KR20050116491A - 전지용 집전체-양극 일체형 금속-금속황화물 소자 - Google Patents

전지용 집전체-양극 일체형 금속-금속황화물 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전지용 집전체-양극 일체형 금속-금속황화물 소자에 관한 것으로, 집전체로서 Cu, Ti, Ni 박판 및 세선을 사용하고, 집전체의 표면에 내부황화법으로 Cu, Ti, Ni 황화물을 생성시켜 양극 활물질로서 사용되도록 구성함으로써 전지의 집전체와 양극의 역할을 하나의 소자로 동시에 수행하고, 박판 및 세선형태를 갖는 집전체-양극 일체형 소자를 제공하는 매우 뛰어난 효과가 있다.

Description

전지용 집전체-양극 일체형 금속-금속황화물 소자{Hybrid metal-metal sulfide materials for current collector and anode of battery}
본 발명은 전지용 집전체-양극 일체형 금속-금속황화물 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 집전체로서 Cu, Ti, Ni 박판 및 세선을 사용하고, 집전체의 표면에 내부황화법으로 Cu, Ti, Ni 황화물을 생성시켜 양극 활물질로서 사용되도록 구성됨으로써 전지의 집전체와 양극의 역할을 하나의 소자로 동시에 수행하고, 박판 및 세선형태를 갖는 집전체-양극 일체형 소자에 관한 것이다.
전지는 음극, 양극, 전해질, 집전체로 구성되어 있고, 집전체는 방전시 전지에서 생성된 전기를 모으는 역할을, 양극에서는 음극에서 발생된 전자에 의해 환원반응이 발생한다. 현재 집전체로는 구리(Cu), 스테인리스 스틸(stainless steel) 등이 사용되고, 양극으로는 금속산화물, 황화물, 수산화물 등이 사용되고 있다.
종래의 전지에서는 집전체위에 양극 활물질을 코팅하여 사용하고 있다. 이 경우 집전체위에 양극활물질을 적층하기 때문에 소자의 두께가 두꺼워지고, 집전체와 양극활물질층간의 접착강도 문제가 발생한다.
한편 박막형 소형 전지의 경우에는 집전체와 양극제조시 박막제조공정을 포함한다. 이 경우 이종의 물질을 적층하는 방법에 의해 제조되므로 집전체와 양극활물질의 접착강도를 확보하기 위한 별도의 버퍼층 형성이 필요하게 되는 등 전지제조 시 복잡한 박막제조공정이 필요하게 된다. 또한 기존의 적층방식은 세선형태의 집전체-양극활물질 소자제조가 어렵다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 전지제조방법에서 사용되고 있는 적층방법은 상술한 소자 두께, 공정의 복잡성 및 형태의 제한에 관련한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 적층방법을 내부황화법으로 대체함으로함 하나의 공정에 의해 박판 및 세선형태의 전지용 집전체-양극 일체형 금속-금속황화물 소자를 제조하여 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 전지용 집전체-양극 일체형 금속-금속황화물 소자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적은 집전체로서 Cu, Ti, Ni 박판 및 세선을 사용하고, 집전체의 표면에 내부황화법으로 Cu, Ti, Ni 황화물을 생성시켜 양극 활물질로서 사용되도록 구성하여 전지의 집전체와 양극의 역할을 하나의 소자로 동시에 수행하고, 박판 및 세선형태를 갖는 집전체-양극 일체형 소자를 제공함으로써 달성하였다.
이하 본 발명의 구성을 설명한다.
본 발명은 집전체로서 Cu, Ti 또는 Ni을 사용하고, 집전체의 표면에 내부황화법으로 Cu, Ti 또는 Ni 황화물을 생성시켜 양극 활물질로서 사용되도록 구성됨으로써 전지의 집전체와 양극의 역할을 하나의 소자로 동시에 수행함을 특징으로 하는 전지용 집전체-양극 일체형 금속-금속황화물 소자를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전지용 집전체-양극 일체형 금속-금속황화물 소자는 용도에 따라서 박판 또는 세선의 형태를 가지도록 제조될 수 있다.
본 발명에서 내부황화법은 집전체의 표면에 기화된 황이 닿도록 하여 400~700℃에서 1~30시간 동안 가열함으로써 집전체의 표면에 집전체로 사용된 금속의 황화물이 생성되도록 하는 방법을 뜻한다.
이하 본 발명의 구체적인 구성 및 작용에 대하여 하기 도면을 참조로 자세하게 설명하기로 한다.
도 1은 박판형의 전지용 집전체-양극 일체형 금속-금속황화물 소자의 구조를 나타낸다. 집전체(1)로는 Cu, Ti 또는 Ni 등을 사용하고, 내부황화법에 의해 집전체의 한쪽 면에 Cu, Ti 또는 Ni 황화물(2)이 생성된다.
도 2는 세선형의 전지용 집전체-양극 일체형 금속-금속황화물 소자의 구조를 나타낸다. 집전체(1)로는 Cu, Ti 또는 Ni 등을 사용하고, 내부황화법에 의해 집전체 주위에 Cu, Ti 또는 Ni 황화물(2)이 생성된다.
도 3은 내부황화 공정의 개략도이다. 내부황화 공정은 먼저 진공분위기의 열처리로(3)에 Cu, Ti, Ni 등의 집전체(1)를 장입하고 동시에 고체상태의 황(4)을 장입한 다음 400~700℃에서 1~30시간 동안 가열한다. 만일 가열온도가 400℃ 이하이거나 가열시간이 1시간 이하가 되면 황화물의 생성이 불완전하고, 가열시간이 700℃ 이상이 되면 산화가 발생한다. 또한, 가열시간이 30시간 이상이면 시간이 경과하여도 황화물 생성량에 변화가 거의 없다.
도 4는 내부황화법에 의해 제조한 집전체-양극 일체형 금속-금속황화물 소자표면의 X선회절시험 결과중 니켈-니켈 황화물(Ni-Ni sulfide)의 X선회절시험 결과를 나타낸다. 상기 X선회절시험 결과를 통해 소자의 표면에 니켈 황화물이 생성되었음을 확인할 수 있다. Ti-Ti 황화물과 Cu-Cu 황화물에서도 소자의 표면에 각각 황화물이 생성되었음을 확인할 수 있다.
도 5는 내부황화법을 이용하여 제조한 집전체-양극 일체형 금속-금속황화물 소자를 이용하여 전지를 제조한 후 전지특성을 조사한 결과중 Ni-Ni 황화물의 결과를 나타낸다. 유사한 전지특성이 Ti-Ti 황화물, Cu-Cu 황화물의 집전체-양극 일체형 소자에서도 관찰된다.
이상 상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 전지용 집전체-양극 일체형 금속-금속황화물 소자에 관한 것으로, 집전체로서 Cu, Ti, Ni 박판 및 세선을 사용하고, 집전체의 표면에 내부황화법으로 Cu, Ti, Ni 황화물을 생성시켜 양극 활물질로서 사용되도록 구성함으로써 전지의 집전체와 양극의 역할을 하나의 소자로 동시에 수행하고, 박판 및 세선형태를 갖는 집전체-양극 일체형 소자를 제공하는 매우 뛰어난 효과가 있으므로 전기 전자기구 산업상 매우 유용한 것이다.
도 1은 박판형의 전지용 집전체-양극 일체형 금속-금속황화물 소자를 도시한 구조도이다.
도 2는 세선형 집전체와 양극 일체형 소자의 구조도이다.
도 3은 집전체와 양극 일체형 소자의 제조 방법을 도시한 개략도이다.
도 4는 집전체와 양극 일체형 소자의 X선회절도형이다.
도 5는 내부황화법을 이용하여 제조한 집전체-양극 일체형 금속-금속황화물 소자의 충방전시험 결과를 도시한 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 집전체 2: 금속황화물
3: 열처리로 4: 황
5: 발열체

Claims (3)

  1. 집전체로서 Cu, Ti 또는 Ni을 사용하고, 집전체의 표면에 내부황화법으로 Cu, Ti 또는 Ni 황화물을 생성시켜 양극 활물질로서 사용되도록 구성됨으로써 전지의 집전체와 양극의 역할을 하나의 소자로 동시에 수행함을 특징으로 하는 전지용 집전체-양극 일체형 금속-금속황화물 소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 소자는 박판 또는 세선의 형태를 가짐을 특징으로 하는 전지용 집전체-양극 일체형 금속-금속황화물 소자.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 내부황화법은 상기 집전체의 표면에 기화된 황이 닿도록 하여 400~700℃에서 1~30시간 동안 가열하는 것임을 특징으로 하는 전지용 집전체-양극 일체형 금속-금속황화물 소자.
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