KR100782868B1 - 비수 전해질 2차 전지를 충전하기 위한 충전 방법 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (30)
- 음극, 양극 및 다수 종류의 비수 용매들(nonaqueous solvents)을 포함하는 전해질을 포함하는 비수 전해질 2차 전지를 초회에 충전하는 충전 방법으로서, 상기 비수 용매들은 주 용매 및 상기 주 용매의 것보다 높은 환원 전위를 갖는 하나 이상의 종류의 비수 용매들을 포함하는, 상기 충전 방법에 있어서,제 1 충전 처리를 달성하기 위해, 상기 주 용매의 것보다 높은 환원 전위를 갖는 비수 용매들 중 어느 하나가 환원되고 분해되고 상기 주 용매는 환원 및 분해되지 않는 전위로, 상기 음극의 전위가 유지되는 제 1 충전 단계를 포함하는 2 이상의 단계들로 구성된 충전 단계들을 포함하는, 충전 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 음극의 전위가 상기 제 1 충전 단계의 전위보다 낮도록 충전 동작이 수행되는 제 2 충전 단계를 포함하는, 충전 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 주 용매의 환원 전위보다 높은 비수 용매의 환원 전위가 A이고, 상기 주 용매에서 가장 높은 전위를 갖는 비수 용매의 환원 전위가 B이고, 상기 음극의 전위가 E라고 가정하면, 상기 제 1 충전 단계는 B < E < A 의 관계를 만족하도록 수행되고, 상기 제 2 충전 단계는 E < B 의 관계를 만족하도록 수행되는, 충전 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 2 충전 단계는 상기 비수 전해질 2차 전지를 완전히 충전하는 충전 단계인, 충전 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 충전 단계는 정전류하에서, 또는 정전류 정전압하에서 상기 비수 전해질 2차 전지를 충전함으로써 수행되는, 충전 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 충전 단계의 충전 전류값은 10%C 또는 그 이하인, 충전 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 충전 단계에서 환원되고 분해된 비수 용매는 비닐렌 카보네이트 또는 그로부터의 유도체들인, 충전 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 비수 용매들에 포함된 상기 비닐렌 카보네이트 또는 그로부터의 유도체들의 양은 상기 비수 용매들 전체의 0.05중량% 내지 5중량% 인, 충전 방법.
- 제 1 항에 있어서,에틸렌 카보네이트 또는 프로필렌 카보네이트가 상기 주 용매로서 포함된, 충전 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 음극은 음극 활성 재료로서 탄소 재료를 포함하는, 충전 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 음극은 구리로 구성된 전류 컬렉터를 가지며, 구리의 용리(熔離)를 막기 위한 초회 충전 단계가 상기 제 1 충전 단계 이전에 수행되는, 충전 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 초회 충전 단계는 전지 전압이 0.5V 내지 1.0V에 이를 때까지 수행되는, 충전 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전해질은 전해액인, 충전 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전해질은 겔(gel) 전해질 또는 고체(solid) 전해질인, 충전 방법.
- 음극, 양극 및 다수 종류의 비수 용매들을 포함하는 전해질을 포함하는 비수 전해질 2차 전지를 초회에 충전하는 충전 방법으로서, 상기 비수 용매들은 주 용매 및 상기 주 용매의 것보다 높은 환원 전위를 갖는 하나 이상의 종류의 비수 용매들을 포함하는, 상기 충전 방법에 있어서,제 1 충전 처리를 달성하기 위해, 리튬 금속의 전위를 기준으로서 사용함으로써 상기 음극의 전위가 0.7V 내지 3.0V 범위에 있도록, 정전류 충전의 종지 전압(end voltage)의 값 또는 정전류 정전압 충전의 정전압의 값이 설정되는 제 1 충전 단계를 포함하는 2 이상의 단계들로 구성된 충전 단계들을 포함하는, 충전 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 음극의 전위가 상기 제 1 충전 단계의 전위보다 낮도록 충전 동작이 수행되는 제 2 충전 단계를 포함하는, 충전 방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 주 용매의 환원 전위보다 높은 비수 용매의 환원 전위가 A이고, 상기 주 용매에서 가장 높은 환원 전위를 갖는 비수 용매의 환원 전위가 B이고, 상기 음극의 전위가 E라고 가정하면, 상기 제 1 충전 단계는 B < E < A 의 관계를 만족하도록 수행되고, 상기 제 2 충전 단계는 E < B 의 관계를 만족하도록 수행되는, 충전 방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 제 2 충전 단계는 상기 비수 전해질 2차 전지를 완전히 충전하는 충전 단계인, 충전 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 제 1 충전 단계는 정전류하에서, 또는 정전류 정전압하에서 상기 비수 전해질 2차 전지를 충전함으로써 수행되는, 충전 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 제 1 충전 단계의 충전 전류값은 10%C 또는 그 이하인, 충전 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 주용매의 것보다 높은 환원 전위를 갖는 비수 용매들은 비닐렌 카보네이트 또는 그로부터의 유도체들을 포함하며, 상기 비닐렌 카보네이트 또는 그로부터의 유도체들은 상기 제 1 충전 단계에서 환원 및 분해되는, 충전 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 비수 용매들에 포함된 상기 비닐렌 카보네이트 또는 그로부터의 유도체들의 양은 상기 비수 용매들 전체의 0.05중량% 내지 5중량%인, 충전 방법.
- 제 15 항에 있어서,에틸렌 카보네이트 또는 프로필렌 카보네이트가 상기 주 용매로서 포함된, 충전 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 비수 전해질 2차 전지는 음극 활성 재료로서 탄소 재료를 포함하는 음극, 및 양극 활성 재료로서 LiCoCO2 또는 Co의 일부를 다른 원소들로 치환함으로써 얻어진 리튬 코발트 합성 산화물을 포함하는 양극을 포함하며, 상기 제 1 충전 단계는 상기 종지 전압의 값 또는 상기 정전압의 값이 3.1V 내지 3.7V의 범위에 있는 정전류 충전 또는 정전류 정전압 충전으로 하고, 그 뒤, 종지 전압의 값 또는 정전압의 값이 상기 제 1 충전 단계의 상기 종지 전압의 값 또는 상기 정전압의 값을 초과하고 4.4V보다 크지 않은 정전류 충전 또는 정전류 정전압 충전이 제 2 충전 단계로서 수행되는, 충전 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 비수 전해질 2차 전지는 음극 활성 재료로서 탄소 재료를 포함하는 음극, 및 양극 활성 재료로서 LiMn2O4, LiNiO2 또는 Mn 또는 Ni의 일부를 다른 원소들로 치환함으로써 얻어진 리튬 합성 산화물들 중에서 선택된 적어도 한 종류의 리튬 합성 산화물을 포함하는 양극을 포함하며, 상기 제 1 충전 단계는 상기 종지 전압의 값 또는 상기 정전압의 값이 2.8V 내지 3.6V의 범위에 있는 정전류 충전 또는 정전류 정전압 충전으로 하고, 그 뒤, 종지 전압의 값 또는 정전압의 값이 상기 제 1 충전 단계의 상기 종지 전압의 값 또는 상기 정전압의 값을 초과하고 4.4V보다 크지 않은 정전류 충전 또는 정전류 정전압 충전이 제 2 충전 단계로서 수행되는, 충전 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 비수 전해질 2차 전지는 음극 활성 재료로서 탄소 재료를 포함하는 음극, 및 양극 활성 재료로서 LiFePO4 또는 Fe의 일부를 다른 원소들로 치환함으로써 얻어진 올리빈 합성 산화물을 포함하는 양극을 포함하며, 상기 제 1 충전 단계는 상기 종지 전압의 값 또는 상기 정전압의 값이 2.5V 내지 2.9V의 범위에 있는 정전류 정전압 충전으로 하고, 그 뒤, 종지 전압의 값 또는 정전압의 값이 상기 제 1 충전 단계의 상기 종지 전압의 값 또는 상기 정전압의 값을 초과하고 4.4V보다 크지 않은 정전류 충전 또는 정전류 정전압 충전이 제 2 충전 단계로서 수행되는, 충전 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 음극은 구리로 구성된 전류 컬렉터를 가지며, 구리의 용리를 막기 위한 초회 충전 단계가 상기 제 1 충전 단계 이전에 수행되는, 충전 방법.
- 제 27 항에 있어서,상기 초회 충전 단계는 전지 전압이 0.5V 내지 1.0V에 이를 때까지 수행되는, 충전 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 전해질은 전해액인, 충전 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 전해질은 겔 전해질 또는 고체 전해질인, 충전 방법.
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