KR102221091B1 - Current collector comprising heat source, thermal battery and method for producing thereof - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 열원 일체형 집전체의 제조 방법은, 흑연 및 염을 소정의 비율에 따라 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계 제1 성형 압력을 가하여 상기 혼합물로부터 집전체 층을 성형하는 단계 및 상기 제1 성형 압력보다 작은 제2 성형 압력을 가하여 상기 집전체 층의 일 면에 열원 층을 성형하는 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing an integrated heat source current collector according to an embodiment includes: forming a mixture by mixing graphite and salt according to a predetermined ratio, forming a current collector layer from the mixture by applying a first molding pressure, and the first It may include forming a heat source layer on one surface of the current collector layer by applying a second molding pressure less than the molding pressure.

Description

열원 일체형 집전체, 열전지 및 그 제조방법{CURRENT COLLECTOR COMPRISING HEAT SOURCE, THERMAL BATTERY AND METHOD FOR PRODUCING THEREOF}Heat source integrated current collector, heat cell, and manufacturing method thereof {CURRENT COLLECTOR COMPRISING HEAT SOURCE, THERMAL BATTERY AND METHOD FOR PRODUCING THEREOF}

본 발명은 열원이 포함된 일체형 집전체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 열전지에 사용되는 금속 집전체를 흑연 펠릿으로 대체함으로서 열원과 집전체를 동시에 성형할 수 있는 열원이 포함된 일체형 집전체 및 그 제조방법에 관한 기술이다.The present invention relates to an integrated current collector including a heat source and a method for manufacturing the same, and by replacing the metal current collector used in the thermal cell with graphite pellets, the integrated current collector including a heat source and a heat source capable of simultaneously forming the current collector and the same It is a technology about the manufacturing method.

일반적으로, 열전지는, 상온에서 전지로서의 성능을 발휘하지 못하다가 필요시 전지 내 외부 전기적 신호에 의해 착화기를 점화하고, 점화된 착화기의 연소로 전극 사이에 있는 열원의 발화열에 의해 고체 전해질이 용융되면서 고온에서 작동하는 전지로서, 구조적 안정성, 신뢰성 및 장기 보관성이 우수한 전지를 말한다. 이러한 특징으로 인하여, 열활성화 방식의 비축형 전지는 민수용으로 사용할 때에는 비상용 전원으로 많이 사용되고 있고, 군수용으로 사용할 때에는 유도무기나 우주 항공분야에 있어서 주전원이나 보조전원으로 많이 사용되고 있다. In general, a thermal cell does not exhibit its performance as a battery at room temperature, and if necessary, the igniter is ignited by an external electrical signal within the battery. It refers to a battery that operates at high temperatures while having excellent structural stability, reliability, and long-term storage. Due to these characteristics, the thermally activated non-storage battery is widely used as an emergency power source when used for civil purposes, and is widely used as a main power source or auxiliary power source in a guided weapon or aerospace field when used for military use.

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 a guided weapon, the average lifespan is 15 years or more, and since power is used only at the moment it is fired, self-discharing does not occur as an essential requirement of the power source. In addition, the power source of the guided weapon must meet the requirements that the weight must be light for flight. When the thermal cell is deactivated, the electrolyte is in a solid state, so self-discharge may be blocked, and thus may be used as a power source for an induction weapon.

열전지의 구성 요소인 음극과 열원 사이에 들어가는 집전체가 단 하나라도 누락될 경우, 열원이 연소되면서 발생되는 열이 음극을 용융시켜 전지 파열 및 폭발을 유발시킬 수 있다. If even one current collector is missing between the negative electrode and the heat source, which is a component of the thermal cell, the heat generated while the heat source is burned melts the negative electrode, causing battery rupture and explosion.

이를 방지하고 전지의 안전성을 확보하기 위하여 전극과 열원 그리고 집전체 적층 후 사진으로 촬영하여 사진판독을 통해 적층 검사를 진행하고 있다. 그러나 집전체 누락 및 적층 배열을 검증하는 작업에 있어서 얇은 금속 집전체의 경우 촬영된 사진에서 음영 판독기로 구분하는데 어려움을 겪고 있다. 또한 양극, 전해질 및 음극의 적층 순서 또한 중요하기 때문에 이러한 적층 실수를 방지하는 수단에 대한 연구가 활발하다. 그 중, 전지 조립공정에서 전지의 단락 및 폭발을 유발시키는 가장 큰 요인으로 집전체 누락이 대표적이다. 따라서, 집전체의 누락을 방지하고 적층 검사시 쉽게 확인하는 방안을 마련하는 것이 필요하다.In order to prevent this and secure the safety of the battery, the stacking test is conducted through photographic reading by taking pictures after stacking electrodes, heat sources, and current collectors. However, in the work of verifying the missing current collector and the stacking arrangement, it is difficult to distinguish the thin metal current collector from the photographed photo by the shade reader. In addition, since the stacking order of the positive electrode, the electrolyte, and the negative electrode is also important, research on a means to prevent such a stacking error is active. Among them, the missing of the current collector is a representative factor that causes short circuit and explosion of the battery in the battery assembly process. Therefore, it is necessary to provide a method to prevent omission of the current collector and to easily check the stacking inspection.

