KR20170044939A - 리튬 이차전지의 전극 구조 - Google Patents

리튬 이차전지의 전극 구조 Download PDF

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윤용섭
우중제
민홍석
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Abstract

본 발명은 리튬 이차전지의 전극 구조에 관한 것으로서, 특히 액체전해질이 충진된 리튬 이차전지 내부에 구비되어 양극 또는 음극을 형성하는 제1전극 및 제2전극과; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 구비되며 고체전해질을 코팅하여 전극 간 전압을 측정하는 제3전극으로 구성되어, 양극과 음극 사이에 고체전해질을 코팅한 제3전극이 구비되게 하여 이차전지 내에 액체전해질이 부족하여도 고체전해질을 통해 리튬이온의 전달이 가능하여 내부저항 측정이 가능하고, 양극과 음극에 직접 접촉시켜도 단락이 발생되지 않아 측정이 간편해져 상품성과 작업성을 향상시키는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

리튬 이차전지의 전극 구조{Electrode structure of lithium secondary battery}
본 발명은 리튬 이차전지의 전극 구조에 관한 것으로서, 특히 이차전지 내의 액체전해질이 부족하더라도 내부저항을 측정할 수 있게 하기 위한 리튬 이차전지의 전극 구조에 관한 것이다.
일반적으로 리튬 이차전지는 휴대용 전자기기의 전원으로 사용되는데, 이는 양극과 음극 사이에서의 리튬 이온의 이동을 이용한다.
최근에는 하이브리드 및 전기자동차용 전원으로도 사용되고 있으며, 특히 차량용 리튬 이온 이차전지는 차량 동력 성능 및 내구성 요구를 만족하기 위한 내부저항 및 장수명화 기술 적용이 필수적으로 요구되고 있다.
이와 관련하여 종래의 리튬 이차전지의 내부저항 요소로 양극과 음극 소재의 저항 성분과 전극과 전해질간의 계면 저항, 전하 이동 저항, 전해질의 저항 등 많은 성분들이 있어 각각을 분리하는 것이 상당히 어렵다.
이러한, 요소별 내부저항을 확인하기 위한 방법으로서 별도의 기준전극으로 금속 리튬을 추가한 별도 전극 구조의 전지를 제작하여 양극과 금속 리튬, 음극과 금속 리튬간의 전압 및 임피던스를 측정하는 방법이 제안되어 있다.
그러나, 종래에는 리튬 금속 추가 시 전지 내 액체전해질이 부족하게 될 경우 양극 접촉이 어려워 정밀한 저항 측정이 불가능해지는 문제점이 있었다.
특허 1 : 대한민국 공개특허 제10-2015-0041217호
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 리튬 이차전지의 전극 구조에 관한 것으로서, 특히 이차전지 내의 액체전해질이 부족하더라도 내부저항을 측정할 수 있게 하기 위한 것을 목적으로 한다.
이러한 본 발명은 액체전해질이 충진된 리튬 이차전지 내부에 구비되어 양극 또는 음극을 형성하는 제1전극 및 제2전극과; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 구비되며 고체전해질을 코팅하여 전압을 측정하는 제3전극;을 포함함으로써 달성된다.
상기 제3전극의 상기 고체전해질은 전자 비전도성을 형성하며, 상기 고체전해질 내부에는 리튬금속이 포함되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에는 전극 간 거리 유지가 가능하도록 분리막이 구비되고, 상기 제3전극은 상기 분리막과 연결되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 액체전해질이 충진된 리튬 이차전지 내부에 구비되어 양극 또는 음극을 형성하는 제1전극 및 제2전극과; 상기 제1전극과 상기 제2전극에 연결되며, 리튬금속에 전자 비전도성 고체전해질을 코팅하여 상기 리튬 이차전지 내에 상기 고체전해질을 통한 리튬이온 전달이 가능하게 하는 제3전극;을 포함함으로써 달성된다.
상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에는 전극 간 거리 유지가 가능하도록 분리막이 구비되고, 상기 제3전극은 상기 분리막과 연결되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 액체전해질이 충진된 리튬 이차전지 내부에 구비되어 양극 또는 음극을 형성하는 제1전극 및 제2전극과; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 구비되어 상기 제1전극과 상기 제2전극을 연결하며, 리튬금속에 전자 비전도성 고체전해질을 코팅하여 내부저항 및 전극 간 전압을 측정하고, 상기 리튬 이차전지 내에 상기 고체전해질을 통한 리튬이온 전달이 가능하게 하여 단락 발생을 방지하는 제3전극;을 포함함으로써 달성된다.
이상과 같은 본 발명은 양극과 음극 사이에 고체전해질을 코팅한 제3전극이 구비되게 하여 이차전지 내에 액체전해질이 부족하여도 고체전해질을 통해 리튬이온의 전달이 가능하여 전압 측정이 가능하고, 양극과 음극에 직접 접촉시켜도 단락이 발생되지 않아 측정이 간편해져 상품성과 작업성을 향상시키는데 효과가 있는 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 리튬 이차전지의 전극 구조를 도시하는 단면도.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 리튬 이차전지의 전극 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 리튬 이차전지(100) 내부에 구비되는 제1전극(110) 및 제2전극(120)과, 제1전극(110)과 제2전극(120) 사이에 구비되며 고체전해질(131)이 코팅된 제3전극(130)을 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1전극(110) 및 제2전극(120)은 양극 또는 음극을 형성하는 전극으로 리튬 이차전지(100)에 소정거리 이격된 상태로 구비된다.
이때, 리튬 이차전지(100) 내부에는 액체전해질(101)이 충진되어 전기 전도가 가능하게 한다.
제3전극(130)은 제1전극(110) 및 제2전극(120) 외에 별도로 구비되어 제1전극(110)과 제2전극(120) 사이에 위치한다.
또한, 제3전극(130)은 고체전해질(131)을 코팅한 상태로 형성되어 전극 간 전압을 측정함으로써 내부저항을 측정할 수 있게 한다.
이때, 제3전극(130)의 고체전해질(131)은 전자 전도도가 없는 비전도성을 형성하며, 고체전해질(131) 내부에는 리튬금속(132)이 포함되도록 하여 제1전극(110) 및 제2전극(120)에 제3전극(130)이 접촉하여도 단락이 발생되지 않게 한다.
또한, 리튬 이차전지(100) 내부의 액체전해질(101)이 부족하여도 고체전해질(131)을 통한 이온전도가 가능하게 한다.
한편, 제1전극(110)과 상기 제2전극(120) 사이에는 전극 간 거리 유지가 가능하도록 분리막이 구비되고, 제3전극(130)은 분리막과 연결되도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명은 고체전해질(131)을 코팅한 제3전극(130)을 통해 액체전해질(101)이 부족하여도 별도의 액체전해질(101) 추가 없이 저항측정이 가능하며, 고체전해질(131)이 코팅된 제3전극(130)이 제1전극(110) 및 제2전극(120)에 직접 접촉하여도 단락이 발생되지 않아 전극 간 전압 측정이 가능하며, 제1전극(110) 및 제2전극(120)과 제3전극(130) 간의 일정한 거리가 유지되게 하여 리튬 이차전지(100)의 전극 상태를 측정 및 분석할 수 있게 한다.
이처럼, 본 발명은 액체전해질(101)이 충진된 리튬 이차전지(100) 내부에 구비되어 양극 또는 음극을 형성하는 제1전극(110) 및 제2전극(120)과, 제1전극(110)과 제2전극(120) 사이에 구비되어 제1전극(110)과 제2전극(120)을 연결하며, 리튬금속(132)에 전자 비전도성 고체전해질(131)을 코팅하여 내부저항 및 전극 간 전압을 측정하고, 리튬 이차전지(100) 내에 고체전해질(131)을 통한 리튬이온 전달이 가능하게 하여 단락 발생을 방지하는 제3전극(130)을 포함하여 이차전지(100) 내에 액체전해질(101)이 부족하여도 고체전해질(131)을 통해 리튬이온의 전달이 가능하여 전압 측정 및 전극 간 내부저항 측정이 가능하고, 양극과 음극에 직접 접촉시켜도 단락이 발생되지 않아 이차전지(100)의 전극 상태 측정이 간편해져 상품성과 작업성을 향상시키며, 이차전지(100) 내의 저항 성분 요소 분리가 가능하게 하여 내부저항 감소 및 내구 성능 향상을 위한 분석 툴로 활용할 수 있게 하여 전지 성능을 향상시킬 수 있게 한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 리튬 이차전지 101 : 액체전해질
110 : 제1전극 120 : 제2전극
130 : 제3전극 131 : 고체전해질
132 : 리튬금속

Claims (6)

  1. 액체전해질이 충진된 리튬 이차전지 내부에 구비되어 양극 또는 음극을 형성하는 제1전극 및 제2전극과;
    상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 구비되며 고체전해질을 코팅하여 전극 간 전압을 측정하는 제3전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 전극 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3전극의 상기 고체전해질은 전자 비전도성을 형성하며, 상기 고체전해질 내부에는 리튬금속이 포함되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 전극 구조.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에는 전극 간 거리 유지가 가능하도록 분리막이 구비되고, 상기 제3전극은 상기 분리막과 연결되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 전극 구조.
  4. 액체전해질이 충진된 리튬 이차전지 내부에 구비되어 양극 또는 음극을 형성하는 제1전극 및 제2전극과;
    상기 제1전극과 상기 제2전극에 연결되며, 리튬금속에 전자 비전도성 고체전해질을 코팅하여 상기 리튬 이차전지 내에 상기 고체전해질을 통한 리튬이온 전달이 가능하게 하는 제3전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 전극 구조.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에는 전극 간 거리 유지가 가능하도록 분리막이 구비되고, 상기 제3전극은 상기 분리막과 연결되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 전극 구조.
  6. 액체전해질이 충진된 리튬 이차전지 내부에 구비되어 양극 또는 음극을 형성하는 제1전극 및 제2전극과;
    상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 구비되어 상기 제1전극과 상기 제2전극을 연결하며, 리튬금속에 전자 비전도성 고체전해질을 코팅하여 내부저항 및 전극 간 전압을 측정하고, 상기 리튬 이차전지 내에 상기 고체전해질을 통한 리튬이온 전달이 가능하게 하여 단락 발생을 방지하는 제3전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 전극 구조.
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