KR102239783B1 - Multi-stacked monopolar all solid stae battery - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전고체 전지에 관한 것으로서,파우치 셀 내에 병렬로 배치되는 복수의 모노폴라 유닛을 포함하며, 각각의 상기 모노폴라 유닛은 고체전해질층과, 상기 고체전해질층의 일측에 접착되는 양극층과, 상기 고체전해질층의 타측에 접착되는 음극 금속체와 상기 음극 금속체가 접착되는 음극 집전체층으로 이루어지는 음극층을 포함하여 구성되고, 상기 양극층은 양면에 양극활물질로 캐스팅되어 인접한 상기 모노폴라 유닛에 공유될 수 있도록 구성되어, 단순 적층 구조의 바이폴라 스택 전고체 전지에 비하여 소형화하고 부피를 감소시킬 수 있기 때문에 다양한 용도에 전고체 전지를 이용할 수 있고, 부피 대비 전기용량을 증가시킬 수 있고, ESS의 용량까지 가능한 멀티스택 모노폴라 전고체 전지를 제공할 수 있다. The present invention relates to an all-solid-state battery, comprising a plurality of monopolar units arranged in parallel in a pouch cell, each of the monopolar units comprising a solid electrolyte layer, an anode layer adhered to one side of the solid electrolyte layer, and , A negative electrode layer consisting of a negative electrode metal body adhered to the other side of the solid electrolyte layer and a negative electrode current collector layer to which the negative electrode metal body is bonded, wherein the positive electrode layer is cast with a positive electrode active material on both sides of the adjacent monopolar unit Since it is configured to be shared with the product, it is possible to use an all-solid battery for a variety of purposes because it is possible to reduce the size and volume compared to the simple stacked bipolar stack all-solid battery, and increase the electric capacity to volume, and the ESS It is possible to provide a multi-stack monopolar all-solid-state battery capable of up to the capacity of.

Description

멀티스택 모노폴라 전고체 전지{MULTI-STACKED MONOPOLAR ALL SOLID STAE BATTERY}Multi-stack monopolar all-solid-state battery {MULTI-STACKED MONOPOLAR ALL SOLID STAE BATTERY}

본 발명은 전고체 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파우치 셀 내에 모노폴라를 다층으로 적층하여 ESS의 용량까지 가능한 멀티스택 모노폴라 전고체 전지에 관한 것이다. The present invention relates to an all-solid-state battery, and more particularly, to a multi-stack monopolar all-solid-state battery capable of up to the capacity of an ESS by stacking monopolars in multiple layers in a pouch cell.

이차전지는 자동차, 전력저장시스템 등의 대형기기에서부터 휴대폰, 캠코더, 노트북 등의 소형기기까지 널리 사용되고 있는데, 그 중 리튬 이온 이차 전지는 다른 이차 전지보다 에너지 밀도가 높고 고전압에서의 동작이 가능한 특징을 갖고 있다. 따라서 소형 경량화를 도모하기 쉬운 이차 전지로서 휴대 전화 등의 정보 기기에 주로 사용되고 있고, 최근 전기 자동차나 하이브리드 자동차 등, 대형 동력용으로서의 수요도 높아지고 있다.Secondary batteries are widely used from large devices such as automobiles and power storage systems to small devices such as mobile phones, camcorders, and notebooks. Among them, lithium-ion secondary batteries have higher energy density than other secondary batteries and can operate at high voltage. I have. Therefore, as a secondary battery that is easy to achieve small size and weight reduction, it is mainly used for information devices such as mobile phones, and recently, demand for large-sized power vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles is increasing.

그러나, 리튬 이차전지는 니켈-망간 전지나 니켈-카드뮴 전지에 비해 에너지 밀도가 높고 단위면적당 용량이 크다는 장점이 있는 반면에, 과열되기 쉽고, 출력이 좋지 않아 자동차에 적용할 수 있는 차세대 배터리로는 적합하지 않다. 리튬 이온 이차 전지에는 양극층, 음극층 및 이들 사이에 배치되는 전해질층이 구비되는데, 전해질에 액체가 이용될 경우에는 양극층이나 음극층에 함유되어 있는 활물질과 전해액과의 계면 저항이 작아 전지 성능을 향상시키기 쉽지만, 전해액은 가연성이기 때문에 안전성을 확보하기 위한 다양한 부가적인 복잡한 시스템을 필요로 한다.However, lithium secondary batteries have the advantage of high energy density and large capacity per unit area compared to nickel-manganese batteries or nickel-cadmium batteries, but they are easy to overheat and have poor output, so they are suitable as next-generation batteries that can be applied to automobiles. I don't. Lithium ion secondary batteries have a positive electrode layer, a negative electrode layer, and an electrolyte layer interposed therebetween. When a liquid is used as an electrolyte, the interface resistance between the active material contained in the positive electrode or negative electrode layer and the electrolyte is low. It is easy to improve, but since the electrolyte is flammable, various additional complex systems are required to ensure safety.

고체의 전해질은 불연성이기 때문에 상기 복잡한 시스템을 간소화할 수 있어서, 고체전해질이 구비되는 형태의 리튬 이온 이차 전지가 제안되고 있으며, 출력 및 높은 에너지 밀도를 가지는 전고체 전지에 대한 관심이 높아지고 있다. Since the solid electrolyte is non-flammable, the complex system can be simplified, and thus, a lithium ion secondary battery in the form of a solid electrolyte has been proposed, and interest in an all-solid battery having output and high energy density is increasing.

전고체 전지는 이론 에너지 밀도가 약 2600 Wh/kg으로, 기존의 리튬 이차전지와 비교해 약 7 배 높기 때문에 전기자동차용 전원으로서 적합하고, 일정한 구조의 단위셀을 적층하여 전고체 전지를 형성하면 보다 높은 작동 전압 또는 용량을 구현할 수 있다. All-solid-state batteries have a theoretical energy density of about 2600 Wh/kg, which is about 7 times higher than that of conventional lithium secondary batteries, making them suitable as power sources for electric vehicles. High operating voltage or capacity can be implemented.

원하는 용량의 전압을 얻기 위해서는 여러 장의 셀을 직렬로 연결하여야 한다. 셀을 직렬로 연결하는 방식에는 적층방식에 따라 크게 바이폴라형(bipolar type)과 모노폴라형(monopolar type)이 있다. 바이폴라형은 개별 단위전지의 캐소드와 애노드를 교대로 적층하고 바이폴라 플레이트를 개재하는 방식이고, 모노폴라형은 단위전지의 캐소드와 애노드를 전해질막을 중심으로 양측에 배열하고 전선에 의하여 캐소드와 애노드를 교대로 연결하는 방식이다. In order to obtain the voltage of the desired capacity, several cells must be connected in series. There are largely a bipolar type and a monopolar type according to a stacking method for connecting cells in series. In the bipolar type, cathodes and anodes of individual unit cells are alternately stacked and a bipolar plate is interposed. In the monopolar type, the cathode and anode of the unit cell are arranged on both sides centering on the electrolyte membrane, and the cathode and anode are alternately arranged by wires. It is a way to connect.

종래의 전고체 전지는 주로 바이폴라 셀 스택 구조로서, 복수의 바이폴라 전극을 적층시킨 구성으로서 수십 와트 이상의 고출력 대용량을 얻을 수 있기 때문에 전고체 전지에서는 주로 바이폴라 셀 스택 구조를 이용하고 있다. The conventional all-solid-state battery is mainly a bipolar cell stack structure, and a structure in which a plurality of bipolar electrodes are stacked can obtain a high output and large capacity of tens of watts or more.

그러나, 종래의 바이폴라 셀 스택 구조의 전고체 전지는 바이폴라 전극을 복수 층 적층하여 이루어지는 구조이기 때문에 고출력 대용량을 얻을 수 있기는 하지만 적층되는 전극에 의해 부피가 커질 수 밖에 없고 적층해야만 하는 구조라서 용도가 한정될 수 밖에 없다고 하는 문제점이 있었다. However, the conventional all-solid-state battery with a bipolar cell stack structure is a structure made by stacking a plurality of bipolar electrodes, so it is possible to obtain a high output and a large capacity, but it is inevitable to be bulky by the stacked electrodes and is a structure that must be stacked. There was a problem that it could only be limited.

한편, 전고체 전지에서 모노폴라 셀 팩은 수와트 이하의 저출력 소용량에 주로 사용되므로 모노폴라 셀 전고체 전지에서는 고출력 대용량을 얻기 어렵고, 모노폴라 셀 팩을 적층할 경우 전체 전지의 소형화가 어렵고 또한 개별 단위전지에 문제 발생시 전지 전체를 모두 해체하여야만 하는 문제가 있다. On the other hand, in all-solid-state batteries, monopolar cell packs are mainly used for low-power and small-capacity less than a few watts, so it is difficult to obtain high-power and large-capacity in monopolar cell all-solid-state batteries. When a problem occurs in the unit cell, there is a problem that the entire battery must be disassembled.

한국공개특허 제10-2014-0009497호(바이폴라 전고체 전지)Korean Patent Laid-Open Patent No. 10-2014-0009497 (bipolar all-solid-state battery)

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명의 목적은 하나의 파우치 내에 모노폴라 전고체 전지를 복수 층 적층이 가능하면서도 소형화 할 수 있고, 부피 대비 전기용량을 증가시킬 수 있는 멀티스택 모노폴라 전고체 전지를 제공하는 것이다. The present invention is to solve the problems of the prior art described above, and an object of the present invention is that it is possible to stack a plurality of layers of monopolar all-solid-state batteries in one pouch, while miniaturizing, and increasing electric capacity to volume. It is to provide a multi-stack monopolar all-solid-state battery.

본 발명의 다른 목적은 공정 수를 절감함으로써 제조에 소요되는 비용과 시간을 줄일 수 있는 멀티스택 모노폴라 전고체 전지를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a multi-stack monopolar all-solid-state battery capable of reducing the cost and time required for manufacturing by reducing the number of processes.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 멀티스택 모노폴라 전고체 전지는, 파우치 셀 내에 병렬로 배치되는 복수의 모노폴라 유닛을 포함하며, 각각의 상기 모노폴라 유닛은 고체전해질층과, 상기 고체전해질층의 일측에 접착되는 양극층과, 상기 고체전해질층의 타측에 접착되는 음극 금속체와 상기 음극 금속체가 접착되는 음극 집전체층으로 이루어지는 음극층을 포함하여 구성되고, 상기 양극층은 양면에 양극활물질로 캐스팅되어 인접한 상기 모노폴라 유닛에 공유될 수 있는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the multi-stack monopolar all-solid-state battery according to the present invention includes a plurality of monopolar units arranged in parallel in a pouch cell, and each of the monopolar units includes a solid electrolyte layer and the A cathode layer comprising an anode layer adhered to one side of the solid electrolyte layer, a cathode metal body adhered to the other side of the solid electrolyte layer, and a cathode current collector layer to which the anode metal body is adhered, wherein the anode layer is double-sided It is characterized in that it can be cast as a positive electrode active material to be shared with the adjacent monopolar unit.

여기서, 복수의 상기 모노폴라 유닛이 인접하여 배치되는 위치에서는 상기 음극집전체의 양측에 상기 모노폴라 유닛의 상기 음극 금속체가 접착되어 인접한 상기 모노폴라 유닛이 병렬로 배치되는 것을 특징으로 한다. Here, in a position in which the plurality of monopolar units are disposed adjacent to each other, the anode metal bodies of the monopolar units are adhered to both sides of the anode current collector, so that the adjacent monopolar units are arranged in parallel.

여기서, 상기 고체전해질층은 복수 매의 전해질 플레이트를 접합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Here, the solid electrolyte layer is characterized in that it is formed by bonding a plurality of electrolyte plates.

여기서, 상기 음극층은 한쪽면을 긁어내어 긁어낸 면측을 상기 음극집전체에 접착시키는 것을 특징으로 한다. Here, the negative electrode layer is characterized in that one side is scraped off and the scraped side is adhered to the negative electrode current collector.

여기서, 상기 양극층은 양면 페이스트된 알루미늄 호일에 양쪽면 모두 양극캐스팅된 것을 특징으로 한다. Here, the anode layer is characterized in that the anode is cast on both sides of the aluminum foil pasted on both sides.

여기서, 상기 양극층은 알루미늄 탭을 가지고, 상기 음극층은 니켈 탭을 가지는 것을 특징으로 한다. Here, the anode layer has an aluminum tab, and the cathode layer has a nickel tab.

상술한 구성을 가지는 본 발명의 멀티스택 모노폴라 전고체 전지에 의하면, 하나의 파우치 셀 내에 모노폴라 유닛을 복수개 병렬로 배치함으로써, 단순 적층 구조의 바이폴라 스택 전고체 전지에 비하여 소형화하고 부피를 감소시킬 수 있기 때문에 다양한 용도에 전고체 전지를 이용할 수 있다. According to the multi-stack monopolar all-solid-state battery of the present invention having the above-described configuration, by arranging a plurality of monopolar units in parallel in one pouch cell, it is possible to reduce the size and volume compared to the bipolar stack all-solid-state battery of a simple stacked structure. Because of this, all-solid-state batteries can be used for a variety of applications.

또한, 본 발명에 의하면 모노폴라 유닛을 복수개 병렬로 배치함으로써, 부피 대비 전기용량을 증가시킬 수 있고, ESS의 용량까지 가능한 멀티스택 모노폴라 전고체 전지를 제공할 수 있다. In addition, according to the present invention, by arranging a plurality of monopolar units in parallel, it is possible to provide a multi-stack monopolar all-solid-state battery capable of increasing electric capacity to volume and up to the capacity of an ESS.

또한, 상기 모노폴라 유닛을 병렬로 배치함으로써 파우치 셀 내에 간단하게 적층할 수 있으므로 공정 수를 절감함으로써 제조에 소요되는 비용과 시간을 줄일 수 있다. In addition, since the monopolar units can be simply stacked in a pouch cell by arranging them in parallel, cost and time required for manufacturing can be reduced by reducing the number of processes.

도 1은 본 발명에 의한 멀티스택 모노폴라 전고체 전지를 개략적으로 나타내는 전개도이다.
도 2는 도 1의 멀티스택 모노폴라 전고체 전지의 단위셀을 나타내는 입체도이다.
도 3은 본 발명에 의한 멀티스택 모노폴라 전고체 전지의 다른 예를 나타내는 도면으로서, 모노폴라 유닛을 병렬로 5단으로 적층한 것을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 멀티스택 모노폴라 전고체 전지의 다른 예를 나타내는 도면으로서, 모노폴라 유닛을 병렬로 6단으로 적층한 것을 나타내는 도면이다.1 is an exploded view schematically showing a multi-stack monopolar all-solid-state battery according to the present invention.
FIG. 2 is a three-dimensional view showing a unit cell of the multi-stack monopolar all-solid-state battery of FIG. 1.
3 is a view showing another example of a multi-stack monopolar all-solid-state battery according to the present invention, and is a diagram illustrating that monopolar units are stacked in 5 stages in parallel.
FIG. 4 is a diagram showing another example of a multi-stack monopolar all-solid-state battery according to the present invention, and is a diagram illustrating that monopolar units are stacked in 6 stages in parallel.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 본 발명에 의한 멀티스택 모노폴라 전고체 전지에 대하여 실시예로써 설명한다. Hereinafter, a multi-stack monopolar all-solid-state battery according to the present invention will be described as an example with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 멀티스택 모노폴라 전고체 전지를 개략적으로 나타내는 전개도, 도 2는 입체도이다. 1 is an exploded view schematically showing a multi-stack monopolar all-solid-state battery according to the present invention, and FIG. 2 is a three-dimensional view.

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 멀티스택 모노폴라 전고체 전지(1)는 파우치 셀 내에 복수의 모노폴라 유닛(10, 11, 12, 13)이 병렬로 배치되는 것을 특징으로 한다. 본 실시예에 있어서, 하나의 파우치 셀 내에 배치되는 모노폴라 유닛은 4개인 것을 예로 하지만, 반드시 이에 한정되지 않고 전기용량 등 사용자의 필요에 따라 더 많은 수의 모노폴라 유닛을 배치할 수도 있음은 물론이다. 1 and 2, the multi-stack monopolar all-solid-state battery 1 according to the present invention is characterized in that a plurality of monopolar units 10, 11, 12, 13 are arranged in parallel in a pouch cell. do. In this embodiment, it is an example that there are four monopolar units disposed in one pouch cell, but this is not necessarily limited to this, and a larger number of monopolar units may be disposed according to the needs of the user such as electric capacity. to be.

각각의 상기 모노폴라 유닛(10, 11, 12, 13)은 인접한 상기 모노폴라 유닛과 서로 병렬로 연결되어 이루어진다. Each of the monopolar units 10, 11, 12, and 13 is formed by being connected to the adjacent monopolar units in parallel with each other.

각각의 상기 모노폴라 유닛(10,11, 12, 13)은 대략 동일한 구성을 가지므로, 어느 하나의 모노폴라 유닛(10)을 예로 하여 설명한다. Since each of the monopolar units 10, 11, 12, and 13 has approximately the same configuration, any one monopolar unit 10 will be described as an example.

상기 모노폴라 유닛(10)은 고체전해질층(100)과, 양극층(101)과, 음극층(102)을 포함하여 구성된다. The monopolar unit 10 includes a solid electrolyte layer 100, an anode layer 101, and a cathode layer 102.

상기 고체전해질층(100)은, 고체 전해질을 포함하며, 상기 양극층과 상기 음극층을 서로 전기적으로 분리시키면서 전극들 사이의 이온전달을 허용한다. 본 실시예에서 상기 고체전해질층(100)은, 본 실시예에서는 전해질 플레이트 2매를 접합하여 구성되는 것을 예로 하였으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 복수 매의 전해질 플레이트를 접합하여 구성할 수 있다. The solid electrolyte layer 100 includes a solid electrolyte, and allows ion transfer between electrodes while electrically separating the anode layer and the cathode layer from each other. In the present embodiment, the solid electrolyte layer 100 is configured by bonding two electrolyte plates to each other, but the present embodiment is not limited thereto, and may be formed by bonding a plurality of electrolyte plates.

상기 고체전해질층(100)은 상기 양극층(101) 및 상기 음극층(102)보다 약간 크게 재단하여 상기 모노폴라 유닛의 제조시에 상기 양극층과 상기 음극층의 접촉을 방지함과 동시에 상기 고체전해질층(100)에서의 이온의 전달이 안정적으로 이루어지도록 한다. The solid electrolyte layer 100 is cut slightly larger than the anode layer 101 and the cathode layer 102 to prevent contact between the anode layer and the cathode layer when the monopolar unit is manufactured, and at the same time The transfer of ions in the electrolyte layer 100 is made to be stably performed.

상기 양극층(101)은 양극 활물질로 이루어진다. 본 실시예에서 상기 양극층(101)은 예를 들면 알루미늄 호일을 포함하여 이루어지며, 상기 알루미늄 호일의 표면에 PEO(Plasma Electrolytic Oxidation)와 LLZO를 포함하는 양극활물질을 도포한 후 캐스팅하여 제조한다. The positive electrode layer 101 is made of a positive electrode active material. In this embodiment, the anode layer 101 includes, for example, an aluminum foil, and is manufactured by casting a cathode active material including PEO (Plasma Electrolytic Oxidation) and LLZO on the surface of the aluminum foil.

여기서, 상기 양극층(101)은 알루미늄 호일의 어느 일측면에만 양극활물질을 캐스팅하는 것이 아니라, 양쪽면 모두 양극캐스팅되도록 구성되는 것이 바람직하다. 상기 양극층(101)의 양쪽면을 모두 양극캐스팅함으로써, 상기 모노폴라 유닛 2개를 서로 인접하여 적층할 때에 인접하는 모노폴라 유닛(10, 11)이 하나의 상기 양극층(101)을 공유하여 하나의 양극층(101)을 가지고 2개의 모노폴라 유닛이 병렬로 연결되도록 구성할 수 있다. Here, it is preferable that the anode layer 101 is configured such that the cathode active material is not cast only on one side of the aluminum foil, but is anode cast on both sides. By anodic casting both sides of the anode layer 101, when the two monopolar units are stacked adjacent to each other, adjacent monopolar units 10 and 11 share one anode layer 101 It can be configured such that two monopolar units are connected in parallel with one anode layer 101.

상기 양극층(101)은 상기 양극층으로부터 외측으로 돌출되어 형성되는 양극 탭(101a)을 구비하는데, 상기 양극탭은 본 실시예에서는 알루미늄 재질의 양극 탭으로 형성하여, 발전한 전기를 외부로 추출하기 위해 배치되며 상기 음극집전체에 배치되는 음극 탭과 교대로 위치 엇갈림되어 형성된다. The anode layer 101 includes an anode tab 101a protruding outwardly from the anode layer, and the anode tab is formed of an anode tab made of aluminum in this embodiment to extract generated electricity to the outside. And the negative electrode tabs disposed on the negative electrode current collector are alternately alternately positioned to each other.

상기 음극층(102)은 음극 금속체(103)와 음극집전체(104)로 구성된다. 본 실시예에서 상기 음극 금속체(103)를 이루는 금속 플레이트의 한쪽 면을 긁어내어 스크래치면(103a)을 형성한다. 상기 음극 금속체(103)의 상기 스크래치면(103a)을 가열기와 코팅된 PET필름을 이용하여 상기 음극집전체(104)에 접합한다. 상기 음극집전체(104)는 예를 들면 구리재질로 이루어진 것을 이용할 수 있다. The negative electrode layer 102 is composed of a negative electrode metal body 103 and a negative electrode current collector 104. In this embodiment, a scratch surface 103a is formed by scraping one surface of the metal plate forming the cathode metal body 103. The scratch surface 103a of the negative electrode metal body 103 is bonded to the negative electrode current collector 104 using a heater and a coated PET film. The negative electrode current collector 104 may be made of, for example, a copper material.

상기 음극집전체(104)에는 음극 탭(104a)이 마련된다. 상기 음극탭(104a)은 상기 음극집전체로부터 외측으로 돌출되어 형성된다. 상기 음극탭은 본 실시예에서는 니켈 재질의 음극 탭으로 형성하여, 발전한 전기를 외부로 추출하기 위해 배치되며 상기 양극층에 배치되는 양극 탭과 교대로 위치 엇갈림되어 형성된다. A negative electrode tab 104a is provided on the negative electrode current collector 104. The negative electrode tab 104a is formed to protrude outward from the negative electrode current collector. In this embodiment, the negative electrode tab is formed as a negative electrode tab made of nickel, is disposed to extract the generated electricity to the outside, and is formed by alternately shifting positions with the positive electrode tabs disposed on the positive electrode layer.

상술한 구성을 가지는 복수의 모노폴라 유닛(10, 11, 12, 13)은 병렬로 연결된다. A plurality of monopolar units 10, 11, 12, and 13 having the above-described configuration are connected in parallel.

도 1에 나타낸 바와 같이, 제 1 모노폴라 유닛(10)은 제 1 음극집전체(104)와 제 1 음극 금속체(103)가 접합되어 이루어진 제 1 음극층(102)과, 제 1 음극층(102)이 접합되는 제 1 고체전해질층(100)과, 상기 제 1 고체전해질층(100)의 타측면에 접합되는 제 1 양극층(101)으로 이루어진다. As shown in FIG. 1, the first monopolar unit 10 includes a first negative electrode layer 102 formed by bonding a first negative electrode current collector 104 and a first negative electrode metal body 103, and a first negative electrode layer. It consists of a first solid electrolyte layer 100 to which 102 is bonded, and a first anode layer 101 that is bonded to the other side of the first solid electrolyte layer 100.

상술한 바와 같이, 상기 제 1 양극층(101)은 제 1 모노폴라 유닛(10)의 양극층과 제 2 모노폴라 유닛(11)의 양극층으로 공통으로 이용된다. 즉, 상기 제 2 모노폴라 유닛(11)은 상기 제 1 양극층(101)의 타측면에 제 2 모노폴라 유닛(11)의 제 2 고체전해질층(110)이 접합되고, 여기에 제 2 음극 금속체(113)와 제 2 음극집전체(114)로 이루어진 제 2 음극층(112)이 접합된다. As described above, the first anode layer 101 is commonly used as an anode layer of the first monopolar unit 10 and an anode layer of the second monopolar unit 11. That is, in the second monopolar unit 11, the second solid electrolyte layer 110 of the second monopolar unit 11 is bonded to the other side of the first anode layer 101, and the second cathode The second negative electrode layer 112 made of the metal body 113 and the second negative electrode current collector 114 is bonded to each other.

이로써, 하나의 양극층의 양쪽면을 모두 양극캐스팅하여, 2개의 모노폴라 유닛이 하나의 상기 양극층(101)을 공유하여 병렬로 연결되도록 구성할 수 있다. Accordingly, both sides of one anode layer are anode-cast, so that two monopolar units share one anode layer 101 and are connected in parallel.

한편, 2개의 상기 모노폴라 유닛에 추가하여 또 다른 모노폴라 유닛을 하나의 파우치 내에서 병렬로 연결할 수 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 복수의 상기 모노폴라 유닛이 인접하여 배치되는 위치에서, 상기 음극 집전체는 인접한 모노폴라 유닛의 음극집전체와 공유되도록 구성한다. Meanwhile, in addition to the two monopolar units, another monopolar unit may be connected in parallel within one pouch. As shown in FIG. 1, in a position in which a plurality of the monopolar units are disposed adjacent to each other, the negative electrode current collector is configured to be shared with the negative electrode current collector of the adjacent monopolar unit.

즉, 제 2 모노폴라 유닛(11)과 제 3 모노폴라 유닛(12)이 인접하여 배치되는 위치에서, 상기 제 2 음극집전체(114)의 양측에는 제 2 모노폴라 유닛(11)의 제 2 음극 금속체(113)가 접착되고, 타측에는 제 3 모노폴라 유닛(12)의 제 1 음극 금속체(123)이 배치되어 접합되도록 구성한다. That is, in a position where the second monopolar unit 11 and the third monopolar unit 12 are disposed adjacent to each other, the second monopolar unit 11 is disposed on both sides of the second anode current collector 114. The cathode metal body 113 is adhered, and the first cathode metal body 123 of the third monopolar unit 12 is disposed on the other side to be bonded.

본 실시예에 있어서는 상기 모노폴라 유닛은 하나의 파우치 셀 내에 4개가 병렬로 배치된 것을 예로 하였으나 반드시 이에 한정되지 않고, 필요에 따라 5개 이상의 모노폴라 유닛을 병렬로 배치할 수도 있다. In the present embodiment, four monopolar units are arranged in parallel in one pouch cell, but the present invention is not limited thereto, and five or more monopolar units may be arranged in parallel if necessary.

도 3은 모노폴라 유닛을 병렬로 5단으로 적층한 것을 나타내는 도면, 도 4는 모노폴라 유닛을 병렬로 6단으로 적층한 것을 나타내는 도면이다.FIG. 3 is a view showing that monopolar units are stacked in 5 stages in parallel, and FIG. 4 is a view showing that monopolar units are stacked in 6 stages in parallel.

도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 4개의 상기 모노폴라 유닛이 적층된 파우치 셀 내에 하나의 모노폴라 유닛을 추가로 적층하고자 할 경우, 우선 최외곽의 모노폴라 유닛(13)의 음극 집전체는 추가하고자 하는 상기 모노폴라 유닛의 음극집전체와 공유되도록 구성한다. As shown in FIGS. 3 and 4, when one monopolar unit is to be additionally stacked in a pouch cell in which four monopolar units are stacked, first, the negative electrode current collector of the outermost monopolar unit 13 is It is configured to be shared with the negative electrode current collector of the monopolar unit to be added.

즉, 제 4 모노폴라 유닛(13)과 제 5 모노폴라 유닛(14)이 인접하여 배치되는 위치에서, 상기 제 4 음극집전체(134)의 일측에는 제 4 모노폴라 유닛(13)의 제 4 음극 금속체가 접착되고, 타측에는 제 5 모노폴라 유닛(14)의 제 5 음극 금속체(143)이 배치되어 접합되도록 구성한다. 상기 제 5 모노폴라 유닛(14)은 제 4 음극집전체(134)와, 제 5 음극 금속체(143)와, 제 5 고체전해질층(140)과, 제 5 양극층(141)로 이루어진다. 이 때, 상기 제 5 양극층(141)은 양면 캐스팅할 필요없이 일면만 캐스팅하도록 구성할 수 있다. That is, in a position where the fourth monopolar unit 13 and the fifth monopolar unit 14 are disposed adjacent to each other, one side of the fourth negative electrode current collector 134 is provided with the fourth monopolar unit 13. The cathode metal body is adhered, and the fifth cathode metal body 143 of the fifth monopolar unit 14 is disposed on the other side to be bonded. The fifth monopolar unit 14 includes a fourth negative electrode current collector 134, a fifth negative electrode metal body 143, a fifth solid electrolyte layer 140, and a fifth positive electrode layer 141. In this case, the fifth anode layer 141 may be configured to cast only one surface without the need for double-sided casting.

여기서, 추가적으로 제 6 모노폴라 유닛(15)을 연결하는 것을 도 4에 나타낸다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 제 6 모노폴라 유닛(15)을 연결하는 것은 제 1 모노폴라 유닛에 제 2 모노폴라 유닛을 연결하는 방식과 유사하다. Here, further connection of the sixth monopolar unit 15 is shown in FIG. 4. As shown in FIG. 4, connecting the sixth monopolar unit 15 is similar to the method of connecting the second monopolar unit to the first monopolar unit.

즉, 제 5 양극층(141)은 제 5 모노폴라 유닛(14)의 양극층과 제 6 모노폴라 유닛(15)의 양극층으로 공통으로 이용된다. 이 때, 상기 제 5 양극층은 양면 캐스팅 되도록 구성한다. 상기 제 6 모노폴라 유닛(15)은 상기 제 5 양극층(141)의 타측면에 제 6 모노폴라 유닛(15)의 제 6 고체전해질층(150)이 접합되고, 여기에 제 6 음극 금속체(153)와 제 6 음극집전체(154)로 이루어진 제 6 음극층이 접합된다. That is, the fifth anode layer 141 is commonly used as an anode layer of the fifth monopolar unit 14 and an anode layer of the sixth monopolar unit 15. At this time, the fifth anode layer is configured to be cast on both sides. In the sixth monopolar unit 15, a sixth solid electrolyte layer 150 of the sixth monopolar unit 15 is bonded to the other side of the fifth anode layer 141, and a sixth cathode metal body is bonded thereto. The sixth negative electrode layer made of 153 and the sixth negative electrode current collector 154 is bonded.

상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 4개의 모노폴라 유닛을 병렬로 연결하는 것을 예로 하여, 5개, 6개의 모노폴라 유닛을 추가하는 것을 설명하였으나, 이러한 방식으로 필요에 따라 복수 개의 모노폴라 유닛을 병렬로 연결할 수 있음은 물론이다. As described above, in the present embodiment, the addition of 5 or 6 monopolar units has been described as an example of connecting 4 monopolar units in parallel. However, in this manner, a plurality of monopolar units are provided as needed. Of course, it can be connected in parallel.

이로써, 모노폴라 유닛을 복수개 병렬로 배치함으로써, 단순 적층 구조의 바이폴라 스택 전고체 전지에 비하여 소형화하고 부피를 감소시킬 수 있고, 부피 대비 전기용량을 ESS의 용량까지 증가시킬 수 있고, 다양한 용도에 전고체 전지를 이용할 수 있다. As a result, by arranging a plurality of monopolar units in parallel, it is possible to reduce the size and reduce the volume compared to the bipolar stack all-solid battery of a simple stacked structure, increase the electric capacity to the volume to the capacity of the ESS, and to be used for various purposes. Solid-state batteries can be used.

또한, 상기 모노폴라 유닛을 병렬로 간단하게 배치할 수 있으므로, 파우치 셀 내에서 모노폴라 유닛을 병렬로 다수개 배치할 수 있으므로 단순 직렬식 적층 구조에 비하여 공정 수를 절감함으로써 제조에 소요되는 비용과 시간을 줄일 수 있다.In addition, since the monopolar units can be simply arranged in parallel, a plurality of monopolar units can be arranged in parallel in the pouch cell, thus reducing the number of processes compared to the simple tandem stacked structure, thereby reducing the cost of manufacturing and You can save time.

본 실시예는 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서에 포함된 기술적 사상의 범위내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것은 자명하다.This embodiment clearly shows only some of the technical ideas included in the present invention, and modifications and specific examples that can be easily inferred by those skilled in the art within the scope of the technical idea included in the specification of the present invention are It is obvious that all are included in the technical idea of the present invention.

1 : 멀티스택 모노폴라 전고체 전지
10, 11, 12, 13 : 모노폴라 유닛
100 : 제 1 고체전해질층
101 : 제 1 양극층
102 : 제 1 음극층
103 : 제 1 음극 금속체
104 : 제 1 음극 집전체1: Multi-stack monopolar all-solid-state battery
10, 11, 12, 13: monopolar unit
100: first solid electrolyte layer
101: first anode layer
102: first cathode layer
103: first cathode metal body
104: first negative electrode current collector

Claims (6)

파우치 셀 내에 병렬로 배치되는 복수의 모노폴라 유닛을 포함하며,
각각의 상기 모노폴라 유닛은,
고체전해질층과, 상기 고체전해질층의 일측에 접착되는 양극층과, 상기 고체전해질층의 타측에 접착되는 음극 금속체와 상기 음극 금속체가 접착되는 음극 집전체층으로 이루어지는 음극층을 포함하여 구성되고,
상기 음극층은 한쪽면을 긁어내어 스크래치면을 형성하고, 긁어낸 면측을 상기 음극집전체에 접착시키며,
상기 양극층은 알루미늄 호일 표면에 PEO(Plasma Electrolytic Oxidation)와 LLZO를 포함하는 양극활물질로 양면에 캐스팅되어 인접한 상기 모노폴라 유닛에 공유될 수 있는 것을 특징으로 하는 멀티스택 모노폴라 전고체 전지.
Including a plurality of monopolar units arranged in parallel in the pouch cell,
Each of the monopolar units,
And a negative electrode layer comprising a solid electrolyte layer, an anode layer adhered to one side of the solid electrolyte layer, a cathode metal body adhered to the other side of the solid electrolyte layer, and a cathode current collector layer to which the anode metal body is bonded, ,
The negative electrode layer is scraped off one side to form a scratch surface, and the scraped side is adhered to the negative electrode current collector,
The positive electrode layer is a positive electrode active material containing PEO (Plasma Electrolytic Oxidation) and LLZO on the surface of an aluminum foil, and is cast on both sides to be shared with the adjacent monopolar unit.
 제 1 항에 있어서,
복수의 상기 모노폴라 유닛이 인접하여 배치되는 위치에서는 상기 음극집전체의 양측에 상기 모노폴라 유닛의 상기 음극 금속체가 접착되어 인접한 상기 모노폴라 유닛이 병렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 멀티스택 모노폴라 전고체 전지.
The method of claim 1,
In a position where a plurality of the monopolar units are disposed adjacent to each other, the anode metal body of the monopolar unit is adhered to both sides of the anode current collector, so that the adjacent monopolar units are arranged in parallel. Solid state cells.
 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 고체전해질층은 복수 매의 전해질 플레이트를 접합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티스택 모노폴라 전고체 전지.
The method according to claim 1 or 2,
The solid electrolyte layer is a multi-stack monopolar all-solid-state battery, characterized in that formed by bonding a plurality of electrolyte plates.
 삭제delete 삭제delete 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 양극층은 알루미늄 탭을 가지고, 상기 음극층은 니켈 탭을 가지는 것을 특징으로 하는 멀티스택 모노폴라 전고체 전지.


The method according to claim 1 or 2,
Wherein the positive electrode layer has an aluminum tab, and the negative electrode layer has a nickel tab.
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