KR20130112315A - The method for charging of lithium air battery module - Google Patents

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KR20130112315A
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삼성전자주식회사
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Abstract

PURPOSE: A charging method of a lithium air battery improves charging energy efficiency by reducing charging and discharging overvoltage. CONSTITUTION: A charging method of a lithium air battery comprises a step of charging a lithium air battery; and a step of discharging the lithium air battery by current at a standard current or less. The charging step comprises a step of charging the lithium air battery with constant current until the voltage of the lithium air battery reaches a standard voltage; and a step of charging the lithium air battery until the current of the lithium air battery reaches the standard current when the voltage of the lithium air battery reaches the standard voltage. [Reference numerals] (AA) Start; (BB,DD,FF,HH) No; (CC,EE,GG,II) Yes; (JJ) End; (S410) Connect external power device?; (S420) Charge with constant current; (S430) Applied voltage = standard voltage?; (S440) Charge with constant voltage; (S450) Applied current = standard current?; (S460) Discharging; (S470) Charging capacity <= standard capacity?; (S480) Complete charging

Description

리튬 공기 전지의 충전 방법{The method for charging of lithium air battery module}The method for charging of lithium air battery module

본 개시는 리튬 공기 전지 및 리튬 공기 전지의 충전 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a lithium air battery and a charging method of a lithium air battery.

리튬 공기 전지는 리튬 이온의 흡장/방출이 가능한 음극, 공기 중의 산소를 양극 활물질로 하여 산소의 산화 환원 촉매를 포함하는 양극을 구비하고, 상기 양극과 음극 사이에 리튬 이온 전도성 매체를 구비한 것이 알려져 있다.It is known that a lithium air battery has a cathode capable of intercalating / deintercalating lithium ions, a cathode containing oxygen as an anode active material and containing an oxidation-reduction catalyst of oxygen, and a lithium ion conductive medium between the anode and the cathode have.

상기 리튬 공기 전지의 이론 에너지 밀도는 3000Wh/kg 이상이며, 이는 리튬 이온 전지보다 대략 10배의 에너지 밀도에 해당한다. 아울러, 리튬 공기 전지는 친환경적이며, 리튬 이온 전지보다 개선된 안전성을 제공할 수 있어 많은 개발이 이루어지고 있다.The theoretical energy density of the lithium air battery is 3000Wh / kg or more, which corresponds to about ten times the energy density of a lithium ion battery. In addition, lithium air batteries are environmentally friendly and can provide improved safety than lithium ion batteries.

종래의 리튬 공기 전지는 충방전시 높은 과전압에 의하여 분극이 발생하여 충방전시의 에너지 효율이 리튬이온전지에 비하여 현저히 낮았다.In the conventional lithium air battery, polarization occurs due to high overvoltage during charge and discharge, and the energy efficiency during charge and discharge is significantly lower than that of a lithium ion battery.

상기 충방전 과전압을 낮추기 위하여 다양한 촉매가 사용되었으나 충방전 과전압의 감소가 충분하지 못하였다. 따라서, 상기 충방전 과전압을 감소시켜 충방전 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 방법이 요구된다.Various catalysts were used to lower the charge / discharge overvoltage, but the decrease in charge / discharge overvoltage was not sufficient. Accordingly, there is a need for a method capable of improving charge and discharge energy efficiency by reducing the charge and discharge overvoltage.

본 개시는 충방전 과전압이 감소됨에 의하여 에너지 효율이 현저히 향상된 리튬 공기 전지 및 그 충전 방법을 제공한다. The present disclosure provides a lithium air battery and a charging method thereof, in which energy efficiency is remarkably improved by reducing charge and discharge overvoltage.

본 발명의 일 유형에 따르는 리튬 공기 전지의 충전 방법은, 상기 리튬 공기 전지를 충전하는 단계; 및 기준값 이하의 전류로 상기 리튬 공기 전지를 방전하는 단계;를 포함한다.A charging method of a lithium air battery according to one type of the present invention includes the steps of charging the lithium air battery; And discharging the lithium air battery at a current equal to or less than a reference value.

그리고, 상기 기준값은 부하를 통해 상기 리튬 공기 전지가 방전할 때의 최소 전류이하일 수 있다.The reference value may be equal to or less than a minimum current when the lithium air battery discharges through a load.

또한, 상기 충전하는 단계는, 정전류로 상기 리튬 공기 전지의 전압이 기준 전압에 도달할 때까지 충전하는 단계; 및 상기 리튬 공기 전지의 전압이 기준 전압에 도달하면, 상기 기준 전압에서 상기 리튬 공기 전지의 전류가 기준 전류가 될때까지 충전하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the charging may include: charging at a constant current until the voltage of the lithium air battery reaches a reference voltage; And when the voltage of the lithium air battery reaches a reference voltage, charging until the current of the lithium air battery becomes a reference current at the reference voltage.

그리고, 상기 기준값은 상기 기준 전류이하일 수 있다.The reference value may be equal to or less than the reference current.

또한, 상기 기준값은 상기 정전류와 상기 기준 전류의 사이의 값일 수 있다.In addition, the reference value may be a value between the constant current and the reference current.

그리고, 상기 기준값은 0.5mA/cm2이하일 수 있다.The reference value may be 0.5 mA / cm 2 or less.

또한, 상기 방전 단계는, 상기 리튬 공기 전지의 용량이 기준 용량이 될때까지 상기 리튬 공기 전지를 방전할 수 있다. In addition, in the discharging step, the lithium air battery may be discharged until the capacity of the lithium air battery reaches a reference capacity.

그리고, 상기 리튬 공기 전지는, 리튬을 포함하는 음극,산소를 양극 활물질로 사용하는 양극 및 유기계 전해질을 포함하며, 상기 유기계 전해질이 전기화학 반응에 수반되는 전자를 흡장 방출할 수 있는 유기화합물을 포함할 수 있다. The lithium air battery includes a cathode including lithium, a cathode using oxygen as a cathode active material, and an organic electrolyte, and the organic electrolyte includes an organic compound capable of absorbing and releasing electrons accompanying an electrochemical reaction. can do.

또한, 상기 유기화합물이 공액구조(conjugated system)를 포함할 수 있다.In addition, the organic compound may include a conjugated structure (conjugated system).

그리고, 상기 유기화합물이 방향족 탄화수소고리를 포함할 수 있다.In addition, the organic compound may include an aromatic hydrocarbon ring.

또한, 상기 유기화합물이 퀴논계 화합물을 포함할 수 있다.In addition, the organic compound may include a quinone compound.

그리고, 상기 유기화합물은, 1,2-벤조퀴논, 1,4-벤조퀴논, 1,2-나프토퀴논, 2,3- 나프토퀴논, 1,4-나프토퀴논, 1,2-안트라퀴논, 2,3-안트라퀴논, 1,4-안트라퀴논, 9,10-안트라퀴논, 1,2-파이렌디온, 4,5-파이렌디온, 1,2-코로넨디온, 1,2,5,6-코로넨테트라논, 및 1,2,5,6,9,10-코로넨헥사논 클로라닐(chloranil, tetrachloro-p-benzoquinone), 로손(Lawsone, 2-Hydroxy-1,4-naphthoquinone), DDQ (2,3-Dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone), 테트라플루오로-1,4-벤조퀴논, 7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄, 및 2,3,5,6-테트라플루오로-7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.The organic compound is 1,2-benzoquinone, 1,4-benzoquinone, 1,2-naphthoquinone, 2,3-naphthoquinone, 1,4-naphthoquinone, 1,2-anthra Quinone, 2,3-anthraquinone, 1,4-anthraquinone, 9,10-anthraquinone, 1,2-pyrenedione, 4,5-pyrenedione, 1,2-coronedione, 1,2 , 5,6-coronetetranon, and 1,2,5,6,9,10-coronenehexanone chloranil (tetrachloro- p- benzoquinone), Lawson (Lawsone, 2-Hydroxy-1,4 -naphthoquinone), DDQ (2,3-Dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone), tetrafluoro-1,4-benzoquinone, 7,7,8,8-tetracyanoquinomidimethane And 2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane.

또한, 상기 유기계 전해질이 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 염을 포함할 수 있다.In addition, the organic electrolyte may include a salt of an alkali metal or an alkaline earth metal.

그리고, 상기 음극은, 리튬 금속, 리튬 금속 기반의 합금, 또는 리튬 삽입 화합물 (lithium intercalating compound)을 포함하는 포함할 수 있다.In addition, the negative electrode may include a lithium metal, a lithium metal based alloy, or a lithium intercalating compound.

또한, 상기 양극이 도전성 재료를 포함할 수 있다.The anode may also comprise a conductive material.

그리고, 상기 도전성 재료가 다공성 탄소계 재료를 포함할 수 있다. In addition, the conductive material may include a porous carbon-based material.

개시된 리튬 공기 전지는 유기계 전해질이 전기화학 반응에 수반되는 전자를 흡장 방출할 수 있는 유기화합물을 포함함에 의하여 리튬 공기 전지의 충방전 과전압이 감소되고 에너지 효율이 향상된다.The disclosed lithium air battery includes an organic compound capable of absorbing and releasing electrons accompanying an electrochemical reaction, thereby reducing charge and discharge overvoltage of the lithium air battery and improving energy efficiency.

개시된 리튬 공기 전지를 충전할 때 사전 방전함으로써 방전시의 활성 계면을 확보할 수 있다. By pre-discharging when charging the disclosed lithium air battery, it is possible to secure an active interface during discharge.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 리튬 공기 전지의 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지를 포함한 배터리 팩의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 리튬 공기 전지를 포함하는 배터리 팩의 충전 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 사전 방전이 없는 경우 전압 이익을 측정한 결과이다.
도 6은 사전 방전이 있는 경우 전압 이익을 측정한 결과이다.
1 is a view schematically showing a lithium air battery according to an embodiment of the present invention.
2 illustrates a structure of a lithium air battery according to another embodiment.
3 is a schematic view of a battery pack including a lithium air battery according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a charging method of a battery pack including a lithium air battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a result of measuring the voltage gain in the absence of pre-discharge.
6 is a result of measuring the voltage gain when there is a pre-discharge.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 개시된 리튬 공기 전지에 대해서 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서, 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성 요소의 크기는 설명의 명료성과 편의성을 위해서 과장되어 있을 수 있다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail with respect to the disclosed lithium air battery. In the following drawings, the same reference numerals refer to the same components, the size of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description.

본 명세서에서 사용되는 용어인 "공기(air)"는 대기 공기로 제한되는 것은 아니며, 산소를 포함하는 기체의 조합, 또는 순수 산소 기체를 포함할 수 있다. 이러한 용어 "공기"에 대한 넓은 정의가 모든 용도, 예를 들어 공기 전지, 공기 양극 등에 적용될 수 있다.As used herein, the term "air" is not limited to atmospheric air, and may include a combination of gases including oxygen, or pure oxygen gas. The broad definition of this term “air” can be applied to all applications, for example air cells, air anodes and the like.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지(10)를 모식적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 리튬 공기 전지(10)는 공기 중의 산소를 양극 활물질로 하며 산소의 산화 환원 촉매를 포함하는 양극(11), 리튬 이온의 흡장/방출이 가능한 음극(12), 및 양극(11)과 음극(12) 사이에 리튬 이온 전도성 매체인 제1 전해질 (13)을 포함한다. 1 is a view schematically showing a lithium air battery 10 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a lithium air battery 10 includes an anode 11 including oxygen in air as a cathode active material and including a redox catalyst of oxygen, a cathode 12 capable of occluding / discharging lithium ions, and an anode ( 11) and a first electrolyte 13 which is a lithium ion conductive medium.

양극(11)은 제1 집전체(미도시)상에 형성되며, 산소를 활물질로 한다. 그리고 음극(12)은 제2 집전체(미도시)상에 형성되며 리튬의 저장/방출이 가능하다. 집전체로서는 산소의 확산을 신속하게 하기 위하여 망상 또는 메시모양 등의 다공체를 이용할 수 있으며, 스테인레스강, 니켈, 알루미늄 등의 다공성 금속판을 사용할 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 집전체로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 상기 집전체는 산화물 방지하기 위하여 내산화성의 금속 또는 합금 피막으로 피복될 수 있다.The positive electrode 11 is formed on a first current collector (not shown) and uses oxygen as an active material. In addition, the negative electrode 12 is formed on a second current collector (not shown) and can store / release lithium. As the current collector, a porous body such as a mesh or mesh shape may be used to rapidly diffuse oxygen, and porous metal plates such as stainless steel, nickel, and aluminum may be used, but the present invention is not limited thereto. Anything that can be used is possible. The current collector may be coated with an oxidation-resistant metal or alloy coating to prevent oxide.

한편, 산소를 양극 활물질로 사용하는 양극(11)으로서는 도전성 재료가 사용될 수 있다. 상기 도전성 재료는 다공성일 수 있다. 따라서, 양극 활물질로서 상기 다공성 및 도전성을 갖는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 다공성을 갖는 탄소계 재료를 사용할 수 있다. 이와 같은 탄소계 재료로서는 카본 블랙류, 그래파이트류, 그라펜류, 활성탄류, 탄소섬유류 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 양극 활물질로서 금속 섬유, 금속 메쉬 등의 금속성 도전성 재료를 사용할 수 있다. 또한, 상기 양극 활물질로서 구리, 은, 니켈, 알루미늄 등의 금속성 분말을 사용할 수 있다. 폴리리페닐렌 유도체 등의 유기 도전성 재료를 사용할 수 있다. 상기 도전성 재료들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.On the other hand, a conductive material may be used as the positive electrode 11 using oxygen as the positive electrode active material. The conductive material may be porous. Therefore, any positive electrode active material can be used as long as it has the porosity and conductivity, for example, a carbon-based material having a porosity can be used. Examples of such carbon-based materials include carbon blacks, graphites, graphenes, activated carbons, and carbon fibers. As the cathode active material, a metal conductive material such as a metal fiber or a metal mesh may be used. Further, as the cathode active material, a metallic powder such as copper, silver, nickel, or aluminum may be used. Polyphenylene derivatives, and the like can be used. The conductive materials may be used alone or in combination.

상기 양극(11)에는 산소의 산화/환원을 위한 촉매가 첨가될 수 있으며, 이와 같은 촉매로서는 백금, 금, 은, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 오스뮴과 같은 귀금속계 촉매, 망간산화물, 철산화물, 코발트산화물, 니켈산화물 등과 같은 산화물계 촉매, 또는 코발트 프탈로시아닌과 같은 유기금속계 촉매를 사용할 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 산소의 산화/환원 촉매로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.Catalysts for oxidation / reduction of oxygen may be added to the anode 11, and as such catalysts, noble metal catalysts such as platinum, gold, silver, palladium, ruthenium, rhodium, and osmium, manganese oxide, iron oxide, and cobalt Oxide-based catalysts such as oxides, nickel oxides, and the like, or organometallic catalysts such as cobalt phthalocyanine may be used, but are not necessarily limited thereto, and may be used as long as they can be used as oxidation / reduction catalysts for oxygen in the art.

또한, 상기 촉매는 담체에 담지될 수 있다. 상기 담체는 산화물, 제올라이트, 점토계 광물, 카본 등일 수 있다. 상기 산화물은 알루미나, 실리카, 산화지르코늄, 이산화티탄 등의 산화물을 하나 이상 포함할 수 있다. Ce, Pr, Sm, Eu, Tb, Tm, Yb, Sb, Bi, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Mo 및 W로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 산화물일 수 있다. 상기 카본은 케첸블랙, 아세틸렌 블랙, 태널 블랙, 램프 블랙 등의 카본 블랙류, 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연 등의 흑연류, 활성탄류, 탄소 섬유류 등일 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 담체로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.In addition, the catalyst may be supported on a carrier. The carrier may be an oxide, zeolite, clay mineral, carbon, or the like. The oxide may include one or more oxides such as alumina, silica, zirconium oxide, and titanium dioxide. Or an oxide comprising at least one metal selected from Ce, Pr, Sm, Eu, Tb, Tm, Yb, Sb, Bi, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, . The carbon may be carbon blacks such as ketjen black, acetylene black, tan black, lamp black, graphite such as natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, activated carbon, carbon fibers, etc., but is not necessarily limited thereto. Anything that can be used as a carrier in the field is possible.

상기 양극(11)은 바인더를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 바인더는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로 에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 스티렌-부타디엔 고무, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체, 불화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 불화비닐리덴-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 불화비니리덴-펜타프루오로 프로필렌 공중하체, 프로필렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 불화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 불화비닐리덴-퍼플루오로메틸비닐에테르-테트라플루오로 에틸렌 공중합체, 에틸렌-아크릴산 공중합제 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 바인더로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.The anode 11 may further include a binder. The binder may include a thermoplastic resin or a thermosetting resin. For example, it is possible to use polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene-butadiene rubber, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, vinylidene fluoride- Vinylidene fluoride-fluorotetrafluoroethylene copolymers, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymers, ethylene-tetrafluoroethylene copolymers, polychlorotrifluoroethylene, vinylidene fluoride-pentafluoropropylene lower copolymer, propylene-tetrafluoroethylene Ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymers, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymers, vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene copolymers, ethylene -Acrylic acid copolymer, and the like can be used alone or in combination, but the present invention is not limited thereto. Anything that can be used as a binder in the art is possible.

상기 양극(11)은 예를 들어 상기 산소 산화/환원 촉매, 도전성 재료 및 바인더를 혼합한 후 적당한 용매를 첨가하여 양극 슬러리를 제조한 후 집전체 표면에 도포 및 건조하거나, 선택적으로 전극밀도의 향상을 위하여 집전체에 압축성형하여 제조할 수 있다. 또한, 상기 양극(11)은 선택적으로 리튬산화물을 포함할 수 있다. 또한, 선택적으로 상기 산소 산화/환원 촉매는 생략될 수 있다.For example, the cathode 11 may be mixed with the oxygen oxidation / reduction catalyst, a conductive material, and a binder, and then, by adding an appropriate solvent to prepare a cathode slurry, and then apply and dry the surface of a current collector, or optionally improve electrode density. It can be prepared by compression molding on the current collector. In addition, the anode 11 may optionally include lithium oxide. Alternatively, the oxygen oxidation / reduction catalyst may be optionally omitted.

상기 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 음극(12)은 리튬 금속, 리튬 금속 기반의 합금 또는 Li을 흡장, 방출할 수 있는 물질을 포함하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 음극(12)이 리튬 공기 전지(10)의 용량을 결정한다. 상기 리튬 금속 기반의 합금은 예를 들어 알루미늄, 주석, 마그네슘, 인듐, 칼슘, 게르마늄, 안티몬, 비스무스, 납 등과 리튬의 합금 등일 수 있다.The negative electrode 12 capable of occluding and releasing lithium may include lithium metal, an alloy based on lithium metal, or a material capable of occluding and releasing Li, but the present invention is not limited thereto. The negative electrode 12 determines the capacity of the lithium air battery 10. The lithium metal-based alloy may be, for example, an alloy of aluminum, tin, magnesium, indium, calcium, germanium, antimony, bismuth, lead, and lithium.

제2 전해질(25)(13)은 수계 전해질 또는 비수계 전해질일 수 있다. 또는 제2 전해질(25)(13)은 수계 전해질과 비수계 전해질의 혼합으로 형성될 수 있다. 제2 전해질(25)(13)이 수계 전해질인 경우 하기 반응식 1과 같은 반응 메커니즘을 나타낸다.The second electrolytes 25 and 13 may be aqueous electrolytes or non-aqueous electrolytes. Alternatively, the second electrolytes 25 and 13 may be formed by mixing the aqueous electrolyte and the non-aqueous electrolyte. In the case where the second electrolytes 25 and 13 are aqueous electrolytes, the reaction mechanism is the same as in Scheme 1 below.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

4Li + O2 + 2H2O -> 4LiOH E o =3.45V4Li + O 2 + 2H 2 O-> 4LiOH E o = 3.45 V

그리고, And,

제2 전해질(25)(13)이 비수계 전해질인 경우, 하기 반응식 2과 같은 반응 메커니즘을 나타낼 수 있다.When the second electrolyte 25, 13 is a non-aqueous electrolyte, the reaction mechanism may be represented as in Scheme 2 below.

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

4Li + O2 ↔ 2Li2O E o =2.91V4Li + O 2 ↔ 2Li 2 O E o = 2.91V

2Li + O2 ↔ Li2O2 E o =3.10V2Li + O 2 ↔ Li 2 O 2 E o = 3.10 V

상기 비수계 전해질은 비양성자성 용매를 포함할 수 있다. 상기 비양성자성 용매로는, 예를 들어, 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 아민계 또는 포스핀계 용매가 사용될 수 있다. The non-aqueous electrolyte may include an aprotic solvent. As the aprotic solvent, for example, a carbonate-based, ester-based, ether-based, ketone-based, amine-based or phosphine-based solvent may be used.

또한, 비양성자성 용매로는 R-CN(R은 탄소수 2~20의 직쇄상, 분지상, 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있음) 등의 니트릴류, 디메틸포름아미드 등의 아미드류, 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류 술포란(sulfolane)류 등도 사용될 수 있다.In addition, as an aprotic solvent, nitriles, such as R-CN (R is a C2-C20 linear, branched, or ring-shaped hydrocarbon group, and may include a double bond aromatic ring or an ether bond) , Amides such as dimethylformamide, and dioxolane sulfolanes such as 1,3-dioxolane and the like can also be used.

상기 비양성자성 용매로는 각 용매가 단독으로 또는 2 이상의 용매가 혼합되어 사용될 수 있다.As the aprotic solvent, each solvent may be used alone or in combination of two or more solvents.

또한, 상기 비수계 전해질은 이온성 액체를 포함할 수 있다. 상기 이온성 액체로는 직쇄상 또는 분지상의 치환 또는 비치환된 암모늄, 이미다졸륨, 피롤리디늄, 피페리디늄 양이온과 PF6 -, BF4 -, CF3SO3 -, (CF3SO2)2N-, (C2F5SO2)2N-, (CN)2N- 등의 음이온으로 구성된 화합물이 사용될 수 있다.In addition, the non-aqueous electrolyte may include an ionic liquid. The ionic liquid in a straight-chain or branched substituted or unsubstituted ammonium ground, imidazolium, pyrrolidinium pyridinium, piperidinium cations and PF 6 -, BF 4 -, CF 3 SO 3 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, (C 2 F 5 SO 2) 2 N -, (CN) 2 N - may be used are compounds composed of an anion, such as.

상기 비수계 전해질은 알칼리금속 및/또는 알칼리토금속의 염을 포함할 수 있다. 상기 알칼리금속 및/또는 알칼리토금속의 염은 유기 용매에 용해되어, 전지(10) 내에서 알칼리금속 및/또는 알칼리토금속 이온의 공급원으로 작용할 수 있다. 상기 알칼리금속 및/또는 알칼리토금속의 염은, 예를 들어, 양극(11)과 음극(12) 사이의 알칼리금속 및/또는 알칼리토금속 이온의 이동을 촉진하는 역할을 수행할 수 있다.The non-aqueous electrolyte may include salts of alkali metals and / or alkaline earth metals. The salt of the alkali metal and / or alkaline earth metal may be dissolved in an organic solvent to serve as a source of alkali metal and / or alkaline earth metal ions in the battery 10. The salt of the alkali metal and / or alkaline earth metal, for example, may serve to promote the movement of alkali metal and / or alkaline earth metal ions between the positive electrode 11 and the negative electrode 12.

상기 비수계 전해질에 포함된 상기 염의 음이온은 PF6 -, BF4 -, SbF6 -, AsF6 -, C4F9SO3 -, ClO4 -, AlO2 -, AlCl4 -, CxF2x +1SO3 - (여기서, x는 자연수임), (CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)N- (여기서, x 및 y는 각각 자연수임), 및 할라이드로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The salt anion contained in the non-aqueous electrolyte is PF 6 -, BF 4 -, SbF 6 -, AsF 6 -, C 4 F 9 SO 3 -, ClO 4 -, AlO 2 -, AlCl 4 -, C x F 2x +1 SO 3 - (where, x is a natural number), (C x F 2x + 1 SO 2) (C y F 2y + 1 SO 2) N - ( wherein, x and y are natural numbers), and It may include at least one selected from the group consisting of halides.

도 2는 다른 실시예에 따른 리튬 공기 전지(20)의 구조를 나타낸 것이다.2 illustrates a structure of a lithium air battery 20 according to another embodiment.

이를 참조하면, 양극(11), 음극(12)과 이격 배치된 음극(12), 양극(11)과 음극(12) 사이에 배치되는 제1 전해질(13), 제1 전해질(13)과 음극(12) 사이에 배치되는 보호막(24), 보호막(24)과 음극(12) 사이에 배치되는 제2 전해질(25)을 포함한다. 도 2에서 음극(12), 제2 전해질(25), 보호막(24)은 통틀어 보호음극이라고 칭할 수 있다. 도 2에 도시된 양극(11), 음극(12), 제1 전해질(13)은 도 1에 도시된 양극(11), 음극(12) 및 제1 전해질(13)과 대응되기 때문에 구체적인 설명은 생략한다. Referring to this, the anode 11, the cathode 12 disposed to be spaced apart from the cathode 12, the first electrolyte 13, the first electrolyte 13, and the cathode disposed between the anode 11 and the cathode 12. And a second electrolyte 25 disposed between the protective film 24 and the cathode 12. In FIG. 2, the cathode 12, the second electrolyte 25, and the protective film 24 may be collectively referred to as a protective cathode. Since the positive electrode 11, the negative electrode 12, and the first electrolyte 13 shown in FIG. 2 correspond to the positive electrode 11, the negative electrode 12, and the first electrolyte 13 shown in FIG. Omit.

제2 전해질(25)은 비수계 전해질일 수 있다. The second electrolyte 25 may be a non-aqueous electrolyte.

상기 보호막(24)은 무기 고체 전해질막, 고분자 고체 전해질막, 겔형 고분자 전해질 및 리튬 이온 전도성 고체 전해질막중에서 선택된 하나 이상이다.The protective film 24 is at least one selected from an inorganic solid electrolyte membrane, a polymer solid electrolyte membrane, a gel polymer electrolyte, and a lithium ion conductive solid electrolyte membrane.

상기 무기 고체 전해질막은 예를 들어 Cu3N, Li3N, 또는 LiPON이 있다.The inorganic solid electrolyte membrane may be, for example, Cu 3 N, Li 3 N, or LiPON.

상기 고분자 고체 전해질막으로는 폴리에틸렌옥사이드막 등이 있다.Examples of the polymer solid electrolyte membrane include a polyethylene oxide membrane and the like.

상기 고분자 고체 전해질막은 예를 들어 리튬 이온 전도성 고분자 및 리튬염을 혼합하여 제조할 수 있다. The polymer solid electrolyte membrane may be prepared by mixing a lithium ion conductive polymer and a lithium salt, for example.

상기 리튬염으로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO2C2F5)2, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x +1SO2)(CyF2y +1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임), LiF, LiBr, LiCl, LiI 및 LiB(C2O4)2(리튬 비스옥살레이토 보레이트(lithium bis(oxalato) borate; LiBOB)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 사용할 수 있다. The lithium salt may be LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiClO 4 , LiAlO 2 , LiAlCl 4, LiN (C x F 2x +1 SO 2) (C y F 2y +1 SO 2) ( where, x and y are natural numbers), LiF, LiBr, LiCl, LiI , and LiB (C 2 O 4 ) 2 (lithium bis (oxalato) borate (LiBOB)) may be used.

상기 리튬 이온 전도성 고분자로는 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에스테르 등을 사용한다.As the lithium ion conductive polymer, polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polyester, or the like is used.

상기 리튬 이온 전도성 고체 전해질막은 무기물질 및 고분자 고체 전해질 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. The lithium ion conductive solid electrolyte membrane may include at least one selected from the group consisting of an inorganic substance and a polymer solid electrolyte component.

상기 리튬 이온 전도성 고체 전해질막은 글래스-세라믹 고체 전해질이거나 또는 글래스-세라믹 고체 전해질과 고분자 고체 전해질의 적층구조체일 수 있다. 이와 같은 리튬 이온 전도성 고체 전해질막에 대하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. The lithium ion conductive solid electrolyte membrane may be a glass-ceramic solid electrolyte or a laminated structure of a glass-ceramic solid electrolyte and a polymer solid electrolyte. Such a lithium ion conductive solid electrolyte membrane will be described in more detail below.

상기 리튬 이온 전도성 고체 전해질막으로서는, 리튬 이온 전도성 글래스, 리튬 이온 전도성 결정(세라믹 또는 글래스-세라믹) 또는 이들의 혼합물을 함유하는 무기 물질을 예시할 수 있다. 화학적 안정성을 고려할 때, 상기 리튬 이온 전도성 고체 전해질막은 산화물을 예로 들 수 있다.As said lithium ion conductive solid electrolyte membrane, the inorganic substance containing lithium ion conductive glass, lithium ion conductive crystal (ceramic or glass-ceramic), or a mixture thereof can be illustrated. In consideration of chemical stability, the lithium ion conductive solid electrolyte membrane may include an oxide.

상기 리튬 이온 전도성 고체 전해질막이 리튬 이온 전도성 결정을 다량 포함하는 경우 높은 이온 전도도가 얻어지므로, 예를 들어 리튬 이온 전도성 결정을 고체 전해질막 전체 중량에 대하여 예를 들어, 50중량% 이상, 55중량% 이상, 또는 55중량% 이상의 양으로 포함할 수 있다.Since the high ion conductivity is obtained when the lithium ion conductive solid electrolyte membrane contains a large amount of lithium ion conductive crystals, for example, the lithium ion conductive crystal may be, for example, 50 wt% or more and 55 wt% based on the total weight of the solid electrolyte membrane. Or at least 55% by weight.

상기 리튬 이온 전도성 결정으로서는, Li3N, LISICON류, La0 .55Li0 .35TiO3 등의 리튬 이온 전도성을 가지는 페로브스카이트(perovskite) 구조를 가지는 결정, NASICON형 구조를 가지는 LiTi2P3O12, 또는 이들 결정을 석출시키는 글래스-세라믹을 사용할 수 있다.As the lithium ion conductive crystal, Li 3 N, LISICON acids, La 0 .55 0 .35 TiO 3 Li LiTi having a lithium ion having a conductive perovskite (perovskite) crystal having a structure, such as a NASICON-type structure 2 P 3 O 12 , or glass-ceramic to precipitate these crystals can be used.

상기 리튬 이온 전도성 결정으로서는 예를 들어, Li1 +x+y(Al, Ga)x(Ti, Ge)2-xSiyP3-yO12 (단, O≤x≤1, O≤y≤1이며, 예를 들어 0≤x≤0.4, 0≤y≤0.6이고, 또는 0.1≤x≤0.3, 0.1 0≤y≤0.4임)를 들 수 있다. 상기 결정이, 이온 전도를 저해하는 결정립계를 포함하지 않는 결정인 경우에는 전도성 측면에서 글래스하다. 예를 들어, 글래스-세라믹은 이온 전도를 방해하는 기공이나 결정립계를 거의 가지고 있지 않기 때문에, 이온 전도성이 높고, 아울러, 우수한 화학적 안정성을 가질 수 있다.Examples of the lithium ion conductive crystal include Li 1 + x + y (Al, Ga) x (Ti, Ge) 2-x Si y P 3-y O 12 (where O ≦ x ≦ 1 and O ≦ y ≤ 1, for example, 0 ≤ x ≤ 0.4, 0 ≤ y ≤ 0.6, or 0.1 ≤ x ≤ 0.3, 0.1 0 ≤ y ≤ 0.4). When the crystal is a crystal containing no crystal grain boundary which inhibits ion conduction, it is glass in terms of conductivity. For example, the glass-ceramic has almost no pores or grain boundaries that interfere with ion conduction, so that the glass-ceramic may have high ion conductivity and excellent chemical stability.

상기 리튬 이온 전도성 글래스-세라믹을 예시하면, 리튬-알루미늄-게르마늄-인산염(LAGP), 리튬-알루미늄-티타늄-인산염(LATP), 리튬-알루미늄-티타늄-실리콘-인산염(LATSP) 등을 예로 들 수 있다.Examples of the lithium ion conductive glass-ceramic include lithium-aluminum-germanium-phosphate (LAGP), lithium-aluminum-titanium-phosphate (LATP), lithium-aluminum-titanium-silicon-phosphate (LATSP), and the like. have.

예를 들어, 모글래스가 Li2O-Al2O3-TiO2-SiO2-P2O5계 조성을 가지며, 상기 모글래스를 열처리하여 결정화하는 경우, 이 때의 주결정상은 Li1 +x+ yAlxTi2 - xSiyP3 - yO12 (0≤x≤1, O≤y≤1)이 되며, 이때, x 및 y로서는 예를 들어 0≤x≤0.4, 또는 0≤y≤0.6이다. x 및 y는 구체적으로 0.1≤x≤0.3, 0.1 ≤y≤0.4이다. For example, when the moglass has a Li 2 O—Al 2 O 3 —TiO 2 —SiO 2 —P 2 O 5 system composition and is crystallized by heat treatment of the moglass, the main crystal phase at this time is Li 1 + x +. y Al x Ti 2 - x Si y P 3 - y O 12 (0 ≦ x ≦ 1, O ≦ y ≦ 1), where x and y are, for example, 0 ≦ x ≦ 0.4, or 0 ≦ y ≤0.6. x and y are specifically 0.1 ≦ x ≦ 0.3 and 0.1 ≦ y ≦ 0.4.

여기서, 이온 전도를 방해하는 기공이나 결정립계란, 리튬 이온 전도성 결정을 포함하는 무기 물질 전체의 전도도를, 상기 무기 물질 중의 리튬 이온 전도성 결정 그 자체의 전도도에 대해 1/10 이하의 값으로 감소시키는 기공이나 결정립계 등의 이온 전도성 저해 물질을 칭한다.Here, the pores and grain boundaries that impede ion conduction are pores that reduce the conductivity of the entire inorganic material including lithium ion conductive crystals to a value of 1/10 or less with respect to the conductivity of the lithium ion conductive crystal itself in the inorganic material. Or ion conductivity inhibiting substances such as grain boundaries.

또한, 상기 글래스-세라믹이란 글래스를 열처리함으로써 글래스상 중에 결정상을 석출시켜 얻어지는 재료로서, 비정질 고체와 결정으로 이루어진 재료를 일컬으며, 아울러, 글래스상 모두를 결정상으로 상전이시킨 재료, 예를 들어 재료 중의 결정량(결정화도)이 100중량%인 재료를 포함할 수 있다. 그리고 100% 결정화시킨 재료라도, 글래스-세라믹의 경우에는 결정 입자 사이나 결정 중에 기공이 거의 존재하지 않는다.The glass-ceramic is a material obtained by precipitating a crystal phase in a glass phase by heat-treating the glass. The glass-ceramic refers to a material composed of an amorphous solid and a crystal, and in addition, a material in which all the glass phases are phase-transformed into a crystal phase, for example, It may include a material having a crystallinity (crystallinity) of 100% by weight. And even in the case of 100% crystallized material, in the case of glass-ceramic, there are almost no pores between the crystal grains and in the crystals.

상기 리튬 이온 전도성 고체 전해질막은 상기 글래스 세라믹을 다량 포함함으로써, 높은 이온 전도율을 얻을 수 있기 때문에, 상기 리튬 이온 전도성 고체 전해질막 중에 80 중량% 이상의 리튬 이온 전도성 글래스 세라믹을 포함할 수 있으며, 보다 높은 이온 전도율을 얻기 위해서는 상기 리튬 이온 전도성 글래스 세라믹을 85 중량% 이상 또는 90 중량% 이상의 양으로 포함할 수 있다.Since the lithium ion conductive solid electrolyte membrane includes a large amount of the glass ceramic, and thus high ion conductivity can be obtained, the lithium ion conductive solid electrolyte membrane may include 80 wt% or more of lithium ion conductive glass ceramic in the lithium ion conductive solid electrolyte membrane. In order to obtain conductivity, the lithium ion conductive glass ceramic may be included in an amount of 85 wt% or more or 90 wt% or more.

상기와 같은 리튬 이온 전도성 고체 전해질막은 글래스-세라믹 성분 외에 고분자 고체 전해질 성분을 더 포함할 수 있다. 이와 같은 고분자 고체 전해질은 리튬염이 도핑된 폴리 에틸렌옥사이드로서, 상기 리튬염으로서는 LiN(SO2CF2CF3)2, LiBF4, LiPF6, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2, LiC(SO2CF3)3, LiN(SO3CF3)2, LiC4F9SO3, LiAlCl4 등을 예시할 수 있다.The lithium ion conductive solid electrolyte membrane may further include a polymeric solid electrolyte component in addition to the glass-ceramic component. Such a polymer solid electrolyte is a lithium salt doped polyethylene oxide, the lithium salt is LiN (SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiN (SO 3 CF 3 ) 2 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiAlCl 4 , and the like. It can be illustrated.

상기 고분자 고체 전해질막은 상기 글래스-세라믹과 적층 구조체를 형성할 수 있으며, 상기 성분을 포함하는 제1 고분자 고체 전해질과 제2 고분자 고체 전해질 사이에 상기 글래스-세라믹이 개재될 수 있다.The polymer solid electrolyte membrane may form a laminate structure with the glass-ceramics, and the glass-ceramic may be interposed between the first polymer solid electrolyte containing the component and the second polymer solid electrolyte.

상기 리튬 이온 전도성 고체 전해질막은 단층 또는 다층막으로 사용될 수 있다.The lithium ion conductive solid electrolyte membrane may be used as a single layer or a multilayer membrane.

리튬 공기 전지(10)(20)의 동작 원리는 다음과 같다. 방전시 음극(12)으로부터 유래되는 리튬이 양극(11)으로부터 도입되는 산소와 만나 리튬산화물이 생성되며 산소는 환원된다(oxygen reduction reaction: ORR). 또한, 반대로 충전시 리튬 산화물이 환원되고, 산소가 산화되어 발생한다(oxygen evolution reaction:OER).The operation principle of the lithium air battery 10, 20 is as follows. During discharge, lithium derived from the cathode 12 meets oxygen introduced from the anode 11 to form lithium oxide, and oxygen is reduced (oxygen reduction reaction: ORR). In addition, when charging, lithium oxide is reduced and oxygen is oxidized (oxygen evolution reaction: OER).

한편, 리튬 공기 전지(10)(20)가 충전 완료된 후에도, 미분해된 Li2O2 또는 전해질 분해산물이 양극(11)의 촉매 또는 전기화학적 활성 계면을 둘러싸게 된다. 그리하여 다음 방전시 과전압을 형성하게 된다. On the other hand, even after the lithium air battery 10, 20 is completely charged, undecomposed Li 2 O 2 or an electrolyte decomposition product surrounds the catalyst or electrochemically active interface of the positive electrode 11. Thus, an overvoltage is formed at the next discharge.

따라서, 상기 일구현예에 따른 리튬 공기 전지(10)(20)는 전해질에 유기화합물을 첨가함으로써, 용량 상승 및 충방전분극(=충전전압-방전전압) 저감이 가능하다.Therefore, the lithium air battery 10 and 20 according to the embodiment can increase the capacity and reduce the charge / discharge polarization (= charge voltage-discharge voltage) by adding an organic compound to the electrolyte.

유기계 전해질내 상기 유기화합물이 전극반응에 참여함에 의하여 전극반응의 반응면적이 전극과 유기화합물 사이의 계면반응과 상기 유기화합물과 Li2O2 의 계면 반응으로 확장될 수 있다. As the organic compound in the organic electrolyte participates in the electrode reaction, the reaction area of the electrode reaction may be extended to the interfacial reaction between the electrode and the organic compound and the interfacial reaction between the organic compound and Li 2 O 2 .

또한, 계면의 성질이 변화되므로 계면 저항도 변화된다. 그러므로, 기존의 리튬 공기 전지에 비하여 전극반응 속도의 현저한 증가, 즉 가역적인 전극반응이 가능하게 되어, 충방전시의 과전압이 현저히 감소될 수 있다.In addition, since the properties of the interface change, the interface resistance also changes. Therefore, a remarkable increase in the electrode reaction rate, that is, a reversible electrode reaction becomes possible, compared to the conventional lithium air battery, the overvoltage during charge and discharge can be significantly reduced.

상기 유기화합물은 전기화학 반응에 수반되는 전자를 흡장 방출할 수 있으며 이러한 전자의 흡장 방출에 수반되는 산화 및 환원 반응에 의하여 산화-환원쌍(Red-Ox couple)을 형성할 수 있다. 즉, 산화된 상태와 환원된 상태를 교대로 반복하면서 전극반응의 전자 전달에 관여할 수 있다.The organic compound may occlude and release electrons accompanying an electrochemical reaction and form a red-ox couple by oxidation and reduction reactions accompanying the occlusion and release of electrons. That is, it may be involved in the electron transfer of the electrode reaction while alternately repeating the oxidized state and the reduced state.

상기 유기화합물 및 이를 포함하는 유기계 전해질은 방전 과정에서 양극(11)과 리튬산화물사이의 전자 전달을 일부 또는 전부 매개하는 매개체(mediator)의 역할을 수행할 수 있다. 상기 리튬산화물은 Li2O, Li2O2 등일 수 있다. 본 명세서에서 리튬산화물은 리튬과산화물을 포함하는 모든 종류의 리튬산화물을 의미한다.The organic compound and the organic electrolyte including the same may serve as a mediator that mediates some or all of electron transfer between the anode 11 and the lithium oxide in the discharge process. The lithium oxide may be Li 2 O, Li 2 O 2 and the like. Lithium oxide in the present specification means all kinds of lithium oxide including lithium peroxide.

상기 유기화합물의 환원 전위(reduction potential)는 리튬 금속에 대하여 2.5 내지 3.5V로서, 리튬 공기 전지(10)(20)의 충방전 전압 범위에 포함될 수 있다. 즉, 상기 리튬 공기 전지(10)(20)의 방전 과정에서 상기 유기화합물의 환원 및 산화 과정이 일어날 수 있다. 상기 유기화합물은 리튬 공기 전지(10)(20)의 충방전 전압 범위 예를 들어, 리튬 금속에 대하여 2.5 내지 3.5V 의 전압 범위 내에서 환원 전위를 가지며 유기계 전해질 내에서 안정된 상태를 유지하는 것이라면 구체적인 화학적 구조에 상관없이 모두 사용가능하다.The reduction potential of the organic compound is 2.5 to 3.5V with respect to lithium metal, and may be included in the charge / discharge voltage range of the lithium air battery 10 and 20. That is, the reduction and oxidation of the organic compound may occur in the discharge process of the lithium air battery 10, 20. The organic compound has a reduction potential within a charge and discharge voltage range of the lithium air battery 10, 20, for example, a voltage range of 2.5 to 3.5V with respect to lithium metal, and maintains a stable state in an organic electrolyte. All can be used regardless of chemical structure.

이하에서 상기 유기화합물 및 이를 포함하는 유기계 전해질이 충방전 과정에서 전자 전달에 관여하는 메커니즘을 보다 구체적으로 예시하여 설명하나 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 이러한 설명의 범위로 한정하려는 의도가 아니다.Hereinafter, the organic compound and the organic electrolyte including the same will be described in more detail by explaining the mechanism involved in the electron transfer in the charge and discharge process, which is intended to help the understanding of the present invention to limit the scope of the present invention to the scope of this description It is not intended to be.

예를 들어, 상기 리튬 공기 전지(10)(20)의 방전 과정에서 상기 유기화합물이 리튬산화물에 비하여 낮은 전압에서 양극(11)으로 전자를 전달받아 먼저 환원된다. 이어서, 상기 환원된 유기화합물이 전해액에 용해있는 산소분자 및 1차적인 리튬 산화물로 전자를 전달하며 산화되어 최초의(original) 유기화합물로 재생된다. 상기 환원된 유기화합물로부터 전자를 전달받은 산소분자 및 리튬 산화물은 산소환원생성물또는 2차적인 리튬산화물이 된다. 이어서, 상기 재생된 유기화합물은 양극(11)에서 전자를 전달받아 다시 환원된다. 이와 같이 전자전달을 매개함에 의하여 공기중으로부터 공급되는 산소 및 생성된 1차적인 리튬산화물의 전극까지의 이동거리가 축소됨으로써 방전시의 평균 방전전압이 증가될 수 있다.For example, in the discharge process of the lithium air battery 10, 20, the organic compound receives electrons to the anode 11 at a lower voltage than lithium oxide and is first reduced. Subsequently, the reduced organic compound transfers electrons to oxygen molecules and primary lithium oxide dissolved in the electrolyte, and is oxidized to be regenerated into the original organic compound. Oxygen molecules and lithium oxides that receive electrons from the reduced organic compounds become oxygen reduction products or secondary lithium oxides. Subsequently, the regenerated organic compound receives electrons from the anode 11 and is reduced again. As such, the average discharge voltage at the time of discharge may be increased by reducing the moving distance between the oxygen supplied from the air and the produced primary lithium oxide electrode through the electron transfer.

또한, 상기 유기화합물은 Li2O2 등의 리튬산화물 표면에 약하게 배위되는 상호작용(interaction)을 통하여 리튬산화물의 계면을 안정화시키는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 1,4-벤조퀴논의 말단 산소 또는 7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄의 말단 시아노기가 Li2O2의 리튬에 약하게 배위될 수 있다. 이와 같이 리튬산화물의 계면이 안정됨에 의하여 충전시의 평균 충전전압이 감소될 수 있다.In addition, the organic compound may play a role of stabilizing the interface of the lithium oxide through the interaction (interaction) weakly coordinated to the surface of the lithium oxide, such as Li 2 O 2 . For example, the terminal oxygen of 1,4-benzoquinone or the terminal cyano group of 7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane may be weakly coordinated with lithium of Li 2 O 2 . As the interface of the lithium oxide is stabilized as described above, the average charging voltage during charging may be reduced.

상기 유기화합물은 분자 내에 이중결합 및/또는 삼중결합을 포함할 수 있다. 상기 이중결합은 탄소와 탄소 사이의 이중결합, 탄소와 산소 사이의 이중결합, 질소와 질소 사이의 이중결합 등을 포함할 수 있으며, 상기 삼중결합은 탄소와 질소 사이의 삼중 결합 등을 포함할 수 있으나, 반드시 이러한 범위로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 이중결합 및/또는 삼중결합이라면 모두 가능하다.The organic compound may include a double bond and / or a triple bond in the molecule. The double bond may include a double bond between carbon and carbon, a double bond between carbon and oxygen, a double bond between nitrogen and nitrogen, and the triple bond may include a triple bond between carbon and nitrogen. However, it is not necessarily limited to this range and may be any double bond and / or triple bond that can be used in the art.

또한, 상기 유기화합물은 공액구조(conjugated system)를 포함할 수 있다. 상기 공액구조는 이중 결합과 단일 결합이 교대로 연결되거나, 인접한(contiguous) 원자가 이용할 수 있는 p-오비탈을 가짐에 의하여 p-오비탈이 연속적으로 연결되어 중첩되는 시스템을 의미한다. 상기 공액구조는 -전자의 비편재화(deolocalization)가 가능한 구조이다. 상기 -전자의 비편재화는 공액구조를 포함하는 화합물을 안정화시킨다. 따라서, 상기 공액구조를 포함하는 리간드를 포함하는 착화합물은 산화 및/또는 환원시에 안정한 상태를 유지할 수 있다. 예를 들어, 벤젠, 티오펜(thiophene) 등이다.In addition, the organic compound may include a conjugated system (conjugated system). The conjugated structure refers to a system in which double bonds and single bonds are alternately connected, or p-orbitals are continuously connected and overlapped by having p-orbitals available to contiguous atoms. The conjugated structure is a structure capable of deolocalization of electrons. Delocalization of the -electrons stabilizes the compound including the conjugated structure. Therefore, the complex compound including the ligand including the conjugated structure can maintain a stable state during oxidation and / or reduction. For example, benzene, thiophene, etc. are mentioned.

상기 유기화합물은 퀴논계 화합물을 포함할 수 있다. 상기 퀴논계 화합물은 퀴논 및 퀴논 유도체를포함한다. The organic compound may include a quinone compound. The quinone-based compound includes quinones and quinone derivatives.

상기 "유도체"란 용어는 상기에 나열된 화합물 등에 하나 이상의 치환기가 연결된 것을 의미하며, 상기 치환기는 -F; -Cl; -Br; -CN; -NO2 -OH; 비치환 또는 -F, -Cl, -Br, -CN, -NO2 또는 -OH로 치환된C1-C60 알킬기 비치환 또는 C1-C60 알킬기, -F, -Cl, -Br, -CN, -NO2 또는 -OH로 치환된 C5-C60 사이클로알킬기 비치환 또는 C1-C60 알킬기, -F, -Cl, -Br, -CN, -NO2 또는 -OH로 치환된C2-C60 헤테로사이클로알킬기 비치환 또는 C1-C60 알킬기, -F, -Cl, -Br, -CN, -NO2 또는 -OH로 치환된C5-C60 아릴기 및 비치환 또는 C1-C60 알킬기, -F, -Cl, -Br, -CN, -NO2 또는 -OH로 치환된 C2-C60 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.The term "derivative" means that one or more substituents are linked to the compound or the like listed above, and the substituents are -F; -Cl; -Br; -CN; -NO2 -OH; C1-C60 alkyl group unsubstituted or substituted with -F, -Cl, -Br, -CN, -NO2 or -OH Unsubstituted or C1-C60 alkyl group, -F, -Cl, -Br, -CN, -NO2 or C5-C60 cycloalkyl group unsubstituted or substituted with -OH or C1-C60 alkyl group, C2-C60 heterocycloalkyl group unsubstituted or substituted with -F, -Cl, -Br, -CN, -NO2 or -OH C5-C60 aryl group and unsubstituted or C1-C60 alkyl group substituted with alkyl group, -F, -Cl, -Br, -CN, -NO2 or -OH, -F, -Cl, -Br, -CN, -NO2 Or one or more selected from the group consisting of C2-C60 heteroaryl groups substituted with -OH.

상기 아릴기는 방향족 고리 시스템을 갖는 1가 그룹으로서, 2 이상의 고리 시스템을 포함할 수 있으며, 상기 2 이상의 고리 시스템은 서로 결합 또는 융합된 형태로 존재할 수 있다. 상기 헤테로아릴기는 상기 아릴기 중 하나 이상의 탄소가 N, O, S 및 P로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 치환된 그룹을 가리킨다. 한편, 사이클로알킬기는 고리 시스템을 갖는 알킬기를 가리키며, 상기 헤테로사이클로알킬기는 상기 사이클로알킬기 중 하나 이상의 탄소가 N, O, S 및 P로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 치환된 그룹을 가리킨다. 상기 융합된 방향족 고리 또는 융합된 헤테로방향족 고리는 상기 기본 고리와 융합된 형태로 존재하며 2 이상의 고리 시스템을 포함할 수 있으며, 상기 2 이상의 고리 시스템은 서로 결합 또는 융합된 형태로 존재할 수 있다. 그리고, 상기 헤테로방향족고리는 상기 방향족고리 중 하나 이상의 탄소가 N, O, S 및 P로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 치환된 고리를 가리킨다.The aryl group is a monovalent group having an aromatic ring system, and may include two or more ring systems, and the two or more ring systems may exist in a bonded or fused form with each other. The heteroaryl group refers to a group in which at least one carbon in the aryl group is substituted with at least one selected from the group consisting of N, O, S, and P. Meanwhile, a cycloalkyl group refers to an alkyl group having a ring system, and the heterocycloalkyl group refers to a group in which at least one carbon of the cycloalkyl group is substituted with at least one selected from the group consisting of N, O, S and P. The fused aromatic ring or fused heteroaromatic ring may be present in fused form with the base ring and include two or more ring systems, and the two or more ring systems may be present in a bonded or fused form with each other. In addition, the heteroaromatic ring refers to a ring in which at least one carbon in the aromatic ring is substituted with at least one selected from the group consisting of N, O, S, and P.

또는 리튬 공기 전지(10)(20)를 충전후 약간의 방전을 수행하여 미분해된 Li2O2 또는 전해물 분해산물의 계면 반응을 활성화시킬 수 있다. Alternatively, a slight discharge may be performed after charging the lithium air battery 10 and 20 to activate an interfacial reaction of undecomposed Li 2 O 2 or an electrolyte decomposition product.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지를 포함한 배터리 팩(100)의 모식도이다. 3 is a schematic diagram of a battery pack 100 including a lithium air battery according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩(100)은 충방전이 가능한 하나 이상의 리튬 공기 전지(10)(20)를 포함하는 전지부(110), 상기 전지부(110)와 외부 전원 장치 또는 부하를 전기적으로 연결시키는 외부 단자(P+, P-), 상기 전지부(110)의 충전 상태에 따라 상기 전지부(110)의 충방전을 제어하는 제어부(120), 제어부(120)로부터 신호를 인가받아 상기 전지부(110) 와 외부 단자(P+, P-) 사이의 전기적 연결을 제어하는 충방전 제어부(130), 상기 제어부(120) 또는 충방전 제어부(130)의 오작동에 의해 상기 전지부(110)에 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위하여, 상기 전지부(110)의 대전류 경로 상에 위치하며, 상기 전지부(110)와 외부 단자(P+, P-) 사이의 전기적 연결을 차단시키는 보호부(140), 특정 전류로 전지부(110)를 방전시키는 방전부(150)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, the battery pack 100 according to an embodiment of the present invention includes a battery unit 110 including one or more lithium air batteries 10 and 20 capable of charging and discharging, and the battery unit 110. External terminals (P +, P-) for electrically connecting an external power supply or a load, the control unit 120, the control unit 120 for controlling the charge and discharge of the battery unit 110 according to the state of charge of the battery unit 110 The charging and discharging control unit 130, the control unit 120 or the charge and discharge control unit 130 to control the electrical connection between the battery unit 110 and the external terminals (P +, P-) by receiving a signal from the In order to prevent the over current flowing through the battery unit 110, the battery unit 110 is positioned on the large current path of the battery unit 110, and electrical connection between the battery unit 110 and the external terminals P + and P− is performed. It may include a protection unit 140 for blocking, a discharge unit 150 for discharging the battery unit 110 by a specific current.

전지부(110)는 도 1 또는 도 2에 도시된 리튬 공기 전지(10)(20)를 적어도 하나 포함할 수 있다. 리튬 공기 전지(10)가 복수 개인 경우, 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. The battery unit 110 may include at least one lithium air battery 10 or 20 illustrated in FIG. 1 or 2. When there are a plurality of lithium air batteries 10, they may be connected in series, in parallel or in parallel.

제어부(120)는 외부 단자(P+, P-)에 외부 전원 장치가 전기적으로 연결되면 전지부(110)의 전압을 측정하고 측정된 전압이 만충전시의 전압보다 작으면 전지부(110)에 충전을 수행하고, 외부 단자에 부하가 전기적으로 연결되면 전지부(110)가 방전되도록, 배터리 팩의 구성요소들을 제어한다. The controller 120 measures the voltage of the battery unit 110 when the external power supply is electrically connected to the external terminals P + and P-, and charges the battery unit 110 when the measured voltage is smaller than the voltage at full charge. And controls the components of the battery pack so that the battery unit 110 is discharged when the load is electrically connected to the external terminal.

상기 충방전 제어부(130)는 충전 FET 소자(미도시) 및 방전 FET 소자(미도시)를 포함할 수 있다. 그리고, 제어부(120)의 제어에 따라 의해 상기 충전 FET 소자 또는 방전 FET 소자 중 어느 하나가 구동되어 상기 전지부(110)가 충전 또는 방전되도록 한다. 예를 들어, 전지부(110)을 충전하는 경우 충전 FET 소자가 구동하고, 전지부(110)을 방전하는 경우 방전 FET 소자가 구동할 수 있다. The charge / discharge control unit 130 may include a charge FET device (not shown) and a discharge FET device (not shown). Under the control of the controller 120, either the charge FET device or the discharge FET device is driven to allow the battery unit 110 to be charged or discharged. For example, the charging FET device may be driven when the battery unit 110 is charged, and the discharge FET device may be driven when the battery unit 110 is discharged.

상기 외부 단자(P+, P-)는 상기 전지부(110)와 병렬로 연결되며, 양극 단자 (P+) 및 음극 단자 (P-)로 구성된다. 상기 외부 단자(P+, P-)는 상기 전지부(110)를 외부 전원 장치 또는 부하에 전기적으로 연결시켜, 상기 전지부(110)가 충전 또는 방전을 수행할 수 있도록 한다. 보다 자세하게는, 상기 외부 단자(P+, P-)에 외부 전원 장치가 연결되는 경우에 상기 전지부(110)는 충전을 수행하며, 상기 외부 단자(P+, P-)에 부하가 연결되는 경우에 상기 전지부(110)는 방전을 수행한다.The external terminals P + and P- are connected to the battery unit 110 in parallel, and include the positive terminal P + and the negative terminal P-. The external terminals P + and P- electrically connect the battery unit 110 to an external power supply or a load so that the battery unit 110 can perform charging or discharging. In more detail, when the external power supply device is connected to the external terminals P + and P-, the battery unit 110 performs charging, and when the load is connected to the external terminals P + and P-. The battery unit 110 performs a discharge.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 리튬 공기 전지를 포함하는 배터리 팩(100)의 충전 방법을 설명하는 흐름도이다. 4 is a flowchart illustrating a charging method of a battery pack 100 including a lithium air battery according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 외부 단자(P+, P-)에 외부 전원 장치가 연결되면, 제어부(120)는 정전류 방식으로 전지부(110)를 충전한다. 예를 들어, 전지부(110)에 인가되는 전압을 단계적 또는 점진적으로 증가시켜 전지부(110)에 일정한 정류가 인가되도록 한다. 그리고, 전지부(110)의 인가 전압이 기준 전압이 되면 제어부(120)는 전지부(110)에 인가되는 전압을 기준 전압으로 유지하면서 전지부(110)에 인가되는 전류가 기준 전류가 될때까지 전지부(110)에 인가되는 전류를 단계적 또는 점지적으로 감소시킨다. 그리하여 전지부(110)에 인가되는 전류가 기준 전류가 되면, 제어부(120)는 전지부(110)를 방전시킨다. Referring to FIG. 4, when an external power supply device is connected to the external terminals P + and P−, the controller 120 charges the battery unit 110 in a constant current manner. For example, a constant rectification is applied to the battery unit 110 by increasing the voltage applied to the battery unit 110 stepwise or gradually. When the voltage applied to the battery unit 110 becomes the reference voltage, the controller 120 maintains the voltage applied to the battery unit 110 as the reference voltage until the current applied to the battery unit 110 becomes the reference current. The current applied to the battery unit 110 is reduced stepwise or gradually. Thus, when the current applied to the battery unit 110 becomes a reference current, the controller 120 discharges the battery unit 110.

전지부(110)의 방전시 제어부(120)는 기준값 이하의 전류로 전지부(110)을 방전시킬 수 있다. 상기한 기준값 이하의 전류는 정전류일 수 있다. 이하 기준값 이하의 전류를 방전 전류라고 한다. 상기한 방전 전류는 전지부(110)를 충전할 때의 정전류 이하이거나 기준 전류 이하일 수 있다. 또는 방전 전류는 전지부(110)를 충전할 때의 정전류와 기준 전류 사이의 값일 수도 있다. 또는 방전 전류를 배터리 팩이 부하와 연결된 상태에서 방전할 때의 최소 전류이하일 수 있다. 예를 들어, 방전 전류는 0.5mA/cm2이하일 수 있다. When discharging the battery unit 110, the controller 120 may discharge the battery unit 110 with a current equal to or less than a reference value. The current below the reference value may be a constant current. Hereinafter, a current below the reference value is called a discharge current. The discharge current may be equal to or less than the constant current or less than the reference current when the battery unit 110 is charged. Alternatively, the discharge current may be a value between the constant current and the reference current when charging the battery unit 110. Alternatively, the discharge current may be equal to or less than the minimum current when the battery pack is discharged while the battery pack is connected to the load. For example, the discharge current may be 0.5 mA / cm 2 or less.

여기서, 방전 전류는 외부 단자(P+, P-)에 외부 전원 장치가 연결된 상태에서 수행될 수 있다. 즉, 제어부(120)는 전지부(110)에 인가되는 전류가 기준 전류가 되면 충전 FET 소자의 구동을 중지시키고, 방전 FET 소자의 구동을 구동시킨다. 방전 FET 소자는 전지부(110)의 전류를 방전부로 방전시킴으로써 전지부(110)가 방전된다. 이와 같이 외부 단자(P+, P-)에 부하가 연결되지 않는 상태에서의 방전을 사전 방전이라고 한다. Here, the discharge current may be performed while the external power supply is connected to the external terminals P + and P-. That is, when the current applied to the battery unit 110 becomes the reference current, the controller 120 stops driving of the charge FET device and drives driving of the discharge FET device. In the discharge FET device, the battery unit 110 is discharged by discharging the current in the battery unit 110 to the discharge unit. As described above, the discharge in a state where the load is not connected to the external terminals P + and P- is referred to as pre-discharge.

방전 전류로의 방전은 전지부(110)의 충전 용량이 기준 용량이 될때까지 수행된다. 여기서 기준 용량은 전지부(110)가 만충전할 때의 만충전시의 충전 용량의 99% 내지 90%일 수 있다. 또는 방전 전류로의 방전일 일정 시간동안 수행될 수도 있다. The discharge to the discharge current is performed until the charging capacity of the battery unit 110 becomes the reference capacity. Here, the reference capacity may be 99% to 90% of the charging capacity at the time of full charge when the battery unit 110 is fully charged. Alternatively, the discharge may be performed for a predetermined time to discharge the discharge current.

이와 같이 전지부(110)에 인가되는 전류가 기준 전류가 되면 방전 전류로 전지부(110)를 방전시킴으로써 리튬 공지 전지(10)의 활성 계면에 부착된 Li2O2, LiO2 또는 부속물을 제거함으로써 방전시 전지부(110)의 과전압을 방지할 수 있다. As such, when the current applied to the battery unit 110 becomes the reference current, the battery unit 110 is discharged with the discharge current to remove Li 2 O 2 , LiO 2, or an accessory attached to the active interface of the lithium known battery 10. As a result, overvoltage of the battery unit 110 can be prevented during discharge.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.The present invention will be described in more detail by way of the following examples and comparative examples. However, the examples are provided to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited only to these examples.

(유기계 전해질의 제조) (Production of Organic Electrolyte)

실시예 1Example 1

테트라메틸렌글리콜디메틸에테르(TEGDME)에 1M의 Li(CF3SO2)2N(Lithium bis (trifluoromethylsulphonyl)amine, LiTFSI) 및 10mM의 1,2-벤조퀴논이 첨가된 유기계 전해질을 제조하였다.Tetramethylene glycol dimethyl ether (TEGDME) 1M Li (CF 3 SO 2) 2 N (Lithium bis (trifluoromethylsulphonyl) amine, LiTFSI) and 10mM 1,2-benzoquinone was added to the organic electrolyte was prepared.

비교예 1Comparative Example 1

테트라메틸렌글리콜디메틸에테르(TEGDME)에 1M의 Li(CF3SO2)2N(Lithium bis (trifluoromethylsulphonyl)amine, LiTFSI)이 용해된 유기계 전해질을 제조하였다.
An organic electrolyte in which 1M Li (CF 3 SO 2) 2 N (Lithium bis (trifluoromethylsulphonyl) amine, LiTFSI) was dissolved in tetramethylene glycol dimethyl ether (TEGDME) was prepared.

평가예 1: 충방전특성 평가Evaluation Example 1: Evaluation of Charge and Discharge Characteristics

60℃, 1atm에서 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 전해질을 포함하는 리튬 공기 전지를 1mA/cm2의 정전류로 2V(vs. Li)까지 방전시킨 후, 동일한 전류로 4.7V까지 충전시켰다. 충방전시의 방충용량효율은 하기 수학식 1로 정의된다.The lithium air battery containing the electrolytes prepared in Example 1 and Comparative Example 1 at 60 ° C. at 1 atm was discharged to 2 V (vs. Li) at a constant current of 1 mA / cm 2 and then charged to 4.7 V at the same current. The insecticide capacity efficiency during charging and discharging is defined by the following equation.

<수학식 1>&Quot; (1) &quot;

방충용량효율[%]=[충전용량]/[방전용량]×100Insect capacity efficiency [%] = [charge capacity] / [discharge capacity] × 100

상기 식에서, 충전용량은 충전시의 4.7V 컷오프 전압에서의 충전용량이고, 방전용량은 방전시의 2.0V 컷오프 전압에서의 방전용량이다.In the above formula, the charge capacity is the charge capacity at the 4.7V cutoff voltage at the time of charging, and the discharge capacity is the discharge capacity at the 2.0V cutoff voltage at the time of discharge.

그 결과, 실시예 1의 방충용량효율 및 방전 전압 각각은 42%, 2.32V이고, 비교예 1의 방충용량효율 및 방전 전압 각각은 16%, 2.17 V이었다. 따라서,방충용량효율 및 방전 전압이 현저히 향상됨을 알 수 있다. As a result, the insecticide capacity efficiency and the discharge voltage of Example 1 were respectively 42% and 2.32V, and the insecticide capacity efficiency and the discharge voltage of Comparative Example 1 were 16% and 2.17V, respectively. Therefore, it can be seen that the charge capacity efficiency and the discharge voltage are significantly improved.

다음은 충전 후 방전의 유무에 따른 리튬 공지 전지의 성능을 살펴본다. Next, look at the performance of a lithium known battery according to the presence of discharge after charging.

1M LiTFSI의 테트라글라임 용액을 제조하여 제1 전해질을 포함하는 리튬 공기 전지를 준비하였다. 실시예 2는 60℃, 1기압에서 리튬 공기 전지를 1mA/cm2의 정전류로 1.7V(vs. Li)까지 방전시킨다. 그리고, 1mA/cm2의 정전류로 4.2 V까지 충전시킨 후 다시 4.2 V에서 정전압으로 0.2 mA/cm2까지 충전시킨 다음 0.2mA/cm2로 방전시킨다. 반면 비교예 2는 60℃, 1기압에서 리튬 공기 전지를 1mA/cm2의 정전류로 1.7V(vs. Li)까지 방전시킨다. 그리고, 1mA/cm2의 정전류로 4.2 V까지 충전시킬 뿐 0.2mA/cm2 의 방전은 수행하지 않는다. 이와 같은 충방전을 반복적으로 수행하였다. A tetraglyme solution of 1M LiTFSI was prepared to prepare a lithium air battery including a first electrolyte. In Example 2, the lithium air battery was discharged to 1.7 V (vs. Li) at a constant current of 1 mA / cm 2 at 60 ° C. at 1 atmosphere. And thereby it was charged again at 4.2 V after charging to 4.2 V with a constant current of 1mA / cm 2 with a constant voltage up to 0.2 mA / cm 2 and then discharged at 0.2mA / cm 2. On the contrary, in Comparative Example 2, the lithium air battery was discharged to 1.7 V (vs. Li) at a constant current of 1 mA / cm 2 at 60 ° C. at 1 atmosphere. In addition, as to charge up to 4.2 V with a constant current of 1mA / cm 2 Discharge of 0.2mA / cm 2 does not perform. This charging and discharging was repeatedly performed.

도 5는 사전 방전이 없는 경우 전압 이익을 측정한 결과이고, 도 6은 사전 방전이 있는 경우 전압 이익을 측정한 결과이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 사전 방전이 없는 비교예 2는 충방전의 횟수가 증가할수록 전압 이익이 감소하였다. 그러나, 도 6에 도시된 바와 같이, 사전 방전이 있는 실시예 2는, 충방전의 횟수가 증가하여 전압 이익이 감소하더라도 전압 이익은 2V이상을 유지하였다. 5 is a result of measuring the voltage gain when there is no pre-discharge, Figure 6 is a result of measuring the voltage gain when there is a pre-discharge. As shown in FIG. 5, in Comparative Example 2 without pre-discharge, the voltage gain decreased as the number of charge / discharge increases. However, as shown in Fig. 6, in Example 2 with pre-discharge, the voltage gain was maintained at 2V or more even though the number of charge and discharge increased and the voltage gain decreased.

10, 20 : 리튬 공기 전지 셀
11 : 양극 12 : 음극
13 : 제1 전해질 24 : 보호막
25 : 제2 전해질 100 : 배터리 팩
110 : 전지부 120 : 제어부
130 : 충방전 제어부 140 : 보호부
150 : 방전부
10, 20: lithium air battery cell
11: anode 12: cathode
13: first electrolyte 24: protective film
25: second electrolyte 100: battery pack
110: battery unit 120: control unit
130: charge and discharge control unit 140: protection unit
150: discharge part

Claims (16)

리튬 공기 전지의 충전 방법에 있어서,
상기 리튬 공기 전지를 충전하는 단계; 및
기준값 이하의 전류로 상기 리튬 공기 전지를 방전하는 단계;를 포함하는 리튬 공기 전지의 충전 방법.
In the charging method of a lithium air battery,
Charging the lithium air battery; And
Discharging the lithium air battery at a current of less than the reference value; charging method of a lithium air battery comprising a.
제 1항에 있어서,
상기 기준값은 부하를 통해 상기 리튬 공기 전지가 방전할 때의 최소 전류이하인 리튬 공기 전지의 충전 방법.
The method of claim 1,
The reference value is a charging method of a lithium air battery that is less than or equal to the minimum current when the lithium air battery discharges through a load.
제 1항에 있어서,
상기 충전하는 단계는,
정전류로 상기 리튬 공기 전지의 전압이 기준 전압에 도달할 때까지 충전하는 단계; 및
상기 리튬 공기 전지의 전압이 기준 전압에 도달하면, 상기 기준 전압에서 상기 리튬 공기 전지의 전류가 기준 전류가 될때까지 충전하는 단계;를 포함하는 리튬 공기 전지의 충전 방법.
The method of claim 1,
The charging step,
Charging with a constant current until the voltage of the lithium air battery reaches a reference voltage; And
When the voltage of the lithium air battery reaches a reference voltage, charging until the current of the lithium air battery at the reference voltage becomes a reference current; charging method of a lithium air battery comprising a.
제 3항에 있어서,
상기 기준값은 상기 기준 전류이하인 리튬 공기 전지의 충전 방법.
The method of claim 3, wherein
And the reference value is less than the reference current.
제 3항에 있어서,
상기 기준값은 상기 정전류와 상기 기준 전류의 사이의 값인 리튬 공기 전지의 충전 방법.
The method of claim 3, wherein
And the reference value is a value between the constant current and the reference current.
제 1항에 있어서,
상기 기준값은 0.5mA/cm2이하인 리튬 공기 전지의 충전 방법.
The method of claim 1,
The reference value is a charging method of a lithium air battery is 0.5mA / cm 2 or less.
제 1항에 있어서,
상기 방전 단계는,
상기 리튬 공기 전지의 용량이 기준 용량이 될때까지 상기 리튬 공기 전지를방전하는 리튬 공기 전지의 충전 방법.
The method of claim 1,
The discharging step,
A charging method for a lithium air battery that discharges the lithium air battery until the capacity of the lithium air battery becomes a reference capacity.
제 1항에 있어서,
상기 리튬 공기 전지는,
리튬을 포함하는 음극, 산소를 양극 활물질로 사용하는 양극 및 유기계 전해질을 포함하며,
상기 유기계 전해질이 전기화학 반응에 수반되는 전자를 흡장 방출할 수 있는 유기화합물을 포함하는 리튬 공기 전지의 충전 방법.
The method of claim 1,
The lithium air battery,
A negative electrode containing lithium, a positive electrode using oxygen as a positive electrode active material, and an organic electrolyte,
A charging method of a lithium air battery comprising an organic compound capable of occluding and releasing electrons accompanying an electrochemical reaction.
제 8항에 있어서,
상기 유기화합물은 공액구조(conjugated system)를 포함하는 리튬 공기 전지의 충전 방법.
The method of claim 8,
The organic compound charging method of a lithium air battery comprising a conjugated (conjugated system).
제 8항에 있어서,
상기 유기화합물은 방향족 탄화수소고리를 포함하는 리튬 공기 전지의 충전 방법.
The method of claim 8,
The organic compound is a charging method of a lithium air battery containing an aromatic hydrocarbon ring.
제 8항에 있어서,
상기 유기화합물은 퀴논계 화합물을 포함하는 리튬 공기 전지의 충전 방법.
The method of claim 8,
The organic compound is a charging method of a lithium air battery containing a quinone-based compound.
제 8항에 있어서,
상기 유기화합물은 1,2-벤조퀴논, 1,4-벤조퀴논, 1,2-나프토퀴논, 2,3- 나프토퀴논, 1,4-나프토퀴논, 1,2-안트라퀴논, 2,3-안트라퀴논, 1,4-안트라퀴논, 9,10-안트라퀴논, 1,2-파이렌디온, 4,5-파이렌디온, 1,2-코로넨디온, 1,2,5,6-코로넨테트라논, 및 1,2,5,6,9,10-코로넨헥사논 클로라닐(chloranil, tetrachloro-p-benzoquinone), 로손(Lawsone, 2-Hydroxy-1,4-naphthoquinone), DDQ (2,3-Dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone), 테트라플루오로-1,4-벤조퀴논, 7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄, 및 2,3,5,6-테트라플루오로-7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 리튬 공기 전지의 충전 방법.
The method of claim 8,
The organic compound is 1,2-benzoquinone, 1,4-benzoquinone, 1,2-naphthoquinone, 2,3-naphthoquinone, 1,4-naphthoquinone, 1,2-anthraquinone, 2 , 3-anthraquinone, 1,4-anthraquinone, 9,10-anthraquinone, 1,2-pyrenedione, 4,5-pyrenedione, 1,2-coronedione, 1,2,5, 6-Coronenetetranon, and 1,2,5,6,9,10-Coronenehexanone chloranil (chloranil, tetrachloro- p- benzoquinone), Lawson (Lawsone, 2-Hydroxy-1,4-naphthoquinone) , DDQ (2,3-Dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone), tetrafluoro-1,4-benzoquinone, 7,7,8,8-tetracyanoquinomimethane, and 2 A method for charging a lithium air battery comprising at least one selected from the group consisting of 3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinomimethane.
제 8항에 있어서,
상기 유기계 전해질은 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 염을 포함하는 리튬 공기 전지의 충전 방법.
The method of claim 8,
The organic electrolyte is a charging method of a lithium air battery containing a salt of an alkali metal or alkaline earth metal.
제 8항에 있어서,
상기 음극은 리튬 금속, 리튬 금속 기반의 합금, 또는 리튬 삽입 화합물 (lithium intercalating compound)을 포함하는 것인 리튬 공기 전지의 충전 방법.
The method of claim 8,
The negative electrode is a lithium metal, a lithium metal-based alloy, or a lithium intercalating compound (lithium intercalating compound) method of charging a lithium air battery.
제 8항에 있어서,
상기 양극은 도전성 재료를 포함하는 리튬 공기 전지의 충전 방법.
The method of claim 8,
The anode is a charging method of a lithium air battery containing a conductive material.
제 15항에 있어서,
상기 도전성 재료은 다공성 탄소계 재료를 포함하는 리튬 공기 전지의 충전 방법.
16. The method of claim 15,
The conductive material is a charging method of a lithium air battery containing a porous carbon-based material.
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