KR101463970B1 - Electrode material for lithium secondary battery,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 있도록 실리콘(S)을 주성분으로 하는 리튬 2차전지용 전극재료로써, 실리콘을 주성분으로 하는 리튬 2차전지용 전극재료로써, 중앙에 실리콘을 재료로 하여 전극을 형성하는 실리콘코어(S)와, 상기 실리콘코어(S)의 외주면에 구비되어 접속단자를 형성하는 전도성 섬유사(C)로 이루어진 전극재료(7)와, 상기 전극재료(7)들이 적층배열된 전극구조체와, 상기 전극구조체를 음극(3)으로 하고, 전해질 및 양극(4)을 포함하고, 리튬의 산화반응과 리튬이온의 환원반응을 이용하는 2차전지(1)를 제공한다.The present invention relates to an electrode material for a lithium secondary battery comprising silicon (S) as a main component so as to improve charging efficiency and prevent damage to an electrode structure due to saturated charging, An electrode material for a secondary battery, comprising: a silicon core (S) forming an electrode by using silicon as a material in the center; and an electrode material (C) formed of a conductive fiber yarn (C) provided on an outer peripheral surface of the silicon core Wherein the electrode structure is formed by laminating the electrode material (7), the electrode material (7), and the electrolyte structure and the anode (4) Is provided in the secondary battery (1).
Description
본 발명은, 실리콘을 주성분하는 리튬 2차전지용 전극재료와 이의 제조방법, 상기 전극재료를 포함하는 전극구조체, 및 상기 전극구조체를 포함하는 2차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충전효율을 증진시킴은 물론 포화된 충전에 따른 전극구조체의 손상을 방지하여 안정하게 사용할 수 있도록 된 리튬 2차전지용 전극재료와 이의 제조방법, 상기 전극재료를 포함하는 전극구조체, 및 상기 전극구조체를 포함하는 2차전지에 관한 것이다.
The present invention relates to an electrode material for a lithium secondary battery mainly composed of silicon, a method for producing the electrode material, an electrode structure including the electrode material, and a secondary battery including the electrode structure. More particularly, And an electrode structure for the lithium secondary battery, a method for manufacturing the electrode material, an electrode structure including the electrode material, and a secondary battery including the electrode structure, Battery.
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
즉, 화력 발전소는 화석연료를 사용하여 화력을 전기에너지로 변환하지만, 다량의 CO2가스를 배출하므로 화력발전소를 신규하게 건설하는 것이 곤란하게 된다.That is, a thermal power plant uses fossil fuels to convert thermal power into electrical energy, but discharges a large amount of
따라서, 화력 발전소에서 발생된 전력을 효과적으로 이용하기 위해서, 잉여전력인 야간에 발생한 전력을 가정용 2차전지에 축적시킬 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 in the thermal power plant, it is possible to accumulate the power generated in the nighttime, which is the surplus power, in the secondary battery for the home, thereby making it possible to use the accumulated power when the power consumption increases, A load 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 2차전지로서는, 충전반응시, 리튬이온을 그 층간으로부터 사이에 삽입하지 않기 위해 리튬 삽입 화합물을 양극물질로서 이용하고 또한 탄소로 형성된 6원(員) 망구조의 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, there has been proposed a lithium secondary battery in which a lithium intercalation compound is used as a cathode material and a plane of a 6-member (net) 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.
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 발생되어 비안정적인 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.
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 있도록 된 리튬 2차전지용 전극재료와 이의 제조방법, 상기 전극재료를 포함하는 전극구조체, 및 상기 전극구조체를 포함하는 2차전지를 제공하는 것에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the related art as described above, and it is an object of the present invention to provide a lithium secondary battery which can improve the charging efficiency and prevent damage to the electrode structure due to saturated charging, A battery electrode material and a method for manufacturing the same, an electrode structure including the electrode material, and a secondary battery including the electrode structure.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 2차전지용 전극재료는 실리콘을 주성분으로 하는 리튬 2차전지용 전극재료로써, 중앙에 실리콘을 재료로 하여 전극을 형성하는 실리콘코어와, 상기 실리콘코어의 외주면에 구비되어 접속단자를 형성하는 전도성 섬유사로 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the electrode material for a lithium secondary battery according to the present invention is an electrode material for a lithium secondary battery comprising silicon as a main component, And a conductive fiber yarn provided on an outer circumferential surface of the silicon core to form a connection terminal.
상기한 실리콘코어는 원기둥형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.The above-mentioned silicon core is characterized by being formed in a cylindrical shape.
상기한 전도성 섬유사는 탄소섬유로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The conductive fiber yarn is characterized by being made of carbon fiber.
상기한 실리콘코어의 외주면은 플라즈마 에칭처리되어 다수의 홈이 형성되어 표면적이 증대된 것을 이루어진 것을 특징으로 한다.The outer circumferential surface of the silicon core is subjected to a plasma etching treatment to form a plurality of grooves, thereby increasing the surface area.
상기한 전도성 섬유사의 외주면은 플라즈마 에칭처리되어 다수의 홈이 형성되어 표면적이 증대된 것을 이루어진 것을 특징으로 한다.The outer surface of the conductive fiber yarn is subjected to a plasma etching treatment to form a plurality of grooves, thereby increasing the surface area.
상기한 실리콘코어의 외주면이 외부로 노출되는 면적을 가지도록 전도성 섬유사가 구비되는 것을 특징으로 한다.And a conductive fiber yarn is provided so that the outer circumferential surface of the silicon core has an exposed area.
그리고, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 2차전지용 전극구조체는 상기에서 기재된 전극재료들이 상하좌우로 배열되어 복층구조로 적층결합된 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, the electrode structure for a lithium secondary battery of the present invention is characterized in that the above-described electrode materials are arranged vertically and horizontally and laminated in a multilayer structure.
또한, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 2차전지는 상기에서 기재된 전극구조체를 이용한 음극, 전해질 및 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 an anode, an electrolyte, and a cathode using the electrode structure described above, and utilizes an oxidation reaction of lithium and a reduction reaction of lithium ions .
그리고, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 2차전지용 전극재료의 제조방법은 실리콘을 봉형상으로 성형하여 실리콘코어를 제조하는 실리콘성형단계와, 상기 실리콘성형단계를 통해 성형된 실리콘코어의 외주면에 탄소섬유원사액을 도포하는 원사액도포단계와, 상기 원사액도포단계를 통해 원사액이 표면에 도포된 실리콘코어에서 원사액을 탄화시켜 탄소섬유를 형성하는 탄소섬유형성단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method of manufacturing an electrode material for a lithium secondary battery, comprising: a silicon molding step of forming a silicon core into a rod shape; A carbon fiber forming step of applying a carbon fiber raw material liquid to the outer circumferential surface of the silicon core, and a carbon fiber forming step of forming a carbon fiber by carbonizing the raw liquid in the silicone core coated with the raw material liquid through the raw liquid applying step And a control unit.
상기한 원사액도포단계에서 상기한 원사액은 실리콘코어의 외주면이 외부로 노출되는 면적을 가지도록 도포되는 것을 특징으로 한다.In the above sponge liquid applying step, the above-mentioned raw material liquid is applied so that the outer circumferential surface of the silicone core has an area exposed to the outside.
상기한 탄소섬유형성단계에서 상기한 원사액이 도포된 실리콘코어는 탄화로에서 900~1500℃의 온도에서 탄화되는 것을 특징으로 한다.
In the carbon fiber forming step, the silicone core coated with the spinning solution is carbonized at a temperature of 900 to 1500 ° C. in the carbonization furnace.
상기와 같이 이루어진 본 발명의 리튬 2차전지용 전극재료, 상기 전극재료를 포함하는 전극구조체 및 상기 전극구조체를 포함하는 2차전지는 충전시 리튬이온과 결합되는 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 material for a lithium secondary battery, the electrode structure including the electrode material, and the electrode structure of the present invention having the above-described structure is made of pure silicon because of charging efficiency Even if the silicon electrode is expanded when it is combined with lithium ions, 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 when the electrode material expands due to the saturated charge. It has an effect that can be used.
즉, 전극구조체가 전극재료들이 상하좌우로 배열되어 복층구조로 이루어져 사이간격을 가지면서 형성되기 때문에 리튬이온과의 결합시 실리콘코어의 체적변화가 전극재료들의 사이 간격을 통해 이루어져 전극구조체가 외측으로 팽창되지 않아 포회된 충전이 있더라도 손상되지 않는다.That is, since the electrode structure is formed by vertically and horizontally arranging the electrode materials in a multi-layered structure, the volume change of the silicon core 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, 리튬이온과 실리콘코어의 접촉면적이 증대되어 충전속도가 증대되어 빠른 충전이 이루어지는 효과를 더 가진다.
Further, the contact area between the lithium ion and the silicon core is increased, so that the charging speed is increased and quick charging is effected.
도 1은 리툼 2차전지의 구조를 보인 개략 단면 예시도,
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 전극재료를 보인 개략예시도,
도 5는 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 전극구조체를 보인 개략 예시도,
도 6은 본 실시예에 의한 전극구조체의 충전상태를 보인 일부 발췌 개략 예시도,
도 7은 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 전극재료를 보인 개략 단면 예시도,
도 8은 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 전극재료의 제조방법을 보인 예시도,
도 9는 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 전극구조체를 보인 개략 예시도,
도 10은 본 발명에 따른 또 다른 실시예에 의한 전극구조체를 보인 개략 예시도,
도 11은 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 전극구조체를 보인 개략 예시도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a re-
2 to 4 are schematic views showing an electrode material according to an embodiment of the present invention,
5 is a schematic view showing an electrode structure according to an embodiment of the present invention,
6 is a schematic partial schematic view showing a state of charging the electrode structure according to this embodiment,
7 is a schematic cross-sectional exemplary view showing an electrode material according to another embodiment of the present invention,
8 is a view showing an example of a method of manufacturing an electrode material according to an embodiment of the present invention,
9 is a schematic view showing an electrode structure according to another embodiment of the present invention,
10 is a schematic view showing an electrode structure according to another embodiment of the present invention,
11 is a schematic view showing an electrode structure according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 의한 리튬 2차전지용 전극재료와 이의 제조방법, 상기 전극재료를 포함하는 전극구조체 및 상기 전극구조체를 포함하는 2차전지를 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, an electrode material for a lithium secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention, a method of manufacturing the electrode material, an electrode structure including the electrode material, and a secondary battery including the electrode structure will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Respectively.
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 1은 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 2차전지의 구조를 간략하게 보인 예시도로써, 본 실시예에 의한 2차전지(1)는 이온전도체(2)를 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(2)과 양극(3)이 전극단자(6)에 각각 접속되게 하여 전지케이스(5)를 밀봉하여 이루어진다.FIG. 1 is a schematic view illustrating a structure of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a
즉, 리튬이온이 수용된 전지케이스(5)의 내부공간을 이온전도체(2)를 기준으로 분할한 후, 일 측 공간에는 음극 전극구조체를 구비하고 타 측 공간에는 양극 전극구조체를 구비하며, 리튬이온이 이온전도체(2)를 통해 음극(3) 및 양극(4)과 결합되어 산환/환원반응이 발생되는 것을 이용하여 충전하거나 방전하게 된다.
That is, after dividing the internal space of the
상기에서 이온 전도체(2)는 미소공성의 플라스틱 필름에 유지되는 전해질을 가지는 부재로 이루어지는 것이 바람직하다.
The
그리고, 상기에서 양극(4)을 구성하는 전극물질은 산화코발트로 이루어지는 것이 바람직하다.
It is preferable that the electrode material constituting the
또한, 본 실시예의 2차전지(1)를 구성하는 음극 전극구조체는 실리콘(S)을 주성분으로 하는 리튬 2차전지용 전극재료로써, 실리콘을 주성분으로 하는 리튬 2차전지용 전극재료로써, 중앙에 실리콘을 재료로 하여 전극을 형성하는 실리콘코어(S)와, 상기 실리콘코어(S)의 외주면에 구비되어 접속단자를 형성하는 전도성 섬유사(C)로 이루어진다.The cathode electrode structure constituting the
따라서, 이온전도체(2)를 통해 전도되는 리튬이온이 실리콘코어(S)를 구성하는 실리콘상으로 리튬삽입반응이 균일하게 방생하여 실리콘에 대한 리튬의 산화/환원반응에 따라 충전된다.Therefore, the lithium ion conducted through the
이와 같이 본 실시예의 리튬 2차전지(1)는 상기 전극재료로 이루어진 전극구조체를 이용한 음극(3), 전해질 및 양극(4)을 포함하고, 리튬의 산화반응과 리튬이온의 환원반응을 이용한다.
Thus, the lithium
그리고, 충전이 진행되는 음극 전극구조체는 접속단자인 전도성 섬유사(C)를 통해 전극단자(6)와 연결되어 방전시 전기적인 연결을 이루게 된다.
The cathode electrode structure through which the charging is proceeded is connected to the
상기에서 전도성 섬유사(C)는 탄소섬유로 이루어지는 것이 바람직하며, 실리콘코어의 외주에 나선형상으로 권취되어 형성된다.
전도성 섬유사(C)는 외주면이 플라즈마 에칭처리되어 다수의 홈이 형성됨에 따라 표면적을 증대시켜 실리콘코어(S)와의 결합력을 증대시키는 것이 바람직하다.
The conductive fiber yarn C is preferably formed of carbon fiber, and is formed by being wound around the outer periphery of the silicon core in a spiral shape.
The conductive fiber yarn C is preferably subjected to plasma etching treatment on the outer circumferential surface to increase the surface area of the conductive fiber yarn C so that the bonding strength with the silicon core S is increased.
또한, 본 실시예의 전극재료(7)에서 상기한 실리콘코어(S)는 원기둥형상으로 이루어지는 것이 바람직하며, 전도성 섬유사(C)를 통해 전극구조체를 구성하는 접속프레임(8)에 고정되는 것이 바람직하다.In the
그리고, 상기한 실리콘코어(S)의 외주면은 도 7에서 도시된 바와 같이 플라즈마 에칭처리되어 다수의 홈이 형성되어 표면적이 증대됨에 따라, 리튬삽입반응 면적을 빠른 충전이 이루어지도록 되는 것이 바람직하다.
The outer circumferential surface of the silicon core S is plasma-etched as shown in FIG. 7, and a plurality of grooves are formed to increase the surface area. Thus, it is preferable that the lithium insertion reaction area is rapidly filled.
물론, 실리콘코어(S)의 형상이 평면 형상, 원통 형상, 직방체형, 시트형 등으로 이루어질 수 있다,
Of course, the shape of the silicon core S may be a plane shape, a cylindrical shape, a rectangular parallelepiped shape, a sheet shape, or the like.
또한, 상기에서 전극구조체는 상기 전극재료(1)들이 도 9에서 도시된 바와 같이 하나의 접속프레임(8)에 배열 적층되어 형성될 수 있으며, 도 9에서 도시된 바와 같이 2개 1조의 접속프레임(8)에 양단이 상기 전도성 섬유사(C)에 의해 고정되어 상하좌우로 배열 적층될 수도 있고, 도 10에서 도시된 바와 같이 3개 1조의 접속프레임(8)이 그 고정방향이 직교하여 교차되도록 상하좌우로 배열 적층될 수도 있으며, 무작위로 상기 접속프레임(8)의 사이 간격에 수용되어 사용될 수 있으며, 이 경우 실리콘코어(S)의 외주면에 전도성 섬유사(C)가 구비되어 있어 전도성 섬유사(C)들의 전기적인 연결이 자연스럽게 이루어진다.
In addition, the electrode structure may be formed by stacking the
이에 따라, 실리콘코어(S)으로 도 6에서 도시된 바와 같이 리튬삽입반응이 발생하여 실리콘코어(S)이 팽창하더라도 전극재료(7)들의 사이 공간으로 팽창하기 때문에, 과도한 충전에 의해 전극재료(7)가 과도하게 팽창되더라도 전극구조체의 외측으로 팽창되는 면적이 작아 전극구조체가 손상되거나 파손되는 것이 방지되어 안정적으로 사용할 수 있다.
6, even when the silicon core S expands due to a lithium insertion reaction as shown in Fig. 6, the electrode core material S expands into spaces between the
상기와 같은 전극재료(7)는 도 8에서 도시된 바와 같은 공정을 통해 제조된다.The
즉, 실리콘을 봉형상으로 성형하여 실리콘코어(S)를 제조하는 실리콘성형단계와, 상기 실리콘성형단계를 통해 성형된 실리콘코어(S)의 외주면에 탄소섬유원사액을 도포하는 원사액도포단계와, 상기 원사액도포단계를 통해 원사액이 표면에 도포된 실리콘코어(S)에서 원사액을 탄화시켜 탄소섬유를 형성하는 탄소섬유형성단계를 포함하여 이루어진다.That is, the method includes a silicon molding step of forming a silicon core (S) by molding silicon into a rod shape, a green body liquid applying step of applying a carbon fiber green body liquid to the outer circumferential surface of the silicon core (S) And a carbon fiber forming step of carbonizing the raw liquid in the silicon core (S) coated on the surface with the raw liquid through the step of applying the raw liquid to form carbon fibers.
따라서, 실리콘코어(S)의 외주면에 접속단자인 탄소섬유가 전도성 섬유사(C)로 도포된 상태로 형성된다.
Therefore, the carbon fiber, which is the connection terminal, is formed on the outer peripheral surface of the silicon core S in a state of being coated with the conductive fiber yarn (C).
이때, 상기한 원사액도포단계에서 상기한 원사액은 실리콘코어(S)의 외주면이 외부로 노출되는 면적을 가지도록 도포된다.At this time, in the sponge liquid applying step, the above-mentioned sponge liquid is applied so that the outer circumferential surface of the silicon core S is exposed to the outside.
