KR102201710B1 - 이종의 전해액 및 양이온교환막을 포함하는 도금조 및 이를 이용한 리튬금속 도금방법 - Google Patents

이종의 전해액 및 양이온교환막을 포함하는 도금조 및 이를 이용한 리튬금속 도금방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102201710B1
KR102201710B1 KR1020190041199A KR20190041199A KR102201710B1 KR 102201710 B1 KR102201710 B1 KR 102201710B1 KR 1020190041199 A KR1020190041199 A KR 1020190041199A KR 20190041199 A KR20190041199 A KR 20190041199A KR 102201710 B1 KR102201710 B1 KR 102201710B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lithium
electrolyte
plating bath
plating
exchange membrane
Prior art date
Application number
KR1020190041199A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200118981A (ko
Inventor
이홍기
이창면
허진영
구석본
전준미
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020190041199A priority Critical patent/KR102201710B1/ko
Publication of KR20200118981A publication Critical patent/KR20200118981A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102201710B1 publication Critical patent/KR102201710B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/002—Cell separation, e.g. membranes, diaphragms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/10—Electrodes, e.g. composition, counter electrode
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/42—Electroplating: Baths therefor from solutions of light metals
    • 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
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0438—Processes of manufacture in general by electrochemical processing
    • H01M4/045—Electrochemical coating; Electrochemical impregnation
    • H01M4/0452—Electrochemical coating; Electrochemical impregnation from solutions
    • 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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • 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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1395—Processes of manufacture of electrodes based on metals, Si or alloys
    • 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
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)

Abstract

본 발명은 음극 및 제 1 전해액을 포함하는 도금부; 양극 및 제 2 전해액을 포함하는 이온공급부; 및 양이온교환막을 포함하는 도금조를 제공한다.

Description

이종의 전해액 및 양이온교환막을 포함하는 도금조 및 이를 이용한 리튬금속 도금방법{Plating bath containing heterogeneous electrolytic solutions and cation exchange membrane and lithium metal plating method using the same}
본 발명은 이종의 전해액 및 양이온교환막을 포함하는 도금조 및 이를 이용한 리튬금속 도금방법에 관한 것이다.
최근 리튬 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지와 같은 이차 전지의 수요가 크게 증가하고 있다. 이차 전지는 가역성이 우수한 전극 재료를 사용하여 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 스마트폰, 휴대용 컴퓨터와 같은 IT 기기; 및 자전거, 전기 자동차와 같은 이동 수단의 전력 공급원으로 그 적용 분야가 점차 확대되고 있다.
리튬금속 음극은 가장 낮은 표준/환원전위 (-3.04V vs. SHE)를 갖고, 또 가장 가벼운 금속원소(6.94g/mol)로서 약 3860mAh/g의 높은 용량, 즉 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있는 금속 음극소재이다.
종래의 리튬금속 음극은 압연(혼조메탈), 증착(시드라베) 등의 방법을 사용하여 제조하였으나, 대면적의 리튬금속 음극은 제조하기 어려운바, 전기차 등 대면적의 리튬금속 음극이 필요한 경우에는 리튬금속 음극을 제조하지 못하는 제한성이 있었다.
또한, 기존의 전기분해에 의한 리튬금속의 제조시 사용되는 전해액의 원료 물질은 염화리튬 또는 탄산리튬이다.
염화리튬을 이용한 전해공정시, 에너지 소비가 과다하고, 이로 인해 리튬의 생산원가가 증가하는 문제가 있으며, 음극에서 리튬금속이 생성됨과 동시에 양극에서는 유해한 염소 기체가 발생하는 문제가 있었다.
한편, 탄산리튬을 이용한 전해공정시, 탄산이온의 환원반응 전압이 리튬이온의 반응 전압과 유사하여 리튬 금속만의 석출이 어렵고, 석출되더라도 리튬 금속과 탄산이온의 재반응이 이루어져 리튬 금속의 제조 효율이 매우 낮은 문제가 있었다.
본 발명의 일 과제는 음극 및 제 1 전해액을 포함하는 도금부; 양극 및 제 2 전해액을 포함하는 이온공급부; 및 양이온교환막을 포함하는 도금조를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 과제는 상기 도금조를 이용하여 리튬금속을 도금하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태는 음극 및 제 1 전해액을 포함하는 도금부; 양극 및 제 2 전해액을 포함하는 이온공급부; 및 양이온교환막을 포함하는 도금조를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 1 전해액 및 제 2 전해액은 이종의 전해액일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 1 전해액은 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드(LiFSI), 리튬 비스(트라이플루오로메탄설포닐)이미드(LiTFSI), 리튬 헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬 테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬 디옥살레이트보레이트(LiBOB), 리튬 디플루오로포스페이트(LiPF2O2), 리튬 4,5-디사이아노-2-(트라이플루오로메틸)이미다졸(LiTDI), 리튬 디플루오로(옥살라토)보레이트(LiDFOB), 리튬 퍼클로레이트(LiClO4), 리튬 헥사플루오로알세네이트(LiAsF6), 리튬 트라이플루오로메탄설포네이트(LiTf), 리튬 비스(펜타플루오로에탄술포닐)이미드(LiBETI), 리튬 4,5-디사이아노-1,2,3-트라이아졸레이트(LiDCTA), 4,5-디사이아노-2-(펜타플루오로에틸)이미다졸(LiPDI), 리튬 플루오로알킬포스페이트(LiFAP) 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 2 전해액은 리튬양이온을 공급할 수 있는 리튬염을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 1 전해액 및 제 2 전해액은 용매를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 용매는 다이메틸포름아마이드(DMF), 다이메틸설폭사이드(DMSO), 에터계 용매, 카보네이트계 용매 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 양이온교환막은 양이온만을 통과시킬 수 있는 막일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 음극은 구리(Cu), 탄소(C), 니켈(Ni), 스테인레스스틸(SUS), 알루미늄(Al), 몰리브데늄(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 양극은 불용성 전극일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 1 전해액은 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태는 상기 도금조를 제공하는 단계; 상기 음극 및 양극에 전압을 인가하고, 상기 제 1 전해액에 포함된 리튬양이온이 음극에 전착되는 단계; 상기 이온공급부에 제 2 전해액을 추가로 공급하는 단계; 및 상기 제 2 전해액에 포함된 리튬양이온이 상기 양이온교환막을 통하여 도금부로 이동하는 단계; 를 포함하는 리튬금속 도금방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태는 상기 제조방법을 이용하여 제조된 리튬금속박막을 제공한다.
본 발명의 일 양태는 상기 리튬금속박막을 포함한 리튬 이차전지용 음극을 제공한다.
본 발명은 양이온교환막을 통하여 분리된 도금부 및 이온공급부에 이종의 전해액을 첨가하고, 도금부에서 도금을 진행하되, 이온공급부에 제 2 전해액만을 추가로 공급함으로써, 저가의 제 2 전해액만을 추가함에도, 고가의 제 1 전해액으로 도금한 효과를 얻을 수 있는 리튬금속 도금방법을 제공한다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도금조의 모식도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명의 일 양태는 음극 및 제 1 전해액을 포함하는 도금부; 양극 및 제 2 전해액을 포함하는 이온공급부; 및 양이온교환막을 포함하는 도금조를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도금조(1)의 모식도이다.
도 1을 참조하면, 상기 도금조(1)는 음극(110) 및 제 1 전해액(120)을 포함하는 도금부(100); 양극(210) 및 제 2 전해액(220)을 포함하는 이온공급부(200); 및 양이온교환막(300)을 포함한다.
상기 도금부(100)는 음극(110) 및 제 1 전해액(120)을 포함할 수 있다.
상기 음극(110)은 구리(Cu), 탄소(C), 니켈(Ni), 스테인레스스틸(SUS), 알루미늄(Al), 몰리브데늄(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나, 예를 들면, 구리를 포함할 수 있다.
상기 제 1 전해액(120)은 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드(LiFSI), 리튬 비스(트라이플루오로메탄설포닐)이미드(LiTFSI), 리튬 헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬 테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬 디옥살레이트보레이트(LiBOB), 리튬 디플루오로포스페이트(LiPF2O2), 리튬 4,5-디사이아노-2-(트라이플루오로메틸)이미다졸(LiTDI), 리튬 디플루오로(옥살라토)보레이트(LiDFOB), 리튬 퍼클로레이트(LiClO4), 리튬 헥사플루오로알세네이트(LiAsF6), 리튬 트라이플루오로메탄설포네이트(LiTf), 리튬 비스(펜타플루오로에탄술포닐)이미드(LiBETI), 리튬 4,5-디사이아노-1,2,3-트라이아졸레이트(LiDCTA), 4,5-디사이아노-2-(펜타플루오로에틸)이미다졸(LiPDI), 리튬 플루오로알킬포스페이트(LiFAP) 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제 1 전해액(120)에 포함된 상기 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드, 리튬 비스(트라이프룰오로메탄설포닐)이미드, 리튬 헥사플로오로포스페이트등의 리튬염은 리튬양이온을 제공할 수 있다. 상기 제 2 전해액(220)에 비하여 고특성을 가지는 고가의 염으로서, 상기 제 1 전해액(120)에 포함된 리튬염만을 이용한 도금공정은 도금효율을 향상시키나, 제조비용이 많이 든다는 단점이 있을 수 있다.
상기 제 1 전해액(120)은 용매를 포함할 수 있고, 상기 용매는 다이메틸포름아마이드(DMF), 다이메틸설폭사이드(DMSO), 에터계 용매, 카보네이트계 용매 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나, 예를 들면, 다이메틸포름아마이드일 수 있다.
상기 제 1 전해액(120)은 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 상기 도금부(100)에 포함된 상기 제 1 전해액(120)의 리튬 양이온이 상기 양극(210)으로 이동하는 것을 방해하여 상기 양극(210)에서의 부반응을 억제할 수 있다. 상기 첨가제는 예를 들면, 사카린, 구연산염, 요산, 술폰산염 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 이온공급부(200)는 양극(210) 및 제 2 전해액(220)을 포함할 수 있다.
상기 양극(210)은 리튬전극이거나, 불용성 전극, 예를 들면, 흑연전극, 산화이리듐 전극, 티타늄코팅전극, 백금코팅전극, 금속산화물전극 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나, 예를 들면, 백금코팅전극 일 수 있다.
상기 리튬전극은 전해도금시, 리튬전극에서 산화가 일어나 전극의 크기가 작아지는 반면, 상기 불용성 전극은 전류가 흘러도 자신이 산화되지 않고, 전극표면에서만 산화가 일어나는 특징이 있다. 따라서, 크기의 변화가 없어, 치수안정성전극(DSA) 이라고도 한다.
상기 불용성 전극을 이용하는 경우, 소모되는 양극을 교체하는 작업이 요구되지 않으므로, 높은 생산성이 보장되고, 고속공정이 요구되는 도금설비를 구현하는데 적합하다는 장점이 있다.
상기 제 2 전해액(220)은 상기 제 1 전해액(120)과 비교하여 상대적으로 저가이고, 리튬양이온을 공급할 수 있는 리튬염, 예를 들면, 질산리튬, 염화리튬, 탄산리튬 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 제 2 전해액(220)은 용매를 포함할 수 있고, 상기 용매는 다이메틸포름아마이드(DMF), 다이메틸설폭사이드(DMSO), 에터계 용매, 카보네이트계 용매 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나, 예를 들면, 다이메틸포름아마이드일 수 있다.
상기 제 2 전해액(220)은 상기 1 전해액(120)과 동일한 용매를 포함할 수 있다.
상기 양이온교환막(300)은 양이온만을 선택적으로 통과시킬 수 있다.
예를 들면, 제 2 전해액(220)에 포함된 리튬염의 리튬양이온 및 음이온 중에서 리튬양이온만을 선택적으로 투과할 수 있다.
상기 이온공급부(200)는 유입구 및 유출구(미도시)를 추가로 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 유입구를 통하여 제 2 전해액(220)을 추가로 첨가할 수 있고, 상기 유출구를 통하여 상기 양이온교환막(300)을 통하여 이동한 리튬양이온을 제외한 음이온 및 용매의 혼합액을 유출할 수 있다.
이에 따라, 상기 이온공급부(200)에는 리튬양이온을 제공할 수 있는 리튬염이 포함된 제 2 전해액(220)이 계속하여 공급될 수 있고, 이에 따라 제 2 전해액(220)은 리튬양이온을 공급하면서 순환할 수 있다.
본 발명의 일 양태는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금조(1)를 제공하는 단계; 상기 음극(110) 및 양극(210)에 전압을 인가하고, 상기 제 1 전해액(120)에 포함된 리튬양이온이 음극(110)에 전착되는 단계; 상기 이온공급부(200)에 제 2 전해액(220)을 추가로 공급하는 단계; 및 상기 제 2 전해액(220)에 포함된 리튬양이온이 상기 양이온교환막(300)을 통하여 도금부로 이동하는 단계; 를 포함하는 리튬금속 도금방법을 제공한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 도금조(1)를 제공하는 단계를 포함한다.
