KR102255925B1 - Producing apparatus for lithium anode for lithium batteries and producding method for thereof - Google Patents

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Abstract

A method for manufacturing a lithium negative electrode according to an embodiment of the present invention includes the steps of: providing a metal alloy foam wound on a first roller to a conveying means; providing a room temperature lithium foil wound around a second roller on the metal alloy foam by passing the metal alloy foam through the second roller according to the movement of the conveying means; and putting lithium into the metal alloy foam by pressing the lithium to the metal alloy foam at a first temperature below the melting temperature of the lithium using a press roller. The present invention enables easy mass-production.

Description

리튬 음극 제조 장치 및 그 제조 방법 {PRODUCING APPARATUS FOR LITHIUM ANODE FOR LITHIUM BATTERIES AND PRODUCDING METHOD FOR THEREOF}Lithium anode manufacturing apparatus and manufacturing method thereof {PRODUCING APPARATUS FOR LITHIUM ANODE FOR LITHIUM BATTERIES AND PRODUCDING METHOD FOR THEREOF}

본 출원에 의해 개시되는 발명은 리튬 음극 제조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로 롤투롤(Roll-to-Roll) 공정을 이용한 리튬 음극 제조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The invention disclosed by the present application relates to an apparatus for manufacturing a lithium anode and a method for manufacturing the same, and specifically, to an apparatus for manufacturing a lithium anode and a method for manufacturing the same using a roll-to-roll process.

요즘 리튬전지가 민수 및 군수분야의 모든 장비와 기기에 사용되고 있다. 민수분야의 경우 가벼우면서 장시간 사용이 가능한 리튬전지를 개발하기 위한 연구가 주류를 이루고 있고 군수분야 또한 마찬가지로 국방 특수 환경조건에서 사용이 가능한 고에너지 및 고출력 밀도 리튬 전원에 대한 요구가 급증하고 있다. These days, lithium batteries are used in all equipment and devices in civil and military fields. In the case of civil affairs, research to develop a lithium battery that is light and can be used for a long time is mainstream, and in the military field, the demand for high-energy and high-power density lithium power sources that can be used in special environmental conditions for national defense is also rapidly increasing.

이러한 시대적 요구에 따라 산학연에서 고성능, 고에너지 리튬전지 기술에 대한 연구를 집중하고 있으며 그 중에서 가장 많은 연구가 이루어지고 있는 분야가 바로 리튬을 저장하고 공급하여 전기를 생성하는 음극 분야이다. 이론적으로 순수리튬을 사용하는 것이 가장 높은 비에너지 (3,860 mAh/g, 13,900 Wh/kg)의 성능을 나타낼 수 있지만 순수리튬을 사용할 경우 전기화학 반응 중 리튬메탈의 불안정한 특성으로 인해 덴드라이트(dendrite)를 생성시켜 단락을 형성시키거나 전해질과의 부반응을 통해 용량을 급격히 감소시키는 문제점을 나타내고 있다. 이러한 문제점을 해결하고 안정적인 충·방전을 나타내는 탄소계 음극이 현재 주류를 이루고 있으나 탄소계 음극의 경우 순수 리튬의 약 1/10 수준의 비에너지 (372 mAh/g)를 나타내고 있다.In accordance with the demands of the times, industry-academia-research centers are concentrating research on high-performance, high-energy lithium battery technology. Among them, the field in which the most research is being conducted is the negative electrode field that generates electricity by storing and supplying lithium. In theory, the use of pure lithium can show the highest specific energy (3,860 mAh/g, 13,900 Wh/kg), but if pure lithium is used, dendrite is caused by the unstable nature of lithium metal during the electrochemical reaction. By creating a short circuit or a side reaction with an electrolyte, the capacity is rapidly reduced. Carbon-based anodes that solve these problems and exhibit stable charging and discharging are currently in the mainstream, but carbon-based anodes exhibit a specific energy (372 mAh/g) of about 1/10 of that of pure lithium.

한편, 군수분야에 사용되고 있는 대표적인 리튬전지인 열전지는 상온에서 비활성 상태로 유지되다가 열원(heat source)의 점화에 의해서 수 초 이내에 고체전해질이 용융됨으로서 활성화(activation)되는 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. Meanwhile, a thermal battery, which is a representative lithium battery used in the military field, is a non-storage primary battery that is activated by melting a solid electrolyte within a few seconds by ignition of a heat source after being maintained in an inactive state at room temperature. Therefore, since there is almost no self-discharge during storage, it can be stored for more than 10 years without deteriorating performance. In addition, thermal cells are mainly used as power sources for guided weapons and space launch vehicles due to structural stability, reliability, etc. that can withstand vibration, shock, low temperature and high temperature.

특히, 유도 무기의 경우, 평균 수명은 15년 이상이고, 발사되는 순간에만 전력을 사용하기 때문에, 자가 방전(Self-discharging)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-discharging 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 can be blocked, and thus can 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.As a negative electrode material of a thermal battery, a lithium-silicon (Li-Si) alloy and liquid lithium in which molten lithium and iron powder are mixed are used. However, the lithium-silicon (Li-Si) alloy is manufactured through the powder molding method and has a limitation in molding, and the open circuit voltage is 1.9V, which is 2.0V, which is the open circuit voltage of the liquid lithium electrode. It has a lower problem. On the other hand, the liquid lithium electrode has the advantage of using pure lithium with excellent theoretical capacity, but a decrease in specific capacity is inevitably caused by mixing and using an excessive amount of iron powder to prevent leakage of molten lithium at a high temperature, which is an operating condition of the thermal cell. .

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.Accordingly, in order to solve the above-described problems, studies on a negative electrode material for a thermal battery in another form capable of replacing the existing lithium-silicon (Li-Si) alloy and a liquid lithium electrode have been actively conducted.

관련 선행 문헌으로는, 용융 리튬을 금속 합금 폼에 리튬을 함침하는 대한민국등록특허 제10-2097077호, 제10-2050003호, 제10-2151714호 및 다공성 니켈 기판에 리튬을 함침하는 일본 공개특허 제1996-078023호가 공개된 바 있다.Related prior documents include Korean Patent Nos. 10-2097077, 10-2050003, and 10-2151714 for impregnating molten lithium with lithium in a metal alloy foam, and Japanese Patent Laid-Open Patent No. 10-2151714 for impregnating lithium into a porous nickel substrate. 1996-078023 has been published.

일 실시예에 따른 과제는, 금속 합금 폼을 대상으로 일련의 롤투롤(Roll-to-Roll) 공정들을 순차적이고 연속적으로 수행하여 간소화된 공정으로 용이하게 대량 생산이 가능한 리튬 음극의 제조 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.A task according to an embodiment is an apparatus for manufacturing a lithium anode that can be easily mass-produced through a simplified process by sequentially and continuously performing a series of roll-to-roll processes targeting a metal alloy foam, and Is to provide a way.

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 the 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.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 음극 제조 방법은 제1 롤러에 감겨 있던 금속 합금 폼이 이송 수단에 제공되는 단계; 상기 이송 수단의 이동에 따라 상기 금속 합금 폼이 제2 롤러를 통과하여 상기 금속 합금 폼에 상기 제2 롤러에 감겨 있는 상온의 리튬 포일이 제공되는 단계; 및 프레스 롤러를 이용하여 리튬의 용융 온도 이하의 제1 온도에서 상기 금속 합금 폼에 리튬을 가압하여 상기 금속 합금 폼 내로 상기 리튬을 장입시키는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a lithium negative electrode according to an embodiment of the present invention comprises the steps of: providing a metal alloy foam wound around a first roller to a conveying means; Providing a room temperature lithium foil wound around the second roller on the metal alloy foam by passing the metal alloy foam through a second roller according to the movement of the conveying means; And charging lithium into the metal alloy foam by pressing lithium on the metal alloy foam at a first temperature equal to or lower than the melting temperature of lithium using a press roller.

상기 리튬을 장입시키는 단계에서 상기 제1 온도는 80 ℃ 내지 120 ℃일 수 있다.In the step of charging the lithium, the first temperature may be 80 °C to 120 °C.

상기 리튬 포일이 제공되는 단계 이후에, 상기 이송 수단의 이동에 따라 상기 금속 합금 폼이 제1 필름 롤러를 통과하여 상기 금속 합금 폼에 상기 제1 필름 롤러에 감겨 있는 보호 필름이 제공되는 단계;를 더 포함하고, 상기 보호 필름은 상기 프레스 롤러에 상기 리튬이 묻어나는 것을 방지하는 고분자를 포함할 수 있다.After the step of providing the lithium foil, the metal alloy foam passes through the first film roller according to the movement of the transfer means, and a protective film wound around the first film roller is provided on the metal alloy foam. It further includes, and the protective film may include a polymer that prevents the lithium from being deposited on the press roller.

상기 리튬을 장입시키는 단계에서, 상기 프레스 롤러를 이용하여 상기 리튬이 장입된 금속 합금 폼을 가압하여 소정의 두께로 가공하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In the step of charging lithium, the step of processing the lithium-loaded metal alloy foam to a predetermined thickness using the press roller.

상기 리튬을 장입시키는 단계에서 상기 제1 온도가 70 ℃ 내지 80 ℃인 경우, 아르곤(Ar) 분위기 하에 상기 리튬이 장입될 수 있다.In the step of charging lithium, when the first temperature is 70° C. to 80° C., the lithium may be charged under an argon (Ar) atmosphere.

제3 롤러를 이용하여 상기 리튬이 장입된 금속 합금 폼을 권취하여 회수하는 단계;를 더 포함할 수 있다.It may further include; winding and recovering the lithium-loaded metal alloy foam using a third roller.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 음극 제조 방법은 지지 롤러를 이용하여 금속 합금 폼이 판재 형태로 이송 수단에 제공되는 단계; 상기 이송 수단의 이동에 따라 상기 금속 합금 폼 상에 상온의 리튬 포일이 판재 형태로 제공되는 단계; 및 프레스 롤러를 이용하여 리튬의 용융 온도 이하의 제1 온도에서 상기 금속 합금 폼에 리튬을 가압하여 상기 금속 합금 폼 내로 상기 리튬을 장입시키는 단계;를 포함한다.A method of manufacturing a lithium negative electrode according to an embodiment of the present invention includes the steps of providing a metal alloy foam to a conveying means in the form of a plate using a support roller; Providing a lithium foil at room temperature on the metal alloy foam in the form of a plate according to the movement of the transfer means; And charging the lithium into the metal alloy foam by pressing lithium on the metal alloy foam at a first temperature equal to or lower than the melting temperature of lithium using a press roller.

상기 리튬을 장입시키는 단계에서 상기 제1 온도는 80 ℃ 내지 120 ℃일 수 있다.In the step of charging the lithium, the first temperature may be 80 °C to 120 °C.

상기 리튬 포일이 판재 형태로 제공되는 단계 이후에, 상기 이송 수단의 이동에 따라 상기 금속 합금 폼이 제1 필름 롤러를 통과하여 상기 금속 합금 폼에 상기 제1 필름 롤러에 감겨 있는 보호 필름이 제공되는 단계;를 더 포함하고, 상기 보호 필름은 상기 프레스 롤러에 상기 리튬이 묻어나는 것을 방지하는 고분자를 포함할 수 있다.After the step of providing the lithium foil in the form of a plate, the metal alloy foam passes through the first film roller according to the movement of the transfer means, and a protective film wound around the first film roller is provided on the metal alloy foam. Step; Including, the protective film may include a polymer that prevents the lithium from smearing on the press roller.

상기 리튬을 장입시키는 단계에서 상기 제1 온도가 70 ℃ 내지 80 ℃인 경우, 아르곤(Ar) 분위기 하에 상기 리튬이 장입될 수 있다.In the step of charging lithium, when the first temperature is 70° C. to 80° C., the lithium may be charged under an argon (Ar) atmosphere.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 음극 제조 장치는 회전함에 따라 감겨 있던 금속 합금 폼을 풀어서 이송 수단에 공급하는 제1 롤러; 상기 이송 수단의 이동에 따라 감겨 있던 상온의 리튬 포일을 상기 금속 합금 폼에 제공하는 제2 롤러; 및 리튬의 용융 온도 이하의 제1 온도에서 상기 금속 합금 폼에 리튬을 가압하여 상기 금속 합금 폼 내로 상기 리튬을 장입시키는 프레스 롤러;를 포함한다.The apparatus for manufacturing a lithium anode according to an embodiment of the present invention includes: a first roller that unwinds a metal alloy foam wound as it rotates and supplies it to a conveying means; A second roller for providing the metal alloy foam with a lithium foil wound at room temperature according to the movement of the conveying means; And a press roller for charging lithium into the metal alloy foam by pressing lithium on the metal alloy foam at a first temperature equal to or lower than the melting temperature of lithium.

상기 프레스 롤러는 상기 제1 온도가 80 ℃ 내지 120 ℃인 조건에서 상기 리튬을 장입시킬 수 있다.The press roller may be charged with the lithium under the condition that the first temperature is 80°C to 120°C.

상기 리튬 음극 제조 장치는, 상기 이송 수단의 이동에 따라 감겨 있던 보호 필름을 상기 금속 합금 폼에 제공하는 제1 필름 롤러;를 더 포함하고, 상기 보호 필름은 상기 프레스 롤러에 상기 리튬이 묻어나는 것을 방지하는 고분자를 포함할 수 있다.The lithium anode manufacturing apparatus further includes a first film roller for providing a protective film wound according to the movement of the conveying means to the metal alloy foam, wherein the protective film prevents the lithium from being buried on the press roller. It may contain a polymer to prevent.

상기 리튬이 장입된 금속 합금 폼을 권취하여 회수하는 제3 롤러;를 더 포함할 수 있다.It may further include a; third roller for recovering by winding the lithium-loaded metal alloy foam.

상기 제1 롤러, 상기 제2 롤러, 상기 제1 필름 롤러 및 프레스 롤러 중 적어도 하나의 직경은 16 cm 내지 30 cm일 수 있다.At least one of the first roller, the second roller, the first film roller, and the press roller may have a diameter of 16 cm to 30 cm.

상기 제1 롤러 및 상기 제2 롤러 중 적어도 하나의 회전 속도는 0.02 m/min 내지 2 m/min 일 수 있다.The rotation speed of at least one of the first roller and the second roller may be 0.02 m/min to 2 m/min.

상기 제1 필름 롤러 및 상기 프레스 롤러 중 적어도 하나의 회전 속도는 0.1 m/min 내지 2 m/min 일 수 있다.The rotation speed of at least one of the first film roller and the press roller may be 0.1 m/min to 2 m/min.

본 발명의 실시예들에 따르면, 리튬의 용융점 이하 조건에서 롤투롤 공정을 도입함으로써 고용량 고출력의 열전지용 리튬 음극을 대량으로 생산하고, 공정 시간과 제작 비용을 절감할 수 있다.According to embodiments of the present invention, by introducing a roll-to-roll process under conditions below the melting point of lithium, it is possible to mass-produce lithium anodes for high-capacity, high-power thermal cells, and to reduce process time and manufacturing cost.

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

도 1은 기존에 상용화되어 있는 리튬 음극의 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따라 리튬이 장입되기 전과 후의 금속 합금 폼에 관한 사진이다.
도 3은 리튬이 장입되기 전과 후의 금속 합금 폼에 관한 미세 구조에 관한 전자 현미경의 촬영 사진이다.
도 4는 일 실시예에 따라 제조된 리튬전지 및 그 구성 요소들에 관한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 음극 제조 장치에 관한 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 음극 제조 장치의 가압부에 관한 모식도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 음극 제조 장치에 관한 모식도이다.
도 8은 산화된 금속 합금 폼을 가열된 롤러로 리튬을 장입시킬 경우 발생되는 발열거동과 이에 따른 리튬의 질화된 결과를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 음극 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
1 is a cross-sectional view of a conventionally commercialized lithium negative electrode.
2 is a photograph of a metal alloy foam before and after lithium is charged according to an embodiment.
3 is an electron microscope photograph of a microstructure of a metal alloy foam before and after lithium is charged.
4 is a diagram of a lithium battery manufactured according to an exemplary embodiment and components thereof.
5 is a schematic diagram of an apparatus for manufacturing a lithium anode according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic diagram of a pressing part of the apparatus for manufacturing a lithium anode according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic diagram of an apparatus for manufacturing a lithium anode according to another embodiment of the present invention.
8 is a view showing a heat generation behavior generated when lithium is charged by a heated roller in an oxidized metal alloy foam and a result of nitridation of lithium accordingly.
9 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a lithium anode according to an embodiment of the present invention.

도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.Specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the presented embodiments, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can add, change, or delete other elements within the scope of the same idea. Other embodiments included within the scope of the inventive concept may be easily proposed, but this will also be said to be included within the scope of the inventive concept.

또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.In addition, components having the same function within the scope of the same idea shown in the drawings of each embodiment will be described using the same reference numerals.

실시예들에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the embodiments have selected general terms that are currently widely used as possible while considering functions in the present invention, but this may vary according to the intention or precedent of a technician working in the art, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning of the terms will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall contents of the present invention, not a simple name of the term.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.When a part of the specification is said to "include" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary. In addition, terms such as "unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or as a combination of hardware and software.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도 1은 기존에 상용화되어 있는 리튬 음극의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 리튬(200)과 철 분말(201)이 혼합된 전극이 니켈 메쉬(202) 및 니켈 또는 철로 만들어진 컵(203)에 담겨 있는 것을 볼 수 있다. 1 is a cross-sectional view of a conventionally commercialized lithium negative electrode. Referring to FIG. 1, it can be seen that an electrode in which lithium 200 and iron powder 201 are mixed is contained in a nickel mesh 202 and a cup 203 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(202) 및 니켈 또는 철 컵(203)을 포함하도록 제작된다.The conventionally commercialized lithium negative electrode is manufactured through the process of dividing iron powder into molten lithium and making an ingot from lithium mixed with iron powder in a solidified state, pressing, rolling, and punching. It is manufactured to include a nickel mesh 202 and a nickel or iron cup 203 that can be accommodated therein.

액체 리튬 전극은 열전지의 활성온도인 400 내지 500 ℃에서 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 thermal cell. Liquid lithium has flowability, and if it flows to the positive electrode, a short circuit of the battery may occur.

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 flow of lithium, the conventional lithium anode is manufactured by mixing a large amount of iron powder 201. The iron powder 201 may provide a holding force capable of maintaining the shape of the molten liquid lithium.

하지만 철 분말(201)을 물리적으로 혼합을 하는 과정을 거칠 수밖에 없으므로 잉곳 형태로 완성이 되었을 때 철 분말(201) 또는 리튬(200)이 불균일하게 분포될 우려가 있을 수 있다. 따라서 안정적인 동작을 위해 철 분말(201)을 과량으로 혼합하게 되고 결과적으로 리튬 비용량의 감소를 초래하게 된다.However, since the iron powder 201 is physically mixed, there may be a concern that the iron powder 201 or the lithium 200 may be unevenly distributed when the iron powder 201 is completed in an ingot shape. Therefore, the iron powder 201 is mixed in excess for stable operation, resulting in a reduction in lithium specific capacity.

한편, 열전지는 접촉저항을 줄이기 위해 가압환경 하에서 전지를 조립하는 것이 일반적이다. 그러나 리튬(200)과 철 분말(201)이 일부 불균일하게 혼합된 상태에서 열전지의 동작에 의해 리튬(200)이 용융되면, 열전지의 조립 시 가해졌던 가압력으로 인해 전극의 변형이 필연적으로 발생한다. 전극의 변형이 발생하면 용융된 리튬(200)이 새어나와 양극으로 이동하면서 전지의 단락이 발생할 수 있다. On the other hand, it is common to assemble the battery under a pressurized environment in order to reduce contact resistance. However, when the lithium 200 and the iron powder 201 are partially unevenly mixed and the lithium 200 is melted by the operation of the thermal battery, deformation of the electrode inevitably occurs due to the pressing force applied during assembly of the thermal battery. When the electrode is deformed, the molten lithium 200 leaks out and moves to the positive electrode, thereby causing 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(203)을 사용하여 제작되고 있다. Accordingly, a conventional lithium electrode is manufactured using a nickel mesh 202 and a cup 203 made of nickel or iron in order to prevent leakage of lithium due to such deformation.

그러나, 니켈 및 철 컵(203)과 니켈 메쉬(202)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 weight of the nickel and iron cup 203 and the nickel mesh 202 occupies 30 to 40 wt% of the total weight of the negative electrode, a reduction in the specific capacity of lithium inevitably occurs. In addition, as a result of electrode analysis after discharge is over, it is observed that iron powder is aggregated more than before discharge, so there is a disadvantage that structural stability cannot be secured when discharged in 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 anode according to the embodiments is manufactured through a process of impregnating lithium into a metal alloy foam manufactured according to a predetermined composition ratio. Accordingly, the method of manufacturing a lithium negative electrode according to the embodiments improved stability by lowering the reactivity of the metal alloy foam with respect to lithium, and improved wettability with respect to lithium. In addition, the lithium negative electrode does not use the cup 203 and the mesh 202, which have been essentially used in the past, and omits the surface treatment using a eutectic salt, whereby the lithium negative electrode has a higher lithium specific capacity than the conventional lithium negative electrode. Significant increase, simplification of the manufacturing process, and productivity improvement are shown.

한편, 배경기술에서 언급한 바와 같이 민수 및 군수분야에서 리튬 전지에 대한 연구 및 활용이 활발히 이루어지고 있다. 그 중 지금까지 순수리튬을 사용하는 방법 중 가장 많은 성과를 보이고 있는 것은 금속 다공체 또는 지지체에 순수리튬을 함침 또는 복합화(composite)하는 것으로 대부분 리튬을 용융시켜 금속 다공체 또는 지지체에 넣어 사용하려는 시도이다. Meanwhile, as mentioned in the background art, research and utilization of lithium batteries are being actively conducted in civil and military fields. Among the methods of using pure lithium so far, the most achievement is being impregnated or composited with pure lithium in a porous metal body or support, which is an attempt to melt lithium and put it in a porous metal body or support.

리튬은 상식적으로 생각하고 있는 일반적인 금속과 달리 물에 비해 절반 정도의 밀도를 가지고 반응성이 매우 강해 일반적인 금속과도 반응을 일으키며 용융온도 이상에서는 공기중 질소와 급격한 질화 반응을 일으켜 폭발에 가까운 반응성을 나타낼 정도로 취급이 어려운 물질이다. Unlike general metals that are commonly thought of, lithium has a density of about half compared to water and is very reactive, so it reacts with general metals. Above the melting temperature, lithium reacts rapidly with nitrogen in the air, showing a reactivity close to explosion. It is a material that is difficult to handle.

또한, 리튬은 용융상태에서 일반적으로 생각하는 액체의 특성을 나타내지 않는데 이는 리튬의 매우 높은 표면 장력 때문이다. 대부분의 금속에 비해 표면에너지가 높아 금속 표면에 이슬방울처럼 맺혀 있고 다공체나 지지체 내로 스며들지 않는다. 이러한 표면에너지(젖음성)를 제어하기 위해 별도의 표면처리 및 공정이 들어가야 하기 때문에 실제 제조 공정 및 단가가 매우 높아 질 수 밖에 없는 실정이다. 따라서, 리튬의 용융 온도 이하에서 열전지용 리튬 음극을 제조하는 방법에 대한 필요성이 대두되고 있다.In addition, lithium does not exhibit the properties of a liquid generally considered in a molten state, because of the very high surface tension of lithium. It has higher surface energy than most metals, so it is formed like dewdrops on the metal surface and does not penetrate into the porous body or the support. In order to control such surface energy (wetability), a separate surface treatment and process are required, so the actual manufacturing process and unit cost are inevitably increased. Therefore, there is a need for a method of manufacturing a lithium negative electrode for a thermal battery below the melting temperature of lithium.

이하, 도 2 및 도 3을 함께 사용하여 리튬의 장입 전후의 금속 합금 폼의 상태에 관하여 설명한다. 도 2는 일 실시예에 따라 리튬이 장입되기 전(a)과 후(b)의 금속 합금 폼에 관한 사진이고, 도 3은 리튬이 장입되기 전(a, b)과 후(c, d)의 금속 합금 폼에 관한 미세 구조에 관한 전자 현미경의 촬영 사진이다.Hereinafter, the state of the metal alloy foam before and after charging of lithium will be described using Figs. 2 and 3 together. FIG. 2 is a photograph of a metal alloy foam before (a) and after (b) lithium is charged according to an embodiment, and FIG. 3 is before (a, b) and after (c, d) lithium is charged. It is a photograph taken by an electron microscope about the microstructure of the metal alloy foam.

도 2의 (a)를 참조하면, 리튬이 장입되기 전의 금속 합금 폼은 합금 조성의 고유색을 띠거나 그 표면에 친리튬성 산화막이 형성되어 까맣게 보일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라 리튬의 용융점 이하의 제1 온도로 가열된 저속(예컨대, 약 0.2 내지 2 m/min)으로 회전하는 적어도 하나의 롤러들을 지나면서 고체 상태의 리튬은 흐름성을 가지게 되고 유사 액체 상태로 금속 합금 폼의 복수의 공극 내로 장입되어 리튬이 침투하여 수용된다. 도 2의 (b)를 참조하면, 복수의 공극 내로 리튬이 장입되어 메탈 색을 띄는 매끄러운 표면을 보이는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2A, the metal alloy foam before lithium is charged may exhibit a unique color of the alloy composition or may appear black due to the formation of a lithium-friendly oxide film on the surface thereof. According to an embodiment of the present invention, lithium in a solid state has flowability while passing through at least one roller rotating at a low speed (eg, about 0.2 to 2 m/min) heated to a first temperature below the melting point of lithium. It is charged into a plurality of pores of the metal alloy foam in a similar liquid state, and lithium penetrates and is accommodated. Referring to (b) of FIG. 2, it can be seen that lithium is charged into the plurality of pores to show a smooth surface having a metallic color.

다음, 도 3을 참조하여 미세 구조를 살펴본다. 도 3의 (a), (b)는 각각 리튬 장입 전의 금속 합금 폼의 측면 뷰 및 상면 뷰를 촬영한 사진이고, 도 3의 (c), (d)는 각각 리튬 장입 후의 금속 합금 폼의 측면 뷰 및 상면 뷰를 촬영한 사진이다. 리튬의 장입 전의 도 3의 (a), (b)를 참조하면 폼 사이에 존재하는 공극들의 직경은 약 400 내지 1200 ㎛일 수 있다. 도 3의 (c), (d)를 참조하면 리튬이 완전히 장입된 이후에는 장입 전과는 달리 공극들이 존재하지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서 금속 합금 폼 내부로 리튬이 빈 공간 없이 리튬이 장입됨을 확인할 수 있다. Next, a microstructure is examined with reference to FIG. 3. 3A and 3B are photographs taken of a side view and a top view of the metal alloy foam before lithium charging, respectively, and FIGS. 3C and 3D are side views of the metal alloy foam after lithium charging, respectively This is a picture of the view and top view. Referring to FIGS. 3A and 3B before lithium is charged, the diameters of pores existing between the foams may be about 400 to 1200 μm. Referring to FIGS. 3C and 3D, it can be seen that after the lithium is completely charged, there are no pores unlike before the charging. Therefore, it can be confirmed that lithium is charged into the metal alloy foam without an empty space.

소정의 조성비에 따라 제조된 금속 합금 폼에 리튬이 투입되고, 용융된 리튬이 금속 합금 폼에 형성된 공극 내로 장입(intrusion)된다. 이로써, 금속 합금 폼에 리튬이 장입된 리튬 음극이 제조될 수 있다. Lithium is introduced into the metal alloy foam manufactured according to a predetermined composition ratio, and the molten lithium is injected into the pores formed in the metal alloy foam. Accordingly, a lithium negative electrode in which lithium is charged in a metal alloy foam can be manufactured.

기존의 리튬-실리콘(Li-Si) 합금 및 철 분말을 포함하는 액체 리튬 전극에 비해, 금속 합금 폼을 이용하면 폼 내의 공극(cell; 셀) 크기를 조절하여 리튬의 장입량을 조절할 수 있기 때문에 철 분말을 포함하는 액체 리튬 전극보다 용량의 설계에 있어 자유롭다.Compared to the existing lithium-silicon (Li-Si) alloy and liquid lithium electrode containing iron powder, the use of a metal alloy foam allows the amount of lithium charged to be controlled by adjusting the size of the pores (cells) in the foam. It is more free in designing the capacity than a liquid lithium electrode containing powder.

금속 합금 폼에 고체 상태의 액체 리튬을 장입시키는 데 소요되는 시간을 줄이는 것은, 공정 비용의 감소 및 생산성 향상과 직결되므로 중요한 기술적 과제이다. 금속 합금 폼의 조성 설계를 통해 압연 시 리튬이 단시간 내에 장입될 수 있도록 기계적 강도를 가지고 기공 형상을 잘 유지하도록 하는 조성비를 찾을 수 있다. Reducing the time required to charge the liquid lithium in the solid state into the metal alloy foam is an important technical task because it directly leads to a reduction in process cost and productivity improvement. Through the composition design of the metal alloy foam, it is possible to find a composition ratio that maintains the pore shape well with mechanical strength so that lithium can be charged in a short time during rolling.

금속 합금 폼에는 장입될 리튬을 수용할 수 있는 공극(pore)이 형성된다. 이때 공극의 직경은 약 250 내지 약 6000 ㎛일 수 있고, 일 예로 약 400 내지 1200 ㎛일 수 있다.The metal alloy foam is formed with a pore that can accommodate lithium to be charged. At this time, the diameter of the pores may be about 250 to about 6000 ㎛, for example, may be about 400 to 1200 ㎛.

금속 합금 폼은 소정의 조성비에 따라 혼합된 니켈(Nickel; Ni), 철(Iron; Fe), 크롬(Chrome; Cr), 몰리브데넘(Molybdenum; Mo), 탄소(Carbon; C), 바나듐(Vanadium; V), 티타늄(Titanium; Ti), 망간(Manganese; Mn) 및 알루미늄(Aluminum; Al)을 포함한다.The metal alloy foam is a mixture of nickel (Ni), iron (Fe), chromium (Chrome; Cr), molybdenum (Mo), carbon (C), and vanadium according to a predetermined composition ratio. Vanadium; V), titanium (Ti), manganese (Mn) and aluminum (Aluminum; Al).

니켈은, 리튬과의 반응성이 높아 전지의 높은 작동온도에서 단독으로 사용되기 어렵다. 또한, 니켈은 낮은 강도로 인해 가압환경의 열전지 전극 구조체로 적절하지 않다. Nickel has a high reactivity with lithium, so it is difficult to use it alone at a high operating temperature of a battery. In addition, nickel is not suitable as an electrode structure for a thermal cell in a pressurized environment due to its low strength.

한편 철은, 리튬과의 반응성은 낮고 기계적 강도도 우수하여 리튬의 장입에 좋다.On the other hand, iron has low reactivity with lithium and has excellent mechanical strength, so it is good for charging lithium.

따라서, 일 실시예에 따른 금속 합금 폼은 니켈 및 철에 더하여 크롬 및 알루미늄을 추가로 포함함으로써 기계적 강도를 유지시키고 리튬의 장입 공정에 용이하며 고온에서 작동되는 전지의 경우 리튬과의 반응성을 낮게하여 본 기술의 적용범위를 대폭 넓힐 수 있게 한다 Therefore, the metal alloy foam according to an embodiment maintains mechanical strength by additionally including chromium and aluminum in addition to nickel and iron, and is easy for the charging process of lithium, and in the case of a battery operated at a high temperature, the reactivity with lithium is lowered. It makes it possible to greatly expand the scope of application of this technology.

크롬을 혼합한 금속 합금 폼은, 고온에서 리튬과의 반응성이 낮아 우수하다. 크롬을 혼합한 금속 합금 폼은 철의 수준으로 고온에서 리튬과의 반응성이 낮다. 따라서, 크롬을 혼합한 금속 합금 폼은 열전지 동작온도에서 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 크롬을 혼합한 금속 합금 폼은 리튬의 장입이 용이하다.The metal alloy foam mixed with chromium is excellent because of its low reactivity with lithium at high temperatures. Metal alloy foam mixed with chromium is the level of iron and has low reactivity with lithium at high temperatures. Therefore, the metal alloy foam mixed with chromium can secure stability at the operating temperature of the thermoelectric cell. In addition, the metal alloy foam mixed with chromium facilitates charging of lithium.

알루미늄을 혼합한 금속 합금 폼은, 금속 합금 폼의 표면이 리튬과 미소하게 반응할 수 있으나, 금속 합금 폼의 표면의 내부로는 리튬이 침투하지 못하는 것이 관찰되었다.In the metal alloy foam mixed with aluminum, the surface of the metal alloy foam may react slightly with lithium, but it was observed that lithium does not penetrate into the inside of the surface of the metal alloy foam.

다시 말하면, 알루미늄을 혼합한 금속 합금 폼은 액체 리튬과 접촉하였을 때 표면에서 반응을 일부 보이지만, 금속 합금 폼의 표면보다 깊은 내부까지 반응이 일어나지 않아, 금속 합금 폼은 그 구조를 유지할 수 있다.In other words, the metal alloy foam mixed with aluminum exhibits some reaction on the surface when it comes into contact with liquid lithium, but the reaction does not occur deeper than the surface of the metal alloy foam, so that the metal alloy foam can maintain its structure.

따라서, 알루미늄을 혼합한 금속 합금 폼은 리튬과의 반응으로부터 보호하여 고온 리튬전지 전극 구조체로 사용이 가능하다. 또한 알루미늄을 혼합한 금속 합금 폼은 리튬의 장입 후 젖음성을 향상시켜 리튬이 새어나오지 못하도록 한다. 또한, 알루미늄을 혼합한 금속 합금 폼은 질화를 방지할 수 있다. Therefore, the metal alloy foam mixed with aluminum can be used as a high-temperature lithium battery electrode structure by protecting it from reaction with lithium. In addition, the metal alloy foam mixed with aluminum improves wettability after lithium is charged to prevent lithium from leaking out. In addition, the metal alloy foam mixed with aluminum can prevent nitriding.

즉, 크롬 및 알루미늄을 혼합한 금속 합금 폼은 리튬의 장입을 용이하게 한다. That is, the metal alloy foam mixed with chromium and aluminum facilitates charging of lithium.

종래의 리튬 음극 제조 방법에 있어서, 금속 합금 폼은 약 500 내지 약 1100 ℃ 사이에서 공기 중 고온 분위기의 산화(oxidation), 아노다이징(anodizing), 프라즈마처리(plasma treatment) 등을 통해 산화피막(oxidative layer)을 형성시켜 리튬을 장입시킬 수 있다. 이러한 산화피막은 고온에서 작동하는 리튬 전지의 경우 리튬의 용융 온도인 약 182 ℃ 이상에서 리튬이 용융됨에 따라 우수한 친리튬성(lithiophilic) 산화피막이 용융된 리튬을 잡아 주어 새어나오지 못하도록 잡아주는 역할을 하여 리튬의 누액에 따른 단락을 방지시키는 효과가 있다. In the conventional lithium anode manufacturing method, the metal alloy foam is an oxidative layer through oxidation, anodizing, plasma treatment, etc. in a high-temperature atmosphere in the air between about 500 to about 1100°C. ) Can be formed to charge lithium. In the case of lithium batteries operating at high temperatures, as lithium melts above about 182 ℃, which is the melting temperature of lithium, the excellent lithiophilic oxide film catches the molten lithium and prevents it from leaking out. There is an effect of preventing a short circuit due to leakage of lithium.

