KR20150040429A - Electrode for secondary battery - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an electrode for a secondary battery and, more particularly, to an electrode for a secondary battery including an active material layer and a current collector. Also, the objective of the present invention is to provide the electrode for a secondary battery with an improved adhesion force between the current collector and the active material by improving a conventional smoothing surface structure on a current collector surface which is bonded with the active material layer. To achieve the objective, the present invention has a plurality of grooves formed on the surface of the current collector which is bonded with the active material layer, wherein the grooves have an intaglio nodule shape. In addition, the active material layer is bonded on the surface of the current collection which has the grooves of intaglio nodule formed thereon by allowing the active material to be filled into inside each nodule shaped groove.

Description

이차전지용 전극{Electrode for secondary battery}[0001] The present invention relates to an electrode for a secondary battery,

본 발명은 이차전지용 전극에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이차전지에서 활물질층과 집전체를 포함하여 구성되는 전극에 관한 것이다.
The present invention relates to an electrode for a secondary battery, and more particularly, to an electrode including an active material layer and a current collector in a secondary battery.

주지된 바와 같이, 이차전지는 방전과 충전 과정을 통하여 반복적으로 사용할 수 있는 전지로서, 니켈카드뮴 전지, 니켈수소 전지, 리튬이온 전지 및 리튬폴리머 전지, 리튬황 전지 등이 있다.As is well known, secondary batteries can be used repeatedly through discharging and charging processes, and include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, lithium ion batteries, lithium polymer batteries, and lithium sulfur batteries.

이와 같은 이차전지에서는 전극의 활물질(active material)층에서 발생되어 공급되는 전자가 이동할 수 있는 통로를 제공하기 위하여 활물질층을 금속 집전체에 접합시켜 사용하는데, 일반적으로 양극에는 알루미늄 집전체를 사용하고, 음극에는 구리 집전체를 사용한다.In such a secondary battery, an active material layer generated by an active material layer of an electrode is used by bonding an active material layer to a metal current collector in order to provide a path through which electrons can move. Generally, an aluminum current collector is used for the anode , And a copper collector is used for the cathode.

도 1은 종래기술에 따른 이차전지용 집전체와 활물질층 간의 접합구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a bonding structure between a current collector for a secondary battery and an active material layer according to the prior art; FIG.

종래의 이차전지용 집전체(10)는 활물질(리튬황 전지의 경우, 양극:황(S)/음극:리튬(Li) 임)을 포함하고 있는 활물질층(20)이 접합되는 표면이 평평하고 매끄러운 평활한 구조를 가지며, 통상적으로 이러한 평활한 구조의 집전체(10)가 이차전지에 사용되고 있다.The conventional secondary battery current collector 10 has a flat and smooth surface on which the active material layer 20 including the active material (the anode: sulfur (S) / the cathode: lithium (Li) And the current collector 10 having a smooth structure and such a smooth structure is generally used for a secondary battery.

그러나, 이차전지에서 평활한 형태의 표면을 가지는 집전체를 사용할 경우 다음과 같은 문제가 있다.However, the following problem arises when a collector having a smooth surface is used in a secondary battery.

도 2는 활물질층에 균열이 발생한 예를 보여주는 도면으로, 이에 나타낸 바와 같이 충전과 방전이 반복적으로 진행될수록 활물질층에서 균열이 발생하게 되며, 리튬황 전지의 경우 균열로 인해 집전체(substrate)로부터 활물질인 황이 쉽게 떨어져 나가게 되면서 전극의 수명이 단축되고 사용 가능한 전지의 용량이 감소하는 문제점을 가진다.
FIG. 2 is a view showing an example in which cracks are generated in the active material layer. As shown in FIG. 2, cracks are generated in the active material layer as the charging and discharging are repeatedly performed. In the case of the lithium sulfur battery, The sulfur of the active material easily falls off, shortening the lifetime of the electrode and reducing the capacity of the usable battery.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 활물질층이 접합되는 집전체의 표면에 종래의 평활한 표면 구조를 개선하여 음각 노들 형태의 홈 구조를 형성함으로써 집전체와 활물질 간의 접합력을 증가시킨 이차전지용 전극을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to improve the conventional smooth surface structure on the surface of the current collector to which the active material layer is bonded, And it is an object of the present invention to provide an electrode for a secondary battery having an increased bonding force.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 이차전지용 전극에 있어서, 활물질층이 접합되는 집전체의 표면에 음각의 노듈(nodule) 형상을 가지는 복수 개의 홈들이 형성되며, 상기 음각의 각 홈 내부로 활물질이 채워지도록 하여 상기 음각의 홈들이 형성된 집전체의 표면에 상기 활물질층을 접합하여서 구성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a secondary battery electrode, wherein a plurality of grooves having a nodule shape of a negative angle are formed on the surface of the current collector to which the active material layer is bonded, And the active material layer is bonded to the surface of the collector on which the engraved grooves are formed.

