KR101396792B1 - Electrode structure comprising the electrode materialand secondary battery comprising the electrodestructure - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 충전효율을 증진시킴은 물론 포화된 충전에 따른 전극구조체의 손상을 방지하여 안정하게 사용할 수 있고, 특히 이온분리막을 별도로 구비하지 않도록 되어 있어 구조가 간단하면서 그 크기를 작게함과 아울러 전극구조체의 표면적을 증대시켜 충전용량을 증대할 수 있도록 전극재료로 이루어진 전극층(9)과 상기 전극층(9)과 전기적으로 연결된 전극판(10)으로 이루어진 전극몸체(11)와, 상기 전극몸체(11)의 외주면에 적층형성된 미소공의 절연제로 이루어진 이온분리층(8)을 포함하는진 전극으로 이루어진 리튬2차전지용 전극구조체, 및 상기 전극구조체를 포함하는 2차전지에 관한 것이다.The present invention improves the charging efficiency and prevents the electrode structure from being damaged due to the saturated charging and can be used stably. Particularly, since the ion separating membrane is not separately provided, the structure is simple and small in size, An electrode body 11 composed of an electrode layer 9 made of an electrode material and an electrode plate 10 electrically connected to the electrode layer 9 so as to increase the surface area of the electrode structure and increase the charging capacity, And a positive electrode including an ion separation layer 8 made of a microporous insulating material laminated on the outer circumferential surface of the electrode assembly 11, and a secondary battery including the electrode structure.
Description
본 발명은, 음극 및 양극을 구성하는 리튬 2차전지용 전극구조체 및 상기 전극구조체를 포함하는 2차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충전효율을 증진시킴은 물론 포화된 충전에 따른 전극구조체의 손상을 방지하여 안정하게 사용할 수 있고, 특히 이온분리막을 별도로 구비하지 않도록 되어 있어 구조가 간단하면서 그 크기를 작게 함과 아울러 전극구조체의 표면적을 증대시켜 충전용량을 증대할 수 있도록 된 리튬 2차전지용 전극구조체, 및 상기 전극구조체를 포함하는 2차전지에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrode structure for a lithium secondary battery constituting a cathode and an anode, and a secondary battery including the electrode structure. More particularly, the present invention relates to a secondary battery including the electrode structure, And can be used stably. Particularly, it is possible to provide an electrode for a lithium secondary battery which is simple in structure and small in size, and can increase the surface area of the electrode structure, Structure, and a secondary battery including the electrode structure.
최근에, 대기중에 함유된 CO2가스량이 증가하고 있기 때문에 온실효과에 의한 지구온난화가 발생할 수 있는 가능성이 알려지고 있다.Recently, it is known that global warming due to the greenhouse effect may occur because the amount of CO 2 gas contained in the atmosphere is increasing.
즉, 화력 발전소는 화석연료를 사용하여 화력을 전기에너지로 변환하지만, 다량의 CO2가스를 배출하므로 화력발전소를 신설하는 것이 곤란하게 된다.That is, a thermal power plant uses fossil fuels to convert thermal power into electrical energy, but since it emits a large amount of CO2 gas, it is difficult to establish a thermal power plant.
따라서, 화력 발전소에서 발생한 전력을 효과적으로 이용하기 위해서, 잉여전력인 야간에 발생한 전력을 가정용 2차전지에 축전시킬 수 있고, 그에 의해 전력소비가 증가할 때 축적된 전력을 낮 동안 이용할 수 있는 소위 부하평준화 접근법이 제안되고 있다.Therefore, in order to effectively utilize the power generated from the thermal power plant, it is possible to charge the power generated in the nighttime, which is surplus power, in the secondary battery for home use, so that the accumulated power when the power consumption is increased can be used during the day, A leveling approach is proposed.
그리고, COx, NOx, 탄화수소 등의 대기오염원을 배출하지 않는 전동차에 대해 고에너지밀도 2차전지의 개발이 요구되고 있다.In addition, development of a high energy density secondary battery is required for a train which does not discharge air pollution sources such as COx, NOx, and hydrocarbons.
또한, 노트북 개인용 컴퓨터, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 휴대전화, PDA(Personal Digital Assistant) 등의 휴대용전기기기의 용도에서 소형, 경량, 고성능의 2차전지의 개발이 긴급하게 요구된다.
Further, development of a small-sized, light-weight, high-performance secondary battery is urgently required for use in portable electronic devices such as notebook personal computers, video cameras, digital cameras, cellular phones, and PDAs (Personal Digital Assistants).
상기에서, 경량, 소형의 2차전지로써는, 충전반응시, 리튬이온을 그 층간으로부터 사이에 삽입하지 않기 위해 리튬 삽입 화합물을 양극물질로서 이용하고 또한 탄소로 형성된 6원(員) 망 구조의 평면의 층간에 리튬이온을 삽입하기 위해 흑연으로 대표되는 탄소함유재료를 음극물질로서 이용하는 "리튬이온전지"로서 칭하는 흔들의자형 전지가 개발되어 부분적으로 실용화되고 있다.
As a lightweight and compact secondary battery, it is necessary to use a lithium intercalation compound as a cathode material in order to prevent lithium ions from interposing between lithium ions during the charging reaction and to use a flat plane of a six- Called "lithium ion battery" in which a carbon-containing material represented by graphite is used as a negative electrode material for inserting lithium ions into the interlayer between layers, has been developed and partially put into practical use.
이와 같은 리튬이온전지로 종래에, 미국 특허 제 6,051,340호 공보와, 동 제 5,795,679호 공보와, 동 제6,432,585호 공보와, 일본국 특개평 11-283627호 공보와, 일본국 특허 제 2000-311681호 공보, 및 국제 공개 WO 00/17949호 공보에서, 실리콘이나 주석원소를 포함하는 리튬 2차전지용 음극을 이용한 2차전지가 제안되어 있다.Such a lithium ion battery has been conventionally known in the art as disclosed in U.S. Patent Nos. 6,051,340, 5,795,679, 6,432,585, 11-283627, 2000-311681 And International Publication No. WO 00/17949, a secondary battery using a negative electrode for a lithium secondary battery including silicon or a tin element has been proposed.
상기에서 미국 특허 제 6,051,340호 공보는, 리튬과 합금화하지 않는 금속재료의 집전장치에 실리콘이나 주석 등의 리튬과 합금화하는 금속과 리튬과 합금화하지 않는 금속으로부터 형성된 전극층을 포함하는 음극을 이용한 리튬 2차전지를 제안하고 있다.U.S. Patent No. 6,051,340 discloses a lithium secondary battery using a negative electrode comprising an electrode layer formed from a metal that is alloyed with lithium such as silicon or tin and a metal that is not alloyed with lithium in a current collector of a metal material that is not alloyed with lithium, .
그리고, 싱기 미국 특허 제 5,795,679호 공보는, 니켈이나 구리 등의 원소와 주석 등의 원소와의 합금의 분말로부터 형성된 음극을 이용한 리튬 2차전지를 제안하고 있다. 미국 특허 제 6,432,585호 공보는, 평균 입경이 0.5㎛ 내지 60㎛인 실리콘이나 주석을 함유하는 입자의 35중량% 이상을 함유하고 공극률이 0.10 내지 0.86이고 밀도가 1.00 내지 6.56g/cm3인 전극재료층을 가지는 음극을 이용하는 리튬 2차전지를 제안하고 있다.In addition, Japanese Unexamined Patent Publication No. 5,795,679 proposes a lithium secondary battery using a negative electrode formed from a powder of an alloy of an element such as nickel or copper and an element such as tin. U.S. Patent No. 6,432,585 discloses an electrode material layer containing 35 wt% or more of silicon or tin-containing particles having an average particle diameter of 0.5 to 60 탆 and having a porosity of 0.10 to 0.86 and a density of 1.00 to 6.56 g / A lithium secondary battery using a negative electrode having a negative electrode.
또한, 일본국 특개평 11-283627호 공보는, 비정질상을 가지는 실리콘이나 주석을 포함하는 음극을 이용한 리튬 2차전지를 제안하고, 일본국 특허 제 2000-311681호 공보는, 비화학량론 조성의 비정질 주석-천이 금속합금입자를 포함하는 음극을 이용한 리튬 2차전지를 제안하고 있고, 국제 공개 WO 00/17949호 공보는, 비화학량론 조성의 실리콘-천이 금속합금입자를 포함하는 음극을 이용한 리튬 2차전지를 제안하고 있다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-283627 proposes a lithium secondary battery using a negative electrode containing silicon or tin having an amorphous phase, and Japanese Patent Publication No. 2000-311681 discloses a non-stoichiometric amorphous tin -Transition Metal Alloy Particles and WO 00/17949 discloses a lithium secondary battery using a negative electrode containing silicon-transition metal alloy particles of non-stoichiometric composition I am proposing.
그리고, 일본국 특허 제 2000-215887호 공보는, 벤젠 등의 열분해를 이용한 화학증착에 의해, 리튬과 합금화하는 금속 또는 반금속의 입자의 표면, 특히 실리콘 입자의 표면 위에 탄소층을 형성하여 도전성을 향상시키고, 그에 의해 리튬과 합금화할 때 체적팽창을 억제하여 전극의 파괴를 방지하는 고용량이고 충방전효율이 높은 리튬 2차전지를 제안하고 있다.
Japanese Patent Publication No. 2000-215887 discloses a method of forming a carbon layer on the surface of metal or semi-metal particles, particularly silicon particles, which is alloyed with lithium by chemical vapor deposition using pyrolysis of benzene or the like, A lithium secondary battery having a high capacity and a high charging / discharging efficiency which prevents the electrode from being broken by suppressing the volume expansion when alloyed with lithium.
도 1은 본 일반적인 2차전지의 구조를 간략하게 보인 예시도로써, 통상의 2차전지(1)는 이온전도막(2)을 전극구조체로 이루어진 음극(3)과 양극(4)의 사이에 끼워 전극군을 형성한 후 이슬점이 충분히 제어된 건조 공기 또는 건조 불활성 가스 분위기에서 상기 전극군을 전지케이스(5)에 삽입한 후, 음극(3)과 양극(4)이 전극단자(6)에 각각 접속되게 하여 전지케이스(5)를 밀봉하여 이루어진다.FIG. 1 is a schematic view showing the structure of a general secondary battery. FIG. 1 is a schematic view showing a structure of a conventional secondary battery. In the conventional secondary battery 1, the ion
즉, 리튬이온이 수용된 전지케이스(5)의 내부공간을 이온전도막(2)를 기준으로 분할한 후, 일 측 공간에는 음극 전극구조체를 구비하고 타 측 공간에는 양극 전극구조체을 구비하며, 리튬이온이 이온전도막(2)를 통해 음극(3) 및 양극(4)과 결합하여 산화/환원반응이 발생하는 것을 이용하여 충전하거나 방전하게 된다.That is, after dividing the internal space of the
상기에서 음극(3) 및 양극(4)은 전극을 이루는 전극물질과 상기 전극물질과 전기적으로 연결된 전극판(7)의 결합으로 이루어진다.
The
따라서, 상기 전극단자(6)는 상기 전극판(7)과 전기적인 연결을 가지면서 구비된다.
Therefore, the
이와 같은 이온전도막(2)은 미소공성의 플라스틱 필름에 유지되는 전해질을 가지는 부재로 이루어지는 것이 바람직하다.
It is preferable that such an ion
그러나, 상기 종래의 리튬2차전지들은 계산된 이론적 충전용량이 4200mAh/g이지만, 1000mAh/g를 초과하는 전기량의 리튬 삽입/이탈을 가능하게 하는 전극성능이 달성되지 않으며, 포화된 충전에 따른 전극구조체의 손상이 발생하여 비 안정적인 문제점들이 있었다.However, although the conventional lithium secondary batteries have a theoretical charging capacity calculated to be 4200 mAh / g, the electrode performance capable of lithium insertion / desorption of an electric quantity exceeding 1000 mAh / g is not achieved, And thus there were unstable problems.
또한, 음극 및 양극을 구성하는 전극구조체의 크기가 마이크로 및 나노 단위로 되어 있지 않아, 전극들의 표면적이 작아 충전용량을 증대할 수 없는 문제점이 있었다.
In addition, since the size of the electrode structure constituting the cathode and the anode is not micro and nano units, there is a problem that the surface area of the electrodes is small and the charging capacity can not be increased.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 충전효율을 증진시킴은 물론 포화된 충전에 따른 전극구조체의 손상을 방지하여 안정하게 사용할 수 있고, 특히 이온분리막을 별도로 구비하지 않도록 되어 있어 구조가 간단하면서 그 크기를 마이크로 및 나노 단위로 작게 함과 아울러 전극구조체의 표면적을 증대시켜 충전용량을 증대할 수 있도록 된 리튬 2차전지용 전극구조체 및 상기 전극구조체를 포함하는 2차전지를 제공하는 것에 있다.
It is an object of the present invention to improve the charging efficiency and to prevent damage to the electrode structure due to saturated charging and to use the electrode structure stably. So that the size of the electrode structure can be reduced by micro and nano units, and the surface area of the electrode structure can be increased to increase the charging capacity. The electrode structure for a lithium secondary battery includes the electrode structure And the like.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 2차전지용 전극구조체는 전극재료로 이루어진 전극층과 상기 전극층과 전기적으로 연결된 전극판으로 이루어진 전극몸체와, 상기 전극몸체의 외주면에 적층형성된 미소공의 절연제로 이루어진 이온분리층을 포함하는 전극으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided an electrode structure for a lithium secondary battery, comprising: an electrode body including an electrode layer made of an electrode material and an electrode plate electrically connected to the electrode layer; And an electrode including an ion separation layer made of an insulating material.
