KR102021895B1 - Three-Electrode Coin Cell with Low Overpotential - Google Patents

Three-Electrode Coin Cell with Low Overpotential Download PDF

Info

Publication number
KR102021895B1
KR102021895B1 KR1020170159521A KR20170159521A KR102021895B1 KR 102021895 B1 KR102021895 B1 KR 102021895B1 KR 1020170159521 A KR1020170159521 A KR 1020170159521A KR 20170159521 A KR20170159521 A KR 20170159521A KR 102021895 B1 KR102021895 B1 KR 102021895B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
separator
cell
reference electrode
working electrode
Prior art date
Application number
KR1020170159521A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20190061297A (en
Inventor
정규남
이종원
양정훈
신현섭
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020170159521A priority Critical patent/KR102021895B1/en
Publication of KR20190061297A publication Critical patent/KR20190061297A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102021895B1 publication Critical patent/KR102021895B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4285Testing apparatus
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28Electrolytic cell components
    • G01N27/30Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28Electrolytic cell components
    • G01N27/30Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/301Reference electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/66Selection of materials
    • H01M4/661Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/102Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/109Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by their shape or physical structure of button or coin shape
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 작동 전극과 대전극 사이의 셀 저항을 높이지 않으면서, 전극 전위를 정확하게 측정할 수 있는 기준 전극을 포함하는 삼전극 코인셀 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 삼전극 코인셀은 높은 전류밀도의 전지 작동 조건하에서도 전지 전위(작동 및 대전극 사이 전위차) 뿐만 아니라, 정확한 전극 전위(작동 전극 및 대전극)을 동시에 측정하여 삼전극 셀의 평가 특성을 향상시킴으로써, 리튬 이온 전지 등과 같은 이차전지에 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a three-electrode coin cell comprising a reference electrode capable of accurately measuring the electrode potential without increasing the cell resistance between the working electrode and the counter electrode, and a method of manufacturing the same, wherein the three-electrode coin according to the present invention The cell improves the evaluation characteristics of the three-electrode cell by simultaneously measuring not only the battery potential (potential difference between the operating and counter electrodes) but also the accurate electrode potential (working electrode and counter electrode) even under high current density battery operating conditions. It can be usefully used in secondary batteries such as batteries.

Description

과전압 특성이 개선된 삼전극 코인셀{Three-Electrode Coin Cell with Low Overpotential}Three-Electrode Coin Cell with Low Overpotential

본 발명은 과전압 특성이 개선된 삼전극 코인셀에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차전지의 작동 전위차를 측정하기 위한 삼전극 셀로서, 상기 삼전극 셀은 작동 전극, 대전극 및 기준전극을 포함하는 전극군; 상기 전극군 간의 전기적인 접촉을 막아주며, 이온 이동이 가능한 전해액이 함침된 분리막; 및, 상기 전극군, 전해액 및 분리막을 포함하는 구성물이 밀봉된 상태로 내장되어 있는 코인 형태의 하우징;을 포함하는 삼전극 코인셀에 관한 것이다.The present invention relates to a three-electrode coin cell with improved overvoltage characteristics, and more particularly, to a three-electrode cell for measuring an operating potential difference of a secondary battery, wherein the three-electrode cell includes a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode. Electrode group; A separator which prevents electrical contact between the electrode groups and is impregnated with an electrolyte capable of ion migration; And a coin-shaped housing in which components including the electrode group, the electrolyte, and the separator are sealed in a sealed state.

에너지의 효율적 사용을 위하여 최근 리튬 이온 전지 등과 같은 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 소형 모바일 전자 기기 뿐만 아니라, 전기자동차 및 전력 저장 분야의 에너지원으로 사용하기 위한 다양한 노력이 이루어지고 있다. Recently, research on secondary batteries such as lithium ion batteries has been actively conducted for efficient use of energy, and various efforts have been made to use them as energy sources in electric vehicles and power storage as well as small mobile electronic devices.

일반적으로 이차전지는 작동 전극(working electrode) 및 대전극(counter electrode)의 2개의 전극(편의상 양극(cathode) 및 음극(anode)으로도 구분)과, 2개 전극 사이에 물리적인 접촉을 막아주는 분리막 및 두 전극 사이의 (전자의 이동은 막아주며) 이온의 이동이 가능하게 해주는 기능을 해주는 전해질(액체의 경우 분리막에 함침)로 구성되어 있다. 작동 전극과 대전극 사이에 전류가 흐르며, 전압차가 생겨 이로 인해 에너지의 저장 및 방출이 가능하게 되며, 전지의 성능 확인 및 전지 구성 소재 평가를 위해서 이차전지를 구성하는 전극 전위(electrode potential)를 측정하게 된다. 전극의 전위는 상대적인 값으로, 일반적으로 2개의 전극을 사용하는 2-전극 셀(Two-electrode cell)에서의 전위 값은 작동 및 대전극 전위의 차를 나타내게 된다. 전극의 자체 전위는 전류가 흐르는 경우 변화하게 되며, 2-전극 셀의 경우 전류가 흐르는 작동 조건하에서 작동 전극의 전위가 변화하는 현상과 더불어, 대전극 전위도 변화하게 되어 실제 작동 전극의 전위를 정밀하게 측정하는데는 어려움을 겪게 된다. 따라서 이러한 작동 전극의 전압을 정확하게 측정하게 위해서, 일반적으로 기준 전극(reference electrode)을 추가적으로 갖는 삼전극 셀(three-electrode cell)을 구성하여 전기화학 특성을 측정하게 된다. 삼전극 셀에서 기준 전극은 검출 시스템에서 전극 전위의 상대 값을 측정할 때 전위의 기준으로 사용되게 되는데, 전류 자체는 작동 전극과 대전극 사이에서 흐르게 되고, 기준 전극으로는 거의 전류가 흐르지 않아 기준 전극 자체의 전위가 변화하지 않게 된다. 더욱 정확한 전위 측정을 위해선 기준 전극은 작동 전극과 대전극 사이에서 전류의 흐름을 방해하지 않으면서도, 최대한 작동 전극에 가깝에 위치시켜 저항을 감소시킬 필요가 있다. 삼전극 셀의 유형으로는 비커(beaker cell)형, 스와질락(Swagelok)형, 파우치(pouch)형을 들 수 있으나, 대부분의 이러한 3전극 셀들은 표준화되지 않아, 실험자가 임의로 셀을 구성하게 되어 셀 저항 값이 크게 변하게 되며, 이로 인해 전극 전위를 측정하고 분석하는데 있어 많은 오차가 발생할 가능성이 있다. In general, a secondary battery has two electrodes (a cathode and an anode for convenience) and a working electrode and a counter electrode, and prevents physical contact between the two electrodes. It consists of an electrolyte (the liquid is impregnated with the membrane) that functions to allow the movement of ions between the separator and the two electrodes (which prevents the movement of electrons). A current flows between the working electrode and the counter electrode, and a voltage difference is generated, thereby enabling the storage and emission of energy, and measuring the electrode potential constituting the secondary battery for checking the performance of the battery and evaluating the material of the battery. Done. The potential of an electrode is a relative value. In general, the potential value in a two-electrode cell using two electrodes indicates a difference between an operation and a counter electrode potential. The self-potential of the electrode changes when a current flows. In the case of a 2-electrode cell, the potential of the working electrode changes under the operating conditions under which the current flows, and the counter electrode potential also changes so that the potential of the actual working electrode can be precisely adjusted. You will have trouble measuring it. Accordingly, in order to accurately measure the voltage of the working electrode, electrochemical characteristics are generally measured by configuring a three-electrode cell having an additional reference electrode. In the three-electrode cell, the reference electrode is used as a reference of the potential when measuring the relative value of the electrode potential in the detection system. The current itself flows between the working electrode and the counter electrode, and almost no current flows to the reference electrode. The potential of the electrode itself is not changed. For more accurate potential measurements, the reference electrode needs to be positioned as close to the working electrode as possible to reduce the resistance without disturbing the flow of current between the working and counter electrodes. Types of trielectrode cells include beaker cell type, Swagelok type, and pouch type. However, most of these three electrode cells are not standardized, and thus the experimenter arbitrarily configures the cell. The cell resistance value changes significantly, which may cause a large amount of error in measuring and analyzing the electrode potential.

이차전지 분야에 있어, 2032 및 2016 등의 디멘젼을 지닌 코인 형태의 셀이 상용화되어 시판되고 있을 뿐만 아니라, 이차 전지 설계, 특성 평가 및 소재 개발 분야과 관련된 연구 분야에도 널리 사용되고 있다. 셀의 디멘젼이 정해져 있어 전극의 크기를 늘리기에는 한계를 갖고 있지만, 조립이 용이하고 표준화된 셀로써 전극 성능을 평가하기에 큰 이점을 지니고 있다. 다만, 구성이 단순하여, 일반적인 2전극 시스템 평가만이 가능한 셀로써, 정확한 전극 전위를 측정하는데 한계를 갖고 있어, 정밀한 전극 전위를 측정할 수 있으면서도, 조립이 간편한 코인 형태의 3전극 셀 대한 기술 개발이 필요한 실정이다.In the secondary battery field, coin type cells having dimensions such as 2032 and 2016 are commercially available and are widely used in research fields related to secondary battery design, characterization, and material development. Although the dimensions of the cell are fixed, there is a limit to increasing the size of the electrode, but it is easy to assemble and has a big advantage in evaluating electrode performance as a standardized cell. However, it is simple to configure, and it is a cell that can only evaluate a general two-electrode system.It has a limitation in measuring accurate electrode potential, and it is possible to measure a precise electrode potential and develop a coin-type three-electrode cell that is easy to assemble. This is necessary.

이에, 본 발명에서는 상기 종래 기술의 문제점을 고려하여, 작동 전극과 대전극 사이의 셀 저항을 높이지 않으면서, 전극 전위를 정확하게 측정할 수 있는 기준 전극을 포함하고, 이로 인해 높은 전류밀도의 전지 작동 조건하에서도 전지 전위(작동 및 대전극 사이 전위차) 뿐만 아니라, 정확한 전극 전위(작동 전극 및 대전극)를 동시에 측정할 수 있는 삼전극 코인셀을 제조함으로써, 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present invention includes a reference electrode capable of accurately measuring the electrode potential without increasing the cell resistance between the working electrode and the counter electrode, in consideration of the problems of the prior art, and thus a battery having a high current density. The present invention has been completed by producing a three-electrode coin cell capable of simultaneously measuring not only battery potential (potential difference between operating and counter electrodes) but also accurate electrode potential (working electrode and counter electrodes) under operating conditions.

한국 특허등록번호 제10-1739625호Korean Patent Registration No. 10-1739625 일본 특허공개번호 제2015-065096호Japanese Patent Publication No. 2015-065096 한국 특허등록번호 제10-1471966호Korean Patent Registration No. 10-1471966 일본 특허공개번호 제2010-231963호Japanese Patent Publication No. 2010-231963

종래 이차전지의 전극 전위를 측정하기 위한 삼전극 셀은 작동 전극과 대전극 사이에 기준전극을 삽입하기 위하여, 작동전극과 대전극 사이 간격을 벌리게 되며 이로인해 셀의 IR 저항이 올라가 과전압 특성이 중요한 시스템에서는 적용이 용이치 않거나, 삼전극 셀의 부피를 키워서 측정해야하는 문제점이 있으며, 이는 궁극적으로 이차전지의 정확한 실제 전위 측정을 어렵게 하는 문제가 있다. In the three-electrode cell for measuring the electrode potential of the conventional secondary battery, the gap between the working electrode and the counter electrode is widened to insert a reference electrode between the working electrode and the counter electrode, which causes the IR resistance of the cell to rise so that overvoltage characteristics are important. In the system, there is a problem that it is not easy to apply, or to increase the volume of the three-electrode cell to measure, which ultimately makes it difficult to accurately measure the actual potential of the secondary battery.

본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 고려하여, 작동 전극과 대전극 사이의 셀 저항을 높이지 않으면서, 전극 전위를 정확하게 측정할 수 있는 기준 전극을 포함하는 삼전극 코인셀 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것으로써, 이로 인해 높은 전류밀도의 전지 작동 조건하에서도 전지 전위(작동 및 대전극 사이 전위차) 뿐만 아니라, 정확한 전극 전위(작동 전극 및 대전극)을 동시에 측정하여 삼전극 셀의 평가 특성을 향상시킬 수 있다.An object of the present invention, in consideration of the problems of the prior art, a three-electrode coin cell comprising a reference electrode capable of accurately measuring the electrode potential without increasing the cell resistance between the working electrode and the counter electrode and a method of manufacturing the same This allows the evaluation of three-electrode cells by simultaneously measuring not only the battery potential (potential difference between operating and counter electrode) but also the correct electrode potential (working electrode and counter electrode) even under high current density cell operating conditions. Properties can be improved.

상기의 목적을 달성하기 위해서, In order to achieve the above object,

본 발명은 The present invention

이차전지의 작동 전위차를 측정하기 위한 삼전극 셀로서, 상기 삼전극 셀은A three electrode cell for measuring the operation potential difference of the secondary battery, the three electrode cell

작동 전극, 대전극 및 기준전극을 포함하는 전극군; An electrode group including a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode;

상기 전극군 간의 전기적인 접촉을 막아주며, 이온 이동이 가능한 전해액이 함침된 분리막; 및 A separator which prevents electrical contact between the electrode groups and is impregnated with an electrolyte capable of ion migration; And

상기 전극군, 전해액 및 분리막을 포함하는 구성물이 밀봉된 상태로 내장되어 있는 코인 형태의 하우징;을 포함하는 삼전극 코인셀을 제공한다.It provides a three-electrode coin cell comprising a; housing in the form of a coin in which the components including the electrode group, the electrolyte and the separator is embedded in a sealed state.

또한, 본 발명은In addition, the present invention

1) 작동 전극, 대전극 및 기준전극을 포함하는 전극군; 전해액이 함침된 제 1분리막 및 제 2분리막으로 구성된 분리막; 기준 전극이 삽입되는 공극부가 상하부에 형성된 가스캣; 및, 코인 형태이고 수용홈이 형성되어 있는 상부케이스 및 하부케이스로 구성된 하우징;을 각각 준비하는 단계; 및1) an electrode group including a working electrode, a counter electrode and a reference electrode; A separator consisting of a first separator and a second separator impregnated with an electrolyte; A gas kat formed in the upper and lower portions of the gap into which the reference electrode is inserted; And a housing having a coin shape and an upper case and a lower case in which receiving grooves are formed. And

2) 하부케이스; 대전극; 제 1 분리막; 가스캣; 제 2 분리막; 작동 전극; 및 상부케이스 순으로 적층하고, 가스캣 공극부에 기준전극을 삽입하여, 구성물들이 코인 형태의 하우징 내에 밀봉된 상태로 내장하는 단계;를 포함하는, 삼전극 코인셀의 제조 방법을 제공한다.2) bottom case; Counter electrode; A first separator; Gascat; A second separator; Working electrode; And stacking in order of the upper case and inserting the reference electrode into the gasket gap so that the components are sealed in a coin-shaped housing and embedded therein.

아울러, 본 발명은In addition, the present invention

상기 본 발명에 따른 삼전극 코인셀, 또는 상기 제조방법으로 제조된 삼전극 코인셀을 포함하는 이차전지를 제공한다.It provides a secondary battery comprising a three-electrode coin cell according to the present invention, or a three-electrode coin cell manufactured by the manufacturing method.

본 발명은 작동 전극과 대전극 사이의 셀 저항을 높이지 않으면서, 전극 전위를 정확하게 측정할 수 있는 기준 전극을 포함하는 삼전극 코인셀을 제조하는 기술로써, 이로 인해 높은 전류밀도의 전지 작동 조건하에서도 전지 전위(작동 및 대전극 사이 전위차) 뿐만 아니라, 정확한 전극 전위(작동 전극 및 대전극)을 동시에 측정하여 삼전극 셀의 평가 특성을 향상시킬 수 있다.The present invention is a technique for manufacturing a three-electrode coin cell comprising a reference electrode capable of accurately measuring the electrode potential without increasing the cell resistance between the working electrode and the counter electrode, and thus the battery operating conditions of high current density Under these conditions, the evaluation characteristics of the three-electrode cell can be improved by simultaneously measuring not only the battery potential (potential difference between the operation and counter electrodes) but also the accurate electrode potential (working electrode and counter electrodes).

도 1은 본 발명에 따른 삼전극 코인셀 구성도를 나타낸 도면이다.
도 2는 실시예 1 및 2, 및 비교예 1, 2, 3 및 4에서 제조한 리튬 이온 전지의 전류 밀도(0.5 및 6 C)별 충전 곡선 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3는 실시예 1 및 2, 및 비교예 1, 2, 3 및 4에서 제조한 리튬 이온 전지 충전시 정전압-정전류 영역에서의 전극 용량 및 충전 시간 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1에서 제조한 삼전극 코인셀의 전류밀도별 및 전극별 충전 곡선 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a view showing a three-electrode coin cell configuration according to the present invention.
Figure 2 is a graph showing the charging curve results for each of the current density (0.5 and 6 C) of the lithium ion batteries prepared in Examples 1 and 2, and Comparative Examples 1, 2, 3 and 4.
3 is a graph showing the electrode capacity and the charging time results in the constant voltage-constant current region during charging of the lithium ion batteries prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1, 2, 3, and 4. FIG.
Figure 4 is a graph showing the results of the charging curve for each current density and electrode of the three-electrode coin cell prepared in Example 1.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 이차전지의 작동 전위차를 측정하기 위한 삼전극 셀로서, 상기 삼전극 셀은 작동 전극, 대전극 및 기준전극을 포함하는 전극군; 상기 전극군간의 전기적인 접촉을 막아주며, 이온 이동이 가능한 전해액이 함침된 분리막; 및 상기 구성물이 밀봉된 상태로 내장되어 있는 코인 형태의 하우징;을 포함하는 삼전극 코인셀을 제공한다.The present invention is a three-electrode cell for measuring the operating potential difference of the secondary battery, the three-electrode cell comprising an electrode group including a working electrode, a counter electrode and a reference electrode; A separator which prevents electrical contact between the electrode groups and is impregnated with an electrolyte capable of ion migration; It provides a three-electrode coin cell comprising a; and a housing in the form of a coin in which the component is embedded in a sealed state.

상기 삼전극 셀은 작동 전극, 대전극 및 기준전극으로 이루어진 전극군으로 구성이 되는데, 작동 전극 및 대전극의 경우 일반적으로 전류 집전체 위에 전극 물질을 도포하여, 코인셀의 외장재 및 스페이서 등에 전기적 및 물리적으로 접착이 잘 이루어져, 코인셀로 조립이 가능한 형태이면 큰 문제가 없다. The three-electrode cell is composed of an electrode group consisting of a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode. In the case of the working electrode and the counter electrode, an electrode material is generally coated on a current collector to electrically and externally cover an outer material and a spacer of a coin cell. Physically adhered well, if the form can be assembled into a coin cell is not a big problem.

상기 기준전극의 경우 전류집전체로는 두께가 얇은 금속 포일을 사용하며, 작동 전극과 분리막을 사이에 두고 맞닿는 전류집전체 부분은 기준전극으로 사용되어지는 물질로 도포되며 작동 전극의 크기를 작게 하기 위하여 팁 형태의 모양으로 제작하는 것이 바람직하다. In the case of the reference electrode, a thin metal foil is used as the current collector, and a portion of the current collector contacting the working electrode with the separator therebetween is coated with a material used as the reference electrode, and the size of the working electrode is reduced. In order to produce a tip shape is preferable.

상기 기준 전극의 전류 집전체 중 코인셀 케이스와 맞닿는 부분은 셀 단락을 막기 위한 절연층이 도포되어 있는 것이 바람직하다. 전류 집전체로는 기준전극으로 사용되는 물질과 부반응이 없는 금속 재질로 Al, Ni, Cu, Ti 등을 사용할 수 있으며, 자립형태가 가능하다면, 전도성이 뛰어난 탄소계 집전체도 가능하다. 상기 절연층으로는 일반적으로 PTFE 소재를 코팅하여 사용하는 것이 바람직하나, 그 외에도 전기적으로 절연이 가능하고 얇게 도포 및 부착이 가능하다면, 소재 자체에 제약을 두지는 않는다. The portion of the current collector of the reference electrode, which is in contact with the coin cell case, is preferably coated with an insulating layer for preventing a cell short circuit. As the current collector, Al, Ni, Cu, Ti, or the like may be used as a metal material having no side reaction with the material used as the reference electrode. A carbon-based current collector having excellent conductivity may be used if a self-supporting form is possible. In general, the insulating layer is preferably coated with a PTFE material, but in addition, if electrically insulating and thin coating and attachment are possible, the material itself is not limited.

상기 기준 전극의 면적이 크면, 작동 전극과 대전극 사이의 전류의 이동을 방해하여, 셀 과전압을 높일 수 있기 때문에, 작동 전극과 맞다는 기준전극의 면적을 최소화할 필요가 있으면, 작동 전극 면적의 5% 이하의 크기를 갖는게 바람직하고 작동 전극 면적의 1 ~ 5%의 크기를 갖는게 더욱 바람직하다. 상기 작동 전극 및 대전극 사이에 삽입되는 기준전극의 전류 집전체 두께는 100 μm 이내가 바람직하며, 이는 두께가 두꺼울수록 셀의 IR이 커져 과전압 성능이 저하되기 때문이다. 상기 전류집전체 및 절연층의 두께는 400 μm 이내가 바람직하며, 이는 두께가 두꺼울수록 셀 밀봉시 밀봉이 어려워져 전해액 누수 및 외부공기 유입으로 인한 오염 등이 발생할 수 있고, 기준 전극이 끊어지는 절단 가능성이 높아질 수 있다.If the area of the reference electrode is large, the movement of current between the working electrode and the counter electrode can be disturbed, and the cell overvoltage can be increased. Therefore, if it is necessary to minimize the area of the reference electrode that matches the working electrode, It is preferred to have a size of 5% or less and more preferably 1 to 5% of the working electrode area. The current collector thickness of the reference electrode inserted between the working electrode and the counter electrode is preferably 100 μm or less, because the thicker the thickness, the greater the IR of the cell, and thus the overvoltage performance is degraded. The thickness of the current collector and the insulating layer is preferably within 400 μm, and the thicker the thickness, the more difficult the sealing is when the cell is sealed, which may cause electrolyte leakage and contamination due to inflow of external air. The chances are high.

상기 분리막의 경우 작동전극과 대전극 사이에 삽입되는 제 1 분리막과 더불어 기준전극과 작동 전극 사이의 삽입되는 제 2 분리막으로 구성될 수 있다. 상기 제 1 분리막의 경우 전해질을 함침하면서 작동 전극과 대전극이 물리적으로 접촉이 이루어지지 않는 면적을 갖으면 분리막 면적의 제약이 없으나, 제 2 분리막의 경우 면적이 클 경우 작동전극의 작동을 방해하고 셀 과전압을 높일 수 있기 때문에, 작동 전극과 기준전극 사이의 물리적 접촉을 막아주면서, 면적을 최소화할 필요가 있으며, 작동 전극 면적의 5% 이하의 크기를 갖는 게 바람직하다.The separator may include a first separator inserted between the working electrode and the counter electrode and a second separator inserted between the reference electrode and the working electrode. In the case of the first separator, if the working electrode and the counter electrode have an area where physical contact does not occur while the electrolyte is impregnated, there is no restriction in the separator area. Since the cell overvoltage can be increased, it is necessary to minimize the area while preventing physical contact between the working electrode and the reference electrode, and preferably have a size of 5% or less of the working electrode area.

셀 밀봉이 이루어지면서, 기준 전극이 삽입될 수 있도록, 가스캣 상하부에 공극부를 만들어 주어야 한다. 상기 공극부가 없이 기준전극을 삽입하게 되면, 코인셀 조립시 기준전극이 코인셀 접합면에서 끊어져 절단되는 문제점이 발생하여, 기준 전극이 동작할 수 없게 된다. 상기 공극부의 크기가 커지면 셀 조립 후, 코인셀 밀봉이 어려워, 전해액 누수 및 외부 공기 유입으로 인한 오염이 발생할 수 있다. As the cell seals, a gap must be made in the top and bottom of the gasket to allow the reference electrode to be inserted. When the reference electrode is inserted without the gap, a problem arises in that the reference electrode is cut off at the coin cell bonding surface when the coin cell is assembled, and thus the reference electrode cannot operate. If the pore size increases, coin cell sealing is difficult after cell assembly, and contamination due to leakage of electrolyte and inflow of external air may occur.

상기 작동 전극(양극)의 활물질은 리튬전지에서 통상적으로 사용되는 것이면 제한 없이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, LiCoO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiNi1 - xMnxO2 (0<x<1), LiNi1 -x- yCoxMnyO2 (0<x<0.5, 0<y<0.5), LiFePO4, TiS2, FeS2의 리튬전이금속산화물, 전이금속황화물 등일 수 있다. The active material of the working electrode (anode) may be used without limitation as long as it is commonly used in lithium batteries. For example, LiCoO 2, LiMnO 2, LiMn 2 O 4, LiNi 1 - x Mn x O2 (0 <x <1), LiNi 1 -x- y Co x Mn y O 2 (0 <x <0.5, 0 <y <0.5), LiFePO 4 , TiS 2 , lithium transition metal oxides of FeS 2 , transition metal sulfides, and the like.

상기 대전극(음극) 활물질은 리튬전지에서 통상적으로 사용되는 것이면 제한 없이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 리튬 금속, 리튬과 합금 가능한 금속, 금속산화물 및 탄소계 재료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬과 합금 가능한 금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi 등을 들 수 있으며, 상기 금속산화물로는 리튬티탄 산화물, SnO2, SiOx(0<x<2) 등이다. 탄소계 재료로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다.The counter electrode (cathode) active material may be used without limitation as long as it is commonly used in lithium batteries. For example, it may include one or more selected from the group consisting of lithium metal, a metal alloyable with lithium, a metal oxide, and a carbon-based material. For example, the metal alloyable with lithium may include Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, and the like, and the metal oxide may be lithium titanium oxide, SnO 2 , SiO x (0 <x <2), or the like. to be. The carbonaceous material may be crystalline carbon, amorphous carbon or a mixture thereof.

상기 기준 전극 물질은 일정한 전압을 유지할 수 있는 전극 물질이면 종류에 제약을 갖진 않는다. 예를 들어 리튬 금속 및 리튬 합금 금속과 같이 일정한 전극 전압을 유지할 수 있거나, 인터칼레이션 반응을 나타내더라도, 평평한 전압 특성을 갖는 LiFePO4 및 Li4Ti5O12 등도 활용이 가능하다. The reference electrode material is not limited in kind as long as it is an electrode material capable of maintaining a constant voltage. For example, it is possible to maintain a constant electrode voltage, such as lithium metal and lithium alloy metal, even if the intercalation reaction, LiFePO 4 and Li 4 Ti 5 O 12 having a flat voltage characteristics can be utilized.

상기 비수계 전해질은 리튬 이온이 이동할 수 있는 매질 역할을 수행하며, 물을 포함하지 않는 유기용매를 사용할 수 있다. 상기 전해액으로는 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트, 메틸 프로필 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 디에틸렌글리콜, 디메틸에테르, 디메틸디글리콜, 디메틸트라이글리콜, 디메틸테트라글리콜 또는 이들의 혼합물 등의 용매에 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x + 1SO2)(CyF2y + 1SO2)(단 x, y는 자연수), LiCl, LiI 또는 이들의 혼합물 등의 리튬 염이 용해되어 사용될 수 있다.The non-aqueous electrolyte may serve as a medium in which lithium ions may move and may use an organic solvent that does not contain water. Examples of the electrolyte include propylene carbonate, ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, butylene carbonate, benzonitrile, acetonitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, γ- Butyrolactone, dioxolane, 4-methyldioxolane, N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, chlorobenzene , Nitrobenzene, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, ethyl propyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate, diethylene glycol, dimethyl ether, dimethyl diglycol, dimethyl triglycol , Solvents such as dimethyl tetraglycol or mixtures thereof, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiN (C x F 2x + 1 SO 2 ) (C y F 2y + 1 SO 2 ) (where x and y are natural water), lithium salts such as LiCl, LiI or a mixture thereof may be dissolved and used.

상기 전해질은 다공성 분리막(separator)에 함침되어 사용될 수 있다. 상기 분리막으로는 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용 가능하다. 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함침 능력이 우수한 것이 바람직하다. 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것으로서, 부직포 또는 직포 형태이어도 무방하다. 구체적으로, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 권취 가능한 세퍼레이터 또는 유기전해액 함침 능력이 우수한 세퍼레이터가 사용된다.The electrolyte may be used by being impregnated in a porous separator. As the separator, any one commonly used in a lithium battery may be used. In particular, it is desirable to have low resistance to ion migration of the electrolyte and excellent electrolyte impregnation ability. For example, it is selected from glass fiber, polyester, Teflon, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), or a combination thereof, and may be in a nonwoven or woven form. Specifically, a rollable separator such as polyethylene or polypropylene, or a separator having excellent organic electrolyte solution impregnation ability is used.

상기 삼전극 셀은 리튬 이차전지에 한정하지는 않으며, Na, Ca, K, Zn 등을 전지 작동 매개체로 하고 유기전해액, 수계 전해액 및 고체전해질 등을 사용하며, 코인셀 형태로 제작이 가능한 이차전지 및 슈퍼커패시터 분야 등의 모든 용도에 사용될 수 있다. The three-electrode cell is not limited to a lithium secondary battery, a secondary battery that can be manufactured in the form of a coin cell using Na, Ca, K, Zn, etc. as a battery operating medium, using an organic electrolyte, an aqueous electrolyte, a solid electrolyte, and the like; It can be used for all applications such as supercapacitor field.

또한, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 삼전극 코인셀의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method of manufacturing a three-electrode coin cell according to the present invention.

구체적으로, 상기 제조 방법은 1) 작동 전극, 대전극 및 기준전극을 포함하는 전극군; 전해액이 함침된 제 1분리막 및 제 2분리막으로 구성된 분리막; 기준 전극이 삽입되는 공극부가 상하부에 형성된 가스캣; 및, 코인 형태이고 수용홈이 형성되어 있는 상부케이스 및 하부케이스로 구성된 하우징;을 각각 준비하는 단계; 및, 2) 하부케이스; 대전극; 제 1 분리막; 가스캣; 제 2 분리막; 작동 전극; 및 상부케이스 순으로 적층하고, 가스캣 공극부에 기준전극을 삽입하여, 구성물들이 코인 형태의 하우징 내에 밀봉된 상태로 내장하는 단계;를 포함한다.Specifically, the manufacturing method includes: 1) an electrode group including a working electrode, a counter electrode and a reference electrode; A separator consisting of a first separator and a second separator impregnated with an electrolyte; A gas kat formed in the upper and lower portions of the gap into which the reference electrode is inserted; And a housing having a coin shape and an upper case and a lower case in which receiving grooves are formed. And, 2) lower case; Counter electrode; A first separator; Gascat; A second separator; Working electrode; And stacking the upper case in order, and inserting the reference electrode into the gasket gap to embed the components in a sealed state in a coin-shaped housing.

상기 기준전극의 경우 전류집전체로는 두께가 얇은 금속 포일을 사용하며, 작동 전극과 분리막을 사이에 두고 맞닿는 전류집전체 부분은 기준전극으로 사용되어지는 물질로 도포되며 작동 전극의 크기를 작게 하기 위하여 팁 형태의 모양으로 제작하는 것이 바람직하다. In the case of the reference electrode, a thin metal foil is used as the current collector, and a portion of the current collector contacting the working electrode with the separator therebetween is coated with a material used as the reference electrode, and the size of the working electrode is reduced. In order to produce a tip shape is preferable.

상기 기준 전극의 전류 집전체 중 코인셀 케이스와 맞닿는 부분은 셀 단락을 막기 위한 절연층이 도포되어 있는 것이 바람직하다. 전류 집전체로는 기준전극으로 사용되는 물질과 부반응이 없는 금속 재질로 Al, Ni, Cu, Ti 등을 사용할 수 있으며, 자립형태가 가능하다면, 전도성이 뛰어난 탄소계 집전체도 가능하다. 상기 절연층으로는 일반적으로 PTFE 소재를 코팅하여 사용하는 것이 바람직하나, 그 외에도 전기적으로 절연이 가능하고 얇게 도포 및 부착이 가능하다면, 소재 자체에 제약을 두지는 않는다. The portion of the current collector of the reference electrode, which is in contact with the coin cell case, is preferably coated with an insulating layer for preventing a cell short circuit. As the current collector, Al, Ni, Cu, Ti, or the like may be used as a metal material having no side reaction with the material used as the reference electrode. A carbon-based current collector having excellent conductivity may be used if a self-supporting form is possible. In general, the insulating layer is preferably coated with a PTFE material, but in addition, if electrically insulating and thin coating and attachment are possible, the material itself is not limited.

상기 기준 전극의 면적이 크면, 작동 전극과 대전극 사이의 전류의 이동을 방해하여, 셀 과전압을 높일 수 있기 때문에, 작동 전극과 맞다는 기준전극의 면적을 최소화할 필요가 있으면, 작동 전극 면적의 5% 이하의 크기를 갖는게 바람직하고 작동 전극 면적의 1 ~ 5%의 크기를 갖는게 더욱 바람직하다. 상기 작동 전극 및 대전극 사이에 삽입되는 기준전극의 전류 집전체 두께는 100 μm 이내가 바람직하며, 이는 두께가 두꺼울수록 셀의 IR이 커져 과전압 성능이 저하되기 때문이다. 전류집전체 및 절연층의 두께는 400 μm 이내가 바람직하며, 이는 두께가 두꺼울수록 셀 밀봉시 밀봉이 어려워져 전해액 누수 및 외부공기 유입으로 인한 오염 등이 발생할 수 있고, 기준 전극이 끊어지는 절단 가능성이 높아질 수 있다.If the area of the reference electrode is large, the movement of current between the working electrode and the counter electrode can be disturbed, and the cell overvoltage can be increased. Therefore, if it is necessary to minimize the area of the reference electrode that matches the working electrode, It is preferred to have a size of 5% or less and more preferably 1 to 5% of the working electrode area. The current collector thickness of the reference electrode inserted between the working electrode and the counter electrode is preferably 100 μm or less, because the thicker the thickness, the greater the IR of the cell, and thus the overvoltage performance is degraded. The thickness of the current collector and the insulating layer is preferably within 400 μm. The thicker the thickness of the current collector and the insulating layer, the more difficult it is to seal during cell sealing, which may cause electrolyte leakage and contamination due to inflow of external air. This can be high.

또한, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 삼전극 코인셀을 포함하는 이차전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a secondary battery including the three-electrode coin cell according to the present invention.

상기 이차전지는 리튬 이온 전지인 것이 바람직하다.It is preferable that the secondary battery is a lithium ion battery.

본 발명의 바람직한 실시예는 아래와 같다. 아래의 실시예들은 본 발명의 기술적 특징을 예시적으로 보인 것으로서, 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Preferred embodiments of the present invention are as follows. The following examples are merely illustrative of the technical features of the present invention, the present invention is not limited to these embodiments.

실시예Example 1 One

작동 전극으로 리튬이온전지의 양극 활물질로 사용되는 LiNi0 . 6Co0 . 2Mn0 . 2O2을 super-P(도전재), PVdF(결착제)와 무게비로 94:3:3로 칭량하여, NMP(N-methyl pyrrolidinine) 용액에 녹인 후 해당 슬러리를 Al 포일(foil) 위에 닥터 블레이드 코팅을 하여 극판을 제조하였다. 120℃ 진공 오븐에서 충분히 건조시켜 NMP 등의 용매를 휘발시킨 후 롤 프레스를 통해 전극 밀도를 증가시켰으며, 코인셀 조립을 위해 지름 12 mm 크기로 양극 극판을 타발하여 준비하였다. 대전극(음극)으로는 16 mm 지름으로 타발된 리튬 포일(200 μm 두께)을, 유기계 액체전해질은 1 M LiPF6 in EC/EMC(30:70 vol%)을 사용하였다. 제 1 분리막 및 제 2 분리막은 폴리프로필렌 계열의 상용 분리막(25 μm)을 적용하였다. 제 1 분리막의 경우 작동 전극과 대전극을 덮을 수 있도록 18 mm 크기로 제작하였으며, 제 2 분리막의 경우 기준 전극 팁 부분에 맞추어, 크기와 모양을 조절하였다. 기준 전극 전류 집전체로는 Cu 포일(20 μm 두께)을 사용하였으며, 코인셀과 맞닿는 부분은 절연을 위한 절연체를 부착하여 준비하였다. 작동 전극과 제 2 분리막을 사이에 두고 맞닿는 기준 전극 집전체 부분은 팁 형태로 제작하였으며, 기준 전극 물질로 쓰이는 리튬 포일(100 μm)을 집전체 팁 양면에 부착하였으며, 기준전극 물질을 작동 전극 면적의 2% 크기로 조절하였다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 삼전극 코인셀 조립을 위해, 코인셀의 가스켓 부분에 기준전극이 삽입이 될 수 있도록 가스켓 위아래 쪽에 홈을 파 준비하였으며, 작동 전극, 대전극, 기준전극 및 전해질이 함침된 제 1 및 제 2 분리막을 도 1에 나타낸 바와 같이 적층하여, 삼전극 코인셀을 제작하였다. LiNi 0 used as a positive electrode active material of a lithium ion battery as a working electrode . 6 Co 0 . 2 Mn 0 . 2 O 2 is weighed 94: 3: 3 by weight of super-P (conductor), PVdF (binder), dissolved in NMP (N-methyl pyrrolidinine) solution, and then the slurry is applied over Al foil. The electrode plate was produced by blade coating. After drying sufficiently in a vacuum oven at 120 ° C. to evaporate a solvent such as NMP, the electrode density was increased through a roll press, and a cathode electrode plate having a diameter of 12 mm was punched out to prepare a coin cell. As the counter electrode (cathode), a lithium foil (200 μm thick) punched out with a diameter of 16 mm was used, and 1 M LiPF 6 in EC / EMC (30:70 vol%) was used for the organic liquid electrolyte. As the first separator and the second separator, a polypropylene-based commercial separator (25 μm) was used. The first separator was manufactured in an 18 mm size to cover the working electrode and the counter electrode, and the second separator was adjusted in size and shape according to the reference electrode tip. Cu foil (20 μm thick) was used as a reference electrode current collector, and a portion contacting the coin cell was prepared by attaching an insulator for insulation. The reference electrode current collector portion, which is in contact with the working electrode and the second separator, is manufactured in the form of a tip. Lithium foil (100 μm), which is used as the reference electrode material, is attached to both sides of the current collector tip, and the reference electrode material is applied to the working electrode area. 2% of the size was adjusted. As shown in FIG. 1, for assembling a three-electrode coin cell, grooves were prepared in the upper and lower sides of the gasket so that the reference electrode was inserted into the gasket portion of the coin cell, and the working electrode, the counter electrode, the reference electrode, and the electrolyte were impregnated. The prepared first and second separators were stacked as shown in FIG. 1 to prepare a three-electrode coin cell.

실시예 2Example 2

작동 전극과 맞닿는 기준전극 및 제 2 분리막의 크기가 작동 전극 면적의 5%로 조절한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 삼전극 코인셀을 제조하였다.A three-electrode coin cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the size of the reference electrode and the second separator contacting the working electrode was adjusted to 5% of the working electrode area.

비교예Comparative example 1 One

제 2 분리막 및 기준전극을 추가하지 않고, 가스켓의 홈을 만들지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 삼전극 코인셀을 제조하였다.A three-electrode coin cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the second separator and the reference electrode were not added and the groove of the gasket was not made.

비교예Comparative example 2 2

제 2 분리막을 제 1 분리막과 동일한 크기로 적용하고, 기준 전극을 추가하지 않고, 가스켓의 홈을 만들지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 삼전극 코인셀을 제조하였다.A three-electrode coin cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the second separator was applied to the same size as the first separator, the reference electrode was not added, and the groove of the gasket was not made.

비교예Comparative example 3 3

작동 전극과 맞닿는 기준전극 및 제 2 분리막의 크기가 작동 전극 면적의 30%로 조절한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 삼전극 코인셀을 제조하였다.A three-electrode coin cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the size of the reference electrode and the second separator contacting the working electrode was adjusted to 30% of the area of the working electrode.

비교예Comparative example 4 4

작동 전극과 맞닿는 기준전극 및 제 2 분리막의 크기가 작동 전극 면적의 50%로 조절한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 삼전극 코인셀을 제조하였다.A three-electrode coin cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the size of the reference electrode and the second separator in contact with the working electrode was adjusted to 50% of the working electrode area.

평가예 1: 과전압 특성 비교를 위한 전류밀도별 충전 성능 측정Evaluation Example 1: Measurement of Charging Performance by Current Density for Comparison of Overvoltage Characteristics

실시예 1 및 2, 및 비교예 1, 2, 3 및 4를 통해 제작된 리튬 이온 전지에 대한 정전류-정전압 충전 평가를 전류밀도 별로 비교하여 수행하였다. 과전압 특성은 전류밀도가 높을수록 그에 대한 특성 확인이 가능하기에 저전류(0.5 C) 및 고전류 (6 C)에 대하여, 4.3 V 전압까지 정전류 충전-정전류 값의 10% 이내의 정전압 조건으로 27℃에서 충전 평가를 수행하였고, 각 셀의 충전 곡선을 도 2에 나타내었다. The constant current-constant voltage charging evaluation of the lithium ion batteries produced through Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1, 2, 3, and 4 was performed by comparing the current density. The overvoltage characteristics are characterized by the higher current density, so for low current (0.5 C) and high current (6 C), it is 27 ℃ under constant voltage condition within 10% of constant current charge-constant current value up to 4.3 V voltage. Charge evaluation was performed at, and the charge curve of each cell is shown in FIG. 2.

0.5C 저전류에는 비교예 4를 제외하고는 비슷한 충전 성능을 보이고 있으며, 6C 고전류 조건에도 비교예 4의 과전압 특성이 가장 떨어짐을 확인하였다. 6C 전류조건에서, 비교예 2 및 비교예 3도, 비교예 1, 및 실시예 1 및 2와 비교하여 과전압 특성이 저하되는 것을 알 수 있었다. 실시예 1 및 실시예 2는 충전 초기를 제외하고는 2전극셀인 비교예 1과 거의 유사한 과전압 특성을 나타내는 것을 알 수 있었다.0.5C low current showed similar charging performance except for Comparative Example 4, and it was confirmed that the overvoltage characteristic of Comparative Example 4 was the worst in 6C high current condition. Under 6C current conditions, it was found that the overvoltage characteristics were lowered in comparison with Comparative Example 2 and Comparative Example 3, Comparative Example 1, and Examples 1 and 2, respectively. Example 1 and Example 2 exhibited almost the same overvoltage characteristics as those of Comparative Example 1, which was a two-electrode cell except for the initial charge.

과전압 특성을 정량적으로 확인하기 위하여, 도 2의 충전 곡선을, 정전류 및 정전압 영역에서의 용량 및 충전 시간(분 단위)으로 나누어 분석하였으며, 이를 도 3에 나타내었다. In order to quantitatively identify the overvoltage characteristic, the charging curve of FIG. 2 was analyzed by dividing the capacity and the charging time (in minutes) in the constant current and constant voltage regions, which are shown in FIG. 3.

과전압 특성이 우수할수록 정전류 조건에서의 용량 및 충전 시간이 늘어나며, 정전압 조건에서의 용량 및 충전시간이 감소하게 된다. 0.5 C 저전류에서 2전극 셀인 비교예 1과 비교하여 실시예 1 및 2의 경우 유사한 특성을 보였으며, 6 C 고전류 조건에서도 동일한 결과를 얻을 수 있었다. 비교예 2, 3 및 4의 경우 비교예 1, 실시예 1 및 2에 비해 저전류 및 고전류에서 과전압 특성이 저하되게 나왔는데, 이는 삼전극을 구성하기 위해서 추가되는 기준전극 및 제 2 분리막으로 인해 작동 전극과 대전극 사이의 전류의 흐름이 방해가 되기 때문이다. 특히 기준 전극 및 제 2분리막의 두께 및 면적이 커질수록 과전압 특성이 악화되게 되며, 실시예 1 및 실시예 2와 같이 기준 전극 및 제 2분리막의 크기가 기준 전극의 5 % 이하일 경우 2 전극 셀과 유사한 과전압 특성을 지니면서, 삼전극 셀을 구성할 수 있음을 알 수 있었다.The better the overvoltage characteristic, the longer the capacity and charging time under constant current conditions, and the lower the capacity and charging time under constant voltage conditions. Compared with Comparative Example 1, which is a two-electrode cell at 0.5 C low current, Examples 1 and 2 showed similar characteristics, and the same results were obtained even at 6 C high current. In Comparative Examples 2, 3 and 4, the overvoltage characteristics were lowered at low current and high current compared to Comparative Examples 1, 1 and 2, which were operated due to the reference electrode and the second separator added to configure the three electrodes. This is because the flow of current between the electrode and the counter electrode is disturbed. In particular, as the thickness and area of the reference electrode and the second separator increase, the overvoltage characteristics deteriorate. When the size of the reference electrode and the second separator is 5% or less of the reference electrode as in Examples 1 and 2, It was found that the three-electrode cell can be configured with similar overvoltage characteristics.

도 4는 실시예 1을 통해 제작된 삼전극 셀의 전류밀도별 충전 거동을 나타낸 결과이다. 비교예 1과 같은 2전극 셀에서는 작동 전극과 대전극 사이의 전압 값만을 측정할 수 있는데 반하여, 도 4에 나타낸 바와 같이 실시예 1의 삼전극 셀에서는 작동 전극과 대전극 사이의 전압 값(검은색 선) 뿐만 아니라, 작동 전극 및 대전극의 전압 값 (기준 전극 대비)도 동시에 성공적으로 측정이 가능한 것을 확인할 수 있었다. 4 is a result showing the charging behavior according to the current density of the three-electrode cell produced in Example 1. In the two-electrode cell as in Comparative Example 1, only the voltage value between the working electrode and the counter electrode can be measured, whereas in the three-electrode cell of Example 1, as shown in FIG. 4, the voltage value between the working electrode and the counter electrode (black In addition to the color line), it was confirmed that the voltage values (relative to the reference electrode) of the working electrode and the counter electrode can be successfully measured simultaneously.

Claims (9)

이차전지의 작동 전위차를 측정하기 위한 삼전극 셀로서, 상기 삼전극 셀은
작동 전극, 대전극 및 기준전극을 포함하는 전극군;
상기 전극군 간의 전기적인 접촉을 막아주며, 이온 이동이 가능한 전해액이 함침된 분리막으로서, 상기 분리막은 작동전극과 대전극 사이에 삽입되는 제 1 분리막, 및 기준전극과 작동 전극 사이의 삽입되는 제 2 분리막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 분리막;
기준 전극이 삽입될 수 있는 공극부가 상하부에 형성되어 있는 가스캣; 및
각각 코인 형태이고 수용홈이 형성되어 있는 상부케이스 및 하부케이스로 구성된 하우징;을 포함하고,
여기서
하부케이스; 대전극; 제 1 분리막; 가스캣; 제 2 분리막; 작동 전극; 및 상부케이스 순으로 적층되어 있고,
가스캣 공극부에 기준전극이 삽입되어 있으며,
전극군, 전해액 및 분리막을 포함하는 구성물들이 코인 형태의 상부케이스 및 하부케이스로 구성된 하우징 내에 밀봉된 상태로 내장되어 있는 것을 특징으로 하는,
삼전극 코인셀.
A three electrode cell for measuring the operation potential difference of the secondary battery, the three electrode cell
An electrode group including a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode;
A separator which prevents electrical contact between the electrode groups and is impregnated with an electrolyte capable of ion movement, wherein the separator is a first separator inserted between a working electrode and a counter electrode, and a second separator inserted between a reference electrode and a working electrode. Separation membrane, characterized in that consisting of a membrane;
A gasket formed in the upper and lower portions of the gap into which the reference electrode can be inserted; And
And a housing formed of an upper case and a lower case each having a coin shape and receiving grooves formed therein.
here
Lower case; Counter electrode; A first separator; Gascat; A second separator; Working electrode; And top case is stacked in order,
The reference electrode is inserted into the gasket gap.
Characterized in that the components including the electrode group, the electrolyte and the separator is embedded in a sealed state consisting of the upper case and the lower case of the coin type,
Trielectrode coin cell.
제 1항에 있어서,
상기 기준전극은 전류집전체로서 금속 포일을 사용하고, 작동 전극과 분리막을 사이에 두고 맞닿는 전류집전체 부분은 기준전극으로 사용되어지는 물질로 도포되며, 코인셀 케이스와 맞닿는 부분은 셀 단락을 막기 위한 절연층이 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 삼전극 코인셀.
The method of claim 1,
The reference electrode uses a metal foil as a current collector, and a portion of the current collector which is in contact with the working electrode and the separator therebetween is coated with a material used as a reference electrode, and a portion that is in contact with the coin cell case prevents a cell short circuit. Three-electrode coin cell characterized in that the insulating layer for coating.
◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 3 has been abandoned upon payment of a set-up fee. 제 1항에 있어서,
상기 작동 전극과 맞닿는 기준 전극의 크기는 작동 전극 면적의 1 ~ 5%인 것을 특징으로 하는 삼전극 코인셀.
The method of claim 1,
The size of the reference electrode in contact with the working electrode is a three-electrode coin cell, characterized in that 1 to 5% of the area of the working electrode.
삭제delete 삭제delete 1) 작동 전극, 대전극 및 기준전극을 포함하는 전극군; 전해액이 함침된 제 1분리막 및 제 2분리막으로 구성된 분리막; 기준 전극이 삽입되는 공극부가 상하부에 형성된 가스캣; 및, 코인 형태이고 수용홈이 형성되어 있는 상부케이스 및 하부케이스로 구성된 하우징;을 각각 준비하는 단계; 및
2) 하부케이스; 대전극; 제 1 분리막; 가스캣; 제 2 분리막; 작동 전극; 및 상부케이스 순으로 적층하고, 가스캣 공극부에 기준전극을 삽입하여, 구성물들이 코인 형태의 하우징 내에 밀봉된 상태로 내장하는 단계;를 포함하는, 삼전극 코인셀의 제조 방법.
1) an electrode group including a working electrode, a counter electrode and a reference electrode; A separator consisting of a first separator and a second separator impregnated with an electrolyte; A gas kat formed in the upper and lower portions of the gap into which the reference electrode is inserted; And a housing having a coin shape and an upper case and a lower case in which receiving grooves are formed. And
2) bottom case; Counter electrode; A first separator; Gascat; A second separator; Working electrode; And stacking in the upper case order and inserting the reference electrode into the gasket gap to embed components in a sealed state in a coin-shaped housing.
제 6항에 있어서,
상기 기준전극은 전류집전체로서 금속 포일을 사용하고, 작동 전극과 분리막을 사이에 두고 맞닿는 전류집전체 부분은 기준전극으로 사용되어지는 물질로 도포하며, 코인셀 케이스와 맞닿는 부분은 셀 단락을 막기 위한 절연층을 도포하는 것을 특징으로 하는 삼전극 코인셀의 제조 방법.
The method of claim 6,
The reference electrode uses a metal foil as a current collector, and a portion of the current collector which is in contact with the working electrode and the separator therebetween is coated with a material used as a reference electrode, and a portion that is in contact with the coin cell case prevents a cell short circuit. Method for producing a three-electrode coin cell characterized by coating an insulating layer for.
◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 8 has been abandoned upon payment of a set-up fee. 제 6항에 있어서,
상기 작동 전극과 맞닿는 기준 전극의 크기는 작동 전극 면적의 1 ~ 5%로 사용하는 것을 특징으로 하는 삼전극 코인셀의 제조 방법.
The method of claim 6,
The size of the reference electrode in contact with the working electrode is a manufacturing method of a three-electrode coin cell, characterized in that used in 1 to 5% of the area of the working electrode.
제 1항에 따른 삼전극 코인셀을 포함하는 이차전지.
Secondary battery comprising a three-electrode coin cell according to claim 1.
KR1020170159521A 2017-11-27 2017-11-27 Three-Electrode Coin Cell with Low Overpotential KR102021895B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170159521A KR102021895B1 (en) 2017-11-27 2017-11-27 Three-Electrode Coin Cell with Low Overpotential

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170159521A KR102021895B1 (en) 2017-11-27 2017-11-27 Three-Electrode Coin Cell with Low Overpotential

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190061297A KR20190061297A (en) 2019-06-05
KR102021895B1 true KR102021895B1 (en) 2019-09-17

Family

ID=66845331

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170159521A KR102021895B1 (en) 2017-11-27 2017-11-27 Three-Electrode Coin Cell with Low Overpotential

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102021895B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023120924A1 (en) * 2021-12-20 2023-06-29 주식회사 엘지에너지솔루션 Three-electrode cell and system for performance analysis using same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015065096A (en) * 2013-09-26 2015-04-09 株式会社京浜理化工業 Three electrode cell for testing and two electrode cell for testing

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100821861B1 (en) * 2004-11-09 2008-04-11 주식회사 엘지화학 Reference Electrode Member for Measurement of Electrode Potential in 3-Electrode System
JP2010231963A (en) 2009-03-26 2010-10-14 Keihin Rika Kogyo:Kk Connector for measuring power storage battery, power storage battery for measurement using the same, and method for measuring the power storage battery
KR101471966B1 (en) 2012-05-16 2014-12-12 주식회사 엘지화학 Jig for Measurement of Voltage in 3-Electrode System
KR101681968B1 (en) * 2013-11-26 2016-12-02 주식회사 엘지화학 Apparatus for testing secondary battery
KR101739625B1 (en) 2014-10-01 2017-05-24 주식회사 엘지화학 Three electrode cell
KR101875269B1 (en) * 2015-05-12 2018-07-05 주식회사 엘지화학 Three electrode cell fabrication kit

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015065096A (en) * 2013-09-26 2015-04-09 株式会社京浜理化工業 Three electrode cell for testing and two electrode cell for testing

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023120924A1 (en) * 2021-12-20 2023-06-29 주식회사 엘지에너지솔루션 Three-electrode cell and system for performance analysis using same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190061297A (en) 2019-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9997804B2 (en) Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
KR101999773B1 (en) Method of Producing Battery Cell Including Reference Electrode for Measuring Relative Electrode Potential and Battery Cell Produced by the Same
KR101970813B1 (en) Battery Cell Having Hole
US11430994B2 (en) Protective coatings for lithium metal electrodes
KR20130129350A (en) Thermoelectric generator
KR101603635B1 (en) Electrode Laminate Comprising Electrodes with Different Surface Areas and Secondary Battery Employed with the Same
US20130095391A1 (en) Lithium ion secondary battery
KR20210062701A (en) Electrode material comprising layered sodium metal oxide, electrode comprising same and use thereof in electrochemistry
KR20180061064A (en) A laser-induced graphene layered separator and a Li-S battery comprising the same
US11316150B2 (en) Cathode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
KR20190083304A (en) A method of pre-lithiating anode and Anode manufactured therefrom
KR102036665B1 (en) Anode electrode, method for preparing thereof and lithium secondary battery comprising the same
US11108079B2 (en) Lithium-ion secondary battery and assembled battery
KR20160110077A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
KR102021895B1 (en) Three-Electrode Coin Cell with Low Overpotential
US20080014503A1 (en) High power high voltage lithium-ion cell
KR20180055399A (en) Battery Module Including Elastic Frame for Fixing Battery Cells
JP6658182B2 (en) Electrode structure and lithium secondary battery
KR101702986B1 (en) Separator for rechargeable lithium battery
KR102101904B1 (en) Battery Pack Including Static Guide Pattern
KR102125965B1 (en) Hybrid capacitor
KR102523088B1 (en) Coin Cell Having Uniform Pressure
KR101614332B1 (en) Battery Cell of Irregular Structure
US11830979B2 (en) Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same
US20210151796A1 (en) Electrolytic Solution for Lithium Secondary Batteries and Lithium Secondary Battery Including the Same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant