KR101798199B1 - Lithium ion secondary battery system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 성능이 우수한 전지 모듈 시스템에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 종래의 납축전지와 병행하여 또는 이를 대체하여 전기 자동차 등 고출력 디바이스에 적용할 수 있는, 이온 전지를 단위 전지셀로 포함하는 전지 모듈 시스템에 대한 것이다. 본원 발명에 따른 전지 모듈 시스템은 저온에서도 저항비나 보존용량이 우수한 측면이 있다. 따라서 전지 모듈 시스템은 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 전지 모듈 시스템은 저온에서 일정 수준 이상의 출력이 필요한 환경에 적합하다. The present invention relates to a battery module system with excellent performance. More particularly, the present invention relates to a battery module system including an ion battery as a unit battery cell, which can be applied to a high output device such as an electric vehicle in parallel with or in place of a conventional lead acid battery. The battery module system according to the present invention has a superior resistance ratio and storage capacity even at a low temperature. Thus, a battery module system can be used as a suitable power source with good life characteristics, low temperature performance and safety while providing a nominal voltage suitable for large electrical devices. Further, the battery module system 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

리튬 이온 이차 전지 시스템{LITHIUM ION SECONDARY BATTERY SYSTEM}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a lithium ion secondary battery system,

본 발명은 성능이 우수한 전지 모듈 시스템에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 종래의 납축전지와 병행하여 또는 이를 대체하여 전기 자동차 등 고출력 디바이스에 적용할 수 있는, 리튬 이온 이차 전지를 단위 전지셀로 포함하는 전지 모듈 시스템에 대한 것이다.
The present invention relates to a battery module system with excellent performance. More particularly, the present invention relates to a battery module system including a lithium ion secondary battery as a unit battery cell, which can be applied to a high output device such as an electric vehicle in parallel with or in place of a conventional 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 저온 및 수명 특성이 우수할 뿐만 아니라 고성능 및 고출력 특성을 보유한 전지 모듈 시스템을 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.
An object of the present invention is to provide a battery module system having high performance and high output characteristics as well as being excellent in low temperature and long life characteristics which can be used instead of or in combination with existing lead acid batteries for automobiles. 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.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것으로서, 신규의 전지 모듈 시스템을 제공한다. 상기 전지 모듈 시스템은 동종(同種) 또는 이종(異種)의 리튬 이온 이차 전지셀을 포함하고, 상기 리튬 이온 이차 전지셀의 양극은 양극 활물질로서 리튬 망간 산화물(LMO) 및 리튬 니켈-망간-코발트 산화물(LNMCO)의 혼합물이 포함된다. The present invention provides a novel battery module system for solving the above problems. Wherein the battery module system comprises a lithium ion secondary battery cell of the same type or different type and the anode of the lithium ion secondary battery cell comprises lithium manganese oxide (LMO) and lithium nickel-manganese-cobalt oxide (LNMCO).

상기 전지 모듈 시스템은 구동 전압이 9V 내지 16.2V 일 수 있다. The battery module system may have a driving voltage of 9V to 16.2V.

상기 리튬 니켈-망간-코발트 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다. [화학식 1]The lithium nickel-manganese-cobalt oxide may be represented by the following general formula (1). [Chemical Formula 1]

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

상기 식에서, 0.5≤o≤1.2, 0.15≤p≤0.45, 0.15≤q≤1.45 및 1.5≤r≤2.5이다.0.5? O? 1.2, 0.15? P? 0.45, 0.15? Q? 1.45, and 1.5? R? 2.5.

상기 리튬 니켈-망간-코발트 복합 산화물은 LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 또는 LiNi0.4Mn0.3Co0.3O2 일 수 있다. 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 .

상기 전지 모듈 시스템은 단위 전지셀 5개 내지 12개를 포함할 수 있다. The battery module system may include 5 to 12 unit cell cells.

또한, 상기 전지 모듈 시스템은 단위 전지셀의 개수가 5개 또는 7개이며, 상기 리튬 이차 전지셀의 양극은 양극 활물질 100중량% 대비 리튬 망간 산화물이 50중량% 이상일 수 있다. In addition, the number of unit battery cells may be 5 or 7, and the anode of the lithium secondary battery cell may have lithium manganese oxide of 50 wt% or more with respect to 100 wt% of the cathode active material.

상기 전지 모듈 시스템은 단위 전지셀의 개수가 7개 내지 12개이며, 상기 리튬 이차 전지셀의 양극은 양극 활물질 100 중량% 대비 리튬 니켈-망간-코발트 산화물이 50중량% 이상일 수 있다. In the battery module system, the number of unit battery cells is 7 to 12, and the positive electrode of the lithium secondary battery cell may have lithium nickel-manganese-cobalt oxide of 50 wt% or more with respect to 100 wt% of the positive electrode active material.

상기 전지 모듈 시스템은 단위 전지셀의 개수가 5개 또는 6개이며, 상기 단위 전지셀들이 직렬로 연결되어 있는 것이다. In the battery module system, the number of unit battery cells is 5 or 6, and the unit battery cells are connected in series.

상기 전지 모듈 시스템은 단위 전지셀의 개수가 7개 내지 12개이며, 상기 전지셀들이 직렬 연결 및 병렬 연결을 조합하여 연결되는 것이다. In the battery module system, the number of unit battery cells is 7 to 12, and the battery cells are connected by a combination of serial connection and parallel connection.

상기 전지셀은 공칭 전압의 범위가 1.5V 내지 2.7V인 것이다.The battery cell has a nominal voltage range of 1.5 V to 2.7 V.

또한, 상기 양극은 양극 활물질로서 리튬 망간-복합금속 산화물을 더 포함할 수 있다. Further, the positive electrode may further include a lithium manganese-composite metal oxide as a positive electrode active material.

상기 리튬 망간-복합금속 산화물은 하기 화학식 2로 표시될 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≤ c ≤4.0 이고, 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. In Formula 2, 0.5? A? 1.2, 0 <b? 2.0 and 0? C? 4.0, and Me is at least one element selected from the group consisting of Al, Mg, Ni, Co, Fe, Cr, V, Ti, Cu, , Nb, Mo, Sr, Sb, W, Ti and Bi, and A is a monovalent or divalent anion.

상기 리튬 망간-복합금속 산화물은 LiMn2O4, LiNi0.5Mn1.5O4 또는 LiNi0.4Mn1.6O4일 수 있다. 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 .

상기 전지셀은 a) 양극, 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되는 분리막을 포함하는 전극 조립체; 및 b) 전해액;을 포함하는 리튬 이온 이차 전지셀이며, 상기 음극은 리튬 티타늄 산화물(Lithium titanium oxide, LTO)를 포함할 수 있다. 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 b) an electrolytic solution, wherein the cathode may include lithium titanium oxide (LTO).

또한, 상기 리튬 티타늄 산화물은 하기 화학식 3로 표시될 수 있다. The lithium titanium oxide may be represented by the following formula (3).

[화학식 3](3)

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

또한, 본원 발명은 상기 전지 모듈 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩 및 상기 전지팩을 포함하는 디바이스로서 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차를 제공한다.
In addition, the present invention provides a battery pack including the battery module system and a device including the battery pack, which provide an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, and a plug-in hybrid electric vehicle.

본원 발명에 따른 전지 모듈 시스템은 저온에서도 저항비나 보존용량이 우수한 측면이 있다. 따라서 전지 모듈 시스템은 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 전지 모듈 시스템은 저온에서 일정 수준 이상의 출력이 필요한 환경에 적합하다.
The battery module system according to the present invention has a superior resistance ratio and storage capacity even at a low temperature. Thus, a battery module system can be used as a suitable power source with good life characteristics, low temperature performance and safety while providing a nominal voltage suitable for large electrical devices. Further, the battery module system 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.

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 리튬 이온 이차 전지 시스템과 납축 전지 시스템의 구동 전압 범위를 비교하여 간략하게 도시한 것이다.
도 2는 리튬 망간 산화물의 단위 전기 용량과 전압 범위를 그래프로 도시한 것이다.
도 3은 리튬 니켈-망간-코발트 산화물의 단위 전기 용량과 전압 범위를 그래프로 도시한 것이다.
도 4는 리튬 망간 산화물과 리튬 니켈-망간-코발트 산화물의 혼합 비율에 따른 전압 프로파일의 변화를 도시한 것이다.
도 5는 리튬 망간 산화물과 리튬 니켈-망간-코발트 산화물의 혼합 비율에 따른 OCV 곡선을 플로팅하여 그래프로 나타낸 것이다.
도 6 및 도 7은 본원 발명에 따른 전지 모듈 시스템의 구체적인 일 실시양태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 본원 발명의 실시예 1 및 비교예 1의 충방전 효율과 저항 증가율의 경향을 나타내는 그래프이다.
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.
FIG. 1 schematically shows a driving voltage range of a lithium ion secondary battery system and a lead acid battery system.
FIG. 2 is a graph showing the unit capacitance and the voltage range of the lithium manganese oxide.
FIG. 3 is a graph showing the unit capacitance and the voltage range of lithium nickel-manganese-cobalt oxide.
FIG. 4 shows a change in voltage profile according to the mixing ratio of lithium manganese oxide and lithium nickel-manganese-cobalt oxide.
FIG. 5 is a graph plotting the OCV curve according to the mixing ratio of lithium manganese oxide and lithium nickel-manganese-cobalt oxide.
6 and 7 schematically illustrate one specific embodiment of the battery module system according to the present invention.
8 is a graph showing the tendency of charging / discharging efficiency and resistance increase rate of Example 1 and Comparative Example 1 of 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 납축 전지는 1차 전지로 짧은 수명, 큰 무게라는 단점을 가지고 있다. 납축 전지의 일반적인 수명은 5년 이하이며 자가방전 등의 이유로 완전 방전이 이루어지면 성능이 현저히 낮아지는 단점이 있다. 이에 따라 납축 전지를 대체하기 위한 전원 공급 시스템으로서 리튬 이온 이차 전지를 이용한 전지 모듈 시스템에 대한 관심이 높아지고 있다. 납축 전지를 리튬 이차 전지로 대체하기 위해서는 적합한 공칭 전압과 우수한 수명 특성, 저온 성능 및 안전성이 확보된 셀을 개발할 필요가 있다.
Conventionally, lead-acid batteries for automobiles have short life span and large weight as primary batteries. The lead-acid battery has a general life span of 5 years or less and has a disadvantage in that the performance is significantly lowered if a complete discharge is performed due to self-discharge. Accordingly, there is a growing interest in a battery module system using a lithium ion secondary battery as a power supply system for replacing a lead-acid battery. In order to replace a lead-acid battery with a lithium secondary battery, it is necessary to develop a cell having a proper nominal voltage, excellent lifespan characteristics, low temperature performance and safety.

이에 본원 발명은 종래 고출력 디바이스에 사용되는 전원 공급 시스템인 납축 전지를 대체하거나 이와 병행하여 사용할 수 있는 전지 모듈 시스템을 제공한다. 상기 전지 모듈 시스템은 동종(同種) 또는 이종(異種)의 리튬 이온 이차 전지셀을 포함하며, 상기 리튬 이온 이차 전지의 양극은 양극 활물질로서 리튬 망간 산화물 (LMO) 및 리튬 니켈-망간-코발트 산화물(LNMCO)의 혼합물이 포함되는 것이다.
Accordingly, the present invention provides a battery module system that can replace or be used in parallel with a lead acid battery, which is a power supply system used in a high output device. The battery module system includes a lithium ion secondary battery cell of the same kind or different type, and the positive electrode of the lithium ion secondary battery includes lithium manganese oxide (LMO) and lithium nickel-manganese-cobalt oxide LNMCO). &Lt; / RTI &gt;

여기서 '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.
Here, 'homogeneous' means that the materials of the cathode active material and the anode active material used in the lithium secondary battery cell are the same as those of the anode active material, and 'heterogeneous' means that at least one of the cathode active material and the anode active material used in the lithium secondary battery cell is different .

본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 전지 모듈 시스템은 단위 전지로서 바람직하게는 5개 내지 12개의 리튬 이차 전지셀들이 상호 조합되어 구성된다. 여기서 ‘상호 조합’은 직렬 또는 직렬과 병렬이 조합된 구성을 의미한다.In a specific embodiment of the present invention, the battery module system is preferably a unit cell, in which 5 to 12 lithium secondary battery cells are combined with each other. Herein, the term 'mutual combination' means a serial or a combination of serial and parallel.

도 1은 12V 시스템의 모식도 이다. 기존 납축전지의 전압은 완전히 충전된 상태에서 약 12.8V를 나타낸다. 리튬 이온 2차전지로 이를 대체하거나 또는 병행하여 사용하기 위해서는 배터리 시스템이 약 10 V ~ 15V 범위 내에서 적절한 전압을 갖도록 설계해야 한다. 이러한 측면을 고려하여, 본원 발명에 따른 상기 모듈 시스템은 구동 전압이 9.0V 내지 16.2V인 것이다.
Figure 1 is a schematic diagram of a 12V system. The voltage of a conventional lead-acid battery shows about 12.8V when fully charged. To replace or use with a lithium-ion secondary battery, the battery system must be designed to have an appropriate voltage in the range of about 10 V to 15 V. In consideration of this aspect, the module system according to the present invention has a driving voltage of 9.0V to 16.2V.

이러한 구동 전압을 구현하기 위하여, 본원 발명의 전지 모듈 시스템의 전지셀은 양극 활물질로서 리튬 망간 산화물 (LMO) 및 리튬 니켈-망간-코발트 산화물(LNMCO)의 혼합물을 포함하는 양극을 사용한다. 상기 혼합물은 양극 활물질 100중량% 대비 80% 이상, 또는 90% 이상, 또는 95% 이상 또는 99% 이상인 것이다. 도 2는 는 LMO의 전압 프로파일을, 도 3은 LNMCO의 전압 프로파일을 도시한 그래프이다. 리튬 망간 산화물은 구조 변화 안전성, 열적 안전성 및 율속 특성이 우수하며, 리튬 리튬-망간-코발트 산화물 재료에 비해 저항의 SOC 및 온도 의존성이 적은 잇점이 있다. 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. In order to realize such a driving voltage, the battery cell of the battery module system of the present invention uses a positive electrode comprising a mixture of lithium manganese oxide (LMO) and lithium nickel-manganese-cobalt oxide (LNMCO) as a positive electrode active material. The mixture is 80% or more, or 90% or more, or 95% or more, or 99% or more of 100 weight% of the cathode active material. FIG. 2 is a graph showing the voltage profile of the LMO, and FIG. 3 is a graph showing the voltage profile of the LNMCO. Lithium manganese oxide is excellent in structural stability, thermal stability, and rate-limiting properties, and has a lower resistance SOC and temperature dependency than lithium lithium-manganese-cobalt oxide material. 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.

LMO는 전기 용량이 LNMCO에 비하여 낮으나 대략적으로 3.8V 내지 4.2v의 전압 범위를 갖는다. 이에 비하여 LNMCO는 대략적으로 약 3.6V의 최소 전압 범위를 나타낸다. 따라서 LNMCO와 LMO이 혼합된 복합 양극은 혼합 비율에 따라서 도 4와 같이 다양한 전압 곡선을 가진다. 따라서 복합 양극에서 양극 활물질의 적절한 혼합 비율을 선택하여 전지를 제작하는 경우 소망하는 구동전압을 효과적으로 달성할 수 있다.
LMO has a lower electric capacity than LNMCO but has a voltage range of approximately 3.8V to 4.2V. On the other hand, LNMCO exhibits a minimum voltage range of approximately 3.6V. Therefore, the composite anode in which LNMCO and LMO are mixed has various voltage curves as shown in FIG. 4 according to the mixing ratio. Therefore, when a battery is manufactured by selecting an appropriate mixing ratio of the positive electrode active material in the composite positive electrode, a desired driving voltage can be effectively achieved.

본원 발명의 구체적인 일 실시양태에서 있어서, 상기 리튬 망간 산화물은 비제한적인 예로 LiMn2O4인 것이나 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
In one specific embodiment of the present invention, the lithium manganese oxide is not limited to LiMn 2 O 4 , but is not limited thereto.

본원 발명의 구체적인 일 실시양태에서 있어서, 상기 리튬 니켈-망간-코발트 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 것이다.
In one specific embodiment of the present invention, the lithium nickel-manganese-cobalt oxide is represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

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

상기 화학식 1에서, 0.5≤o≤1.2, 0.15≤p≤0.45, 0.15≤q≤0.45 및 1.5≤r≤2.5이다.0.5? O? 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 LiNi0.4Mn0.3Co0.3O2 를 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.

납축전지를 대체하기 위해서는 리튬 전지에서 저온 성능을 확보해야 하며 혼합 양극에서 LMO 비율을 높이는 것이 유리하다. LMO의 비율이 높아지면 셀의 공칭 전압이 높아지므로 시스템 구성시 이를 고려해야 한다. 납축 전지와 병행 사용하는 경우에는 리튬 전지에서 상대적으로 충전 성능이 더 필요한 것이 일반적이다. 따라서 물질의 특성과 전압 프로파일을 고려했을 때 혼합 양극에서 LNMCO의 비율을 높이는 것이 유리하다.
To replace lead acid batteries, low-temperature performance is required in lithium batteries and it is advantageous to increase the LMO ratio in the mixed anode. The higher the ratio of LMO, the higher the nominal voltage of the cell. When used in combination with a lead-acid battery, lithium batteries generally require more charging performance. Therefore, it is advantageous to increase the ratio of LNMCO in the mixed anode considering the characteristics of the material and the voltage profile.

이러한 측면에서 본원 발명에 따른 상기 전지 모듈 시스템은 단위 전지셀의 개수가 5개 또는 6개일 수 있으며 단위 전지셀의 개수가 7개 미만으로 포함되는 경우에는 상기 단위 전지셀들은 모두 직렬로 연결되는 것이 바람직하다.
In this respect, in the battery module system according to the present invention, the number of unit battery cells may be 5 or 6, and when the number of unit battery cells is less than 7, all the unit cell cells are connected in series desirable.

본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 전지 모듈 시스템 내 단위 전지의 개수가 7개 내지 12개일 수 있으며, 단위 전지셀의 개수가 7개 이상으로 포함되는 경우에는 상기 단위 전지셀들이 직렬 연결 및 병렬 연결을 조합하여 연결된다.
In one specific embodiment of the present invention, the number of unit cells in the battery module system may be 7 to 12. When the number of unit battery cells is 7 or more, the unit battery cells may be connected in series and in parallel Connections are made by combining.

도 6은 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 전지 모듈 시스템의 개략도이다. 도 6을 참조하면, 이차 전지 모듈 시스템(100)은 직렬 연결된 6개의 전지셀(110)과, 최외곽 전지셀의 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 모듈 시스템은 전지셀들을 과방전으로부터 보호하고, 전지셀들간 전압 균형을 맞출 수 있다.6 is a schematic diagram of a battery module system according to one specific embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the secondary battery module system 100 includes six battery cells 110 connected in series, and a diode 120 provided in a forward direction of a discharging current at 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. Thus, the module system with the diode can protect the battery cells from overdischarge and balance the voltage between the battery cells.

도 7은 이차 전지 모듈 시스템의 다른 조합 예를 나타낸 개략도이다. 도 7을 참고하면, 전지 모듈 시스템(200)은 두 개의 서브 모듈(230)이 병렬로 연결되며 각 서브 모듈은 5개의 단위 전지셀(210)이 직렬로 연결되어 있는 것으로서 총 10개의 전지셀이 상호 조합하여 연결된다. 한편, 상기 서브 모듈(230)은 이차 전지의 방전량을 조절하는 고정 저항 또는 가변 저항을 포함할 수 있다. 도 7에서는 가변 저항(R)을 예를 들어 도시하였다. 전지 모듈 시스템은 고정 저항 또는 가변 저항에 의해 수명 특성과 안전성을 더 우수하게 확보할 수 있다.7 is a schematic view showing another combination example of the secondary battery module system. 7, in the battery module system 200, two sub modules 230 are 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. 7, the variable resistor R is shown as an example. The battery module system can secure lifetime characteristics and safety by a fixed resistance or a variable resistance.

도 6 내지 도 7에 도시한 전지 모듈 시스템(100, 200)의 조합 구성은 하나의 예일 뿐 본 조합 예에 따른 전지 모듈 시스템의 구성은 전술한 예로 한정되지 않고 소망하는 구동 전압을 구현하는데 적합한 형태로 다양하게 변형 가능하다.
6 to 7 are merely examples, and the configuration of the battery module system according to this combination example is not limited to the above-described example, and the configuration of the battery module system according to this combination example is not limited to the configuration suitable for implementing a desired driving voltage .

본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 본원 발명의 전지셀의 양극은 양극 활물질로서 리튬 망간-복합금속 산화물을 더 포함할 수 있다. 상기 리튬 망간-복합금속 산화물은 하기 화학식 2로 표시되는 것이다.
In one specific embodiment of the present invention, the positive electrode of the battery cell of the present invention may further include a lithium manganese-composite metal oxide as a positive electrode active material. 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 ≤ 4.0 이며, 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. Wherein Me is at least one 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, Ti and Bi. A is a monovalent or divalent anion.

바람직하게는 상기 화학식 2로 표시되는 리튬 망간-복합금속 산화물은 Me가 Ni인 것이다. 이의 구체적인 예로 LiNi0.5Mn1.5O4 또는 LiNi0.4Mn1.6O4를 들 수 있으나 특별히 여기에 한정되는 것은 아니다.
Preferably, the lithium manganese-composite metal oxide represented by Formula 2 is Me in which Ni is Ni. Specific examples thereof include LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 or LiNi 0.4 Mn 1.6 O 4 , but the present invention 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 양극에서 전술한 양극 활물질은 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 85중량% 이상, 바람직하게는 90중량% 이상이 포함된다. 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, 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 above-mentioned cathode active material in the anode includes not less than 85% by weight, preferably not less than 90% by weight based on the total weight of the mixture including the cathode active material. The cathode current collector generally has a thickness of 3 to 500 mu m. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. Examples of the positive electrode current collector include stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, aluminum or stainless steel A surface 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.

상기 양극에서 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 50 중량%, 바람직하게는 10 중량% 이하로 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 0.1 to 50% by weight, preferably 10% by weight or less, 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 0.1 내지 20중량%, 바람직하게는 7중량% 이하로 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 that assists in binding of the active material to the conductive material and bonding to the current collector, and is usually 0.1 to 20% by weight, preferably 7 to less than 7% by weight based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material Lt; / RTI &gt; 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 전지셀의 음극은 음극활물질로서 리튬 티타늄 산화물(LTO)을 포함한다. 상기 리튬 티타늄 옥사이드는 음극 활물질 100중량% 대비 80% 이상, 또는 90% 이상, 또는 95% 이상 또는 99%이상인 것이다. 통상적으로 리튬 이온 이차 전지에 있어서 음극 활물질로서 그라파이트 등 카본계열 물질을 사용하는데 이러한 카본계열 음극에서도 납축 전지와 유사한 성능 저하 문제가 유발되는 경우가 있다. 이에 반하여, LTO는 구조적 안정성으로 인한 수명특성과 저온에서의 충전 성능이 우수하다. 이에 따라 전술한 양극 재료와 전지를 구성할 경우 단위 전지의 공칭 전압을 1.5V ~ 2.7V, 또는 1.5 V~ 2.6V, 또는 2.0V ~ 2.6V, 또는 2.15V~ 2.6V 범위 내에서 조절이 가능하다(도 4 참조). 또한, 단위 전지 5 ~ 6개를 직렬로 전지를 연결하면 도 5에 도시된 바와 같이 전지 모듈 시스템의 공칭 전압을 약 10 ~ 15V 사이에서 사용 목적에 따라 적합하게 구성할 수 있다. 이와 같이 본원 발명에 따른 전지 모듈 시스템은 단위 전지의 용량, 제품 요구사항에 따라 전지셀을 다양한 조합으로 직렬 및 병렬 연결하여 시스템을 구성하는 것이 가능하다.
In one specific embodiment of the present invention, the negative electrode of the battery cell includes lithium titanium oxide (LTO) as a negative electrode active material. The lithium titanium oxide is 80% or more, or 90% or more, or 95% or more, or 99% or more of 100 wt% of the negative electrode active material. Typically, a carbon-based material such as graphite is used as a negative electrode active material in a lithium ion secondary battery. In such a carbon-based negative electrode, a performance degradation similar to that of a lead-acid battery may be caused. On the other hand, LTO is excellent in lifetime characteristics due to structural stability and charging performance at low temperature. Accordingly, when the above-described cathode material and the battery are constituted, the nominal voltage of the unit cell can be adjusted within the range of 1.5V to 2.7V, 1.5V to 2.6V, 2.0V to 2.6V, or 2.15V to 2.6V (See FIG. 4). In addition, when five to six unit cells are connected in series to each other, the nominal voltage of the battery module system can be appropriately set between about 10 V and 15 V as shown in FIG. As described above, the battery module system according to the present invention can constitute a system by connecting the battery cells in series and parallel in various combinations according to the capacity and product requirements of the unit cells.

상기 음극은 음극 활물질로서 리튬 티타늄 산화물(Lithium Titanium Oxide: LTO)을 포함한다. 상기 리튬 티타늄 산화물(Lithium titanium oxide; LTO)은 하기 화학식 3으로 표시되는 것이다. The negative electrode includes lithium-titanium oxide (LTO) as a negative electrode active material. The lithium titanium oxide (LTO) is represented by the following formula (3).

[화학식 3](3)

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 3으로 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 Formula 3 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.
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.

본원 발명에 따른 구체적인 일 실시태양에 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, 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.

다음으로 상기 리튬 이온 이차 전지셀을 제조하는 방법에 대해 설명한다. Next, a method of manufacturing the lithium ion secondary battery cell will be described.

상기 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 includes a cathode, an anode, a separator interposed between the cathode and the anode, an electrolyte impregnated in the anode, the anode and the separator, a battery container, and a sealing member sealing the battery container have. 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. 이들 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 these batteries are well known in the art, and detailed description thereof will be omitted.

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.

또한 본원 발명은 전술한 본원 발명에 따른 전지 모듈 시스템을 포함하는 전지팩을 제공한다. 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 present invention also provides a battery pack including the battery module system according to the present invention. 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 can 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

실시예 : 리튬 이차 전지셀의 제조Example: Preparation 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 전지셀을 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, followed by winding and pressing to prepare a lithium secondary battery cell.

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;

실시예 : 리튬 이차 전지 모듈의 제조Example: Preparation of lithium secondary battery module

실시예 1: 상기에서 제조된 리튬 이차 전지셀 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 cells (each nominal voltage 2.4V to 2.5V) manufactured in the above were connected in series to produce a lithium secondary battery module. In this case, the driving voltage is 10.8 to 15.6 V.

실시예 2: 상기에서 제조된 리튬 이차 전지셀 5개(각각 공칭 전압 2.25V ~ 2.3V)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 cells (each nominal voltage of 2.25 V to 2.3 V) manufactured in the above-described 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 11.5V ~ 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 11.5V 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 실시예 1은 25℃, 2.6V 충전전압, 400mAh 전류 밀도로 CC-CV(Constant current-Constant Voltage)로 최초 충전 후, 10분의 휴지 기간을 가지고 방전 용량 1000mAh로 1.8V 까지 방전하는 것을 1 사이클로 하여 반복 실험을 행하였으며, 비교예는 25℃, 4.2V 충전 전압, 400mAh 전류 밀도로 CC-CV로 최초 충전 후, 10분의 휴지 기간을 가지고 방전 용량 1000mAh로 2.8V까지 방전하는 것을 1 사이클로 하여 반복 실험을 행하여 전지의 용량 감소 및 저항 증가율 특성을 비교하였으며, 도 8에 그 결과를 나타내었다. 하기 도 8에서와 같이 본 발명에 따른 LTO 음극 및 이를 이용하여 제조된 리튬 이차 전지는 흑연 음극을 채용한 전지에 비하여 수명 감소 및 저항 증가율의 측면에서 우수한 효과를 나타내는 것으로 확인된다.
The battery module of Example 1 and the battery module of the comparative example were charged at a current density of 25 V and a charging voltage of 2.6 V at a current density of 400 mAh using a charge-discharge cycle device (manufacturer: TOYO, model: TOYO-5200) (Constant current-constant voltage), discharging to 1.8V at a discharging capacity of 1000 mAh with a downtime of 10 minutes after the initial charging. The comparative example was repeated at 25 ° C, 4.2 V charging voltage, 400 mAh The capacity reduction and the resistance increase rate characteristics of the battery were compared by repeating experiments in which the battery was discharged at a current density of 2.8 V at a discharging capacity of 1000 mAh after the initial charging with the CC-CV for the initial charging period of 10 minutes. The results are shown. As shown in FIG. 8, the LTO cathode according to the present invention and the lithium secondary battery produced using the LTO cathode according to the present invention are superior to the battery using the graphite anode in terms of life span and resistance increase rate.

10 디바이스
100, 200 전지 모듈 시스템
110, 210 단위 전지셀
120, 220 다이오드
230 서브 모듈
10 devices
100, 200 Battery module system
110, 210 unit cell
120, 220 diodes
230 submodules

Claims (19)

동종(同種) 또는 이종(異種)의 리튬 이온 이차 전지셀을 단위셀로 포함하고, 상기 리튬 이온 이차 전지셀의 양극은 양극 활물질로서 리튬 망간 산화물(LMO) 및 리튬 니켈-망간-코발트 산화물(LNMCO)의 혼합물이 포함되고, 음극은 하기 화학식 3으로 표시되는 리튬 티타늄 산화물(Lithium titanium oxide, LTO)를 포함하는 전지 모듈 시스템이며,
여기에서, 상기 전지 모듈 시스템은 구동 전압이 9V 내지 16.2V 이며, 단위 전지셀 5개 내지 12개를 포함하고,
상기 전지 모듈 시스템에 있어서, 단위 전지셀의 개수가 5개 또는 7개인 경우 상기 리튬 이차 전지셀의 양극은 양극 활물질 100중량% 대비 리튬 망간 산화물이 50중량% 이상이고, 단위 전지셀의 개수가 7개 내지 12개인 경우 상기 리튬 이차 전지셀의 양극은 양극 활물질 100 중량% 대비 리튬 니켈-망간-코발트 산화물이 50중량% 이상이고,
상기 전지셀은 공칭 전압이 1.5V 내지 2.7V의 범위인 것인 전지 모듈 시스템:
[화학식 3]
LixTiyO4
상기 식에서, 0.5≤x≤3, 1≤y≤2.5 이다.
Wherein the positive electrode of the lithium ion secondary battery cell comprises lithium manganese oxide (LMO) and lithium nickel-manganese-cobalt oxide (LNMCO) as a positive electrode active material, the lithium ion secondary battery cell comprising a lithium ion secondary battery cell of the same type or different type, ), And the negative electrode is a battery module system comprising lithium titanium oxide (LTO) represented by the following formula (3)
Here, the battery module system has a driving voltage of 9V to 16.2V, and includes 5 to 12 unit cell cells,
In the battery module system, when the number of unit battery cells is 5 or 7, the positive electrode of the lithium secondary battery cell has lithium manganese oxide of 50 wt% or more and the number of unit battery cells is 7 The lithium-nickel-manganese-cobalt oxide is at least 50% by weight based on 100% by weight of the cathode active material,
Wherein the battery cell has a nominal voltage ranging from 1.5V to 2.7V.
(3)
Li x Ti y O 4
In the above formula, 0.5? X? 3, 1? Y? 2.5.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 리튬 니켈-망간-코발트 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 것인, 전지 모듈 시스템:
[화학식 1]
LioNi1-p-qMnpCoqOr
상기 식에서, 0.5≤o≤1.2, 0.15≤p≤0.45, 0.15≤q≤1.45 및 1.5≤r≤2.5이다.
The method according to claim 1,
Wherein the lithium nickel-manganese-cobalt oxide is represented by the following Formula 1:
[Chemical Formula 1]
Li o Ni 1-pq Mn p Co q O r
0.5? O? 1.2, 0.15? P? 0.45, 0.15? Q? 1.45, and 1.5? R? 2.5.
제1항에 있어서,
상기 리튬 니켈-망간-코발트 복합 산화물은 LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 또는 LiNi0.4Mn0.3Co0.3O2 인 것을 특징으로 하는 것인, 전지 모듈 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the lithium nickel-manganese-cobalt composite 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 .
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전지 모듈 시스템은 단위 전지셀의 개수가 5개 또는 6개이며, 상기 단위 전지셀들이 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 것인, 전지 모듈 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the battery module system has five or six unit battery cells, and the unit battery cells are connected in series.
제1항에 있어서,
상기 전지 모듈 시스템은 단위 전지셀의 개수가 7개 내지 12개이며, 상기 전지셀들이 직렬 연결및 병렬 연결을 조합하여 연결되는 것을 특징으로 하는 것인, 전지 모듈 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the number of unit battery cells is seven to twelve, and the battery cells are connected by a combination of serial connection and parallel connection.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 양극은 양극 활물질로서 리튬 망간-복합금속 산화물을 더 포함하는 것인, 전지 모듈 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the positive electrode further comprises a lithium manganese-composite metal oxide as a positive electrode active material.
제11항에 있어서,
상기 리튬 망간-복합금속 산화물은 하기 화학식 2로 표시되는 것인, 전지 모듈 시스템:
[화학식 2]
LiaMebMn2-bO4-cAc
상기 화학식 2에서 0.5 ≤ a ≤ 1.2, 0 < b ≤ 2.0 및 0≤ c ≤4.0 이고, 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.
12. The method of claim 11,
Wherein the lithium manganese-metal composite oxide is represented by the following formula (2):
(2)
Li a Me b Mn 2-b O 4-ca c
In Formula 2, 0.5? A? 1.2, 0 <b? 2.0 and 0? C? 4.0, and Me is at least one element selected from the group consisting of Al, Mg, Ni, Co, Fe, Cr, V, Ti, Cu, , Nb, Mo, Sr, Sb, W, Ti and Bi, and A is a monovalent or divalent anion.
제11항에 있어서,
상기 리튬 망간-복합금속 산화물은 LiMn2O4, LiNi0.5Mn1.5O4 또는 LiNi0.4Mn1.6O4인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지 모듈 시스템.
12. The method of claim 11,
Wherein the lithium manganese-composite metal oxide is LiMn 2 O 4 , LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4, or LiNi 0.4 Mn 1.6 O 4 .
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 리튬 티타늄 산화물은 Li1.33Ti1.67O4 또는 LiTi2O4인 것을 특징으로 하는 전지 모듈 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the lithium titanium oxide is Li 1.33 Ti 1.67 O 4 or LiTi 2 O 4 .
제1항, 제3항, 제4항, 제8항, 제9항, 제11항, 제12항, 제13항 또는 제16항에 따른 전지 모듈 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
A battery pack comprising a battery module system according to any one of claims 1, 3, 4, 8, 9, 11, 12, 13,
제17항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
A device comprising a battery pack according to claim 17.
제18항에 있어서,
상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차인 것인, 디바이스.
19. The method of claim 18,
Wherein the device is an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, or a plug-in hybrid electric vehicle.
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