KR102406330B1 - Flat type lithium electrode - Google Patents

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Abstract

본 발명은 평판형 리튬 전극에 관한 것으로, 집전체의 표면에 형성되는 리튬 금속시트; 및 리튬 금속시트가 밀봉되며 집전체의 표면이 덮어지게 배치되는 절연성 필름을 포함하고, 집전체는 구리(Cu)를 이용해 평판형으로 형성되며, 리튬 금속시트는 집전체의 표면의 가장자리가 노출되게 정렬되어 형성되는 리튬 금속층과, 리튬 금속층이 매립되게 집전체의 표면에 형성되는 계면층을 포함하며, 리튬 금속층의 표면적은 집전체의 표면에서 가장자리 부분이 노출되게 집전체의 표면적보다 작게 평판형으로 형성되며, 계면층은 전도성 고분자를 이용해 리튬 금속층이 매립되게 형성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a flat lithium electrode, comprising: a lithium metal sheet formed on the surface of a current collector; and an insulating film disposed so that the lithium metal sheet is sealed and the surface of the current collector is covered, the current collector is formed in a flat plate shape using copper (Cu), and the lithium metal sheet exposes the edge of the surface of the current collector It includes a lithium metal layer formed in alignment and an interface layer formed on the surface of the current collector so that the lithium metal layer is buried, and the surface area of the lithium metal layer is smaller than the surface area of the current collector so that the edge portion is exposed from the surface of the current collector. is formed, and the interfacial layer is characterized in that the lithium metal layer is buried using a conductive polymer.

Description

평판형 리튬 전극{Flat type lithium electrode}Flat type lithium electrode

본 발명은 평판형 리튬 전극에 관한 것으로, 특히 집전체의 표면에 리튬을 이용해 리튬 금속층을 형성함으로써 이차 전지의 음극에 적용 시 에너지 밀도를 개선시킬 수 있는 평판형 리튬 전극에 관한 것이다.The present invention relates to a flat-type lithium electrode, and more particularly, to a flat-type lithium electrode capable of improving energy density when applied to a negative electrode of a secondary battery by forming a lithium metal layer using lithium on the surface of a current collector.

리튬 이온 이차 전지는 가역적으로 리튬이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 양극 및 음극으로 사용한다. 이러한 리튬 이온 이차 전지는 양극과 음극의 사이에 분리막이 배치되며, 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 고분자 전해액을 넣어 리튬이온의 원활한 이동을 가능하게 하며, 양극 및 음극에서 삽입 및 탈리 될 때 일어나는 전기화학적 산화, 환원반응에 의하여 발생하는 전자가 전기에너지를 생성한다. 리튬 이온 이차 전지에 관련된 기술이 한국등록특허공보 제10-0626510호(특허문헌 1)에 공개되어 있다.A lithium ion secondary battery uses a material capable of reversibly inserting and deintercalating lithium ions as a positive electrode and a negative electrode. In such a lithium ion secondary battery, a separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an organic electrolyte or polymer electrolyte is placed between the positive electrode and the negative electrode to enable smooth movement of lithium ions, and electricity generated when inserted and detached from the positive electrode and the negative electrode Electrons generated by chemical oxidation and reduction reactions generate electrical energy. A technology related to a lithium ion secondary battery is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-0626510 (Patent Document 1).

한국등록특허공보 제10-0626510호는 리튬 이온 이차 전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 양극과 음극이 권심에 둘러 감겨 그 양극과 음극과의 사이에 독립한 세퍼레이터(분리막)를 갖지 않은 전극군을 구비한 리튬 이온 이차 전지에 있어서, 음극 또는 양극의 적어도 한쪽이 다공막을 구비함과 동시에 음극 및 양극이 각각 음극용 수지필름 및 양극용 수지필름에 의해서 권심에 접속되어 있다. 이러한 수지필름을 사용하는 것에 의해 다공막의 파손을 저감하여 음극과 양극과의 단락을 방지하게 구성된다. Korea Patent Publication No. 10-0626510 relates to a lithium ion secondary battery and a method for manufacturing the same, wherein a positive electrode and a negative electrode are wound around a core, and an electrode group that does not have an independent separator (separator) between the positive and negative electrodes. In the provided lithium ion secondary battery, at least one of the negative electrode or the positive electrode has a porous film, and the negative electrode and the positive electrode are respectively connected to the core by a resin film for a negative electrode and a resin film for a positive electrode. By using such a resin film, the damage of the porous film is reduced to prevent a short circuit between the negative electrode and the positive electrode.

한국등록특허공보 제10-0626510호와 같은 종래의 리튬 이온 이차 전지는 음극으로 구리박과 구리 박의 표면에 전극 물질로 흑연 등의 탄소재료를 도포하여 사용된다. 이와 같이 종래의 리튬 이온 이차 전지는 음극을 구리 박과 구리 박의 표면에 전극 물질로 흑연 등의 탄소재료를 도포하여 사용함으로써 에너지 밀도가 낮은 문제점이 있다. Conventional lithium ion secondary batteries such as Korean Patent Publication No. 10-0626510 are used by coating a carbon material such as graphite as an electrode material on the surface of a copper foil as an anode and a copper foil. As described above, the conventional lithium ion secondary battery has a problem of low energy density by applying a negative electrode to a copper foil and a carbon material such as graphite as an electrode material on the surface of the copper foil.

: 한국등록특허공보 제10-0626510호: Korea Patent Publication No. 10-0626510

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 집전체의 표면에 리튬을 이용해 리튬 금속층을 형성함으로써 이차 전지의 음극에 적용 시 에너지 밀도를 개선시킬 수 있으며, 리튬 금속층을 전기 전도성 고분자인 계면층으로 매립시켜 리튬 금속층의 표면을 개질시킴으로써 충방전 사이클의 신뢰성을 개선시킬 수 있는 평판형 리튬 전극을 제공함에 있다. An object of the present invention is to solve the above problems, and by forming a lithium metal layer using lithium on the surface of the current collector, the energy density can be improved when applied to the negative electrode of a secondary battery, and the lithium metal layer is an electrically conductive polymer interface An object of the present invention is to provide a flat-panel lithium electrode capable of improving the reliability of a charge/discharge cycle by modifying the surface of the lithium metal layer by filling it with a layer.

본 발명의 다른 목적은 집전체의 상부의 표면에 리튬 금속층과 계면층을 연속적으로 형성한 후 도전성 접착제를 매개로 리튬 금속층과 계면층이 형성된 집전체의 어느 한면이나 전면이 밀봉되도록 절연성 필름을 형성함으로써 핸들링이나 보관을 용이하게 할 수 있는 평판형 리튬 전극을 제공함에 있다. Another object of the present invention is to continuously form a lithium metal layer and an interfacial layer on the upper surface of the current collector, and then form an insulating film to seal either side or the entire surface of the current collector on which the lithium metal layer and the interfacial layer are formed through a conductive adhesive. It is to provide a flat-panel lithium electrode that can facilitate handling or storage by doing so.

본 발명의 평판형 리튬 전극은 집전체; 집전체의 표면에 형성되는 리튬 금속시트; 및 상기 리튬 금속시트가 밀봉되며 상기 집전체의 표면이 덮어지게 배치되는 절연성 필름을 포함하고, 상기 집전체는 구리(Cu)를 이용해 평판형으로 형성되며, 상기 리튬 금속시트는 상기 집전체 표면의 가장자리가 노출되게 각각 정렬되어 형성되는 둘 이상의 리튬 금속층과, 상기 리튬 금속층의 표면에 각각 배치되어 형성되는 둘 이상의 실리콘층과, 상기 실리콘층의 표면에 각각 배치되어 형성되는 둘 이상의 계면층을 포함하며, 상기 둘 이상의 리튬 금속층 중 하나의 리튬 금속층의 표면적은 집전체의 표면에서 가장자리 부분이 노출되게 집전체의 표면적보다 작게 평판형으로 형성되며 나머지 리튬 금속층은 계면층의 표면에 각각 배치되어 형성되고, 상기 둘 이상의 실리콘층은 각각 리튬 금속층과 계면층 사이에 위치되게 형성되며, 상기 둘 이상의 계면층 중 하나의 계면층은 전기 전도성 고분자를 이용하여 상기 둘 이상의 리튬 금속층이 매립되며 상기 집전체의 표면의 가장자리 부분이 노출되게 형성되며 나머지 계면층은 그래핀을 이용해 실리콘층의 표면에 형성되는 것을 특징으로 한다.The flat lithium electrode of the present invention includes a current collector; a lithium metal sheet formed on the surface of the current collector; and an insulating film in which the lithium metal sheet is sealed and the surface of the current collector is covered, wherein the current collector is formed in a flat plate shape using copper (Cu), and the lithium metal sheet is formed on the surface of the current collector. At least two lithium metal layers arranged so as to expose the edges, two or more silicon layers respectively disposed and formed on the surface of the lithium metal layer, and two or more interfacial layers respectively disposed on the surface of the silicon layer and formed , The surface area of one lithium metal layer of the two or more lithium metal layers is formed in a flat plate shape smaller than the surface area of the current collector so that the edge portion is exposed on the surface of the current collector, and the remaining lithium metal layers are respectively disposed on the surface of the interface layer and formed, The two or more silicon layers are each formed to be positioned between the lithium metal layer and the interface layer, and one of the two or more interface layers is embedded with the two or more lithium metal layers using an electrically conductive polymer, and the surface of the current collector is It is characterized in that the edge portion is exposed and the remaining interface layer is formed on the surface of the silicon layer using graphene.

본 발명의 평판형 리튬 전극은 집전체의 표면에 리튬을 이용하여 리튬 금속층을 형성함으로써 이차 전지의 음극에 적용 시 에너지 밀도를 개선시킬 수 있는 이점이 있고, 리튬 금속층을 전기 전도성 고분자인 계면층으로 매립시켜 리튬 금속층의 표면을 개질시킴으로써 충방전 사이클의 신뢰성을 개선시킬 수 있는 이점이 있으며, 집전체의 상부의 표면에 리튬 금속층과 계면층을 연속적으로 형성한 후 도전성 접착제를 매개로 리튬 금속층과 계면층이 형성된 집전체의 어느 한면이나 전면이 밀봉되도록 절연성 필름을 형성함으로써 핸들링이나 보관을 용이하게 할 수 있는 이점이 있다.The flat lithium electrode of the present invention has the advantage of improving the energy density when applied to the negative electrode of a secondary battery by forming a lithium metal layer using lithium on the surface of the current collector, and using the lithium metal layer as an electrically conductive polymer interfacial layer There is an advantage in that the reliability of the charge/discharge cycle can be improved by modifying the surface of the lithium metal layer by embedding it. There is an advantage in that handling or storage can be facilitated by forming an insulating film so that either one side or the entire surface of the current collector in which the layer is formed is sealed.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 평판형 리튬 전극의 평면도,
도 2는 도 1에 도시된 평판형 판형 리튬 전극의 A-A선 단면도,
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 평판형 리튬 전극의 다른 실시예를 나타낸 단면도.1 is a plan view of a planar lithium electrode according to an embodiment of the present invention;
2 is a cross-sectional view taken along line AA of the flat plate-type lithium electrode shown in FIG. 1;
3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the flat lithium electrode of the present invention shown in FIG.

이하, 본 발명의 평판형 리튬 전극의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the flat lithium electrode of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2에서와 같이 본 발명의 평판형 리튬 전극의 일 실시예는 집전체(10), 리튬 금속시트(20) 및 절연성 필름(30)을 포함하여 구성된다. 1 and 2 , an embodiment of the flat lithium electrode of the present invention is configured to include a current collector 10 , a lithium metal sheet 20 and an insulating film 30 .

집전체(10)는 본 발명의 평판형 리튬 전극을 전반적으로 지지한다. 리튬 금속시트(20)는 집전체(10)의 표면에 형성되며, 리튬 금속층(21)과 계면층(23)을 포함하여 구성된다. 절연성 필름(30)은 집전체(10)의 표면이 덮어지며 리튬 금속시트(20)가 밀봉되게 집전체(10)의 표면이 덮어지게 배치된다. The current collector 10 generally supports the flat lithium electrode of the present invention. The lithium metal sheet 20 is formed on the surface of the current collector 10 , and includes a lithium metal layer 21 and an interface layer 23 . The insulating film 30 is disposed so that the surface of the current collector 10 is covered and the surface of the current collector 10 is covered so that the lithium metal sheet 20 is sealed.

본 발명의 평판형 리튬 전극의 구체적인 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.A specific embodiment of the flat lithium electrode of the present invention will be described as follows.

집전체(10)는 도 1 및 도 2에서와 같이 본 발명의 평판형 리튬 전극을 전반적으로 지지하며, 재질은 구리(Cu)를 이용해 두께(T1)가 20 내지 400㎛인 평판형으로 형성된다.The current collector 10 generally supports the flat lithium electrode of the present invention as shown in FIGS. 1 and 2 , and the material is formed in a flat plate shape with a thickness T1 of 20 to 400 μm using copper (Cu). .

리튬 금속시트(20)는 도 1 및 도 2에서와 같이 리튬 금속층(21)과 계면층(23)을 포함하여 구성된다.The lithium metal sheet 20 is configured to include a lithium metal layer 21 and an interface layer 23 as shown in FIGS. 1 and 2 .

리튬 금속층(21)은 리튬(Li)을 이용해 집전체(10)의 표면에서 가장자리 부분이 노출되게 정렬되며 집전체(10)의 표면적(S1)보다 작게 평판형으로 형성된다. 즉, 리튬 금속층(21)의 상부나 하부의 표면적(S3)은 집전체(10)의 상부나 하부의 표면적(S1)보다 작게 형성된다. 예를 들어, 리튬 금속층(21)의 형성 시 집전체(10)의 표면 중 가장자리가 노출되게 리튬 금속층(21)의 표면적(S3)을 설정하여 형성된다. 여기서, 집전체(10)의 상부나 하부의 표면적(S1)은 서로 동일하며 리튬 금속층(21)의 상부나 하부의 표면적(S3)은 또한 서로 동일하게 형성된다. 이러한 리튬 금속층(21)은 리튬(Li)을 증착이나 스퍼터링 방법을 이용해 두께(T2)가 50 내지 200㎛가 되게 형성된다. 이와 같이 즉, 리튬 금속층(21)은 리튬(Li)이 수분이나 물 등과 쉽게 반응함에 의해 화학적이 방법보다는 물리적인 증착이나 스퍼터링 방법을 이용하여 형성함으로써 집전체(10)의 상부의 표면에 안정적이며 용이하게 형성할 수 있게 된다. The lithium metal layer 21 is arranged so that an edge portion is exposed on the surface of the current collector 10 using lithium (Li) and is formed in a flat plate shape smaller than the surface area S1 of the current collector 10 . That is, the upper or lower surface area S3 of the lithium metal layer 21 is formed to be smaller than the upper or lower surface area S1 of the current collector 10 . For example, when the lithium metal layer 21 is formed, the surface area S3 of the lithium metal layer 21 is set so that an edge of the surface of the current collector 10 is exposed. Here, the surface area S1 of the upper or lower portion of the current collector 10 is equal to each other, and the surface area S3 of the upper or lower portion of the lithium metal layer 21 is also formed equal to each other. The lithium metal layer 21 is formed to have a thickness T2 of 50 to 200 μm by depositing lithium (Li) or sputtering. In this way, the lithium metal layer 21 is stable on the surface of the upper portion of the current collector 10 by forming using a physical vapor deposition or sputtering method rather than a chemical method because lithium (Li) easily reacts with moisture or water. can be easily formed.

