KR20170071336A - Cathode for lithium air battery, preparation method thereof, and lithium air battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극 기재; 및 상기 전극 기재 상에 입자형 제1 도전재 및 섬유형 제2 도전재를 포함하는 복합 도전재층을 포함하며, 상기 복합 도전재층은 다수의 기공을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬공기 배터리용 양극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬공기 배터리를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 양극은 출력 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 특히, 상기 복합 도전재층에 포함되는 다수의 기공으로 인해 충방전시 산소 및 전해질 내 이온 이동이 용이하고, 방전 생성물의 비표면적을 넓게 할 수 있으므로, 배터리의 과전압 유발 및 수명 열화를 현저히 개선시킬 수 있다.
The present invention relates to an electrode substrate; And a composite conductive material layer including a particulate first conductive material and a fibrous second conductive material on the electrode substrate, wherein the composite conductive material layer includes a plurality of pores, A method for manufacturing the same, and a lithium air battery including the same.
The anode according to an embodiment of the present invention can further improve the output characteristic. Particularly, due to a large number of pores included in the composite conductive material layer, ions and oxygen in the electrolyte can be easily transferred during charging and discharging, and the specific surface area of the discharge product can be widened. Thus, overvoltage and battery life deterioration can be remarkably improved have.

Description

리튬공기 배터리용 양극, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬공기 배터리 {CATHODE FOR LITHIUM AIR BATTERY, PREPARATION METHOD THEREOF, AND LITHIUM AIR BATTERY COMPRISING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positive electrode for a lithium-ion battery, a method for manufacturing the same, and a lithium-air battery including the same. BACKGROUND ART [0002]

본 발명은 리튬공기 배터리용 양극, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬공기 배터리에 관한 것이다. The present invention relates to a positive electrode for a lithium air battery, a method of manufacturing the same, and a lithium air battery including the same.

2차 배터리는 1차 배터리와 달리 충전을 통해 재사용이 가능한 배터리로서, 일반적으로 금속과 공기의 조합으로 이뤄지는 금속공기 배터리 중에서 리튬공기 배터리는 가장 높은 에너지 밀도를 갖고 있다. 리튬공기 배터리의 부피당 에너지 보유량은 리튬이온 배터리보다 10배 이상 우수한 것으로 알려져 있다. A secondary battery, unlike a primary battery, is a rechargeable, rechargeable battery. Lithium-air batteries have the highest energy density among metal-air batteries, which typically consist of a combination of metal and air. Lithium air batteries are known to have an energy reserve of more than 10 times that of lithium ion batteries.

또한, 리튬공기 배터리는 기존 리튬이온 배터리가 사용하던 니켈, 망간, 코발트 등의 금속을 사용하지 않고 탄소를 사용해 가격경쟁력과 친환경 측면에서 우수한 특성을 가진다. 이러한 리튬공기 배터리는 기본적으로 리튬금속을 음극으로 하고 탄소소재를 양극(공기극)으로 하여 그 사이에 전해질 분리막을 배치한 구조로 되어 있어서, 도 1에 나타낸 바와 같이 다공성 탄소소재의 양극에 산소가 공급되면서 리튬이온이 전해질을 통해 음극과 양극 사이에서 전자 이동이 이루어져 에너지를 생산하게 된다. In addition, lithium-ion batteries have excellent properties in terms of price competitiveness and environment friendliness by using carbon such as nickel, manganese, and cobalt which were used in conventional lithium ion batteries. Such a lithium-air battery basically has a structure in which a lithium metal is used as a cathode and a carbon material is used as an anode (air electrode), and an electrolyte separation membrane is disposed therebetween. As shown in FIG. 1, oxygen is supplied to the anode of the porous carbon material As a result, electrons move between the cathode and the anode through the electrolyte to produce energy.

리튬공기 배터리에 있어서, 방전시, 음극에서는 하기 식(1)의 반응이 진행한다.In the lithium-ion battery, the reaction of the following formula (1) proceeds at the cathode when discharging.

Figure pat00001
Figure pat00001

식(1)에서 생기는 전자는 외부 회로를 경유해, 외부의 부하에서 일을 한 후, 양극에 도달한다. 그리고, 식 (1)에서 생기는 리튬이온(Li)은 음극과 양극과의 사이 존재하는 전해질(electrolyte) 내에서 음극측으로부터 양극측으로 이동해, 양극에 도달한다.The electrons generated in Eq. (1) pass through an external circuit, work in an external load, and then reach the anode. The lithium ion (Li + ) generated in the formula (1) moves from the negative electrode side to the positive electrode side in the electrolyte existing between the negative electrode and the positive electrode, and reaches the positive electrode.

한편, 일반적으로 리튬공기 배터리는 방전시 양극에서는 하기 식(2)~(3)의 반응이 진행할 수 있다.On the other hand, in a lithium ion battery, the reactions of the following formulas (2) to (3) can proceed at the anode during discharging.

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 식(2)~(3)에 의해 발생한 리튬 산화물(lithium oxide)은 양극에 축적된다. 충전시에는 음극에 있어서 상기 식(1)의 역반응, 양극에 있어서 상기 식(2)~(3)의 역반응이 각각 진행해, 음극에 있어서 금속 리튬(lithium)이 재생되어 반복 충방전이 가능하다.Lithium oxide generated by the above formulas (2) to (3) is accumulated in the anode. At the time of charging, the opposite reaction of the above-mentioned formula (1) in the negative electrode and the opposite reaction of the above-mentioned formulas (2) to (3) are carried out on the positive electrode, and lithium metal is regenerated in the negative electrode so that repeated charging and discharging are possible.

그러나 현재 리튬공기 배터리의 개선점은 충방전 수명이 매우 짧고 출력이 낮다는 문제점을 개선하는 것인데, 수명이 짧은 주요 요인으로는 양극의 촉매와 도전재의 다공성이 영향을 미치고 있다. 또한, 리튬공기 배터리의 출력은 아래 4가지 요소들에 의해 영향을 받는다; 1) 전해질을 통한 탄소 표면으로의 리튬이온 전달 2)기재와 도전재, 도전재들 사이의 전자 전달 3) 외부로부터의 산소 공급 4)도전재 표면에서의 반응 속도.However, the improvement of current lithium-ion battery is to improve the problem of very short charging / discharging life and low power. Porosity of the anode catalyst and conductive material is the main factor that shortens the lifetime. In addition, the output of a lithium-ion battery is affected by the following four factors: 1) transfer of lithium ions to the surface of carbon through the electrolyte 2) electron transfer between the substrate and the conductive material and conductive materials 3) supply of oxygen from the outside 4) reaction rate at the surface of the conductive material.

그러나 현재까지 연구된 리튬공기 배터리는 리튬이온 배터리 대비 에너지 밀도가 크게 높은 반면, 출력특성이 낮은 문제가 있다.However, the lithium-ion battery studied to date has a high energy density compared to the lithium ion battery, but has a low output characteristic.

따라서, 리튬공기 배터리의 출력 특성을 향상시킬 수 있는 전극의 개발이 절실히 요구되고 있다.Therefore, development of an electrode capable of improving the output characteristics of a lithium-ion battery is urgently required.

J. Phys. Chem. Lett., 2010, 1 (14), pp 2193-2203J. Phys. Chem. Lett., 2010, 1 (14), pp 2193-2203

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것이다.The present invention is intended to solve the above-mentioned problems.

본 발명의 해결하고자 하는 제1 기술적 과제는 리튬공기 배터리의 출력 특성을 향상시킬 수 있는 양극을 제공하는 것이다. A first technical object of the present invention is to provide a positive electrode capable of improving the output characteristics of a lithium-ion battery.

본 발명의 해결하고자 하는 제2 기술적 과제는 상기 양극의 기공 크기 및 내부 공극률이 제어 가능한 양극의 제조방법을 제공하는 것이다.A second object of the present invention is to provide a method of manufacturing a positive electrode in which the pore size and internal porosity of the positive electrode can be controlled.

본 발명의 해결하고자 하는 제3 기술적 과제는 상기 양극을 포함하는 리튬공기 배터리를 제공하는 것이다.A third object of the present invention is to provide a lithium-ion battery including the positive electrode.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전극 기재; 및 상기 전극 기재 상에 입자형 제1 도전재 및 섬유형 제2 도전재를 포함하는 복합 도전재층을 포함하며, 상기 복합 도전재층은 다수의 기공을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬공기 배터리용 양극을 제공한다.In order to solve the above-described problems, the present invention provides an electrode substrate, And a composite conductive material layer including a particulate first conductive material and a fibrous second conductive material on the electrode substrate, wherein the composite conductive material layer includes a plurality of pores, to provide.

또한, 본 발명은 입자형 제1 도전재 및 분산제를 혼합하여 1차 혼합하는 단계; 상기 1차 혼합물에 섬유형 제2 도전재 및 바인더를 첨가하여 2차 혼합하는 단계; 및 상기 2차 혼합물을 전극 기재상에 도포하는 단계를 포함하는 리튬공기 배터리용 양극의 제조방법을 제공한다.The present invention also relates to a method for producing a particulate first conductive material, Adding a fibrous second conductive material and a binder to the first mixture and then secondary mixing; And applying the secondary mixture on an electrode substrate. The present invention also provides a method for manufacturing a positive electrode for a lithium-air battery.

또한, 본 발명은 상기 양극을 포함하는 리튬공기 배터리를 제공한다.The present invention also provides a lithium air battery including the positive electrode.

본 발명의 일 실시예에 따른 양극은 전극 기재상에 입자형 제1 도전재 및 섬유형 제2 도전재를 포함하는 복합 도전재층을 포함함으로써, 가역 방전 생성물을 생성하면서도 효율적으로 출력 특성을 향상시킬 수 있다. 특히, 상기 복합 도전재층에 포함되는 다수의 기공으로 인해 충방전시 산소 및 전해질내 이온 이동이 용이하고, 방전 생성물의 비표면적을 넓게 할 수 있으므로, 배터리의 과전압 유발 및 수명 열화를 현저히 개선시킬 수 있다.The anode according to an embodiment of the present invention includes a composite conductive material layer including a particulate first conductive material and a fibrous second conductive material on an electrode substrate to improve the output characteristics efficiently while generating a reversible discharge product . Particularly, due to a large number of pores included in the composite conductive material layer, ions and oxygen in the electrolyte can be easily transferred during charging and discharging, and the specific surface area of the discharge product can be widened. Therefore, overvoltage and deterioration in life of the battery can be remarkably improved have.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 일 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 방전시 전극에서의 반응 과정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 종래의 도전재층으로 케첸 블랙만을 포함하는 양극의 SEM 사진 및 양극 구조의 모식도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 도전재층을 포함하는 양극 구조의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 도전재층을 포함하는 양극 구조의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1의 양극의 표면 SEM(scanning electron microscope) 사진을 나타낸 것이다.
도 6은 비교예 1의 양극의 표면 SEM(scanning electron microscope) 사진을 나타낸 것이다.
도 7은 비교예 2의 양극의 표면 SEM(scanning electron microscope) 사진을 나타낸 것이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description of the invention, It should not be construed as limited.
FIG. 1 is a schematic view showing a reaction process in an electrode during discharge.
FIG. 2 is a SEM photograph of a positive electrode containing only a ketjen black as a conventional conductive material layer and a schematic view of an anode structure.
3 is a schematic diagram of an anode structure including a composite conductive material layer according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic view of a cathode structure including a composite conductive material layer according to another embodiment of the present invention.
5 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a cathode according to Example 1 of the present invention.
6 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the anode of Comparative Example 1. Fig.
7 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the anode of Comparative Example 2. Fig.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail in order to facilitate understanding of the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명의 일 실시예 따른 리튬공기 배터리용 양극은 전극 기재; 및 상기 전극 기재 상에 입자형 제1 도전재 및 섬유형 제2 도전재를 포함하는 복합 도전재층을 포함하며, 상기 복합 도전재층은 다수의 기공을 포함하는 것을 특징으로 한다. An anode for a lithium air battery according to an embodiment of the present invention includes: an electrode substrate; And a composite conductive material layer including a particulate first conductive material and a fibrous second conductive material on the electrode substrate, wherein the composite conductive material layer includes a plurality of pores.

본 발명의 일 실시예에 따른 양극은 전극 기재상에 리튬이온 전달 향상에 영향을 주는 입자형 제1 도전재 및 기공 형성을 통한 산소 전달, 전해질 이동 및 전극 기재로부터의 전기 전도성을 향상시킬 수 있는 섬유형 제2 를 포함하는 복합 도전재층을 포함함으로써, 기존의 리튬공기 배터리에 비해 분산성이 향상되고 반응면적도 향상되어 가역 방전 생성물을 생성하면서도 효율적으로 출력 특성을 향상시킬 수 있다. 특히, 상기 복합 도전재층에 포함되는 다수의 기공은 충방전시 산소 및 전해질 내 이온 이동을 용이하게 할 뿐만 아니라, 방전 생성물의 비표면적을 넓게 함으로써, 배터리의 과전압 유발 및 수명 열화를 현저히 개선시킬 수 있다. The anode according to an embodiment of the present invention can improve the transfer of oxygen through the formation of the pore-forming first conductive material and the particle-type conductive material that affects the improvement of lithium ion transfer on the electrode substrate, By including the composite conductive material layer containing the fibrous second material, the dispersibility and the reaction area are improved as compared with the conventional lithium air battery, so that the output characteristics can be improved efficiently while producing the reversible discharge product. In particular, a large number of pores included in the composite conductive material layer not only facilitates ion movement in oxygen and electrolyte during charging and discharging, but also widens the specific surface area of the discharge product, thereby remarkably improving overvoltage and battery life deterioration have.

구체적으로 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극에 포함되는 복합 도전재층에 있어서, 상기 입자형 제1 도전재는 전해질 함습을 통한 리튬이온 전달 및 표면의 방전 생성물의 생성 반응 사이트로 작용할 수 있다. Specifically, in the composite conductive material layer included in the anode according to an embodiment of the present invention, the particle-shaped first conductive material may function as a reaction site for lithium ion transfer and surface discharge products through electrolyte hermit.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 입자형 제1 도전재는 예를 들면, Super C, Super P, 케첸 블랙(Ketjen Black) 및 아세틸렌 블랙으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합물이 사용 가능하다. The particulate first conductive material according to an exemplary embodiment of the present invention may be any one selected from the group consisting of Super C, Super P, Ketjen Black, and acetylene black, or a mixture of two or more thereof. It is possible.

상기 입자형 제1 도전재는 전도성을 고려할 때 예를 들어, 비표면적(BET)이 300 내지 1500 ㎡/g 이고, 평균 입경(D50)이 30 내지 70 nm인 입자형 도전재일 수 있다. 일례로, 상기 입자형 제1 도전재는 비표면적(BET)이 1000 내지 1400 ㎡/g 이고, 평균 입경(D50)이 40 내지 50 nm인 케첸 블랙일 수 있다. The first conductive type particle material may be a particulate conductive material having a specific surface area (BET) of 300 to 1,500 m 2 / g and an average particle diameter (D 50 ) of 30 to 70 nm in consideration of conductivity. For example, the particulate first conductive material may be Ketjenblack having a specific surface area (BET) of 1000 to 1400 m 2 / g and an average particle diameter (D 50 ) of 40 to 50 nm.

상기 입자형 제1 도전재의 BET 비표면적이 상기 범위를 벗어나 비표면적이 커지는 경우 전극의 밀도가 낮아 에너지밀도가 감소하며, 상기 범위보다 작은 경우 리튬공기 배터리의 출력 특성이 저하될 수 있다.When the BET specific surface area of the particulate first conductive material is out of the above range and the specific surface area is large, the density of the electrode is low and the energy density is decreased. When the BET specific surface area is smaller than the above range, the output characteristic of the lithium-

본 발명에 있어서, 상기 도전재의 비표면적은 BET(Brunauer-Emmett-Teller; BET)법으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 기공분포 측정기(Porosimetry analyzer; Bell Japan Inc, Belsorp-II mini)를 사용하여 질소 가스 흡착 유통법에 의해 BET 6 점법으로 측정할 수 있다. In the present invention, the specific surface area of the conductive material can be measured by a BET (Brunauer-Emmett-Teller; BET) method. For example, it can be measured by a BET 6-point method by a nitrogen gas adsorption / distribution method using a porosimetry analyzer (Bell Japan Inc, Belsorp-II mini).

본 발명에 있어서, 도전재 입자의 평균 입경은 입자의 입경 분포의 50% 기준에서의 입경으로 정의할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 입자의 평균 입경(D50)은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. 상기 레이저 회절법은 일반적으로 서브미크론(submicron) 영역에서부터 수 mm 정도의 입경의 측정이 가능하며, 고 재현성 및 고 분해성의 결과를 얻을 수 있다. In the present invention, the average particle diameter of the conductive material particles can be defined as the particle diameter based on 50% of the particle diameter distribution of the particles. The average particle diameter (D 50 ) of the particles according to an embodiment of the present invention can be measured using, for example, a laser diffraction method. The laser diffraction method generally enables measurement of a particle diameter of several millimeters from a submicron region, resulting in high reproducibility and high degradability.

상기 입자형 제1 도전재만을 도전재층에 포함하는 경우 큰 비표면적으로 인해 단위 탄소 중량당 용량의 증가는 기여를 할 수 있지만, 출력 성능이 현저히 떨어지는 문제가 있을 수 있다. 또한, 도 2에 나타낸 양극의 SEM(scanning electron microscope) 사진 및 양극의 구조 모식도에 나타낸 바와 같이, 도전재 입자들의 뭉침으로 인해 전극 내 기공 부족으로 예를 들어 Li2O2 등의 방전 생성물 생성시 산소 및 전해질 내 이온 이동이 어려울 수 있다. 또한, 표면에만 집중적으로 생긴 방전 생성물로 인해 과전압 유발 및 수명 열화를 일으킬 우려가 있다. When only the particulate first conductive material is included in the conductive material layer, an increase in the capacity per unit carbon weight may contribute to a large specific surface area, but the output performance may be significantly lowered. Further, as shown in a scanning electron microscope (SEM) photograph of the anode shown in FIG. 2 and a structural schematic diagram of the anode, it is considered that due to the accumulation of conductive material particles, a shortage of pores in the electrode causes generation of discharge products such as Li 2 O 2 Oxygen and ion transport in the electrolyte can be difficult. In addition, there is a risk of causing overvoltage and deterioration in life due to discharge products intensively formed only on the surface.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 입자형 제1 도전재와 섬유형 제2 도전재를 복합화함으로써 상기 입자형 제1 도전재의 가용 비표면적을 활용하면서도, 섬유형 제2 도전재가 매크로(macro) 기공을 용이하게 형성하여 출력 특성을 더욱 증가시킬 수 있다.Accordingly, in order to solve the above-described problems, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a fiber- macro) pores can be easily formed and the output characteristics can be further increased.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 섬유형 제2 도전재는 전극 반응에서 기공 형성을 통한 산소 전달, 전해질 이동 및 전극 기재로부터의 전기 전도성을 좋게 하는 역할을 할 수 있다. The fibrous second conductive material according to an embodiment of the present invention may serve to improve oxygen transfer, electrolyte migration, and electrical conductivity from the electrode substrate through pore formation in an electrode reaction.

상기 섬유형 제2 도전재는 예를 들어, 직경이 100 내지 200 nm이고 길이가 5 내지 25 ㎛인 탄소섬유일 수 있다. 일례로, 상기 섬유형 제2 도전재는 직경이 130 내지 170 nm이고 길이가 10 내지 20 ㎛인 탄소 섬유일 수 있다. The fibrous second conductive material may be, for example, a carbon fiber having a diameter of 100 to 200 nm and a length of 5 to 25 占 퐉. For example, the fibrous second conductive material may be a carbon fiber having a diameter of 130 to 170 nm and a length of 10 to 20 탆.

상기 섬유형 제2 도전재의 구체적인 예로는 폴리아크릴로니트릴계 탄소 섬유, 레이온계 탄소 섬유, 피치계 탄소 섬유, 기상성장 탄소섬유(VGCF 계; Vapor grown carbon fiber) 및 탄소 나노튜브(CNT 계; carbon nano tube)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 일례로, 상기 섬유형 제2도전재는 기상성장 탄소섬유일 수 있다. 상기 섬유형 제2 도전재의 종횡비는 50 내지 200, 예를 들어, 80 내지 120일 수 있다.Specific examples of the fibrous second conductive material include polyacrylonitrile-based carbon fibers, rayon-based carbon fibers, pitch-based carbon fibers, vapor grown carbon fibers (VGCF-based carbon nanotubes), and carbon nanotubes nano tube), or a mixture of two or more thereof. For example, the fibrous second conductive material may be vapor-grown carbon fiber. The aspect ratio of the fibrous second conductive material may be from 50 to 200, for example, from 80 to 120. [

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 복합 도전재층은 도 3 및 도 4의 양극 구조의 모식도와 같이 섬유형 제2 도전재 상에 입자형 제1 도전재가 일부 또는 전체적으로 둘러싸여 있음으로써 상기 입자형 제1 도전재가 방전 생성물의 반응 사이트로 작용하여 방전 생성물의 비표면적을 보다 넓고 얇게 효율적으로 생성시킴으로써 과전압 유발 및 수명열화를 더욱 개선시킬 수 있고, 이들 복합화로 인해 형성되는 기공으로 인해 산소 전달이 더욱 용이하여 높은 방전용량을 유지하면서 출력 특성을 향상시킬 수 있다.The composite conductive material layer according to an embodiment of the present invention is partially or wholly surrounded by the particulate first conductive material on the fibrous second conductive material as shown in the schematic view of the anode structure of Figs. 3 and 4, The conductive material acts as the reaction site of the discharge product to efficiently generate the specific surface area of the discharge product wider and thinner, thereby further improving the overvoltage induction and the service life deterioration. Further, The output characteristic can be improved while maintaining a high discharge capacity.

본 발명에 있어서, 기공의 분포를 분석한 결과를 기공 사이즈별로 나눴을 경우 0.1 내지 1 ㎛ 구간은 제1 도전재의 내부 및 표면 기공과 붙어 있는 제1 도전재 사이의 기공에 의한 것으로, 일부 반응생성물이 쌓이는 용량 및 반응속도와 관련한 출력에 영향을 준다. 1 내지 10 ㎛ 구간은 제1 도전재 사이의 기공 및 제1 도전재와 제2 도전재 사이 및 제2도전재 사이의 기공을 나타내며 방전생성물이 쌓이는 용량에 기인하는 영역이다. 또한 전해질의 일부 통로이다. 10 내지 50 ㎛ 구간은 전해질의 주된 이동통로로 출력에 영향을 미치며, 50 ㎛ 이상의 구간은 산소의 이동통로이다.In the present invention, when the distribution of the pores is analyzed according to the pore size, the interval of 0.1 to 1 占 퐉 is due to the pores between the inside of the first conductive material and the first conductive material attached to the surface pores, This affects the output related to the accumulation capacity and reaction rate. The interval of 1 to 10 [micro] m represents pores between the first conductive material, pores between the first conductive material and the second conductive material, and the second conductive material, and is a region due to the capacity of accumulating the discharge products. It is also a part of the electrolyte passage. The section between 10 and 50 ㎛ is the main moving path of the electrolyte, and the section over 50 ㎛ is the moving path of oxygen.

만일 기공의 평균 직경이 상기 범위 초과인 경우 너무 큰 빈 공간으로 인해 배터리의 부피 에너지 밀도가 감소될 수 있고, 상기 범위 미만인 경우 기공을 통한 산소 전달 및 전해질 이동 등의 문제가 발생하여 출력특성이 감소될 수 있다. If the average diameter of the pores exceeds the above range, the volume energy density of the battery can be reduced due to a too large empty space. If the pore diameter is less than the above range, problems such as oxygen transfer through the pore and electrolyte migration occur, .

또한, 상기 복합 도전재층의 내부 공극률은 40 내지 80 %, 예를 들어, 50 내지 60 %일 수 있다.Further, the internal porosity of the composite conductive material layer may be 40 to 80%, for example, 50 to 60%.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복합 도전재층의 내부 공극률은 상기 복합 도전채층의 전체 부피에 대한 50 ㎛ 이하의 공극이 차지하는 비율로 정의할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the inner porosity of the composite conductive material layer may be defined as a ratio of voids of 50 m or less to the total volume of the composite conductive layer.

상기 내부 공극률의 측정은 특별히 한정되지 않으며, 본 발명의 일 실시예에 따라, 예를 들어 Quantachrome사의 Poarmaster 장비를 이용한 수은 기공측정법에 의해 측정될 수 있다. 상기 수은기공측정법은 전극 내부로 수은을 침투시키며 감지되는 압력을 바탕으로 기공을 측정하는 분석법으로, BET 측정법에 비해 500 nm 이상의 기공의 분석이 용이할 수 있다.The measurement of the internal porosity is not particularly limited, and may be measured by a mercury porosimetry method using, for example, a Quantumrome's Poarmaster apparatus according to an embodiment of the present invention. The mercury porosimetry method is an analysis method of measuring pores based on the sensed pressure by penetrating mercury into the electrode, and it is easier to analyze pores having a diameter of 500 nm or more than the BET measurement method.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 입자형 제1 도전재 : 섬유형 제2 도전재의 중량비는 복합 도전재층에 형성되는 기공 구성에 영향을 줄 수 있으며, 상기 기공 크기 및 도전재층의 내부 공극률을 만족시키기 위하여 1: 0.5 내지 4 중량비, 예를 들어, 1: 0.6 내지 2 중량비일 수 있다. 일례로, 1: 1 내지 1.5 중량비 일 수 있다.The weight ratio of the particulate first conductive material: fibrous second conductive material according to an embodiment of the present invention may affect the pore structure formed in the composite conductive material layer, and the pore size and the internal porosity of the conductive material layer are satisfied For example, from 1: 0.5 to 4: 1, for example, from 1: 0.6 to 2: 1. For example, it may be 1: 1 to 1.5 weight ratio.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 범위일 경우 입자형 제1 도전재가 섬유형 제2 도전재의 표면에 일부 또는 전체적으로 둘러싸면서 적합한 기공을 포함하도록 복합화될 수 있고, 이로 인해 본 발명의 목적하는 효과를 매우 잘 나타낼 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the above range, the particulate first conductive material may be complexized to partially or wholly surround the surface of the fibrous second conductive material to include suitable pores, Can be very well represented.

만일 상기 입자형 제1 도전재의 함량이 상기 범위 미만인 경우, 상기 섬유형 제2 도전재의 표면에 균일하게 형성될 수 없으며, 리튬공기 배터리의 용량 특성이 저하될 수 있다. 또한 상기 섬유형 제2 도전재의 함량이 상기 범위 미만인 경우 리튬공기 배터리의 수명 특성 및 출력 특성이 저하될 수 있다.If the content of the particulate first conductive material is less than the above range, it can not be uniformly formed on the surface of the fibrous second conductive material, and the capacity characteristics of the lithium air battery may be deteriorated. Also, when the content of the fibrous second conductive material is less than the above range, the life characteristics and output characteristics of the lithium air battery may be deteriorated.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복합 도전재층은 상기 도전재들의 뭉침 현상을 감소시키기 위해 분산제를 더 포함할 수 있다. 상기 분산제는 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 변형된 아크릴로니트릴 고무(modified acrylonitrile rubber), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 고무 등을 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 분산제로는 제온(ZEON)사의 BM-720H, BM-730H 등을 사용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the composite conductive material layer may further include a dispersing agent to reduce aggregation of the conductive materials. As long as the effect of the present invention is not impaired, the dispersant may be one that is commonly used. Examples thereof include acrylonitrile-butadiene rubber, modified acrylonitrile rubber, acrylonitrile-butadiene-styrene Rubber or the like can be used. Specifically, as the dispersing agent, BM-720H, BM-730H and the like of ZEON can be used.

상기 입자형 제1 도전재 : 분산제의 중량비는 1: 0.05 내지 0.5, 예를 들어, 1: 0.1 내지 0.4일 수 있다. 일례로, 1: 0.15 내지 0.25일 수 있다.The weight ratio of the particulate first conductive material: dispersant may be from 1: 0.05 to 0.5, for example, from 1: 0.1 to 0.4. For example, it may be 1: 0.15 to 0.25.

상기 분산제의 함량이 상기 함량비 미만인 경우 충분한 분산성능이 발현되지 않아 출력 특성 및 용량 특성이 저하될 수 있다. 반대로, 분산제의 함량이 상기 범위를 초과하는 경우 도전재 표면에 바인더가 과량으로 존재하며 탄소재의 표면을 분산재가 감싸 출력특성 및 용량 특성을 감소 시킬 수 있다.When the content of the dispersing agent is less than the above-mentioned content ratio, sufficient dispersing performance can not be exhibited and output characteristics and capacity characteristics may be deteriorated. On the contrary, when the content of the dispersing agent exceeds the above range, the binder is present on the surface of the conductive material in an excessive amount, and the dispersing material covers the surface of the carbonaceous material, thereby reducing the output characteristics and the capacity characteristics.

또한, 본 발명은 상기 리튬공기 배터리용 양극의 제조방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a method of manufacturing the positive electrode for a lithium air battery.

본 발명의 일 실시예에 따른 양극의 제조방법은 도 3과 같이 양극 기재 상에 혼합법에 의해 복합 도전재층을 형성하는 방법 및 도 4와 같이 양극 기재 상에 독립형(free-standing) 복합 도전재 층을 형성하는 방법이 있을 수 있다.A method of manufacturing a positive electrode according to an embodiment of the present invention includes a method of forming a composite conductive material layer on a positive electrode substrate by a mixing method as shown in FIG. 3, and a method of forming a free- There may be a method of forming a layer.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합법으로서, 양극의 제조방법은 입자형 제1 도전재, 입자형 제2 도전재, 바인더 및 분산제를 모두 혼합하여 상기 혼합물을 양극 기재상에 도포하는 단계를 포함 수 있다. Specifically, as a mixing method according to an embodiment of the present invention, a method of manufacturing a positive electrode is a method in which a mixture of a particulate first conductive material, a particulate second conductive material, a binder, and a dispersant are mixed and the mixture is applied onto a cathode substrate Step.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 혼합법으로서, 양극의 제조방법은 상기 입자형 제1 도전재 및 분산제를 혼합하여 1차 혼합하는 단계; 상기 1차 혼합물에 섬유형 제2 도전재 및 바인더를 첨가하여 2차 혼합하는 단계; 및 상기 2차 혼합물을 양극 기재상에 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 도포 단계 후 예를 들어 50 내지 120℃의 오븐에서 5 내지 20 시간 동안 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다.According to still another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a positive electrode, comprising: mixing and mixing the particulate first conductive material and a dispersant; Adding a fibrous second conductive material and a binder to the first mixture and then secondary mixing; And applying the secondary mixture onto the cathode substrate. Further, after the application step, it may further include drying in an oven at 50 to 120 DEG C for 5 to 20 hours.

상기 방법은 입자형 제1 도전재를 분산제와 먼저 혼합시킴으로써 입자형 제1 도전재의 뭉침을 최소화한 후, 섬유형 제2 도전재와 혼합시키는 방법으로, 이는 복합 도전재층에 포함되는 바람직한 기공 크기 및 기공 구성을 구현하는데 유리하여 리튬공기 배터리의 단위면적당 용량 특성, 출력 특성 및 수명 특성을 더욱 상승시킬 수 있다.The method comprises mixing the particulate first conductive material with a dispersant to minimize the aggregation of the particulate first conductive material and then mixing the first conductive material with the fibrous second conductive material so that the desired pore size and / It is advantageous to realize the pore structure, so that the capacity characteristics, the output characteristics and the life characteristics per unit area of the lithium air battery can be further increased.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 섬유형 제2 도전재는 여러 가지 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들어 아크방전법, 레이저법에 의하여 제조되는 다중구조의 탄소 나노튜브, 탄소 나노섬유 등의 미세한 섬유상 물질을 제조하거나, 기상법 (vapor grown method)으로 제조되는 기상성장 탄소 섬유(vapor grown carbon fiber, VGCF) 등일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the fibrous second conductive material may be manufactured by various methods. For example, fine fibrous materials such as carbon nanotubes and carbon nanofibers having a multi-structure structure produced by an arc discharge method and a laser method are produced, vapor grown carbon fibers manufactured by a vapor grown method , VGCF), and the like.

상기 2차 혼합은 기계적 밀링법을 사용함으로써 도 3에 나타낸 양극 구조의 모식도와 같이 섬유형 제2 도전재 상에 입자형 제1 도전재를 일부 또는 전체적으로 둘러싸이도록 복합화시킬 수 있으며, 본 발명에 적합한 크기의 기공 및 공극률을 구현할 수 있다. 이때, 상기 기계적 밀링은 고에너지 볼밀(high energy ball mill), 유성 밀(planetary mill), 교반 볼밀(stirred ball mill) 및 진동밀(vibrating mill) 방법 중에서 선택된 수 있다.By using the mechanical milling method, the secondary mixing can be performed so as to partially or entirely surround the particulate first conductive material on the fibrous second conductive material as shown in the schematic view of the anode structure shown in Fig. 3, Size porosity and porosity can be achieved. At this time, the mechanical milling may be selected from a high energy ball mill, a planetary mill, a stirred ball mill, and a vibrating mill method.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상기 양극의 제조방법은 전극 독립형(free-standing) 복합 도전재 층을 형성하는 방법으로서, (1) 산 처리한 입자형 제1 도전재 및 섬유형 제2 도전재를 각각 초음파 처리하여 탈이온수(Deionized water, DI water)에 분산시키는 단계; (2) 상기 분산시킨 입자형 제1 도전재 및 섬유형 제2 도전재를 혼합하여 교반시키는 단계; (3) 상기 교반된 입자형 제1 도전재 및 섬유형 제2 도전재 분산물을 여과(filtration)한 후 건조시켜 독립형(free-standing) 복합 구조물을 형성하는 단계; 및 (4) 상기 독립형 복합 구조물을 양극 기재상에 도포하는 단계를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of forming an electrode-free free-standing composite conductive layer, comprising the steps of: (1) 2 conductive material are dispersed in deionized water (DI water); (2) mixing and stirring the dispersed particle type first conductive material and the fibrous second conductive material; (3) filtering and drying the agglomerated particulate first conductive material and the fibrous second conductive material dispersion to form a free-standing composite structure; And (4) applying the stand alone composite structure on the cathode substrate.

이때, 상기 (1)단계에서 산 처리한 입자형 제1 도전재 및 섬유형 제2 도전재는 황산과 질산을 1 : 10 내지 100 (v/v), 예를 들어, 1 : 1 내지 10 (v/v)로 혼합한 산 혼합물에 입자형 제1 도전재 및 섬유형 제2 도전재를 첨가하여 20 내지 150 ℃, 예를 들어, 40 내지 80 ℃에서 30 분 내지 24 시간, 예를 들어, 2 내지 8 시간 동안 반응시켜 제조될 수 있다.At this time, the particulate first conductive material and the fibrous second conductive material treated in the step (1) are mixed with sulfuric acid and nitric acid at a ratio of 1:10 to 100 (v / v), for example, 1: 1 to 10 / v) is added to the acid mixture and the particulate first conductive material and the fibrous second conductive material are added to the mixture at 20 to 150 ° C, for example, at 40 to 80 ° C for 30 minutes to 24 hours, for example, 2 To < RTI ID = 0.0 > 8 hours. ≪ / RTI >

또한, 본 발명의 제조방법에 사용되는 바인더는 예를 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 디아세틸셀룰로오스, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 에틸렌옥사이드를 포함하는 폴리머, 스티렌-부타디엔 러버(styrene-butadiene rubber) 또는 이들의 조합을 들 수 있다.Further, the binder used in the production method of the present invention may be, for example, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose, hydroxypropylcellulose, diacetylcellulose, polyvinylchloride, Polyvinyl chloride, a polymer containing ethylene oxide, styrene-butadiene rubber, or a combination thereof.

상기 양극 기재는 도전성을 가지는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 산소의 공급성능이 높고, 집전효율이 뛰어나는 관점에서 다공성을 갖는 금속폼이 바람직하며, 예를 들어 니켈 폼 또는 알루미늄 폼 등을 사용할 수 있다.The anode substrate is not particularly limited as long as it has conductivity, but a metal foam having porosity is preferable from the viewpoint of high oxygen supply performance and excellent current collection efficiency. For example, nickel foam or aluminum foam can be used .

나아가, 본 발명은 상기 양극을 포함하는 리튬공기 배터리를 제공할 수 있다. Furthermore, the present invention can provide a lithium air battery including the positive electrode.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬공기 배터리는 당 분야에서 통상적으로 사용되는 제조방법으로 제조되며, 상기 양극(공기극), 음극, 분리막 및 전해질을 포함할 수 있다. The lithium ion battery according to an embodiment of the present invention is manufactured by a manufacturing method commonly used in the art, and may include the anode (cathode), the cathode, the separator, and the electrolyte.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬공기 배터리에 포함되는 음극은 리튬이온(lithium ion)을 방출 가능한 음극 활물질을 함유하는 음극층을 구비한다. 통상은 음극층에 가세되고, 음극층의 집전을 실시하는 음극 기재(집전체)를 구비한다. 필요에 따라서 음극 기재에 접속된 음극 리드를 구비할 수 있다.The negative electrode included in the lithium ion battery according to an embodiment of the present invention includes a negative electrode layer containing a negative active material capable of discharging lithium ions. And a negative electrode substrate (current collector) which is usually added to the negative electrode layer and which collects the negative electrode layer. And a negative electrode lead connected to the negative electrode substrate as required.

상기 음극층은 리튬이온(lithium ion)을 방출 가능한 음극 활물질을 함유한다. 음극 활물질로서는 리튬원소를 함유하는 합금으로서는 예를 들면 리튬 알루미늄 합금, 리튬 주석 합금, 리튬 납 합금, 리튬 규소 합금 등을 들 수 있다. 또, 리튬 화합물로서는 예를 들면 리튬 티탄 산화물 등의 산화물, 리튬 코발트 질화물, 리튬 철 질화물, 리튬 망간 질화물 등의 질화물 등을 들 수 있다. 리튬 금속을 사용하는 것은 리튬의 절대량을 늘리고자 하는 것이 목적이기 때문에 되도록이면 리튬 금속 자체를 사용하는 것이 배터리 용량 측면에서 바람직하다. 하지만 리튬 금속은 반응성이 높기 때문에 안전 측면에서 리튬 합금을 사용해도 무방하다.The negative electrode layer contains a negative electrode active material capable of discharging lithium ions. Examples of the anode active material include lithium aluminum alloys, lithium tin alloys, lithium lead alloys, lithium silicon alloys, and the like. Examples of the lithium compound include oxides such as lithium titanium oxide, nitrides such as lithium cobalt nitride, lithium iron nitride and lithium manganese nitride. The use of lithium metal is intended to increase the absolute amount of lithium, so it is preferable to use lithium metal itself in view of battery capacity. However, since lithium metal is highly reactive, lithium alloys may be used in terms of safety.

또한, 음극 기재의 재료로서는 도전성을 가지는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 구리, 스테인리스, 니켈, 카본 등을 들 수 있다. 예를 들어, 음극 기재는 배터리 반응 시 음극에서 산화하지 않도록 산화 전위가 적합한 금속을 사용하며, 구리, 니켈, 알루미늄 등이 적합하다. 음극 기재의 형상으로서는 예를 들면 박상, 판 모양 및 메시(loop)(그리드(grid)) 상 등을 들 수 있다. 본 발명에서는 후술하는 전지 케이스가 음극 기재의 기능을 겸비하고 있어도 좋다.The material for the negative electrode substrate is not particularly limited as long as it has conductivity, and examples thereof include copper, stainless steel, nickel, carbon and the like. For example, the negative electrode substrate uses a metal having a suitable oxidation potential so as not to oxidize at the negative electrode during battery reaction, and copper, nickel, aluminum and the like are suitable. Examples of the shape of the negative electrode substrate include a thin film, a plate shape, and a loop (grid) shape. In the present invention, the battery case described later may also have the function of the negative electrode substrate.

또한, 상기 분리막은 액체 전해질을 투과시킬 수 있는 성질을 가지는 폴리에틸렌-폴리프로필린계(PE-PP) 재질 또는 유리섬유(Glass fiber) 재질로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The separation membrane may be made of a polyethylene-polypropylene (PE-PP) material or a glass fiber material, which is capable of permeating a liquid electrolyte, but is not limited thereto.

본 발명에 따른 리튬공기 배터리 장치는 자동차뿐만 아니라 IT 기기, 선박, 비행기, 에너지저장 장치 등 다른 장치에도 적용할 수 있다.The lithium ion battery device according to the present invention can be applied not only to automobiles but also to other devices such as IT devices, ships, airplanes, and energy storage devices.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.

실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples

이하 실시예 및 실험예를 들어 더욱 설명하나, 본 발명이 이들 실시예 및 실험예에 의해 제한되는 것은 아니다.EXAMPLES The present invention will be further illustrated by the following examples and experimental examples, but the present invention is not limited by these examples and experimental examples.

실시예 1 Example 1

<양극의 제조>&Lt; Preparation of positive electrode &

하기 표 1에 기재된 함량비로 입자형 제1 도전재로서 케첸 블랙(Ketjen Black) KB(600J, LION사), 분산제로서 BM―720H(ZEON사) 및 용매로서 N-메틸-2-피롤리돈(NMP; N-methyl-2-pyrrolidone) 100 mL로 1차 혼합하였다. 상기 혼합물에 섬유형 제2 도전재로서 기상성장 탄소섬유 (VGC; Vapor Grown Carbon Fibers) 및 바인더로서 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)를 N-메틸-2-피롤리돈(NMP;N-methyl-2-pyrrolidone) 용매 하에서 혼합한 혼합 용액을 첨가하여 2차 혼합하여 양극 슬러리를 제조하였다.Ketjen Black KB (600 J, LION Corp.) was used as the particulate first conductive material, BM-720H (ZEON) was used as the dispersant, and N-methyl-2-pyrrolidone NMP; N-methyl-2-pyrrolidone). Vapor grown carbon fibers (VGC) and polytetrafluoroethylene (PTFE) as a binder were mixed in the mixture as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) 2-pyrrolidone) was added to the mixed solution to prepare a cathode slurry.

상기 양극 슬러리를 니켈 폼에 도포한 후 120 ℃ 오븐에서 12 시간 동안 건조시켜 리튬공기 배터리용 양극(공기극)을 얻었다.The positive electrode slurry was coated on a nickel foam and dried in an oven at 120 ° C for 12 hours to obtain a positive electrode (air electrode) for a lithium air battery.

<리튬공기 배터리 코인셀 제조><Lithium air battery coin cell manufacturing>

음극으로서 리튬금속 박막을 사용하고, 상기 제조한 양극과 음극 사이에 배치되는 전해질로서 1M LITFSI in TEGDME 전해액 150 ㎕를 사용하여 리튬공기 배터리 코인셀을 제조하였다.A lithium-metal battery coin cell was manufactured using a lithium metal thin film as a cathode and using 150 L of a 1M LITFSI in TEGDME electrolyte as an electrolyte disposed between the prepared positive and negative electrodes.

실시예 2 내지 6Examples 2 to 6

입자형 제1 도전재, 섬유형 제2 도전재, 바인더 및 분산제의 함량을 하기 표 1의 함량비로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 및 리튬공기 배터리 코인셀을 제조하였다. A positive electrode and a lithium air battery coin cell were prepared in the same manner as in Example 1, except that the content of the particle-formable first conductive material, the fibrous second conductive material, the binder, and the dispersant was used in the content ratio shown in Table 1 below.

실시예 7Example 7

입자형 제1 도전재로서 케첸블렉 KB(300J, LION사)를 사용하고, 입자형 제1 도전재, 섬유형 제2 도전재, 바인더 및 분산제의 함량을 하기 표 1의 함량비로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 및 리튬공기 배터리 코인셀을 제조하였다. Except that the content of the particulate first conductive material, the fibrous second conductive material, the binder and the dispersing agent was used in the content ratio shown in Table 1, except that Ketjenblack KB (300J, LION Co.) was used as the particulate first conductive material , A positive electrode and a lithium air battery coin cell were produced in the same manner as in Example 1. [

비교예 1Comparative Example 1

하기 표 1의 함량비로 도전재로서 VGCF(Vapor Grown Carbon Fibers)를 단독으로 사용하고, 바인더로서 PTFE를 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 용매 하에서 혼합하여 양극 슬러리를 제조하였다.Vapor grown carbon fibers (VGCF) were used solely as a conductive material in Table 1 below, and PTFE was mixed as a binder in an NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) solvent to prepare a positive electrode slurry.

상기 양극 슬러리를 니켈 폼에 도포한 후 120℃ 오븐에서 12시간 동안 건조시켜 리튬공기 배터리용 양극(공기극)을 얻었다.The positive electrode slurry was coated on a nickel foam and dried in an oven at 120 ° C for 12 hours to obtain a positive electrode (air electrode) for a lithium air battery.

비교예 2 및 3Comparative Examples 2 and 3

하기 표 1의 함량비로 도전재로서 케첸 블랙(Ketjen Black) KB(600J, LION사) 단독으로 사용하고 바인더로서 PTFE를 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 용매 하에서 혼합하여 양극 슬러리를 제조한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 양극 및 리튬공기 배터리 코인셀을 제조하였다. A cathode slurry was prepared by using Ketjen Black KB (600 J, LION Corp.) alone as a conductive material and PTFE as a binder in an NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) , A positive electrode and a lithium air battery coin cell were produced in the same manner as in Comparative Example 1. [

비교예 4Comparative Example 4

하기 표 1에 기재된 함량비로 도전재로 케첸 블랙(Ketjen Black) KB(600J, LION사)을 단독으로 사용하고, 이의 분산제로서 BM―720H(ZEON사)를 사용하여 양극 슬러리를 제조한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 양극 및 리튬공기 배터리 코인셀을 제조하였다.Except that KETJEN BLACK KB (600 J, LION Corp.) was used solely as a conductive material in the content ratios shown in the following Table 1 and BM-720H (ZEON) was used as a dispersant thereof, a positive electrode slurry was prepared , A positive electrode and a lithium air battery coin cell were produced in the same manner as in Comparative Example 1. [

구분division 입자형
제1 도전재
Particle type
The first conductive material
섬유형
제2 도전재
Fiber type
The second conductive material
중량비
(제1 도전재/제2 도전재)
Weight ratio
(First conductive material / second conductive material)
조성(중량비)
(제1 도전재/제2 도전재/바인더/분산제)
Composition (weight ratio)
(First conductive material / second conductive material / binder / dispersant)
분산제Dispersant
종류Kinds BET/입경(D50)BET / particle size (D 50 ) 종류Kinds 종횡비Aspect ratio 실시예 1Example 1 KB(600J)KB (600J) 1300 / 501300/50 VGCF-HVGCF-H 100100 20/8020/80 16/64/16.8/3.216/64 / 16.8 / 3.2 BM-720HBM-720H 실시예 2Example 2 KB(600J)KB (600J) 1300 / 501300/50 VGCF-HVGCF-H 100100 40/6040/60 32/48/13.6/6.432/48 / 13.6 / 6.4 BM-720HBM-720H 실시예 3Example 3 KB(600J)KB (600J) 1300 / 501300/50 VGCF-HVGCF-H 100100 60/4060/40 48/32/10.4/9.648/32 / 10.4 / 9.6 BM-720HBM-720H 실시예 4Example 4 KB(600J)KB (600J) 1300 / 501300/50 VGCF-HVGCF-H 100100 20/8020/80 12/48/37.6/2.412/48 / 37.6 / 2.4 BM-720HBM-720H 실시예 5Example 5 KB(600J)KB (600J) 1300 / 501300/50 VGCF-HVGCF-H 100100 40/6040/60 24/36/35.2/4.824/36 / 35.2 / 4.8 BM-720HBM-720H 실시예 6Example 6 KB(600J)KB (600J) 1300 / 501300/50 VGCF-HVGCF-H 100100 60/4060/40 36/24/32.8/7.236/24 / 32.8 / 7.2 BM-720HBM-720H 실시예 7Example 7 KB(300J)KB (300 J) 800 / 50800/50 VGCF-HVGCF-H 100100 60/4060/40 36/24/32.8/7.236/24 / 32.8 / 7.2 BM-720HBM-720H 비교예 1Comparative Example 1 -- -- VGCF-HVGCF-H 100100 0/1000/100 0/90/10/00/90/10/0 -- 비교예 2Comparative Example 2 KB(600J)KB (600J) 1300 / 501300/50 -- -- 100/0100/0 80/0/20/080/0/20/0 -- 비교예 3Comparative Example 3 KB(600J)KB (600J) 1300 / 501300/50 -- -- 100/0100/0 60/0/40/060/0/40/0 -- 비교예 4Comparative Example 4 KB(600J)KB (600J) 1300 / 501300/50 -- -- 100/0100/0 60/0/28/1260/0/28/12 BM-720HBM-720H 1) BM-720H : 변형된 아크릴로니트릴 고무(ZEON사)
2) KB(600J) 및 KB(300J) : 케첸 블랙 (LION사)
3) VGCF : 기상성장 탄소섬유(Vapor grown carbon fiber) (Showa Denko사)
1) BM-720H: Modified acrylonitrile rubber (ZEON)
2) KB (600J) and KB (300J): Ketjenblack (LION)
3) VGCF: Vapor grown carbon fiber (Showa Denko)

실험예 1 : 리튬공기 배터리의 출력 특성 및 방전용량 특성 평가 Experimental Example 1: Evaluation of output characteristics and discharge capacity characteristics of a lithium-ion battery

실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 리튬공기 배터리를 방전은 2.0 V 까지 0.5, 1, 2, 5 mA (0.05, 0.1, 0.2, 0.5 C) 전류 조건에서 충전은 4.3V 까지 0.5, 1, 2, 5 mA 조건으로 진행한 방전 용량을 비교하여 출력 특성을 측정하였다. The lithium-air batteries produced in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4 were discharged at a current of 0.5, 1, 2, 5 mA (0.05, 0.1, 0.2, 0.5 C) , 1, 2, and 5 mA, and the discharge characteristics were measured.

실시예 1 내지 실시예 7에서 제조한 리튬공기 배터리는 4.3V 까지 정전류-정전압을 충전한 다음 정전류로 2.0V 까지 방전시키면서 방전용량을 측정하였다. 이때 얻어진 결과는 하기 표 2에 나타내었다.The lithium ion batteries manufactured in Examples 1 to 7 were charged at a constant current-constant voltage up to 4.3 V and then discharged at a constant current of 2.0 V to measure discharge capacity. The results obtained are shown in Table 2 below.

실험예Experimental Example 2 : 기공 분포 측정 2: Measurement of pore distribution

실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 양극을 Quantachrome 社의 Poarmaster 장비를 이용하여 내부 기공의 사이즈별 분포를 측정하였다. 이때 얻어진 결과는 하기 표 3에 나타내었다.The anodes produced in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4 were measured for distribution of sizes of the internal pores using a Poarmaster equipment manufactured by Quantachrome. The results obtained are shown in Table 3 below.

구분division 총 도전재 로딩량Total amount of conductive material to be loaded 조성(중량비)
(제1 도전재/제2 도전재/바인더/분산제)
Composition (weight ratio)
(First conductive material / second conductive material / binder / dispersant)
복합 도전재층 내부공극률
(%)
The porosity inside the composite conductive material layer
(%)
방전용량
(mAh/cm2, 0.05C)
Discharge capacity
(mAh / cm 2 , 0.05C)
출력성능Output performance 수명
(회)
life span
(time)
0.05C0.05C 0.1C0.1 C 0.2C0.2C 0.5C0.5 C 실시예 1Example 1 3mg/cm2 3 mg / cm 2 16/64/16.8/3.216/64 / 16.8 / 3.2 63.063.0 2.982.98 100%100% 97.0%97.0% 92.0%92.0% 78.0%78.0% 4848 실시예 2Example 2 32/48/13.6/6.432/48 / 13.6 / 6.4 66.666.6 5.355.35 100%100% 96.5%96.5% 91.0%91.0% 75.0%75.0% 3838 실시예 3Example 3 48/32/10.4/9.648/32 / 10.4 / 9.6 69.969.9 7.257.25 100%100% 96.0%96.0% 89.0%89.0% 70.0%70.0% 2727 실시예 4Example 4 12/48/37.6/2.412/48 / 37.6 / 2.4 58.658.6 2.122.12 100%100% 96.5%96.5% 90.0%90.0% 73.0%73.0% 7171 실시예 5Example 5 24/36/35.2/4.824/36 / 35.2 / 4.8 60.160.1 3.803.80 100%100% 95.7%95.7% 88.7%88.7% 69.0%69.0% 6464 실시예 6Example 6 36/24/32.8/7.236/24 / 32.8 / 7.2 61.361.3 5.115.11 100%100% 95.0%95.0% 87.0%87.0% 63.0%63.0% 5555 실시예 7Example 7 36/24/32.8/7.236/24 / 32.8 / 7.2 32.032.0 2.202.20 100%100% 95.3%95.3% 88.0%88.0% 66.0%66.0% 6161 비교예 1Comparative Example 1 0/90/10/00/90/10/0 18.418.4 0.140.14 100%100% 98.5%98.5% 96.0%96.0% 91.0%91.0% 153153 비교예 2Comparative Example 2 80/0/20/080/0/20/0 55.555.5 7.917.91 100%100% 93.1%93.1% 82.2%82.2% 53.0%53.0% 55 비교예 3Comparative Example 3 60/0/40/060/0/40/0 46.546.5 6.306.30 100%100% 93.0%93.0% 82.0%82.0% 51.0%51.0% 1919 비교예 4Comparative Example 4 60/0/28/1260/0/28/12 52.052.0 7.207.20 100%100% 93.5%93.5% 83.0%83.0% 56.0%56.0% 2222

구분division 기공 분포 비율Pore distribution ratio 0.1~1 ㎛0.1 to 1 탆 1~10 ㎛1 to 10 μm 10~50 ㎛10 to 50 μm 50 ㎛이상50 ㎛ or more 실시예 1Example 1 0.00.0 4.14.1 17.617.6 81.681.6 실시예 2Example 2 12.412.4 29.029.0 14.014.0 44.544.5 실시예 3Example 3 8.88.8 21.421.4 16.316.3 53.553.5 실시예 4Example 4 11.511.5 23.023.0 17.517.5 48.048.0 실시예 5Example 5 8.98.9 8.98.9 45.245.2 37.037.0 실시예 6Example 6 14.714.7 17.417.4 34.534.5 33.433.4 실시예 7Example 7 18.118.1 25.425.4 26.426.4 30.130.1 비교예 1Comparative Example 1 6.16.1 6.76.7 45.845.8 41.441.4 비교예 2Comparative Example 2 9.99.9 12.912.9 37.337.3 39.939.9 비교예 3Comparative Example 3 12.012.0 18.718.7 30.630.6 38.738.7 비교예 4Comparative Example 4 2.22.2 11.011.0 18.818.8 68.068.0

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 7의 경우 비교예 2 내지 4에 비해 출력 성능 및 수명 특성이 현저히 상승하였음을 확인하였다. As can be seen from the above Table 2, it was confirmed that the output performance and the lifetime characteristics were significantly improved as compared with Comparative Examples 2 to 4 in Examples 1 to 7.

구체적으로 살펴보면, 본 발명의 실시예 1 내지 7은 비교예 2 내지 4에 비해 약 10 내지 20% 이상까지 출력 특성이 향상됨을 보였다. 특히, 실시예 6의 경우 비교예 2 내지 4에 비해 출력 성능 및 수명 특성이 모두 상승하였음을 알 수 있다. Specifically, Examples 1 to 7 of the present invention showed improved output characteristics by about 10 to 20% or more as compared with Comparative Examples 2 to 4. Particularly, it can be seen that the output performance and lifetime characteristics of the Example 6 were higher than those of the Comparative Examples 2 to 4.

또한, 비표면적이 다른 케첸 블랙을 사용한 경우를 비교한 실시예 6 및 7의 결과를 살펴보면, 비표면적이 작은 케첸 블랙을 사용한 실시예 7의 경우 실시예 6에 비해 용량은 감소하였지만, 수명 특성 및 출력 특성이 향상되었음을 알 수 있다.The results of Examples 6 and 7 in which ketene blacks having different specific surface areas were compared showed that the capacity was decreased in Example 7 using the Ketjen black having a smaller specific surface area than in Example 6, The output characteristics are improved.

한편, 비교예 1과 같이 입자형 제1 도전재를 사용하지 않고, 섬유형 제2 도전재만을 사용하는 경우, 수명 특성과 출력 특성은 우수하나 방전 용량이 실시예의 약 7배까지 현저히 감소함을 알 수 있다.On the other hand, when only the fibrous second conductive material is used without using the particulate first conductive material as in Comparative Example 1, the life characteristics and the output characteristics are excellent, but the discharge capacity is significantly reduced to about 7 times of the embodiment Able to know.

또한, 동일한 조건으로 분산제의 사용 유무에 따른 결과를 비교한 비교예 3과 4를 비교해 보면, 분산제 적용으로 인해 단위면적당 용량 특성, 출력 특성 및 수명 특성이 모두 향상되었음을 확인할 수 있다.Comparing Comparative Examples 3 and 4 in which the results were compared according to the presence or absence of the dispersant under the same conditions, it can be confirmed that the capacity, output, and lifetime characteristics per unit area were improved by the application of the dispersant.

또한, 상기 표 2 및 3을 통해 용량 발현을 위해 1 내지 10 ㎛ 기공이 10 내지 25% 비율로 필요함을 확인할 수 있다. 또한, 출력 성능을 위해서는 일정 비율의 10 내지 50 ㎛ 기공이 필요하고 제1,2 도전재가 혼합된 전극에서 그 수치가 크게 나타나며 20 내지 50 % 비율임을 확인할 수 있다. 이에 더해서, 50 ㎛ 이상의 기공은 전해질 및 산소 통로로는 이용가능하나 그 수치가 클 경우 에너지밀도의 감소에 영향을 주는 것을 확인할 수 있다.Also, it can be seen from Tables 2 and 3 that 1 to 10 탆 pores are required at a rate of 10 to 25% for capacity expression. In addition, a certain ratio of 10 to 50 탆 pores is required for the output performance, and the value is large in the electrode where the first and second conductive materials are mixed, and it can be confirmed that the ratio is 20 to 50%. In addition, pores of 50 ㎛ or more can be used as an electrolyte and an oxygen passage, but it can be confirmed that when the numerical value is large, it affects the reduction of the energy density.

실험예 3 : SEM 현미경 사진 Experimental Example 3: SEM micrograph

상기 실시예 1 및 비교예 1과 2에서 얻은 양극을 주사전자현미경(SEM) 사진으로 확인하였다. 그 결과를 도 5 내지 7에 나타내었다.The positive electrodes obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were confirmed by scanning electron microscope (SEM) photographs. The results are shown in Figs.

도 5는 실시예 1의 SEM 사진으로서, 실시예 1의 양극의 복합 도전재층은 섬유형 제2 도전재 상에 입자형 제1 도전재가 일부 또는 전체적으로 둘러싸여 있으며, 기공이 다수 형성되어 있음을 알 수 있다.Fig. 5 is a SEM photograph of Example 1, wherein the composite conductive material layer of the anode of Example 1 is partially or wholly surrounded by the particulate first conductive material on the fibrous second conductive material, have.

도 6은 비교예 1의 SEM 사진으로서, 섬유형 제2 도전재의 형상을 확인한 것이고, 도 7은 비교예 2의 SEM 사진으로서, 입자형 제1 도전재만이 응집되어 형성되어 있음을 확인하였다.Fig. 6 is an SEM photograph of Comparative Example 1, showing the shape of the fibrous second conductive material. Fig. 7 is a SEM photograph of Comparative Example 2, showing that only the particle-shaped first conductive material is aggregated.

Claims (15)

전극 기재; 및
상기 전극 기재 상에 입자형 제1 도전재 및 섬유형 제2 도전재를 포함하는 복합 도전재층을 포함하며,
상기 복합 도전재층은 다수의 기공을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬공기 배터리용 양극.
An electrode substrate; And
And a composite conductive material layer comprising a particulate first conductive material and a fibrous second conductive material on the electrode substrate,
Wherein the composite conductive material layer comprises a plurality of pores.
청구항 1에 있어서,
상기 섬유형 제2 도전재 상에 입자형 제1 도전재가 일부 또는 전체적으로 둘러싸고 있으며, 상기 복합 도전재층의 내부 공극률은 40 내지 80 %인 것을 특징으로 하는 리튬공기 배터리용 양극.
The method according to claim 1,
Wherein the composite conductive material layer partially or entirely surrounds the particulate first conductive material on the fibrous second conductive material, and the internal porosity of the composite conductive material layer is 40 to 80%.
청구항 1에 있어서,
상기 섬유형 제2 도전재의 종횡비는 50 내지 200인 것을 특징으로 하는 리튬공기 배터리용 양극.
The method according to claim 1,
Wherein the fibrous second conductive material has an aspect ratio of 50 to 200. &lt; Desc / Clms Page number 19 &gt;
청구항 1에 있어서,
상기 섬유형 제2 도전재는 직경이 100 내지 200 nm이고, 길이가 5 내지 25 ㎛인 탄소섬유인 것을 특징으로 하는 리튬공기 배터리용 양극.
The method according to claim 1,
Wherein the fibrous second conductive material is a carbon fiber having a diameter of 100 to 200 nm and a length of 5 to 25 占 퐉.
청구항 1에 있어서,
상기 섬유형 제2 도전재는 폴리아크릴로니트릴계 탄소 섬유, 레이온계 탄소 섬유, 피치계 탄소 섬유, 기상성장 탄소섬유(VGCF 계; Vapor grown carbon fiber) 및 탄소 나노튜브(CNT 계; carbon nano tube)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 리튬공기 배터리용 양극.
The method according to claim 1,
The fibrous second conductive material may be at least one selected from the group consisting of polyacrylonitrile carbon fibers, rayon carbon fibers, pitch carbon fibers, vapor grown carbon fibers (VGCF carbon nanotubes), carbon nanotubes (CNT carbon nanotubes) Or a mixture of two or more thereof.
청구항 1에 있어서,
상기 입자형 제1 도전재는 비표면적(BET)이 300 내지 1500 ㎡/g 이고, 평균 입경(D50)이 30 내지 70 nm인 입자형 도전재인 것을 특징으로 하는 리튬공기 배터리용 양극.
The method according to claim 1,
The particulate material is first conductive surface area (BET) of 300 to 1500 ㎡ / g and an average particle diameter (D 50) of 30 to 70 nm for the positive electrode of lithium-air battery, characterized in that the particulate conductive recognition.
청구항 1에 있어서,
상기 입자형 제1 도전재는 Super C, Super P, 케첸 블랙(Ketjen Black) 및 아세틸렌 블랙으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 리튬공기 배터리용 양극.
The method according to claim 1,
Wherein the particulate first conductive material is any one selected from the group consisting of Super C, Super P, Ketjen Black, and acetylene black, or a mixture of two or more thereof.
청구항 1에 있어서,
상기 입자형 제1 도전재 : 섬유형 제2 도전재의 중량비는 1: 0.5 내지 4인 것을 특징으로 하는 리튬공기 배터리용 양극.
The method according to claim 1,
Wherein the weight ratio of the particulate first conductive material to the fibrous second conductive material is 1: 0.5 to 4.
입자형 제1 도전재 및 분산제를 혼합하여 1차 혼합하는 단계;
상기 1차 혼합물에 섬유형 제2 도전재 및 바인더를 첨가하여 2차 혼합하는 단계; 및
상기 2차 혼합물을 전극 기재상에 도포하는 단계를 포함하는 리튬공기 배터리용 양극의 제조방법.
Mixing the particulate first conductive material and the dispersing agent and mixing them first;
Adding a fibrous second conductive material and a binder to the first mixture and then secondary mixing; And
And applying the secondary mixture onto an electrode substrate.
청구항 9에 있어서,
상기 2차 혼합은 기계적 밀링하여 섬유형 제2 도전재 상에 입자형 제1 도전재를 일부 또는 전체적으로 둘러싸이도록 복합화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬공기 배터리용 양극의 제조방법.
The method of claim 9,
Wherein the secondary mixing comprises mechanical milling and compounding the particulate first conductive material so as to partially or totally surround the particulate first conductive material on the fibrous second conductive material.
청구항 10에 있어서,
상기 기계적 밀링은 고에너지 볼밀(high energy ball mill), 유성 밀(planetary mill), 교반 볼밀(stirred ball mill) 및 진동밀(vibrating mill) 방법 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 리튬공기 배터리용 양극의 제조방법.
The method of claim 10,
Wherein the mechanical milling is selected from a high energy ball mill, a planetary mill, a stirred ball mill, and a vibrating mill method. .
청구항 9에 있어서,
상기 입자형 제1 도전재 : 섬유형 제2 도전재의 사용비율은 1: 0.5 내지 4인 것을 특징으로 하는 리튬공기 배터리용 양극의 제조방법.
The method of claim 9,
Wherein the ratio of the particulate first conductive material to the fibrous second conductive material is from 1: 0.5 to 4. &lt; Desc / Clms Page number 19 &gt;
청구항 9에 있어서,
상기 입자형 제1 도전재 : 분산제의 사용비율은 1: 0.05 내지 0.5인 것을 특징으로 하는 리튬공기 배터리용 양극의 제조방법.
The method of claim 9,
Wherein the ratio of the particulate first conductive material: dispersant is 1: 0.05 to 0.5.
산 처리한 입자형 제1 도전재 및 섬유형 제2 도전재를 각각 초음파 처리하여 탈이온수(Deionized water, DI water)에 분산시키는 단계;
상기 분산시킨 입자형 제1 도전재 및 섬유형 제2 도전재를 혼합하여 교반시키는 단계;
상기 교반된 입자형 제1 도전재 및 섬유형 제2 도전재 분산물을 여과(filtration)한 후 건조시켜 독립형(free-standing) 복합 구조물을 형성하는 단계; 및
상기 복합 구조물을 전극 기재상에 도포하는 단계를 포함하는 리튬공기 배터리용 양극의 제조방법.
Treating the acid-treated particulate first conductive material and the fibrous second conductive material, respectively, with ultrasonic waves to disperse them in deionized water (DI water);
Mixing and stirring the dispersed particulate first conductive material and the fibrous second conductive material;
Filtering the stirred particulate first conductive material and the fibrous second conductive material dispersion followed by drying to form a free-standing composite structure; And
And applying the composite structure onto an electrode substrate.
청구항 1의 양극을 포함하는 리튬공기 배터리.A lithium air battery comprising the anode of claim 1.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111048872A (en) * 2018-10-11 2020-04-21 现代自动车株式会社 Lithium air battery and method for manufacturing same
KR20220090596A (en) * 2020-12-21 2022-06-30 동국대학교 산학협력단 Air electrode for Lithium Air Battery and Method of manufacturing the same
US11527794B2 (en) 2020-03-05 2022-12-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Metal air battery, method of manufacturing the same, apparatus including the metal air battery, and system and method of controlling the metal air battery

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013080675A (en) * 2011-10-05 2013-05-02 Toyota Central R&D Labs Inc Air battery
JP6350893B2 (en) * 2013-10-15 2018-07-04 日産自動車株式会社 Method for producing positive electrode for air battery

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111048872A (en) * 2018-10-11 2020-04-21 现代自动车株式会社 Lithium air battery and method for manufacturing same
US11527794B2 (en) 2020-03-05 2022-12-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Metal air battery, method of manufacturing the same, apparatus including the metal air battery, and system and method of controlling the metal air battery
KR20220090596A (en) * 2020-12-21 2022-06-30 동국대학교 산학협력단 Air electrode for Lithium Air Battery and Method of manufacturing the same

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