KR20140078173A - Lithium secondary battery and manufacturing method for the same - Google Patents

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류희연
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현대자동차주식회사
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Abstract

The present invention relates to a lithium secondary battery and a manufacturing method for the same. The lithium secondary battery is capable of increasing charge and discharge efficiency by utilizing a wider surface area. Also, by applying lithium powder instead of a conventional lithium foil, and coating a macromolecular protection film onto the surface of the lithium powder, a weakness wherein the resistance increases due to the protection film can be offset, through the enlargement of the surface area using the lithium powder compared to using the conventional lithium foil.

Description

리튬 이차 전지 및 이의 제조방법{Lithium secondary battery and manufacturing method for the same}[0001] The present invention relates to a lithium secondary battery and a manufacturing method thereof,

본 발명은 충·방전 효율을 향상시킬 수 있는 리튬 이차 전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a lithium secondary battery capable of improving charge / discharge efficiency and a method of manufacturing the same.

최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. Recently, interest in energy storage technology is increasing.

휴대폰, 캠코더, 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전지의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. Cell phones, camcorders, notebook PCs, and even electric vehicles are expanding their applications to energy, and efforts to research and develop batteries are becoming more concrete.

전기 화학 소자는 이러한 측면에서 가장 주목받고 있는 분야이고, 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있으며, 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 고출력, 고에너지 밀도를 갖는 전지의 개발이 요구되어 지고 있다.The electrochemical device is one of the most attracting fields in this respect. Of these, the development of a rechargeable secondary battery has become a focus of attention. In recent years, development of such a high output, high energy density battery Is required.

이와 같은 요구에 부응하여 최근 가장 많은 각광을 받고 있는 고성능의 차세대 첨단 신형 전지중의 하나가 리튬 고분자 이차 전지(Lithium Polymer Battery, LPB)이다. In response to this demand, one of the high-performance next-generation advanced new batteries, which are currently receiving the most attention, is Lithium Polymer Battery (LPB).

LPB는 크게 음극(anode), 고분자 전해질(polymer electrolyte) 및 양극 (cathode)으로 구성된다. The LPB consists largely of an anode, a polymer electrolyte and a cathode.

음극은 리튬 금속, 탄소 등이 활물질로 사용되며, 양극은 전이금속 산화물, 금속칼코겐 화합물, 전도성 고분자 등이 활물질로 사용된다. The anode is used as an active material such as lithium metal or carbon, and the anode is used as an active material such as a transition metal oxide, a metal chalcogenide compound, and a conductive polymer.

고분자 전해질은 고분자와 염, 유기 또는 무기첨가제 등으로 구성되며, 선택적으로 비수계(non-aqueous) 유기 용매가 포함될 수 있다. The polymer electrolyte comprises a polymer and a salt, an organic or inorganic additive, and optionally a non-aqueous organic solvent.

고분자 전해질은 상온에서 대략 10-3 ∼10-8 S/cm의 이온 전도도를 나타낸다. The polymer electrolyte exhibits an ionic conductivity of about 10 -3 to 10 -8 S / cm at room temperature.

음극으로 사용되는 리튬은 밀도가 0.54g/cm 3 으로 낮고 표준 환원 전위도 -3.045 VSHE 로 매우 낮기 때문에 고에너지 밀도 전지의 전극 재료로서 가장 각광받고 있다.Lithium used as a cathode has a density of 0.54 g / cm 3 , and the standard reduction potential is -3.045 V SHE . Therefore, it is the most popular electrode material for high energy density cells.

그러나, 상기 리튬금속을 음극으로 적용함에 있어서 다음과 같은 문제점이 있다.However, there are the following problems in applying the lithium metal to the cathode.

고분자 전해질은 화학적으로 활성이 매우 높아서 유기 전해액과의 반응에 의해 부동태 피막을 형성하게 되고, 충방전 동안 리튬 금속 표면에서 리튬의 산화(용해, dissolution) 및 환원(석출, deposition) 반응이 불균일하게 반복됨에 따라 부동태 피막의 형성 및 성장이 극심하다. The polymer electrolyte is highly chemically active and reacts with the organic electrolyte to form a passive film. The oxidation (dissolution) and reduction (deposition) reactions of lithium on the lithium metal surface during charging and discharging are repeated unevenly The formation and growth of a passive film is extreme.

이에 따라, 충방전시 전지의 용량 감소를 초래할 뿐만 아니라, 충방전 과정이 반복됨에 따라 리튬 금속 표면에 리튬 이온이 바늘 형태로 성장함으로써 덴드라이트(리튬 수지상)가 형성되어 리튬 이차 전지의 충방전 사이클이 단축되고, 전극간 단락(short)을 초래하는 등 전지의 안전성 문제를 유발시키고 있다. As a result, not only the capacity of the battery is reduced during charging and discharging but also the charging and discharging process is repeated. As a result, lithium ions are grown in the form of needles on the surface of lithium metal to form a dendrite (lithium resin phase) This shortens the life of the battery and causes a short circuit between the electrodes.

상기와 같이 리튬금속은 단위 중량당 용량 약 3860mAh/g를 가지고 있지만, 전지 내에서 전해질과의 지속적인 반응 문제와 수명이 진행됨에 따른 리튬의 수지상 성장 문제로 인해 상용화에 어려움을 격고 있다.As described above, the lithium metal has a capacity per unit weight of about 3860 mAh / g. However, it is difficult to commercialize lithium metal due to the problem of continuous reaction with the electrolyte in the battery and the problem of dendritic growth of lithium due to its life.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 다양한 형태의 보호막 기술들이 개발되고 있다.Various types of protective film technologies have been developed to solve such problems.

도 1은 종래기술에 따른 리튬 전극을 보여주는 단면도로서, 리튬 전극은 금속 집전체(1)의 표면에 리튬 포일(2)이 적층되고, 리튬 포일(2;foil) 표면에 고분자 보호막(3)이 코팅되어 전해질과의 반응을 억제하고, 수지상 성장을 물리적으로 방지할 수 있다.1 is a cross-sectional view showing a lithium electrode according to the prior art. The lithium electrode is formed by laminating a lithium foil 2 on the surface of a metal current collector 1 and a polymer protective film 3 on the surface of a lithium foil 2 It can be coated to inhibit the reaction with the electrolyte and physically prevent dendritic growth.

그러나, 리튬 포일(2)의 표면에 다른 물질이 코팅됨으로 인해 이물질이 전류의 흐름에 저항적 요소로 작용하여 악영향을 주고, 코팅 두께 및 소재의 최적화가 요구된다.However, since the surface of the lithium foil 2 is coated with another material, the foreign material acts as a resistive element to the current flow, which adversely affects the coating thickness and material.

즉, 보호막(3)이 두꺼울수록 전해질과의 반응이 억제되지만, 반대로 저항이 커지는 이해득실관계(trade-off)가 있다.That is, as the protective film 3 is thicker, the reaction with the electrolyte is suppressed, but there is a trade-off in which resistance increases.

또한, 도 2는 리튬 분말(12)을 이용하여 제작된 리튬 전극의 단면을 보여주는 개략도로서, 금속 집전체(11) 위에 리튬 분말(12)을 고정하고, 리튬 분말(12)을 이용하여 음극을 제작하는 경우에, 리튬 분말(12)은 전류 속도가 빠를수록 수지상 성장이 잘 일어난다는 연구에 근거하고, 리튬 분말이 리튬 포일에 비해 표면적이 증가하므로, 표면적 증가를 통해 실제 전극의 리튬이 느끼는 유효 전류 밀도를 낮춤으로써 수지상 성장을 막을 수 있다.2 is a schematic view showing a cross section of a lithium electrode fabricated using a lithium powder 12. Lithium powder 12 is fixed on a metal current collector 11 and a lithium powder 12 is used to form a negative electrode In the case of making lithium powder 12, the faster the current speed, the more the dendritic growth occurs. On the other hand, since the surface area of lithium powder is increased compared to the lithium foil, By reducing the current density, the dendrite growth can be prevented.

그러나, 분말의 입도가 작아져 표면적이 넓어질수록 전해질과의 반응 면적이 늘어나는 단점을 가진다.
However, as the particle size of the powder becomes smaller and the surface area becomes wider, the area of reaction with the electrolyte increases.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 기존의 리튬 포일 대신에 리튬 분말을 적용하고, 리튬 분말 표면에 고분자 보호막을 코팅함으로써, 기존의 리튬 포일 대비 리튬 분말의 표면적 증대를 통해 보호막에 의한 저항 증가의 단점을 상쇄시킬 뿐만 아니라 더 넓은 표면적을 사용하여 충·방전 효율을 높일 수 있는 리튬 이차 전지 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a lithium- The present invention is directed to a lithium secondary battery capable of improving charge and discharge efficiency by using a wider surface area and a manufacturing method thereof.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 리튬 이차 전지는 상기 음극으로 리튬 분말을 사용하여 전극의 표면적을 증가시킬 수 있도록 된 리튬 분말 음극; 및 상기 리튬 분말 음극의 표면을 감싸는 형태로 형성되는 보호막을 포함하여, 전극의 표면적 증대를 통해 충·방전 효율을 높이고, 보호막을 통해 전해질과의 직접적인 반응을 막아 셀의 내구성 향상 및 수명을 연장시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, a lithium secondary battery according to the present invention includes: a lithium powder negative electrode capable of increasing the surface area of the electrode using lithium powder as the negative electrode; And a protective film formed to surround the surface of the lithium powder cathode, thereby increasing the charge / discharge efficiency by increasing the surface area of the electrode and preventing the direct reaction with the electrolyte through the protective film, thereby improving the durability and prolonging the life of the cell .

상기 보호막은 고분자 보호막으로 이루어진 것을 특징으로 한다.The protective film is formed of a polymer protective film.

상기 리튬 분말의 입도는 1~100㎛인 것을 특징으로 한다.The lithium powder has a particle size of 1 to 100 mu m.

상기 보호막의 두께는 1~100㎛인 것을 특징으로 한다.The thickness of the protective film is 1 to 100 mu m.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지의 제조방법은 음극으로 리튬을 사용하여 제조하기 위해, 음극용 금속 집전체에 리튬 분말을 고정하는 방식으로 리튬 분말 전극을 형성하는 단계; 및 상기 리튬 분말 전극의 표면에 고분자 수지를 도포하는 방식으로 고분자 보호막을 형성하는 단계를 포함하여, 전극의 표면적 증대로 충·방전 효율을 높이고, 보호막에 의해 리튬과 전해질의 직접적인 반응을 막아 셀의 내구성 향상 및 수명을 연장시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.The method for manufacturing a lithium secondary battery according to the present invention includes the steps of: forming a lithium powder electrode in such a manner that lithium powder is fixed to a negative electrode metal current collector in order to produce lithium using the negative electrode; And forming a polymer protective layer on the surface of the lithium powder electrode, wherein the polymer protective layer is formed on the surface of the lithium powder electrode, thereby increasing charge / discharge efficiency by increasing the surface area of the electrode and preventing direct reaction between lithium and electrolyte by the protective layer, Thereby improving durability and prolonging the service life.

상기 제조방법에서 리튬 분말은 압연 방식으로 금속 집전체에 고정되는 것을 특징으로 한다.In the above manufacturing method, the lithium powder is fixed to the metal current collector by a rolling method.

상기 제조방법에서 고분자 보호막은 자외선 경화 방식을 통해 리튬 분말 전극 표면에 코팅되는 것을 특징으로 한다.
In the above manufacturing method, the polymer protective film is coated on the surface of the lithium powder electrode through an ultraviolet curing method.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지 및 이의 제조방법은 종래의 리튬 금속 음극 대비 다음과 같은 장점이 있다.The lithium secondary battery according to the present invention and its manufacturing method have the following advantages over the conventional lithium metal negative electrode.

첫째로, 리튬 분말을 사용함으로써 실제 전극 표면보다 넓은 표면적을 사용하여 리튬 포일에 비해 더 높은 효율의 충·방전이 가능하다.First, by using lithium powder, it is possible to charge / discharge more efficiently than lithium foil by using a larger surface area than the actual electrode surface.

둘째로, 보호막에 의해 전극 활물질 표면과 전해액 사이의 계면에서 상호 작용에 의해 직접적인 반응을 막아줌으로써, 부반응을 감소시키고 셀의 내구성 향상 및 수명을 연장시키는 효과가 있다. 또한, 추가적으로 리튬황 배터리에서는 충·방전 중에 발생하는 리튬 폴리 설파이드와의 반응도 막아주는 효과가 있다.Secondly, by preventing the direct reaction by interaction at the interface between the surface of the electrode active material and the electrolytic solution by the protective film, the side reaction is reduced and the durability of the cell is improved and the lifetime is extended. In addition, the lithium sulfur battery also has an effect of preventing the reaction with lithium polysulfide generated during charging and discharging.

셋째로, 보호막에 의한 저항 증가에 대한 단점을 리튬 분말의 넓은 표면적을 통해 상쇄시키는 효과가 있고, 반대로 리튬 분말의 넓은 표면적에 의한 전해질과의 반응을 보호막이 막아줌으로써 고분자 보호막과 리튬 분말 두 기술 간의 단점을 상호 보완하여 장점만을 활용할 수 있다.
Third, there is an effect of canceling the disadvantage of the resistance increase by the protective film through the large surface area of the lithium powder. On the other hand, since the protective film prevents the reaction with the electrolyte due to the large surface area of the lithium powder, It can complement the disadvantages and utilize only the advantages.

도 1은 종래기술에 따른 리튬 전극을 보여주는 단면도
도 2는 리튬 분말을 이용하여 제작된 리튬 전극의 단면을 보여주는 개략도
도 3은 본 발명에 따른 리튬 전극의 단면을 보여주는 개략도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 코인 셀의 분해도1 is a cross-sectional view showing a lithium electrode according to the prior art
2 is a schematic view showing a cross section of a lithium electrode fabricated using lithium powder
3 is a schematic view showing a cross section of a lithium electrode according to the present invention
4 is an exploded view of a coin cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 리튬 전극의 단면을 보여주는 개략도이다.3 is a schematic view showing a cross section of a lithium electrode according to the present invention.

본 발명은 음극으로 리튬 분말(11)을 사용하고, 리튬 분말(11) 표면에 보호막(12)을 적용하여 충·방전 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 셀의 수명을 연장시킬 수 있는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery capable of not only improving the charging / discharging efficiency but also extending the lifetime of the cell by using the lithium powder 11 as the cathode and applying the protective film 12 on the surface of the lithium powder 11 will be.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지는 음극(13)으로 리튬 보호막(12)을 적용한 리튬 분말 전극(13)을 적용하고, 분말(11) 제작 시에 보호막(12)을 코팅하는 것이 아니라, 분말(11)로 전극(13)을 제작한 상태에서 고분자 보호막(12)을 그 위에 코팅한다.The lithium secondary battery according to the present invention is a lithium secondary battery in which the lithium powder electrode 13 to which the lithium protective film 12 is applied as the cathode 13 is applied and the protective film 12 is not coated at the time of manufacturing the powder 11, , The polymer protective film 12 is coated thereon.

이는 분말(11) 제작 공정의 변화를 초래하지 않고, 기존의 분말 전극 기술을 그대로 활용할 수 있으며, 보호막 코팅 기술도 기존의 리튬 포일에 적용하는 방식을 그대로 활용할 수 있다.This makes it possible to utilize the existing powder electrode technology as it is without causing a change in the manufacturing process of the powder 11, and it is possible to utilize the protective film coating technique as well as the existing lithium foil application method.

여기서, 상기 보호막(12)은 고분자를 바탕으로 하고, 분말은 금속 분말 제조기술을 바탕으로 하기 때문에 보호막 코팅 기술과 분말 전극 기술은 서로 상충되는 연구분야의 기술로 현재까지는 두 기술을 접목해서 사용하지 않고 있으며, 현재는 ㄹ리튬 소스가 음극에 있기 때문에 리튬을 직접 음극에 사용하는 연구가 많이 진행되지 않고 있다.Since the protective layer 12 is based on a polymer and the powder is based on a metal powder production technique, a technique of a protective layer coating technique and a powder electrode technique are contradictory to each other. And currently there is no research on the use of lithium directly on the negative electrode since the lithium source is on the negative electrode.

하지만, 리튬황 배터리의 경우에는 리튬 소스가 음극(13)에 요구되고, 고용량을 갖는 리튬을 직접 음극(13)에 사용하는 기술이 필요하다.However, in the case of a lithium sulfur battery, a lithium source is required for the cathode 13, and a technique of directly using lithium having a high capacity for the cathode 13 is required.

본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이차 전지는 음극으로 리튬 분말(11)을 사용하고, 리튬 분말 전극(13)은 금속 집전체(10)에 압연 방식을 통해 고정된다.The lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention uses lithium powder 11 as a cathode and the lithium powder electrode 13 is fixed to a metal current collector 10 through a rolling method.

여기서, 상기 리튬 분말(11)은 1~100㎛의 입도를 가지는 것이 바람직하다.Here, the lithium powder 11 preferably has a particle size of 1 to 100 μm.

왜냐하면, 분말(11)의 입도가 1㎛ 미만으로 너무 지나치게 작아 표면적이 증가하는 경우에 전극(13)의 리튬이 느끼는 유효 전류 밀도를 낮추어 리튬 금속의 수지상 성장을 막는 효과가 있지만, 전해질과의 반응 면적이 늘어나는 단점이 있다.This is because when the particle size of the powder 11 is too small to be too small to increase the surface area, the effect of preventing the resinous growth of the lithium metal by lowering the effective current density felt by the lithium in the electrode 13 is obtained. There is a drawback that the area increases.

또한, 분말(11)의 입도가 100㎛ 초과로 너무 지나치게 커서 표면적이 감소하는 경우에 전해질과의 반응 면적이 줄어드는 장점이 있지만, 리튬이 느끼는 유효 전류 밀도를 높여 리튬 금속의 수지상 성장이 잘 일어나는 문제점이 있다.In addition, when the particle size of the powder 11 is too large to be more than 100 μm and the surface area is reduced, the area of reaction with the electrolyte is reduced. However, since the dendritic growth of the lithium metal occurs well by increasing the effective current density felt by the lithium .

상기 금속 집전체(10)의 표면에 고정된 리튬 분말(11)의 표면에 고분자 보호막(12)을 코팅한다.The polymer protective film 12 is coated on the surface of the lithium powder 11 fixed on the surface of the metal current collector 10.

코팅 방법으로 리튬 분말(11)의 표면에 고분자 보호막(12) 소재용 수지를 도포한 후, 자외선(UV;Ultra Violet)으로 경화하는 자외선 경화 방식을 사용한다.An ultraviolet ray curing method is used in which a resin for a polymer protective film 12 is coated on the surface of a lithium powder 11 by a coating method and then cured by ultraviolet (UV).

여기서, 상기 리튬 분말(11)의 표면에 코팅되는 고분자 보호막(12)은 1~100㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하다.Here, the polymer protective layer 12 coated on the surface of the lithium powder 11 preferably has a thickness of 1 to 100 탆.

왜냐하면, 보호막(12)의 두께가 1㎛ 미만으로 너무 지나치게 작은 경우에 전해질과의 반응 억제 효과가 미미한 단점이 있고, 보호막의 두께가 100㎛ 초과로 너무 지나치게 큰 경우에는 전해질과의 반응 억제 및 수지상 성장을 막는 효과가 있지만, 저항이 커지는 문제점이 있다.When the thickness of the protective film 12 is excessively small, the effect of suppressing the reaction with the electrolyte is insufficient. When the thickness of the protective film is too large, There is an effect of preventing growth, but there is a problem that resistance is increased.

이하, 본 발명을 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following examples, but the present invention is not limited by the following examples.

실시예Example

본 발명에 따른 보호막(12)을 적용한 리튬 분말 전극(13)의 특성 향상을 검증하기 위해 황 양극(18)을 상대극으로 하여 코인 셀(20)을 제작하였다.In order to verify the improvement of the characteristics of the lithium powder electrode 13 using the protective film 12 according to the present invention, the coin cell 20 was fabricated using the sulfur anode 18 as a counter electrode.

도 4를 참조하면 본 발명에 따른 코인 셀(20)은 스테인레스 재질로 된 원형의 상부 및 하부 하우징(15a,15b), 이들 사이에 보호막(12)이 적용된 리튬 분말 전극(13), 분리막(16), 실링을 위한 가스켓(17), 황 양극(18), 상부하우징(15a)과 양극(18) 사이에서 상하 간격을 조절하고 양극을 하방향으로 눌러주며 양극(18)을 탄성지지하는 스프링(19)으로 구성된다.4, the coin cell 20 according to the present invention includes circular upper and lower housings 15a and 15b made of stainless steel, a lithium powder electrode 13 to which a protective film 12 is applied, a separator 16 A gasket 17 for sealing, a sulfur anode 18, a spring (not shown) which adjusts the vertical distance between the upper housing 15a and the anode 18, presses the anode downward and elastically supports the anode 18 19).

결론부터 말하자면, 상기 보호막(12)이 적용된 리튬 분말 전극(13)을 포함한 리튬 이차 전지는 보호막(12) 혹은 분말(11)만 적용한 리튬 음극에 비해 더 향상된 특성을 나타내며, 그 결과는 다음 표 1과 표 2와 같다.As a result, the lithium secondary battery including the lithium powder electrode 13 to which the protective layer 12 is applied exhibits more improved characteristics than the lithium negative electrode to which only the protective layer 12 or the powder 11 is applied. As shown in Table 2.

이때, 표 1은 음극에 따른 단위 에너지 용량[단위:mAh/g]이고, 표 2는 음극에 따른 잔존 용량 수준[단위:%]이다.Table 1 shows the unit energy capacity [unit: mAh / g] according to the cathode, and Table 2 shows the remaining capacity level [unit:%] according to the cathode.

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
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리튬 보호막을 사용한 경우 리튬 포일에 비해 전체적인 용량 증가가 있었으나, 수명 특성 부분에 있어서 크게 향상되지 않았다. 이는 잔존 용량 수준으로 알 수 있다.When the lithium protective film was used, the overall capacity was increased as compared with the lithium foil, but the lifetime characteristic was not significantly improved. This is known as the remaining capacity level.

다시 말해서, 표 1을 참조하면 리튬 보호막이 적용된 음극에 따른 단위 에너지 용량이 몇 회의 충방전을 거치면서 리튬 포일보다 전체적으로 높게 나타났지만, 표 2를 참조하면 리튬 보호막이 적용된 음극에 따른 잔존 용량 수준(%)이 리튬 포일에 비해 약간의 상승된 결과만을 나타낸다.In other words, referring to Table 1, the unit energy capacity according to the cathode with the lithium protective film was higher than the lithium foil after several charging and discharging, but referring to Table 2, the residual capacity level according to the cathode %) Shows only slightly increased results compared with lithium foil.

하지만, 리튬 분말 전극(13)의 경우 초기 용량은 낮으나 잔존 용량 수준은 많이 개선되었다.However, in the case of the lithium powder electrode 13, the initial capacity was low, but the remaining capacity level was greatly improved.

본 발명에 따른 보호막(12)이 적용된 리튬 분말 전극(13)을 사용하면 두 가지 장점이 모두 있다. The use of the lithium powder electrode 13 to which the protective film 12 according to the present invention is applied has two advantages.

즉, 초기 용량은 포일이나 보호막에 비해서 약간 떨어지지만, 수명 특성이 뛰어나기 때문에 몇 회의 충·방전을 거치면서 50 사이클의 용량을 비교하면 792mAh/g 라는 높은 수치를 나타냈다.That is, although the initial capacity is slightly lower than that of the foil or the protective film, since the lifetime characteristic is excellent, a high value of 792 mAh / g is obtained when the capacity of 50 cycles is compared with several times of charging and discharging.

따라서, 본 발명에 의하면 종래의 리튬 금속 음극 대비 다음과 같은 장점이 있다.Accordingly, the present invention has the following advantages over the conventional lithium metal cathode.

첫째로, 리튬 분말(11)을 사용함으로써 실제 전극 표면보다 넓은 표면적을 사용하여 리튬 포일에 비해 더 높은 효율의 충·방전이 가능하다.First, by using the lithium powder 11, it is possible to charge / discharge more efficiently than the lithium foil by using a larger surface area than the actual electrode surface.

둘째로, 보호막(12)에 의해 전극 활물질 표면과 전해액 사이의 계면에서 상호 작용에 의해 직접적인 반응을 막아줌으로써, 부반응을 감소시키고 셀의 내구성 향상 및 수명을 연장시키는 효과가 있다. 또한, 추가적으로 리튬황 배터리에서는 충·방전 중에 발생하는 리튬 폴리 설파이드와의 반응도 막아주는 효과가 있다.Secondly, the protective film 12 prevents direct reaction by interaction at the interface between the surface of the electrode active material and the electrolytic solution, thereby reducing the side reaction, improving the durability of the cell, and extending the service life. In addition, the lithium sulfur battery also has an effect of preventing the reaction with lithium polysulfide generated during charging and discharging.

셋째로, 보호막에 의한 저항 증가에 대한 단점을 리튬 분말(11)의 넓은 표면적을 통해 상쇄시키는 효과가 있고, 반대로 리튬 분말(11)의 넓은 표면적에 의한 전해질과의 반응을 보호막이 막아줌으로써 고분자 보호막(12)과 리튬 분말(11) 두 기술 간의 단점을 상호 보완하여 장점만을 활용할 수 있다.
Thirdly, there is an effect of canceling the disadvantage of the resistance increase by the protective film through the large surface area of the lithium powder 11, and conversely, the protective film prevents the reaction with the electrolyte due to the large surface area of the lithium powder 11, (12) and the lithium powder (11).

10 : 금속 집전체
11 : 리튬 분말
12 : 고분자 보호막
13 : 리튬 분말 전극10: metal collector
11: Lithium powder
12: Polymer shield
13: Lithium powder electrode

Claims (7)

음극으로 리튬을 사용하는 리튬 이차 전지에 있어서,
상기 음극으로 리튬 분말(11)을 사용하여 전극의 표면적을 증가시킬 수 있도록 된 리튬 분말 음극(13); 및
상기 리튬 분말 음극(13)의 표면을 감싸는 형태로 형성되는 보호막(12);
을 포함하여, 전극(13)의 표면적 증대를 통해 충·방전 효율을 높이고, 보호막(12)을 통해 전해질과의 직접적인 반응을 막아 셀의 내구성 향상 및 수명을 연장시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
In a lithium secondary battery using lithium as a cathode,
A lithium powder cathode (13) adapted to increase the surface area of the electrode using the lithium powder (11) as the cathode; And
A protective layer (12) formed to surround the surface of the lithium powder cathode (13);
, The charge / discharge efficiency is enhanced through the increase of the surface area of the electrode (13), and the direct reaction with the electrolyte is prevented through the protective film (12) Secondary battery.
청구항 1에 있어서,
상기 보호막(12)은 고분자 보호막(12)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the protective film (12) is made of a polymer protective film (12).
청구항 1에 있어서,
상기 리튬 분말(11)의 입도는 1~100㎛인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the lithium powder (11) has a particle size of 1 to 100 탆.
청구항 1에 있어서,
상기 보호막(12)의 두께는 1~100㎛인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the protective layer (12) is 1 to 100 占 퐉.
음극으로 리튬을 사용하여 제조하는 리튬 이차 전지의 제조방법에 있어서,
상기 음극용 금속 집전체(10)에 리튬 분말(11)을 고정하는 방식으로 리튬 분말 전극(13)을 형성하는 단계; 및
상기 리튬 분말 전극(13)의 표면에 고분자 수지를 도포하는 방식으로 고분자 보호막(12)을 형성하는 단계;
를 포함하여, 전극(13)의 표면적 증대로 충·방전 효율을 높이고, 보호막에 의해 리튬과 전해질의 직접적인 반응을 막아 셀의 내구성 향상 및 수명을 연장시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지의 제조방법.
A method of manufacturing a lithium secondary battery produced by using lithium as a cathode,
Forming a lithium powder electrode (13) by fixing lithium powder (11) to the negative electrode metal current collector (10); And
Forming a polymer protective film (12) on the surface of the lithium powder electrode (13) by applying a polymer resin;
And the lithium ion secondary battery according to the present invention can improve the durability and life of the cell by preventing the direct reaction between the lithium and the electrolyte by the protective film, Gt;
청구하 5에 있어서,
상기 리튬 분말(11)은 압연 방식으로 금속 집전체(10)에 고정되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지의 제조방법.
In claim 5,
Wherein the lithium powder (11) is fixed to the metal current collector (10) by a rolling method.
청구항 5에 있어서,
상기 고분자 보호막(12)은 자외선 경화 방식을 통해 리튬 분말 전극(13) 표면에 코팅되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지의 제조방법.

The method of claim 5,
Wherein the polymer protective layer (12) is coated on the surface of the lithium powder electrode (13) through an ultraviolet curing method.

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