KR101464514B1 - Anode electrode of nickel base secondary battery improving battery service life and electrode structure of nickel base secondary battery including the same - Google Patents
Anode electrode of nickel base secondary battery improving battery service life and electrode structure of nickel base secondary battery including the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR101464514B1 KR101464514B1 KR20140037647A KR20140037647A KR101464514B1 KR 101464514 B1 KR101464514 B1 KR 101464514B1 KR 20140037647 A KR20140037647 A KR 20140037647A KR 20140037647 A KR20140037647 A KR 20140037647A KR 101464514 B1 KR101464514 B1 KR 101464514B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- current collector
- active material
- positive electrode
- secondary battery
- main current
- Prior art date
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
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
- H01M4/32—Nickel oxide or hydroxide electrodes
-
- 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
- H01M10/24—Alkaline accumulators
- H01M10/30—Nickel accumulators
-
- 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
Abstract
Description
본 발명은 니켈계 2차 전지용 양극 및 이를 갖는 니켈계 2차 전지 전극 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2층 이상의 다층 구조를 갖는 집전체를 양극으로 적용함으로써, 전기전도도의 향상으로 내부 저항을 감소시킬 수 있음과 더불어, 양극의 중심 부분이 충/방전에 따른 스웰링(swelling) 현상으로 부풀어 오르는 것을 보완할 수 있는 전지 수명을 향상시킨 니켈계 2차 전지용 양극 및 이를 갖는 니켈계 2차 전지 전극 구조에 관한 것이다.
The present invention relates to a positive electrode for a nickel-based secondary battery and a nickel-based secondary battery electrode structure having the same, and more particularly, to a positive electrode having a multilayer structure of two or more layers, A positive electrode for a nickel-based rechargeable battery improved in battery life that can compensate for swelling of a central portion of the positive electrode due to swelling due to charging / discharging, and a nickel- Electrode structure.
최근 각국의 환경보전에 대한 의지로서 각종 환경규제가 실시되고 있다. 따라서, 소형전지에서는 이미 납축전지 및 니켈/카드뮴전지가 니켈/수소, 리튬이온전지 등으로 대체되었으나, 산업용 대형전지의 분야에서는 그 대안의 전지가 없어 아직 납축전지와 니켈/카드뮴전지가 사용되고 있다. 따라서, 환경친화적인 대용량 축전지에 대한 관심이 높아지고 있으며 이에 따른 기술개발이 집중적으로 진행되고 있다.Recently, various environmental regulations have been implemented as a commitment to environmental conservation in each country. Therefore, lead batteries and nickel / cadmium batteries have been replaced with nickel / hydrogen and lithium ion batteries in small batteries, but lead acid batteries and nickel / cadmium batteries are still used in industrial large batteries because there is no alternative battery. Therefore, there is a growing interest in environmentally friendly large-capacity batteries, and the development of technologies therefor is intensifying.
그 중에서 납축전지를 대체할 수 있는 니켈(Ni)/아연(Zn) 이차전지는 체적 및 부피 에너지밀도가 유사하며, 작동전압이 1.6[V/cell] 이상으로 높고, 체적 및 고유에너지밀도(specific power density)가 875[W/kg]로서 납축전지의 535[W/kg]보다 우수하며, 게다가 최대 방전용량의 80%에 도달하게 되는 충방전 횟수(cycle life)도 600회 이상으로서 납축전지의 200~700 회에 비해서 비교적 안정적인 장점이 있다.Among them, nickel (Ni) / zinc (Zn) secondary batteries, which can replace lead acid batteries, have similar volume and volume energy densities, higher operating voltages than 1.6 [V / cell] power density is 875 [W / kg], which is higher than 535 [W / kg] of the lead acid battery, and the cycle life which reaches 80% of the maximum discharge capacity is 600 times or more. Compared to 200 ~ 700 times, there is a relatively stable advantage.
일반적으로, 2차 전지는 양극, 양극과 나란히 배열되는 음극, 양극과 음극의 사이에 개재되어 양극과 음극이 상호 전기적으로 접촉되는 것을 방지하기 위한 세퍼레이터를 구비하며, 양극, 음극 및 세퍼레이터가 전해액을 수용하는 케이스 내에 함침되는 구조를 갖는다.Generally, the secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode arranged in parallel with the positive electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode to prevent the positive electrode and the negative electrode from being in electrical contact with each other. And has a structure impregnated in a case for housing.
