KR101554337B1 - Felt of sodium sulfur battery and method for manufacturing the felt - Google Patents

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Abstract

두께방향으로 유리섬유의 밀도를 보다 확실하게 가변되고, 보다 용이하게 제조할 수 있도록, 유리섬유가 함침된 복수개의 펠트가 적층되어 형성되고, 적층된 각 펠트의 유리섬유 함침 밀도는 고체전해질에 면하는 쪽에 배치된 펠트에서 적층 순서를 따라 점차적으로 작아지는 구조의 나트륨 유황 전지의 양극재를 제공한다.A plurality of felts impregnated with glass fibers are stacked and formed so that the density of the glass fibers can be more reliably varied in the thickness direction and can be more easily manufactured, and the glass fiber impregnated density of each of the stacked felts is The anode material of the sodium sulfur battery having a structure that gradually decreases along the stacking order in the felt disposed on the side of the cathode.

Description

나트륨 유황 전지의 양극재 및 양극재 제조 방법{FELT OF SODIUM SULFUR BATTERY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE FELT}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a positive electrode material for a sodium sulfur battery, and a method for manufacturing a positive electrode material,

본 발명은 나트륨 유황 전지에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 나트륨 유황 전지에 사용되는 양극재와 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sodium sulfur battery. More particularly, the present invention relates to a cathode material used in a sodium sulfur battery and a method of manufacturing the same.

일반적으로, 나트륨 유황 전지는 에너지 밀도 및 충방전 효율이 높고 자기 방전이 없으며, 불규칙적인 충방전에도 성능의 저하가 없는 특성으로, 대용량 전력 저장용 전지로 개발되고 있다.Generally, a sodium-sulfur battery is developed as a large-capacity power storage battery because of its high energy density and charge / discharge efficiency, no self-discharge, and no deterioration in performance even in irregular charging and discharging.

나트륨 유황 전지는 음극 활물질로 나트륨(Na)을 사용하고, 양극 활물질로 유황(S)을 사용하며, 고체 전해질로 나트륨 이온 전도성을 갖는 베타 알루미나(ㅯ-alumina) 세라믹을 사용한다. 나트륨 유황 전지는 고체 전해질 및 고체 전해질을 둘러싸는 양극용기를 포함한다. 상기 고체 전해질은 나트륨 이온만을 통과시키는 성질을 가진 베타-알루미나 세라믹을 이용하여 한쪽 끝이 막힌 관(Tube) 형태로 제조된다. 음극용기의 내부는 나트륨으로 채워지고, 고체 전해질과 양극용기 사이에는 유황이 함침된 양극재가 위치한다. 유황은 절연물질이므로, 양극재는 통상 양극과 음극의 도전성을 확보하고 전지의 내부 저항을 감소시킬 수 있도록 탄소 재질의 펠트가 사용된다. 양극재는 고체전해질의 외주면과 용기의 내주면 사이에 접하도록 설치된다. 이에 나트륨 이온이 베타알루미나 전해질을 통과하여 음극과 양극간을 이동함으로써 충방전이 이루어진다. Sodium sulfur batteries use sodium (Na) as an anode active material, sulfur (S) as a cathode active material, and beta-alumina ceramics having a sodium ion conductivity as a solid electrolyte. A sodium sulfur battery includes a positive electrode container surrounding a solid electrolyte and a solid electrolyte. The solid electrolyte is produced in the form of a tube having one end closed with a beta-alumina ceramic having a property of passing only sodium ions. The interior of the cathode vessel is filled with sodium, and a cathode material impregnated with sulfur is placed between the solid electrolyte and the anode vessel. Since sulfur is an insulating material, a carbon felt is used to secure the conductivity of the anode and cathode and to reduce the internal resistance of the battery. The cathode material is provided so as to contact between the outer peripheral surface of the solid electrolyte and the inner peripheral surface of the container. The sodium ions pass through the beta alumina electrolyte and move between the cathode and the anode to charge and discharge.

나트륨 유황 전지 충전을 위해 나트륨 이온이 나트륨극으로 복귀할 때 고체전해질의 표면에서 나트륨과 유황의 반응이 잘 일어나 유황이 침전되는데, 유황이 다량 침전되면 반응이 차단될 수 있다. 즉, 상기 나트륨 유황 전지의 충방전 특성을 향상시키기 위해서는 유황전극의 전기전도성 및 이온전도성을 증가시켜야 하는데, 이를 위하여 고체전해질인 베타 알루미나와 접하는 부위에 고저항층을 형성하는 방안이 모색되었다. 고저항층은 고체전해질 외주면에 절연물인 유황이 석출되어 전지 내부 저항을 상승하는 것을 방지하는 기능을 갖는다. When the sodium ion returns to the sodium electrode for charging the sodium-sulfur battery, the sodium and sulfur react well on the surface of the solid electrolyte and the sulfur precipitates, which can block the reaction when a large amount of sulfur precipitates. That is, in order to improve the charge / discharge characteristics of the sodium sulfur battery, the electrical conductivity and the ion conductivity of the sulfur electrode should be increased. For this purpose, a method of forming a high resistance layer at a portion in contact with the solid electrolyte, beta alumina, has been sought. The high-resistance layer has a function of preventing the rise of the internal resistance of the battery due to the precipitation of sulfur, which is an insulator, on the outer surface of the solid electrolyte.

종래에는 글라스 울(glass wool)이나 유리 섬유(glass fiber)를 양극재에 니들 펀칭(needle punching)하여 박아넣는 방법이 고안되어 사용되고 있다. 니들 펀칭은 양극재 내부로 니들이 관통하면서 표면층에 존재하는 유리섬유의 일부를 니들이 양극재 내부로 끌고 들어가 박아 넣는 방법이다. Conventionally, a method of needle punching and injecting glass wool or glass fiber into a cathode material has been devised and used. Needle punching is a method in which a needle penetrates into a cathode material and a part of glass fibers present in a surface layer is drawn into a cathode material and injected into the cathode material.

그러나, 양극재에 유리섬유를 니들 펀칭하여 제작하는 종래 구조는 양극재의 두께 방향으로 유리섬유의 밀도를 제대로 가변시키기 어려웠다. However, in the conventional structure in which the anode material is manufactured by needle-punching glass fibers, it is difficult to properly change the density of the glass fibers in the thickness direction of the cathode material.

즉, 고체전해질과 양극재 사이의 경계면에 적층되는 유황의 양을 최소화하면서 전기 전도도를 유지하기 위해서는 펠트의 두께 방향으로 유리섬유의 밀도가 달라야 한다. 그러나, 상기한 종래 구조의 경우 니들 펀칭 시 펠트의 표면 피복율 및 유리섬유의 내부 도달율(유리섬유가 박힌 깊이의 비율)을 정밀하게 제어하기 쉽지 않아, 가변 밀도를 갖는 펠트 제조에 어려움이 있다. 유리섬유의 삽입밀도가 가변화되지 않는 경우 전지 충방전시 펠트 내부에 존재하는 유황의 농도구배로 인해 충방전 효율이 저하되는 문제가 발생된다. That is, in order to maintain electrical conductivity while minimizing the amount of sulfur deposited on the interface between the solid electrolyte and the cathode material, the density of the glass fiber in the thickness direction of the felt must be different. However, in the conventional structure described above, it is difficult to precisely control the surface covering rate of the felt and the internal reaching rate of the glass fiber (the ratio of the depth of the glass fiber) at the time of needle punching, and thus it is difficult to manufacture a felt having variable density. If the insertion density of the glass fiber is not variable, the charging / discharging efficiency is lowered due to the concentration gradient of sulfur present in the felt during charging and discharging of the battery.

이에, 두께방향으로 유리섬유의 밀도를 보다 확실하게 가변되도록 한 나트륨 유황 전지의 양극재 및 양극재 제조 방법를 제공한다.Accordingly, a cathode material and a cathode material manufacturing method of a sodium sulfur battery in which the density of the glass fiber in the thickness direction is more reliably variable are provided.

또한, 두께 방향으로 유리섬유의 밀도를 달리하여 보다 용이하게 제조할 수 있도록 된 나트륨 유황 전지의 양극재 및 양극재 제조 방법를 제공한다.The present invention also provides a method for manufacturing a cathode material and a cathode material of a sodium sulfur cell which can be manufactured more easily by varying the density of glass fibers in the thickness direction.

또한, 내부의 유리섬유 피복율과 내부 도달율을 양극재 두께방향의 깊이에 따라 정밀하게 조절할 수 있도록 된 나트륨 유황 전지의 양극재 및 양극재 제조 방법를 제공한다.The present invention also provides a method for manufacturing a cathode material and a cathode material of a sodium sulfur cell, which can precisely control the coverage of the glass fiber inside and the inner reaching rate according to the depth of the cathode material in the thickness direction.

본 나트륨 유황 전지의 양극재는 서로 상이한 밀도로 유리섬유가 함침된 복수개의 펠트가 적층되어 형성되고, 각 펠트는 유리섬유 함침 밀도가 높은 펠트부터 고체전해질에서 양극용기 방향으로 유리섬유 함침 밀도 순서에 따라 순차적으로 적층된 구조일 수 있다.The positive electrode material of the present sodium sulfate battery is formed by laminating a plurality of felts impregnated with glass fibers at different densities from each other. Each felt is adhered to the positive electrode container in the direction of the glass fiber impregnation density from the solid electrolyte to the high- And may be a sequentially stacked structure.

상기 복수개의 펠트 각각은 전체면에서 유리섬유의 힘침 밀도가 균일한 구조일 수 있다.Each of the plurality of felts may have a structure in which the glass fiber is uniformly dense throughout the entire surface.

상기 적층되는 복수개의 펠트는 두께가 동일한 구조일 수 있다.The plurality of felts to be laminated may have the same thickness.

상기 양극재는 적층된 복수개의 펠트에 박혀 복수개의 펠트를 하나로 묶는 섬유를 더 포함할 수 있다.The cathode material may further include fibers that are embedded in a plurality of stacked felts and bundle the plurality of felts together.

상기 섬유는 니들에 의해 박혀지는 탄소재질 섬유일 수 있다.The fibers can be carbon fibers that are embedded by needles.

본 나트륨 유황 전지의 양극재 제조 방법은, 유리섬유의 함침 밀도가 상이한 복수개의 펠트를 제조하는 단계와, 적층 순서를 따라 함침밀도가 점차적으로 커지거나 작아지도록 각 펠트를 적층하는 단계를 포함할 수 있다.The method of manufacturing the anode material of the present sodium sulfur battery may comprise the steps of producing a plurality of felt having different impregnation densities of glass fibers and laminating each felt so that the impregnation density gradually increases or decreases along the stacking order have.

상기 제조 방법은 적층된 각 펠트를 묶어 하나로 연결하는 결합 단계를 더 포함할 수 있다.The manufacturing method may further include a bonding step of binding each of the stacked felt pieces together and connecting them together.

상기 결합 단계는 적층된 펠트의 일측에 섬유시트를 적층하는 단계와, 섬유시트를 니들로 펀칭하여 펠트 내에 섬유를 박아 넣는 단계를 포함할 수 있다. The combining step may include laminating a fiber sheet on one side of the laminated felt, and punching the fiber sheet into the felt by punching the fiber sheet with a needle.

상기 섬유는 탄소 재질로 이루어질 수 있다.The fibers may be made of carbon.

상기 니들 펀칭은 50 ~ 100rpm, 선속도 2 ~ 3.5m/min 의 조건하에서 이루어질 수 있다.The needle punching may be performed under conditions of 50 to 100 rpm and a linear speed of 2 to 3.5 m / min.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 유리섬유 밀도가 상이한 복수의 펠트를 적층하여 양극재를 제조함으로써, 보다 용이하게 양극재를 제조할 수 있게 된다.As described above, according to this embodiment, a cathode material can be manufactured more easily by laminating a plurality of felt having different glass fiber densities to produce a cathode material.

또한, 유리섬유를 니들 펀칭하여 함침하는 공정을 생략할 수 있어, 제조 공정을 보다 단순화하고 생산성을 높일 수 있게 된다.In addition, it is possible to omit the step of impregnating the glass fiber by needle punching, thereby simplifying the manufacturing process and increasing the productivity.

또한, 두께방향으로 유리섬유의 밀도가 보다 확실하게 가변되는 고품질의 양극재를 제조할 수 있게 된다.Further, it becomes possible to manufacture a high-quality cathode material in which the density of the glass fiber in the thickness direction is more reliably varied.

또한, 양극재 내의 두께 방향으로의 유리섬유 함침율을 정밀하고 조절할 수 있어 전지의 성능을 개선할 수 있게 된다.Further, the glass fiber impregnation ratio in the thickness direction in the cathode material can be precisely controlled, thereby improving the performance of the battery.

