KR19990055229A - Lithium Battery and Manufacturing Method Thereof - Google Patents

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Abstract

금속 산화물을 포함하는 양극 및 리튬을 포함하는 음극을 갖는 충전 가능한 리튬 전지 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 리튬 전지는 금속 산화물을 주성분으로 하는 양극, 삼차원 개방형 구조를 갖는 금속 포움 또는 전자 전도성 고분자로 이루어진 매트릭스에 리튬을 코팅하여 형성된 음극, 양극과 음극 사이에 형성된 세퍼레이터, 그리고 양극과 음극이 함침되는 전해질을 포함하며, 160℃ 이상의 온도에서 융해시킨 리튬을 삼차원 개방형 구조를 갖는 금속 포움 또는 전자 전도성 고분자 위에 부은 후, 아래쪽에 진공을 걸어 상기 융해된 리튬이 흘러내리도록 한 다음, 불활성 기체의 분위기에서 융해된 리튬이 도포된 금속 포움 또는 전자 전도성 고분자를 냉각하여 리튬을 포함하는 음극을 제조함으로써, 음극 재료로서 카본 대신에, 리튬이 코팅된 삼차원 개방형 구조의 금속 포움 또는 전자 전도성 고분자 매트릭스를 사용하기 때문에, 전지의 음극 공극에서의 덴드라이트 성장의 감소 및 전지의 안정성 증가를 통하여 전지의 전류 용량 및 전력을 증가시킬 수 있다.A rechargeable lithium battery having a positive electrode comprising a metal oxide and a negative electrode comprising lithium and a method of manufacturing the same are disclosed. The lithium battery includes a cathode formed by coating lithium on a metal oxide-based anode, a metal foam having a three-dimensional open structure or an electronic conductive polymer, a separator formed between the anode and the cathode, and an electrolyte impregnated with the anode and the cathode. It includes, and the molten lithium at a temperature of 160 ℃ or more is poured on a metal foam or an electronic conductive polymer having a three-dimensional open structure, and under a vacuum to allow the molten lithium to flow down, and then melt in an atmosphere of inert gas Since the prepared lithium-coated metal foam or electron conductive polymer is cooled to produce a negative electrode containing lithium, instead of carbon as a negative electrode material, a lithium-coated three-dimensional open structure metal foam or an electron conductive polymer matrix is used. Dend in the cathode void of the cell Reduction of light growth and increased cell stability can increase the cell's current capacity and power.

Description

리튬 전지 및 그 제조 방법Lithium Battery and Manufacturing Method Thereof

본 발명은 충전 가능한 리튬 전지에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 금속 산화물을 포함하는 양극 및 리튬을 포함하는 음극을 갖는 충전 가능한 리튬 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a rechargeable lithium battery, and more particularly, to a rechargeable lithium battery having a positive electrode containing a metal oxide and a negative electrode containing lithium.

일반적으로 캠코더, 노트북 컴퓨터 등과 같은 휴대용 전자 제품에는 전기 공급원으로서, 휴대하고 장착하기가 용이한 리튬 전지가 널리 사용되고 있다. 이러한 리튬 전지에 있어서, 금속 산화물을 양극 활성 물질로서 사용하고, 리튬을 음극 활성 물질로서 사용하며, 또한 비프로톤성 유기용매를 전해액으로 사용하여 전지를 형성하게 된다. 상기 리튬 전지는 자기 방전이 적고, 고에너지 밀도는 갖고 있다. 또한, 고전압을 얻을 수 있고, 리튬 자원이 풍부하기 때문에 저가로 제조할 수 있다는 이점이 있다.BACKGROUND In general, lithium batteries, which are easy to carry and mount, are widely used as a power source for portable electronic products such as camcorders and notebook computers. In such a lithium battery, a metal oxide is used as a positive electrode active material, lithium is used as a negative electrode active material, and an aprotic organic solvent is used as an electrolyte to form a battery. The lithium battery has little self discharge and has a high energy density. In addition, there is an advantage that a high voltage can be obtained and a low cost can be produced because of abundant lithium resources.

도 3은 종래의 리튬 전지의 음극(200)에 리튬 이온(210)이 삽입(intercalation)되는 것을 도시한 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating intercalation of lithium ions 210 into a negative electrode 200 of a conventional lithium battery.

현재 상용화되어 있는 리튬 전지의 탄소 음극에는 삽입(intercalation) 메카니즘이 적용된다. 즉, 도 3에 도시한 것처럼, 그라파이트(graphite)(200)층이 고르게 잘 발달되어 있는 고체상 호스트(host) 재료에 리튬 이온(Li+)(210)이 삽입/방출되면서 전지의 충방전이 일어난다.An intercalation mechanism is applied to the carbon anode of lithium batteries that are currently commercially available. That is, as illustrated in FIG. 3, charge / discharge of the battery occurs as lithium ions (Li + ) 210 are inserted / released into the solid-state host material in which the graphite 200 layer is well developed. .

그러나. 상기 그라파이트층(200) 내의 리튬 이온(210)의 확산 속도가 10-9-10-13cm/s에 불과하기 때문에 삽입 호스트 내에서의 전자 전도도가 매우 작으므로, 종래의 그라파이트층(200)을 포함하는 음극을 갖는 리튬 전지는 고전류 충방전 시 전지의 성능이 저하되는 문제점이 있다.But. Since the diffusion rate of the lithium ion 210 in the graphite layer 200 is only 10 -9 -10 -13 cm / s, the electron conductivity in the insertion host is very small, so that the conventional graphite layer 200 is Lithium battery having a negative electrode includes a problem that the performance of the battery when the high current charge and discharge.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일목적은 기존의 삽입 메카니즘을 이용하는 탄소 음극 대신에, 리튬의 전착(deposition)/용해(dissolution) 메카니즘을 이용할 수 있도록 금속 포움(metal foam) 또는 전자 전도성 고분자에 매트릭스에 리튬을 얇게 코팅한 음극을 사용함으로써, 전기 용량을 향상시킬 수 있는 리튬 전지를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve this problem, and one object of the present invention is to use a metal foam so that the deposition / dissolution mechanism of lithium can be used instead of the carbon anode using the conventional insertion mechanism. It is to provide a lithium battery that can improve the electrical capacity by using a negative electrode coated with a thin layer of lithium in a foam) or an electronic conductive polymer.

본 발명의 다른 목적은 금속 포움 또는 전자 전도성 고분자에 매트릭스에 리튬을 얇게 코팅한 음극을 사용함으로써 전기 용량을 향상시킬 수 있는 리튬 전지에 특히 적합한 리튬 전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a lithium battery, which is particularly suitable for a lithium battery capable of improving electric capacity by using a negative electrode having a thin coating of lithium on a matrix in a metal foam or an electronic conductive polymer.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 리튬 전지의 분해 사시도이다.1 is an exploded perspective view of a lithium battery according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시한 와인딩 어셈블리의 절단 사시도이다.FIG. 2 is a cutaway perspective view of the winding assembly shown in FIG. 1. FIG.

도 3은 종래 기술에 의한 리튬 전지의 그라파이트(graphite) 음극에 리튬 이온이 삽입(intercalation)되는 것을 도시한 도면이다.3 is a view illustrating that lithium ions are intercalated into a graphite negative electrode of a lithium battery according to the prior art.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 전지의 음극 매트릭스에 리튬이 코팅된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.4 is a view schematically showing a state in which lithium is coated on a negative electrode matrix of a lithium battery according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