그러나, 종래에 따른 2차 전지는 양극 및 음극이 모두 단순한 플레이트 구조를 가짐에 따라 단위 셀의 체결 후 단위 셀이 케이스에 수용된 전해액에 함침된 상태에서 장 기간의 사용으로 충/방전이 이루어지면서 양극이 스웰링(swelling) 현상으로 부풀어 오르는데 기인하여 양극과 음극 간의 이격 간격이 불균일해져 충/방전 효율을 급격히 감소시킬 뿐만 아니라, 스웰링 현상에 의해 양극의 최외곽 가장자리가 세퍼레이터의 외측으로 돌출되는 음극과 단락되는 쇼트 불량을 야기하는 문제가 있었다.However, since the conventional secondary battery has a simple plate structure with both the anode and the cathode, after the unit cell is tightened, the unit cell is impregnated with the electrolyte contained in the case, Due to the swelling phenomenon, the spacing between the positive electrode and the negative electrode is not uniform, so that the charge / discharge efficiency is drastically reduced, and the outermost edge of the positive electrode protrudes to the outside of the separator by the swelling phenomenon Short-circuiting short-circuiting with the cathode occurred.
관련 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0114330호(2008.12.31. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 반응면적 증대를 위한 니켈/아연 2차 전지용 음극판 및 그의 제조 방법이 기재되어 있다.
A related prior art is Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2008-0114330 (published Dec. 31, 2008), which discloses an anode plate for a nickel / zinc secondary battery for increasing the reaction area and a manufacturing method thereof.
본 발명은 2층 이상의 다층 구조를 갖는 집전체를 양극으로 적용함으로써, 전기전도도의 향상으로 내부 저항을 감소시킬 수 있음과 더불어, 양극의 중심 부분이 충/방전에 따른 스웰링(swelling) 현상으로 부풀어 오르는 것을 보완한 전지 수명을 향상시킨 니켈계 2차 전지용 양극 및 이를 갖는 니켈계 2차 전지 전극 구조를 제공하는 것이다.
In the present invention, by applying a current collector having a multilayer structure of two or more layers as a positive electrode, the internal resistance can be reduced due to the improvement of the electrical conductivity, and the swelling phenomenon of the central portion of the positive electrode due to charging / discharging A positive electrode for a nickel-based secondary battery improved in life span of a battery and an electrode structure of a nickel-based secondary battery having the same.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전지 수명을 향상시킨 니켈계 2차 전지용 양극은 폼 구조를 갖는 메인 집전체; 상기 메인 집전체에 코팅된 양극활물질; 및 상기 양극활물질 상에 배치되어, 상기 양극활물질 및 메인 집전체에 압착된 서브 집전체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a negative electrode for a nickel-based secondary battery having improved battery life, comprising: a main collector having a foam structure; A cathode active material coated on the main current collector; And a sub collector disposed on the cathode active material and pressed onto the cathode active material and the main current collector.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전지 수명을 향상시킨 니켈계 2차 전지 전극 구조는 폼 구조를 갖는 메인 집전체와, 상기 메인 집전체에 코팅된 양극활물질과, 상기 양극활물질 상에 배치되어, 상기 양극활물질 및 메인 집전체에 압착된 서브 집전체를 갖는 양극; 상기 양극과 대향하도록 이격 배치된 음극; 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재되어, 상기 양극 및 음극을 전기적으로 분리시키는 세퍼레이터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided an electrode structure for a nickel-based rechargeable battery having improved battery life, comprising: a main current collector having a foam structure; a cathode active material coated on the main current collector; A positive electrode disposed on the positive electrode active material and having a sub current collector pressed onto the positive electrode active material and the main current collector; A negative electrode disposed so as to face the positive electrode; And a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, the separator electrically separating the positive electrode and the negative electrode.
본 발명에 따른 전지 수명을 향상시킨 니켈계 2차 전지용 양극 및 이를 갖는 니켈계 2차 전지 전극 구조는 메인 집전체, 양극활물질 및 서브 집전체가 차례로 적층된 구조로 양극을 형성함으로써, 서브 집전체가 메인 집전체에 코팅된 양극활물질이 탈리되는 것을 차단할 수 있음과 더불어, 메인 집전체와의 전기적인 접합 면적의 증가로 전극 내부 저항을 감소시켜 전지 수명을 향상시킬 수 있다.The electrode structure for a nickel-based secondary battery having improved battery life according to the present invention and the electrode structure for a nickel-based secondary battery having the same have a structure in which an anode is formed by sequentially stacking a main collector, a cathode active material, It is possible to prevent the cathode active material coated on the main current collector from being removed and to increase the electric junction area with the main current collector to reduce the internal resistance of the electrode and improve the battery life.
또한, 본 발명에 따른 전지 수명을 향상시킨 니켈계 2차 전지용 양극 및 이를 갖는 니켈계 2차 전지 전극 구조는 양극활물질이 코팅된 메인 집전체에 압착되는 서브 집전체가 양극의 강도를 보강하는 역할을 수행하여 2차 전지의 체결 후 케이스에 수용된 전해액에 함침된 상태에서 장 기간의 사용으로 충/방전이 이루어지더라도 양극의 스웰링(swelling) 현상을 보완함으로써, 양극과 음극 간의 이격 간격을 균일하게 확보하는 것이 가능해져 충/방전 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 양극과 음극이 단락되는 쇼트 불량을 미연에 방지할 수 있다.
In addition, the electrode structure of the nickel-based secondary battery having improved battery life according to the present invention and the electrode structure of the nickel-based secondary battery having the same has a structure in which the sub- current collector pressed on the main current collector coated with the positive electrode active material reinforces the strength of the positive electrode To compensate for the swelling phenomenon of the positive electrode even if charging / discharging is carried out for a long period of time in a state of being impregnated with the electrolytic solution contained in the case after the secondary battery is tightened, It is possible to improve charge / discharge efficiency and also to prevent a short failure in which the anode and the cathode are short-circuited.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 니켈계 2차 전지 전극 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 니켈계 2차 전지용 양극을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 변형예에 따른 니켈계 2차 전지용 양극을 나타낸 단면도이다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 시편에 대한 전지 수명특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a cross-sectional view illustrating an electrode structure of a nickel-based secondary battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating a positive electrode for a nickel-based secondary battery according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating a positive electrode for a nickel-based secondary battery according to a modification of the present invention.
4 is a graph showing the results of measurement of battery life characteristics for the specimen according to Example 1 and Comparative Example 1. Fig.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent by reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 수명을 향상시킨 니켈계 2차 전지용 양극 및 이를 갖는 니켈계 2차 전지 전극 구조에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 니켈계 2차 전지 전극 구조를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 니켈계 2차 전지용 양극을 나타낸 단면도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an electrode structure of a nickel-based secondary battery according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a nickel-based secondary battery according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 니켈계 2차 전지 전극 구조(100)는 양극(120), 음극(140) 및 세퍼레이터(160)를 포함한다.
Referring to FIGS. 1 and 2, a nickel-based secondary
양극(120)은 폼 구조를 갖는 메인 집전체(122)와, 메인 집전체(122)에 코팅된 양극활물질(124)과, 양극활물질(124) 상에 배치되어, 양극활물질(124) 및 메인 집전체(122)에 압착된 서브 집전체(126)를 갖는다. 이때, 양극(120)에는 2차 전지의 충/방전을 위한 양극단자(미도시)가 구비될 수 있다.The
이때, 메인 집전체(122)는 제1 두께를 갖고, 서브 집전체(126)는 제1 두께와 동일하거나 작은 제2 두께를 갖는 것이 바람직하다. 서브 집전체(126)가 메인 집전체(122)에 비하여 두껍게 형성될 경우, 메인 집전체(122)의 중앙 부분이 스웰링(swelling)되는 것을 보완하기에는 유리하나 양극(120)의 전체 두께를 증가시키는 요인으로 작용하여 양극(120)과 음극(140) 간의 간격을 균일하게 확보하는데 어려움이 따를 수 있다.At this time, it is preferable that the main
이때, 메인 집전체(122) 및 서브 집전체(126) 각각은 니켈 폼 형태를 갖는 것이 바람직하다. 양극활물질(124)로는 수산화니켈(Ni(OH)2)과, 수산화니켈에 첨가제가 혼합될 수 있으며, 첨가제 외에 바인더 및 도전제가 더 혼합될 수 있다.At this time, each of the main
이러한 메인 집전체(122)는 제1 면적을 갖고, 양극활물질(124)은 제1 면적보다 작은 제2 면적을 갖고, 서브 집전체(126)는 제1 면적보다는 작고 제2 면적과는 같거나 큰 제3 면적을 갖는 것이 바람직하다. 이때, 서브 집전체(126)는 양극활물질(124)의 면적과 같거나 큰 면적을 갖는 것이 바람직한데, 이는 서브 집전체(126)가 양극활물질(124)의 전 면적을 덮도록 설계해야 메인 집전체(122)에 코팅된 양극활물질(124)이 외부로 탈리되는 것을 원천적으로 차단하는 것이 가능해질 수 있음과 더불어 메인 집전체(122)와의 전기적인 접합 면적의 증가로 전극 내부 저항을 감소시켜 전지 수명을 향상시킬 수 있기 때문이다.
