KR102270782B1 - 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 전지 - Google Patents

광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법을 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 기판 상에 양극용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 양극을 형성하는 단계; 상기 양극 상에 고체 전해질용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 고체 전해질을 형성하는 단계; 및 상기 고체 전해질 상에 음극용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 음극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 양극을 형성하는 단계, 상기 고체 전해질을 형성하는 단계 및 상기 음극을 형성하는 단계 중 적어도 어느 하나의 단계는 광소결 공정에 의해 소결되는 것을 특징으로 한다.

Description

광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 전지{FORMING METHOD FOR BATTERY USING FOR LIGHT SINTERING AND BATTERY MANUFACTURED BY THE SAME}
본 발명은 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 광소결 공정을 이용하여 단시간에 효과적으로 제조된 고체 상태의 전극 또는 고체 전해질을 포함하는 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 전지에 관한 것이다.
리튬-이온 이차전지는 고운전 전압, 경량화, 소형화, 비메모리효과, 낮은 자가방전율, 긴 사이클 수명, 고에너지 밀도 등의 이점을 가지고, 모바일폰, 노트북 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 및 기타 모바일 단말기에서 널리 사용된다. 최근 몇 년간, 환경 보호의 견지에서, 정부 및 자동차 제조사의 홍보 하에 전기차가 급속도로 개발되었고, 리튬 이온 전지는 그 우수한 성능 덕분에 차세대 전기차의 이상적인 전원이 되었다.
리튬 이온 이차전지는 양극, 전해질 및 음극을 포함하고, 리튬 이온 이차전기에 사용되는 전극(양극 및/또는 음극) 또는 고체 전해질은 소결 공정에 의해 제조되며, 일반적으로, 전극(양극 및/또는 음극) 또는 고체 전해질은 열소결 공정, 레이저 소결 공정 및 마이크로 웨이브 소결 공정을 사용하여 제조되었다.
그러나, 열처리 공정은 승온, 열처리 및 냉각과 같은 다양한 공정이 진행되기 때문에, 공정 시간이 매우 길다는 단점이 있고, 고온의 환경에 공정이 진행되기 때문에 기판 선택에 제약이 따른다.
그러나, 급속열처리공정(RTA, rapid thermal annealing)은 승온을 매우 빠른 시간 내에 진행하여 일반 열처리 공정에 비해 공정 시간이 짧아지기는 하나, 여전히 냉각을 자연 냉각에 의존하기 때문에 냉각 시간이 오래 걸리고, 잔류 열응력에 의해 리튬 이온 이차전지를 형성하기 위한 재료 파괴와 같은 문제가 있다.
더욱이, 리튬 이온 이차전지의 컴포넌트 중 리튬을 포함하는 재질의 경우, 고온 환경에 오래 노출되면 리튬이 증발(evaporation)되는 문제가 있다.
그 외, 레이저 소결 공정은 적용 면적이 협소하다는 단점이 있고, 마이크로 웨이브 소결 공정은 소결 깊이(depth)가 얕으며 기판 선택에 제약이 있다는 단점이 있다.
따라서, 리튬-이온 이차전지를 제조하기 위한 소결 공정에 대한 연구가 필요하다.
대한민국공개특허 제10-2017-0090449호, "리튬이온 배터리 애노드용 물질 및 방법" 대한민국공개특허 제10-2018-0029254호, "충전식 고체 리튬 이온 배터리용 캐소드 재료"
본 발명의 실시예의 목적은 광소결 공정을 이용하여 고체 상태의 전극(양극 또는 음극) 또는 고체 전해질을 단시간에 효과적으로 제조하기 위한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 실시예의 목적은 광소결 공정을 통해 전극 또는 고체 전해질을 제조함으로써, 열소결 공정을 통해 제작되는 전극 또는 고체 전해질 대비 매우 단시간 내에 제조하고, 전극 또는 고체 전해질을 제조하기 위한 물질이 고온 환경에 장시간 노출되었을 때 발생할 수 있는 다양한 문제점(예; 기판 파괴, 잔류 열응력에 의한 내구도 감소 등)을 개선하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예는 리튬 이온 배터리의 경우 광소결 공정 시간이 매우 짧아 리튬이 거의 기상화되지 않아 재료 손실을 효과적으로 줄일 수 있는 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따르면 광소결 공정 시간이 매우 짧아 전극과 고체 전해질 간의 상호 간 원소 확산을 방지할 수 있는 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 기판 상에 양극용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 양극을 형성하는 단계; 상기 양극 상에 고체 전해질용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 고체 전해질을 형성하는 단계; 및 상기 고체 전해질 상에 음극용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 음극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 양극을 형성하는 단계, 상기 고체 전해질을 형성하는 단계 및 상기 음극을 형성하는 단계 중 적어도 어느 하나의 단계는 광소결 공정에 의해 소결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법에 따르면, 상기 광소결 공정은 0.1초 내지 10초 동안 진행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법에 따르면, 상기 양극용 페이스트 및 상기 음극용 페이스트에 대한 광소결 공정은 300℃ 내지 600℃에서 진행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법에 따르면, 상기 고체 전해질용 페이스트에 대한 광소결 공정은 500℃ 내지 600℃에서 진행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법에 따르면, 상기 양극용 페이스트 및 상기 음극용 페이스트에 대한 광소결 공정의 광 에너지는 70J 내지 100J일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법에 따르면, 상기 고체 전해질용 페이스트에 대한 광소결 공정의 광 에너지는 90J 내지 130J일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지는 기판 상에 양극용 페이스트를 이용하여 형성된 양극; 상기 양극 상에 고체 전해질용 페이스트를 이용하여 형성된 고체 전해질; 및 상기 고체 전해질 상에 음극용 페이스트를 이용하여 형성된 음극을 포함하고, 상기 양극, 상기 고체 전해질 및 상기 음극 중 적어도 어느 하나는 광소결 공정에 의해 소결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지에 따르면, 상기 양극용 페이스트는 LiCoO2, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiV3O8, LiFePO4, LiMnPO4, LiCoPO4 및 Li3V2(PO4)3 중 적어도 어느 하나를 포함하는 양극 활물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지에 따르면, 상기 고체 전해질용 페이스트는 산화물(oxide) 계열의 물질 및 설파이드(sulfide) 계열의 물질 중 적어도 어느 하나를 포함하는 고체 리튬-전도성(lithium-conductive) 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지에 따르면, 상기 산화물 계열의 물질은 Li-La-Ti-O 또는 Li-La-Zr-O를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지에 따르면, 상기 설파이드 계열의 물질은 Li2S-P2S5을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지에 따르면, 상기 음극용 페이스트는 탄소(carbon) 계열의 물질 또는 티타늄 산화물 계열의 물질을 포함하는 인터칼레이션/디인터칼레이션 타입 물질; Si, Ge, Sn, Sb 및 SnO2 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함하는 얼로이/디-얼로이 타입 물질; 및 Fe2O3, Co3O4, MnxOy 및 NiO 중 적어도 어느 하나의 금속 산화물 계열 물질을 포함하는 전환 타입 물질 중 적어도 어느 하나를 포함하는 음극 활물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 광소결 공정을 이용하여 고체 상태의 전극 또는 고체 전해질을 단시간에 효과적으로 제조할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따르면 광소결 공정을 통해 전극 또는 고체 전해질을 제조함으로써, 열소결 공정을 통해 제작되는 전극 또는 고체 전해질 대비 매우 단시간 내에 제조하고, 전극 또는 고체 전해질을 제조하기 위한 물질이 고온 환경에 장시간 노출되었을 때 발생할 수 있는 다양한 문제점(예; 기판 파괴, 잔류 열응력에 의한 내구도 감소 등)을 개선할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 리튬 이온 배터리의 경우 광소결 공정 시간이 매우 짧아 리튬이 거의 기상화되지 않아 재료 손실을 효과적으로 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 광소결 공정 시간이 매우 짧아 전극과 고체 전해질 간의 상호 간 원소 확산을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지의 구조를 도시한 단면도이다.
도 3은 광소결 공정 장치를 도시한 개략도이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예를 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
한편, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되지 않는다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법으로 제조된 전지는 리튬 이온 배터리, 리튬-황 배터리 또는 리튬-공기 배터리과 같은 이차 전지, 일차전지 및 고체산화물연료전지(SOFC) 중 적어도 어느 하나일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 전극, 고체 전해질, 리튬 이온 전도성 고체 전해질, 리튬을 포함하는 고체 전극 및 리튬을 포함하는 고체 전해질 중 적어도 어느 하나에 적용될 수 있고, 더 나아가, 다양한 이차 전지의 컴포넌트 분야에 적용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 초단시간 소결 공정을 통해 고효율 전지(battery)를 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법이 다양한 전지의 컴포넌트 분야에 적용되는 경우, 양극, 고체 전해질 및 음극을 소결시키기 위한 방법은 동일하게 광소결 공정이 사용되나, 양극, 고체 전해질 및 음극의 물질이 달라질 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법을 통하여 리튬 이온 배터리를 제조할 수 있다. 이하에서는, 리튬 이온 배터리를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법을 설명하나, 이에 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 기판 상에 양극용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 양극을 형성하는 단계(S110), 양극 상에 고체 전해질용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 고체 전해질을 제조하는 단계(S120) 및 고체 전해질 상에 음극용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 음극을 제조하는 단계(S130)를 포함한다.
또한, 양극을 형성하는 단계(S110), 고체 전해질을 제조하는 단계(S120) 및 음극을 제조하는 단계(S130) 중 적어도 어느 하나의 단계는 광소결 공정에 의해 소결되는 과정을 수행한다.
상기 단계 S110 내지 단계 S130을 설명하기에 앞서 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법에서 수행되는 광소결 공정에 대한 설명을 다루도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 빛을 발생시키는 램프에 강한 전압을 펄스로 인가함에 따라 순간적으로 강한 빛이 발생하고, 이 빛은 전극(양극 또는 음극) 또는 고체 전해질에 도달하여 에너지를 공급하게 되고 이를 통해 광소결 공정이 이루어질 수 있다.
또한, 광소결 공정은 매우 순간적으로 이루어지기 때문에 그 공정소요시간이 매우 짧은 장점이 있고, 상온 상압의 일반적인 환경에서 공정이 가능하기 때문에 공정비용을 감소시킬 수 있다.
이와 더불어, 광소결 공정은 적용 면적을 손쉽게 조절할 수 있어 국부적으로 혹은 대면적(넓은 영역 전반)에 걸쳐 소결이 가능하고, 강한 광 에너지를 이용하기 때문에 에너지 조절을 통해 얇은 두께의 시료부터 두꺼운 두께의 시료까지 전반적인 소결능을 나타낼 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 특히 리튬 이온 배터리의 컴포넌트 제작에 있어 광소결 공정을 도입함으로써, 고온 소결 환경 및 기타 소결 기술 적용 시 발생할 수 있는 문제점을 효과적으로 억제함과 동시에 그 소결 시간이 굉장히 큰 폭으로 단축됨에 따라 배터리의 성능 개선 뿐만 아니라 생산성 증대에도 큰 효과를 얻을 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 광소결 공정을 이용하여 리튬 이온 배터리의 고체 전극(양극 또는 음극) 및 고체 전해질을 제조할 수 있다.
예를 들면, LiCoO2 과 같은 리튬 이온 배터리의 전극과 Li-La-Ti-O, Li-La-Zr-O 또는 Li-Ge-P-S 과 같은 리튬 이온 전도성 고체 전해질의 경우, Li을 포함하고 있는 경우가 많은데, Li은 매우 불안정한 물질로 녹는점이 매우 낮아 고온 환경에 장시간 노출 시 기상화(vaporization)되어 재료의 손실이 많다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 광소결 공정을 이용하여, 상온 상압 하에서 이루어지는 공정이 진행되고, 공정시간이 매우 짧아 Li의 손실을 획기적으로 감소시킬 수 있다.
또한, 종래의 경우, 전극(양극 및 음극)과 고체 전해질을 제조하는 공정 과정에서 상호간 원소의 확산에 의해 문제(예; LLZO 고체 전해질과 LiCoO2 전극 간 La-Co 상호 확산(co-diffusion)에 의한 계면(interface) 형성 및 저항 증가)가 발생되나, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 광소결 공정을 도입함으로써, 공정 시간을 단축시켜 상호간 원소의 확산에 의한 문제를 해소할 수 있다.
또한, 열소결 공정과 같은 종래의 소결 방법을 이용한 합성 방법은 제조 시간이 길고 공정 온도가 높아 비경제적인 문제가 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 광소결 공정을 도입하여 공정 시간을 단축시키고, 상온 상압 하에서 공정이 진행되어 열소결에 의한 문제점을 해소할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조방법에 대해 자세히 다루도록 한다.
먼저, 단계 S110은 기판 상에 양극용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 양극을 형성한다.
실시예에 따라서, 상기 기판은 실리콘 기판, 유리 기판, 세라믹 기판, 고분자 기판 또는 금속 기판 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 고분자 기판은 실시예에 따라서, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (polyethylene naphthalate, PEN), 폴리카보네이트 (polycarbonate, PC), 폴리프로필렌 (polypropylene, PP), 폴리이미드 (polyimide, PI) 및 트리아세틸 셀룰로오스 (triacetylcellulose, TAC) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 금속 기판은 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 탈륨(Ta), 텅스텐(W) 및 스테인레스 스틸(Stainless steel) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 기판은 전도성 기판 또는 비 전도성 기판이 사용될 수 있다.
상기 기판이 금속 기판과 같은 전도성 기판일 경우 전도성을 나타내므로 상기 기판은 양극으로 사용될 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 기판은 고분자 기판과 같이 플렉서블(flexible)할 수 있으며, 또는 실질적으로 논-플렉서블(non-flexible)일 수 있다.
상기 양극용 페이스트는 양극 활물질, 바인더 및 유기 용매를 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 양극용 페이스트에 포함되는 양극 활물질은 Li을 포함하는 양극 활물질을 포함할 수 있고, 구체적으로 상기 양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiV3O8, LiFePO4, LiMnPO4, LiCoPO4 및 Li3V2(PO4)3 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 양극 활물질은 전이금속을 포함할 수 있으며, 예를 들어 란타늄(La), 스트론튬(Sr), 코발트(Co), 망간(Mn)과 같은 전이금속 원소를 포함하는 화합물일 수 있다.
상기 단계 S110에서 양극용 페이스트는 진공 공정 또는 비진공 공정으로 상기 기판 상에 도포될 수 있다.
상기 비진공 공정은 딥 코팅(dip coating), 스핀 코팅(spin coating), 스크린 프린팅(screen printing), 레이저 블레이드 코팅(razor blade coating), 스프레이 코팅(spray coating) 및 정전 스프레이 증착(electrostatic spray deposition) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 진공 공정은 증발(evaporation), 스퍼터링(sputtering), 펄스 레이저 증착(pulsed laser deposition), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition) 및 원자층 증착(atomic layer deposition) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
단계 S110는 광소결 공정 또는 열소결 공정에 의해 소결될 수 있으나, 바람직하게는 광소결 공정에 의해 소결될 수 있다.
상기 광소결 공정은 광소결 공정 장치를 사용하여 진행될 수 있으며, 광소결 공정 장치에 대해서는 도 2에서 설명하기로 한다.
상기 양극용 페이스트에 대한 광소결 공정은 상온에서 진행될 수 있으나, 실시예에 따라서 400℃에서 진행될 수 있다.
상기 양극용 페이스트에 대한 광소결 공정은 양극용 페이스트에 전이금속을 포함하는 양극 활물질이 포함되는 경우 300℃ 내지 600℃에서 진행될 수 있다.
상기 광소결 공정이 300℃ 미만에서 진행될 경우 상온에서의 진행과 유의미한 차이를 보여주지 못하는 문제점이 있다.
상기 광소결 공정이 600℃를 초과하여 진행될 경우 광소결 수행 시 강한 에너지를 견디지 못하고 막(양극)이 파괴되는 등의 현상이 일어나거나, 과도한 변성이 발생하는 과소결이 일어날 수 있다.
상기 광소결 공정은 일반적인 실험실 환경에 노출되어 공기 분위기 또는 상압 하에서 진행될 수 있다.
상기 광소결 공정은 커패시터, 컨트롤러 및 파워 서플라이 중 적어도 어느 하나에 의해 제어되어 광 에너지를 가변(조절)시킬 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 광소결 공정은 커패시터, 컨트롤러 및 파워 서플라이 중 적어도 어느 하나를 제어하여 펄스 수를 가변(조절)시킬 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 광소결 공정은 커패시터, 컨트롤러 및 파워 서플라이 중 적어도 어느 하나를 제어하여 펄스의 간격을 가변(조절)시킬 수 있다.
예를 들어, 전이금속을 포함하는 양극 활물질이 포함된 양극용 페이스트를 광소결할 시 광 에너지 70J 내지 100J, 펄스 수 5 내지 6, 펄스 당 광 조사 시간(on-time) 10ms, 펄스 간격(off-time) 10ms로 설정하여 광소결 공정을 진행할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 광소결 공정에서 광소결 대상 물질의 종류 또는 양극용 페이스트의 도포 방법에 따라 보다 높은 에너지를 필요로 하므로, 이때 펄스 간격은 200ms까지 확장될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 상기 양극용 페이스트의 광소결 공정 시간을 0.1초 내지 10초 수준으로 감소시킬 수 있다.
상기 광소결 공정 시간은 [펄스 시작 시간(pulse on time)(s) + 펄스 오프 시간(pulse off time)(s)]×펄스 수(pulse number)에 의해 산출될 수 있다.
상기 광소결 공정 시간에서 펄스 오프 타임이 길어지는 경우에는 광 에너지가 전달되는 간격이 넓어지게 되어 충분한 에너지가 전달되기 어렵다.
또한, 상기 광소결 공정 시간 중 펄스 수가 증가함에 따라 광소결 공정 시간이 증가하는 경우, 광소결 장비 구조 상 매우 많은 수의 펄스를 구성하기 어렵다.
펄스 시작 시간은 펄스 오프 시간에 비해 매우 짧게 구성하는 것이 일반적이다.
그러나, 펄스 시작 시간의 증가에 따른 광소결 공정 시간 증가에 있어서는 펄스 시작 시간이 과도하게 증가할 시, 순간적인 에너지 조사라는 광소결에 특성에 맞지 않는다.
따라서, 상기 광소결 공정은 0.1초 내지 10초 동안 진행될 수 있으며, 특히 0.1초의 광소결 공정 시간은 실험실에서 수행될 수 있는 광소결 공정 시간 중 가장 짧은 시간이다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 양극을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로써, 소결 시간을 매우 감소시켜 Li 원소의 증발(vaporization)에 의한 손실을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 양극을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로써, 양극을 형성하기 위한 물질의 결정성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 양극을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로 리튬 이온(Li ion)의 전도를 방해하는 결정립계 형성 및 발달을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 양극을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로써, 소결 시간을 매우 단축시켜, 리튬 이온의 전도를 방해하는 이차상 형성을 억제할 수 있다.
단계 S120은 상기 양극 상에 고체 전해질용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 고체 전해질을 형성한다.
상기 고체 전해질용 페이스트는 고체 전해질 물질, 바인더 및 유기 용매를 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 고체 전해질용 페이스트에 포함되는 고체 전해질 물질은 산화물(oxide) 계열의 물질 및 설파이드(sulfide) 계열의 물질 중 적어도 어느 하나를 포함하는 고체 리튬-전도성(lithium-conductive) 물질을 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 고체 전해질용 페이스트에 포함되는 산화물(oxide) 계열의 물질은 Li-La-Ti-O과 같은 페로브스카이트(perovskite) 및 NASICON, LISICON 또는 Li-La-Zr-O 과 같은 가넷(garnet) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 고체 전해질용 페이스트에 포함되는 설파이드(sulfide) 계열의 물질은 Li2S-P2S5을 포함할 수 있다.
단계 S120에서 상기 고체 전해질용 페이스트는 진공 공정 또는 비진공 공정으로 양극 상에 도포될 수 있다.
상기 비진공 공정은 딥 코팅(dip coating), 스핀 코팅(spin coating), 스크린 프린팅(screen printing), 레이저 블레이드 코팅(razor blade coating), 스프레이 코팅(spray coating) 및 정전 스프레이 증착(electrostatic spray deposition) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 진공 공정은 증발(evaporation), 스퍼터링(sputtering), 펄스 레이저 증착(pulsed laser deposition), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition) 및 원자층 증착(atomic layer deposition) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 단계 S120은 광소결 공정 또는 열소결 공정에 의해 소결될 수 있으나, 바람직하게는 광소결 공정에 의해 소결될 수 있다.
상기 광소결 공정은 광소결 공정 장치를 사용하여 진행될 수 있고, 상기 광소결 공정 장치는 상기 양극용 페이스트를 소결시키기 위한 광소결 공정 장치와 동일한 장치가 사용될 수 있다.
상기 고체 전해질용 페이스트에 대한 광소결 공정은 상온에서 진행될 수 있으며, 실시예에 따라서 상기 고체 전해질용 페이스트에 대한 광소결 공정은 400℃에서 진행될 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 고체 전해질용 페이스트에 대한 광소결 공정은 500℃ 내지 600℃에서 진행될 수 있다.
상기 고체 전해질용 페이스트의 경우 고밀도화(densification)가 필요하여 양극용 페이스트의 경우보다 상대적으로 고온 환경인 500℃ 내지 600℃에서 광소결 공정을 진행하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 단계 S120은 순간적인 에너지를 조사하는 것과 더불어, 상대적인 고온 환경에서 광소결 공정을 진행하는 것이 고체 전해질의 공극 제거, 크랙 발생 억제 및 고밀도화에 유리하다.
상기 광소결 공정은 일반적인 실험실 환경에 노출되어 공기 분위기 또는 상압 하에서 진행될 수 있다.
상기 광소결 공정은 커패시터, 컨트롤러 및 파워 서플라이 중 적어도 어느 하나에 의해 제어되어 광 에너지를 가변(조절)시킬 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 광소결 공정은 커패시터, 컨트롤러 및 파워 서플라이 중 적어도 어느 하나를 제어하여 펄스 수를 가변(조절)시킬 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 광소결 공정은 커패시터, 컨트롤러 및 파워 서플라이 중 적어도 어느 하나를 제어하여 펄스의 간격을 가변(조절)시킬 수 있다.
이때, 상기 고체 전해질용 페이스트의 광소결 공정은 상기 양극용 페이스트의 광소결 공정에서보다 더 높은 광 에너지를 필요로 한다.
구체적으로, 상기 고체 전해질용 페이스트를 광소결할 시 광 에너지 90J 내지 130J, 펄스 수 5 내지 6, 펄스 당 광 조사 시간(on-time) 10ms, 펄스 간격(off-time) 150ms 내지 200ms로 설정하여 광소결 공정을 진행할 수 있다.
이는 양극용 페이스트와 고체 전해질용 페이스트를 이루는 물질의 소결 온도, 녹는점과 같은 특성이 상이하기 때문에 광소결 공정 진행 조건이 상이한 것이다.
실시예에 따라서, 상기 광소결 공정에서 광소결 대상 물질의 종류 또는 양극용 페이스트의 도포 방법에 따라 보다 높은 에너지를 필요로 하므로, 이때 펄스 간격은 200ms까지 확장될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 상기 고체 전해질용 페이스트의 광소결 공정 시간을 0.1초 내지 10초 수준으로 감소시킬 수 있다.
이에 대한 상세한 설명은 상술한 양극용 페이스트의 광소결 공정 시간에 대한 설명과 동일하므로 중복 설명은 생략하도록 한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 고체 전해질을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로 소결 시간을 매우 감소시켜 Li 원소의 증발(vaporization)에 의한 손실을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 고체 전해질을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로써, 고체 전해질을 형성하기 위한 물질의 결정성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 고체 전해질을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로 리튬 이온(Li ion)의 전도를 방해하는 결정립계 형성 및 발달을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 고체 전해질을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로써, 리튬 이온의 전도를 방해하는 이차상 형성을 억제할 수 있다.
단계 S130은 상기 고체 전해질 상에 음극용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 음극을 형성한다.
상기 음극용 페이스트는 음극 활물질, 바인더 및 유기 용매를 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 음극용 페이스트에 포함되는 음극 활물질은 인터칼레이션/디인터칼레이션 타입(intercalation/de-intercalation type) 물질, 얼로이/디-얼로이 타입(alloy/de-alloy type) 물질 및 전환 타입(conversion type) 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 인터칼레이션/디인터칼레이션 타입 물질은 그래핀(graphene)과 같은 탄소(carbon) 계열의 물질, TiO2 또는 LiTi4O5 과 같은 티타늄 산화물 계열의 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
상기 얼로이/디-얼로이 타입 물질은 Si, Ge, Sn, Sb 및 SnO2 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함할 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
상기 전환 타입 물질은 Fe2O3, Co3O4, MnxOy 및 NiO 중 적어도 어느 하나의 금속 산화물 계열 물질을 포함할 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
실시예에 따라서, 상기 음극 활물질은 전이금속을 포함할 수 있으며, 예를 들어 란타늄(La), 스트론튬(Sr), 코발트(Co), 망간(Mn)과 같은 전이금속 원소를 포함하는 화합물일 수 있다.
단계 S130에서 상기 음극용 페이스트는 진공 공정 또는 비진공 공정으로 상기 고체 전해질 상에 도포될 수 있다.
상기 비진공 공정은 딥 코팅(dip coating), 스핀 코팅(spin coating), 스크린 프린팅(screen printing), 레이저 블레이드 코팅(razor blade coating), 스프레이 코팅(spray coating) 및 정전 스프레이 증착(electrostatic spray deposition) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 진공 공정은 증발(evaporation), 스퍼터링(sputtering), 펄스 레이저 증착(pulsed laser deposition), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition) 및 원자층 증착(atomic layer deposition) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 단계 S130은 광소결 공정 또는 열소결 공정에 의해 소결될 수 있으나, 바람직하게는 광소결 공정에 의해 소결될 수 있다.
상기 광소결 공정은 광소결 공정 장치를 사용하여 진행될 수 있고, 광소결 공정 장치는 상기 양극용 페이스트 또는 상기 고체 전해질용 페이스트를 소결시키기 위한 광소결 공정 장치와 동일한 장치가 사용될 수 있다.
상기 음극용 페이스트에 대한 광소결 공정은 상온에서 진행될 수 있으며, 실시예에 따라서 400℃에서 진행될 수 있다.
상기 음극용 페이스트에 대한 광소결 공정은 음극용 페이스트에 전이금속을 포함하는 음극 활물질이 포함되는 경우 300℃ 내지 600℃에서 진행될 수 있다.
상기 음극용 페이스트의 광소결 공정 온도를 상기 수치 범위로 한정한 이유는 앞서 양극용 페이스트의 광소결 공정 온도에 대한 설명에서 다루었으므로 중복 설명은 생략하도록 한다.
상기 광소결 공정은 일반적인 실험실 환경에 노출되어 공기 분위기 또는 상압 하에서 진행될 수 있다.
상기 광소결 공정은 커패시터, 컨트롤러 및 파워 서플라이 중 적어도 어느 하나에 의해 제어되어 광 에너지를 가변(조절)시킬 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 광소결 공정은 커패시터, 컨트롤러 및 파워 서플라이 중 적어도 어느 하나를 제어하여 펄스 수를 가변(조절)시킬 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 광소결 공정은 커패시터, 컨트롤러 및 파워 서플라이 중 적어도 어느 하나를 제어하여 펄스의 간격을 가변(조절)시킬 수 있다.
예를 들어, 전이금속을 포함하는 음극 활물질이 포함된 음극용 페이스트를 광소결할 시 광 에너지 70J 내지 100J, 펄스 수 5 내지 6, 펄스 당 광 조사 시간(on-time) 10ms, 펄스 간격(off-time) 10ms로 설정하여 광소결 공정을 진행할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 광소결 공정에서 광소결 대상 물질의 종류 또는 음극용 페이스트의 도포 방법에 따라 보다 높은 에너지를 필요로 하므로, 이때 펄스 간격은 200ms까지 확장될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 상기 음극용 페이스트의 광소결 공정 시간을 0.1초 내지 10초 수준으로 감소시킬 수 있다.
상기 음극용 페이스트의 광소결 공정 시간을 상기 수치 범위로 한정한 이유는 앞서 양극용 페이스트의 광소결 공정 시간에 대한 설명에서 다루었으므로 중복 설명은 생략하도록 한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 음극을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로써, 소결 시간을 매우 감소시켜 Li 원소의 증발(vaporization)에 의한 손실을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 음극을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로써, 음극을 형성하기 위한 물질의 결정성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 음극을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로 리튬 이온(Li ion)의 전도를 방해하는 결정립계 형성 및 발달을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 음극을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로써, 소결 시간을 매우 단축시켜, 음극 및 고체 전해질 물질 사이의 확산을 억제하고, 리튬 이온의 전도를 방해하는 이차상 형성을 억제할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법을 통해 양극, 고체 전해질 및 음극이 순차적으로 적층된 리튬 이온 배터리와 같은 전지를 제조할 수 있다.
실시예에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 양극의 하부 및 음극의 상부에 집전체를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
집전체는 양극 활물질 또는 음극 활물질의 전기화학 반응에 의해 생성된 전자를 모으거나 전기화학 반응에 필요한 전자를 공급할 수 있다.
상기 집전체는 실시예에 따라서, 스테인리스스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성탄소 또는 구리; 카본, 니켈, 티탄 또는 은으로 표면처리된 스테인리스스틸; 알루미늄-카드뮴합금; 도전재로 표면처리된 비전도성 고분자; 전도성 고분자; Ni, Al, Au, Ag, Pd/Ag, Cr, Ta, Cu, Ba 또는 ITO인 금속분말을 포함하는 금속 페이스트; 또는 흑연, 카본블랙 또는 탄소나노튜브인 탄소분말을 포함하는 탄소 페이스트; 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법에 따라 제조된 리튬 이온 배터리와 같은 전지는 양극의 하부 및 음극의 상부에 집전체를 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지(100)는 도 1을 통해 설명한 광소결 공정을 이용한 전지(100)의 제조 방법을 통해 제조된다.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지(100)는 기판(110) 상에 양극용 페이스트를 이용하여 형성된 양극(120), 양극(120) 상에 고체 전해질용 페이스트를 이용하여 형성된 고체 전해질(130) 및 고체 전해질(130) 상에 음극용 페이스트를 이용하여 형성된 음극(140)을 포함한다.
이때 양극(120), 고체 전해질(130) 및 음극(140) 중 적어도 어느 하나는 광소결 공정에 의해 소결되어 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지(100)의 구성 및 광소결 공정은 상술한 도 1의 설명에서 구체적으로 언급하였으므로 중복 설명은 생략하도록 한다.
도 3은 광소결 공정 장치를 도시한 개략도이다.
도 3을 참조하면, 광소결 공정 장치는 시료(6)를 지지하는 지지부(5), 백색광을 조사하는 제논(Xenon) 램프(1), 백색광을 집중 조사하기 위한 리플렉터(reflector; 2), 제논 램프(1)에 전력을 공급하기 위한 파워 서플라이(4) 및 백색광에 순간적인 고전력을 공급하기 위한 커패시터(3)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
파워 서플라이(4)는 제논 램프(1)에 전력을 공급하는 것으로서, 전압 및 전류를 발생시키고 발생된 전압 및 전류를 제논 램프(1)에 전달한다.
실시예에 따라서, 상기 광소결 공정 장치는 적어도 하나 이상의 파워 서플라이(4)를 포함할 수 있다.
커패시터(3)는 파워 서플라이(4)에 연결되어 제논 램프(1)에 순간적인 고전력을 공급하는 것으로서, 펄스를 형성하기 위해 순간적으로 높은 전력을 매우 짧은 시간 내에 전달할 수 있다.
따라서, 파워 서플라이(4)로부터 전압 및 전류가 제논 램프(1)에 입력되면 커패시터(3)로부터 집적된 전하를 인가 받아 제논 램프(1) 내에서 아크 플라즈마가 생성된다.
그러면 제논 램프(1)에서 본 발명의 실시예에 따른 양극용 페이스트, 고체 전해질용 페이스트 및 음극용 페이스트 중 어느 하나가 형성된 시료(6)의 표면으로 극단파 백색광이 출력될 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 광소결 공정 장치는 적어도 하나 이상의 커패시터(3)를 포함할 수 있다.
상기 광소결 공정 장치는 제논 램프(1)로부터 방출되는 백색광이 적어도 둘 이상의 펄스 사이클로 조사되도록 제어하는 컨트롤러(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는 제논 램프(1)에 전원을 인가하여 광소결 공정이 수행되도록 한다.
상기 컨트롤러는 제논 램프(1)에 대하여 펄스 형태로 전원을 인가할 수 있고, 컨트롤러는 시간 변화에 따라 서로 다른 높이를 가지는 펄스를 인가하거나, 2개 이상의 펄스를 믹싱(mixing)하여 더 다양한 높이 변화를 가지는 펄스를 인가할 수 있다.
보다 구체적으로, 적어도 둘 이상의 펄스 사이클은 펄스 파라미터가 상이하고, 펄스 파라미터는 펄스 강도, 펄스 갭, 펄스 폭 및 펄스 수 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
실시예에 따라, 광소결 공정 장치는 백색광의 광에너지의 펄스 조절을 위한 컨트롤러 및 제논 램프(1)의 온도 조절을 위한 냉각 장치(cooler) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 광소결 공정 장치에 포함되는 지지부(5)로 시료(6)에 열을 가하기 위한 히터가 사용될 수도 있다.
또한, 실시예에 따라, 광소결 공정 장치가 히터(5)를 포함하는 경우, 제논 램프(1) 및 히터(5)를 적절히 조절하여 광소결 공정 또는 열소결 공정을 진행하거나, 광소결 공정 및 열소결 공정을 동시에 진행할 수도 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1: 제논 램프 2: 리플렉터
3: 커패시터 4: 파워 서플라이
5: 지지부 또는 히터 6: 시료
100: 전지 110: 기판
120: 양극 130: 고체 전해질
140: 음극

Claims (12)

  1. 기판 상에 양극용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 양극을 형성하는 단계;
    상기 양극 상에 고체 전해질용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 고체 전해질을 형성하는 단계; 및
    상기 고체 전해질 상에 음극용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 음극을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 양극을 형성하는 단계는 광 에너지 70J 내지 100J, 펄스 수 5 내지 6, 펄스 당 광 조사 시간(on-time) 10ms, 펄스 간격(off-time) 10ms 조건에서 광소결을 수행하며,
    상기 고체 전해질을 형성하는 단계는 90J 내지 130J, 펄스 수 5 내지 6, 펄스 당 광 조사 시간(on-time) 10ms, 펄스 간격(off-time) 150ms 내지 200ms 조건에서 광소결을 수행하며,
    상기 음극을 형성하는 단계는 광 에너지 70J 내지 100J, 펄스 수 5 내지 6, 펄스 당 광 조사 시간(on-time) 10ms, 펄스 간격(off-time) 10ms 조건에서 광소결을 수행하는 것이며,
    상기 양극용 페이스트 및 상기 음극용 페이스트에 대한 광소결 공정은 상온 또는 300℃ 내지 500℃에서 진행되는 것을 특징으로 하는 광소결 공정을 이용한 리튬 이온 전지의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광소결 공정은 0.1초 내지 10초 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 광소결 공정을 이용한 리튬 이온 전지의 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고체 전해질용 페이스트에 대한 광소결 공정은 500℃ 내지 600℃에서 진행되는 것을 특징으로 하는 광소결 공정을 이용한 리튬 이온 전지의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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