KR101115397B1 - 고체 나트륨 전지 및 그의 제조 방법 - Google Patents

고체 나트륨 전지 및 그의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101115397B1
KR101115397B1 KR1020090102331A KR20090102331A KR101115397B1 KR 101115397 B1 KR101115397 B1 KR 101115397B1 KR 1020090102331 A KR1020090102331 A KR 1020090102331A KR 20090102331 A KR20090102331 A KR 20090102331A KR 101115397 B1 KR101115397 B1 KR 101115397B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
solid
electrode layer
layer
solid electrode
sodium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
KR1020090102331A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110045666A (ko
Inventor
안효준
남태현
조권구
김기원
안주현
Original Assignee
경상대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경상대학교산학협력단 filed Critical 경상대학교산학협력단
Priority to KR1020090102331A priority Critical patent/KR101115397B1/ko
Publication of KR20110045666A publication Critical patent/KR20110045666A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101115397B1 publication Critical patent/KR101115397B1/ko
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • H01M10/38—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

고체 나트륨 전지의 제조방법이 개시된다. 본 고체 나트륨 전지의 제조방법은, 제1 고체 전극층 상부에 고체 전해질을 적층하여 고체 전해질층을 형성하는 단계, 및, 고체 전해질층 상부에 제2 고체 전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 제1 고체 전극층 및 제2 고체 전극층 중 하나는 나트륨 및 나트륨 합금 중 적어도 하나로 이루어진 음극이다.
이차 전지, 나트륨, 알루미나, 나시콘, 황화물 유리 전해질

Description

고체 나트륨 전지 및 그의 제조 방법{SODIUM SOLID BATTERY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 고체 나트륨 전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나트륨 이온을 이용한 고체 나트륨 전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
전지는 일회용의 일차 전지와 여러 차례 충전이 가능한 이차 전지로 구분할 수 있다. 이 중, 이차 전지는 여러 차례 사용이 가능하다는 점에서, 노트북, 캠코더, 및, 핸드폰과 같은 휴대용 전자기기의 필수적인 에너지원으로 대중화되었다.
최근, 이차 전지는 전력 저장을 위한 대용량전지, 운송 수단에 적용되는 중형 전지, 및 휴대용 기기의 전원으로 사용되는 소형 전지에 이르기까지 그 사용 목적에 따라 전지의 형태 및 크기가 변화되어 사용 범위가 확대되고 있는 추세이다.
이러한 이차 전지는 음극, 양극, 전해질 및 집전체로 구성된다. 양극에서는 음극에서 발생된 전자에 의한 환원반응이 발생하며, 집전체는 전지의 방전시에 음극으로부터 발생되는 전자를 양극 활물질로 공급하거나 충전시에는 양극으로부터 공급되는 전자를 음극 활물질로 공급하는 역할을 한다.
그러나, 종래의 이차 전지는 가연성의 유기 용매 전해액을 사용하였다는 점 에서, 유기 용매 전해액이 전극과 반응함으로써 외장 캔을 팽창시키고, 경우에 따라 전해액이 누출을 일으킬 우려가 있었다는 점에서 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 나트륨 이온을 이용한 고체 나트륨 전지 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 나트륨 전지의 제조방법은, 제1 고체 전극층 상부에 고체 전해질을 적층하여 고체 전해질층을 형성하는 단계, 및, 상기 고체 전해질층 상부에 제2 고체 전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 고체 전극층 및 상기 제2 고체 전극층 중 하나는 나트륨 및 나트륨 합금 중 적어도 하나로 이루어진 음극인 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 고체 전해질은, β"-알루미나, 나시콘(NASICON), 황화물 유리 전해질 중 적어도 하나인 것이 바람직하다.
한편, 본 고체 나트륨 전지의 제조 방법은, 알루미늄, 마그네슘 및 나트륨의 수용성 용액을 혼합(complexation)하는 단계, 상기 혼합된 수용성 용액을 동결(gelation)하여, 파인 파우더(fine powder)로 생성하는 단계, 상기 생성된 파인 파우더를 압축하는 단계, 및, 상기 압축된 파인 파우더를 가열하여, 상기 고체 전해질을 마련하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 고체 나트륨 전지의 제조방법은, 상기 제2 고체 전극층의 상부 및 상기 제1 고체 전극층의 하부에 집전체층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 고체 나트륨 전지는, 상기 고체 전해질층, 제1 고체 전극층 및 제2 고체 전극층의 외부면을 피복하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 피복하는 단계는, 폴리카보네이트 튜브(polycarbonate tube)를 이용하여, 상기 고체 전해질층, 제1 고체 전극층 및 제2 고체 전극층의 외부면을 피복하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 고체 전해질층을 형성하는 단계는, 피복부 내부에 제1 고체 전극층을 형성하는 단계, 및, 상기 피복부 내부의 제1 고체 전극층 상부에 상기 고체 전해질층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제2 고체 전극층을 형성하는 단계는, 상기 피복부 내부의 고체 전해질층 상부에 상기 제2 고체 전극층을 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예에 따른 고체 나트륨 전지는, 제1 고체 전극층, 상기 제1 고체 전극층 상부에 배치되는 고체 전해질층, 및, 상기 고체 전해질층 상부에 배치되는 제2 고체 전극층을 포함하며, 상기 제1 고체 전극층 및 제2 고체 전극층 중 하나는 나트륨 및 상기 나트륨 합금 중 적어도 하나로 이루어진 음극인 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 나트륨 이온 고체 전해질층은, 나트륨 이온의 이온전도도가 큰 β"-알루미나, 나시콘(NASICON), 황화물 유리 전해질 중 적어도 하나인 것이 바람직하다.
한편, 본 고체 나트륨 전지는, 상기 제2 고체 전극층의 상부 및 상기 제1 고 체 전극층의 하부에 구비되는 집전체층을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 고체 나트륨 전지는, 상기 제1 고체 전해질층, 제1 고체 전극층 및 제2 고체 전극층 외부면을 피복하는 피복부를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 피복부는, 폴리카보네이트 튜브(polycarbonate tube)로 형성되는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 고체 나트륨 전지 및 그의 제조 방법은, 비수성 액체 전해질을 이용하지 않으므로, 액체 전해질의 누수, 휘발 등의 액체 전지의 문제점을 해결할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 나트륨 전지(100)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 고체 나트륨 전지(100)는 제1 고체 전극층(110), 제2 고체 전극층(120), 고체 전해질층(130), 집전체층(140)을 포함한다.
제1 고체 전극층(110)은 양극 또는 음극으로 동작하며, 고체 전해질층(130)의 종류에 따라 다양한 물질로 구현될 수 있다. 구체적으로, 제1 고체 전극층(110)이 음극으로 동작하는 경우, 제1 고체 전극층(110)은 나트륨(Na), 나트륨 합금(Na alloy) 및 Zn + ZnCl2 + NaBF4 등으로 구현될 수 있다. 그리고, 제2 고체 전극 층(110)이 양극으로 동작되는 경우, 제1 고체 전극층(110)은 Cu + CuCl2 + NaBF4, C + S, C + MS(metal sulfide, 예를 들어, NiS, Ni3S2, NiS2, FeS, FeS2, Cu2S, CuS), S + Na2S-SiS2, MS + Na2S-SiS2, S + Na2S-P2S5, MS + Na2S-P2S5, S or MS + C + PEO + NaClO3 등으로 구현될 수 있다.
제2 고체 전극층(120)은 제1 고체 전극층(110)과 반대 극성을 가지며, 고체 전해질층(130)의 종류에 따라 다양한 물질로 구현될 수 있다. 구체적으로, 제1 고체 전극층(110)이 음극으로 동작하는 경우, 제2 고체 전극층(120)은 양극으로 동작하며, Cu + CuCl2 + NaBF4, C + S, C + MS(metal sulfide, 예를 들어, NiS, Ni33S2, NiS2, FeS, FeS2, Cu2S, CuS), S + Na2S-SiS2, MS + Na2S-SiS2, S + Na2S-P2S5, MS + Na2S-P2S5, S or MS + C + PEO + NaClO3 등으로 구현될 수 있다. 반대로, 제1 고체 전극층(110)이 양극으로 동작하는 경우, 제2 고체 전극층(120)은 음극으로 동작하며, 나트륨(Na), 나트륨 합금(Na alloy) 및 Zn + ZnCl2 + NaBF4 등으로 구현될 수 있다.
고체 전해질층(130)은 제1 고체 전극층(110)과 제2 고체 전극층(120) 사이를 물리적으로 격리시키면서, 두 전극 간의 이온 교환이 이루어질 수 있도록 한다. 고체 전해질층(130)은 나트륨 이온의 이온 전도도가 큰 β"-알루미나, 나시콘(NASICON), 황화물 유리 전해질 등의 고체 전해질 등의 물질로 제작될 수 있다.
아래의 표는 고체 전해질층(130)의 종류에 따라 조합 가능한 제1 고체 전극 의 물질 및 제2 고체 전극의 물질의 예이다.
제1 고체 전극층(음극) 고체 전해질층 제2 고체 전극층(양극)
Zn + ZnCl2 + NaBF4 β"-알루미나 Cu + CuCl2 + NaBF4
Na β"-알루미나 C + S
Na β"-알루미나 C + MS
Na or Na alloy Na2S-SiS2 S + Na2S-SiS2
Na or Na alloy Na2S-SiS2 MS + Na2S-SiS2
Na or Na alloy Na2S-P2S5 S + Na2S-P2S5
Na or Na alloy Na2S-P2S5 MS + Na2S-P2S5
Na or Na alloy Na4GeS4-Na3PS4 S + Na2S-P2S5
Na or Na alloy Na4GeS4-Na3PS4 MS + Na2S-P2S5
Na or Na alloy PEO + NaClO3 S or MS + C + PEO + NaCl
Na or Na alloy PEO + glass S or MS + C + PEO + NaCl
Na or Na alloy PVA + NaF S or MS + C + PEO + NaCl
Na or Na alloy PVA +NaClO4 S or MS + C + PEO + NaCl
집전체층(140)은 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가지는 것으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 구현시에 집전체층(140)의 표면에 복수의 홀을 포함하게 하거나, 그 표면을 3차원적으로 형성하여 제1 고체 전극층(110) 및 제2 고체 전극층(120)과의 접착력을 높일 수 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도 1을 설명함에 있어서, 제1 고체 전극(110), 제2 고체 전극(120)을 형성한 이후에 집전체층(140)을 형성하는 것에 대해서만 설명하였으나, 전극-집전체 일체형 소자를 이용하여 고체 나트륨 전지를 구현할 수도 잇다.
이상과 같은 본 실시예에 따른 고체 나트륨 전지는, 전지 내부의 모든 구성이 고체 성분으로 구현되는바, 액체 전해질의 누수, 휘발, 리튬음극과의 반응으로 인한 부동태형성, 덴드라이트(dendrite) 형성 등의 문제점들을 해결할 수 있다.
이하에서는 상술한 바와 같은 고체 나트륨 전지의 제조방법에 대해서 도 2 내지 도 4를 참고하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 나트륨 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, β"-알루미나, 니시콘(nasicon), 황화물 유리 전해질 등과 같은 고체 전해질을 구비한다(S210). 구체적으로, 고체 전해질 중 β"-알루미나를 구비하는 방법에 대해서는 도 3과 관련하여 후술한다.
고체 전해질이 구비되면, 제1 고체 전극층(110) 상부에 구비된 고체 전해질층(130)을 형성한다(S220). 구체적으로, 제1 고체 전극층(110)의 상부에 고체 전해질을 쌓은 뒤에 압착, 주조, 박막증착 등의 방식을 이용하여 고체 전해질층(130)을 적층할 수 있다.
그리고, 적층된 고체 전해질층(130)의 상부에 제2 고체 전극층(120)을 형성한다(S230). 구체적으로, 순차적으로 적층된 제1 고체 전극층(110) 및 고체 전해질층(130)의 상부, 즉, 고체 전해질층(130)의 상부에 제2 고체 전극을 쌓은 뒤에 압착 방식을 이용하여 제2 고체 전극층(130)을 적층할 수 있다.
그 다음, 제2 고체 전극층(130)의 상부 및 제1 고체 전극층(110)의 하부에 집전체층(140)을 형성한다(S240). 구체적으로, 순차적으로 적층된 제1 고체 전극층(110), 고체 전해질층(130), 및, 제2 고체 전극층(120)의 상/하부, 즉, 제1 고체 전극층(110)의 하부 및 제2 고체 전극층(120)의 상부에 집전체를 쌓은 뒤에 압착방식을 이용하여 제1 집전체층(141) 및 제2 집전체층(142)을 적층할 수 있다.
그리고, 제1 고체 전극층(110), 고체 전해질층(130), 및 제2 고체 전극층(120)의 외부면을 피복한다(S250). 구체적으로, 고체 전해질이 공기 중에 노출되어 오염되는 것을 방지하기 위하여, 순차적으로 적층된 제1 고체 전극층(110), 고체 전해질층(130), 및 제2 고체 전극층(120)의 외부면을 피복 물질로 피복할 수 있다. 구현시에는 고체 전해질층(130), 제1 고체 전극층(110) 및 제2 고체 전극층(120)의 외부면 만을 피복하는 형태로 구현될 수 있으며, 집전체층(140)을 포함하여 피복하는 형태로도 구현될 수도 있다.
그리고, 피복시에 사용되는 피복 물질로는 폴리카보네이트 튜브(polycarbonate tube)를 사용할 수 있으며, 통상의 고분자 수지를 사용할 수 있다. 예를 들어, PVC, HDPE나 에폭시 수지 등이 사용될 수 있다. 그 밖에, 고체 나트륨 전지의 파손을 방지할 수 있는 재질이라면 어느 것이라도 피복부로 사용될 수 있다.
도 2를 설명함에 있어서, 제1 고체 전극층, 고체 전해질층, 제2 고체 전극층 및 집전체층을 단계적으로 적층하는 형태에 대해서만 설명하였지만, 구현시에는 각각의 층에 해당하는 물질을 일괄적으로 쌓은 뒤에 한 번의 압착만을 수행하여 고체 나트륨 전지를 제조할 수도 있다. 또한, 전극-집전체 일체형 소자를 이용하여, 고체 나트륨 전지를 제조할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 고체 전해질 중 β"-알루미나를 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참고하면, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 나트륨(Na)의 수용성 용액을 구비하고(S310), 이를 균일하게 혼합한다(S320).
그리고, 혼합된 수용성 용액을 동결하여(S350), 파인 파우더(fine powder)로 생성한다(S360). 얻어진 파인 파우더에 대해서 압축을 수행하여(S370), 디스크 형태의 고체를 생성한다. 그리고, 디스크 형태의 고체를 특정 온도로 가열하여(S380) β"-알루미나를 생성할 수 있다.
이와 같이 분말형태의 β"-알루미나를 압축하여 고체 전해질을 제조하는바, 고체 나트륨 전지는 전기전도도가 향상된다.
도 4a 내지 도 4e는 다른 실시예에 따른 고체 나트륨 전지의 제조 방법을 그림으로 도시한 도면이다.
먼저, 도 4a를 참고하면, 폴리카보네이트 튜브(polycabonate tube)(200)를 구비한다. 여기서 폴리카보네이트 튜브(220)는, 분자 주사슬 속에 탄산에스터 결합을 되풀이하여 가진 고분자를 지칭하는 것으로, 폴리탄산에스터로 불리기도 한다. 본 실시예에서는 폴리카보네이트 튜브를 피복재로 이용하는 실시예에 대해서만 도시하였지만, 다른 고분자 물질을 이용할 수도 있다.
그리고, 도 4b를 참고하면, 구비된 폴리카보네이트 튜브(200) 내부에 제1 고체 전극층(110)을 형성한다. 구체적으로, 폴리카보네이트 튜브의 직경에 맞도록 제1 고체 전극을 가공한 후, 가공된 제1 고체 전극을 폴리카보네이트 튜브 내부에 삽입하여, 제1 고체 전극층(110)을 적층할 수 있다. 구현시에는 주조 방식을 이용하여 제1 고체 전극 물질을 폴리카보네이트 튜브 내에 적층할 수도 있다.
그리고, 도 4c를 참고하면, 제1 고체 전극층(110)의 상부에 고체 전해질층(130)을 형성한다. 구체적으로, 고체 전해질을 폴리카보네이트 튜브 직경에 맞도록 가공한 후, 가공된 고체 전해질을 폴리카보네이트 튜브 내부에 삽입하여, 제1 고체 전극층(110)의 상부에 고체 전해질을 쌓을 수 있다. 또는, 고체 전해질을 스퍼터링, 화학증착법, 진공 증착법 등의 박막증착공정이나 도금 등의 방식을 이용하여 쌓을 수 있다. 그리고, 제1 고체 전극층(110)과 가공된 고체 전해질을 압착하여, 고체 전해질층(130)을 적층할 수 있다. 구현시에는 주조 방식을 이용하여, 고체 전극 물질을 제1 고체 전극층(110)의 상부에 적층할 수 있다. 또한, 고체 전해질 분말을 압축하여 사용하는 형태로 구현될 수도 있다.
그리고, β"-알루미나를 고체 전극 물질로 이용하는 경우, 분말 형태의 β-알루미나를 폴리카보네이트 튜브 내에 주입하고, 그 상태에서 압축 및 가열을 수행하여 고체 전해질층(130)을 형성할 수도 있다.
그리고, 도 4d를 참고하면, 고체 전해질층(130) 상부에 제2 고체 전극(120)을 형성한다. 구체적으로, 제2 고체 전극 물질을 폴리카보네이트 튜브 직경에 맞도록 가공하여, 가공된 제2 고체 전극 물질을 폴리카보네이트 튜브 내부에 삽입하여, 고체 전해질층(130)의 상부에 제2 고체 전극을 쌓을 수 있다. 그리고, 제1 고체 전극층(110), 고체 전해질층(130) 및 가공된 제2 고체 전극을 압착하여, 제2 고체 전극층을 고체 전해질층(130)의 상부에 형성할 수 있다. 구현시에는 주조 또는 박막증착 방식을 이용하여, 제2 고체 전극 물질을 고체 전해질층(130)의 상부에 형성할 수도 있다.
그리고, 도 5d를 참고하면, 제2 고체 전극층(120)의 상부 및 제1 고체 전극층(110)의 하부에 집전체층을 형성한다. 구체적으로, 집전체 물질을 폴리카보네이트 튜브 직경에 맞도록 가공하여, 폴리카보네이트 튜브 내부에 위치하는 제2 고체 전극층의 상부 및 제1 고체 전극층의 하부에 가공된 집전체 물질을 위치시킨 후에 압착 방식을 이용하여 적층할 수 있다. 구현시에는 집전체 물질을 주조 형식으로 제2 고체 전극층의 상부 및 제2 고체 전극층의 하부에 형성할 수도 있다.
그리고, 폴리카보네이트 튜브의 높이가 순차적으로 적층된 고체 나트륨 전지보다 큰 경우, 사이즈에 맞게 절단될 수 있으며, 폴리카보네이트 튜브와 고체 나트륨 전지 사이에 빈 공간이 존재하는 경우, 진공장치를 이용하여 폴리카보네이트 튜브가 수축되게 할 수 있으며, 고체 나트륨 전지와 전기적, 화학적 반응이 일어나지 않는 물질을 그 사이에 충진함으로써, 고체 나트륨 전지를 밀봉할 수 있다.
도 4를 설명함에 있어서, 제1 고체 전극층, 고체 전해질층, 제2 고체 전극층 및 집전체층을 단계적으로 형성하는 것에 대해서만 설명하였지만, 구현시에는 각각의 층에 해당하는 물질을 일괄적으로 쌓은 뒤에 한 번의 압착만을 수행하여 고체 나트륨 전지를 제조할 수도 있다. 또한, 제1 고체 전극층 및 제2 고체 전극층 대신에 전극-집전체 일체형 소자를 이용하여 고체 나트륨 전지를 제조할 수도 있다.
이와 같은 제조 방식에 의해 생성된 고체 나트륨 전지는 전지 내부의 모든 구성이 고체 성분으로 구현되는바, 액체 전해질의 누수, 휘발, 리튬음극과의 반응으로 인한 부동태형성, 덴드라이트(dendrite) 형성 등의 문제점들을 해결할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특징의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 나트륨 전지의 구성을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 나트륨 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 3은 본 발명의 고체 전해질 중 β"-알루미나를 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 4a 내지 도 4e는 다른 실시예에 따른 고체 나트륨 전지의 제조 방법을 그림으로 도시한 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100: 고체 나트륨 전지 110: 제1 고체 전극층
120: 고체 전해질층 130: 제2 고체 전극층
140: 집전체층 200: 피복부

Claims (12)

  1. 고체 나트륨 전지의 제조방법에 있어서,
    제1 고체 전극층 상부에 고체 전해질을 적층하여 고체 전해질층을 형성하는 단계; 및
    상기 고체 전해질층 상부에 제2 고체 전극층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 고체 전극층 및 상기 제2 고체 전극층 중 하나는 나트륨 및 나트륨 합금 중 적어도 하나로 이루어진 음극이며,
    상기 고체 전해질은,
    β"-알루미나, 나시콘(NASICON), 황화물 유리 전해질 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 고체 나트륨 전지의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 고체 나트륨 전지의 제조방법에 있어서,
    알루미늄, 마그네슘 및 나트륨의 수용성 용액을 혼합(complexation)하는 단계;
    상기 혼합된 수용성 용액을 동결(gelation)하여, 파인 파우더(fine powder)로 생성하는 단계;
    상기 생성된 파인 파우더를 압축하는 단계;
    상기 압축된 파인 파우더를 가열하여, 고체 전해질을 마련하는 단계;
    제1 고체 전극층 상부에 상기 고체 전해질을 적층하여 고체 전해질층을 형성하는 단계; 및
    상기 고체 전해질층 상부에 제2 고체 전극층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 고체 전극층 및 상기 제2 고체 전극층 중 하나는 나트륨 및 나트륨 합금 중 적어도 하나로 이루어진 음극인 것을 특징으로 하는 고체 나트륨 전지의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 고체 전극층의 상부 및 상기 제1 고체 전극층의 하부에 집전체층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 나트륨 전지의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고체 전해질층, 제1 고체 전극층 및 제2 고체 전극층의 외부면을 피복하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 나트륨 전지의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 피복하는 단계는,
    폴리카보네이트 튜브(polycarbonate tube)를 이용하여, 상기 고체 전해질층, 제1 고체 전극층 및 제2 고체 전극층의 외부면을 피복하는 것을 특징으로 하는 고체 나트륨 전지의 제조방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 고체 전해질층을 형성하는 단계는,
    피복부 내부에 제1 고체 전극층을 형성하는 단계; 및
    상기 피복부 내부의 제1 고체 전극층 상부에 상기 고체 전해질층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 제2 고체 전극층을 형성하는 단계는, 상기 피복부 내부의 고체 전해질층 상부에 상기 제2 고체 전극층을 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 나트륨 전지의 제조방법.
  8. 제1 고체 전극층;
    상기 제1 고체 전극층 상부에 배치되는 고체 전해질층; 및
    상기 고체 전해질층 상부에 배치되는 제2 고체 전극층;을 포함하며,
    상기 제1 고체 전극층 및 상기 제2 고체 전극층 중 하나는 나트륨 및 나트륨 합금 중 적어도 하나로 이루어진 음극이며,
    상기 고체 전해질층은,
    β"-알루미나, 나시콘(NASICON), 황화물 유리 전해질 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 고체 나트륨 전지.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 고체 전극층의 상부 및 상기 제1 고체 전극층의 하부에 형성되는 집전체층;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 나트륨 전지.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 고체 전해질층, 제1 고체 전극층 및 제2 고체 전극층 외부면을 피복하는 피복부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 나트륨 전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 피복부는,
    폴리카보네이트 튜브(polycarbonate tube)로 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 나트륨 전지.
KR1020090102331A 2009-10-27 2009-10-27 고체 나트륨 전지 및 그의 제조 방법 Expired - Fee Related KR101115397B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090102331A KR101115397B1 (ko) 2009-10-27 2009-10-27 고체 나트륨 전지 및 그의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090102331A KR101115397B1 (ko) 2009-10-27 2009-10-27 고체 나트륨 전지 및 그의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110045666A KR20110045666A (ko) 2011-05-04
KR101115397B1 true KR101115397B1 (ko) 2012-02-16

Family

ID=44240685

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090102331A Expired - Fee Related KR101115397B1 (ko) 2009-10-27 2009-10-27 고체 나트륨 전지 및 그의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101115397B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022010292A1 (ko) * 2020-07-08 2022-01-13 주식회사 엘지에너지솔루션 고체 전해질 재료를 포함하는 전고체 전지를 제조하는 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101439080B1 (ko) * 2013-03-04 2014-09-12 한국기계연구원 나트륨계 전지의 제조 방법
JP7052215B2 (ja) * 2017-05-08 2022-04-12 日本電気硝子株式会社 蓄電デバイス用部材及び蓄電デバイス

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05109432A (ja) * 1991-03-11 1993-04-30 Hughes Aircraft Co ナトリウム・硫黄電池用ガラス密閉材料及びそれで製造した電池
JPH07192754A (ja) * 1993-11-09 1995-07-28 Yukong Ltd ナトリウム−硫黄電池用固体電解質及びその製造方法
KR960002922A (ko) * 1994-06-07 1996-01-26 조규향 나트륨- 유황전지용 고체전해질의 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05109432A (ja) * 1991-03-11 1993-04-30 Hughes Aircraft Co ナトリウム・硫黄電池用ガラス密閉材料及びそれで製造した電池
JPH07192754A (ja) * 1993-11-09 1995-07-28 Yukong Ltd ナトリウム−硫黄電池用固体電解質及びその製造方法
KR960002922A (ko) * 1994-06-07 1996-01-26 조규향 나트륨- 유황전지용 고체전해질의 제조방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022010292A1 (ko) * 2020-07-08 2022-01-13 주식회사 엘지에너지솔루션 고체 전해질 재료를 포함하는 전고체 전지를 제조하는 방법
EP4167340A4 (en) * 2020-07-08 2023-12-06 LG Energy Solution, Ltd. METHOD FOR MANUFACTURING A FULLY SOLID BATTERY COMPRISING A SOLID ELECTROLYTE MATERIAL

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110045666A (ko) 2011-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108390066B (zh) 全固体电池
TWI591875B (zh) 用於薄膜電池之電芯
JP6469725B2 (ja) ガルバニ素子およびその製造方法
CN111868974B (zh) 锂电极和包含该锂电极的锂二次电池
EP3033794B1 (en) Li/metal battery with composite solid electrolyte
US9231247B2 (en) Electrode active material layer, electrode body, lithium-ion secondary battery, and method of producing electrode active material layer
CN107819103B (zh) 具有提高的活性材料份额的电极
CN106716690A (zh) 多层结构锂金属电极及其制造方法
JP2011065982A (ja) リチウム電池用電極体及びリチウム電池
JP2009266589A (ja) 固体リチウム二次電池およびその製造方法
KR20210071249A (ko) 무음극 전고체 전지
WO2020013295A1 (ja) 全固体二次電池の製造設備
CN105612633B (zh) 用于锂离子蓄电池的锂电极及其制造方法
KR102681364B1 (ko) 활물질층이 없는 전고체 전지의 음극 및 이의 제조방법
KR20160033608A (ko) 애노드, 이를 포함하는 리튬 이차 전지, 상기 리튬 이차 전지를 포함하는 전지 모듈 및 애노드의 제조방법
CN114270569A (zh) 制造全固态电池的锂金属单元电芯的方法和通过该方法制造的单元电芯
EP3671930A1 (en) Hybrid solid state electrolyte
EP4216331A1 (en) Solid electrolyte membrane and all-solid-state battery comprising same
KR102764107B1 (ko) 고에너지 밀도 전고체 전지 및 이의 제조 방법
KR101115397B1 (ko) 고체 나트륨 전지 및 그의 제조 방법
CN107548525B (zh) 用于电池组电池的隔离物和电池组电池
JP2013012338A (ja) リチウム二次電池
EP3614463A1 (en) Electrode structure of electrochemical energy storage device and manufacturing method thereof
JP2020098696A (ja) 全固体電池
JP7365890B2 (ja) リチウムイオン二次電池及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109

PA0201 Request for examination

St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201

D13-X000 Search requested

St.27 status event code: A-1-2-D10-D13-srh-X000

D14-X000 Search report completed

St.27 status event code: A-1-2-D10-D14-srh-X000

R17-X000 Change to representative recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R17-oth-X000

PG1501 Laying open of application

St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902

E13-X000 Pre-grant limitation requested

St.27 status event code: A-2-3-E10-E13-lim-X000

P11-X000 Amendment of application requested

St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000

P13-X000 Application amended

St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

St.27 status event code: A-1-2-D10-D22-exm-PE0701

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701

PR1002 Payment of registration fee

St.27 status event code: A-2-2-U10-U11-oth-PR1002

Fee payment year number: 1

PG1601 Publication of registration

St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150202

Year of fee payment: 4

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160201

Year of fee payment: 5

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 5

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

P22-X000 Classification modified

St.27 status event code: A-4-4-P10-P22-nap-X000

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170111

Year of fee payment: 6

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 6

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180112

Year of fee payment: 7

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee
PC1903 Unpaid annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U13-oth-PC1903

Not in force date: 20190207

Payment event data comment text: Termination Category : DEFAULT_OF_REGISTRATION_FEE

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

PC1903 Unpaid annual fee

St.27 status event code: N-4-6-H10-H13-oth-PC1903

Ip right cessation event data comment text: Termination Category : DEFAULT_OF_REGISTRATION_FEE

Not in force date: 20190207

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-5-5-R10-R13-asn-PN2301

St.27 status event code: A-5-5-R10-R11-asn-PN2301

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

R18 Changes to party contact information recorded

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-5-5-R10-R18-OTH-X000 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

R18 Changes to party contact information recorded

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-5-5-R10-R18-OTH-X000 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000