상기한 전극은 중앙에 심재가 구비되고, 상기 심재의 외주면에 형성된 전극재료로 이루어진 전극층이 구비되며, 상기 전극층의 외주면에 적층형성된 미소공의 절연제로 이루어진 이온분리층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
The electrode includes an electrode layer formed of an electrode material formed on an outer circumferential surface of the core material, and an ion separation layer formed of an insulating material of micropores formed on the outer circumferential surface of the electrode layer. .
상기한 전극재료는 실리콘 재질로 이루어져진 것을 특징으로 한다.The electrode material is made of a silicon material.
상기한 전극재료는 산화코발트 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.The electrode material is made of cobalt oxide.
상기한 심재는 전도성 재질로 이루어지며, 상기 전극층과 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 한다.The core is made of a conductive material and is electrically connected to the electrode layer.
상기한 심재는 다수의 심봉으로 이루어진 것을 특징으로 한다.The core material is characterized by being composed of a plurality of mandrels.
상기한 심봉들 중 적어도 하나는 전도성 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.At least one of the mandrels is made of a conductive material.
상기한 심재는 탄소섬유로 이루어진 것을 특징으로 한다.The above core material is characterized by being made of carbon fiber.
상기한 전극은 다수 개가 서로 마주보는 위치에 구비된 한 쌍의 고정부재로 고정된 것을 특징으로 한다.And the electrodes are fixed by a pair of fixing members provided at positions where a plurality of electrodes are opposed to each other.
상기한 고정부재는 상기 심재가 수용되는 요부를 가진 프레임으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
And the fixing member is formed of a frame having a concave portion in which the core material is accommodated.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 2차전지는 제 2항에서 기재된 전극구조체을 이용한 음극, 전해질 및 제 3항에서 기재된 전극구조체를 이용한 양극을 포함하고, 리튬의 산화반응과 리튬이온의 환원반응을 이용하는 것을 특징으로 한다.
In order to accomplish the above object of the present invention, the lithium secondary battery of the present invention includes a cathode using the electrode structure described in
상기한 전극구조체는 다수 개의 음극 전극 및 양극 전극이 서로 밀착되도록 배열 적층된 것을 특징으로 한다.The electrode structure is characterized in that a plurality of cathode electrodes and anode electrodes are stacked so as to be in close contact with each other.
상기한 전극구조체는 다수 개의 음극 전극 및 양극 전극이 연결고정된 상태에서 와선형으로 권취된 것을 특징으로 한다.The electrode structure is characterized in that a plurality of cathode electrodes and anode electrodes are wound in a wired shape while being connected and fixed.
상기한 전극구조체는 다수 개의 음극 전극 및 양극 전극이 일 측방향으로 서로 극을 달리하며 밀착되면서 교차적으로 적층배열된 것을 특징으로 한다.
The electrode structure is characterized in that a plurality of cathode electrodes and anode electrodes are stacked alternately in close contact with one another with different polarities.
상기와 같이 이루어진 본 발명의 리튬 2차전지용 전극구조체 및 상기 전극구조체를 포함하는 2차전지는 충전시 리튬이온과 결합되는 음극 전극이 순수 실리콘으로 이루어져 있어 충전효율이 높음은 물론, 리튬이온과 결합시 실리콘전극이 팽창하더라도 전극재료들의 사이 공간으로 팽창하여 전극구조체의 내부에서 체적이 변화함에 따라 포화된 충전에 따른 전극재료가 팽창하더라도 전극구조체가 손상을 받지 않아 안정적으로 사용할 수 있는 효과를 가진다.The secondary battery including the electrode structure for a lithium secondary battery of the present invention and the secondary structure including the electrode structure as described above is made of pure silicon because it is made of pure silicon when it is charged, Even when the silicon electrode expands, the electrode structure expands to spaces between the electrode materials and changes in volume inside the electrode structure, so that the electrode structure is not damaged even if the electrode material expands due to the saturated filling.
즉, 전극구조체가 전극재료들이 상하좌우로 배열되어 복층구조로 이루어져 사이간격을 가지면서 형성되기 때문에 리튬이온과의 결합시 실리콘층의 체적변화가 전극재료들의 사이 간격을 통해 이루어져 전극구조체가 외측으로 팽창되지 않아 포회된 충전이 있더라도 손상되지 않는다.That is, since the electrode structure is formed by arranging the electrode materials vertically and horizontally and having a multi-layered structure, the volume change of the silicon layer upon bonding with the lithium ion is formed through the interval between the electrode materials, It is not damaged even if it has not been inflated and filled up.
따라서, 기존에 발생하던 전극구조체와 리튬이온과의 결합시 전극구조체의 체적이 변화하여 외측으로 팽창함에 따라 파손되는 현상이 발생하지 않아 안정적이다.Therefore, when the electrode structure and the lithium ion are combined with each other, the volume of the electrode structure is changed and the electrode structure is not broken as it expands outwardly.
또한, 이온분리막을 별도로 구비하지 않도록 되어 있어 구조가 간단하면서 그 크기를 마이크로 및 나노 단위로 작게 함과 아울러 전극구조체의 표면적을 증대시켜 충전용량을 증대할 수 있는 효과를 더 가진다.
In addition, since the ion-exchange membrane is not separately provided, the structure is simple, and its size is reduced to micro and nano units, and the surface area of the electrode structure is increased to increase the charging capacity.
도 1은 일반적인 리튬 2차전지의 구조를 보인 개략 단면 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 리튬 2차전지를 보인 개략 단면 예시도.
도 3 내지 도 4는 본 실시예에 의한 전극구조체에 적용되는 전극의 일 예를 보인 개략 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 리튬 2차전지용 전극구조체의 충전상태를 보인 일부 발췌 개략 예시도,
도 6 및 도 7은 본 실시예에 의한 리튬 전극구조체에 적용되는 전극의 다fms 예를 보인 개략 사시 예시도.
도 8 및 도 9는 본 실시예에 의한 전극구조체의 일 예를 보인 개략 예시도.
도 10는 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 리튬 2차전지의 구조를 개략 예시도,
도 11은 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 리튬 2차전지의 구조를 개략 예시도,
도 12는 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 전극구조체에 적용된 전극재료를 보인 개략예시도.1 is a schematic cross-sectional exemplary view showing the structure of a general lithium secondary battery.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a lithium secondary battery.
FIGS. 3 to 4 are schematic views showing an example of electrodes applied to the electrode structure according to the present embodiment. FIG.
FIG. 5 is a partial schematic view showing a charging state of an electrode structure for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. FIG.
Figs. 6 and 7 are schematic perspective views showing examples of multi-fms electrodes applied to the lithium electrode structure according to the present embodiment. Fig.
8 and 9 are schematic views showing an example of an electrode structure according to this embodiment.
10 is a schematic view illustrating a structure of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention,
11 is a schematic view illustrating a structure of a lithium secondary battery according to another embodiment of the present invention,
12 is a schematic view showing an electrode material applied to an electrode structure according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 의한 리튬 2차전지용 전극구조체 및 상기 전극구조체를 포함하는 2차전지를 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, an electrode structure for a lithium secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention and a secondary battery including the electrode structure will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
In addition, although the terms used in the present invention have been selected as general terms that are widely used at present, there are some terms selected arbitrarily by the applicant in a specific case. In this case, since the meanings are described in detail in the description of the relevant invention, It is to be understood that the present invention should be grasped as a meaning of a term other than a name. Further, in describing the embodiments, descriptions of technical contents which are well known in the technical field to which the present invention belongs and which are not directly related to the present invention will be omitted. This is for the sake of clarity of the present invention without omitting the unnecessary explanation.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 2차전지의 구조를 간략하게 보인 예시도로써, 본 실시예에 의한 2차전지(1)는 외주면에 절연성을 가진 이온분리층(8)이 구비된 전극구조체로 이루어진 음극(3) 및 양극(4)을 적층 배열하여 전극군을 형성한 후 이슬점이 충분히 제어된 건조 공기 또는 건조 불활성 가스 분위기에서 상기 전극군을 전지케이스(5)에 삽입한 후, 상기 음극(2)과 양극(3)이 전극단자(6)에 전기적으로 연결되도록 각각 접속되게 하여 전지케이스(5)를 밀봉하여 이루어진다.FIG. 2 is a schematic view illustrating a structure of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, the secondary battery 1 according to the present embodiment includes an ion- After the electrode group is formed by stacking the
즉, 리튬이온이 수용된 전지케이스(5)의 내부공간의 일 측 공간에는 음극 전극구조체를 구비하고 타 측 공간에는 양극 전극구조체을 구비하며, 리튬이온이 이온분리층(8)을 통해 음극(3)의 전극재료 및 양극(4)의 전극재료와 결합하여 산화/환원반응이 발생하는 것을 이용하여 충전하거나 방전하게 된다.
That is, a cathode electrode structure is provided in one side space of the inner space of the
상기에서 이온분리층(8)은 미소공성질을 가지는 절연체로 이루어지는 것이 바람직하며, 특히 산화알류미늄(Al2O3) 또는 테프론 재질로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.The ion-
그리고, 상기에서 양극(4)을 구성하는 전극재료는 산화코발트로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 음극(3)을 구성하는 전극재료는 실리콘 및 산화실리콘 재질로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.
It is preferable that the electrode material constituting the
상기와 같은 본 실시예에 의한 리튬 2차전지(1)는 도 2에서 도시된 바와 같이 상기 전극구조체로 이루어진 음극(3)과 양극(4)이 평면상으로 적층되어 이루어질 수 있으며, 도 10에서 다수 개의 양극 전극구조체 및 음극 전극구조체가 교차적으로 배치되어 정렬되는 것으로 이루어질 수 있으며, 도 11에서 도시된 바와 같이 다수 개의 음극 전극 및 양극 전극이 서로 밀착되도록 배열 적층됨과 아울러 음극 전극 및 양극 전극이 연결고정된 상태에서 와선형으로 권취된 것으로 이루어질 수 있고, 도 12에서 도시된 바와 같이 다수 개의 음극 전극 및 양극 전극이 일 측방향으로 서로 극을 달리하며 밀착되면서 교차적으로 적층배열된 것으로 이루어질 수 있다.
2, the lithium secondary battery 1 according to the present embodiment may be formed by stacking a
또한, 본 실시예의 2차전지(1)를 구성하는 리튬 2차전지용 전극구조체는 도 2에서 도시된 바와 같이 전극재료로 이루어진 전극층(9)과, 상기 전극층(9)과 전기적으로 연결된 전극판(10)으로 이루어진 전극몸체(11)와, 상기 전극몸체(11)의 외주면에 적층형성된 미소공의 절연제로 이루어진 이온분리층(8)을 포함하는 전극으로 이루어진다.2, the electrode structure for a lithium secondary battery constituting the secondary battery 1 of the present embodiment comprises an
따라서, 별도의 이온분리막을 구비하지 않아도 되기 때문에, 구조가 간단하여 생산성이 증대되어 기존에 비하여 더 경제적으로 공급할 수 있으며, 2차전지(1)의 크기를 더 작게 할 수 있어, 다양한 분야에 범용성을 가지면서 적용할 수 있다.
Therefore, since it is not necessary to provide a separate ion-selective membrane, the structure is simple, productivity is increased, and the secondary battery 1 can be supplied more economically than before. Further, the size of the secondary battery 1 can be further reduced, And can be applied.
그리고, 상기한 전극은 중앙에 심재(C)가 구비되고, 상기 심재(C)의 외주면에 형성된 전극재료로 이루어진 전극층(9)이 구비되며, 상기 전극층(9)의 외주면에 적층형성된 미소공의 절연제로 이루어진 이온분리층(8)을 포함하여 이루어질 수 있으며, 이 경우, 전극의 크기를 마이크로 또는 나노 단위의 크기로 구성할 수 있어, 표면적을 증대함에 따라 충전효율을 증대시키고 충전용량을 현저히 증대할 수 있다.
The electrode includes an
그리고. 상기한 전극재료는 실리콘 재질로 구성함으로써, 음극 전극을 구성할 수 있고, 상기한 전극재료는 산화코발트 재질로 구성하여, 양극 전극을 구성할 있다.
And. The above-mentioned electrode material is made of a silicon material to constitute a cathode electrode, and the electrode material is made of a cobalt oxide material to constitute the anode electrode.
상기에서 심재(C)는 전극구조체를 이루는 고정부재(12)에 고정을 원활하게 할 수 있는 고정심의 기능을 수행하는 것으로, 전도성 재질로 이루어져 전기적 연결이 가능하도록 되는 것이 바람직하다.In the above, the core C functions as a fixed core that can be fixed to the fixing
즉, 전극층(9)의 고정 기능과 전극층(9)들의 전기적 연결 기능을 동시에 수행할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.That is, it is preferable that the fixing function of the
물론, 심재(C)의 외주면에 전도성 재질로 이루어진 전도층(14)이 적층된 것으로 이루어질 수도 있으며, 상기 전도층(14)는 탄소난튜브로 이루어질 수 있다.
Of course, the
상기와 같은 심재(C)는 탄소섬유 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 금속섬유 재질로 이루어져 전기적인 소통은 물론 고정부재(12)에 원활하게 고정할 수 있도록 구성될 수도 있다.
The core (C) is preferably made of a carbon fiber material, and may be made of a metal fiber material so that it can be fixed to the fixing
이와 같은 전극층(9)은 도 5에서 도시된 바와 같이 상기 이온분리층(8)을 통해 전도되는 리튬이온이 실리콘 재질로 이루어진 음극의 전극층(9)으로 리튬삽입반응이 균일하게 발생하여 실리콘에 대한 리튬의 산화/환원반응에 따라 충전된다.
As shown in FIG. 5, such an
상기와 같이 실시예의 리튬 2차전지(1)는 상기 음극(3), 전해질 및 양극(4)을 포함하고, 리튬의 산화반응과 리튬이온의 환원반응을 이용한다.
As described above, the lithium secondary battery 1 of the embodiment includes the
그리고, 충전이 진행되는 음극(3) 및 양극(4)은 심재(C)를 통해 전극단자(6)와 연결되어 방전시 전기적인 연결을 이루게 된다.
The
또한, 본 실시예의 전극에서 상기한 전극층(9)은 원기둥형상으로 이루어지는 것이 바람직하며, 심재(C)를 통해 전극구조체를 구성하는 고정부재(12)에 고정되는 것이 바람직하다.In the electrode of the present embodiment, it is preferable that the
즉, 상기한 전극층(9)은 상기 심재(C)가 고정되는 고정부재(12)에 다수 개가 극을 달리하면서 서로 밀착되어 맞닿도록 고정되어 정렬되어 고정된다.
That is, the
이에 따라, 도 5에서 도시된 바와 같이 리튬삽입반응이 발생하여 음극 전극층이 팽창하더라도 전극층(9)들의 사이 공간으로 팽창하기 때문에, 과도한 충전에 의해 전극층(9)이 과도하게 팽창되더라도 전극구조체의 외측으로 팽창되는 면적이 작아 전극구조체가 손상되거나 파손되는 것이 방지되어 안정적으로 사용할 수 있다.Accordingly, even if the cathode electrode layer expands due to the lithium insertion reaction as shown in FIG. 5, the electrolyte layer expands into spaces between the electrode layers 9, so that even if the
물론, 전극층(9)의 형상이 평면 형상, 원통 형상, 직방체형, 시트형 등으로 이루어질 수 있다,
Of course, the shape of the
상기에서, 심재(C)는 도 14에서 도시된 바와 같이 다수의 심봉(p)이 결합된 것으로 이루어질 수 있으며, 이 경우, 단일의 심봉(p)으로 이루어진 심재(C) 보다 강도가 보강되어 더 안정적이다.14, the core C may be composed of a plurality of the core p coupled to each other. In this case, the core C may be reinforced more strength than the core C composed of the single core p, It is stable.
그리고, 상기한 심봉(p)들 중 적어도 하나는 전도성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.At least one of the mandrels (p) is preferably made of a conductive material.
물론 상기 심봉(p)들 전부가 전도성 재질로 이루어질 수도 있다.Of course, all of the mandrels (p) may be made of a conductive material.
이를 위하여 상기 심봉(p)의 외주면에 탄소나노튜브가 적층되어 구성될 수 있다.
For this, carbon nanotubes may be laminated on the outer circumferential surface of the mandrel (p).
또한, 상기에서 전극은 도 8 및 도 9에서 도시된 바와 같이, 상기 심재(C)를 고정하는 고정부재(12)에 의해 서로 밀착되도록 정렬되어 고정되고, 상기 고정부재(12)는 서로 마주보는 위치에 구비된 한 쌍의 프레임으로 이루어진다.8 and 9, the electrodes are aligned and fixed so as to be in close contact with each other by a fixing
즉, 한 쌍의 고정부재(12)에 전극층(9)에서 외측으로 연장 돌출된 심재(C)들이 각각 고정되어 전극구조체를 구성하게 된다.That is, the core members C extending outward from the
이와 같은 고정부재(12)는 전도성 재질로 이루어지며, 상기 심재(C)와 전기적으로 연결하면서 고정되는 것이 바람직하다.It is preferable that the fixing
물론, 상기 고정부재(12)는 비 전도성 재질로 이루어지고 별도의 전도물질을 통해 심재(C)들을 전기적으로 연결하여 구성할 수도 있다.
Of course, the fixing
상기에서 고정부재(12)는 서로 마주보는 위치에 요부(13)가 구비된 프레임으로 이루어지는 것이 바람직하며, 이 경우, 상기 프레임은 "ㄷ" 자 형상의 구조로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.
In this case, the fixing
이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
While the present invention has been described with reference to the exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Therefore, the examples disclosed in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
1 : 2차전지 2 : 이온전도막
3 : 음극 4 : 양극
5 : 전지케이스 6 : 전극단자
7 : 전극판 8 : 이온분리층
9 : 전극층 10 : 전극판
11 : 전극몸체 12 : 고정부재
13 : 요부 14 : 전도층
C : 심재 p : 심봉1: secondary battery 2: ion conductive membrane
3: cathode 4: anode
5: Battery case 6: Electrode terminal
7: electrode plate 8: ion separation layer
9: electrode layer 10: electrode plate
11: electrode body 12: fixing member
13: lumbar part 14: conductive layer
C: core material p: mandrel
Claims (14)
전극은 중앙에 다수의 심봉으로 이루어진 심재가 구비되고, 심재의 외주면에 전극재료로 이루어진 전극층이 구비되며, 전극층의 외주면에 적층형성된 미소공의 절연제로 이루어진 이온분리층을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬2차전지용 전극구조체.
An electrode structure for a lithium secondary battery, comprising: an electrode body including an electrode layer made of an electrode material and an electrode plate electrically connected to the electrode layer; and an electrode including an ion separation layer formed of an insulating material of a microcavity stacked on an outer peripheral surface of the electrode body;
Wherein the electrode comprises an ion separation layer comprising a core made of a plurality of mandrels at the center, an electrode layer made of an electrode material on an outer circumferential surface of the core, and an insulating material of micropores laminated on the outer circumferential surface of the electrode layer. Electrode structure for secondary battery.
전극재료는 실리콘 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 2차전지용 전극구조체.
The method of claim 1, further comprising:
Wherein the electrode material is made of a silicon material.
전극재료는 산화코발트 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 2차전지용 전극구조체.
The method of claim 1, further comprising:
Wherein the electrode material is made of a cobalt oxide material.
심재는 전도성 재질로 이루어지며, 전극층과 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 리튬 2차전지용 전극구조체.
The method of claim 1, further comprising:
Wherein the core material is made of a conductive material and is electrically connected to the electrode layer.
심봉들 중 적어도 하나는 전도성 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 2차전지용 전극구조체.
The method of claim 1, further comprising:
Wherein at least one of the mandrels is made of a conductive material.
심재는 탄소섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 2차전지용 전극구조체.
The method of claim 1, further comprising:
Wherein the core material is made of carbon fiber.
전극은 다수 개가 서로 마주보는 위치에 구비된 한 쌍의 고정부재로 고정된 것을 특징으로 하는 리튬 2차전지용 전극구조체.
The method of claim 1, further comprising:
Wherein the electrodes are fixed by a pair of fixing members provided at positions where a plurality of electrodes are opposed to each other.
고정부재는 심재가 수용되는 요부를 가진 프레임으로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 2차전지용 전극구조체.
10. The method of claim 9,
Wherein the fixing member is made of a frame having a concave portion in which the core material is accommodated.
A secondary battery comprising a negative electrode using the electrode structure described in claim 3, an electrolyte, and a positive electrode using the electrode structure according to claim 4, wherein the oxidation reaction of lithium and the reduction reaction of lithium ion are used.
전극구조체는 다수 개의 음극전극 및 양극전극이 서로 밀착되도록 배열 적층된 것을 특징으로 하는 2차전지.
12. The method of claim 11, further comprising:
Wherein the electrode structure is stacked such that a plurality of cathode electrodes and anode electrodes are in close contact with each other.
전극구조체는 다수 개의 음극 전극 및 양극 전극이 연결고정된 상태에서 와선형으로 권취된 것을 특징으로 하는 2차전지.
The method as claimed in claim 12,
Wherein the electrode structure is wound in a wired shape in a state where a plurality of cathode electrodes and anode electrodes are connected and fixed.
상기한 전극구조체는 다수 개의 음극 전극 및 양극 전극이 일 측방향으로 서로 극을 달리하며 밀착되면서 교차적으로 적층배열된 것을 특징으로 하는 2차전지.
The method as claimed in claim 12,
Wherein the electrode structure has a plurality of cathode electrodes and anode electrodes stacked alternately in close contact with one another with a different polarity.
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