또한, 니들 펀칭을 통한 유리섬유 함침시 발생되는 양극재의 손상을 최소화할 수 있게 된다.In addition, it is possible to minimize damage to the cathode material caused by glass fiber impregnation through needle punching.

도 1은 본 실시예에 따른 양극재를 구비한 나트륨 유황 전지를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 나트륨 유황 전지의 양극재 제조 과정을 도시한 개략적인 도면이다.1 is a schematic cross-sectional view illustrating a sodium-sulfur battery having a cathode material according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a process of manufacturing a cathode material of a sodium sulfur battery according to the present embodiment.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Wherever possible, the same or similar parts are denoted using the same reference numerals in the drawings.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는”의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto. Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified, and that other specific features, regions, integers, steps, operations, elements, components, and / And the like.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Predefined terms are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the present disclosure, and are not to be construed as ideal or very formal meanings unless defined otherwise.

도 1은 본 실시예에 따른 양극재를 구비한 나트륨 유황 전지를 도시하고 있으며, 도 2는 본 실시예에 따른 나트륨 유황 전지의 양극재 제조 과정을 도시하고 있다.FIG. 1 illustrates a sodium sulfur battery having a cathode according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 illustrates a cathode material manufacturing process of a sodium sulfur battery according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 나트륨 유황 전지(100)(이하, 전지라 한다)는 베타 알루미나 세라믹으로 제조된 고체 전해질(10)과, 고체 전해질(10)의 내부에 위치하고 나트륨(Na)이 채워진 카트리지관(12)과, 고체 전해질(10)의 외부에 위치하며 유황(S)을 수용하는 양극용기(14), 상기 카트리지관(12)과 양극용기(14) 사이를 절연하는 절연링(16)을 포함한다. 또한, 상기 고체전해질(10)과 카트리지관(12) 사이에는 전지 이상시 팽창되어 고체 전해질(10)에 밀착되는 안전관(19)이 더 설치될 수 있다.1, the sodium sulfur battery 100 of the present embodiment includes a solid electrolyte 10 made of beta alumina ceramics and a solid electrolyte 10 disposed inside the solid electrolyte 10 and containing sodium (Na) A positive electrode container 14 which is located outside the solid electrolyte 10 and contains sulfur S; an insulating ring 14 which insulates the cartridge tube 12 from the positive electrode container 14 16). Further, a safety tube 19 may be further provided between the solid electrolyte 10 and the cartridge tube 12, which is expanded when the battery abnormality occurs and is brought into close contact with the solid electrolyte 10.

상기 양극용기(14)는 고체 전해질(10) 외측에 배치되며, 양극용기와 고체 전해질 사이에 양극재(20)가 구비된다. 본 실시예에서, 상기 양극재(20)는 유황이 담겨진 탄소 재질의 펠트로 이루어진다. 펠트란 예를 들어, 내부에 기공이 형성된 구조로, 기공 내에 유황이 담겨지게 된다. The positive electrode container (14) is disposed outside the solid electrolyte (10), and a positive electrode material (20) is provided between the positive electrode container and the solid electrolyte. In the present embodiment, the cathode material 20 is made of a carbon material containing sulfur. The felt is, for example, a structure in which pores are formed in the inside, and sulfur is contained in the pores.

상기 양극재(20)는 고체 전해질(10)인 베타 알루미나와 접하는 부위에 고저항층을 형성한 구조로 되어 있다. 이와 같이, 고체 전해질(10)과 접하는 면에 고저항층을 형성함으로서 양극재(20)의 전기전도성 및 이온전도성이 증가되어 충방전 특성이 향상된다.The cathode material 20 has a structure in which a high-resistance layer is formed at a portion in contact with the solid electrolyte 10, which is the beta alumina. As described above, by forming the high resistance layer on the surface in contact with the solid electrolyte 10, the electric conductivity and the ion conductivity of the cathode material 20 are increased to improve the charge / discharge characteristics.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 상기 양극재(20)는 유리섬유가 함침된 3개의 펠트(22,24,26)가 적층되어 형성되고, 적층된 각 펠트는 유리섬유의 함침 밀도가 서로 상이한 구조로 되어 있다.As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the cathode material 20 is formed by laminating three felt 22, 24, 26 impregnated with glass fibers, and each of the stacked felt is impregnated with glass fibers Are different from each other.

본 실시예에서, 각 펠트는 유리섬유 함침 밀도가 높은 펠트부터 고체전해질에 면하는 쪽에서 양극용기쪽 방향을 따라 유리섬유 함침 밀도 순서에 따라 순차적으로 적층된다. In this embodiment, each felt is sequentially laminated along the glass fiber impregnation density order along the direction from the side facing the solid electrolyte to the side facing the solid electrolyte, from the felt having a high glass fiber density.

이에, 상기 양극재(20)를 이루는 각 펠트(22,24,26)의 유리섬유 함침 밀도는 고체전해질(10)에 면하는 쪽에 배치된 펠트에서 적층 순서를 따라 점차적으로 작아지는 구조로 되어 있다.The density of the glass fibers impregnated into each of the felts 22, 24, and 26 forming the cathode material 20 gradually decreases along the stacking direction in the felt disposed on the side facing the solid electrolyte 10 .

따라서, 양극재(20)를 고체전해질(10)과 양극용기(14) 사이에 삽입하게 되면 유리섬유 함침밀도가 높은 펠트(22)가 고체전해질(10)에 접하고 양극용기(14)로 갈수록 적층된 각 펠트의 유리섬유 함침 밀도는 낮아진다.Therefore, when the cathode material 20 is inserted between the solid electrolyte 10 and the cathode container 14, the felt 22 having a high glass fiber impregnation density is brought into contact with the solid electrolyte 10, The glass fiber impregnated density of each felt is lowered.

본 실시예의 경우 3개의 펠트가 적층되어 양극재(20)를 이룬다. 이하 설명의 편의를 위해 유리섬유 함침 밀도가 높은 순서에 따라 제1 펠트(22), 제2 펠트(24) 및 제3 펠트(26)라 칭한다. 상기 양극재(20)는 3개의 펠트가 적층된 구조 외에 4개 또는 그 이상의 펠트가 적층되어 형성될 수 있으며, 펠트의 적층 개수에 대해서는 특별히 한정되지 않는다.In the case of the present embodiment, three felts are laminated to form the cathode material 20. The first felt 22, the second felt 24, and the third felt 26 are referred to in order of increasing glass fiber impregnation density. The cathode material 20 may be formed by stacking four or more felts in addition to a structure in which three felts are laminated, and the number of stacked layers of the felts is not particularly limited.

상기 양극재(20)는 순서대로 제1 펠트(22)에 제2 펠트(24)가 적층되고 제2 펠트(24)에 제3 펠트(26)가 적층되어 형성된다. 이에, 양극재(20)는 두께 방향(도 2의 y축 방향)을 따라 유리섬유의 함침 밀도가 순차적으로 커지게 된다. 유리섬유 함침밀도가 가장 높은 제1 펠트(22)는 양극재(20) 형성 후 전지 내부에서 고체전해질(10)과 접하는 내면을 이룬다. 유리섬유 함침밀도가 가장 낮은 제3 펠트(26)는 전지 내부에서 고체전해질(10)의 반대쪽인 양극용기(14)와 접하는 외면을 이룬다.The cathode material 20 is formed by sequentially laminating a second felt 24 on the first felt 22 and a third felt 26 on the second felt 24. Therefore, the impregnation density of the glass fiber along the thickness direction (the y-axis direction in Fig. 2) of the cathode material 20 is sequentially increased. The first felt 22 having the highest glass fiber impregnation density has an inner surface contacting the solid electrolyte 10 inside the battery after the cathode material 20 is formed. The third felt (26) having the lowest glass fiber impregnation density has an outer surface in contact with the anode container (14) opposite to the solid electrolyte (10) inside the battery.

본 실시예에서, 상기 제1 펠트(22)와 제2 펠트(24) 및 제3 펠트(26)는 모두 동일한 두께로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 펠트(22)는 내부에 유리섬유가 고르게 함침되어 전체면에서 유리섬유의 밀도는 균일하다. 제2 펠트(24)와 제3 펠트(26) 역시 각각에 대해서는 유리섬유의 밀도는 균일하다.In the present embodiment, the first felt 22, the second felt 24, and the third felt 26 may all be formed to have the same thickness. In addition, the first felt 22 is uniformly impregnated with the glass fibers so that the density of the glass fibers is uniform over the entire surface. The density of the glass fibers is also uniform for the second felt 24 and the third felt 26, respectively.

이와 같이 각 펠트 간의 유리섬유 함침 밀도는 상이한 반면, 개별적으로 펠트 각각은 전체적으로 균일한 유리섬유 밀도를 갖는다. 이러한 복수의 펠트를 적층함으로써, 상기 양극재(20)는 두께 방향을 따라 동일한 깊이에서는 유리섬유의 밀도가 전체적으로 균일한 장점을 갖는다. 즉, 본 실시예의 양극재(20)는 두께 방향을 따라 유리섬유의 밀도가 정확한 비율로 가변되며, 두께 방향을 따라 동일한 깊이에서의 유리섬유 밀도는 전체적으로 균일하게 된다.Thus, while the glass fiber impregnation density between each felt is different, each felt individually has an overall uniform fiberglass density. By laminating a plurality of such felt, the cathode material 20 has the advantage that the density of the glass fiber is uniform as a whole at the same depth along the thickness direction. That is, in the cathode material 20 of the present embodiment, the density of the glass fiber varies along the thickness direction at an accurate ratio, and the density of the glass fiber at the same depth along the thickness direction becomes uniform as a whole.

전지 구동시 안정적이고 균일한 전지 반응을 유도하기 위해서는 양극재(20)에 표면의 고저항층과, 양극재 내부 깊이에 따라 유리섬유의 분포가 일정하게 제어되어야 한다. 종래 니들 펀칭을 통해 유리섬유를 펠트 내부에 박아 넣는 구조의 경우 유리섬유의 표면 피복율과 내부 도달율을 정밀하게 제어하기 어려웠다. 그러나 본 실시예의 경우, 언급한 바와 같이 고밀도로 유리섬유가 함침된 펠트를 적층하는 것으로 두께 방향으로의 유리섬유 피복율 및 내부 도달율을 정밀하게 조절할 수 있는 것이다.In order to induce a stable and uniform cell reaction when the battery is driven, the distribution of the glass fibers should be controlled according to the depth of the high resistance layer on the surface of the cathode material 20 and the depth of the cathode material. Conventionally, in the case of a structure in which glass fibers are inserted into the felt through needle punching, it is difficult to precisely control the surface coverage rate and the inner reaching ratio of the glass fiber. However, in the case of the present embodiment, as mentioned above, by laminating the felt impregnated with the glass fiber at high density, the glass fiber coverage ratio and the inner reaching ratio in the thickness direction can be precisely controlled.

또한, 상기 양극재(20)는 적층된 제1 펠트(22), 제2 펠트(24) 및 제3 펠트(26)에에 박혀 복수개의 펠트를 하나로 묶는 섬유(28)를 더 포함한다.The cathode material 20 further includes fibers 28 that are embedded in the first felt 22, the second felt 24 and the third felt 26 and bundle the plurality of felt pieces together.

상기 섬유(28)는 펠트와 동일한 재질로 이루어질 수 있으며, 본 실시예의 경우, 펠트의 재질과 동일하게 탄소 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소 재질의 섬유는 니들 펀칭 공정을 통해 펠트에 결합될 수 있다. 상기 섬유(28)는 펠트의 전면에서 고르게 펠트에 박혀져 삽입된다. 이에, 서로 적층된 펠트는 섬유에 의해 하나로 묶여져 서로 분리되지 않게 된다. The fibers 28 may be made of the same material as the felt, and in the case of the present embodiment, the fibers 28 may be made of the same material as the felt. For example, the carbon fiber may be bonded to the felt through a needle punching process. The fibers 28 are inserted into the felt from the front of the felt evenly. Thus, the felts stacked on each other are bundled together by the fibers and are not separated from each other.

도 2를 참조하여 상기한 구조의 양극재 제조 과정을 살펴보면 다음과 같다.The cathode material manufacturing process of the above structure will be described with reference to FIG.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 양극재 제조 방법은 유리섬유의 함침 밀도가 상이한 복수의 펠트를 제조하는 단계와, 적층 방향을 따라 유리섬유의 함침밀도가 점차적으로 커지거나 작아지도록 유리섬유 함침밀도 순서에 따라 각 펠트를 순차적으로 적층하는 단계를 포함한다.As shown in FIG. 2, the cathode material manufacturing method of this embodiment includes a step of manufacturing a plurality of felt having different impregnation densities of glass fibers, a step of forming a glass fiber And sequentially laminating each felt according to the impregnation density order.

또한, 본 제조 방법은 적층된 각 펠트를 묶어 하나로 연결하는 결합 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the present manufacturing method may further include a binding step of bundling the stacked felt pieces together and connecting them together.

상기 복수의 펠트는 각각 내부에 유리섬유가 함침된다. 각각의 펠트는 탄소재질의 펠트에 니들 펀칭 공정을 거쳐 유리섬유를 함침하여 제조할 수 있다.The plurality of felts are each impregnated with glass fibers. Each felt can be manufactured by impregnating a carbon fiber felt with a needle punching process to a carbon felt.

본 실시예에서, 상기 펠트는 3개가 적층된 구조로, 제1 펠트(22)와 제2 펠트(24) 및 제3 펠트(26)는 모두 동일한 두께로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 각 펠트의 두께는 4 ~ 5mm로 형성되어 각 펠트를 적층하였을 때 총 두께는 12 ~ 15mm로 형성할 수 있다. In this embodiment, the first felt 22, the second felt 24, and the third felt 26 can be made to have the same thickness, in which the three felts are laminated. For example, the thickness of each felt is 4 to 5 mm, and when each felt is laminated, the total thickness may be 12 to 15 mm.

양극재와 달리 각각의 펠트, 예를 들어 제1 펠트(22)는 깊이에 따라 유리섬유의 함침밀도를 달리하여 제조할 필요가 없다. 이에, 보다 용이하게 제1 펠트(22)를 제조할 수 있으며, 이는 제2 펠트(24)나 제3 펠트(26) 역시 동일하다. 단지 펠트 간에 유리섬유 함침밀도만이 상이할 뿐이다. 예를 들어, 제1 펠트(22)는 전체에 유리섬유가 250g/㎡의 밀도로 고르게 함침되어 제조될 수 있다. 제2 펠트(24)는 전체에 유리섬유가 150g/㎡의 밀도로 고르게 함침되고, 제3 펠트(26)는 전체에 유리섬유가 50g/㎡의 밀도로 고르게 함침될 수 있다.Unlike the cathode material, the respective felt, for example, the first felt 22, need not be manufactured with different impregnation densities of the glass fibers depending on the depth. Thus, the first felt 22 can be manufactured more easily, which is also the same for the second felt 24 and the third felt 26. Only the glass fiber impregnation density is different between the felts. For example, the first felt 22 may be manufactured by uniformly impregnating the glass fiber with a density of 250 g / m 2 as a whole. The second felt 24 is evenly impregnated with the glass fiber uniformly at a density of 150 g / m 2, and the third felt 26 is uniformly impregnated with the glass fiber as a whole at a density of 50 g / m 2.

이와 같이 유리섬유 함침밀도가 서로 상이한 복수개의 펠트가 제조되면 각 펠트를 적층한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 유리섬유 함침밀도가 가장 적은 제3 펠트(26) 위에 순차적으로 제2 펠트(24)와 제1 펠트(22)를 적층한다.When a plurality of felts having different glass fiber impregnation densities are manufactured as described above, the respective felts are laminated. As shown in FIG. 2, the second felt 24 and the first felt 22 are sequentially laminated on the third felt 26 having the lowest glass fiber impregnation density.

상기 결합 단계는 적층된 펠트의 일측에 섬유시트를 적층하는 단계와, 섬유시트를 니들로 펀칭하여 펠트 내에 섬유를 박아 넣는 단계를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 펠트(22) 위에 탄소재질의 섬유시트를 적층하고, 니들 펀칭머신(50)을 이용하여 니들 펀칭을 실시한다. The combining step includes laminating a fiber sheet on one side of the laminated felt, and punching the fiber sheet with a needle to insert the fiber into the felt. As shown in Fig. 2, a carbon fiber sheet is laminated on the first felt 22, and a needle punching machine 50 is used to perform needle punching.

상기 니들 펀칭은 50 ~ 100rpm, 선속도 2 ~ 3.5m/min 의 조건하에서 이루어질 수 있다. 이러한 조건하에서 섬유를 니들 펀칭하는 경우, 펠트의 손상을 최소화할 수 있게 된다. 이에, 섬유시트의 섬유(28)가 적층된 3개의 펠트를 관통하여 박히면서 분리되어 있던 제1 펠트(22), 제2 펠트(24) 및 제3 펠트(26)가 하나로 묶여 결합된다.The needle punching may be performed under conditions of 50 to 100 rpm and a linear speed of 2 to 3.5 m / min. If the fibers are needle-punched under these conditions, damage to the felt can be minimized. The first felt 22, the second felt 24, and the third felt 26, which are separated while being penetrated through the three felt layers of the fibers 28 of the fiber sheet, are bundled and joined together.

이와 같이, 유리섬유 함침 밀도가 다른 복수개의 펠트를 적층하는 것으로 보다 용이하게 본 실시예의 양극재(20)를 제조할 수 있게 된다.As described above, by laminating a plurality of felt having different glass fiber impregnation densities, the cathode material 20 of the present embodiment can be manufactured more easily.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.While the illustrative embodiments of the present invention have been shown and described, various modifications and alternative embodiments may be made by those skilled in the art. Such variations and other embodiments will be considered and included in the appended claims, all without departing from the true spirit and scope of the invention.

10 : 고체 전해질 12 : 카트리지관
14 : 양극용기 16 : 절연링
19 : 안전관 20 : 양극재
22 : 제1 펠트 24 : 제2 펠트
26 : 제3 펠트 28 : 섬유10: solid electrolyte 12: cartridge tube
14: positive electrode container 16: insulating ring
19: safety tube 20: cathode material
22: first felt 24: second felt
26: Third felt 28: Fiber

Claims (9)

나트륨 유황 전지의 양극재에 있어서,
상기 양극재는 서로 상이한 밀도로 유리섬유가 함침된 복수개의 펠트가 적층되어 형성되고, 각 펠트는 유리섬유 함침 밀도가 높은 펠트부터 고체전해질에 면하는 쪽에서 양극용기쪽 방향을 따라 유리섬유 함침 밀도 순서에 따라 순차적으로 적층된 구조이고, 상기 양극재는 적층된 복수개의 펠트에 박혀 복수개의 펠트를 하나로 묶는 섬유를 더 포함하는 나트륨 유황 전지의 양극재.In the positive electrode material of the sodium sulfur battery,
The cathode material is formed by laminating a plurality of felts impregnated with glass fibers with different densities from each other. The felts are arranged in a glass fiber impregnation density order along the direction from the side facing the solid electrolyte to the side facing the cathode, And the cathode material is embedded in a plurality of stacked felts so as to bind the plurality of felt pieces together. 제 1 항에 있어서,
상기 복수개의 펠트 각각은 전체면에서 유리섬유의 힘침 밀도가 균일한 구조의 나트륨 유황 전지의 양극재.The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of felts has a structure in which the glass fiber is uniformly dense in all surfaces. 제 2 항에 있어서,
상기 적층되는 복수개의 펠트는 두께가 동일한 구조의 나트륨 유황 전지의 양극재.3. The method of claim 2,
Wherein the plurality of felts to be laminated have a thickness equal to that of the positive electrode material of the sodium sulfur battery. 삭제delete 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 섬유는 니들에 의해 박혀지는 탄소재질 섬유인 나트륨 유황 전지의 양극재.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the fiber is a carbon fiber that is embedded by a needle. 나트륨 유황 전지의 양극재 제조 방법에 있어서,
유리섬유의 함침 밀도가 서로 상이한 복수개의 펠트를 제조하는 단계,
적층 방향을 따라 유리섬유의 함침밀도가 점차적으로 커지거나 작아지도록 유리섬유 함침 밀도 순서에 따라 각 펠트를 적층하는 단계, 및
적층된 각 펠트를 묶어 하나로 연결하는 결합 단계
를 포함하는 나트륨 유황 전지의 양극재 제조 방법.A method of manufacturing a cathode material for a sodium sulfur battery,
Producing a plurality of felt pieces having different impregnation densities of glass fibers,
Laminating each felt according to the order of glass fiber impregnation density so that the impregnation density of the glass fiber gradually increases or decreases along the lamination direction; and
Combined step of bundling each layered felt together
≪ / RTI > wherein the method comprises the steps of: 삭제delete 제 6 항에 있어서,
상기 결합 단계는 적층된 펠트의 일측에 섬유를 적층하는 단계와, 섬유를 니들로 펀칭하여 펠트 내에 섬유를 박아 넣는 단계를 포함하는 나트륨 유황 전지의 양극재 제조 방법.The method according to claim 6,
Wherein the combining step includes laminating fibers on one side of the laminated felt, and punching the fibers with a needle to insert fibers into the felt. 제 8 항에 있어서,
상기 섬유는 탄소 재질로 이루어진 나트륨 유황 전지의 양극재 제조 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the fiber is made of a carbon material.
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