KR101468732B1 - Electrode structure comprising the electrode materialand secondary battery comprising the electrodestructure - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 충전효율을 증진시킴은 물론 포화된 충전에 따른 전극구조체의 손상을 방지하여 안정하게 사용할 수 있도록 중앙에 심재(C)가 구비되고, 상기 심재(C)의 외주면에 형성된 실리콘층(S)으로 이루어진 전극재료(7)가 상기 심재(C)를 고정하는 고정수단을 통해 다수 개가 정렬배치된 것으로 이루어진 리튬 2차전지용 전극구조체 및 상기 전극구조체를 음극(3)으로 하며 전해질 및 양극을 포함하고, 리튬의 산화반응과 리튬이온의 환원반응을 이용하는 리튬 2차전지에 관한 것이다.A core (C) is provided at the center so as to prevent the electrode structure from being damaged due to a saturated charge and to be stably used as well as to improve the charging efficiency. The core (C) And a plurality of electrode materials 7 made of S are arranged and arranged through fixing means for fixing the core C. The electrode structure for a lithium secondary battery and the electrode structure are used as a cathode 3, And a lithium secondary battery using oxidation reaction of lithium and reduction reaction of lithium ion.

Description

리튬 2차전지용 전극구조체 및 상기 전극구조체를 포함하는 2차전지{ELECTRODE STRUCTURE COMPRISING THE ELECTRODE MATERIALAND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE ELECTRODESTRUCTURE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an electrode structure for a lithium secondary battery, and a secondary battery including the electrode structure. BACKGROUND OF THE INVENTION [0002]

본 발명은, 실리콘을 주성분으로 하는 리튬 2차전지용 전극재료가 적용된 전극구조체 및 상기 전극구조체를 포함하는 2차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충전효율을 증진시킴은 물론 포화된 충전에 따른 전극구조체의 손상을 방지하여 안정하게 사용할 수 있도록 된 리튬 2차전지용 전극구조체, 및 상기 전극구조체를 포함하는 2차전지에 관한 것이다.
The present invention relates to an electrode structure to which an electrode material for a lithium secondary battery mainly composed of silicon is applied and a secondary battery including the electrode structure. More particularly, the present invention relates to a secondary battery including an electrode structure The present invention relates to an electrode structure for a lithium secondary battery that can be used stably by preventing damage to a structure, and a secondary battery including the electrode structure.

최근에, 대기중에 함유된 CO2가스량이 증가하고 있기 때문에 온실효과에 의한 지구온난화가 발생할 수 있는 가능성이 알려지고 있다.Recently, it is known that global warming due to the greenhouse effect may occur because the amount of CO 2 gas contained in the atmosphere is increasing.

즉, 화력 발전소는 화석연료를 사용하여 화력을 전기에너지로 변환하지만, 다량의 CO2가스를 배출하므로 화력발전소를 신설하는 것이 곤란하게 된다.That is, a thermal power plant uses fossil fuels to convert thermal power into electrical energy, but since it emits a large amount of CO2 gas, it is difficult to establish a thermal power plant.

따라서, 화력 발전소에서 발생한 전력을 효과적으로 이용하기 위해서, 잉여전력인 야간에 발생한 전력을 가정용 2차전지에 축전시킬 수 있고, 그에 의해 전력소비가 증가할 때 축적된 전력을 낮 동안 이용할 수 있는 소위 부하평준화 접근법이 제안되고 있다.Therefore, in order to effectively utilize the power generated from the thermal power plant, it is possible to charge the power generated in the nighttime, which is surplus power, in the secondary battery for home use, so that the accumulated power when the power consumption is increased can be used during the day, A leveling approach is proposed.

그리고, COx, NOx, 탄화수소 등의 대기오염원을 배출하지 않는 전동차에 대해 고에너지밀도 2차전지의 개발이 요구되고 있다.In addition, development of a high energy density secondary battery is required for a train which does not discharge air pollution sources such as COx, NOx, and hydrocarbons.

또한, 노트북 개인용 컴퓨터, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 휴대전화, PDA(Personal Digital Assistant) 등의 휴대용전기기기의 용도에서 소형, 경량, 고성능의 2차전지의 개발이 긴급하게 요구된다.
Further, development of a small-sized, light-weight, high-performance secondary battery is urgently required for use in portable electronic devices such as notebook personal computers, video cameras, digital cameras, cellular phones, and PDAs (Personal Digital Assistants).