금속 합금 폼의 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 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 폼의 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 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 폼은 산화를 통해, 리튬의 장입 과정 및 장입 후 리튬과의 긴밀한 인터랙션을 용이해지도록 산소(O) 원소를 더 포함할 수 있다. 이 때, 금속 합금 폼의 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 may further include an oxygen (O) element to facilitate the charging process of lithium and intimate interaction with lithium after charging through oxidation. At this time, the third composition ratio of the metal alloy foam 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, 2 to 22 parts by weight of aluminum, and oxygen based on 100 parts by weight of the metal alloy foam. It is 9 to 29 parts by weight of the element.

또한, 다른 일 실시예에 따르면 금속 합금 폼은 니켈 및 철에 더하여 크롬, 몰리브데넘(Molybdenum; Mo;) 및 규소(Silicon; Si; 실리콘)을 추가로 포함함으로써 리튬의 장입을 용이하게 하는 동시에, 금속 합금 폼의 부식을 방지할 수 있다.In addition, according to another embodiment, the metal alloy foam facilitates charging of lithium by additionally including chromium, molybdenum (Mo;), and silicon (Silicon; Si; silicon) in addition to nickel and iron. , It can prevent corrosion of metal alloy foam.

기존의 니켈 및 철로 구성된 금속 합금 폼은 고온작동 리튬전지 (열전지)의 작동 온도에서 용융된 리튬과의 반응으로 인해 녹아내리는 문제점이 있었다. 이러한 반응에 의해 열전지의 방전이 진행 되는 중에 리튬의 용량의 감소가 발생할 수 있다. 특히, 고온 작동 리튬전지의 방전 온도인 약 500 내지 550 ℃에서 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.The conventional metal alloy foam composed of nickel and iron has a problem in that it melts due to reaction with molten lithium at the operating temperature of a high-temperature lithium battery (thermal cell). Due to this reaction, a decrease in the capacity of lithium may occur during the discharging 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 about 500 to 550° C., which is a discharge temperature of a high-temperature lithium battery. Therefore, the existing metal alloy foam composed of nickel and iron must be equipped with a mesh 202 and a cup 203 to prevent leakage of lithium.

그러나 금속 합금 폼에 몰리브데넘을 혼합하는 경우, 금속 합금 폼은 열전지의 작동 온도에서 용융된 리튬과 반응하지 않고, 그 형상을 유지할 수 있어 안정적이다. 이에 따라 몰리브데넘을 혼합한 금속 합금 폼은 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, the metal alloy foam does not react with molten lithium at the operating temperature of the thermal cell and is stable because it can maintain its shape. Accordingly, the metal alloy foam mixed with molybdenum can stably maintain the structure to prevent lithium leakage, and by removing the mesh 202 and the cup 203, which occupy about 30% of the total negative electrode weight, It is possible to increase the specific capacity of

몰리브데넘을 포함하는 금속 합금 폼의 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 containing 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 based on 100 parts by weight of the metal alloy foam.

몰리브데넘을 포함하는 금속 합금 폼의 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 containing 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 1 to 10 parts by weight of silicon based on 100 parts by weight of the metal alloy foam. It is a part by weight.

전술한 바와 같은 소정의 조성비 및 산화처리에 따라 제작된 금속 합금 폼은, 단순 니켈 및 철이 혼합된 금속 합금 폼에 비해, 리튬에 대한 젖음성이 우수하다. 예를 들면, 용융된 리튬은 금속 합금 폼에 수십 초 이내에, 최장 수분 이내에 완전히 장입될 수 있다. The metal alloy foam produced according to the predetermined composition ratio and oxidation treatment as described above has superior wettability to lithium as compared to a metal alloy foam in which simple nickel and iron are mixed. For example, molten lithium can be completely charged into the metal alloy foam within tens of seconds, and within a maximum of several minutes.

한편 기존에는, 리튬에 대한 함침(젖음성)을 향상시키기 위해 공융염을 니켈폼 표면에 코팅하거나, 실리콘 또는 금을 비롯한 물질을 니켈폼 표면에 CVD(Chemical Vapor Deposition)를 이용해 증착하는 등의 시도가 있었으며, 이러한 공정들은 모두 리튬을 용융 온도(약 182 ℃) 이상(예컨대, 실제 공정시 온도는 약 300 내지 약 550 ℃)에서 용융시켜 공정을 실시하여야 한다. 또한, 용융된 리튬은 수분이 매우 낮은 드라이룸 (상대습도 2% 이하) 조건에서 실시를 하더라도 공기중 리튬과의 급격한 질화반응(Nitration)을 통해 화재를 일으킬 수 있으며, 글로브박스내에서 작업을 하더라도 글로브박스내 수십 ppm의 산소 또는 질소에 의해 검게 질화가 일어나는 등 상당히 까다로운 공정관리 및 조건을 유지하여야 한다. 이 경우 공정 비용 및 시간이 증가하여 결국 열전지의 생산단가 증가로 이어질 수 있다. Meanwhile, in the past, attempts such as coating a eutectic salt on the nickel foam surface to improve the impregnation (wetting) of lithium, or depositing a material including silicon or gold on the nickel foam surface using CVD (Chemical Vapor Deposition) have been attempted. All of these processes must be performed by melting lithium at a melting temperature (about 182° C.) or higher (eg, the actual processing temperature is about 300 to about 550° C.). In addition, molten lithium can cause a fire through rapid nitration with lithium in the air, even if it is carried out in a dry room with very low moisture (relative humidity less than 2%). It is necessary to maintain very strict process control and conditions such as blackening by tens of ppm of oxygen or nitrogen in the glove box. In this case, the process cost and time may increase, which may lead to an increase in the production cost of the thermal cell.

이에 본 발명에서는 소정의 조성비로 제작된 금속 합금 폼의 표면에 공융염을 포함한 추가적인 표면 전처리가 수행되지 않고도, 용융된 리튬에 대한 젖음성을 향상시킬 수 있는 리튬 음극 제조 방법 및 그 장치를 제공하고자 한다. 무엇보다도 리튬을 용융시키지 않아도 되기 때문에 드라이룸 환경에서 손쉽게 고성능 리튬메탈 음극 제조가 가능해짐으로써, 공융염 코팅 또는 실리콘 증착과 같은 사전공정이 필요 없이 단순히 리튬을 금속 합금 폼에 장입시킴으로써 우수한 품질의 전지용 리튬 음극이 제조될 수 있다.Accordingly, the present invention aims to provide a method and apparatus for manufacturing a lithium negative electrode capable of improving wettability for molten lithium without performing additional surface pretreatment including eutectic salt on the surface of a metal alloy foam produced at a predetermined composition ratio. . Above all, since it does not need to melt lithium, it is possible to easily manufacture a high-performance lithium metal anode in a dry room environment, so it is for high-quality batteries by simply charging lithium into the metal alloy foam without the need for pre-processing such as eutectic salt coating or silicon deposition. Lithium negative electrodes can be prepared.

또한, 소정의 조성비에 따라 제작된 금속 합금 폼은, 전극의 제조 과정 중 인가되는 약 1 내지 약 7 kg/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)(도 1 참고)를 사용하지 않고 열전지의 단위 셀을 구성할 수 있다. In addition, the metal alloy foam manufactured according to a predetermined composition ratio has a strength capable of withstanding a pressure of about 1 to about 7 kg/cm 2 applied during the manufacturing process of the electrode. Accordingly, the shape can be maintained without causing deformation in a pressurized environment, and lithium leakage does not occur. Accordingly, a unit cell of a thermoelectric battery can be configured without using the nickel and iron cup 203 and the nickel mesh 202 (refer to FIG. 1) that can prevent lithium from leaking.

도 4는 일 실시예에 따라 제조된 열전지 및 그 구성 요소들에 관한 도면이다. 도 4를 참조하면, 열전지는 적어도 하나의 열전지 셀(140)로 구성될 수 있다. 열전지 셀(140)들은 직렬로 연결될 수 있고, 연결되는 열전지 셀(140)의 개수가 증가할수록, 전지의 출력 전압은 증가한다.4 is a diagram of a thermal cell manufactured according to an exemplary embodiment and components thereof. Referring to FIG. 4, the thermal cell may include at least one thermal cell 140. The thermoelectric cells 140 may be connected in series, and as the number of connected thermoelectric cells 140 increases, the output voltage of the battery increases.

전지 셀(140)은 양극(cathode, 144), 전해질층(145), 리튬 음극(anode, 146), 전해질층(145)의 용융을 위해 필요시 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 전해질층(145)을 기준으로 리튬 음극(146)의 반대편에 배치된다. 양극 집전체(142)는 양극(144)을 기준으로 전해질층(145)의 반대편에 배치된다.The battery cell 140 includes a cathode 144, an electrolyte layer 145, a lithium anode 146, a heat source (not shown) when necessary for melting of the electrolyte layer 145, and a cathode current collector 142 And a negative electrode current collector 147. The negative electrode current collector 147 is disposed on one surface of the lithium negative electrode 146. The positive electrode 144 is disposed on the opposite side of the lithium negative electrode 146 based on the electrolyte layer 145. The positive electrode current collector 142 is disposed on the opposite side of the electrolyte layer 145 based on the positive electrode 144.

필요시 열원(미도시)은 양극(144)과 집전체 사이에 삽입되어 배치될 수 있다. 이 때 예를 들면, 양극(144), 전해질층(145), 음극(146) 및 열원(미도시)은 적층이 용이하도록, 디스크 형상의 펠릿으로 형성될 수 있다. If necessary, a heat source (not shown) may be inserted and disposed between the positive electrode 144 and the current collector. At this time, for example, the anode 144, the electrolyte layer 145, the cathode 146, and a heat source (not shown) may be formed into disk-shaped pellets to facilitate stacking.

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, 구리(Copper), 스테인리스강(SUS) 및 니켈(Ni)판 등의 금속판 또는 메쉬로 제작될 수 있다.The positive electrode current collector 142 and the negative electrode current collector 147 serve as a support that allows the active material to exist in the thermal cell in the form of an electrode plate, and electrical energy generated by chemical substances of the positive electrode 144 and the negative electrode 146 It is responsible for transferring electrical energy so that it can be connected to a circuit. The positive electrode current collector 142 and the negative electrode current collector 147 may be made of, for example, a metal plate such as copper, stainless steel (SUS), and nickel (Ni) or a mesh.

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)(도 1 참고)를 사용하지 않고, 전지 또는 고온전지(열전지)의 단위 셀(140)을 구성할 수 있다.At this time, the lithium negative electrode 146, due to the strength of the metal alloy foam, does not use the nickel and iron cup 203 and the nickel mesh 202 (refer to FIG. 1) commonly used in the existing lithium negative electrode, and the battery Alternatively, a unit cell 140 of a high-temperature battery (thermal cell) may be configured.

이후, 리튬 음극(146)의 일면에 음극 집전체(147)를 배치하고, 리튬 음극(146)의 타면에 전해질층(145), 양극(144) 및 양극 집전체(142)를 순서대로 적층하여 열 전지의 단위 셀(140)을 제조할 수 있다.Thereafter, a negative electrode current collector 147 is disposed on one surface of the lithium negative electrode 146, and an electrolyte layer 145, a positive electrode 144, and a positive electrode current collector 142 are sequentially stacked on the other surface of the lithium negative electrode 146. A unit cell 140 of a thermal battery may be manufactured.

이하, 도 5 및 도 6을 함께 사용하여 일 실시예에 따른 리튬 음극 제조 장치(1000)에 관하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 음극 제조 장치(1000)에 관한 모식도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 음극 제조 장치의 가압부에 관한 모식도이다.Hereinafter, an apparatus 1000 for manufacturing a lithium anode according to an exemplary embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6. 5 is a schematic diagram of an apparatus 1000 for manufacturing a lithium anode according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a schematic diagram of a pressurizing portion of the apparatus for manufacturing a lithium anode according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하에서는, 금속 합금 폼을 포함하는 열전지용 리튬 음극의 제조 장치(1000) 및 제조 방법으로서, 롤투롤 (Roll-to-Roll) 공정을 도입하여 열전지 음극을 대량으로 생산하고, 공정이 간소화된 리튬 음극의 제조 장치(1000) 및 제조 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, as a manufacturing apparatus 1000 and a manufacturing method for a lithium negative electrode for a thermal battery including a metal alloy foam, a roll-to-roll process is introduced to mass-produce a thermal battery negative electrode, and the process is simplified. The negative electrode manufacturing apparatus 1000 and manufacturing method will be described.

일반적으로 롤투롤 공정은 롤(Roll) 형태로 감겨진 유연한 필름(Film)을 이용하여 다양한 종류의 공정을 수행하는 장치를 의미한다. 이러한 롤투롤 공정 장치는 필름에 대한 다양한 공정이 수행되는 필름 공정부와, 롤 형태로 권취된 필름을 풀어 필름 공정부로 필름을 공급하거나 필름 공정부로부터 공정을 마친 필름을 다시 롤 형태로 감아 회수하는 필름 이송부로 구성된다. In general, the roll-to-roll process refers to a device that performs various types of processes using a flexible film wound in a roll form. Such a roll-to-roll processing device includes a film processing unit where various processes are performed on the film, and supplying the film to the film processing unit by unwinding the film wound in a roll form, or rewinding the processed film from the film processing unit in a roll form for recovery. It consists of a film transfer unit.

본 발명의 실시예들은, 금속 합금 폼이 필름처럼 얇고 유연한 것에 착안하여, 금속 합금 폼을 대상으로 일련의 롤투롤 공정들을 순차적으로 수행함으로써, 공정 시간 및 제작 비용을 획기적으로 절감할 수 있다.In the embodiments of the present invention, focusing on the fact that the metal alloy foam is thin and flexible like a film, by sequentially performing a series of roll-to-roll processes for the metal alloy foam, the process time and manufacturing cost can be drastically reduced.

리튬 음극 제조 장치(1000)는, 이송 수단(10), 감겨 있던 금속 합금 폼을 풀어서 이송 수단(10)에 공급하는 제1 롤러(100), 장입될 리튬을 공급하는 제2 롤러(200), 압연 공정시 롤러에 리튬이 묻거나 오염되지 않도록 하는 보호 필름을 공급, 제거하는 필름 롤러(300), 리튬이 함침된 금속 합금 폼을 가압하여 가공하는 프레스 롤러(400) 및 리튬이 장입된 금속 합금 폼을 회수하여 감는 제3 롤러(500)를 포함할 수 있다.The lithium anode manufacturing apparatus 1000 includes a conveying means 10, a first roller 100 that unwinds a metal alloy foam wound and supplies it to the conveying means 10, a second roller 200 that supplies lithium to be charged, A film roller 300 that supplies and removes a protective film that prevents lithium from getting on or contaminated on the roller during the rolling process, a press roller 400 that presses and processes a metal alloy foam impregnated with lithium, and a lithium-loaded metal alloy It may include a third roller 500 to recover and wind the foam.

먼저, 제1 롤러(100)에 감겨 있던 금속 합금 폼이 이송 수단(10)에 제공될 수 있다. 금속 합금 폼은 초기에 제1 롤러(100)에 감겨져 있을 수 있다. 금속 합금 폼은 제1 롤러(100)가 회전함에 따라, 제1 롤러(100)로부터 풀려서 이송 수단(10)에 공급된다. 일 예로 금속 합금 폼은 사각형 형태일 수 있고, 금속 합금 폼의 일 변의 길이는 약 30 cm 이고, 두께는 약 0.2 내지 5 mm 일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.First, the metal alloy foam wound around the first roller 100 may be provided to the conveying means 10. The metal alloy foam may be initially wound around the first roller 100. As the first roller 100 rotates, the metal alloy foam is released from the first roller 100 and supplied to the conveying means 10. For example, the metal alloy foam may have a rectangular shape, and the length of one side of the metal alloy foam may be about 30 cm, and the thickness may be about 0.2 to 5 mm, but is not limited thereto.

제1 롤러(100)의 직경은 약 16 내지 약 30 cm일 수 있다. 제1 롤러(100)의 회전 속도는 약 0.02 m/min 내지 약 2 m/min일 수 있다. 제1 롤러(100)의 회전에 의해 이송 수단(10)을 따라 이송되는 금속 합금 폼의 이동 거리는 0.1 내지 1.9 m/min 일 수 있다. The diameter of the first roller 100 may be about 16 to about 30 cm. The rotational speed of the first roller 100 may be about 0.02 m/min to about 2 m/min. The moving distance of the metal alloy foam conveyed along the conveying means 10 by the rotation of the first roller 100 may be 0.1 to 1.9 m/min.

이후, 제2 롤러(200)는 이송 수단(10)의 이동에 따라 금속 합금 폼이 장입될 리튬을 수용하는 제2 롤러(200)를 통과하면 상기 금속 합금 폼에 상온의 리튬 포일을 제공할 수 있다. 제2 롤러(200)는 장입될 리튬을 포일 형태로 수용할 수 있다. 리튬 포일(lithium foil)의 폭과 두께 등은 장입될 금속 합금 폼의 공극 및 두께를 부피로 환산하여 계산될 수 있다.Thereafter, when the second roller 200 passes through the second roller 200 containing lithium to be charged with the metal alloy foam according to the movement of the transfer means 10, the lithium foil at room temperature can be provided to the metal alloy foam. have. The second roller 200 may accommodate lithium to be charged in the form of a foil. The width and thickness of the lithium foil can be calculated by converting the voids and thickness of the metal alloy foam to be charged into a volume.

제2 롤러(200)의 직경은 약 16 내지 약 30 cm일 수 있다. 제2 롤러(200)의 회전 속도는 약 0.02 m/min 내지 약 2 m/min일 수 있다.The diameter of the second roller 200 may be about 16 to about 30 cm. The rotation speed of the second roller 200 may be about 0.02 m/min to about 2 m/min.

필름 롤러(300)는 후술하는 제1 필름 롤러(310) 및 제2 필름 롤러(320)를 포함할 수 있다. The film roller 300 may include a first film roller 310 and a second film roller 320 to be described later.

제1 필름 롤러(300)는 후술하는 프레스 롤러(400)에서 가압하여 리튬 장입시 프레스 롤러(400)에 리튬이 달라 붙지 않도록 분리할 수 있는 보호 필름을 공급할 수 있다. 제1 필름 롤러(310)는 이송 수단(10)의 이동에 따라 감겨 있던 보호 필름을 상기 금속 합금 폼에 제공할 수 있다. 상기 보포 필름은 압연과정에서 끈적끈적한 리튬이 롤러에 묻지 않도록 프레스 롤러(400)의 오염을 방지하는 역할을 할 수 있다. 이를 위해 보호 필름은 프레스 롤러(400)의 동작 온도에서 용융되거나 변형이 없는 고분자 재료를 포함할 수 있다.The first film roller 300 may supply a protective film that can be separated so that lithium does not adhere to the press roller 400 when lithium is charged by pressing by a press roller 400 to be described later. The first film roller 310 may provide a protective film wound up according to the movement of the transfer means 10 to the metal alloy foam. The bopo film may serve to prevent contamination of the press roller 400 so that sticky lithium does not adhere to the roller during the rolling process. To this end, the protective film may include a polymer material that is not melted or deformed at the operating temperature of the press roller 400.

제1 필름 롤러(310)의 직경은 약 16 내지 약 30 cm일 수 있다. 제1 필름 롤러(310)의 회전 속도는 약 0.02 m/min 내지 약 2 m/min일 수 있다.The diameter of the first film roller 310 may be about 16 to about 30 cm. The rotational speed of the first film roller 310 may be about 0.02 m/min to about 2 m/min.

프레스 롤러(400)는 리튬의 용융 온도 이하의 제1 온도에서 상기 금속 합금 폼에 리튬을 가압하여 상기 금속 합금 폼 내로 상기 리튬을 장입시킬 수 있다. 프레스 롤러(400)는 상기 제1 온도로 가열되어 리튬의 장입시 리튬의 유동성을 증가시켜 금속 합금 폼 내부로 리튬이 완전히 장입되도록 할 수 있다.The press roller 400 may press lithium to the metal alloy foam at a first temperature equal to or lower than the melting temperature of lithium to charge the lithium into the metal alloy foam. The press roller 400 is heated to the first temperature to increase the fluidity of lithium when lithium is charged, so that lithium is completely charged into the metal alloy foam.

이때 제1 온도는 리튬의 용융 온도 이하로서, 일 예로 약 80 ℃ 내지 약 120 ℃일 수 있다. 실시예에 따라서, 제1 온도는 약 70 ℃ 내지 약 80 ℃일 수 있고, 이때는 아르곤(Ar) 분위기 하에 리튬을 장입하는 가압 공정이 수행될 수 있다. 제1 온도 제어에 관하여는 후술하는 도 8을 통하여 더 상세히 설명하기로 한다.In this case, the first temperature is less than or equal to the melting temperature of lithium, and may be, for example, about 80° C. to about 120° C. Depending on the embodiment, the first temperature may be from about 70° C. to about 80° C., and in this case, a pressurization process of charging lithium in an argon (Ar) atmosphere may be performed. The first temperature control will be described in more detail with reference to FIG. 8 to be described later.

여기서 도 6을 함께 사용하여, 한 쌍의 프레스 롤러(400)를 이용한 가압 공정을 통해 금속 합금 폼에 리튬을 장입시키는 가압부(410)에 대하여 더 구체적으로 설명한다.Here, using FIG. 6 together, the pressing unit 410 for charging lithium into the metal alloy foam through a pressing process using a pair of press rollers 400 will be described in more detail.

사이에 금속 합금 폼(600)이 배치되는 한 쌍의 프레스 롤러(400) 사이의 간격(w)은 일 예로 약 0.2 내지 약 1.5 mm 일 수 있다. 프레스 롤러(400)의 직경은 약 16 내지 30 cm일 수 있고, 프레스 롤러(400)의 회전 속도는 일 예로 약 0.1 m/min 내지 약 2 m/min 일 수 있다.The gap (w) between the pair of press rollers 400 in which the metal alloy foam 600 is disposed may be, for example, about 0.2 to about 1.5 mm. The diameter of the press roller 400 may be about 16 to 30 cm, and the rotational speed of the press roller 400 may be about 0.1 m/min to about 2 m/min, for example.

또한, 프레스 롤러(400)를 이용하여 리튬이 장입됨과 동시에 리튬 장입된 금속 합금 폼을 압착하여 소정의 두께로 가공할 수 있다. 프레스 폴러(400)를 통과하기 전 리튬 포일(700) 및 보호 필름(800)이 순차적으로 제공된 금속 합금 폼(600)은 그 내부에 공극들(610)을 포함할 수 있다. 이와 같이 상대적으로 두꺼운 금속 합금 폼(600)은 프레스 롤러(400)를 통과하면서 내부의 공극들(610)에 리튬 포일(700)을 통해 제공되는 리튬이 장입되면서 리튬이 장입된 가공 금속 합금 폼(900)이 생성되고, 이때 가공된 금속 합금 폼(900)은 목표한 두께로 가공될 수 있다. 실시예에 따라서 초기의 금속 합금 폼(600)이 목표한 두께로 제공된다면, 소정의 두께로 가공하는 프레스 과정은 생략될 수 있음은 물론이다. In addition, it is possible to process the lithium-loaded metal alloy foam to a predetermined thickness by compressing the lithium-loaded metal alloy foam at the same time as lithium is charged using the press roller 400. Before passing through the press pole 400, the lithium foil 700 and the protective film 800 are sequentially provided in the metal alloy foam 600 may include pores 610 therein. As such, the relatively thick metal alloy foam 600 passes through the press roller 400 and is charged with lithium provided through the lithium foil 700 into the internal pores 610, and the processed metal alloy foam in which lithium is charged ( 900) is generated, and at this time, the processed metal alloy foam 900 may be processed to a target thickness. According to the embodiment, if the initial metal alloy foam 600 is provided with a target thickness, a press process of processing to a predetermined thickness may be omitted.

