METHOD OF MANUFACTURING ANODE ELECTRODE FOR LITHIUM METAL BATTERIES USING PHOTOELECTROMAGNETIC ENERGY IRRADIATION AND ANODE ELECTRODE FOR LITHIUM METAL BATTERIES

The present invention relates to a method for manufacturing a lithium metal anode, particularly an anode having a three-dimensional highly porous structure, capable of inhibiting the growth of lithium dendrites, which can reduce the electrochemical performance of a battery and cause fatal damage to a battery structure. The present invention describes various types of three-dimensional structures made of different materials, such as porous polymer nanocomposites, carbon nanotube structures with lithophilic metal oxides, and electrospun carbon nanofibers created directly on a lithium metal anode. The present invention also describes a three-dimensional structure created directly on a copper current collector that serves as an anode-free current collector. Here, a lithium metal is deposited directly on a three-dimensional structure composed of a network of sintered copper nanoparticles or on a porous carbon structure produced from an industrial by-product with a high carbon content. Exemplary experiments were performed to confirm that both the carbon nanotube structure having a metal oxide coated on the lithium metal foil and the copper nanoparticle network sintered on the copper foil had a highly porous three-dimensional structure. A symmetrical cell test performed on a carbon nanotube structure with metal oxide coated on a lithium metal foil showed increased stability at a constant current density of 0.5 C over repeated cycles. A result showing that lithium dendrite growth was successfully inhibited can be obtained therefrom. 본 발명은 전지의 전기화학적 성능을 저하시키고 전지 구조물에 치명적인 손상을 야기할 수 있는 리튬 덴드라이트의 성장을 억제할 수 있는 리튬 금속 애노드, 특히 3차원의 고다공성 구조를 갖는 애노드를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 다공성 고분자 나노복합재, 리튬 친화성 금속 산화물들이 있는 탄소나노튜브 구조물 및 리튬 금속 애노드 상에 직접 생성된 전기방사 탄소나노섬유와 같은 상이한 재료로 생성된 다양한 유형들의 3차원 구조물을 설명한다. 본 발명은 또한 무애노드 집전체로서 작용하는 구리 집전체 상에 직접 생성된 3차원적 구조물에 대해 설명하며, 여기서 리튬 금속은 소결된 구리 나노입자 네트워크로 이루어진 3차원 구조물 상에 또는 높은 탄소 함량을 갖는 산업 부산물로부터 생성된 다공성 탄소 구조물 상에 직접 증착된다. 리튬 금속박 상에 코팅된 금속 산화물을 갖는 탄소나노튜브 구조물과 구리박 상에 소결된 구리 나노입자 네트워크가 모두 고다공성 3차원 구조를 갖는 것을 확인하기 위한 예시적인 실험들이 수행되었다. 리튬 금속박 상에 코팅된 금속 산화물을 갖는 탄소나노튜브 구조물에 대해 수행된 대칭 셀 테스트는 반복된 사이클들에 걸쳐 0.5 C의 정전류 밀도에서 증가된 안정성을 보였는데, 이로부터 리튬 덴드라이트 성장이 성공적으로 억제되었다는 결과가 얻어질 수 있다.