KR100965710B1 - Secondary battery comprising lithium titanium oxide - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극, 음극 및 전해액을 포함하는 이차전지에서, 음극은 집전체와 음극활물질로 조성식 LiaTi3-aO4 (0<a<3)인 리튬 티탄산화물을 포함하고, 상기 집전체는 상기 리튬 티탄산화물 보다 낮은 전위에서 리튬과 합금화 반응이 일어나는 금속 또는 이의 합금이며, 양극활물질에 대한 음극활물질의 용량비가 1.5 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다. 본 발명의 이차전지는 음극과 미반응한 리튬이 집전체와 합금화 반응이 일어나므로, 충전 말기의 전지 전압을 올릴 수 있으며, 전지의 에너지 밀도가 향상된다.In the present invention, a secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte solution, the negative electrode includes a lithium titanium oxide having a composition formula Li a Ti 3-a O 4 (0 <a <3) as a current collector and a negative electrode active material. Is a metal or an alloy thereof in which an alloying reaction occurs with lithium at a lower potential than the lithium titanium oxide, and provides a secondary battery having a capacity ratio of the negative electrode active material to the positive electrode active material of 1.5 or more. In the secondary battery of the present invention, since the negative electrode and the unreacted lithium are alloyed with the current collector, the battery voltage at the end of charging can be increased, and the energy density of the battery is improved.

이차 전지, 에너지 밀도 향상, 리튬 티탄산화물, 용량비 Secondary battery, energy density improvement, lithium titanium oxide, capacity ratio

Description

리튬 티탄산화물을 포함하는 이차전지 {SECONDARY BATTERY COMPRISING LITHIUM TITANIUM OXIDE}Secondary battery containing lithium titanium oxide {SECONDARY BATTERY COMPRISING LITHIUM TITANIUM OXIDE}

도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 전지의 충방전 그래프이다.1 is a charge and discharge graph of the battery prepared in Example 1 of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제조한 전지의 수명특성을 나타내는 그래프이다.2 is a graph showing the life characteristics of the battery prepared in Example 1 of the present invention.

도 3는 본 발명의 비교예 1에서 제조한 전지의 충방전 그래프이다.Figure 3 is a charge and discharge graph of the battery prepared in Comparative Example 1 of the present invention.

도 4은 본 발명의 실시예 2와 비교예 2에서 제조한 전지의 방전 그래프이다.4 is a discharge graph of the battery prepared in Example 2 and Comparative Example 2 of the present invention.

본 발명은 리튬 티탄산화물을 포함하는 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery containing lithium titanium oxide.

리튬 이차 전지의 음극활물질로서 1970년대에 리튬 금속을 이용한 리튬 이차 전지가 사용되기도 하였으나, 리튬 금속을 음극으로 사용할 경우, 전지의 충방전 과정 중 리튬 금속의 표면에 덴드라이트(dendrite)가 형성되어 전지 단락 및 전지 폭발의 위험성이 있다. Although a lithium secondary battery using lithium metal was used as a negative electrode active material of a lithium secondary battery in the 1970s, when lithium metal was used as a negative electrode, dendrite was formed on the surface of the lithium metal during the charge and discharge of the battery. There is a risk of short circuit and battery explosion.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 1990년대 이후로 작동 전압이 리튬 금속과 유사하며, 구조적으로도 안정하여 가역적으로 리튬 이온을 받아들이거나 공급할 수 있어 수명특성이 우수한 탄소계 물질을 음극활물질로서 널리 사용하고 있으나, 전지의 안전성을 확보하기에는 아직 미흡한 실정이다.In order to solve this problem, since the 1990s, the operating voltage is similar to that of lithium metal, and it is structurally stable and can reversibly accept or supply lithium ions. However, it is still insufficient to secure the safety of the battery.

최근 리튬이온의 안전성을 향상시키는 방법 중 하나로 음극활물질로서 리튬 티탄산화물을 사용하는 시도가 발표되고 있다. 리튬 티탄산화물을 사용하여 전지를 제조할 경우, 리튬의 흡장 방출 전압이 1.5V 정도로 높기 때문에 전해액 선택의 자유도가 증가하고, 고속 충방전 진행시 리튬의 석출 가능성이 적다는 장점이 있다. 또한, 현재 음극활물질로 사용되는 카본 계열의 활물질에서 공통적으로 나타나는 리튬이 흡장된 카본과 바인더로 사용되는 PVDF와의 반응이 없기 때문에 열적 안전성이 뛰어나다는 장점이 있다.Recently, attempts to use lithium titanium oxide as a negative electrode active material as a method of improving the safety of lithium ions have been announced. When the battery is manufactured using lithium titanium oxide, since the occlusion and discharge voltage of lithium is about 1.5V, the degree of freedom of selecting an electrolyte is increased, and there is an advantage that the precipitation of lithium is small during high-speed charging and discharging. In addition, since there is no reaction between lithium- occluded carbon and PVDF used as a binder, which are commonly present in a carbon-based active material used as a negative electrode active material, there is an advantage of excellent thermal safety.

따라서, 리튬 티탄산화물을 음극활물질로서 적용하여 전지를 개발하려는 연구가 이루어지고 있으나, 아직까지 수반되는 에너지 밀도의 감소를 해결하기 위한 연구는 진행되지 않고 있으며, 전지의 구동전압을 4V 이상으로 진행한 예는 없다. 기존 발표자료를 보면, 일본공개특허공보 제2001-243952호에서는 2.7V로 설명하고 있고, 일본공개특허공보 제2005-100771호에서는 3V, 일본공개특허공보 제2005-142047호에서는 2.8V로 한정되어 있는 실정이다. 그리고, 상기 리튬 티탄산화물을 음극활물질로 사용하는 경우는 카본을 음극활물질로 사용하는 경우에 비하여 전지의 에너지 밀도가 떨어지는 단점이 있으며, 이는 하기 표 1과 같다.Therefore, researches have been made to develop a battery by applying lithium titanium oxide as a negative electrode active material, but there are no studies to solve the accompanying decrease in energy density, and the driving voltage of the battery is increased to 4V or higher. There is no example. In the existing published data, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-243952 describes 2.7V, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-100771 is 3V and Japanese Patent Laid-Open No. 2005-142047 is limited to 2.8V. There is a situation. In addition, when the lithium titanium oxide is used as the negative electrode active material, the energy density of the battery is lower than that of the carbon used as the negative electrode active material, which is shown in Table 1 below.

카본을 사용한
종래 리튬 이차 전지
Using carbon
Conventional Lithium Secondary Battery
Li4/3Ti5/3O4를 사용한
종래 리튬 이차전지
With Li 4/3 Ti 5/3 O 4
Conventional Lithium Secondary Battery
평균 전압(V)Average voltage (V) 3.63.6 2.32.3 에너지 밀도(Wh/ℓ)Energy Density (Wh / ℓ) 340340 160160

본 발명은 리튬 티탄산화물 보다 낮은 전위에서 리튬과 합금화 반응이 일어나는 금속 또는 이의 합금 집전체와 음극활물질로서 리튬 티탄산화물을 포함한 음극을 사용하고, 종래 전지에서 적용하던 양극활물질에 대한 음극활물질의 용량비를 역으로 취하여, 음극활물질과 미반응한 리튬이 음극에 포함된 집전체와 합금화 되도록 하여 충전 말기의 전지 전압을 향상시키고, 전지의 에너지 밀도를 향상시킨 이차전지를 제공하고자 한다. The present invention uses a metal or an alloy current collector thereof and a negative electrode including lithium titanium oxide as a negative electrode active material, in which an alloying reaction occurs at a lower potential than lithium titanium oxide, and a capacity ratio of the negative electrode active material to the positive electrode active material used in a conventional battery. Taken in reverse, the negative electrode active material and the unreacted lithium are to be alloyed with the current collector contained in the negative electrode to improve the battery voltage at the end of the charge, to provide a secondary battery improved the energy density of the battery.

본 발명은 양극, 음극 및 전해액을 포함하는 이차전지에서, 음극은 집전체와 음극활물질로 조성식 LiaTi3-aO4 (0<a<3)인 리튬 티탄산화물을 포함하고, 상기 집전체는 상기 리튬 티탄산화물 보다 낮은 전위에서 리튬과 합금화 반응이 일어나는 금속 또는 이의 합금이며, 양극활물질에 대한 음극활물질의 용량비가 1.5 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.In the present invention, a secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte solution, the negative electrode includes a lithium titanium oxide having a composition formula Li a Ti 3-a O 4 (0 <a <3) as a current collector and a negative electrode active material. Is a metal or an alloy thereof in which an alloying reaction occurs with lithium at a lower potential than the lithium titanium oxide, and provides a secondary battery having a capacity ratio of the negative electrode active material to the positive electrode active material of 1.5 or more.

이하, 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

음극활물질로 사용하는 리튬 티탄산화물은 리튬의 탈리, 삽입 반응의 전위가 1.5V 정도로 높기 때문에 상용화된 양극활물질을 이용하여 전지를 구성하는 경우 음극활물질에 삽입된 리튬이 탈리되는 전위는 2.3~2.4V의 평탄전위를 가지게 되어 에너지 밀도의 감소가 나타나는 단점이 있다. Lithium titanium oxide used as the negative electrode active material has a high potential of 1.5V for the desorption and insertion reaction of lithium. Thus, when a battery is constructed using a commercially available positive electrode active material, the potential of the lithium inserted into the negative electrode active material is 2.3 to 2.4V. It has a flat potential of has a disadvantage of reducing the energy density.

양극활물질에 대한 음극활물질의 용량비를 1.5 이상으로 하여 전지를 제조하 는 경우, 충전시 음극활물질에 삽입되지 못한 잉여의 리튬은 집전체와 합금화 반응이 일어날 수 있고, 방전시 생성된 합금에서 리튬의 탈리가 일어날 수 있으므로, 합금화 반응에 의해 전지 충방전 전압이 변화되어 결과적으로 전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 음극의 금속박 집전체로 알루미늄을 사용하고 양극활물질에 대한 음극활물질의 용량비를 1.5 이상으로 할 경우, 음극활물질과 미반응한 리튬은 집전체인 알루미늄과 0.2±0.05V 부근에서 합금화 반응이 일어날 수 있고, 이로 인해 충전 말기의 전지 전압을 올릴 수 있다. When the battery is manufactured with the capacity ratio of the negative electrode active material to the positive electrode active material being 1.5 or more, the excess lithium that is not inserted into the negative electrode active material during charging may cause an alloying reaction with the current collector, Since desorption may occur, the charge / discharge voltage of the battery is changed by the alloying reaction, and as a result, the energy density of the battery can be improved. For example, when aluminum is used as the metal foil current collector of the negative electrode and the capacity ratio of the negative electrode active material to the positive electrode active material is 1.5 or more, the unreacted lithium with the negative electrode active material is alloyed at around 0.2 ± 0.05 V with the current collector aluminum. This can happen, thereby raising the battery voltage at the end of charging.

그러나, 양극활물질에 대한 음극활물질의 용량비가 1.5 미만이 되는 경우에는 리튬과 집전체와의 합금화 반응의 비가역 때문에, 0.2±0.05V 부근에서 나타나는 리튬과 집전체와의 합금화 반응을 효과적으로 이용할 수 없게 되어 효과적으로 에너지 밀도를 향상시킬 수 없다. 따라서, 전극의 용량비는 적어도 1.5 이상으로 높아야 리튬과 알루미늄의 합금화 반응을 이용한 고에너지 밀도의 전지 구현이 가능하다. However, when the capacity ratio of the negative electrode active material to the positive electrode active material is less than 1.5, due to the irreversible alloying reaction between lithium and the current collector, the alloying reaction between lithium and the current collector appearing at around 0.2 ± 0.05 V cannot be effectively used. Cannot effectively improve energy density. Therefore, the capacity ratio of the electrode must be at least 1.5 or higher to enable a battery of high energy density using an alloying reaction of lithium and aluminum.

또한, 본 발명에 따른 이차전지의 구동전압은 3.0V를 초과할 수 있다. 전지의 충전 전압을 결정하는 양극활물질의 고전압 수명특성이 양호한 경우에는 전지 전압을 4.2V까지 구현 가능하며, 그렇지 않은 경우에는 활물질 용량비를 조절하여 구동전압을 조절할 수 있다. In addition, the driving voltage of the secondary battery according to the present invention may exceed 3.0V. When the high voltage life characteristic of the positive electrode active material that determines the charging voltage of the battery is good, the battery voltage can be realized up to 4.2 V. Otherwise, the driving voltage can be controlled by adjusting the active material capacity ratio.

본 발명의 이차전지를 구성하는 음극은 음극활물질로서 리튬 티탄산화물과 집전체를 포함하여 이루어질 수 있다.The negative electrode constituting the secondary battery of the present invention may include a lithium titanium oxide and a current collector as a negative electrode active material.

상기 집전체는 상기 리튬 티탄산화물 보다 낮은 전압에서 리튬과 합금화 반 응이 일어나는 금속 또는 이의 합금을 사용할 수 있고, 바람직한 예로는 알루미늄 또는 이의 합금 등이 있다.The current collector may use a metal or an alloy thereof in which the alloying reaction occurs with lithium at a lower voltage than the lithium titanium oxide, and preferred examples thereof include aluminum or an alloy thereof.

또한, 상기 음극활물질로서 리튬 티탄산화물은 조성식 LiaTi3-aO4 (0<a<3)로 표시되는 리튬 티탄산화물을 사용할 수 있다. 그 비제한적인 예로는 Li4/3Ti5/3O4, LiTi2O4, Li4/5Ti11/5O4 등이 있으며, 이들 리튬 티탄산화물의 1종 이상을 사용할 수 있다.In addition, the lithium titanium oxide may be a lithium titanium oxide represented by the composition formula Li a Ti 3-a O 4 (0 <a <3) as the negative electrode active material. Non-limiting examples thereof include Li 4/3 Ti 5/3 O 4 , LiTi 2 O 4 , Li 4/5 Ti 11/5 O 4 , and the like, and one or more of these lithium titanium oxides may be used.

한편, 양극은 리튬을 흡장 방출할 수 있는 양극활물질을 포함하여 이루어질 수 있다.On the other hand, the positive electrode may be made of a positive electrode active material capable of storing and releasing lithium.

양극활물질로는 일반적으로 리튬이 인터칼레이션(intercalation) 되는 구조를 가지는 전이금속을 포함한 산화물이면 된다. 비제한적인 예로, LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, Li(NiaCobMnc)O2(0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LiNi1-YCoYO2, LiCo1-YMnYO2, LiNi1-YMnYO2 (여기에서, 0<Y<1), Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn2-zNizO4, LiMn2-zCozO4(여기에서, 0<z<2), LiCoPO4, LiFePO4 등의 리튬 망간 복합산화물, 리튬 니켈 산화물, 리튬 코발트 산화물 및 이들 산화물의 망간, 니켈, 코발트의 일부를 다른 전이금속 등으로 치환한 것 또는 리튬을 함유한 산화바나듐 등이 사용 가능하다.In general, the positive electrode active material may be an oxide containing a transition metal having a structure in which lithium is intercalated. Non-limiting examples include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li (Ni a Co b Mn c ) O 2 (0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1, a + b + c = 1), LiNi 1-Y Co Y O 2 , LiCo 1-Y Mn Y O 2 , LiNi 1-Y Mn Y O 2 (where 0 <Y <1), Li (Ni a Co b Mn c ) O 4 (0 <a <2, 0 <b <2, 0 <c <2, a + b + c = 2), LiMn 2-z Ni z O 4 , LiMn 2-z Co z O 4 (here, 0 <z <2), lithium manganese composite oxides such as LiCoPO 4 , LiFePO 4 , lithium nickel oxide, lithium cobalt oxide and a part of manganese, nickel, cobalt oxides of these oxides are substituted with other transition metals Vanadium oxide containing lithium or the like can be used.

본 발명에서 전극은 당 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 음극활물질을 바인더와 혼합하여 제조한 음극 슬러리를 집전체에 도포한 후, 용매나 분산매를 건조 등으로 제거하고, 집전체에 활물질을 결착시킴과 더불어 활물질끼리를 결착시켜 제조할 수 있다.Electrodes in the present invention can be prepared by conventional methods known in the art. For example, after applying a negative electrode slurry prepared by mixing a negative electrode active material with a binder to a current collector, the solvent or dispersion medium is removed by drying, and the active material is bound to the current collector, and the active materials can be bound together. have.

사용 가능한 바인더의 예로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF) 등이 있다.Examples of binders that can be used include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), and the like.

용매로는 NMP(N-메틸 피롤리돈), DMF(디메틸 포름아미드), 아세톤, 디메틸 아세트아미드 등의 유기 용매 또는 물 등이 있으며, 이들 용매는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율을 고려하여 상기 전극활물질, 코어-쉘 구조의 바인더, 도전재를 용해 및 분산시킬 수 있는 정도이면 충분하다.Examples of the solvent include organic solvents such as NMP (N-methyl pyrrolidone), DMF (dimethyl formamide), acetone, and dimethyl acetamide or water, and these solvents may be used alone or in combination of two or more thereof. . The amount of the solvent is sufficient to dissolve and disperse the electrode active material, the core-shell binder, and the conductive material in consideration of the coating thickness of the slurry and the production yield.

슬러리를 집전체에 도포하는 방법도 특별히 제한하지 않는다. 예컨대, 닥터블레이드, 침지, 솔칠 등의 방법으로 도포할 수 있으며, 도포량도 특별히 제한하지 않지만, 용매나 분산매를 제거한 후에 형성되는 활물질 층의 두께가 보통 0.005 내지 5㎜, 바람직하게는 0.05 내지 2㎜ 범위가 되는 정도의 양이 바람직하다. 용매 또는 분산매를 제거하는 방법도 특별히 제한하지 않지만, 응력집중이 발생하여 활물질 층에 균열이 발생하거나, 활물질층이 집전체로부터 박리되지 않는 정도의 속도범위 내에서, 가능하면 신속하게 용매 또는 분산매가 휘발되도록 조정하여 제거하는 방법을 사용하는 것이 바람직하다.The method of applying the slurry to the current collector is also not particularly limited. For example, it can be applied by a method such as doctor blade, dipping, brushing, and the like, but the coating amount is not particularly limited, but the thickness of the active material layer formed after removing the solvent or the dispersion medium is usually 0.005 to 5 mm, preferably 0.05 to 2 mm. The amount of the range which becomes a range is preferable. The method of removing the solvent or the dispersion medium is not particularly limited, but the solvent or the dispersion medium may be used as quickly as possible within the speed range in which stress concentration occurs and cracks occur in the active material layer or the active material layer does not peel off from the current collector. It is preferable to use a method of adjusting to remove to volatilize.

본 발명의 이차 전지는 당 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막을 넣고 전해액을 투입하여 제조할 수 있다. 이차 전지는 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등을 포함한다.The secondary battery of the present invention may be prepared by inserting a porous separator between the positive electrode and the negative electrode by a conventional method known in the art and adding an electrolyte solution. Secondary batteries include lithium ion secondary batteries, lithium polymer secondary batteries or lithium ion polymer secondary batteries.

전해액은 비수 용매와 전해질 염을 포함할 수 있다. The electrolyte may include a nonaqueous solvent and an electrolyte salt.

비수 용매는 통상 비수 전해액용 비수 용매로 사용하고 있는 것이면 특별히 제한하지 않으며, 환형 카보네이트, 선형 카보네이트, 락톤, 에테르, 에스테르, 또는 케톤을 사용할 수 있다.The nonaqueous solvent is not particularly limited as long as it is normally used as a nonaqueous solvent for nonaqueous electrolyte, and cyclic carbonate, linear carbonate, lactone, ether, ester or ketone can be used.

상기 환형 카보네이트의 예로는 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 있고, 상기 선형 카보네이트의 예로는 디에틸 카보네이트(DEC), 디메틸 카보네이트(DMC), 디프로필 카보네이트(DPC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 및 메틸 프로필 카보네이트(MPC) 등이 있다. 상기 락톤의 예로는 감마부티로락톤(GBL)이 있으며, 상기 에테르의 예로는 디부틸에테르, 테트라히드로푸란, 2-메틸테트라히드로푸란, 1,4-디옥산, 1,2-디메톡시에탄 등이 있다. 또한 상기 에스테르의 예로는 n-메틸 아세테이트, n-에틸 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 메틸 피발레이트 등이 있으며, 상기 케톤으로는 폴리메틸비닐 케톤이 있다. 이들 비수 용매는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), and the like. Examples of the linear carbonate include diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC) and dipropyl carbonate. (DPC), ethylmethyl carbonate (EMC), methyl propyl carbonate (MPC), and the like. Examples of the lactone include gamma butyrolactone (GBL), and examples of the ether include dibutyl ether, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, and the like. There is this. In addition, examples of the ester include n-methyl acetate, n-ethyl acetate, methyl propionate, methyl pivalate, and the like. The ketone includes polymethylvinyl ketone. These nonaqueous solvents can be used individually or in mixture of 2 or more types.

전해질 염은 통상 비수 전해액용 전해질 염으로 사용하고 있는 것이면 특별히 제한하지 않는다. 전해질 염의 비제한적인 예는 A+B-와 같은 구조의 염으로서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하고 B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, ASF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 - , C(CF2SO2)3 -와 같은 음이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염이다. 특히, 리튬 염이 바람직하다. 이들 전해질 염은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.The electrolyte salt is not particularly limited as long as it is usually used as an electrolyte salt for nonaqueous electrolyte. Electrolytic salt, non-limiting example, A + B - A salt of the structure, such as, A + comprises a Li +, Na +, an alkali metal cation or an ion composed of a combination thereof, such as K + B - is PF 6 - , BF 4 -, Cl -, Br -, I -, ClO 4 -, ASF 6 -, CH 3 CO 2 -, CF 3 SO 3 -, N (CF 3 SO 2) 2 -, C (CF 2 SO 2 ) 3 - and a salt containing the same anion ion or a combination thereof. In particular, lithium salts are preferred. These electrolyte salts can be used individually or in mixture of 2 or more types.

본 발명의 이차 전지는 분리막을 포함할 수 있다. 사용 가능한 분리막은 특별한 제한이 없으나, 다공성 분리막을 사용하는 것이 바람직하며, 비제한적인 예로는 폴리프로필렌계, 폴리에틸렌계, 또는 폴리올레핀계 다공성 분리막 등이 있다.The secondary battery of the present invention may include a separator. The separator can be used is not particularly limited, it is preferable to use a porous separator, non-limiting examples include a polypropylene-based, polyethylene, or polyolefin-based porous separator.

본 발명의 리튬 이차 전지는 외형에 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.The lithium secondary battery of the present invention is not limited in appearance, but may be cylindrical, square, pouch type, or coin type using a can.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following Examples. However, the following examples are merely to illustrate the present invention and the present invention is not limited by the following examples.

(실시예 1)(Example 1)

활물질(Li4/3Ti5/3O4) 92 중량부, 도전제(Super P carbon black) 2 중량부와 바인더(PVdF) 6 중량부를 균일하게 혼합하고, 용매로 N-메틸피롤리돈(NMP)를 첨가하여 균일한 상태의 슬러리(slurry)를 제조하였으며, 이를 집전체인 알루미늄 박의 한쪽 면에 도포하고 진공 오븐 100℃에서 건조함으로써 용매를 제거하여 전극을 제조하였다. 92 parts by weight of the active material (Li 4/3 Ti 5/3 O 4 ), 2 parts by weight of a superconducting agent (Super P carbon black) and 6 parts by weight of a binder (PVdF) are uniformly mixed, and N-methylpyrrolidone ( NMP) was added to prepare a slurry in a uniform state, which was applied to one surface of an aluminum foil as a current collector and dried at 100 ° C. in a vacuum oven to remove the solvent, thereby preparing an electrode.

상기 제조된 전극을 양극으로 사용하고, 음극은 리튬 금속, 분리막은 다공성의 폴리에틸렌막, 전해질은 1M LiPF6가 용해된 EC/DMC(1:1)계 액체 전해액을 사용하 여 코인형의 반쪽전지를 제조하였다.The prepared electrode was used as a positive electrode, the negative electrode was lithium metal, the separator was a porous polyethylene membrane, and the electrolyte was a coin-type half cell using an EC / DMC (1: 1) -based liquid electrolyte in which 1M LiPF 6 was dissolved. Was prepared.

각각의 작동전압은 3.5V와 1.0V사이의 정상 조건과 3.5V와 0V 구간에서 실험하여 알루미늄박과 리튬의 반응 전압 및 가역성 여부를 확인하였다. 이 반쪽 셀을 작동 전압을 달리하여 충방전을 진행한 결과를 도 1에 도시하였다.Each operating voltage was tested under normal conditions between 3.5V and 1.0V and between 3.5V and 0V to determine the reaction voltage and reversibility of aluminum foil and lithium. The results of charging and discharging the half cell at different operating voltages are shown in FIG. 1.

도 1의 (a), (b)는 각각 작동전압에 따른 용량을 나타내었으며 작동전압을 0V로 진행하는 경우 알루미늄과 리튬의 합금반응이 0.2±0.05V에서 나타나며 방전 진행시 생성된 합금에서 리튬의 탈리가 나타남을 확인할 수 있었다. (A) and (b) of FIG. 1 respectively show the capacity according to the operating voltage, and when the operating voltage is 0V, an alloy reaction of aluminum and lithium is shown at 0.2 ± 0.05V, Tally was confirmed to appear.

또한, 위 반응이 가역성을 가짐을 수명 실험 결과를 통하여 확인할 수 있었다. 수명 특성의 확인은 도 2에 도시하였다. In addition, it was confirmed through the life test results that the reaction has a reversible. Confirmation of the life characteristics is shown in FIG.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

집전체로 동박을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 반쪽 셀 시험을 진행하였고 충방전 결과는 도 3에 도시하였다.A half cell test was conducted in the same manner as in Example 1 except that copper foil was used as the current collector, and the charge and discharge results are shown in FIG. 3.

집전체로 동박을 사용하는 경우, 실시예 1에서와 같은 합금화 반응이 나타나지 않음을 확인하여, 집전체로 동박처럼 리튬 티탄산화물(Li4/3Ti5/3O4) 보다 낮은 전압에서 리튬과 합금화 반응이 일어나지 않는 금속박을 사용하는 경우에는 상기 활물질로 리튬 티탄산화물(Li4/3Ti5/3O4)을 사용 하는 전지의 에너지 밀도를 높일 수 없음을 확인하였다.In the case of using copper foil as the current collector, it was confirmed that the alloying reaction as in Example 1 did not occur, and as a current collector, lithium and lithium at a lower voltage than lithium titanium oxide (Li 4/3 Ti 5/3 O 4 ) In the case of using a metal foil in which the alloying reaction does not occur, it was confirmed that the energy density of the battery using lithium titanium oxide (Li 4/3 Ti 5/3 O 4 ) as the active material could not be increased.

(실시예 2)(Example 2)

실시예 1에서 제조한 전극을 음극으로 사용하였다.The electrode prepared in Example 1 was used as the cathode.

LiCoO2를 양극으로, 분리막은 다공성의 폴리에틸렌막, 전해질은 1M LiPF6가 용해된 EC/DMC(1:1)계 비수 전해액을 사용하였고, 양극활물질에 대한 음극활물질의 용량비를 1.8로 하여 코인형 이차전지를 제조하였다. LiCoO 2 was used as anode, membrane was porous polyethylene membrane, and electrolyte was EC / DMC (1: 1) -based non-aqueous electrolyte in which 1M LiPF 6 was dissolved. A secondary battery was prepared.

상기 전지를 1.5V와 4.2V 조건에서 전기화학 실험을 수행하였다. 실험결과는 도 4에 도시하였다.The cells were subjected to electrochemical experiments at 1.5V and 4.2V conditions. Experimental results are shown in FIG.

충전시 양극으로부터 제공되는 음극활물질의 이론 용량을 초과하는 리튬 이온은 알루미늄과 합금화가 진행되고, 방전시 약 3.7V의 평균 전압을 가지는 전압 곡선이 나타나며 Li4/3Ti5/3O4에 흡장된 리튬이 탈리되는 전압으로 2.3V의 평균 전압을 가지는 곡선이 나타나고 있었다. Lithium ions that exceed the theoretical capacity of the negative electrode active material provided from the anode during charging are alloyed with aluminum, and when discharged, a voltage curve with an average voltage of about 3.7 V appears and occludes Li 4/3 Ti 5/3 O 4 . As the voltage at which lithium was released, a curve having an average voltage of 2.3 V was shown.

상기 결과를 통해서, 상기 활물질로 리튬 티탄산화물(Li4/3Ti5/3O4)을 사용하여 전지를 제조하는 경우 음극과 양극의 용량비율을 조절하고 음극의 집전체를 알루미늄이나 알루미늄 합금과 같이 리튬 티탄산화물(Li4/3Ti5/3O4) 보다 낮은 전압에서 리튬과 합금화 반응이 일어나는 금속 또는 이의 합금을 사용하는 경우 전지의 에너지 밀도 향상이 가능함을 확인할 수 있었다.Through the above results, in the case of manufacturing a battery using lithium titanium oxide (Li 4/3 Ti 5/3 O 4 ) as the active material, by adjusting the capacity ratio of the negative electrode and the positive electrode and the current collector of the negative electrode and the aluminum or aluminum alloy As described above, it can be seen that the energy density of the battery can be improved when using a metal or an alloy thereof in which an alloying reaction occurs with lithium at a lower voltage than lithium titanium oxide (Li 4/3 Ti 5/3 O 4 ).

(비교예 2)(Comparative Example 2)

양극활물질에 대한 음극활물질의 용량비를 0.9로 한 것을 제외하고는, 실시예 2과 동일한 조건의 이차전지를 제조하였고, 1.5V와 2.7V 조건에서 전기화학 실험을 수행하였다. 충전 전압의 한계를 2.7V로 정한 이유는 LiCoO2의 구조적 불안전 성에 기인한다. 위 조건의 방전 곡선을 도 4에 도시하였다.Except that the capacity ratio of the negative electrode active material to the positive electrode active material was 0.9, a secondary battery was prepared under the same conditions as in Example 2, and electrochemical experiments were performed under 1.5 V and 2.7 V conditions. The reason for setting the charge voltage limit to 2.7 V is due to the structural instability of LiCoO 2 . The discharge curves under the above conditions are shown in FIG. 4.

본 발명의 이차전지는 음극과 미반응한 리튬이 집전체와 합금화 반응이 일어나므로, 충전 말기의 전지 전압을 올릴 수 있으며, 전지의 에너지 밀도가 향상된다.In the secondary battery of the present invention, since the negative electrode and the unreacted lithium are alloyed with the current collector, the battery voltage at the end of charging can be increased, and the energy density of the battery is improved.

Claims (4)

양극, 음극 및 전해액을 포함하는 이차전지에서, In a secondary battery including a positive electrode, a negative electrode and an electrolyte solution, 음극은 집전체와 음극활물질로 조성식 LiaTi3-aO4 (0<a<3)인 리튬 티탄산화물을 포함하고, The negative electrode includes a lithium titanium oxide having a composition formula Li a Ti 3-a O 4 (0 <a <3) as a current collector and a negative electrode active material, 상기 리튬 티탄산화물은 Li4/3Ti5/3O4, LiTi2O4 및 Li4/5Ti11/5O4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이고,The lithium titanium oxide is at least one selected from the group consisting of Li 4/3 Ti 5/3 O 4 , LiTi 2 O 4 and Li 4/5 Ti 11/5 O 4 , 상기 집전체는 상기 리튬 티탄산화물 보다 낮은 전위에서 리튬과 합금화 반응이 일어나는 금속 또는 이의 합금이고, The current collector is a metal or an alloy thereof in which an alloying reaction occurs with lithium at a lower potential than the lithium titanium oxide. 양극활물질에 대한 음극활물질의 용량비가 1.5 이상이며,The capacity ratio of the negative electrode active material to the positive electrode active material is 1.5 or more, 상기 이차전지의 구동전압은 3.0V 초과인 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery is characterized in that the drive voltage of the secondary battery is more than 3.0V. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 집전체는 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 1, wherein the current collector is aluminum or an aluminum alloy. 삭제delete
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005123183A (en) * 2003-09-26 2005-05-12 Toshiba Corp Non-aqueous electrolyte secondary battery and composite batteries
JP2005317512A (en) * 2004-03-31 2005-11-10 Toshiba Corp Nonaqueous electrolyte battery

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