KR102050003B1 - Lithium anode comprising metal alloy foam, thermal battery comprising thereof and method for producing thereof - Google Patents

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Abstract

A lithium negative electrode of a thermal battery according to an embodiment of the present invention comprises: a metal alloy foam having a plurality of openings and including nickel (Ni), iron (Fe), chrome (Cr) and molybdenum (Mo) mixed at a predetermined ratio; and lithium impregnated into the metal alloy foam in a melted form and accommodated in the openings. The chrome facilitates the impregnation of lithium into the openings and reduces the reactivity of the metal alloy foam to lithium at the operating temperature of the thermal battery. The molybdenum can prevent corrosion of the metal alloy foam by lithium.

Description

금속 합금 폼을 포함하는 리튬 음극, 이를 포함하는 열전지 및 그 제조 방법{LITHIUM ANODE COMPRISING METAL ALLOY FOAM, THERMAL BATTERY COMPRISING THEREOF AND METHOD FOR PRODUCING THEREOF}Lithium negative electrode comprising a metal alloy foam, a thermocell comprising the same and a method for manufacturing the same {LITHIUM ANODE COMPRISING METAL ALLOY FOAM, THERMAL BATTERY COMPRISING THEREOF AND METHOD FOR PRODUCING THEREOF}

본 출원에 의해 개시되는 발명은 금속 합금 폼을 포함하는 리튬 음극, 이를 포함하는 열전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention disclosed by the present application relates to a lithium negative electrode including a metal alloy foam, a thermocell including the same, and a manufacturing method thereof.

열전지는 상온에서 비활성 상태로 유지되다가 열원(heat source)의 점화에 의해서 수 초 이내에 고체전해질이 용융됨으로서 활성(activation)화되는 비축형 1차 전지이다. 따라서 보관 중 자가 방전이 거의 없으므로, 성능 감소없이 10년 이상 저장이 가능하다. 또한 진동, 충격, 저온, 고온에 견딜 수 있는 구조적 안정성, 신뢰성 등으로 인하여 열전지는 유도 무기 및 우주 발사체 전원으로 주로 사용되고 있다. Thermoelectric cells are non-rechargeable primary cells that remain inactive at room temperature and are activated by melting a solid electrolyte within seconds by ignition of a heat source. As there is little self-discharge during storage, it can be stored for more than 10 years without degrading performance. In addition, due to structural stability and reliability that can withstand vibration, shock, low temperature, and high temperature, thermoelectric batteries are mainly used as guided weapons and space launch vehicle power sources.

특히, 유도 무기의 경우, 평균 수명은 15년 이상이고, 발사되는 순간에만 전력을 사용하기 때문에, 자가 방전(Self-discharing)이 일어나지 않는 것을 전원의 필수 요건으로 한다. 또한, 유도 무기의 전원은 비행을 위해서 무게가 가벼워야 하는 요건도 갖추어야 한다. 열전지는 비활성화 시 전해질이 고체 상태이므로, 자가 방전이 차단될 수 있어, 유도 무기의 전원으로 사용될 수 있다.In particular, in the case of guided weapons, the life expectancy is 15 years or more, and since power is used only at the time of launching, self-discharing does not occur, which is an essential requirement of the power supply. In addition, the power source of the guided weapons must also meet the requirement for light weight for flight. Since the electrolyte has a solid state when the thermoelectric battery is inactivated, self-discharge may be blocked, and thus may be used as a power source for an induction weapon.

열전지의 음극물질로서, 리튬-실리콘(Li-Si) 합금 및 용융된 리튬에 철분말을 혼합한 액체리튬 등이 사용되고 있다. 그러나, 리튬-실리콘(Li-Si) 합금은 분말성형법을 통해 제작이 되어 성형의 한계를 지니고 있고, 또한 개회로전압(Open Circuit Voltage)이 1.9V로서, 액체 리튬 전극의 개회로전압인 2.0V보다 낮은 문제점을 갖는다. 한편, 액체 리튬 전극은 이론 용량이 우수한 순수 리튬을 이용하는 장점이 있지만, 열전지 동작 조건인 고온에서 용융된 리튬의 누액을 방지하고자 과량의 철 분말을 혼합하여 사용함으로써 비용량의 감소가 필연적으로 발생한다.Lithium-silicon (Li-Si) alloys and liquid lithium in which iron powder is mixed with molten lithium are used as negative electrode materials for thermo batteries. However, the lithium-silicon (Li-Si) alloy has a limitation of molding because it is manufactured through powder molding method, and the open circuit voltage is 1.9V, which is 2.0V which is the open circuit voltage of the liquid lithium electrode. Has a lower problem. On the other hand, the liquid lithium electrode has the advantage of using pure lithium with excellent theoretical capacity, but the reduction of specific capacity inevitably occurs by using an excessive amount of iron powder in order to prevent leakage of molten lithium at high temperature, which is a thermal cell operating condition. .

따라서, 상술한 문제점들을 해결하고자, 기존의 리튬-실리콘(Li-Si) 합금 및 액체 리튬 전극을 대체할 수 있는 다른 형태의 열전지 음극물질에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, researches on other types of thermocell anode materials that can replace the existing lithium-silicon (Li-Si) alloys and liquid lithium electrodes have been actively conducted.

관련 선행 문헌으로는, 공융염으로 코팅된 금속 합금 폼에 리튬을 함침하는 대한민국등록특허 제10-1449597호 및 다공성 니켈 기판에 리튬을 함침하는 일본 공개특허 제1996-078023호가 공개된 바 있다.In related prior documents, Korean Patent No. 10-1449597 for impregnating lithium in a metal alloy foam coated with a eutectic salt and Japanese Patent No. 1996-078023 for impregnating lithium in a porous nickel substrate have been disclosed.

일 실시예에 따른 과제는, 크롬 및 몰리브데넘을 포함하는 소정의 조성비에 따라 제조된 금속 합금 폼을 용융된 리튬에 침지함으로써 리튬 음극을 제작하고, 이를 포함하는 열전지를 제공하는 것이다.An object according to an embodiment is to produce a lithium negative electrode by immersing a metal alloy foam prepared according to a predetermined composition ratio including chromium and molybdenum in molten lithium, and to provide a thermal battery including the same.

해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved is not limited to the above-described problem, and the problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the present specification and the accompanying drawings.

일 실시예에 따르면, 복수의 공극들이 형성되고, 소정의 조성비에 따라 혼합된 니켈(Ni), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브데넘(Mo)을 포함하는 금속 합금 폼(metal alloy foam) 및 금속 합금 폼에 용융된 상태로 함침되어, 공극 내에 수용되는 리튬을 포함하고, 조성비에서 크롬은, 공극으로 리튬의 함침을 용이하게 하고, 조성비에서 몰리브데넘은, 금속 합금 폼이 리튬과 반응하여 녹아내리는 것을 방지하는 열전지의 리튬 음극이 제공될 수 있다.According to one embodiment, a plurality of pores are formed, and a metal alloy foam (Ni) including nickel (Ni), iron (Fe), chromium (Cr) and molybdenum (Mo) mixed according to a predetermined composition ratio foam) and a metal alloy foam impregnated in a molten state, containing lithium contained in the voids, chromium in the composition ratio facilitates impregnation of lithium into the voids, molybdenum in the composition ratio, the metal alloy foam is lithium The lithium negative electrode of the thermoelectric battery may be provided to prevent the melted reaction.

또, 금속 합금 폼의 제1 조성비는 금속 합금 폼 100 중량부에 대하여, 니켈 47 내지 67 중량부, 철 1 내지 33 중량부, 크롬 13 내지 33 중량부 및 몰리브데넘 1 내지 14 중량부일 수 있다.In addition, the first composition ratio of the metal alloy foam may be 47 to 67 parts by weight of nickel, 1 to 33 parts by weight of iron, 13 to 33 parts by weight of chromium, and 1 to 14 parts by weight of molybdenum based on 100 parts by weight of the metal alloy foam. .

또, 금속 합금 폼의 제2 조성비는 금속 합금 폼 100 중량부에 대하여, 니켈 47 내지 67 중량부, 철 1 내지 33 중량부, 크롬 13 내지 33 중량부, 몰리브데넘 1 내지 14 중량부 및 실리콘 1 내지 11 중량부일 수 있다.The second composition ratio of the metal alloy foam is 47 to 67 parts by weight of nickel, 1 to 33 parts by weight of iron, 13 to 33 parts by weight of chromium, 1 to 14 parts by weight of molybdenum and silicon, based on 100 parts by weight of the metal alloy foam. It may be 1 to 11 parts by weight.

또, 금속 합금 폼의 형태를 유지하기 위한 컵 또는 메쉬를 포함하지 않는다.It also does not include cups or meshes for retaining the form of the metal alloy foam.

다른 일 실시예에 따르면, 복수의 공극들이 형성되고, 소정의 조성비에 따라 혼합된 니켈(Ni), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브데넘(Mo)을 포함하는 금속 합금 폼(metal alloy foam) 및 금속 합금 폼에 용융된 상태로 함침되어, 공극 내에 수용되는 리튬을 포함하는 리튬 음극(lithium anode), 리튬 음극의 일면에 배치되는 음극 집전체, 리튬 음극의 타면에 배치되는 전해질, 전해질을 기준으로 리튬 음극의 반대편에 배치되는 양극(cathode) 및 양극을 기준으로 전해질의 반대편에 배치되는 양극 집전체를 포함할 수 있다.According to another embodiment, a plurality of voids are formed, and a metal alloy foam including nickel (Ni), iron (Fe), chromium (Cr) and molybdenum (Mo) mixed according to a predetermined composition ratio a lithium anode comprising lithium contained in an alloy foam and a metal alloy foam in a molten state and contained in a void, a negative electrode current collector disposed on one side of the lithium negative electrode, an electrolyte disposed on the other side of the lithium negative electrode, It may include a cathode (cathode) disposed on the opposite side of the lithium negative electrode based on the electrolyte and a positive electrode current collector disposed on the opposite side of the electrolyte based on the positive electrode.

다른 일 실시예에 따르면, 아르곤 분위기의 글로브박스 내에서 리튬을 용융하는 단계, 복수의 공극들이 형성되고, 소정의 조성비에 따라 혼합된 니켈(Ni), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브데넘(Mo)을 포함하는 금속 합금 폼(metal alloy foam)을 용융된 리튬에 침지하는 단계 및 금속 합금 폼의 일면에 음극 집전체를 배치하고, 금속 합금 폼의 타면에 전해질, 양극 및 양극 집전체를 순서대로 적층하는 단계를 포함하는 열전지 제조 방법이 제공될 수 있다.According to another embodiment, the step of melting lithium in an argon atmosphere glove box, a plurality of voids are formed, and mixed according to a predetermined composition ratio nickel (Ni), iron (Fe), chromium (Cr) and mol Immersing a metal alloy foam including molybdenum (Mo) in molten lithium and placing a negative electrode current collector on one side of the metal alloy foam, and an electrolyte, positive electrode and positive electrode collector on the other side of the metal alloy foam There may be provided a method of manufacturing a thermocell comprising the step of laminating the whole in order.

일 실시예에 따른 니켈, 철, 크롬 및 몰리브데넘이 함께 존재하는 금속 합금 폼은, 리튬에 의한 금속 합금 폼의 부식이 방지되어 그 형상을 유지할 수 있고, 이에 따라 리튬의 누액을 방지하기 위한 컵 및 메쉬를 사용하지 않을 수 있다.The metal alloy foam in which nickel, iron, chromium and molybdenum are present together according to an embodiment may prevent corrosion of the metal alloy foam by lithium and maintain its shape, thereby preventing leakage of lithium. Cups and meshes may not be used.

효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.Effects are not limited to the above-described effects, and effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the present specification and the accompanying drawings.

도 1은 기존에 상용화되어 있는 리튬 음극의 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 금속 합금 폼을 포함하여 음극으로 이용하는 열전지의 제조 방법에 관한 순서도이다.
도 3은 도 2에 따른 금속 합금 폼의 제조 방법을 도식화한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따라 리튬이 함침되기 전과 후의 금속 합금 폼에 관한 사진이다.
도 5는 리튬이 함침되기 전과 후의 금속 합금 폼에 관한 미세 구조에 관한 전자 현미경의 촬영 사진이다.
도 6은 일 실시예에 따라 제조된 열전지 및 그 구성 요소들에 관한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따라 제작된 열전지의 단위 셀에 대한 방전 시험 결과이다.
1 is a cross-sectional view of a conventional lithium anode commercially available.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a thermo battery using a metal alloy foam according to an embodiment as a negative electrode.
3 is a diagram schematically illustrating a method of manufacturing a metal alloy foam according to FIG. 2.
4 is a photograph of a metal alloy foam before and after lithium is impregnated according to one embodiment.
5 is a photograph taken of an electron microscope of the microstructure of the metal alloy foam before and after lithium is impregnated.
6 is a view illustrating a thermocell manufactured according to an embodiment and components thereof.
7 is a discharge test result for a unit cell of a thermo battery manufactured according to one embodiment.

도 1은 기존에 상용화되어 있는 리튬 음극의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 리튬(2000)과 철 분말(2010)이 혼합된 전극이 니켈 메쉬(2020) 및 니켈 또는 철로 만들어진 컵(2030)에 담겨 있는 것을 볼 수 있다. 1 is a cross-sectional view of a conventional lithium anode commercially available. Referring to FIG. 1, it can be seen that an electrode mixed with lithium 2000 and iron powder 2010 is contained in a nickel mesh 2020 and a cup 2030 made of nickel or iron.

기존에 상용화되어 있는 리튬 음극은, 용융된 리튬에 철분말을 분할 투입하고, 응고된 상태의 철분말이 혼합된 리튬으로부터 잉곳을 제작, 압착, 롤링, 타발하는 과정을 통해 제작되며, 또한, 리튬을 내부에 수용할 수 있는 니켈 메쉬(2020) 및 니켈 또는 철 컵(2030)을 포함하도록 제작된다.Conventional commercially available lithium anodes are manufactured by splitting and injecting iron powder into molten lithium, and ingot making, pressing, rolling and punching ingot from lithium in which the solidified iron powder is mixed. It is manufactured to include a nickel mesh 2020 and a nickel or iron cup 2030 that can be accommodated therein.

액체 리튬 전극은 열전지의 활성온도인 400 내지 500°C에서 고체에서 액체 상태로 상변화가 일어난다. 액체 상태의 리튬은 흐름성을 지니게 되고 양극으로 흘러갈 경우 전지의 단락이 발생하는 문제가 발생할 수 있다.The liquid lithium electrode undergoes a phase change from a solid to a liquid state at 400 to 500 ° C., which is an active temperature of a thermo battery. Lithium in the liquid state is flowable and may cause a short circuit of the battery when flowing to the positive electrode.

이러한 리튬의 흐름성을 제어하기 위해, 기존의 리튬 음극의 제조는, 철 분말(201)을 다량 혼합하여 제작하는 방법을 사용하고 있다. 철 분말(201)은, 용융된 액체 리튬이 그 형상을 유지할 수 있는 지지력을 제공할 수 있다. In order to control the flowability of lithium, the conventional lithium cathode manufacture uses a method in which a large amount of iron powder 201 is mixed and produced. The iron powder 201 may provide a supporting force for the molten liquid lithium to maintain its shape.

하지만 철 분말(2010)을 물리적으로 혼합을 하는 과정을 거칠 수밖에 없으므로 잉곳 형태로 완성이 되었을 때 철 분말(2010) 또는 리튬(2000)이 불균일하게 분포될 우려가 있다. 따라서 안정적인 동작을 위해 철 분말(2010)을 과량으로 혼합하게 되고 결과적으로 리튬 비용량의 감소를 초래하게 된다.However, since the iron powder (2010) has to go through the process of physically mixing, there is a fear that the iron powder (2010) or lithium (2000) is unevenly distributed when completed in the ingot form. Therefore, the iron powder 2010 is mixed excessively for stable operation, resulting in a reduction of lithium specific capacity.

한편, 열전지는 접촉저항을 줄이기 위해 가압환경 하에서 전지를 조립하는 것이 일반적이다. 그러나 리튬(2000)과 철 분말(2010)이 일부 불균일하게 혼합된 상태에서 열전지의 동작에 의해 리튬(2000)이 용융되면, 열전지의 조립 시 가해졌던 가압력으로 인해 전극의 변형이 필연적으로 발생한다. 전극의 변형이 발생하면 용융된 리튬(2000)이 새어나와 양극으로 이동하면서 전지의 단락이 발생할 수 있다. On the other hand, it is common to assemble a battery under a pressurized environment in order to reduce contact resistance. However, when lithium 2000 is melted by the operation of the thermoelectric battery in a state where lithium 2000 and the iron powder 2010 are partially unevenly mixed, deformation of the electrode necessarily occurs due to the pressing force applied during the assembly of the thermocell. When deformation of the electrode occurs, the molten lithium 2000 leaks out and moves to the positive electrode, which may cause a short circuit of the battery.

따라서, 기존의 리튬 전극은, 이러한 변형에 의한 리튬의 누액을 방지하고자 니켈 메쉬(202) 및 니켈 또는 철로 구성된 컵(2030)을 사용하여 제작되고 있다. Therefore, a conventional lithium electrode is manufactured using a nickel mesh 202 and a cup 2030 made of nickel or iron in order to prevent leakage of lithium due to such deformation.

그러나, 니켈 및 철 컵(2030)과 니켈 메쉬(2020)의 중량이 음극 전체의 중량에서 차지하는 비율이 30 내지 40wt%에 이르기 때문에 리튬의 비용량 감소가 필연적으로 발생하게 된다. 또한 방전이 끝난 후 전극분석결과 철 분말이 방전 전보다 뭉쳐있는 것이 관찰되는 것으로 미루어보아 가압환경에서 방전되었을 때 구조적 안정성을 확보할 수 없다는 단점이 존재한다.  However, since the ratio of the weight of the nickel and iron cup 2030 and the nickel mesh 2020 to the total weight of the negative electrode reaches 30 to 40 wt%, a specific amount of lithium inevitably occurs. In addition, it is observed that after the discharge, the electrode analysis shows that the iron powder is agglomerated than before the discharge. Therefore, there is a disadvantage in that structural stability cannot be obtained when discharged under a pressurized environment.

이러한 문제점들을 해결하기 위해, 실시예들에 따른 리튬 음극은, 소정의 조성비에 따라 제조된 금속 합금 폼에 리튬을 함침하는 과정을 통해 제작된다. 이로써, 실시예들에 따른 리튬 음극 제조 방법은, 금속 합금 폼의 리튬에 대한 반응성은 낮추어 안정성을 향상시켰고, 리튬에 대한 젖음성을 향상시켰다. 또한 리튬 음극은 기존에 필수적으로 사용되었던 컵(203)과 메쉬(202)를 사용하지 않고, 공융염을 이용한 표면 처리를 생략하며, 이로써, 리튬 음극은 기존의 리튬 음극에 비해, 리튬 비용량의 획기적 증가, 제조 공정의 간소화 및 생산성 향상의 효과를 보인다.In order to solve these problems, the lithium negative electrode according to the embodiments is manufactured through a process of impregnating lithium in a metal alloy foam prepared according to a predetermined composition ratio. Thus, the lithium anode manufacturing method according to the embodiments, the reactivity of the metal alloy foam to lithium is improved to improve the stability, and the wettability to lithium is improved. In addition, the lithium negative electrode does not use the cup 203 and the mesh 202, which have been previously used, and omits surface treatment using eutectic salts. Significant increases, streamlining manufacturing processes and improving productivity.

이하에서는 실시예들에 따른 리튬 음극 및 그 제조 방법에 대해 더 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a lithium negative electrode and a method of manufacturing the same according to the embodiments will be described in more detail.

도 2는 일 실시예에 따른 금속 합금 폼을 포함하여 음극으로 이용하는 열전지의 제조 방법에 관한 순서도이고, 도 3은 도 2에 따른 금속 합금 폼의 제조 방법을 도식화한 도면이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a thermal battery including a metal alloy foam according to an embodiment as a negative electrode, and FIG. 3 is a diagram illustrating a method of manufacturing a metal alloy foam according to FIG. 2.

도 2 및 도 3을 참조하면, 먼저, 아르곤 분위기의 글로브박스 내에서 리튬이 가열되어 용융된다(S1100). 리튬은 공기 중에서 산소 및 물과 쉽게 반응을 일으킬 수 있으므로, 아르곤 분위기로 치환된 글로브박스(100) 내에 리튬을 용융시킬 수 있도록 가열원(101)이 글로브박스 내에 설치된다. 예를 들면, 가열원은 핫 플레이트 또는 인덕션 등과 같은 가열 기구일 수 있다. 가열원(101)은 리튬의 용융점(180°C) 이상으로 용기를(102) 250 내지 350°C로 가열한다. 예를 들면, 용기는 철 또는 스테인리스 강으로 제작될 수 있다. 이어서 용기 내에 리튬(103)을 투입하여 용융시킨다. 임펠러가 용융된 액체 리튬을 균일하게 교반시킨다. 리튬이 완전히 용융되면 임펠러는 제거된다. 2 and 3, first, lithium is heated and melted in a glove box in an argon atmosphere (S1100). Since lithium can easily react with oxygen and water in the air, a heating source 101 is installed in the glovebox to melt lithium in the glovebox 100 substituted with an argon atmosphere. For example, the heating source may be a heating mechanism such as a hot plate or induction. The heating source 101 heats the vessel 102 to 250 to 350 ° C. above the melting point of lithium (180 ° C.). For example, the container can be made of iron or stainless steel. Subsequently, lithium 103 is thrown into the container and melted. The impeller uniformly stirs the molten liquid lithium. When the lithium is fully melted, the impeller is removed.

이후, 소정의 조성비에 따라 제조된 금속 합금 폼(104)이 용융된 리튬에 투입되고, 용융된 리튬이 금속 합금 폼(104)에 형성된 공극 내로 함침(impregnation)된다(S1200). 이로써, 금속 합금 폼(104)에 리튬이 함침된 리튬 음극이 제조된다. Thereafter, the metal alloy foam 104 manufactured according to the predetermined composition ratio is introduced into the molten lithium, and the molten lithium is impregnated into the pores formed in the metal alloy foam 104 (S1200). As a result, a lithium negative electrode impregnated with lithium in the metal alloy foam 104 is produced.

기존의 리튬-실리콘(Li-Si) 합금 및 철 분말을 포함하는 액체 리튬 전극에 비해, 금속 합금 폼(104)을 이용하면 폼 내의 공극(cell; 셀) 크기를 조절하여 리튬의 함침량을 조절할 수 있기 때문에 철 분말을 포함하는 액체 리튬 전극보다 용량의 설계에 있어 자유롭다.Compared to a liquid lithium electrode containing a conventional lithium-silicon (Li-Si) alloy and iron powder, the metal alloy foam 104 controls the amount of lithium impregnation by controlling the size of the cells in the foam. It is freer in design of capacity than liquid lithium electrodes containing iron powder.

금속 합금 폼(104)에 용융된 상태의 액체 리튬을 함침시키는 데 소요되는 시간을 줄이는 것은, 공정 비용의 감소 및 생산성 향상과 직결되므로 중요한 기술적 과제이다. 금속 합금 폼(104)의 조성 설계를 통해 용융된 리튬이 단시간 내에 함침 되도록 하는 조성비를 찾을 수 있다.Reducing the time required to impregnate the molten liquid lithium in the molten state of the metal alloy foam 104 is an important technical problem as it directly leads to a reduction in process cost and productivity. The compositional design of the metal alloy foam 104 may find a composition ratio that allows molten lithium to be impregnated in a short time.

금속 합금 폼에는 용융된 액체 리튬(Li)에 함침되어 리튬을 수용할 수 있는 공극이 형성된다. 이 때 공극의 직경은 250 내지 6000μm이다. 더 구체적으로 공극의 직경은, 400 내지 1200 μm 이다.The metal alloy foam is impregnated with molten liquid lithium (Li) to form voids that can accommodate lithium. At this time, the pore diameter is 250 to 6000 m. More specifically, the diameter of the voids is 400 to 1200 μm.

금속 합금 폼(104)은 소정의 조성비에 따라 혼합된 니켈(Nickel; Ni), 철(Fe), 크롬(Chrome; Cr) 및 알루미늄(Aluminum; Al)을 포함한다.The metal alloy foam 104 includes nickel (Ni), iron (Fe), chromium (Cr), and aluminum (Al) mixed according to a predetermined composition ratio.

니켈은, 리튬과의 반응성이 높아 열전지의 높은 작동온도에서 단독으로 사용되기 어렵다. 또한, 니켈은 낮은 강도로 인해 가압환경의 열전지 전극 구조체로 적절하지 않다. Nickel has a high reactivity with lithium and is difficult to be used alone at a high operating temperature of a thermal battery. Nickel is also not suitable for thermoelectric electrode structures in pressurized environments due to its low strength.

한편 철은, 리튬과의 반응성은 낮으나, 리튬과의 젖음성이 좋지 않아 리튬의 함침이 어렵다. On the other hand, iron has low reactivity with lithium, but it is difficult to impregnate lithium because of poor wettability with lithium.

따라서, 일 실시예에 따른 금속 합금 폼(104)은 니켈 및 철에 더하여 크롬 및 알루미늄을 추가로 포함함으로써 리튬과의 반응성을 낮게 유지하는 동시에, 리튬의 함침을 용이하게 할 수 있다.Accordingly, the metal alloy foam 104 according to one embodiment may further include chromium and aluminum in addition to nickel and iron, thereby maintaining a low reactivity with lithium and facilitating impregnation of lithium.

크롬을 혼합한 금속 합금 폼(104)은, 고온에서 리튬과의 반응성이 낮아 우수하다. 크롬을 혼합한 금속 합금 폼(104)은 철의 수준으로 고온에서 리튬과의 반응성이 낮다. 따라서, 크롬을 혼합한 금속 합금 폼(104)은 열전지 동작온도에서 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 크롬을 혼합한 금속 합금 폼(104)은 리튬의 함침이 용이하다.The metal alloy foam 104 mixed with chromium has excellent low reactivity with lithium at high temperature. The metal alloy foam 104 mixed with chromium has a low level of reactivity with lithium at a high temperature of iron. Therefore, the metal alloy foam 104 mixed with chromium may ensure stability at the operating temperature of the thermocell. In addition, the metal alloy foam 104 mixed with chromium is easily impregnated with lithium.

알루미늄을 혼합한 금속 합금 폼(104)은, 금속 합금 폼(104)의 표면이 리튬과 미소하게 반응할 수 있으나, 금속 합금 폼(104) 표면의 내부로는 리튬이 침투하지 못하는 것이 관찰되었다.In the metal alloy foam 104 mixed with aluminum, although the surface of the metal alloy foam 104 may react with lithium slightly, it has been observed that lithium does not penetrate into the surface of the metal alloy foam 104.

다시 말하면, 알루미늄을 혼합한 금속 합금 폼(104)은 액체 리튬과 접촉하였을 때 표면에서 반응을 일부 보이지만, 금속 합금 폼(104)의 표면보다 깊은 내부까지 반응이 일어나지 않아, 금속 합금 폼(104)은 그 구조를 유지할 수 있다.In other words, the metal alloy foam 104 mixed with aluminum exhibits some reaction at the surface when it is in contact with liquid lithium, but the reaction does not occur to a depth deeper than the surface of the metal alloy foam 104, so that the metal alloy foam 104 Can maintain its structure.

따라서, 알루미늄을 혼합한 금속 합금 폼(104)은 리튬과의 반응으로부터 보호하여 열전지 전극 구조체로 사용이 가능하다. 또한 알루미늄을 혼합한 금속 합금 폼(104)은 리튬의 함침을 용이하게 한다. 또한, 알루미늄을 혼합한 금속 합금 폼(104)은 질화를 방지할 수 있다. Therefore, the metal alloy foam 104 mixed with aluminum can be used as a thermoelectric electrode structure by protecting from reaction with lithium. In addition, the metal alloy foam 104 mixed with aluminum facilitates the impregnation of lithium. In addition, the metal alloy foam 104 mixed with aluminum may prevent nitriding.

즉, 크롬 및 알루미늄을 혼합한 금속 합금 폼(104)은 리튬의 함침을 용이하게 한다. 리튬의 용융 온도인 약 300 내지 400°C에서 리튬이 용융됨에 따라, 크롬 및 알루미늄을 혼합한 금속 합금 폼(104)에 대해 리튬의 함침이 이루어진다.That is, the metal alloy foam 104 mixed with chromium and aluminum facilitates impregnation of lithium. As lithium is melted at about 300-400 ° C., the melting temperature of lithium, impregnation of lithium occurs on the metal alloy foam 104 mixed with chromium and aluminum.

금속 합금 폼(104)의 제1 조성비는 금속 합금 폼 100 중량부에 대하여, 니켈 22 내지 42 중량부, 철 9 내지 29 중량부, 크롬 21 내지 41 중량부 및 알루미늄 9 내지 29 중량부이다.The first composition ratio of the metal alloy foam 104 is 22 to 42 parts by weight of nickel, 9 to 29 parts by weight of iron, 21 to 41 parts by weight of chromium and 9 to 29 parts by weight of aluminum, based on 100 parts by weight of the metal alloy foam.

금속 합금 폼(104)의 제2 조성비는 금속 합금 폼 100 중량부에 대하여, 니켈 26 내지 46 중량부, 철 6 내지 26 중량부, 크롬 18 내지 38 중량부, 및 알루미늄 10 내지 30 중량부이다.The second composition ratio of the metal alloy foam 104 is 26 to 46 parts by weight of nickel, 6 to 26 parts by weight of iron, 18 to 38 parts by weight of chromium, and 10 to 30 parts by weight of aluminum, based on 100 parts by weight of the metal alloy foam.

금속 합금 폼(104)은 산화를 통해, 리튬의 함침이 용이해지도록 산소 원소(O)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 금속 합금 폼(104)의 제3 조성비는 금속 합금 폼 100 중량부에 대하여, 니켈 10 내지 30 중량부, 철 2 내지 22 중량부, 크롬 9 내지 29 중량부, 알루미늄 2 내지 22 중량부, 및 산소 원소 9 내지 29 중량부이다.The metal alloy foam 104 may further include an oxygen element (O) to facilitate the impregnation of lithium through oxidation. At this time, the third composition ratio of the metal alloy foam 104 is 10 to 30 parts by weight of nickel, 2 to 22 parts by weight of iron, 9 to 29 parts by weight of chromium, and 2 to 22 parts by weight of aluminum, based on 100 parts by weight of the metal alloy foam. And 9 to 29 parts by weight of the oxygen element.

또한, 다른 일 실시예에 따르면 금속 합금 폼(104)은 니켈 및 철에 더하여 크롬, 몰리브데넘(Molybdenum; Mo;) 및 규소(Silicon; Si; 실리콘)을 추가로 포함함으로써 리튬의 함침을 용이하게 하는 동시에, 금속 합금 폼(104)의 부식을 방지할 수 있다.Further, according to another embodiment, the metal alloy foam 104 further includes chromium, molybdenum (Mo;), and silicon (Si; silicon) in addition to nickel and iron to facilitate impregnation of lithium. At the same time, corrosion of the metal alloy foam 104 can be prevented.

기존의 니켈 및 철로 구성된 금속 합금 폼은 열전지의 작동 온도에서 용융된 리튬과의 반응으로 인해 녹아내리는 문제점이 있었다. 이러한 반응에 의해 열전지의 방전이 진행 되는 중에 리튬의 용량의 감소가 발생할 수 있다. 특히, 열전지의 방전 온도인 500 내지 550°C에서 금속 합금 폼이 리튬과 반응으로 인해 녹아내리는 현상이 발생한다. 따라서 기존의 니켈 및 철로 구성된 금속 합금 폼은 리튬의 누액을 방지하기 위한 메쉬(202) 및 컵(203)이 필수적으로 장착하여야 한다.Conventional metal alloy foam consisting of nickel and iron has a problem that melted due to the reaction with molten lithium at the operating temperature of the thermocell. This reaction may cause a decrease in lithium capacity during the discharge of the thermal cell. In particular, a phenomenon in which the metal alloy foam melts due to reaction with lithium occurs at a discharge temperature of 500 to 550 ° C. Therefore, the existing metal alloy foam consisting of nickel and iron should be essentially equipped with a mesh 202 and a cup 203 to prevent leakage of lithium.

그러나 금속 합금 폼(104)에 몰리브데넘을 혼합하는 경우, 금속 합금 폼(104)은 열전지의 작동 온도에서 용융된 리튬과 반응하지 않고, 그 형상을 유지할 수 있어 안정적이다. 이에 따라 몰리브데넘을 혼합한 금속 합금 폼(104)은 안정적으로 구조를 유지하여 리튬의 누액을 방지 할 수 있고, 전체 음극 중량의 약 30%를 차지하는 메쉬(202) 및 컵(203)을 제거하여 획기적인 리튬의 비용량의 증가가 가능하다.However, when molybdenum is mixed with the metal alloy foam 104, the metal alloy foam 104 does not react with the molten lithium at the operating temperature of the thermocell, and can maintain its shape and is stable. Accordingly, the metal alloy foam 104 mixed with molybdenum can stably maintain the structure to prevent leakage of lithium and remove the mesh 202 and the cup 203 which occupy about 30% of the total cathode weight. It is possible to increase the specific capacity of the breakthrough lithium.

몰리브데넘을 포함하는 금속 합금 폼(104)의 제4 조성비는 금속 합금 폼 100 중량부에 대하여, 니켈 47 내지 67 중량부, 크롬 13 내지 33 중량부 및 몰리브데넘 1 내지 14 중량부이다.The fourth composition ratio of the metal alloy foam 104 including molybdenum is 47 to 67 parts by weight of nickel, 13 to 33 parts by weight of chromium and 1 to 14 parts by weight of molybdenum with respect to 100 parts by weight of the metal alloy foam.

몰리브데넘을 포함하는 금속 합금 폼(104)의 제5 조성비는 금속 합금 폼 100 중량부에 대하여, 니켈 47 내지 67 중량부, 크롬 13 내지 33 중량부, 몰리브데넘 1 내지 14 중량부 및 실리콘 1 내지 10 중량부이다.The fifth composition ratio of the metal alloy foam 104 including molybdenum is 47 to 67 parts by weight of nickel, 13 to 33 parts by weight of chromium, 1 to 14 parts by weight of molybdenum and silicon based on 100 parts by weight of the metal alloy foam. 1 to 10 parts by weight.

소정의 조성비에 따라 제작된 금속 합금 폼(104)은, 단순 니켈 및 철이 혼합된 금속 합금 폼(104)에 비해, 리튬에 대한 젖음성이 우수하다. 예를 들면, 용융된 리튬은 금속 합금 폼(104)에 수십 초 이내에, 최장 5분 이내에 완전히 함침될 수 있다.The metal alloy foam 104 produced according to a predetermined composition ratio is superior in wettability to lithium as compared to the metal alloy foam 104 in which simple nickel and iron are mixed. For example, the molten lithium may be fully impregnated into the metal alloy foam 104 within tens of seconds or up to five minutes.

또한 기존에는, 리튬에 대한 젖음성을 향상시키기 위해 공융염을 니켈폼 표면에 코팅하거나, 실리콘 또는 금을 비롯한 물질을 니켈폼 표면에 CVD(Chemical Vapour Deposition)를 이용해 증착하는 등의 시도가 있었으나, 이 경우 공정 비용 및 시간이 증가하여 결국 열전지의 생산단가 증가로 이어질 수 있다. In addition, in the past, attempts were made to coat eutectic salts on the surface of nickel foam to improve wettability to lithium, or to deposit materials including silicon or gold on the surface of nickel foam using CVD (Chemical Vapor Deposition). In this case, process cost and time increase, which may lead to an increase in production cost of a thermo battery.

반면, 실시예에 따라 소정의 조성비로 제작된 금속 합금 폼(104)의 표면에 공융염을 포함한 추가적인 표면 전처리가 수행되지 않고도, 용융된 리튬에 대한 젖음성을 향상시킬 수 있다. 이로써, 공융염 코팅 또는 실리콘 증착과 같은 사전공정이 필요 없이 단순히 금속 합금 폼(104)을 용융 리튬에 침지시킴으로써 우수한 품질의 열전지용 리튬 음극이 제조될 수 있다.On the other hand, the wettability of the molten lithium may be improved without additional surface pretreatment including eutectic salts on the surface of the metal alloy foam 104 manufactured at a predetermined composition ratio according to the embodiment. As such, a good quality lithium negative electrode for a thermocell can be produced by simply immersing the metal alloy foam 104 in molten lithium without the need for pretreatment such as eutectic salt coating or silicon deposition.

또한, 소정의 조성비에 따라 제작된 금속 합금 폼(104)은, 열전지의 제조 과정 중 인가되는 4 내지 7kg/cm2의 압력을 견딜 수 있는 강도를 가진다. 이로써, 가압 환경에서 변형이 발생하지 않고 형상을 유지할 수 있고, 리튬의 누액이 발생하지 않는다. 따라서, 리튬의 누액을 방지할 수 있는 니켈 및 철 컵(203)과 니켈 메쉬(202)를 사용하지 않고 열전지의 단위 셀을 구성할 수 있다. In addition, the metal alloy foam 104 manufactured according to a predetermined composition ratio has a strength capable of withstanding a pressure of 4 to 7 kg / cm 2 applied during the manufacturing process of the thermocell. As a result, the shape can be maintained without deformation in the pressurized environment, and no leakage of lithium occurs. Therefore, the unit cell of the thermo battery can be configured without using the nickel and iron cups 203 and the nickel mesh 202 which can prevent leakage of lithium.

이후, 리튬 음극(146)의 일면에 음극 집전체(147)를 배치하고, 리튬 음극(146)의 타면에 전해질(145), 양극(144), 양극 집전체(142)를 순서대로 적층하여 열 전지의 단위 셀(140)이 제작된다 (S1300).Thereafter, the negative electrode current collector 147 is disposed on one surface of the lithium negative electrode 146, and the electrolyte 145, the positive electrode 144, and the positive electrode current collector 142 are sequentially stacked on the other surface of the lithium negative electrode 146. The unit cell 140 of the battery is manufactured (S1300).

열전지는 적어도 하나의 열전지 셀(140)로 구성될 수 있다. 열전지 셀(140)들은 직렬로 연결되며, 연결되는 열전지 셀(140)의 개수가 증가할수록, 열전지의 출력 전압은 증가한다.The thermo battery may be configured of at least one thermo battery cell 140. The thermo battery cells 140 are connected in series, and as the number of the thermo battery cells 140 connected is increased, the output voltage of the thermo battery increases.

열전지 셀(140)은 양극(cathode, 144), 전해질(145), 리튬 음극(anode, 146), 전해질(145)의 용융을 위한 열원(미도시), 양극 집전체(142) 및 음극 집전체(147)를 포함할 수 있다. 음극 집전체(147)는 리튬 음극(146)의 일면에 배치된다. 양극(144)은 전해질(145)을 기준으로 리튬 음극(146)의 반대편에 배치된다. 양극 집전체(142)는 양극(144)을 기준으로 전해질(145)의 반대편에 배치된다.The thermo battery cell 140 includes a cathode 144, an electrolyte 145, a lithium anode 146, a heat source (not shown) for melting the electrolyte 145, a cathode current collector 142, and a cathode current collector. 147 may be included. The negative electrode current collector 147 is disposed on one surface of the lithium negative electrode 146. The positive electrode 144 is disposed opposite the lithium negative electrode 146 based on the electrolyte 145. The positive electrode current collector 142 is disposed on the opposite side of the electrolyte 145 based on the positive electrode 144.

열원(미도시)은 양극(144)과 집전체 사이에 삽입되어 배치될 수 있다. 이 때 예를 들면, 양극(144), 전해질(145), 음극(146) 및 열원(미도시)은 적층이 용이하도록, 디스크 형상의 펠릿으로 형성될 수 있다. The heat source (not shown) may be inserted and disposed between the positive electrode 144 and the current collector. In this case, for example, the positive electrode 144, the electrolyte 145, the negative electrode 146, and a heat source (not shown) may be formed of disk-shaped pellets to facilitate lamination.

양극 집전체(142) 및 음극 집전체(147)는 활물질이 극판의 형태로 열전지 내에서 존재할 수 있게 해주는 지지체 역할을 담당하고, 양극(144) 및 음극(146)의 화학물질이 만들어내는 전기 에너지를 회로에 연결할 수 있게 전기 에너지의 전달을 하는 역할을 담당한다. 양극 집전체(142) 및 음극 집전체(147)는 예를 들면, 스테인리스강(SUS) 및 니켈(Ni)판 등의 금속판으로 제작될 수 있다.The positive electrode current collector 142 and the negative electrode current collector 147 serve as a support for allowing the active material to exist in the thermoelectric battery in the form of a pole plate, and the electrical energy generated by the chemicals of the positive electrode 144 and the negative electrode 146. It is responsible for the transmission of electrical energy so that it can be connected to the circuit. The positive electrode current collector 142 and the negative electrode current collector 147 may be made of, for example, metal plates such as stainless steel (SUS) and nickel (Ni) plates.

도 4는 일 실시예에 따라 리튬이 함침되기 전과 후의 금속 합금 폼에 관한 사진이고, 도 5는 리튬이 함침되기 전과 후의 금속 합금 폼에 관한 미세 구조에 관한 전자 현미경의 촬영 사진이다.4 is a photograph of a metal alloy foam before and after lithium is impregnated, and FIG. 5 is a photograph of an electron microscope of a microstructure of the metal alloy foam before and after lithium is impregnated.

도 4를 참조하면, 리튬이 함침되기 전 금속 합금 폼에는 복수의 공극들이 형성되어 있다. 용융된 리튬에 금속 합금 폼이 침지되면, 복수의 공극들에 리튬이 침투하여 수용되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, a plurality of voids are formed in the metal alloy foam before lithium is impregnated. When the metal alloy foam is immersed in the molten lithium, it can be confirmed that lithium is penetrated and accommodated in the plurality of pores.

도 5를 참조하여 미세 구조를 확인하면, 리튬의 함침 전에는 폼 사이로 직경 400 내지 1200 μm의 공극들이 존재하는 것을 확인할 수 있다. 리튬이 완전히 함침된 이후에는 함침 전과는 달리 더 이상의 공극들이 존재하지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서 합금 폼 내부로 리튬이 빈 공간 없이 리튬이 함침됨을 확인할 수 있다. Checking the microstructure with reference to Figure 5, it can be seen that before the impregnation of lithium there are pores of 400 to 1200 μm in diameter between the foam. After lithium is completely impregnated, it can be seen that there are no more voids than before impregnation. Therefore, it can be seen that lithium is impregnated into the alloy foam without empty space.

도 6은 일 실시예에 따라 제조된 열전지 및 그 구성 요소들에 관한 도면이다. 도 6을 참조하면, 금속 합금 폼을 포함하는 리튬 음극(146)의 일면에는 음극 집전체(147)가 배치되고, 리튬 음극(146)의 타면에 전해질(145), 양극(144) 및 양극 집전체(142)가 순서대로 적층되어 열 전지의 단위 셀(140)을 구성할 수 있다. 이 때 리튬 음극(146)은, 금속 합금 폼의 강도에 의해, 기존의 리튬 음극에서 통상적으로 이용되는 니켈 및 철 컵(203)과 니켈 메쉬(202)를 사용하지 않고, 열전지의 단위 셀(140)을 구성할 수 있다.6 is a view illustrating a thermocell manufactured according to an embodiment and components thereof. Referring to FIG. 6, a negative electrode current collector 147 is disposed on one surface of a lithium negative electrode 146 including a metal alloy foam, and an electrolyte 145, a positive electrode 144, and a positive electrode collector are disposed on the other surface of the lithium negative electrode 146. The whole 142 may be stacked in order to form the unit cell 140 of the thermal battery. At this time, the lithium negative electrode 146 does not use the nickel and iron cups 203 and the nickel mesh 202 which are commonly used in the conventional lithium negative electrode due to the strength of the metal alloy foam, and the unit cell 140 of the thermal battery. ) Can be configured.

도 7은 일 실시예에 따라 제작된 열전지의 단위 셀에 대한 방전 시험 결과이다. 7 is a discharge test result for a unit cell of a thermo battery manufactured according to one embodiment.

도 7(a)은 기존의 니켈 및 철로 구성된 금속 합금 폼을 포함하는 열전지의 방전 시험 결과이다. 고온에서 방전 시 용융된 리튬 내에서 금속 합금 폼의 안정성이 낮아 금속 합금 폼의 구조가 붕괴되고, 이에 따라 전압이 급격히 감소하는 것이 관찰되었다. 따라서, 이를 방지하기 위해 기존의 니켈 및 철로 구성된 금속 합금 폼은 컵 및 메쉬를 필수적으로 사용해야 한다.Figure 7 (a) is a discharge test result of a thermal cell including a metal alloy foam composed of conventional nickel and iron. It was observed that the structure of the metal alloy foam collapsed due to the low stability of the metal alloy foam in molten lithium at the time of discharge at high temperature, and thus a sharp decrease in the voltage. Therefore, to prevent this, metal alloy foams composed of conventional nickel and iron must use cups and meshes.

한편 도 7(b)은, 니켈, 철, 크롬 및 몰리브데넘으로 구성된 금속 합금 폼(104)을 포함하는 열전지의 방전 시험 결과이다. 금속 합금 폼(104)은 고온에서도 용융된 리튬에 대해 반응성이 낮고, 부식이 방지되므로 구조의 변형되지 않는다. 따라서 금속 합금 폼(104)은 컵(203) 및 메쉬(202)가 없어도 방전이 가능하다. On the other hand, Figure 7 (b) is a discharge test results of a thermal cell including a metal alloy foam 104 composed of nickel, iron, chromium and molybdenum. The metal alloy foam 104 has low reactivity with respect to molten lithium even at high temperatures and does not deform the structure because corrosion is prevented. Accordingly, the metal alloy foam 104 can be discharged without the cup 203 and the mesh 202.

기존의 니켈 및 철로 구성된 금속 합금 폼에서 열전지 음극의 전체 무게에서 컵(203) 및 메쉬(202)가 차지하는 무게는 최소 30% 이상이다. 니켈, 철, 크롬 및 몰리브데넘으로 구성된 금속 합금 폼(104)은 컵(203) 및 메쉬(202)를 포함하지 않음으로써, 동일한 방전 성능 대비 비용량이 30% 이상 증가할 수 있다. 이에 따라 동일 성능 대비 전체의 무게감소로 열전지의 적용 범위가 비약적으로 넓어진다.In the conventional metal alloy foam composed of nickel and iron, the cup 203 and the mesh 202 account for at least 30% of the total weight of the thermoelectric cathode. The metal alloy foam 104 composed of nickel, iron, chromium and molybdenum does not include the cup 203 and the mesh 202, so that the cost can be increased by more than 30% over the same discharge performance. Accordingly, the application range of the thermal battery is dramatically widened due to the reduction in the overall weight compared to the same performance.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.The description of the presented embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to these embodiments will be apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the invention. Thus, the present invention should not be limited to the embodiments set forth herein but should be construed in the broadest scope consistent with the principles and novel features set forth herein.

100 글로브박스
101 가열원
102 용기
103 리튬
104 금속 합금 폼
140 열전지 셀
142 양극 집전체
144 양극
145 전해질
146 음극
147 음극 집전체
100 glovebox
101 heating source
102 containers
103 lithium
104 metal alloy foam
140 thermocell cells
142 anode collector
144 anodes
145 electrolyte
146 cathode
147 Cathode Current Collector

Claims (6)

일 면에 열전지 양극이 배치되는 고체 전해질 층의 다른 일 면에 배치되는 열전지의 리튬 음극으로서,
복수의 공극들이 형성되고, 소정의 조성비에 따라 혼합된 니켈(Ni), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브데넘(Mo)을 포함하는 금속 합금 폼(metal alloy foam); 및
상기 금속 합금 폼에 용융된 상태로 함침되어, 상기 공극 내에 수용되는 리튬;을 포함하고,
상기 조성비에서 크롬은, 상기 공극으로 리튬의 함침을 용이하게 하고,
상기 조성비에서 몰리브데넘은, 상기 금속 합금 폼이 리튬과 반응하여 녹아내리는 것을 방지하는
열전지의 리튬 음극.
As a lithium negative electrode of a thermocell disposed on the other side of the solid electrolyte layer on which one side of the solid electrolyte layer is disposed,
A metal alloy foam including a plurality of voids formed therein and including nickel (Ni), iron (Fe), chromium (Cr), and molybdenum (Mo) mixed according to a predetermined composition ratio; And
And impregnated in the molten state into the metal alloy foam to be accommodated in the pores.
In the composition ratio, chromium facilitates impregnation of lithium into the pores,
Molybdenum in the composition ratio prevents the metal alloy foam from reacting with lithium to melt
Lithium anode of thermo battery.
제1 항에 있어서,
상기 금속 합금 폼의 제1 조성비는 상기 금속 합금 폼 100 중량부에 대하여, 니켈 47 내지 67 중량부, 철 1 내지 33 중량부, 크롬 13 내지 33 중량부 및 몰리브데넘 1 내지 14 중량부인,
열전지의 리튬 음극.
According to claim 1,
The first composition ratio of the metal alloy foam is 47 to 67 parts by weight of nickel, 1 to 33 parts by weight of iron, 13 to 33 parts by weight of chromium and 1 to 14 parts by weight of molybdenum, based on 100 parts by weight of the metal alloy foam.
Lithium anode of thermo battery.
제1 항에 있어서,
상기 금속 합금 폼의 제2 조성비는 상기 금속 합금 폼 100 중량부에 대하여, 니켈 47 내지 67 중량부, 철 1 내지 33 중량부, 크롬 13 내지 33 중량부, 몰리브데넘 1 내지 14 중량부 및 실리콘 1 내지 11 중량부인,
열전지의 리튬 음극.
According to claim 1,
The second composition ratio of the metal alloy foam is 47 to 67 parts by weight of nickel, 1 to 33 parts by weight of iron, 13 to 33 parts by weight of chromium, 1 to 14 parts by weight of molybdenum and silicon based on 100 parts by weight of the metal alloy foam. 1 to 11 parts by weight,
Lithium anode of thermo battery.
제1 항에 있어서,
상기 금속 합금 폼의 형태를 유지하기 위한 컵 또는 메쉬를 포함하지 않는,
열전지의 리튬 음극.
According to claim 1,
Does not include a cup or mesh to maintain the shape of the metal alloy foam,
Lithium anode of thermo battery.
복수의 공극들이 형성되고, 소정의 조성비에 따라 혼합된 니켈(Ni), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브데넘(Mo)을 포함하는 금속 합금 폼(metal alloy foam) 및 상기 금속 합금 폼의 상기 공극 내에 수용된 리튬을 포함하는 리튬 음극(lithium anode);
상기 리튬 음극의 일면에 배치되는 음극 집전체;
상기 리튬 음극의 타면에 배치되는 고체 전해질 층;
상기 고체 전해질 층을 기준으로 상기 리튬 음극의 반대편에 배치되는 양극(cathode); 및
상기 양극을 기준으로 상기 고체 전해질 층의 반대편에 배치되는 양극 집전체;를 포함하는
열전지.
A plurality of voids are formed, and the metal alloy foam and the metal alloy including nickel (Ni), iron (Fe), chromium (Cr) and molybdenum (Mo) mixed according to a predetermined composition ratio A lithium anode comprising lithium contained within the pores of the foam;
A negative electrode current collector disposed on one surface of the lithium negative electrode;
A solid electrolyte layer disposed on the other surface of the lithium negative electrode;
A cathode disposed opposite the lithium cathode based on the solid electrolyte layer; And
It includes; a positive electrode current collector disposed on the opposite side of the solid electrolyte layer relative to the positive electrode
Thermo battery.
아르곤 분위기의 글로브박스 내에서 리튬을 용융하는 단계;
복수의 공극들이 형성되고, 소정의 조성비에 따라 혼합된 니켈(Ni), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브데넘(Mo)을 포함하는 금속 합금 폼(metal alloy foam)을 상기 용융된 리튬에 침지하여 음극을 제작하는 단계; 및
상기 음극의 일면에 음극 집전체를 배치하는 단계;
상기 음극의 타면에 고체 전해질 층을 배치하는 단계;
상기 고체 전해질 층을 기준으로 상기 음극의 반대편에 양극을 배치하는 단계; 및
상기 양극을 기준으로 상기 고체 전해질 층의 반대편에 양극 집전체를 배치하는 단계;를 포함하는
열전지 제조 방법.
Melting lithium in an argon atmosphere glovebox;
A plurality of pores are formed, and the molten metal alloy foam including metal (Ni), iron (Fe), chromium (Cr) and molybdenum (Mo) mixed according to a predetermined composition ratio Preparing an anode by immersing in lithium; And
Disposing a negative electrode current collector on one surface of the negative electrode;
Disposing a solid electrolyte layer on the other side of the cathode;
Disposing an anode opposite the cathode based on the solid electrolyte layer; And
Disposing a positive electrode current collector on the opposite side of the solid electrolyte layer based on the positive electrode;
Thermocell manufacturing method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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