KR101752864B1 - Lithium Secondary Battery and Battery Module Comprising the Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 12V 듀얼 전지팩에서 납축전지와 함께 듀얼 시스템을 구성하도록 최적화된 리튬이차전지 및 이를 포함하는 전지모듈에 관한 것으로, 상기 전지모듈은 우수한 성능 및 SOC 예측 용이성을 갖는다.The present invention relates to a lithium secondary battery optimized for configuring a dual system together with a lead acid battery in a 12V dual battery pack, and a battery module including the lithium secondary battery, wherein the battery module has excellent performance and easiness of SOC prediction.

Description

리튬이차전지 및 이를 포함하는 전지모듈 {Lithium Secondary Battery and Battery Module Comprising the Same}Technical Field [0001] The present invention relates to a lithium secondary battery and a battery module including the lithium secondary battery.

본 발명은 리튬이차전지 및 이를 포함하는 전지모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 12V 듀얼 전지팩에서 납축전지와 함께 듀얼 시스템을 구성하도록 최적화된 리튬이차전지 및 이를 포함하는 전지모듈에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a lithium secondary battery and a battery module including the lithium secondary battery. More particularly, the present invention relates to a lithium secondary battery optimized for a dual system together with a lead acid battery in a 12V dual battery pack and a battery module including the same.

근래, 휴대전화, PDA, 랩탑 컴퓨터 등 휴대 전자기기를 비롯해 다방면에서 리튬이차전지가 사용되고 있다. 특히 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기 오염의 주요 원인 중 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석 연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차의 구동원으로서 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 갖는 리튬이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 일부 상용화 단계에 있다. 2. Description of the Related Art In recent years, lithium secondary batteries have been used in many fields including portable electronic devices such as mobile phones, PDAs, and laptop computers. Especially, as the interest in environmental problems grows, it is one of the main causes of air pollution. As a driving source of electric vehicles that can replace fossil fuel vehicles such as gasoline vehicles and diesel vehicles, lithium secondary batteries having high energy density and discharge voltage Research on batteries has been actively conducted, and some of them are in the commercialization stage.

차량에 사용되는 납축전지는 연료 소모를 통하여 충전을 하게 되며, 12V 듀얼 시스템(Dual System)에서는 이러한 충전 과정을 회생 제동 과정에서 얻는 에너지로 대체하여 연비 향상을 돕도록 한다. 이 때, 2개의 12V 전지모듈 중 하나는 충전 과정에서 얻은 에너지를 다른 12V 전지모듈로 방전하고, 에너지를 받은 12V 전지모듈은 차량 내부의 전장 시스템에서 전기 에너지로 사용된다.The lead acid battery used in the vehicle is charged through fuel consumption. In the 12V Dual System, this charging process is replaced by the energy obtained during the regenerative braking process to help improve fuel efficiency. At this time, one of the two 12V battery modules discharges the energy obtained from the charging process to another 12V battery module, and the energy-receiving 12V battery module is used as electric energy in the vehicle interior electric system.

리튬이차전지 모듈이 12V 듀얼 전지팩을 구성하는 경우, 리튬이차전지 모듈을 구성하는 활물질 성분 등의 구성에 따라, 전지팩의 안전성, 충전 특성, 저온 성능, SOC (State Of Charge) 예측 용이성과 같은 특성이 좌우될 수 있다. 예컨대, NMC(Nickel Manganese Cobalt) 양극 활물질/그래파이트(Graphite: Gr) 음극 활물질로 구성된 전극, LCO(Lithium Cobalt Oxide) 양극 활물질/그래파이트 음극 활물질로 구성된 전극을 사용하는 리튬이차전지의 공칭 전압(nominal voltage)은 약 3.7 V이어서, 이들 리튬이차전지 4개를 직렬(4S)로 하여 구성된 전지모듈은 약 14.8 V의 공칭 전압을 가지게 되어 회생 제동 에너지의 충전에 매우 불리하게 된다. 또한, 상기 리튬이차전지 3개를 직렬(3S)로 하여 구성된 전지모듈은 약 11.1 V의 공칭 전압을 갖게 되어, 12V 듀얼 시스템을 구성하는 또 다른 전지모듈인 납축전지보다 낮은 전위에서 작동하게 되므로 납축전지로의 방전이 불리해지는 문제점이 있다.
In the case where the lithium secondary battery module constitutes a 12V dual battery pack, depending on the constitution of the active material constituting the lithium secondary battery module, the safety, the charging characteristic, the low temperature performance, the ease of prediction of the state of charge (SOC) Characteristics can be influenced. For example, a lithium secondary battery using an electrode composed of an NMC (Nickel Manganese Cobalt) cathode active material / graphite (Gr) anode active material, an LCO (lithium cobalt oxide) cathode active material / graphite anode active material, ) Is about 3.7 V. Thus, a battery module constituted by arranging four lithium secondary batteries in series (4S) has a nominal voltage of about 14.8 V, which is very disadvantageous for charging the regenerative braking energy. In addition, since the battery module constructed with three lithium secondary batteries in series (3S) has a nominal voltage of about 11.1 V and operates at a potential lower than that of the lead battery, which is another battery module constituting the 12V dual system, There is a problem that the discharge to the battery becomes disadvantageous.

본 발명은 12V 듀얼 전지팩에서 납축전지와 함께 듀얼 시스템을 구성하도록 최적화된 리튬이차전지 및 이를 포함하는 전지모듈로서, 충전 특성, 성능, SOC 예측 용이성이 우수한 리튬이차전지 및 이를 포함하는 전지모듈을 제공하고자 한다.
The present invention relates to a lithium secondary battery optimized for constituting a dual system together with a lead acid battery in a 12V dual battery pack and a battery module including the lithium secondary battery and a lithium secondary battery excellent in charging characteristics, .

전술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시양태에서는, 3성분계 리튬함유 금속산화물을 양극 활물질로 포함하는 양극과 리튬 티타늄 산화물(Lithium titanium oxide: LTO)을 음극 활물질로 포함하는 음극을 포함하는 리튬이차전지가 제공된다.
According to an embodiment of the present invention, there is provided a lithium secondary battery comprising a positive electrode comprising a three-component lithium-containing metal oxide as a positive electrode active material and a lithium electrode including a negative electrode containing a lithium titanium oxide (LTO) A secondary battery is provided.

상기 양극 활물질은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다:The cathode active material may be represented by the following Formula 1:

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Li1+aNixCoyMn1-x-yO2 Li 1 + a Ni x Co y Mn 1-xy O 2

상기에서, 0≤a<0.5, 0<x<1, 0<y<0.5 이다.In the above, 0? A <0.5, 0 <x <1, 0 <y <0.5.

또한, 상기 양극 활물질은 하기 화학식 1a로 표시될 수 있다.In addition, the cathode active material may be represented by the following formula (1a).

[화학식 1a][Formula 1a]

Li1+aNixCoyMn1-x-yMαO2 Li 1 + a Ni x Co y Mn 1-xy M ? O 2

상기에서, 0≤a<0.5, 0<x<1, 0<y<0.5, 0≤α≤1이며, M은 B, Li, Mg, Al, Ca, Sr, Cr, V, Ti, Fe, Co, Ni, Zr, Zn, Si, Y, Nb, Ga, Sn, Mo, W 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속이다.
Wherein M is at least one element selected from the group consisting of B, Li, Mg, Al, Ca, Sr, Cr, V, Ti, Fe, At least one metal selected from the group consisting of Co, Ni, Zr, Zn, Si, Y, Nb, Ga, Sn, Mo and W and combinations thereof.

또한, 상기 음극 활물질은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다:In addition, the negative electrode active material may be represented by the following formula (2)

[화학식 2](2)

LiaTibO4 Li a Ti b O 4

상기에서, 0.5≤a≤3, 1≤b≤2.5 이다.
In the above, 0.5? A? 3, 1? B? 2.5.

또한, 상기 음극 활물질은 하기 화학식 2a로 표시될 수 있다:In addition, the negative electrode active material may be represented by the following formula (2a)

[화학식 2a](2a)

LiaTibMxO4 Li a Ti b M x O 4

상기 식에서, M은 Mo, W, Zr, Hf, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Al 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상이고, 0.5≤a≤3, 1≤b≤2.5, 0≤x≤1이다.
Wherein M is at least one element selected from the group consisting of Mo, W, Zr, Hf, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Al and Mg, 2.5, 0? X? 1.

본 발명의 다른 실시양태에서는 상기에 기재된 리튬이차전지가 6개 직렬로 연결된 리튬이차전지 모듈이 제공된다.Another embodiment of the present invention provides a lithium secondary battery module in which six lithium secondary batteries are connected in series.

본 발명의 또 다른 실시양태에서는 상기 리튬이차전지 모듈을 포함하는 12V 전지팩이 제공된다.In another embodiment of the present invention, a 12V battery pack including the lithium secondary battery module is provided.

상기 12V 전지팩은 12V 납축전지를 더 포함할 수 있다.
The 12V battery pack may further include a 12V lead acid battery.

본 발명의 일 실시양태에 따른 리튬이차전지 모듈은 12V 듀얼 전지팩에서 납축전지와 함께 사용될 때, SOC 전 범위에 걸쳐, 납축전지의 OCV(Open Circuit Voltage)보다 높은 전위 상태를 유지하여 납축 전지로의 방전을 용이하게 하는 동시에 12V 듀얼 전지팩의 Vmax (일반적으로 14V~16V)보다 낮은 전압에서 회생 제동 에너지를 받을 수 있도록 하는 11V~16V 범위의 전압을 갖는다. The lithium rechargeable battery module according to an embodiment of the present invention maintains a potential higher than the OCV (Open Circuit Voltage) of the lead-acid battery over the entire range of the SOC when used together with the lead-acid battery in the 12V dual battery pack, a discharge at the same time to facilitate dual 12V battery pack of V max (typically 14V ~ 16V) and has a voltage of 16V ~ 11V range to receive the regenerative braking energy at a voltage less than.

또한, 본 발명의 일 실시양태에 따르는 리튬이차전지 모듈에서는 SOC를 예측하기가 용이하다.
Further, in the lithium secondary battery module according to one embodiment of the present invention, it is easy to predict the SOC.

도 1은 실시예 1-2, 비교예 1-2 및 비교예 2-2에서 제조된 리튬이차전지 모듈의, SOC 범위에 따른 전압을 나타낸 그래프이다.FIG. 1 is a graph showing voltages according to SOC ranges of the lithium secondary battery module manufactured in Example 1-2, Comparative Example 1-2, and Comparative Example 2-2.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명의 일 실시양태에 따르면, 12V 듀얼 전지팩용 리튬이차전지 모듈은 3성분계 리튬함유 금속산화물을 양극 활물질로 포함하는 양극과 리튬 티타늄 산화물(Lithium titanium oxide: LTO)을 음극 활물질로 포함하는 음극을 포함하는 리튬이차전지가 6개 직렬로 연결된 것을 특징으로 한다.According to one embodiment of the present invention, a lithium secondary battery module for a 12V dual battery pack comprises a cathode comprising a three-component lithium-containing metal oxide as a cathode active material and a cathode including a lithium-titanium oxide (LTO) And six lithium secondary batteries are connected in series.

먼저, 본 발명의 일 실시양태에 따른 리튬이차전지를 보다 상세히 설명한다.First, a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.

본 발명에서 양극 활물질로 사용될 수 있는 3성분계 리튬함유 금속산화물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다:The three-component lithium-containing metal oxide which can be used as the cathode active material in the present invention can be represented by the following formula (1)

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Li1+aNixCoyMn1-x-yO2 Li 1 + a Ni x Co y Mn 1-xy O 2

상기에서, 0≤a<0.5, 0<x<1, 0<y<0.5 이다.
In the above, 0? A <0.5, 0 <x <1, 0 <y <0.5.

상기 화학식 1의 화합물은 미량의 불순물을 포함할 수 있으며, 이 경우, 화학식 1의 화합물은 하기와 같이 표시될 수 있다.The compound of Formula 1 may contain a trace amount of impurities. In this case, the compound of Formula 1 may be represented as follows.

[화학식 1a][Formula 1a]

Li1+aNixCoyMn1-x-yMαO2 Li 1 + a Ni x Co y Mn 1-xy M ? O 2

상기에서, 0≤a<0.5, 0<x<1, 0<y<0.5, 0≤α≤1이며, M은 B, Li, Mg, Al, Ca, Sr, Cr, V, Ti, Fe, Co, Ni, Zr, Zn, Si, Y, Nb, Ga, Sn, Mo, W 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속이다.
Wherein M is at least one element selected from the group consisting of B, Li, Mg, Al, Ca, Sr, Cr, V, Ti, Fe, At least one metal selected from the group consisting of Co, Ni, Zr, Zn, Si, Y, Nb, Ga, Sn, Mo and W and combinations thereof.

바람직하게, 상기 화학식 1로 표시되는 3 성분계 리튬 함유 금속산화물은 층상 구조를 갖는 Li1+aNixCoyMn1-x-yO2 (0≤a<0.2, 0<x<0.8, 0<y<0.5)일 수 있으며, x=y=1/3인 Li1+aNi1/3Co1/3Mn1/3O2 (0≤a<0.2)가 더욱 바람직하다.Preferably, the three-component lithium-containing metal oxide represented by Formula 1 is Li 1 + a Ni x Co y Mn 1-xy O 2 (0? A <0.2, 0 <x <0.8, 0 <y <0.5), and more preferably Li 1 + a Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (0? A <0.2) where x = y = 1/3 .

상기 양극 활물질은 리튬 니켈 망간 복합 산화물(LMN) 외에, 비제한적인 예로, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M =Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을, 본 발명의 목적에 부합하는 한도내에서, 함께 사용할 수도 있다.
In addition to the lithium nickel manganese composite oxide (LMN), the cathode active material may include, but not limited to, a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as Li 1 + x Mn 2 -x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 and the like; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; A Ni-site type lithium nickel oxide expressed by the formula LiNi 1-x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 ( where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, x = 0.01 ~ 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like may be used together insofar as they meet the object of the present invention.

음극 활물질로 사용되는 리튬 티타늄 산화물은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다. The lithium titanium oxide used as the negative electrode active material may be represented by the following formula (2).

[화학식 2](2)

LiaTibO4 Li a Ti b O 4

상기 식에서, 0.5≤a≤3, 1≤b≤2.5 이다.
In the above formula, 0.5? A? 3, 1? B? 2.5.

혹은, 리튬 티타늄 산화물은 하기 화학식 2a로 표시될 수 있다.Alternatively, the lithium titanium oxide may be represented by the following formula (2a).

[화학식 2a](2a)

LiaTibMxO4 Li a Ti b M x O 4

상기 식에서, M은 Mo, W, Zr, Hf, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Al 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상이고, 0.5≤a≤3, 1≤b≤2.5, 0≤x≤1이다.Wherein M is at least one element selected from the group consisting of Mo, W, Zr, Hf, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Al and Mg, 2.5, 0? X? 1.

구체적인 예로는 Li0.8Ti2.2O4, Li2.67Ti1.33O4, LiTi2O4, Li1.33Ti1.67O4, Li1.14Ti1.71O4, 또는 Zr이 혼입된 LTO 화합물 등이 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 스피넬 구조의 Li1.33Ti1.67O4 또는 LiTi2O4가 충방전시 결정 구조의 변화가 적고 가역성이 우수한 특성을 갖는다.Specific examples thereof include a LTO compound in which Li 0.8 Ti 2.2 O 4 , Li 2.67 Ti 1.33 O 4 , LiTi 2 O 4 , Li 1.33 Ti 1.67 O 4 , Li 1.14 Ti 1.71 O 4 , or Zr is incorporated. It is not. The spinel structure of Li 1.33 Ti 1.67 O 4 or LiTi 2 O 4 exhibits less change in crystal structure and excellent reversibility when charged and discharged.

상기 음극 활물질은 리튬 티타늄 산화물(LTO) 외에, 예를 들어, 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 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료; 티타늄 산화물 등을, 본 발명의 목적에 부합하는 한도내에서, 함께 사용할 수도 있다.
The negative electrode active material may include, in addition to lithium titanium oxide (LTO), carbon such as non-graphitized carbon or graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1 ), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me 'y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, Halogen, 0 &lt; x &lt; Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4 , and Bi 2 O 5 and the like; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials; Titanium oxide, and the like may be used together within the scope of the object of the present invention.

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.

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 스테인레스 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 positive electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 μm. The 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 positive electrode current collector may be made of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon or a surface of aluminum or stainless steel Treated with carbon, nickel, titanium, silver 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.

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.The conductive material is usually added in an amount of 1 to 50 wt% 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.

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.The binder is a component that 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 cathode 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.

충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.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 a chemical change in the battery, and examples thereof include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.

한편, 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 상기에서와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.On the other hand, the negative electrode is manufactured by applying, drying and pressing an anode active material on an anode current collector, and may optionally further include a conductive material, a binder, a filler, and the like as described above.

음극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 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 anode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 μm. Such an anode current collector is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, and examples of the anode current collector include copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, a 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.

세퍼레이터는 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 세퍼레이터의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 세퍼레이터로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용될 수 있으며, 그 밖에도, 무기물 입자로 이루어진 다공성 코팅층이 다공성 고분자의 적어도 일면에 형성된 세퍼레이터(예: SRSR 세퍼레이터), 엔지니어링 플라스틱 세퍼레이터 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 세퍼레이터를 겸할 수도 있다.The separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode, 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. As such a separator, for example, an olefin-based polymer such as polypropylene having chemical resistance and hydrophobicity; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like can be used. In addition, a separator (for example, SRS R separator) in which a porous coating layer made of inorganic particles is formed on at least one surface of the porous polymer, and an engineering plastic separator , But is not limited thereto. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separator.

전해액은 리튬염을 함유하고 있으며, 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.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.

비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 감마-부티로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥솔란, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥솔란, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥솔란 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous organic solvent include organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butyrolactone, Ethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, Methylenebisphenylacetate, methylenebisphenylacetate, methylenebisphenylacetate, methylenebisphenylacetate, tricresyldicarboxylate, tricresylphosphate, tricresylphosphate, tricresyl phosphate, tricresyl phosphate, tricresyl phosphate, Ethylenic organic solvents such as ethyl acetate may 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, 폴리비닐알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.The organic solid electrolyte includes, for example, 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 acid dissociation group and the like may 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.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 , Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2, and the like can be used.

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, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a substance which is easily 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, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylate lithium, lithium tetraphenylborate, 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 에틸렌 카보네이트(EC) 또는 프로필렌 카보네이트(PC)의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 디에틸 카보네이트(DEC), 디메틸 카보네이트(DMC) 또는 에틸메틸 카보네이트(EMC)의 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) A lithium salt of 2, and so on, highly dielectric solvent of ethylene carbonate (EC) or a cyclic carbonate and a low viscosity of propylene carbonate (PC) Fig. To a mixed solvent of a linear carbonate of diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC) or ethyl methyl carbonate (EMC) as a solvent, to prepare a lithium salt-containing nonaqueous electrolyte.

본 발명은 또한, 상기 리튬 이차전지 6개가 직렬로 연결된 12V 듀얼 전지팩용 리튬이차전지 모듈을 제공하며, 본 발명에 따른 리튬이차전지 모듈은 회생제동 에너지의 충전 및 납축전지보다 높은 전위에서의 작동이 바람직하게 이루어질 수 있다. The present invention also provides a lithium secondary battery module for a 12V dual battery pack in which six of the lithium secondary batteries are connected in series, wherein the lithium secondary battery module according to the present invention is characterized in that the charging of the regenerative braking energy and the operation at a higher potential than the lead accumulator battery .

특히, 종래 리튬이차전지 모듈에서 음극 활물질로 그래파이트가 사용되는 경우, 그래파이트는 어느 정도 충전이 이루어지면 0 V 근처에서 전압이 형성되고, 리튬인산철(LFP)계 양극 활물질 역시 3.3 ~ 3.4 V에서 평탄 전위를 가지므로, 전체적으로 전위가 평탄하여 BMS (Battery Management System)에서 SOC를 측정하기가 매우 어렵다. 일례로, SOC60일 때 OCV는 3.29 V 이며 SOC50일 때도 3.29 V 부근이어서, OCV 변화가 거의 없으므로 SOC 예측이 어렵다. 이러한 어려움은 전지팩 내부의 voltage sensor 오차 등으로 인해 더욱 커진다. Particularly, when graphite is used as a negative electrode active material in a conventional lithium secondary battery module, a voltage is formed near 0 V when graphite is charged to a certain extent, and a positive active material of lithium iron phosphate (LFP) It is very difficult to measure the SOC in the BMS (Battery Management System). For example, OCV is 3.29 V at SOC60 and 3.29 V at SOC50, so it is difficult to predict SOC because there is almost no change in OCV. This difficulty is further exacerbated by the voltage sensor error within the battery pack.

이에 반해, 본 발명의 일 실시양태에 따른 12V 듀얼 전지팩용 리튬이차전지 모듈은 음극 활물질로 사용된 리튬 티타늄 산화물이 평탄 전위를 가짐에도 불구하고 양극 활물질로 사용되는 3성분계 리튬 함유 금속산화물(NMC)의 전위가 SOC에 따라 변하기 때문에 전체적인 full cell 에서의 voltage curve가 평탄하지 않게 되므로, 리튬인산철계(LFP) 양극 활물질/그래파이트계 음극 활물질을 사용하는 경우에 비해 OCV로부터 SOC를 예측하기가 훨씬 유리하다.On the contrary, the lithium secondary battery module for a 12V dual battery pack according to an embodiment of the present invention is a three-component lithium-containing metal oxide (NMC) used as a cathode active material even though lithium titanium oxide used as a negative electrode active material has a flat potential. The voltage curve of the full cell is not smooth. Therefore, it is much more advantageous to predict the SOC from the OCV than the case of using the lithium phosphate-based (LFP) cathode active material / graphite anode active material .

또한, 종래, NMC 양극 활물질/그래파이트 음극 활물질을 12V 듀얼 전지팩용으로 사용하는 경우에는 전압 곡선(voltage curve)이 맞지 않아 별도의 DC-DC converter로 납축과 연결되어야 하는 것과 달리, 본 발명의 NMC/LTO 6S 구성으로 전지팩을 제조하는 경우에는 DC-DC converter없이 시스템을 구성할 수 있으므로, 가격 경쟁력 측면에서 유리한 장점이 있다.
In addition, when the NMC positive electrode active material / graphite negative electrode active material is used for the 12V dual battery pack, the voltage curve is not suitable and must be connected to the lead wire by a separate DC-DC converter. LTO 6S configuration, battery packs can be configured without a DC-DC converter, which is advantageous in terms of price competitiveness.

본 발명의 다른 실시양태에서는 상기 리튬이차전지 모듈이 포함된 12V 듀얼 전지팩이 제공되며, 상기 전지팩은 차량과 같은 디바이스의 전원으로 사용될 수 있다.In another embodiment of the present invention, a 12V dual battery pack including the lithium secondary battery module is provided, and the battery pack can be used as a power source for a device such as a vehicle.

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 전기자동차(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.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 발명의 실시예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐이므로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, examples of the present invention will be described. The following examples are merely examples of the present invention, and thus the present invention is not limited thereto.

실시예 1-1: 리튬이차전지의 제조Example 1-1: Preparation of lithium secondary battery

양극 활물질로 NMC 화합물(LiNi0.4Mn0.3Co0.3O2), 바인더로 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 도전재로 아세틸렌 블랙 및 활성탄을 혼합한 다음, N-메틸-2-피롤리돈에 분산시켜 양극 슬러리 조성물을 제조하였다. 상기 양극 슬러리 조성물을 알루미늄 호일에 도포한 후 건조 및 압연하여 양극을 제조하였다.An NMC compound (LiNi 0.4 Mn 0.3 Co 0.3 O 2 ) as a cathode active material, polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, acetylene black as an electroconductive material and activated carbon were mixed and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone To prepare a positive electrode slurry composition. The positive electrode slurry composition was applied to an aluminum foil, followed by drying and rolling to prepare a positive electrode.

음극 활물질로 리튬 티타늄 산화물(Li4Ti5O12), 도전재로 아세틸렌 블랙 및 바인더로 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 N-메틸피롤리돈 용매에 분산시켜 음극 슬러리 조성물을 제조하였다. 이어서, 구리호일 위에 상기 음극 슬러리 조성물을 도포한 후 건조 및 압연하여 음극을 제조하였다.Lithium titanium oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ) as an anode active material, acetylene black as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder were dispersed in an N-methylpyrrolidone solvent to prepare an anode slurry composition. Subsequently, the negative electrode slurry composition was coated on the copper foil, followed by drying and rolling to prepare a negative electrode.

전해액으로는 에틸렌카보네이트(EC), 에틸메틸카보네이트(EMC) 및 디메틸카보네이트(DMC)의 혼합 부피비가 3:3:4인 혼합 용액에 1.15M 농도의 LiPF6이 용해된 것을 사용하였다.As the electrolytic solution, a mixed solution of ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC) and dimethyl carbonate (DMC) in a mixing volume ratio of 3: 3: 4 was used and a solution of LiPF 6 of 1.15 M was dissolved.

상기 제조된 양극 및 음극은 NP ratio 80으로 설계되었으며, 상기 양극과 음극 사이에 폴리에틸렌 재질의 세퍼레이터를 개재하고 상기 전해액을 주입한 후 권취 및 압축하여 중대형 리튬이차전지를 제조하였다.
The prepared positive electrode and negative electrode were designed to have an NP ratio of 80, and a polyethylene separator was interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the electrolyte was injected thereinto, followed by winding and pressing to produce a middle- or large-sized lithium secondary battery.

실시예 1-2: 리튬이차전지 모듈의 제조Example 1-2: Preparation of lithium secondary battery module

실시예 1-1에서 제조된 중대형 리튬이차전지 6개를 직렬로 연결하여 12V 듀얼 전지팩용 리튬이차전지 모듈을 제조하였다.
Six large-sized lithium secondary batteries manufactured in Example 1-1 were connected in series to produce a lithium secondary battery module for a 12V dual battery pack.

비교예 1-1: 리튬이차전지의 제조Comparative Example 1-1: Preparation of lithium secondary battery

양극 활물질로 LiMn2O4를 사용하는 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 리튬이차전지를 제조하였다.
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1-1, except that LiMn 2 O 4 was used as the cathode active material.

비교예 1-2: 리튬이차전지 모듈의 제조Comparative Example 1-2: Preparation of lithium secondary battery module

비교예 1-1에서 제조된 중대형 리튬이차전지 5개를 직렬로 연결하여 12V 듀얼 전지팩용 리튬이차전지 모듈을 제조하였다.
Five large-sized lithium secondary batteries manufactured in Comparative Example 1-1 were connected in series to produce a lithium secondary battery module for a 12V dual battery pack.

비교예 2-1: 리튬이차전지의 제조Comparative Example 2-1: Preparation of lithium secondary battery

양극 활물질로 LiFePO4를 사용하고 음극 활물질로 그래파이트를 사용한 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 리튬이차전지를 제조하였다.
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1-1, except that LiFePO 4 was used as the cathode active material and graphite was used as the anode active material.

비교예 2-2: 리튬이차전지 모듈의 제조Comparative Example 2-2: Preparation of lithium secondary battery module

비교예 2-1에서 제조된 중대형 리튬이차전지 4개를 직렬로 연결하여 12V 듀얼 전지팩용 리튬이차전지 모듈을 제조하였다.
Four middle- and large-sized lithium secondary batteries manufactured in Comparative Example 2-1 were connected in series to manufacture a lithium secondary battery module for a 12V dual battery pack.

평가예: 전압 측정Evaluation example: Voltage measurement

실시예 1-2, 비교예 1-2, 비교예 2-2에서 제조된 리튬이차전지 모듈에 대하여 SOC 변화에 따른 전압을 측정하고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.The voltage of the lithium secondary battery module manufactured in Example 1-2, Comparative Example 1-2, and Comparative Example 2-2 was measured according to SOC change, and the result is shown in FIG.

도 1을 살펴보면, 실시예 1-2의 리튬이차전지 모듈은 SOC 전 범위에 걸쳐 일정한 기울기를 가지면서 12~16V 범위의 전압을 나타내었다. Referring to FIG. 1, the lithium secondary battery module of Example 1-2 exhibited a voltage ranging from 12 to 16 V with a constant slope over the entire SOC range.

이에 반해, 비교예 1-2의 리튬이차전지 모듈은 실시예 1-2의 리튬이차전지 모듈에 비해 낮은 전압을 갖는 것으로 나타나므로, 납축전지 SOC100 전압(대략 12.8 V)보다 위에서 리튬전지 전압이 구동되어야 하는 조건을 충족하지 못한다. 설사, 비교예 1-2이 리튬이차전지 모듈에 리튬이차전지 6개를 사용하더라도, 이 경우, 전압이 너무 높아지므로 12V 듀얼 전지팩용 전지모듈로는 적합하지 않게 된다.On the contrary, the lithium secondary battery module of Comparative Example 1-2 has a lower voltage than the lithium secondary battery module of Embodiment 1-2, so that the lithium battery voltage is driven above the lead battery SOC100 voltage (approximately 12.8 V) It does not meet the conditions that must be met. Diarrhea, Comparative Example 1-2 Even though six lithium secondary batteries are used in the lithium secondary battery module, in this case, the voltage becomes too high, so that it is not suitable as a battery module for a 12V dual battery pack.

또한, 비교예 2-2의 리튬이차전지 모듈은 SOC 범위에 걸쳐 평탄한 전압을 나타내어, 실시예 1-2의 리튬이차전지 모듈과 달리, BMS(Battery Management System)에서의 SOC 예측이 용이하지 않은 단점을 가졌다. In addition, the lithium secondary battery module of Comparative Example 2-2 exhibited a flat voltage over the SOC range, and unlike the lithium secondary battery module of Example 1-2, the SOC prediction in the BMS (Battery Management System) Respectively.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.

Claims (6)

12V 납축전지 및 리튬이차전지 모듈을 포함하고,
상기 리튬이차전지 모듈은 6개의 리튬이차전지가 직렬 연결된 것이고,
상기 리튬이차전지는 하기 화학식 1a로 표시되는 양극 활물질 및 하기 화학식 2a로 표시되는 음극 활물질을 포함하며,
상기 리튬이차전지 모듈은 11~16 V 전압을 가지는 것을 특징으로 하는 12V 전지팩:
[화학식 1a]
Li1+aNixCoyMn1-x-yMαO2
상기에서, 0 ≤ a < 0.5, 0 < x < 1, 0 < y < 0.5, 0 ≤ α ≤ 1 이며, M은 B, Li, Mg, Al, Ca, Sr, Cr, V, Ti, Fe, Co, Ni, Zr, Zn, Si, Y, Nb, Ga, Sn, Mo, W 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속이다;
[화학식 2a]
LiaTibMxO4
상기에서, M은 B, Li, Mg, Al, Ca, Sr, Cr, V, Ti, Fe, Co, Ni, Zr, Zn, Si, Y, Nb, Ga, Sn, Mo, W 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상이고, 0.5 ≤ a ≤ 3, 1 ≤ b ≤ 2.5, 0 ≤ x ≤ 1 이다.
12V lead acid battery and a lithium secondary battery module,
In the lithium secondary battery module, six lithium secondary batteries are connected in series,
The lithium secondary battery includes a positive electrode active material represented by the following formula (1a) and a negative active material represented by the following formula (2a)
Wherein the lithium secondary battery module has a voltage of 11 to 16 V,
[Formula 1a]
Li 1 + a Ni x Co y Mn 1-xy M ? O 2
Wherein M is at least one element selected from the group consisting of B, Li, Mg, Al, Ca, Sr, Cr, V, Ti, Fe, At least one metal selected from the group consisting of Co, Ni, Zr, Zn, Si, Y, Nb, Ga, Sn, Mo, W and combinations thereof;
(2a)
Li a Ti b M x O 4
M is at least one element selected from the group consisting of B, Li, Mg, Al, Ca, Sr, Cr, V, Ti, Fe, Co, Ni, Zr, Zn, Si, Y, Nb, Ga, , 0.5? A? 3, 1? B? 2.5, and 0? X? 1.
제1항에 있어서,
리튬이차전지 전압이 납축전지 SOC100 전압보다 위에서 구동되는 것을 특징으로 하는 12V 전지팩.
The method according to claim 1,
And the voltage of the lithium secondary battery is driven above the voltage of the lead-acid battery SOC100.
제1항에 있어서,
리튬이차전지를 구성하는 양극 및 음극이 NP ratio 80을 가지는 것을 특징으로 하는 12V 전지팩.
The method according to claim 1,
Wherein the positive electrode and the negative electrode constituting the lithium secondary battery have an NP ratio of 80.
제1항에 있어서,
SOC 전 범위에서, 리튬이차전지 모듈이 납축전지 OCV(Open Circuit Volatage)보다 높은 전위 상태를 유지하면서 12V 전지팩의 Vmax보다 낮은 전압에서 회생 제동 에너지를 가지는 것을 특징으로 하는 12V 전지팩.
The method according to claim 1,
SOC in the whole range, a lithium secondary battery module is 12V battery pack, characterized in that with the regenerative braking energy at a voltage lower than the V max of the 12V battery pack while maintaining a high potential state than the lead-acid battery OCV (Open Circuit Volatage).
제4항에 있어서,
상기 Vmax가 14 ~ 16V 인 것을 특징으로 하는 12V 전지팩.
5. The method of claim 4,
And the V max is 14 to 16V.
제1항에 있어서,
DC-DC 컨버터(converter)가 없는 12V 전지팩.
The method according to claim 1,
12V battery pack without DC-DC converter.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014135198A (en) * 2013-01-10 2014-07-24 Toyo Ink Sc Holdings Co Ltd Composition for forming secondary battery electrode, secondary battery electrode, and secondary battery
JP2014154247A (en) * 2013-02-05 2014-08-25 Fujifilm Corp Electrolytic solution for nonaqueous secondary battery, nonaqueous secondary battery and additive for electrolytic solution
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014135198A (en) * 2013-01-10 2014-07-24 Toyo Ink Sc Holdings Co Ltd Composition for forming secondary battery electrode, secondary battery electrode, and secondary battery
JP2014154247A (en) * 2013-02-05 2014-08-25 Fujifilm Corp Electrolytic solution for nonaqueous secondary battery, nonaqueous secondary battery and additive for electrolytic solution
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