KR20200010069A - Forming method for battery using for light sintering and battery manufactured by the same - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a method for producing a battery using a photosintering process. The method for producing a battery using a photosintering process according to an embodiment of the present invention comprises the following steps: applying a paste for a positive electrode on a substrate and then sintering the same to form a positive electrode; applying a paste for a solid electrolyte on the positive electrode and then sintering the to form a solid electrolyte; and applying a paste for a negative electrode on the solid electrolyte, and sintering the same to form a negative electrode. At least one of forming the positive electrode, forming the solid electrolyte, and forming the negative electrode is conducted by the photosintering process.

Description

광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 전지{FORMING METHOD FOR BATTERY USING FOR LIGHT SINTERING AND BATTERY MANUFACTURED BY THE SAME}TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION A battery manufacturing method using a light sintering process and a battery manufactured therefrom {FORMING METHOD FOR BATTERY USING FOR LIGHT SINTERING AND BATTERY MANUFACTURED BY THE SAME}

본 발명은 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 광소결 공정을 이용하여 단시간에 효과적으로 제조된 고체 상태의 전극 또는 고체 전해질을 포함하는 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a battery using a photosintering process and a battery manufactured therefrom. More particularly, the photosintering process includes a solid state electrode or a solid electrolyte effectively prepared in a short time using a photosintering process. It relates to a method for producing a battery using the process and a battery produced therefrom.

리튬-이온 이차전지는 고운전 전압, 경량화, 소형화, 비메모리효과, 낮은 자가방전율, 긴 사이클 수명, 고에너지 밀도 등의 이점을 가지고, 모바일폰, 노트북 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 및 기타 모바일 단말기에서 널리 사용된다. 최근 몇 년간, 환경 보호의 견지에서, 정부 및 자동차 제조사의 홍보 하에 전기차가 급속도로 개발되었고, 리튬 이온 전지는 그 우수한 성능 덕분에 차세대 전기차의 이상적인 전원이 되었다.Lithium-ion secondary battery has the advantages of high operating voltage, light weight, small size, non-memory effect, low self-discharge rate, long cycle life, high energy density, etc., widely used in mobile phones, notebook computers, tablet computers and other mobile terminals do. In recent years, in view of environmental protection, electric vehicles have been rapidly developed under the promotion of government and automobile manufacturers, and lithium ion batteries have become an ideal power source for next generation electric vehicles due to their excellent performance.

리튬 이온 이차전지는 양극, 전해질 및 음극을 포함하고, 리튬 이온 이차전기에 사용되는 전극(양극 및/또는 음극) 또는 고체 전해질은 소결 공정에 의해 제조되며, 일반적으로, 전극(양극 및/또는 음극) 또는 고체 전해질은 열소결 공정, 레이저 소결 공정 및 마이크로 웨이브 소결 공정을 사용하여 제조되었다.Lithium ion secondary batteries include a positive electrode, an electrolyte and a negative electrode, and electrodes (anode and / or negative electrode) or solid electrolytes used in the lithium ion secondary battery are manufactured by a sintering process, and generally, electrodes (anode and / or negative electrode) Or solid electrolytes were prepared using a heat sintering process, a laser sintering process and a microwave sintering process.

그러나, 열처리 공정은 승온, 열처리 및 냉각과 같은 다양한 공정이 진행되기 때문에, 공정 시간이 매우 길다는 단점이 있고, 고온의 환경에 공정이 진행되기 때문에 기판 선택에 제약이 따른다.However, the heat treatment process has a disadvantage in that the process time is very long because various processes such as temperature raising, heat treatment, and cooling proceed, and the substrate selection is limited because the process proceeds in a high temperature environment.

그러나, 급속열처리공정(RTA, rapid thermal annealing)은 승온을 매우 빠른 시간 내에 진행하여 일반 열처리 공정에 비해 공정 시간이 짧아지기는 하나, 여전히 냉각을 자연 냉각에 의존하기 때문에 냉각 시간이 오래 걸리고, 잔류 열응력에 의해 리튬 이온 이차전지를 형성하기 위한 재료 파괴와 같은 문제가 있다.However, rapid thermal annealing (RTA) speeds up the temperature in a very short time, resulting in a shorter process time compared to the general heat treatment process. There is a problem such as material destruction for forming a lithium ion secondary battery by thermal stress.

더욱이, 리튬 이온 이차전지의 컴포넌트 중 리튬을 포함하는 재질의 경우, 고온 환경에 오래 노출되면 리튬이 증발(evaporation)되는 문제가 있다.Furthermore, in the case of a material containing lithium among the components of the lithium ion secondary battery, there is a problem that lithium is evaporated when exposed to a high temperature environment for a long time.

그 외, 레이저 소결 공정은 적용 면적이 협소하다는 단점이 있고, 마이크로 웨이브 소결 공정은 소결 깊이(depth)가 얕으며 기판 선택에 제약이 있다는 단점이 있다.In addition, the laser sintering process has a disadvantage in that the application area is narrow, and the microwave sintering process has a disadvantage in that the sintering depth is shallow and the selection of the substrate is limited.

따라서, 리튬-이온 이차전지를 제조하기 위한 소결 공정에 대한 연구가 필요하다.Therefore, a study on the sintering process for manufacturing a lithium-ion secondary battery is required.

대한민국공개특허 제10-2017-0090449호, "리튬이온 배터리 애노드용 물질 및 방법"Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0090449, "Materials and methods for lithium ion battery anode" 대한민국공개특허 제10-2018-0029254호, "충전식 고체 리튬 이온 배터리용 캐소드 재료"Korean Patent Publication No. 10-2018-0029254, "Cathode Material for Rechargeable Solid Lithium Ion Battery"

본 발명의 실시예의 목적은 광소결 공정을 이용하여 고체 상태의 전극(양극 또는 음극) 또는 고체 전해질을 단시간에 효과적으로 제조하기 위한 것이다.It is an object of embodiments of the present invention to effectively produce a solid state electrode (anode or cathode) or a solid electrolyte in a short time using a photosintering process.

보다 구체적으로, 본 발명의 실시예의 목적은 광소결 공정을 통해 전극 또는 고체 전해질을 제조함으로써, 열소결 공정을 통해 제작되는 전극 또는 고체 전해질 대비 매우 단시간 내에 제조하고, 전극 또는 고체 전해질을 제조하기 위한 물질이 고온 환경에 장시간 노출되었을 때 발생할 수 있는 다양한 문제점(예; 기판 파괴, 잔류 열응력에 의한 내구도 감소 등)을 개선하기 위한 것이다.More specifically, an object of an embodiment of the present invention is to prepare an electrode or a solid electrolyte through a photo sintering process, to prepare in a very short time compared to the electrode or a solid electrolyte produced through a heat sintering process, to prepare an electrode or a solid electrolyte It is intended to improve various problems that may occur when the material is exposed to a high temperature environment for a long time (eg substrate breakdown, reduction of durability due to residual thermal stress).

본 발명의 실시예는 리튬 이온 배터리의 경우 광소결 공정 시간이 매우 짧아 리튬이 거의 기상화되지 않아 재료 손실을 효과적으로 줄일 수 있는 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a method for manufacturing a battery using a light sintering process that can effectively reduce material loss because the lithium sintering process is very short photochemical sintering time is not vaporized.

본 발명의 실시예에 따르면 광소결 공정 시간이 매우 짧아 전극과 고체 전해질 간의 상호 간 원소 확산을 방지할 수 있는 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법을 제공하고자 한다.According to an embodiment of the present invention is to provide a method for manufacturing a battery using a light sintering process that can prevent the element diffusion between the electrode and the solid electrolyte due to the very short time of the light sintering process.

본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 기판 상에 양극용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 양극을 형성하는 단계; 상기 양극 상에 고체 전해질용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 고체 전해질을 형성하는 단계; 및 상기 고체 전해질 상에 음극용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 음극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 양극을 형성하는 단계, 상기 고체 전해질을 형성하는 단계 및 상기 음극을 형성하는 단계 중 적어도 어느 하나의 단계는 광소결 공정에 의해 소결되는 것을 특징으로 한다.Method of manufacturing a battery using a photo sintering process according to an embodiment of the present invention comprises the steps of applying a paste for the positive electrode on the substrate, followed by sintering to form a positive electrode; Applying a paste for a solid electrolyte on the anode and then sintering to form a solid electrolyte; And applying a paste for a negative electrode on the solid electrolyte, followed by sintering to form a negative electrode, forming the positive electrode, forming the solid electrolyte, and forming the negative electrode. The step of is characterized in that sintered by the photosintering process.

본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법에 따르면, 상기 광소결 공정은 0.1초 내지 10초 동안 진행될 수 있다.According to the method of manufacturing a battery using a photosintering process according to an embodiment of the present invention, the photosintering process may be performed for 0.1 second to 10 seconds.

본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법에 따르면, 상기 양극용 페이스트 및 상기 음극용 페이스트에 대한 광소결 공정은 300℃ 내지 600℃에서 진행될 수 있다.According to the method of manufacturing a battery using a photosintering process according to an embodiment of the present invention, the photosintering process for the positive electrode paste and the negative electrode paste may be performed at 300 ° C to 600 ° C.

본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법에 따르면, 상기 고체 전해질용 페이스트에 대한 광소결 공정은 500℃ 내지 600℃에서 진행될 수 있다.According to the method of manufacturing a battery using the photosintering process according to the embodiment of the present invention, the photosintering process for the solid electrolyte paste may be performed at 500 ° C to 600 ° C.

본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법에 따르면, 상기 양극용 페이스트 및 상기 음극용 페이스트에 대한 광소결 공정의 광 에너지는 70J 내지 100J일 수 있다.According to the method of manufacturing the battery using the photosintering process according to the embodiment of the present invention, the light energy of the photosintering process for the positive electrode paste and the negative electrode paste may be 70J to 100J.

본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법에 따르면, 상기 고체 전해질용 페이스트에 대한 광소결 공정의 광 에너지는 90J 내지 130J일 수 있다.According to the manufacturing method of the battery using the photosintering process according to an embodiment of the present invention, the light energy of the photosintering process for the solid electrolyte paste may be 90J to 130J.

본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지는 기판 상에 양극용 페이스트를 이용하여 형성된 양극; 상기 양극 상에 고체 전해질용 페이스트를 이용하여 형성된 고체 전해질; 및 상기 고체 전해질 상에 음극용 페이스트를 이용하여 형성된 음극을 포함하고, 상기 양극, 상기 고체 전해질 및 상기 음극 중 적어도 어느 하나는 광소결 공정에 의해 소결되는 것을 특징으로 한다.A battery manufactured using a photosintering process according to an embodiment of the present invention comprises a positive electrode formed on the substrate using a paste for the positive electrode; A solid electrolyte formed on the anode using a paste for solid electrolyte; And a negative electrode formed on the solid electrolyte using a paste for negative electrode, wherein at least one of the positive electrode, the solid electrolyte, and the negative electrode is sintered by a photosintering process.

본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지에 따르면, 상기 양극용 페이스트는 LiCoO2, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiV3O8, LiFePO4, LiMnPO4, LiCoPO4 및 Li3V2(PO4)3 중 적어도 어느 하나를 포함하는 양극 활물질을 포함할 수 있다.According to a battery manufactured using the photosintering process according to an embodiment of the present invention, the positive electrode paste is LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 1-x CoxO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiV 3 O 8 , It may include a cathode active material including at least one of LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiCoPO 4 and Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 .

본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지에 따르면, 상기 고체 전해질용 페이스트는 산화물(oxide) 계열의 물질 및 설파이드(sulfide) 계열의 물질 중 적어도 어느 하나를 포함하는 고체 리튬-전도성(lithium-conductive) 물질을 포함할 수 있다.According to the battery manufactured using the photosintering process according to an embodiment of the present invention, the solid electrolyte paste may include at least one of an oxide-based material and a sulfide-based material. It may include a lithium-conductive material.

본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지에 따르면, 상기 산화물 계열의 물질은 Li-La-Ti-O 또는 Li-La-Zr-O를 포함할 수 있다.According to the battery manufactured using the photosintering process according to the embodiment of the present invention, the oxide-based material may include Li-La-Ti-O or Li-La-Zr-O.

본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지에 따르면, 상기 설파이드 계열의 물질은 Li2S-P2S5을 포함할 수 있다.According to the battery manufactured using the photosintering process according to the embodiment of the present invention, the sulfide-based material may include Li 2 SP 2 S 5 .

본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지에 따르면, 상기 음극용 페이스트는 탄소(carbon) 계열의 물질 또는 티타늄 산화물 계열의 물질을 포함하는 인터칼레이션/디인터칼레이션 타입 물질; Si, Ge, Sn, Sb 및 SnO2 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함하는 얼로이/디-얼로이 타입 물질; 및 Fe2O3, Co3O4, MnxOy 및 NiO 중 적어도 어느 하나의 금속 산화물 계열 물질을 포함하는 전환 타입 물질 중 적어도 어느 하나를 포함하는 음극 활물질을 포함할 수 있다.According to a battery manufactured using a photosintering process according to an embodiment of the present invention, the negative electrode paste is an intercalation / deintercalation type material including a carbon-based material or a titanium oxide-based material. ; An alloy / de-alloy type material comprising at least one of Si, Ge, Sn, Sb and SnO 2 ; And an anode active material including at least one of a conversion type material including at least one metal oxide-based material of Fe 2 O 3 , Co 3 O 4 , MnxOy, and NiO.

본 발명의 실시예에 따르면 광소결 공정을 이용하여 고체 상태의 전극 또는 고체 전해질을 단시간에 효과적으로 제조할 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present invention, the electrode or the solid electrolyte in the solid state may be effectively manufactured in a short time by using the photosintering process.

보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따르면 광소결 공정을 통해 전극 또는 고체 전해질을 제조함으로써, 열소결 공정을 통해 제작되는 전극 또는 고체 전해질 대비 매우 단시간 내에 제조하고, 전극 또는 고체 전해질을 제조하기 위한 물질이 고온 환경에 장시간 노출되었을 때 발생할 수 있는 다양한 문제점(예; 기판 파괴, 잔류 열응력에 의한 내구도 감소 등)을 개선할 수 있다.More specifically, according to an embodiment of the present invention by preparing an electrode or a solid electrolyte through a photo sintering process, compared to the electrode or a solid electrolyte produced through a heat sintering process in a very short time, for producing an electrode or a solid electrolyte Various problems that may occur when the material is exposed to a high temperature environment for a long time (eg, substrate breakdown, reduction in durability due to residual thermal stress, etc.) may be improved.

본 발명의 실시예에 따르면 리튬 이온 배터리의 경우 광소결 공정 시간이 매우 짧아 리튬이 거의 기상화되지 않아 재료 손실을 효과적으로 줄일 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present invention, since the photosintering process time is very short in lithium ion batteries, lithium is hardly vaporized, thereby effectively reducing material loss.

본 발명의 실시예에 따르면 광소결 공정 시간이 매우 짧아 전극과 고체 전해질 간의 상호 간 원소 확산을 방지할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the photosintering process time is very short to prevent elemental diffusion between the electrode and the solid electrolyte.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지의 구조를 도시한 단면도이다.
도 3은 광소결 공정 장치를 도시한 개략도이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a battery using a light sintering process according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a battery manufactured using a photosintering process according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram illustrating a photosintering process apparatus.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and the contents described in the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited to the embodiments.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, “comprises” and / or “comprising” refers to the presence of one or more other components, steps, operations and / or elements. Or does not exclude additions.

본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, “an embodiment”, “an example”, “side”, “an example”, etc., should be construed that any aspect or design described is better or advantageous than other aspects or designs. It is not.

또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.In addition, the term 'or' refers to an inclusive or 'inclusive or' rather than an exclusive or 'exclusive or'. In other words, unless stated otherwise or unclear from the context, the expression 'x uses a or b' means any one of natural inclusive permutations.

또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Also, the singular forms “a” or “an”, as used in this specification and in the claims, generally refer to “one or more” unless the context clearly dictates otherwise or in reference to a singular form. Should be interpreted as.

아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예를 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.The terminology used in the following description has been chosen to be general and universal in the art to which it relates, although other terms may vary depending on the development and / or change in technology, conventions, and preferences of those skilled in the art. Therefore, the terms used in the following description should not be understood as limiting the technical idea, but should be understood as exemplary terms for describing the embodiments.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.In addition, in certain cases, there is also a term arbitrarily selected by the applicant, in which case the meaning will be described in detail in the corresponding description. Therefore, the terms used in the following description should be understood based on the meanings of the terms and the contents throughout the specification, rather than simply the names of the terms.

한편, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되지 않는다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Meanwhile, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only to distinguish one component from another.

또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.In addition, when a part such as a film, layer, area, or configuration request is said to be "on" or "on" another part, not only when it is directly above another part, but also another film, layer, area, or component in between. It also includes the case where it is interposed.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used in the present specification (including technical and scientific terms) may be used in a sense that can be commonly understood by those skilled in the art. In addition, terms that are defined in a commonly used dictionary are not ideally or excessively interpreted unless they are specifically defined clearly.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.On the other hand, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Terminology used herein is a term used to properly express an embodiment of the present invention, which may vary according to a user, an operator's intention, or a custom in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of the terms should be made based on the contents throughout the specification.

본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법으로 제조된 전지는 리튬 이온 배터리, 리튬-황 배터리 또는 리튬-공기 배터리과 같은 이차 전지, 일차전지 및 고체산화물연료전지(SOFC) 중 적어도 어느 하나일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The battery manufactured by the method of manufacturing a battery using a photosintering process according to an embodiment of the present invention is at least one of a secondary battery, such as a lithium ion battery, a lithium-sulfur battery or a lithium-air battery, a primary battery and a solid oxide fuel cell (SOFC) It may be any one, but is not limited thereto.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 전극, 고체 전해질, 리튬 이온 전도성 고체 전해질, 리튬을 포함하는 고체 전극 및 리튬을 포함하는 고체 전해질 중 적어도 어느 하나에 적용될 수 있고, 더 나아가, 다양한 이차 전지의 컴포넌트 분야에 적용될 수 있다.In particular, the method of manufacturing a battery using a photosintering process according to an embodiment of the present invention may be applied to at least one of an electrode, a solid electrolyte, a lithium ion conductive solid electrolyte, a solid electrode containing lithium, and a solid electrolyte containing lithium. And, moreover, can be applied to various secondary battery component fields.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 초단시간 소결 공정을 통해 고효율 전지(battery)를 제작할 수 있다.Therefore, the battery manufacturing method using the light sintering process according to an embodiment of the present invention can produce a high efficiency battery (battery) through an ultra-short sintering process.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법이 다양한 전지의 컴포넌트 분야에 적용되는 경우, 양극, 고체 전해질 및 음극을 소결시키기 위한 방법은 동일하게 광소결 공정이 사용되나, 양극, 고체 전해질 및 음극의 물질이 달라질 수 있다.In addition, when a method of manufacturing a battery using a photosintering process according to an embodiment of the present invention is applied to various component fields of a battery, a method of sintering a positive electrode, a solid electrolyte, and a negative electrode may be used in the same way. The materials of the positive electrode, solid electrolyte and negative electrode may vary.

바람직하게는, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법을 통하여 리튬 이온 배터리를 제조할 수 있다. 이하에서는, 리튬 이온 배터리를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법을 설명하나, 이에 제한되지 않는다.Preferably, a lithium ion battery may be manufactured by a method of manufacturing a battery using a photosintering process according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a method of manufacturing a battery using a photosintering process according to an embodiment of the present invention using a lithium ion battery, but is not limited thereto.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a battery using a light sintering process according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 기판 상에 양극용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 양극을 형성하는 단계(S110), 양극 상에 고체 전해질용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 고체 전해질을 제조하는 단계(S120) 및 고체 전해질 상에 음극용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 음극을 제조하는 단계(S130)를 포함한다.Referring to FIG. 1, in the method of manufacturing a battery using a photosintering process according to an embodiment of the present invention, after applying a paste for a positive electrode on a substrate, sintering to form a positive electrode (S110), a solid electrolyte on the positive electrode After applying the paste, the step of sintering to prepare a solid electrolyte (S120) and after applying the paste for the negative electrode on the solid electrolyte, and sintering to prepare a negative electrode (S130).

또한, 양극을 형성하는 단계(S110), 고체 전해질을 제조하는 단계(S120) 및 음극을 제조하는 단계(S130) 중 적어도 어느 하나의 단계는 광소결 공정에 의해 소결되는 과정을 수행한다.In addition, at least one of forming a positive electrode (S110), manufacturing a solid electrolyte (S120), and manufacturing a negative electrode (S130) may be performed by a sintering process by a photosintering process.

상기 단계 S110 내지 단계 S130을 설명하기에 앞서 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법에서 수행되는 광소결 공정에 대한 설명을 다루도록 한다.Before describing the steps S110 to S130, a description of the light sintering process performed in the battery manufacturing method using the light sintering process according to the embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 빛을 발생시키는 램프에 강한 전압을 펄스로 인가함에 따라 순간적으로 강한 빛이 발생하고, 이 빛은 전극(양극 또는 음극) 또는 고체 전해질에 도달하여 에너지를 공급하게 되고 이를 통해 광소결 공정이 이루어질 수 있다.In the method of manufacturing a battery using the light sintering process according to an embodiment of the present invention, a strong light is instantaneously generated by applying a strong voltage to a lamp that generates light, and the light is an electrode (anode or cathode) or a solid. Reaching the electrolyte to supply the energy can be achieved through the photosintering process.

또한, 광소결 공정은 매우 순간적으로 이루어지기 때문에 그 공정소요시간이 매우 짧은 장점이 있고, 상온 상압의 일반적인 환경에서 공정이 가능하기 때문에 공정비용을 감소시킬 수 있다.In addition, since the light sintering process is made very instantaneously, the time required for the process is very short, and the process cost can be reduced because the process can be performed in a general environment of normal temperature and pressure.

이와 더불어, 광소결 공정은 적용 면적을 손쉽게 조절할 수 있어 국부적으로 혹은 대면적(넓은 영역 전반)에 걸쳐 소결이 가능하고, 강한 광 에너지를 이용하기 때문에 에너지 조절을 통해 얇은 두께의 시료부터 두꺼운 두께의 시료까지 전반적인 소결능을 나타낼 수 있다.In addition, the light sintering process can easily adjust the application area so that it can be sintered locally or over a large area (wide area), and because it uses strong light energy, it can control energy from thin samples to thick thickness through energy control. It can show the overall sintering capacity up to the sample.

본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 특히 리튬 이온 배터리의 컴포넌트 제작에 있어 광소결 공정을 도입함으로써, 고온 소결 환경 및 기타 소결 기술 적용 시 발생할 수 있는 문제점을 효과적으로 억제함과 동시에 그 소결 시간이 굉장히 큰 폭으로 단축됨에 따라 배터리의 성능 개선 뿐만 아니라 생산성 증대에도 큰 효과를 얻을 수 있다.The method of manufacturing a battery using a photosintering process according to an embodiment of the present invention effectively suppresses problems that may occur when applying a high temperature sintering environment and other sintering techniques, particularly by introducing a photosintering process in manufacturing a lithium ion battery component. At the same time, as the sintering time is greatly shortened, not only the performance of the battery but also the productivity can be greatly increased.

보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 광소결 공정을 이용하여 리튬 이온 배터리의 고체 전극(양극 또는 음극) 및 고체 전해질을 제조할 수 있다.More specifically, the method for manufacturing a battery using the photosintering process according to the embodiment of the present invention may produce a solid electrode (anode or cathode) and a solid electrolyte of a lithium ion battery using the photosintering process.

예를 들면, LiCoO2 과 같은 리튬 이온 배터리의 전극과 Li-La-Ti-O, Li-La-Zr-O 또는 Li-Ge-P-S 과 같은 리튬 이온 전도성 고체 전해질의 경우, Li을 포함하고 있는 경우가 많은데, Li은 매우 불안정한 물질로 녹는점이 매우 낮아 고온 환경에 장시간 노출 시 기상화(vaporization)되어 재료의 손실이 많다.For example, electrodes of lithium ion batteries such as LiCoO 2 and lithium ion conductive solid electrolytes such as Li-La-Ti-O, Li-La-Zr-O or Li-Ge-PS may contain Li. In many cases, Li is a very unstable material and has a very low melting point, resulting in a lot of material loss due to vaporization after prolonged exposure to a high temperature environment.

그러나, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 광소결 공정을 이용하여, 상온 상압 하에서 이루어지는 공정이 진행되고, 공정시간이 매우 짧아 Li의 손실을 획기적으로 감소시킬 수 있다.However, in the method for manufacturing a battery using the photosintering process according to the embodiment of the present invention, a process using the photosintering process under normal temperature and atmospheric pressure is performed, and the processing time is very short, which can drastically reduce the loss of Li. .

또한, 종래의 경우, 전극(양극 및 음극)과 고체 전해질을 제조하는 공정 과정에서 상호간 원소의 확산에 의해 문제(예; LLZO 고체 전해질과 LiCoO2 전극 간 La-Co 상호 확산(co-diffusion)에 의한 계면(interface) 형성 및 저항 증가)가 발생되나, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 광소결 공정을 도입함으로써, 공정 시간을 단축시켜 상호간 원소의 확산에 의한 문제를 해소할 수 있다.In addition, in the conventional case, due to the diffusion of elements between the electrodes (anode and cathode) and the process of producing a solid electrolyte, problems such as La-Co interdiffusion (co-diffusion) between the LLZO solid electrolyte and LiCoO 2 electrode Interface and resistance increase), but the method of manufacturing a battery using a photosintering process according to an embodiment of the present invention by introducing a photosintering process, shortening the process time to solve the problem of diffusion of elements Can be solved.

또한, 열소결 공정과 같은 종래의 소결 방법을 이용한 합성 방법은 제조 시간이 길고 공정 온도가 높아 비경제적인 문제가 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 광소결 공정을 도입하여 공정 시간을 단축시키고, 상온 상압 하에서 공정이 진행되어 열소결에 의한 문제점을 해소할 수 있다.In addition, the synthesis method using a conventional sintering method, such as a heat sintering process has a long manufacturing time and a high process temperature, there is an uneconomic problem, the method of manufacturing a battery using a light sintering process according to an embodiment of the present invention is a photo sintering process The process time can be shortened by introducing a process, and the process proceeds under normal temperature and normal pressure, thereby eliminating the problem caused by heat sintering.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조방법에 대해 자세히 다루도록 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a battery using a light sintering process according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

먼저, 단계 S110은 기판 상에 양극용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 양극을 형성한다.First, in step S110 after applying the paste for the positive electrode on the substrate, it is sintered to form the positive electrode.

실시예에 따라서, 상기 기판은 실리콘 기판, 유리 기판, 세라믹 기판, 고분자 기판 또는 금속 기판 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the substrate may include at least one of a silicon substrate, a glass substrate, a ceramic substrate, a polymer substrate, or a metal substrate.

상기 고분자 기판은 실시예에 따라서, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (polyethylene naphthalate, PEN), 폴리카보네이트 (polycarbonate, PC), 폴리프로필렌 (polypropylene, PP), 폴리이미드 (polyimide, PI) 및 트리아세틸 셀룰로오스 (triacetylcellulose, TAC) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the polymer substrate may be polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polypropylene (PP), polyimide (polyimide, PI). ) And triacetylcellulose (TAC).

상기 금속 기판은 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 탈륨(Ta), 텅스텐(W) 및 스테인레스 스틸(Stainless steel) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The metal substrate is silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), aluminum (Al), nickel (Ni), copper (Cu), titanium (Ti), vanadium (V), chromium At least one of (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), molybdenum (Mo), niobium (Nb), thallium (Ta), tungsten (W) and stainless steel It may include.

실시예에 따라서, 상기 기판은 전도성 기판 또는 비 전도성 기판이 사용될 수 있다.According to an embodiment, the substrate may be a conductive substrate or a non-conductive substrate.

상기 기판이 금속 기판과 같은 전도성 기판일 경우 전도성을 나타내므로 상기 기판은 양극으로 사용될 수 있다.When the substrate is a conductive substrate such as a metal substrate, the substrate can be used as an anode since it exhibits conductivity.

실시예에 따라서, 상기 기판은 고분자 기판과 같이 플렉서블(flexible)할 수 있으며, 또는 실질적으로 논-플렉서블(non-flexible)일 수 있다. In some embodiments, the substrate may be flexible, such as a polymer substrate, or may be substantially non-flexible.

상기 양극용 페이스트는 양극 활물질, 바인더 및 유기 용매를 포함할 수 있다.The positive electrode paste may include a positive electrode active material, a binder, and an organic solvent.

실시예에 따라서, 상기 양극용 페이스트에 포함되는 양극 활물질은 Li을 포함하는 양극 활물질을 포함할 수 있고, 구체적으로 상기 양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiV3O8, LiFePO4, LiMnPO4, LiCoPO4 및 Li3V2(PO4)3 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the cathode active material included in the cathode paste may include a cathode active material including Li, and specifically, the cathode active material is LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 1-x CoxO 2 , LiMnO 2 , LiMn It may include at least one of 2 O 4 , LiV 3 O 8 , LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiCoPO 4 and Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 .

실시예에 따라서, 상기 양극 활물질은 전이금속을 포함할 수 있으며, 예를 들어 란타늄(La), 스트론튬(Sr), 코발트(Co), 망간(Mn)과 같은 전이금속 원소를 포함하는 화합물일 수 있다.In some embodiments, the cathode active material may include a transition metal, and may be, for example, a compound including transition metal elements such as lanthanum (La), strontium (Sr), cobalt (Co), and manganese (Mn). have.

상기 단계 S110에서 양극용 페이스트는 진공 공정 또는 비진공 공정으로 상기 기판 상에 도포될 수 있다.In step S110, the paste for the cathode may be applied onto the substrate by a vacuum process or a non-vacuum process.

상기 비진공 공정은 딥 코팅(dip coating), 스핀 코팅(spin coating), 스크린 프린팅(screen printing), 레이저 블레이드 코팅(razor blade coating), 스프레이 코팅(spray coating) 및 정전 스프레이 증착(electrostatic spray deposition) 중 어느 하나일 수 있다.The non-vacuum process is dip coating, spin coating, screen printing, laser blade coating, spray coating and electrostatic spray deposition. It may be any one of.

상기 진공 공정은 증발(evaporation), 스퍼터링(sputtering), 펄스 레이저 증착(pulsed laser deposition), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition) 및 원자층 증착(atomic layer deposition) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.The vacuum process may be at least one of evaporation, sputtering, pulsed laser deposition, chemical vapor deposition, and atomic layer deposition.

단계 S110는 광소결 공정 또는 열소결 공정에 의해 소결될 수 있으나, 바람직하게는 광소결 공정에 의해 소결될 수 있다.Step S110 may be sintered by a photosintering process or a heat sintering process, but preferably, may be sintered by a photosintering process.

상기 광소결 공정은 광소결 공정 장치를 사용하여 진행될 수 있으며, 광소결 공정 장치에 대해서는 도 2에서 설명하기로 한다.The light sintering process may be performed using a light sintering process apparatus, and the light sintering process apparatus will be described with reference to FIG. 2.

상기 양극용 페이스트에 대한 광소결 공정은 상온에서 진행될 수 있으나, 실시예에 따라서 400℃에서 진행될 수 있다.The photosintering process for the cathode paste may be performed at room temperature, but may be performed at 400 ° C. according to an embodiment.

상기 양극용 페이스트에 대한 광소결 공정은 양극용 페이스트에 전이금속을 포함하는 양극 활물질이 포함되는 경우 300℃ 내지 600℃에서 진행될 수 있다.The photosintering process for the positive electrode paste may be performed at 300 ° C. to 600 ° C. when the positive electrode active material including a transition metal is included in the positive electrode paste.

상기 광소결 공정이 300℃ 미만에서 진행될 경우 상온에서의 진행과 유의미한 차이를 보여주지 못하는 문제점이 있다.If the light sintering process is carried out at less than 300 ℃ there is a problem that does not show a significant difference with the progress at room temperature.

상기 광소결 공정이 600℃를 초과하여 진행될 경우 광소결 수행 시 강한 에너지를 견디지 못하고 막(양극)이 파괴되는 등의 현상이 일어나거나, 과도한 변성이 발생하는 과소결이 일어날 수 있다.When the light sintering process is in excess of 600 ° C., when the light sintering is performed, a phenomenon such as failure of the strong energy and the destruction of the film (anode) may occur, or excessive sintering may occur.

상기 광소결 공정은 일반적인 실험실 환경에 노출되어 공기 분위기 또는 상압 하에서 진행될 수 있다.The photosintering process may be carried out under an air atmosphere or atmospheric pressure by exposure to a general laboratory environment.

상기 광소결 공정은 커패시터, 컨트롤러 및 파워 서플라이 중 적어도 어느 하나에 의해 제어되어 광 에너지를 가변(조절)시킬 수 있다.The light sintering process may be controlled by at least one of a capacitor, a controller, and a power supply to vary (adjust) the light energy.

실시예에 따라서, 상기 광소결 공정은 커패시터, 컨트롤러 및 파워 서플라이 중 적어도 어느 하나를 제어하여 펄스 수를 가변(조절)시킬 수 있다.In some embodiments, the optical sintering process may control at least one of a capacitor, a controller, and a power supply to vary (adjust) the number of pulses.

실시예에 따라서, 상기 광소결 공정은 커패시터, 컨트롤러 및 파워 서플라이 중 적어도 어느 하나를 제어하여 펄스의 간격을 가변(조절)시킬 수 있다.In some embodiments, the optical sintering process may control at least one of a capacitor, a controller, and a power supply to vary (adjust) the pulse interval.

예를 들어, 전이금속을 포함하는 양극 활물질이 포함된 양극용 페이스트를 광소결할 시 광 에너지 70J 내지 100J, 펄스 수 5 내지 6, 펄스 당 광 조사 시간(on-time) 10ms, 펄스 간격(off-time) 10ms로 설정하여 광소결 공정을 진행할 수 있다.For example, when sintering a positive electrode paste containing a positive electrode active material containing a transition metal, the light energy 70J to 100J, the number of pulses 5 to 6, the light irradiation time (on-time) 10ms per pulse, the pulse interval (off -time) 10ms can be used to proceed with the light sintering process.

실시예에 따라서, 상기 광소결 공정에서 광소결 대상 물질의 종류 또는 양극용 페이스트의 도포 방법에 따라 보다 높은 에너지를 필요로 하므로, 이때 펄스 간격은 200ms까지 확장될 수 있다.According to the embodiment, since the high energy is required depending on the kind of the material to be sintered or the method of applying the paste for the anode in the light sintering process, the pulse interval may be extended to 200 ms.

본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 상기 양극용 페이스트의 광소결 공정 시간을 0.1초 내지 10초 수준으로 감소시킬 수 있다.The method of manufacturing a battery using the photosintering process according to the embodiment of the present invention may reduce the photosintering process time of the cathode paste to a level of 0.1 seconds to 10 seconds.

상기 광소결 공정 시간은 [펄스 시작 시간(pulse on time)(s) + 펄스 오프 시간(pulse off time)(s)]×펄스 수(pulse number)에 의해 산출될 수 있다.The photosintering process time may be calculated by [pulse on time (s) + pulse off time (s)] × pulse number.

상기 광소결 공정 시간에서 펄스 오프 타임이 길어지는 경우에는 광 에너지가 전달되는 간격이 넓어지게 되어 충분한 에너지가 전달되기 어렵다.When the pulse off time is long in the light sintering process time, the interval at which the light energy is transmitted is widened, so that sufficient energy is hardly transmitted.

또한, 상기 광소결 공정 시간 중 펄스 수가 증가함에 따라 광소결 공정 시간이 증가하는 경우, 광소결 장비 구조 상 매우 많은 수의 펄스를 구성하기 어렵다.In addition, when the light sintering process time increases as the number of pulses in the light sintering process time increases, it is difficult to construct a very large number of pulses in the light sintering equipment structure.

펄스 시작 시간은 펄스 오프 시간에 비해 매우 짧게 구성하는 것이 일반적이다.The pulse start time is typically very short compared to the pulse off time.

그러나, 펄스 시작 시간의 증가에 따른 광소결 공정 시간 증가에 있어서는 펄스 시작 시간이 과도하게 증가할 시, 순간적인 에너지 조사라는 광소결에 특성에 맞지 않는다.However, in the increase of the photosintering process time according to the increase of the pulse start time, when the pulse start time is excessively increased, it is not suitable for the light sintering of instantaneous energy irradiation.

따라서, 상기 광소결 공정은 0.1초 내지 10초 동안 진행될 수 있으며, 특히 0.1초의 광소결 공정 시간은 실험실에서 수행될 수 있는 광소결 공정 시간 중 가장 짧은 시간이다.Therefore, the photosintering process may be performed for 0.1 seconds to 10 seconds, in particular, the photosintering process time of 0.1 seconds is the shortest time of the photosintering process that can be performed in the laboratory.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 양극을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로써, 소결 시간을 매우 감소시켜 Li 원소의 증발(vaporization)에 의한 손실을 효과적으로 억제할 수 있다.Therefore, the method of manufacturing a battery using the photosintering process according to the embodiment of the present invention introduces a photosintering process to manufacture a positive electrode, thereby greatly reducing the sintering time and effectively suppressing the loss due to vaporization of Li element. can do.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 양극을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로써, 양극을 형성하기 위한 물질의 결정성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.In addition, the method for manufacturing a battery using the photosintering process according to the embodiment of the present invention can effectively improve the crystallinity of the material for forming the positive electrode by introducing a photosintering process to manufacture the positive electrode.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 양극을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로 리튬 이온(Li ion)의 전도를 방해하는 결정립계 형성 및 발달을 효과적으로 억제할 수 있다.In addition, the method of manufacturing a battery using a photosintering process according to an embodiment of the present invention can effectively suppress the formation and development of grain boundaries that hinder the conduction of lithium ions by introducing a photosintering process to manufacture a positive electrode. have.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 양극을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로써, 소결 시간을 매우 단축시켜, 리튬 이온의 전도를 방해하는 이차상 형성을 억제할 수 있다.In addition, the battery manufacturing method using a photosintering process according to an embodiment of the present invention by introducing a photosintering process to produce a positive electrode, very short sintering time, to suppress the formation of secondary phases that interfere with the conduction of lithium ions can do.

단계 S120은 상기 양극 상에 고체 전해질용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 고체 전해질을 형성한다.Step S120 is a paste for applying a solid electrolyte on the positive electrode, and then sintered to form a solid electrolyte.

상기 고체 전해질용 페이스트는 고체 전해질 물질, 바인더 및 유기 용매를 포함할 수 있다.The solid electrolyte paste may include a solid electrolyte material, a binder, and an organic solvent.

실시예에 따라서, 상기 고체 전해질용 페이스트에 포함되는 고체 전해질 물질은 산화물(oxide) 계열의 물질 및 설파이드(sulfide) 계열의 물질 중 적어도 어느 하나를 포함하는 고체 리튬-전도성(lithium-conductive) 물질을 포함할 수 있다.In some embodiments, the solid electrolyte material included in the solid electrolyte paste may include a solid lithium-conductive material including at least one of an oxide-based material and a sulfide-based material. It may include.

실시예에 따라서, 상기 고체 전해질용 페이스트에 포함되는 산화물(oxide) 계열의 물질은 Li-La-Ti-O과 같은 페로브스카이트(perovskite) 및 NASICON, LISICON 또는 Li-La-Zr-O 과 같은 가넷(garnet) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the oxide-based material included in the solid electrolyte paste may include perovskite such as Li-La-Ti-O and NASICON, LISICON or Li-La-Zr-O. It may include at least one of the same garnet (garnet).

실시예에 따라서, 상기 고체 전해질용 페이스트에 포함되는 설파이드(sulfide) 계열의 물질은 Li2S-P2S5을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the sulfide-based material included in the solid electrolyte paste may include Li 2 SP 2 S 5 .

단계 S120에서 상기 고체 전해질용 페이스트는 진공 공정 또는 비진공 공정으로 양극 상에 도포될 수 있다.In step S120, the solid electrolyte paste may be applied onto the anode by a vacuum process or a non-vacuum process.

상기 비진공 공정은 딥 코팅(dip coating), 스핀 코팅(spin coating), 스크린 프린팅(screen printing), 레이저 블레이드 코팅(razor blade coating), 스프레이 코팅(spray coating) 및 정전 스프레이 증착(electrostatic spray deposition) 중 어느 하나일 수 있다.The non-vacuum process is dip coating, spin coating, screen printing, laser blade coating, spray coating and electrostatic spray deposition. It may be any one of.

상기 진공 공정은 증발(evaporation), 스퍼터링(sputtering), 펄스 레이저 증착(pulsed laser deposition), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition) 및 원자층 증착(atomic layer deposition) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.The vacuum process may be at least one of evaporation, sputtering, pulsed laser deposition, chemical vapor deposition, and atomic layer deposition.

상기 단계 S120은 광소결 공정 또는 열소결 공정에 의해 소결될 수 있으나, 바람직하게는 광소결 공정에 의해 소결될 수 있다.The step S120 may be sintered by a photosintering process or a heat sintering process, but preferably, may be sintered by a photosintering process.

상기 광소결 공정은 광소결 공정 장치를 사용하여 진행될 수 있고, 상기 광소결 공정 장치는 상기 양극용 페이스트를 소결시키기 위한 광소결 공정 장치와 동일한 장치가 사용될 수 있다. The light sintering process may be performed using a light sintering process apparatus, and the same apparatus as the light sintering process apparatus for sintering the paste for the cathode may be used.

상기 고체 전해질용 페이스트에 대한 광소결 공정은 상온에서 진행될 수 있으며, 실시예에 따라서 상기 고체 전해질용 페이스트에 대한 광소결 공정은 400℃에서 진행될 수 있다.The photosintering process for the solid electrolyte paste may be performed at room temperature, and in some embodiments, the photosintering process for the solid electrolyte paste may be performed at 400 ° C.

실시예에 따라서, 상기 고체 전해질용 페이스트에 대한 광소결 공정은 500℃ 내지 600℃에서 진행될 수 있다.According to an embodiment, the photosintering process for the solid electrolyte paste may be performed at 500 ° C to 600 ° C.

상기 고체 전해질용 페이스트의 경우 고밀도화(densification)가 필요하여 양극용 페이스트의 경우보다 상대적으로 고온 환경인 500℃ 내지 600℃에서 광소결 공정을 진행하는 것이 바람직하다.In the case of the solid electrolyte paste, densification is required, and therefore, the photosintering process may be performed at a temperature of 500 ° C. to 600 ° C., which is a relatively high temperature environment, than that of the cathode paste.

즉, 상기 단계 S120은 순간적인 에너지를 조사하는 것과 더불어, 상대적인 고온 환경에서 광소결 공정을 진행하는 것이 고체 전해질의 공극 제거, 크랙 발생 억제 및 고밀도화에 유리하다.That is, in the step S120, the instantaneous energy irradiation and the photosintering process in a relatively high temperature environment are advantageous for removing voids, suppressing crack generation, and increasing density of the solid electrolyte.

상기 광소결 공정은 일반적인 실험실 환경에 노출되어 공기 분위기 또는 상압 하에서 진행될 수 있다.The photosintering process may be carried out under an air atmosphere or atmospheric pressure by exposure to a general laboratory environment.

상기 광소결 공정은 커패시터, 컨트롤러 및 파워 서플라이 중 적어도 어느 하나에 의해 제어되어 광 에너지를 가변(조절)시킬 수 있다.The light sintering process may be controlled by at least one of a capacitor, a controller, and a power supply to vary (adjust) the light energy.

실시예에 따라서, 상기 광소결 공정은 커패시터, 컨트롤러 및 파워 서플라이 중 적어도 어느 하나를 제어하여 펄스 수를 가변(조절)시킬 수 있다.In some embodiments, the optical sintering process may control at least one of a capacitor, a controller, and a power supply to vary (adjust) the number of pulses.

실시예에 따라서, 상기 광소결 공정은 커패시터, 컨트롤러 및 파워 서플라이 중 적어도 어느 하나를 제어하여 펄스의 간격을 가변(조절)시킬 수 있다.In some embodiments, the optical sintering process may control at least one of a capacitor, a controller, and a power supply to vary (adjust) the pulse interval.

이때, 상기 고체 전해질용 페이스트의 광소결 공정은 상기 양극용 페이스트의 광소결 공정에서보다 더 높은 광 에너지를 필요로 한다.At this time, the photosintering process of the solid electrolyte paste requires higher light energy than in the photosintering process of the positive electrode paste.

구체적으로, 상기 고체 전해질용 페이스트를 광소결할 시 광 에너지 90J 내지 130J, 펄스 수 5 내지 6, 펄스 당 광 조사 시간(on-time) 10ms, 펄스 간격(off-time) 150ms 내지 200ms로 설정하여 광소결 공정을 진행할 수 있다.Specifically, when the solid electrolyte paste is photosintered, light energy 90J to 130J, pulse number 5 to 6, light irradiation time per pulse (on-time) 10ms, pulse interval (off-time) to 150ms to 200ms Photosintering process can proceed.

이는 양극용 페이스트와 고체 전해질용 페이스트를 이루는 물질의 소결 온도, 녹는점과 같은 특성이 상이하기 때문에 광소결 공정 진행 조건이 상이한 것이다.This is because conditions such as sintering temperature and melting point of materials constituting the positive electrode paste and the solid electrolyte paste are different, so that the conditions of the photosintering process are different.

실시예에 따라서, 상기 광소결 공정에서 광소결 대상 물질의 종류 또는 양극용 페이스트의 도포 방법에 따라 보다 높은 에너지를 필요로 하므로, 이때 펄스 간격은 200ms까지 확장될 수 있다.According to the embodiment, since the high energy is required depending on the kind of the material to be sintered or the method of applying the paste for the anode in the light sintering process, the pulse interval may be extended to 200 ms.

본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 상기 고체 전해질용 페이스트의 광소결 공정 시간을 0.1초 내지 10초 수준으로 감소시킬 수 있다.The method of manufacturing a battery using the photosintering process according to the embodiment of the present invention may reduce the photosintering process time of the solid electrolyte paste to a level of 0.1 second to 10 seconds.

이에 대한 상세한 설명은 상술한 양극용 페이스트의 광소결 공정 시간에 대한 설명과 동일하므로 중복 설명은 생략하도록 한다.Detailed description thereof is the same as the description of the photosintering process time of the positive electrode paste, and thus redundant description thereof will be omitted.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 고체 전해질을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로 소결 시간을 매우 감소시켜 Li 원소의 증발(vaporization)에 의한 손실을 효과적으로 억제할 수 있다.Therefore, the method of manufacturing a battery using the photosintering process according to the embodiment of the present invention introduces a photosintering process to prepare a solid electrolyte, thereby greatly reducing the sintering time and effectively suppressing the loss due to vaporization of Li element. can do.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 고체 전해질을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로써, 고체 전해질을 형성하기 위한 물질의 결정성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.In addition, the method for manufacturing a battery using the photosintering process according to the embodiment of the present invention can effectively improve the crystallinity of the material for forming the solid electrolyte by introducing the photosintering process to produce a solid electrolyte.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 고체 전해질을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로 리튬 이온(Li ion)의 전도를 방해하는 결정립계 형성 및 발달을 효과적으로 억제할 수 있다.In addition, the method of manufacturing a battery using a photosintering process according to an embodiment of the present invention can effectively suppress the formation and development of grain boundaries that hinder the conduction of lithium ions by introducing the photosintering process to prepare a solid electrolyte. Can be.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 고체 전해질을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로써, 리튬 이온의 전도를 방해하는 이차상 형성을 억제할 수 있다.In addition, the battery manufacturing method using the photosintering process according to the embodiment of the present invention can suppress the formation of a secondary phase that interferes with the conduction of lithium ions by introducing a photosintering process to produce a solid electrolyte.

단계 S130은 상기 고체 전해질 상에 음극용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 음극을 형성한다.Step S130 after applying the negative electrode paste on the solid electrolyte, and then sintered to form a negative electrode.

상기 음극용 페이스트는 음극 활물질, 바인더 및 유기 용매를 포함할 수 있다.The negative electrode paste may include a negative electrode active material, a binder, and an organic solvent.

실시예에 따라서, 상기 음극용 페이스트에 포함되는 음극 활물질은 인터칼레이션/디인터칼레이션 타입(intercalation/de-intercalation type) 물질, 얼로이/디-얼로이 타입(alloy/de-alloy type) 물질 및 전환 타입(conversion type) 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the negative electrode active material included in the negative electrode paste may be an intercalation / de-intercalation type material or an alloy / de-alloy type. At least one of a material and a conversion type material may be included.

상기 인터칼레이션/디인터칼레이션 타입 물질은 그래핀(graphene)과 같은 탄소(carbon) 계열의 물질, TiO2 또는 LiTi4O5 과 같은 티타늄 산화물 계열의 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.The intercalation / deintercalation type material may include at least one of a carbon-based material such as graphene and a titanium oxide-based material such as TiO 2 or LiTi 4 O 5 . It is not limited to the above materials.

상기 얼로이/디-얼로이 타입 물질은 Si, Ge, Sn, Sb 및 SnO2 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함할 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.The alloy / de-alloy type material may include at least one of Si, Ge, Sn, Sb, and SnO 2 , but is not limited thereto.

상기 전환 타입 물질은 Fe2O3, Co3O4, MnxOy 및 NiO 중 적어도 어느 하나의 금속 산화물 계열 물질을 포함할 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.The conversion type material may include at least one metal oxide-based material of Fe 2 O 3 , Co 3 O 4 , MnxOy, and NiO, but is not limited thereto.

실시예에 따라서, 상기 음극 활물질은 전이금속을 포함할 수 있으며, 예를 들어 란타늄(La), 스트론튬(Sr), 코발트(Co), 망간(Mn)과 같은 전이금속 원소를 포함하는 화합물일 수 있다.According to an embodiment, the negative electrode active material may include a transition metal, and for example, may be a compound including a transition metal element such as lanthanum (La), strontium (Sr), cobalt (Co), and manganese (Mn). have.

단계 S130에서 상기 음극용 페이스트는 진공 공정 또는 비진공 공정으로 상기 고체 전해질 상에 도포될 수 있다.In step S130, the negative electrode paste may be applied onto the solid electrolyte by a vacuum process or a non-vacuum process.

상기 비진공 공정은 딥 코팅(dip coating), 스핀 코팅(spin coating), 스크린 프린팅(screen printing), 레이저 블레이드 코팅(razor blade coating), 스프레이 코팅(spray coating) 및 정전 스프레이 증착(electrostatic spray deposition) 중 어느 하나일 수 있다.The non-vacuum process is dip coating, spin coating, screen printing, laser blade coating, spray coating and electrostatic spray deposition. It may be any one of.

상기 진공 공정은 증발(evaporation), 스퍼터링(sputtering), 펄스 레이저 증착(pulsed laser deposition), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition) 및 원자층 증착(atomic layer deposition) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.The vacuum process may be at least one of evaporation, sputtering, pulsed laser deposition, chemical vapor deposition, and atomic layer deposition.

상기 단계 S130은 광소결 공정 또는 열소결 공정에 의해 소결될 수 있으나, 바람직하게는 광소결 공정에 의해 소결될 수 있다.The step S130 may be sintered by a photosintering process or a heat sintering process, but preferably, may be sintered by a photosintering process.

상기 광소결 공정은 광소결 공정 장치를 사용하여 진행될 수 있고, 광소결 공정 장치는 상기 양극용 페이스트 또는 상기 고체 전해질용 페이스트를 소결시키기 위한 광소결 공정 장치와 동일한 장치가 사용될 수 있다.The light sintering process may be performed using a light sintering process apparatus, and the same apparatus as the light sintering process apparatus for sintering the positive electrode paste or the solid electrolyte paste may be used.

상기 음극용 페이스트에 대한 광소결 공정은 상온에서 진행될 수 있으며, 실시예에 따라서 400℃에서 진행될 수 있다.The photosintering process for the anode paste may be performed at room temperature, and may be performed at 400 ° C. according to an embodiment.

상기 음극용 페이스트에 대한 광소결 공정은 음극용 페이스트에 전이금속을 포함하는 음극 활물질이 포함되는 경우 300℃ 내지 600℃에서 진행될 수 있다.The photosintering process for the negative electrode paste may be performed at 300 ° C. to 600 ° C. when the negative electrode active material including the transition metal is included in the negative electrode paste.

상기 음극용 페이스트의 광소결 공정 온도를 상기 수치 범위로 한정한 이유는 앞서 양극용 페이스트의 광소결 공정 온도에 대한 설명에서 다루었으므로 중복 설명은 생략하도록 한다.The reason why the photosintering process temperature of the anode paste is limited to the above numerical range has been dealt with above in the description of the photosintering process temperature of the cathode paste, and thus redundant description thereof will be omitted.

상기 광소결 공정은 일반적인 실험실 환경에 노출되어 공기 분위기 또는 상압 하에서 진행될 수 있다.The photosintering process may be carried out under an air atmosphere or atmospheric pressure by exposure to a general laboratory environment.

상기 광소결 공정은 커패시터, 컨트롤러 및 파워 서플라이 중 적어도 어느 하나에 의해 제어되어 광 에너지를 가변(조절)시킬 수 있다.The light sintering process may be controlled by at least one of a capacitor, a controller, and a power supply to vary (adjust) the light energy.

실시예에 따라서, 상기 광소결 공정은 커패시터, 컨트롤러 및 파워 서플라이 중 적어도 어느 하나를 제어하여 펄스 수를 가변(조절)시킬 수 있다.In some embodiments, the optical sintering process may control at least one of a capacitor, a controller, and a power supply to vary (adjust) the number of pulses.

실시예에 따라서, 상기 광소결 공정은 커패시터, 컨트롤러 및 파워 서플라이 중 적어도 어느 하나를 제어하여 펄스의 간격을 가변(조절)시킬 수 있다.In some embodiments, the optical sintering process may control at least one of a capacitor, a controller, and a power supply to vary (adjust) the pulse interval.

예를 들어, 전이금속을 포함하는 음극 활물질이 포함된 음극용 페이스트를 광소결할 시 광 에너지 70J 내지 100J, 펄스 수 5 내지 6, 펄스 당 광 조사 시간(on-time) 10ms, 펄스 간격(off-time) 10ms로 설정하여 광소결 공정을 진행할 수 있다.For example, when sintering a negative electrode paste containing a negative electrode active material including a transition metal, light energy 70J to 100J, the number of pulses 5 to 6, light irradiation time (on-time) 10ms per pulse, pulse interval (off -time) 10ms can be used to proceed with the light sintering process.

실시예에 따라서, 상기 광소결 공정에서 광소결 대상 물질의 종류 또는 음극용 페이스트의 도포 방법에 따라 보다 높은 에너지를 필요로 하므로, 이때 펄스 간격은 200ms까지 확장될 수 있다.According to the embodiment, since the high energy is required depending on the kind of the material to be sintered or the method of applying the paste for the negative electrode in the light sintering process, the pulse interval may be extended to 200 ms.

본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 상기 음극용 페이스트의 광소결 공정 시간을 0.1초 내지 10초 수준으로 감소시킬 수 있다.The method of manufacturing a battery using the photosintering process according to the embodiment of the present invention may reduce the photosintering process time of the negative electrode paste to a level of 0.1 seconds to 10 seconds.

상기 음극용 페이스트의 광소결 공정 시간을 상기 수치 범위로 한정한 이유는 앞서 양극용 페이스트의 광소결 공정 시간에 대한 설명에서 다루었으므로 중복 설명은 생략하도록 한다.The reason why the photosintering process time of the negative electrode paste is limited to the numerical range has been dealt with in the above description of the photosintering process time of the positive electrode paste, and thus redundant description thereof will be omitted.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 음극을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로써, 소결 시간을 매우 감소시켜 Li 원소의 증발(vaporization)에 의한 손실을 효과적으로 억제할 수 있다.Therefore, the method of manufacturing a battery using the photosintering process according to the embodiment of the present invention introduces a photosintering process for manufacturing a negative electrode, thereby greatly reducing the sintering time and effectively suppressing the loss due to vaporization of Li element. can do.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 음극을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로써, 음극을 형성하기 위한 물질의 결정성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.In addition, the method of manufacturing a battery using the photosintering process according to the embodiment of the present invention can effectively improve the crystallinity of the material for forming the negative electrode by introducing a photosintering process to produce a negative electrode.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 음극을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로 리튬 이온(Li ion)의 전도를 방해하는 결정립계 형성 및 발달을 효과적으로 억제할 수 있다.In addition, the method of manufacturing a battery using a photosintering process according to an embodiment of the present invention can effectively suppress the formation and development of grain boundaries that hinder the conduction of lithium ions by introducing the photosintering process to manufacture a negative electrode. have.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 음극을 제조하기 위해 광소결 공정을 도입함으로써, 소결 시간을 매우 단축시켜, 음극 및 고체 전해질 물질 사이의 확산을 억제하고, 리튬 이온의 전도를 방해하는 이차상 형성을 억제할 수 있다.In addition, the method of manufacturing a battery using a photosintering process according to an embodiment of the present invention by introducing a photosintering process to produce a negative electrode, thereby greatly shortening the sintering time, to suppress the diffusion between the negative electrode and the solid electrolyte material, Secondary phase formation that inhibits conduction of lithium ions can be suppressed.

본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법을 통해 양극, 고체 전해질 및 음극이 순차적으로 적층된 리튬 이온 배터리와 같은 전지를 제조할 수 있다.Through a method of manufacturing a battery using a photosintering process according to an embodiment of the present invention, a battery such as a lithium ion battery in which a positive electrode, a solid electrolyte, and a negative electrode are sequentially stacked may be manufactured.

실시예에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법은 양극의 하부 및 음극의 상부에 집전체를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the method of manufacturing a battery using the light sintering process according to the embodiment of the present invention may further include forming a current collector on the lower part of the positive electrode and the upper part of the negative electrode.

집전체는 양극 활물질 또는 음극 활물질의 전기화학 반응에 의해 생성된 전자를 모으거나 전기화학 반응에 필요한 전자를 공급할 수 있다.The current collector may collect electrons generated by the electrochemical reaction of the positive electrode active material or the negative electrode active material or supply electrons required for the electrochemical reaction.

상기 집전체는 실시예에 따라서, 스테인리스스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성탄소 또는 구리; 카본, 니켈, 티탄 또는 은으로 표면처리된 스테인리스스틸; 알루미늄-카드뮴합금; 도전재로 표면처리된 비전도성 고분자; 전도성 고분자; Ni, Al, Au, Ag, Pd/Ag, Cr, Ta, Cu, Ba 또는 ITO인 금속분말을 포함하는 금속 페이스트; 또는 흑연, 카본블랙 또는 탄소나노튜브인 탄소분말을 포함하는 탄소 페이스트; 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 물질에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment, the current collector may include stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or copper; Stainless steel surface-treated with carbon, nickel, titanium or silver; Aluminum-cadmium alloys; Non-conductive polymer surface-treated with a conductive material; Conductive polymers; Metal pastes comprising metal powders of Ni, Al, Au, Ag, Pd / Ag, Cr, Ta, Cu, Ba, or ITO; Or a carbon paste including carbon powder which is graphite, carbon black or carbon nanotubes; It may include at least one of, but is not limited to the material.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법에 따라 제조된 리튬 이온 배터리와 같은 전지는 양극의 하부 및 음극의 상부에 집전체를 더 포함할 수 있다.Therefore, a battery such as a lithium ion battery manufactured according to a method of manufacturing a battery using a photosintering process according to an embodiment of the present invention may further include a current collector at a lower portion of the positive electrode and an upper portion of the negative electrode.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지의 구조를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a battery manufactured using a photosintering process according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지(100)는 도 1을 통해 설명한 광소결 공정을 이용한 전지(100)의 제조 방법을 통해 제조된다.Referring to FIG. 2, the battery 100 manufactured using the light sintering process according to the embodiment of the present invention is manufactured through the method of manufacturing the battery 100 using the light sintering process described with reference to FIG. 1.

본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지(100)는 기판(110) 상에 양극용 페이스트를 이용하여 형성된 양극(120), 양극(120) 상에 고체 전해질용 페이스트를 이용하여 형성된 고체 전해질(130) 및 고체 전해질(130) 상에 음극용 페이스트를 이용하여 형성된 음극(140)을 포함한다.The battery 100 manufactured using the light sintering process according to the embodiment of the present invention uses the anode 120 formed by using the anode paste on the substrate 110 and the solid electrolyte paste on the anode 120. And a cathode 140 formed on the solid electrolyte 130 and the cathode paste on the solid electrolyte 130.

이때 양극(120), 고체 전해질(130) 및 음극(140) 중 적어도 어느 하나는 광소결 공정에 의해 소결되어 형성될 수 있다.In this case, at least one of the anode 120, the solid electrolyte 130, and the cathode 140 may be formed by sintering by a photosintering process.

본 발명의 실시예에 따른 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지(100)의 구성 및 광소결 공정은 상술한 도 1의 설명에서 구체적으로 언급하였으므로 중복 설명은 생략하도록 한다.Since the configuration and the light sintering process of the battery 100 manufactured using the light sintering process according to the exemplary embodiment of the present invention are specifically mentioned in the above description of FIG. 1, redundant descriptions thereof will be omitted.

도 3은 광소결 공정 장치를 도시한 개략도이다.3 is a schematic diagram illustrating a photosintering process apparatus.

도 3을 참조하면, 광소결 공정 장치는 시료(6)를 지지하는 지지부(5), 백색광을 조사하는 제논(Xenon) 램프(1), 백색광을 집중 조사하기 위한 리플렉터(reflector; 2), 제논 램프(1)에 전력을 공급하기 위한 파워 서플라이(4) 및 백색광에 순간적인 고전력을 공급하기 위한 커패시터(3)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.Referring to FIG. 3, the photosintering apparatus includes a support part 5 supporting a sample 6, a Xenon lamp 1 for irradiating white light, a reflector 2 for intensively irradiating white light, and a xenon It may include, but is not limited to, a power supply 4 for powering the lamp 1 and a capacitor 3 for supplying instantaneous high power to the white light.

파워 서플라이(4)는 제논 램프(1)에 전력을 공급하는 것으로서, 전압 및 전류를 발생시키고 발생된 전압 및 전류를 제논 램프(1)에 전달한다.The power supply 4 supplies electric power to the xenon lamp 1 and generates voltage and current and transmits the generated voltage and current to the xenon lamp 1.

실시예에 따라서, 상기 광소결 공정 장치는 적어도 하나 이상의 파워 서플라이(4)를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the photosintering process apparatus may comprise at least one power supply 4.

커패시터(3)는 파워 서플라이(4)에 연결되어 제논 램프(1)에 순간적인 고전력을 공급하는 것으로서, 펄스를 형성하기 위해 순간적으로 높은 전력을 매우 짧은 시간 내에 전달할 수 있다.The capacitor 3 is connected to the power supply 4 to supply instantaneous high power to the xenon lamp 1, which can deliver instantaneously high power in a very short time to form a pulse.

따라서, 파워 서플라이(4)로부터 전압 및 전류가 제논 램프(1)에 입력되면 커패시터(3)로부터 집적된 전하를 인가 받아 제논 램프(1) 내에서 아크 플라즈마가 생성된다.Accordingly, when voltage and current are input from the power supply 4 to the xenon lamp 1, the integrated charge from the capacitor 3 is applied to generate an arc plasma in the xenon lamp 1.

그러면 제논 램프(1)에서 본 발명의 실시예에 따른 양극용 페이스트, 고체 전해질용 페이스트 및 음극용 페이스트 중 어느 하나가 형성된 시료(6)의 표면으로 극단파 백색광이 출력될 수 있다.Then, the microwave white light may be output from the xenon lamp 1 to the surface of the sample 6 in which any one of the positive electrode paste, the solid electrolyte paste, and the negative electrode paste according to the embodiment of the present invention is formed.

실시예에 따라서, 상기 광소결 공정 장치는 적어도 하나 이상의 커패시터(3)를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the photosintering process apparatus may comprise at least one or more capacitors 3.

상기 광소결 공정 장치는 제논 램프(1)로부터 방출되는 백색광이 적어도 둘 이상의 펄스 사이클로 조사되도록 제어하는 컨트롤러(미도시)를 포함할 수 있다.The photosintering process apparatus may include a controller (not shown) for controlling the white light emitted from the xenon lamp 1 to be irradiated at least two or more pulse cycles.

상기 컨트롤러는 제논 램프(1)에 전원을 인가하여 광소결 공정이 수행되도록 한다.The controller applies power to the xenon lamp 1 to perform the photosintering process.

상기 컨트롤러는 제논 램프(1)에 대하여 펄스 형태로 전원을 인가할 수 있고, 컨트롤러는 시간 변화에 따라 서로 다른 높이를 가지는 펄스를 인가하거나, 2개 이상의 펄스를 믹싱(mixing)하여 더 다양한 높이 변화를 가지는 펄스를 인가할 수 있다.The controller may apply power to the xenon lamp 1 in the form of a pulse, and the controller may apply pulses having different heights according to time changes, or mix two or more pulses to change more various heights. The pulse having a can be applied.

보다 구체적으로, 적어도 둘 이상의 펄스 사이클은 펄스 파라미터가 상이하고, 펄스 파라미터는 펄스 강도, 펄스 갭, 펄스 폭 및 펄스 수 중 적어도 어느 하나일 수 있다.More specifically, at least two pulse cycles have different pulse parameters, and the pulse parameter may be at least one of pulse intensity, pulse gap, pulse width, and pulse number.

실시예에 따라, 광소결 공정 장치는 백색광의 광에너지의 펄스 조절을 위한 컨트롤러 및 제논 램프(1)의 온도 조절을 위한 냉각 장치(cooler) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the photosintering process apparatus may further include at least one of a controller for controlling the pulse of the light energy of the white light and a cooler for controlling the temperature of the xenon lamp 1.

또한, 실시예에 따라, 광소결 공정 장치에 포함되는 지지부(5)로 시료(6)에 열을 가하기 위한 히터가 사용될 수도 있다.Further, according to the embodiment, a heater for applying heat to the sample 6 may be used as the support 5 included in the photosintering process apparatus.

또한, 실시예에 따라, 광소결 공정 장치가 히터(5)를 포함하는 경우, 제논 램프(1) 및 히터(5)를 적절히 조절하여 광소결 공정 또는 열소결 공정을 진행하거나, 광소결 공정 및 열소결 공정을 동시에 진행할 수도 있다. Further, according to the embodiment, when the light sintering process apparatus includes a heater 5, the xenon lamp 1 and the heater 5 are properly adjusted to proceed with the light sintering process or the heat sintering process, or the light sintering process and The heat sintering process can also be carried out simultaneously.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in the specification and drawings are merely presented specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It is apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical spirit of the present invention can be carried out in addition to the embodiments disclosed herein.

1: 제논 램프 2: 리플렉터
3: 커패시터 4: 파워 서플라이
5: 지지부 또는 히터 6: 시료
100: 전지 110: 기판
120: 양극 130: 고체 전해질
140: 음극
1: xenon lamp 2: reflector
3: capacitor 4: power supply
5: support or heater 6: sample
100: battery 110: substrate
120: anode 130: solid electrolyte
140: cathode

Claims (12)

기판 상에 양극용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 양극을 형성하는 단계;
상기 양극 상에 고체 전해질용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 고체 전해질을 형성하는 단계; 및
상기 고체 전해질 상에 음극용 페이스트를 도포한 후, 소결시켜 음극을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 양극을 형성하는 단계, 상기 고체 전해질을 형성하는 단계 및 상기 음극을 형성하는 단계 중 적어도 어느 하나의 단계는 광소결 공정에 의해 소결되는 것을 특징으로 하는 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법.
Applying a paste for a cathode on a substrate and then sintering to form a cathode;
Applying a paste for a solid electrolyte on the anode and then sintering to form a solid electrolyte; And
Applying a paste for a negative electrode on the solid electrolyte, and then sintering to form a negative electrode
Including,
At least one of forming the positive electrode, forming the solid electrolyte, and forming the negative electrode is sintered by a photosintering process.
제1항에 있어서,
상기 광소결 공정은 0.1초 내지 10초 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법.
The method of claim 1,
The photo sintering process is a manufacturing method of a battery using a photo sintering process, characterized in that for about 0.1 to 10 seconds.
제1항에 있어서,
상기 양극용 페이스트 및 상기 음극용 페이스트에 대한 광소결 공정은 300℃ 내지 600℃에서 진행되는 것을 특징으로 하는 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법.
The method of claim 1,
The photosintering process for the cathode paste and the anode paste is carried out at 300 ° C to 600 ° C.
제1항에 있어서,
상기 고체 전해질용 페이스트에 대한 광소결 공정은 500℃ 내지 600℃에서 진행되는 것을 특징으로 하는 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법.
The method of claim 1,
The photo sintering process for the paste for the solid electrolyte is a manufacturing method of a battery using a photo sintering process, characterized in that proceeds at 500 ℃ to 600 ℃.
제1항에 있어서,
상기 양극용 페이스트 및 상기 음극용 페이스트에 대한 광소결 공정의 광 에너지는 70J 내지 100J인 것을 특징으로 하는 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법.
The method of claim 1,
The light energy of the photosintering process for the positive electrode paste and the negative electrode paste is 70J to 100J.
제1항에 있어서,
상기 고체 전해질용 페이스트에 대한 광소결 공정의 광 에너지는 90J 내지 130J인 것을 특징으로 하는 광소결 공정을 이용한 전지의 제조 방법.
The method of claim 1,
The light energy of the photosintering process for the solid electrolyte paste is 90J to 130J, the manufacturing method of a battery using a photosintering process.
기판 상에 양극용 페이스트를 이용하여 형성된 양극;
상기 양극 상에 고체 전해질용 페이스트를 이용하여 형성된 고체 전해질; 및
상기 고체 전해질 상에 음극용 페이스트를 이용하여 형성된 음극
을 포함하고,
상기 양극, 상기 고체 전해질 및 상기 음극 중 적어도 어느 하나는 광소결 공정에 의해 소결되는 것을 특징으로 하는 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지.
An anode formed on the substrate using an anode paste;
A solid electrolyte formed on the anode using a paste for solid electrolyte; And
A negative electrode formed on the solid electrolyte using a paste for the negative electrode
Including,
At least one of the positive electrode, the solid electrolyte and the negative electrode is a battery produced using a photo sintering process, characterized in that sintered by a photo sintering process.
제7항에 있어서,
상기 양극용 페이스트는 LiCoO2, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiV3O8, LiFePO4, LiMnPO4, LiCoPO4 및 Li3V2(PO4)3 중 적어도 어느 하나를 포함하는 양극 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지.
The method of claim 7, wherein
The positive electrode paste is of LiCoO 2, LiNiO 2, LiNi 1 -x CoxO 2, LiMnO 2, LiMn 2 O 4, LiV 3 O 8, LiFePO 4, LiMnPO 4, LiCoPO 4 and Li 3 V 2 (PO 4) 3 A battery manufactured using a photosintering process comprising a positive electrode active material including at least one.
제7항에 있어서,
상기 고체 전해질용 페이스트는 산화물(oxide) 계열의 물질 및 설파이드(sulfide) 계열의 물질 중 적어도 어느 하나를 포함하는 고체 리튬-전도성(lithium-conductive) 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지.
The method of claim 7, wherein
The solid electrolyte paste may include a solid lithium-conductive material including at least one of an oxide-based material and a sulfide-based material. Battery prepared by.
제9항에 있어서,
상기 산화물 계열의 물질은 Li-La-Ti-O 또는 Li-La-Zr-O를 포함하는 것을 특징으로 하는 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지.
The method of claim 9,
The oxide-based material is a battery produced using a photo-sintering process characterized in that it comprises Li-La-Ti-O or Li-La-Zr-O.
제9항에 있어서,
상기 설파이드 계열의 물질은 Li2S-P2S5을 포함하는 것을 특징으로 하는 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지.
The method of claim 9,
The sulfide-based material is a battery manufactured using a photosintering process characterized in that it comprises Li 2 SP 2 S 5 .
제7항에 있어서,
상기 음극용 페이스트는 탄소(carbon) 계열의 물질 또는 티타늄 산화물 계열의 물질을 포함하는 인터칼레이션/디인터칼레이션 타입 물질; Si, Ge, Sn, Sb 및 SnO2 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함하는 얼로이/디-얼로이 타입 물질; 및 Fe2O3, Co3O4, MnxOy 및 NiO 중 적어도 어느 하나의 금속 산화물 계열 물질을 포함하는 전환 타입 물질 중 적어도 어느 하나를 포함하는 음극 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광소결 공정을 이용하여 제조된 전지.
The method of claim 7, wherein
The negative electrode paste may include an intercalation / deintercalation type material including a carbon-based material or a titanium oxide-based material; An alloy / de-alloy type material comprising at least one of Si, Ge, Sn, Sb and SnO 2 ; And a negative electrode active material including at least one of a conversion type material including at least one metal oxide-based material of Fe 2 O 3 , Co 3 O 4 , MnxOy, and NiO. Battery prepared by.
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