KR20210073669A - Negative current collector, negative electrode and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

Negative current collector, negative electrode and lithium secondary battery comprising the same Download PDF

Info

Publication number
KR20210073669A
KR20210073669A KR1020190163864A KR20190163864A KR20210073669A KR 20210073669 A KR20210073669 A KR 20210073669A KR 1020190163864 A KR1020190163864 A KR 1020190163864A KR 20190163864 A KR20190163864 A KR 20190163864A KR 20210073669 A KR20210073669 A KR 20210073669A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
negative electrode
lithium
current collector
secondary battery
lithium secondary
Prior art date
Application number
KR1020190163864A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
정구진
유지상
우상길
이제남
Original Assignee
한국전자기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자기술연구원 filed Critical 한국전자기술연구원
Priority to KR1020190163864A priority Critical patent/KR20210073669A/en
Publication of KR20210073669A publication Critical patent/KR20210073669A/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/665—Composites
    • H01M4/667—Composites in the form of layers, e.g. coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H01M4/382—Lithium
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Abstract

The present invention relates to a negative electrode current collector, a negative electrode including the same, and a lithium secondary battery. The present invention is provided to realize good bonding strength with lithium, high energy density, weight reduction of a battery, improvement of safety, and stabilization of a lithium metal charging and discharging shape. The lithium secondary battery according to the present invention includes a negative electrode current collector and a negative electrode including lithium metal bonded to the negative electrode current collector. The negative electrode current collector of the negative electrode includes a polymer-based substrate, a current collecting layer formed on the polymer-based substrate, and a lithium-affinity metal layer formed on the current collecting layer to induce stable bonding between the current collecting layer and the lithium metal.

Description

음극 집전체, 그를 포함하는 음극 및 리튬이차전지{Negative current collector, negative electrode and lithium secondary battery comprising the same}Negative current collector, negative electrode and lithium secondary battery comprising the same

본 발명은 리튬이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고분자계 기판을 기초로 하는 음극 집전체, 그를 포함하는 음극 및 리튬이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly, to a negative electrode current collector based on a polymer-based substrate, a negative electrode including the same, and a lithium secondary battery.

휴대용의 소형 전기 전자기기의 보급이 확산됨에 따라 니켈수소전지나 리튬이차전지와 같은 신형의 이차전지 개발이 활발하게 진행되고 있다.With the spread of portable small electric and electronic devices, the development of a new type of secondary battery such as a nickel hydride battery or a lithium secondary battery is actively progressing.

리튬이차전지는 양극, 전해질 및 음극을 포함하고, 리튬금속을 음극 활물질로 사용하는 전지이다. 리튬이 매우 이온화 경향이 큰 금속이기 때문에, 고전압 발현이 가능하여 에너지밀도가 높은 전지 개발이 이루어지고 있다.A lithium secondary battery includes a positive electrode, an electrolyte, and a negative electrode, and is a battery using lithium metal as an anode active material. Since lithium is a metal with a very high ionization tendency, high voltage expression is possible, and a battery with high energy density is being developed.

이러한 리튬이차전지는 차세대전지로서 장기간에 걸쳐서 이용되고 있다. 리튬이차전지의 음극 집전체로는 구리금속을 주로 사용하며, 10㎛ 이내의 박막 포일을 사용한다.Such a lithium secondary battery has been used for a long time as a next-generation battery. Copper metal is mainly used as an anode current collector of a lithium secondary battery, and a thin film foil within 10 μm is used.

하지만 구리금속으로 제조된 음극 집전체의 경우, 리튬과의 접합력이 부족하고 에너지밀도 향상에 제한이 따르기 때문에, 고에너지밀도의 리튬이차전지를 구현하는 데는 한계가 있다.However, in the case of an anode current collector made of copper metal, there is a limitation in realizing a lithium secondary battery having a high energy density because bonding strength with lithium is insufficient and there is a limitation in energy density improvement.

등록특허공보 제10-2032265호 (2019.10.16. 공고)Registered Patent Publication No. 10-2032265 (2019.10.16. Announcement)

따라서 본 발명의 목적은 리튬과의 접합력이 양호하고 고에너지밀도를 구현할 수 있는 음극 집전체, 그를 포함하는 음극 및 리튬이차전지를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a negative electrode current collector having good bonding strength with lithium and realizing high energy density, a negative electrode including the same, and a lithium secondary battery.

본 발명의 다른 목적은 전지의 경량화, 안전성 향상, 리튬금속 충방전 형상의 안정화를 구현할 수 있는 음극 집전체, 그를 포함하는 음극 및 리튬이차전지를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a negative electrode current collector capable of realizing weight reduction of a battery, improved safety, and stabilization of a lithium metal charge/discharge shape, a negative electrode including the same, and a lithium secondary battery.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고분자계 기판; 상기 고분자계 기판 위에 형성된 집전층; 및 상기 집전층 위에 형성되며, 상기 집전층과 리튬금속 간의 안정적인 접합을 유도하는 리튬 친화성 금속층;을 포함하는 리튬이차전지용 음극 집전체를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a polymer-based substrate; a current collecting layer formed on the polymer-based substrate; and a lithium-affinity metal layer formed on the current collector layer and inducing a stable bonding between the current collector layer and the lithium metal.

상기 고분자계 기판의 소재는 polyethylene terephthalate(PET), Polydimethylsiloxane(PDMS), polyimide(PI), polyamide(PA), polyethylene(PE) 및 polyaclonitrile(PAN)으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The material of the polymer-based substrate may include at least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polydimethylsiloxane (PDMS), polyimide (PI), polyamide (PA), polyethylene (PE) and polyaclonitrile (PAN).

상기 집전층의 소재는 Cu, Fe, Al 및 C로 이루어진 그룹에서 선택된 하나를 포함할 수 있다.The material of the current collecting layer may include one selected from the group consisting of Cu, Fe, Al and C.

상기 리튬 친화성 금속층의 소재는 Zn, Sn, Ag, Al, Si, Ge, In, Pb, Bi, Sb 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The material of the lithium affinity metal layer may include at least one selected from the group consisting of Zn, Sn, Ag, Al, Si, Ge, In, Pb, Bi, Sb, and alloys thereof.

상기 리튬 친화성 금속층은 물리적 증착 또는 무전해 도금으로 형성될 수 있다.The lithium affinity metal layer may be formed by physical vapor deposition or electroless plating.

본 발명은 또한 상기 음극 집전체; 및 상기 음극 집전체에 접합된 리튬금속;을 포함하는 리튬이차전지용 음극을 제공한다.The present invention also includes the negative electrode current collector; and lithium metal bonded to the anode current collector.

그리고 본 발명은 양극; 전해질; 및 상기 음극 집전체와, 상기 음극 집전체에 접합된 리튬금속을 구비하는 음극;을 포함하는 리튬이차전지를 제공한다.And the present invention is a positive electrode; electrolyte; and a negative electrode comprising a lithium metal bonded to the negative electrode current collector and the negative electrode current collector;

본 발명에 따르면, 음극 집전체는 고분자계 기판을 기초로 하여 집전층이 적층되고, 집전층 위에 집전층과 리튬금속 간의 안정적인 접합을 유도하는 리튬 친화성 금속층이 적층된 구조를 갖기 때문에, 음극 집전체와 리튬금속 간의 양호한 접합을 구현할 수 있다.According to the present invention, the anode current collector has a structure in which a current collector layer is stacked based on a polymer-based substrate, and a lithium affinity metal layer that induces stable bonding between the current collector layer and lithium metal is stacked on the current collector layer. Good bonding between the whole and lithium metal can be realized.

본 발명에 따른 음극 집전체는 고분자계 기판을 기초로 하기 때문에, 음극 집전체의 경량화를 통해서 궁극적으로 리튬이차전지를 경량화할 수 있다.Since the negative electrode current collector according to the present invention is based on a polymer-based substrate, it is possible to ultimately reduce the weight of the lithium secondary battery through weight reduction of the negative electrode current collector.

본 발명에 따른 음극 집전체는 고분자계 기판을 기초로 하기 때문에, 구리금속을 음극 집전체로 사용하는 것과 비교해서, 안전성을 향상시킬 수 있다.Since the anode current collector according to the present invention is based on a polymer-based substrate, it is possible to improve safety compared to using copper metal as the anode current collector.

더불어 본 발명에 따른 음극 집전체는 리튬금속 충방전 형상의 안정화를 구현하여 고신뢰성의 리튬이차전지를 제공할 수 있다.In addition, the negative electrode current collector according to the present invention can provide a lithium secondary battery with high reliability by implementing the stabilization of the shape of the lithium metal charging and discharging.

따라서 본 발명에 따른 음극 집전체를 포함하는 리튬이차전지는 고에너지밀도, 고안정성, 고신뢰성을 구현할 수 있다.Therefore, the lithium secondary battery including the anode current collector according to the present invention can implement high energy density, high stability, and high reliability.

도 1은 본 발명에 따른 리튬이차전지용 음극 집전체를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 음극 집전체를 포함하는 리튬이차전지용 음극을 보여주는 단면도이다.
도 3은 실시예에 따른 음극 집전체의 SEM 사진이다.
도 4는 도 3의 SEM-EDS 분석 결과를 보여주는 사진이다.
도 5는 실시예 및 비교예1에 따른 음극 집전체에 리튬금속이 접합된 상태를 보여주는 SEM 사진이다.
도 6은 도 5의 실시예에 따른 음극 집전체와 리튬금속 간의 접합력을 평가한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 7은 실시예 및 비교예1에 따른 음극 집전체를 포함하는 리튬이차전지의 초기 충방전 곡선을 보여주는 그래프이다.
도 8은 실시예 및 비교예2에 따른 음극 집전체를 포함하는 리튬이차전지의 수명 특성을 보여주는 그래프이다.
도 9는 도 8의 수명 특성 평가에 따른 음극의 리튬금속의 두께 변화 및 균일도를 측정한 그래프이다.1 is a cross-sectional view showing a negative electrode current collector for a lithium secondary battery according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a negative electrode for a lithium secondary battery including the negative electrode current collector of FIG. 1 .
3 is an SEM photograph of a negative electrode current collector according to an embodiment.
4 is a photograph showing the SEM-EDS analysis result of FIG. 3 .
5 is an SEM photograph showing a state in which lithium metal is bonded to the negative electrode current collector according to Example and Comparative Example 1. Referring to FIG.
6 is a graph showing a result of evaluating the bonding force between the negative electrode current collector and the lithium metal according to the embodiment of FIG. 5 .
7 is a graph showing an initial charge/discharge curve of a lithium secondary battery including a negative electrode current collector according to Example and Comparative Example 1. Referring to FIG.
8 is a graph showing the lifespan characteristics of a lithium secondary battery including a negative electrode current collector according to Example and Comparative Example 2. Referring to FIG.
9 is a graph measuring the thickness change and uniformity of the lithium metal of the negative electrode according to the evaluation of the lifespan characteristics of FIG. 8 .

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.It should be noted that, in the following description, only parts necessary for understanding the embodiments of the present invention are described, and descriptions of other parts will be omitted without departing from the gist of the present invention.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms or words used in the present specification and claims described below should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors have appropriate concepts of terms in order to best describe their inventions. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined in Accordingly, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical spirit of the present invention, so various equivalents that can be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be variations and variations.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 리튬이차전지용 음극 집전체를 보여주는 단면도이다. 그리고 도 2는 도 1의 음극 집전체를 포함하는 리튬이차전지용 음극을 보여주는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a negative electrode current collector for a lithium secondary battery according to the present invention. And FIG. 2 is a cross-sectional view showing a negative electrode for a lithium secondary battery including the negative electrode current collector of FIG. 1 .

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 리튬이차전지용 음극(30)은 음극 집전체(10)와, 음극 집전체(10)에 접합된 리튬금속(20)을 포함한다. 음극 집전체(10)는 고분자계 기판(11), 집전층(13) 및 리튬 친화성 금속층(15)을 포함한다. 집전층(13)은 고분자계 기판(11) 위에 형성된다. 그리고 리튬 친화성 금속층(15)은 집전층(13) 위에 형성되며, 집전층(15)과 리튬금속(20) 간의 안정적인 접합을 유도한다.1 and 2 , the negative electrode 30 for a lithium secondary battery according to the present invention includes a negative electrode current collector 10 and a lithium metal 20 bonded to the negative electrode current collector 10 . The negative electrode current collector 10 includes a polymer-based substrate 11 , a current collector layer 13 , and a lithium-affinity metal layer 15 . The current collecting layer 13 is formed on the polymer-based substrate 11 . In addition, the lithium affinity metal layer 15 is formed on the current collector layer 13 , and induces stable bonding between the current collector layer 15 and the lithium metal 20 .

여기서 고분자계 기판(11)은 음극 집전체(10)의 기저층이다. 고분자계 기판(11) 위에 집전층(13)과 리튬 친화성 금속층(15)이 차례로 적층되어 형성된다. 리튬 친화성 금속층(15) 위에 리튬금속(20)이 접합된다.Here, the polymer-based substrate 11 is a base layer of the anode current collector 10 . A current collecting layer 13 and a lithium-affinity metal layer 15 are sequentially stacked on the polymer-based substrate 11 . A lithium metal 20 is bonded on the lithium affinity metal layer 15 .

고분자계 기판(11)의 소재로는 polyethylene terephthalate(PET), Polydimethylsiloxane(PDMS), polyimide(PI), polyamide(PA), polyethylene(PE) 및 polyaclonitrile(PAN)으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나가 사용될 수 있다.At least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polydimethylsiloxane (PDMS), polyimide (PI), polyamide (PA), polyethylene (PE) and polyaclonitrile (PAN) may be used as the material of the polymer-based substrate 11 . have.

집전층(13)은 고분자계 기판(11) 위에 형성되며, 리튬이차전지의 구동 시, 양극으로부터 전달된 리튬이 전착될 수 있는 사이트(site)를 제공한다. 이러한 집전층(13)의 소재로는 구리가 사용될 수 있으며, 그 외 Fe, Al 및 C로 이루어진 그룹에서 선택된 하나가 사용될 수 있다. 집전층(13)을 구리로 형성하는 경우, 구리를 물리적 증착 또는 무전해 도금을 통하여 고분자계 기판(11) 위에 형성할 수 있다.The current collecting layer 13 is formed on the polymer-based substrate 11 and provides a site on which lithium transferred from the positive electrode can be electrodeposited when the lithium secondary battery is driven. Copper may be used as a material of the current collecting layer 13, and in addition, one selected from the group consisting of Fe, Al, and C may be used. When the current collecting layer 13 is formed of copper, copper may be formed on the polymer-based substrate 11 through physical vapor deposition or electroless plating.

리튬 친화성 금속층(15)은 집전층(13) 위에 형성되며, 집전층(13)과 리튬금속(20) 간의 양호한 접합을 유도한다. 리튬 친화성 금속층(15)의 소재로는 Zn, Sn, Ag, Al, Si, Ge, In, Pb, Bi, Sb 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나가 사용될 수 있다. 리튬 친화성 금속층(15)은 물리적 증착 또는 무전해 도금을 통하여 집전층(13) 위에 형성할 수 있다. 이러한 리튬 친화성 금속층(15)은 한 층 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다.The lithium affinity metal layer 15 is formed on the current collector layer 13 , and induces good bonding between the current collector layer 13 and the lithium metal 20 . At least one selected from the group consisting of Zn, Sn, Ag, Al, Si, Ge, In, Pb, Bi, Sb, and alloys thereof may be used as a material of the lithium affinity metal layer 15 . The lithium affinity metal layer 15 may be formed on the current collecting layer 13 through physical vapor deposition or electroless plating. The lithium affinity metal layer 15 may be formed of one layer or a plurality of layers.

그리고 리튬금속(20)은 음극 집전체(10)의 리튬 친화성 금속층(15) 위에 접합된다.And the lithium metal 20 is bonded on the lithium affinity metal layer 15 of the negative electrode current collector 10 .

[실시예 및 비교예][Examples and Comparative Examples]

이와 같은 본 발명에 따른 음극 집전체를 이용한 리튬이차전지의 물리적 및 전기적 특성을 확인하기 위해서 아래와 같이 실시예 및 비교예에 따른 음극 집전체를 제조하고, 제조한 음극 집전체를 기반으로 풀셀의 리튬이차전지를 제조하였다.In order to confirm the physical and electrical characteristics of the lithium secondary battery using the negative electrode current collector according to the present invention, the negative electrode current collector according to the Examples and Comparative Examples was prepared as follows, and based on the prepared negative electrode current collector, lithium of a full cell A secondary battery was manufactured.

실시예에 따른 음극 집전체는 PET 기판 위에 구리를 코팅하여 구리층을 형성하고, 구리층 위에 리튬 친화성 Ag 금속을 코팅하여 제조하였다.The negative electrode current collector according to the embodiment was prepared by coating copper on a PET substrate to form a copper layer, and coating a lithium-friendly Ag metal on the copper layer.

실시예에 따른 음극 집전체가 도 3 및 도 4에 도시되어 있다. 도 3은 실시예에 따른 음극 집전체의 SEM 사진이다. 그리고 도 4는 도 3의 SEM-EDS 분석 결과를 보여주는 사진이다.An anode current collector according to an embodiment is shown in FIGS. 3 and 4 . 3 is an SEM photograph of a negative electrode current collector according to an embodiment. And FIG. 4 is a photograph showing the SEM-EDS analysis result of FIG. 3 .

도 3 및 도 4를 참조하면, PET 기판은 수 ㎛ 내지 수십 ㎛의 두께를 갖는다. 구리층의 두께는 300nm 이고, 은층의 두께는 200nm 이다. SEM-EDS 분석 결과를 통해서, PET 기판 위에 구리 소재의 구리층과 은 소재의 은층이 형성되어 있음을 확인할 수 있다.3 and 4 , the PET substrate has a thickness of several μm to several tens of μm. The thickness of the copper layer is 300 nm, and the thickness of the silver layer is 200 nm. Through the SEM-EDS analysis result, it can be confirmed that a copper layer of copper material and a silver layer of silver material are formed on the PET substrate.

비교예1에 따른 음극 집전체는 PET 기판 위에 구리를 코팅하여 구리층을 포함한다. 구리층의 두께는 300nm 이다.The negative electrode current collector according to Comparative Example 1 includes a copper layer by coating copper on a PET substrate. The thickness of the copper layer is 300 nm.

비교예2에 따른 음극 집전체는 10㎛ 두께의 구리박막을 사용하였다.The negative electrode current collector according to Comparative Example 2 used a copper thin film having a thickness of 10 μm.

[리튬 접합성 평가][Lithium bondability evaluation]

도 5는 실시예에 따른 음극 집전체에 리튬금속이 접합된 상태를 보여주는 SEM 사진이다. 그리고 도 6은 도 5의 실시예에 따른 음극 집전체와 리튬금속 간의 접합력을 평가한 결과를 보여주는 그래프이다.5 is a SEM photograph showing a state in which lithium metal is bonded to the negative electrode current collector according to the embodiment. And FIG. 6 is a graph showing a result of evaluating the bonding force between the negative electrode current collector and the lithium metal according to the embodiment of FIG. 5 .

도 5를 참조하면, 실시예에 따른 음극 집전체 위에 리튬금속을 접합시킨 음극이 비교예1에 따른 음극 집전체 위에 리튬금속을 접합시킨 음극과 비교할 때, 기공 등의 결함 없이 음극 집전체와 리튬금속 간에 안정적으로 접합된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, when the negative electrode in which lithium metal is bonded on the negative electrode collector according to the embodiment is compared with the negative electrode in which lithium metal is bonded on the negative electrode collector according to Comparative Example 1, the negative electrode collector and lithium without defects such as pores It can be seen that the metal is stably bonded.

이로 인해 도 6을 참조하면, 실시예가 비교예1 보다 음극 집전체와 리튬금속 간의 접합력이 더 높은 것을 확인할 수 있다.For this reason, referring to FIG. 6 , it can be seen that the bonding strength between the negative electrode current collector and the lithium metal is higher in Example than Comparative Example 1.

[전기적 특성 평가][Evaluation of electrical properties]

도 7은 실시예 및 비교예1에 따른 음극 집전체를 포함하는 리튬이차전지의 초기 충방전 곡선을 보여주는 그래프이다.7 is a graph showing an initial charge/discharge curve of a lithium secondary battery including a negative electrode current collector according to Example and Comparative Example 1. Referring to FIG.

도 7을 참조하면, 실시예 및 비교예1에 따른 음극 집전체를 이용하여 풀셀을 제조한 후 초기 충방전 특성을 평가하였다. 실시예가 비교예1과 비교하여 낮은 과전압의 안정적인 충방전 거동을 확인할 수 있다. 이러한 안정적인 충방전 거동은 음극 집전체와 리튬금속 간의 안정적인 접합에 의한 것으로 판단된다.Referring to FIG. 7 , after preparing a full cell using the negative electrode current collector according to Example and Comparative Example 1, initial charge/discharge characteristics were evaluated. Compared with Comparative Example 1, Example 1 can confirm a stable charging/discharging behavior of a low overvoltage. This stable charging/discharging behavior is considered to be due to the stable bonding between the negative electrode current collector and the lithium metal.

도 8은 실시예 및 비교예2에 따른 음극 집전체를 포함하는 리튬이차전지의 수명 특성을 보여주는 그래프이다. 그리고 도 9는 도 8의 수명 특성 평가에 따른 음극의 리튬금속의 두께 변화 및 균일도를 측정한 그래프이다.8 is a graph showing the lifespan characteristics of a lithium secondary battery including a negative electrode current collector according to Example and Comparative Example 2. Referring to FIG. And FIG. 9 is a graph measuring the thickness change and uniformity of the lithium metal of the negative electrode according to the evaluation of the lifespan characteristics of FIG. 8 .

도 8 및 도 9를 참조하면, 실시예 및 비교예2에 따른 음극 집전체를 이용하여 풀셀을 제조한 후 수명 특성을 평가하였다. Referring to FIGS. 8 and 9 , life characteristics were evaluated after manufacturing a full cell using the negative electrode current collector according to Example and Comparative Example 2.

실시예가 비교예2와 비교하여, 향상된 수명 특성, 감소된 부피팽창 및 균일한 두께 분포 결과를 확인하였다. 이것은 실시예에 따른 음극의 저항 특성이 전지 전체 내부에서 최적화됨으로써, 전지 내부 전류 밀도 분포를 균일하게 하여 얻은 결과로 판단된다. 또한 실시예에 따른 음극 집전체는 PET 기판의 물성으로 인해 리튬금속의 전착 및 탈착 시 발생하는 응력 및 변위 영향이 최소화되어 나타난 결과로 판단된다.Example compared to Comparative Example 2, improved life characteristics, reduced volume expansion, and uniform thickness distribution results were confirmed. This is judged to be the result obtained by uniformizing the current density distribution inside the battery by optimizing the resistance characteristics of the negative electrode according to the embodiment within the entire battery. In addition, the negative electrode current collector according to the embodiment is judged as a result of minimizing the effect of stress and displacement occurring during electrodeposition and desorption of lithium metal due to the physical properties of the PET substrate.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments disclosed in the present specification and drawings are merely presented as specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It is obvious to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains that other modifications based on the technical spirit of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.

10 : 음극 집전체
11 : 고분자계 기판
13 : 집전층
15 : 구리 리튬 친화성 금속층
20 : 리튬금속
30 : 음극10: negative electrode current collector
11: polymer-based substrate
13: current collecting layer
15: copper lithium affinity metal layer
20: lithium metal
30: cathode

Claims (12)

고분자계 기판;
상기 고분자계 기판 위에 형성된 집전층; 및
상기 집전층 위에 형성되며, 상기 집전층과 리튬금속 간의 안정적인 접합을 유도하는 리튬 친화성 금속층;
을 포함하는 리튬이차전지용 음극 집전체.polymer-based substrates;
a current collecting layer formed on the polymer-based substrate; and
a lithium affinity metal layer formed on the current collecting layer and inducing a stable bonding between the current collecting layer and a lithium metal;
A negative electrode current collector for a lithium secondary battery comprising a. 제1항에 있어서,
상기 고분자계 기판의 소재는 polyethylene terephthalate(PET), Polydimethylsiloxane(PDMS), polyimide(PI), polyamide(PA), polyethylene(PE) 및 polyaclonitrile(PAN)으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 음극 집전체.According to claim 1,
The material of the polymer-based substrate comprises at least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polydimethylsiloxane (PDMS), polyimide (PI), polyamide (PA), polyethylene (PE) and polyaclonitrile (PAN). anode current collector for lithium secondary batteries. 제2항에 있어서,
상기 집전층의 소재는 Cu, Fe, Al 및 C로 이루어진 그룹에서 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 음극 집전체.3. The method of claim 2,
The material of the current collector layer is an anode current collector for a lithium secondary battery, characterized in that it comprises one selected from the group consisting of Cu, Fe, Al and C. 제3항에 있어서,
상기 리튬 친화성 금속층의 소재는 Zn, Sn, Ag, Al, Si, Ge, In, Pb, Bi, Sb 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 음극 집전체.4. The method of claim 3,
The material of the lithium-friendly metal layer is Zn, Sn, Ag, Al, Si, Ge, In, Pb, Bi, Sb, and an anode collector for a lithium secondary battery, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of alloys thereof all. 제4항에 있어서,
상기 리튬 친화성 금속층은 물리적 증착 또는 무전해 도금으로 형성하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 음극 집전체.5. The method of claim 4,
The lithium-friendly metal layer is a negative electrode current collector for a lithium secondary battery, characterized in that formed by physical vapor deposition or electroless plating. 음극 집전체; 및
상기 음극 집전체에 접합된 리튬금속;을 포함하며,
상기 음극 집전체는,
고분자계 기판;
상기 고분자계 기판 위에 형성된 집전층; 및
상기 집전층 위에 형성되며, 상기 집전층과 상기 리튬금속 간의 안정적인 접합을 유도하는 리튬 친화성 금속층;
을 포함하는 리튬이차전지용 음극.negative electrode current collector; and
Lithium metal bonded to the negative electrode current collector;
The negative electrode current collector,
polymer-based substrates;
a current collecting layer formed on the polymer-based substrate; and
a lithium affinity metal layer formed on the current collecting layer and inducing a stable bonding between the current collecting layer and the lithium metal;
A negative electrode for a lithium secondary battery comprising a. 제6항에 있어서,
상기 고분자계 기판의 소재는 polyethylene terephthalate(PET), Polydimethylsiloxane(PDMS), polyimide(PI), polyamide(PA), polyethylene(PE) 및 polyaclonitrile(PAN)으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 음극.7. The method of claim 6,
The material of the polymer-based substrate comprises at least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polydimethylsiloxane (PDMS), polyimide (PI), polyamide (PA), polyethylene (PE) and polyaclonitrile (PAN). anode for lithium secondary batteries. 제7항에 있어서,
상기 집전층의 소재는 Cu, Fe, Al 및 C로 이루어진 그룹에서 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 음극.8. The method of claim 7,
The material of the current collecting layer is a lithium secondary battery negative electrode, characterized in that it comprises one selected from the group consisting of Cu, Fe, Al and C. 제8항에 있어서,
상기 리튬 친화성 금속층의 소재는 Zn, Sn, Ag, Al, Si, Ge, In, Pb, Bi, Sb 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 음극.9. The method of claim 8,
The material of the lithium-friendly metal layer is a negative electrode for a lithium secondary battery, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of Zn, Sn, Ag, Al, Si, Ge, In, Pb, Bi, Sb, and alloys thereof. 양극;
전해질; 및
음극 집전체와, 상기 음극 집전체에 접합된 리튬금속을 구비하는 음극;을 포함하며,
상기 음극의 음극 집전체는,
고분자계 기판;
상기 고분자계 기판 위에 형성된 집전층; 및
상기 집전층 위에 형성되며, 상기 집전층과 상기 리튬금속 간의 안정적인 접합을 유도하는 리튬 친화성 금속층;
을 포함하는 리튬이차전지.anode;
electrolyte; and
A negative electrode current collector and a negative electrode comprising lithium metal bonded to the negative electrode current collector;
The negative electrode current collector of the negative electrode,
polymer-based substrates;
a current collecting layer formed on the polymer-based substrate; and
a lithium affinity metal layer formed on the current collecting layer and inducing a stable bonding between the current collecting layer and the lithium metal;
A lithium secondary battery comprising a. 제10항에 있어서,
상기 집전층의 소재는 Cu, Fe, Al 및 C로 이루어진 그룹에서 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.11. The method of claim 10,
The material of the current collecting layer is a lithium secondary battery, characterized in that it comprises one selected from the group consisting of Cu, Fe, Al and C. 제11항에 있어서,
상기 리튬 친화성 금속층의 소재는 Zn, Sn, Ag, Al, Si, Ge, In, Pb, Bi, Sb 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.12. The method of claim 11,
The material of the lithium-friendly metal layer is a lithium secondary battery, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of Zn, Sn, Ag, Al, Si, Ge, In, Pb, Bi, Sb, and alloys thereof.
KR1020190163864A 2019-12-10 2019-12-10 Negative current collector, negative electrode and lithium secondary battery comprising the same KR20210073669A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190163864A KR20210073669A (en) 2019-12-10 2019-12-10 Negative current collector, negative electrode and lithium secondary battery comprising the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190163864A KR20210073669A (en) 2019-12-10 2019-12-10 Negative current collector, negative electrode and lithium secondary battery comprising the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210073669A true KR20210073669A (en) 2021-06-21

Family

ID=76599859

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190163864A KR20210073669A (en) 2019-12-10 2019-12-10 Negative current collector, negative electrode and lithium secondary battery comprising the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210073669A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023027306A1 (en) * 2021-08-25 2023-03-02 울산과학기술원 Anode current collector and metal battery comprising same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102032265B1 (en) 2019-07-02 2019-10-16 주식회사 풍산 Method for producing porous copper for a negative electrode current collector of a lithium secondary battery, and porous copper produced therefrom, and a negative electrode current collector of a lithium secondary battery

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102032265B1 (en) 2019-07-02 2019-10-16 주식회사 풍산 Method for producing porous copper for a negative electrode current collector of a lithium secondary battery, and porous copper produced therefrom, and a negative electrode current collector of a lithium secondary battery

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023027306A1 (en) * 2021-08-25 2023-03-02 울산과학기술원 Anode current collector and metal battery comprising same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6979513B2 (en) Battery including carbon foam current collectors
CN103649378B (en) Electrolytic copper foil, the manufacture method of this electrolytic copper foil and using this electrolytic copper foil as the lithium rechargeable battery of collector body
CA2509961C (en) Composite material and current collector for battery
KR101522656B1 (en) Cable-Type Secondary Battery
US20090291353A1 (en) Electrode protection in both aqueous and non-aqueous electrochemical cells, including rechargeable lithium batteries
WO2005101545A1 (en) Electrical contact for current collectors of electrochemical cells and method therefor
WO2018155468A1 (en) Electrochemical device
AU2010249719A1 (en) Composite current collector and methods therefor
JP2014137958A (en) Electrode, metal-air battery and method of manufacturing electrode
JP6954572B2 (en) A method for manufacturing a metal negative electrode and the metal negative electrode, and a secondary battery provided with the metal negative electrode.
CN111226327A (en) Lithium solid-state battery and method for manufacturing lithium solid-state battery
US9281537B2 (en) Method of fabricating thin film electrodes including metal tubes filled with active material
KR20210073669A (en) Negative current collector, negative electrode and lithium secondary battery comprising the same
CN114843620A (en) Solid-state battery and preparation method thereof
JP2011243311A (en) Collector for lithium ion battery
EP3614463A1 (en) Electrode structure of electrochemical energy storage device and manufacturing method thereof
US20130266871A1 (en) Electrical conductor for electrochemical cells
JP7444357B2 (en) Method for manufacturing a cylindrical battery case with improved surface roughness
CN108028317A (en) The manufacture method of secondary cell and secondary cell
JP2014192137A (en) Secondary battery
CN109643783A (en) Separator-current-collector-unit for primary battery monomer
EP3703159A1 (en) Lead tab, and pouch-type battery comprising same
US20120223681A1 (en) Electrodes, Batteries, Electrode Production Methods, and Battery Production Methods
JP5159624B2 (en) Electrode plate grid
KR20210071610A (en) Lithium metal composite electrode and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application