KR20010037552A - 금속복합제 전극을 갖는 전기에너지 저장장치 - Google Patents

금속복합제 전극을 갖는 전기에너지 저장장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20010037552A
KR20010037552A KR1019990045129A KR19990045129A KR20010037552A KR 20010037552 A KR20010037552 A KR 20010037552A KR 1019990045129 A KR1019990045129 A KR 1019990045129A KR 19990045129 A KR19990045129 A KR 19990045129A KR 20010037552 A KR20010037552 A KR 20010037552A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
energy storage
active material
storage device
electric energy
Prior art date
Application number
KR1019990045129A
Other languages
English (en)
Inventor
김성민
안형식
박문철
Original Assignee
김덕중
사단법인 고등기술연구원 연구조합
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김덕중, 사단법인 고등기술연구원 연구조합 filed Critical 김덕중
Priority to KR1019990045129A priority Critical patent/KR20010037552A/ko
Publication of KR20010037552A publication Critical patent/KR20010037552A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
    • H01M4/26—Processes of manufacture
    • H01M4/28—Precipitating active material on the carrier
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

입자상의 활물질을 사용하는 전극의 전기저항을 감소시킨 전기에너지 저장장치가 개시된다. 본 발명의 전기에너지 저장장치는 입자상의 활물질이 알루미늄과 같은 금속물질에 의해 결합되어 집전체상에 도포된 전극을 구비한다. 전기전도도가 높은 금속물질을 바인더로 사용하여 입자상의 활물질을 결합시킴으로써, 전극의 전기저항이 감소하여 단위부피 및 중량당 에너지밀도와 동력밀도가 향상되고 전극의 수도 줄일 수 있어 제조비용이 절감된다.

Description

금속복합제 전극을 갖는 전기에너지 저장장치{ELECTRIC ENERGY STORAGE DEVICE HAVING METAL COMPOSITE ELECTRODE}
본 발명은 금속복합제 전극을 사용한 전지나 캐페시터와 같은 전기에너지 저장장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입자상의 활물질 사이를 금속물질로 결합시켜줌으로써 전극의 저항을 감소시킨 금속복합제 전극을 갖는 전기에너지 저장장치에 관한 것이다.
도 1은 전지, 캐패시터와 같은 종래의 일반적인 전기에너지 저장장치의 단위셀을 개략적으로 나타낸 모식도이다. 즉, 종래의 전기에너지 저장장치의 단위셀 구조는, 금속물질이나 몰딩수지로 된 케이스(10), 상기 케이스(10) 내에 설치된 집전체(12)와 활물질(14)로 구성된 양극 및 음극의 전극, 상기 양극 및 음극 사이에 설치되어 양극과 음극 사이에서 전자전도를 제한하고, 이온전도만을 가능케 하는 다공성 재질의 격리막(15) 및 상기 케이스(10) 내에 충전된 전해액(18)으로 구성되어 있다.
도 2는 도 1의 종래의 일반적인 전기에너지 저장장치의 단위셀 구조에서 전극구조를 보다 명확히 나타낸 모식도이다. 활물질(14)은 파우더, 과립, 파이버와 같은 입자형태의 것이 사용되며, PVDF, PTFE, CMC 등과 같은 유기바인더(16)가 활물질 사이를 연결해주는 바인더로서 역할을 하며, 금속포일과 같은 집전체(12)상에 도포된다.
종래의 전극의 제조과정을 살펴보면, 먼저 활물질(14), 유기바인더(16), 용제 및 전도도를 증가시키기 위한 도전체를 혼합하여 이를 믹싱하여 골고루 분산시킨 후, 코팅장치를 이용하여 금속포일과 같은 집전체(12)에 이를 판상으로 도포한 후 건조시켜 용제를 제거하고 이를 제단하여 전극을 제조한다.
파우더, 과립, 파이버와 같이 입자상을 가지는 활물질과 유기바인더를 혼합하여 전극을 제조하면, 도 2처럼 활물질(14)과 활물질(14) 사이 및 활물질(14)과 집전체(12) 사이에 유기바인더(16)가 위치하게 된다. 유기바인더(16)는 전기를 통하지 않는 부도체이므로 전극의 저항을 증가시켜 에너지 이용효율을 감소시키고, 충방전속도를 감소시킨다. 이런 이유 때문에 유기바인더를 사용하는 종래의 전지, 캐패시터 같은 전기에너지 저장장치들은 전극의 전기저항을 감소시키기 위하여 일반적으로 전극의 두께를 감소시켜 활물질과 집전체 사이의 거리를 줄임으로써 전극의 저항을 줄이는 방법을 주로 사용하여 왔다.
그러나 전극에서 활물질층의 두께를 감소시키면 전극의 저항은 감소하지만 전기에너지 저장장치에서 활물질이 차지하는 비율이 작아지게 되며, 이는 전극에서 집전체가 차지하는 비율이 커지는 것을 의미하기 때문에 전기에너지 저장장치의 중량 및 부피당 에너지밀도가 저하된다는 문제점이 있다.
나아가 전극의 단위면적당 에너지밀도가 작아짐에 따라 일정량의 에너지를 저장하기 위해서는 전극의 면적 및 전극의 수가 증가하여야 하기 때문에 전기에너지 저장장치의 제조과정이 복잡해지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 일 목적은, 파우더, 과립, 파이버 등과 같은 입자형태를 가지는 활물질을 사용하여 전극을 제조하는 전기에너지 저장장치에서 전극의 전기저항을 감소시킬 수 있는 금속복합제 전극을 갖는 전기에너지 저장장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 전극의 단위 부피 및 중량당 에너지밀도 및 동력밀도가 향상시킬 수 있는 금속복합제 전극을 갖는 전기에너지 저장장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 전극의 수를 감소시켜 제조비용을 절감시킬 수 있는 금속복합제 전극을 갖는 전기에너지 저장장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 전기에너지 저장장치의 단위셀을 나타내는 개략도이다.
도 2는 종래의 유기바인더를 사용한 전극의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 제작된 전기에너지 저장장치의 단위셀을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 금속물질을 바인더로 사용한 전극의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 전극을 제조하는 과정을 나타낸 공정도이다.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
10, 20 : 케이스 12, 22 : 집전체
14, 24 : 활물질 15, 25 : 격리막
16 : 유기바인더 26 : 금속물질
18, 28 : 전해액
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여 본 발명은, 입자상의 활물질이 제1 금속물질에 의해 결합되어 집전체상에 도포된 제1 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 금속복합제 전극을 갖는 전기에너지 저장장치를 제공한다.
상기 전기에너지 저장장치는, 상기 제1 전극을 내포하는 케이스, 상기 케이스내에서 상기 제1 전극에 대향하여 설치되어 있으며, 입자상의 활물질이 제2 금속물질에 의해 결합되어 집전체상에 도포된 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 설치된 격리막 및 상기 케이스의 내부를 충전하는 전해액을 더 구비하여, 전기에너지 저장장치의 단위셀 구조를 구성하게 된다.
본 발명에 따르면, 입자상의 활물질을 결합시켜주는 바인더로써, 전기전도도가 높은 금속물질을 사용함으로써 전극의 전기저항을 감소시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기에너지 저장장치를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 전기에너지 저장장치의 단위셀을 개략적으로 도시한 모식도이며, 도 4는 도 3의 전기에너지 저장장치의 단위셀 구조에서 전극구조를 보다 명확히 나타낸 모식도이고, 도 5는 본 발명에 따른 금속복합제 전극의 제조과정을 나타내는 공정도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 전기에너지 저장장치의 단위셀 구조는, 케이스(20), 상기 케이스(20) 내에 설치된 집전체(22)와 활물질(24)로 구성된 양극 및 음극의 전극, 상기 양극 및 음극 사이에 설치된 격리막(25) 및 상기 케이스(20) 내에 충전된 전해액(28)으로 구성되어 있다.
상기 케이스(20)는 금속재질, 몰딩수지, 복합재료등의 다양한 재질로 구성할 수 있으며, 상기 집전체(22)와 활물질(24)로 구성된 전극은 격리막(25)을 사이에 두고 서로 대향하여 형성된다. 격리막(25)은 폴리에틸렌계 고분자물질 또는 폴리프로필렌계 고분자물질 등이 사용될 수 있으며, 양극과 음극사이에서 전자전도를 제한하고 이온전도만이 가능케 하는 다공성 재질이 주로 사용될 수 있다. 상기 전해액(28)으로서는 수용성용매, 유기용매 및 염등 다양한 전해액이 사용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 활물질(24)은 파우더, 과립, 파이버와 같은 입자형태의 것이 사용되며, 금속물질(26)이 활물질 사이를 연결해주는 바인더로서 역할을 하며, 금속포일과 같은 집전체(22)상에 형성된다.
상기 바인더로 사용될 수 있는 금속물질(26)은 알루미늄 같이 녹는점이 낮은 금속을 사용하는 것이 유리하다.
한편, 전기에너지 저장장치의 전극재료로 사용되기 위해서는 산화/환원 전위가 큰 금속이 유리하다. 일반적으로 산화환원전위가 큰 금속은 알칼리금속, 알칼리토금속, 희토류금속 그리고 귀금속이 있다. 이중에서 알칼리금속, 희토류금속 그리고 귀금속은 녹는점이 700℃ 이상이므로 전극의 제조과정이 매우 어렵다. 또한 금속의 비중이 낮을수록 전기에너지 저장장치의 중량에 따른 에너지밀도 및 동력밀도를 증가시키는 데에 유리하므로 알칼리금속이나 알류미늄과 같은 경금속을 사용하는 것이 유리하다. 특히 알루미늄의 경우 산화/환원 전위가 높을 뿐 아니라 알루미늄 산화물은 전기화학적으로 안정하며 치밀한 표면 산화막을 용이하게 만들 수 있어 전극재료로 적당하다.
도 5를 참조하면, 먼저 파우더, 과립, 파이버와 같은 입자상의 활물질과 알루미늄 같은 금속을 파우더상으로 제조하여 골고루 혼합한다(S 10). 이어서, 상기 금속물질의 녹는점 이상에서 상기 활물질과 금속물질의 혼합물을 유지하여 상기 금속물질에 의해 상기 활물질을 서로 결합시킨다(S 12). 다음으로, 상기 결합물을 녹는점 이상에서 집전체상에 도포한다(S 14). 이어서, 상기 도포된 금속물질과 활물질의 결합물을 냉각시킨다(S 16). 이어서 적절한 크기로 제단하여 원하는 전극을 형성시킨다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 입자상의 활물질을 이용하여 제작되는 전기에너지 저장장치의 전극에서 활물질과 활물질 사이 및 활물질과 집전체 사이를 부도체인 유기바인더 대신 금속으로 결합시켜줌으로써 전극의 저항을 현저히 감소시킬 수 있다.
따라서, 집전체상에 활물질을 두껍게 형성하는 것이 가능하게 되어 단위 부피 및 중량당 에너지밀도 및 동력밀도를 크게 향상시킬 수 있으며, 전극의 수를 줄일 수 있기 때문에 전기에너지 저장장치의 제조비용도 현격히 경감시킬 수 있다.
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.

Claims (3)

  1. 입자상의 활물질이 제1 금속물질에 의해 결합되어 집전체상에 도포된 제1 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 금속복합제 전극을 갖는 전기에너지 저장장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기에너지 저장장치는,
    상기 제1 전극을 내포하는 케이스;
    상기 케이스내에서 상기 제1 전극에 대향하여 설치되어 있으며, 입자상의 활물질이 제2 금속물질에 의해 결합되어 집전체상에 도포된 제2 전극;
    상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 설치된 격리막; 및
    상기 케이스의 내부를 충전하는 전해액을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 금속복합제 전극을 갖는 전기에너지 저장장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속물질은 알루미늄 또는 이들의 합금으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금속복합제 전극을 갖는 전기에너지 저장장치.
KR1019990045129A 1999-10-18 1999-10-18 금속복합제 전극을 갖는 전기에너지 저장장치 KR20010037552A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990045129A KR20010037552A (ko) 1999-10-18 1999-10-18 금속복합제 전극을 갖는 전기에너지 저장장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990045129A KR20010037552A (ko) 1999-10-18 1999-10-18 금속복합제 전극을 갖는 전기에너지 저장장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20010037552A true KR20010037552A (ko) 2001-05-15

Family

ID=19615787

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019990045129A KR20010037552A (ko) 1999-10-18 1999-10-18 금속복합제 전극을 갖는 전기에너지 저장장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20010037552A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10319984B2 (en) 2016-10-25 2019-06-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Three-dimensional electrode structure and secondary battery including the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10319984B2 (en) 2016-10-25 2019-06-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Three-dimensional electrode structure and secondary battery including the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105449186B (zh) 一种二次电池及其制备方法
US6699619B2 (en) Negative electrode of a lithium secondary battery with a two-layered inorganic solid electrolytic material
CA2016517C (en) Solid state electrochemical cell having microroughened current collector
JP3736045B2 (ja) 全固体リチウム電池
CA2148008C (en) Lithium battery having electrode-electrolyte assembly and method for forming electrode-electrolyte assembly
KR20070046126A (ko) 전지 내의 개선된 전극 구조물
JP2698340B2 (ja) 電気化学的電池
JPH10189050A (ja) リチウムイオン電池
CN105742689A (zh) 包含离子传导陶瓷作为电解质的全固态金属-金属蓄电池
CN103858195A (zh) 锂离子电容器、蓄电装置、蓄电系统
CN113451586A (zh) 一种二次电池的电极片、二次电池及其制备方法
Dong et al. Nanoscale Borate Coating Network Stabilized Iron Oxide Anode for High‐Energy‐Density Bipolar Lithium‐Ion Batteries
EP0307209B1 (en) A battery
CN104617254A (zh) 一种用于锂离子电池的复合负极材料
US4091191A (en) Battery having an electrode comprising mixtures of Al and TiS2
CN110165286A (zh) 全固态锂离子电池及其一体化复合烧结制备工艺
CN105591070A (zh) 一种高比能量负极极片及其锂离子电池的制备方法
CN217035901U (zh) 一种内部串联型固态电池及固态电池组
JP2017059370A (ja) 二次電池
CN215644574U (zh) 一种二次电池的电极片和二次电池
KR101101546B1 (ko) 전기 화학 커패시터 및 이의 제조방법
Bullock Progress and Challenges in Bipolar Lead‐Acid Battery Development
KR20010037552A (ko) 금속복합제 전극을 갖는 전기에너지 저장장치
CN211629216U (zh) 一种锂电池的负极结构
JP2008159355A (ja) コイン型リチウム電池

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid