KR20130139796A - Electrode assembly containing two type cathode and lithium secondary battery containing the same - Google Patents
Electrode assembly containing two type cathode and lithium secondary battery containing the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20130139796A KR20130139796A KR1020130067201A KR20130067201A KR20130139796A KR 20130139796 A KR20130139796 A KR 20130139796A KR 1020130067201 A KR1020130067201 A KR 1020130067201A KR 20130067201 A KR20130067201 A KR 20130067201A KR 20130139796 A KR20130139796 A KR 20130139796A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrode assembly
- unit cell
- lithium manganese
- anode
- lithium
- Prior art date
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
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
-
- 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
- H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
-
- 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
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
- H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
-
- 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
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
- H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
Description
본 발명은 이종 양극을 포함하는 전극 조립체 및 리튬 이차전지에 관한 것이다.
The present invention relates to an electrode assembly and a lithium secondary battery comprising a heterogeneous positive electrode.
최근 충·방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다. Recently, secondary batteries capable of charging and discharging have been widely used as energy sources for wireless mobile devices. The secondary battery is also attracting attention as a power source for an electric vehicle (EV) and a hybrid electric vehicle (HEV), which are proposed as solutions for the air pollution of existing gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels .
전기 자동차용 전원으로서 이차전지는 안전성과 고출력 및 고에너지 밀도를 동시에 얻을 수 있는 특성이 요구되므로, 이를 충족할 수 있는 전지로 리튬 이차전지에 대한 요구가 증대되고 있다. As a secondary battery as a power source for an electric vehicle is required to obtain a safety, high output and high energy density at the same time, the demand for a lithium secondary battery is increasing as a battery that can meet this.
그러나, 종래의 휴대폰이나 노트북에 사용되는 이차전지의 경우 소규모의 전력을 장시간에 걸쳐서 공급하는 고에너지 밀도의 전지이므로, 단시간에 대전력을 공급하는 고출력 밀도의 전지가 요구되는 하이브리드 전기자동차의 전원으로서는 적합하지 못하다. However, since a secondary battery used in a conventional mobile phone or a notebook computer has a high energy density battery that supplies a small amount of power over a long time, a power source of a hybrid electric vehicle requiring a high output density battery that supplies a large amount of power in a short time is required. Not suitable
또한, 종래의 소형전지에 사용되는 리튬 이온전지는 양극에 층상(Layered) 구조의 LiCoO2를 사용하며 음극으로는 흑연계 재료를 사용하는 것이 일반적이지만, LiCoO2의 경우 주 구성원소인 Co가 매우 비싸다는 단점이 있다. In addition, the lithium ion battery used in the conventional small battery uses a layered structure of LiCoO 2 for the positive electrode and a graphite-based material for the negative electrode, but in the case of LiCoO 2 , Co, which is a main component, is very expensive. Has its drawbacks.
전기 자동차용 리튬 이온전지의 양극으로는 저가의 망간으로 구성된 스피넬 구조의 LiMn2O4가 많이 사용된다. 하지만 LiMn2O4의 경우 고온 및 사이클시 망간이 전해액에 용출되어 전지 특성을 퇴화시키므로 이를 방지하기 위한 개선책이 필요하다. 또한, LiMn2O4의 경우 기존의 LiCoO2나 LiNiO2 에 비하여 단위 무게 당 용량이 작은 단점을 가지고 있으므로, 이를 개선하는 전지의 설계가 병행이 되어야 하이브리드 전기 자동차의 전원으로 실용화될 수 있다.
As a positive electrode of a lithium ion battery for an electric vehicle, a spinel structure of LiMn 2 O 4 composed of inexpensive manganese is used. However, in the case of LiMn 2 O 4 , manganese is eluted in the electrolyte at high temperatures and cycles, and thus deteriorates battery characteristics. In addition, LiMn 2 O 4 has a disadvantage in that the capacity per unit weight is smaller than that of conventional LiCoO 2 or LiNiO 2 , so that the design of the battery to improve this can be used as a power source for a hybrid electric vehicle.
본 발명은 안전성 및 고용량을 동시에 만족시킬 수 있는 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지를 제공하고자 한다.
The present invention is to provide an electrode assembly and a lithium secondary battery including the same that can satisfy the safety and high capacity at the same time.
상기 해결하고자 하는 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 양극, 분리막, 음극을 포함하는 단위셀 다수 개가 중첩된 전극 조립체로서, 상기 전극 조립체의 외측 단위셀의 양극은 리튬 망간계 산화물을 포함하며, 상기 전극 조립체의 내측 단위셀의 양극은 리튬 망간니켈코발트계 산화물을 포함하는 전극 조립체를 제공한다.In order to solve the problem to be solved, the present invention is an electrode assembly in which a plurality of unit cells including a positive electrode, a separator, a negative electrode is overlapped, the anode of the outer unit cell of the electrode assembly includes a lithium manganese oxide, An anode of an inner unit cell of the electrode assembly provides an electrode assembly including lithium manganese nickel cobalt oxide.
또한, 본 발명은 상기 전극 조립체를 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다. In addition, the present invention provides a lithium secondary battery including the electrode assembly.
나아가, 본 발명은 상기 리튬 이차전지를 포함하는 전지 모듈 및 전지 팩을 제공한다.
Furthermore, the present invention provides a battery module and a battery pack including the lithium secondary battery.
본 발명은 안전성 및 고용량을 동시에 만족시킬 수 있도록 이종 양극을 포함하는 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로, 상기 전극 조립체의 외측 단위셀의 양극은 리튬망간계 산화물을 포함함으로써 안전성을 발휘하는 한편, 내측 단위셀의 양극은 리튬 망간니켈코발트계 산화물을 포함함으로써 전지용량을 보완해줄 수 있다. The present invention relates to an electrode assembly including a heterogeneous positive electrode and a lithium secondary battery including the same so as to satisfy safety and high capacity at the same time. The anode of the outer unit cell of the electrode assembly exhibits safety by including lithium manganese oxide. On the other hand, the positive electrode of the inner unit cell may include a lithium manganese nickel cobalt-based oxide to supplement the battery capacity.
특히, 높은 안전성의 리튬 망간계 산화물을 상기 전극 조립체의 외측 단위셀의 양극에 포함함으로써 전도성 침상 물체가 이차전지 등의 내부로 관통시 안전성이 향상되고 고용량, 고출력 전지를 구현할 수 있어서 전기자동차의 전원 등 중대형 전지에 효과적으로 사용될 수 있다.
In particular, by including a high safety lithium manganese oxide in the positive electrode of the outer unit cell of the electrode assembly, the safety of the needle-like object penetrates the inside of the secondary battery, such as to improve the safety and to implement a high capacity, high output battery power supply of the electric vehicle It can be effectively used in such medium and large batteries.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 양극을 포함하는 전극 조립체의 단면도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate exemplary embodiments of the invention and, together with the description of the invention, It should not be construed as limited.
1 is a cross-sectional view of an electrode assembly including a hetero anode according to an embodiment of the present invention.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 및 이하에 기술하는 실험 방법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein and the experimental methods described below are well known and commonly used in the art.
전극 조립체Electrode assembly
본 발명의 일 실시예에 따르는 전극 조립체는 양극, 분리막, 음극을 포함하는 단위셀 다수 개가 중첩된 전극 조립체로서, 상기 전극 조립체의 외측 단위셀의 양극은 리튬 망간계 산화물을 포함하며, 상기 전극 조립체의 내측 단위셀의 양극은 리튬 망간니켈코발트계 산화물을 포함할 수 있다.An electrode assembly according to an embodiment of the present invention is an electrode assembly in which a plurality of unit cells including an anode, a separator, and a cathode overlap each other, and an anode of an outer unit cell of the electrode assembly includes a lithium manganese oxide, and the electrode assembly The anode of the inner unit cell of may include lithium manganese nickel cobalt-based oxide.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극 조립체의 외측 단위셀의 양극은 리튬망간계 산화물을 포함함으로써 안전성을 발휘하는 한편, 전극 조립체의 내측 단위셀의 양극은 리튬 망간니켈코발트계 산화물을 포함함으로써 전지용량을 보완해줄 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the anode of the outer unit cell of the electrode assembly exhibits safety by including a lithium manganese oxide, while the anode of the inner unit cell of the electrode assembly comprises a lithium manganese nickel cobalt oxide. It can supplement battery capacity.
구체적으로 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체는 양극, 분리막, 음극을 포함하는 단위셀 다수 개가 중첩된 구조이다. 상기 전극 조립체는 다수의 단위셀을 중첩하여 하나의 전극 조립체를 이루는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. In detail, the electrode assembly according to the exemplary embodiment has a structure in which a plurality of unit cells including an anode, a separator, and a cathode overlap each other. The electrode assembly is not particularly limited as long as it overlaps a plurality of unit cells to form one electrode assembly.
하나의 구체적인 예에서, 단위셀로서 스택형 방식으로 바이셀 또는 풀셀을 만들고 이들을 긴 분리필름(분리막 시트) 상에 다수 개 위치시킨 후 순차적으로 폴딩하여 중첩시킨 전극 조립체일 수 있다. 이러한 구조의 전극 조립체는 기존의 폴딩형과 스택형이 복합된 구조로서 이른바 '스택/폴딩형 전극 조립체'라고 한다. 이에 상기 단위셀은 바이셀 또는 풀셀일 수 있고 하나의 전극 조립체 내에 단위셀이 바이셀만으로 구성되거나 풀셀만으로 구성될 수도 있고, 바이셀과 풀셀이 함께 포함될 수도 있다. In one specific example, it may be an electrode assembly made of a bi-cell or a full cell in a stacked manner as a unit cell, and placed a plurality of them on a long separation film (membrane sheet), and then sequentially folded and folded. The electrode assembly having such a structure is a combination of a conventional folding type and a stack type, which is called a 'stack / folding electrode assembly'. Accordingly, the unit cell may be a bicell or a full cell, and the unit cell may be configured only of the bicell or only the full cell in one electrode assembly, or the bicell and the full cell may be included together.
상기 '풀 셀(full cell)'은, 양극/분리막/음극의 단위 구조로 이루어져 있는 단위 셀로서, 셀의 양측에 각각 양극과 음극이 위치하는 셀이다. 이러한 풀 셀은 가장 기본적인 구조의 양극/분리막/음극 셀과 양극/분리막/음극/분리막/양극/분리막/음극 셀 등을 들 수 있다. 이러한 풀 셀을 사용하여 이차전지 등의 전기화학 셀을 구성하기 위해서는, 분리필름이 개재된 상태에서 양극과 음극이 서로 대면하도록 다수의 풀 셀들을 적층하여야 한다.The 'full cell' is a unit cell having a unit structure of a cathode / separator / cathode, in which an anode and a cathode are positioned on both sides of the cell. Such a full cell includes a cathode / separator / cathode cell and an anode / separator / cathode / separator / anode / separator / cathode cell having the most basic structure. In order to construct an electrochemical cell such as a secondary cell using such a full cell, a plurality of full cells must be stacked such that the anode and the cathode face each other with the separation film interposed therebetween.
상기 '바이셀(bicell)'은, 양극/분리막/음극/분리막/양극의 단위 구조 및 음극/분리막/양극/분리막/음극의 단위구조와 같이 셀의 양측에 동일한 전극이 위치하는 단위 셀이다. 이러한 바이셀을 사용하여 이차전지를 포함한 전기화학 셀을 구성하기 위해서는, 분리필름이 개재된 상태에서 양극/분리막/음극/분리막/양극 구조의 바이셀(양극 바이셀)과 음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 바이셀(음극 바이셀)이 서로 대면하도록 다수의 바이셀들을 적층하여야 한다. 경우에 따라서는, 더 많은 적층 수의 바이셀들도 가능한바, 예를 들어, 양극/분리막/음극/분리막/양극/분리막/음극/분리막/양극 및 음극/분리막/양극/분리막/음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 바이셀도 가능하다.The 'bicell' is a unit cell in which the same electrode is located on both sides of a cell, such as a unit structure of a cathode / separator / cathode / separator / anode and a unit structure of a cathode / separator / anode / separator / cathode. In order to construct an electrochemical cell including a secondary battery using such a bicell, a bicell (anode bicell) and a cathode / separator / anode / of a cathode / separator / cathode / separator / anode structure with a separator film interposed therebetween. A plurality of bicells should be stacked such that the bicell of the separator / cathode structure (cathode bicell) faces each other. In some cases, a larger number of stacks of bicells are also possible, for example anode / separator / cathode / cathode / anode / separator / cathode / separator / anode and cathode / separator / anode / separator / cathode / separator It is also possible to bicell the anode / separator / cathode structure.
스택/폴딩형 구조의 전극 조립체에 대한 더욱 자세한 내용은 본 출원인의 한국 특허출원공개 제2001-0082058호, 제2001-0082059호 및 제2001-0082060호에 개시되어 있으며, 상기 출원들은 본 발명의 내용에 참조로서 합체된다. Further details of the electrode assembly of the stack / foldable structure are disclosed in Korean Patent Application Publication Nos. 2001-0082058, 2001-0082059, and 2001-0082060, which are the subject matter of the present invention. Is incorporated by reference.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 양극을 포함하는 전극 조립체의 단면도를 나타내었다. 이를 참조하면, 전극 조립체(1)는 다수 개의 단위셀들이 중첩된 구조이며, 도 1에서는 본 발명의 이해를 위해 각 단위셀마다 양극만을 표시하여 모식적으로 도시한 것이다.1 is a cross-sectional view of an electrode assembly including a hetero anode according to an embodiment of the present invention. Referring to this, the
도 1을 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(1)는 다수개의 단위셀들이 중첩된 상태에서 전극 조립체의 외측 단위셀(2, 전극 조립체의 외부 측에 위치)의 양극은 양극 활물질로서 리튬 망간계 산화물을 포함하고, 전극 조립체의 내측 단위셀(3, 전극 조립체의 내부 측에 위치)의 양극은 양극 활물질로서 리튬 망간니켈코발트계 산화물을 포함한다. 1, the
구체적으로 살펴보면, 도 1에 있어서,상기 전극 조립체의 양쪽 최외측 단위셀로부터 3단의 외측 단위셀들(2, 사선 무늬)의 양극은 리튬 망간계 산화물을 포함한다. 또한, 상기 전극 조립체의 양쪽 최외측 단위셀로부터 3단의 단위셀들(2, 사선 무늬)을 제외한 부분인, 전극 조립체의 내측 단위셀(3, 민 무늬), 10단의 단위셀들의 양극은 리튬 망간니켈코발트계 산화물을 포함한다. Specifically, in FIG. 1, in each of the
이와 같이 전극 조립체의 외측 단위셀(2)에 안전성이 우수한 리튬 망간계 산화물을 포함함으로써 전지 안전성, 특히 전도성 침상 물체가 이차전지 등의 내부로 관통시 안전성을 확보할 수 있는 한편, 전극 조립체의 내측 단위셀(3)에 포함된 리튬 망간니켈코발트계 산화물에 의해 리튬 망간계 산화물의 부족한 용량 및 출력특성을 보완할 수 있다.As such, by including lithium manganese oxide having excellent safety in the
도 1에서는 상기 전극 조립체의 외측 단위셀(2)의 개수를 3개로 구성하였지만, 이에 한정되지 않으며, 상기 전극 조립체의 외측 단위셀(2)과 전극 조립체의 내측 단위셀(3)의 구성은 리튬 망간계 산화물에 의한 전지의 안전성과 리튬 망간니켈코발트계 산화물에 의한 전지 용량의 측면을 모두 고려하여 사용자의 요구에 따라 적절히 변경할 수 있다. In FIG. 1, the number of the
상세하게는 상기 전극 조립체의 외측 단위셀은 최외측 단위셀, 즉 최상단 단위셀 및/또는 최하단 단위셀 ('최외곽 단위셀')로부터 1단 내지 5단, 더욱 바람직하게는 3단 내지 4단인 것이 바람직하며, 이들 외측 단위셀의 양극은 리튬 망간계 산화물을 포함할 수 있다. 또한, 이를 제외한 내측 단위셀의 양극은 리튬 망간니켈코발트계 산화물을 포함할 수 있다. In detail, the outer unit cell of the electrode assembly is 1 to 5 steps, more preferably 3 to 4 steps from the outermost unit cell, that is, the uppermost unit cell and / or the lowermost unit cell ('outermost unit cell'). Preferably, the anode of these outer unit cells may include a lithium manganese oxide. In addition, the cathode of the inner unit cell except for this may include lithium manganese nickel cobalt-based oxide.
상기 리튬 망간계 산화물의 경우 전기 자동차용 리튬 이온전지의 양극 활물질로 널리 이용되는 재료로서 열적 안전성이 우수하고 가격이 저렴하며 합성이 용이하다는 장점이 있지만, 용량이 작고 부반응에 의한 수명 특성의 저하가 있으며 고온 특성이 열악하고 전도성이 낮다는 문제점이 있다.The lithium manganese oxide is a material widely used as a positive electrode active material of lithium ion batteries for electric vehicles, and has advantages of excellent thermal safety, low cost, and easy synthesis, but small capacity and deterioration of life characteristics due to side reactions. And there is a problem that the high temperature characteristics are poor and the conductivity is low.
반면, 리튬 망간니켈코발트계 산화물의 경우 코발트를 니켈 및 망간으로 부분적으로 대체함으로써, 물질의 종합적인 성능이 매우 향상되고, 비용이 낮아질 수 있다. 예를 들어, LiNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2는 저비용, 고전력 플랫폼, 큰 가역 캐패시티(160~190 mAh/g), 안정한 구조, 우수한 순환 성능, 및 완화된 제조 조건 등 각각의 양극 물질 LiCoO2, LiNiO2, 및 LiMn2O4의 장점들을 모두 갖는다. 그러나, 이 경우에도 장기간 사용시에는 사이클 특성이 급격히 저하되고, 전지에서의 가스발생에 의한 스웰링, 낮은 화학적 안정성 등의 문제는 충분히 해결되지 못하고 있다. On the other hand, in the case of lithium manganese nickel cobalt-based oxide, by partially replacing cobalt with nickel and manganese, the overall performance of the material can be greatly improved and the cost can be lowered. For example, LiNi 1/3 Co 1/ 3
본 발명에서는 이들 이종의 양극을 포함하는 단위셀들을 하나의 전극 조립체 내에 포함시킴으로써 고용량화에 적합한 리튬 망간니켈코발트계 산화물을 이용하면서도 리튬 망간계 산화물에 의해 안전성 문제를 해결할 수 있다.In the present invention, by including the unit cells containing these heterogeneous cathodes in one electrode assembly, safety problems can be solved by lithium manganese oxides while using lithium manganese nickel cobalt oxides suitable for high capacity.
하나의 구체적인 예에서, 상기 리튬 망간계 산화물은 스피넬 구조이고 하기 화학식 1의 조성식을 갖는 것일 수 있다., 특히 바람직한 리튬 망간계 산화물은 x 와 y 가 0 인 LiMn2O4이다. In one specific example, the lithium manganese oxide may have a spinel structure and a composition formula of Formula 1. Particularly preferred lithium manganese oxide is LiMn 2 O 4 x and y is 0.
Li(LixMn2 -x- yMy)O4 (1)Li (Li x Mn 2 -x- y M y ) O 4 (1)
0 ≤ x ≤ 0.2이고, 0 ≤ y ≤ 0.1이며, M 은 Al, Mg, Ni, Co, Fe, Ti, V, Zr 및 Zn로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상의 원소이다. 0 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 0.1, and M is at least one element selected from the group consisting of Al, Mg, Ni, Co, Fe, Ti, V, Zr and Zn.
이와 같이 스피넬 구조를 가지는 리튬 망간계산화물은 4 V(volt) 전위의 리튬 또는 리튬 이차전지의 다른 양극 활물질에 비해 안전성과 가격 측면에서 장점을 지니고 있기 때문에 최근 많이 연구되고 있는 재료이고, 특히 안전성이 가장 중요한 특성으로 되어 있는 자동차용 대용량 이차전지 분야에서는 활발히 연구되고 있는 재료이다. As such, lithium manganese oxide having a spinel structure is a material that has been studied in recent years because it has advantages in terms of safety and price compared to other positive electrode active materials of lithium or lithium secondary batteries having a 4 V (volt) potential, and especially safety It is a material that is being actively researched in the field of large-capacity secondary batteries for automobiles, which are the most important characteristics.
그러나, 이 재료는 충전·방전 사이클(cycle)이 진행됨에 따라 그 용량의 감소가 심하게 일어나기 때문에 수명특성이 나쁜 단점을 안고 있다. 특히, 실제로 대용량의 전지를 제조하기 위하여, 전극의 극판을 두껍게 제조하는 경우에는 전극의 접착력이 상당히 떨어지게 된다. However, this material has a disadvantage in that its lifespan is poor because its capacity decreases severely as the charge / discharge cycle proceeds. In particular, in order to actually manufacture a large capacity battery, when the electrode plate is made thick, the adhesive force of the electrode is considerably inferior.
상기 리튬 망간계 산화물은 1차 입자와 2차 입자로 이루어져 있으며, 2차 입자는 둘 이상의 1차 입자가 응집된 형태일 수 있다. 상기 1차 입자의 크기가 1 내지 5 ㎛ 이고, 2차 입자의 평균 입경이 8 내지 15 ㎛ 인 것이 바람직하다. The lithium manganese oxide is composed of primary particles and secondary particles, the secondary particles may be in the form of agglomeration of two or more primary particles. It is preferable that the size of the said primary particle is 1-5 micrometers, and the average particle diameter of a secondary particle is 8-15 micrometers.
리튬 망간계 산화물의 1차 입자의 크기가 1 ㎛ 미만인 경우는 고온에서 망간의 용출이 심화되어 충분한 수명을 얻을 수 없으며, 1차 입자의 크기가 5 ㎛ 초과일 경우는 리튬 이온의 활물질 내로의 확산이 길어지게 되어 고율(high rate)에서의 방전 특성이 저하될 수 있다. If the size of the primary particles of the lithium manganese oxide is less than 1 μm, the elution of manganese deepens at a high temperature, so that sufficient lifespan cannot be obtained. If the size of the primary particles is more than 5 μm, the diffusion of lithium ions into the active material This becomes long and the discharge characteristic at high rate may fall.
또한, 2차 입자의 평균 입경이 8 ㎛ 미만인 경우는 전극의 용량 및 코팅시 작업성에 문제가 생길 수 있다. 또한, 리튬 망간계 산화물 2차 입자의 평균 입경이 8 ㎛ 미만이면, 바인더의 양을 증가시켜야 하므로 전극의 전기 전도성이 저하되어 전극의 성능이 저하되게 된다. 한편, 리튬 망간계 산화물 2차 입자의 평균 입경이 15 ㎛를 초과하면, 코팅하고자 하는 전극의 두께를 자유롭게 조절하기 어렵고, 특히 전지 제조 후 양극에서 돌출된 리튬 망간계 산화물이 분리막에 손상을 주어 미세한 전기적 쇼트(short)를 유발할 가능성이 크다.
In addition, when the average particle diameter of the secondary particles is less than 8 μm, problems may occur in the capacity of the electrode and workability during coating. In addition, when the average particle diameter of the lithium manganese oxide secondary particles is less than 8 μm, the amount of the binder must be increased, so that the electrical conductivity of the electrode is lowered and the performance of the electrode is lowered. On the other hand, when the average particle diameter of the lithium manganese oxide secondary particles exceeds 15 μm, it is difficult to freely control the thickness of the electrode to be coated, and in particular, lithium manganese oxide protruding from the anode after battery manufacture damages the separator and is fine. It is likely to cause an electrical short.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 리튬 망간니켈코발트계 산화물은 층상 구조이고 하기 화학식 2의 조성식을 갖는 것일 수 있다. In another specific example, the lithium manganese nickel cobalt-based oxide may be a layered structure having a composition formula of the following formula (2).
LizNiaMnbCocO2 (2)Li z Ni a Mn b Co c O 2 (2)
상기 식에서, z+a+b+c=2이고, 0.9≤z≤1.1이며, 0<a, 0<b, 0<c 이다. Wherein z + a + b + c = 2, 0.9 ≦ z ≦ 1.1, and 0 <a, 0 <b, 0 <c.
상기에서 니켈의 함량이 너무 적은 경우에는 높은 용량을 기대하기 어렵고, 너무 많은 경우에는 안전성이 크게 저하될 수 있다. 코발트의 함량에 관련하여, 코발트의 함량이 지나치게 높으면 원료물질의 비용이 증가하고 가역 용량이 감소한다. 코발트의 함량이 지나치게 낮으면 충분한 레이트 특성과 전지의 높은 분말 밀도를 동시에 달성하기 어렵다. 또한 망간 함량이 낮으면 안전성이 떨어지고, 높으면 용량 및 수명 특성이 저하되게 된다.In the case where the nickel content is too small, it is difficult to expect a high capacity, and in too many cases, the safety may be greatly reduced. Regarding the content of cobalt, excessively high content of cobalt increases the cost of the raw materials and reduces the reversible capacity. If the content of cobalt is too low, it is difficult to simultaneously achieve sufficient rate characteristics and high powder density of the battery. In addition, the lower the manganese content, the lower the safety, and the higher the capacity and life characteristics are lowered.
상기 리튬 망간니켈코발트계 산화물은 하기 화학식 2-2의 조성식을 가질 수 있다. The lithium manganese nickel cobalt-based oxide may have a composition formula of the following Chemical Formula 2-2.
LixMyO2 (2-2)Li x M y O 2 (2-2)
상기 식에서, M = M'1 - kAk이고, 여기서, M'는 Ni1 -a-b(Ni1 /2Mn1 /2)aCob로서, 0.65≤a+b≤0.85 및 0.1≤b≤0.4 이며; A 는 도펀트이고; 0≤k<0.05; 및 x+y≒2(상세하게는, x+y=2)로서 0.95≤x≤1.05 이다. 상기 A는 Al, Ti, Zr, P, Ga 및 In으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 원소인 것이 바람직하다. Wherein, M = M '1 - k A k , wherein, M' is Ni 1 -ab (Ni 1/2
상기 화학식 2-2의 양극 활물질은 층상 구조로서 리튬 이온의 흡장 및 방출 층에 전이금속 산화물 층('MO층')으로부터 유래된 Ni 이온이 삽입되어 MO층들을 상호 결합하고 있다. 상기 화학식 2-2로 표시되는 리튬 전이금속 산화물에 포함되어 있는 전이금속의 비율은 니켈 과잉 조성으로서 몰분율로 Ni 0.4 ~ 0.7, Mn 0.05 ~ 0.4, Co 0.1 ~ 0.4의 범위인 것을 특징으로 한다. The cathode active material of Chemical Formula 2-2 has a layered structure in which Ni ions derived from a transition metal oxide layer ('MO layer') are inserted into an occlusion and emission layer of lithium ions, thereby mutually bonding MO layers. The proportion of the transition metal contained in the lithium transition metal oxide represented by Chemical Formula 2-2 is in the range of Ni 0.4 to 0.7, Mn 0.05 to 0.4, and Co 0.1 to 0.4 in molar fraction as the nickel excess composition.
상기 니켈 과잉의 조성을 갖는 양극 활물질은 니켈 이온 삽입에 의해 구조적 안정성이 증가하고 니켈 함량이 높아 높은 용량을 발휘하는 장점이 있다. The positive electrode active material having an excessive composition of nickel has an advantage of increasing its structural stability and high nickel content by inserting nickel ions.
상술한 리튬 망간계 산화물, 리튬 니켈망간코발트계 산화물 등과 같이 금속 원소의 조성을 달리하여 리튬 금속 복합산화물을 제조하는 방법 및 성능은 많은 문헌에 보고되었으며, 당업계에 공지되어 있으므로 그에 대한 설명은 본 명세서에서 생략한다. Methods and performances of producing lithium metal composite oxides by varying the composition of metal elements such as lithium manganese oxide, lithium nickel manganese cobalt oxide, and the like have been reported in many literatures, and are well known in the art, and thus descriptions thereof will be given herein. Omit from.
본 발명에서 단위셀은 바이셀이든 풀셀이든 양극/분리막/음극의 기본구조를 갖고 있다. In the present invention, the unit cell has a basic structure of an anode, a separator, and a cathode whether it is a bicell or a full cell.
양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전제 및 결착제의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode is prepared by, for example, applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder onto a positive electrode current collector, followed by drying, and optionally, a filler is further added to the mixture.
상기 양극 활물질은 앞서 설명한 바와 같이 전극 조립체의 외측 단위셀과 내측 단위셀에 각각 이종의 물질을 사용하여 제조되며, 외측 단위셀의 양극들은 서로 동일하거나 서로 다른 리튬 망간계 산화물을 포함할 수 있으며, 내측 단위셀의 양극들도 서로 동일하거나 서로 다른 리튬 망간니켈코발트계 산화물을 포함할 수 있다.As described above, the cathode active material is manufactured using heterogeneous materials in the outer unit cell and the inner unit cell of the electrode assembly, and the anodes of the outer unit cell may include the same or different lithium manganese oxides. The anodes of the inner unit cell may also include the same or different lithium manganese nickel cobalt-based oxides.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The cathode current collector generally has a thickness of 3 to 500 mu m. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, the surface of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum or stainless steel Surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like can be used. The current collector may have fine irregularities on the surface thereof to increase the adhesive force of the cathode active material, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric are possible.
상기 도전제는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전제는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive agent is usually added in an amount of 1 to 50% by weight based on the total weight of the mixture including the cathode active material. Such a conductive agent is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing a chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.
상기 결착제는 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 결착제의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부틸렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component which assists in binding of the active material and the conductive agent and bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 50% by weight based on the total weight of the mixture containing the cathode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, Polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers, and the like.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the anode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.
또한, 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다.In addition, the negative electrode is manufactured by coating and drying the negative electrode active material on the negative electrode current collector, and if necessary, the components as described above may be further included.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 mu m. Such an anode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and may be formed of a material such as copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, surface of copper or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode collector, fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.
상기 음극 활물질은 비정질 카본 또는 정질 카본을 포함하며, 구체적으로는 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, 및 Bi2O5 등의 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료 등을 사용할 수 있다.The negative electrode active material includes amorphous carbon or crystalline carbon, and specifically, carbon such as non-graphitizable carbon and graphite carbon; LixFe 2 O 3 (0 ≦ x ≦ 1), LixWO 2 (0 ≦ x ≦ 1 ), SnxMe 1-x Me ' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P , Metal complex oxides such as Si,
상기 양극과 음극 사이에서 상기 전극들을 절연시키는 분리막으로는 통상 알려진 폴리올레핀계 분리막이나, 상기 올레핀계 기재에 유,무기 복합층이 형성된 복합 분리막 등을 모두 사용할 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다.
As the separator that insulates the electrodes between the anode and the cathode, a conventionally known polyolefin-based separator or a composite separator in which an organic and inorganic composite layer is formed on the olefin-based substrate may be used, and is not particularly limited.
리튬 이차전지Lithium secondary battery
본 발명은 또한 상술한 전극 조립체를 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다. The present invention also provides a lithium secondary battery comprising the above electrode assembly.
예를 들어 상기와 같은 구조로 이루어진 전극집전체를 전지케이스에 수납한 다음, 전해액을 주입하여 리튬 이차전지를 제조할 수 있다. For example, a lithium secondary battery may be manufactured by storing an electrode current collector having the above structure in a battery case and then injecting an electrolyte solution.
상기 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해질로서, 이는 비수 전해질과 리튬으로 이루어져 있다. The electrolyte is a lithium salt-containing non-aqueous electrolyte, which consists of a non-aqueous electrolyte and lithium.
상기 전해액은 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑 (franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.The electrolyte may be, for example, N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butylarolactone, 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolon, formamide, dimethylformamide, dioxoron, acetonitrile, nitro Methane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxy methane, dioxoron derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydro Aprotic organic solvents such as furan derivatives, ethers, methyl propionate, ethyl propionate and the like can be used.
유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.As the organic solid electrolyte, for example, a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, a polyedgetion lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, an ion Polymers including sex dissociating groups and the like can be used.
무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다. As the inorganic solid electrolyte, for example, Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Li Nitrides, halides, sulfates, and the like of 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2, and the like can be used.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4-페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a good material to be dissolved in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li,
또한, 비수계 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.For the purpose of improving charge / discharge characteristics, flame retardancy, etc., non-aqueous electrolytes may be used in the form of, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride, etc. are added It is possible. In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability, or a carbon dioxide gas may be further added to improve high-temperature storage characteristics.
본 발명은 또한 상기 리튬 이차전지를 포함하는 전지 모듈을 포함한다.The present invention also includes a battery module including the lithium secondary battery.
나아가, 본 발명은 상기 전지 모듈을 포함하는 전지 팩을 포함한다.Furthermore, the present invention includes a battery pack including the battery module.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전지 팩은 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)로 이루어진 군에서 선택된 전기차; E-바이크; E-스쿠터; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기 트럭; 및 전기 상용차로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 전원으로 사용될 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the battery pack includes a power tool; Electric vehicles selected from the group consisting of electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); E-bikes; E-scooters; Electric golf cart; Electric truck; And it can be used as one or more power sources selected from the group consisting of electric commercial vehicles.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. The scope of the present invention should be interpreted based on the scope of the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be interpreted in accordance with the following claims: It is to be understood that the invention is not limited thereto.
1 : 전극 조립체
2 : 외측 단위셀
3 : 내측 단위셀1: electrode assembly
2: outer unit cell
3: inner unit cell
Claims (13)
상기 전극 조립체의 외측 단위셀의 양극은 리튬 망간계 산화물을 포함하며,
상기 전극 조립체의 내측 단위셀의 양극은 리튬 망간니켈코발트계 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
An electrode assembly in which a plurality of unit cells including an anode, a separator, and a cathode are overlapped,
The anode of the outer unit cell of the electrode assembly includes a lithium manganese oxide,
The anode of the inner unit cell of the electrode assembly is characterized in that the lithium manganese nickel cobalt-based oxide.
상기 전극 조립체는 스택형의 단위셀을 긴 시트형 분리필름으로 폴딩한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
The method of claim 1,
The electrode assembly is an electrode assembly, characterized in that the stack-folded electrode assembly of the structure in which the stack-type unit cell of the sheet-like separation film folded.
상기 단위셀은 풀셀, 바이셀, 또는 풀셀과 바이셀이 함께 포함되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
The method of claim 1,
The unit cell may include a full cell, a bicell, or a full cell and a bicell together.
상기 외측 단위셀은 최외측 단위셀로부터 1단 내지 5단인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
The method of claim 1,
The outer unit cell is an electrode assembly, characterized in that 1 to 5 stages from the outermost unit cell.
상기 외측 단위셀은 최외측 단위셀로부터 3단 내지 4단인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
5. The method of claim 4,
The outer unit cell is an electrode assembly, characterized in that 3 to 4 stages from the outermost unit cell.
상기 리튬 망간계 산화물은 스피넬 구조이고, 하기 화학식 1의 조성식을 갖는 것을 특징으로 하는 전극 조립체:
Li(LixMn2 -x- yMy)O4 (1)
0 ≤ x ≤ 0.2이고,
0 ≤ y ≤ 0.1이며,
M 은 Al, Mg, Ni, Co, Fe, Ti, V, Zr 및 Zn로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상의 원소이다.
The method of claim 1,
The lithium manganese oxide has a spinel structure, the electrode assembly characterized in that it has a composition of the formula (1):
Li (Li x Mn 2 -x- y M y ) O 4 (1)
0 ≤ x ≤ 0.2,
0 ≤ y ≤ 0.1,
M is at least one element selected from the group consisting of Al, Mg, Ni, Co, Fe, Ti, V, Zr and Zn.
상기 리튬 망간니켈코발트계 산화물은 층상 구조이고, 하기 화학식 2의 조성식을 갖는 것을 특징으로 하는 전극 조립체:
LizNiaMnbCocO2 (2)
상기 식에서,
z+a+b+c=2이고,
0.9≤z≤1.1이며,
0<a, 0<b, 0<c 이다.
The method of claim 1,
The lithium manganese nickel cobalt-based oxide is a layered structure, characterized in that the electrode assembly having a formula of the formula (2):
Li z Ni a Mn b Co c O 2 (2)
In this formula,
z + a + b + c = 2,
0.9≤z≤1.1,
0 <a, 0 <b, 0 <c.
상기 리튬 망간니켈코발트계 산화물은 하기 화학식 2-2의 조성식을 갖는 것을 특징으로 하는 전극 조립체:
LixMyO2 (2-2)
상기 식에서,
M = M'1 - kAk이고, 여기서,
M'는 Ni1 -a-b(Ni1 /2Mn1 /2)aCob로서, 0.65≤a+b≤0.85 및 0.1≤b≤0.4 이며;
A 는 Al, Ti, Zr, P, Ga 및 In으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 원소이고;
0≤k<0.05; 및 x+y≒2로서 0.95≤x≤1.05 이다.
The method of claim 1,
The lithium manganese nickel cobalt-based oxide electrode assembly characterized in that it has a composition formula of the formula 2-2:
Li x M y O 2 (2-2)
In this formula,
M = M ' 1 - k A k , where
M 'is Ni 1 -ab (Ni 1/2 Mn 1/2) a a Co b, 0.65≤a + b≤0.85, and 0.1≤b≤0.4, and;
A is any one selected from the group consisting of Al, Ti, Zr, P, Ga and In or two or more elements thereof;
0 ≦ k <0.05; And 0.95 ≦ x ≦ 1.05 as x + y ≒ 2.
상기 리튬 망간계 산화물은 LiMn2O4인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
The method according to claim 6,
The lithium manganese oxide is an electrode assembly, characterized in that LiMn 2 O 4 .
A lithium secondary battery comprising the electrode assembly according to any one of claims 1 to 9.
A battery module comprising the lithium secondary battery according to claim 10.
A battery pack comprising the battery module according to claim 11.
상기 전지 팩은 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)로 이루어진 군에서 선택된 전기차; E-바이크; E-스쿠터; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기 트럭; 및 전기 상용차로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.13. The method of claim 12,
The battery pack includes a power tool; Electric vehicles selected from the group consisting of electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); E-bikes; E-scooters; Electric golf cart; Electric truck; And an electric commercial vehicle is used as at least one power source.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120063146 | 2012-06-13 | ||
| KR20120063146 | 2012-06-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130139796A true KR20130139796A (en) | 2013-12-23 |
Family
ID=49984862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130067201A KR20130139796A (en) | 2012-06-13 | 2013-06-12 | Electrode assembly containing two type cathode and lithium secondary battery containing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20130139796A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020022823A1 (en) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Battery including multiple unit cells having different characteristics in electrical conductivity of anode and electronic device including same |
| US11245106B2 (en) | 2018-04-12 | 2022-02-08 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Electrode assembly and rechargeable battery including same |
| US11909040B2 (en) | 2018-11-29 | 2024-02-20 | Lg Energy Solution, Ltd. | Electrode assembly |
-
2013
- 2013-06-12 KR KR1020130067201A patent/KR20130139796A/en active Search and Examination
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11245106B2 (en) | 2018-04-12 | 2022-02-08 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Electrode assembly and rechargeable battery including same |
| WO2020022823A1 (en) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Battery including multiple unit cells having different characteristics in electrical conductivity of anode and electronic device including same |
| US11784300B2 (en) | 2018-07-27 | 2023-10-10 | Samsung Electronics Co., Ltd | Battery including multiple unit cells having different characteristics in electronic conductivity of anode and electronic device including same |
| US11909040B2 (en) | 2018-11-29 | 2024-02-20 | Lg Energy Solution, Ltd. | Electrode assembly |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2672552B1 (en) | Positive electrode active material, and lithium secondary battery comprising same | |
| KR102095930B1 (en) | Positive Electrode Active Material Comprising High-voltage Lithium Cobalt Oxide Having Doping element for Lithium Secondary Battery and Method of Manufacturing the Same | |
| US9147880B2 (en) | Electrode active material containing polydopamine and lithium secondary battery including the same | |
| US9799878B2 (en) | High voltage positive active material and lithium secondary battery comprising the same | |
| US9673444B2 (en) | Method of manufacturing electrode for lithium secondary battery and electrode manufactured using the same | |
| EP2816640B1 (en) | Electrode and secondary battery including same | |
| KR101684347B1 (en) | Electrode Assembly Having Insulating Material Added on Outermost Surface and Secondary Battery Comprising the Same | |
| EP2811569B1 (en) | Lithium secondary battery exhibiting excellent performance | |
| US9780370B2 (en) | Lithium manganese-based oxide and cathode active material including the same | |
| US10008720B2 (en) | Method of preparing positive electrode active material for lithium secondary batteries | |
| KR20120114811A (en) | Positive electrode active material for secondary battery comprising lithium cobalt-based oxide of improved performance and lithium secondary battery comprising the same | |
| KR101684325B1 (en) | - Hybrid Stack Folding Typed Electrode Assembly and Secondary Battery Comprising the Same | |
| US11024845B2 (en) | Moisture-limited electrode active material, moisture-limited electrode and lithium secondary battery comprising the same | |
| US9356312B2 (en) | Method for preparing secondary battery and the secondary battery prepared by using the same | |
| US20140356696A1 (en) | Electrode active material with low moisture retention and lithium secondary battery including the same | |
| CN103797622B (en) | There is the cathode active material for secondary battery of the high rate performance of raising | |
| US9564635B2 (en) | Lithium secondary battery with excellent performance | |
| KR20130139796A (en) | Electrode assembly containing two type cathode and lithium secondary battery containing the same | |
| US9831493B2 (en) | Cathode active material and lithium secondary battery comprising the same | |
| KR20130050473A (en) | Cathode having double coating structure for lithium secondary battery | |
| CN102870257B (en) | Cathode active material for secondary battery | |
| KR20150043704A (en) | Hybrid Stack ＆ Folding Typed Electrode Assembly and Secondary Battery Comprising the Same | |
| US20230261185A1 (en) | Sacrificial Positive Electrode Material With Reduced Gas Emissions, And Lithium Secondary Battery Comprising Same | |
| KR101392803B1 (en) | Positive Electrode for Secondary Battery Comprising Cathode Active Material of Different Size, and Lithium Secondary battery Comprising the Same | |
| KR101506317B1 (en) | Cathode for Lithium Secondary Battery |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment |