KR19980075990A - 저전압용 리튬 이온 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대용 전자기기 등의 사용 전압이 낮아짐에 따라, 평균 전압이 높은 리튬 이온 전지의 전압을 낮추어서 사용할 수 있는 저전압용 리튬 이온 전지에 관한 것으로, 상기 LiCoO₂, LiNiO₂, LiMn₂O₄중 어느 하나를 활물질로 하는 양극 코팅액을 집전판인 니켈 호일 위에 코팅하여 양극 전극을 형성하고, 상기 V₆O₁₃, MnO₂, TiS₂, MoS₂, V₂O₅중 어느 하나를 음극 활물질로 하는 음극 코팅액을 집전판인 니켈 호일 위에 코팅하여 음극 전극을 갖도록 구성한 특징이 있다.

Description

저전압용 리튬 이온 전지

본 발명은 저전압용 리튬 이온 전지에 관한 것으로, 특히 휴대용 전자기기 등의 사용 전압이 낮아짐에 따라, 평균 전압이 높은 리튬 이온 전지의 전압을 낮추어서 사용할 수 있는 저전압용 리튬 이온 전지에 관한 것이다.

종래에 일반적으로 사용되는 전지로는, 예를 들면, 1.2 볼트인 니켈 카드늄 전지와 니켈 수소 전지가 있고, 그 보다 전압이 3배나 높은 3.6볼트용 리튬 이온 전지를 이용하여 휴대용 전자기기를 사용하여 왔다.

또한 리튬 이온 전지에서의 양극 활물질은 LiCoO₂, LiNiO₂, LiMn₂O₄가 사용되고, 음극 활물질로는 카본, 흑연 등이 사용되는 것으로, 이 활성 물질들은 모두, 리튬 이온의 인터컬레이션(intercalation)이 자유롭다는 물질의 특성을 갖고 있다.

한편 최근에는 기술이 향상되면서 휴대용 전화기 등과 같은 경우에 사용되는 전압이 5 볼트에서 3 볼트로 낮아지고 있으며, 앞으로는 1.2 볼트급의 휴대용 전화기 등이 출시될 것으로 많은 전문가 들에 의해 예시되고 있다.

그러나 기존에 사용되고 있는 3.6볼트의 리튬 이온 전지를 1.2 볼트급의 저전압 휴대용 전화기 등에 사용은 많은 문제점을 유발시킬 뿐만 아니라, 잉여 전압은 열에너지로 변하여 전자기기의 가동에 악영향을 끼치고, 높은 전압으로 인하여 전기 에너지 사용 효율이 많이 떨어져 비효율적인 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 저전압 휴대용 전자기기와 호환성이 있도록 리튬 이온 전지의 음극 활물질을 카본과 흑연에서 고용량의 바나듐 산화물로 교체하여 1.8 볼트급의 저전압용 리튬 이온 전지를 제공함에 있다.

도 1 은 본 발명의 바나듐 옥사이드 반쪽 전지의 방전 곡선을 나타내는 그래프.

도 2 는 본 발명의 저전압 리튬 이온 전지의 충방전 실험 결과를 나타내는 그래프.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 저전압용 리튬 이온 전지는, LiCoO₂, LiNiO₂, LiMn₂O₄중 어느 하나를 활물질로 하는 양극 코팅액을 집전판인 니켈 호일 위에 코팅하여 양극 전극을 형성하고, 상기 V₆O₁₃, MnO₂, TiS₂, MoS₂, V₂O₅중 어느 하나를 음극 활물질로 하는 음극 코팅액을 집전판인 니켈 호일 위에 코팅하여 음극 전극을 이루도록 구성한 특징이 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 저전압용 리튬 이온 전지를 첨부된 도면의 그래프를 참고하여 아래와 같이 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 발명의 바나듐 옥사이드 반쪽 전지의 방전 곡선을 나타내는 그래프이고, 도 2 는 본 발명의 저전압 리튬 이온 전지의 충방전 실험 결과를 나타내는 그래프이다.

상기 양극 전극은 LiCoO₂, LiNiO₂, LiMn₂O₄중의 어느하나를 활물질로 하는 양극 코팅액을, 접착력을 향상시키기 위하여 알루미늄 호일이 아닌 니켈 호일 위에 코팅하여 양극 전극을 제조하였다.

상기 음극 전극은 V₆O₁₃, MnO₂, TiS₂, MoS₂, V₂O₅중의 하나를 선택하여 LiCoO₂전극 제조시 첨가된 바인더와 동일한 바인더를 첨가하여 음극 활물질로 하는 음극 코팅액을 니켈 호일 위에 코팅하여 음극 전극을 제조하였다.

그리고 상기 폴리프로필렌을 이용하여 격막(Separator)을 음극 전극과 양극 전극의 사이에 형성하였고, 전해액으로는 미쯔비시 화학의 LiPF₆: EC+DMC 의 전해액을 사용하여, 저전압 리튬 이온전지를 제조하였다.

상기와 같은 구성된 저전압용 리튬 이온 전지는 방전상태이므로 활성화시켜야 하는 것으로, 종래의 3.6 볼트급의 리튬 이온 전지와 동일한 방법으로 활성화시켜서 2.4 볼트까지 충전시킨다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 저전압용 리튬 이온 전지를 실험을 통하여 충방전 결과를 나타내었다.

실험예 1

본 발명에 사용된 바나듐 옥사이드(V₆O₁₃)는 격자 구조내로 리튬 이온이 8개가 들어간다. 상기 리튬 이온이 8개가 들어 갔을 때, 무게의 용량은 417mAh/g 이고 부피용량은 1000mAh/㎤ 로서, 3.6 볼트급 리튬 이온 전지에 사용되는 카본보다 1.5∼2배의 용량을 가지고 있으며, 흑연, 카본에서 보이는 비가역 용량이 없기 때문에 용량의 장점은 더욱 크다. 그래서 바나듐 옥사이드(V₆O₁₃)의 용량을 확인하기 위하여 리튬 금속을 표준전극으로 하는 반쪽 전지를 만들어 방전용량을 측정하였다.

도 1 에 도시된 그래프에서 보는 바와 같이 바나듐 옥사이드는 방전하면서 3번의 비확산 상 변태(diffusionless phase transformation)을 일으키며, 이것은 방전 곡선에서 기울기가 영의 직선으로 나타난다. 바나듐 옥사이드의 반쪽전지의 실험결과 C/5 방전 속도에서 계산 용량과 실제 용량이 일치함을 알 수 있었다.

실험예 2

본 발명의 저전압용 리튬 이온 전지를 1.2 볼트를 방전 종료 전압으로 하여, 충방전 시험기에서 충방전 실험을 하였다.

이 전지의 평균 전압은 1.8 볼트로서 기존의 리튬 전지의 전압의 반이 되는 것으로 충방전 결과로, 300회에서 초기의 용량이 85%를 기록하고 있는 것을 확인할 수 있다.

본 발명의 바나듐 옥사이드를 이용한 저전압용 리튬 이온 전지는, 최근에는 기술 개발에 의해 기술이 고도화되면서 사용되어지는 휴대용 전자기기 등의 사용 전압이 낮아짐에 따라, 다른 전지에 비해 장점이 많은 평균 전압이 높은 리튬 이온 전지의 전압을 낮출 수 있는 특징이 있다.

또한 고전압에서 일어나는 현상인 전해액 분해에서 발생되는 가스 등의 발생 현상을 방지할 뿐만 아니라, 저전압용이기 때문에 집전판으로 사용되는 금속 호일의 선택 폭이 넓어져 생산단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 리튬 이온 전지에 있어서,

   LiCoO₂, LiNiO₂, LiMn₂O₄중 어느 하나를 활물질로 하는 양극 코팅액을 집전판인 니켈 호일 위에 코팅하여 양극 전극을 형성하고, 상기 V₆O₁₃, MnO₂, TiS₂, MoS₂, V₂O₅중 어느 하나를 음극 활물질로 하는 음극 코팅액을 집전판인 니켈 호일 위에 코팅하여 음극 전극을 갖도록 형성한 것을 특징으로 하는 저전압용 리튬 이온 전지.