여기서, 상기 이차전지가 양극 활물질로 황을 사용하고 음극 활물질로 리튬을 사용하는 리튬황 전지인 것을 특징으로 한다.Here, the secondary battery is a lithium sulfur battery using sulfur as a cathode active material and lithium as an anode active material.

또한 전극으로서, 집전체가 양극 집전체이고 활물질층이 양극 활물질층인 리튬황 전지의 양극인 것을 특징으로 한다.Further, the electrode is characterized in that the current collector is a positive electrode collector and the active material layer is a positive electrode of a lithium sulfur battery which is a positive electrode active material layer.

또한 전극으로서, 집전체가 음극 집전체이고 활물질층이 음극 활물질층인 리튬황 전지의 음극인 것을 특징으로 한다.Further, the electrode is characterized in that the current collector is a negative electrode current collector and the active material layer is a negative electrode active material layer.

또한 음각의 홈이 집전체의 표면에서 단면적이 점차 축소되는 형태를 가지는 축소부와, 상기 축소부에서 다시 공간이 확장될 수 있도록 단면적이 넓어지는 형태를 가지는 확장부가 일체로 연결된 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.And that the grooved groove has a shape in which the cross-sectional area gradually decreases from the surface of the current collector, and an extension part having a shape in which the cross-sectional area is widened so that the space can be extended again in the reduced part .

또한 상기 축소부는 깔때기(funnel)의 형상을 가지며, 상기 확장부는 상기 축소부의 하단과 연통된 구형의 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.Further, the reduced portion has a funnel shape, and the expanded portion has a spherical shape communicating with a lower end of the reduced portion.

또한 리튬황 전지의 양극으로서, 양극 활물질층이 접합되는 집전체의 상기 확장부 직경이 0.8 ~ 1.5 ㎛인 것을 특징으로 한다.And the expanded portion of the current collector to which the positive electrode active material layer is bonded as the positive electrode of the lithium sulfur battery is 0.8 to 1.5 mu m.

또한 리튬황 전지의 음극으로서, 음극 활물질층이 접합되는 집전체의 상기 확장부 직경이 1.5 ~ 2.2 ㎛인 것을 특징으로 한다.
Further, the negative electrode of the lithium sulfur battery is characterized in that the diameter of the expanded portion of the current collector to which the negative electrode active material layer is bonded is 1.5 to 2.2 占 퐉.

이에 따라, 본 발명의 이차전지용 전극을 적용할 경우 집전체 표면의 음각 홈 구조에 의해 집전체와 활물질층 간의 접합력이 증대될 수 있고, 이에 전극 활물질의 탈리 현상이 방지될 수 있음은 물론 활물질층의 균열 및 붕괴가 적게 발생할 수 있는바, 이차전지의 가역 용량을 증가시킬 수 있고, 이차전지의 전극 수명 연장과 사이클 특성 향상의 효과를 얻을 수 있게 된다.
Accordingly, when the electrode for a secondary battery of the present invention is applied, the bonding force between the current collector and the active material layer can be increased by the intaglio groove structure on the surface of the current collector, and the desorption phenomenon of the electrode active material can be prevented, It is possible to increase the reversible capacity of the secondary battery and to prolong the life of the secondary battery and improve the cycle characteristics.

도 1은 종래의 이차전지에서 집전체와 활물질층 간의 접합구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 평활한 표면 형태의 집전체를 사용한 종래의 리튬황 전지에서 충방전 사이클 이후 발생한 활물질층의 균열상태를 예시한 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 전극에서 집전체와 활물질층 간의 접합구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 집전체에서 음각 홈의 형상을 반구(半球) 형태로 형성한 경우와 노듈(nodule) 형태로 형성한 경우를 비교 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에서 집전체를 제조하는 방법을 모식화한 도면이다.
도 6은 실험예에서 코인셀의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 비교예 2에서 양각 노듈 형태의 돌기를 형성한 집전체와 활물질층 간의 접합구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예와 비교예 1, 비교예 2의 리튬 황 전지에 대해 충방전 사이클(cycle)에 따른 용량을 비교하여 나타낸 다이어그램이다.
도 9는 비교예 1, 비교예 2, 실시예의 20 사이클 이용 후 시편 표면을 촬영한 사진이다. BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a junction structure between a current collector and an active material layer in a conventional secondary battery. FIG.
2 is a photograph showing a crack state of an active material layer generated after a charge / discharge cycle in a conventional lithium sulfur battery using a current collector having a smooth surface shape.
3 is a view schematically showing a bonding structure between a current collector and an active material layer in an electrode for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view for explaining a comparison between a case in which the shape of the depressed grooves is formed in the hemispherical shape and a case in which the shape of the depressed grooves is formed in the nodule shape in the current collector.
Fig. 5 is a schematic view showing a method for producing a current collector in the present invention.
6 is a diagram schematically showing a configuration of a coin cell in an experimental example.
7 is a view schematically showing a bonding structure between a current collector and an active material layer in which protrusions in the form of a bumpy nodule are formed in Comparative Example 2. FIG.
FIG. 8 is a diagram showing a comparison of the capacities of the lithium sulfur batteries of Example, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 according to charge / discharge cycles.
9 is a photograph of the surface of a specimen after using 20 cycles of Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Example.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains.

본 발명은 이차전지용 전극에 관한 것으로, 활물질층이 접합되는 표면을 종래의 평활한 표면 구조에서 음각 형태의 표면 구조로 개선하여 활물질층과의 접합력을 증가시킨 점에 주된 특징을 가진다.The present invention relates to an electrode for a secondary battery, and has a main feature in that a surface to which an active material layer is bonded is improved from a conventional smooth surface structure to a depressed surface structure to increase the bonding force with the active material layer.

이러한 본 발명에서는 집전체의 표면에 음각 형태의 표면 구조를 적용함으로써 활물질층이 접합되는 집전체의 비표면적을 증가시킬 수 있고, 이를 통해 집전체와 활물질층 간의 접합성을 증대시킬 수 있게 된다.In the present invention, by applying a depressed surface structure to the surface of the current collector, the specific surface area of the current collector to which the active material layer is bonded can be increased, thereby increasing the bonding property between the current collector and the active material layer.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 집전체와 활물질층 간의 접합구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.3 is a view schematically showing a bonding structure between a current collector for a secondary battery and an active material layer according to an embodiment of the present invention.

이를 참조하면, 실시예에 따른 이차전지용 전극에서, 집전체(10)에서는 박막부(11)의 표면에 노듈(nodule) 형태를 가지는 음각의 홈(12)을 반복되는 패턴으로 형성하여 활물질층(20)과의 비표면적을 증가시킨다.In the electrode for a secondary battery according to an embodiment of the present invention, in the current collector 10, a recess 12 having a nodule shape is formed in a repeated pattern on the surface of the thin film portion 11 to form an active material layer 20) is increased.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 전극은 활물질층(20)이 접합되는 집전체(10)의 일측 표면에 복수 개의 음각 홈(12)을 반복 형성한 구조를 가지며, 이때 각 음각 홈(12)은 집전체의 표면에서 단면적이 점차 축소되는 형태의 입구부분인 축소부(13)와, 상기 축소부(13)에서 다시 공간이 확장될 수 있도록 단면적이 넓어지는 부분을 갖는 확장부(14)가 일체로 연결된 구조를 가진다.That is, the electrode for a secondary battery according to the embodiment of the present invention has a structure in which a plurality of engraved grooves 12 are repeatedly formed on one surface of a current collector 10 to which an active material layer 20 is bonded, 12 has an enlarged portion 13 which is an entrance portion whose sectional area gradually decreases from the surface of the current collector and an enlarged portion 14 which has a portion having a larger cross- ) Are integrally connected to each other.

여기서, 노듈 형태의 각 음각 홈(12)에서 상기 축소부(13)는 깔때기(funnel)의 공간 형상을 가질 수 있고, 상기 확장부(14)는 축소부(13) 하단과 연통된 구형의 공간 형상을 가질 수 있다.The narrowing portion 13 may have a spatial shape of a funnel in each nodule-shaped recessed groove 12 and the enlarged portion 14 may have a spherical space communicating with the lower end of the narrowing portion 13, Shape.

그리고, 활물질층(20)이 접전체(10)의 표면에 접합될 때 집전체(10)의 각 음각 홈(12)에 전극 활물질이 채워지는 형태로 활물질층(20)이 집전체(10)와 접합된다.When the active material layer 20 is filled with the electrode active material in the concave depressions 12 of the current collector 10 when the active material layer 20 is bonded to the surface of the contact member 10, Respectively.

결국, 상기와 같이 깔때기 형상과 구형이 연결된 음각 홈(12)의 형상에서는, 축소부(13)와 확장부(14) 간의 연결부, 즉 공간 축소부(13)와 공간 확장부(14) 간의 경계부가 단면적이 축소된 구조를 가지게 되므로, 상기 경계부가 일종의 걸림 작용을 하게 되면서 전극 활물질이 집전체(10)의 각 음각 홈(12)의 확장부(14)에 갇혀 탈리가 어려워질 수 있는 구조가 된다.As a result, in the shape of the engraved groove 12 connected with the funnel shape and the spherical shape as described above, the connection portion between the reduced portion 13 and the expanded portion 14, that is, the boundary portion between the space reduced portion 13 and the space extending portion 14, So that the electrode active material is trapped in the extended portions 14 of the depressed grooves 12 of the current collector 10 and can not be easily removed. do.

집전체(10)에서 활물질층(20)과 접합되는 표면에 상기와 같은 음각의 홈(12)을 형성할 경우, 활물질층(20)이 결합하는 집전체(10)의 비표면적을 증가시켜 활물질이 부착 가능한 면적을 증가시킬 수 있고, 결국 집전체(10)와 활물질층(20) 간의 접합력을 증대시킬 수 있게 된다. When the groove 12 is formed on the surface of the current collector 10 joined to the active material layer 20 as described above, the specific surface area of the current collector 10 to which the active material layer 20 is bonded increases, The adhesion area between the current collector 10 and the active material layer 20 can be increased.

상기와 같은 음각의 홈(12)은 활물질층(20)이 접합되는 집전체(10)의 일측 표면 전체에 반복된 패턴 형태로 분포 및 구성되며, 이때 음각의 홈(12)들이 집전체(10)의 표면에서 전체적으로 균일한 간격 및 균일한 분포로 형성되도록 함이 바람직하다.The recessed grooves 12 are distributed and configured in the form of repeated patterns all over one surface of the current collector 10 to which the active material layer 20 is bonded, So as to be uniformly spaced and uniformly distributed over the entire surface.

도 4는 집전체 표면의 음각 홈을 반구(半球) 형태로 형성한 경우와 노듈 형태로 형성한 예를 비교 설명하기 위한 도면으로, 이에 나타낸 바와 같이, 각 음각의 홈을 반구 형태로 형성할 경우 걸림 작용을 할 수 있는 부분이 없기 때문에 전극 물질이 쉽게 탈리될 수 있는 반면, 상기와 같이 축소부(13)와 확장부(14)가 연결된 노듈 형태로 형성할 경우 경계부가 걸림 작용을 하게 되면서 전극 활물질이 음각 홈 부분 내측, 특히 확장부(14) 내측에 갇혀 있게 되어 탈리가 어려워지게 된다. FIG. 4 is a view for explaining a comparison between the case where the depressed grooves on the surface of the current collector are formed in a hemispherical shape and the case where the depressions are formed in a nodule shape. As shown in FIG. 4, The electrode material can easily be removed because there is no part capable of performing the latching action. On the other hand, when the electrode material is formed in the nodule shape in which the reducing portion 13 and the extending portion 14 are connected as described above, The active material is trapped inside the depressed groove portion, particularly inside the expansion portion 14, thereby making it difficult to remove the active material.

또한 평활한 표면 구조를 가지는 종래의 집전체에서는 충전과 방전이 반복 진행됨에 따라 횡방향으로 균열이 발생하여 균열 발생 후 전극이 집전체 표면으로부터 쉽게 떨어져 나가게 되지만, 표면에 음각 홈 구조를 가지는 실시예의 집전체에서는 전극에 균열이 발생하더라도 종방향으로 발생하게 되므로 전극이 집전체에서 쉽게 떨어져 나가지 않게 된다. Further, in the conventional current collector having a smooth surface structure, cracks are generated in the transverse direction as the charging and discharging are repeated, and the electrode easily separates from the surface of the current collector after the crack is generated. However, Even if cracks are generated in the electrode, the current is generated in the longitudinal direction of the current collector, so that the electrode is not easily separated from the current collector.

도 3의 실시예에서 각 음각의 홈(12)은 깔때기 형상의 축소부(13) 하단에 구형의 확장부(14)가 일체로 연결된 형상으로 형성되어 있으나, 이러한 깔때기 형상과 구형의 형상은 바람직한 일 예를 나타낸 것으로, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 집전체의 비표면적을 증가시킬 수 있으면서 전극 활물질의 탈리 다양한 홈의 형상으로 변형 및 개량이 가능하다.In the embodiment of FIG. 3, each of the recessed grooves 12 is formed in a shape in which the spherical expanding portion 14 is integrally connected to the lower end of the funnel-shaped reduced portion 13, but such a funnel- The present invention is not limited thereto, and the specific surface area of the current collector can be increased, and the electrode active material can be deformed and improved in the shape of various recesses.

그리고, 리튬황 전지의 양극 황 전극에 적용될 경우에서 알루미늄(Al) 집전체(10)의 음각 홈(12)(전체적인 형상이 노듈 형태로 되어 있음) 중 구형 확장부(14)의 크기는 양극 활물질인 황(S) 입자의 크기를 고려하여 직경 0.8 ~ 1.5 ㎛의 크기로 형성될 수 있다. The size of the spherical extending portion 14 of the negative electrode 12 of the aluminum (Al) current collector 10 (the overall shape is nodular) when applied to the positive electrode of the lithium sulfur battery, Can be formed to have a diameter of 0.8 to 1.5 占 퐉 in consideration of the size of sulfur (S) phosphor particles.

각 음각의 홈(12)에서 확장부(14)가 직경 0.8 ㎛ 미만의 크기를 가지는 경우 집전체(10)의 비표면적 증가치가 미미하여 집전체(10)와 활물질층(20) 간의 충분한 접합력 증가의 효과를 얻기가 어려우며, 1.5 ㎛를 넘는 크기를 가지는 경우 집전체(10) 표면에서 활물질층(20)의 증착이 어려워 바람직하지 못하다.The increase in the specific surface area of the current collector 10 is insignificant when the enlarged portion 14 has a size of less than 0.8 mu m in the groove 12 of each engraved angle and the sufficient increase of the bonding force between the current collector 10 and the active material layer 20 It is difficult to obtain the effect. When the size exceeds 1.5 μm, it is difficult to deposit the active material layer 20 on the surface of the current collector 10, which is not preferable.

또한 리튬황 전지의 음극 리튬 전극에 적용될 경우에서 구리(Cu) 집전체(10)의 음각 홈(12) 중 구형 확장부(14)의 크기를 음극 활물질인 리튬(Li) 입자의 크기를 고려하여 직경 1.5 ~ 2.2 ㎛의 크기로 형성될 수 있다.The size of the spherical expanding portion 14 of the depressed groove 12 of the copper (Cu) current collector 10 is determined by considering the size of lithium (Li) particles, which is an anode active material, And a diameter of 1.5 to 2.2 mu m.

이때, 박막부(11)는 5 ~ 10 ㎛의 두께를 가짐이 바람직하다.At this time, the thin film portion 11 preferably has a thickness of 5 to 10 mu m.

여기서, 집전체(10)의 금속 재질은 종래와 비교하여 차이가 없는바, 양극 집전체의 경우 알루미늄계 소재로, 음극 집전체의 경우 구리계 소재로 제조되어 사용될 수 있다.Here, the metal material of the current collector 10 is not different from the conventional one, and the anode current collector may be made of an aluminum-based material and the anode current collector may be made of a copper-based material.

이와 같은 본 발명의 이차전지용 전극에서는 집전체 표면의 음각 홈 구조에 의해 비표면적이 증가되어 활물질층과의 접합력이 증대될 수 있고, 이에 충전 및 방전시 전극 활물질의 탈리 현상이 최소화되어 전지의 가역 용량이 증가할 수 있으며, 더불어 전극 수명이 연장되어 사이클 특성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.In the secondary battery electrode of the present invention, the specific surface area is increased by the intaglio groove structure on the surface of the current collector, so that the bonding force with the active material layer can be increased and the desorption phenomenon of the electrode active material during charging and discharging is minimized, The capacity can be increased, and the life of the electrode can be prolonged and the cycle characteristic can be improved.

상기한 본 발명의 이차전지용 전극에서, 집전체는, 리튬황 전지의 경우에서, 알루미늄 또는 구리를 용해하는 단계, 전기도금을 이용하여 알루미늄 또는 구리 박막을 제조하는 단계, 및 박막 표면 처리시 패턴을 제어하여 음각 홈의 형상 및 크기를 지정하는 단계를 포함하는 제조 과정에 의해 제조될 수 있다.In the electrode for a secondary battery according to the present invention, the collector may be formed by dissolving aluminum or copper in the case of a lithium sulfur battery, preparing an aluminum or copper thin film by using electroplating, And designing the shape and size of the engraved groove.

여기서, 전기도금법을 이용하여 알루미늄 또는 구리 박막을 제조하는 단계에 대해 좀더 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the step of manufacturing an aluminum or copper thin film using an electroplating method will be described in more detail as follows.

먼저, 산화구리(CuO)와 황산(H2SO4)을 사용하여 황산구리(CuSO4) 용액을 제조한다.First, a copper sulfate (CuSO 4 ) solution is prepared using copper oxide (CuO) and sulfuric acid (H 2 SO 4 ).

다음, 드럼 형태의 티타늄(Ti) 음극과 불용성 납(Pb) 양극으로 이루어진 제박기에 고전류를 가하여 황산구리 용액 중 구리(Cu)를 음극에 박막 형태로 석출시켜 구리 박막(Cu foil)을 얻는다.Next, a copper foil is obtained by depositing copper (Cu) in a copper sulfate solution on a negative electrode in a thin film form by applying a high current to a negative electrode current collector made of a drum type titanium (Ti) cathode and an insoluble lead (Pb) anode.

알루미늄의 경우, AlCl3-NaCl-KCl의 혼합 용융염 용액을 이용하여 구리 박막을 얻는 과정과 동일한 방법으로 알루미늄 박막을 얻는다.In the case of aluminum, an aluminum thin film is obtained in the same manner as in the process of obtaining a copper thin film by using a mixed molten salt solution of AlCl 3 -NaCl-KCl.

상기에서 박막 표면 처리시 패턴을 제어하여 음각 홈의 형상 및 크기를 지정할 수 있는바, 얻어진 구리 박막의 패턴 제어시에 표면처리기를 이용하여 구리(알류미늄) 박막의 표면에 음각 홈을 형성하고, 이때 구리 박막이 통과하게 되는 통로(path)의 패턴을 제어하여 음각 홈의 형상 및 크기를 조절한다. 도 5를 참조한다.
In this case, the shape and size of the intaglio grooves can be controlled by controlling the pattern during the thin film surface treatment. In controlling the pattern of the obtained copper thin film, a depressed groove is formed on the surface of the copper (aluminum) thin film by using a surface processor, The shape and size of the intaglio grooves are controlled by controlling the pattern of the path through which the copper thin film passes. Please refer to Fig.

[실시예 1, 비교예 1, 비교예 2][Example 1, Comparative Example 1, Comparative Example 2]

상기 설명한 방법으로 실시예 및 비교예의 음극 및 양극 집전체를 제조하였으며, 실시예와 비교예의 음각 홈은 상기 설명한 방법으로 제조하였다.The negative and positive electrode current collectors of Examples and Comparative Examples were prepared by the above-described method, and the engraved grooves of Examples and Comparative Examples were produced by the method described above.

셀 제조 과정은 다음과 같다.The cell manufacturing process is as follows.

미분황과 바인더(PVDF), 전도제(VGCF)를 6:2:2로 혼합한 뒤 볼밀링 작업을 하고, 이를 양극(Al) 집전체에 코팅하여 전극을 제조한 다음, 이를 이용하여 코인셀을 제조한다.A ball milling operation was performed after mixing fine powder sulfur, binder (PVDF) and conductive agent (VGCF) at a ratio of 6: 2: 2 and then coating the collector with an anode current collector to prepare an electrode. .

코인셀의 구성은 도 6에 도식화 하였다.
The configuration of the coin cell is illustrated in FIG.

실시예 1 - 표면에 도 3과 같은 노듈 형태의 음각 홈을 가지는 음극 및 양극 집전체를 이용한 리튬황 전지Example 1 - On a surface of a lithium-sulfur battery using a negative electrode and a positive electrode collector having intaglio grooves in the form of a nodule as shown in FIG. 3

비교예 1 - 평활한 형태의 표면 구조를 가지는 음각 및 양극 집전체를 이용한 리튬황 전지COMPARATIVE EXAMPLE 1 Lithium Sulfate Battery Using a Negative Angle and a Positive Current Collector Having a Smooth Surface Structure

비교예 2 - 표면에 도 7과 같은 노듈 형태의 양각 돌기를 가지는 음극 및 양극 집전체를 이용한 리튬황 전지
Comparative Example 2 - Lithium sulphate battery using a negative electrode and a positive electrode current collector having embossed projections of the nodule shape as shown in FIG.

[충방전 실험 조건] [Charging and discharging test conditions]

C rate (충방전 속도) : 0.05C  C rate (charge / discharge rate): 0.05C

충방전 전위구간 : 1.5 및 2.65 V. (리튬과 황의 반응이 일어나는 전위(1.9~2.4V)를 고려하여 정함) Charge and discharge potentials: 1.5 and 2.65 V (determined by considering the potential at which lithium and sulfur react (1.9 to 2.4 V))

상기의 충방전 실험 조건으로 20 사이클(cycle)에 걸쳐 실시예 및 비교예 1, 2에서 제작한 코인셀의 충방전 실험을 실시하였으며, 실시예 1 및 비교예 1, 2의 리튬황 전지의 충방전 실험 결과는 도 8 및 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.Discharge tests of the coin cells prepared in Examples and Comparative Examples 1 and 2 were conducted over 20 cycles under the above charge and discharge test conditions and the charge and discharge tests of the coin cells of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 The discharge test results are shown in Fig. 8 and Table 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

도 8은 실시예와 비교예 1, 비교예 2의 리튬 황 전지에 대해 충방전 사이클에 따른 용량을 비교하여 나타낸 다이어그램이다.FIG. 8 is a diagram showing a comparison of capacities of the lithium sulfur batteries of the example, the comparative example 1 and the comparative example 2 according to the charge-discharge cycle.

실험 결과, 노듈 형태의 음각 홈을 형성한 집전체 이용시(실시예)에 용량이 증가하고 수명 특성이 향상될 수 있음을 알 수 있는바, 이는 집전체와 활물질층 간의 접합력 증가에 의해 활물질층의 균열 및 붕괴가 감소되었기 때문인 것으로 판단된다.As a result of the experiment, it can be seen that the capacity increases and the lifetime characteristics can be improved at the time of using current collectors in which the nodule-shaped recessed grooves are formed (Examples). This is because, by increasing the bonding force between the current collector and the active material layer, Cracks and collapses were reduced.

요컨대, 실시예의 이차전지에서는 노듈 형태의 음각 구조에 의해 집전체와 활물질층 간의 접합력이 증가되는바, 비교예의 이차전지 대비 활물질층의 균열 및 붕괴가 적게 발생함과 더불어 가역 용량이 증가하였고, 충전 및 방전이 반복적으로 진행되어 사이클 횟수가 증가하여도 비교예의 이차전지 대비 가역 용량의 감소가 적어 사이클 특성이 향상되었음을 확인할 수 있었다.In other words, in the secondary battery of the embodiment, the nodule-shaped intaglio structure increases the bonding force between the current collector and the active material layer, so that cracking and collapse of the active material layer of the comparative secondary battery are less likely to occur and the reversible capacity is increased, It was confirmed that even when the number of cycles was increased due to the repetitive progress of the discharge, the reversibility capacity of the secondary battery of the comparative example was decreased and the cycle characteristics were improved.

또한 도 3에 나타낸 음각 노듈 형태의 홈 구조를 집전체 표면에 적용할 경우 도 7에 나타낸 양각 노듈 형태의 돌기 구조를 적용할 경우에 비해 무게당 용량 증가의 효과를 얻을 수 있게 된다.In addition, when the recessed nodule-shaped groove structure shown in FIG. 3 is applied to the current collector surface, the effect of increasing the capacitance per weight can be obtained as compared with the case of using the projection-type nodule-shaped projection structure shown in FIG.

도 9는 평활한 표면 구조의 집전체(비교예 1), 양각 노듈 형태의 돌기 구조를 갖는 집전체(비교예 2), 음각 노듈 형태의 홈 구조를 갖는 집전체(실시예)에서 20 사이클 이용 후 시편 표면을 촬영한 사진으로, 음각 노듈 형태의 홈 구조를 갖는 접전체의 경우 20 사이클 이용 후에도 표면 균일도가 상대적으로 높음을 알 수 있다. Fig. 9 is a graph showing the results of a comparison between a current collector having a smooth surface structure (Comparative Example 1), a current collector having a convex nodule-shaped convex structure (Comparative Example 2), and a current collector having a concave nodule- In the photograph of the surface of the post-specimen, it can be seen that the surface uniformity is relatively high even after 20 cycles of the contact with the indented nodule-shaped groove structure.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Modified forms are also included within the scope of the present invention.

10 : 집전체
11 : 박막부
12 : 음각의 홈
13 : 축소부
14 : 확장부
20 : 활물질층10: The whole house
11: thin film part
12: Grooved groove
13:
14:
20: active material layer

Claims (8)

이차전지용 전극에 있어서,
활물질층이 접합되는 집전체의 표면에 음각의 노듈(nodule) 형상을 가지는 복수 개의 홈들이 형성되며, 상기 음각의 각 홈 내부로 활물질이 채워지도록 하여 상기 음각의 홈들이 형성된 집전체의 표면에 상기 활물질층을 접합하여서 구성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극.
In the electrode for a secondary battery,
A plurality of grooves having a nodule shape of a negative angle are formed on the surface of the current collector to which the active material layer is bonded, and the active material is filled in the grooves of the negative electrode, And an active material layer are bonded to each other.
청구항 1에 있어서,
상기 이차전지가 양극 활물질로 황을 사용하고 음극 활물질로 리튬을 사용하는 리튬황 전지인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극.
The method according to claim 1,
Wherein the secondary battery is a lithium sulfur battery using sulfur as a cathode active material and lithium as an anode active material.
청구항 2에 있어서,
전극으로서, 집전체가 양극 집전체이고 활물질층이 양극 활물질층인 리튬황 전지의 양극인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극.
The method of claim 2,
Wherein the electrode is a positive electrode current collector and the active material layer is a positive electrode active material layer of a lithium sulfur battery.
청구항 2에 있어서,
전극으로서, 집전체가 음극 집전체이고 활물질층이 음극 활물질층인 리튬황 전지의 음극인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극.
The method of claim 2,
Wherein the electrode is a cathode of a lithium sulfur battery in which the current collector is an anode current collector and the active material layer is a cathode active material layer.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
음각의 홈이 집전체의 표면에서 단면적이 점차 축소되는 형태를 가지는 축소부와, 상기 축소부에서 다시 공간이 확장될 수 있도록 단면적이 넓어지는 형태를 가지는 확장부가 일체로 연결된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극.
The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the recess has a shape in which the groove of the recess has a shape in which the cross-sectional area gradually decreases from the surface of the current collector, and an extension having a shape in which the cross- The electrode for secondary battery.
청구항 5에 있어서,
상기 축소부는 깔때기(funnel)의 형상을 가지며, 상기 확장부는 상기 축소부의 하단과 연통된 구형의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극.
The method of claim 5,
Wherein the reduction portion has a shape of a funnel and the expansion portion has a spherical shape communicating with a lower end of the reduction portion.
청구항 6에 있어서,
리튬황 전지의 양극으로서, 양극 활물질층이 접합되는 집전체의 상기 확장부 직경이 0.8 ~ 1.5 ㎛인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극.
The method of claim 6,
Wherein a diameter of the extended portion of the current collector to which the positive electrode active material layer is bonded is 0.8 to 1.5 占 퐉 as the positive electrode of the lithium sulfur battery.
청구항 6에 있어서,
리튬황 전지의 음극으로서, 음극 활물질층이 접합되는 집전체의 상기 확장부 직경이 1.5 ~ 2.2 ㎛인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극.The method of claim 6,
Wherein the current collector to which the negative electrode active material layer is bonded as the negative electrode of the lithium sulfur battery has the expanded diameter of 1.5 to 2.2 占 퐉.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017160085A1 (en) * 2016-03-16 2017-09-21 주식회사 엘지화학 Electrode having two-layer structure and method for manufacturing same
CN114284504A (en) * 2021-12-22 2022-04-05 上海恩捷新材料科技有限公司 Composite current collector, preparation method thereof, pole piece thereof and battery
WO2023038472A1 (en) * 2021-09-10 2023-03-16 주식회사 엘지에너지솔루션 Positive electrode active material powder for lithium secondary battery, method for preparing same, positive electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220223879A1 (en) * 2019-09-24 2022-07-14 Lg Energy Solution, Ltd. Positive electrode for lithium-sulfur secondary battery having pattern, manufacturing method therefor, and lithium-sulfur secondary battery including same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002222653A (en) 2001-01-25 2002-08-09 Sumitomo Electric Ind Ltd Positive electrode collector for alkali secondary battery and its manufacturing method, and positive electrode using the collector
JP4078338B2 (en) * 2004-04-20 2008-04-23 三洋電機株式会社 Electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017160085A1 (en) * 2016-03-16 2017-09-21 주식회사 엘지화학 Electrode having two-layer structure and method for manufacturing same
KR20170107921A (en) * 2016-03-16 2017-09-26 주식회사 엘지화학 Electrode comprising two-layer structure and method of manufacturing the same
CN108352502A (en) * 2016-03-16 2018-07-31 株式会社Lg化学 Electrode with double-layer structure and its manufacturing method
US10797305B2 (en) 2016-03-16 2020-10-06 Lg Chem, Ltd. Electrode having bilayer structure and method for manufacturing the same
CN108352502B (en) * 2016-03-16 2021-09-24 株式会社Lg化学 Electrode having double-layer structure and method for manufacturing same
WO2023038472A1 (en) * 2021-09-10 2023-03-16 주식회사 엘지에너지솔루션 Positive electrode active material powder for lithium secondary battery, method for preparing same, positive electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery
CN114284504A (en) * 2021-12-22 2022-04-05 上海恩捷新材料科技有限公司 Composite current collector, preparation method thereof, pole piece thereof and battery
CN114284504B (en) * 2021-12-22 2023-11-28 上海恩捷新材料科技有限公司 Composite current collector, preparation method thereof, pole piece and battery

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