KR101726855B1 - A lithium secondary battery with high performance and a battery module comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 납축전지와 병행하여 또는 이를 대체하여 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 또는 플러그-인 하이브리드 전기 자동차 등에 적용할 수 있는 이차 전지 및 전지 모듈에 대한 것이다. 본원 발명에 따른 리튬 이차 전지셀은 -20℃의 저온 조건에서도 저항비 및 보존용량이 높게 나타난다. 따라서 상기 전지셀을 단위전지로 사용한 전지 모듈은 대형 전기 디바이스에 적합한 공칭 전압을 제공하면서도 우수한 수명 특성, 저온 성능 및 안전성이 확보된 적합한 전원 공급원으로 사용될 수 있다. 또한, 본원 발명에 따른 전지셀은 저온에서 일정 수준 이상의 출력이 필요한 환경에 적합하다. The present invention relates to a secondary battery and a battery module that can be applied to an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle or the like in parallel or in place of the lead acid battery. The lithium secondary battery cell according to the present invention exhibits a high resistance ratio and storage capacity even at a low temperature of -20 캜. Therefore, the battery module using the battery cell as a unit cell can be used as a suitable power source having a good life characteristic, low temperature performance, and safety while providing a nominal voltage suitable for a large electric device. Further, the battery cell according to the present invention is suitable for an environment in which an output of a certain level or more is required at a low temperature.

Description

고성능 리튬 이차전지 및 이를 단위 전지로 포함하는 전지 모듈{A LITHIUM SECONDARY BATTERY WITH HIGH PERFORMANCE AND A BATTERY MODULE COMPRISING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a high-performance lithium secondary battery and a battery module including the same as a unit battery.

본 발명은 성능이 우수한 리튬 이차전지 및 이를 단위 전지로 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 납축전지와 병행하여 또는 이를 대체하여 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 또는 플러그-인 하이브리드 전기 자동차 등에 적용할 수 있는 이차 전지 및 전지 모듈에 대한 것이다.
The present invention relates to a lithium secondary battery having excellent performance and a battery module including the same as a unit battery. More particularly, the present invention relates to a secondary battery and a battery module that can be applied to an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle or the like in parallel with or in place of a lead acid battery.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가 하고 있고, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다. 또한, 최근에는 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로는 주로 니켈 수소 금속(Ni-MH) 이차전지가 사용되고 있지만, 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 일부 상용화 되어 있다.As technology development and demand for mobile devices have increased, there has been a rapid increase in demand for secondary batteries as energy sources. Among such secondary batteries, lithium secondary batteries, which exhibit high energy density and operational potential, long cycle life, Batteries have been commercialized and widely used. In recent years, there has been a growing interest in environmental issues, and as a result, electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), which can replace fossil-fueled vehicles such as gasoline vehicles and diesel vehicles, And the like. Although a nickel metal hydride (Ni-MH) secondary battery is mainly used as a power source for such an electric vehicle (EV) and a hybrid electric vehicle (HEV), a lithium secondary battery having a high energy density, a high discharge voltage, Research is being actively carried out, and some are commercialized.

리튬 이차전지는 전류 집전체 상에 각각 활물질이 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막이 개재된 전극조립체에 리튬염을 포함하는 비수계 전해질이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다. 음극 활물질은 주로 탄소계 물질로 이루어져 있으며, 양극 활물질은 주로 리튬 코발트계 산화물, 리튬 망간계 산화물, 리튬 니켈계 산화물, 리튬 복합 산화물 등으로 이루어져 있다. 이 중, LiCoO2 는 양호한 전기 전도도와 높은 출력전압 및 우수한 전극특성을 보이며 현재 상업화되어 시판되고 있는 대표적인 양극 전극물질이나, 매장량 및 재료 가격에 따른 경제성과 환경적인 측면, 즉, 인체에 유해하다는 단점을 가지고 있다. LiNiO2 는 비교적 값이 싸고 높은 방전용량의 전지 특성을 나타내고 있으나, 합성하기 어렵고 충전상태의 열적 안전성의 문제점을 가지고 있다. 또한, LiMn2O4, LiMnO2 등의 망간계 전극 물질은 합성하기도 쉽고 가격이 저렴하며 전기화학적 방전 특성이 좋고, 환경에 대한 오염도 적기 때문에 활물질로의 응용 가능성이 높으나, 전도성 및 이론용량이 작고 작동전압이 높아 전해질이 분해될 우려가 있다는 문제점을 가지고 있다.The lithium secondary battery has a structure in which a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt is impregnated in an electrode assembly having a porous separator interposed between a positive electrode and a negative electrode coated with an active material on a current collector. The anode active material is mainly composed of a carbon-based material, and the cathode active material mainly consists of lithium cobalt oxide, lithium manganese oxide, lithium nickel oxide, lithium composite oxide and the like. Among them, LiCoO 2 exhibits good electric conductivity, high output voltage and excellent electrode characteristics, and is a typical cathode material currently commercialized and commercially available. However, LiCoO 2 has disadvantages of being economical and environmentally friendly due to the amount of material and material, Lt; / RTI > LiNiO 2 is relatively inexpensive and exhibits a high discharge capacity of the battery, but it is difficult to synthesize and has a problem of thermal stability in a charged state. In addition, manganese-based electrode materials such as LiMn 2 O 4 and LiMnO 2 are easy to synthesize, have a low cost, have good electrochemical discharge characteristics, and have a low environmental pollution and thus are highly applicable to active materials. However, There is a problem that the electrolyte may be decomposed due to a high operating voltage.

이외에 고전압 양극을 사용하게 되면 전해액의 산화전위에 도달하여 전해액이 산화됨에 따라 가스 방출 및 부산물의 발생으로 전지 성능 감소 및 저항이 커지는 문제점이 발생하고 결과적으로 전지의 안전성 측면에서도 심각한 문제가 발생할 수 있다. 또한, 이러한 문제점을 유발하지 않으면서 고전압 조건에서 작동할 수 있는 이차전지의 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
In addition, if a high-voltage anode is used, the electrolyte is oxidized to reach the oxidation potential. As a result, the electrolyte is oxidized, resulting in gas discharge and generation of byproducts, resulting in deterioration of battery performance and increased resistance, resulting in serious safety problems . In addition, there is a high need for a secondary battery capable of operating under high voltage conditions without causing such a problem.

본 발명은 기존의 자동차용 납축 전지를 대체하거나 이와 병행하여 사용할 수 있는 고성능 리튬 이차 전지셀 및 상기 전지셀을 포함하는 전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기 설명에 의해서 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에서 기재되는 수단 또는 방법, 및 이의 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
It is an object of the present invention to provide a high-performance lithium secondary battery cell that can replace or be used in parallel with a lead-acid battery for an automobile, and a battery module including the battery cell. Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description. It is also to be easily understood that the objects and advantages of the present invention can be realized by the means or method described in the claims, and the combination thereof.

상기 목적을 달성하기 위해 본원 발명은 신규의 리튬 이차 전지셀 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공한다. 상기 전지셀은 a) 양극, 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되는 분리막을 포함하는 전극 조립체; 및 b) 전해액;을 포함하며, 리튬 이차 전지셀이며, 상기 음극은 음극 활물질로서 리튬 티타늄 산화물(Lithium Titanium Oxide: LTO)을 포함하고, 상기 이차 전지셀은 -20℃에서 저항비(resistance ratio(%))가 600% 이하이다. In order to achieve the above object, the present invention provides a novel lithium secondary battery cell and a battery module including the same. The battery cell may include: a) an electrode assembly including an anode, a cathode, and a separation membrane disposed between the anode and the cathode; And a negative electrode active material, and b) an electrolytic solution, wherein the negative electrode comprises lithium titanium oxide (LTO) as a negative electrode active material, and the secondary battery cell has a resistance ratio %) Is not more than 600%.

상기 이차 전지 셀은 -20℃에서 보존용량(capacity retention(%))이 80% 이상이다. 상기 리튬 티타늄 산화물(LTO)은 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 한다. [화학식 1]The secondary battery cell has a capacity retention (%) of 80% or more at -20 캜. The lithium titanium oxide (LTO) is represented by the following formula (1). [Chemical Formula 1]

LixTiyO4 Li x Ti y O 4

상기 식에서, 0.5≤x≤3, 1≤y≤2.5 이다.In the above formula, 0.5? X? 3, 1? Y? 2.5.

여기에서, 상기 리튬 티타늄 산화물은 Li1.33Ti1.67O4 또는 LiTi2O4일 수 있다. Here, the lithium titanium oxide may be Li 1.33 Ti 1.67 O 4 or LiTi 2 O 4 .

상기 양극은 양극 활물질로서 리튬 망간 산화물, 리튬 망간-복합금속 산화물 및 리튬 니켈-망간-코발트 산화물로 이루어진 그룹에서 선택된 2종 이상을 포함한 혼합물을 포함할 수 있다. The positive electrode may include a mixture containing at least two selected from the group consisting of lithium manganese oxide, lithium manganese-composite metal oxide, and lithium nickel-manganese-cobalt oxide as the positive electrode active material.

상기 양극은 양극 활물질 100중량% 대비 상기 혼합물이 80중량% 이상일 수 있다. The anode may be at least 80% by weight based on 100% by weight of the cathode active material.

상기 리튬 망간-복합금속 산화물은 하기 화학식 2로 표시되는 것일 수 있다. The lithium manganese-complex metal oxide may be represented by the following formula (2).

[화학식 2](2)

LiaMebMn2-bO4-cAc Li a Me b Mn 2-b O 4-ca c

상기 화학식 2에서 0.5 ≤ a ≤ 1.2, 0 < b ≤ 2.0 및 0.0 ≤ c ≤ 4.0 이고,0.5? A? 1.2, 0 < b? 2.0 and 0.0? C? 4.0 in Formula 2,

Me는 Al, Mg, Ni, Co, Fe, Cr, V, Ti, Cu, B, Ca, Zn, Zr, Nb, Mo, Sr, Sb, W, Ti 및 Bi로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, A 는 1가 또는 2가의 음이온이다. Me is an element selected from the group consisting of Al, Mg, Ni, Co, Fe, Cr, V, Ti, Cu, B, Ca, Zn, Zr, Nb, Mo, Sr, Sb, W, A is a monovalent or divalent anion.

또한, 상기 리튬 망간-복합금속 산화물은 LiMn2O4, LiNi0.5Mn1.5O4 또는 LiNi0.4Mn1.6O4 일 수 있다. In addition, the lithium manganese-composite metal oxide may be LiMn 2 O 4 , LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4, or LiNi 0.4 Mn 1.6 O 4 .

또한, 상기 리튬 니켈-망간-코발트 산화물은 하기 화학식 3으로 표시되는 것일 수 있다. The lithium nickel-manganese-cobalt oxide may be represented by the following formula (3).

[화학식 3](3)

LioNi1-p-qMnpCoqOr Li o Ni 1-pq Mn p Co q O r

상기 화학식 3에서, 0.5≤o≤1.2, 0.15≤p≤0.45, 0.15≤q≤0.45 및 1.5 ≤r≤2.5이다.0.5??? 1.2, 0.15? P? 0.45, 0.15? Q? 0.45, and 1.5? R? 2.5.

여기에서, 상기 리튬 니켈-망간-코발트 복합 산화물은 LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 또는 LiNi0.4Mn0.3Co0.3O2 일 수 있다. Here, the lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide may be LiNi 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 O 2 or LiNi 0.4 Mn 0.3 Co 0.3 O 2 .

또한, 상기 리튬 이차 전지셀은 공칭 전압이 1.5V 내지 2.7V인 것이다. Also, the lithium secondary battery cell has a nominal voltage of 1.5 to 2.7V.

또한, 본원 발명은 a) 양극, 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되는 분리막을 포함하는 전극 조립체; 및 b) 전해액;을 포함하는 리튬 이차 전지셀이며, The present invention also provides a method of manufacturing an electrode assembly, comprising: a) an electrode assembly including a cathode, a cathode, and a separator disposed between the anode and the cathode; And b) an electrolytic solution,

상기 음극은 음극 활물질로서 리튬 티타늄 산화물(Lithium Titanium Oxide: LTO)을 포함하고, -20℃에서 보존용량(capacity retention(%))이 80% 이상인 리튬 이차 전지셀을 제공한다. The negative electrode includes lithium titanium oxide (LTO) as a negative electrode active material and has a capacity retention (%) of 80% or more at -20 캜.

또한, 본원 발명은 a) 양극, 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되는 분리막을 포함하는 전극 조립체; 및 b) 전해액;을 포함하는 리튬 이차 전지셀이며, The present invention also provides a method of manufacturing an electrode assembly, comprising: a) an electrode assembly including a cathode, a cathode, and a separator disposed between the anode and the cathode; And b) an electrolytic solution,

상기 음극은 음극 활물질로서 리튬 티타늄 산화물(Lithium Titanium Oxide: LTO)을 포함하고, 상기 양극은 양극 활물질로서 리튬 망간산화물, 리튬 망간-복합금속 산화물 및 리튬 니켈-망간-코발트 산화물로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함한 혼합물을 포함하며, 상기 전지셀은 공칭 전압이 1.5V 내지 2.7V인 리튬 이차 전지셀을 제공한다. The negative electrode includes lithium-titanium oxide (LTO) as a negative electrode active material, and the positive electrode includes a positive electrode active material selected from the group consisting of lithium manganese oxide, lithium manganese-composite metal oxide, and lithium nickel-manganese- Wherein the battery cell has a nominal voltage of 1.5V to 2.7V.

또한, 본원 발명은 단위 전지로서 5개 내지 12개의 상기 리튬 이차 전지셀들을 포함하며, 상기 단위 전지셀들은 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 리튬 이차 전지셀을 1개 이상 포함하는 것인 리튬 이차 전지 모듈을 제공한다. Also, the present invention is a unit cell comprising 5 to 12 lithium secondary battery cells, wherein the unit battery cells include one or more lithium secondary battery cells according to any one of claims 1 to 12 And a lithium secondary battery module.

여기에서, 상기 전지 모듈은 9V 내지 16.2V의 구동 전압 조건을 만족하는 것이다. Here, the battery module satisfies a driving voltage condition of 9V to 16.2V.

또한, 본원 발명은 단위 전지셀의 개수가 5개 또는 6개이며, 상기 단위 전지셀들이 직렬로 연결되는 리튬 이차 전지 모듈을 제공한다. 여기에서, 단위 전지셀의 개수가 7개 내지 12개 이며, 상기 단위 전지셀들이 직렬 연결 및 병렬 연결을 조합하여 연결되는 것이다. Also, the present invention provides a lithium secondary battery module in which the number of unit battery cells is 5 or 6, and the unit battery cells are connected in series. Here, the number of unit battery cells is 7 to 12, and the unit battery cells are connected in a combination of serial connection and parallel connection.

또한, 본원 발명은 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩, 상기 전지팩을 포함하는 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 플러그-인 하이브리드 전기 자동차와 같은 디바이스를 제공한다.
The present invention also provides a device such as a battery pack including the battery module, an electric vehicle including the battery pack, a hybrid electric vehicle, and a plug-in hybrid electric vehicle.

본원 발명에 따른 리튬 이차 전지셀은 -20℃의 저온 조건에서도 저항비 및 보존용량이 높게 나타난다. 따라서 상기 전지셀을 단위전지로 사용한 전지 모듈은 대형 전기 디바이스에 적합한 공칭 전압을 제공하면서도 우수한 수명 특성, 저온 성능 및 안전성이 확보된 적합한 전원 공급원으로 사용될 수 있다. 따라서 본원 발명에 따른 전지셀은 저온에서 일정 수준 이상의 출력이 필요한 환경에 적합하다.
The lithium secondary battery cell according to the present invention exhibits a high resistance ratio and storage capacity even at a low temperature of -20 캜. Therefore, the battery module using the battery cell as a unit cell can be used as a suitable power source having a good life characteristic, low temperature performance, and safety while providing a nominal voltage suitable for a large electric device. Therefore, the battery cell according to the present invention is suitable for an environment that requires a certain level of output at a low temperature.

첨부된 도면은 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 것으로, 발명의 범위가 이에 국한되는 것은 아니다. 한편, 본 명세서에 수록된 도면에서의 요소의 형상, 크기, 축척 또는 비율 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장될 수 있다.
도 1은 실시예 1의 전지셀과 비교예 1의 전지셀에 있어서 전지 사용 시간에 따른 보존용량(Capacity retention) 및 저항변화(resistance increase) 경향을 비교하여 도시한 그래프이다.
도 2는 실시예 1의 전지셀과 비교예 1의 전지셀에 있어서 전지 사용 온도에 따른 보존용량(Capacity retention) 경향을 비교하여 도시한 그래프이다.
도 3은 실시예 1의 전지셀과 비교예 1의 전지셀에 있어서 전지 사용 온도에 따른 저항비(resistance ratio) 경향을 비교하여 도시한 그래프이다.
도 4및 도 5는 본원 발명에 따른 전지 모듈의 구체적인 일 실시양태를 개략적으로 도시한 것이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this application, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. On the other hand, the shape, size, scale or ratio of the elements in the drawings incorporated herein can be exaggerated to emphasize a clearer description.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a graph showing a comparison between the capacity retention and the resistance increase tendency of the battery cell of Example 1 and the battery cell of Comparative Example 1 according to the battery use time. FIG.
2 is a graph showing a comparison of the capacity retention tendency of the battery cell of Example 1 and the battery cell of Comparative Example 1 in accordance with the battery operating temperature.
3 is a graph showing a comparison of the resistance ratio tendency of the battery cell of Example 1 and the battery cell of Comparative Example 1 according to the battery operating temperature.
4 and 5 schematically show one specific embodiment of the battery module according to the present invention.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 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 가장 바람직한 일 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 should not be construed to be limited to ordinary or dictionary terms and the inventor shall properly define the concept of the term in order to best explain its invention The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명을 상세하게 설명한다.
The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

종래 자동차용 납축전지는 1차 전지로 짧은 수명, 큰 무게라는 단점을 가지고 있다. 이를 리튬 이차 전지로 대체하기 위해서는 적합한 공칭 전압과 우수한 수명 특성, 저온 성능 및 안전성이 확보된 셀을 개발할 필요가 있다. BACKGROUND ART [0002] Conventional lead-acid batteries for automobiles have drawbacks of short life span and large weight as primary batteries. In order to replace it with a lithium secondary battery, it is necessary to develop a cell having a proper nominal voltage, excellent lifetime characteristics, low temperature performance and safety.

현재 리튬 이차 전지의 대부분이 음극 활물질로 천연 흑연이나 인조 흑연 등 탄소계 재료를 사용하고 있다. 흑연계 재료는 반응시 전압이 리튬 전극(Li+/Li) 대비 약 0.0 ~0.25 이며, 이론 용량은 약 327mAh/g에 이른다. 이들을 스피넬 구조의 고전압 양극과 조합하여 전지를 구성하면 고용량 전지를 제작할 수 있다. 그러나 충방전에 따른 흑연의 구조 변화로 약 10% 정도의 부피 팽창/수축, 음극 표면에 SEI 층 형성에 의한 저항 증가, SEI 층 두께 증가 등에 의해 전지의 수명 및 출력 특성이 저하되는 단점이 있다.
Currently, most of the lithium secondary batteries use carbon-based materials such as natural graphite and artificial graphite as negative electrode active materials. The graphite material has a reaction voltage of about 0.0 to 0.25 relative to the lithium electrode (Li + / Li) and a theoretical capacity of about 327 mAh / g. A high-capacity battery can be manufactured by composing the battery with a high voltage positive electrode having a spinel structure. However, due to the structural change of graphite due to charging and discharging, there is a disadvantage that the battery life and output characteristics are deteriorated due to volume expansion / contraction of about 10%, increase in resistance due to formation of SEI layer on the surface of the negative electrode, increase in SEI layer thickness,

본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지셀은, 양극, 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되는 분리막을 포함하는 전극 조립체; 및 b) 전해액;을 포함하며, 음극 활물질로서 리튬 티타늄 산화물(Lithium Titanium Oxide: LTO)을 포함한다. 본원 발명에 따른 리튬 이차 전지셀은 저온 특성이 우수한 것으로서 구체적인 실시양태에 따르면 본원 발명의 이차 전지셀은 -20℃에서 저항비(resistance ratio(%))가 600% 이하인 것이다. A lithium secondary battery cell according to an embodiment of the present invention includes: an electrode assembly including a cathode, a cathode, and a separation membrane disposed between the anode and the cathode; And b) an electrolytic solution, and includes lithium titanium oxide (LTO) as a negative electrode active material. The lithium secondary battery cell according to the present invention is excellent in low-temperature characteristics. According to a specific embodiment, the secondary battery cell of the present invention has a resistance ratio (%) of less than 600% at -20 ° C.

리튬 이차 전지셀은 음극, 양극, 및 상기 음극과 양극 사이에 개재된 분리막, 상기 음극, 양극 및 분리막에 함침된 전해질, 전지 용기 그리고 상기 전지 용기를 봉입하는 봉입 부재를 주된 부분으로 하여 구성되어 있다. 이러한 리튬 이차 전지셀은 음극 분리막 양극을 차례로 적층한 후 권취하여 전지 용기에 수납하여 구성된다.
The lithium secondary battery cell comprises a negative electrode, a positive electrode, and a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode, an electrolyte impregnated in the negative electrode, the positive electrode and the separator, a battery container, and a sealing member for sealing the battery container . Such a lithium secondary battery cell is constituted by sequentially laminating a negative electrode separator film anode, winding it, and storing it in a battery container.

상기 리튬 이차 전지셀은 사용하는 분리막과 전해질의 종류에 따라서 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 및 리튬 폴리머 전지로 분류될 수 있다. 전지의 형태에 따라 원통형, 각형, 코인형, 파우치형 등으로 분류될 수 있고, 사이즈에 따라 벌크 타입과 박막 타입으로 나눌 수 있다. 이Y 전지의 구조와 제조 방법은 이 분야에서 널리 알려져 있으므로 상세한 설명을 생략한다.
The lithium secondary battery cell may be classified into a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, and a lithium polymer battery depending on the separator used and the type of the electrolyte. Depending on the shape of the battery, it can be classified into a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, a pouch shape, and the like, and can be divided into a bulk type and a thin film type depending on the size. The structure and manufacturing method of the Y cell are well known in the art, and detailed description is omitted.

본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 리튬 티타늄 산화물(Lithium titanium oxide; LTO)은 하기 화학식 1로 표시되는 것이다.
In one embodiment of the present invention, the lithium titanium oxide (LTO) is represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

LixTiyO4 Li x Ti y O 4

상기 식에서, 0.5≤x≤3, 1≤y≤2.5 이다.
In the above formula, 0.5? X? 3, 1? Y? 2.5.

상기 화학식 1로 표시되는 리튬 티타늄 산화물의 예로는 Li1.33Ti1.67O4 또는 LiTi2O4이 있다. 그러나 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
Examples of the lithium titanium oxide represented by the formula (1) include Li 1.33 Ti 1.67 O 4 or LiTi 2 O 4 . However, the present invention is not limited thereto.

LTO의 이론 용량은 175mAh/g 정도이고 전위가 1.5V(Li+/Li)로 흑연 등 탄소계 재료에 비해 다소 높다. 그러나 충방전 전후에 결정 격자의 차이를 나타내지 않아 변형이 적으며 실제로 충방전에 따른 부피 변화가 약 0.1% 이하이다. 또한, 전위가 높아 표면에 저항을 증가시키는 SEI 층이 형성되지 않는다. LTO는 흑연에 비해 낮은 용량을 갖지만 이러한 특성들로 인해 흑연보다 우수한 수명 특성을 보인다. 첨부된 도 1을 참조하면, LTO 음극을 사용한 실시예 1의 전지셀은 흑연 음극을 사용한 비교예 1의 전지셀에 비해 사용 시간에 따른 보존용량(Capacity retention) 및 저항변화(resistance increase) 특성이 매우 우수하다. 또한, 도 2 및 도 3은 온도에 따른 보존용량(Capacity retention) 및 저항변화(resistance increase)를 나타낸 것인데, LTO 음극인 실시예 1의 전지셀의 저온 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다. 이러한 측면에 따라 본원 발명의 전지셀은 -20℃의 온도 조건에서 보존용량(capacity retention(%))이 80% 이상인 것이다.
The theoretical capacity of LTO is about 175 mAh / g and the potential is 1.5 V (Li + / Li), which is somewhat higher than that of carbon-based materials such as graphite. However, there is little variation in the crystal lattice before and after charge / discharge, and the volume change due to charge and discharge is less than about 0.1%. Further, the SEI layer which increases the resistance on the surface is not formed because of high dislocation. LTO has lower capacity than graphite, but it has better lifetime characteristics than graphite due to these properties. Referring to FIG. 1, the battery cell of Example 1 using the LTO cathode has a capacity retention and a resistance increase characteristic according to the use time, as compared with the battery cell of Comparative Example 1 using the graphite negative electrode It is very good. 2 and 3 show the capacity retention and the resistance increase depending on the temperature. It can be confirmed that the low temperature characteristic of the battery cell of Example 1, which is the LTO negative electrode, is excellent. According to this aspect, the battery cell of the present invention has a capacity retention (%) of 80% or more at a temperature of -20 ° C.

본원 발명에 따른 구체적인 일 실시양태에 따르면 LTO는 1차 입자가 응집된 2차 입자의 형태인 것으로서 상기 2차 입자는 입경이 바람직하게는 30㎛ 미만인 것이다. 상기 입자의 크기가 나노미터 사이즈인 경우 출력 및 수명 특성이 향상되는 효과가 있다.
According to a specific embodiment of the present invention, the LTO is in the form of secondary particles in which primary particles are agglomerated, and the secondary particles preferably have a particle diameter of less than 30 占 퐉. When the size of the particles is nanometer size, the output and lifetime characteristics are improved.

상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라서는 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The negative electrode is prepared by coating a negative electrode current collector with a mixture of a negative electrode active material, a conductive material and a binder, followed by drying and pressing. If necessary, a filler may be further added to the mixture.

상기 바인더는 음극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고 음극 활물질을 집전체에 잘 부착시키는 역할을 한다. 대표적인 예로 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The binder serves to adhere the anode active material particles to each other and adhere the anode active material to the current collector. Representative examples include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polymers comprising ethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polyurethane, polytetra But are not limited to, fluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin and nylon.

상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서 화학변화를 야기하 지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하다. 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any conductive material may be used without causing any chemical change in the battery. Examples thereof include carbon-based materials such as natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black and carbon fiber; Metal powders such as copper, nickel, aluminum, and silver, or metal-based materials such as metal fibers; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Or a mixture thereof may be used.

상기 집전체로는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체, 전도성 금 속이 코팅된 폴리머 기재, 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.
The current collector may be a copper foil, a nickel foil, a stainless steel foil, a titanium foil, a nickel foam, a copper foil, a polymer substrate coated with a conductive metal, or a combination thereof.

상기 리튬 티타늄 산화물의 높은 전위에 대응하여, 본원 발명의 하나의 구체적인 예에서, 상기 양극은 고전압 양극을 사용한다. 상기 고전압 양극은 양극 활물질로서 리튬 망간산화물(Lithium manganese oxide; LMO), 리튬 망간 산화물에 금속이 도핑되어 있는 형태의 리튬 망간-복합금속 산화물 및 리튬 니켈-망간-코발트 산화물(Lithium nickel manganese cobalt oxide; LNMCO)로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상, 바람직하게는 이 중 2 종 이상의 혼합물을 사용한다. 더욱 바람직하게는 상기 양극은 양극 활물질 100중량% 대비 상기 혼합물이 80중량% 이상 또는 90중량% 이상, 또는 95중량% 이상, 또는 100%인 것이다.
Corresponding to the high potential of the lithium titanium oxide, in one specific example of the present invention, the anode uses a high-voltage anode. The high-voltage anode includes a lithium manganese oxide (LMO) as a cathode active material, a lithium manganese-composite metal oxide in which a lithium manganese oxide is doped with metal, and a lithium nickel manganese cobalt oxide LNMCO), preferably a mixture of two or more thereof. More preferably, the anode is at least 80 wt%, or at least 90 wt%, or at least 95 wt%, or 100 wt%, based on 100 wt% of the cathode active material.

구체적으로 리튬 망간 산화물은 LiMn2O4인 것이다. 상기 리튬 망간산화물은 구조 변화 안전성, 열적 안전성 및 율속 특성이 우수하며, 리튬 리튬-망간-코발트 산화물 재료에 비해 저항의 SOC 및 온도 의존성이 적은 잇점이 있다. 도 4 및 5는 리튬 망간 산화물 100% 양극의 충방전시 저항 변화 패턴을 나타낸 것이며, 도 6 및 도 7은 리튬 코발트 산화물 100% 양극의 충방전시 저항 변화 패턴을 나타낸 것이다. 이에 의하면 리튬 망간 산화물 양극에서 저항변화가 적은 것을 확인할 수 있다. Specifically, the lithium manganese oxide is LiMn 2 O 4 . The lithium manganese oxide is excellent in structural stability, thermal stability and rate-controlling properties, and has an advantage of less SOC and temperature dependency of resistance as compared with a lithium lithium-manganese-cobalt oxide material. FIGS. 4 and 5 show patterns of resistance change during charging / discharging of 100% lithium manganese oxide anode, and FIGS. 6 and 7 show patterns of resistance change during charge / discharge of lithium cobalt oxide 100% anode. This shows that the resistance change at the lithium manganese oxide anode is small.

그러나 낮은 에너지 밀도 및 고온 조건에서 망간 용출에 의한 용량 저하를 보완하기 위해 리튬 망간-복합 금속 산화물이나 리튬 리튬-망간-코발트 산화물과 같은 재료와 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. However, in order to compensate for the decrease in capacity due to the elution of manganese under low energy density and high temperature conditions, it is preferable to use it in combination with materials such as lithium manganese-composite metal oxide or lithium lithium-manganese-cobalt oxide.

본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 리튬 망간-복합금속 산화물은 하기 화학식 2로 표시되는 것이다. In one specific embodiment of the present invention, the lithium manganese-complex metal oxide is represented by the following general formula (2).

[화학식 2](2)

LiaMebMn2-bO4-cAc Li a Me b Mn 2-b O 4-ca c

상기 화학식 2에서 0.5 ≤ a ≤ 1.2, 0 < b ≤ 2.0 및 0 ≤ c ≤ 4.0이며, 0.5? A? 1.2, 0 < b? 2.0 and 0? C? 4.0 in Formula 2,

상기 Me는 Al, Mg, Ni, Co, Fe, Cr, V, Ti, Cu, B, Ca, Zn, Zr, Nb, Mo, Sr, Sb, W, Ti 및 Bi로 이루어진 군에서 선택되는 원소이다. 상기 A 는 1가 또는 2가의 음이온이다. Me is an element selected from the group consisting of Al, Mg, Ni, Co, Fe, Cr, V, Ti, Cu, B, Ca, Zn, Zr, Nb, Mo, Sr, Sb, W, . A is a monovalent or divalent anion.

바람직하게는 상기 화학식 2로 표시되는 리튬 망간-복합금속 산화물은 Me가 Al, Ni 또는 Co인 것이다. 이의 구체적인 예로 LiNi0.5Mn1.5O4 또는 LiNi0.4Mn1.6O4를 들 수 있다. 그러나 특별히 여기에 한정되는 것은 아니다.
Preferably, the lithium manganese-composite metal oxide represented by the above formula (2) is one in which Me is Al, Ni or Co. Specific examples thereof include LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 or LiNi 0.4 Mn 1.6 O 4 . However, the present invention is not limited thereto.

본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 리튬 니켈-망간-코발트 산화물은 하기 화학식 3으로 표시되는 것이다.
In one specific embodiment of the present invention, the lithium nickel-manganese-cobalt oxide is represented by the following formula (3).

[화학식 3](3)

LioNi1-p-qMnpCoqOr Li o Ni 1-pq Mn p Co q O r

상기 화학식 3에서, 0.5≤o≤1.2, 0.15≤p≤0.45, 0.15≤q≤0.45 및 1.5≤r≤2.5 이다.0.5??? 1.2, 0.15? P? 0.45, 0.15? Q? 0.45, and 1.5? R? 2.5.

상기 리튬 니켈-망간-코발트 복합 산화물은 구체적으로 LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 또는 LiNi0.4Mn0.3Co0.3O2를 예로 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The lithium nickel-manganese-cobalt composite oxide is specifically LiNi 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 O 2 or LiNi 0.4 Mn 0.3 Co 0.3 O 2 , but is not limited thereto.

상기 양극은 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라서는 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
The anode is prepared by applying a mixture of a cathode active material, a conductive material and a binder on a cathode current collector, followed by drying and pressing. If necessary, a filler may be further added to the mixture.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은The 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. Examples of the positive electrode current collector include stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, aluminum or stainless steel Carbon, nickel, titanium, silver

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.
Or the like may 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 양극에서 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 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, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
In the anode, the conductive material 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 material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or 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 whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

상기 양극에서 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
In the positive electrode, the binder is a component which assists in bonding of the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 50 wt% based on the total weight of the mixture containing the positive electrode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.

상기 양극에서 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.
In the anode, the filler is not particularly limited as long as it is a fibrous material that is used selectively as a component for suppressing the expansion of the anode and does not cause 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.

본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
In one embodiment of the present invention, the separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 300 mu m. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.

본원 발명에 있어서, 상기 전해액은 리튬염을 함유하고 있으며, 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 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, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.In the present invention, the electrolytic solution contains a lithium salt, and non-aqueous organic solvents, organic solid electrolytes, inorganic solid electrolytes, and the like are used, but the present invention is not limited thereto. Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate Nonionic organic solvents such as tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like can be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, A polymer containing an ionic dissociation group and the like may be used.

상기 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.
Examples of the inorganic solid electrolyte include 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 , Nitrides, halides and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 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, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
The lithium salt is a material that is readily soluble 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, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide.

또한, 전해액에는 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 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
For the purpose of improving the charge / discharge characteristics and the flame retardancy, the electrolytic solution is preferably mixed with an organic solvent such as pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, Benzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxyethanol, . In some cases, halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability. In order to improve the high-temperature storage characteristics, carbon dioxide gas may be further added. FEC (Fluoro-Ethylene Carbonate, PRS (Propene sultone), and the like.

하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.
In one specific example, LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4, LiN (SO 2 CF 3) 2 , such as a lithium salt, a highly dielectric solvent of DEC, DMC or EMC Fig solvent cyclic carbonate and a low viscosity of the EC or PC of And then adding it to a mixed solvent of linear carbonate to prepare a lithium salt-containing non-aqueous electrolyte.

상기와 같이 제조된 본원 발명의 전지셀은 바람직하게는 공칭 전압이 1.5V 내지 2.7V이다. 또는 상기 공칭 전압은 1.5 V~ 2.6V, 또는 2.0V ~ 2.6V, 또는 2.15V~ 2.6V 범위 내에서 조절이 가능하다.The battery cell of the present invention manufactured as described above preferably has a nominal voltage of 1.5 to 2.7V. Alternatively, the nominal voltage can be adjusted within the range of 1.5 V to 2.6 V, or 2.0 V to 2.6 V, or 2.15 V to 2.6 V.

본원 발명의 다른 측면에 따르면 본원 발명의 전지셀은 a) 양극, 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되는 분리막을 포함하는 전극 조립체; 및 b) 전해액;을 포함하는 리튬 이차 전지셀이며, 상기 음극은 음극 활물질로서 리튬 티타늄 산화물(Lithium Titanium Oxide: LTO)을 포함하고, 상기 이차 전지셀은 -20℃에서 보존용량(capacity retention(%))이 80% 이상인 것이다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a battery cell comprising: a) an electrode assembly including a cathode, a cathode, and a separator disposed between the anode and the cathode; And a negative electrode active material, wherein the negative electrode includes lithium titanium oxide (LTO), and the secondary battery cell has a capacity retention (%) at -20 ° C. ) Is more than 80%.

또한, 본원 발명의 또 다른 측면에 따르면 본원 발명의 전지셀은 a) 양극, 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되는 분리막을 포함하는 전극 조립체; 및 b) 전해액;을 포함하며, 상기 음극은 음극 활물질로서 리튬 티타늄 산화물(Lithium Titanium Oxide: LTO)을 포함한다. 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 양극은 양극 활물질로서 리튬 망간산화물, 리튬 망간-복합금속 산화물 및 리튬 니켈-망간-코발트 산화물로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상, 바람직하게는 2종 이상의 혼합물을 포함하며, 공칭 전압이 1.5V 내지 2.7V인 것이다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a battery cell comprising: a) an electrode assembly including a cathode, a cathode, and a separator disposed between the anode and the cathode; And b) an electrolyte solution, wherein the cathode includes lithium titanium oxide (LTO) as a negative electrode active material. According to a specific embodiment of the present invention, the positive electrode is a mixture of one or more, preferably two or more, selected from the group consisting of lithium manganese oxide, lithium manganese-composite metal oxide and lithium nickel-manganese- And the nominal voltage is 1.5V to 2.7V.

본 발명은 또한, 상기 리튬 이차 전지셀를 단위전지로 포함하는 전지모듈을 제공한다. The present invention also provides a battery module including the lithium secondary battery cell as a unit cell.

본원 발명의 전지 모듈은 본원 발명에 따른 전지셀을 1개 이상 포함하며 9.0V 내지 16.2V의 구동 전압을 갖는 것이다. 본원 발명에 있어서, 상기 1개의 전지 모듈은 단위 전지로서 바람직하게는 5개 내지 12개의 리튬 이차 전지셀들이 상호 조합되어 구성된다. The battery module of the present invention includes at least one battery cell according to the present invention and has a driving voltage of 9.0V to 16.2V. In the present invention, the one battery module is preferably a unit cell, in which five to twelve lithium secondary battery cells are mutually combined.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 단위 전지들은 동종(同種) 또는 이종(異種)의 리튬 이차 전지셀인 것이다. 여기서 ‘상호 조합’은 직렬 또는 직렬과 병렬이 조합된 구성을 의미한다. 그리고 ‘동종’은 리튬 이차 전지셀에 사용된 양극 활물질과 음극 활물질의 재료와 조성이 같은 것을 의미하고, ‘이종’은 리튬 이차 전지셀에 사용된 양극 활물질과 음극 활물질 중 적어도 하나의 재료가 다른 것을 의미한다.
According to a specific embodiment of the present invention, the unit cells are of the same type or different types of lithium secondary battery cells. Herein, the term 'mutual combination' means a serial or a combination of serial and parallel. The 'homogeneous' means that the material of the cathode active material used in the lithium secondary battery cell is the same as that of the material of the anode active material, and 'heterogeneous' means that at least one material of the cathode active material and the anode active material used in the lithium secondary battery cell is different .

본원 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 전지 모듈은 단위 전지의 개수가 7개 미만인 경우에는 포함되는 단위 전지들이 모두 직렬로 연결되는 것이 바람직하다. 한편, 전지 모듈 내 단위 전지의 개수가 7개 이상인 경우에는 단위 전지들이 직렬 연결 및 병렬 연결을 조합하여 연결된다. In an embodiment of the present invention, when the number of the unit cells is less than 7, the unit cells are all connected in series. On the other hand, when the number of unit cells in the battery module is seven or more, the unit cells are connected in a combination of serial connection and parallel connection.

이와 같이 동종 또는 이종의 전지셀들을 다양하게 조합하여 9.0V 내지 16.2V 범위의 구동 전압을 만족하는 이차 전지 모듈을 용이하게 구성할 수 있다. Thus, a secondary battery module satisfying a driving voltage in the range of 9.0V to 16.2V can be easily constructed by combining various types of battery cells of the same or different types.

도 8은 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 전지 모듈의 개략도이다. 8 is a schematic view of a battery module according to a specific embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 이차 전지 모듈(100)은 직렬 연결된 6개의 전지 셀(110)과, 최외곽 전지 셀의 단자측 도선에서 방전 전류의 순방향으로 구비된 다이오드(120)를 포함한다. 다이오드(120)는 일정 전압 이상에서 전류의 흐름을 원활하게 하고 그 전압 이하에서 전류의 흐름을 차단한다. 따라서 다이오드를 구비한 이차 전지 모듈은 전지 셀들을 과방전으로부터 보호하고, 전지 셀들간 전압 균형을 맞출 수 있다.Referring to FIG. 8, the secondary battery module 100 includes six battery cells 110 connected in series and a diode 120 provided in a forward direction of a discharging current from the terminal-side lead of the outermost battery cell. The diode 120 smoothes the flow of the current at a predetermined voltage or higher and cuts off the flow of the current at or below the voltage. Therefore, the secondary battery module including the diode can protect the battery cells from overdischarge and adjust the voltage balance between the battery cells.

도 9는 이차 전지 모듈의 다른 조합 예를 나타낸 개략도이다. 도 9를 참고하면, 이차 전지 모듈(200)은 두 개의 서브 모듈(230)이 병렬로 연결되며 각 서브 모듈은 5개의 단위 전지셀(210)이 직렬로 연결되어 있는 것으로서 총 10개의 전지 셀이 상호 조합하여 연결된다. 한편, 상기 서브모듈(230)은 이차 전지의 방전량을 조절하는 고정 저항 또는 가변 저항을 포함할 수 있다. 도 9에서는 가변 저항(R)을 예를 들어 도시하였다. 이차 전지 모듈은 고정 저항 또는 가변 저항에 의해 수명 특성과 안전성을 더 우수하게 확보할 수 있다. 9 is a schematic view showing another combination example of the secondary battery module. Referring to FIG. 9, the secondary battery module 200 has two sub-modules 230 connected in parallel, and each sub-module has five unit battery cells 210 connected in series, They are connected in a combination. Meanwhile, the sub-module 230 may include a fixed resistor or a variable resistor for controlling the amount of discharge of the secondary battery. In Fig. 9, the variable resistor R is shown as an example. The secondary battery module can secure lifetime characteristics and safety by a fixed resistor or a variable resistor.

도 8 내지 도 9에 도시한 이차 전지 모듈(100, 200)의 조합 구성은 하나의 예일 뿐 본 조합 예에 따른 이차 전지 모듈의 구성은 전술한 예로 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.
The combination configuration of the secondary battery modules 100 and 200 shown in FIGS. 8 to 9 is only one example, and the configuration of the secondary battery module according to this combination example is not limited to the above-described example, and can be variously modified.

또한 본원 발명은 전술한 본원 발명에 따른 전지모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다. The present invention also provides a battery pack including the battery module according to the present invention described above.

상기 전지팩은 고온 안정성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있다. 상기 디바이스의 구체적인 예로는 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차 (Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기 자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(Escooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
The battery pack may be used as a power source for devices requiring high temperature stability, long cycle characteristics, and high rate characteristics. Specific examples of the device include a power tool which is powered by an electric motor and moves; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), and the like; An electric motorcycle including an electric bike (E-bike) and an electric scooter (Escooter); An electric golf cart; And a power storage system, but the present invention is not limited thereto.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the embodiments according to the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.

실시예Example

리튬 이차 전지셀의 제조Manufacture of lithium secondary battery cell

각 실시예에 대해서, 양극 활물질, 바인더, 도전재를 하기 표 1과 같이 준비하여 N-메틸-2-피롤리돈에 분산시켜 양극 조성물을 제조하였다. 상기 양극 조성물을 알루미늄 호일에 도포한 후 건조 및 압연하여 양극을 제조하였다. 음극 활물질, 도전재, 및 바인더를 하기 표 1와 같이 준비하여 N-메틸피롤리돈 용매에서 분산시켜 음극 조성물을 제조하였다. 다음, 구리 호일 위에 상기 음극 조성물을 도포한 후 건조 및 압연하여 음극을 제조하였다. 전해액으로는 프로필렌카보네이트(PC), 에틸메틸카보네이트(EMC) 및 디메틸카보네이트(DMC)의 혼합 부피비가 2:4:4인 혼합 용액에 용액에 1.0M 농도의 LiPF6이 용해된 것을 사용하였다. 상기 제조된 양극 및 음극과 폴리프로필렌 재질의 세퍼레이터를 개재하고 상기 전해액을 주입한 후 권취 및 압축 하여 리튬 이차 전지를 제작하였다.
For each of the examples, a cathode active material, a binder, and a conductive material were prepared as shown in Table 1 below and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a cathode composition. The positive electrode composition was coated on an aluminum foil, followed by drying and rolling to prepare a positive electrode. A negative electrode active material, a conductive material, and a binder were prepared as shown in Table 1 below and dispersed in N-methylpyrrolidone solvent to prepare an anode composition. Next, the negative electrode composition was coated on a copper foil, followed by drying and rolling to prepare a negative electrode. As the electrolytic solution, a mixed solution of propylene carbonate (PC), ethylmethyl carbonate (EMC) and dimethyl carbonate (DMC) in a mixing volume ratio of 2: 4: 4 was used in which 1.0 M LiPF 6 was dissolved. The electrolyte was injected through the prepared positive electrode and negative electrode and a separator made of polypropylene, and then wound and compressed to prepare a lithium secondary battery.

활물질
(성분/함량 wt%)
Active material
(Component / content wt%)
도전재
(성분/함량)
Conductive material
(Ingredient / content)
바인더/함량
(성분/함량)
Binder / Content
(Ingredient / content)
실시예 1Example 1 음극cathode Li1.33Ti1.67O4/92wt% Li 1.33 Ti 1.67 O 4 / 92wt % 카본블랙/4 wt %Carbon black / 4 wt% PVDF/4 wt %PVDF / 4 wt% 양극anode LiMn2O4/75.65wt%
LiNi0.4Mn0.3Co0.3O2/13.35wt%
LiMn 2 O 4 / 75.65 wt%
LiNi 0.4 Mn 0.3 Co 0.3 O 2 /13.35 wt%
카본블랙/7 wt %Carbon black / 7 wt% PVDF/3.5 wt %PVDF / 3.5 wt%
실시예 2Example 2 음극cathode Li1.33Ti1.67O4/92wt% Li 1.33 Ti 1.67 O 4 / 92wt % 카본블랙/4 wt %Carbon black / 4 wt% PVDF/4 wt.%PVDF / 4 wt.% &Lt; 양극anode LiMn2O4/44.25 wt %
LiNi0.4Mn0.3Co0.3O2/44.25 wt %
LiMn 2 O 4 / 44.25 wt%
LiNi 0.4 Mn 0.3 Co 0.3 O 2 / 44.25 wt%
카본블랙/8.0 wt %Carbon black / 8.0 wt% PVDF/3.5 wt.%PVDF / 3.5 wt.% &Lt;

리튬 이차 전지 모듈의 제조Manufacture of lithium secondary battery module

실시예 1: 상기에서 제조된 리튬 이차 전지 단위셀 6개(각각 공칭 전압 2.4V~2.5V)를 직렬로 연결하여 리튬 이차 전지 모듈을 제조하였다. 이 경우 구동 전압은 10.8 ~ 15.6V이다.
Example 1 Six lithium secondary battery unit cells (each nominal voltage 2.4V to 2.5V) prepared above were connected in series to prepare a lithium secondary battery module. In this case, the driving voltage is 10.8 to 15.6 V.

실시예 2: 상기에서 제조된 리튬 이차 전지 단위셀 5개(각각 공칭 전압 2.3~2.25)를 직렬로 연결하여 서브 모듈을 제작하여 상기 서브 모듈을 서로 병렬로 연결하여 리튬 이차 전지 모듈을 제조하였다. 이 경우 구동 전압은 10.8 ~ 15.6V이다.
Example 2: Five lithium secondary battery unit cells (each having a nominal voltage of 2.3 to 2.25) manufactured in the above manner were connected in series to produce a submodule, and the submodules were connected in parallel to each other to manufacture a lithium secondary battery module. In this case, the driving voltage is 10.8 to 15.6 V.

비교예 1Comparative Example 1

양극 활물질, 바인더, 도전재를 하기 표 2와 같이 준비하여 N-메틸-2-피롤리돈에 분산시켜 양극 조성물을 제조하였다. 상기 양극 조성물을 알루미늄 호일에 도포한 후 건조 및 압연하여 양극을 제조하였다. 음극 활물질, 도전재, 및 바인더를 하기 표 2와 같이 준비하여 용매인 탈이온수에 분산시켜 음극 조성물을 제조하였다. 다음으로, 구리 호일 위에 상기 음극 조성물을 도포한 후 건조 및 압연하여 음극을 제조하였다. 전해액으로는 에틸렌카보네이트(EC), 에틸메틸카보네이트(EMC) 및 디메틸카보네이트(DMC)의 혼합 부피가 2:4:4인 혼합 용액에 1.0M 농도의 LiPF6이 용해된 것을 사용하였다. 상기 제조된 양극 및 음극과 폴리프로필렌 재질의 세퍼레이터를 개재하고 상기 전해액을 주입한 후 권취 및 압축하여 단위셀을 제작하였다. 상기에서 제조된 단위셀 4 개를 직렬로 연결하여 리튬 이차 전지 모듈을 제조하였다. 이 경우 구동 전압은 11.5~16.8V이다.
A cathode active material, a binder and a conductive material were prepared as shown in Table 2 below and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a cathode composition. The positive electrode composition was coated on an aluminum foil, followed by drying and rolling to prepare a positive electrode. A negative electrode active material, a conductive material, and a binder were prepared as shown in Table 2 below and dispersed in deionized water as a solvent to prepare an anode composition. Next, the negative electrode composition was coated on a copper foil, followed by drying and rolling to prepare a negative electrode. As the electrolytic solution, a mixed solution of ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) in a mixing volume of 2: 4: 4 was used and a 1.0 M LiPF 6 solution was dissolved. The electrolyte was injected through the prepared positive electrode and negative electrode and a separator made of polypropylene, and then wound and compressed to prepare a unit cell. Four unit cells prepared above were connected in series to produce a lithium secondary battery module. In this case, the driving voltage is 11.5 to 16.8V.

활물질
(성분/함량 wt%)
Active material
(Component / content wt%)
도전재
(성분/함량)
Conductive material
(Ingredient / content)
바인더/함량
(성분/함량)
Binder / Content
(Ingredient / content)
비교예 1Comparative Example 1 음극cathode 그라파이트/95.8wt%Graphite / 95.8wt% 카본블랙/1 wt %Carbon black / 1 wt% SBR/2.2 wt %SBR / 2.2 wt% 양극anode LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2/88.5wt%LiNi 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 O 2 /88.5 wt% 카본블랙/8.5 wt %Carbon black / 8.5 wt% PVDF/3.0 wt %PVDF / 3.0 wt%

전지 모듈의 충방전 효율 및 저항 증가율 특성 비교Comparison of charge / discharge efficiency and resistance increase rate characteristics of battery module

상기 실시예 1의 전지 모듈과 비교예의 전지 모듈을 충방전 사이클 장치(제조사: TOYO, 모델: TOYO-5200) 를 이용하여 실시예1은 25℃, 2.6V 충전전압, 400㎃h 전류밀도로 CC-CV(Constant current-Constant voltage)로 최초 충전 후, 10분의 휴지기간을 가지고 방전용량 1000㎃h로 1.8V까지 방전, 비교예는 25℃, 4.2V 충전전압, 400㎃h 전류밀도로 CC-CV(Constant current-Constant voltage)로 최초 충전 후, 10분의 휴지기간을 가지고 방전용량 1000㎃h로 2.8V까지 방전하여 충방전 효율 및 저항증가율 특성을 비교하였으며, 도 1에 그 결과를 나타내었다. 하기 도 1에서와 같이, 본 발명에 따른 LTO 음극 및 이를 이용하여 제조된 리튬 이차전지는 흑연 음극을 채용한 전지에 비하여 충방전 효율 및 저항 증가율의 측면에서 우수한 효과를 나타내는 것을 확인하였다.
The battery module of Example 1 and the battery module of the comparative example were charged at a current density of 25 mA at a current density of 25 mA and a current density of 400 mAh at 25 DEG C using a charge-discharge cycle device (TOYO, model TOYO- After initial charging with -CV (Constant current-Constant voltage), the battery was discharged to 1.8V at a discharging capacity of 1000 mAh with a downtime of 10 minutes. In the comparative example, CC The charging and discharging efficiency and the resistance increase rate characteristics were compared by discharging to 2.8 V with a discharging capacity of 1000 mAh with a downtime of 10 minutes after the first charging with -CV (Constant current-Constant voltage). The results are shown in FIG. . As shown in FIG. 1, the LTO cathode according to the present invention and the lithium secondary battery manufactured using the LTO cathode exhibit excellent effects in terms of charging / discharging efficiency and resistance increase rate as compared with a battery employing a graphite cathode.

전지 모듈의 저온 특성 비교Comparison of Low Temperature Characteristics of Battery Module

상기 실시예 2의 전지 모듈과 비교예의 전지 모듈을 충방전 사이클 장치(제조사: TOYO, 모델: TOYO-5200) 를 이용하여 온도 변화에 따른 충방전 효율 및 저항 증가율 특성을 비교하였다. 충방전 사이클은 실시예 1은 25℃, 2.6 충전전압, 400㎃h 전류밀도로 CC-CV(Constant current-Constant voltage)로 최초 충전 후, 10분의 휴지기간을 가지고 방전용량 1000㎃h로 1.8V까지 방전하였다. 비교예는 25℃, 4.2V 충전전압, 400㎃h 전류 밀도로 CC-CV 로 최초 충전 후, 10분의 휴지기간을 가지고 방전용량 1000㎃h 로 2.8V까지 방전을 행하였다.
The battery module of the second embodiment and the battery module of the comparative example were compared with each other in charging / discharging efficiency and resistance increase rate characteristics with temperature change using a charge / discharge cycle device (manufacturer: TOYO, model: TOYO-5200). The charge / discharge cycle of Example 1 was initially 1.8 hours at a current density of 2.6 at a charge voltage of 400 mAh at 25 DEG C, and then a rest period of 10 minutes after initial charging with a constant current-constant voltage (CC-CV) V. In the comparative example, discharging was performed to 2.8V at a discharging capacity of 1000 mAh with a dwell period of 10 minutes after the initial charging by CC-CV at a charging voltage of 4.2 V and a current density of 400 mAh at 25 캜.

도 2를 살펴보면 영하의 온도 조건뿐만 아니라 20℃ 미만의 영상의 온도 조건에서도 실시예 2의 전지 모듈의 용량 특성이 비교예에 비해 매우 우수한 것으로 확인되었다. 특히 -20℃의 조건에서 저항비가 600% 이하인 것을 확인할 수 있었다. 그리고, 저온 조건에서의 저항 특성의 경우 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이 실시예 2에 따른 전지 모듈이 비교예에 비해 우수한 효과를 나타내었으며, 특히 -20℃의 조건에서 보존용량(capacity retention(%))가 80% 이상인 것으로 확인되었다.
2, it was confirmed that the capacity characteristics of the battery module of Example 2 were superior to those of Comparative Example even at a temperature of less than -20 ° C and an image temperature of less than 20 ° C. Especially, it was confirmed that the resistance ratio was less than 600% under the condition of -20 ° C. As can be seen from FIG. 3, the battery module according to Example 2 exhibited an excellent effect as compared with the comparative example. Especially, at a temperature of -20 ° C, the capacity retention (capacity retention (% )) Was found to be 80% or more.

10 디바이스
100, 200 전지 모듈
110, 210 단위 전지셀
120, 220 다이오드
230 서브 전지 모듈
10 devices
100, 200 battery module
110, 210 unit cell
120, 220 diodes
230 Sub Battery Module

Claims (20)

a) 양극, 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되는 분리막을 포함하는 전극 조립체; 및 b) 전해액;을 포함하는 리튬 이차 전지셀이며,
상기 음극은 음극 활물질로서 리튬 티타늄 산화물(Lithium Titanium Oxide: LTO)을 포함하고,
상기 이차 전지셀은 -20℃에서 저항비(resistance ratio(%))가 600% 이하이고, 보존용량(capacity retention(%))이 80% 이상이며,
상기 양극은 양극 활물질이 리튬 망간 산화물 및 리튬 니켈-망간-코발트 산화물로 구성되며 여기에서 상기 리튬 니켈-망간-코발트 산화물은 LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 또는 LiNi0.4Mn0.3Co0.3O2인 것인 리튬 이차 전지셀.
a) an electrode assembly including an anode, a cathode, and a separator disposed between the anode and the cathode; And b) an electrolytic solution,
The negative electrode includes lithium titanium oxide (LTO) as a negative electrode active material,
The secondary battery cell has a resistance ratio (%) of 600% or less and a capacity retention (%) of 80% or more at -20 ° C,
The positive electrode is composed of lithium manganese oxide and lithium nickel-manganese-cobalt oxide as the positive electrode active material, wherein the lithium nickel-manganese-cobalt oxide is LiNi 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 O 2 or LiNi 0.4 Mn 0.3 Co 0.3 O 2 Which is a lithium secondary battery cell.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 리튬 티타늄 산화물(LTO)은 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지셀:
[화학식 1]
LixTiyO4
상기 식에서, 0.5≤x≤3, 1≤y≤2.5 이다.
The method according to claim 1,
The lithium secondary battery cell according to claim 1, wherein the lithium titanium oxide (LTO)
[Chemical Formula 1]
Li x Ti y O 4
In the above formula, 0.5? X? 3, 1? Y? 2.5.
제3항에 있어서,
상기 리튬 티타늄 산화물은 Li1.33Ti1.67O4 또는 LiTi2O4인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지셀.
The method of claim 3,
Wherein the lithium titanium oxide is Li 1.33 Ti 1.67 O 4 or LiTi 2 O 4 .
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전지셀은 공칭 전압이 1.5V 내지 2.7V인 리튬 이차 전지셀.
The method according to claim 1,
Wherein the battery cell has a nominal voltage of 1.5V to 2.7V.
삭제delete 삭제delete 단위 전지로서 5개 내지 12개의 리튬 이차 전지셀들을 포함하며, 상기 단위 전지셀들은 제1항, 제3항, 제4항 및 제11항 중 어느 한 항에 따른 리튬 이차 전지셀을 1개 이상 포함하는 것인 리튬 이차 전지 모듈.
The unit cell includes five to twelve lithium secondary battery cells, and the unit battery cells include at least one lithium secondary battery cell according to any one of claims 1, 3, 4, and 11 Lithium secondary battery module.
제14항에 있어서,
상기 전지 모듈은 9V 내지 16.2V의 구동 전압 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지 모듈.
15. The method of claim 14,
Wherein the battery module satisfies a driving voltage condition of 9V to 16.2V.
제14항에 있어서,
단위 전지셀의 개수가 5개 또는 6개이며, 상기 단위 전지셀들이 직렬로 연결되는 리튬 이차 전지 모듈.
15. The method of claim 14,
Wherein the number of unit battery cells is five or six, and the unit battery cells are connected in series.
제14항에 있어서,
단위 전지셀의 개수가 7개 내지 12개 이며, 상기 단위 전지셀들이 직렬 연결 및 병렬 연결을 조합하여 연결되는 것을 특징으로 하는 것인, 리튬 이차 전지 모듈.
15. The method of claim 14,
Wherein the number of unit battery cells is 7 to 12, and the unit battery cells are connected by a combination of series connection and parallel connection.
제14항에 따른 전지 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
A battery pack comprising the battery module according to claim 14.
제18항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
A device comprising a battery pack according to claim 18.
제19항에 있어서, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차인 것인 디바이스. 20. The device of claim 19, wherein the device is an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, or a plug-in hybrid electric vehicle.
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