The main
음극(140)은 양극(120)과 대향하도록 이격 배치된다. 이러한 음극(140)은 2차 전지의 충/방전을 위한 음극단자(미도시)가 구비된다. 이때, 음극(140)은 니켈이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 음극(140)은 니켈을 함유하는 폼 구조의 집전체(미도시)의 일면 또는 양면에 음극활물질(미도시)이 도포된 형태를 가질 수 있다.The
음극활물질로는 산화아연과, 산화아연에 첨가제가 혼합될 수 있으며, 첨가제 외에 바인더 및 도전제가 더 혼합될 수 있다. 이러한 음극활물질로는 산화아연 대신 MH(metal hydride) 합금, 산화카드뮴 등이 이용될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 니켈계 2차 전지 단위 셀은 Ni-Zn, Ni-MH 및 Ni-Cd 이차전지 중 어느 하나의 형태를 가질 수 있다.
As the anode active material, zinc oxide and zinc oxide may be mixed with an additive. In addition to the additive, a binder and a conductive agent may be further mixed. As such an anode active material, a metal hydride (MH) alloy, cadmium oxide, or the like may be used instead of zinc oxide. Therefore, the nickel-based secondary battery unit cell according to the embodiment of the present invention may have any one of Ni-Zn, Ni-MH, and Ni-Cd secondary batteries.
세퍼레이터(160)는 양극(120) 및 음극(140) 사이에 개재되어, 양극(120) 및 음극(140)을 전기적으로 분리시킨다. 이때, 세퍼레이터(160)는 폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포, 폴리에스테르 부직포, 폴리아크릴로니트릴 다공성 격리막, 폴리(비닐리덴 플루오라이드) 헥사플루오로프로판 공중합체 다공성 격리막, 셀룰로스 다공성 격리막, 크라프트지 등에서 선택된 어느 하나가 이용될 수 있다.
The
종래에는 양극 및 음극이 모두 단순한 플레이트 구조를 가짐에 따라 니켈계 2차 전지의 체결 후 케이스에 수용된 전해액에 함침된 상태로 장 기간의 사용시 충/방전이 이루어지면서 양극이 스웰링(swelling)되는 현상으로 부풀어 오르는데 기인하여 양극과 음극 간의 이격 간격이 불균일해져 충/방전 효율을 급격히 감소시킬 뿐만 아니라, 스웰링 현상에 의해 양극의 최외곽 가장자리가 세퍼레이터의 외측으로 돌출되는 음극과 단락되는 쇼트 불량을 야기하는 문제가 있었다.Conventionally, as both the anode and the cathode have a simple plate structure, when the battery is impregnated with the electrolyte contained in the case after the nickel-based secondary battery is fastened, charging / discharging is carried out for a long period of time and the anode is swelled The gap between the positive electrode and the negative electrode is not uniform and the charging / discharging efficiency is drastically reduced. In addition, the short-circuiting phenomenon in which the outermost edge of the positive electrode is short-circuited to the negative electrode protruding outside the separator by the swelling phenomenon There was a problem that caused.
이와 달리, 본 발명의 실시예에 따른 니켈계 2차 전지 전극 구조(100)는 메인 집전체(122), 양극활물질(124) 및 서브 집전체(126)가 차례로 적층된 구조로 양극(120)을 형성함으로써, 서브 집전체(126)가 메인 집전체(122)에 코팅된 양극활물질(124)이 탈리되는 것을 방지하는 차단막의 역할을 수행함과 더불어 메인 집전체(122)와의 전기적인 접합 면적을 증가시켜 전극의 내부 저항을 감소시켜 전지 수명을 향상시킬 수 있게 된다.Alternatively, the nickel-based secondary
또한, 본 발명의 실시예에 따른 니켈계 2차 전지 전극 구조(100)는 양극활물질(124)이 코팅된 메인 집전체(122)에 압착되는 서브 집전체(126)가 양극(120)의 강도를 보강하는 역할을 수행함으로써, 체결 후 케이스에 수용된 전해액에 함침된 상태에서 장 기간의 사용으로 충/방전이 이루어지더라도 양극(120)의 스웰링(swelling) 현상을 보완할 수 있게 된다.In the nickel-based secondary
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 니켈계 2차 전지 전극 구조(100)는 양극활물질(124)이 코팅된 메인 집전체(122)에 서브 집전체(126)가 압착된 형태로 양극(120)이 제조되므로 양극(120)의 강도가 보강되어 자체 하중에 의해 세퍼레이터(160)에 안정적으로 흡착되어 전극 구조(100)의 체결 후 케이스에 수용된 전해액에 함침된 상태에서 장 기간의 사용으로 충/방전이 이루어지더라도 양극(120)의 중앙 부분이 스웰링되는 것을 보완할 수 있게 되며, 이 결과 양극(120)과 음극(140) 간의 이격 간격을 균일하게 확보하는 것이 가능해져 충/방전 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 양극(120)과 음극(140)이 단락되는 쇼트 불량을 미연에 방지할 수 있게 된다.
Therefore, in the nickel-based secondary
한편, 도 3은 본 발명의 변형예에 따른 니켈계 2차 전지용 양극을 나타낸 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a positive electrode for a nickel-based secondary battery according to a modification of the present invention.
도 3을 참조하면, 도시된 본 발명의 변형예에 따른 니켈계 2차 전지용 양극(120)은 메인 집전체(122), 양극활물질(124) 및 복수의 서브 집전체(126)를 포함한다.3, the
이때, 서브 집전체(126)는 양극활물질(124) 상에 적어도 하나 이상이 적층되어, 양극활물질(124) 및 메인 집전체(122)에 압착된다. 도 3에서는 3개의 서브 집전체(126), 즉 제1, 제2 및 제3 서브 집전체(126a, 126b, 126c)가 차례로 적층된 것을 일 예로 나타내었으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 그 수는 2 ~ 4개인 것이 바람직하다.At this time, at least one
이때, 제1, 제2 및 제3 서브 집전체(126a, 126b, 126c)는 서로 상이한 면적 및 두께를 가질 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 모두 동일한 면적 및 두께를 가질 수도 있다.
At this time, the first, second and third sub
전술한 본 발명의 실시예에 따른 전지 수명을 향상시킨 니켈계 2차 전지 전극 구조는 메인 집전체, 양극활물질 및 서브 집전체가 차례로 적층된 구조로 양극을 형성함으로써, 서브 집전체가 메인 집전체에 코팅된 양극활물질이 탈리되는 것을 차단할 수 있음과 더불어, 메인 집전체와의 전기적인 접합 면적의 증가로 전극 내부 저항을 감소시켜 전지 수명을 향상시킬 수 있다.The electrode structure of the nickel-based secondary battery having improved battery life according to the above-described embodiment of the present invention includes a main collector, a cathode active material, and a sub collector in this order, It is possible to prevent the cathode active material coated on the cathode current collector from being detached and to increase the electrical junction area with the main current collector to reduce the internal resistance of the electrode and improve the battery life.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 니켈계 2차 전지 전극 구조는 양극활물질이 코팅된 메인 집전체에 압착되는 서브 집전체가 양극의 강도를 보강하는 역할을 수행하여 2차 전지의 체결 후 케이스에 수용된 전해액에 함침된 상태에서 장 기간의 사용으로 충/방전이 이루어지더라도 양극의 스웰링(swelling) 현상을 보완함으로써, 양극과 음극 간의 이격 간격을 균일하게 확보하는 것이 가능해져 충/방전 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 양극과 음극이 단락되는 쇼트 불량을 미연에 방지할 수 있다.
Also, in the nickel-based secondary battery electrode structure according to the embodiment of the present invention, the sub current collector pressed on the main current collector coated with the positive electrode active material functions to reinforce the strength of the positive electrode, It is possible to uniformly maintain the separation distance between the anode and the cathode by compensating for the swelling phenomenon of the anode even if charge / discharge is performed due to long-term use under the impregnated electrolyte solution, And it is also possible to prevent a short defect in which the anode and the cathode are short-circuited.
실시예Example
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
The contents not described here are sufficiently technically inferior to those skilled in the art, and a description thereof will be omitted.
1. 양극 제조1. Anode manufacturing
실시예 1Example 1
수산화니켈(Ni(OH)2) 분말 850g, 도전재로 카본 10g 및 바인더로 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene) 5g을 카르복시메틸셀룰로우즈 용액(CMC Solution) 1000ml에 혼합 및 교반시켜 슬러리를 제조한 다음 2mm 두께의 메탈 폼 집전체 위에 슬러리를 도포한 후, 대류 방식의 오븐기를 이용하여 90℃에서 건조하여 양극활물질을 형성하였다.850 g of nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ) powder, 10 g of carbon as a conductive material and 5 g of polytetrafluoroethylene as a binder were mixed and stirred in 1000 ml of a carboxymethylcellulose solution (CMC Solution) The slurry was applied on a metal foam current collector having a thickness of 2 mm, and then dried at 90 ° C. using a convection oven to form a cathode active material.
다음으로, 충진된 양극활물질 상에 2mm의 두께를 갖는 메탈 폼 집전체를 부착한 후, 프레스로 양극활물질이 코팅된 메인 집전체 및 서브 집전체를 압착하여 1.8mm의 두께로 양극을 제조하였다.
Next, a metal foam current collector having a thickness of 2 mm was attached to the charged cathode active material, and then the main current collector and the sub current collector coated with the cathode active material were press-pressed to produce a positive electrode having a thickness of 1.8 mm.
비교예 1Comparative Example 1
실시예 1과 동일한 방법으로 전극 제작 후 서브 집전체 압착만을 제외하였다
Only the sub-collector pressing after the electrode fabrication was excluded in the same manner as in Example 1
실험예Experimental Example
실시예 및 비교예에 따라 제조된 양극을 사용하고, 음극으로 메탈 폼을 사용하였으며, 알칼리 전해액을 주입하여 니켈계 2차 전지를 제조하였다.
Nickel-based secondary batteries were prepared by using the positive electrodes prepared according to Examples and Comparative Examples, using metal foams as negative electrodes, and injecting alkaline electrolytes.
2. 수명 특성 평가2. Evaluation of life characteristics
표 1은 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1에 따른 시편에 대한 전지 수명특성을 측정한 결과를 나타낸 것이고, 도 4는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 시편에 대한 전지 수명특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
Table 1 shows the results of measurement of battery life characteristics for the specimens according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, and FIG. 4 shows the results of measurement of battery life characteristics for the specimens according to Example 1 and Comparative Example 1. Fig.
[표 1][Table 1]
표 1 및 도 4를 참조하면, 비교예 1에 따른 시편의 경우에는 사이클 수에 비례하여 전지 수명이 감소하는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1 and FIG. 4, in the case of the test piece according to Comparative Example 1, the battery life is reduced in proportion to the number of cycles.
반면, 실시예 1에 따른 시편의 경우 사이클 수에 무관하게 용량 변화율이 증가한 것을 확인할 수 있는데, 이는 메인 집전체, 양극활물질 및 서브 집전체가 차례로 적층된 구조로 양극을 형성함으로써, 서브 집전체가 메인 집전체에 코팅된 양극활물질이 탈리되는 것을 차단함과 더불어, 메인 집전체와의 전기적인 접합 면적의 증가로 전극 내부 저항을 감소시킨데 기인한 것으로 파악된다.
On the other hand, in the case of the test piece according to Example 1, it can be seen that the rate of change in capacity increases irrespective of the number of cycles. This is because when the main current collector, the cathode active material and the sub current collector are sequentially stacked, It can be understood that this is due to the fact that the cathode active material coated on the main current collector is prevented from being removed and the internal resistance of the electrode is reduced due to an increase of the electric junction area with the main current collector.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. These changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be determined by the following claims.
100 : 니켈계 2차 전지 단위 셀 120 : 양극
122 : 메인 집전체 124 : 양극활물질
126 : 서브 집전체 126a : 제1 서브 집전체
126b : 제2 서브 집전체 126c : 제3 서브 집전체
140 : 음극 160 : 세퍼레이터100: nickel-based secondary battery unit cell 120: anode
122: main collector 124: cathode active material
126: Sub-collector 126a: First sub-collector
126b:
140: cathode 160: separator
Claims (9)
상기 메인 집전체에 코팅된 양극활물질; 및
상기 양극활물질 상에 배치되어, 상기 양극활물질 및 메인 집전체에 압착된 서브 집전체;를 포함하며,
상기 메인 집전체는 제1 면적을 갖고, 상기 양극활물질은 상기 제1 면적보다 작은 제2 면적을 갖고, 상기 서브 집전체는 상기 제1 면적보다는 작고 상기 제2 면적과는 같거나 큰 제3 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 전지 수명을 향상시킨 니켈계 2차 전지용 양극.
A main current collector having a foam structure;
A cathode active material coated on the main current collector; And
And a sub collector disposed on the cathode active material and pressed onto the cathode active material and the main current collector,
Wherein the main current collector has a first area and the cathode active material has a second area smaller than the first area and the sub collector has a third area smaller than the first area and equal to or larger than the second area And a positive electrode for a negative electrode for a nickel-based secondary battery having improved battery life.
상기 메인 집전체는
제1 두께를 갖고, 상기 서브 집전체는 상기 제1 두께와 동일하거나 작은 제2 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전지 수명을 향상시킨 니켈계 2차 전지용 양극.
The method according to claim 1,
The main current collector
Wherein the secondary collector has a first thickness and the sub collector has a second thickness equal to or less than the first thickness.
상기 메인 집전체 및 서브 집전체 각각은
니켈 폼 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 전지 수명을 향상시킨 니켈계 2차 전지용 양극.
The method according to claim 1,
Each of the main current collector and sub-
Wherein the positive electrode has a nickel foam form.
상기 양극활물질은
수산화니켈(Ni(OH)2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 수명을 향상시킨 니켈계 2차 전지용 양극.
The method according to claim 1,
The positive electrode active material
Nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ).
상기 서브 집전체는
상기 양극활물질 상에 적어도 하나 이상이 적층되어, 상기 양극활물질 및 메인 집전체에 압착된 것을 특징으로 하는 전지 수명을 향상시킨 니켈계 2차 전지용 양극.
The method according to claim 1,
The sub-
Wherein at least one of the positive electrode active material and the negative electrode active material is laminated on the positive electrode active material, and the positive electrode active material and the main current collector are pressed to each other.
상기 양극과 대향하도록 이격 배치된 음극; 및
상기 양극 및 음극 사이에 개재되어, 상기 양극 및 음극을 전기적으로 분리시키는 세퍼레이터;를 포함하며,
상기 메인 집전체는 제1 면적을 갖고, 상기 양극활물질은 상기 제1 면적보다 작은 제2 면적을 갖고, 상기 서브 집전체는 상기 제1 면적보다는 작고 상기 제2 면적과는 같거나 큰 제3 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 전지 수명을 향상시킨 니켈계 2차 전지 전극 구조.
1. A positive electrode comprising: a main current collector having a foam structure; a positive electrode active material coated on the main current collector; a positive electrode disposed on the positive electrode active material and having a sub current collector pressed onto the positive active material and the main current collector;
A negative electrode disposed so as to face the positive electrode; And
And a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode to electrically isolate the positive electrode and the negative electrode,
Wherein the main current collector has a first area and the cathode active material has a second area smaller than the first area and the sub collector has a third area smaller than the first area and equal to or larger than the second area Wherein the electrode is formed on the surface of the nickel-based secondary battery.
상기 음극은
니켈인 것을 특징으로 하는 전지 수명을 향상시킨 니켈계 2차 전지 전극 구조.
8. The method of claim 7,
The negative electrode
Nickel-based secondary battery electrode structure having improved battery life.
상기 니켈계 2차 전지 단위 셀은
상기 서브 집전체에 의해 상기 상기 메인 집전체가 스웰링되는 것이 억제된 것을 특징으로 하는 전지 수명을 향상시킨 니켈계 2차 전지 전극 구조.8. The method of claim 7,
The nickel-based secondary battery unit cell
And the main current collector is inhibited from swelling by the sub current collector.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20140037647A KR101464514B1 (en) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | Anode electrode of nickel base secondary battery improving battery service life and electrode structure of nickel base secondary battery including the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20140037647A KR101464514B1 (en) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | Anode electrode of nickel base secondary battery improving battery service life and electrode structure of nickel base secondary battery including the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101464514B1 true KR101464514B1 (en) | 2014-11-26 |
Family
ID=52291422
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR20140037647A KR101464514B1 (en) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | Anode electrode of nickel base secondary battery improving battery service life and electrode structure of nickel base secondary battery including the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101464514B1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20030012127A (en) * | 2001-07-30 | 2003-02-12 | 현대자동차주식회사 | Nickel tab welding method of nickel metal hydride battery |
KR20060087183A (en) * | 2005-01-28 | 2006-08-02 | 삼성에스디아이 주식회사 | Electrode plate of secondary battery and method of fabricating the same |
JP2012074230A (en) * | 2010-09-28 | 2012-04-12 | Sharp Corp | Collector and electrode for battery, and battery |
-
2014
- 2014-03-31 KR KR20140037647A patent/KR101464514B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20030012127A (en) * | 2001-07-30 | 2003-02-12 | 현대자동차주식회사 | Nickel tab welding method of nickel metal hydride battery |
KR20060087183A (en) * | 2005-01-28 | 2006-08-02 | 삼성에스디아이 주식회사 | Electrode plate of secondary battery and method of fabricating the same |
JP2012074230A (en) * | 2010-09-28 | 2012-04-12 | Sharp Corp | Collector and electrode for battery, and battery |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20200388828A1 (en) | Secondary zinc-manganese dioxide batteries for high power applications | |
CN105074968A (en) | Lithium electrode and lithium secondary battery comprising same | |
KR100919691B1 (en) | Unit cell for secondary battery having conductive sheet layer and lithium ion secondary battery having the same | |
JP2016509338A (en) | Electrode assembly and electrochemical device including the same | |
KR20120106718A (en) | Electrical storage device and electrode thereof | |
JP2010108732A (en) | Lithium secondary battery | |
US20160211513A1 (en) | Electrode structure having alternating composite layers | |
JP2017135110A (en) | Electrode assembly and electrochemical device including the same | |
KR20130133328A (en) | Secondary battery of improved safety | |
KR20110100301A (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery, and method for charging same | |
CN106025169B (en) | Electric storage element | |
KR101113423B1 (en) | Method for manufacturing lithium ion capacitor and lithium ion capacitor manufactured by using the same | |
KR20170090720A (en) | Electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery indluding the same | |
JP5655808B2 (en) | Cylindrical alkaline storage battery | |
KR101464514B1 (en) | Anode electrode of nickel base secondary battery improving battery service life and electrode structure of nickel base secondary battery including the same | |
US11870039B2 (en) | Electrode assembly and method for manufacturing the same | |
JP2022081421A (en) | Negative electrode body for zinc battery and zinc battery | |
JPH07105935A (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery | |
KR100943751B1 (en) | Nickel-metal hydride secondary battery | |
US20110305931A1 (en) | Secondary power source and method for manufacturing the same | |
WO2023074845A1 (en) | Lithium secondary battery | |
JP2005327516A (en) | Charging method of nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP6955686B2 (en) | Power storage element | |
KR100790563B1 (en) | Structure of electrode group for large capacity nickel/metal hydryde secondary battery | |
KR20180002007U (en) | High efficiency hybrid electrod assembly for lithium secondary battery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |