KR20210067935A - Porous electrodes for energy storage device - Google Patents

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KR20210067935A
KR20210067935A KR1020200162237A KR20200162237A KR20210067935A KR 20210067935 A KR20210067935 A KR 20210067935A KR 1020200162237 A KR1020200162237 A KR 1020200162237A KR 20200162237 A KR20200162237 A KR 20200162237A KR 20210067935 A KR20210067935 A KR 20210067935A
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electrode body
electrode
energy storage
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KR1020200162237A
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신달우
신진식
오미현
김성한
박지윤
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한국제이씨씨(주)
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Abstract

The present invention relates to a porous electrode for an energy storage device to increase reliability of a product. According to the present invention, the porous electrode for an energy storage device comprises: an electrode body having a plurality of first through-holes formed by using a press; and a current collector laminated on the electrode body and having a plurality of second through-holes formed by etching so that an end of a groove is opened after the groove is formed by a mold. The electrode body is formed by using an electrode active material containing silicone, a conductive material, and a binder to be laminated on one or both surfaces of the current collector. To allow the electrode body to be inserted into and applied to the inner circumferential surface of the second through-hole by using electrolytic etching or chemical etching after the groove is formed at a position corresponding to the first through-hole using the press having the plurality of first through-holes formed therein, the diameter of the first through-hole of the current collector is greater than that of the second through-hole.

Description

에너지 저장 장치용 다공성 전극{Porous electrodes for energy storage device}Porous electrodes for energy storage device

본 발명은 에너지 저장 장치용 다공성 전극에 관한 것으로, 특히 전극본체는 프레스에 의해 제1 관통구멍을 형성하고 집전체는 금형을 이용하여 홈을 형성한 후 에칭에 의해 제2 관통구멍을 형성함으로써 제1 및 제2 관통구멍을 용이하게 형성할 수 있으며, 실리콘을 포함하는 전극활물질이 적용되는 경우에 제1 관통구멍을 통해 방전과 충전 시 발생되는 실리콘의 부피 팽창이나 축소를 완충시킬 수 있는 에너지 저장 장치용 다공성 전극에 관한 것이다.The present invention relates to a porous electrode for an energy storage device. In particular, the electrode body forms a first through hole by pressing, and the current collector forms a groove by using a mold and then forms a second through hole by etching. Energy storage capable of easily forming the first and second through-holes and buffering volume expansion or contraction of silicon generated during discharge and charging through the first through-hole when an electrode active material containing silicon is applied It relates to a porous electrode for a device.

에너지저장 장치는 활물질을 포함하는 전극들 사이에 격리막을 배치하고 전해액을 함침하여 제조한다. 이러한 에너지저장 장치는 전극활물질에 따라 전기이중층 커패시터, 하이브리드 커패시터 및 리튬이온전지 등이 있다. 전기이중층 커패시터는 용량은 활성탄의 비표면적에 주로 영향을 받으며, 활성탄으로 이루어진 전극의 밀도가 높을수록 충전 용량이 증가한다. 용량을 증가시키기 위해 전해액은 양극, 음극 전해질 이온들의 크기, 전해질 농도 및 전해질 이온과 활성탄 계면과 극판 거리를 감소시키기 위한 연구가 일반적으로 진행되고 있으며, 이러한 관련 기술이 한국공개특허공보 제10-2019-0048123호(특허문헌 1)에 공개되어 있다. An energy storage device is manufactured by disposing a separator between electrodes including an active material and impregnating it with an electrolyte. Such energy storage devices include an electric double layer capacitor, a hybrid capacitor, and a lithium ion battery depending on the electrode active material. In the electric double layer capacitor, the capacity is mainly affected by the specific surface area of the activated carbon, and the higher the density of the electrode made of the activated carbon, the higher the charging capacity. In order to increase the capacity of the electrolyte, research is generally conducted to reduce the size of positive and negative electrolyte ions, electrolyte concentration, and the electrolyte ion-activated carbon interface and electrode plate distance, and these related technologies are disclosed in Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2019 -0048123 (patent document 1) discloses.

한국공개특허공보 제10-2019-0048123호는 에너지 저장 장치용 다공성전극에 관한 것으로, 다공성 전극은 기계적 타공을 통해 관통구멍이 형성된 전극본체를 포함하게 구성된다. 한국공개특허공보 제10-2019-0048123호와 같이 종래의 에너지 저장 장치용 다공성 전극은 기계적 타공을 통해 관통구멍을 형성한다는 개략적인 설명만 있고, 단순히 펀칭에 의해 천공한다고 기재되어 있다. 그러나, 개별적인 펀칭에 의하여 천공을 수행하게 되면 천공되는 관통구멍(구멍부)가 절단되어 떨어지게 되어 불량이 발생되는 문제점을 내포하고 있다.Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2019-0048123 relates to a porous electrode for an energy storage device, wherein the porous electrode includes an electrode body in which a through hole is formed through a mechanical perforation. As in Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2019-0048123, the conventional porous electrode for an energy storage device has only a schematic description of forming a through hole through a mechanical perforation, and it is described that the porous electrode is simply perforated by punching. However, when the perforation is performed by individual punching, the through-hole (hole portion) to be perforated is cut and dropped, and thus there is a problem in that a defect is generated.

: 한국공개특허공보 제10-2019-0048123호: Korea Patent Publication No. 10-2019-0048123

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전극본체는 프레스에 의해 제1 관통구멍을 형성하고 집전체는 금형을 이용하여 홈을 형성한 후 에칭에 의해 제2 관통구멍을 형성함으로써 제1 및 제2 관통구멍을 용이하게 형성할 수 있으며, 전극활물질에 실리콘을 포함하는 경우에 제1 관통구멍을 통해 방전과 충전 시 발생되는 실리콘의 부피 팽창이나 축소를 완충시킬 수 있어 제품 신뢰성을 개선시킬 수 있는 에너지 저장 장치용 다공성 전극을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems, in which the electrode body forms a first through hole by pressing, and the current collector forms a groove by using a mold and then forms a second through hole by etching. The first and second through-holes can be easily formed, and when silicon is included in the electrode active material, the volume expansion or contraction of silicon generated during discharge and charging can be buffered through the first through-hole, thereby improving product reliability An object of the present invention is to provide a porous electrode for an energy storage device.

본 발명의 에너지 저장 장치용 다공성 전극은 프레스를 이용해 복수개의 제1 관통구멍이 형성된 전극본체와; 상기 전극본체에 적층되며, 금형에 의해 홈을 형성한 후 홈의 끝단이 개방되도록 에칭에 의해 복수개의 제2 관통구멍이 형성된 집전체를 포함하고, 상기 전극본체는 실리콘을 포함하는 전극활물질, 도전재 및 바인더를 이용해 형성되어 상기 집전체의 일면이나 양면에 적층되며, 상기 집전체는 상기 복수개의 제1 관통구멍을 형성한 프레스를 이용해 제1 관통구멍과 대응되는 위치에 상기 홈을 형성한 후 전해에칭이나 화학적 에칭을 이용해 상기 전극본체가 제2 관통구멍의 내주면에 투입되어 도포되게 상기 제2 관통구멍의 직경을 제1 관통구멍의 직경보다 크게 형성하는 것을 특징으로 한다.The porous electrode for an energy storage device of the present invention includes an electrode body having a plurality of first through-holes formed therein using a press; and a current collector laminated on the electrode body and having a plurality of second through-holes formed by etching so that the ends of the grooves are opened after forming a groove by a mold, wherein the electrode body includes an electrode active material containing silicon, a conductive material It is formed using ash and a binder and laminated on one or both surfaces of the current collector, and the current collector forms the groove at a position corresponding to the first through hole using a press having the plurality of first through holes formed therein. It is characterized in that the diameter of the second through hole is formed to be larger than the diameter of the first through hole so that the electrode body is applied to the inner circumferential surface of the second through hole by using electrolytic etching or chemical etching.

본 발명의 에너지 저장 장치용 다공성 전극은 전극본체는 프레스에 의해 제1 관통구멍을 형성하고 집전체는 금형을 이용하여 홈을 형성한 후 에칭에 의해 제2 관통구멍을 형성함으로써 제1 및 제2 관통구멍을 용이하게 형성할 수 있는 이점이 있으며, 전극활물질에 실리콘을 포함하는 경우에 제1 관통구멍을 통해 방전과 충전 시 발생되는 실리콘의 부피 팽창이나 축소를 완충시킬 수 있어 제품 신뢰성을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.In the porous electrode for an energy storage device of the present invention, the electrode body forms a first through hole by pressing, the current collector forms a groove using a mold, and then forms the second through hole by etching, thereby forming the first and second There is an advantage in that the through-hole can be easily formed, and when silicon is included in the electrode active material, the volume expansion or contraction of silicon generated during discharge and charging through the first through-hole can be buffered, thereby improving product reliability. There are advantages that can be

도 1은 본 발명의 에너지 저장 장치용 다공성 전극의 일 실시예를 나타낸 사도,
도 2는 본 발명의 에너지 저장 장치용 다공성 전극의 다른 실시예를 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명에 적용된 전극본체를 제조하기 위한 프레스 장치를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 프레스 장치의 요부인 복수개의 펀치를 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 집전체에 적용된 복수개의 홈을 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명의 집전체에 제2 관통구멍이 형성된 상태를 나타낸 단면도이다.1 is a diagram showing an embodiment of a porous electrode for an energy storage device of the present invention;
2 is a perspective view showing another embodiment of a porous electrode for an energy storage device of the present invention;
3 is a cross-sectional view showing a press device for manufacturing the electrode body applied to the present invention;
Figure 4 is a view showing a plurality of punches that are the main part of the press apparatus of the present invention;
5 is a cross-sectional view showing a plurality of grooves applied to the current collector of the present invention;
6 is a cross-sectional view illustrating a state in which a second through hole is formed in the current collector of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2에서와 같이 본 발명의 에너지 저장 장치용 다공성 전극은 전극본체(12)와 집전체(20)로 크게 이루어지게 된다.As shown in FIGS. 1 and 2 , the porous electrode for an energy storage device of the present invention is largely composed of an electrode body 12 and a current collector 20 .

전극본체(12)는 도 3에 도시된 프레스(100)를 이용하여 제1 관통구멍(15)을 형성하게 된다. 그리고, 상기 전극본체(12)는 상기 집전체(20)의 일면이나 양면에 적층되게 된다. 즉, 전극본체(12)는 실리콘(silicon)을 포함하는 전극활물질, 도전재 및 바인더를 이용해 상기 집전체(20)의 일면이나 양면에 복수개의 제2 관통구멍(25)의 내주면에 도포되게 형성된다. 집전체(20)는 상기 전극본체(12)에 적층되며, 금형에 의해 홈을 형성한 후 홈의 끝단이 개방되도록 에칭에 의해 복수개의 제2 관통구멍(25)이 형성된다. 상기 집전체(20)는 상기 복수개의 제1 관통구멍(15)을 형성한 프레스(100)를 이용해 제1 관통구멍(15)과 대응되는 위치에 상기 홈(25a)을 형성한 후 전해에칭이나 화학적 에칭을 이용해 상기 전극본체(12)가 제2 관통구멍(25)의 내주면에 투입되어 도포되게 상기 제2 관통구멍(25)의 직경을 제1 관통구멍(15)의 직경보다 크게 형성한다. The electrode body 12 forms a first through hole 15 using the press 100 shown in FIG. 3 . And, the electrode body 12 is laminated on one side or both sides of the current collector 20 . That is, the electrode body 12 is formed to be coated on the inner circumferential surface of the plurality of second through holes 25 on one or both surfaces of the current collector 20 using an electrode active material containing silicon, a conductive material, and a binder. do. The current collector 20 is stacked on the electrode body 12, and after forming a groove by a mold, a plurality of second through holes 25 are formed by etching so that the end of the groove is opened. The current collector 20 is formed by forming the groove 25a at a position corresponding to the first through hole 15 using the press 100 having the plurality of first through holes 15 formed therein, and then by electrolytic etching or A diameter of the second through hole 25 is formed larger than that of the first through hole 15 so that the electrode body 12 is applied to the inner circumferential surface of the second through hole 25 by using chemical etching.

본 발명의 에너지 저장 장치용 다공성 전극을 보다 구체적인 실시예를 설명하면 다음과 같다.A more specific embodiment of the porous electrode for an energy storage device of the present invention will be described as follows.

본 발명의 다공성 전극(10)의 전극본체(12)는 도 3에 도시된 프레스(100)를 이용하여 제1 관통구멍(15)을 형성하게 된다. 그리고, 상기 전극본체(12)는 상기 집전체(20)의 일면이나 양면에 형성된다. 참고로, 전극본체(12)는 실리콘을 포함하는 포함하는 전극을 의미하며, 실리콘(silicon)을 포함하는 전극활물질, 도전재 및 바인더로 구성된다. 상기 전극활물질은 활성탄, 흑연, 소프트 카본, 하드 카본, 그래핀, 카본 나노튜브, 카본 나노섬유, Li4Ti5O12, H2Ti12O25, LiCoO2, LiNi02 및 LiMn2O4 중 하나나 둘 이상이 선택되어 사용되고, 도전재는 주로 카본블랙을 사용하며, 바인더는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC) 중 하나 이상이 선택되어 사용된다. The electrode body 12 of the porous electrode 10 of the present invention forms a first through hole 15 using the press 100 shown in FIG. 3 . And, the electrode body 12 is formed on one side or both sides of the current collector 20 . For reference, the electrode body 12 means an electrode containing silicon, and is composed of an electrode active material containing silicon, a conductive material, and a binder. The electrode active material is activated carbon, graphite, soft carbon, hard carbon, graphene, carbon nanotube, carbon nanofiber, Li 4 Ti 5 O 12 , H 2 Ti 12 O 25 , LiCoO 2 , LiNi0 2 and LiMn 2 O 4 of One or two or more are selected and used, the conductive material is mainly carbon black, and the binder is at least one of polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE) and carboxymethyl cellulose (CMC). selected and used.

상기 전극본체(12)에 제1 관통구멍(15)을 형성하는 프레스(100)는 다음과 같이 구성된다.The press 100 for forming the first through hole 15 in the electrode body 12 is configured as follows.

상기 프레스(100)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 복수개의 펀치(104)가 배치된 펀치블럭(106)을 갖는 상부금형(110)과, 상기 펀치블럭(106)을 이동시키는 실린더(120)와, 상기 상부금형(110)과 대향되게 배치되고 다이 인서트(132)가 배치된 다이(134)를 갖는 하부금형(130), 및 상기 실린더(120)의 동작을 제어하는 제어부(140)로 구성된다.The press 100 includes an upper mold 110 having a punch block 106 on which a plurality of punches 104 are disposed, and a cylinder for moving the punch block 106 as shown in FIGS. 3 and 4 . 120 , a lower mold 130 having a die 134 disposed opposite to the upper mold 110 and having a die insert 132 disposed therein, and a control unit 140 controlling the operation of the cylinder 120 . ) is composed of

상기 하부금형(130)은 상부금형(110)과 대향되게 배치되고, 상부에 다이 인서트(132)가 배치된 다이(134)를 가지며, 상기 다이(134) 상에 전극본체(12)를 배치하게 된다.The lower mold 130 is disposed opposite to the upper mold 110 , has a die 134 having a die insert 132 disposed thereon, and the electrode body 12 is disposed on the die 134 . do.

상기 상부금형(110)측에는 펀치홀더(108)와, 펀치블럭(106)과, 복수개의 펀치(104)가 배치되고, 하부금형(130)측에는 전극본체(12)가 안착되는 다이(134)가 배치된다. 그리고, 상기 복수개의 펀치(104)는 끝단이 원뿔형상을 갖는 원기둥으로 형성되거나 도 4에 도시된 바와 같이, 일측에 중공홀(152)이 형성된 접촉부(150)와, 상기 접촉부(150)의 내측 및 외측에 각각 간격을 두고 형성된 날부(154)와, 상기 접촉부(150)와 날부(154)의 사이에 배치된 공간부(158)를 포함하게 된다.A punch holder 108, a punch block 106, and a plurality of punches 104 are disposed on the upper mold 110 side, and a die 134 on which the electrode body 12 is mounted on the lower mold 130 side. are placed In addition, the plurality of punches 104 are formed in a cylinder having a conical end or, as shown in FIG. 4 , a contact portion 150 having a hollow hole 152 formed on one side, and the inner side of the contact portion 150 . and a blade portion 154 formed at a distance from each other on the outside, and a space portion 158 disposed between the contact portion 150 and the blade portion 154 .

끝단이 원뿔형상을 갖는 원기둥으로 형성된 복수개의 펀치(도시 않음)는 전극본체(12)에 제1 관통구멍(15)을 형성하는 경우에 제1 관통구멍(15)에 위치된 전극본체(12)가 펀치에 의한 압력으로 제2 관통구멍(25)으로 삽입된 후 제2 관통구멍(25)의 내주면에 도포되게 형성됨에 의해 도 4에 도시된 펀치(104)에 비해 복수개의 펀치(104)에 비해 두껍게 형성된다. 여기서, 끝단이 원뿔형상을 갖는 원기둥으로 형성된 복수개의 펀치는 제1 관통구멍(15)의 직경이 제2 관통구멍(25)의 직경보다 작게 형성됨으로 그 직경이 즉, 원기둥의 직경이 제2 관통구멍(25)의 직경보다 작게 형성되어 전극본체(12)의 가압 시 제2 관통구멍(25)의 내측으로 삽입되게 가압되며, 이로 인해 전극본체(12)에 제1 관통구멍(15)이 형성되면서 제1 관통구멍(15)에 위치된 전극본체(12)는 제2 관통구멍(25)으로 삽입되어 제2 관통구멍(25)의 내주면에 도포되게 형성된다. 도 4에 도시된 펀치(104)의 날부(154)는 전극본체(12)와 접촉시 절단된 이물질을 공간부(158)로 이동시키게 되므로 전극본체(12)에 형성된 제1 관통구멍(15)에 이물질이 잔존하지 않게 된다. 그리고, 전극본체(12)의 복수개의 제1 관통구멍(15)의 직경은 10 내지 270㎛으로 형성하게 된다.A plurality of punches (not shown) formed in a cylinder having a cone-shaped end are positioned in the first through-hole 15 in the case of forming the first through-hole 15 in the electrode body 12 ). is inserted into the second through hole 25 by the pressure of the punch and then is formed to be applied to the inner circumferential surface of the second through hole 25, compared to the punch 104 shown in FIG. formed thicker than Here, in the plurality of punches formed in a cylinder having a conical shape at the end, the diameter of the first through hole 15 is smaller than the diameter of the second through hole 25, so that the diameter of the punch is the second through hole. It is formed smaller than the diameter of the hole 25 and is pressed to be inserted into the second through hole 25 when the electrode body 12 is pressed, thereby forming the first through hole 15 in the electrode body 12 . The electrode body 12 positioned in the first through hole 15 while being inserted into the second through hole 25 is formed to be applied to the inner peripheral surface of the second through hole 25 . The blade 154 of the punch 104 shown in FIG. 4 moves the cut foreign material into the space 158 when it comes into contact with the electrode body 12, so the first through hole 15 formed in the electrode body 12. No foreign matter remains in the And, the diameter of the plurality of first through-holes 15 of the electrode body 12 is formed to be 10 to 270㎛.

상기 프레스(100)의 동작은 상부금형(110)을 하강시키게 되면 펀치블럭(106)의 하부에 배치된 복수개의 펀치(104)가 다이(134)측으로 이동하게 된다. 그리고, 상부금형(110)을 계속 하강시키게 되면 펀치(104)가 전극본체(12)에 제1 관통구멍(15)을 형성시키게 된다. 여기서, 복수개의 펀치(30)는 다이 인서트(132)의 홀(도시되지 않음)측으로 하강하면서 전극본체(12)에 제1 관통구멍(15)을 형성시키게 된다.In the operation of the press 100 , when the upper mold 110 is lowered, the plurality of punches 104 disposed under the punch block 106 move toward the die 134 . And, when the upper mold 110 is continuously lowered, the punch 104 forms a first through hole 15 in the electrode body 12 . Here, the plurality of punches 30 form a first through hole 15 in the electrode body 12 while descending toward a hole (not shown) side of the die insert 132 .

상기 집전체(20)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 프레스(100)를 이용해 복수개의 홈(25a)을 형성한 후 상기 홈(25a)의 끝단이 개방되도록 전해에칭이나 화학적 에칭에 의해 복수개의 제2 관통구멍(25)을 형성하게 된다. 즉, 상기 홈(25a)은 상기 제1 관통구멍(15)과 대응되는 위치에 형성되어 상기 제1 관통구멍(15)을 형성하기 위해 전극본체(12)를 복수개의 펀치(104)로 가압 시 전극본체(12)가 제2 관통구멍(25)의 내주면에 도포되도록 형성한다. 즉, 전극본체(12)는 먼저 집전체(20)의 일면이나 양면에 적층되게 형성된 후 상기 프레스(100)의 복수개의 펀치(104)로 가압하여 전극본체(12)에 제1 관통구멍(15)을 형성하면서 제1 관통구멍(15)이 제2 관통구멍(25)의 내주면에 도포되게 형성된다. 예를 들어, 전극본체(12)는 실리콘을 포함하는 전극활물질, 도전재 및 바인더를 이용해 시트형상(sheet shape)으로 형성된 후 집전체(20)의 일면이나 양면에 적층된 후 프레스(100)를 이용해 복수개의 제1 관통구멍(15)을 형성하는 압력에 의해 시트형상으로 형성된 전극본체(12)가 상기 제2 관통구멍(25)에 삽입되어 제2 관통구멍(25)의 내주면에 형성된다. 그리고, 완충필름(27)을 집전체(20)에 제2 관통구멍(25)을 형성하기 전에 미리 집전체(20)의 하부에 부착하게 된다. 상기 완충필름(20)의 재질은 EVA(Ethylene vinyl acetate), PC(Poly carbonate), PVC(Polyvinyl chloride), PS(Polystyrene) 및 PE(Polyethylene) 중 하나를 사용하게 된다.As shown in FIGS. 5 and 6 , the current collector 20 is subjected to electrolytic etching or chemical etching so that the ends of the grooves 25a are opened after forming a plurality of grooves 25a using the press 100 . Thus, a plurality of second through holes 25 are formed. That is, when the groove 25a is formed at a position corresponding to the first through hole 15 , the electrode body 12 is pressed with a plurality of punches 104 to form the first through hole 15 . The electrode body 12 is formed so as to be applied to the inner circumferential surface of the second through hole 25 . That is, the electrode body 12 is first formed to be laminated on one or both surfaces of the current collector 20 , and then is pressed with a plurality of punches 104 of the press 100 to form a first through hole 15 in the electrode body 12 . ) while forming the first through hole 15 is formed to be applied to the inner peripheral surface of the second through hole (25). For example, the electrode body 12 is formed in a sheet shape using an electrode active material containing silicon, a conductive material, and a binder, and then laminated on one or both sides of the current collector 20 and then press 100 The electrode body 12 formed in a sheet shape by using the pressure to form the plurality of first through holes 15 is inserted into the second through holes 25 and formed on the inner circumferential surface of the second through holes 25 . Then, the buffer film 27 is attached to the lower portion of the current collector 20 in advance before forming the second through hole 25 in the current collector 20 . As a material of the buffer film 20, one of ethylene vinyl acetate (EVA), poly carbonate (PC), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), and polyethylene (PE) is used.

상기 집전체(20)는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로 선택되고, 상기 집전체의 두께는 10 내지 50㎛으로 구성하게 된다.The current collector 20 is selected from the group consisting of aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), and mixtures thereof, and the current collector has a thickness of 10 to 50 μm.

상기 집전체(20)의 에칭은 전해에칭이나 화학적 에칭을 사용하게 된다.The current collector 20 is etched using electrolytic etching or chemical etching.

상기 전해 에칭은 전해 에칭 장비(도시 않음)를 이용해 수행되며, 전해 에칭은 온도가 20 내지 90℃인 에칭 용액에 복수개의 홈(25a)이 형성된 집전체(20)를 침지한 상태에서 전류가 1 내지 30초(second) 동안 흐르도록 처리한다. 여기서, 에칭 용액은 황산 1 내지 30wt％, 염산 0.1 내지 30wt％ 및 순수 40 내지 98.9wt％를 혼합하여 형성하며, 전류의 전류밀도는 0.1 내지 10A/㎠으로 설정하여 전해 에칭을 실시하여 복수개의 홈(25a)을 각각의 끝단이 개방된 제2 관통구멍(25)이 되도록 형성하여 다공성 집전체를 제조하게 된다.The electrolytic etching is performed using electrolytic etching equipment (not shown), and the electrolytic etching is performed in a state in which the current collector 20 having a plurality of grooves 25a is immersed in an etching solution having a temperature of 20 to 90° C. to flow for 30 seconds (second). Here, the etching solution is formed by mixing 1 to 30wt% of sulfuric acid, 0.1 to 30wt% of hydrochloric acid, and 40 to 98.9wt% of pure water, and the current density is set to 0.1 to 10A/cm2 and electrolytic etching is performed to form a plurality of grooves. A porous current collector is manufactured by forming (25a) such that each end of the second through-hole 25 is open.

상기 화학적 에칭은 온도가 20 내지 90℃인 에칭 용액에 복수개의 홈(25a)이 형성된 집전체(20)을 침지한 상태에서 1 내지 30초(second) 동안 처리하여 에칭한다. 에칭 용액은 황산 1 내지 30wt％, 염산 0.1 내지 30wt％ 및 순수 40 내지 98.9wt％를 혼합하여 형성하여 복수개의 홈(25a)을 각각의 끝단이 개방된 제2 관통구멍(25)이 되도록 형성하여 다공성 집전체(20)를 제조하게 된다. 여기서, 제2 관통구멍(25)의 직경은 30 내지 300㎛으로 형성하게 된다. 예를 들어, 제2 관통구멍(25)의 직경은 이면 제2 관통구멍(15)은 10㎛가 되도록 하여 제2 관통구멍(25)의 내주면에 20㎛의 두께로 전극본체(12)가 형성되도록 한다. The chemical etching is performed by immersing the current collector 20 having a plurality of grooves 25a in an etching solution having a temperature of 20 to 90° C. for 1 to 30 seconds (second). The etching solution is formed by mixing 1 to 30 wt% of sulfuric acid, 0.1 to 30 wt% of hydrochloric acid, and 40 to 98.9 wt% of pure water to form a plurality of grooves 25a to become second through-holes 25 with open ends. The porous current collector 20 is manufactured. Here, the diameter of the second through hole 25 is formed to be 30 to 300㎛. For example, the second through-hole 25 has a diameter of 20 µm on the inner circumferential surface of the second through-hole 25 such that the second through-hole 15 has a diameter of 10 µm, and the electrode body 12 is formed. make it possible

집전체(20)에 복수개의 홈(25a)을 형성한 후 상기 에칭은 완충필름(27)을 제거하고 수행하게 된다. 참고로, 상기 완충필름(27)은 압연유(도시되지 않음)의 윤활작용을 이용하여 집전체(20)로부터 제거되게 된다.After forming the plurality of grooves 25a in the current collector 20 , the etching is performed after removing the buffer film 27 . For reference, the buffer film 27 is removed from the current collector 20 by using the lubricating action of rolling oil (not shown).

상기 집전체(20)의 제조가 완료되면, 상기 집전체(20)의 일면이나 양면에 전극본체(12)를 적층하여 다공성 전극(10,30)을 형성하게 된다.When the production of the current collector 20 is completed, the electrode body 12 is laminated on one or both sides of the current collector 20 to form the porous electrodes 10 and 30 .

이와 같이 구성된 본 발명의 에너지 저장 장치용 다공성 전극은 실리콘을 포함하는 전극활물질이 적용되는 경우에 고용량을 구현하면서 복수개의 제1 관통구멍(15)에 의해 방전과 충전 시 발생되는 실리콘의 부피 팽창이나 축소를 완충시킬 수 있어 제품 신뢰성을 개선시킬 수 있게 된다. The porous electrode for an energy storage device of the present invention configured as described above realizes a high capacity when an electrode active material containing silicon is applied, and the volume expansion of silicon generated during discharging and charging by the plurality of first through holes 15 or It is possible to buffer the shrinkage, thereby improving product reliability.

본 발명의 에너지 저장 장치용 다공성 전극은 전기이중층 커패시터, 하이브리드 커패시터 및 리튬이온전지 등의 다양한 종류의 에너지저장 장치분야에 널리 적용할 수 있다.The porous electrode for an energy storage device of the present invention can be widely applied to various types of energy storage device fields such as an electric double layer capacitor, a hybrid capacitor, and a lithium ion battery.

10,30: 다공성 전극 12: 전극본체
15,25: 제1 및 제2 관통구멍 20: 집전체
100: 프레스 104: 복수개의 펀치
110: 상부금형 120: 실린더
130: 하부금형 10, 30: porous electrode 12: electrode body
15, 25: first and second through-holes 20: current collector
100: press 104: multiple punches
110: upper mold 120: cylinder
130: lower mold

Claims (5)

프레스를 이용해 복수개의 제1 관통구멍이 형성된 전극본체와;
상기 전극본체가 적층되며, 상기 프레스에 의해 홈을 형성한 후 홈의 끝단이 개방되도록 복수개의 제2 관통구멍이 형성된 집전체를 포함하고,
상기 전극본체는 실리콘을 포함하는 전극활물질, 도전재 및 바인더를 이용해 형성되어 상기 집전체의 일면이나 양면에 적층되며, 상기 집전체는 상기 복수개의 제1 관통구멍을 형성한 프레스를 이용해 제1 관통구멍과 대응되는 위치에 상기 홈을 형성한 후 전해에칭이나 화학적 에칭을 이용해 상기 전극본체가 제2 관통구멍의 내주면에 투입되어 도포되게 상기 제2 관통구멍의 직경을 제1 관통구멍의 직경보다 크게 형성하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치용 다공성 전극.
an electrode body in which a plurality of first through holes are formed using a press;
The electrode body is stacked, and a current collector having a plurality of second through-holes formed so that the ends of the grooves are opened after forming the grooves by the press;
The electrode body is formed using an electrode active material containing silicon, a conductive material, and a binder and laminated on one or both sides of the current collector, and the current collector is first penetrated using a press having the plurality of first through holes formed therein. After the groove is formed at a position corresponding to the hole, the diameter of the second through hole is larger than the diameter of the first through hole so that the electrode body is put into the inner circumferential surface of the second through hole and applied using electrolytic etching or chemical etching. Porous electrode for energy storage device, characterized in that to form.
 제1항에 있어서,
상기 전극본체는 실리콘을 포함하는 전극활물질, 도전재 및 바인더를 이용해 시트형상으로 형성된 후 상기 집전체의 일면이나 양면에 적층된 후 프레스를 이용해 복수개의 제1 관통구멍을 형성하는 압력에 의해 시트형상으로 형성된 전극본체가 상기 제2 관통구멍에 삽입되어 제2 관통구멍의 내주면에 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치용 다공성 전극.
According to claim 1,
The electrode body is formed in a sheet shape using an electrode active material containing silicon, a conductive material, and a binder, and then laminated on one or both sides of the current collector, and then formed in a sheet shape by pressure to form a plurality of first through holes using a press. A porous electrode for an energy storage device, characterized in that the electrode body formed of a is inserted into the second through hole and is formed on the inner circumferential surface of the second through hole.
 제1항에 있어서,
상기 집전체는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로 선택되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치용 다공성 전극.
According to claim 1,
The current collector is a porous electrode for an energy storage device, characterized in that selected from the group consisting of aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), and mixtures thereof.
 제1항에 있어서,
상기 전극본체와 상기 집전체 중 전극본체의 복수개의 제1 관통구멍의 직경은 10 내지 270㎛이고, 상기 집전체의 두께는 10 내지 50㎛이며 상기 집전체의 복수개의 제2 관통구멍의 직경은 30 내지 300㎛인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치용 다공성 전극.
According to claim 1,
The diameter of the plurality of first through-holes of the electrode body and the current collector is 10-270 μm, the thickness of the current collector is 10-50 μm, and the diameter of the plurality of second through-holes of the current collector is Porous electrode for energy storage device, characterized in that 30 to 300㎛.
 제1항에 있어서,
상기 프레스는 복수개의 펀치가 배치된 펀치블럭을 갖는 상부금형과, 상기 펀치블럭을 이동시키는 실린더와, 상기 상부금형과 대향되게 배치되고 다이 인서트가 배치된 다이를 갖는 하부금형과, 및 상기 실린더의 동작을 제어하는 제어부로 구성되며,
상기 상부금형의 펀치블럭에 배치된 복수개의 펀치는 일측에 중공홀이 형성된 접촉부와, 상기 접촉부의 내측 및 외측에 각각 간격을 두고 형성된 날부와, 상기 접촉부와 날부의 사이에 배치된 공간부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치용 다공성 전극.According to claim 1,
The press includes an upper mold having a punch block on which a plurality of punches are disposed, a cylinder for moving the punch block, a lower mold having a die opposite to the upper mold and on which a die insert is disposed, and the cylinder. It consists of a control unit that controls the operation,
The plurality of punches disposed on the punch block of the upper mold includes a contact portion having a hollow hole formed on one side, a blade portion formed at an interval on the inner and outer sides of the contact portion, respectively, and a space portion disposed between the contact portion and the blade portion Porous electrode for energy storage device, characterized in that.
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