KR100447792B1 - A lithium electrode dispersed in porous 3-dimensional current collector, its fabrication method and lithium battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다공성의 3차원 집전체에 분산되어 있는 리튬 또는 리튬 합금을 포함하는 리튬 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium electrode comprising lithium or a lithium alloy dispersed in a porous three-dimensional current collector, a manufacturing method thereof and a lithium battery comprising the same.

Description

다공성의 3차원 집전체를 이용한 리튬전극, 그 제조방법 및 리튬전지{A LITHIUM ELECTRODE DISPERSED IN POROUS 3-DIMENSIONAL CURRENT COLLECTOR, ITS FABRICATION METHOD AND LITHIUM BATTERY COMPRISING THE SAME}Lithium electrode using porous three-dimensional current collector, manufacturing method and lithium battery {A LITHIUM ELECTRODE DISPERSED IN POROUS 3-DIMENSIONAL CURRENT COLLECTOR, ITS FABRICATION METHOD AND LITHIUM BATTERY COMPRISING THE SAME}

리튬전지는 재충전 여부에 따라 리튬 일차전지와 리튬 이차전지로 대별할 수 있는 바, 리튬 일차전지의 경우 음극으로 리튬을 사용하고 양극의 종류에 따라서 Li-MnO2, Li-(CF)n, Li-SOCl2등으로 나누어지며, 이들은 현재 상용화되어 있다(J. O. Besenhard, Handbook of Battery Materials, WILEY-VCH, Weinheim (1999)). 그러나, 리튬일차전지는 리튬 전극의 국부적인 용해반응에 의한 전위분포의 불균일화가 일어나 전극의 이용율이 저하되는 단점이 있다.Lithium batteries can be classified into lithium primary batteries and lithium secondary batteries according to whether they are recharged. In the case of lithium primary batteries, lithium is used as a negative electrode, and Li-MnO 2 , Li- (CF) n , Li, depending on the type of positive electrode. -SOCl 2 and the like, which are currently commercially available (JO Besenhard, Handbook of Battery Materials, WILEY-VCH, Weinheim (1999)). However, the lithium primary battery has a disadvantage in that the dislocation of the potential distribution due to the local dissolution reaction of the lithium electrode occurs and the utilization rate of the electrode is lowered.

한편, 리튬이차전지의 경우, 음극으로 탄소계 물질을 사용하고 양극으로 LiCoO2또는 LiMn2O4를 사용하는 전지가 현재 상용화되었으나, 전지의 에너지 밀도를높이기 위한 리튬 음극에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다(D. Linden, Handbook of Batteries, McGRAW-HILL INC., New York (1995)).Meanwhile, in the case of a lithium secondary battery, a carbon-based material is used as a negative electrode and LiCoO is used as a positive electrode.2or LiMn2O4Although a battery using a commercially available is currently a lot of research on the lithium negative electrode to increase the energy density of the battery (D. Linden, Handbook of Batteries, McGRAW-HILL INC., New York (1995)).

리튬 전극은 이론적 용량이 3,860 mAh/g으로 매우 높지만 충방전 효율이 낮고 충전시 리튬 전극 표면에 수지상(dendrite)이 석출되며, 이러한 수지상은 내부 단락을 일으켜서 폭발의 위험성이 있다. 근래 이러한 문제점을 해결하기 위해 전해액 중에 첨가물을 첨가하여 충방전 효율을 증대시키고 리튬 석출형태를 변화시키는 연구, Ni과 Cu 등의 금속 미립자를 혼합하는 연구, 리튬 합금 조성물을 변화시키는 연구 등으로 상기의 문제점을 해결하려는 시도가 이루어지고 있으나(제35회 전지토론회 강연요지집 103(1994), 제36회 전지토론회 강연요지집 147(1995), J. O. Besenhard, Handbook of Battery Materials, WILEY-VCH, Weinheim (1999)), 아직까지 별다른 해결책이 제시되고 있지 않다.The lithium electrode has a very high theoretical capacity of 3,860 mAh / g, but the charge and discharge efficiency is low, and dendrite precipitates on the surface of the lithium electrode during charging, and this resin phase causes an internal short circuit, which may cause an explosion. Recently, in order to solve these problems, the addition of additives in the electrolyte solution to increase the charge and discharge efficiency, to change the lithium deposition form, the study of mixing the metal fine particles such as Ni and Cu, the study of changing the lithium alloy composition, etc. Attempts have been made to resolve the problem (35th Battery Discussion Abstracts Collection 103 (1994), 36th Battery Discussion Abstracts Collection 147 (1995), JO Besenhard, Handbook of Battery Materials, WILEY-VCH, Weinheim (1999)). ), There is no solution yet.

본 발명은 다공성의 3차원 집전체를 이용한 리튬 전극, 그 제조 방법 및 상기 리튬전극을 포함하는 리튬 전지에 관한 것으로, 다공성 3차원 집전체의 기공 내에 리튬 또는 리튬 합금이 분산되어 있는 리튬 전극, 그 제조 방법 및 상기 리튬 전극을 포함하는 리튬 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium electrode using a porous three-dimensional current collector, a method of manufacturing the same and a lithium battery including the lithium electrode, a lithium electrode in which lithium or lithium alloy is dispersed in the pores of the porous three-dimensional current collector, the It relates to a manufacturing method and a lithium battery comprising the lithium electrode.

도 1은 본 발명의 리튬전극의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a lithium electrode of the present invention.

도 2는 실시예 1-5에서 얻어진 본 발명의 리튬 이차전지와 비교예 1에서 얻어진 리튬 이차전지를 사용한 전극 용량 및 싸이클 특성의 시험 결과를 도시한 그래프이다.2 is a graph showing test results of electrode capacity and cycle characteristics using the lithium secondary battery of the present invention obtained in Example 1-5 and the lithium secondary battery obtained in Comparative Example 1. FIG.

도 3은 실시예 1에서 얻어진 본 발명의 리튬 이차전지와 및 비교예 1에서 얻어진 리튬 이차전지를 사용한 고율 방전 특성의 시험 결과를 도시한 그래프이다.3 is a graph showing test results of high rate discharge characteristics using the lithium secondary battery of the present invention obtained in Example 1 and the lithium secondary battery obtained in Comparative Example 1. FIG.

도 4는 실시예 6에서 얻어진 본 발명의 리튬일차전지와 비교예 2에서 얻어진 리튬 일차전지를 사용한 고율 방전 특성의 시험 결과를 도시한 그래프이다.4 is a graph showing test results of high rate discharge characteristics using the lithium primary battery of the present invention obtained in Example 6 and the lithium primary battery obtained in Comparative Example 2. FIG.

발명의 요약Summary of the Invention

본 발명의 목적은 전극의 이용율 및 싸이클 수명이 증대되고, 고율 충방전 특성이 향상된 새로운 리튬 전극을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a novel lithium electrode with improved electrode utilization and cycle life and improved high rate charge and discharge characteristics.

본 발명의 또 다른 목적은 다공성의 집전체 기공 내에 리튬 또는 리튬 합금이 분산되어 있어 새로운 형태의 리튬 전극을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a new type of lithium electrode in which lithium or lithium alloy is dispersed in porous current collector pores.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 리튬 전극을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the lithium electrode.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 리튬 전극을 포함하는 리튬 전지를 제공하는것이다.Still another object of the present invention is to provide a lithium battery including the lithium electrode.

발명의 상세한 설명Detailed description of the invention

본 발명은 다공성의 3차원 집전체를 이용한 리튬 전극, 그 제조방법 및 이를 이용한 리튬 전지에 관한 것으로, 집전체의 기공 내에 리튬 또는 리튬합금을 전기 도금법, 용융법, 박막 제조기술, 입자 페이스트 충진법으로 균일하게 충진시키고, 필요에 따라서, 압착을 하여 리튬 또는 리튬 합금이 3차원 집전체의 기공 내에 균일하게 분포되어 있는 리튬 전극을 제조함으로써, 리튬 전극의 전도도를 증대시키고, 전극 표면의 전위 분포도를 일정하게 유지시켜 줌으로써 리튬의 이용률 및 싸이클 수명을 증대시키고 고율 충방전 특성을 향상시킨 다공성의 3차원 집전체를 이용한 리튬 전극, 그 제조방법 및 이를 이용한 리튬전지에 관한 것으로, 본 발명을 자세히 설명하면 다음과 같다.The present invention relates to a lithium electrode using a porous three-dimensional current collector, a method of manufacturing the same and a lithium battery using the same, electroplating, melting, thin film manufacturing technology, particle paste filling method of lithium or lithium alloy in the pores of the current collector The lithium electrode is uniformly filled with lithium, and is pressed as necessary to produce a lithium electrode in which lithium or a lithium alloy is uniformly distributed in the pores of the three-dimensional current collector, thereby increasing the conductivity of the lithium electrode and increasing the potential distribution of the electrode surface. The present invention relates to a lithium electrode using a porous three-dimensional current collector, a method of manufacturing the same, and a lithium battery using the same by increasing the utilization and cycle life of lithium and improving high rate charge / discharge characteristics by keeping it constant. As follows.

도 1은 본 발명의 리튬 전극(100)의 단면도를 도시한 것으로서, 리튬 또는 리튬 합금(101)이 다공성 집전체(102)의 기공내에 균일하게 분포되어 있는 것을 나타낸다. 다공성 집전체(102)의 재질로 사용될 수 있는 금속의 예로는 Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, Ir, Al, Sn, Bi, Si, Sb 또는 이들의 합금을 들 수 있으나, 다공성을 유지할 수 있으면 특별히 제한되지 않는다. 리튬 또는 리튬 합금(101) 이외의 다른 금속이 상기 다공성 집전체에 추가로 포함될 수 있으며, 그 예로는 Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, Ir, Al, Sn, Bi, Si, Sb 또는 이들의 합금을 들 수 있다.1 is a cross-sectional view of the lithium electrode 100 of the present invention, showing that the lithium or lithium alloy 101 is uniformly distributed in the pores of the porous current collector 102. Examples of the metal that can be used as the material of the porous current collector 102 include Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, Ir, Al, Sn, Bi, Si, Sb or an alloy thereof may be mentioned, but is not particularly limited as long as it can maintain porosity. Metals other than lithium or lithium alloy 101 may be further included in the porous current collector, for example Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, Ir, Al, Sn, Bi, Si, Sb or alloys thereof.

전극 제조 방법을 구체적으로 살펴보면, 다공성의 3차원 집전체의 기공내에리튬 또는 리튬 합금을 전기 도금법, 용융법, 박막 제조기술로 형성하거나 리튬 입자를 페이스트 도포 방식으로 집전체 기공 내에 균일하게 충진시킨다. 이 때, "박막제조기술"이라 함은 수분이 없는 분위기 하에서 물리적으로 증착하는 기술을 말하며, 이러한 박막제조기술의 예로는 가열 증착법, 전자선 증착법, 이온선 증착법, 스퍼터링법, 아크 증착법 및 레이저 어블레이션 증착법 등을 들 수 있다. 페이스트 도포 방식은 리튬 또는 리튬 합금 입자와 용매를 페이스트화 하여 도포하거나, 리튬 입자와 PVdF 등의 결합제를 용매와 혼합하여 페이스트화하여 도포한다. 또한 필요한 경우 압착을 실시하여 고밀도의 리튬 전극을 제조할 수 있다. "압착"이라 함은 압력을 가해 고밀도화하는 것을 말하며, 압착에 사용되는 수단으로는 롤프레스 또는 판상프레스를 들 수 있으며, 이 때 가해지는 압력은 통상 10 kg/cm2- 100 ton/cm2이다.Looking at the electrode manufacturing method in detail, the lithium or lithium alloy in the pores of the porous three-dimensional current collector is formed by electroplating, melting, thin film manufacturing technology or the lithium particles are uniformly filled in the current collector pores by a paste coating method. In this case, the "thin film manufacturing technique" refers to a technique for physically depositing in an atmosphere without moisture, and examples of the thin film manufacturing technique are heat deposition, electron beam deposition, ion beam deposition, sputtering, arc deposition, and laser ablation. Vapor deposition method, and the like. In the paste coating method, lithium or lithium alloy particles and a solvent are paste-coated, or a binder such as lithium particles and PVdF is mixed with a solvent and paste-coated. In addition, it is possible to produce a high-density lithium electrode by pressing if necessary. The term "crimp" also refers to applying pressure higher density, the means used for compression may be a roll press or a plate press, where the applied pressure is usually 10 kg / cm 2 - a 100 ton / cm 2 .

리튬 또는 리튬 합금의 도포시 금속을 함께 형성시킬 수 있으며,이 경우, 사용 가능한 금속의 예로는 Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, Ir, Al, Sn, Bi, Si, Sb 또는 이들의 합금을 들 수 있다.Metals can be formed together when the lithium or lithium alloy is applied. In this case , examples of the metals that can be used include Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, Ir, Al, Sn, Bi, Si, Sb or alloys thereof.

본 발명의 특징은 원하는 종류의 금속이나 합금을 다공성 3차원 집전체의 기공 내에 자유롭게 피복하거나 충진할 수 있다는 장점과 외부의 오염없이 순수한 리튬 및/또는 금속 복합체를 피복하거나 충진할 수 있으며, 피복 속도를 자유롭게 조절하여 리튬-금속의 조성, 피막의 균일성, 피복 두께 및 피복 시간을 조절할 수 있는 장점이 있다.A feature of the present invention is that the desired type of metal or alloy can be freely coated or filled in the pores of the porous three-dimensional current collector, and the pure lithium and / or metal composite can be coated or filled without external contamination, and the coating speed By freely controlling the composition of the lithium-metal, uniformity of the coating, coating thickness and coating time has the advantage that can be adjusted.

본 발명의 리튬 전극은 전극의 전기 전도성이 향상되어 전류 및 전위분포도가 일정하게 되어 국부적인 과충전 반응을 억제하게 되므로 전극의 이용율 및 싸이클 수명이 증대되며, 전극층이 다공성이기 때문에 리튬의 이동속도를 저하시키지 않는 장점이 있으며, 특히 대형 전지에는 그 효과가 증대하게 된다.In the lithium electrode of the present invention, the electrical conductivity of the electrode is improved, so that the current and potential distribution are constant to suppress local overcharge reactions, thereby increasing the utilization rate and cycle life of the electrode, and decreasing the movement speed of lithium because the electrode layer is porous. There is an advantage not to do, especially the effect is increased in large batteries.

본 발명의 리튬 전극은 리튬 일차전지 및 리튬 이차전지를 포함한 다양한 리튬 전지의 제조에 널리 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 리튬 전극과 MnO2, (CF)n또는 SOCl2를 양극으로 사용한 리튬 일차전지, 본 발명의 리튬 전극과 LiCoO2, LiNiO2, LiNiCoO2, LiMn2O4, V2O5또는 V6O13등을 양극으로 사용한 리튬 이차전지를 들 수 있다. 또한, 본 발명의 리튬 전극은 리튬 이차전지 중에서 PP(폴리프로필렌), PE(폴리에틸렌) 등의 분리막을 사용한 리튬이온전지, 고분자 전해질을 사용하는 리튬 고분자 전지, 및 고체전해질을 사용하는 전고체형 리튬 전지의 음극으로 사용될 수 있다는 장점이 있다.The lithium electrode of the present invention can be widely used in the manufacture of various lithium batteries, including lithium primary battery and lithium secondary battery. For example, a lithium primary battery using the lithium electrode of the present invention and MnO 2 , (CF) n or SOCl 2 as a positive electrode, the lithium electrode of the present invention and LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , V 2 O 5 or V 6 O 13, etc. may be mentioned lithium secondary battery using the positive electrode. In addition, the lithium electrode of the present invention is a lithium ion battery using a separator such as PP (polypropylene), PE (polyethylene) in the lithium secondary battery, a lithium polymer battery using a polymer electrolyte, and an all-solid-type lithium battery using a solid electrolyte There is an advantage that can be used as the cathode of.

다음의 실시예들은 본 발명의 리튬 전극의 제조 및 이를 이용한 리튬 전지의 제조 및 리튬 전지의 우수성을 보다 구체적으로 설명할 것이나, 이들 실시예는 본 발명의 예시에 불과할 뿐 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.The following examples will explain in more detail the manufacturing of the lithium electrode of the present invention, the manufacturing of a lithium battery using the same, and the superiority of the lithium battery, but these examples are merely illustrative of the present invention, and the scope of the present invention is the practice of these. It is not limited to the example.

실시예 1Example 1

전기도금법으로 제조한 다공성 3차원 구리 집전체의 기공 내에 전기도금법으로 리튬을 20 ㎛ 정도 피복시켜 리튬 전극을 제조하였다. LiCoO25.7 g, AB(아세틸렌 블랙) 0.6 g, PVdF 0.4 g을 NMP 및 아세톤에 첨가하고, 적당한 점도가 얻어졌을 때 알루미늄 박판 위에 캐스팅하여 건조시킨 후 압연하여 얻어진 양극을 이용하여, 상기 리튬 전극, PP 분리막, 상기 양극을 순차 적층하여 구성하고, 1M LiPF6가 용해된 PC:EMC 용액을 주입하여 리튬 전지를 제조하였다.Lithium electrodes were prepared by covering about 20 μm of lithium by electroplating in pores of the porous three-dimensional copper current collector manufactured by electroplating. 5.7 g of LiCoO 2 , 0.6 g of AB (acetylene black) and 0.4 g of PVdF were added to NMP and acetone, and when the appropriate viscosity was obtained, the lithium electrode, A PP separator and the positive electrode were sequentially stacked, and a lithium battery was prepared by injecting a PC: EMC solution in which 1M LiPF 6 was dissolved.

실시예 2Example 2

전기도금법으로 제조한 다공성 3차원 니켈 집전체의 기공 내에 전기도금법으로 리튬을 20 ㎛ 정도 피복시켜 리튬 전극을 제조하였다. LiCoO25.7 g, AB(아세틸렌 블랙) 0.6 g, PVdF 0.4 g을 NMP 및 아세톤에 첨가하고, 적당한 점도가 얻어졌을 때 알루미늄 박판 위에 캐스팅하여 건조시킨 후 압연하여 얻어진 양극을 이용하여, 상기 리튬 전극, PP 분리막, 상기 양극을 순차 적층하여 구성하고, 1M LiPF6가 용해된 PC:EMC 용액을 주입하여 리튬 전지를 제조하였다.Lithium electrodes were prepared by covering about 20 μm of lithium by electroplating in pores of the porous three-dimensional nickel current collector manufactured by electroplating. 5.7 g of LiCoO 2 , 0.6 g of AB (acetylene black) and 0.4 g of PVdF were added to NMP and acetone, and when the appropriate viscosity was obtained, the lithium electrode, A PP separator and the positive electrode were sequentially stacked, and a lithium battery was prepared by injecting a PC: EMC solution in which 1M LiPF 6 was dissolved.

실시예 3Example 3

전기도금법으로 제조한 다공성 3차원 은 집전체 상에 수 ㎛의 리튬입자와 결합제 PVdF가 용해된 NMP 용액을 혼합하여 페이스트화한 것을 도포하여 충진시킨 후, 건조, 압연의 과정을 거쳐 리튬전극을 제조하였다. LiCoO25.7 g, AB(아세틸렌 블랙) 0.6 g, PVdF 0.4 g을 NMP 및 아세톤에 첨가하고, 적당한 점도가 얻어졌을 때 알루미늄 박판 위에 캐스팅하여 건조시킨 후 압연하여 얻어진 양극을 이용하여, 상기 리튬 전극, PP 분리막, 상기 양극을 순차 적층하여 구성하고, 1M LiPF6가 용해된 PC:EMC 용액을 주입하여 리튬 전지를 제조하였다.Porous three-dimensional silver prepared by electroplating was applied by filling a paste prepared by mixing a lithium microparticle of several μm and a binder PVdF dissolved therein, followed by drying and rolling to prepare a lithium electrode. It was. 5.7 g of LiCoO 2 , 0.6 g of AB (acetylene black) and 0.4 g of PVdF were added to NMP and acetone, and when the appropriate viscosity was obtained, the lithium electrode, A PP separator and the positive electrode were sequentially stacked, and a lithium battery was prepared by injecting a PC: EMC solution in which 1M LiPF 6 was dissolved.

실시예 4Example 4

무전해도금법으로 제조한 다공성 3차원 구리 집전체의 기공 내에 진공증착법으로 리튬을 20 ㎛ 정도 피복시켜 리튬 전극을 제조하였다. LiCoO25.7 g, AB(아세틸렌 블랙) 0.6 g, PVdF 0.4 g을 NMP 및 아세톤에 첨가하고, 적당한 점도가 얻어졌을 때 알루미늄 박판 위에 캐스팅하여 건조시킨 후 압연하여 얻어진 양극을 이용하여, 상기 리튬 전극, PP 분리막, 상기 양극을 순차 적층하여 구성하고, 1M LiPF6가 용해된 PC:EMC 용액을 주입하여 리튬 전지를 제조하였다.Lithium electrodes were prepared by coating lithium by about 20 μm by vacuum deposition in pores of the porous three-dimensional copper current collector manufactured by electroless plating. 5.7 g of LiCoO 2 , 0.6 g of AB (acetylene black) and 0.4 g of PVdF were added to NMP and acetone, and when the appropriate viscosity was obtained, the lithium electrode, A PP separator and the positive electrode were sequentially stacked, and a lithium battery was prepared by injecting a PC: EMC solution in which 1M LiPF 6 was dissolved.

실시예 5Example 5

전기도금법으로 제조한 다공성 3차원 구리 집전체의 기공 내에 용융법으로리튬을 20 ㎛ 정도 피복시켜 리튬 전극을 제조하였다. LiCoO25.7 g, AB(아세틸렌 블랙) 0.6 g, PVdF 0.4 g을 NMP 및 아세톤에 첨가하고, 적당한 점도가 얻어졌을 때 알루미늄 박판 위에 캐스팅하여 건조시킨 후 압연하여 얻어진 양극을 이용하여, 상기 리튬 전극, PP 분리막, 상기 양극을 순차 적층하여 구성하고, 1M LiPF6가 용해된 PC:EMC 용액을 주입하여 리튬 전지를 제조하였다.Lithium electrodes were prepared by coating lithium by about 20 μm in the pores of the porous three-dimensional copper current collector manufactured by electroplating by melting. 5.7 g of LiCoO 2 , 0.6 g of AB (acetylene black) and 0.4 g of PVdF were added to NMP and acetone, and when the appropriate viscosity was obtained, the lithium electrode, A PP separator and the positive electrode were sequentially stacked, and a lithium battery was prepared by injecting a PC: EMC solution in which 1M LiPF 6 was dissolved.

실시예 6Example 6

전기도금법으로 제조한 다공성 3차원 구리 집전체의 기공 내에 전기 도금법으로 리튬을 20 ㎛ 정도 피복시켜 리튬 전극을 제조하였다. MnO25.7 g, AB 0.6 g, PVdF 0.4 g을 NMP 및 아세톤에 첨가하고, 적당한 점도가 얻어졌을 때 알루미늄 박판 위에 캐스팅하여 건조시킨 후 압연하여 얻어진 MnO2양극을 이용하여, 상기 리튬 전극, PP 분리막, 상기 MnO2양극을 적층하여 구성하고, 1M LiPF6가 용해된 PC:EMC 용액을 주입하여 얻었다.Lithium electrodes were prepared by covering about 20 μm of lithium by electroplating in pores of the porous three-dimensional copper current collector manufactured by electroplating. 5.7 g of MnO 2 , 0.6 g of AB, and 0.4 g of PVdF were added to NMP and acetone, and when the appropriate viscosity was obtained, the MnO 2 anode obtained by casting, drying and rolling on an aluminum sheet was rolled. The MnO 2 anodes were laminated to form a PC: EMC solution in which 1M LiPF 6 was dissolved.

비교예 1Comparative Example 1

확장된 구리 박판 위에 100 ㎛ 두께의 리튬 박판을 80 ㎛ 두께로 압착하여 리튬 음극을 제조하였다. LiCoO25.7 g, AB(아세틸렌 블랙) 0.6 g, PVdF 0.4 g을 NMP 및 아세톤에 첨가하고, 적당한 점도가 얻어졌을 때 알루미늄 박판 위에 캐스팅하여 건조시킨 후 압연하여 양극을 제조하였다. 얻어진 리튬 전극, PP 분리막, LiCoO2양극을 적층하여 구성하고, 1M LiPF6가 용해된 PC:EMC 용액을 주입하여 리튬이차전지를 얻었다.A lithium negative electrode was prepared by pressing a 100 μm thick lithium plate on an expanded copper plate to 80 μm thick. 5.7 g of LiCoO 2 , 0.6 g of AB (acetylene black) and 0.4 g of PVdF were added to NMP and acetone, and when appropriate viscosity was obtained, cast on aluminum sheet, dried and rolled to prepare a positive electrode. The obtained lithium electrode, the PP separator, and the LiCoO 2 positive electrode were laminated | stacked, and the PC: EMC solution which melt | dissolved 1M LiPF 6 was inject | poured, and the lithium secondary battery was obtained.

비교예 2Comparative Example 2

구리 박판 위에 리튬 박판을 50 ㎛ 두께로 압착하여 리튬 음극을 제조하였다. MnO25.7 g, AB(아세틸렌 블랙) 0.6 g, PVdF 0.4 g을 NMP 및 아세톤에 첨가하고, 적당한 점도가 얻어졌을 때 알루미늄 박판 위에 캐스팅하여 건조시킨 후 압연하여 양극을 제조하였다. 얻어진 리튬 전극, PP 분리막, MnO2양극을 적층하여 구성하고, 1M LiPF6가 용해된 PC:EMC 용액을 주입하여 리튬 일차전지를 얻었다.The lithium thin plate was pressed to a thickness of 50 μm on the copper thin plate to prepare a lithium negative electrode. 5.7 g of MnO 2 , 0.6 g of AB (acetylene black) and 0.4 g of PVdF were added to NMP and acetone. The obtained lithium electrode, the PP separator, and the MnO 2 positive electrode were laminated, and the PC: EMC solution in which 1M LiPF 6 was dissolved was injected to obtain a lithium primary battery.

실시예 7Example 7

실시예 1-5에서 제조한 리튬 이차전지와 비교예 1에서 얻어진 리튬 이차전지의 전극용량 및 수명 특성(충방전율 C/2)을 측정하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 리튬전극을 포함하는 리튬전지는 계속적인 충방전에도 안정한 방전 용량을 나타내었으며, 종래의 리튬 전지에 비해 향상된 수명 특성을 나타내었다.The electrode capacity and lifespan characteristics (charge / discharge rate C / 2) of the lithium secondary battery prepared in Example 1-5 and the lithium secondary battery obtained in Comparative Example 1 were measured, and the results are shown in FIG. 2. As can be seen in Figure 2, the lithium battery including the lithium electrode of the present invention showed a stable discharge capacity even in the continuous charging and discharging, and showed improved life characteristics compared to the conventional lithium battery.

실시예 8Example 8

실시예 1에서 제조한 본 발명의 리튬 이차전지와 비교예1에서 제조한 리튬이차전지의 고율 방전 특성을 측정하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3은 본 발명의 리튬전극을 포함하는 리튬전지가 비교예1에서 얻어진 리튬 전지에 비해 현저히 우수한 고율 방전 특성을 나타냄을 보여준다.The high rate discharge characteristics of the lithium secondary battery of the present invention prepared in Example 1 and the lithium secondary battery prepared in Comparative Example 1 were measured, and the results are shown in FIG. 3. Figure 3 shows that the lithium battery including the lithium electrode of the present invention exhibits a significantly higher rate of discharge characteristics than the lithium battery obtained in Comparative Example 1.

실시예 9Example 9

실시예 6에서 얻어진 리튬 일차전지와 비교예 2에서 얻어진 리튬 일차전지의 고율 방전 특성을 측정하였으며(도 4), 본 발명의 리튬 전극을 포함하는 리튬 일차전지가 비교예 2에서 얻어진 종래의 리튬일차전지에 비해 현저히 우수한 방전 특성을 나타내었다.The high-rate discharge characteristics of the lithium primary battery obtained in Example 6 and the lithium primary battery obtained in Comparative Example 2 were measured (FIG. 4), and the conventional lithium primary obtained in Comparative Example 2 was a lithium primary battery comprising the lithium electrode of the present invention. It showed remarkably superior discharge characteristics compared to the battery.

Claims (13)

다공성의 3차원 집전체 및 리튬 또는 리튬 합금을 포함하고, 상기 리튬 또는 리튬 합금이 상기 다공성 3차원 집전체의 기공 내에 분산되어 있는 리튬전극.A lithium electrode comprising a porous three-dimensional current collector and lithium or lithium alloy, wherein the lithium or lithium alloy is dispersed in the pores of the porous three-dimensional current collector. 제1항에 있어서, 상기 다공성 집전체의 재질이 Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, Ir, Al, Sn, Bi, Si, Sb 및 이들의 합금으로 구성되는 군에서 선택되는 것이 특징인 리튬전극.The method of claim 1, wherein the material of the porous current collector is Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, Ir, Al, Sn, Bi , Si, Sb and a lithium electrode, characterized in that selected from the group consisting of these alloys. 제1항에 있어서, 상기 리튬 합금이 Al, Sn, Bi, Si, Sb, B 및 이들의 합금으로 구성되는 군에서 선택되는 금속과 리튬의 합금인 것이 특징인 리튬전극.The lithium electrode according to claim 1, wherein the lithium alloy is an alloy of metal and lithium selected from the group consisting of Al, Sn, Bi, Si, Sb, B and alloys thereof. 제1항에 있어서, 상기 리튬전극이 다공성 3차원 집전체의 기공 내에 추가로 금속을 포함하는 것이 특징인 리튬 전극.The lithium electrode of claim 1, wherein the lithium electrode further comprises a metal in the pores of the porous three-dimensional current collector. 제4항에 있어서, 상기 금속이 Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, Ir, Al, Sn, Bi, Si, Sb 및 이들의 합금으로 구성되는 군에서 선택되는 것이 특징인 리튬전극.The method of claim 4, wherein the metal is Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, Ir, Al, Sn, Bi, Si, Sb And a lithium electrode selected from the group consisting of alloys thereof. 다공성 3차원 집전체 내에 리튬 또는 리튬 합금과 금속을 전기 도금법, 용융법, 박막 제조기술 및 페이스트 도포방법으로 구성되는 군에서 선택되는 방법으로 균일하게 분포시키는 단계를 포함하는 제1항에 따른 리튬전극의 제조방법.The lithium electrode according to claim 1 comprising uniformly distributing lithium or a lithium alloy and a metal in the porous three-dimensional current collector by a method selected from the group consisting of an electroplating method, a melting method, a thin film manufacturing technique, and a paste coating method. Manufacturing method. 제6항에 있어서, 상기 방법이 압착하는 단계를 추가로 포함하는 방법.The method of claim 6, wherein the method further comprises compacting. 제7항에 있어서, 상기 압착이 10 kg/cm2- 100 ton/cm2의 압력으로 롤프레스 또는 판상프레스에 의해 행해지는 방법.The method of claim 7, wherein the compression is 10 kg / cm 2 - method is performed by a roll press or the press plate at a pressure of 100 ton / cm 2. 제6항에 있어서, 상기 박막 제조기술이 가열 증착법, 전자선 증착법, 이온선 증착법, 스퍼터링법, 아크 증착법 및 레이저 어블레이션 증착법으로 구성되는 군에서 선택되는 방법.7. The method of claim 6, wherein the thin film manufacturing technique is selected from the group consisting of heat deposition, electron beam deposition, ion beam deposition, sputtering, arc deposition, and laser ablation deposition. 제6항에 있어서, 상기 페이스트 도포 방법이 리튬입자 또는 리튬합금 입자와 용매를 페이스트화거나, 결합제 및 용매를 혼합하여 페이스트화한 후 도포하는 것으로 구성되는 것이 특징인 방법.7. The method according to claim 6, wherein the paste coating method consists of pasting lithium particles or lithium alloy particles and a solvent or pasting a mixture of a binder and a solvent and then applying the paste. 양극, 음극 및 전해질을 포함하는 리튬전지에 있어서, 상기 음극이 제1항에 따른 리튬전극인 리튬전지.A lithium battery comprising a positive electrode, a negative electrode and an electrolyte, wherein the negative electrode is the lithium electrode according to claim 1. 제11항에 있어서, 상기 양극이 MnO2, (CF)n및 SOCl2로 구성되는 군에서 선택되는 것이 특징인 리튬전지.The lithium battery according to claim 11, wherein the positive electrode is selected from the group consisting of MnO 2 , (CF) n and SOCl 2 . 제11항에 있어서, 상기 양극이 LiCoO2, LiNiO2, LiNiCoO2, LiMn2O4, V2O5및 V6O13로 구성되는 군에서 선택되는 것이 특징인 리튬전지.The lithium battery according to claim 11, wherein the anode is selected from the group consisting of LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , V 2 O 5, and V 6 O 13 .
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