10 : 캡 11 : 벤트홀10 cap 11 vent hole

12 : 돌출부 20 : PTC 소자12: protrusion 20: PTC element

21 : 개구부 25 : 양극부21: opening 25: anode

26 : 음극부 27 : 세퍼레이터26 cathode part 27 separator

30 : 커버 31 : 관통공30: cover 31: through hole

32 : 알루미늄 호일 33 : 링플레이트32: aluminum foil 33: ring plate

40 : 가스켓 50 : 와인딩 어셈블리40: gasket 50: winding assembly

51 : 양극 리 52 : 음극 리드51: positive electrode 52: negative electrode lead

60 : 케이스 61 : 절곡부60 case 61 bend

100 : 리튬 전지 200 : 그라파이트층100: lithium battery 200: graphite layer

210 : 리튬 이온 300 : 매트릭스210: lithium ion 300: matrix

310 : 리튬310: lithium

상술한 본 발명의 일목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 금속 산화물을 주성분으로 하는 양극; 삼차원 개방형 구조를 갖는 금속 포움 또는 전자 전도성 고분자로 이루어진 매트릭스에 리튬을 코팅하여 형성된 음극; 상기 양극과 상기 음극 사이에 형성되는 세퍼레이터; 그리고 상기 양극과 상기 음극이 함침되는 전해질을 포함하는 리튬 전지를 제공한다.In order to achieve the above object of the present invention, the present invention, the anode comprising a metal oxide as a main component; A cathode formed by coating lithium on a matrix of a metal foam or an electron conductive polymer having a three-dimensional open structure; A separator formed between the anode and the cathode; And it provides a lithium battery comprising an electrolyte impregnated with the positive electrode and the negative electrode.

상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 금속 산화물을 주성분으로 하는 양극, 리튬을 포함하는 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 형성되는 세퍼레이터 및 상기 양극과 음극이 함침되는 전해질을 포함하는 리튬 전지를 제조하는 방법에 있어서, 160℃ 이상의 온도에서 융해시킨 리튬을 삼차원 개방형 구조를 가지는 금속 포움 또는 전자 전도성 고분자 위에 부은 후, 아래쪽에 진공을 걸어 상기 융해된 리튬이 흘러내리도록 한 다음, 불활성 기체의 분위기에서 융해된 리튬이 도포된 상기 금속 포움 또는 전자 전도성 고분자를 냉각하여 상기 리튬을 포함하는 음극을 제조하는 단계를 구비하는 리튬 전지의 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object of the present invention, the present invention includes a positive electrode mainly composed of a metal oxide, a negative electrode containing lithium, a separator formed between the positive electrode and the negative electrode and an electrolyte in which the positive electrode and the negative electrode are impregnated. In the method of manufacturing a lithium battery, the lithium melted at a temperature of 160 ℃ or more is poured on a metal foam or an electronic conductive polymer having a three-dimensional open structure, and then vacuumed to the bottom to flow the molten lithium, It provides a method for producing a lithium battery comprising the step of cooling the metal foam or the electron conductive polymer coated with molten lithium in the atmosphere of an inert gas to produce a negative electrode containing the lithium.

본 발명에 따르면, 음극 재료로서 카본 대신에, 리튬이 코팅된 삼차원 개방형 구조의 금속 포움 또는 전자 전도성 고분자 매트릭스를 사용함으로써, 전지의 음극 공극에서의 덴드라이트 성장의 감소 및 전지의 안정성 증가를 통하여 전지의 전류 용량 및 전력을 증가시킬 수 있다.According to the present invention, by using a lithium-coated three-dimensional open structure metal foam or an electron conductive polymer matrix instead of carbon as the negative electrode material, the cell through the reduction of the dendrite growth in the negative electrode pores of the battery and increase the stability of the battery Can increase the current capacity and power.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 중심으로 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 전지의 분해 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시한 장치 중 와인딩 어셈블리의 절단 사시도이다.1 is an exploded perspective view of a lithium battery according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cut perspective view of the winding assembly of the device shown in FIG.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 리튬 전지(100)는, 와인딩 어셈블리(50)와 케이스(60)를 포함한다. 상기 케이스(60)의 상부에는 절곡부(61)가 형성되어 있고, 절곡부(61) 아래로는 전해액이 충전되어 있다. 상기 케이스(60)에는 와인딩 어셈블리(50)가 내장된다. 와인딩 어셈블리(50)는 전해액과 반응하여 전류를 발생시킨다. 전류는 와인딩 어셈블리(50)의 양극 리드(51)와 음극 리드(52)를 통하여 부하에 인가된다. 상기 음극 리드(52)는 절곡되어 케이스(60)의 바닥면과 접촉되며, 케이스(60)의 상부에는 관통공(31)이 중앙부에 형성되어 있는 커버(30)가 놓여지며, 양극 리드(51)는 절곡되어 상기 커버(30)와 접촉된다. 상기 커버(30)에는 내부에 알루미늄 호일(32)과 플라스틱 재료로 구성된 링플레이트(33)가 적층되어 구비되어 있다. 알루미늄 호일(32)은 가스 발생에 의해 전해액이 폭발하는 경우 폭발력을 외부로 용이하게 배출하기 위하여 쉽게 찢어진다.Referring to FIG. 1, the lithium battery 100 according to the present invention includes a winding assembly 50 and a case 60. A bent portion 61 is formed at an upper portion of the case 60, and an electrolyte solution is filled below the bent portion 61. The case 60 includes a winding assembly 50. The winding assembly 50 reacts with the electrolyte to generate a current. Current is applied to the load through the positive lead 51 and the negative lead 52 of the winding assembly 50. The negative electrode lead 52 is bent to contact the bottom surface of the case 60, and a cover 30 having a through hole 31 formed at the center thereof is disposed on the upper portion of the case 60, and the positive electrode lead 51 is disposed. ) Is bent and in contact with the cover 30. The cover 30 is provided with an aluminum foil 32 and a ring plate 33 made of a plastic material stacked therein. The aluminum foil 32 is easily torn to easily discharge the explosive force to the outside when the electrolyte is exploded by gas generation.

상기 커버(30)상에는 일정 온도 이상(예를 들면, 80℃)으로 상승하는 경우에 저항이 무한대로 되는 피티씨 소자(Positive Thermal Coefficient Thermistor : PTC)(20)가 놓여진다. 상기 피티씨 소자(20)의 중앙에는 커버(30)의 관통공(31)에 대응하는 개구부(21)가 형성된다. 상기 피티씨 소자(20)는 전해액의 온도가 일정 온도 이상으로 상승하는 경우에는 저항이 무한대로 되어 전류의 흐름을 차단한다. 상기 피티씨 소자(20) 상에는 양극의 단자(terminal) 역할을 하는 캡(10)이 놓여진다. 상기 캡(10)의 중심부에는, 중앙에 벤트홀(11)이 형성되어 있는 돌출부(12)가 형성된다.On the cover 30 is placed a Positive Thermal Coefficient Thermistor (PTC) 20 whose resistance is infinite when rising above a predetermined temperature (eg, 80 ° C). An opening 21 corresponding to the through hole 31 of the cover 30 is formed in the center of the PTC element 20. When the temperature of the electrolyte rises above a predetermined temperature, the PTC element 20 blocks the resistance to infinity to block the flow of current. On the PTC element 20, a cap 10 serving as a terminal of a positive electrode is placed. At the center of the cap 10, a protrusion 12 having a vent hole 11 is formed in the center thereof.

상기 캡(10), 피티씨 소자(20) 및 커버(30)를 둘러싸고, 또한 이들과 케이스(60)의 내벽 사이를 밀봉시키기 위한 가스켓(40)이 구비된다. 상기 케이스(60)는 금속재로 형성되어 있고, 음극 리드(52)와 접촉되어 음극의 단자(terminal) 역할을 하며, 그 절곡부(61)의 상부에 고정되는 가스켓(40)을 고정하기 위하여 상단부는 내부로 절곡된다.A gasket 40 is provided for enclosing the cap 10, the PTC element 20 and the cover 30, and for sealing between them and the inner wall of the case 60. The case 60 is formed of a metal material and is in contact with the negative electrode lead 52 to serve as a terminal of the negative electrode, and to fix the gasket 40 fixed to the upper portion of the bent portion 61. Is bent inside.

상기 케이스(60)에 내장된 와인딩 어셈블리(50)(또는 나선상 전극부 ; spiral electrode assembly)는 케이스(60) 내에 채워진 전해액과 화학적으로 반응하여 전류를 발생시킨다. 리튬 전지는 상대적으로 높은 전압을 얻도록 하기 위하여 전해액과 와인딩 어셈블리(50)와의 반응 면적을 넓힐 필요가 있으므로, 와인딩 어셈블리(50)는 외측으로 와인딩한 나선 또는 원형 형태로 구성된다. 와인딩 어셈블리(50)는 금속 산화물을 포함하는 양극부(25), 삼차원 구조를 갖는 금속 포움(metal foam) 또는 전자 전도성 고분자를 매트릭스(matrix)(300)로 하여 이러한 매트릭스(300)에 리튬을 코팅하여 형성된 음극부(26) 그리고 양극부(25)와 음극부(26) 사이에 형성된 세퍼레이터(27)로 구성된다. 양극부(25)는 양극 리드(51)와 금속 산화물이 일체로 형성되며, 이러한 금속 산화물로서는 리튬코발트 산화물(LiCoO2)이 흔히 사용된다.The winding assembly 50 (or spiral electrode assembly) embedded in the case 60 chemically reacts with the electrolyte filled in the case 60 to generate a current. Since the lithium battery needs to widen the reaction area between the electrolyte and the winding assembly 50 in order to obtain a relatively high voltage, the winding assembly 50 is configured in a spiral or circular shape wound outward. The winding assembly 50 may coat lithium on the matrix 300 using an anode portion 25 including a metal oxide, a metal foam having a three-dimensional structure, or an electron conductive polymer as a matrix 300. And a separator 27 formed between the cathode portion 26 and the anode portion 25 and the cathode portion 26. The anode portion 25 is integrally formed with the anode lead 51 and a metal oxide, and lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) is commonly used as the metal oxide.

도 4는 본 발명에 따른 리튬 전지의 음극에 리튬이 코팅된 상태를 개략적으로 도시한 것이다.4 schematically shows a state in which lithium is coated on a negative electrode of a lithium battery according to the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 다른 리튬 전지는 기존의 삽입 메카니즘을 이용하는 탄소 음극 대신에, 리튬의 전착(deposition)/용해(dissolution) 메카니즘을 이용할 수 있도록 금속 포움 또는 전자 전도성 고분자로 이루어진 매트릭스(300)에 리튬(310)을 얇게 코팅한 음극을 사용한다.Referring to FIG. 4, the lithium battery according to the present invention has a matrix of metal foam or electron conductive polymer so that the deposition / dissolution mechanism of lithium can be used instead of the carbon anode using the conventional insertion mechanism. A negative electrode having a thin coating of lithium 310 on 300 is used.

상기 금속 포움 또는 전자 전도성 고분자로 이루어진 매트릭스(300)는 삼차원적으로 구성되어 있는 개방형 구조(open structure)를 가지기 때문에 전해질 용액이 그 공극에 잘 채워지게 된다. 이러한 개방형 구조하에서는 리튬 이온의 확산 거리가 짧게 유지되어 리튬 이온의 삽입 및 방출이 원활하게 된다. 또한, 본 발명에 따른 상기 개방형 구조를 가지는 매트릭스(300)는, 종래의 그라파이트층(200)에 비하여 매트릭스(300) 겉표면 상에서보다 그 내부의 공극(pore)에서 리튬과 접촉하는 비율이 높기 때문에 전극 반응이 주로 매트릭스(300) 내부에서 진행하게 된다. 따라서, 전극의 열화를 촉진하는 리튬의 덴드라이트(dendrite)의 성장이 매트릭스(300) 표면에서 진행되지 않고 매트릭스(300) 내부의 공극에서 주로 진행되어 전극의 안정성을 향상시킬 수 있다. 만일, 음극 표면에서 덴드라이트의 성장이 진행되면 전지의 충방전 사이클이 현저하게 열화되거나 음극과 양극간의 단락 등의 결과를 초래할 수 있다. 또한, 상기 금속 포움 또는 전자 전도성 고분자 매트릭스(300)는, 이차원적 면적을 이용하는 기존의 리튬 금속 전극에 비해 전극 반응에 참여하는 전극 비표면적(specific surface area)이 크기 때문에, 같은 크기의 전류를 사용하여 충방전을 행할 때 전류 밀도(current density)를 줄일 수 있으며, 따라서 음극의 표면에서 리튬의 덴드라이트의 성장이 진행되는 것을 억제할 수 있다.Since the matrix 300 made of the metal foam or the electron conductive polymer has an open structure formed in three dimensions, the electrolyte solution is well filled in the pores. Under such an open structure, the diffusion distance of lithium ions is kept short so that the insertion and release of lithium ions is facilitated. In addition, the matrix 300 having the open structure according to the present invention has a higher rate of contact with lithium in the pores therein than on the outer surface of the matrix 300 as compared with the conventional graphite layer 200. The electrode reaction proceeds mainly inside the matrix 300. Therefore, the growth of lithium dedrite, which promotes deterioration of the electrode, does not proceed at the surface of the matrix 300 but mainly proceeds in the voids in the matrix 300, thereby improving stability of the electrode. If the growth of the dendrite proceeds on the surface of the negative electrode, the charge and discharge cycle of the battery may be significantly degraded or may result in a short circuit between the negative electrode and the positive electrode. In addition, the metal foam or the electron conductive polymer matrix 300 uses a current having the same size because the electrode specific surface area participating in the electrode reaction is larger than that of a conventional lithium metal electrode using a two-dimensional area. This can reduce the current density when charging and discharging, and therefore it is possible to suppress the growth of lithium dendrites on the surface of the negative electrode.

종래의 리튬 전지에서는 음극에 탄소 전극을 사용한 삽입/방출 메카니즘이 적용되었다. 이 경우 호스트 내에서의 리튬 이온의 확산 속도가 매우 느리고 리튬이 삽입된 호스트 내에서의 전자 전도도가 고전류 전지로 사용하기에는 너무 작아서, 그라파이트 1g당 이론 전류 용량이 372mAh에 불과하다. 따라서, 전지의 고전류 충방전이 어렵고 에너지 밀도에 한계가 있다. 그러나, 본 발명에 의한 리튬 전지의 경우, 음극 매트릭스(300) 1g당 이론 전류 용량이 3860mAh로서 매우 높고, 삽입 메카니즘이 아닌, 리튬의 석출/이온화 메카니즘이 적용되어, 고전류 충방전이 가능하게 되어 고전력을 발생시킬 수 있다.In a conventional lithium battery, an insertion / release mechanism using a carbon electrode as a negative electrode is applied. In this case, the diffusion rate of lithium ions in the host is very slow and the electron conductivity in the host where lithium is inserted is too small to be used as a high current battery, so the theoretical current capacity per gram of graphite is only 372mAh. Therefore, high current charge / discharge of the battery is difficult and there is a limit in energy density. However, in the lithium battery according to the present invention, the theoretical current capacity per 1g of the negative electrode matrix 300 is very high as 3860 mAh, and the precipitation / ionization mechanism of lithium, not the insertion mechanism, is applied to enable high current charging and discharging, thereby enabling high power. Can be generated.

이하, 본 발명에 따른 상기 개방형 구조를 가지는 금속 포움 또는 전자 전도성 고분자(300)에 리튬(310)을 코팅하여 음극을 제조하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a cathode by coating lithium 310 on a metal foam or an electron conductive polymer 300 having the open structure according to the present invention will be described.

먼저, 금속 리튬(310)을 160℃ 이상의 온도에서 융해시킨다. 다음에, 상기 융해된 리튬(310)을 삼차원 구조를 갖는 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr) 등의 금속 포움 또는 전자 전도성 고분자 매트릭스(300) 위에 붓는다. 이어서, 상기 융해된 리튬(310)이 부어진 금속 포움 또는 전자 전도성 고분자 매트릭스(300) 아래쪽에 진공을 걸어 상기 융해된 리튬(310)이 흘러내리도록 한다. 그리고, 2％ 이내의 수분을 함유하는 아르곤과 같은 불활성 기체 분위기에서 상기 융해된 리튬(310)이 도포된 금속 포움 또는 전자 전도성 고분자 매트릭스(300)를 냉각하여 음극부(26)를 제조한다.First, the metal lithium 310 is melted at a temperature of 160 ° C or higher. Next, the fused lithium 310 is poured onto a metal foam or an electron conductive polymer matrix 300 such as nickel (Ni) or chromium (Cr) having a three-dimensional structure. Subsequently, the fused lithium 310 is vacuumed under the poured metal foam or the electron conductive polymer matrix 300 so that the fused lithium 310 flows down. In addition, the cathode 26 is manufactured by cooling the metal foam coated with the molten lithium 310 or the electron conductive polymer matrix 300 in an inert gas atmosphere such as argon containing less than 2% of water.

상기 양극부(25)와 음극부(26) 사이에 폴리 프로필렌과 같은 올레핀계 폴리머의 부직포로 구성된 세퍼레이터(27)를 위치시킨다. 상기 세퍼레이터(27)를 프로필렌 카보네이트와 1,2-디메톡시 에탄과 같은 용매에 리튬 풀루오르화인(LiPF6)을 용해시킨 전해액을 이용하여 함침시킨다. 계속하여, 상기 양극부(25), 세퍼레이터(27) 및 음극부(26)가 적층된 구조물을 나선상으로 와인딩하여 와인딩 어셈블리(50)를 완성한다.A separator 27 made of a nonwoven fabric of an olefinic polymer such as polypropylene is positioned between the anode portion 25 and the cathode portion 26. The separator 27 is impregnated with an electrolyte solution in which lithium fluoride (LiPF 6 ) is dissolved in a solvent such as propylene carbonate and 1,2-dimethoxy ethane. Subsequently, the structure in which the anode part 25, the separator 27, and the cathode part 26 are stacked is spirally wound to complete the winding assembly 50.

다음에, 형성된 와인딩 어셈블리(50)를 케이스(60)내에 내장하고, 통상적인 전지 조립 공정에 따라서, 기타의 구성 요소들을 결합하여 리튬 전지를 완성한다.Next, the formed winding assembly 50 is embedded in the case 60, and other components are combined to complete the lithium battery according to a conventional battery assembly process.

본 발명에 의한 리튬 전지의 제조 방법에 있어서, 음극 재료로서 카본 대신에, 리튬이 코팅된 삼차원 개방형 구조의 금속 포움 또는 전자 전도성 고분자 매트릭스를 사용함으로써, 전지의 음극 공극에서의 덴드라이트 성장의 감소 및 전지의 안정성 증가를 통하여 전지의 전류 용량 및 전력을 증가시킬 수 있다.In the method of manufacturing a lithium battery according to the present invention, instead of carbon as a negative electrode material, by using a metal foam or an electron conductive polymer matrix of a lithium-coated three-dimensional open structure, reduction of dendrite growth in the negative electrode pores of the battery and Increasing the stability of the battery can increase the current capacity and power of the battery.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

Claims (5)

금속 산화물을 주성분으로 하는 양극;An anode containing a metal oxide as a main component; 삼차원 개방형 구조를 갖는 매트릭스에 리튬을 코팅하여 형성된 음극;A cathode formed by coating lithium on a matrix having a three-dimensional open structure; 상기 양극과 상기 음극 사이에 형성되는 세퍼레이터; 그리고A separator formed between the anode and the cathode; And 상기 양극과 상기 음극이 함침되는 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 전지.Lithium battery, characterized in that it comprises an electrolyte impregnated with the positive electrode and the negative electrode. 제1항에 있어서, 상기 매트릭스는 금속 포움 또는 전자 전도성 고분자인 것을 특징으로 하는 리튬 전지.The lithium battery of claim 1, wherein the matrix is a metal foam or an electron conductive polymer. 제2항에 있어서, 상기 금속 포움은 니켈(Ni) 포움 또는 크롬(Cr) 포움인 것을 특징으로 하는 리튬 전지.The lithium battery of claim 2, wherein the metal foam is nickel (Ni) foam or chromium (Cr) foam. 금속 산화물을 주성분으로 하는 양극, 리튬을 포함하는 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 형성된 세퍼레이터 및 상기 양극과 음극이 함침되는 전해질을 포함하는 리튬 전지를 제조하는 방법에 있어서,In the method for producing a lithium battery comprising a positive electrode mainly composed of a metal oxide, a negative electrode containing lithium, a separator formed between the positive electrode and the negative electrode and an electrolyte impregnated with the positive electrode and the negative electrode, 160℃ 이상의 온도에서 융해시킨 리튬을 삼차원 개방형 구조를 가지는 금속 포움 또는 전자 전도성 고분자 위에 부은 후, 아래쪽에 진공을 걸어 상기 융해된 리튬이 흘러내리도록 한 다음, 불활성 기체의 분위기에서 융해된 리튬이 도포된 상기 금속 포움 또는 전자 전도성 고분자를 냉각하여 상기 리튬을 포함하는 음극을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 전지의 제조 방법.The molten lithium at a temperature of 160 ° C. or higher is poured onto a metal foam or an electron conductive polymer having a three-dimensional open structure, and then vacuumed at the bottom to allow the molten lithium to flow down, and then the molten lithium is applied in an atmosphere of an inert gas. And cooling the metal foam or the electron conductive polymer to produce a negative electrode including the lithium. 제4항에 있어서, 상기 불활성 기체는 아르곤인 것을 특징으로 하는 리튬 전지의 제조 방법.The method of manufacturing a lithium battery according to claim 4, wherein the inert gas is argon.
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