KR20160051057A - Multi Layer Ceramic Battery and Method for Preparing the Same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a multilayer ceramic battery in which a plurality of unit cells are stacked on each other, which is an all-solid-state secondary battery capable of obtaining high output in terms of a structure. The multilayer ceramic battery has a structure in which unit cells are stacked in a series manner, and has a stacked structure of a collector paste layer (c)/a cermet cathode layer (b)/a ceramic electrolyte layer (a)/an anode layer (B). The cermet cathode layer (b) and the ceramic electrolyte layer (a) are stacked using a tape casting method, and the anode layer (B) is formed through thermal pressing in a state of having been subjected to primary plastic forming. Accordingly, a boundary area between an electrode and an electrolyte can be maximized, and thus output is increased. Furthermore, a sheet-shaped stacked structure is manufactured using a tape casting method, and a plurality of unit cells are manufactured by cutting the sheet-shaped stacked structure, and a battery cell is manufactured using a method of stacking the unit cells, and thus a manufacturing process is continuous and processing efficiency is excellent.

Description

고다층 세라믹 전지 및 이의 제조방법 {Multi Layer Ceramic Battery and Method for Preparing the Same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a multi-layer ceramic battery and a method for manufacturing the multi-

본 발명은 고체전해질을 적용한 고다층 세라믹 전지 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다. The present invention provides a high-multilayer ceramic battery employing a solid electrolyte and a method of manufacturing the same.

리튬 이차 전지는 사용되는 전해질에 따라 액체 전해질을 이용하는 리튬 이온 이차전지(lithium ion liquid battery), 고분자 전해질에 전해액이 함침된 겔형 고분자 전해질을 이용하는 리튬 이온 고분자 이차전지 (lithium ion polymer battery, LiPB), 고체 고분자 전해질을 이용하는 리튬 고분자 이차전지 (lithium polymer battery, LPB) 등으로 나눌 수 있다. The lithium secondary battery includes a lithium ion liquid battery using a liquid electrolyte according to an electrolyte to be used, a lithium ion polymer battery (LiPB) using a gel type polymer electrolyte impregnated with an electrolyte in a polymer electrolyte, A lithium polymer battery (LPB) using a solid polymer electrolyte, and the like.

액체 전해액을 사용하는 기존 이차전지의 경우 전해액이 양극과 음극의 전 영역을 모두 적시고 있기 때문에 전해액과 전극이 접하는 부분이 3차원적인 전극 전 부분에 해당하여 전극의 로딩량에 비례하여 용량이 증가한다. 하지만 고체전해질 이차전지의 경우 전기화학반응이 일어날 수 있는 사이트가 고체전해질과 전극 사이 계면에 국한되어 낮은 용량을 가질 수 밖에 없다. 또한 고체전해질의 리튬 이온 전도도가 여전히 낮기 때문에 이온전도도가 높은 물질을 개발하고자 하는 노력이 계속되고 있다. In the case of a conventional secondary battery using a liquid electrolyte, since the electrolytic solution is wetting all the regions of the anode and the cathode, the portion where the electrolyte contacts with the electrode corresponds to the front portion of the three-dimensional electrode, and the capacity increases in proportion to the loading amount of the electrode . However, in the case of a solid electrolyte secondary battery, a site at which an electrochemical reaction can occur is confined to the interface between the solid electrolyte and the electrode, so that it has a low capacity. In addition, since the lithium ion conductivity of the solid electrolyte is still low, efforts to develop a material having a high ion conductivity are continuing.

본 발명은 구조적으로 고출력을 얻을 수 있는 전고체 이차전지로서 복수 개의 단위셀이 적층된 고다층 세라믹 전지를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a high solid multilayer ceramic battery in which a plurality of unit cells are stacked as a whole solid secondary battery which can obtain a high output in terms of structure.

또한, 본 발명은 상기 고다층 세라믹 전지를 효과적으로 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다. Further, the present invention is to provide a method for effectively manufacturing the high-multilayer ceramic battery.

본 발명의 일 실시예에 따른 고다층 세라믹 전지는 소결온도가 1200℃를 넘지 않는 가넷계 리튬 산화물을 포함한 세라믹 전해질층(a)과, 상기 전해질층(a) 상에 형성되고, 소결온도가 1200℃를 넘지 않는 리튬 산화물과 소결온도가 1200℃를 넘지 않는 가넷계 리튬 산화물과 d-오비탈 전자를 가지는 주기율표 4~6 주기의 도전제를 포함하는 서멧 양극층(b)과, 상기 양극층(b) 상에 형성된 집전체 페이스트층(c)을 포함한 집전체/양극/전해질의 적층구조이고, 소성공정을 거친 소성체(A) 및 상기 소성체(A)의 전해질층(a) 하부에 열압착된 음극층(B) 을 포함하고, 집전체/양극/전해질/음극의 적층구조로 이루어진 단위셀이 직렬로 연결된 구조를 포함한다. The high multilayer ceramic battery according to one embodiment of the present invention comprises a ceramic electrolyte layer (a) including a garnet-type lithium oxide having a sintering temperature of not higher than 1,200 占 폚, and a sintered body formed on the electrolyte layer (B) comprising a lithium oxide having a sintering temperature not exceeding 1200 占 폚, a cermet-based lithium oxide having d -orbital electrons and a periodic table having a period of 4 to 6 cycles, and a cermet anode layer (A) which has undergone the sintering process and the lower part of the electrolyte layer (a) of the sintered body (A) are laminated to each other by thermocompression bonding And a unit cell formed by stacking a current collector, an anode, an electrolyte, and a cathode is connected in series.

일 예에서, 상기 집전체 페이스트층(c)은 양극과 음극 공용의 집전체 페이스트 단일층 구조이거나, 상기 양극층(b) 상에 형성된 양극집전체 페이스트층과 그 위에 형성된 음극집전체 페이스트층의 적층 구조일 수 있다. In one example, the current collector paste layer (c) may be a single layer structure of a current collector paste for anode and cathode, or a cathode collector paste layer formed on the anode layer (b) and a cathode collector paste layer May be a laminated structure.

일 예에서, 상기 고다층 세라믹 전지의 최상단에 위치하는 단위셀은 상부로부터 순차로 양극집전체 페이스트층(c), 서멧 양극층(b), 세라믹 전해질층(a), 및 음극층(B)의 적층구조일 수 있다. In one example, the unit cell located at the uppermost end of the high multilayer ceramic battery includes a positive electrode current collector paste layer (c), a cermet anode layer (b), a ceramic electrolyte layer (a), and a cathode layer (B) . ≪ / RTI >

일 예에서, 상기 고다층 세라믹 전지의 최하단에 위치하는 단위셀은 음극층(B) 하면에 음극집전체 금속층(C)일 수 있고, 여기서 음극집전체 금속층은 일 면이 매트(mat) 면으로 표면 처리된 구리 호일이 바람직하지만 이에 한정되지 않는다. In one example, the unit cell located at the lowermost end of the high multilayer ceramic battery may be a negative electrode current collector metal layer C on the bottom surface of the negative electrode layer B, wherein the negative electrode current collector metal layer has a mat surface The surface-treated copper foil is preferred, but is not limited thereto.

하나의 바람직한 예에서, 본 발명의 고다층 세라믹 전지는 n개의 단위셀을 적층하여 형성될 수 있다. In one preferred example, the high multilayer ceramic battery of the present invention may be formed by stacking n unit cells.

제1단위셀은, 세라믹 전해질층(a)과, 서멧 양극층(b)과, 양극집전체 페이스트층 (c)이 순차로 형성된 소성체(A)에서 세라믹 전해질층(a)의 타면에 열압착된 음극층(B)이 형성된 단위셀이 위치할 수 있다. The first unit cell is formed by stacking a first unit cell and a second unit cell on the other side of the ceramic electrolyte layer (a) in the sintered body (A) in which the ceramic electrolyte layer (a), the cermet anode layer (b), and the cathode collector paste layer The unit cell on which the pressed negative electrode layer B is formed may be located.

제2 단위셀 내지 제n-1단위셀은, 세라믹 전해질층(a)과, 서멧 양극층(b)과, 양극집전체 페이스트층과 음극집전체 페이스트층(c)이 순차로 형성된 소성체(A)에서 세라믹 전해질층(a)의 타면에 열압착된 음극층(B)이 형성된 단위셀이 위치할 수 있다. The second unit cell to the (n-1) th unit cell are formed from a sintered body (a), a cermet anode layer (b), a positive electrode collector paste layer and a negative electrode collector paste layer A), a unit cell on which the cathode layer B thermally compressed is formed on the other surface of the ceramic electrolyte layer (a) may be located.

제n단위셀은 세라믹 전해질층(a)과, 서멧 양극층(b)과, 양극집전체 페이스트층과 음극집전체 페이스트층(c)이 순차로 형성된 소성체(A)에서 세라믹 전해질층(a)의 타면에 열압착된 음극층(B)과, 음극집전체 금속층(C)이 순차로 형성된 단위셀이 위치할 수 있다. The n-th unit cell is formed from a sintered body (A) in which a ceramic electrolyte layer (a), a cermet anode layer (b), a cathode current collector paste layer and a cathode current collector paste layer ) And a negative electrode current collector metal layer (C) are sequentially formed on the other surface of the negative electrode layer (B).

일 예에서, 상기 세라믹 전해질층(a)은 Li7La3 M2O12(M=Zr, Sn), Li6ALa2M2O12 (A=Mg, Ca, Sr, Ba, M=Nb, Ta), Li5La3M2O12 (M=Nb, Ta, Sb), Li3Ln3Te2O12 (Ln=Y, Pr, Nd, Sm, Lu), Li3 + xNd3Te2 - xSbxO12(x=0.05~1.5), 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 가넷(Li7La3Zr2O12)계 리튬 산화물로 이루어지고, 상기 음극층(B)은 바람직하게는 리튬 금속 호일로 이루어질 수 있다. In one embodiment, the ceramic electrolyte layer (a), Li 7 La 3 M 2 O 12 (M = Zr, Sn), Li 6 ALa 2 M 2 O 12 (A = Mg, Ca, Sr, Ba, M = Nb , Ta), Li 5 La 3 M 2 O 12 (M = Nb, Ta, Sb), Li 3 Ln 3 Te 2 O 12 (Ln = Y, Pr, Nd, Sm, Lu), Li 3 + x Nd 3 (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ) based lithium oxide selected from Te 2 - x Sb x O 12 (x = 0.05 to 1.5), and mixtures thereof, and the cathode layer (B) May be made of a lithium metal foil.

일 예에서, 상기 집전체 페이스트는 구리, 알루미늄, 니켈, 은, 금, 및 이들의 합금 중에서 선택된 금속으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다. In one example, the current collector paste may be made of a metal selected from copper, aluminum, nickel, silver, gold, and alloys thereof, but is not limited thereto.

일 예에서, 상기 서멧 양극층(b) 중에서 양극 활물질인 상기 리튬 전이금속 산화물은 LiCoO2, LiNi0 .4Mn0 .4Co0 .2O2, LiNi0 .5Mn0 .5Co0 .2O2, LiNi0 .6Mn0 .2Co0 .2O2, LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.In one example, the cermet anode layer (b) in said lithium transition metal oxide positive electrode active material is LiCoO 2, LiNi 0 .4 Mn 0 .4 Co 0 .2 O 2, LiNi 0 .5 Mn 0. 5Co 0 .2 O 2, LiNi 0 .6 Mn 0 .2 Co 0 .2 O 2, LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 , and can be mixtures thereof, but not limited to these.

또한, 세라믹 전해질인 상기 가넷계 리튬 산화물은 Li7La3 M2O12(M=Zr, Sn), Li6Ala2M2O12 (A=Mg, Ca, Sr, Ba, M=Nb, Ta), Li5La3M2O12 (M=Nb, Ta, Sb), Li3Ln3Te2O12 (Ln=Y, Pr, Nd, Sm, Lu), Li3 + xNd3Te2 - xSbxO12(x=0.05~1.5), 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The garnet type lithium oxide which is a ceramic electrolyte may be Li 7 La 3 M 2 O 12 (M = Zr, Sn), Li 6 Ala 2 M 2 O 12 (A = Mg, Ca, Sr, Ba, M = Ta), Li 5 La 3 M 2 O 12 (M = Nb, Ta, Sb), Li 3 Ln 3 Te 2 O 12 (Ln = Y, Pr, Nd, Sm, Lu), Li 3 + x Nd 3 Te 2 - x Sb x O 12 (x = 0.05 to 1.5), and mixtures thereof.

상기 도전제는 니켈, 은, 팔라듐, 구리, 금, 플라티늄 및 이들의 혼합물 또는 복합체 중 선택될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. The conductive agent may be selected from, but not limited to, nickel, silver, palladium, copper, gold, platinum, and mixtures or composites thereof.

상기 단위셀의 개수는 특별히 제한되지 않으며 적용되는 어플리케이션에 따라 용량및 출력특성에 맞게 조절가능하고, 예를 들어 수층 내지 수백층이 포함될 수 있다. The number of the unit cells is not particularly limited and may be adjusted according to capacity and output characteristics according to an application, and may include, for example, several hundreds to several hundreds of layers.

본 발명은 또한 하기 단계들을 포함하는 고다층 세라믹 전지의 제조방법을 제공한다. The present invention also provides a method of manufacturing a high multilayer ceramic battery comprising the steps of:

(i) 리튬 전이금속 산화물, 가넷계 리튬 산화물, 도전제, 및 바인더를 혼합한 페이스트로 테이프 캐스팅하여 1~100㎛ 두께의 서멧 양극층(b) 성형단계; (i) tape casting with a paste prepared by mixing a lithium transition metal oxide, a garnet lithium oxide, a conductive agent, and a binder to form a cermet anode layer (b) having a thickness of 1 to 100 m;

(ii) 세라믹 전해질 분말과 바인더를 혼합한 페이스트로 테이프 캐스팅하여 1~100㎛ 두께의 세라믹 전해질층(a) 성형단계; (ii) a step of forming a ceramic electrolyte layer (a) having a thickness of 1 to 100 탆 by tape casting with a paste in which a ceramic electrolyte powder and a binder are mixed;

(iii) 상기 성형된 전해질층(a) 상에 양극층(b)을 적층하는 단계; (iii) stacking the anode layer (b) on the formed electrolyte layer (a);

(iv) 상기 양극층 성형단계(i), 상기 전해질층 성형단계(ii), 및 적층단계(iii) 중에서 선택된 단계 후에, 양극층 상에 복수 개의 집전체 페이스트층을 1~100 ㎛ 두께로 인쇄하는 단계; (iv) after the step of selecting the anode layer forming step (i), the electrolyte layer forming step (ii), and the laminating step (iii), a plurality of collector paste layers are printed on the anode layer in a thickness of 1 to 100 μm ;

(v) 상기 적층된 집전체/양극/전해질 적층체를 900~1100℃로 소성하는 단계;(v) firing the laminated collector / anode / electrolyte laminate at 900 to 1100 占 폚;

(vi) 상기 소성된 집전체/양극/전해질 소성체들 사이에 1~100 ㎛ 두께의 음극 박판을 삽입하여 복수개의 집전체/양극/전해질/음극이 적층된 단위셀을 얻는 단계; (vi) inserting a thin cathode plate having a thickness of 1 to 100 占 퐉 between the sintered collector / anode / sintered body to obtain a unit cell in which a plurality of collectors / anodes / electrolytes / cathodes are stacked;

(vii) 상기 단위셀 적층체를 불활성 분위기에서 90~140℃의 온도로 열압착한 후단위셀 별로 커팅하는 단계; (vii) thermally compressing the unit cell laminate in an inert atmosphere at a temperature of 90 to 140 캜, and cutting the unit cell laminate by unit cell;

(viii) 상기 복수 개의 단위셀들을 적층하여 전지를 제작하는 단계;(viii) stacking the plurality of unit cells to manufacture a battery;

일 예에서, 상기 단계(vi)에서 최하층에 위치하는 단위셀에 대해 매트면을 갖는 음극집전체 박판을 매트 면이 음극 쪽을 향하도록 삽입하는 단계;를 더욱 수행할 수 있다. In one example, the step of (vi) inserting the negative electrode current collector thin plate having a mat surface with respect to the unit cell located at the lowermost layer so that the mat surface faces the negative electrode.

일 예에서, 상기 열압착 단계(vii) 후에 상기 코팅된 단위셀들의 측면을 절연시키는 단계;를 더욱 수행할 수 있다. In one example, it is possible to further insulate the side surfaces of the coated unit cells after the thermocompression step (vii).

본 발명의 고다층 세라믹 전지는 가넷계 고체 전해질과 리튬 산화물계 양극의 적층소결체를 형성한 후 리튬 금속 등의 음극을 열압착하여 형성된 단위셀을 복수 개 직렬로 연결하여 형성됨으로써 전극과 전해질 사이의 계면 면적을 최대화하고 출력을 높일 수 있다. 또한, 테이프 캐스팅법을 이용하여 시트상 적층체를 제조하고 커팅하여 복수 개의 단위셀들을 제조하고 이들을 적층하는 방식으로 전지셀을 제조하는바 공정이 연속적이고 공정효율이 우수하다. The high multilayer ceramic battery of the present invention is formed by forming a laminated sintered body of a garnet-type solid electrolyte and a lithium oxide-based anode, and then connecting a plurality of unit cells formed by thermocompression of a negative electrode such as lithium metal in series, The interface area can be maximized and the output can be increased. In addition, a process for producing a battery cell by a method of manufacturing a sheet-like laminate by tape casting and cutting a plurality of unit cells and stacking them is continuous and excellent in process efficiency.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 단위셀의 단면 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위셀 적층구조의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 소성체의 사시도(도 3a) 및 평면도(도 3b)이다.
도 4는 Li7La3Zr2O12 가넷 (001)면과 BCC 구조를 가지는 리튬 금속 면이 접하는 계면을 VASP 코드를 이용하여 구조 최적화 한 결과이다.
도 5는 가넷계 전해질면과 리튬 금속의 음극 면의 평균 전위(Average local potential)의 계산 결과이다.
도 6은 가넷계 전해질면과 리튬 금속의 음극 면의 GW 계산으로 얻은 밴드갭을 이용하여 계면의 밴드구조이다.
1 is a schematic cross-sectional view of a unit cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of a unit cell laminated structure according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 is a perspective view (Fig. 3a) and a plan view (Fig. 3b) of a sintered body according to an example of the present invention.
Fig. 4 is a cross-sectional view of Li 7 La 3 Zr 2 O 12 The interface between the garnet (001) plane and the lithium metal surface with the BCC structure is the result of structural optimization using VASP code.
5 is a calculation result of the average local potential of the garnet electrolyte surface and the cathode surface of the lithium metal.
Fig. 6 shows the band structure of the interface using the band gap obtained by calculation of the GW of the garnet electrolyte surface and the lithium metal cathode surface.

이하, 발명의 구현 예들에 따른 고다층 세라믹 전지에 대해 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a high-multilayer ceramic battery according to embodiments of the present invention will be described in detail.

그에 앞서, 본 명세서 전체에서 명시적인 언급이 없는 한, 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 그리고, 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 '포함'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
Prior to that, and unless explicitly stated throughout the present specification, the terminology is used merely to refer to a specific embodiment and is not intended to limit the present invention. And, the singular forms used herein include plural forms unless the phrases expressly have the opposite meaning. Also, as used herein, the term " comprises " embodies certain features, areas, integers, steps, operations, elements and / or components, It does not exclude the existence or addition of a group.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 단위셀의 단면 모식도이다. 도 1을 참조하면, 단위셀(10)은 세라믹 전해질층(a)의 일 면에는 서멧 양극층(b)이 형성되어 있고, 타 면에는 음극층(B)이 형성되어 있다. 여기서, 세라믹 전해질층(a)과 서멧 양극층(b)은 테이프 캐스팅 공정 및 1차 소성 공정을 거쳐 제조된 소성체(A)를 형성하고 있으며, 음극층(B)은 열압착 방식에 의해 세라믹 전해질층(a)에 부착되어 있다. 1 is a schematic cross-sectional view of a unit cell according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a unit cell 10 has a cermet anode layer b on one side of a ceramic electrolyte layer a, and a cathode layer B on the other side. Here, the ceramic electrolyte layer (a) and the cermet anode layer (b) form a sintered body (A) manufactured through a tape casting step and a first sintering step, and the cathode layer (B) And is attached to the electrolyte layer (a).

소성체(A)는 테이프 캐스팅 방법을 통하여 세라믹 전해질층(a)과 서멧 양극층(b)을 형성함으로써 접촉 계면의 면적이 넓고 또한, 서멧 양극층(b)은 그 자체에 세라믹 전해질 물질이 포함하고 있어서 전극과 전해질 사이의 계면 면적을 최대화하여 출력특성이 향상될 수 있으며, 고체전해질과 리튬 금속의 음극 사이 계면 안정성이 우수하다. 본 발명의 고다층 세라믹 전지는 상기 단위셀들을 양극-전해질-음극-양극-전해질-음극...의 형태가 되도록 반복하여 적층한 고다층 세라믹 배터리(Multi Layer Ceramic Battery, MLCB)이다. The sintered body A is formed by forming the ceramic electrolyte layer (a) and the cermet anode layer (b) through a tape casting method, so that the area of the contact interface is wide and the cermet anode layer (b) The output characteristics can be improved by maximizing the interface area between the electrode and the electrolyte, and the interfacial stability between the solid electrolyte and the cathode of the lithium metal is excellent. The high multilayer ceramic battery of the present invention is a multi-layer ceramic battery (MLCB) in which the unit cells are repeatedly stacked in the form of a cathode-electrolyte-cathode-anode-electrolyte-cathode.

기본적인 단위셀 구조에 있어서 집전체 페이스트층(c)의 경우 양극과 음극 공용의 집전체 페이스트 단일층 구조이거나, 상기 양극층(b) 상에 형성된 양극집전체 페이스트층과 그 위에 형성된 음극집전체 페이스트층의 적층 구조일 수 있다. 이러한 구조는 집전체 페이스트의 구성성분이나 단위셀의 위치에 따라 달리 선택할 수 있다. 상기 집전체 페이스트는 예를 들어, 구리, 알루미늄, 니켈, 은, 금, 및 이들의 합금 중에서 선택된 금속으로 이루어질 수 있다. 구체적인 예에서 통상의 리튬 이차전지에 적용되는 바와 같이 양극집전체로서 알루미늄을 이용하고, 음극집전체로서 구리를 이용할 수 있다. 상기 전류집전체로서 알루미늄을 제외한, 구리, 니켈, 은, 금 등을 적용하는 경우에는 양극과 음극을 구분할 필요가 없이 단일층의 집전체층 만으로도 가능하다.
In the basic unit cell structure, in the case of the current collector paste layer (c), it may be a current collector paste single layer structure for use in combination of an anode and a cathode, or a cathode collector paste layer formed on the anode layer (b) Layer structure. Such a structure may be selected depending on the constituent components of the current collector paste or the position of the unit cell. The current collector paste may be made of a metal selected from, for example, copper, aluminum, nickel, silver, gold, and alloys thereof. As a specific example, aluminum may be used as the positive electrode collector and copper may be used as the negative electrode collector, as is applied to a conventional lithium secondary battery. When copper, nickel, silver, gold or the like other than aluminum is used as the current collector, it is not necessary to distinguish between the positive electrode and the negative electrode, and it is possible to use only a single current collector layer.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 단위셀 적층구조의 모식도를 나타낸 도 2를 참고하여 살펴본다. Next, a schematic view of a unit cell laminated structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

본 발명의 고다층 세라믹 전지는 n개의 단위셀이 직렬 방식으로 적층된 구조를 가지며 음극집전체 페이스트층(c)/양극집전체 페이스트층(c)/서멧 양극층(b)/세라믹 전해질층(a)/음극층(B)의 적층구조를 갖는 기본적인 단위셀 구조가 제2단위셀 내지 제n-1단위셀에 반복된다. The high multilayer ceramic battery of the present invention has a structure in which n unit cells are stacked in series and the anode collector paste layer (c) / cathode collector paste layer (c) / cermet anode layer (b) / ceramic electrolyte layer a basic unit cell structure having a stacked structure of a) / cathode layer (B) is repeated in the second unit cell to the (n-1) th unit cell.

다만, 적층체의 최상단 단위셀(제1단위셀)과 최하단 단위셀(제n단위셀)의 경우에는 직렬 연결을 위해 전극집전체의 구성이 약간 달라진다. 즉, 제1단위셀의 경우에는 노출면 측에 양극집전체 페이스트층(c)이 형성되고, 반대 방향의 제n단위셀의 경우에는 음극집전체 금속층(C)이 형성된 구조를 갖는다. 여기서, 상기 음극집전체 금속층(C)은 일 면이 매트(mat) 면으로 표면 처리된 구리 호일일 수 있다.
However, in the case of the uppermost unit cell (the first unit cell) and the lowermost unit cell (the nth unit cell) of the laminate, the configuration of the electrode current collector is slightly different for serial connection. That is, the positive electrode collector paste layer (c) is formed on the exposed surface side in the case of the first unit cell and the negative electrode collector metal layer (C) is formed in the n th unit cell in the opposite direction. Here, the negative electrode current collector metal layer (C) may be a copper foil whose one surface is surface-treated with a mat surface.

본 발명은 또한, 하기 단계들을 포함하는 고다층 세라믹 전지의 제조방법을 제공한다. The present invention also provides a method of manufacturing a high multilayer ceramic battery comprising the steps of:

(i) 리튬 전이금속 산화물, 가넷계 리튬 산화물, 도전제, 및 바인더를 혼합한 페이스트로 테이프 캐스팅하여 1~100㎛ 두께의 서멧 양극층(b) 성형단계; (i) tape casting with a paste prepared by mixing a lithium transition metal oxide, a garnet lithium oxide, a conductive agent, and a binder to form a cermet anode layer (b) having a thickness of 1 to 100 m;

(ii) 세라믹 전해질 분말과 바인더를 혼합한 페이스트로 테이프 캐스팅하여 1~100㎛ 두께의 세라믹 전해질층(a) 성형단계; (ii) a step of forming a ceramic electrolyte layer (a) having a thickness of 1 to 100 탆 by tape casting with a paste in which a ceramic electrolyte powder and a binder are mixed;

(iii) 상기 성형된 전해질층(a) 상에 양극층(b)을 적층하는 단계; (iii) stacking the anode layer (b) on the formed electrolyte layer (a);

(iv) 상기 양극층 성형단계(i), 상기 전해질층 성형단계(ii), 및 적층단계(iii) 중에서 선택된 단계 후에, 양극층 상에 복수 개의 집전체 페이스트층을 1~100 ㎛ 두께로 인쇄하는 단계; (iv) after the step of selecting the anode layer forming step (i), the electrolyte layer forming step (ii), and the laminating step (iii), a plurality of collector paste layers are printed on the anode layer in a thickness of 1 to 100 μm ;

(v) 상기 적층된 집전체/양극/전해질 적층체를 900~1100℃로 소성하는 단계;(v) firing the laminated collector / anode / electrolyte laminate at 900 to 1100 占 폚;

(vi) 상기 소성된 집전체/양극/전해질 소성체들 사이에 1~100 ㎛ 두께의 음극 박판을 삽입하여 복수개의 집전체/양극/전해질/음극이 적층된 단위셀을 얻는 단계; (vi) inserting a thin cathode plate having a thickness of 1 to 100 占 퐉 between the sintered collector / anode / sintered body to obtain a unit cell in which a plurality of collectors / anodes / electrolytes / cathodes are stacked;

(vii) 상기 단위셀 적층체를 불활성 분위기에서 90~140℃의 온도로 열압착한 후단위셀 별로 커팅하는 단계; (vii) thermally compressing the unit cell laminate in an inert atmosphere at a temperature of 90 to 140 캜, and cutting the unit cell laminate by unit cell;

(viii) 상기 복수 개의 단위셀들을 적층하여 전지를 제작하는 단계;(viii) stacking the plurality of unit cells to manufacture a battery;

시트 형태의 서멧 양극층(b)과 세라믹 전해질층(a) 성형단계(ii)는 선후 관계가 없이 선택적으로 먼저 형성할 수 있다. 또한, 집전체 페이스트층은 하기 The sheet-like cermet anode layer (b) and the ceramic electrolyte layer (a) forming step (ii) can be selectively formed first without any subsequent relationship. In addition, the current collector paste layer

도 3을 참조하면, 본 발명의 고다층 세라믹 전지는 테이프 캐스팅으로 서멧 양극층(b)과 세라믹 전해질층(a)을 시트 타입으로 제작하여 적층한 다음 집전체 페이스트를 인쇄하여 적층한다. 이 때 음극집전체 페이스트층(c)과 양극집전체 페이스트층(c)의 이중층으로 인쇄할 수도 있고, 경우에 따라 단일층 형태의 집전체 페이스트층(c)을 형성할 수도 있다. 집전체 페이스트층(c)은 시트 상에 단위셀 크기에 대응하는 형태로 복수 개 인쇄될 수 있다. 다음으로 적층체를 소성하여 양극층(b)과 전해질층(a)의 소성체를 얻고 이를 음극층(B)과 적층하고 열압착하여 제작된 고다층 전고체 전지 구조를 제안한다. Referring to FIG. 3, in the high multilayer ceramic battery of the present invention, the cermet anode layer (b) and the ceramic electrolyte layer (a) are formed into sheets by tape casting and laminated, followed by printing and laminating the current collector paste. At this time, the paste may be printed with a double layer of the negative electrode current collector paste layer (c) and the positive electrode current collector paste layer (c), or the collector paste layer (c) in the form of a single layer may be formed as the case may be. The current collector paste layer (c) may be printed on the sheet in a plurality corresponding to the unit cell size. Next, the multilayer body is fired to obtain a sintered body of the anode layer (b) and the electrolyte layer (a), laminated with the cathode layer (B), and thermocompression bonded to form a high multilayered solid battery structure.

본 발명의 고다층 세라믹 배터리는 고다층 세라믹 캐패시터(MLCC)와 달리 복수 개의 단위셀들은 직렬로 연결되어 있어서 전압을 높였고, MLCC의 경우 테이프 캐스팅으로 만든 BaTiO3와 같은 고유전율 세라믹 시트에 Ni, Pd와 같은 내부 전극을 인쇄하여 적층한 다음 유전체와 전극을 한번에 동시 소성하지만, 본 발명에서는 양극과 전해질을 1차적으로 소성한 후 소성된 복수 개의 양극-전해질 복합체 시트들 사이에 음극 금속판을 삽입 및 적층한 후 열압착하여 제작된다. Increased the voltage in the plurality of unit cells are connected in series, unlike the high multi-layered ceramic battery and multi-layer ceramic capacitor (MLCC) of the present invention, the high dielectric constant ceramic sheets such as for MLCC made by tape casting BaTiO 3 Ni, Pd In the present invention, the anode and the electrolyte are firstly fired, and then the cathode metal plate is inserted between the plurality of fired anode-electrolyte composite sheets and laminated. Followed by thermocompression bonding.

앞서 살펴본 바와 같이, 최하층에 위치하는 단위셀의 경우 음극층의 하면에 음극집전체 박판을 삽입하여 음극 집전체가 노출되도록 제작한다. 따라서, 상기 단계(vi)에서, 최하층에 위치하는 단위셀에 대해 매트면을 갖는 음극집전체 박판을 매트 면이 음극 쪽을 향하도록 삽입하는 단계를 실시할 수 있다. As described above, in the case of the unit cell located at the lowermost layer, the negative electrode current collector thin plate is inserted into the lower surface of the negative electrode layer so that the negative electrode current collector is exposed. Therefore, in the step (vi), a step of inserting the negative electrode current collector thin plate having the mat surface into the lowermost unit cell so that the mat surface faces the negative electrode can be performed.

또한, 상기 열압착 단계(vii) 후에 상기 코팅된 단위셀들의 측면을 절연시키는 단계; 를 더욱 수행할 수 있다. 상기 절연은 예를 들어 세라믹 전지의 측면을 절연성 파우치로 감싸거나 절연제로 테이핑하는 등의 방법으로 수행될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
Inserting the side surfaces of the coated unit cells after the thermocompression step (vii); Can be further performed. The insulation may be performed by, for example, wrapping a side surface of the ceramic battery with an insulating pouch or tapping with an insulating material, but is not limited thereto.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples.

[[ 실시예Example 1]  One]

세라믹 전해질 분말을 바인더와 혼합한 후 테이프 캐스팅으로 1~100 ㎛ 두께로 성형하여 세라믹 전해질 시트를 만든다. The ceramic electrolyte powder is mixed with a binder and then formed into a thickness of 1 to 100 탆 by tape casting to form a ceramic electrolyte sheet.

양극층은 양극활물질, 도전제, 세라믹전해질 분말을 바인더와 혼합한 다음 테이프 캐스팅 공법으로 1~100㎛ 두께로 성형한다. The anode layer is prepared by mixing a cathode active material, a conductive agent, and a ceramic electrolyte powder with a binder and then molding the mixture into a thickness of 1 to 100 μm by a tape casting method.

성형한 양극에 양극 집전체 페이스트를 100 ㎛ 미만의 두께로 인쇄한다. 집전체 페이스트는 양극용 알루미늄 페이스트와 음극용 구리 페이스트 2개층으로 할 수도 있고, 니켈, 구리, 알루미늄, 금 중 하나의 페이스트를 양극과 음극 구분없이 한 개의 층으로 할 수 있다. 단 알루미늄은 리튬 금속과 합금을 형성하므로 배재된다. The positive electrode collector paste is printed on the formed positive electrode to a thickness of less than 100 mu m. The current collector paste may be composed of two layers of aluminum paste for positive electrode and copper paste for negative electrode, or one layer of nickel, copper, aluminum or gold may be formed as one layer without separating the positive electrode and the negative electrode. However, aluminum is excluded because it forms an alloy with lithium metal.

앞서 성형된 서멧 양극 시트와 세라믹 전해질 시트를 적층한다. The formed cermet anode sheet and the ceramic electrolyte sheet are laminated.

적층된 양극(집전체 페이스트 포함)/전해질의 적층체를 900~1100℃로 소성한다. The laminated body of the stacked positive electrode (including current collector paste) / electrolyte is baked at 900 to 1100 占 폚.

소성된 양극/전해질의 적층체들 사이에 음극인 리튬 금속 호일(1~100㎛ 두께)를 삽입하고 적층한다. 도 2에 나타난 바와 같이, 최상층에 위치하는 양극/전해질 복합체 구조는 단위셀1이고, 제2 내지 제n-1의 단위셀 구조는 동일하게 구성되며 수층 내지 수백층 적층될 때 최하층에는 음극 집전체인 구리 호일을 매트면이 음극층의 리튬 금속 호일 쪽으로 가도록 삽입한다. A lithium metal foil (1 to 100 탆 thick) serving as a cathode is inserted between the laminated bodies of the fired anode / electrolyte and laminated. As shown in FIG. 2, the anode / electrolyte composite structure located on the uppermost layer is the unit cell 1, and the unit cell structures of the second to the (n-1) th layers are configured identically, The copper foil is inserted so that the mat side faces the lithium metal foil of the cathode layer.

적층한 고다층 세라믹 전지를 불활성 분위기에서 90~140℃의 온도로 열압착한다. 열압착이 끝난 원판을 CNC 라우터 머신 또는 레이저 등으로 커팅한다. The laminated high-multilayer ceramic battery is hot-pressed in an inert atmosphere at a temperature of 90 to 140 占 폚. The thermocompressed disk is cut with a CNC router machine or a laser.

리튬 금속 음극의 산화를 방지하기 위해 컷팅된 고다층 세라믹 전지 옆을 절연 파우치로 감싸거나 절연제로 테이핑한다.
To prevent the oxidation of the lithium metal cathode, wrap the insulation of the cut multi-layer ceramic battery with insulating pouch or tap it with insulation.

[[ 실험예Experimental Example 1] One]

리튬금속을 음극으로 사용할 경우 고체전해질과의 계면 안정성이 가장 문제가 되는데, 이를 위해 계산으로 본 발명에 사용된 가넷계 고체전해질과 리튬 금속 사이 계면 특성을 확인했다. VASP 코드를 이용한 DFT 계산 결과 본 발명에 사용된 가넷 고체전해질과 리튬 금속 계면은 안정할 것으로 예상된다.When the lithium metal is used as the cathode, the interfacial stability with the solid electrolyte is the most problematic. To this end, the interfacial properties between the garnet-based solid electrolyte and the lithium metal used in the present invention are confirmed. DFT Calculation Result Using VASP Code The garnet solid electrolyte and lithium metal interface used in the present invention are expected to be stable.

Li7La3Zr2O12 가넷 (001)면과 BCC 구조를 가지는 리튬 금속 면이 접하는 계면을 만든 후 VASP 코드를 이용하여 구조 최적화 한 결과 하기 도 4와 같이 안정한 계면이 생성됨을 확인할 수 있었다. Li 7 La 3 Zr 2 O 12 The interface between the garnet (001) plane and the lithium metal surface having the BCC structure was made, and the structure was optimized using the VASP code. As a result, it was confirmed that the stable interface was formed as shown in FIG.

평균 전위(Average local potential) 계산 결과 도 5의 그래프와 같이 GW 계산으로 얻은 밴드갭을 이용하여 계면의 밴드구조를 확인한 결과 도 6과 같이 리튬 금속의 페르미 준위가 가넷의 VBM(valence band maximum)과 CBM(conduction band minimum) 사이에 위치하였다. 따라서 전자가 Li 금속으로부터 가넷계 전해질로 이동하기 위해서는 약 2.42 eV 이상의 장벽을 넘아야 하기 때문에 리튬 금속이 고체전해질로 전자를 주고 산화되기 어렵다. 따라서, 리튬 금속 음극과 가넷계 고체 전해질 계면은 안정하다고 할 수 있다.As a result of checking the band structure of the interface using the band gap obtained by the GW calculation as shown in the graph of FIG. 5, the Fermi level of the lithium metal is represented by the valence band maximum of the Garnet CBM (conduction band minimum). Therefore, in order for electrons to migrate from the Li metal to the garnet electrolyte, it is necessary to exceed the barrier of about 2.42 eV, so that the lithium metal is hardly oxidized by the electrons to the solid electrolyte. Therefore, the interface between the lithium metal cathode and the garnet solid electrolyte can be said to be stable.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.

Claims (13)

소결온도가 1200℃를 넘지 않는 가넷계 리튬 산화물을 포함한 세라믹 전해질층(a)과, 상기 전해질층(a) 상에 형성되고, 소결온도가 1200℃를 넘지 않는 리튬 산화물과 소결온도가 1200℃를 넘지 않는 가넷계 리튬 산화물과 d-오비탈 전자를 가지는 주기율표 4~6 주기의 도전제를 포함하는 서멧 양극층(b)과, 상기 양극층(b) 상에 형성된 집전체 페이스트층(c)을 포함한 집전체/양극/전해질의 적층구조이고, 소성공정을 거친 소성체(A); 및
상기 소성체(A)의 전해질층(a) 하부에 열압착된 음극층(B);
을 포함하고, 집전체/양극/전해질/음극의 적층구조로 이루어진 단위셀이 직렬로 연결된 구조를 포함하는, 고다층 세라믹 전지.
And a sintering temperature of not higher than 1200 占 폚 and a sintering temperature of not higher than 1200 占 폚 and a sintering temperature of 1200 占 폚 or less formed on the electrolyte layer (a) A cermet anode layer (b) comprising a carbonaceous lithium oxide and d - orbital electrons not exceeding 4 to 6 cycles in the periodic table and a current collector paste layer (c) formed on the anode layer (b) A sintered body (A) having a laminated structure of collector / anode / electrolyte, which has undergone a sintering process; And
A negative electrode layer (B) thermally pressed on the lower part of the electrolyte layer (a) of the fired product (A);
And a unit cell comprising a laminate structure of a current collector, a positive electrode, an electrolyte, and a negative electrode is connected in series.
제1항에 있어서,
상기 집전체 페이스트층(c)은 양극과 음극 공용의 집전체 페이스트 단일층 구조이거나, 상기 양극층(b) 상에 형성된 양극집전체 페이스트층과 그 위에 형성된 음극집전체 페이스트층의 적층 구조인 것을 특징으로 하는, 고다층 세라믹 전지.
The method according to claim 1,
The current collector paste layer (c) may be a single layer structure of current collector paste for anode and cathode or a layer structure of a cathode collector paste layer formed on the anode layer (b) and a cathode collector paste layer formed thereon Characterized by a high multilayer ceramic battery.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 고다층 세라믹 전지의 최상단에 위치하는 단위셀은 상부로부터 순차로 양극집전체 페이스트층(c), 서멧 양극층(b), 세라믹 전해질층(a), 및 음극층(B)의 적층구조인 것을 특징으로 하는, 고다층 세라믹 전지.
3. The method according to claim 1 or 2,
The unit cells located at the uppermost end of the high multilayer ceramic battery are sequentially stacked from the top in a laminated structure of the positive electrode current collector paste layer (c), the cermet anode layer (b), the ceramic electrolyte layer (a), and the cathode layer Lt; RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI >
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고다층 세라믹 전지의 최하단에 위치하는 단위셀은 음극층(B) 하면에 음극집전체 금속층(C)이 형성된 것을 특징으로 하는, 고다층 세라믹 전지.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the unit cell located at the lowermost end of the high multilayer ceramic battery has a negative electrode current collector metal layer (C) formed on a lower surface of the negative electrode layer (B).
제4항에 있어서,
상기 음극집전체 금속층은 일 면이 매트(mat) 면으로 표면 처리된 구리 호일인 것을 특징으로 하는, 고다층 세라믹 전지.
5. The method of claim 4,
Wherein the negative electrode current collector metal layer is a copper foil surface-treated with a mat surface on one side.
1항에 있어서,
n개의 단위셀을 적층하여 형성된 고다층 세라믹 전지이고,
제1단위셀은, 세라믹 전해질층(a)과, 서멧 양극층(b)과, 양극집전체 페이스트층 (c)이 순차로 형성된 소성체(A)에서 세라믹 전해질층(a)의 타면에 열압착된 음극층(B)이 형성된 단위셀이 위치하고,
제2 단위셀 내지 제n-1단위셀은, 세라믹 전해질층(a)과, 서멧 양극층(b)과, 양극집전체 페이스트층(c)과 음극집전체 페이스트층(c)이 순차로 형성된 소성체(A)에서 세라믹 전해질층(a)의 타면에 열압착된 음극층(B)이 형성된 단위셀이 위치하며,
제n단위셀은 세라믹 전해질층(a)과, 서멧 양극층(b)과, 양극집전체 (c)과 음극집전체 페이스트층(c)이 순차로 형성된 소성체(A)에서 세라믹 전해질층(a)의 타면에 열압착된 음극층(B)과, 음극집전체 금속층(C)이 순차로 형성된 단위셀이 하는 것을 특징으로 하는, 고다층 세라믹 전지.
The method according to claim 1,
layer ceramic battery formed by laminating n unit cells,
The first unit cell is formed by stacking a first unit cell and a second unit cell on the other side of the ceramic electrolyte layer (a) in the sintered body (A) in which the ceramic electrolyte layer (a), the cermet anode layer (b), and the cathode collector paste layer A unit cell in which the cathode layer (B)
The second unit cell to the (n-1) th unit cell are formed by successively forming a ceramic electrolyte layer (a), a cermet anode layer (b), a cathode collector paste layer (c), and a cathode collector paste layer A unit cell in which a cathode layer B thermally pressed on the other surface of the ceramic electrolyte layer (a) is formed in the sintered body (A)
The n-th unit cell is formed from a sintered body (A) in which a ceramic electrolyte layer (a), a cermet anode layer (b), a cathode current collector (c) and a cathode current collector paste layer layer ceramic battery according to claim 1, wherein the unit cell is formed by successively forming the negative electrode layer (B) thermally pressed on the other surface of the negative electrode collector metal layer (C) and the negative electrode collector metal layer (C).
제1항에 있어서,
상기 세라믹 전해질층(a)은 Li7La3 M2O12(M=Zr, Sn), Li6ALa2M2O12 (A=Mg, Ca, Sr, Ba, M=Nb, Ta), Li5La3M2O12 (M=Nb, Ta, Sb), Li3Ln3Te2O12 (Ln=Y, Pr, Nd, Sm, Lu), Li3 + xNd3Te2 - xSbxO12(x=0.05~1.5), 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 가넷(Li7La3Zr2O12)계 리튬 산화물로 이루어지고,
상기 음극층(B)은 리튬 금속 호일로 이루어진 것을 특징으로 하는, 고다층 세라믹 전지.
The method according to claim 1,
The ceramic electrolyte layer (a), Li 7 La 3 M 2 O 12 (M = Zr, Sn), Li 6 ALa 2 M 2 O 12 (A = Mg, Ca, Sr, Ba, M = Nb, Ta), Li 5 La 3 M 2 O 12 (M = Nb, Ta, Sb), Li 3 Ln 3 Te 2 O 12 (Ln = Y, Pr, Nd, Sm, Lu), Li 3 + x Nd 3 Te 2 - x (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ) -based lithium oxide selected from Sb x O 12 (x = 0.05 to 1.5), and mixtures thereof,
Wherein the cathode layer (B) is made of a lithium metal foil.
제1항에 있어서,
상기 집전체 페이스트는 구리, 알루미늄, 니켈, 은, 금, 및 이들의 합금 중에서 선택된 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 고다층 세라믹 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the current collector paste is made of a metal selected from copper, aluminum, nickel, silver, gold, and alloys thereof.
제1항에 있어서, 상기 서멧 양극층(b)에서,
상기 리튬 전이금속 산화물은 LiCoO2, LiNi0 .4Mn0 .4Co0 .2O2, LiNi0 .5Mn0 .5Co0 .2O2, LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2, LiNi0 .8Mn0 .1Co0 .1O2 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 양극 활물질이고,
상기 가넷계 리튬 산화물은 Li7La3 M2O12(M=Zr, Sn), Li6Ala2M2O12 (A=Mg, Ca, Sr, Ba, M=Nb, Ta), Li5La3M2O12 (M=Nb, Ta, Sb), Li3Ln3Te2O12 (Ln=Y, Pr, Nd, Sm, Lu), Li3 + xNd3Te2 - xSbxO12(x=0.05~1.5), 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 세라믹 전해질이며,
상기 도전제는 니켈, 은, 팔라듐, 구리, 금, 플라티늄 및 이들의 혼합물 또는 복합체 중 선택된 도전제인 것을 특징으로 하는, 고다층 세라믹 전지.
The method according to claim 1, wherein in the cermet anode layer (b)
The lithium transition metal oxide is LiCoO 2, LiNi 0 .4 Mn 0 .4 Co 0 .2 O 2, LiNi 0 .5 Mn 0. And 5Co 0 .2 O 2, LiNi 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 O 2, LiNi 0 .8 Mn 0 .1 Co 0 .1 O 2 and a cathode active material selected from a mixture thereof,
The garnet lithium oxide Li 7 La 3 M 2 O 12 (M = Zr, Sn), Li 6 Ala 2 M 2 O 12 (A = Mg, Ca, Sr, Ba, M = Nb, Ta), Li 5 La 3 M 2 O 12 (M = Nb, Ta, Sb), Li 3 Ln 3 Te 2 O 12 (Ln = Y, Pr, Nd, Sm, Lu), Li 3 + x Nd 3 Te 2 - x Sb x O 12 (x = 0.05 to 1.5), and mixtures thereof,
Wherein the conductive agent is selected from the group consisting of nickel, silver, palladium, copper, gold, platinum, and mixtures or composites thereof.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단위셀은 2개 내지 20개 포함되는 것을 특징으로 하는, 고다층 세라믹 전지.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the number of the unit cells is two to twenty.
(i) 리튬 전이금속 산화물, 가넷계 리튬 산화물, 도전제, 및 바인더를 혼합한 페이스트로 테이프 캐스팅하여 1~100㎛ 두께의 서멧 양극층(b) 성형단계;
(ii) 세라믹 전해질 분말과 바인더를 혼합한 페이스트로 테이프 캐스팅하여 1~100㎛ 두께의 세라믹 전해질층(a) 성형단계;
(iii) 상기 성형된 전해질층(a) 상에 양극층(b)을 적층하는 단계;
(iv) 상기 양극층 성형단계(i), 상기 전해질층 성형단계(ii), 및 적층단계(iii) 중에서 선택된 단계 후에, 양극층 상에 복수 개의 집전체 페이스트층을 1~100 ㎛ 두께로 인쇄하는 단계;
(v) 상기 적층된 집전체/양극/전해질 적층체를 900~1100℃로 소성하는 단계;
(vi) 상기 소성된 집전체/양극/전해질 소성체들 사이에 1~100 ㎛ 두께의 음극 박판을 삽입하여 복수개의 집전체/양극/전해질/음극이 적층된 단위셀을 얻는 단계;
(vii) 상기 단위셀 적층체를 불활성 분위기에서 90~140℃의 온도로 열압착한 후단위셀 별로 커팅하는 단계;
(viii) 상기 복수 개의 단위셀들을 적층하여 전지를 제작하는 단계;
를 포함하는, 제1항에 따른 고다층 세라믹 전지의 제조방법.
(i) tape casting with a paste prepared by mixing a lithium transition metal oxide, a garnet lithium oxide, a conductive agent, and a binder to form a cermet anode layer (b) having a thickness of 1 to 100 m;
(ii) a step of forming a ceramic electrolyte layer (a) having a thickness of 1 to 100 탆 by tape casting with a paste in which a ceramic electrolyte powder and a binder are mixed;
(iii) stacking the anode layer (b) on the formed electrolyte layer (a);
(iv) after the step of selecting the anode layer forming step (i), the electrolyte layer forming step (ii), and the laminating step (iii), a plurality of collector paste layers are printed on the anode layer in a thickness of 1 to 100 μm ;
(v) firing the laminated collector / anode / electrolyte laminate at 900 to 1100 占 폚;
(vi) inserting a thin cathode plate having a thickness of 1 to 100 占 퐉 between the sintered collector / anode / sintered body to obtain a unit cell in which a plurality of collectors / anodes / electrolytes / cathodes are stacked;
(vii) thermally compressing the unit cell laminate in an inert atmosphere at a temperature of 90 to 140 캜, and cutting the unit cell laminate by unit cell;
(viii) stacking the plurality of unit cells to manufacture a battery;
Layer ceramic battery according to claim 1.
제11항에 있어서,
상기 단계(vi)에서, 최하층에 위치하는 단위셀에 대해 매트면을 갖는 음극집전체 박판을 매트 면이 음극 쪽을 향하도록 삽입하는 단계;를 더욱 수행하는 것을 특징으로 하는, 제1항에 따른 고다층 세라믹 전지의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The method according to claim 1, further comprising the step of inserting the negative electrode current collector thin plate having a mat surface with respect to the unit cell located at the lowest layer in the step (vi) so that the mat surface faces the negative electrode (Method for manufacturing high multilayer ceramic battery).
제11항에 있어서,
상기 열압착 단계(vii) 후에 상기 코팅된 단위셀들의 측면을 절연시키는 단계; 를 더욱 수행하는 것을 특징으로 하는, 제1항에 따른 고다층 세라믹 전지의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Inserting the side surfaces of the coated unit cells after the thermocompression step (vii); The method of manufacturing a multilayer ceramic battery according to claim 1, further comprising:
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