따라서, 실리콘코어(S)의 노출면을 통해 리튬삽입반응이 발생한다.
Therefore, a lithium insertion reaction occurs through the exposed surface of the silicon core (S).
그리고, 상기한 탄소섬유형성단계에서 상기한 원사액이 도포된 실리콘코어(S)는 탄화로에서 900~1500℃의 온도에서 탄화되어 탄소섬유를 형성하게 된다.In the carbon fiber forming step, the silicon core S coated with the spinning solution is carbonized at a temperature of 900 to 1500 ° C. in the carbonization furnace to form carbon fibers.
이와 같이 실리콘코어(S)의 외주면에 탄소섬유가 도포된 상태로 탄화되어 전극재료(7)가 제조된다.
Thus, the carbon material is carbonized on the outer circumferential surface of the silicon core S to form the
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 : 이온전도체
3 : 음극 4 : 양극
5 : 전지케이스 6 : 전극단자
7 : 전극재료 8 : 접속프레임
S : 실리콘코어 C : 전도성 섬유사1: secondary battery 2: ion conductor
3: cathode 4: anode
5: Battery case 6: Electrode terminal
7: Electrode material 8: Connection frame
S: Silicon core C: Conductive fiber yarn
Claims (11)
중앙에 실리콘을 재료로 하여 전극을 형성하는 실리콘코어와, 상기 실리콘코어의 외주면에 구비되어 접속단자를 형성하는 전도성 섬유사로 이루어지고,
상기 실리콘코어는 원기둥형상으로 이루어지며,
상기 전도성 섬유사는 탄소섬유이며, 실리콘코어의 외주에 나선형상으로 권취되어 실리콘코어의 외주면이 외부로 노출되는 면적을 가지도록 형성되고,
상기 전도성 섬유사는 외주면에 다수의 홈이 형성되고,
상기 실리콘코어의 외주면에 다수의 홈이 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 2차전지용 전극재료.
1. An electrode material for a lithium secondary battery comprising, as a main component, silicon,
And a conductive fiber yarn provided on an outer circumferential surface of the silicon core to form a connection terminal,
The silicon core has a cylindrical shape,
Wherein the conductive fiber yarn is carbon fiber and is formed so as to have an area where the outer circumferential surface of the silicon core is exposed to the outside,
The conductive fiber yarn has a plurality of grooves formed on an outer circumferential surface thereof,
Wherein a plurality of grooves are formed on an outer circumferential surface of the silicon core.
The electrode structure according to claim 1, wherein the electrode materials are arranged vertically and horizontally and laminated in a multilayer structure.
A secondary battery comprising a cathode, an electrolyte and a cathode using the electrode structure according to claim 7, wherein the oxidation reaction of lithium and the reduction reaction of lithium ions are used.
실리콘을 봉형상으로 성형하여 실리콘코어를 제조하는 실리콘성형단계와,
상기 실리콘성형단계를 통해 성형된 실리콘코어의 외주면에 탄소섬유원사액을 도포하는 원사액도포단계와,
상기 원사액도포단계를 통해 원사액이 표면에 도포된 실리콘코어에서 원사액을 탄화시켜 탄소섬유를 형성하는 탄소섬유형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 2차전지용 전극재료의 제조방법.
A method for producing an electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1,
A silicon molding step of molding the silicon into a bar shape to produce a silicon core,
A spinning liquid applying step of applying a carbon fiber spinning liquid to the outer circumferential surface of the silicon core formed through the silicon forming step;
And a carbon fiber forming step of forming a carbon fiber by carbonizing the raw liquid in the silicone core coated with the spinning solution on the surface through the spinning liquid application step.
상기한 원사액도포단계에서 상기한 원사액은 실리콘코어의 외주면이 외부로 노출되는 면적을 가지도록 도포되는 것을 특징으로 하는 리튬 2차전지용 전극재료의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the sponge liquid is applied so that the outer circumferential surface of the silicone core has an area exposed to the outside in the sponge liquid application step.
상기한 탄소섬유형성단계에서 상기한 원사액이 도포된 실리콘코어는 탄화로에서 900~1500℃의 온도에서 탄화되는 것을 특징으로 하는 리튬 2차전지용 전극재료의 제조방법.10. The method of claim 9,
Wherein the silicon core coated with the spinning solution in the carbon fiber forming step is carbonized at a temperature of 900 to 1500 ° C. in the carbonization furnace.
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