관련 내용을 개시하는 선행문헌으로는, 리튬-설퍼 열전지에 관한 대한민국등록특허 제 10-1671664호 및 고체전해질을 사용한 용융 리튬-황 전지 및 이의 제작 방법에 관한 대한민국등록특허 제 10-1803240호가 공개된 바 있다.As prior literatures disclosing related contents, Korean Patent No. 10-1671664 for lithium-sulfur thermal batteries and Korean Patent No. 10-1803240 for molten lithium-sulfur batteries using a solid electrolyte and a manufacturing method thereof have been disclosed. There is a bar.

실시예들에 따르면, 열원 층 및 집전체 층이 이중층으로 성형되어 일체형으로 제작된 열원 일체형 집전체가 제공될 수 있다.According to embodiments, a heat source-integrated current collector may be provided in which the heat source layer and the current collector layer are formed as a double layer to be integrally manufactured.

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 problems, and problems that are not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the present specification and the accompanying drawings.

일 실시예에 따른 열원 일체형 집전체의 제조 방법은, 흑연 및 염을 소정의 비율에 따라 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계, 제1 성형 압력을 가하여 혼합물로부터 집전체 층을 성형하는 단계 및 제1 성형 압력보다 작은 제2 성형 압력을 가하여 집전체 층의 일 면에 열원 층을 성형하는 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing an integrated heat source current collector according to an embodiment includes: forming a mixture by mixing graphite and salt according to a predetermined ratio, forming a current collector layer from the mixture by applying a first molding pressure, and first molding It may include forming a heat source layer on one side of the current collector layer by applying a second molding pressure less than the pressure.

또, 집전체 층에 대한 제1 성형 압력은 1.0 내지 3.0 ton/cm2이다.Further, the first molding pressure for the current collector layer is 1.0 to 3.0 ton/cm2.

또, 열원 층의 성형 압력은 0.5 내지 1.5 ton/cm2이다.Further, the molding pressure of the heat source layer is 0.5 to 1.5 ton/cm2.

또, 혼합물은, 혼합물 100 중량부에 대하여, 염 5 내지 10 중량부 및 흑연 90 내지 95 중량부로 혼합될 수 있다.In addition, the mixture may be mixed with 5 to 10 parts by weight of salt and 90 to 95 parts by weight of graphite based on 100 parts by weight of the mixture.

또, 염은 염화리튬-염화칼륨(LiCl-KCl) 또는 플루오린화리튬-염화리튬-브롬화리튬(LiF-LiCl-LiBr)를 포함할 수 있다.In addition, the salt may include lithium chloride-potassium chloride (LiCl-KCl) or lithium fluoride-lithium chloride-lithium bromide (LiF-LiCl-LiBr).

또, 집전체 층의 두께는 0.1 내지 0.3 mm이다.Further, the thickness of the current collector layer is 0.1 to 0.3 mm.

상술한 제조 방법에 따라 열원 일체형 집전체가 제조될 수 있다.A heat source integrated current collector may be manufactured according to the above-described manufacturing method.

다른 일 실시예에 따르면, 열전지는 소정의 제1 비율에 따라 혼합된 흑연 및 염을 포함하는 제1 집전체 층 및 제1 집전체 층의 일 면에 압착된 제1 열원 층을 포함하는 제1 열원 일체형 집전체; 제1 열원 층의 일 면과, 일 면을 대향하며 배치되는 양극; 양극의 타 면과, 일 면을 대향하며 배치되는 전해질; 전해질의 타 면과, 일 면을 대향하며 배치되는 음극; 및 소정의 제2 비율에 따라 혼합된 흑연 및 염을 포함하는 제2 집전체 층 및 제2 집전체 층의 일 면에 압착된 제2 열원 층을 포함하는 제2 열원 일체형 집전체를 포함할 수 있다.According to another embodiment, the thermal cell includes a first current collector layer including graphite and salt mixed according to a first predetermined ratio, and a first heat source layer compressed on one surface of the first current collector layer. A heat source integrated current collector; One surface of the first heat source layer and an anode disposed to face one surface; An electrolyte disposed to face the other side of the positive electrode and one side; The other side of the electrolyte and a cathode disposed to face one side; And a second heat source integrated current collector including a second current collector layer including graphite and salt mixed according to a second predetermined ratio, and a second heat source layer compressed on one surface of the second current collector layer. have.

또, 열전지는 제1 비율에 따라 제1 집전체 층 100 중량부에 대하여, 염 5 내지 10 중량부 및 흑연 90 내지 95 중량부를 포함할 수 있다.In addition, the thermal cell may include 5 to 10 parts by weight of salt and 90 to 95 parts by weight of graphite based on 100 parts by weight of the first current collector layer according to the first ratio.

또, 제1 집전체 층은 0.1 내지 0.3 mm 두께를 가질 수 있다.In addition, the first current collector layer may have a thickness of 0.1 to 0.3 mm.

실시예들에 따른 열원 일체형 집전체, 열전지 및 그 제조 방법은 열원 층 및 집전체 층을 이중층의 일체형으로 제작함으로써, 제조공정의 단순화 및 화학적 안정성 확보, 전지의 단락으로 인한 폭발을 방지할 수 있다. 또한 최종적으로 열전지의 경량화 및 길이를 감소할 수 있다.In the heat source integrated current collector, the thermal cell, and the manufacturing method according to the embodiments, by fabricating the heat source layer and the current collector layer as a double layer, it is possible to simplify the manufacturing process, secure chemical stability, and prevent explosion due to a short circuit of the battery. . In addition, it is possible to finally reduce the weight and length of the thermal cell.

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.The effects are not limited to the above-described effects, and effects that are not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the present specification and the accompanying drawings.

도 1은, 일 실시예에 따른 열원 일체형 집전체를 포함하는 열전지에 관한 도면이다.
도 2는, 일 실시예에 따른 열원 일체형 집전체의 제작 방법에 관한 순서도이고,
도 3은 열원 일체형 집전체의 제작 방법에 관한 모식도이다.
도 4는 도 2 및 도 3의 제작 방법에 따라 제작된 열원 일체형 집전체에 관한 도면이다.1 is a diagram of a thermal cell including a heat source integrated current collector according to an exemplary embodiment.
2 is a flow chart of a method of manufacturing a heat source integrated current collector according to an embodiment,
3 is a schematic diagram of a method of manufacturing an integrated heat source current collector.
4 is a view of a heat source integrated current collector manufactured according to the manufacturing method of FIGS. 2 and 3.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to embodiments to be described later in detail together with the accompanying drawings.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms.

본 명세서에서 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Examples in the present specification are provided to complete the disclosure of the present invention, and to fully inform the scope of the invention to those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, and the present invention is defined by the scope of the claims. It just becomes.

따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적 설명이 생략될 수 있다.Accordingly, in some embodiments, detailed descriptions of well-known components, well-known operations, and well-known technologies may be omitted in order to avoid obscuring interpretation of the present invention.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In the present specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the text, and elements and operations referred to as'including (or including)' do not exclude the presence or addition of one or more other elements and operations. .

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적 으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used with meanings that can be commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예 는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for describing the present invention in more detail, and it is apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention. .

도 1은, 일 실시예에 따른 열원 일체형 집전체를 포함하는 열전지에 관한 도면이다. 1 is a diagram of a thermal cell including a heat source integrated current collector according to an exemplary embodiment.

열전지는 적어도 하나의 열전지 셀(100)로 구성될 수 있다. 열전지 셀(100)은 열원 일체형 집전체(110), 양극(cathode, 120), 전해질(130) 및 음극(anode, 140)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 열원 일체형 집전체(110), 양극(120), 전해질(130) 및 음극(anode, 140)은 적층이 용이하도록, 분말성형을 통한 디스크 형상의 펠릿으로 형성될 수 있다. The thermal cell may be composed of at least one thermal cell 100. The thermoelectric cell 100 may include a heat source integrated current collector 110, a cathode 120, an electrolyte 130, and an anode 140. For example, the heat source integrated current collector 110, the positive electrode 120, the electrolyte 130, and the negative electrode 140 may be formed into disk-shaped pellets through powder molding to facilitate stacking.

케이스(미도시)는 열전지 셀(100)들을 내부에 수용할 수 있다. 케이스는 열전지 셀(100)들을 구성하는 음극(140), 전해질(130), 양극(120), 열원(143), 집전체, 점화장치(150)를 내부에 수용하고, 고정 및 보호할 수 있다. 헤더(160)는 케이스와 결합하여 케이스 내부를 밀폐하고, 케이스 내부 구성 요소들을 고정 및 보호할 수 있다.The case (not shown) may accommodate the thermal cell 100 therein. The case may accommodate, fix, and protect the negative electrode 140, the electrolyte 130, the positive electrode 120, the heat source 143, the current collector, and the ignition device 150 constituting the thermal cell 100. . The header 160 may be combined with the case to seal the interior of the case, and may fix and protect components inside the case.

열전지 및 열전지 셀(100)은 상온에서 전지로서의 성능을 발휘하지 않고, 필요 시 전지 내 외부 전기적 신호에 의해 점화 장치(150)를 점화하고, 점화 장치(150)의 연소로 열원(114-1)의 발화열에 의해 고체 전해질(130)이 용융되면서 고온에서 작동할 수 있다. 점화 장치(150)는 착화기로도 지칭될 수 있다.The thermal cell and the thermal cell 100 do not exhibit the performance as a battery at room temperature, and when necessary, the ignition device 150 is ignited by an external electric signal inside the battery, and the heat source 114-1 by combustion of the ignition device 150 While the solid electrolyte 130 is melted by the ignition heat of, it may operate at a high temperature. The ignition device 150 may also be referred to as an igniter.

열원 일체형 집전체 (110-1)는 집전체 층(112)의 일 면에 열원 층(114)이 적층된 이중층 형태이다. 열원 층(114)은 소정의 성형 압력에 의해 가압되면서 집전체 층(112)의 일 면에 성형되므로, 열원 층(114) 및 집전체 층(112)은 서로 분리 불가능한 구조이다. 열원 일체형 집전체(110)의 제조 방법에 대해서는 도 2 및 도 3을 통해 더 자세히 후술한다.The heat source integrated current collector 110-1 is in the form of a double layer in which the heat source layer 114 is stacked on one surface of the current collector layer 112. Since the heat source layer 114 is formed on one side of the current collector layer 112 while being pressed by a predetermined molding pressure, the heat source layer 114 and the current collector layer 112 have a structure that cannot be separated from each other. A method of manufacturing the heat source integrated current collector 110 will be described later in more detail with reference to FIGS. 2 and 3.

열원 일체형 집전체(110)는 직렬로 적층되는 열전지 셀(100)들 사이를 전기적으로 연결시키고, 열원의 발화열이 음극(140)으로 전달되어 용융되지 않도록 열적 보호막의 역할을 수행한다. 특히, 열원은 1초 이내에 발화되고 최고 발화온도가 900℃이상이기 때문에, 열전지의 음극(140)재료인 Li-Si 합금의 용융온도가 700℃임을 고려하여 열원에서 음극(140)으로의 직접적인 열전달이 되는 것은 피해야 한다. 따라서 집전체의 두께를 조절하여 음극(140)의 온도를 용융온도 이하가 되도록 설계된다.The heat source integrated current collector 110 electrically connects the thermal cell 100 stacked in series, and serves as a thermal protective film so that the heat of ignition from the heat source is transferred to the negative electrode 140 and not melted. In particular, since the heat source is ignited within 1 second and the maximum ignition temperature is over 900°C, direct heat transfer from the heat source to the cathode 140 in consideration of the melting temperature of the Li-Si alloy, which is the material of the cathode 140 of the thermal cell, is 700°C. Being this should be avoided. Therefore, it is designed so that the temperature of the negative electrode 140 is less than the melting temperature by controlling the thickness of the current collector.

열전지 셀(100)들은 열원 일체형 집전체(110)를 통해 직렬로 연결될 수 있다. 직렬 연결 시, 다른 열전지 셀(100)을 구성하는 열원 일체형 집전체(110-2)가 음극(140)의 일 면에 적층될 수 있고, 음극(140)에 대하여 반대편인 집전체의 일 면에 양극(120), 전해질(130) 및 음극(140) 등이 적층될 수 있다. 연결되는 열전지 셀(100)의 개수가 증가할수록, 열전지(100)의 출력 전압은 증가한다.The thermoelectric cells 100 may be connected in series through a heat source integrated current collector 110. When connected in series, a heat source-integrated current collector 110-2 constituting the other thermal cell 100 may be stacked on one surface of the negative electrode 140, and on one surface of the current collector opposite to the negative electrode 140 An anode 120, an electrolyte 130, and a cathode 140 may be stacked. As the number of connected thermoelectric cells 100 increases, the output voltage of the thermoelectric cells 100 increases.

열원 층(114) 및 집전체 층(112)을 일체형으로 제작함으로써, 적층 오류 및 집전체 누락을 감소시키고, 제조공정이 단순화될 수 있다. 이에 따라, 열전지의 화학적 안정성이 확보되고, 전지의 폭발이 방지될 수 있다. By integrally fabricating the heat source layer 114 and the current collector layer 112, stacking errors and omission of the current collector may be reduced, and a manufacturing process may be simplified. Accordingly, chemical stability of the thermal cell can be ensured, and explosion of the battery can be prevented.

도 2는, 일 실시예에 따른 열원 일체형 집전체의 제작 방법에 관한 순서도이고, 도 3은 열원 일체형 집전체의 제작 방법에 관한 모식도이다.2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a heat source integrated current collector according to an embodiment, and FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a method of manufacturing a heat source integrated current collector.

먼저, 도 2 및 도 3(a)를 참조하면, 흑연 및 염을 소정의 비율에 따라 혼합한다(S1100). First, referring to FIGS. 2 and 3(a), graphite and salt are mixed according to a predetermined ratio (S1100).

흑연은 대표적인 도전성 충진제로 내열, 내식 및 전기전도 특성이 우수하다. 또한 일반금속 집전체에 비하여 열팽창률이 극히 낮아서 급격한 온도변화에 견디는 내열충격성이 우수하다. 특히 화학적으로 불활성이기 때문에 대부분의 산, 알카리 반응에 대하여 내식성이 뛰어나서 전지 시스템에서 반응성이 낮아 적용이 용이하다. 또한, 흑연을 사용한 열원 일체형 집전체(110)는 금속 집전체보다 가볍기 때문에 열전지가 경량화된다.Graphite is a representative conductive filler and has excellent heat resistance, corrosion resistance, and electrical conductivity properties. In addition, the coefficient of thermal expansion is extremely low compared to the general metal current collector, so it has excellent thermal shock resistance to withstand rapid temperature changes. Particularly, since it is chemically inert, it has excellent corrosion resistance against most acid and alkali reactions, so it is easy to apply due to low reactivity in a battery system. In addition, since the heat source integrated current collector 110 using graphite is lighter than the metal current collector, the thermal cell is lighter.

또한, 일체형 집전체를 탄소재료와 공융염을 활용하여 열원의 발화열이 음극(140)으로 전달될 때의 온도를 음극(140) 용융온도 이하로 조절이 가능하기 때문에 열적 안정성이 탁월하다. 이에 따라 열전지의 열원의 두께 감소가 가능하므로 최종적으로 열전지의 길이를 축소할 수 있다.In addition, thermal stability is excellent because the integrated current collector can be controlled to be below the melting temperature of the negative electrode 140 when the heat of ignition from the heat source is transferred to the negative electrode 140 by using a carbon material and a eutectic salt. Accordingly, since the thickness of the heat source of the thermal cell can be reduced, the length of the thermal cell can be finally reduced.

염으로는 염화리튬-염화칼륨(LiCl-KCl) 또는 플루오린화리튬-염화리튬-브롬화리튬(LiF-LiCl-LiBr)이 사용될 수 있다. As the salt, lithium chloride-potassium chloride (LiCl-KCl) or lithium fluoride-lithium chloride-lithium bromide (LiF-LiCl-LiBr) may be used.

혼합물의 기준을 100으로 할 때, 흑연은 90 내지 95의 중량부를 갖고, 염은 5 내지 10의 중량부를 갖도록 혼합된다. 염의 양이 5 중량부 미만인 경우, 집전체 층(112)의 성형의 수율이 현저하게 저하되어 바람직하지 않다.When the base of the mixture is 100, graphite is mixed so as to have 90 to 95 parts by weight, and salts to have 5 to 10 parts by weight. When the amount of salt is less than 5 parts by weight, the yield of molding of the current collector layer 112 is significantly lowered, which is not preferable.

염의 양이 10 중량부를 초과할 경우 집전체 층(112)이 이온 패스를 형성하여 음극(140) 위로 적층된 열원포함 일체형 집전체 및 양극(120)쪽으로 Li 이온이 이동하여 열전지의 용량을 감소시킬 수 있으므로 바람직하지 않다. 또한, 염으로 인하여 집전체 층(112)의 전기전도성이 감소하기 때문에 바람직하지 않다. When the amount of salt exceeds 10 parts by weight, the current collector layer 112 forms an ion path, and Li ions move toward the positive electrode 120 and the integrated current collector including the heat source stacked on the negative electrode 140 to reduce the capacity of the thermal cell. It is not desirable because it can be. In addition, it is not preferable because the electrical conductivity of the current collector layer 112 decreases due to salt.

이후, 도 2 및 도 3(b)를 참조하면, 흑연 및 염의 혼합물로부터 집전체 층(112)을 성형한다(S1200). 집전체 층(112)의 성형 두께는 0.1 내지 0.3 mm로 하는 것이 바람직하다. Thereafter, referring to FIGS. 2 and 3(b), the current collector layer 112 is formed from a mixture of graphite and salt (S1200). The thickness of the current collector layer 112 is preferably 0.1 to 0.3 mm.

집전체 층(112)의 성형 두께가 0.1 mm 미만일 경우, 집전체 층(112)이 매우 얇아 펠릿 형태의 성형이 어렵고, 취급 강도가 저하되는 단점이 있다. 또한, 열원 층(114)이 연소되면서 발생되는 열 충격에 집전체 층(112)이 깨져, 음극(140)으로 열이 전달될 수 있으므로 바람직하지 않다. When the molding thickness of the current collector layer 112 is less than 0.1 mm, the current collector layer 112 is very thin, making it difficult to form a pellet, and there is a disadvantage in that the handling strength decreases. In addition, since the current collector layer 112 is broken due to thermal shock generated while the heat source layer 114 is burned, heat may be transferred to the negative electrode 140, which is not preferable.

집전체 층(112)의 두께가 0.3 mm를 초과할 경우, 열 전도성 및 전기전도성이 감소하여 전극 집전체로서 전자 전달에 바람직하지 않다. 뿐만 아니라, 전지 전체의 두께가 증가하게 되므로 전지의 부피당 성능을 감소시키므로 바람직하지 않다. When the thickness of the current collector layer 112 exceeds 0.3 mm, thermal conductivity and electrical conductivity decrease, which is not preferable for electron transfer as an electrode current collector. In addition, since the overall thickness of the battery increases, the performance per volume of the battery decreases, which is not preferable.

또한, 집전체 층(112) 성형시 면적당 압력은 1.0 내지 3.0 ton/cm2으로 하는 것이 바람직하다. 성형 압력이 1.0 ton/cm2 미만일 경우, 집전체 층(112)이 디스크 형태로 성형되지 않는다. 즉, 집전체 층(112)이 0.1 내지 0.3 mm의 두께의 디스크 형태로 성형되지 않는다.In addition, it is preferable that the pressure per area when forming the current collector layer 112 is 1.0 to 3.0 ton/cm2. When the molding pressure is less than 1.0 ton/cm2, the current collector layer 112 is not molded into a disk shape. That is, the current collector layer 112 is not formed into a disk shape having a thickness of 0.1 to 0.3 mm.

성형 압력이 3.0 ton/cm2을 초과할 경우 스프링 백에 의해 성형된 집전체가 휘거나 파손되므로 바람직하지 않다. 또한, 성형 압력이 3.0 ton/cm2을 초과하더라도, 성형 압력이 3.0 ton/cm2에 비하여 성형 효과가 향상되는 정도가 미미하다.If the molding pressure exceeds 3.0 ton/cm2, the current collector molded by the spring back is bent or damaged, which is not preferable. In addition, even if the molding pressure exceeds 3.0 ton/cm2, the degree to which the molding effect is improved is insignificant compared to 3.0 ton/cm2 of the molding pressure.

이후, 도 2 및 도 3(c)를 참조하면, 집전체 층(112)의 일 면에 열원 층(114)을 성형한다(S1300). 열원 층(114)을 집전체 층(112)의 일 면에 성형하여 이중층의 열원 일체형 집전체(110)를 제작하기 위해서, 면적당 성형 압력은 0.5 내지 1.5 ton/cm2로 하는 것이 바람직하다. Thereafter, referring to FIGS. 2 and 3C, a heat source layer 114 is formed on one surface of the current collector layer 112 (S1300 ). In order to manufacture the double-layered heat source integrated current collector 110 by molding the heat source layer 114 on one side of the current collector layer 112, the molding pressure per area is preferably 0.5 to 1.5 ton/cm2.

면적당 성형 압력이 0.5 ton/cm2 미만일 경우, 열원이 성형되지 않는다. 즉, 열원 층(114)이 디스크 형태로 압축되지 않거나, 열원 층(114)이 집전체 층(112)에 효과적으로 압착 및 부착되지 않는다.If the molding pressure per area is less than 0.5 ton/cm2, the heat source is not molded. That is, the heat source layer 114 is not compressed into a disk shape, or the heat source layer 114 is not effectively compressed and adhered to the current collector layer 112.

면적당 성형 압력이 1.5 ton/cm2를 초과할 경우, 열원 층(114)에 대한 성형 압력은 집전체 층(112)의 성형 압력을 초과할 수 없다. 집전체 층(112)보다 높은 압력으로 열원 층(114)을 성형할 경우 집전체 층(112)이 깨지는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다. 또한, 면적당 압력이 1.5 ton/cm2를 초과하더라도, 면적당 압력이 1.5 ton/cm2 인 경우에 비하여, 성형 효과의 차이가 미미하다. When the molding pressure per area exceeds 1.5 ton/cm2, the molding pressure for the heat source layer 114 cannot exceed the molding pressure of the current collector layer 112. This is because when the heat source layer 114 is molded with a higher pressure than the current collector layer 112, a problem in which the current collector layer 112 is broken may occur. In addition, even if the pressure per area exceeds 1.5 ton/cm2, the difference in molding effect is insignificant compared to the case where the pressure per area is 1.5 ton/cm2.

도 4는 도 2 및 도 3의 제작 방법에 따라 제작된 열원 일체형 집전체에 관한 도면이다.4 is a view of a heat source integrated current collector manufactured according to the manufacturing method of FIGS. 2 and 3.

열원 일체형 집전체(110)는 열원 층(114) 및 집전체 층(112)을 포함한다. 제작된 집전체 층(112)의 100 중량부에 대하여 흑연 95 중량부 및 LiCl-KCl 염 5 중량부가 혼합되었다. 이러한 혼합물을 직경 138mm, 두께 0.3mm로 1 ton/cm2의 압력으로 집전체 층(112)이 성형되었다. 제작된 열원 층(114)은 두께 0.7mm이고, 집전체 층(112)은 0.3mm의 두께를 갖는다. 성형된 집전체 층(112)의 상부에 열원 층(114)의 두께가 0.7mm가 되도록 분말을 놓고 0.9 ton/cm2의 압력을 가하여 두께 1.0mm의 열원 일체형 집전체(110)가 제작된다.The heat source integrated current collector 110 includes a heat source layer 114 and a current collector layer 112. 95 parts by weight of graphite and 5 parts by weight of LiCl-KCl salt were mixed with respect to 100 parts by weight of the prepared current collector layer 112. This mixture was formed into a current collector layer 112 with a diameter of 138 mm and a thickness of 0.3 mm at a pressure of 1 ton/cm 2. The fabricated heat source layer 114 has a thickness of 0.7 mm, and the current collector layer 112 has a thickness of 0.3 mm. The powder is placed on the top of the molded current collector layer 112 so that the thickness of the heat source layer 114 is 0.7 mm, and a pressure of 0.9 ton/cm 2 is applied to prepare a heat source integrated current collector 110 having a thickness of 1.0 mm.

열원 일체형 집전체(110)를 포함하는 열전지는 기존의 열전지에 비해 부피 및 중량을 10% 이상 감소시킬 수 있다. 또한, 열전지 성능 측면에서는 열원이 포함된 일체형 집전체에서 흑연이 전자 이동을 원활하게 수행함으로써 동등 이상의 성능을 구현할 수 있다.The thermal cell including the heat source integrated current collector 110 may reduce the volume and weight by 10% or more compared to the conventional thermal cell. In addition, in terms of the performance of the thermal cell, the graphite can smoothly move electrons in the integrated current collector including the heat source, thereby achieving the same or higher performance.

상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.In the above, the configuration and features of the present invention have been described based on the embodiments according to the present invention, but the present invention is not limited thereto, and various changes or modifications can be made within the spirit and scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art, and therefore, such changes or modifications are found to belong to the appended claims.

100 열전지 셀
110 열원 일체형 집전체
112 집전체 층
114 열원 층
120 양극
130 전해질
140 음극
150 점화 장치
160 헤더100 thermoelectric cells
110 heat source integrated current collector
112 current collector layers
114 heat source layer
120 anode
130 electrolyte
140 cathode
150 ignition device
160 header

Claims (11)

흑연 및 염을 소정의 비율에 따라 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계;
제1 성형 압력을 가하여 상기 혼합물로부터 집전체 층을 성형하는 단계; 및
상기 제1 성형 압력보다 작은 제2 성형 압력을 상기 집전체 층의 일 면에 가하여 상기 집전체 층의 일 면에 열원 층을 성형하는 단계;를 포함하고,
상기 혼합물은 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 상기 염 5 내지 10 중량부 및 상기 흑연 90 내지 95 중량부로 혼합되는
열원 일체형 집전체의 제조 방법.Mixing graphite and salt according to a predetermined ratio to form a mixture;
Forming a current collector layer from the mixture by applying a first molding pressure; And
Forming a heat source layer on one surface of the current collector layer by applying a second molding pressure less than the first molding pressure to one surface of the current collector layer; and
The mixture is mixed with 5 to 10 parts by weight of the salt and 90 to 95 parts by weight of the graphite based on 100 parts by weight of the mixture.
Method of manufacturing a heat source integrated current collector. 제1 항에 있어서,
상기 집전체 층에 대한 상기 제1 성형 압력은 1.0 내지 3.0 ton/cm2인,
열원 일체형 집전체의 제조방법.The method of claim 1,
The first molding pressure for the current collector layer is 1.0 to 3.0 ton/cm2,
Method of manufacturing an integrated heat source current collector. 제1 항에 있어서,
상기 열원 층에 대한 상기 제2 성형 압력은 0.5 내지 1.5 ton/cm2인,
열원 일체형 집전체의 제조방법.The method of claim 1,
The second molding pressure for the heat source layer is 0.5 to 1.5 ton/cm2,
Method of manufacturing an integrated heat source current collector. 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 염은 염화리튬-염화칼륨(LiCl-KCl) 또는 플루오린화리튬-염화리튬-브롬화리튬(LiF-LiCl-LiBr)를 포함하는,
열원 일체형 집전체의 제조방법.The method of claim 1,
The salt comprises lithium chloride-potassium chloride (LiCl-KCl) or lithium fluoride-lithium chloride-lithium bromide (LiF-LiCl-LiBr),
Method of manufacturing an integrated heat source current collector. 제1 항에 있어서,
상기 집전체 층의 두께는 0.1 내지 0.3 mm인,
열원 일체형 집전체의 제조방법.The method of claim 1,
The thickness of the current collector layer is 0.1 to 0.3 mm,
Method of manufacturing an integrated heat source current collector. 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법에 따라 제조된 열원 일체형 집전체.A heat source integrated current collector manufactured according to the manufacturing method according to any one of claims 1 to 3 and 5 to 6. 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법에 따라 제조된 열원 일체형 집전체를 포함하는 열전지.A thermal cell comprising a heat source integrated current collector manufactured according to the manufacturing method according to any one of claims 1 to 3 and 5 to 6. 소정의 제1 비율에 따라 혼합된 흑연 및 염을 포함하는 제1 집전체 층 및 상기 제1 집전체 층의 일 면에 압착된 제1 열원 층을 포함하는 제1 열원 일체형 집전체;
상기 제1 열원 층의 일 면과, 일 면을 대향하며 배치되는 양극;
상기 양극의 타 면과, 일 면을 대향하며 배치되는 전해질;
상기 전해질의 타 면과, 일 면을 대향하며 배치되는 음극; 및
소정의 제2 비율에 따라 혼합된 흑연 및 염을 포함하는 제2 집전체 층 및 상기 제2 집전체 층의 일 면에 압착된 제2 열원 층을 포함하는 제2 열원 일체형 집전체;를 포함하고,
상기 제1 비율은 상기 제1 집전체 층 100 중량부에 대하여 상기 염 5 내지 10 중량부 및 상기 흑연 90 내지 95 중량부를 포함하는
열전지.A first heat source integrated current collector including a first current collector layer containing graphite and salt mixed according to a first predetermined ratio, and a first heat source layer compressed on one surface of the first current collector layer;
An anode disposed to face and face one surface of the first heat source layer;
An electrolyte disposed to face the other surface of the positive electrode and one surface;
A negative electrode disposed to face the other surface of the electrolyte and one surface; And
And a second heat source integrated current collector including a second current collector layer including graphite and salt mixed according to a second predetermined ratio, and a second heat source layer compressed on one surface of the second current collector layer; and ,
The first ratio includes 5 to 10 parts by weight of the salt and 90 to 95 parts by weight of the graphite based on 100 parts by weight of the first current collector layer.
Thermocell. 삭제delete 제9 항에 있어서,
상기 제1 집전체 층은 0.1 내지 0.3 mm 두께를 갖는,
열전지.The method of claim 9,
The first current collector layer has a thickness of 0.1 to 0.3 mm,
Thermocell.
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