KR20200025444A - Manufacturin method of thin film electrode and electrolyte for thermal batteries using the colloidal inorganic binder, thin film electrode and electrolyte for thermal batteries manufactured by the same, and thermal batteries including thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 콜로이드(colloid) 무기질 바인더를 이용한 제조된 열전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용매에 나노 크기의 무기질 입자가 분산된 현탁액에 콜로이드(colloid) 무기질 바인더를 첨가하여 만든 슬러리를 이용하여 테이프 캐스팅 공정 및 가압 공정을 통해 강도 및 방전 성능을 향상시킨 열전지용 박막 전극과 박막 전해질의 제조방법, 이에 의해 제조된 열전지용 박막 전극과 박막 전해질, 및 이를 포함하는 열전지에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric battery manufactured using a colloidal inorganic binder, and more particularly, to a tape casting using a slurry made by adding a colloidal inorganic binder to a suspension in which nano-sized inorganic particles are dispersed in a solvent. The present invention relates to a method for manufacturing a thin film electrode and a thin film electrolyte for a thermo battery having improved strength and discharge performance through a process and a pressurizing process, a thin film electrode and a thin film electrolyte for a thermal cell manufactured thereby, and a thermo battery including the same.
열전지는 상온에서 전해질이 고체염 상태인 비활성화 상태를 유지하여 작동하지 않다가 필요한 시점에 착화기를 이용해 열을 가함으로써, 전해질을 용융시켜 고온에서 작동하는 전지로서 구조적 안정성, 신뢰성 및 장기간 보관성이 우수한 비축형 전지(reserve battery)이다. 이러한 열전지의 장점으로 인해 추진체(projectiles), 로켓(rockets), 어뢰(torpedoes), 미사일(missiles)용 전원 및 항공기(aircraft)의 비상 전원(emergency power sources) 등과 같은 다양한 특수 목적의 군용 전원으로 사용되고 있다.Thermo batteries do not operate by maintaining an inert state in which the electrolyte is a solid salt at room temperature, but heat them with a igniter when necessary to melt the electrolyte to operate at a high temperature, and thus have excellent structural stability, reliability, and long-term storage. It is a reserve battery. These thermocouples are used to power a variety of special-purpose military power sources such as projectiles, rockets, torpedoes, missiles, and emergency power sources for aircraft. have.
열전지는 원하는 전류를 흘릴 수 있는 직경을 가지는 전극을 적용하여 짧은 시간만 사용하고자 할 경우에는, 필요한 전극 활물질 용량만을 가지도록 전극을 얇게 만들면 열전지의 부피와 중량을 크게 줄일 수 있다.In the case of using the electrode having a diameter capable of flowing a desired current and using only a short time, the thermoelectric battery can be greatly reduced in volume and weight by making the electrode thinner to have only the required electrode active material capacity.
일반적으로 열전지용 전극 및 전해질은 대형 유압 프레스로 분말을 성형 공정으로 제조되는데, 이러한 분말 성형 공정으로 얇은 전극을 제작하면, 전지 조립 등 취급 과정에서 전극이 쉽게 파손되어 작업 수율이 크게 낮아지는 단점이 있다. 따라서 대부분의 열전지는 과도하게 두꺼운 전극을 사용하고 있어서 전극 활물질 사용률이 낮다는 문제점을 가지고 있다.In general, electrodes and electrolytes for thermo batteries are manufactured by molding a powder by a large hydraulic press. When a thin electrode is manufactured by such a powder molding process, the electrode is easily broken during handling such as battery assembly, and thus the work yield is significantly lowered. have. Therefore, most thermo batteries have an excessively thick electrode and thus have a low use rate of the electrode active material.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 테이프 캐스팅 공정이나 스프레이 공정으로 열전지의 전극을 제조하는 방법을 제시하였으나, 이는 전극 활물질과 전해질은 반응성이 높고, 특히 수분에 민감하여서 기존의 용매를 사용할 수 없는 단점이 있다.In order to solve such a problem, a method of manufacturing an electrode of a thermo battery by using a tape casting process or a spray process has been proposed. However, the electrode active material and the electrolyte have a high reactivity, and are particularly sensitive to moisture, so that a conventional solvent cannot be used. .
또한, 여기서 첨가되는 유기 바인더를 제거하지 않으면 약 500℃ 정도의 높은 작동온도에서 분해되어 밀봉된 열전지의 내부압력을 높여서 안전성을 저하 시킬 뿐만 아니라, 분해된 가스가 전극 활물질과 반응하여 용량을 저하시키는 단점이 있는 바, 유기 바인더를 높은 온도에서 열처리하여 제거하는 공정을 수행하지만 이 과정에서도 유기 바인더가 전극 활물질과 반응함으로써 열전지의 방전 용량이 크게 저하시키는 문제점이 있다.In addition, if the organic binder added is not removed, it decomposes at a high operating temperature of about 500 ° C. to increase the internal pressure of the sealed thermocell, thereby lowering safety, and decomposing gas reacts with the electrode active material to reduce capacity. As a disadvantage, the organic binder is removed by heat treatment at a high temperature, but in this process, the organic binder reacts with the electrode active material, thereby greatly reducing the discharge capacity of the thermal battery.
또한, 열전지가 고온 작동 영역에서는 용융염 전해질이 흘러내리는 현상이 발생할 수 있는데, 누설 정도가 심한 경우에는 단락(short-circuit)에 따른 전지 파열 또는 전해질 공핍(depletion)에 따른 전지 용량의 급격한 저하를 초래한다.In addition, the molten salt electrolyte may flow down in the high temperature operating region of the thermo battery, and in the case of severe leakage, the battery capacity may be suddenly decreased due to short-circuit of the battery or electrolyte depletion. Cause.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 콜로이드 무기질 바인더로 만든 슬러리를 이용하여 테이프 캐스팅 공정을 통해, 열전지용 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질의 강도 및 방전 성능을 향상시키는데 목적이 있다.The present invention has been invented to solve the above problems, and through the tape casting process using a slurry made of a colloidal inorganic binder, an object of the present invention is to improve the strength and discharge performance of the thin film anode, thin film anode and thin film electrolyte for thermal batteries. have.
또한, 기존 분말성형법으로 제조된 음극, 양극, 전해질 펠릿에 비해 두께가 얇게 제작이 가능하므로, 에너지밀도(energy density) 및 비에너지(specific energy)를 향상시킬 수 있다.In addition, since the thickness can be made thinner than the negative electrode, the positive electrode, and the electrolyte pellet manufactured by the conventional powder molding method, it is possible to improve the energy density and specific energy.
또한, 무기질 바인더를 사용함으로써, 유기 바인더에서처럼 별도의 공정으로 분해성 물질을 태워서 제거하지 않아도 되므로, 방전용량의 저하와 분해가스 발생량이 적어서 밀봉된 형상의 열전지의 성능 및 안정성을 향상하는데 목적이 있다.In addition, by using the inorganic binder, since it is not necessary to burn and remove the decomposable substance in a separate process as in the organic binder, the purpose of the present invention is to improve the performance and stability of the sealed thermoelectric battery because the discharge capacity is reduced and the amount of decomposition gas is generated.
또한, 첨가된 무기질 바인더가 작동온도에서 전해질을 잡아주는 바인더 역할을 함으로써, 전해질 누설 및 단락 등의 문제를 완화하여 열전지의 안정성 및 용량 향상하는데 목적이 있다.In addition, the added inorganic binder serves as a binder to hold the electrolyte at the operating temperature, the purpose is to alleviate problems such as electrolyte leakage and short circuit to improve the stability and capacity of the thermal battery.
또한, 박막 전극 및 박막 전해질 제조 시 추가적으로 높은 압력을 가하여 박막 전극의 밀도를 높이고, 전극 활물질 사이의 접촉을 개선하여 전극의 전기전도도 및 출력을 향상시키는데 목적이 있다.In addition, it is an object to improve the electrical conductivity and output of the electrode by increasing the density of the thin film electrode by additionally applying a high pressure in the manufacturing of the thin film electrode and the thin film electrolyte, and improve the contact between the electrode active material.
또한, 제조한 박막 음극, 박막 양극 및 박막 전해질은 유연성이 있고, 잔류 무기질 바인더의 성질로 강도가 증가하여, 작업 공정에서 생산성을 향상하는데 목적이 있다.In addition, the manufactured thin film anode, thin film anode and thin film electrolyte have flexibility, and the strength is increased due to the properties of the remaining inorganic binder, the purpose is to improve productivity in the work process.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 열전지용 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질의 제조방법은 다음과 같다.In order to achieve the above object, the method of manufacturing a thin film anode, a thin film anode, and a thin film electrolyte for a thermoelectric battery of the present invention is as follows.
본 발명의 열전지용 박막 양극의 제조 방법은, 공융염 전해질이 포함된 양극 분말, 분산제 및 용매를 균일하게 혼합하여 양극 분산액을 제조하는 단계; 상기 양극 분산액 및 콜로이드 무기질 바인더 현탁액을 혼합하여 양극 슬러리를 제조하는 단계; 상기 양극 슬러리를 테이프 캐스팅하여 박막 양극 테이프를 제조하는 단계; 상기 박막 양극 테이프를 열처리하는 단계; 및 프레스기로 열처리된 박막 양극 테이프에 일정 압력을 가하여 박막 양극을 제조하는 가압 공정 단계;를 포함할 수 있다.Method for producing a thin film positive electrode for a thermoelectric battery of the present invention comprises the steps of preparing a positive electrode dispersion by uniformly mixing a positive electrode powder, a dispersant and a solvent containing a eutectic salt electrolyte; Preparing a positive electrode slurry by mixing the positive electrode dispersion and the colloidal inorganic binder suspension; Manufacturing a thin film positive electrode tape by tape casting the positive electrode slurry; Heat treating the thin film positive electrode tape; And a pressurizing process step of manufacturing a thin film anode by applying a predetermined pressure to the thin film positive electrode tape heat-treated by a press.
또한, 본 발명의 열전지용 박막 음극 제조방법은, 공융염 전해질이 포함된 음극 분말, 분산제 및 용매를 혼합하여 음극 분산액을 제조하는 단계; 상기 음극 분산액 및 콜로이드 무기질 바인더 현탁액을 혼합하여 음극 슬러리를 제조하는 단계; 상기 음극 슬러리를 테이프 캐스팅하여 박막 음극 테이프를 제조하는 단계; 상기 박막 음극 테이프를 열처리하는 단계; 및 프레스기로 열처리된 박막 음극 테이프을 일정 압력을 가하여 박막 음극을 제조하는 가압 공정 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the method for manufacturing a thin film negative electrode for a thermoelectric battery of the present invention comprises the steps of preparing a negative electrode dispersion by mixing a negative electrode powder, a dispersant and a solvent containing a eutectic salt electrolyte; Preparing a negative electrode slurry by mixing the negative electrode dispersion and the colloidal inorganic binder suspension; Tape casting the negative electrode slurry to prepare a thin film negative electrode tape; Heat treating the thin film negative electrode tape; And a pressurizing process step of applying a predetermined pressure to the thin film negative electrode tape heat-treated by the press to produce a thin film negative electrode.
또한, 본 발명의 열전지용 박막 전해질 제조방법은, 공융염 전해질 분말, 분산제 및 용매를 혼합하여 전해질 분산액을 제조하는 단계; 상기 전해질 분산액 및 콜로이드 무기질 바인더 현탁액을 혼합하여 전해질 슬러리를 제조하는 단계; 상기 전해질 슬러리를 테이프 캐스팅하여 박막 전해질 테이프를 제조하는 단계; 상기 박막 전해질 테이프를 열처리하는 단계; 및 프레스기로 열처리된 박막 전해질 테이프을 일정 압력을 가하여 박막 전해질을 제조하는 가압 공정 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the method for manufacturing a thin film electrolyte for a thermoelectric battery of the present invention comprises the steps of preparing an electrolyte dispersion by mixing a eutectic salt electrolyte powder, a dispersant and a solvent; Preparing an electrolyte slurry by mixing the electrolyte dispersion and the colloidal inorganic binder suspension; Tape casting the electrolyte slurry to produce a thin film electrolyte tape; Heat treating the thin film electrolyte tape; And a pressurizing process step of applying a predetermined pressure to the thin film electrolyte tape, which is heat-treated by a press, to produce a thin film electrolyte.
상기 각각의 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질 제조방법에서, 상기 용매는 에탄올, 톨루엔, 아세톤 및 물 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.In each of the thin film anode, thin film anode, and thin film electrolyte manufacturing method, the solvent may be any one or more selected from ethanol, toluene, acetone, and water.
상기 각각의 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질 제조방법에서, 상기 분산제로는 그 종류에 특별이 한정이 없으나 예를 들면, 폴리아크릴아미드를 사용할 수 있다.In each of the above-described thin film anode, thin film anode, and thin film electrolyte manufacturing method, the dispersant is not particularly limited in kind, and for example, polyacrylamide may be used.
상기 각각의 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질 제조방법에서, 상기 공융염 전해질은 LiCl, LiBr, LiI, LiF, KCl, KBr 및 KI 중에서 선택되는 둘 이상의 물질이 혼합해 제조하여 사용한 것으로, 예를 들면 LiCl-KCl, LiBr-KBr, LiI-KI, LiF-LiBr-KBr, LiCl-LiBr-KBr, LiCl-KCl-KI, LiBr-LiCl-LiI, LiF-LiCl-LiI, LiCl-LiI-KI 및 LiF-LiCl-LiBr-LiI 중에서 어느 하나 이상인 것을 사용할 수 있다.In each of the thin film anode, thin film cathode and thin film electrolyte manufacturing method, the eutectic salt electrolyte is prepared by mixing two or more materials selected from LiCl, LiBr, LiI, LiF, KCl, KBr and KI, for example LiCl-KCl, LiBr-KBr, LiI-KI, LiF-LiBr-KBr, LiCl-LiBr-KBr, LiCl-KCl-KI, LiBr-LiCl-LiI, LiF-LiCl-LiI, LiCl-LiI-KI and LiF- Any one or more of LiCl-LiBr-LiI can be used.
상기 각각의 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질 제조방법에서, 콜로이드 무기질 바인더 현탁액은 입도가 2 내지 100nm의 나노 입자인 콜로이드 무기질 바인더가 자일렌(xylene)에 고루 분산되어 형성된 현탁액이다.In each of the thin film anode, thin film anode and thin film electrolyte production methods, the colloidal inorganic binder suspension is a suspension formed by uniformly dispersing colloidal inorganic binder having nanoparticles of 2 to 100 nm in particle size in xylene.
상기 콜로이드 무기질 바인더는 SiO2, MgO, ZrO2(YSZ), Al2O3, Si3N4, MgAl2O4, SiC, ZnO, ATO(antimony-doped tin oxide), ITO(indium tin oxide), 카본블랙, 흑연(graphite), 그래핀(graphene) 및 탄소나노튜브(carbon nanotube) 중에서 선택되는 어느 하나이다.The colloidal inorganic binder is SiO 2 , MgO, ZrO 2 (YSZ), Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , MgAl 2 O 4 , SiC, ZnO, antimony-doped tin oxide (ATO), indium tin oxide (ITO), carbon black, graphite (graphite), graphene (graphene) and carbon nanotubes (carbon nanotube) is any one selected from.
상기 콜로이드 무기질 바인더 현탁액에서 자일렌(xylene)은 슬러리 상에 존재하는 에탄올, 톨루엔, 아세톤 및 물과 같은 용매는 상기 자일렌(xylene)보다 상대적으로 낮은 끓는점을 가지므로, 이후 공정 단계에서 제조되는 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질에서 용매를 용이하게 제거함으로써, 순도가 높은 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질을 제조할 수 있다.In the colloidal inorganic binder suspension, xylene is a thin film prepared in a subsequent process step because xylene, which is present in the slurry, has a lower boiling point than solvents such as ethanol, toluene, acetone, and water. By easily removing the solvent from the positive electrode, the thin film negative electrode and the thin film electrolyte, high purity thin film positive electrode, thin film negative electrode and thin film electrolyte can be prepared.
상기 각각의 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질 제조방법에서, 상기 열처리하는 단계는 아르곤, 질소, 헬륨 및 이들의 조합으로 이루어진 비활성화 가스 분위기의 전기로에서 200 내지 500℃ 온도로 일정시간 동안 열처리를 수행할 수 있다.In each of the thin film anode, thin film cathode, and thin film electrolyte manufacturing method, the heat treatment may be performed at a temperature of 200 to 500 ° C. for a predetermined time in an inert gas atmosphere consisting of argon, nitrogen, helium, and a combination thereof. Can be.
상기 각각의 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질 제조방법에서, 상기 가압 공정 단계는 각각의 박막 양극 테이프, 박막 음극 테이프 및 박막 전해질 테이프의 상부면과 하부면에 0.1 내지 3 ton/cm2의 압력을 가할 수 있다.In each of the thin film positive electrode, thin film negative electrode and thin film electrolyte manufacturing method, the pressurizing process step is a pressure of 0.1 to 3 ton / cm 2 on the upper and lower surfaces of each of the thin film anode tape, thin film negative electrode tape and thin film electrolyte tape Can be added.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 상기와 같이 전술된 본 발명의 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질 제조방법에 의하여 각각 제조된 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질을 제공할 수 있다.In addition, in order to achieve the object of the present invention, it is possible to provide a thin film anode, a thin film anode and a thin film electrolyte prepared by the above-described thin film anode, thin film anode and thin film electrolyte production method of the present invention as described above.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 상기 제조된 각각의 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질을 포함한 열전지로서, 구체적으로 박막 양극, 박막 음극 및 상기 박막 양극과 박막 음극 사이에 접합하는 박막 전해질을 포함하여 이루어진 열전지를 제공할 수 있다.In addition, in order to achieve the object of the present invention, each of the manufactured thin film positive electrode, thin film negative electrode and a thin film electrolyte, a thin film positive electrode, a thin film negative electrode and a thin film electrolyte to be bonded between the thin film anode and the thin film cathode It is possible to provide a thermocell comprising a.
본 발명에 따르면, 콜로이드 무기질 바인더로 만든 슬러리를 이용하여 테이프 캐스팅 공정을 통해, 박막 테이프의 강도 및 방전 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, through the tape casting process using a slurry made of a colloidal inorganic binder, there is an effect that can improve the strength and discharge performance of the thin film tape.
또한, 분말성형법으로 제조된 음극, 양극, 전해질 펠릿에 비해 두께가 얇은 테이프로 제작이 가능하므로, 에너지밀도(energy density) 및 비에너지(specific energy)를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, since the tape can be manufactured with a thinner tape than the negative electrode, the positive electrode, and the electrolyte pellet manufactured by the powder molding method, there is an effect of improving the energy density and specific energy.
또한, 콜로이드 무기질 바인더를 사용함으로써, 유기 바인더에서처럼 분해성 바인더를 태워서 제거하지 않아도 되므로, 방전용량의 저하와 분해가스 발생량이 적어서 성능 및 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, by using the colloidal inorganic binder, since it is not necessary to burn and remove the degradable binder as in the organic binder, there is an effect of lowering the discharge capacity and generating less decomposition gas, thereby improving performance and stability.
또한, 자일렌(xylene)에 콜로이드 무기질 바인더를 분산시켜 제조된 콜로이드 무기질 바인더 현탁액을 테이프 캐스팅을 위한 슬러리 제조용 바인더로 사용하여, 리튬 및 리튬합금 기반의 음극 재료 및 용융염과의 반응성을 낮추는 효과가 있다.In addition, by using a colloidal inorganic binder suspension prepared by dispersing a colloidal inorganic binder in xylene as a binder for preparing a slurry for tape casting, the effect of lowering reactivity with lithium and lithium alloy-based negative electrode materials and molten salts have.
또한, 낮은 점도와 우수한 가소성을 갖고 있는 콜로이드 무기질 바인더는 가소제(plasticizer)의 첨가 없이도 균일한 테이프 제조가 가능하고, 높은 그린 강도와 최종 강도를 부여하는 효과가 있다.In addition, the colloidal inorganic binder having low viscosity and excellent plasticity enables uniform tape production without adding a plasticizer, and has an effect of providing high green strength and final strength.
또한, 구형의 무기질 콜로이드는 전하를 띤 입자간의 반발력으로 균일하게 분산시키는 효과가 있다.In addition, the spherical inorganic colloid has the effect of uniformly dispersed by the repulsive force between the charged particles.
또한, 첨가된 콜로이드 무기질 바인더가 열전지의 높은 작동온도에서 용융된 전해질을 잡아주는 바인더 역할을 함으로써, 전해질 누설 및 단락 등의 문제를 완화하여 전지의 안정성 및 용량 향상할 수 있는 효과가 있다.In addition, the added colloidal inorganic binder serves as a binder to hold the molten electrolyte at the high operating temperature of the thermoelectric battery, thereby alleviating problems such as electrolyte leakage and short circuit, thereby improving the stability and capacity of the battery.
또한, 물 또는 유기 용매의 끓는점 및 휘발속도 차를 이용한 용매 치환(solvent displacement) 법으로 용매의 조성 및 순도를 개선할 수 있으며, 사용된 용매보다 끓는점이 높은 자일렌을 추가하면, 상대적으로 낮은 끓는점을 가지는 용매(알코올, 아세톤, 톨루엔, 물) 성분을 건조하여 제거함으로써 순도가 높은 슬러리를 제조할 수 있는 효과가 있다.In addition, the solvent displacement method using the boiling point and volatilization rate difference of water or organic solvent can improve the composition and purity of the solvent, and by adding xylene having a higher boiling point than the solvent used, a relatively low boiling point By drying and removing the solvent (alcohol, acetone, toluene, water) component having a high purity it is possible to produce a slurry with high purity.
또한, 무기질 콜로이드 바인더 입자가 고체의 양극, 음극 및 전해질 입자 표면에 층상으로 도포되어 절연층을 형성하면, 전기저항이 증가하여 성능이 저하될 수 있으므로, 이를 이용하여 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질 제조 시 높은 압력을 가하는 가압 공정 단계로 양극, 음극 및 전해질 입자 사이에 개재하는 입계 절연층을 제거함으로써, 전극 밀도 및 전극의 전기전도도 및 출력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, when the inorganic colloidal binder particles are applied in a layer on the surface of the solid anode, cathode and electrolyte particles to form an insulating layer, the electrical resistance may increase and the performance may be degraded. By removing the grain boundary insulating layer interposed between the positive electrode, the negative electrode and the electrolyte particles in the pressurization process step of applying a high pressure in the manufacturing, there is an effect that can improve the electrode density and the electrical conductivity and output of the electrode.
또한, 콜로이드 무기질 바인더 입자가 고체 입자 사이의 빈 공간을 채움으로써, 미세 균열을 줄이고 입자간 결합강도를 향상시켜서, 취급성이 향상되어 전극 및 셀스텍의 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the colloidal inorganic binder particles fill the empty spaces between the solid particles, thereby reducing fine cracks and improving the bonding strength between the particles, thereby improving the handleability and improving the yield of the electrode and the cell stack.
또한, 본 발명의 제조방법을 통해 제조된 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질은 유연성이 있어서, 열전지를 제조하는 작업공정에서 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the thin film anode, the thin film anode and the thin film electrolyte produced through the manufacturing method of the present invention is flexible, there is an effect that can improve the productivity in the work process for manufacturing a thermocell.
도 1은 본 발명에 따른 열전지용 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질의 제조방법 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 콜로이드 무기질 바인더 역할 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전지용 박막 양극의 제조 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 가압 공정 개념도이다.
도 5는 콜로이드 무기질 바인더가 첨가된 LiSi-FeS2 단전지의 방전 특성 그래프이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a thin film positive electrode, a thin film negative electrode, and a thin film electrolyte for a thermoelectric battery according to the present invention.
2 is a conceptual diagram of a colloidal inorganic binder according to the present invention.
3 is a manufacturing flowchart of a thin film positive electrode for a thermoelectric battery according to an embodiment of the present invention.
4 is a conceptual diagram of a pressing process according to the present invention.
5 is a graph of discharge characteristics of a LiSi-FeS 2 unit cell to which a colloidal inorganic binder is added.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.The above-described features and effects of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, and thus, those skilled in the art to which the present invention pertains may easily implement the technical idea of the present invention. Could be.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosure, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
또한, 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.Also, the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
본 발명의 열전지용 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질의 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 전지 분말, 분산제 및 용매를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계(S110); 상기 혼합물에 콜로이드(colloid) 무기질 바인더 현탁액과 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계(S120); 상기 슬러리를 테이프 캐스팅하여 박막 전지 테이프를 제조하는 단계(S130); 상기 박막 전지 테이프를 열처리하는 단계(S140); 및 프레스기로 열처리된 박막 전지 테이프에 일정 압력을 가하는 가압 공정 단계(S150);를 포함하여 이루어진다.The method for manufacturing a thin film positive electrode, a thin film negative electrode, and a thin film electrolyte for a thermal battery according to the present invention may include: preparing a mixture by mixing a battery powder, a dispersant, and a solvent (S110); Preparing a slurry by mixing the mixture with a colloidal inorganic binder suspension (S120); Manufacturing a thin film battery tape by tape casting the slurry (S130); Heat-treating the thin film battery tape (S140); And a pressurizing process step (S150) of applying a predetermined pressure to the thin film battery tape heat-treated by the press.
상기 전지 분말은 공융염 전해질이 포함된 양극 분말, 공융염 전해질이 포함된 음극 분말 및 전해질 분말 중에서 선택되는 어느 하나이다.The battery powder is any one selected from a positive electrode powder containing a eutectic salt electrolyte, a negative electrode powder containing a eutectic salt electrolyte, and an electrolyte powder.
상기 공융염 전해질이 포함된 양극 분말은 공융염 전해질과 양극 활물질이 포함되어 이루어진 것으로, 여기서 상기 양극 활물질로 바람직하게 FeS2를 사용할 수 있다.The positive electrode powder containing the eutectic salt electrolyte is composed of a eutectic salt electrolyte and a positive electrode active material, where FeS 2 may be preferably used as the positive electrode active material.
그리고 상기 공융염 전해질이 포함된 양극 분말에는 공융염 전해질과 용융시 전해질 누액을 방지하기 위한 산화마그네슘(MgO) 및 초기 전압상승을 억제하기 위한 산화리튬(Li2O)을 더 포함할 수 있다.The positive electrode powder including the eutectic salt electrolyte may further include magnesium oxide (MgO) to prevent leakage of the electrolyte when molten with the eutectic salt electrolyte and lithium oxide (Li 2 O) to suppress an initial voltage increase.
상기 공융염 전해질이 포함된 음극 분말은 공융염과 음극 활물질이 포함되어 이루어진 것으로, 여기서 상기 음극 활물질로는 바람직하게 LiSi를 사용할 수 있다.The negative electrode powder containing the eutectic salt electrolyte is made of a eutectic salt and a negative electrode active material, wherein LiSi may be preferably used as the negative electrode active material.
상기 전해질 분말은 공융염 전해질과 공융염 전해질과 용융시 전해질 누액을 방지하기 위한 산화마그네슘(MgO)가 포함되어 이루어질 수 있다.The electrolyte powder may include magnesium oxide (MgO) to prevent electrolyte leakage when the eutectic salt electrolyte and the eutectic salt electrolyte are melted.
상기 전지 분말은 제조하고자 하는 열전지용 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질에 따라 상기 전지 분말을 선택하여 사용할 수 있다.The battery powder may be used by selecting the battery powder according to the thin film positive electrode, thin film negative electrode and thin film electrolyte for a thermoelectric battery to be manufactured.
상기 혼합물을 제조하는 단계(S110)에서 공융염 전해질이 포함된 양극 분말, 공융염 전해질이 포함된 음극 분말 또는 전해질 분말을 에탄올, 톨루엔, 아세톤 및 물 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 용매와 분산제를 혼합하여 혼합물을 제조한 후에, 상기 혼합물에 콜로이드 무기질 바인더 현탁액을 혼합하여 균일한 슬러리를 제조한다(S120).In the step of preparing the mixture (S110) by mixing a positive electrode powder containing a eutectic salt electrolyte, a negative electrode powder containing an eutectic salt electrolyte or an electrolyte powder with at least one solvent and a dispersant selected from ethanol, toluene, acetone and water After the mixture is prepared, a uniform slurry is prepared by mixing the colloidal inorganic binder suspension in the mixture (S120).
상기 슬러리를 제조하는 단계(S120)에서 상기 콜로이드 무기질 바인더 현탁액은 입도가 2 내지 100nm의 나노 입자인 콜로이드 무기질 바인더가 자일렌(xylene)에 고루 분산되어 형성된 현탁액이다.In the step of preparing the slurry (S120), the colloidal inorganic binder suspension is a suspension formed by uniformly dispersing colloidal inorganic binder having nanoparticles of 2 to 100 nm in particle size in xylene.
상기 콜로이드 무기질 바인더는 SiO2, MgO, ZrO2(YSZ), Al2O3, Si3N4, MgAl2O4 점토, 등과 같은 무기질 나노 입자로 이루어진 비정질(amorphous) 또는 결정질(crystalline) 재료, 그리고 SiC, ZnO, ATO(antimony-doped tin oxide), ITO(indium tin oxide) 등과 같은 전도성 무기질 나노 입자로 이루어진 비정질(amorphous) 또는 결정질(crystalline) 재료, 그리고 카본블랙, 흑연(graphite), 그래핀(graphene), CNT(carcon nano tube) 등과 같은 전도성 탄소 나노 입자 중에서 선택되는 어느 하나이다.The colloidal inorganic binder is SiO 2 , MgO, ZrO 2 (YSZ), Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , MgAl 2 O 4 Amorphous or crystalline materials consisting of inorganic nanoparticles such as clays, etc., and conductive inorganic nanoparticles such as SiC, ZnO, antimony-doped tin oxide (ATO), indium tin oxide (ITO), etc. either amorphous or crystalline material and conductive carbon nanoparticles such as carbon black, graphite, graphene, carcon nano tube (CNT), and the like.
콜로이드 무기질 바인더 현탁액은 박막 양극의 경우에는 콜로이드 무기질 바인더 현탁액에서 자일렌 대신에 에탄올, 톨루엔, 아세톤과 같은 유기용매(organic solvent)나 물과 같은 용매를 사용이 가능하다.The colloidal inorganic binder suspension may be an organic solvent such as ethanol, toluene, acetone or a solvent such as water instead of xylene in the colloidal inorganic binder suspension in the case of a thin film anode.
박막 전지 테이프를 제조하는 단계(S130)는 상기 슬러리를 제조하는 단계(S120)에서 콜로이드 무기질 바인더를 포함하여 제조된 슬러리를 테이프 캐스팅 공정으로 박막 양극 테이프, 박막 음극 테이프 및 박막 전해질 테이프를 제조한다.In the manufacturing of the thin film battery tape (S130), the thin film positive electrode tape, the thin film negative electrode tape, and the thin film electrolyte tape may be manufactured by a tape casting process of the slurry including the colloidal inorganic binder in the step of preparing the slurry (S120).
박막 양극 테이프, 박막 음극 테이프 및 박막 전해질 테이프는 콜로이드 무기질 바인더를 사용함으로써, 기존 바인더를 제거하기 위해 고온의 열처리를 수행하지 않아도 되며, 도리어 콜로이드 무기질 바인더를 잔류시켜도 된다.By using the colloidal inorganic binder, the thin film positive electrode tape, the thin film negative electrode tape, and the thin film electrolyte tape do not have to be subjected to a high temperature heat treatment to remove the existing binder, but may leave the colloidal inorganic binder.
도 2는 본 발명의 콜로이드 무기질 바인더의 개념도이다.2 is a conceptual diagram of a colloidal inorganic binder of the present invention.
본 발명의 열전지용 양극, 음극, 전해질의 바인더로 사용된 콜로이드 무기질 산화물(metal oxide, MO)은 양극, 음극 또는 전해질 입자(1) 사이에 M-O-M 결합(linkage)을 형성하며, 도 2에 도시된 바와 같이 콜로이드 무기질 바인더(2)로 무기질 산화물이 실리카(SiO2)인 경우 Si-O-Si 결합을 이루게 되는 가교 응집(bridging flocculation) 현상으로 고체 입자(1) 간 결합력이 증대되어 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질의 강도를 향상시킨다.Colloidal inorganic oxide (MO) used as a binder of the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte of the present invention forms a MOM linkage between the positive electrode, the negative electrode or the electrolyte particles (1), as shown in FIG. As described above, when the inorganic oxide is silica (SiO 2 ) with the colloidal inorganic binder (2), the bonding strength between the solid particles (1) is increased by bridging flocculation, which forms Si-O-Si bonds. Improve the strength of the negative electrode and thin film electrolyte.
이처럼 본 발명의 열전지용 양극, 음극, 전해질의 바인더로 사용된 콜로이드 무기질 바인더가 작동온도에서 용융된 전해질을 잡아주는 역할을 함으로써, 전해질 누설 및 단락 등의 문제를 완화하여 전해질의 안정성을 더욱 향상시켜 열전지의 안정성 및 용량을 향상시키게 된다.As such, the colloidal inorganic binder used as the binder for the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte of the present invention serves to hold the molten electrolyte at the operating temperature, thereby further improving the stability of the electrolyte by alleviating problems such as electrolyte leakage and short circuit. It is to improve the stability and capacity of the thermocell.
또한, 콜로이드 무기질 바인더는 전하를 띤 입자간의 반발력으로 양극, 음극 또는 전해질 입자(1)를 분산시킬 수 있다. 예를 들면, 콜로이드 무기질 바인더(2)로 전하를 띄고 있는 실리카(silica) 입자는 전해질 및 전극 활물질 고체 입자(1) 표면에 흡착되어 입자 간의 반발을 유도하여 서로 응집되지 않고 안정한 액체 매질 및 슬러리를 이루며 액체 매질 및 슬러리 안에서 고르게 분산시킬 수 있다.In addition, the colloidal inorganic binder can disperse the positive electrode, the negative electrode or the
따라서, 이러한 콜로이드 무기질 바이더는 우수한 분산성을 가지고 있고, 또한 낮은 점도와 우수한 가소성을 가지므로 슬러리에 별도의 가소제(plasticizer)의 첨가 없이도 균일한 박막 전극 테이프 제조가 가능하므로 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질의 강도를 향상시킨다.Therefore, the colloidal inorganic provider has excellent dispersibility, low viscosity and excellent plasticity, so that it is possible to prepare a uniform thin film electrode tape without adding a plasticizer to the slurry, thereby making a thin film anode, a thin film cathode, and a thin film. Improve the strength of the electrolyte.
열처리하는 단계(S140)는 상기 콜로이드 무기질 바인더 현탁액에서 사용한 끓는점이 높은 자일렌의 단점인 느린 건조를 보완하고, 잔류하는 유기 바인더를 제거하며, 콜로이드 무기질 바인더만을 잔류시키기 위해 수행하는 공정이다.The heat treatment step (S140) is a process performed to compensate for the slow drying, which is a disadvantage of high boiling point xylene used in the colloidal inorganic binder suspension, to remove residual organic binder, and to leave only the colloidal inorganic binder.
바람직하게 아르곤, 질소, 헬륨 및 이들의 조합으로 이루어진 비활성화 가스 분위기의 전기로에서 200 내지 500℃ 온도로 일정시간 동안 열처리를 수행할 수 있다.Preferably, the heat treatment may be performed at a temperature of 200 to 500 ° C. for a predetermined time in an electric furnace of an inert gas atmosphere composed of argon, nitrogen, helium, and a combination thereof.
이렇게 열처리하는 단계(S140)를 거치면 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질에 잔류하는 콜로이드 무기질 바인더의 농도가 높아지므로, 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질의 강도를 더욱더 향상시킬 수 있다.After the heat treatment step (S140), the concentration of the colloidal inorganic binder remaining in the thin film anode, the thin film cathode, and the thin film electrolyte is increased, and thus the strength of the thin film anode, the thin film cathode, and the thin film electrolyte may be further improved.
가압 공정 단계(S150)는 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질의 에너지밀도, 전기전도도 및 출력을 향상시키기 위한 것으로, 각각의 박막 양극 테이프, 박막 음극 테이프 및 박막 전해질 테이프의 상부면과 하부면에 0.1 내지 3 ton/cm2의 높은 압력을 가할 수 있다.Pressurization process step (S150) is to improve the energy density, electrical conductivity and output of the thin film anode, thin film cathode and thin film electrolyte, 0.1 on the top and bottom surfaces of each of the thin film anode tape, thin film negative electrode tape and thin film electrolyte tape High pressures of from 3 ton / cm 2 can be applied.
도 3은 본 발명에 따른 가압 공정 개념도이다.3 is a conceptual diagram of a pressing process according to the present invention.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 콜로이드 무기질 바인더 입자가 고체의 양극, 음극 및 전해질 입자 표면에 층상으로 도포되어 절연층을 형성하면, 전기저항이 증가하여 성능이 저하될 수 있다.As shown in (a) of FIG. 3, when the colloidal inorganic binder particles are applied in layers to the surfaces of the solid anode, cathode, and electrolyte particles to form an insulating layer, electrical resistance may increase and performance may decrease.
따라서 높은 압력을 가하는 가압 공정 단계를 수행하여 도 3의 (b)와 같이 양극, 음극 및 전해질 입자 사이에 개재하는 입계 절연층을 제거함으로써, 전극 밀도 및 전극의 전기전도도 및 출력을 향상시킬 수 있다.Therefore, by performing a pressing process step of applying a high pressure to remove the grain boundary insulating layer interposed between the positive electrode, the negative electrode and the electrolyte particles as shown in (b) of Figure 3, it is possible to improve the electrode density and the electrical conductivity and output of the electrode. .
또한, 콜로이드 무기질 바인더 입자가 고체 입자 사이의 빈 공간을 채움으로써, 미세 균열을 줄이고 전극 활물질 또는 전해질 입자간 결합강도를 향상시켜서 취급성이 향상되어 전극 및 셀스텍(cell stack)의 수율을 향상시킬 수 있다.In addition, the colloidal inorganic binder particles fill the empty spaces between the solid particles, thereby reducing fine cracks and improving the bonding strength between the electrode active material or the electrolyte particles, thereby improving handling and improving the yield of the electrode and the cell stack. Can be.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전지용 박막 양극의 제조 순서도를 나타낸 것으로, 앞서 도 1에서 살펴본 일련의 제조 방법을 참조로 하여 본 발명의 열전지용 박막 양극, 박막 음극 및 박막 전해질을 제조할 수 있다.4 is a flowchart illustrating a manufacturing method of a thin film positive electrode for a thermoelectric battery according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to the series of manufacturing methods described above with reference to FIG. 1, the thin film positive electrode, thin film negative electrode, and thin film electrolyte of the thermal battery of the present invention are manufactured. can do.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 콜로이드 무기질 바인더가 첨가된 LiSi-FeS2 단전지의 방전 특성 그래프를 나타낸 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 콜로이드 무기질 바인더가 첨가되어 집전체/음극/전해질/양극/집전체로 구성된 LiSi-FeS2 단전지를 500℃에서 10A 정전류로 1.3V 방전 컷오프(cut-off) 전압 조건 적용하여 방전을 실시하였다. 그 결과, 도 5에 도시된 바와 같이 콜로이드 무기질 바인더가 콜로이드 실리카의 경우에는 단전지(single cell, 양극/전해질/음극) 기준으로 230 Wh/l 이상의 높은 에너지밀도를 보였다.5 is a graph showing discharge characteristics of a LiSi-FeS 2 unit cell to which a colloidal inorganic binder prepared according to an embodiment of the present invention is added, and a colloidal inorganic binder prepared according to an embodiment of the present invention is added thereto. The LiSi-FeS 2 single cell composed of all / cathode / electrolyte / anode / current collector was discharged by applying 1.3V discharge cut-off voltage conditions at 10A constant current at 500 ° C. As a result, as shown in FIG. 5, in the case of colloidal silica, the colloidal inorganic binder showed a high energy density of 230 Wh / l or more based on a single cell (anode / electrolyte / cathode).
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.In the detailed description of the present invention described above with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those skilled in the art having ordinary knowledge in the scope of the invention described in the claims to be described later And it will be understood that various modifications and changes of the present invention can be made without departing from the scope of the art.
1 : 입자
2 : 콜로이드 무기질 바인더
3 : 절연층1: Particle
2: colloidal inorganic binder
3: insulation layer
Claims (19)
상기 양극 분산액 및 콜로이드 무기질 바인더 현탁액을 혼합하여 양극 슬러리를 제조하는 단계;
상기 양극 슬러리를 테이프 캐스팅하여 박막 양극 테이프를 제조하는 단계;
상기 박막 양극 테이프를 열처리하는 단계; 및
프레스기로 열처리된 박막 양극 테이프에 일정 압력을 가하여 박막 양극을 제조하는 가압 공정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전지용 박막 양극 제조방법.Preparing a positive electrode dispersion by uniformly mixing the positive electrode powder, the dispersant, and the solvent containing the eutectic salt electrolyte;
Preparing a positive electrode slurry by mixing the positive electrode dispersion and the colloidal inorganic binder suspension;
Manufacturing a thin film positive electrode tape by tape casting the positive electrode slurry;
Heat treating the thin film positive electrode tape; And
Pressurizing process step of producing a thin film positive electrode by applying a predetermined pressure to the thin film positive electrode tape heat-treated with a press machine.
상기 용매는 에탄올, 톨루엔, 아세톤 및 물 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 열전지용 박막 양극 제조방법.The method of claim 1,
The solvent is a thin film positive electrode manufacturing method for a thermal battery, characterized in that any one or more selected from ethanol, toluene, acetone and water.
콜로이드 무기질 바인더 현탁액은,
SiO2, MgO, ZrO2(YSZ), Al2O3, Si3N4, MgAl2O4, SiC, ZnO, ATO(antimony-doped tin oxide), ITO(indium tin oxide), 카본블랙, 흑연(graphite), 그래핀(graphene) 및 탄소나노튜브(carbon nanotube) 중에서 선택되는 어느 하나의 콜로이드 무기질 바인더가 자일렌에 분산된 것을 특징으로 하는 열전지용 박막 양극 제조방법.The method of claim 1,
Colloidal inorganic binder suspension,
SiO 2 , MgO, ZrO 2 (YSZ), Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , MgAl 2 O 4 , Colloidal inorganic binder selected from SiC, ZnO, antimony-doped tin oxide (ATO), indium tin oxide (ITO), carbon black, graphite, graphene, and carbon nanotubes The thin film positive electrode manufacturing method for a thermal battery, characterized in that dispersed in xylene.
상기 열처리하는 단계는
비활성화 분위기의 전기로에서 200 내지 500℃ 온도로 일정시간 열처리하는 것을 특징으로 하는 열전지용 박막 양극 제조방법.The method of claim 1,
The heat treatment step
The method of manufacturing a thin film anode for a thermo battery, characterized in that the heat treatment for a predetermined time at 200 to 500 ℃ temperature in an inert atmosphere electric furnace.
상기 가압 공정 단계는 상기 박막 양극 테이프의 상부면과 하부면에 0.1 내지 3 ton/cm2의 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 열전지용 박막 양극 제조방법.The method of claim 1,
The pressing process step is a thin film cathode manufacturing method for a thermal cell, characterized in that for applying a pressure of 0.1 to 3 ton / cm 2 on the upper and lower surfaces of the thin film positive electrode tape.
상기 음극 분산액 및 콜로이드 무기질 바인더 현탁액을 혼합하여 음극 슬러리를 제조하는 단계;
상기 음극 슬러리를 테이프 캐스팅하여 박막 음극 테이프를 제조하는 단계;
상기 박막 음극 테이프를 열처리하는 단계; 및
프레스기로 열처리된 박막 음극 테이프을 일정 압력을 가하여 박막 음극을 제조하는 가압 공정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전지용 박막 음극 제조방법.Preparing a negative electrode dispersion by mixing a negative electrode powder, a dispersant, and a solvent containing a eutectic salt electrolyte;
Preparing a negative electrode slurry by mixing the negative electrode dispersion and the colloidal inorganic binder suspension;
Tape casting the negative electrode slurry to prepare a thin film negative electrode tape;
Heat treating the thin film negative electrode tape; And
Pressurizing process step of producing a thin film negative electrode by applying a predetermined pressure to the thin film negative electrode tape heat-treated with a press machine.
상기 용매는 에탄올, 톨루엔, 아세톤 및 물 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 열전지용 박막 음극 제조방법.The method of claim 7, wherein
The solvent is a thin film anode manufacturing method for a thermal cell, characterized in that any one or more selected from ethanol, toluene, acetone and water.
콜로이드 무기질 바인더 현탁액은,
SiO2, MgO, ZrO2(YSZ), Al2O3, Si3N4, MgAl2O4, SiC, ZnO, ATO(antimony-doped tin oxide), ITO(indium tin oxide), 카본블랙, 흑연(graphite), 그래핀(graphene) 및 탄소나노튜브(carbon nanotube) 중에서 선택되는 어느 하나의 콜로이드 무기질 바인더가 자일렌에 분산된 것을 특징으로 하는 열전지용 박막 음극 제조방법.The method of claim 7, wherein
Colloidal inorganic binder suspension,
SiO 2 , MgO, ZrO 2 (YSZ), Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , MgAl 2 O 4 , Colloidal inorganic binder selected from SiC, ZnO, antimony-doped tin oxide (ATO), indium tin oxide (ITO), carbon black, graphite, graphene, and carbon nanotubes Thin film negative electrode manufacturing method characterized in that the dispersed in xylene.
상기 열처리하는 단계는,
비활성화 분위기의 전기로에서 200 내지 500℃ 온도로 일정시간 열처리하는 것을 특징으로 하는 열전지용 박막 음극 제조방법.The method of claim 7, wherein
The heat treatment step,
The thin film anode manufacturing method of the thermal cell, characterized in that the heat treatment for a predetermined time at a temperature of 200 to 500 ℃ in an inert atmosphere electric furnace.
상기 가압 공정 단계는 상기 박막 양극 테이프의 상부면과 하부면에 0.1 내지 3 ton/cm2의 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 열전지용 박막 음극 제조방법.The method of claim 7, wherein
The pressing process step is a thin film anode manufacturing method for a thermal cell, characterized in that to apply a pressure of 0.1 to 3 ton / cm 2 on the upper and lower surfaces of the thin film positive electrode tape.
상기 전해질 분산액 및 콜로이드 무기질 바인더 현탁액을 혼합하여 전해질 슬러리를 제조하는 단계;
상기 전해질 슬러리를 테이프 캐스팅하여 박막 전해질 테이프를 제조하는 단계;
상기 박막 전해질 테이프를 열처리하는 단계; 및
프레스기로 열처리된 박막 전해질 테이프을 일정 압력을 가하여 박막 전해질을 제조하는 가압 공정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전지용 박막 전해질 제조방법.Preparing an electrolyte dispersion by mixing a eutectic salt electrolyte powder, a dispersant, and a solvent;
Preparing an electrolyte slurry by mixing the electrolyte dispersion and the colloidal inorganic binder suspension;
Tape casting the electrolyte slurry to produce a thin film electrolyte tape;
Heat treating the thin film electrolyte tape; And
Pressing process step of producing a thin film electrolyte by applying a predetermined pressure to the thin film electrolyte tape heat-treated with a press machine.
상기 용매는 에탄올, 톨루엔, 아세톤 및 물 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 열전지용 박막 전해질 제조방법.The method of claim 13,
The solvent is a thin film electrolyte manufacturing method for a thermal battery, characterized in that any one or more selected from ethanol, toluene, acetone and water.
콜로이드 무기질 바인더 현탁액은,
SiO2, MgO, ZrO2(YSZ), Al2O3, Si3N4, MgAl2O4, SiC, ZnO, ATO(antimony-doped tin oxide), ITO(indium tin oxide), 카본블랙, 흑연(graphite), 그래핀(graphene) 및 탄소나노튜브(carbon nanotube) 중에서 선택되는 어느 하나의 콜로이드 무기질 바인더가 자일렌에 분산된 것을 특징으로 하는 열전지용 박막 전해질 제조방법.The method of claim 13,
Colloidal inorganic binder suspension,
SiO 2 , MgO, ZrO 2 (YSZ), Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , MgAl 2 O 4 , Colloidal inorganic binder selected from SiC, ZnO, antimony-doped tin oxide (ATO), indium tin oxide (ITO), carbon black, graphite, graphene, and carbon nanotubes Method for manufacturing a thin film electrolyte for a thermal battery, characterized in that dispersed in xylene.
상기 열처리하는 단계는,
비활성화 분위기의 전기로에서 200 내지 500℃ 온도로 일정시간 열처리하는 것을 특징으로 하는 열전지용 박막 전해질 제조방법.The method of claim 13,
The heat treatment step,
Method of manufacturing a thin film electrolyte for a thermo battery, characterized in that the heat treatment for a predetermined time at 200 to 500 ℃ temperature in an inert atmosphere electric furnace.
상기 가압 공정 단계는 상기 박막 양극 테이프의 상부면과 하부면에 0.1 내지 3 ton/cm2의 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 열전지용 박막 전해질 제조방법.The method of claim 13,
The pressing process step is a thin film electrolyte manufacturing method for a thermal cell, characterized in that for applying a pressure of 0.1 to 3 ton / cm 2 on the upper and lower surfaces of the thin film positive electrode tape.
제12항의 박막 음극; 및
상기 박막 양극과 상기 박막 음극 사이에 접합하는 제18항의 박막 전해질;을 포함하여 이루어진 열전지.The thin film anode of claim 6;
The thin film cathode of claim 12; And
The thin film electrolyte of claim 18, wherein the thin film electrolyte is bonded between the thin film anode and the thin film cathode.
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110117432A1 (en) * | 2008-07-15 | 2011-05-19 | Dow Global Technologies Llc | Inorganic binders for battery electrodes and aqueous processing thereof |
| US7947397B1 (en) | 2007-01-10 | 2011-05-24 | Sandia Corporation | Battery components employing a silicate binder |
| CN104681777A (en) * | 2015-02-03 | 2015-06-03 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | Method for preparing thin thermal battery positive electrode-electrolyte-negative electrode-heating powder combined pole piece based on slurry coating method |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7947397B1 (en) | 2007-01-10 | 2011-05-24 | Sandia Corporation | Battery components employing a silicate binder |
| US20110117432A1 (en) * | 2008-07-15 | 2011-05-19 | Dow Global Technologies Llc | Inorganic binders for battery electrodes and aqueous processing thereof |
| CN104681777A (en) * | 2015-02-03 | 2015-06-03 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | Method for preparing thin thermal battery positive electrode-electrolyte-negative electrode-heating powder combined pole piece based on slurry coating method |
| KR20170120428A (en) * | 2016-04-21 | 2017-10-31 | 국방과학연구소 | Thin electrode for thermal batteries and a manufacturing method therefor |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112531283A (en) * | 2020-12-09 | 2021-03-19 | 贵州梅岭电源有限公司 | Automatic thermal battery diaphragm material preparation device and method |
| CN112531283B (en) * | 2020-12-09 | 2022-05-24 | 贵州梅岭电源有限公司 | Automatic thermal battery diaphragm material preparation device and method |
| CN113594401A (en) * | 2021-07-30 | 2021-11-02 | 沈阳理工大学 | Preparation method of thermal battery thin film anode |
| CN116581290A (en) * | 2023-07-10 | 2023-08-11 | 北京精仪天和智能装备有限公司 | Silicon carbide negative electrode material molten salt thermal battery and preparation and testing methods thereof |
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