제2 필름 롤러(320)는 가압부(410)를 통과한 가공된 금속 합금 폼(900) 상에서 보호 필름(800)을 권취하여 제거할 수 있다. The second film roller 320 may be removed by winding the protective film 800 on the processed metal alloy foam 900 passing through the pressing portion 410.

필름 롤러(310, 320; 300)는 처분할 수 있는 일회성으로 제공될 수 있고, 필름 롤러(300)를 이용해 프레스 롤러(400)의 표면을 금속 합금 폼에 장입된 리튬으로부터 보호할 수 있다. 금속 합금 폼이 지나간 후 필름 롤러(300)는 새로운 필름 롤러(300)로 교환될 수 있고 이를 통해 프레스 롤러(400)가 압착하는 금속 합금 폼(900)의 표면의 오염 또한 방지할 수 있다. The film rollers 310, 320; 300 may be provided as a disposable one-time, and the surface of the press roller 400 may be protected from lithium charged in the metal alloy foam by using the film roller 300. After the metal alloy foam has passed, the film roller 300 may be replaced with a new film roller 300, and contamination of the surface of the metal alloy foam 900 pressed by the press roller 400 may also be prevented through this.

제2 필름 롤러(320) 또한 제1 필름 롤러(310)와 마찬가지로 그 직경은 약 16 내지 약 30 cm일 수 있고, 그 회전 속도는 약 0.02 m/min 내지 약 2 m/min일 수 있다. 상기 수치 범위 내에서 제1 필름 롤러(310) 및 제2 필름 롤러(320)의 직경 및 회전 속도가 서로 동일할 수도 있고, 서로 다를 수도 있음은 물론이다.Like the first film roller 310, the second film roller 320 may have a diameter of about 16 to about 30 cm, and its rotation speed may be about 0.02 m/min to about 2 m/min. It goes without saying that diameters and rotation speeds of the first and second film rollers 310 and 320 may be the same or different from each other within the numerical range.

이후, 제3 롤러(500)는 리튬이 장입된 가공된 금속 합금 폼(900)을 권취하여 회수할 수 있다. 최종적으로 가공된 금속 합금 폼(900)은 재차 롤러(제3 롤러)에 감겨서 완성된 형태로 보관될 수 있다.Thereafter, the third roller 500 may be recovered by winding the processed metal alloy foam 900 loaded with lithium. The finally processed metal alloy foam 900 may be wound around a roller (third roller) again and stored in a completed form.

도 5에 도시된 바와 같이, 제2 롤러(200), 필름 롤러(300) 및 프레스 롤러(400)는 그 사이에 금속 합금 폼이 제공되는 이송 수단(10)을 사이에 두고 한 쌍으로 구비될 수 있다. As shown in Fig. 5, the second roller 200, the film roller 300, and the press roller 400 are provided in a pair with a transfer means 10 provided with a metal alloy foam therebetween. I can.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 음극 제조 장치(1000-1)에 관한 모식도이다. 이하에서는, 전술한 실시예에서와 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 동일한 내용이 적용될 수 있으며, 중복되는 내용은 설명을 간략히 하거나 생략할 수 있다.7 is a schematic diagram of an apparatus 1000-1 for manufacturing a lithium anode according to another embodiment of the present invention. Hereinafter, the same contents may be applied to elements having the same reference numerals as in the above-described embodiments, and descriptions of overlapping contents may be simplified or omitted.

리튬 음극 제조 장치(1000-1)는 지지 롤러(110), 필름 롤러(310, 320; 300) 및 프레스 롤러(400)를 포함할 수 있다. 필름 롤러(310, 320)는 전술한 실시예와 마찬가지로 한 쌍의 제1 필름 롤러(310) 및 제2 필름 롤러(320)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 지지 롤러(110)는 전술한 제1 롤러(100)(도 5 참고)에 대응될 수 있다.The lithium anode manufacturing apparatus 1000-1 may include a support roller 110, film rollers 310, 320; 300, and a press roller 400. The film rollers 310 and 320 may include a pair of first film rollers 310 and second film rollers 320 as in the above-described embodiment. In this embodiment, the support roller 110 may correspond to the first roller 100 (see FIG. 5) described above.

본 실시예의 리튬 음극 제조 장치(1000-1)에서는 지지 롤러(110)에 의해 지지되는 이송 수단 상에 금속 합금 폼(600)이 롤러에 감긴 롤 형태가 아닌 판재(sheet) 형태로 공급될 수 있다. 이때, 상기 이송 수단은 최외측의 제1 필름 롤러(310)를 통해 공급되는 하부 보호 필름(810)일 수 있다.In the lithium anode manufacturing apparatus 1000-1 of the present embodiment, the metal alloy foam 600 may be supplied in the form of a sheet, not in the form of a roll wound around a roller, on the conveying means supported by the support roller 110. . In this case, the transfer means may be a lower protective film 810 supplied through the outermost first film roller 310.

이와 같이, 이송 수단의 역할을 수행하는 하부 보호 필름(810)이 제공되고, 그 위에 금속 합금 폼(600) 및 리튬 포일(700)이 적층된 적층물이 이송 수단인 하부 보호 필름(810)의 이동에 따라 제공될 수 있다. 이때, 상기 적층물은 금속 합금 폼(600)의 양 면, 즉 상하부면 각각에 리튬 포일(700)이 배치된 적층물일 수 있다. 즉, 하부 보호 필름(810)과 인접하는 면에서부터 리튬 포일(700), 금속 합금 폼(600), 다시 리튬 포일(700)이 순차적으로 적층될 수 있다. 이후, 도면에 도시되지는 않았으나 중간의 제1 필름 롤러(310)에 의해 상부 보호 필름(820)이 제공되어 그 표면이 보호된 채로 가압부(410)를 통과하면서 프레스 롤러(400)의 가압 공정에 의해 리튬이 장입되고, 중간의 제2 필름 롤러(320)에 의해 다시 상부 보호 필름(820)이 제거되어 가공 금속 합금 폼(900)이 판재 형태로 제조될 수 있다. 이후, 최외측의 제2 필름 롤러(320)를 통해 가공 금속 합금 폼(900)과 하부 보호 필름(810)이 분리되어 최종적으로 보호 필름이 제거된 판재 형태의 금속 합금 폼(900)이 제조될 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 리튬이 장입된 최종 금속 합금 폼(900)이 이송 수단(810)을 통해 판재 형태로 제공될 수 있다.In this way, a lower protective film 810 serving as a transport means is provided, and a laminate in which a metal alloy foam 600 and a lithium foil 700 are stacked is the lower protective film 810 which is a transport means. It can be provided upon movement. In this case, the laminate may be a laminate in which lithium foil 700 is disposed on both sides of the metal alloy foam 600, that is, upper and lower surfaces. That is, from a surface adjacent to the lower protective film 810, the lithium foil 700, the metal alloy foam 600, and the lithium foil 700 may be sequentially stacked. Thereafter, although not shown in the drawing, the upper protective film 820 is provided by the first film roller 310 in the middle, and the pressing process of the press roller 400 while passing through the pressing unit 410 with the surface protected Lithium is charged by, and the upper protective film 820 is removed again by the second film roller 320 in the middle, so that the processed metal alloy foam 900 may be manufactured in the form of a plate. Thereafter, the processed metal alloy foam 900 and the lower protective film 810 are separated through the second film roller 320 on the outermost side, and the metal alloy foam 900 in the form of a plate from which the protective film is finally removed will be manufactured. I can. That is, in this embodiment, the final metal alloy foam 900 loaded with lithium may be provided in the form of a plate through the transfer means 810.

이때 상기 적층물(60)이 가압부(410)를 통과하면 본 도면에 도시되지는 않았으나 상부 보호 필름이 제공되어 프레스 롤러(400)와 가공 금속 합금 폼(900)의 표면의 오염을 방지할 수 있다. 적층물(60)은 금속 합금 폼(600), 리튬 포일(700) 및 보호 필름(800)이 적층된 구조물로서, 상세히는 금속 합금 폼(600), 그 상하부의 리튬 포일(700) 및 상부 보호 필름(820)이 적층된 구조물을 의미할 수 있다.At this time, when the laminate 60 passes through the pressing part 410, although not shown in this drawing, an upper protective film is provided to prevent contamination of the surfaces of the press roller 400 and the processed metal alloy foam 900. have. The laminate 60 is a structure in which a metal alloy foam 600, a lithium foil 700, and a protective film 800 are laminated, in detail, a metal alloy foam 600, a lithium foil 700 on the upper and lower portions thereof, and an upper protection It may mean a structure in which the film 820 is laminated.

한편, 마찬가지로 제2 필름 롤러(320)를 통과하면서 표면(상하부면)의 보호 필름(800)이 권취되어 제거될 수 있다.Meanwhile, while passing through the second film roller 320, the protective film 800 on the surface (upper and lower surfaces) may be wound up and removed.

이하, 도 7의 실시예에 따른 리튬 음극 제조 장치(1000-1)에 의한 리튬 음극 제조 방법에 관하여 설명한다. 상기 방법은 후술하는 단계들을 포함할 수 있다. 생략된 설명은 전술한 실시예와 동일한 내용이 적용될 수 있다.Hereinafter, a method of manufacturing a lithium anode by the lithium anode manufacturing apparatus 1000-1 according to the embodiment of FIG. 7 will be described. The method may include the steps described below. In the omitted description, the same contents as those of the above-described embodiment may be applied.

먼저, 지지 롤러(110)를 이용하여 금속 합금 폼(600)이 판재 형태로 이송 수단에 제공될 수 있다. 이때 이송 수단은 전술한 바와 같이 최외측의 제1 필름 롤러(310)에 의해 제공되는 하부 보호 필름(810)일 수 있다. 지지 롤러(110)는 전술한 제1 롤러(100)에 대응하는 구성요소일 수 있다. First, the metal alloy foam 600 may be provided to the conveying means in the form of a plate using the support roller 110. At this time, the conveying means may be a lower protective film 810 provided by the outermost first film roller 310 as described above. The support roller 110 may be a component corresponding to the first roller 100 described above.

이후, 이송 수단으로서 동작하는 하부 보호 필름(810)의 이동에 따라 상기 금속 합금 폼(600) 상에 상온의 리튬 포일(700)이 판재 형태로 제공될 수 있다. 하부 보호 필름(810) 상에 금속 합금 폼(600)이 판재 형태로 제공되기 전에 하부 리튬 포일(700)이 먼저 제공되고 그 위에 금속 합금 폼(600)이 제공된 후, 다시 상부 리튬 포일(700)이 판재 형태로 제공될 수 있다.Thereafter, the lithium foil 700 at room temperature may be provided in the form of a plate on the metal alloy foam 600 according to the movement of the lower protective film 810 operating as a conveying means. Before the metal alloy foam 600 is provided on the lower protective film 810 in the form of a plate, the lower lithium foil 700 is first provided, and after the metal alloy foam 600 is provided thereon, the upper lithium foil 700 is again provided. It can be provided in the form of this plate.

이후, 프레스 롤러(400)를 이용하여 리튬의 용융 온도 이하의 제1 온도에서 상기 금속 합금 폼(600)에 리튬을 가압하여 상기 금속 합금 폼(600) 내로 상기 리튬을 장입시킬 수 있다. 이때 리튬의 장입은 금속 합금 폼(600)의 상부 및/또는 하부의 리튬 포일(700)의 가압 공정을 통해 수행될 수 있다. 리튬을 장입시키는 제1 온도는 80 ℃ 내지 120 ℃일 수 있다.Thereafter, the lithium may be charged into the metal alloy foam 600 by pressing lithium on the metal alloy foam 600 at a first temperature equal to or lower than the melting temperature of lithium using a press roller 400. In this case, charging of lithium may be performed through a pressing process of the lithium foil 700 on the upper and/or lower portion of the metal alloy foam 600. The first temperature at which lithium is charged may be 80° C. to 120° C.

상기 리튬 포일(700)이 판재 형태로 제공되는 단계 이후에, 이송 수단(810)의 이동에 따라 금속 합금 폼(600)이 중간의 제1 필름 롤러(310)를 통과하여 금속 합금 폼(600)에 상기 중간의 제1 필름 롤러(310)에 감겨 있는 보호 필름(820)이 제공될 수 있다. 이때 상기 금속 합금 폼(600)은 더 구체적으로는 상부 및/또는 하부에 리튬 포일(700)이 적층된 상태이고, 보호 필름은 상부 보호 필름(820)을 의미할 수 있다. 보호 필름(810, 820)은 상기 프레스 롤러(400)에 리튬이 묻어나는 것을 방지하는 고분자를 포함할 수 있다.After the step of providing the lithium foil 700 in the form of a plate, the metal alloy foam 600 passes through the first film roller 310 in the middle according to the movement of the transfer means 810 and the metal alloy foam 600 A protective film 820 wound around the first film roller 310 in the middle may be provided. In this case, the metal alloy foam 600 is more specifically in a state in which a lithium foil 700 is stacked on an upper and/or lower portion, and the protective film may mean an upper protective film 820. The protective films 810 and 820 may include a polymer that prevents lithium from being adhered to the press roller 400.

상기 리튬을 장입시키는 단계에서 상기 제1 온도가 70 ℃ 내지 80 ℃인 경우, 아르곤(Ar) 분위기 하에 상기 리튬이 장입될 수 있다.In the step of charging lithium, when the first temperature is 70° C. to 80° C., the lithium may be charged under an argon (Ar) atmosphere.

이하, 도 8을 사용하여 본 발명의 가압 공정을 이용한 리튬 장입 단계에 있어서 제1 온도의 제어에 관하여 설명한다. 도 8은 산화된 금속 합금 폼을 가열된 롤러로 리튬을 장입시킬 경우 발생되는 발열거동과 이에 따른 리튬의 질화된 결과를 보여주는 도면이다.Hereinafter, the control of the first temperature in the lithium charging step using the pressurization process of the present invention will be described with reference to FIG. 8. 8 is a view showing a heat generation behavior generated when lithium is charged by a heated roller in an oxidized metal alloy foam and a result of nitridation of lithium accordingly.

제1 온도는 리튬의 용융 온도 이하로서, 일 예로 약 80 ℃ 내지 약 120 ℃일 수 있다. 실시예에 따라서, 제1 온도는 약 70 ℃ 내지 약 80 ℃일 수 있고, 이때 아르곤(Ar) 분위기 조성이 필요함은 전술한 바와 같다. 이때 아르곤 분위기의 조성은 산화 처리된 금속 합금 폼에 대해 본 발명의 공정을 수행하는 경우 후술하는 질화 및 부품 손상을 방지하기 위해 필요할 수 있다. 실시예에 따라서, 산화처리된 금속 합금 폼을 사용하지만, 프레스 롤러(400)를 따로 예열/가열하지 않고 상온에서 리튬의 장입을 실시하는 경우에는 아르곤 분위기를 조성하지 않을 수 있다.The first temperature is less than or equal to the melting temperature of lithium, and may be, for example, about 80° C. to about 120° C. Depending on the embodiment, the first temperature may be from about 70° C. to about 80° C., and it is as described above that an argon (Ar) atmosphere composition is required. At this time, the composition of the argon atmosphere may be necessary to prevent nitriding and damage to parts described later when performing the process of the present invention on the oxidized metal alloy foam. Depending on the embodiment, an oxidized metal alloy foam is used, but when lithium is charged at room temperature without preheating/heating the press roller 400 separately, an argon atmosphere may not be created.

도 8의 (a)는 약 70 ℃의 제1 온도에서 산화 처리된 금속 합금 폼에 가압하여 리튬이 장입된 상태의 사진이다. 리튬을 장입시키는 경우 리튬의 유동성을 높이기 위해 프레스 롤러(400)를 예열시켜 장입을 실시하지만, 산화 처리된 금속 합금 폼을 약 70 ℃ 내지 약 80 ℃의 제1 온도로 예열시키는 경우 리튬의 장입 후 하기의 [화학식 1]과 같은 발열 반응이 일어날 수 있다. 8A is a photograph of a state in which lithium is charged by pressing the metal alloy foam subjected to oxidation treatment at a first temperature of about 70°C. When lithium is charged, the press roller 400 is preheated to increase the fluidity of lithium. However, when the oxidized metal alloy foam is preheated to a first temperature of about 70° C. to about 80° C., after charging of lithium An exothermic reaction such as the following [Chemical Formula 1] may occur.

[화학식 1][Formula 1]

2Li + NiO → Li2O + Ni (-50.8 * 109 * t (J/m2)) (t는 산화막의 두께: mm)2Li + NiO → Li 2 O + Ni (-50.8 * 10 9 * t (J/m 2 )) (t is the thickness of the oxide film: mm)

상기 [화학식 1]의 반응이 일어나면 도 8의 (d)와 같이 리튬의 질화가 발생하거나 발열이 심할 경우 부품의 손상이 발생될 수 있다. 도 8의 (b)는 (a)의 산화된 금속 합금 폼이 예열된 프레스 롤러(400)를 통과한 후 합금 폼 내의 리튬이 상기 [화학식 1]의 반응에 따라 발열이 일어날 때의 표면을 직접 적외선 카메라로 촬영한 사진이다. 도 8의 (c)는 도 8의 (b)의 상태에 대하여 금속 합금 폼의 표면에 리튬이 장입되지 않은 메탈폼을 덮은 채로 적외선 카메라로 촬영한 사진이다. (b)와 같이 발열 상태인 금속 합금 폼을 직접 촬영하는 경우 표면 반사 등으로 인하여 적외선 촬영 사진 상으로 발열 양상을 확인하기 어려울 수 있다. 이에, (c)와 같이 전술한 도 2(a)와 같은 메탈 장입 전 메탈폼을 덮어 적외선 촬영을 하였다. When the reaction of [Chemical Formula 1] occurs, as shown in (d) of FIG. 8, if lithium is nitrided or heat generation is severe, damage to parts may occur. Figure 8 (b) shows the surface when the oxidized metal alloy foam of (a) passes through the preheated press roller 400 and then the lithium in the alloy foam generates heat according to the reaction of [Chemical Formula 1]. This is a picture taken with an infrared camera. FIG. 8(c) is a photograph taken with an infrared camera while covering the surface of the metal alloy foam with the metal foam not charged with lithium in the state of FIG. 8(b). In the case of directly photographing a metal alloy foam in a heating state as shown in (b), it may be difficult to confirm the heating pattern on an infrared photograph due to surface reflection or the like. Accordingly, as shown in (c), infrared photographing was performed by covering the metal foam before loading the metal as shown in FIG. 2(a).

도 8의 (d)는 리튬 장입된 금속 합금 폼에서 약 40 분 간 발열이 일어나며 이때 최대 온도는 약 140 ℃까지 발열되는 상태의 사진이며, 최종적으로 상기 [화학식 1]과 같은 발열 반응으로 인해 금속 합금 폼의 표면이 검게 질화된 것을 확인할 수 있다.(D) of FIG. 8 is a photograph of a state in which heat is generated for about 40 minutes in a lithium-loaded metal alloy foam, and at this time, the maximum temperature is about 140° C. It can be seen that the surface of the alloy foam is blackened.

따라서, 산화 처리된 금속 합금 폼을 프레스 롤러(400)가 약 70℃ 내지 80℃의 제1 온도로 가열된 상태에서 리튬을 장입시키는 경우 바람직하게는 아르곤 분위기 하에 리튬 장입을 실시할 수 있다. 상기 아르곤 분위기는 아르곤 분위기로 밀폐되거나 리튬 장입 및 장입 후 냉각되는 과정 동안 아르곤 퍼징이 되는 환경을 의미할 수 있다. 이와 같이 아르곤 분위기 하에 예열된 프레스 롤러(400)를 이용하여 리튬을 장입시킬 경우, 장입 이후 상기 [화학식 1]과 같은 발열이 약 30분 내지 약 1시간 이내에 발생될 수 있고, 아르곤 분위기를 조성하였으므로 도 8의 (d)와 같은 질화 현상은 방지할 수 있다. 이러한 발열과정을 통해 리튬이 산화 처리 금속 합금 폼과 반응을 하면서 리튬이 금속 합금 폼 내의 기공과 표면에 치밀하게 장입되는 효과를 나타낼 수 있다.Therefore, when the oxidized metal alloy foam is charged with lithium while the press roller 400 is heated to a first temperature of about 70° C. to 80° C., lithium charging may be performed under an argon atmosphere. The argon atmosphere may mean an environment in which argon is purged during the process of being sealed with an argon atmosphere or charging and cooling after charging. In the case of charging lithium using the press roller 400 preheated under an argon atmosphere, heat as shown in [Chemical Formula 1] may occur within about 30 minutes to about 1 hour after charging, and an argon atmosphere was created. The nitriding phenomenon as shown in (d) of FIG. 8 can be prevented. Through this exothermic process, lithium reacts with the oxidation-treated metal alloy foam, and lithium is densely charged into the pores and surfaces in the metal alloy foam.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 음극 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 본 발명의 리튬 음극 제조 방법은 후술하는 단계들을 포함할 수 있다. 전술한 도 5 및 도 6을 함께 참조하여 설명한다.9 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a lithium anode according to an embodiment of the present invention. The method of manufacturing a lithium negative electrode of the present invention may include the steps described below. It will be described with reference to FIGS. 5 and 6 described above.

먼저 제1 롤러(100)에 감겨 있던 금속 합금 폼(600)이 이송 수단(10)에 제공될 수 있다(S100).First, the metal alloy foam 600 wound around the first roller 100 may be provided to the transfer means 10 (S100).

이후, 제2 롤러(200)를 이용하여 금속 합금 폼(600) 상에 리튬 포일(700)이 제공될 수 있다(S200). 구체적으로, 상기 이송 수단(10)의 이동에 따라 상기 금속 합금 폼(600)이 제2 롤러(200)를 통과하여 상기 금속 합금 폼(600)에 상기 제2 롤러(200)에 감겨 있는 상온의 리튬 포일(700)이 제공될 수 있다(S200).Thereafter, the lithium foil 700 may be provided on the metal alloy foam 600 using the second roller 200 (S200). Specifically, as the transfer means 10 moves, the metal alloy foam 600 passes through the second roller 200 and is wound around the second roller 200 on the metal alloy foam 600 at room temperature. A lithium foil 700 may be provided (S200).

이후, 제1 필름 롤러(300)를 이용하여 리튬 포일(700)이 제공된 금속 합금 폼(600) 상에 보호 필름(800)이 제공될 수 있다. 구체적으로, 이송 수단(10)의 이동에 따라 상기 금속 합금 폼(600)이 제1 필름 롤러(310)를 통과하여 상기 금속 합금 폼(600)에 상기 제1 필름 롤러(310)에 감겨 있는 보호 필름(800)이 제공될 수 있다. 이때, 상기 보호 필름(800)은 상기 프레스 롤러(400)에 리튬이 묻어나는 것을 방지할 수 있도록 고분자를 포함할 수 있다.Thereafter, the protective film 800 may be provided on the metal alloy foam 600 provided with the lithium foil 700 using the first film roller 300. Specifically, the metal alloy foam 600 passes through the first film roller 310 according to the movement of the transfer means 10 to protect the metal alloy foam 600 wound around the first film roller 310 A film 800 may be provided. In this case, the protective film 800 may include a polymer to prevent lithium from being adhered to the press roller 400.

이후, 프레스 롤러(400)를 이용하여 리튬의 용융 온도 이하의 제1 온도에서 상기 금속 합금 폼(600)에 리튬을 가압하여 상기 금속 합금 폼(600) 내로 리튬을 장입시킬 수 있다(S400). 이때, 상기 제1 온도는 80 ℃ 내지 120 ℃일 수 있다. 실시예에 따라서, 제1 온도는 70 ℃ 내지 80 ℃일 수 있고, 이 경우 금속 합금 폼은 산화 처리된 것일 수 있고 아르곤(Ar) 분위기 하에 상기 S400 단계가 수행될 수 있다.Then, lithium may be charged into the metal alloy foam 600 by pressing lithium on the metal alloy foam 600 at a first temperature equal to or lower than the melting temperature of lithium using the press roller 400 (S400). In this case, the first temperature may be 80 ℃ to 120 ℃. Depending on the embodiment, the first temperature may be 70 ℃ to 80 ℃, in this case, the metal alloy foam may be oxidized, and the step S400 may be performed under an argon (Ar) atmosphere.

S400 단계에서는 프레스 롤러(400)를 이용하여 리튬이 장입된 금속 합금 폼(900)을 가압하여 소정의 두께로 가공할 수 있다.In step S400, the metal alloy foam 900 loaded with lithium may be pressed using a press roller 400 to have a predetermined thickness.

이후, 제2 필름 롤러(320)를 이용하여 가공된 금속 합금 폼(900) 상에 제공되어 있는 보호 필름(800)을 권취하여 제거할 수 있다(S500). Thereafter, the protective film 800 provided on the processed metal alloy foam 900 using the second film roller 320 may be wound and removed (S500).

이후, 제3 롤러(500)를 이용하여 리튬이 장입된 금속 합금 폼(900)을 권취하여 회수할 수 있다(S600). 이와 같이 최종적으로 리튬이 장입된 금속 합금 폼은 다시 롤러에 감겨서 완성된 형태로 보관될 수 있다. 그러나 도 7의 다른 실시예에서 설명한 바와 같이 최종적으로 완성된 금속 합금 폼은 판재 형태로 제조되어 보관될 수도 있다.Thereafter, the metal alloy foam 900 loaded with lithium may be wound and recovered using the third roller 500 (S600). In this way, the metal alloy foam into which lithium is finally charged may be wound on a roller again and stored in a finished form. However, as described in another embodiment of FIG. 7, the finally completed metal alloy foam may be manufactured and stored in the form of a plate.

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 use or practice the present invention. Various modifications to these embodiments will be apparent to those of ordinary skill in the art, and general principles defined herein can be applied to other embodiments without departing from the scope of the present invention. Thus, the present invention is not to be limited to the embodiments presented herein, but is to be construed in the widest scope consistent with the principles and novel features presented herein.

1000, 1000-1: 리튬 음극 제조 장치
100: 제1 롤러
200: 제2 롤러
300: 필름 롤러
310: 제1 필름 롤러
320: 제2 필름 롤러
400: 프레스 롤러
410: 가압부
500: 제3 롤러
140: 전지 셀
142: 양극 집전체
144: 양극
145: 전해질층
146: 음극
147: 음극 집전체
1000, 1000-1: lithium anode manufacturing apparatus
100: first roller
200: second roller
300: film roller
310: first film roller
320: second film roller
400: press roller
410: pressurization part
500: third roller
140: battery cell
142: positive electrode current collector
144: anode
145: electrolyte layer
146: cathode
147: negative electrode current collector

Claims (17)

제1 롤러에 감겨 있던 금속 합금 폼이 이송 수단에 제공되는 단계;
상기 이송 수단의 이동에 따라 상기 금속 합금 폼이 제2 롤러를 통과하여 상기 금속 합금 폼에 상기 제2 롤러에 감겨 있는 상온의 리튬 포일이 제공되는 단계; 및
프레스 롤러를 이용하여 리튬의 용융 온도 이하의 제1 온도에서 상기 금속 합금 폼에 리튬을 가압하여 상기 금속 합금 폼 내로 상기 리튬을 장입시키는 단계;를 포함하는, 리튬 음극 제조 방법.
Providing the metal alloy foam wound around the first roller to the conveying means;
Providing a room temperature lithium foil wound around the second roller on the metal alloy foam by passing the metal alloy foam through a second roller according to the movement of the conveying means; And
Containing, lithium negative electrode manufacturing method comprising: pressing lithium into the metal alloy foam by pressing lithium at a first temperature equal to or less than the melting temperature of lithium using a press roller.
제1항에 있어서,
상기 리튬을 장입시키는 단계에서 상기 제1 온도는 80 ℃ 내지 120 ℃인, 리튬 음극 제조 방법.
The method of claim 1,
In the step of charging the lithium, the first temperature is 80° C. to 120° C., a method of manufacturing a lithium negative electrode.
제1항에 있어서,
상기 리튬 포일이 제공되는 단계 이후에,
상기 이송 수단의 이동에 따라 상기 금속 합금 폼이 제1 필름 롤러를 통과하여 상기 금속 합금 폼에 상기 제1 필름 롤러에 감겨 있는 보호 필름이 제공되는 단계;를 더 포함하고,
상기 보호 필름은 상기 프레스 롤러에 상기 리튬이 묻어나는 것을 방지하는 고분자를 포함하는, 리튬 음극 제조 방법.
The method of claim 1,
After the step of providing the lithium foil,
In accordance with the movement of the conveying means, the metal alloy foam is passed through the first film roller to provide a protective film wound around the first film roller on the metal alloy foam.
The protective film includes a polymer that prevents the lithium from being deposited on the press roller, a method of manufacturing a lithium negative electrode.
제1항에 있어서,
상기 리튬을 장입시키는 단계에서,
상기 프레스 롤러를 이용하여 상기 리튬이 장입된 금속 합금 폼을 가압하여 소정의 두께로 가공하는 단계;를 더 포함하는, 리튬 음극 제조 방법.
The method of claim 1,
In the step of charging the lithium,
Comprising the step of pressing the metal alloy foam charged with lithium using the press roller to a predetermined thickness; further comprising, a lithium anode manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 리튬을 장입시키는 단계에서 상기 제1 온도가 70 ℃ 내지 80 ℃인 경우, 아르곤(Ar) 분위기 하에 상기 리튬이 장입되는, 리튬 음극 제조 방법.
The method of claim 1,
In the step of charging lithium, when the first temperature is 70 to 80° C., the lithium is charged under an argon (Ar) atmosphere.
제1항에 있어서,
제3 롤러를 이용하여 상기 리튬이 장입된 금속 합금 폼을 권취하여 회수하는 단계;를 더 포함하는, 리튬 음극 제조 방법.
The method of claim 1,
The method of manufacturing a lithium negative electrode further comprising; winding and recovering the lithium-loaded metal alloy foam using a third roller.
지지 롤러를 이용하여 금속 합금 폼이 판재 형태로 이송 수단에 제공되는 단계;
상기 이송 수단의 이동에 따라 상기 금속 합금 폼 상에 상온의 리튬 포일이 판재 형태로 제공되는 단계; 및
프레스 롤러를 이용하여 리튬의 용융 온도 이하의 제1 온도에서 상기 금속 합금 폼에 리튬을 가압하여 상기 금속 합금 폼 내로 상기 리튬을 장입시키는 단계;를 포함하는, 리튬 음극 제조 방법.
Providing a metal alloy foam to the conveying means in the form of a plate using a support roller;
Providing a lithium foil at room temperature on the metal alloy foam in the form of a plate according to the movement of the transfer means; And
Containing, lithium negative electrode manufacturing method comprising: pressing lithium into the metal alloy foam by pressing lithium at a first temperature equal to or less than the melting temperature of lithium using a press roller.
제7항에 있어서,
상기 리튬을 장입시키는 단계에서 상기 제1 온도는 80 ℃ 내지 120 ℃인, 리튬 음극 제조 방법.
The method of claim 7,
In the step of charging the lithium, the first temperature is 80° C. to 120° C., a method of manufacturing a lithium negative electrode.
제7항에 있어서,
상기 리튬 포일이 판재 형태로 제공되는 단계 이후에,
상기 이송 수단의 이동에 따라 상기 금속 합금 폼이 제1 필름 롤러를 통과하여 상기 금속 합금 폼에 상기 제1 필름 롤러에 감겨 있는 보호 필름이 제공되는 단계;를 더 포함하고,
상기 보호 필름은 상기 프레스 롤러에 상기 리튬이 묻어나는 것을 방지하는 고분자를 포함하는, 리튬 음극 제조 방법.
The method of claim 7,
After the step of providing the lithium foil in the form of a plate,
In accordance with the movement of the conveying means, the metal alloy foam is passed through the first film roller to provide a protective film wound around the first film roller on the metal alloy foam.
The protective film includes a polymer that prevents the lithium from being deposited on the press roller, a method of manufacturing a lithium negative electrode.
제7항에 있어서,
상기 리튬을 장입시키는 단계에서 상기 제1 온도가 70 ℃ 내지 80 ℃인 경우, 아르곤(Ar) 분위기 하에 상기 리튬이 장입되는, 리튬 음극 제조 방법.
The method of claim 7,
In the step of charging lithium, when the first temperature is 70 to 80° C., the lithium is charged under an argon (Ar) atmosphere.
회전함에 따라 감겨 있던 금속 합금 폼을 풀어서 이송 수단에 공급하는 제1 롤러;
상기 이송 수단의 이동에 따라 감겨 있던 상온의 리튬 포일을 상기 금속 합금 폼에 제공하는 제2 롤러; 및
리튬의 용융 온도 이하의 제1 온도에서 상기 금속 합금 폼에 리튬을 가압하여 상기 금속 합금 폼 내로 상기 리튬을 장입시키는 프레스 롤러;를 포함하는, 리튬 음극 제조 장치.
A first roller that unwinds the metal alloy foam wound as it rotates and supplies it to the conveying means;
A second roller for providing the metal alloy foam with a lithium foil wound at room temperature according to the movement of the conveying means; And
Containing, a lithium negative electrode manufacturing apparatus comprising; a press roller for charging the lithium into the metal alloy foam by pressing lithium at a first temperature equal to or less than the melting temperature of lithium.
제11항에 있어서,
상기 프레스 롤러는 상기 제1 온도가 80 ℃ 내지 120 ℃인 조건에서 상기 리튬을 장입시키는, 리튬 음극 제조 장치.
The method of claim 11,
The press roller charges the lithium under the condition that the first temperature is 80° C. to 120° C., a lithium negative electrode manufacturing apparatus.
제11항에 있어서,
상기 리튬 음극 제조 장치는,
상기 이송 수단의 이동에 따라 감겨 있던 보호 필름을 상기 금속 합금 폼에 제공하는 제1 필름 롤러;를 더 포함하고,
상기 보호 필름은 상기 프레스 롤러에 상기 리튬이 묻어나는 것을 방지하는 고분자를 포함하는, 리튬 음극 제조 장치.
The method of claim 11,
The lithium negative electrode manufacturing apparatus,
Further comprising a; a first film roller for providing the protective film wound in accordance with the movement of the transfer means to the metal alloy foam,
The protective film includes a polymer that prevents the lithium from being deposited on the press roller.
제11항에 있어서,
상기 리튬이 장입된 금속 합금 폼을 권취하여 회수하는 제3 롤러;를 더 포함하는, 리튬 음극 제조 장치.
The method of claim 11,
A third roller for recovering by winding the lithium-loaded metal alloy foam; further comprising, a lithium negative electrode manufacturing apparatus.
제13항에 있어서,
상기 제1 롤러, 상기 제2 롤러, 상기 제1 필름 롤러 및 프레스 롤러 중 적어도 하나의 직경은 16 cm 내지 30 cm인, 리튬 음극 제조 장치.
The method of claim 13,
At least one of the first roller, the second roller, the first film roller, and the press roller has a diameter of 16 cm to 30 cm.
제13항에 있어서,
상기 제1 롤러 및 상기 제2 롤러 중 적어도 하나의 회전 속도는 0.02 m/min 내지 2 m/min 인, 리튬 음극 제조 장치.
The method of claim 13,
At least one of the first roller and the second roller has a rotational speed of 0.02 m/min to 2 m/min.
제13항에 있어서,
상기 제1 필름 롤러 및 상기 프레스 롤러 중 적어도 하나의 회전 속도는 0.1 m/min 내지 2 m/min 인, 리튬 음극 제조 장치.
The method of claim 13,
The rotation speed of at least one of the first film roller and the press roller is 0.1 m/min to 2 m/min.
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