계면층(23)은 리튬 금속층(21)이 매립되게 집전체(10)의 표면의 가장자리에 접착되게 형성된다. 이러한 계면층(23)은 전기 전도성 고분자를 이용하여 리튬 금속층(21)이 매립되며 집전체(10) 표면의 가장자리 부분이 노출되게 형성된다. 즉, 계면층(23)의 일 실시예는 집전체(10)의 가장자리 부분과 리튬 금속층(21)의 표면에 각각 도전성 접착제를 코팅한 후 도전성 접착제를 매개로 점성이 1000 내지 100000cps(centi Poise)인 전기 전도성 고분자를 도포하여 두께(T3)가 1 내지 5㎛가 되게 형성된다. 리튬 금속층(21)의 표면에 계면층(23)을 접착하기 위해 사용되는 도전성 접착제는 실버 에폭시(silver epoxy)가 사용되며, 전기 전도성 고분자의 재질은 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리싸이오펜(polythiophene), PEDOT(poly(3,4-ethylene dioxythiophene)) 및 폴리아닐린(polyaniline) 중 하나가 사용된다.The interface layer 23 is formed to adhere to the edge of the surface of the current collector 10 so that the lithium metal layer 21 is buried. The interfacial layer 23 is formed so that the lithium metal layer 21 is buried using an electrically conductive polymer and an edge portion of the surface of the current collector 10 is exposed. That is, in one embodiment of the interfacial layer 23, a conductive adhesive is coated on the edge of the current collector 10 and the surface of the lithium metal layer 21, respectively, and then has a viscosity of 1000 to 100000 cps (centi Poise) through the conductive adhesive. It is formed to have a thickness (T3) of 1 to 5 μm by applying an electrically conductive polymer of phosphorus. Silver epoxy is used as the conductive adhesive used to adhere the interfacial layer 23 to the surface of the lithium metal layer 21, and the material of the electrically conductive polymer is polyacetylene, polypyrrole, poly One of polythiophene, poly(3,4-ethylene dioxythiophene) (PEDOT) and polyaniline is used.

계면층(23)의 다른 실시예는 집전체(10)의 가장자리 부분과 리튬 금속층(21)의 표면에 점성이 1000 내지 100000cps(centi Poise)인 전기 전도성 고분자를 직접 도포하여 두께(T3)가 1 내지 5㎛가 되게 형성된다. 여기서, 전기 전도성 고분자의 재질은 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리싸이오펜(polythiophene), PEDOT(poly(3,4-ethylene dioxythiophene)) 및 폴리아닐린(polyaniline) 중 하나가 사용된다.In another embodiment of the interfacial layer 23, an electrically conductive polymer having a viscosity of 1000 to 100000 cps (centi Poise) is directly applied to the edge of the current collector 10 and the surface of the lithium metal layer 21 so that the thickness T3 is 1 to 5 μm. Here, as the material of the electrically conductive polymer, one of polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, poly(3,4-ethylene dioxythiophene) (PEDOT) and polyaniline is used.

계면층(23)은 도 1 및 도 2에서와 같이 리튬 금속층(21)이 집전체(10)의 상부의 표면에서 가장자리 부분이 노출되게 집전체(10)의 상부의 표면적(S1)보다 표면적(S3)을 작게 형성함으로써 리튬 금속층(21)을 용이하게 매립시킨 상태로 집전체(10)의 상부에 형성할 수 있으며, 이로 인해 리튬 금속층(21)이 외부로 노출되어 외부에 포함되는 수분 등의 물과 반응이 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다. The interfacial layer 23 has a surface area (S1) of the upper portion of the current collector 10 such that the lithium metal layer 21 is exposed to an edge on the surface of the upper portion of the current collector 10 as in FIGS. 1 and 2 . By forming S3) small, the lithium metal layer 21 can be easily formed on the current collector 10 in a buried state. It is possible to prevent a reaction with water from occurring.

절연성 필름(30)은 도 2에서와 같이 리튬 금속시트(20)가 밀봉되며 집전체(10)의 표면이 덮어지게 집전체(10)의 가장자리에 도전성 접착제(31)를 매개로 접착된다. 즉, 절연성 필름(30)은 집전체(10)의 상부의 표면 중 외부로 노출된 표면에 도전성 접착제(31)를 도포한 후 도전성 접착제(31)를 매개로 집전체(10)와 계면층(23)의 상부의 표면 중 외부로 노출된 표면이 커버(cover)되도록 접착된다. 이와 같이 절연성 필름(30)은 리튬 금속시트(20) 즉, 리튬 금속층(21)과 계면층(23)이 형성된 집전체(10)의 상부의 표면을 밀봉시킴으로써 리튬 금속시트(20)가 외부에서 노출되어 수분 등과 반응하는 것을 방지하게 된다. 여기서, 도전성 접착제(31)는 실버 에폭시(silver epoxy)가 사용되며, 절연성 필름(30)의 재질은 폴리에테르설폰(PES: polyether sulfone), 폴리에테르에테르케톤(PEEK: polyether ether ketone), 폴리에테르이미드(PEI: polyetherimide) 및 폴리아미드이미드(polyamide-imide) 중 하나가 사용된다. The insulating film 30 is attached to the edge of the current collector 10 via a conductive adhesive 31 so that the lithium metal sheet 20 is sealed and the surface of the current collector 10 is covered as shown in FIG. 2 . That is, the insulating film 30 is formed by applying a conductive adhesive 31 to an externally exposed surface of the upper surface of the current collector 10 and then using the conductive adhesive 31 as a medium between the current collector 10 and the interface layer ( 23) is adhered so that the surface exposed to the outside among the surfaces of the upper part is covered. In this way, the insulating film 30 seals the surface of the lithium metal sheet 20, that is, the upper surface of the current collector 10 on which the lithium metal layer 21 and the interfacial layer 23 are formed, so that the lithium metal sheet 20 is removed from the outside. It is exposed and prevents it from reacting with moisture and the like. Here, silver epoxy is used as the conductive adhesive 31, and the material of the insulating film 30 is polyether sulfone (PES), polyether ether ketone (PEEK), and polyether. One of polyetherimide (PEI) and polyamide-imide is used.

본 발명의 평판형 리튬 전극의 구체적인 다른 실시예를 설명하면 다음과 같다.Another specific embodiment of the flat lithium electrode of the present invention will be described as follows.

도 3에서와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 평판형 리튬 전극은 집전체(10), 리튬 금속시트(20) 및 절연성 필름(30)을 포함하여 구성된다. 3 , the flat lithium electrode according to another embodiment of the present invention is configured to include a current collector 10 , a lithium metal sheet 20 and an insulating film 30 .

집전체(10)는 두께(T1)가 20 내지 400㎛가 사용되며 재질은 구리(Cu)가 사용되어 형성되는 것으로, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 평판형 리튬 전극과 동일하게 적용됨으로 설명을 생략한다. The current collector 10 has a thickness T1 of 20 to 400 μm and is formed by using copper (Cu) as a material. A description is omitted.

리튬 금속시트(20)는 둘 이상의 리튬 금속층(21), 둘 이상의 실리콘층(22) 및 둘 이상의 계면층(23)을 포함하여 구성된다. The lithium metal sheet 20 is configured to include two or more lithium metal layers 21 , two or more silicon layers 22 , and two or more interface layers 23 .

둘 이상의 리튬 금속층(21)은 각각 집전체(10)의 표면의 가장자리가 노출되게 정렬되어 형성된다. 이러한 둘 이상의 리튬 금속층(21) 중 하나의 리튬 금속층(21)의 표면적(S2: 도 1에 도시됨)이 집전체(10)의 표면에서 가장자리 부분이 노출되게 집전체(10)의 표면적(S1: 도 1에 도시됨)보다 작게 평판형으로 형성되며 나머지 리튬 금속층(21)은 계면층(23)의 표면에 각각 배치되어 형성된다. 둘 이상의 실리콘층(22)은 각각 리튬 금속층(21)의 표면에 배치되어 형성된다. 즉, 둘 이상의 실리콘층(22)은 각각 리튬 금속층(21)과 계면층(23) 사이에 위치되게 형성된다. The two or more lithium metal layers 21 are formed so that the edge of the surface of the current collector 10 is exposed, respectively. The surface area (S1) of the current collector 10 such that the surface area (S2: shown in FIG. 1) of one lithium metal layer 21 among these two or more lithium metal layers 21 is exposed at the edge of the surface of the current collector 10 : It is formed in a flat plate shape smaller than that shown in FIG. 1 , and the remaining lithium metal layers 21 are respectively disposed on the surface of the interface layer 23 and formed. Two or more silicon layers 22 are respectively disposed on the surface of the lithium metal layer 21 and formed. That is, the two or more silicon layers 22 are formed to be positioned between the lithium metal layer 21 and the interface layer 23 , respectively.

둘 이상의 계면층(23)은 각각 실리콘층(22)의 표면에 배치되어 형성된다. 이러한 둘 이상의 계면층(23) 중 하나의 계면층(23)은 전기 전도성 고분자를 이용해 둘 이상의 리튬 금속층(21)이 매립되며 집전체(10)의 표면의 가장자리 부분이 노출되게 형성되며 나머지 계면층(23)은 그래핀을 이용해 실리콘층(22)의 표면에 형성된다. 예를 들어, 둘 이상의 계면층(23) 중 가장 상부에 배치되는 계면층(23)은 전기 전도성 고분자를 이용해 둘 이상의 리튬 금속층(21), 둘 이상의 실리콘층(22) 및 둘 이상의 계면층(23) 중 나머지 다른 계면층(23)이 매립되며 집전체(10)의 표면의 가장자리 부분이 노출되게 형성된다. 둘 이상의 계면층(23) 중 가장 상부에 배치된 계면층(23)을 제외한 나머지 계면층(23)은 그래핀을 이용해 실리콘층(22)의 표면에 형성되며, 이러한 둘 이상의 계면층(23) 중 나머지 다른 계면층(23)은 가장 상부에 배치되는 계면층(23)에 의해 매립되며, 집전체(10)의 표면의 가장자리 부분이 노출되게 형성되고, 이러한 나머지 계면층(23)은 그래핀을 이용해 실리콘층(22)의 표면에 형성된다.Two or more interfacial layers 23 are respectively disposed on the surface of the silicon layer 22 and formed. One of these two or more interfacial layers 23 is formed such that two or more lithium metal layers 21 are buried using an electrically conductive polymer, and the edge portion of the surface of the current collector 10 is exposed, and the remaining interfacial layer (23) is formed on the surface of the silicon layer 22 using graphene. For example, the interfacial layer 23 disposed on the uppermost of the two or more interfacial layers 23 is formed of two or more lithium metal layers 21 , two or more silicon layers 22 , and two or more interfacial layers 23 using an electrically conductive polymer. ), the other interface layer 23 is buried and the edge portion of the surface of the current collector 10 is exposed. Of the two or more interface layers 23 , the remaining interface layers 23 except for the uppermost interface layer 23 are formed on the surface of the silicon layer 22 using graphene, and these two or more interface layers 23 . The other interfacial layer 23 is buried by the interfacial layer 23 disposed at the uppermost part, and the edge portion of the surface of the current collector 10 is exposed, and the remaining interfacial layer 23 is graphene. is formed on the surface of the silicon layer 22 using

전술한 둘 이상의 리튬 금속층(21)과 둘 이상의 실리콘층(22)은 각각 서로 상부의 표면적(S2: 도 1에 도시됨)과 두께(T2,T3)가 서로 동일하게 형성된다. 예를 들어, 둘 이상의 리튬 금속층(21)과 둘 이상의 실리콘층(22)의 두께(T2,T3)는 각각 5 내지 20㎛이며 둘 이상의 계면층(23)의 두께는 0.1 내지 1㎛되게 각각 형성된다.The above-described two or more lithium metal layers 21 and two or more silicon layers 22 are each formed to have the same upper surface area (S2: shown in FIG. 1) and thickness (T2, T3). For example, the thicknesses T2 and T3 of the two or more lithium metal layers 21 and the two or more silicon layers 22 are 5 to 20 μm, respectively, and the thickness of the two or more interfacial layers 23 is 0.1 to 1 μm, respectively. do.

절연성 필름(30)은 리튬 금속시트(20)가 밀봉되며 집전체(10)의 표면이 덮어지도록 집전체(10)의 표면의 가장자리에 도전성 접착제(31)를 매개로 접착되고, 도전성 접착제(31)는 실버 에폭시(silver epoxy)가 사용되며, 절연성 필름(30)의 재질은 폴리에테르설폰(PES:polyether sulfone), 폴리에테르에테르케톤(PEEK: polyether ether ketone), 폴리에테르이미드(PEI: poly ether imide) 및 폴리아미드이미드(polyamide-imide) 중 하나가 사용된다. 절연성 필름(30)의 다른 실시예는 진공 포장을 이용한다. 즉, 절연성 필름(30)은 집전체(10)와 집전체(10)의 표면에 형성되는 리튬 금속시트(20)가 각각 밀봉되게 진공되장되어 형성된다. The insulating film 30 is adhered to the edge of the surface of the current collector 10 via a conductive adhesive 31 so that the lithium metal sheet 20 is sealed and the surface of the current collector 10 is covered, and the conductive adhesive 31 ), silver epoxy is used, and the material of the insulating film 30 is polyether sulfone (PES), polyether ether ketone (PEEK: polyether ether ketone), and polyether imide (PEI: poly ether). imide) and polyamide-imide are used. Another embodiment of the insulating film 30 uses vacuum packaging. That is, the insulating film 30 is formed by vacuum-loading the current collector 10 and the lithium metal sheet 20 formed on the surface of the current collector 10 to be sealed, respectively.

이와 같이 본 발명의 평판형 리튬 전극은 이차 전지에 사용되는 음극 활물질로 리튬 금속층(21)과 실리콘층(22)을 복합하여 사용함으로써 리튬 금속층(21)의 리튬(Li)으로 에너지 밀도를 증가시키면서 실리콘층(22)을 형성하는 실리콘(Si)으로 안전성 확보할 수 있다. 특히 본 발명의 평판형 리튬 전극은 계면층(23)으로 전기 전도성 고분자를 사용하여 형성함으로써 리튬 금속층(21)의 표면에서 발생될 수 있는 덴드라이트(dendrite)로 인한 신뢰성을 저하를 방지할 수 있고, 계면층(23)으로 그래핀을 사용하여 형성함으로써 실리콘층(22)을 형성하는 실리콘(Si)을 안정적으로 규제할 수 있어 본 발명의 평판형 리튬 전극을 이차 전지에 적용 시 제품의 안정성 및 신뢰성을 개선시킬 수 있게 된다. As described above, the flat lithium electrode of the present invention uses a combination of a lithium metal layer 21 and a silicon layer 22 as an anode active material used in a secondary battery, thereby increasing the energy density of lithium (Li) in the lithium metal layer 21 while increasing the energy density. Safety can be ensured with silicon (Si) forming the silicon layer 22 . In particular, since the flat lithium electrode of the present invention is formed using an electrically conductive polymer as the interface layer 23 , it is possible to prevent deterioration of reliability due to dendrites that may be generated on the surface of the lithium metal layer 21 and , by forming using graphene as the interface layer 23, silicon (Si) forming the silicon layer 22 can be stably regulated, so that when the flat lithium electrode of the present invention is applied to a secondary battery, product stability and reliability can be improved.

이상과 같이 본 발명의 평판형 리튬 전극은 집전체(10)의 상부의 표면에 계면층(20)을 형성한 후 절연성 필름(30)을 이용해 본 발명의 평판형 리튬 전극의 어느 한 면 즉, 계면층(20)이 형성된 집전체(10)의 표면을 커버하거나 본 발명의 평판형 리튬 전극의 전면을 커버하여 밀봉함으로써 리튬과 외부에 존재할 수 있는 수분과의 반응을 방지할 수 있으며 핸들링과 보관을 용이하게 할 수 있다. As described above, the flat lithium electrode of the present invention forms an interface layer 20 on the upper surface of the current collector 10 and then uses the insulating film 30 on one side of the flat lithium electrode of the present invention, that is, By covering the surface of the current collector 10 on which the interfacial layer 20 is formed or by covering and sealing the entire surface of the flat lithium electrode of the present invention, the reaction between lithium and moisture that may exist outside can be prevented, and handling and storage can facilitate

본 발명의 평판형 리튬 전극은 이차 전지 제조 산업 분야에 적용할 수 있다.The flat lithium electrode of the present invention can be applied to the secondary battery manufacturing industry.

10: 집전체
20: 리튬 금속시트
21: 리튬 금속층
22: 실리콘층
23: 계면층
30: 절연성 필름10: current collector
20: lithium metal sheet
21: lithium metal layer
22: silicon layer
23: interfacial layer
30: insulating film

Claims (8)

집전체;
집전체의 표면에 형성되는 리튬 금속시트; 및
상기 리튬 금속시트가 밀봉되며 상기 집전체의 표면이 덮어지게 배치되는 절연성 필름을 포함하고,
상기 집전체는 구리(Cu)를 이용해 평판형으로 형성되며, 상기 리튬 금속시트는 상기 집전체 표면의 가장자리가 노출되게 각각 정렬되어 형성되는 둘 이상의 리튬 금속층과, 상기 리튬 금속층의 표면에 각각 배치되어 형성되는 둘 이상의 실리콘층과, 상기 실리콘층의 표면에 각각 배치되어 형성되는 둘 이상의 계면층을 포함하며,
상기 둘 이상의 리튬 금속층 중 하나의 리튬 금속층의 표면적은 집전체의 표면에서 가장자리 부분이 노출되게 집전체의 표면적보다 작게 평판형으로 형성되며 나머지 리튬 금속층은 계면층의 표면에 각각 배치되어 형성되고, 상기 둘 이상의 실리콘층은 각각 리튬 금속층과 계면층 사이에 위치되게 형성되며, 상기 둘 이상의 계면층 중 하나의 계면층은 전기 전도성 고분자를 이용해 상기 둘 이상의 리튬 금속층이 매립되며 상기 집전체의 표면의 가장자리 부분이 노출되게 형성되며 나머지 계면층은 그래핀을 이용해 실리콘층의 표면에 형성되는 평판형 리튬 전극.current collector;
a lithium metal sheet formed on the surface of the current collector; and
The lithium metal sheet is sealed and includes an insulating film disposed to cover the surface of the current collector,
The current collector is formed in a flat plate shape using copper (Cu), and the lithium metal sheet is disposed on the surface of the lithium metal layer and two or more lithium metal layers each aligned so as to expose the edge of the current collector surface. It comprises two or more silicon layers to be formed, and two or more interfacial layers to be respectively disposed on the surface of the silicon layer,
The surface area of one lithium metal layer among the two or more lithium metal layers is formed in a flat plate shape smaller than the surface area of the current collector so that the edge portion is exposed on the surface of the current collector, and the remaining lithium metal layers are respectively disposed on the surface of the interface layer to form, The two or more silicon layers are each formed to be positioned between the lithium metal layer and the interface layer, and one of the two or more interface layers is embedded with the two or more lithium metal layers using an electrically conductive polymer, and the edge portion of the surface of the current collector A flat lithium electrode is formed to expose this and the remaining interfacial layer is formed on the surface of the silicon layer using graphene. 제1항에 있어서,
상기 리튬 금속층은 리튬(Li)을 증착이나 스퍼터링 방법을 이용해 두께가 50 내지 200㎛되게 형성되는 평판형 리튬 전극.According to claim 1,
The lithium metal layer is a flat lithium electrode formed to have a thickness of 50 to 200㎛ using a lithium (Li) deposition or sputtering method. 제1항에 있어서,
상기 계면층은 상기 집전체의 가장자리 부분과 상기 리튬 금속층의 표면에 각각 도전성 접착제를 코팅한 후 상기 도전성 접착제를 매개로 점성이 1000 내지 100000cps(centi Poise)인 전기 전도성 고분자를 도포하여 두께가 1 내지 5㎛되게 형성되며, 상기 도전성 접착제는 실버 에폭시(silver epoxy)가 사용되며, 상기 전기 전도성 고분자의 재질은 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리싸이오펜(polythiophene), PEDOT(poly(3,4-ethylene dioxythiophene)) 및 폴리아닐린(polyaniline) 중 하나가 사용되는 평판형 리튬 전극.According to claim 1,
The interface layer is formed by coating a conductive adhesive on the edge of the current collector and the surface of the lithium metal layer, respectively, and then applying an electrically conductive polymer having a viscosity of 1000 to 100000 cps (centi Poise) through the conductive adhesive to have a thickness of 1 to It is formed to be 5 μm, and silver epoxy is used as the conductive adhesive, and the material of the electrically conductive polymer is polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, PEDOT (poly(3) A flat lithium electrode using either ,4-ethylene dioxythiophene) or polyaniline. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 둘 이상의 리튬 금속층, 상기 둘 이상의 실리콘층 및 상기 둘 이상의 계면층 중 상기 둘 이상의 리튬 금속층과 상기 둘 이상의 실리콘층은 각각 서로 상부의 표면적과 두께가 서로 동일하게 형성되고, 상기 둘 이상의 계면층 중 하나의 계면층은 전기 전도성 고분자를 이용해 상기 둘 이상의 리튬 금속층, 상기 둘 이상의 실리콘층 및 상기 둘 이상의 계면층 중 나머지 계면층이 매립되며 상기 집전체의 표면의 가장자리 부분이 노출되게 형성되며, 상기 나머지 계면층은 그래핀을 이용해 실리콘층의 표면에 형성되는 평판형 리튬 전극.According to claim 1,
Of the at least two lithium metal layers, the at least two silicon layers, and the at least two interfacial layers, the at least two lithium metal layers and the at least two silicon layers are each formed to have the same upper surface area and thickness as each other, and among the at least two interfacial layers One interfacial layer is formed so that the remaining interfacial layers of the at least two lithium metal layers, the at least two silicon layers, and the at least two interfacial layers are buried using an electrically conductive polymer, and an edge portion of the surface of the current collector is exposed, and the remaining The interfacial layer is a flat lithium electrode formed on the surface of the silicon layer using graphene. 제1항에 있어서,
상기 둘 이상의 리튬 금속층, 상기 둘 이상의 실리콘층 및 상기 둘 이상의 계면층 중 상기 둘 이상의 리튬 금속층과 상기 둘 이상의 실리콘층의 두께는 각각 5 내지 20㎛이며 상기 둘 이상의 계면층의 두께는 0.1 내지 1㎛되게 형성되는 평판형 리튬 전극.The method of claim 1,
Of the at least two lithium metal layers, the at least two silicon layers, and the at least two interfacial layers, the at least two lithium metal layers and the at least two silicon layers each have a thickness of 5 to 20 μm, and the thickness of the at least two interfacial layers is 0.1 μm to 1 μm. A flat lithium electrode formed to be 제1항에 있어서,
상기 절연성 필름은 상기 리튬 금속시트가 밀봉되며 집전체의 표면이 덮어지게 집전체의 가장자리에 도전성 접착제를 매개로 접착되고, 상기 도전성 접착제는 실버 에폭시(silver epoxy)가 사용되며, 상기 절연성 필름의 재질은 폴리에테르설폰(PES: polyether sulfone), 폴리에테르에테르케톤(PEEK: polyether ether ketone), 폴리에테르이미드(PEI: polyetherimide) 및 폴리아미드이미드(polyamide-imide) 중 하나가 사용되는 평판형 리튬 전극.The method of claim 1,
The insulating film is adhered to the edge of the current collector through a conductive adhesive so that the lithium metal sheet is sealed and the surface of the current collector is covered, and silver epoxy is used as the conductive adhesive, and the material of the insulating film A flat lithium electrode using one of silver polyether sulfone (PES), polyether ether ketone (PEEK), polyetherimide (PEI), and polyamide-imide. 제1항에 있어서,
상기 절연성 필름은 상기 집전체와 상기 리튬 금속시트가 각각 밀봉되게 진공 포장되어 형성되는 평판형 리튬 전극.The method of claim 1,
The insulating film is a plate-type lithium electrode formed by vacuum packaging the current collector and the lithium metal sheet to be sealed, respectively.
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