KR102012453B1 - Rechargeable battery - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 충전 및 방전시 전극 활물질의 팽창 및 수축 작용력으로 압전체를 변형시켜 자가 충전 및 방전을 구현하는 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, Li 이온 삽입시 부피 팽창하는 양극 활물질층을 구비하는 양극(cathode), Li 메탈로 형성되는 음극(anode), 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되어 Li 이온이 상기 양극 활물질층으로 이동하고 상기 양극 활물질층으로부터 복귀함에 따라 팽창 및 수축 변형되는 상기 양극 활물질층에 의하여 유도전기장을 형성하는 압전체를 포함한다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a secondary battery that realizes self charging and discharging by deforming the piezoelectric body by the expansion and contraction action of the electrode active material during charging and discharging. A secondary battery according to an embodiment of the present invention is a cathode having a cathode active material layer that expands upon Li ion insertion, a cathode formed of Li metal, and disposed between the anode and the cathode. It includes a piezoelectric material to form an induction electric field by the positive electrode active material layer is expanded and contracted deformation as Li ions move to the positive electrode active material layer and return from the positive electrode active material layer.

Description

이차 전지 {RECHARGEABLE BATTERY}Secondary Battery {RECHARGEABLE BATTERY}

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 충전 및 방전시 전극활물질의 팽창 및 수축 작용력으로 압전체를 변형시켜 자가 충전 및 방전을 구현하는 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a secondary battery that realizes self-charging and discharging by deforming the piezoelectric body by the expansion and contraction action of the electrode active material during charging and discharging.

모바일 기기에 대한 수요와 기술 개발에 따라 에너지원으로써 이차 전지에 대한 수요가 증가되고 있다. 예를 들면, 이차 전지는 세퍼레이터(separator)의 양면에 전극을 배치하여 젤리롤(Jelly Roll) 형태로 권취하여 형성되는 전극 조립체, 전극 조립체를 내장하는 케이스를 포함한다.With the demand for mobile devices and the development of technology, the demand for secondary batteries as an energy source is increasing. For example, the secondary battery includes an electrode assembly formed by disposing electrodes on both sides of a separator and wound in a jelly roll, and a case incorporating the electrode assembly.

전극 조립체에서, 음극과 양극은 각 집전체에 음극활물질과 양극활물질을 각각 도포하여 형성되는 코팅부 및 코팅부의 단부에서 집전체를 노출하여 설정되는 무지부를 포함한다.In the electrode assembly, the negative electrode and the positive electrode include a coating portion formed by applying a negative electrode active material and a positive electrode active material to each current collector, and an uncoated portion set by exposing the current collector at an end of the coating portion.

일례의 양극활물질인 Si에 Li이 삽입 시, LixSi 상이 형성되는데, Si 1mol당 Li이 4.4mol까지 삽입될 수 있다. 즉 Si은 리튬 이차 전지용 양극 활물질 소재로서 이론용량(4200 mAh/g)이 가장 높다고 알려져 있다.When Li is inserted into Si, which is an example of a cathode active material, a LixSi phase is formed, and Li may be inserted up to 4.4 mol per mol of Si. That is, Si is known to have the highest theoretical capacity (4200 mAh / g) as a positive electrode active material for a lithium secondary battery.

Si은 Li과 합금을 형성하며 반응을 일으키는 양극 활물질 소재이다. Si이 Li과 반응하여 합금(LixSi) 상이 형성되면 본래의 Si 상보다 300% 정도의 부피팽창이 일어난다.Si is a positive electrode active material that forms an alloy with Li and causes a reaction. When Si reacts with Li to form an alloy (Li x Si) phase, volume expansion of about 300% occurs than the original Si phase.

반복적인 Li의 삽입과 탈리 과정에서 양극 활물질 Si 소재 자체가 부숴지는 현상이 발생한다. Si 활물질 입자들은 전지 안에서 전기적 및 이온적으로 연결되어 있어야 하는데, Si 활물질 입자들이 부숴지면서 전기적 및 이온적인 연결성이 깨진다. 이후 충전과 방전 과정에서 용량 감소가 일어난다.During the repeated insertion and desorption of Li, the cathode active material Si material itself is broken. The Si active material particles must be electrically and ionically connected in the battery, and the electrical and ionic connectivity is broken as the Si active material particles are broken. Thereafter, capacity reduction occurs during charging and discharging.

본 발명의 목적은 충전 및 방전시 전극 활물질의 팽창 및 수축 작용력으로 압전체를 변형시켜 자가 충전 및 방전을 구현하는 이차 전지를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a secondary battery that realizes self charging and discharging by deforming the piezoelectric body by the expansion and contraction action of the electrode active material during charging and discharging.

본 발명의 목적은 집전체(구리 기판)에 접착층(adhesive layer)을 개재하여 양극 활물질(Si, 상대극이 Li일 때)을 형성하여, 활물질(Si)의 부피팽창을 줄이고, 부피팽창으로 인하여 활물질(Si)이 구리 기판으로부터 탈리되는 현상을 줄이는 이차 전지를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to form a positive electrode active material (Si, when the counter electrode is Li) via an adhesive layer on the current collector (copper substrate) to reduce the volume expansion of the active material (Si), due to volume expansion It is to provide a secondary battery that reduces the phenomenon that the active material (Si) is detached from the copper substrate.

본 발명의 목적은 티탄산바륨(BaTiO3)이나 폴리플루오린화비닐리덴(PVdF)과 같이 압전특성을 가지는 압전체의 변형으로 자가 충전(self-charging) 및 방전을 반복적으로 구현하는 이차 전지를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a secondary battery that repeatedly implements self-charging and discharging by modifying a piezoelectric material having piezoelectric properties such as barium titanate (BaTiO 3 ) or polyvinylidene fluoride (PVdF). .

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 음극 메탈 이온 삽입시 부피 팽창하는 활물질층을 구비하는 양극(cathode), 음극 메탈로 형성되는 음극(anode), 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되어 상기 음극 메탈의 음극 메탈 이온이 상기 활물질층으로 이동하고 상기 활물질층으로부터 복귀함에 따라 팽창 및 수축 변형되는 상기 활물질층에 의하여 유도전기장을 형성하는 압전체, 적층되는 상기 양극, 상기 압전체 및 상기 음극과 전해액을 수용하는 케이스, 및 절연 개스킷을 개재하여 상기 케이스의 개구에 결합되는 캡을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a secondary battery includes a cathode having an active material layer which expands in volume when an anode metal ion is inserted, an anode formed of a cathode metal, and disposed between the anode and the cathode. As the negative electrode metal ions of the negative electrode metal move to the active material layer and return from the active material layer, a piezoelectric body that forms an induction electric field by the active material layer that expands and contracts and deforms, the positive electrode that is stacked, the piezoelectric material, and the negative electrode and the electrolyte solution. A case receiving and a cap coupled to the opening of the case via an insulating gasket.

상기 양극은 Cu 기판으로 형성되는 집전체에 접착층을 개재하여 상기 활물질층을 형성할 수 있다.The anode may form the active material layer through an adhesive layer on a current collector formed of a Cu substrate.

상기 접착층은 Ti, Ta와 같은 금속을 포함할 수 있다.The adhesive layer may include a metal such as Ti and Ta.

상기 활물질층은 Si, SiOx, Sn, SnO2, Ge, ZnO 중 어느 하나의 활물질을 포함하는 박막 또는 층으로 형성되고, 상기 음극 메탈은 Li으로 형성될 수 있다.The active material layer may be formed of a thin film or a layer including any one of Si, SiOx, Sn, SnO 2 , Ge, and ZnO, and the cathode metal may be formed of Li.

상기 압전체는 상기 활물질층 상에 형성되는 폴리플루오린화비닐리덴(PVdF) 막이나 닷(dot) 또는 티탄산바륨(BaTiO3) 막이나 닷(dot)으로 형성될 수 있다.The piezoelectric body may be formed of a polyvinylidene fluoride (PVdF) film or a dot or a barium titanate (BaTiO 3 ) film or dot formed on the active material layer.

상기 압전체는 전해액을 저장하도록 다공성 구조로 형성될 수 있다.The piezoelectric body may be formed in a porous structure to store the electrolyte solution.

상기 폴리플루오린화비닐리덴(PVdF) 막이나 닷(dot)은 상기 활물질층 측에 양(+) 전하를 배치하고, 상기 Li 측에 음(-) 전자를 배치할 수 있다.The polyvinylidene fluoride (PVdF) film or dot may dispose a positive charge on the active material layer side and a negative electron on the Li side.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 상기 음극과 상기 캡 사이에 배치되는 스페이서 및 탄성부재를 더 포함할 수 있다.The secondary battery according to an embodiment of the present invention may further include a spacer and an elastic member disposed between the negative electrode and the cap.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, Li 이온 삽입시 부피 팽창하는 양극 활물질층을 구비하는 양극(cathode), Li 메탈로 형성되는 음극(anode), 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되어 Li 이온이 상기 양극 활물질층으로 이동하고 상기 양극 활물질층으로부터 복귀함에 따라 팽창 및 수축 변형되는 상기 양극 활물질층에 의하여 유도전기장을 형성하는 압전체를 포함한다.A secondary battery according to an embodiment of the present invention is a cathode having a cathode active material layer that expands upon Li ion insertion, a cathode formed of Li metal, and disposed between the anode and the cathode. It includes a piezoelectric material to form an induction electric field by the positive electrode active material layer is expanded and contracted deformation as Li ions move to the positive electrode active material layer and return from the positive electrode active material layer.

상기 압전체는 상기 양극 활물질층 상에 막 또는 닷(dot)으로 형성되는 폴리플루오린화비닐리덴(PVdF) 또는 티탄산바륨(BaTiO3)으로 형성될 수 있다.The piezoelectric body may be formed of polyvinylidene fluoride (PVdF) or barium titanate (BaTiO 3 ) formed as a film or a dot on the positive electrode active material layer.

상기 유도전기장이 상기 양극 활물질층상에서 양극 활물질의 리튬치환반응보다 작으면 방전이 진행될 수 있다.When the induction electric field is smaller than the lithium substitution reaction of the cathode active material on the cathode active material layer, the discharge may proceed.

상기 유도전기장이 상기 양극 활물질층 상에서 양극 활물질층의 리튬치환반응보다 크면 자가 충전이 진행될 수 있다.When the induction electric field is larger than the lithium substitution reaction of the cathode active material layer on the cathode active material layer, self charging may proceed.

상기 양극 활물질층은 Si, SiOx, Sn, SnO2, Ge, ZnO 중 어느 하나의 양극 활물질을 포함하는 박막 또는 층으로 형성될 수 있다.The cathode active material layer may be formed of a thin film or a layer including any one of Si, SiOx, Sn, SnO 2 , Ge, and ZnO.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 코인 셀 타입 또는 파우치 타입으로 형성될 수 있다.The secondary battery according to an embodiment of the present invention may be formed in a coin cell type or a pouch type.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예는 양극과 음극 사이에 압전체를 구비하여, 활물질층(일례로써, Si(양극 활물질층))과 음극 메탈(Li) 사이에서 Li과 활물질층(Si)의 화학포텐셜 차이에 의하여, 음극 메탈 이온(Li 이온)이 활물질층(Si)으로 이동하고 활물질층(Si)으로부터 복귀함에 따라 활물질층(Si)의 부피를 팽창 및 수축 변형시키고(리튬치환반응), 활물질층(Si)의 부피 변형에 따라 압전체가 변형되어 유도전기장을 발생시키므로 자가 충전 및 방전을 반복적으로 구현할 수 있다.As described above, an embodiment of the present invention includes a piezoelectric material between the positive electrode and the negative electrode, such that the chemistry of Li and the active material layer (Si) is between the active material layer (for example, Si (positive electrode active material layer)) and the negative electrode metal (Li). Due to the potential difference, as the negative electrode metal ions (Li ions) move to the active material layer Si and return from the active material layer Si, the volume of the active material layer Si is expanded and contracted and deformed (lithium substitution reaction), The piezoelectric body is deformed according to the volume deformation of the layer Si to generate an induction electric field, thereby repeatedly implementing self-charging and discharging.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코인셀 타입의 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 적용되는 양극(cathode)과 압전체를 확대한 부분 단면도이다.
도 4는 음극(anode)의 Li과 양극(cathode)의 활물질 Si 사이에서, Li과 Si의 화학포텐셜 차이에 의하여, Li 이온이 Si에 삽입되기 시작(방전 시작 시)하는 작동 상태도이다.
도 5는 도 4의 방전 시작 시, 전압과 용량의 관계를 도시한 그래프이다.
도 6은 음극의 Li과 양극의 Si 사이에서, 유도전기장이 Li 이온 이동 방향의 반대 방향으로 형성되기 시작(방전 진행)하는 작동 상태도이다.
도 7은 도 6의 방전 진행 시, 전압과 용량의 관계를 도시한 그래프이다.
도 8은 음극의 Li과 양극의 Si 사이에서, Li 이온의 이동 방향이 바뀌게 되는(자가 충전 진행) 작동 상태도이다.
도 9는 도 8의 자가 충전 진행 후, 도 6의 방전과 도 8의 자가 충전을 반복하는 상태에서 전압과 용량의 관계를 도시한 그래프이다.1 is an exploded perspective view of a coin cell type secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1.
3 is an enlarged partial cross-sectional view of a cathode and a piezoelectric material applied to FIGS. 1 and 2.
FIG. 4 is an operating state diagram in which Li ions start to be inserted into Si (at the start of discharge) by the chemical potential difference between Li and Si between Li of an anode and active material Si of a cathode.
FIG. 5 is a graph illustrating a relationship between voltage and capacity at the start of discharge of FIG. 4.
6 is an operational state diagram in which an induction electric field starts to be formed in the opposite direction of the Li ion movement direction between the Li of the negative electrode and the Si of the positive electrode.
FIG. 7 is a graph illustrating a relationship between voltage and capacity during discharge of FIG. 6.
8 is an operation state diagram in which the direction of movement of Li ions is changed (self charge progression) between Li of the cathode and Si of the anode.
FIG. 9 is a graph illustrating a relationship between voltage and capacity in a state in which the discharge of FIG. 6 and the self-charge of FIG. 8 are repeated after the self-charging of FIG. 8 proceeds.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분을 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. The drawings and description are to be regarded as illustrative in nature and not restrictive. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

본 발명의 이차 전지는 코인 셀 타입 또는 이외의 다른 형태의 셀 타입(예를 들면, 파우치 타입)으로 형성될 수 있다. 이하에서는 편의상 코인 셀 타입의 이차 전지를 예로 들어 설명한다.The secondary battery of the present invention may be formed in a coin cell type or other types of cell types (eg, pouch types). Hereinafter, for convenience, a coin cell type secondary battery will be described as an example.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코인셀 타입의 이차 전지의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이며, 도 3은 도 1 및 도 2에 적용되는 양극(cathode)과 압전체를 확대한 부분 단면도이다.1 is an exploded perspective view of a coin cell type secondary battery according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 1, and FIG. 3 is a positive electrode applied to FIGS. 1 and 2. An enlarged partial cross-sectional view of a cathode and a piezoelectric body.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 코인셀 타입의 이차 전지는 양극(cathode)(10), 음극(anode)(20), 압전체(30), 케이스(40) 및 캡(50)을 포함한다.1 to 3, a coin cell type secondary battery according to an embodiment includes a cathode 10, an anode 20, a piezoelectric body 30, a case 40, and a cap 50. ).

양극(10)은 활물질층을 구비하며, 음극(20)은 음극 메탈로 형성된다. 활물질층은 음극 메탈 이온 삽입시 부피가 팽창하는 성질을 가진다. 압전체(30)는 서로 마주하는 양극(10)과 음극(20) 사이에 배치되고, 음극 메탈의 음극 메탈 이온이 활물질층으로 이동 및 양극 활물질층으로부터 복귀함에 따라 활물질층이 팽창 및 수축되고, 활물질층에 따라 변형되어 유도전기장을 형성한다.The positive electrode 10 includes an active material layer, and the negative electrode 20 is formed of a negative electrode metal. The active material layer has a property of expanding in volume when the negative electrode metal ion is inserted. The piezoelectric body 30 is disposed between the positive electrode 10 and the negative electrode 20 facing each other, and the active material layer is expanded and contracted as the negative metal ions of the negative electrode metal move to the active material layer and return from the positive electrode active material layer. It deforms along the layer to form an induced electric field.

케이스(40)는 적층되는 양극(10), 압전체(30) 및 음극(20)과 전해액을 수용하도록 형성되며, 일측에 개구를 형성한다. 캡(50)은 절연 개스킷(51)을 개재하여 케이스(40)의 개구에 결합되어 개구를 밀폐하므로 케이스(40)에 수용된 구성품들을 외부로부터 차단한다.The case 40 is formed to accommodate the positive electrode 10, the piezoelectric body 30, the negative electrode 20, and the electrolyte, which are stacked, and forms an opening at one side. The cap 50 is coupled to the opening of the case 40 via the insulating gasket 51 to seal the opening, thereby blocking the components contained in the case 40 from the outside.

코인셀 타입의 이차 전지에서, 케이스(40)는 양극(10)에 전기적으로 연결되어 양극으로 대전되고, 캡(50)은 음극(20)에 전기적으로 연결되는 음극으로 대전된다.In the coin cell type secondary battery, the case 40 is electrically connected to the positive electrode 10 and charged with the positive electrode, and the cap 50 is charged with the negative electrode electrically connected to the negative electrode 20.

또한, 코인셀 타입의 이차 전지는 음극(20)과 캡(50) 사이에 배치되는 스페이서(61) 및 탄성부재(62)를 더 포함한다. 스페이서(61)는 캡(50)과 음극(20) 사이에서 간격을 유지하며, 스테인레스 재질로 형성될 수 있다. 탄성부재(62)는 캡(50)에 지지되어 스페이서(61)를 가압하므로 음극(20)과 압전체(30) 및 양극(10)을 서로 밀착한다.In addition, the coin cell type secondary battery further includes a spacer 61 and an elastic member 62 disposed between the negative electrode 20 and the cap 50. The spacer 61 maintains a gap between the cap 50 and the cathode 20 and may be formed of a stainless material. The elastic member 62 is supported by the cap 50 to press the spacer 61 so that the negative electrode 20, the piezoelectric body 30, and the positive electrode 10 closely contact each other.

다시 도 3을 참조하면, 양극(10)은 집전체(11)의 일면에 접착층(12)을 형성하고, 접착층(12) 상에 양극 활물질층(13)을 형성한다. 예를 들면, 집전체(11)는 20㎛ 이하의 두께를 가지는 Cu 기판으로 형성되고, 접착층(12)은 Ti, Ta와 같은 금속을 포함한다.Referring to FIG. 3 again, the anode 10 forms an adhesive layer 12 on one surface of the current collector 11, and forms a cathode active material layer 13 on the adhesive layer 12. For example, the current collector 11 is formed of a Cu substrate having a thickness of 20 μm or less, and the adhesive layer 12 includes a metal such as Ti and Ta.

접착층(12)은 양극 활물질층(13)과 집전체(11)의 접합 능력을 향상시킨다. 양극 활물질층(13)은 100~200nm 정도의 Si 박막 또는 Si를 포함하는 층으로 형성된다. 즉 접착층(12)은 Si 박막의 부피 변형시에도 Si 박막이 접전체(11)에 견고한 부착 상태를 유지시킨다. The adhesive layer 12 improves the bonding ability of the positive electrode active material layer 13 and the current collector 11. The positive electrode active material layer 13 is formed of a Si thin film having a thickness of about 100 to 200 nm or a layer containing Si. That is, the adhesive layer 12 maintains a firm attachment state of the Si thin film to the electrical contact 11 even when the volume of the Si thin film is deformed.

음극(20)은 음극 메탈로 형성되며, Li으로 형성된다. 양극 활물질층(13)은 Li 이온 삽입시 팽창하는 SiOx, Sn, SnO2, Ge, ZnO 중 어느 하나의 양극 활물질을 포함하는 박막 또는 층으로 형성될 수 있다. 이하에서 편의상, Si 박막을 예로써 설명한다.The cathode 20 is formed of a cathode metal and formed of Li. The positive electrode active material layer 13 may be formed of a thin film or a layer including any one of SiOx, Sn, SnO 2 , Ge, and ZnO, which expands upon insertion of Li ions. For convenience, the Si thin film will be described below by way of example.

예를 들면, 압전체(30)는 양극 활물질층(13), 즉 Si 박막 상에 다공성의 폴리플루오린화비닐리덴(PVdF) 막 또는 티탄산바륨(BaTiO3) 막으로 형성될 수 있다. 압전체(30)는 Si 박막 상에 스핀 코팅 방식으로 형성될 수 있다.For example, the piezoelectric material 30 may be formed of a porous polyvinylidene fluoride (PVdF) film or a barium titanate (BaTiO 3 ) film on the positive electrode active material layer 13, that is, the Si thin film. The piezoelectric material 30 may be formed on the Si thin film by spin coating.

다공성의 PVdF(polyvinylidene fluoride) 막은 PVdF와 무기물 나노입자를 합성한 형태로 만들어지고, 이후 나노입자를 선택적으로 에칭하는 방식에 의하여 제작될 수 있고, PVdF가 용해된 용액을 전기 방사하는 방식으로도 얻어질 수 있다.Porous polyvinylidene fluoride (PVDF) membranes are made of PVdF and inorganic nanoparticles, and can be fabricated by selectively etching nanoparticles, or by electrospinning a solution in which PVdF is dissolved. Can lose.

압전체(30)는 다공성 막으로 형성되므로 전해액을 침투시켜 전해액을 저장할 수 있고, 전기 절연재로 형성되어 양극(10)과 음극(20)을 전기적으로 절연시키는 분리막으로 작용할 수 있다.Since the piezoelectric body 30 is formed of a porous membrane, the electrolyte may be penetrated to store the electrolyte solution, and the piezoelectric material 30 may be formed of an electrical insulating material to act as a separator to electrically insulate the positive electrode 10 and the negative electrode 20.

다공성의 PVdF 막, 즉 압전체(30)는 코인셀 타입의 이차 전지를 구동하기 전에 미리 분극화(polling) 처리될 수 있다. 이 분극화 처리를 통하여, 압전체(30), 즉 폴리플루오린화비닐리덴(PVdF) 막은 양극(10)의 Si 박막 측에 양(+) 전하를 배치하고, 음극(20)의 Li 측에 음(-) 전자를 배치하게 된다. 즉 압전체(30)는 쌍극자(dipole)로 정렬된다.The porous PVdF membrane, that is, the piezoelectric member 30 may be previously polarized before driving the coin cell type secondary battery. Through this polarization treatment, the piezoelectric material 30, i.e., polyvinylidene fluoride (PVdF) film, has a positive charge on the Si thin film side of the positive electrode 10 and a negative (-) side on the Li side of the negative electrode 20. ) Will place electrons. In other words, the piezoelectric elements 30 are arranged in dipoles.

코인셀 타입의 이차 전지에서, 스페이서(61)와 탄성부재(62)는 음극(20)을 가압하여 양극 활물질층(13)인 Si 박막이 부피 팽창하면서 생기는 기계적 스트레스를 PVdF 막, 즉 압전체(30)에 효과적으로 전달할 수 있게 한다.In the coin cell type secondary battery, the spacer 61 and the elastic member 62 pressurize the negative electrode 20 so that the mechanical stress caused by the volume expansion of the Si thin film, which is the positive electrode active material layer 13, may be a PVdF film, that is, a piezoelectric material 30. To communicate effectively).

코인셀 타입의 이차 전지는 양극 활물질층(13)의 Si 박막과 음극(20)의 Li 메탈 사이에 BaTiO3이나 PVdF와 같은 압전재료로 형성되는 압전체(30)를 위치시킨다. 압전체(30)는 충전 및 방전 동안 양극 활물질층(13)의 Si 박막이 겪게 되는 부피변화에 따라 변형된다. 압전체(30)는 Li 이온이 Si로의 리튬치환반응(lithiation)의 정도에 따라 크기가 다른 유도전기장을 형성한다.In the coin cell secondary battery, a piezoelectric material 30 formed of a piezoelectric material such as BaTiO 3 or PVdF is positioned between the Si thin film of the positive electrode active material layer 13 and the Li metal of the negative electrode 20. The piezoelectric material 30 deforms according to the volume change experienced by the Si thin film of the positive electrode active material layer 13 during charging and discharging. The piezoelectric body 30 forms an induction electric field having a different size depending on the degree of Lithiation of Li ions to Si.

압전체(30)가 띄는 유도전기장의 크기에 따라 Li 이온의 이동방향이 실시간으로 바뀌게 되어 방전과 자가 충전이 연속적으로 진행된다. 따라서 코인셀 타입의 이차 전지는 외부 도선(케이스와 캡을 통하여 양극과 음극에 연결됨, 미도시)에 전자를 지속적으로 공급할 수 있다.According to the size of the induction electric field in which the piezoelectric element 30 stands, the moving direction of Li ions is changed in real time so that discharge and self-charging proceed continuously. Therefore, the coin cell type secondary battery can continuously supply electrons to external conductors (connected to the positive electrode and the negative electrode through the case and the cap, not shown).

이런 방식으로 코인셀 타입의 이차 전지는 박막의 낮은 용량을 개선할 수 있고, 방전의 깊이(depth of discharge)가 크지 않은 범위에서 방전과 자가 충전을 반복적으로 구현하므로 양극 활물질층(13)인 Si 박막의 기계적 특성이 저하하는 것을 방지할 수 있다.In this manner, the coin cell type secondary battery can improve the low capacity of the thin film and repeatedly implement discharge and self charging in a range where the depth of discharge is not large, so that the positive electrode active material layer 13 is Si. Deterioration in the mechanical properties of the thin film can be prevented.

이하에서 도 4 내지 도 9를 참조하여, 코인셀 타입의 이차 전지에서 구현되는 방전 시작(도 4, 도 5), 방전 진행(도 6, 도 7), 자가 충전(도 8, 도 9), 및 방전과 자가 충전의 반복 과정(도 6, 도 7과 도 8, 도 9)에 대하여 설명한다.Hereinafter, referring to FIGS. 4 to 9, discharge start (FIGS. 4 and 5), discharge progression (FIGS. 6 and 7), self-charge (FIGS. 8 and 9), which are implemented in a coin cell type secondary battery, And the repetitive process of discharging and self-charging (FIGS. 6, 7, 8, and 9) will be described.

도 4는 음극(anode)의 Li과 양극(cathode)의 활물질 Si 사이에서, Li과 Si의 화학포텐셜 차이에 의하여, Li 이온이 Si에 삽입되기 시작(방전 시작 시)하는 작동 상태도이다.FIG. 4 is an operating state diagram in which Li ions start to be inserted into Si (at the start of discharge) by the chemical potential difference between Li and Si between Li of an anode and active material Si of a cathode.

도 4를 참조하면, 방전 시작 전에, 양극(10)과 음극(20) 사이에 배치되는 압전체(30)인 BaTiO3는 전해질을 내장하고, 양극(10)의 Si 박막 측에 양(+) 전하를 배치하고 음극(20)의 Li 측에 음(-) 전자를 배치한 쌍극자(dipole)로 정렬되며, 유도전기장을 형성하지 않고 있다(No E Field).Referring to FIG. 4, before the start of discharging, BaTiO 3, which is a piezoelectric body 30 disposed between the anode 10 and the cathode 20, contains an electrolyte and has a positive charge on the Si thin film side of the anode 10. Are arranged in a dipole arranged with a negative electron on the Li side of the cathode 20, and do not form an induction electric field (No E Field).

도 5는 도 4의 방전 시작 시, 전압과 용량의 관계를 도시한 그래프이다. 도 5를 참조하면, Si의 부피가 크게 증가하지 않을 때까지 BaTiO3의 물리적 변형이 크지 않아서, BaTiO3의 압전특성에 의한 유도전기장이 거의 발생하지 않고 있다(유도전기장 ≪ Si의 리튬치환반응).FIG. 5 is a graph illustrating a relationship between voltage and capacity at the start of discharge of FIG. 4. 5, because, until the volume of the Si will not significantly increase the physical deformation of the BaTiO 3 large, it is hardly induced electric field generated by the piezoelectric property of BaTiO 3 (induced electric field «lithium substitution reaction of Si) .

예를 들어 실선을 참조하면, 방전 시작으로 인하여, 전압(Voltage)이 1.0V에서 0.4V로 크게 떨어지고, 용량(Capacity)이 미미하게 증가되었다.For example, referring to the solid line, due to the start of the discharge, the voltage (Voltage) dropped significantly from 1.0V to 0.4V, the capacity (Capacity) was slightly increased.

도 6은 음극의 Li과 양극의 Si 사이에서, 유도전기장이 Li 이온 이동 방향의 반대 방향으로 형성되기 시작(방전 진행)하는 작동 상태도이다. 도 6을 참조하면, Li 이온이 Si에 삽입되어, BaTiO3의 물리적 변형이 커지고, 이로 인하여, 유도전기장이 형성되기 시작한다(E Field).6 is an operational state diagram in which an induction electric field starts to be formed in the opposite direction of the Li ion movement direction between the Li of the negative electrode and the Si of the positive electrode. Referring to FIG. 6, Li ions are intercalated into Si, resulting in a large physical strain of BaTiO 3 , whereby an induction electric field begins to form (E Field).

도 7은 도 6의 방전 진행 시, 전압과 용량의 관계를 도시한 그래프이다. 도 7을 참조하면, 음극의 Li과 양극의 Si의 화학포텐셜 차이에 의하여, Li 이온이 이동하는 데 생기는 구동력이 BaTiO3의 압전특성에 의한 유도전기장보다 커져서(유도전기장 < Si의 리튬치환반응) Li 이온의 이동 방향이 바뀌지 않는다.FIG. 7 is a graph illustrating a relationship between voltage and capacity during discharge of FIG. 6. Referring to FIG. 7, due to the difference in chemical potential between Li of the negative electrode and Si of the positive electrode, the driving force generated by the movement of Li ions becomes larger than the induction electric field due to the piezoelectric properties of BaTiO 3 (induction electric field <lithium substitution reaction of Si). The direction of movement of Li ions does not change.

예를 들어 실선을 참조하면, 방전 진행으로 인하여, 전압(Voltage)이 0.4V에서 0.3V로 미미하게 떨어지고, 용량(Capacity)이 미미하게 증가되었다.For example, referring to the solid line, due to the discharge progress, the voltage (Voltage) slightly dropped from 0.4V to 0.3V, the capacity (Capacity) was slightly increased.

도 8은 음극의 Li과 양극의 Si 사이에서, Li 이온의 이동 방향이 바뀌게 되는(자가 충전 진행) 작동 상태도이다. 도 8을 참조하면, Li 이온이 Si에 삽입되면서 BaTiO3의 물리적 변형으로 형성된 유도전기장이 Li과 Si의 화학포텐셜 차이에 의한 구동력보다 더 커지게 된 상태이다(유도전기장 > Si의 리튬치환반응). 유도전기장이 Li과 Si의 화학포텐셜 차이에 의한 구동력보다 더 커지게 되면서 Li 이온의 이동 방향이 바뀌어 Si에서 Li쪽으로 빠지게 된다(자가 충전 진행).8 is an operation state diagram in which the direction of movement of Li ions is changed (self charge progression) between Li of the cathode and Si of the anode. Referring to FIG. 8, when an Li ion is inserted into Si, an induced electric field formed by physical deformation of BaTiO 3 is larger than a driving force due to a difference in chemical potential between Li and Si (induction field> lithium substitution reaction of Si). . As the induction electric field becomes larger than the driving force due to the difference in chemical potential between Li and Si, the direction of movement of Li ions is changed and falls from Si to Li (self-charging progresses).

도 9는 도 8의 자가 충전 진행 후, 도 6의 방전과 도 8의 자가 충전을 반복하는 상태에서 전압과 용량의 관계를 도시한 그래프이다. 도 9를 참조하면, 도 8의 자가 충전으로, Li 이온이 Si에서 Li로 빠지면서 Si 부피가 다시 줄어들며, 이와 동시에 BaTiO3의 압전특성에 의한 유도전기장이 줄어들고, Li과 Si의 화학포텐셜 차이에 의한 구동력이 유도전기장보다 더 커져서, 도 6 및 도 7에서와 같이, Li 이온이 다시 Li에서 Si쪽으로 이동하여 Si에 삽입된다(방전).FIG. 9 is a graph illustrating a relationship between voltage and capacity in a state in which the discharge of FIG. 6 and the self-charge of FIG. 8 are repeated after the self-charging of FIG. 8 proceeds. Referring to FIG. 9, the self-charging of FIG. 8 reduces the Si volume as Li ions drop from Si to Li, and at the same time, the induction electric field due to the piezoelectric properties of BaTiO 3 is reduced, and the chemical potential difference between Li and Si is reduced. As the driving force becomes larger than the induction electric field, as shown in Figs. 6 and 7, Li ions move from Li to Si again and are inserted into Si (discharge).

예를 들어 실선을 참조하면, 자가 충전(도 8, 도 9)과 방전(도 6, 도 7)의 반복(도 8, 도 6, 도 9)으로 인하여, 전압(Voltage)이 0.3V에서 0.2V로 미미하게 떨어지고, 용량(Capacity)이 크게 증가되었다.For example, referring to the solid line, the voltage is 0.2 at 0.3V due to the repetition (Fig. 8, 6, 9) of self charging (Figs. 8 and 9) and discharge (Figs. 6 and 7). It fell slightly to V, and the capacity was greatly increased.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.

10: 양극(cathode) 11: 집전체
12: 접착층 13: 양극 활물질층
20: 음극(anode) 30: 압전체
40: 케이스 50: 캡
51: 절연 개스킷 61: 스페이서
62: 탄성부재10: cathode 11: current collector
12: adhesive layer 13: positive electrode active material layer
20: anode 30: piezoelectric body
40: case 50: cap
51: insulation gasket 61: spacer
62: elastic member

Claims (14)

음극 메탈 이온 삽입시 부피 팽창하는 활물질층을 구비하는 양극(cathode);
음극 메탈로 형성되는 음극(anode);
상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되어 상기 음극 메탈의 음극 메탈 이온이 상기 활물질층으로 이동하고 상기 활물질층으로부터 복귀함에 따라 팽창 및 수축 변형되는 상기 활물질층에 의하여 유도전기장을 형성하는 압전체;
적층되는 상기 양극, 상기 압전체 및 상기 음극과 전해액을 수용하는 케이스;
절연 개스킷을 개재하여 상기 케이스의 개구에 결합되는 캡; 및
상기 음극과 상기 캡 사이에 배치되는 스페이서 및 탄성부재
를 더 포함하며,
상기 음극 메탈은 Li으로 형성되고, 상기 양극의 활물질층은 Si로 형성되며,
상기 압전체는 전해액을 저장하도록 다공성 구조로 형성되고, 상기 활물질층 상에 닷(dot)으로 형성되는 이차 전지.A cathode having an active material layer which expands in volume when a cathode metal ion is inserted;
An anode formed of a cathode metal;
A piezoelectric body disposed between the positive electrode and the negative electrode to form an induction electric field by the active material layer that expands and contracts as the negative metal ions of the negative electrode metal move to the active material layer and return from the active material layer;
A case accommodating the positive electrode, the piezoelectric body, the negative electrode, and the electrolyte which are stacked;
A cap coupled to the opening of the case via an insulating gasket; And
Spacer and elastic member disposed between the cathode and the cap
More,
The anode metal is formed of Li, the active material layer of the cathode is formed of Si,
The piezoelectric body is formed of a porous structure to store an electrolyte, and formed of a dot on the active material layer (dot). 제1항에 있어서,
상기 양극은
Cu 기판으로 형성되는 집전체에 접착층을 개재하여 상기 활물질층을 형성하는 이차 전지.The method of claim 1,
The anode is
A secondary battery which forms the said active material layer through the adhesive layer in the electrical power collector formed from a Cu substrate. 제2항에 있어서,
상기 접착층은
Ti, Ta와 같은 금속을 포함하는 이차 전지.The method of claim 2,
The adhesive layer is
Secondary battery containing metals, such as Ti and Ta. 제1항에 있어서,
상기 활물질층은
박막 또는 층으로 형성되는 이차 전지.The method of claim 1,
The active material layer is
Secondary battery formed of a thin film or layer. 제4항에 있어서,
상기 압전체는
폴리플루오린화비닐리덴(PVdF) 또는 티탄산바륨(BaTiO3)으로 형성되는 이차 전지.The method of claim 4, wherein
The piezoelectric body
A secondary battery formed of polyvinylidene fluoride (PVdF) or barium titanate (BaTiO 3 ). 삭제delete 제5항에 있어서,
상기 폴리플루오린화비닐리덴(PVdF)의 닷(dot)은
상기 활물질층 측에 양(+) 전하를 배치하고, 상기 Li 측에 음(-) 전자를 배치하는 이차 전지.The method of claim 5,
Dot of the polyvinylidene fluoride (PVdF) is
The secondary battery arrange | positions a positive charge on the said active material layer side, and arrange | positions a negative (-) electron on the said Li side. 삭제delete Li 이온 삽입시 부피 팽창하는 양극 활물질층을 구비하는 양극(cathode);
Li 메탈로 형성되는 음극(anode);
상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되어 Li 이온이 상기 양극 활물질층으로 이동하고 상기 양극 활물질층으로부터 복귀함에 따라 팽창 및 수축 변형되는 상기 양극 활물질층에 의하여 유도전기장을 형성하는 압전체; 및
상기 음극 측에 배치되는 스페이서 및 탄성부재
를 포함하며,
상기 양극의 활물질층은 Si로 형성되며,
상기 압전체는 전해액을 저장하도록 다공성 구조로 형성되고, 상기 활물질층 상에 닷(dot)으로 형성되는 이차 전지.A cathode including a cathode active material layer that expands in volume upon insertion of Li ions;
An anode formed of Li metal;
A piezoelectric body disposed between the positive electrode and the negative electrode to form an induction electric field by the positive electrode active material layer which is expanded and contracted as Li ions move to the positive electrode active material layer and return from the positive electrode active material layer; And
Spacer and elastic member disposed on the cathode side
Including;
The active material layer of the positive electrode is formed of Si,
The piezoelectric body is formed of a porous structure to store an electrolyte, and formed of a dot on the active material layer (dot). 제9항에 있어서,
상기 압전체는
폴리플루오린화비닐리덴(PVdF) 또는 티탄산바륨(BaTiO3)으로 형성되는 이차 전지.The method of claim 9,
The piezoelectric body
A secondary battery formed of polyvinylidene fluoride (PVdF) or barium titanate (BaTiO 3 ). 제9항에 있어서,
상기 유도전기장이 상기 양극 활물질층 상에서 양극 활물질의 리튬치환반응보다 작으면 방전이 진행되는 이차 전지.The method of claim 9,
The secondary battery is discharged if the induction electric field is less than the lithium substitution reaction of the positive electrode active material on the positive electrode active material layer. 제9항에 있어서,
상기 유도전기장이 상기 양극 활물질층 상에서 양극 활물질의 리튬치환반응보다 크면 자가 충전이 진행되는 이차 전지.The method of claim 9,
When the induction electric field is greater than the lithium substitution reaction of the positive electrode active material on the positive electrode active material layer, the secondary battery is self-charged. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 양극 활물질층은
박막 또는 층으로 형성되는 이차 전지.The method according to any one of claims 9 to 12,
The positive electrode active material layer is
Secondary battery formed of a thin film or layer. 제13항에 있어서,
코인 셀 타입 또는 파우치 타입으로 형성되는 이차 전지.The method of claim 13,
A secondary battery formed of a coin cell type or pouch type.
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KR20120102680A (en) * 2009-11-11 2012-09-18 암프리우스, 인코포레이티드 Intermediate layers for electrode fabrication
KR20160040046A (en) * 2014-10-02 2016-04-12 삼성에스디아이 주식회사 Composite anode active material, anode including the composite anode active material, and lithium secondary battery including the anode

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Yan Zhang 등, PVDF-PZT nanocomposite film based self-charging power cell, Nanotechnology, 25 105401(7pp), (2014.02.14.)*

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