KR20150028739A - Secondary Battery Cell - Google Patents

Secondary Battery Cell Download PDF

Info

Publication number
KR20150028739A
KR20150028739A KR20140117405A KR20140117405A KR20150028739A KR 20150028739 A KR20150028739 A KR 20150028739A KR 20140117405 A KR20140117405 A KR 20140117405A KR 20140117405 A KR20140117405 A KR 20140117405A KR 20150028739 A KR20150028739 A KR 20150028739A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery cell
battery
formula
lithium
negative electrode
Prior art date
Application number
KR20140117405A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101588252B1 (en
Inventor
이현석
박민아
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Publication of KR20150028739A publication Critical patent/KR20150028739A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101588252B1 publication Critical patent/KR101588252B1/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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • 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
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0438Processes of manufacture in general by electrochemical processing
    • H01M4/044Activating, forming or electrochemical attack of the supporting material
    • H01M4/0445Forming after manufacture of the electrode, e.g. first charge, cycling
    • H01M4/0447Forming after manufacture of the electrode, e.g. first charge, cycling of complete cells or cells stacks
    • 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
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • 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
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • 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
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • 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
    • H01M2010/4292Aspects relating to capacity ratio of electrodes/electrolyte or anode/cathode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/10Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/20Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/30Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • 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
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • 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

Abstract

The present invention provides a battery cell wherein an electrode assembly including a cathode, an anode and a separation membrane for storing and discharging lithium ions is contained in a cell case together with electrolyte, and charge for activating an electrode is conducted in the range of state of charge (SOC) within the potential plateau of an anode in the process of manufacturing the battery cell.

Description

이차전지 셀 {Secondary Battery Cell}[0001] The present invention relates to a secondary battery cell,

본 발명은 리튬 이온의 흡장 방출이 가능한 양극 및 음극과 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 셀 케이스에 내장되어 있고, 전지셀 제조 과정에서 전지 활성화를 위한 충전을 음극의 평탄 전위 내의 충전 심도(SOC: State of Charge) 범위에서 수행하는 것을 특징으로 하는 전지셀에 관한 것이다.An electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator capable of intercalating and deintercalating lithium ions is embedded in a cell case together with an electrolyte. Charging for activating the battery in a battery cell manufacturing process is performed by changing the filling depth in the flat potential of the negative electrode SOC: State of Charge).

최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.In recent years, the demand for environmentally friendly alternative energy sources has become an indispensable factor for the future, as the increase in the price of energy sources due to depletion of fossil fuels and the interest in environmental pollution are amplified. Various researches on power generation technologies such as nuclear power, solar power, wind power, and tidal power have been continuing, and electric power storage devices for more efficient use of such generated energy have also been attracting much attention.

특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서 이차전지의 사용이 실현화되고 있으며, 그리드(Grid)화를 통한 전력 보조전원 등의 용도로도 사용영역이 확대되고 있어, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.Particularly, as technology development and demand for mobile devices increase, the demand for batteries as energy sources is rapidly increasing. Recently, the use of secondary batteries as a power source for electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV) In addition, the use area has been expanded for use as a power auxiliary power source through a grid, and accordingly, a lot of researches on a battery that can meet various demands have been conducted.

대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.Lithium ion batteries having a high demand for a pouch-type secondary battery that can be applied to products such as mobile phones and the like in terms of the shape of the battery, and high energy density, discharge voltage, and output stability, There is a high demand for a lithium secondary battery such as a lithium ion polymer battery.

리튬 이차전지는 집전체 상에 각각 코팅층이 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 다공성의 고분자 막이 개재된 전극조립체에 리튬염을 포함하는 비수계 전해질이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다. 양극 활물질은 주로 리튬 코발트계 산화물, 리튬 망간계 산화물, 리튬 니켈계 산화물, 리튬 복합 산화물 등으로 이루어져 있으며, 음극 활물질은 주로 탄소계 물질로 이루어져 있다. The lithium secondary battery has a structure in which a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt is impregnated in an electrode assembly in which a porous polymer film is interposed between a positive electrode and a negative electrode each coated with a coating layer on a current collector. The cathode active material is mainly composed of a lithium cobalt oxide, a lithium manganese oxide, a lithium nickel oxide, a lithium composite oxide and the like, and the anode active material is mainly composed of a carbon-based material.

상기 리튬 이차전지를 파우치형 전지셀로서 제조하는 과정을 살펴보면, 일반적으로, 리튬 이온의 흡장 방출이 가능한 양극 및 음극과 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 셀 케이스에 내장되고, 이후 상기 셀 케이스에 전극조립체와 전해액이 내장된 전지셀을 활성화 시키는 과정을 거치게 된다. Generally, an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator capable of intercalating and deintercalating lithium ions is embedded in a cell case together with an electrolyte solution, A battery cell having an electrode assembly and an electrolyte solution is activated.

상기 전지셀의 활성화 방법은 전지셀의 종류에 따라 매우 다양하지만, 파우치형 전지셀의 경우, 특정 충전 심도(SOC: State of Charge) 범위에서 충방전을 실시한 후, 상온 또는 고온의 조건에서 숙성(aging) 기간을 거쳐 가스를 제거하는 공정으로 실시하는 것이 일반적이다.The method of activating the battery cell varies greatly depending on the type of the battery cell. However, in the case of the pouch type battery cell, after charging / discharging is performed in a specific state of charge (SOC) range, aging period to remove the gas.

이러한 경우에, 기존의 탄소계 물질로 이루어진 음극을 사용하였을 경우, 상기 전지셀의 제조 과정에서 전지 활성화를 위한 충전 심도의 범위는, 전지셀의 양극에 따라, 전압대를 조절함으로써, 전지셀의 성능을 향상시킬 수 있다.In this case, when a negative electrode made of a conventional carbon-based material is used, the range of charge depth for activating the battery in the manufacturing process of the battery cell is determined by adjusting the voltage band according to the anode of the battery cell, Performance can be improved.

그러나, 음극 활물질로서 탄소계 물질을 이용한 리튬 이차전지에서는, 최초 충방전시 탄소계 물질의 층상 구조 내에 삽입된 일부 리튬 이온에서 비가역 용량이 발생하여, 방전 용량의 저하가 초래되고, 음극 표면에 리튬 화합물이 생성됨으로써 충방전의 반복에 따라 리튬의 가역 용량이 점차 감소되어, 방전 용량이 감소하며 사이클(cycle) 열화가 발생한다는 문제가 있어, 최근에는, 구조적으로 안정적이고 사이클 특성이 양호한 음극 활물질로서, 리튬 티타늄 산화물(Lithium Titanium Oxide: LTO)이 검토되고 있다. 이러한 리튬 티타늄 산화물을 음극 활물질로서 포함하는 리튬 이차전지는 음극의 산화/환원 전위가 Li/Li+의 전위에 대해 1.5V 정도로서 상대적으로 높아 전해액 분해가 거의 발생하지 않고, 결정 구조의 안정성으로 인해 사이클 특성이 우수하다.However, in the lithium secondary battery using the carbon-based material as the negative electrode active material, an irreversible capacity is generated from a part of the lithium ions inserted into the layered structure of the carbon-based material at the time of the first charge / discharge and the discharge capacity is lowered. There is a problem that the reversible capacity of lithium gradually decreases due to the repetition of charging and discharging due to the generation of the compound, the discharge capacity is decreased and cycle deterioration occurs, and recently, there has been a problem that a negative electrode active material structurally stable and having good cycle characteristics , And lithium titanium oxide (LTO). The lithium secondary battery including such a lithium titanium oxide as a negative electrode active material has a relatively high oxidation / reduction potential of about 1.5 V with respect to the potential of Li / Li +, so that the decomposition of the electrolyte hardly occurs, Is excellent.

따라서, 파우치형 전지셀에서, 상기 리튬 티타늄 산화물을 음극으로 사용하였을 경우에는, 탄소계 물질로 이루어진 음극을 사용할 때와 달리, 전지셀의 양극에 상관없이 음극의 전위를 고려하여 충전 심도의 범위를 설정하여야 한다.Therefore, in the case of using the lithium-titanium oxide as the negative electrode in the pouch-shaped battery cell, unlike the case of using the negative electrode made of the carbon-based material, the range of the charge depth Should be set.

그러나, 파우치형 전지셀에서, 상기 리튬 티타늄 산화물을 음극으로 사용하였을 경우, 전지셀 제조 과정에서 전지 활성화를 위한 충방전시 특정 전압대에서 가스 발생이 일어남을 확인할 수 있다.However, in the pouch-shaped battery cell, when the lithium-titanium oxide is used as the negative electrode, it can be confirmed that gas is generated at a specific voltage level during charging and discharging for battery activation in the battery cell manufacturing process.

상기 가스 발생은 전해액 분해 반응의 결과로서, 상기 전해액 분해 반응은 가스 외에 분해 부산물을 발생시키게 되는 바, 상기 분해 부산물은 전지셀의 충방전 과정 후 숙성 과정에서의 표면 화학반응에 많은 영향을 미치므로 적절한 제어를 통해 안정된 활물질 표면을 형성할 수 있도록 조절되어야 하며, 이는 전지셀의 성능 향상에 직접적으로 영향을 미치게 된다.As a result of the decomposition reaction of the electrolyte solution, the gas generation generates decomposition by-products in addition to the gas, and the decomposition by-products greatly affect the surface chemical reaction during the aging process after the charging / discharging process of the battery cell It must be adjusted to form a stable active material surface through appropriate control, which directly affects the performance improvement of the battery cell.

따라서, 리튬 티타늄 산화물을 음극으로 사용하는 파우치형 전지셀의 제조 과정에 있어서, 상기 전지셀의 성능을 향상시킬 수 있도록, 전지 활성화를 위한 충방전을 수행하는 충전 심도 범위의 설정 및 그 방법에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, in the manufacturing process of the pouch-type battery cell using lithium-titanium oxide as the cathode, the setting of the charging depth range for performing the charging and discharging for activating the battery and the method thereof This is a necessity.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and the technical problems required from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 통해, 전지셀 제조 과정에서 전지 활성화를 위한 충전을 음극의 평탄 전위 내의 충전 심도(SOC: State of Charge) 범위에서 수행함으로써, 상기 전지셀의 숙성(aging) 과정에서 전해액 분해 반응에 따른 표면 화학반응에 영향을 미치도록 하여, 안정된 활물질 표면 형성을 통해 전지셀의 성능을 향상시킬 수 있음을 확인하였으며, 또한, 상기 전지셀 제조 과정에서 양극과 음극의 용량비(N/P ratio)에 따라 충전 심도를 조절함으로써 전지셀의 성능을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.The inventors of the present application conducted in-depth research and various experiments to find that charging for battery activation during battery cell fabrication was performed in the range of charge state (SOC) within the flat potential of the negative electrode, aging of the positive electrode and the negative electrode of the battery cell, the performance of the battery cell can be improved by forming a stable surface of the active material by affecting the surface chemical reaction according to the decomposition reaction of the electrolyte. In addition, It was confirmed that the performance of the battery cell can be improved by controlling the charging depth according to the capacity ratio (N / P ratio).

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은, 리튬 이온의 흡장 방출이 가능한 양극 및 음극과 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 셀 케이스에 내장되어 있고, 전지셀 제조 과정에서 전지 활성화를 위한 충전을 음극의 평탄 전위 내의 충전 심도 범위에서 수행하도록 이루어져 있다.To achieve these and other advantages and in accordance with the purpose of the present invention, as embodied and broadly described herein, there is provided a battery cell including an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator capable of intercalating and deintercalating lithium ions, Charging is carried out in the charging depth range within the flat potential of the cathode.

상기 충전을 수행한 전지셀은 숙성(aging) 공정을 거칠 수 있다.The battery cell in which the charging is performed may be subjected to an aging process.

따라서, 본 발명에 따른 전지셀은 상기와 같은 음극의 평탄 전위 내의 충전 심도 범위에서 전지 활성화를 위한 충방전을 양극과 음극의 용량비에 따라 조절하여 수행함으로써, 상기 전지셀의 숙성 과정에서 전해액 분해 반응에 따른 표면 화학반응에 영향을 미치도록 하여, 안정된 활물질 표면 형성을 통해 전지셀의 성능을 향상시킬 수 있다.Therefore, the battery cell according to the present invention performs charging and discharging for battery activation in the range of depth of charge within the flat potential of the negative electrode as described above according to the capacity ratio of the positive electrode and the negative electrode, The performance of the battery cell can be improved through the formation of a stable active material surface.

하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀의 양극은 양극 활물질로서 하기 화학식 1로 표시되는 층상 구조의 리튬 금속 산화물을 포함할 수 있다.In one specific example, the positive electrode of the battery cell may include a layered lithium metal oxide represented by the following formula (1) as a positive electrode active material.

Lix(NivMnwCoyMz)O2-tAt (1)Li x (Ni v Mn w Co y M z ) O 2 -te t (1)

상기 식에서, 0.8<x≤1.3, 0≤v≤0.9, 0≤w≤0.9, 0≤y≤0.9, 0≤z≤0.9, x+v+w+y+z=2, 0≤t<0.2;0? V? 0.9, 0? W? 0.9, 0? Y? 0.9, 0? Z? 0.9, x + v + w + y + z = 2, 0? T <0.2 ;

M은 +2가 내지 +4가 산화수의 하나 이상의 금속 또는 전이금속 양이온이고;M is at least one metal or transition metal cation of +2 to +4 oxidation numbers;

A는 -1 또는 -2가의 음이온이다.A is an anion of -1 or -2 valence.

상기 화학식 1로 표시되는 양극 활물질은 Ni 및 Mn의 혼합 전이금속을 포함하며 리튬을 제외한 전체 전이금속의 평균 산화수가 +3가 보다 크고, 몰비 기준으로 니켈의 함량이 망간의 함량과 동일하거나 그 보다 큰 조건을 만족하는 층상 결정구조의 리튬 금속 산화물일 수 있다.The positive electrode active material represented by the general formula (1) includes a mixed transition metal of Ni and Mn, and has an average oxidation number of total transition metals other than lithium of greater than +3, and a nickel content equal to or greater than a manganese content And may be a lithium metal oxide having a layered crystal structure satisfying a large requirement.

상기 화학식 1에서 Ni, Mn, Co 등의 전이금속은 +2가 내지 +4가 산화수의 금속 및/또는 기타 전이금속(M) 원소로 치환될 수 있는 바, 상세하게는 Al, Mg 및 Ti로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상으로 치환될 수 있고, 이 경우에 상세한 치환량은 0.3≤z≤0.6일 수 있다. In the above formula (1), transition metals such as Ni, Mn and Co may be substituted with metals having a +2 to +4 oxidation number and / or other transition metal (M) , And in this case, the detailed substitution amount may be 0.3? Z? 0.6.

또한, 상기 화학식 1에서 산소이온은 소정의 범위에서 산화수 -1가 또는 -2가의 음이온(A)로 치환될 수 있는 바, 상기 A는 상세하게는 서로 독립적으로 F, Cl, Br, I 과 같은 할로겐, S 및 N으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것일 수 있다. In the formula (1), the oxygen ion may be substituted by an anion (A) of oxidation-1 or -2 in a predetermined range, and the A in detail may be independently selected from the group consisting of F, Cl, Br and I Halogen, S, and N, which may be the same or different.

이러한 음이온들의 치환에 의해 전이금속과의 결합력이 우수해지고 화합물의 구조 전이가 방지되기 때문에, 전지의 수명을 향상시킬 수 있다.By substituting these anions, the binding force with the transition metal is improved and the structural transition of the compound is prevented, so that the lifetime of the battery can be improved.

보다 구체적으로, 상기 화학식 1의 산화물은 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 금속 산화물일 수 있으며, 바람직하게는, Li(Ni0.4Mn0.3Co0.3)O2 또는 Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2 일 수 있다.More specifically, the oxide of Formula 1 may be a lithium metal oxide represented by Formula 2, and preferably Li (Ni 0.4 Mn 0.3 Co 0.3 ) O 2 or Li (Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 ) O 2 .

Lix(NivMnwCoy)O2 (2)Li x (Ni v Mn w Co y ) O 2 (2)

상기 식에서, 0.8<x≤1.3, 0≤v≤0.9, 0≤w≤0.9, 0≤y≤0.9, x+v+w+y+z=2이다.In the above formula, 0.8 <x? 1.3, 0? V? 0.9, 0? W? 0.9, 0? Y? 0.9, x + v + w + y + z = 2.

또 다른 구체적인 예에서, 본 발명에 따른 전지셀의 음극은 음극 활물질로서 하기 화학식 3으로 표시되는 리튬 금속 산화물을 포함할 수 있다.In another specific example, the negative electrode of the battery cell according to the present invention may include a lithium metal oxide represented by the following formula (3) as an anode active material.

LiaM’bO4c-dAd (3)Li a M ' b O 4c-d A d (3)

상기 식에서, M’은 Ti, Sn, Cu, Pb, Sb, Zn, Fe, In, Al 및 Zr로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이고; In the above formula, M 'is at least one element selected from the group consisting of Ti, Sn, Cu, Pb, Sb, Zn, Fe, In, Al and Zr;

a 및 b는 0.1≤a≤12; 0.2≤b≤12의 범위에서 M’의 산화수(oxidation number)에 따라 결정되며;a and b satisfy the relations 0.1 a 12; Is determined according to the oxidation number of M 'in the range of 0.2? B? 12;

c 및 d는 1≤c≤3, 0≤d<0.6 의 범위에서 산화수에 따라 결정되고;c and d are determined according to the oxidation number in the range of 1? c? 3, 0? d <0.6;

A는 -1 또는 -2가의 하나 이상의 음이온이다.A is one or more of an anion of -1 or -2.

구체적으로, 상기 리튬 금속 산화물은 하기 화학식 4로 표시되는 리튬 티타늄 산화물(Lithium Titanium Oxide: LTO)일 수 있고, 바람직하게는, LiTi2O4 또는 Li4Ti5O12일 수 있다.Specifically, the lithium metal oxide may be Lithium Titanium Oxide (LTO) represented by the following Chemical Formula 4, preferably LiTi 2 O 4 or Li 4 Ti 5 O 12 .

LiaTibO4c (4)Li a Ti b O 4c (4)

상기 식에서, 0.5≤a≤8, 1≤b≤8.5, 1≤c≤3, a+b=3c이다.In the above formula, 0.5? A? 8, 1? B? 8.5, 1? C? 3, and a + b = 3c.

본 발명에 따른 전지셀의 기타 성분들에 대해서는 이하에서 설명한다.Other components of the battery cell according to the present invention will be described below.

본 발명에 따른 전지셀의 양극은 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라서는 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode of the battery cell according to the present invention is prepared by applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive material and a binder on a positive electrode current collector, followed by drying and pressing. If necessary, a filler may be further added to the mixture.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. The cathode current collector generally has a thickness of 3 to 500 mu m. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. Examples of the positive electrode current collector include stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, aluminum or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like may be used. The current collector may have fine irregularities on the surface thereof to increase the adhesive force of the cathode active material, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric are possible.

상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is usually added in an amount of 1 to 50% by weight based on the total weight of the mixture including the cathode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding of the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 50 wt% based on the total weight of the mixture containing the cathode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.

상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the anode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.

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

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 mu m. Such an anode current collector is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, and examples of the anode current collector include copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, a surface of copper or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode collector, fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.

상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 300 mu m. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.

상기 리튬염 함유 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The electrolyte solution containing the lithium salt is composed of an electrolyte solution and a lithium salt. The electrolyte solution may be a non-aqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, or an inorganic solid electrolyte, but is not limited thereto.

상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate Nonionic organic solvents such as tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like can be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, A polymer containing an ionic dissociation group and the like may be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide.

또한, 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.For the purpose of improving the charge / discharge characteristics and the flame retardancy, the electrolytic solution is preferably mixed with an organic solvent such as pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, Benzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxyethanol, . In some cases, halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability. In order to improve the high-temperature storage characteristics, carbon dioxide gas may be further added. FEC (Fluoro-Ethylene Carbonate, PRS (Propene sultone), and the like.

하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.In one specific example, LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4, LiN (SO 2 CF 3) 2 , such as a lithium salt, a highly dielectric solvent of DEC, DMC or EMC Fig solvent cyclic carbonate and a low viscosity of the EC or PC of And then adding it to a mixed solvent of linear carbonate to prepare a lithium salt-containing non-aqueous electrolyte.

본 발명에 따른 전지셀은, 제조 과정에서 전지 활성화를 위한 충방전을 음극의 평탄 전위 내의 충전 심도 범위에서 수행하는 바, 상기 음극의 평탄 전위 내의 충전 심도 범위는 전지셀에 사용되는 음극의 전위에 대한 프로파일로부터 결정될 수 있다.In the battery cell according to the present invention, charging and discharging for activating the battery are performed in the manufacturing process in the range of the filling depth in the flat potential of the cathode, and the filling depth range in the flat potential of the cathode is set to the potential of the cathode used in the battery cell Can be determined from the profile.

종래 음극 활물질로서 탄소계 물질을 사용하는 경우, 음극 표면에 리튬 화합물이 생성됨에 따른 가역 용량의 감소라는 문제로 인해, 음극의 용량이 양극의 용량에 비해 커야 했지만, 리튬 티타늄 산화물을 사용하게 됨에 따라 리튬 플레팅을 방지할 수 있게 되어 음극 용량 제한의 셀 설계가 가능해졌다.When a carbonaceous material is used as a negative electrode active material, the capacity of the negative electrode has to be larger than the capacity of the positive electrode due to the problem of reduction of the reversible capacity due to the generation of the lithium compound on the surface of the negative electrode. However, It is possible to prevent the lithium plating, thereby making it possible to design a cell having a negative capacity.

따라서, 고전압 양극의 사용시, 문제되었던 전해액이 산화되는 전위에서 셀이 작동하게 되어 발생하는 가스 방출 및 부산물 생성은 음극의 전체 용량을 양극의 전체 용량보다 작거나 같게 만들어(N/P ratio ≤ 1), 음극의 컷 오프 전압(cut-off voltage)에 먼저 걸리게 함으로써, 양극의 전위가 높이 올라가는 것을 막아 해결할 수 있다.Therefore, when the high voltage anode is used, the gas discharge and byproduct generation caused by the operation of the cell at the potential at which the electrolytic solution in question is oxidized cause the total capacity of the cathode to be smaller than or equal to the total capacity of the anode (N / P ratio ≤ 1) , It is possible to prevent the potential of the anode from rising to prevent it from being caught by the cut-off voltage of the cathode first.

하나의 구체적인 예에서, 본 발명에 따른 전지셀의 제조과정에서, 음극의 평탄 전위는 전지셀에 사용되는 음극의 전위에 대한 프로파일로부터 결정될 수 있다.In one specific example, in the manufacturing process of the battery cell according to the present invention, the flat potential of the cathode can be determined from the profile of the potential of the cathode used in the battery cell.

더욱 구체적으로, 본 발명에 따른 전지셀은 초기 충방전 과정에서 음극의 평탄 전위 범위까지 충전을 수행하게 되므로, 음극의 전위에 대한 프로파일로부터 음극의 평탄 전위 범위를 결정하고, 상기 음극의 평탄 전위 범위에 따른 충전 심도를 고려하여 전지셀의 충전 전압 및 용량이 결정된다.More specifically, since the battery cell according to the present invention performs charging up to the flat potential range of the negative electrode in the initial charging / discharging process, the flat potential range of the negative electrode is determined from the profile of the potential of the negative electrode, The charging voltage and the capacity of the battery cell are determined in consideration of the charging depth according to the charging voltage.

또 다른 구체적인 예에서, 본 발명에 따른 전지셀은 상기 NP ratio가 0.9의 경우에 SOC20 내지 SOC60의 범위에서 충방전을 수행할 수 있다.In another specific example, the battery cell according to the present invention can perform charge / discharge in the range of SOC 20 to SOC 60 when the NP ratio is 0.9.

상기 NP ratio에 따른 SOC의 설정 방법은, 활물질 성분들의 리튬 대비 전압에 대한 실험적인 데이터의 포트폴리오로부터 유추할 수 있다.The method of setting the SOC according to the NP ratio can be deduced from a portfolio of experimental data on the lithium-to-lithium voltage of the active material components.

따라서, 본 발명에 따른 전지셀은 상기 전지셀의 숙성(aging) 과정에서 전해액 분해 반응에 따른 표면 화학반응에 영향을 미치도록 하여, 안정된 활물질 표면 형성을 통해 전지셀의 성능을 향상시킬 수 있다.Therefore, the battery cell according to the present invention can improve the performance of the battery cell by forming a stable surface of the active material by allowing the surface chemical reaction according to the decomposition reaction of the electrolyte to be affected during the aging process of the battery cell.

본 발명에 따른 전지셀은 상기 전지 활성화를 위한 충방전을 수행한 후 숙성(aging) 과정을 거친 후에 가스를 제거하는 과정을 더 거칠 수 있다.The battery cell according to the present invention may be further subjected to a process of charging and discharging for activating the battery, followed by an aging process and then removing the gas.

본 발명은 상기 전지셀이 팩 케이스에 장착되어 있는 전지팩을 제공하며, 또한, 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 노트북, 휴대폰, PDP, PMP, MP3 플레이어, DSC(Digital Still Camera), DVR, 스마트 폰, GPS 시스템, 및 캠코더, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.The present invention provides a battery pack in which the battery cell is mounted on a pack case and further includes a battery pack. The device includes a notebook computer, a mobile phone, a PDP, a PMP, an MP3 player, a DSC Still Camera, a DVR, a smart phone, a GPS system, and a camcorder, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, or a power storage device.

이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.The structure of these devices and their fabrication methods are well known in the art, and a detailed description thereof will be omitted herein.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은 전지셀 제조 과정에서 전지 활성화를 위한 충방전을 음극의 평탄 전위 내의 충전 심도(SOC: State of Charge) 범위에서 수행함으로써, 상기 전지셀의 숙성(aging) 과정에서 전해액 분해 반응에 따른 표면 화학반응에 영향을 미치도록 하여, 안정된 활물질 표면 형성을 통해 전지셀의 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전지셀 제조 과정에서 충전 심도를 양극과 음극의 용량비(N/P ratio)에 따라 조절하여 전지셀의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the battery cell according to the present invention performs charging and discharging for battery activation in the battery cell manufacturing process in the range of charge state (SOC) within the flat potential of the negative electrode, aging of the electrolyte membrane, it is possible to improve the performance of the battery cell by forming a stable surface of the active material by affecting the surface chemical reaction according to the decomposition reaction of the electrolyte. In addition, (N / P ratio) to improve the performance of the battery cell.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 전위에 대한 프로파일을 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing a profile of a potential of a battery cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in further detail with reference to the following examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

양극 활물질로서 Li(Ni0.4Mn0.3Co0.3)O2 88 중량%, Super-P(도전제) 8.5 중량%, PVdF(결합제) 3.5 중량%를 NMP에 첨가하여 양극 합제를 제조하고, 상기 양극 합제를 두께 20 ㎛의 알루미늄 호일에 도포하여 양극을 제조하였다. 또한, 음극 활물질로서 Li4Ti5O12 83 중량%, Super-P(도전제) 7 중량%, PVdF(결합제) 10 중량%를 NMP에 첨가하여 음극 합제를 제조하고, 상기 음극 합제를 두께 20 ㎛의 알루미늄 호일에 도포하여 음극을 제조한 후, 분리막으로 셀가드TM를 사용하여 상기 양극 및 음극을 포함하는 전극조립체를 제조하였으며, EC 30 vol%, DMC 40 vol%, EMC 30 vol%의 혼합액에 1M LiPF6를 포함하고 있는 리튬 비수계 전해액을 첨가하여 상기 전극조립체와 함께 셀 케이스에 내장하여 SOC100의 전위가 2.75V이고, NP ratio가 0.9인 전지셀을 제조하였다. 상기 전지셀의 활성화를 위한 충전을 수행하였다.
88 wt% of Li (Ni 0.4 Mn 0.3 Co 0.3 ) O 2 , 8.5 wt% of Super-P (conductive agent) and 3.5 wt% of PVdF (binder) as a cathode active material were added to NMP to prepare a positive electrode mixture, Was applied to an aluminum foil having a thickness of 20 占 퐉 to prepare a positive electrode. Further, a negative electrode mixture was prepared by adding 83 wt% of Li 4 Ti 5 O 12, 7 wt% of Super-P (conductive agent) and 10 wt% of PVdF (binder) to the NMP as the negative electrode active material, , And an electrode assembly including the positive electrode and the negative electrode was prepared using Celgard TM as a separator, and a mixed solution of 30 vol% of EC, 40 vol% of DMC, and 30 vol% of EMC Aqueous electrolyte solution containing 1M LiPF 6 was added to the cell assembly together with the electrode assembly to prepare a battery cell having an SOC100 potential of 2.75 V and an NP ratio of 0.9. And charging for activation of the battery cell was performed.

<실험예 1><Experimental Example 1>

상기 실시예 1에서 제조된 전지셀의 충전 전위에 따른 전압을 측정하고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.The voltage according to the charging potential of the battery cell manufactured in Example 1 was measured, and the result is shown in FIG.

도 1을 참조하면, 실시예 1에서 제조한 전지셀의 음극은 SOC20 내지 SOC90의 범위에서 평탄 전위를 갖는 것으로 확인되었으며, SOC60 이상에서는 평탄 전위임에도 과전위로 인하여 전압 곡선이 기울어지기 시작함을 알 수 있다. 이에 따른 전지셀의 활성화 충전 전압은 2.1V 내지 2.25V이 바람직함을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 1, it was found that the negative electrode of the battery cell manufactured in Example 1 had a flat potential in the range of SOC20 to SOC90, and when SOC60 or higher, the voltage curve starts to be inclined due to overcharge even though the potential is flat. have. It can be confirmed that the activation charge voltage of the battery cell is preferably 2.1 V to 2.25 V.

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

전지셀의 활성화를 위한 충전을 SOC20의 범위에서 수행한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 전지셀을 제조하였다.
A battery cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that charging for activating the battery cell was performed in the range of SOC20.

<실시예 3>&Lt; Example 3 >

전지셀의 활성화를 위한 충전을 SOC40의 범위에서 수행한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 전지셀을 제조하였다.
A battery cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that charging for activation of the battery cell was performed in the range of SOC40.

<실시예 4><Example 4>

전지셀의 활성화를 위한 충전을 SOC60의 범위에서 수행한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 전지셀을 제조하였다.
A battery cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that charging for activating the battery cell was performed in the range of SOC60.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

전지셀의 활성화를 위한 충전을 SOC10의 범위에서 수행한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 전지셀을 제조하였다.
A battery cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that charging for activating the battery cell was performed in the range of SOC10.

<비교예 2>&Lt; Comparative Example 2 &

전지셀의 활성화를 위한 충전을 SOC100의 범위에서 수행한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 전지셀을 제조하였다.
A battery cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that charging for activating the battery cell was performed in the range of SOC100.

<실험예 2><Experimental Example 2>

상기 실시예 1 내지 3의 전지셀과 비교예 1 및 2의 전지셀의 1C용량을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
1C capacities of the battery cells of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were measured, and the results are shown in Table 1 below.

<실험예 3><Experimental Example 3>

상기 실시예 1 내지 3의 전지셀과 비교예 1 및 2의 전지셀을 SOC50의 범위에서 10C의 전류를 10초 동안 흐르게 하여 저항을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The battery cells of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were subjected to a current of 10 C for 10 seconds in the range of SOC50 to measure the resistance. The results are shown in Table 1 below.

구 분division 1C 용량 (mAh)1C Capacity (mAh) 저항 (Ohm)Resistance (Ohm) 실시예 2Example 2 10.2810.28 1.121.12 실시예 3Example 3 10.2710.27 1.141.14 실시예 4Example 4 10.1610.16 1.161.16 비교예 1Comparative Example 1 9.649.64 1.191.19 비교예 2Comparative Example 2 9.599.59 1.291.29

표 1에서 보이는 바와 같이, 전지셀의 활성화를 위한 충방전을 SOC20 내지 SOC60의 범위에서 수행한 실시예 1 내지 3의 전지셀들이 상기 범위를 벗어나는 범위에서 충방전을 수행한 비교예 1 및 2의 전지셀들에 비해, 큰 1C 용량과 작은 저항을 나타내는 바, 보다 우수한 전기적 특성을 발휘함을 확인할 수 있다. 특히, 가장 우수한 특성을 보이는 실시예 2의 경우, 도 1에서 보이는 바와 같이, 음극의 전위가 1.5V의 평탄 전위로 진입하는 구간임을 알 수 있다.As shown in Table 1, in Comparative Examples 1 and 2 in which charge and discharge for the activation of the battery cell were performed in the range of SOC20 to SOC60, and the battery cells of Examples 1 to 3 were charged / As compared with the battery cells, a large 1C capacity and a small resistance are exhibited, and it can be confirmed that more excellent electric characteristics are exhibited. In particular, in the case of Example 2 showing the most excellent characteristics, it can be seen that the potential of the negative electrode enters a flat potential of 1.5 V as shown in FIG.

이는 전지셀의 제조 과정에서 전지 활성화를 위한 충방전을 음극의 평탄 전위 내의 충전 심도 범위인 SOC20 내지 SOC60을 벗어나는 범위에서 충방전을 실시한 비교예 1 및 2의 경우, 전해액 분해 반응이 일어나고, 상기 전해액 분해 반응은 가스 발생과 함께, 분해 부산물을 발생시키게 되는 바, 상기 분해 부산물은 전지셀의 충방전 과정 후 숙성 과정에서의 표면 화학반응에 많은 영향을 미쳐 불안정된 활물질 표면을 형성하기 때문이다.
This is because in the case of Comparative Examples 1 and 2 in which charging and discharging for activating the battery in the manufacturing process of the battery cell were performed in charge and discharge in the range exceeding SOC20 to SOC60 in the range of filling depth in the flat potential of the cathode, electrolytic solution decomposition reaction occurred, The decomposition reaction generates a decomposition byproduct along with the generation of the gas, and the decomposition byproduct affects the surface chemical reaction during the aging process after the charging and discharging process of the battery cell to form an unstable active material surface.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.

Claims (13)

리튬 이온의 흡장 방출이 가능한 양극 및 음극과 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 셀 케이스에 내장되어 있고, 전지셀 제조 과정에서 전지 활성화를 위한 충전을 음극의 평탄 전위 내의 충전 심도(SOC: State of Charge) 범위에서 수행하는 것을 특징으로 하는 전지셀.An electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator capable of intercalating and deintercalating lithium ions is embedded in a cell case together with an electrolyte. Charging for activating the battery in a battery cell manufacturing process is performed in a SOC (State of State) of Charge). 제 1 항에 있어서, 상기 양극은 양극 활물질로서 하기 화학식 1로 표시되는 층상 구조의 리튬 금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀;
Lix(NivMnwCoyMz)O2-tAt (1)
상기 식에서,
0.8<x≤1.3, 0≤v≤0.9, 0≤w≤0.9, 0≤y≤0.9, 0≤z≤0.9, x+v+w+y+z=2, 0≤t<0.2;
M은 +2가 내지 +4가 산화수의 하나 이상의 금속 또는 전이금속 양이온이고;
A는 -1 또는 -2가의 음이온이다.
The battery cell according to claim 1, wherein the positive electrode comprises a lithium metal oxide having a layered structure represented by the following formula (1) as a positive electrode active material:
Li x (Ni v Mn w Co y M z ) O 2 -te t (1)
In this formula,
0 < = x < = 0.9, 0 &
M is at least one metal or transition metal cation of +2 to +4 oxidation numbers;
A is an anion of -1 or -2 valence.
제 2 항에 있어서, 상기 화학식 1의 산화물은 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 금속 산화물인 것을 특징으로 하는 전지셀.
Lix(NivMnwCoy)O2 (2)
상기 식에서, 0.8<x≤1.3, 0≤v≤0.9, 0≤w≤0.9, 0≤y≤0.9, x+v+w+y+z=2이다.
The battery cell according to claim 2, wherein the oxide of Formula 1 is a lithium metal oxide represented by Formula 2 below.
Li x (Ni v Mn w Co y ) O 2 (2)
In the above formula, 0.8 <x? 1.3, 0? V? 0.9, 0? W? 0.9, 0? Y? 0.9, x + v + w + y + z = 2.
제 3 항에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 리튬 금속 산화물은 Li(Ni0.4Mn0.3Co0.3)O2 또는 Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2인 것을 특징으로 하는 전지셀.4. The lithium secondary battery according to claim 3, wherein the lithium metal oxide represented by Formula 2 is Li (Ni 0.4 Mn 0.3 Co 0.3 ) O 2 or Li (Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 ) O 2 Battery cell. 제 1 항에 있어서, 상기 음극은 음극 활물질로서 하기 화학식 3으로 표시되는 리튬 금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀:
LiaM’bO4c-dAd (3)
상기 식에서, M’은 Ti, Sn, Cu, Pb, Sb, Zn, Fe, In, Al 및 Zr로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이고;
a 및 b는 0.1≤a≤12; 0.2≤b≤12의 범위에서 M’의 산화수(oxidation number)에 따라 결정되며;
c 및 d는 1≤c≤3; 0≤d<0.6의 범위에서 산화수에 따라 결정되고;
A는 -1 또는 -2가의 하나 이상의 음이온이다.
The battery cell according to claim 1, wherein the negative electrode comprises a lithium metal oxide represented by the following formula (3) as a negative electrode active material:
Li a M ' b O 4c-d A d (3)
In the above formula, M 'is at least one element selected from the group consisting of Ti, Sn, Cu, Pb, Sb, Zn, Fe, In, Al and Zr;
a and b satisfy the relations 0.1 a 12; Is determined according to the oxidation number of M 'in the range of 0.2? B? 12;
c and d satisfy 1? c? 3; 0 &lt; = d &lt;0.6;
A is one or more of an anion of -1 or -2.
제 1 항에 있어서, 상기 화학식 3으로 표시되는 리튬 금속 산화물은 하기 화학식 4로 표시되는 리튬 티타늄 산화물인 것을 특징으로 하는 전지셀;
LiaTibO4c (4)
상기 식에서, 0.5≤a≤8, 1≤b≤8.5, 1≤c≤3, a+b=3c이다.
The battery cell according to claim 1, wherein the lithium metal oxide represented by Formula 3 is lithium titanium oxide represented by Formula 4 below.
Li a Ti b O 4c (4)
In the above formula, 0.5? A? 8, 1? B? 8.5, 1? C? 3, and a + b = 3c.
제 6 항에 있어서, 상기 리튬 티타늄 산화물은 LiTi2O4 또는 Li4Ti5O12인 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to claim 6, wherein the lithium titanium oxide is LiTi 2 O 4 or Li 4 Ti 5 O 12 . 제 1 항에 있어서, 상기 음극의 평탄 전위 내의 충전 심도 범위는 음극의 전위에 대한 프로파일에서 결정되는 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to claim 1, wherein the filling depth range in the flat potential of the negative electrode is determined in a profile with respect to potential of the negative electrode. 제 8 항에 있어서, 상기 전지셀의 NP ratio가 0.9의 경우에 SOC20 내지 SOC60의 범위에서 충방전을 수행하는 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to claim 8, wherein charging and discharging are performed in the range of SOC 20 to SOC 60 when the NP ratio of the battery cell is 0.9. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 활성화를 위한 충방전을 수행한 전지셀은 숙성(aging) 과정을 거친 후에 가스를 제거하는 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to claim 1, wherein the battery cell performing the charge / discharge for activating the cell is subjected to an aging process and then the gas is removed. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 하나에 따른 전지셀이 팩 케이스에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩. A battery pack according to any one of claims 1 to 10, wherein the battery cell is mounted on the pack case. 제 11 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스. A device comprising a battery pack according to claim 11. 제 12 항에 있어서, 상기 디바이스는 노트북, 휴대폰, PDP, PMP, MP3 플레이어, DSC(Digital Still Camera), DVR, 스마트 폰, GPS 시스템, 및 캠코더, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.13. The device of claim 12, wherein the device is at least one of a notebook computer, a mobile phone, a PDP, a PMP, an MP3 player, a digital still camera (DSC), a DVR, a smart phone, a GPS system, and a camcorder, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, Or a power storage device.
KR1020140117405A 2013-09-06 2014-09-04 Secondary Battery Cell KR101588252B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130107060 2013-09-06
KR20130107060 2013-09-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150028739A true KR20150028739A (en) 2015-03-16
KR101588252B1 KR101588252B1 (en) 2016-01-25

Family

ID=53023519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140117405A KR101588252B1 (en) 2013-09-06 2014-09-04 Secondary Battery Cell

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101588252B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110135632A (en) * 2019-04-29 2019-08-16 吉林大学 PHEV adaptive optimal energy management method based on routing information
CN114080710A (en) * 2019-11-07 2022-02-22 株式会社Lg新能源 Method for manufacturing lithium secondary battery

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080042966A (en) * 2006-11-13 2008-05-16 주식회사 엘지화학 Process for preparation of prismatic secondary battery
KR20110115844A (en) * 2010-04-16 2011-10-24 주식회사 엘지화학 Method for improving cycle performance of lithium secondary battery
KR20110118225A (en) * 2010-04-23 2011-10-31 주식회사 엘지화학 Method for activating high capacity lithium secondary battery
KR20130085256A (en) * 2012-01-19 2013-07-29 삼성에스디아이 주식회사 Rechargeable lithium battery

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080042966A (en) * 2006-11-13 2008-05-16 주식회사 엘지화학 Process for preparation of prismatic secondary battery
KR20110115844A (en) * 2010-04-16 2011-10-24 주식회사 엘지화학 Method for improving cycle performance of lithium secondary battery
KR20110118225A (en) * 2010-04-23 2011-10-31 주식회사 엘지화학 Method for activating high capacity lithium secondary battery
KR20130085256A (en) * 2012-01-19 2013-07-29 삼성에스디아이 주식회사 Rechargeable lithium battery

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110135632A (en) * 2019-04-29 2019-08-16 吉林大学 PHEV adaptive optimal energy management method based on routing information
CN110135632B (en) * 2019-04-29 2022-11-25 吉林大学 PHEV self-adaptive optimal energy management method based on path information
CN114080710A (en) * 2019-11-07 2022-02-22 株式会社Lg新能源 Method for manufacturing lithium secondary battery
EP3982460A4 (en) * 2019-11-07 2022-08-10 LG Energy Solution, Ltd. Manufacturing method of lithium secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
KR101588252B1 (en) 2016-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101858729B1 (en) Positive Electrode Mix Comprising Lithium Metal Sulfur Compound and Positive Electrode Prepared from the Same
KR101625822B1 (en) Mixture for Cathode for Secondary Battery having irreversible Additives
KR20140148355A (en) Electrolyte Solution for Lithium Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Comprising The Same
KR20180002055A (en) Positive Electrode Active Material Comprising High-voltage Lithium Cobalt Oxide Having Doping element for Lithium Secondary Battery and Method of Manufacturing the Same
KR101617415B1 (en) The Method for Preparing Lithium Secondary Battery and the Lithium Secondary Battery Prepared by Using the Same
KR20180009911A (en) Positive Electrode Active Material Comprising High-voltage Lithium Cobalt Oxide for Lithium Secondary Battery and Method of Manufacturing the Same
US10008720B2 (en) Method of preparing positive electrode active material for lithium secondary batteries
KR20130116038A (en) Multi layered electrode and the method of the same
KR20160126840A (en) Cathode Active Material Particles Comprising One or More Coating Layer and Method for Preparation of the Same
KR20130117016A (en) Cathode active material having structure of high stability and lithium secondary battery comprising the same
KR20130117351A (en) The electrodes for secondary battery and the secondary battery comprising the same
KR101507450B1 (en) Lithium Battery Having Higher Performance
KR101506452B1 (en) Cathode for Secondary Battery
KR101527751B1 (en) Cathode Active Material and Lithium Secondary Battery Comprising The Same
KR101588252B1 (en) Secondary Battery Cell
KR101499588B1 (en) Electrode for Secondary Battery and Manufacturing Method thereof
KR101751009B1 (en) Mixture for Anode for Secondary Battery having irreversible Additives
KR101608635B1 (en) Anode Electrodes for Secondary Battery having High Capacity
KR20130116027A (en) The method for preparing electrodes and the electrodes prepared by using the same
KR20130117392A (en) Cathode active material having higher performance and lithium secondary battery comprising the same
KR101595328B1 (en) Anode Electrodes for Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Containing The Same
KR101493255B1 (en) The Method for Preparing Electrodes and the Electrodes Prepared by Using the Same
KR101495314B1 (en) Electrodes for Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Containing The Same
KR101666384B1 (en) Cathode Active Material for High Voltage Lithium Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Comprising the Same
KR20140008956A (en) A method of preparing anode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising anode prepared by the method

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
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190116

Year of fee payment: 4