상기 도금조(1)에 대한 설명은 상기 양태에서 설명한 것으로 갈음한다.
다음으로, 상기 음극(110) 및 상기 양극(210)에 전압을 인가하고, 상기 제 1 전해액(120)에 포함된 리튬양이온이 음극에 전착되는 단계를 포함한다.
금속을 도금하는 방법은 무전해도금방법 또는 전해도금방법을 통하여 수행될 수 있다. 무전해도금방법은 금속의 표준환원전위값의 차이를 이용하여, 전압을 인가하지 않고 도금을 수행하는 방법인 반면, 전해도금방법은 음극 및 양극에 정압을 인가하여 도금을 수행하는 방법이다.
구체적으로, 음극에서는 환원반응을 통하여, 금속이온이 전자를 받아 금속으로 석출되고, 양극에서는 산화반응을 통하여, 금속이 전자를 내어주고 이온화가 되는 과정을 통하여 음극에 도금을 수행한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 리튬양이온을 음극에 전착되는 단계는 전해도금방법으로 수행되고, 예를 들면, 상기 음극(110) 및 양극(210)에 전압을 인가함으로써, 제 1 전해액(120)에 포함된 리튬양이온이 전자를 받아 환원되어, 상기 음극(110)표면에 석출되어 전착될 수 있다.
전해도금방법은 무전해도금방법에 비해 간단한 장비로 빠르고, 저렴한 생산비용으로 고순도를 유지하는 장점이 있다. 상기 전해도금방법을 이용하여, 종래의 리튬금속박막의 제조방법인 압연(혼조메탈)방법 또는 증착(시드라베)방법에서는 제조할 수 없는 대면적의 리튬박막을 제조할 수 있다.
다음으로, 상기 이온공급부(200)에 제 2 전해액(220)을 추가로 공급하는 단계를 포함한다.
상기 이온공급부(200)는 유입구 및 유출구(미도시)를 추가로 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 유입구를 통하여 제 2 전해액(220)을 추가로 첨가할 수 있고, 상기 유출구를 통하여 리튬양이온을 제외한 음이온 및 용매의 혼합액을 유출할 수 있다.
이에 따라, 상기 이온공급부(200)의 유입구에 계속 하여, 리튬양이온을 제공할 수 있는 리튬염이 포함된 상기 제 2 전해액(220)을 추가로 공급할 수 있다.
다음으로, 상기 제 2 전해액(220)에 포함된 리튬양이온이 양이온교환막(300)을 통하여 도금부(100)로 이동하는 단계를 포함한다.
상기 양이온교환막(300)은 상기 도금조(1)내에서 도금부(100) 및 이온공급부(200)을 분리하는 역할을 하며, 리튬양이온만을 선택적으로 투과하는 역할을 한다.
상기 양이온교환막(300)이 존재함으로써, 상기 제 1 전해액 및 제 2 전해액에 이종의 전해액이 포함될 수 있으며, 상기 이온공급부(200)에 추가로 첨가되는 제 2 전해액(220)의 리튬양이온만을 선택적으로 투과시켜 도금부(100)로 이동시킴으로써, 리튬양이온을 계속하여 공급할 수 있다.
상기 제 2 전해액(220)에 포함된 리튬염은 전해액 안에서 리튬양이온과 음이온으로 분리되고, 분리된 리튬양이온은 도금조(1)내의 양이온분리막(300)을 통과하여, 상기 도금부(100)으로 이동할 수 있다.
상기 도금부(100)으로 이동한 리튬양이온은 음극(110)에 전착되는데 사용되고, 이온공급부(200)에 추가로 제 2 전해액(220)을 첨가해 줌으로써, 도금부(100)에 리튬양이온을 계속하여 공급해 줄 수 있는 효과가 있다.
따라서, 상대적으로 저가의 리튬염으로 구성된 제 2 전해액(220)을 공급함으로써, 상대적으로 고가의 리튬염으로 구성된 제 1 전해액(120)을 이용하여 도금하는 효과를 발현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 리튬금속 도금방법은 상기 음극(110)에 전착된 리튬금속박막을 분리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 분리하는 단계는 예를 들면, 무산소 분위기의 글로브 박스내에서 건조한 후, 물리적으로 떼어내는 방법을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태는 상기 리튬금속 도금방법으로 제조된 리튬금속박막을 제공한다.
상기 리튬금속박막은 리튬 이차전지용 음극으로 사용될 경우, 예를 들면, 전기차에 사용될 수 있을 대면적의 리튬 이차전지를 제공 할 수 있다.
본 발명의 일 양태는 상기 리튬금속박막을 포함한 리튬 이차전지용 음극을 제공한다.
이차전지란 전기 화학적 산화-환원 반응에 의해 발생하는 이온의 이동으로 전기를 발생시키고 그 반대 과정으로 충전되는 원리를 가지며, 이온의 물질 상태가 양극과 음극에서 서로 달라 발생되는 물질의 고유에너지 차이로 인한 전압차를 이용한 전지이다.
리튬 이차전지는 가역적으로 리튬이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 양극 및 음극으로 사용하고 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 고분자 전해액을 넣어 리튬이온의 원활한 이동을 가능하게 하며, 양극 및 음극에서 삽입/탈리 될 때 일어나는 전기화학적 산화, 환원반응에 의하여 발생하는 전자가 전기에너지를 생성하는 전지이다.
상기 리튬 이차전지에 사용되는 리튬금속 음극은 가장 낮은 표준/환원전위 (-3.04V vs. SHE)를 갖고, 또 가장 가벼운 금속원소(6.94g/mol)로서 약 3860mAh/g의 높은 용량, 즉 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있는 금속 음극소재이다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (13)

  1. 음극 및 제 1 전해액을 포함하는 도금부;
    양극 및 제 2 전해액을 포함하는 이온공급부; 및
    양이온교환막을 포함하고,
    상기 제 1 전해액 및 제 2 전해액은 각각 리튬염을 포함하는 서로 다른 종류의 전해액이고,
    상기 양이온교환막은 리튬양이온만을 통과시키는 것을 특징으로 하는 도금조.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전해액은 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드(LiFSI), 리튬 비스(트라이플루오로메탄설포닐)이미드(LiTFSI), 리튬 헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬 테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬 디옥살레이트보레이트(LiBOB), 리튬 디플루오로포스페이트(LiPF2O2), 리튬 4,5-디사이아노-2-(트라이플루오로메틸)이미다졸(LiTDI), 리튬 디플루오로(옥살라토)보레이트(LiDFOB), 리튬 퍼클로레이트(LiClO4), 리튬 헥사플루오로알세네이트(LiAsF6), 리튬 트라이플루오로메탄설포네이트(LiTf), 리튬 비스(펜타플루오로에탄술포닐)이미드(LiBETI), 리튬 4,5-디사이아노-1,2,3-트라이아졸레이트(LiDCTA), 4,5-디사이아노-2-(펜타플루오로에틸)이미다졸(LiPDI), 리튬 플루오로알킬포스페이트(LiFAP) 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금조.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전해액 및 제 2 전해액은 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금조.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 용매는 다이메틸포름아마이드(DMF), 다이메틸설폭사이드(DMSO), 에터계 용매, 카보네이트계 용매 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 도금조.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 음극은 구리(Cu), 탄소(C), 니켈(Ni), 스테인레스스틸(SUS), 알루미늄(Al), 몰리브데늄(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금조.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극은 불용성 전극인 것을 특징으로 하는 도금조.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 도금부는 첨가제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 도금조.
  11. 제 1 항, 제 3 항, 제 5 항, 제 6 항 및 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 도금조를 제공하는 단계;
    상기 음극 및 양극에 전압을 인가하고, 상기 제 1 전해액에 포함된 리튬양이온이 음극에 전착되는 단계;
    상기 이온공급부에 제 2 전해액을 추가로 공급하는 단계; 및
    상기 제 2 전해액에 포함된 리튬양이온이 상기 양이온교환막을 통하여 도금부로 이동하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제 1 전해액 및 제 2 전해액은 각각 리튬염을 포함하는 이종의 전해액이고,
    상기 양이온교환막은 리튬양이온만을 통과시키는 것을 특징으로 하는 리튬금속 도금방법.
  12. 제 11 항의 제조방법으로 제조된 리튬금속박막.
  13. 제 12 항의 리튬금속박막을 포함한 리튬 이차전지용 음극.
KR1020190041199A 2019-04-09 2019-04-09 이종의 전해액 및 양이온교환막을 포함하는 도금조 및 이를 이용한 리튬금속 도금방법 KR102201710B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190041199A KR102201710B1 (ko) 2019-04-09 2019-04-09 이종의 전해액 및 양이온교환막을 포함하는 도금조 및 이를 이용한 리튬금속 도금방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190041199A KR102201710B1 (ko) 2019-04-09 2019-04-09 이종의 전해액 및 양이온교환막을 포함하는 도금조 및 이를 이용한 리튬금속 도금방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200118981A KR20200118981A (ko) 2020-10-19
KR102201710B1 true KR102201710B1 (ko) 2021-01-12

Family

ID=73042881

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190041199A KR102201710B1 (ko) 2019-04-09 2019-04-09 이종의 전해액 및 양이온교환막을 포함하는 도금조 및 이를 이용한 리튬금속 도금방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102201710B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000336499A (ja) 1999-03-25 2000-12-05 Canon Inc 基板の処理方法及び製造方法並びに陽極化成装置
WO2018190559A1 (ko) * 2017-04-14 2018-10-18 주식회사 엘지화학 리튬 금속용 전기 도금용액 및 이를 이용한 리튬 금속전극의 제조방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101196798B1 (ko) * 2008-02-25 2012-11-05 주식회사 엘지화학 ＬｉＦ계 화합물로 코팅된 음극 및 그 제조방법과 상기 음극을 포함하는 리튬이온 이차전지
JP5938426B2 (ja) * 2014-02-04 2016-06-22 株式会社豊田中央研究所 電気めっきセル、及び、金属皮膜の製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000336499A (ja) 1999-03-25 2000-12-05 Canon Inc 基板の処理方法及び製造方法並びに陽極化成装置
WO2018190559A1 (ko) * 2017-04-14 2018-10-18 주식회사 엘지화학 리튬 금속용 전기 도금용액 및 이를 이용한 리튬 금속전극의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200118981A (ko) 2020-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
He et al. Engineering interfacial layers to enable Zn metal anodes for aqueous zinc-ion batteries
Lee et al. Copper nitride nanowires printed Li with stable cycling for Li metal batteries in carbonate electrolytes
Yan et al. Lithium-anode protection in lithium–sulfur batteries
Yagi et al. A concept of dual-salt polyvalent-metal storage battery
He et al. Challenges and strategies of zinc anode for aqueous zinc-ion batteries
Yoo et al. Mg rechargeable batteries: an on-going challenge
Hong et al. The lithium metal anode in Li–S batteries: challenges and recent progress
Yue et al. Petaloid-shaped ZnO coated carbon felt as a controllable host to construct hierarchical Li composite anode
US10170795B2 (en) Electrolyte for high efficiency cycling of sodium metal and rechargeable sodium-based batteries comprising the electrolyte
KR102194814B1 (ko) 2차 전지의 형성 방법
Zhang et al. A corrosion-resistant current collector for lithium metal anodes
Zhou et al. A new ether-based electrolyte for lithium sulfur batteries using a S@ pPAN cathode
JP2018505538A (ja) 充電式リチウム電池の高塩濃度電解質
US20210381115A1 (en) Production of lithium via electrodeposition
Choi et al. Electro-deposition of the lithium metal anode on dendritic copper current collectors for lithium battery application
KR20120030021A (ko) 마그네슘 이차전지용 전극 및 이를 구비한 마그네슘 이차전지
JP2015526859A (ja) リチウム電池用の持続可能な集電体
Narayan et al. Fluorinated solvents for better batteries
Seko et al. Carbonate-based additive for improvement of cycle durability of electrodeposited Si-OC composite anode in glyme-based ionic liquid electrolyte for use in lithium secondary batteries
Li et al. Lithium reduction reaction for interfacial regulation of lithium metal anode
Wang et al. Interface solvation regulation stabilizing the Zn metal anode in aqueous Zn batteries
Fan et al. Constructing stable Zn anodes for aqueous rechargeable zinc batteries
Seok et al. Electrolyte screening studies for Li metal batteries
KR102201710B1 (ko) 이종의 전해액 및 양이온교환막을 포함하는 도금조 및 이를 이용한 리튬금속 도금방법
KR101868574B1 (ko) 리튬 금속 전극재의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant