KR100416321B1 - Forming Method of Anode for Li Battery using Li Powder - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무산소 분위기 하에서 제조한 Li 분말을 분말의 특성을 잃지 않으면서 전성 및 연성 등의 기계적 성질을 상승시킴과 동시에 보다 다양한 성형능을 갖는 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a negative electrode for a Li battery using the Li powder prepared under an oxygen-free atmosphere, without increasing the mechanical properties such as malleability and ductility without losing the properties of the powder, and at the same time having Li powder having a more various forming ability.
상기 본 발명은 규격 및 비규격 전지캔의 형상에 대응하여 Li 음극을 형성하기 위한 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 성형방법에 있어서, 하부다이 및 내/외부몰드에 의해 외측면이 지지된 상기 전지캔에 음극재료인 Li 분말을 충진시키는 단계; 및 선단에 요철부를 구비한 상부다이의 가압로드를 프레싱하여 상기 Li 분말을 전지캔 내주면에 압착 성형함으로써 음극의 저면 내측에 상기 요철부에 대응하는 형상의 접촉면 확대부를 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention is a method for forming a negative electrode for a Li battery using a Li powder for forming a Li negative electrode corresponding to the shape of a standard and non-standard battery can, wherein the outer surface is supported by the lower die and the inner / outer mold Filling Li can as a negative electrode material into the can; And pressing the pressure rod of the upper die having the uneven portion at the tip to press-mold the Li powder to the inner circumferential surface of the battery can to form a contact surface enlargement portion having a shape corresponding to the uneven portion inside the bottom of the negative electrode. do.
Description
본 발명은 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 성형방법에 관한 것으로, 특히 무산소 분위기 하에서 제조한 Li 분말을 분말의 특성을 잃지 않으면서 전성 및 연성 등의 기계적 성질을 상승시킴과 동시에 보다 다양한 성형능을 갖는 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a negative electrode for a Li battery using Li powder, and in particular, the Li powder prepared under an oxygen-free atmosphere increases the mechanical properties such as malleability and ductility without losing the properties of the powder and at the same time provides more various molding capabilities. The manufacturing method of the negative electrode for Li batteries using the Li powder which has is provided.
일반적으로 Li계 1차 전지는 음극을 Li 잉곳으로부터 압출된 Li 포일을 다수회 권취한 "와운드형(wound type)"과, 1회 권취한 "보빈형(bobbin type)" 등으로 음극을 형성하고 있다.In general, a Li-based primary battery forms a negative electrode in a “wound type” in which a negative electrode is wound several times on a Li foil extruded from a Li ingot, and a “bobbin type” in which a negative electrode is wound once. have.
한편 Li 2차 전지의 경우에는 Li 이온 2차 전지와 Li 고분자 2차 전지로 나누어지는데, Li 고분자 2차 전지는 음극재료로 리튬금속 대신 카본계 물질을 사용하여 음극, 양극 및 분리막을 압착한 젤리롤 형태를 가진다.Meanwhile, Li secondary battery is divided into Li ion secondary battery and Li polymer secondary battery. Li polymer secondary battery uses a carbon-based material instead of lithium metal as a negative electrode material and compresses the negative electrode, the positive electrode and the separator. It has a roll shape.
이와 같은 Li계 전지는 장기 저장능이 우수하고 고전압이 가능하여 화재발생, 응급환자 등의 비상연락용 발신기의 전원으로 그 사용처가 확대되고 있으나, 고온 저장능이나, 순간 방전시 전압강하 등의 현상으로 인해 품질에 많은 문제가 발생하고 있다.Such Li-based batteries have excellent long-term storage capability and high voltage, and their use is expanding as a power source for emergency contact transmitters such as fire, emergency patients, etc., but due to high temperature storage capacity and voltage drop during instant discharge. There are many problems with the quality.
한편 최근 들어 이동성 전자 및 통신기기의 발달과 환경 및 에너지 문제 등으로 인하여 고용량의 Li 전지에 관한 필요성이 크게 대두되고 있으며, 특히 다양한 전지형태를 요구함에 따라 전지 소재의 성형능이 중요한 과제로 여겨지고 있다.On the other hand, in recent years due to the development of mobile electronics and communication devices, environmental and energy problems, the need for a high capacity Li battery has emerged, and in particular, as the demand for a variety of battery types, the molding ability of the battery material is considered to be an important problem.
그런데 종래의 Li 전지는 Li 음극이 Li 포일의 와운드형 또는 보빈 형상으로 이루어져 있으므로 이와 같이 다양한 전지형태에 대응할 수 있는 음극을 형성하는 것이 불가능하였다.However, in the conventional Li battery, since the Li negative electrode is formed in the shape of a wound or bobbin of Li foil, it is impossible to form a negative electrode capable of coping with various battery types.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은 무산소 분위기 하에서 제조한 Li 분말을 분말의 특성을 잃지 않으면서 전성 및 연성 등의 기계적 성질을 상승시킴과 동시에 다양한 규격 및 비규격 전지의 형상에 구애받지 않고 이에 대응하는 음극을 형성할 수 있는 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 성형방법을 제공하는데 있다.The first object of the present invention for solving the above problems is to increase the mechanical properties such as malleability and ductility of the Li powder prepared under an oxygen-free atmosphere without losing the properties of the powder and at the same time the shape of various standard and non-standard battery The present invention provides a method for forming a negative electrode for a Li battery using a Li powder capable of forming a negative electrode corresponding thereto regardless.
또한 본 발명의 제2 목적으로는 전지캔 내측에 음극을 연장 형성하여 전해액과의 접촉면을 넓혀 제반 전기화학적 특성을 향상시킬 수 있으며 동시에 상기 음극을 형성함과 동시에 전지캔 내측에 결합시켜 공정을 단순화시킬 수 있는 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 성형방법을 제공하는데 있다.In addition, the second object of the present invention is to extend the negative electrode inside the battery can to extend the contact surface with the electrolyte solution to improve the overall electrochemical characteristics and at the same time to form the negative electrode and to combine the inside of the battery can to simplify the process The present invention provides a method for forming a negative electrode for a Li battery using the Li powder.
도 1은 본 발명에 따른 Li 전지용 음극을 제조할 때 이용될 수 있는 프레스장치를 나타내는 개략 사시도,1 is a schematic perspective view showing a press apparatus that can be used when manufacturing a negative electrode for a Li battery according to the present invention;
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 Li 전지용 음극을 성형하기 전과 후의 프레스장치에 결합된 상태를 각각 나타내는 개략 단면도,Figure 2a and Figure 2b is a schematic cross-sectional view respectively showing a state coupled to the press apparatus before and after forming a negative electrode for a Li battery according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 Li 전지용 음극에 접촉면 확대부가 성형된 상태를 나타내는 개략 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a contact surface enlarged portion is molded in a negative electrode for a Li battery according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ** Explanation of Signs of Major Parts of Drawings *
10: 상부다이 10a: 가압로드10: upper die 10a: pressurizing rod
11: 요철부 13: 스토퍼11: uneven part 13: stopper
13a: 가이드 구멍 15a,15b: 내부몰드13a: guide hole 15a, 15b: inner mold
17: 외부몰드 17a: 삽입구멍17: outer mold 17a: insertion hole
19: 하부다이 19a: 고정홈19: lower die 19a: fixing groove
20: Li 분말 21,21a: 음극20: Li powder 21, 21a: negative electrode
23 접촉면 확대부 30: 전지캔23 Contact surface enlarged portion 30: Battery can
30a: 중공부30a: hollow part
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 규격 및 비규격 전지캔의 형상에 대응하여 Li 음극을 형성하기 위한 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 성형방법에 있어서, 하부다이 및 내/외부몰드에 의해 외측면이 지지된 상기 전지캔에 음극재료인 Li 분말을 충진시키는 단계; 및 선단에 요철부를 구비한 상부다이의 가압로드를 프레싱하여 상기 Li 분말을 전지캔 내주면에 압착 성형함으로써 음극의 저면 내측에 상기 요철부에 대응하는 형상의 접촉면 확대부를 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 성형방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for forming a negative electrode for a Li battery using a Li powder for forming a Li negative electrode corresponding to the shape of a standard and non-standard battery can, the lower die and the inner / outer mold Filling Li powder, which is a negative electrode material, into the battery can supported on an outer surface thereof; And pressing the pressure rod of the upper die having the uneven portion at the tip to press-mold the Li powder to the inner circumferential surface of the battery can to form a contact surface enlargement portion having a shape corresponding to the uneven portion inside the bottom of the negative electrode. Provided is a method for forming a negative electrode for a Li battery using Li powder.
이 경우 상기 전지캔 상부에 삽입되는 가이드 돌기를 하부에 구비하고, 상기 가압로드를 프레싱하기 전에 상기 내/외부몰드의 상면에 안착되는 스토퍼를 배치하는것이 바람직하다.In this case, it is preferable to have a guide protrusion inserted into the upper portion of the battery can at the bottom and to place a stopper seated on the upper surface of the inner / outer mold before pressing the pressure rod.
따라서 다양한 기기 및 장치에 부합되는 형상으로 이루어진 Li 전지캔의 형상에 구애받지 않고 용이하게 Li 전지용 음극을 성형할 수 있다.Therefore, the Li battery negative electrode can be easily formed regardless of the shape of the Li battery can having a shape corresponding to various devices and devices.
(실시예)(Example)
이하에 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 따른 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 성형방법을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of forming a negative electrode for a Li battery using Li powder according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부된 도 1은 본 발명에 따른 Li 전지용 음극을 제조할 때 이용될 수 있는 프레스장치를 나타내는 개략 사시도, 도 2a 및 도 2b는 도 1에 나타낸 프레스장치에 의해 Li 분말이 성형되는 상태를 나타내는 개략 단면도이다.1 is a schematic perspective view showing a press apparatus that can be used when manufacturing a negative electrode for a Li battery according to the present invention. FIGS. 2A and 2B are schematic views showing a state in which Li powder is molded by the press apparatus shown in FIG. It is a cross section.
먼저 도 1과 같이 하부다이(19)에 외부몰드(17)를 안착시킨 후, 예를 들어 내측에 중공부(30a)를 갖고 상부가 개방된 원통형 전지캔(30)을 상호 대응 형성된 한 쌍의 내부몰드(15a,15b)의 안착홈(16a,16b)에 지지된 상태로 내부몰드(15a,15b)와 함께 상기 외부몰드(17)의 삽입구멍(17a)에 삽입시킨다.First, as shown in FIG. 1, the outer mold 17 is seated on the lower die 19, and then, for example, a pair of cylindrical battery cans 30 having a hollow portion 30a therein and having an open upper portion correspond to each other. It is inserted into the insertion hole 17a of the outer mold 17 together with the inner molds 15a and 15b while being supported by the mounting grooves 16a and 16b of the inner molds 15a and 15b.
이때 상기 전지캔(30)은 상기 하부다이(19)의 고정홈(19a)에 하단을 삽입하여 고정시킨다.In this case, the battery can 30 is fixed by inserting a lower end into the fixing groove 19a of the lower die 19.
그 후, 상기 전지캔(30)의 상부에는 하기에 설명하는 가압공정 시 전지캔(30)의 중공부(30a)에 충진되는 Li 분말(20)이 외부로 넘치는 것을 방지하여 고른 압력으로 성형된 Li 음극(21)을 제조하기 위해 상기 전지캔(30)의 상부에 삽입되는 가이드 돌기(13b)를 구비한 스토퍼(13)가 위치 설정된다.Thereafter, the upper portion of the battery can 30 is formed at an even pressure to prevent the Li powder 20 filled in the hollow portion 30a of the battery can 30 from overflowing to the outside during the pressurizing process described below. A stopper 13 having a guide protrusion 13b inserted into the upper portion of the battery can 30 for manufacturing the Li anode 21 is positioned.
이 경우 상기 가이드 돌기(13b)의 길이는 성형되는 Li 음극(21)의 높이에 따라 결정되는 것이 바람직하다.In this case, the length of the guide protrusion 13b is preferably determined according to the height of the Li cathode 21 to be molded.
이어서 도 2a와 같이 미리 설정된 Li 분말(20) 일정량, 예를 들면 AA 크기의 Li/SOCl21차 전지의 경우 0.75g의 Li 분말을 전지캔의 중공부(30a)에 충진시킨 후, 가압로드(10a)가 약 50kgf/cm2정도의 압력으로 가이드 구멍(13a)을 따라 전지캔의 중공부(30a)로 삽입되도록 상부다이(10)를 하방향으로 구동하여 시킨다.Subsequently, as shown in FIG. 2A, a predetermined amount of Li powder 20, for example, an AA size Li / SOCl 2 primary battery is filled with 0.75 g of Li powder in the hollow portion 30a of the battery can, and then pressurized rod. The upper die 10 is driven downward so that 10a is inserted into the hollow portion 30a of the battery can along the guide hole 13a at a pressure of about 50 kgf / cm 2 .
이에 따라 도 2b와 같이 상기 Li 분말(20)은 전지캔(30)의 내주부에 Li 음극(21)으로 압착 성형된다.Accordingly, as shown in FIG. 2B, the Li powder 20 is press-molded by the Li anode 21 on the inner circumference of the battery can 30.
이때 Li 음극(21)의 최종 두께는 전지 형상 및 그 종류에 따라 내부몰드(15a,15b)의 형상을 변경함에 따라 제어될 수 있으며, 이에 따라 상기 전지캔(30)에 충진되는 Li 분말의 양과 프레싱 압력도 변경 설정하는 것이 바람직하다.At this time, the final thickness of the Li anode 21 can be controlled by changing the shape of the inner mold (15a, 15b) according to the shape of the battery and its type, and thus the amount of Li powder filled in the battery can 30 It is preferable to change and set the pressing pressure.
특히 유압프레스의 압력은 압착 성형된 Li 분말음극의 최종밀도에 영향을 주어 궁극적으로 전지 특성에 영향을 주게되며, 일반적인 경우, 작은 압력 값이 분말의 특성을 더 잘 표현할 수 있으나 이 경우 소결된 Li의 기계적 성질이 떨어지므로 이를 적절히 조화시켜야 한다.In particular, the pressure of the hydraulic press affects the final density of the press-formed Li powder cathode, which ultimately affects the battery characteristics. In general, a small pressure value may better express the characteristics of the powder, but in this case, the sintered Li Its mechanical properties are poor, so it must be balanced accordingly.
또한 도 3과 같이 상부다이의 가압로드(10a)에 다양한 형상 예를 들면 요철부(11) 등을 형성하여 상기 Li 분말(20)을 가압시킬 경우 도 3과 같이 Li 음극(21a) 저면에 접촉면 확대부(23)가 돌설됨에 따라 전해액과의 접촉면을 넓힐 수 있으며 반응성을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 Li 전지의 장기저장능과 순간 고율방전, 방전시의 전압강하 등 제반 전기화학적 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, as shown in FIG. 3, when pressing the Li powder 20 by forming various shapes, for example, the uneven part 11 or the like, on the pressing rod 10a of the upper die, the contact surface on the bottom surface of the Li cathode 21a is shown in FIG. 3. As the enlarged part 23 protrudes, the contact surface with the electrolyte can be widened and the reactivity can be improved, thereby improving the overall electrochemical characteristics such as long-term storage capacity of the Li battery, instantaneous high rate discharge, and voltage drop during discharge. Can be.
더욱이, 이제까지의 Li 전지는 전지캔(30) 내주부의 옆면에만 Li 음극을 부착하였으나 본 발명의 경우 전지캔(30)의 밑바닥까지의 Li 음극을 연장하여 부착함으로서 전체 반응 표면적이 증대됨에 따라 Li 전지의 효율성을 증대시킬 수 있다.Moreover, Li batteries so far have been attached to the Li negative electrode only on the side of the inner periphery of the battery can 30, in the case of the present invention by extending the Li negative electrode to the bottom of the battery can 30, the total reaction surface area is increased as Li The efficiency of the battery can be increased.
상기한 바와 같은 본 발명은 Li 음극과 전해액과의 접촉면적을 확대함에 따라 반응성을 향상시킴으로써 장기 저장능과 순간 고율방전 및 방전시의 전압강하 등 제반 전기화학적 특성을 향상시킬 수 있으며, 아울러 분말로 이루어지는 Li 금속을 가압공정에 의해 전지캔의 내주면을 따라 압착 결합된 상태로 성형됨에 따라 다양한 기기 및 장치에 부합되는 형상으로 이루어지는 Li 전지캔의 형상에 구애받지 않고 용이하게 Li 전지용 음극을 성형할 수 있은 이점이 있다.As described above, the present invention improves the reactivity as the contact area between the Li anode and the electrolyte is increased, thereby improving overall electrochemical characteristics such as long-term storage capacity and voltage drop during instantaneous high rate discharge and discharge. As the formed Li metal is press-bonded along the inner circumferential surface of the battery can by the pressing process, the negative electrode for the Li battery can be easily formed regardless of the shape of the Li battery can having a shape that matches various devices and devices. There is an advantage.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.In the above, the present invention has been illustrated and described with reference to specific preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention is not limited to the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible by those who have the same.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20080115 Year of fee payment: 5 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |