KR20040026370A - Metallic lithium anodes for electrochemical cells - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기화학전지용 애노드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2차 전지용 리튬메탈 애노드에 관한 것이다.The present invention relates to an anode for an electrochemical cell, and more particularly to a lithium metal anode for a secondary battery.
전기화학전지의 애노드 활물질로서 사용가능한 리튬메탈은 이론적으로 약 3,860 mAh/g 정도의 매우 높은 에너지 밀도를 가지고 있으나, 불행히도 리튬메탈애노드를 사용하는 2차 전지에 대한 장수명의 확보가 용이하지 않아서 리튬메탈 애노드를 사용하는 2차 전지의 상용화가 이루어지지 않고 있다.Lithium metal that can be used as an anode active material of an electrochemical cell has a very high energy density of about 3,860 mAh / g, but unfortunately, it is not easy to secure a long life for a secondary battery using a lithium metal anode. There is no commercialization of a secondary battery using an anode.
리튬메탈 애노드를 사용하는 2차 전지의 단수명은 전해액과 리튬메탈이 접촉함으로써 발생하는 부산물에 기인하는 것으로 알려져 있다.The short life of a secondary battery using a lithium metal anode is known to be due to by-products generated by the contact between the electrolyte and the lithium metal.
리튬메탈 애노드를 사용하는 2차 전지의 수명 특성을 향상시키기 위한 방법으로서, 리튬 애노드의 표면에 유기보호층, 무기보호층 또는 유기-무기 복합 보호층을 피복하여 전해액과 리튬메탈의 접촉을 차단하는 방법이 제안되고 있다.A method for improving the life characteristics of a secondary battery using a lithium metal anode, the organic protective layer, an inorganic protective layer or an organic-inorganic composite protective layer is coated on the surface of the lithium anode to block the contact between the electrolyte and lithium metal. A method is proposed.
그러나, 전지의 충방전 과정중에 발생하는 리튬메탈의 극심한 두께변화(약 5 ~ 약 10㎛)로 인하여, 리튬메탈 표면의 보호층은 점진적으로 파괴되며 종국에는 더 이상 보호층으로서 작용하지 못하게 된다. 보호층이 제기능을 하지 못하게 되면 리튬메탈 애노드의 손상은 가속되고, 결국 리튬메탈 애노드를 사용하는 2차 전지의 수명은 단축된다.However, due to the extreme thickness change (about 5 to about 10 μm) of the lithium metal generated during the charge / discharge process of the battery, the protective layer on the surface of the lithium metal gradually breaks down and eventually no longer serves as a protective layer. If the protective layer fails to function, damage of the lithium metal anode is accelerated, and the life of the secondary battery using the lithium metal anode is shortened.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 리튬메탈 애노드를 사용하는 2차 전지의 수명을 향상시킬 수 있는 리튬메탈 애노드를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a lithium metal anode that can improve the life of the secondary battery using the lithium metal anode.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 리튬메탈 애노드를 사용하는, 수명이 향상된 리튬 전지를 제공하는 것이다.In addition, another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a lithium battery having an improved lifetime using a lithium metal anode.
도 1은 본 발명의 일 구현예로서, 리튬메탈층의 표면에 위치한 제 1 보호층과 리튬메탈층의 내부에 위치한 제 2 보호층을 포함하는 리튬메탈 애노드를 도시하고 있다.1 illustrates a lithium metal anode including a first protective layer located on a surface of a lithium metal layer and a second protective layer located inside a lithium metal layer as an embodiment of the present invention.
도 2는 보호층이 유기보호층 및 무기보호층을 모두 포함하고 있는 본 발명의 일 구현예를 도시하고 있다.2 illustrates an embodiment of the present invention in which the protective layer includes both an organic protective layer and an inorganic protective layer.
도 3은 리튬메탈층 내부에 위치하는 제 2 보호층이 리튬을 흡수하고 탈리할 수 있는 금속합금층을 더 포함하고 있는 본 발명의 일 구현예를 도시하고 있다.3 illustrates an embodiment of the present invention in which the second protective layer located inside the lithium metal layer further includes a metal alloy layer capable of absorbing and detaching lithium.
도 4는 리튬메탈층 내부에 2개의 제 2 보호층이 위치하고 있는 본 발명의 일 구현예를 도시하고 있다.4 illustrates an embodiment of the present invention in which two second protective layers are located inside a lithium metal layer.
본 발명은, 집전체 상에 리튬메탈층을 포함하는 리튬메탈 애노드에 있어서,The present invention provides a lithium metal anode comprising a lithium metal layer on a current collector,
상기 리튬메탈층의 상기 집전체와 접촉하는 표면의 맞은 편 표면 상에 위치한 제 1 보호층; 및 상기 리튬메탈층 내부에 위치한 1개 이상의 제 2 보호층을 더 포함하며,A first protective layer located on a surface opposite the surface in contact with the current collector of the lithium metal layer; And at least one second protective layer located inside the lithium metal layer,
상기 보호층은 리튬이온전도성을 갖고 있으며, 리튬메탈 애노드의 말단부로부터 이격되어 있는 리튬메탈 애노드를 제공한다.The protective layer has a lithium ion conductivity and provides a lithium metal anode spaced apart from the distal end of the lithium metal anode.
상기 리튬메탈층 내부에 위치하는 제 2 보호층은 리튬을 흡수하고 탈리할 수 있는 금속층을 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 금속층은 상기 제 2 보호층의 전해질 접촉면 방향의 표면에 위치한다.The second protective layer positioned inside the lithium metal layer may further include a metal layer capable of absorbing and detaching lithium, wherein the metal layer is located on a surface of the second protective layer in an electrolyte contact surface direction.
또한, 본 발명에서는 본 발명에 따른 리튬메탈 애노드를 포함하는 전기화학 2차 전지를 제공한다.In addition, the present invention provides an electrochemical secondary battery comprising a lithium metal anode according to the present invention.
또한, 본 발명에서는 본 발명에 따른 리튬메탈 애노드를 포함하는 전기화학 1차 전지를 제공한다.In addition, the present invention provides an electrochemical primary battery comprising a lithium metal anode according to the present invention.
이하에서는, 도 1을 참조하면서 본 발명의 기술적 구성을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the technical configuration of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 1.
도 1은 본 발명의 일 구현예로서, 기본적으로 집전체(10)와 리튬메탈층(20)을 갖고 있으며, 리튬메탈층의 표면에 위치한 제 1 보호층(31)과 리튬메탈층의 내부에 위치한 제 2 보호층(32)을 포함하는 리튬메탈 애노드를 도시하고 있다. 제 2 보호층(32)에 의하여 리튬메탈층(20)은 상부영역(21)과 하부영역(22)으로 분할된다. 제 1 및 제 2 보호층은 모두 리튬메탈 애노드의 단부에서 소정 간격 이격되어 있어 리튬메탈 애노드의 주변부(50)를 제외한 영역에 형성되어 있다. 표면에 위치한 제 1 보호층(31)은 전해액과 리튬메탈과의 접촉을 차단하여 전지의 수명을 향상시키고, 내부에 위치한 제 2 보호층(32)은 제 1 보호층(31)이 파괴되었을 때 새로운 보호층으로서 기능하게 된다.FIG. 1 illustrates an embodiment of the present invention, which basically includes a current collector 10 and a lithium metal layer 20, and is disposed inside the first protective layer 31 and the lithium metal layer located on the surface of the lithium metal layer. A lithium metal anode is shown comprising a second protective layer 32 located thereon. The lithium metal layer 20 is divided into the upper region 21 and the lower region 22 by the second protective layer 32. Both of the first and second protective layers are spaced apart from each other at the ends of the lithium metal anode at predetermined intervals, and are formed in regions excluding the peripheral portion 50 of the lithium metal anode. The first protective layer 31 disposed on the surface blocks the contact between the electrolyte and the lithium metal to improve the life of the battery, and the second protective layer 32 disposed inside the first protective layer 31 when the first protective layer 31 is destroyed It will function as a new protective layer.
도 1에 나타나 있는 리튬메탈 애노드는, 예를 들면, 집전체(10) 위에 리튬메탈층(22)을 형성하고 그 위에 제 2 보호층(32)을 형성한 다음, 다시 상기 제 2 보호층 위에 리튬메탈층(21)을 형성하고 그 위에 제 1 보호층(31)을 형성함으로써 얻을 수 있다.The lithium metal anode shown in FIG. 1 forms, for example, a lithium metal layer 22 on the current collector 10 and a second protective layer 32 thereon, and then again on the second protective layer. It can obtain by forming the lithium metal layer 21 and forming the 1st protective layer 31 on it.
상기 집전체(10)로서는 니켈 호일 또는 구리 호일 등이 사용될 수 있으며, 또는 기재위에 니켈 또는 구리를 진공증착 또는 스퍼터링하여 제조된 집전체가 사용될 수도 있다.As the current collector 10, a nickel foil or a copper foil may be used, or a current collector manufactured by vacuum deposition or sputtering of nickel or copper on a substrate may be used.
상기 리튬메탈층 상부영역(21) 및 하부영역(22)은 진공증착법을 사용하여 형성될 수 있다. 리튬메탈층 상부영역(21) 및 하부영역(22)의 두께는 캐소드의 용량에 따라 달라지는데, 최소한 캐소드의 용량 보다 큰 용량을 가지도록 조절되며, 통상적으로는 약 1 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 가지도록 할 수 있다.The upper region 21 and the lower region 22 of the lithium metal layer may be formed using a vacuum deposition method. The thickness of the upper and lower regions of the lithium metal layer 21 and the lower region 22 depends on the capacity of the cathode, and is adjusted to have a capacity at least greater than that of the cathode, and typically has a thickness of about 1 μm to about 100 μm. You can have it.
일 구현예에서 상기 제 1 보호층(31) 및 제 2 보호층(32)은 리튬이온전도성을 갖는, 유기물질을 포함하는 유기보호층일 수 있다.In one embodiment, the first protective layer 31 and the second protective layer 32 may be an organic protective layer including an organic material having lithium ion conductivity.
이때, 상기 유기보호층은 아크릴레이트 모노머; 리튬염; 및 중합개시제를 포함하는 조성물로부터 형성될 수 있다. 상기 조성물은 증착, 딥핑, 코터, 스프레이 등의 방법으로 코팅된 후 건조되어 유기보호층을 형성한다. 아크릴레이트 모노머로서는, 예를 들면, 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 폴리에스터 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트, 아크릴레이티드 아민, 글리콜 아크릴레이트 및 폴리글리콜 아크릴레이트 중에서 선택되는 하나 이상이 사용될 수 있다. 리튬염으로서는, 예를 들면, 과염소산 리튬, 사불화붕산 리튬, 육불화인산 리튬, 삼불화메탄술폰산 리튬, 리튬 비스트리플루오로메탄술포닐아미드 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다. 중합개시제로서는 열 또는 빛에 의하여 쉽게 분해되어 라디칼을 발생시킬 수 있는 중합개시제로서, 예를 들면, 벤조페논, 과산화벤조일, 과산화아세틸, 과산화라우로일, 디부틸틴디아세테이트, 아조비스이소부티로니트릴 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.At this time, the organic protective layer is an acrylate monomer; Lithium salts; And it may be formed from a composition comprising a polymerization initiator. The composition is coated by a method such as deposition, dipping, coater, spray, and then dried to form an organic protective layer. As the acrylate monomer, for example, one or more selected from epoxy acrylate, urethane acrylate, polyester acrylate, silicone acrylate, acrylated amine, glycol acrylate and polyglycol acrylate can be used. As the lithium salt, for example, lithium perchlorate, lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluorophosphate, lithium trifluoromethanesulfonate, lithium bistrifluoromethanesulfonylamide or a mixture thereof may be used. The polymerization initiator is a polymerization initiator that can be easily decomposed by heat or light to generate radicals. For example, benzophenone, benzoyl peroxide, acetyl peroxide, lauroyl peroxide, dibutyl tin diacetate, azobisisobutyronitrile Or mixtures thereof may be used.
이와는 달리, 상기 유기보호층은 폴리에틸렌옥사이드계 수지, 아크릴로니트릴계 수지 또는 폴리메틸메타아크릴레이트계 수지와 같은 고분자; 및 리튬염을 포함할 수도 있다. 이 경우에, 유기보호층 형성시 사용되는 고분자용액은 고분자 미세입자가 분산된 분산액형태 또는 고분자가 완전히 용해된 용액형태일 수 있다. 치밀한 유기보호층을 형성시키기 위해서는 용액형태를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 고분자 및 리튬염을 분산시키거나 용해시키기 위한 용매로서는 비점이 낮아서 제거되기 쉽고 잔류물을 남기지 않는 성질을 갖는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하며, 예를 들면, 아세토니트릴 (acetonitrile), 아세톤 (acetone), 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran), 디메틸포름아미드 (dimethyl formamide), N-메틸피롤리디논 (N-methyl pyrrolidinone) 등이 개별적으로 또는 조합으로 사용될 수 있다. 리튬염으로서는 앞에서 언급한 물질이 사용될 수 있다. 상기 고분자, 리튬염 및 유기용매를 포함하는 혼합물은 증착, 딥핑, 코터, 스프레이 등의 방법으로 코팅된 후 건조되어 유기보호층을 형성한다.Alternatively, the organic protective layer may be a polymer such as polyethylene oxide resin, acrylonitrile resin or polymethyl methacrylate resin; And lithium salts. In this case, the polymer solution used when forming the organic protective layer may be in the form of a dispersion in which the polymer microparticles are dispersed or in the form of a solution in which the polymer is completely dissolved. It is more preferable to use a solution form to form a dense organic protective layer. The solvent for dispersing or dissolving the polymer and lithium salt can be used without particular limitation as long as it has a low boiling point and can be easily removed and does not leave a residue. For example, acetonitrile, acetone, acetone, Tetrahydrofuran, dimethyl formamide, N-methyl pyrrolidinone and the like can be used individually or in combination. As the lithium salt, the above-mentioned materials can be used. The mixture including the polymer, the lithium salt, and the organic solvent is coated by a method such as deposition, dipping, coater, spray, and then dried to form an organic protective layer.
유기보호층의 두께가 너무 얇으면 핀홀발생에 의하여 온전한 표면 덮힘이 이루어지지 않고, 그 두께가 너무 두꺼우면 내부저항이 커지고 에너지 밀도가 저하되는 경향이 있다. 이러한 점을 고려하여 유기보호층의 두께는, 예를 들어, 약 0.05 내지 약 5 ㎛ 정도로 할 수 있다.If the thickness of the organic protective layer is too thin, the entire surface is not covered by pinhole generation, and if the thickness is too thick, the internal resistance increases and the energy density tends to decrease. In consideration of this point, the thickness of the organic protective layer may be, for example, about 0.05 to about 5 μm.
본 발명의 다른 구현예에서는, 상기 보호층(31, 32)은 리튬이온전도성을 갖는, 무기물질을 포함하는 무기보호층일 수 있다. 상기 무기보호층은, 리튬 실리케이트, 리튬 보레이트, 리튬 알루미네이트, 리튬 포스페이트, 리튬 포스포러스 옥시니트라이드, 리튬 실리코설파이드, 리튬 게르마노설파이드, 리튬 란타늄 옥사이드, 리튬 티타늄 옥사이드, 리튬 보로설파이드, 리튬 알루미노설파이드, 리튬 포스포설파이드, 리튬 니트라이드 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the protective layers 31 and 32 may be inorganic protective layers including inorganic materials having lithium ion conductivity. The inorganic protective layer is lithium silicate, lithium borate, lithium aluminate, lithium phosphate, lithium phosphorus oxynitride, lithium silicon sulfide, lithium germanosulfide, lithium lanthanum oxide, lithium titanium oxide, lithium borosulfide, lithium alumino Sulfides, lithium phosphosulfides, lithium nitrides or mixtures thereof.
상기 무기보호층은 스퍼터링, 증발증착, 화학기상증착 등에 의하여 형성될 수 있다.The inorganic protective layer may be formed by sputtering, evaporation deposition, chemical vapor deposition, or the like.
리튬메탈층 위에 무기보호층을 형성시키는 또 다른 방법은 리튬메탈층을 N2, SO2, CO2, O2, 에틸렌, 아세틸렌 등과 같은 가스와 접촉시켜서 표면 반응을 발생시키는 것이다.Another method of forming an inorganic protective layer on the lithium metal layer is to contact the lithium metal layer with a gas such as N 2 , SO 2 , CO 2 , O 2 , ethylene, acetylene, or the like to generate a surface reaction.
무기보호층의 두께가 너무 얇으면 핀홀발생에 의하여 온전한 표면 덮음이 이루어지지 않고, 그 두께가 너무 두꺼우면 내부저항이 커지고 에너지 밀도가 저하되는 경향이 있다. 이러한 점을 고려하여 무기보호층의 두께는, 예를 들어, 약 0.01 내지 2 ㎛ 정도로 할 수 있다.If the thickness of the inorganic protective layer is too thin, the entire surface is not covered by pinhole generation. If the thickness of the inorganic protective layer is too thick, the internal resistance increases and the energy density tends to decrease. In consideration of this point, the thickness of the inorganic protective layer can be, for example, about 0.01 to 2 μm.
이하에서는, 도 2를 참조하면서 본 발명의 또 다른 구현예를 설명한다. 도 2는 제 1 보호층(31) 및 제 2 보호층(32)이 유기보호층과 무기보호층을 모두 갖고 있는 경우이다. 제 1 보호층(31)은 유기보호층(311)과 무기보호층(312)을 포함하며, 제 2 보호층(32)은 유기보호층(321)과 무기보호층(322)을 포함하고 있다. 유기보호층과 무기보호층 각각은 앞에서 설명한 바와 같은 재료와 방법으로 형성될 수 있다. 이때, 유기보호층과 무기보호층의 순서는 문제되지 않는다. 즉, 분할된 리튬메탈층(21, 22)위에 먼저 유기보호층을 형성시키고, 그 후에 무기보호층을 형성시킴으로써 보호층을 완성시킬 수 도 있으며, 또는 분할된 리튬메탈층(21, 22)위에 먼저 무기보호층을 형성시키고, 그 후에 유기보호층을 형성시킴으로써 보호층을 완성시킬 수 있다. 또 다른 구현예에서는, 유기보호층과 무기보호층이 각각 2개 이상 번갈아 적층되어 보호층이 완성될 수 있다.Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2. 2 illustrates a case where the first protective layer 31 and the second protective layer 32 have both an organic protective layer and an inorganic protective layer. The first protective layer 31 includes an organic protective layer 311 and an inorganic protective layer 312, and the second protective layer 32 includes an organic protective layer 321 and an inorganic protective layer 322. . Each of the organic protective layer and the inorganic protective layer may be formed of a material and a method as described above. At this time, the order of the organic protective layer and the inorganic protective layer is not a problem. That is, the protective layer may be completed by first forming an organic protective layer on the divided lithium metal layers 21 and 22 and then forming an inorganic protective layer, or on the divided lithium metal layers 21 and 22. The protective layer can be completed by first forming an inorganic protective layer and then forming an organic protective layer. In another embodiment, two or more organic protective layers and inorganic protective layers may be alternately stacked to complete the protective layer.
이하에서는, 도 3을 참조하면서 본 발명의 또 다른 구현예를 설명한다. 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 리튬메탈 애노드의 리튬메탈층(20) 내부에 위치하는 제 2 보호층(32)은 리튬을 흡수하고 탈리할 수 있는 금속층(323)을 더 포함할 수 있다. 상기 금속층(323)은 제 2 보호층(32)의 전해질 접촉면 방향의 표면에 위치한다. 상기 금속층(323)은 제 2 보호층(32)에 한시적인 전기전도성을 부여하는 역할을 한다. 금속층(323)이 없는 경우, 제 2 보호층(32)은 전기전도성이 없으므로 방전 중에 보호층의 표면의 일부에 리튬메탈이 전기적으로 단락되어 섬(island)형태로 남게될 가능성이 있다. 이러한 가능성에 대비하기 위하여, 리튬메탈층(20) 내부에 위치하는 제 2 보호층(32)에 리튬을 흡수하고 탈리할 수 있는 금속층(323)을더 포함시킴으로써 보호층(32)에 한시적인 전기전도성을 부여하는 것이다. 이때, 한시적이라는 의미는 충전 및 방전의 반복에 따라 수반되는 애노드의 부피변화에 의해 상기 금속층이 파괴될 수 있다는 것이다. 또한 리튬메탈층(20)의 표면에 위치한 제 1 보호층(31)도 금속층(313)을 포함할 수 있다.Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3. As shown in FIG. 3, the second protective layer 32 located inside the lithium metal layer 20 of the lithium metal anode of the present invention may further include a metal layer 323 capable of absorbing and detaching lithium. . The metal layer 323 is positioned on the surface of the second protective layer 32 in the electrolyte contact surface direction. The metal layer 323 serves to impart temporary electrical conductivity to the second protective layer 32. In the absence of the metal layer 323, since the second protective layer 32 is not electrically conductive, there is a possibility that lithium metal is electrically shorted to a part of the surface of the protective layer during discharge to remain in an island form. In order to prepare for this possibility, the second conductive layer 32 located inside the lithium metal layer 20 further includes a metal layer 323 capable of absorbing and desorbing lithium, thereby providing temporary electrical conductivity to the protective layer 32. To give. In this case, the term "temporary" means that the metal layer may be destroyed by the volume change of the anode accompanying the repetition of charging and discharging. In addition, the first protective layer 31 disposed on the surface of the lithium metal layer 20 may also include a metal layer 313.
상기 금속층은 Zn, Mg, Sn 및 Al 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으며, 금속층은 스퍼터링에 의하여 형성될 수 있다. 금속층의 두께가 너무 얇으면 핀홀발생에 의하여 온전한 표면 덮음이 이루어지지 않고, 그 두께가 너무 두꺼우면 내부저항이 커지고 에너지 밀도가 저하되는 경향이 있다. 이러한 점을 고려하여, 예를 들면, 금속층의 두께는 약 0.01 내지 약 1 ㎛일 수 있다.The metal layer may include at least one selected from Zn, Mg, Sn, and Al, and the metal layer may be formed by sputtering. If the thickness of the metal layer is too thin, the entire surface is not covered by pinhole generation. If the thickness is too thick, the internal resistance tends to increase and the energy density tends to decrease. In view of this, for example, the thickness of the metal layer may be about 0.01 to about 1 μm.
이하에서는, 도 4를 참조하면서 본 발명의 또 다른 구현예를 설명한다. 본 발명에 따른 리튬메탈 애노드에 있어서 리튬메탈층의 내부에는 2개 이상의 보호층을 포함할 수 있다. 통상적으로 리튬메탈층(20)의 내부에 포함되는 보호층은 약 10개 이하로 한다. 도 4는 리튬메탈층(20) 내부에 2개의 제 2 보호층(32, 32')이 위치하고 있는 일 구현예를 도시하고 있다.Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4. In the lithium metal anode according to the present invention, two or more protective layers may be included in the lithium metal layer. Typically, the protective layer included in the lithium metal layer 20 is about 10 or less. 4 illustrates an embodiment in which two second protective layers 32 and 32 ′ are positioned inside the lithium metal layer 20.
보호층(31, 32, 32') 각각은 유기보호층, 무기보호층 및 금속층 중에서 적어도 하나를 포함한다. 본 발명의 다른 구현예에서는, 보호층(31, 32, 32') 각각은 서로 다른 재질 및 서로 다른 구성층을 가질 수도 있다.Each of the protective layers 31, 32, 32 ′ includes at least one of an organic protective layer, an inorganic protective layer, and a metal layer. In another embodiment of the present invention, each of the protective layers 31, 32, 32 'may have different materials and different component layers.
또한, 본 발명에서는, 앞에서 설명한 본 발명에 따른 리튬메탈 애노드를 포함하는 리튬 전지를 제공한다. 본 발명의 리튬 전지는 그 형태가 특별히 제한되지는 않으며, 리튬 2차 전지 뿐만아니라 리튬 1차 전지에도 사용가능하다.In addition, the present invention provides a lithium battery comprising the lithium metal anode according to the present invention described above. The lithium battery of the present invention is not particularly limited in form, and can be used not only for lithium secondary batteries but also for lithium primary batteries.
앞에서 설명한 본 발명에 따른 리튬메탈 애노드를 이용하여 여러가지 방법으로 전지를 제조할 수 있다. 예를 들면 다음과 같은 방법이 사용될 수 있다. 리튬 전지 제조시 사용되는 통상적인 방법에 따라 캐소드를 제조한다. 이때 캐소드 활물질로는 리튬 금속 복합 산화물, 전이금속 화합물, 설퍼 화합물 등을 사용할 수 있다. 그 후, 상기 캐소드와 본 발명에 따라 제조된 애노드 사이에 고분자 전해질을 삽입하고 이를 와인딩(winding)하거나 스택킹(stacking)하여 전극 구조체를 형성한 다음, 이를 전지 케이스에 넣어 전지를 조립한다. 이후, 전극 구조체가 수납된 전지 케이스내에, 유기용매와 리튬염을 함유하는 전해액을 주입함으로써 리튬 전지가 완성된다.The battery may be manufactured by various methods using the lithium metal anode according to the present invention described above. For example, the following method may be used. The cathode is prepared in accordance with conventional methods used in the manufacture of lithium batteries. In this case, a lithium metal composite oxide, a transition metal compound, a sulfur compound, or the like may be used as the cathode active material. Thereafter, a polymer electrolyte is inserted between the cathode and the anode manufactured according to the present invention, and the electrode is formed by winding or stacking the polymer electrolyte, and then putting the polymer electrolyte into a battery case to assemble the battery. Then, the lithium battery is completed by inject | pouring the electrolyte solution containing an organic solvent and a lithium salt in the battery case which accommodated the electrode structure.
본 발명에 따른 리튬메탈 애노드를 이용하여 리튬 전지를 제조하는 또 다른 예는 다음과 같다. 통상의 방법에 따라 얻어진 캐소드와 본 발명에 따른 애노드 사이에 망목 구조를 갖는 절연성 수지로 된 세퍼레이타를 삽입하고 이를 와인딩(winding)하거나 스택킹(stacking)하여 전극 구조체를 형성한 다음, 이를 전지 케이스에 넣어 전지를 조립한다. 여기에서 상기 세퍼레이타는 폴리에틸렌 세퍼레이타, 폴리프로필렌 세퍼레이타, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이타, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이타 또는 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이타인 것이 바람직하다. 이후, 전극 구조체가 수납된 전지 케이스 내에 전해액을 주입하여 본 발명의 리튬 전지가 완성된다.Another example of manufacturing a lithium battery using the lithium metal anode according to the present invention is as follows. A separator formed of an insulating resin having a mesh structure is inserted between the cathode obtained according to the conventional method and the anode according to the present invention, and the electrode structure is formed by winding or stacking the separator. Put the battery in its case to assemble the battery. Wherein the separator is a polyethylene separator, a polypropylene separator, a polyethylene / polypropylene two layer separator, a polyethylene / polypropylene / polyethylene three layer separator or a polypropylene / polyethylene / polypropylene three layer three It is preferable that it is a perator. Thereafter, the electrolyte is injected into the battery case in which the electrode structure is accommodated, thereby completing the lithium battery of the present invention.
상기 리튬 전지에 사용되는 리튬염, 유기용매 및 고분자 전해질은 해당 기술 분야에서 알려진 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다.Lithium salts, organic solvents and polymer electrolytes used in the lithium battery can be used without limitation as long as they are known in the art.
리튬메탈층의 표면에 위치하는 보호층과 리튬메탈층의 내부에 위치하는 1개 이상의 보호층은 순차적으로, 전해질과 리튬메탈층의 직접적인 접촉을 방지하는 보호층의 역할을 수행한다. 따라서, 본 발명에 따른 리튬메탈 애노드를 사용하면 수명이 향상된 리튬메탈 애노드를 구비한 리튬 전지를 얻을 수 있다.The protective layer located on the surface of the lithium metal layer and the one or more protective layers located inside the lithium metal layer sequentially serve as a protective layer to prevent direct contact between the electrolyte and the lithium metal layer. Therefore, by using the lithium metal anode according to the present invention it is possible to obtain a lithium battery having a lithium metal anode with improved life.
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