０）を上から下へと降し押しながら、リチウム金属電極（１３）の表面に３Ｄパターンを刻みながら打抜きする段階と、及び打抜き金型パンチ（１０）を持ち上げて金型からリチウム金属単位電極（２１）を離型させる段階とを含む。
【００４９】
本発明は、また、上記製造方法で製造されたリチウム金属の単位電極（２１）と、上記の単位電極を含む二次電池を提供するところにも特徴がある。図３は、本発明に係るリチウム金属の単位電極（２１）を模式的に示したものであり、正方形の３Ｄパターン（２２）を拡大して示している。
【００５０】
上記の方法に基づいて製造されたリチウム金属の単位電極（２１）は、３Ｄパターンがより一定に刻まれているため、同じ大きさと形状を従来技術によって刻む時より、電極表面でのデンドライトの生成が均一になる。デンドライトの生成が均一になると、電極の寿命と安全性が向上する効果がある。
【００５１】
上記電極を使用した二次電池は、電極の寿命と安全性が向上されるため、電池の寿命とサイクル特性が向上される。
【００５２】
以下、実施例を通して本発明をさらに詳細に説明する。しかし、下記の実施例は、本発明を例示するためのもので、本発明の範囲がこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００５３】
実施例１
２０μｍ×２０μｍ×２０μｍ（幅×長さ×深さ）サイズの立方体３Ｄパターンを有する３Ｄパターンモールドを付着した金属材質の打抜き金型パンチを用意した。３Ｄパターンモールドの材質はポリウレタンアクリレートであった。ダイの上に厚さ１００μｍのリチウム金属電極を位置させた。打抜き金型を上から下に降し押しながら、リチウム金属電極の表面に３Ｄパターンを刻みながら打抜きした。打抜きされたリチウム金属の単位電極を金型から離型させ、ダイの側面のローラー形状の巻出機を介してリチウム金属電極を連続的に供給しながら、金型パンチを上下運動させて打抜きし、１０個のリチウム金属の単位電極を製造した。
【００５４】
実施例２
直径が２０μｍである半球形の３Ｄパターンを有する３Ｄパターンモールドを付着したことを除いては、実施例１と同様にリチウム金属の単位電極を製造した。
【００５５】
実施例３
打抜き金型と３Ｄパターンが一切にポリウレタンアクリレートからなる金型を使用したことを除いては、実施例１と同様にリチウム金属の単位電極を製造した。
【００５６】
実施例４
打抜き金型と３Ｄパターンが一切にポリウレタンアクリレートからなる金型を使用したことを除いては、実施例２と同様にリチウム金属の単位電極を製造した。
【００５７】
比較例１
２０μｍ×２０μｍ×２０μｍ（幅×長さ×深さ）サイズの立方体３Ｄパターンを有するメタル材質のローラーを用意した。厚さ１００μｍのリチウム金属電極を上記ローラーで圧延して、表面に３Ｄパターンを刻んだ。３Ｄパターンが刻まれたリチウム金属電極を一定した大きさに切って、１０個のリチウム金属の単位電極を製造した。
【００５８】
比較例２
直径が２０μｍである半球形の３Ｄパターンを有するローラーを使用したことを除いては、比較例１と同様にリチウム金属の単位電極を製造した。
【００５９】
上記の実施例及び比較例で製造されたリチウム金属の単位電極を、製造した順番で番号をつけ、電極表面を観察し、３Ｄパターンの一定した程度を下記の表１に示した。３Ｄパターンの断面の正方形や円形の形状がすべて正しく刻まれており、深さが一定であれば〇、正方形や円形のへこみや深さが一定していないものがあれば×で表示した。また、パターンは正確に刻まれたが、打抜き電極の外郭断面が滑らかに切断されていない場合は、〇と×の隣に△と別途表示した。
【００６０】
【表１】
2020514981.tif 000003
【００６１】
上記の表１によれば、本発明に係る実施例は、連続的に３Ｄパターンを刻みながら打抜きしても刻まれた３Ｄパターンの変形がない一方、比較例は、連続的に３Ｄパターンを刻む場合、刻まれた３Ｄパターンの変形が発生することを知り得る。
【００６２】
以上で、本発明は、たとえ限定された実施例によって説明されたが、実施例によって限定されなく、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と下に記載される特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることはもちろんである。
【符号の説明】
【００６３】
１：  ３Ｄパターンローラー
２：  ３Ｄパターン
３：  リチウム金属電極
１００：  ３Ｄパターン打抜き機
１０：  金型パンチ
１１：  金型の刃
１２：  ３Ｄパターン
１３：  リチウム金属電極
１４：  ダイ
２１：  リチウム金属の単位電極
２２：  ３Ｄパターン
３０：  シリコンマスターモールド
３１：  高分子前駆体
４０：  高分子モールド（ソフトモールド）
５０：  リチウム金属
【図１】
2020514981.tif 000004
【図２】
2020514981.tif 000005
【図３】
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【図４】
2020514981.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月9日(2019.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウム金属電極を単位電極に打抜きするため３Ｄパターン打抜き機であって、
単位電極の大きさに合う金型を有して上下運動をする打抜き金型パンチと、
前記金型パンチに対応するダイと、
前記金型パンチの端に位置してリチウム金属電極を単位電極に打抜きする金型の刃と、
前記金型パンチのダイと相接する内側の部分でありながら、刃が形成されていない部分に位置する３Ｄパターンと、
を含むことを特徴とする３Ｄパターン打抜き機。
【請求項２】
前記金型パンチは、金属素材の金型に高分子素材の３Ｄパターンモールドを付け入れたもの、又は金型が一切に高分子素材からなるものの内、いずれか一つであることを特徴とする、請求項１に記載の３Ｄパターン打抜き機。
【請求項３】
前記高分子素材はポリカーボネート、ポリウレタンアクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリブチレンテレフタレートの内、いずれか一つであることを特徴とする、請求項２に記載の３Ｄパターン打抜き機。
【請求項４】
前記３Ｄパターンの深さは１０〜１００μｍであることを特徴とする、請求項１から３の何れか一項に記載の３Ｄパターン打抜き機。
【請求項５】
前記３Ｄパターンは陽刻または陰刻の内、いずれか一つの形状に刻まれることを特徴とする、請求項１から４の何れか一項に記載の３Ｄパターン打抜き機。
【請求項６】
前記３Ｄパターンはメッシュ（ｍｅｓｈ）、ラメラ（ｌａｍｅｌｌａｒ）、エンボス（ｅｍｂｏｓｓ）、線形、円形、楕円形、多角形、波形の内、いずれか一つの形状を有することを特徴とする、請求項１から５の何れか一項に記載の３Ｄパターン打抜き機。
【請求項７】
前記ダイの側面に打抜きされる前のリチウム金属電極を連続に供給するローラー形状の巻出機とをさらに含むことを特徴とする、請求項１から６の何れか一項に記載の３Ｄパターン打抜き機。
【請求項８】
請求項１に記載の３Ｄパターン打抜き機を用いたリチウム金属の単位電極の製造方法であって、
リチウム金属電極をダイに位置させる段階と、
打抜き金型パンチを上から下へと降し押しながら、リチウム金属電極の表面に３Ｄパターンを刻みながら打抜きする段階と、
打抜き金型パンチを持ち上げて金型からリチウム金属の単位電極を離型させる段階と、
を含むことを特徴とするリチウム金属の単位電極の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
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【国際調査報告】
2020514981.tif 000009
2020514981.tif 000010
2020514981.tif 000011
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