상기에서, 경량, 소형의 2차전지로써는, 충전반응시, 리튬이온을 그 층간으로부터 사이에 삽입하지 않기 위해 리튬 삽입 화합물을 양극물질로서 이용하고 또한 탄소로 형성된 6원(員) 망 구조의 평면의 층간에 리튬이온을 삽입하기 위해 흑연으로 대표되는 탄소함유재료를 음극물질로서 이용하는 "리튬이온전지"로서 칭하는 흔들의자형 전지가 개발되어 부분적으로 실용화되고 있다.
As a lightweight and compact secondary battery, it is necessary to use a lithium intercalation compound as a cathode material in order to prevent lithium ions from interposing between lithium ions during the charging reaction and to use a flat plane of a six- Called "lithium ion battery" in which a carbon-containing material represented by graphite is used as a negative electrode material for inserting lithium ions into the interlayer between layers, has been developed and partially put into practical use.

이와 같은 리튬이온전지로 종래에, 미국 특허 제 6,051,340호 공보와, 동 제 5,795,679호 공보와, 동 제6,432,585호 공보와, 일본국 특개평 11-283627호 공보와, 일본국 특허 제 2000-311681호 공보, 및 국제 공개 WO 00/17949호 공보에서, 실리콘이나 주석원소를 포함하는 리튬 2차전지용 음극을 이용한 2차전지가 제안되어 있다.Such a lithium ion battery has been conventionally known in the art as disclosed in U.S. Patent Nos. 6,051,340, 5,795,679, 6,432,585, 11-283627, 2000-311681 And International Publication No. WO 00/17949, a secondary battery using a negative electrode for a lithium secondary battery including silicon or a tin element has been proposed.

상기에서 미국 특허 제 6,051,340호 공보는, 리튬과 합금화하지 않는 금속재료의 집전장치에 실리콘이나 주석 등의 리튬과 합금화하는 금속과 리튬과 합금화하지 않는 금속으로부터 형성된 전극층을 포함하는 음극을 이용한 리튬 2차전지를 제안하고 있다.U.S. Patent No. 6,051,340 discloses a lithium secondary battery using a negative electrode comprising an electrode layer formed from a metal that is alloyed with lithium such as silicon or tin and a metal that is not alloyed with lithium in a current collector of a metal material that is not alloyed with lithium, .

그리고, 싱기 미국 특허 제 5,795,679호 공보는, 니켈이나 구리 등의 원소와 주석 등의 원소와의 합금의 분말로부터 형성된 음극을 이용한 리튬 2차전지를 제안하고 있다. 미국 특허 제 6,432,585호 공보는, 평균 입경이 0.5㎛ 내지 60㎛인 실리콘이나 주석을 함유하는 입자의 35중량% 이상을 함유하고 공극률이 0.10 내지 0.86이고 밀도가 1.00 내지 6.56g/cm3인 전극재료층을 가지는 음극을 이용하는 리튬 2차전지를 제안하고 있다.In addition, Japanese Unexamined Patent Publication No. 5,795,679 proposes a lithium secondary battery using a negative electrode formed from a powder of an alloy of an element such as nickel or copper and an element such as tin. U.S. Patent No. 6,432,585 discloses an electrode material layer containing 35 wt% or more of silicon or tin-containing particles having an average particle diameter of 0.5 to 60 탆 and having a porosity of 0.10 to 0.86 and a density of 1.00 to 6.56 g / A lithium secondary battery using a negative electrode having a negative electrode.

또한, 일본국 특개평 11-283627호 공보는, 비정질상을 가지는 실리콘이나 주석을 포함하는 음극을 이용한 리튬 2차전지를 제안하고, 일본국 특허 제 2000-311681호 공보는, 비화학량론 조성의 비정질 주석-천이 금속합금입자를 포함하는 음극을 이용한 리튬 2차전지를 제안하고 있고, 국제 공개 WO 00/17949호 공보는, 비화학량론 조성의 실리콘-천이 금속합금입자를 포함하는 음극을 이용한 리튬 2차전지를 제안하고 있다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-283627 proposes a lithium secondary battery using a negative electrode containing silicon or tin having an amorphous phase, and Japanese Patent Publication No. 2000-311681 discloses a non-stoichiometric amorphous tin -Transition Metal Alloy Particles and WO 00/17949 discloses a lithium secondary battery using a negative electrode containing silicon-transition metal alloy particles of non-stoichiometric composition I am proposing.

그리고, 일본국 특허 제 2000-215887호 공보는, 벤젠 등의 열분해를 이용한 화학증착에 의해, 리튬과 합금화하는 금속 또는 반금속의 입자의 표면, 특히 실리콘 입자의 표면 위에 탄소층을 형성하여 도전성을 향상시키고, 그에 의해 리튬과 합금화할 때 체적팽창을 억제하여 전극의 파괴를 방지하는 고용량이고 충방전효율이 높은 리튬 2차전지를 제안하고 있다.
Japanese Patent Publication No. 2000-215887 discloses a method of forming a carbon layer on the surface of metal or semi-metal particles, particularly silicon particles, which is alloyed with lithium by chemical vapor deposition using pyrolysis of benzene or the like, A lithium secondary battery having a high capacity and a high charging / discharging efficiency which prevents the electrode from being broken by suppressing the volume expansion when alloyed with lithium.

그러나, 상기 종래의 리튬2차전지들은 계산된 이론적 충전용량이 4200mAh/g이지만, 1000mAh/g를 초과하는 전기량의 리튬 삽입/이탈을 가능하게 하는 전극성능이 달성되지 않으며, 포화된 충전에 따른 전극구조체의 손상이 발생하여 비 안정적인 문제점들이 있었다.
However, although the conventional lithium secondary batteries have a theoretical charging capacity calculated to be 4200 mAh / g, the electrode performance capable of lithium insertion / desorption of an electric quantity exceeding 1000 mAh / g is not achieved, And thus there were unstable problems.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 충전효율을 증진시킴은 물론 포화된 충전에 따른 전극구조체의 손상을 방지하여 안정하게 사용할 수 있도록 된 리튬 2차전지용 전극구조체 및 상기 전극구조체를 포함하는 2차전지를 제공하는 것에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the related art as described above, and it is an object of the present invention to provide a lithium secondary battery which can improve the charging efficiency and prevent damage to the electrode structure due to saturated charging, A battery electrode structure, and a secondary battery including the electrode structure.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 2차전지용 전극구조체는, 중앙에 심재(C)가 구비되고 심재(C)의 외주면에 실리콘층(S)이 형성된 전극재료(7)는 심재(C)를 고정하는 고정수단에 의해 다수 개로 정렬배치되며,
상기 다수 개로 정렬배치된 전극재료(7)를 전기적으로 연결하여 전극단자(6)와 접속하기 위해 실리콘층(S)을 전도성 재질의 전극판(8)을 통해 전기적으로 연결을 함과 동시에 결합하고,
상기 실리콘층(S)의 외주면은 다수의 홈이 형성되며, 전극재료(7)의 심재(C)가 고정되는 고정수단에 의해 실리콘층(S)의 외측면이 서로 밀착되게 고정되며,
상기 심재(C)는 탄소섬유이고, 외주면에는 전도성 재질로 이루어진 전도층이 적층되며, 다수의 심봉(p)이 결합되어 이루어며,
상기 고정수단은 전도성 재질이며, 실리콘층(S)과 전기적으로 연결하면서 고정되고, 서로 마주보는 위치에 구비된 한 쌍의 고정부재(9)로 이루어지며,
상기 고정부재(9)는 심재(C)가 수용되는 요부(10)를 가진 "ㄷ" 자 형상의 프레임으로 이루어지고, 전극판(8)의 양측부에서 연장형성되어 구비되거나 또는 전극판(8)에 일체로 형성된 것을 특징이다.

또한 본 발명의 2차전지는, 리튬 2차전지용 전극구조체를 이용한 음극, 전해질 및 양극을 포함하고, 리튬의 산화반응과 리튬이온의 환원반응을 이용하는 것이 특징이다.

또한 본 발명의 2차전지는 전극구조체와 양극이 이온분리막을 사이에 두고 평면상으로 적층되어, 다수 개가 정렬되는 것이 특징이다.

그리고 본 발명의 2차전지는 전극구조체와 양극이 이온분리막을 사이에 두고 와선형으로 권취된 것이 특징이다.
In order to achieve the above object, an electrode structure for a lithium secondary battery according to the present invention comprises a core material C at the center and an electrode material 7 having a silicon layer S formed on the outer circumferential surface of the core material C, C are fixed by a fixing means for fixing them,
The plurality of electrode materials 7 are electrically connected to each other to electrically connect the silicon layer S to the electrode terminal 6 through the electrode plate 8 of conductive material ,
A plurality of grooves are formed on the outer circumferential surface of the silicon layer S and the outer surface of the silicon layer S is fixedly attached to the silicon layer S by fastening means by which the core material C of the electrode material 7 is fixed,
The core (C) is made of carbon fiber, a conductive layer made of a conductive material is laminated on the outer circumferential surface, and a plurality of mandrels (p)
The fixing means is made of a conductive material and is composed of a pair of fixing members (9) which are fixed while being electrically connected to the silicon layer (S) and are provided at positions facing each other,
The fixing member 9 is formed of a frame having a recess 10 in which the core member C is accommodated and extends from both sides of the electrode plate 8, As shown in Fig.

In addition, the secondary battery of the present invention includes a cathode, an electrolyte, and a positive electrode using an electrode structure for a lithium secondary battery, and is characterized by using an oxidation reaction of lithium and a reduction reaction of lithium ions.

The secondary battery of the present invention is characterized in that the electrode structure and the anode are stacked in a plane with the ion-selective membrane sandwiched therebetween, and a plurality of them are aligned.

The secondary battery of the present invention is characterized in that the electrode structure and the anode are wound in a wired shape with the ion-selective membrane sandwiched therebetween.

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상기와 같이 이루어진 본 발명의 리튬 2차전지용 전극구조체 및 상기 전극구조체를 포함하는 2차전지는 충전시 리튬이온과 결합되는 전극이 순수 실리콘으로 이루어져 있어 충전효율이 높음은 물론, 리튬이온과 결합시 실리콘전극이 팽창하더라도 전극재료들의 사이 공간으로 팽창하여 전극구조체의 내부에서 체적이 변화함에 따라 포화된 충전에 따른 전극재료가 팽창하더라도 전극구조체가 손상을 받지 않아 안정적으로 사용할 수 있는 효과를 가진다.The electrode structure for a lithium secondary battery according to the present invention and the secondary battery including the electrode structure are formed of pure silicon because they are combined with lithium ions during charging, Even if the electrode expands, the electrode structure expands to spaces between the electrode materials and changes in volume inside the electrode structure, so that the electrode structure is not damaged even if the electrode material expands due to the saturated filling, and the device can be used stably.

즉, 전극구조체가 전극재료들이 상하좌우로 배열되어 복층구조로 이루어져 사이간격을 가지면서 형성되기 때문에 리튬이온과의 결합시 실리콘층의 체적변화가 전극재료들의 사이 간격을 통해 이루어져 전극구조체가 외측으로 팽창되지 않아 포회된 충전이 있더라도 손상되지 않는다.That is, since the electrode structure is formed by arranging the electrode materials vertically and horizontally and having a multi-layered structure, the volume change of the silicon layer upon bonding with the lithium ion is formed through the interval between the electrode materials, It is not damaged even if it has not been inflated and filled up.

따라서, 기존에 발생하던 전극구조체와 리튬이온과의 결합시 전극구조체의 체적이 변화하여 외측으로 팽창함에 따라 파손되는 현상이 발생하지 않아 안정적이다.Therefore, when the electrode structure and the lithium ion are combined with each other, the volume of the electrode structure is changed and the electrode structure is not broken as it expands outwardly.

또한, 리튬이온과 실리콘층의 접촉면적이 증대되어 충전속도가 증대되어 빠른 충전이 이루어지는 효과를 더 가진다.
In addition, the contact area between the lithium ion and the silicon layer is increased, so that the charging speed is increased and quick charging is effected.

도 1은 리튬 2차전지의 구조를 보인 개략 단면 예시도,
도 2 내지 도 3은 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 전극구조체에 적용된 전극재료를 보인 개략예시도,
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 리튬 2차전지용 전극구조체의 충전상태를 보인 일부 발췌 개략 예시도,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 리튬 2차전지용 전극구조체의 구조를 보인 개략 예시도.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 리튬 2차전지용 전극구조체의 구조를 보인 개략 예시도.
도 9 내지 도 11은 본 발명에 따른 또 다른 실시예들에 의한 리튬 2차전지용 전극구조체의 구조를 보인 개략 예시도.
도 12는 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 리튬 2차전지의 구조를 개략 예시도,
도 13은 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 리튬 2차전지의 구조를 개략 예시도,
도 14는 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 전극구조체에 적용된 전극재료를 보인 개략예시도.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a lithium secondary battery,
2 to 3 are schematic views showing an electrode material applied to an electrode structure according to an embodiment of the present invention,
FIG. 4 is a partial schematic view showing a charging state of an electrode structure for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. FIG.
5 and 6 are schematic views showing the structure of an electrode structure for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
7 and 8 are schematic views showing the structure of an electrode structure for a lithium secondary battery according to another embodiment of the present invention.
9 to 11 are schematic views showing the structure of an electrode structure for a lithium secondary battery according to still another embodiment of the present invention.
12 is a schematic view illustrating a structure of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention,
13 is a schematic view illustrating a structure of a lithium secondary battery according to another embodiment of the present invention,
FIG. 14 is a schematic view showing an electrode material applied to an electrode structure according to another embodiment of the present invention; FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 의한 리튬 2차전지용 전극구조체 및 상기 전극구조체를 포함하는 2차전지를 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, an electrode structure for a lithium secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention and a secondary battery including the electrode structure will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
In addition, although the terms used in the present invention have been selected as general terms that are widely used at present, there are some terms selected arbitrarily by the applicant in a specific case. In this case, since the meanings are described in detail in the description of the relevant invention, It is to be understood that the present invention should be grasped as a meaning of a term other than a name. Further, in describing the embodiments, descriptions of technical contents which are well known in the technical field to which the present invention belongs and which are not directly related to the present invention will be omitted. This is for the sake of clarity of the present invention without omitting the unnecessary explanation.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 2차전지의 구조를 간략하게 보인 예시도로써, 본 실시예에 의한 2차전지(1)는 이온전도체(2)를 전극구조체로 이루어진 음극(3)과 양극(4)의 사이에 끼워 전극군을 형성한 후 이슬점이 충분히 제어된 건조 공기 또는 건조 불활성 가스 분위기에서 상기 전극군을 전지케이스(5)에 삽입한 후, 음극(2)과 양극(3)이 전극단자(6)에 각각 접속되게 하여 전지케이스(5)를 밀봉하여 이루어진다.FIG. 1 is a schematic view illustrating a structure of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a secondary battery 1 according to the present embodiment includes an ion conductor 2, a cathode 3 ) And the anode 4 to form an electrode group and then the electrode group is inserted into the battery case 5 in an atmosphere of dry air or dry inert gas in which the dew point is sufficiently controlled and then the negative electrode 2 and the positive electrode 3 are connected to the electrode terminals 6 to seal the battery case 5.

즉, 리튬이온이 수용된 전지케이스(5)의 내부공간을 이온전도체(2)를 기준으로 분할한 후, 일 측 공간에는 음극 전극구조체를 구비하고 타 측 공간에는 양극을 구비하며, 리튬이온이 이온전도체(2)를 통해 음극(3) 및 양극(4)과 결합하여 산화/환원반응이 발생하는 것을 이용하여 충전하거나 방전하게 된다.
That is, after the internal space of the battery case 5 containing lithium ions is divided by the ion conductor 2 as a reference, a cathode electrode structure is provided in one side space, an anode is provided in the other side space, Is charged or discharged by utilizing the fact that the oxidation / reduction reaction occurs by being coupled with the cathode (3) and the anode (4) through the conductor (2).

상기에서 이온 전도체(2)는 미소공성의 플라스틱 필름에 유지되는 전해질을 가지는 부재로 이루어지는 것이 바람직하다.
The ion conductor 2 is preferably made of a member having an electrolyte held in a microporous plastic film.

그리고, 상기에서 양극(4)을 구성하는 전극물질은 산화코발트로 이루어지는 것이 바람직하다.
It is preferable that the electrode material constituting the anode 4 is made of cobalt oxide.

상기와 같은 본 실시예에 의한 리튬 2차전지는 도 12에서 도시된 바와 같이 상기 전극구조체로 이루어진 음극과 양극이 이온분리막을 사이에 두고 평면상으로 적층되어, 다수 개가 정렬되는 것으로 이루어질 수 있으며, 도 13에서 도시된 바와 같이 상기 전극구조체로 이루어진 음극과 양극이 이온분리막을 사이에 두고 와선형으로 권취하여 이루어질 수 있다.
As shown in FIG. 12, the lithium secondary battery according to the present embodiment may be constructed such that a cathode and an anode made of the electrode structure are stacked on a plane with an ion-selective membrane sandwiched therebetween, As shown in FIG. 13, the negative electrode and the positive electrode made of the electrode structure may be wound in a wired shape with the ion-selective membrane interposed therebetween.

또한, 본 실시예의 2차전지(1)를 구성하는 리튬 2차전지용 전극구조체는 실리콘(S)을 주성분으로 하는 전극재료(7)가 다수 개들의 적층결합으로 이루어진 것으로, 상기 전극재료(7)는, 도 2 내지 도 4에서 도시된 바와 같이 중앙에 심재(C)가 구비되고, 상기 심재(C)의 외주면에 형성된 실리콘층(S)으로 이루어진다.
The electrode structure for a lithium secondary battery constituting the secondary battery 1 of the present embodiment is formed by stacking a plurality of electrode materials 7 mainly composed of silicon (S) As shown in Figs. 2 to 4, a core member C is provided at the center, and a silicon layer S is formed on an outer peripheral surface of the core member C. As shown in Figs.

상기에서 심재(C)는 전극구조체를 이루는 고정수단에 고정을 원활하게 할 수 있는 고정심의 기능을 수행하는 것으로, 전도성 재질로 이루어져 전기적 연결이 가능하도록 되는 것이 바람직하다.In the above, the core C functions as a fixed core that can be fixed to the fixing means constituting the electrode structure, and is preferably made of a conductive material so as to be electrically connectable.

물론, 심재(C)의 외주면에 전도성 재질로 이루어진 전도층이 적층된 것으로 이루어질 수도 있다.
Of course, the conductive layer made of a conductive material may be laminated on the outer circumferential surface of the core material C.

상기와 같은 심재(C)는 탄소섬유질로 이루어지는 것이 바람직하며, 금속섬유 재질로 이루어져 전기적인 소통은 물론 고정수단에 원활하게 고정할 수 있도록 되는 것이 가장 바람직하다.
The core (C) is preferably made of carbon fiber, and is most preferably made of a metal fiber material so that it can be fixed to the fixing means smoothly as well as electrical communication.

이와 같은 전극재료(7)는 도 4에서 도시된 바와 같이 상기 이온전도체(2)를 통해 전도되는 리튬이온이 실리콘층(S)을 구성하는 실리콘상으로 리튬삽입반응이 균일하게 발생하여 실리콘에 대한 리튬의 산화/환원반응에 따라 충전된다.
As shown in FIG. 4, such an electrode material 7 has a lithium ion-conducting reaction uniformly generated in the silicon phase constituting the silicon layer S by the lithium ions conducted through the ion conductor 2, It is charged according to the oxidation / reduction reaction of lithium.

상기와 같이 실시예의 리튬 2차전지(1)는 상기 전극재료들이 적용된 전극구조체를 이용한 음극(3), 전해질 및 양극(4)을 포함하고, 리튬의 산화반응과 리튬이온의 환원반응을 이용한다.
As described above, the lithium secondary battery 1 of the embodiment includes the cathode 3, the electrolyte and the anode 4 using the electrode structure to which the electrode materials are applied, and utilizes the oxidation reaction of lithium and the reduction reaction of lithium ions.

그리고, 충전이 진행되는 음극은 심재(C)를 통해 전극단자(6)와 연결되어 방전시 전기적인 연결을 이루게 된다.The negative electrode through which the charging proceeds is connected to the electrode terminal 6 through the core member C to make electrical connection at the time of discharging.

이때, 다수의 전극재료(7)들을 전기적으로 연결하여 전극단자(6)와 접속하기 위해 상기한 전극재료(7)들의 실리콘층(S)을 전도성 재질로 이루어진 전극판(8)을 통해 전기적인 연결을 함과 동시에 결합하게 된다.
At this time, the silicon layer S of the electrode materials 7 is electrically connected to the electrode terminal 6 through the electrode plate 8 made of a conductive material in order to electrically connect the plurality of electrode materials 7, The connection is made at the same time as the connection is made.

또한, 본 실시예의 전극재료(7)에서 상기한 실리콘층(S)은 원기둥형상으로 이루어지는 것이 바람직하며, 심재(C)를 통해 전극구조체를 구성하는 고정수단에 고정되는 것이 바람직하다.In addition, in the electrode material 7 of the present embodiment, the silicon layer S is preferably formed in a cylindrical shape and is preferably fixed to the fixing means constituting the electrode structure through the core material C.

즉, 상기한 전극재료(7)는 상기 심재(C)가 고정되는 고정수단에 실리콘층(S)의 외측면이 서로 밀착되어 맞닿도록 고정되어 정렬되어 고정된다.
That is, the electrode material 7 is fixed and aligned so that the outer surface of the silicon layer S is closely contacted to the fixing means to which the core material C is fixed.

이에 따라, 실리콘층(S)으로 도 4에서 도시된 바와 같이 리튬삽입반응이 발생하여 실리콘층(S)이 팽창하더라도 전극재료(7)들의 사이 공간으로 팽창하기 때문에, 과도한 충전에 의해 전극재료(7)가 과도하게 팽창되더라도 전극구조체의 외측으로 팽창되는 면적이 작아 전극구조체가 손상되거나 파손되는 것이 방지되어 안정적으로 사용할 수 있다.
Accordingly, even if the silicon layer S expands due to the lithium insertion reaction as shown in Fig. 4, the silicon layer S expands into the spaces between the electrode materials 7, so that the electrode material 7 is excessively expanded, the area expanded to the outside of the electrode structure is small, so that damage or breakage of the electrode structure is prevented, and the electrode structure can be stably used.

그리고, 상기한 실리콘층(S)의 외주면은 플라즈마처리되어 다수의 홈이 형성되어 표면적이 증대됨에 따라, 리튬삽입반응 면적을 빠른 충전이 이루어지도록 되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
The outer peripheral surface of the silicon layer S is plasma-treated to form a plurality of grooves to increase the surface area. However, the present invention is not limited thereto.

물론, 실리콘층(S)의 형상이 평면 형상, 원통 형상, 직방체형, 시트형 등으로 이루어질 수 있다,Of course, the shape of the silicon layer S may be a plane shape, a cylindrical shape, a rectangular parallelepiped shape, a sheet shape, or the like.

상기에서, 심재(C)는 도 14에서 도시된 바와 같이 다수의 심봉(p)이 결합된 것으로 이루어질 수 있으며, 이 경우, 단일의 심봉으로 이루어진 심재 보다 강도가 보강되어 더 안정적이다.
In the above, the core C may be formed by combining a plurality of mandrels p as shown in FIG. 14. In this case, the core is strengthened and more stable than the core made of a single mandrel.

또한, 상기에서 전극구조체는 도 5 및 도 6에서 도시된 바와 같이, 상기 전극재료(7)의 심재(C)가 고정되는 고정수단에의해 실리콘층(S)의 외측면이 서로 밀착되어 맞닿도록 고정되어 정렬되어 고정되고, 상기 고정수단은 서로 마주보는 위치에 구비된 한 쌍의 고정부재(9)로 이루어진다.5 and 6, the outer surface of the silicon layer S is brought into close contact with and brought into contact with each other by fixing means in which the core material C of the electrode material 7 is fixed. And the fixing means comprises a pair of fixing members 9 provided at positions facing each other.

즉, 한 쌍의 고정부재(9)에 실리콘층(S)의 양측으로 연장 돌출된 심재(C)들이 각각 고정되어 전극구조체를 구성하게 된다.That is, the core members C extending to both sides of the silicon layer S are fixed to the pair of fixing members 9 to constitute an electrode structure.

이와 같은 고정수단은 전도성 재질로 이루어지며, 상기 실리콘층과 전기적으로 연결하면서 고정되는 것이 바람직하다.
It is preferable that the fixing means is made of a conductive material and is fixed while being electrically connected to the silicon layer.

물론, 도 7 및 도 8에서 도시된 바와 같이, 상기 고정부재(9)는 비전도성재질로 이루어지고 별도의 전극판(8)을 통해 전극재료들을 전기적으로 연결하여 구성할 수도 있다.
Of course, as shown in FIGS. 7 and 8, the fixing member 9 may be formed of a nonconductive material and electrically connected with the electrode materials through a separate electrode plate 8.

상기에서 고정부재(9)는 서로 마주보는 위치에 요부(10)가 구비된 프레임으로 이루어지는 것이 바람직하며, 이 경우, 상기 프레임은 "ㄷ" 자 형상의 구조로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.
In this case, it is preferable that the fixing member 9 is formed of a frame provided with a concave portion 10 at a position facing each other, and in this case, it is most preferable that the frame has a "C" shape.

그리고, 상기에서 고정부재(9)는 전도성 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 이 경우, 상기 심재(C)와 전기적으로 연결하면서 고정된다.
In this case, the fixing member 9 is preferably made of a conductive material, and in this case, it is fixed while being electrically connected to the core C.

또한, 상기한 고정부재(9)는 도 9 및 도 11에서 도시된 바와 같이, 상기 전극판(8)의 양측부에서 연장형성되어 구비될 수 있으며, 이 경우 도 10에서 도시된 바와 같이 전극재료(7)의 외형에 맞춤결합되는 형상을 가지는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
9 and 11, the fixing member 9 may extend from both sides of the electrode plate 8. In this case, as shown in FIG. 10, But it is not limited to this shape.

그리고, 상기한 고정부재(9)는 도 11에서 도시된 바와 같이, 상기 전극판(8)의 양측에 별도의 접착수단에 의해 고정되어 구비될 수도 있다.11, the fixing member 9 may be fixed to both sides of the electrode plate 8 by separate bonding means.

이 경우, 상기 고정부재(9)는 비 전도성 재질로 이루어지고, 전극판(8)을 통해 각각의 전극재료(7)들이 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.
In this case, it is preferable that the fixing member 9 is made of a non-conductive material, and the respective electrode materials 7 are electrically connected through the electrode plate 8.

이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
While the present invention has been described with reference to the exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Therefore, the examples disclosed in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

1 : 2차전지 2 : 이온전도체
3 : 음극 4 : 양극
5 : 전지케이스 6 : 전극단자
7 : 전극재료 8 : 전극판
9 : 고정부재 10 : 요부
C : 심재 S : 실리콘층1: secondary battery 2: ion conductor
3: cathode 4: anode
5: Battery case 6: Electrode terminal
7: Electrode material 8: Electrode plate
9: Fixing member 10:
C: core material S: silicon layer

Claims (15)

중앙에 심재(C)가 구비되고 심재(C)의 외주면에 실리콘층(S)이 형성된 전극재료(7)는 심재(C)를 고정하는 고정수단에 의해 다수 개로 정렬배치되며,
상기 다수 개로 정렬배치된 전극재료(7)를 전기적으로 연결하여 전극단자(6)와 접속하기 위해 실리콘층(S)을 전도성 재질의 전극판(8)을 통해 전기적으로 연결을 함과 동시에 결합하고,
상기 실리콘층(S)의 외주면은 다수의 홈이 형성되며, 전극재료(7)의 심재(C)가 고정되는 고정수단에 의해 실리콘층(S)의 외측면이 서로 밀착되게 고정되며,
상기 심재(C)는 탄소섬유이고, 외주면에는 전도성 재질로 이루어진 전도층이 적층되며, 다수의 심봉(p)이 결합되어 이루어며,
상기 고정수단은 전도성 재질이며, 실리콘층(S)과 전기적으로 연결하면서 고정되고, 서로 마주보는 위치에 구비된 한 쌍의 고정부재(9)로 이루어지며,
상기 고정부재(9)는 심재(C)가 수용되는 요부(10)를 가진 "ㄷ" 자 형상의 프레임으로 이루어지고, 전극판(8)의 양측부에서 연장형성되어 구비되거나 또는 전극판(8)에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 2차전지용 전극구조체.
The electrode material 7 in which the core material C is provided at the center and the silicon layer S is formed on the outer peripheral surface of the core material C is arranged and arranged in a plurality of positions by means of fixing means for fixing the core material C,
The plurality of electrode materials 7 are electrically connected to each other to electrically connect the silicon layer S to the electrode terminal 6 through the electrode plate 8 of conductive material ,
A plurality of grooves are formed on the outer circumferential surface of the silicon layer S and the outer surface of the silicon layer S is fixedly attached to the silicon layer S by fastening means by which the core material C of the electrode material 7 is fixed,
The core (C) is made of carbon fiber, a conductive layer made of a conductive material is laminated on the outer circumferential surface, and a plurality of mandrels (p)
The fixing means is made of a conductive material and is composed of a pair of fixing members (9) which are fixed while being electrically connected to the silicon layer (S) and are provided at positions facing each other,
The fixing member 9 is formed of a frame having a recess 10 in which the core member C is accommodated and extends from both sides of the electrode plate 8, ). The electrode structure for a lithium secondary battery according to claim 1,
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에서 기재된 전극구조체를 이용한 음극, 전해질 및 양극을 포함하고, 리튬의 산화반응과 리튬이온의 환원반응을 이용하는 것을 특징으로 하는 2차전지.
A secondary battery comprising a cathode, an electrolyte, and a cathode using the electrode structure as set forth in claim 1, wherein the oxidation reaction of lithium and the reduction reaction of lithium ions are utilized.
제 13항에 있어서;
상기한 전극구조체와 양극이 이온분리막을 사이에 두고 평면상으로 적층되어, 다수 개가 정렬되는 것을 특징으로 하는 2차전지.
14. The method of claim 13,
Wherein the electrode structure and the positive electrode are stacked in a plane with the ion-selective membrane interposed therebetween, and a plurality of the electrode structures and the positive electrode are aligned.
제 13항에 있어서;
상기한 전극구조체와 양극이 이온분리막을 사이에 두고 와선형으로 권취된 것을 특징으로 하는 2차전지.14. The method of claim 13,
Wherein the electrode structure and the positive electrode are wound in a spiral shape with the ion-selective membrane sandwiched therebetween.
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