KR20180054077A - Cylindrical lithium ion battery with small capacity and the manufactruing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 50mAh이하의 작은 용량을 사용함으로서 기존의 리튬이차전지의 제조방식을 단순화하고 안전성 향상을 위한 특수소자를 고무전에 포함함으로서 획기적으로 비용절감을 가능케 하는 원통형 리튬이온전지를 제조 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a cylindrical lithium ion battery which can remarkably reduce cost by using a small capacity of 50 mAh or less and including a special element for improving safety by simplifying a manufacturing method of a conventional lithium secondary battery, .
리튬이온 이차전지는 소형, 경량, 대용량 전지로서 1991년에 일본 소니(Sony)사에 의해 최초의 상업적 리튬이온 전지가 등장한 이래, 휴대용 전자기기의 전원으로서 널리 사용되어 왔다. 최근 들어 전자, 통신, 컴퓨터 산업의 급속한 발전에 따라 캠코더, 휴대폰, 노트북 PC등이 출현하여 눈부신 발전을 거듭하고 있으며, 이에 따라 이들 휴대용 전자정보 통신기기들을 구동할 동력원으로서 리튬이온 이차전지에 대한 수요가 나날이 증가하고 있다. Lithium ion secondary battery is a small, lightweight, large capacity battery and has been widely used as a power source for portable electronic devices since the first commercial lithium ion battery appeared in 1991 by Sony Japan. In recent years, with the rapid development of the electronics, communication, and computer industries, camcorders, mobile phones, notebook PCs, and the like have been remarkably developed and accordingly, demand for lithium ion secondary batteries Is increasing day by day.
특히 사물인터넷의 발달과 함께 스마트펜, 스마트링 등 다양한 형태의 소형전자기기들이 새로운 이차전지의 시장으로 등장하고 있고 블랙박스, 자동개폐 도어 등에 사용되는 비상전원용 백업배터리 시장도 급작한 전원 차단상황에서 기본적인 시스템을 구동하기 위해 계속적으로 증가해 가고 있다. 이러한 비상전원용 전지는 순간의 높은 전류가 필요하기 때문에 고출력이 필요하지만 짧은 시간(수초-수분)만 백업만 해주면 되므로 소용량만 필요로 한다. 현재 시장에 통용되고 있는 이차전지는 소용량의 고출력전지가 개발되어 있지 않아 현재는 슈퍼캡이 사용되고 있지만 용량이 낮아 불필요하게 큰 정전용량 및 큰 사이즈를 사용해야한다. 하지만 요즈음 IT는 박형화되고 있는 추세여서 슈퍼캡으로서도 소용량 고출력 전지 시장에 사용하기에는 부적절한 상황이다.Especially, with the development of the Internet of things, various types of small electronic devices such as smart pen and smart ring are emerging as a new secondary battery market, and emergency battery backup battery market used for black box and automatic opening / It is continuously increasing to run basic systems. Since such an emergency power source battery requires a high current for a moment, a high output is necessary, but only a small capacity is needed since it is required to back up only a short time (several seconds to several minutes). Currently, the secondary battery used in the market has not developed a small-capacity high-output battery, and now super-cap is used, but the capacity is low and unnecessarily large capacitance and large size should be used. However, since IT is becoming thinner these days, it is inadequate to use it as a super cap in the small capacity high power battery market.
상술한 바와 같이 소용량 고출력전지를 가능하게 하도록 고출력이 가능한 음극, 양극 소재를 사용하고 기존의 제조방식을 단순화하고 안전성 향상을 위한 특수소자를 고무전에 포함함으로서 획기적으로 비용절감을 가능케 하는 소형의 원통형 리튬이온전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. As described above, the use of a cathode and a cathode material capable of high output to enable a small-capacity high-output battery and simplifying the conventional manufacturing method and incorporating a special element for improving safety, And an object thereof is to provide an ion battery and a manufacturing method thereof.
본 발명은 고율출력을 가능케 하도록 하는 음극으로 인조흑연, 스피넬 리튬티타네이트, 소프트 카본 등을 사용한 리튬이차전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is an object of the present invention to provide a lithium secondary battery using artificial graphite, spinel lithium titanate, soft carbon, or the like as a negative electrode capable of high output, and a method of manufacturing the same.
본 발명은 고율출력을 가능케 하도록 하는 양극으로 리튬망가네이트, 리튬니켈코발트망간산화물을 사용한 리튬이차전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention provides a lithium secondary battery using lithium manganate, lithium nickel cobalt manganese oxide as an anode to enable a high output, and a method for manufacturing the same.
그리고 더욱 상세하게는, 이차전지 제조공정과 동일하되 기존의 용량이 큰 원통형전지에 포함되는 안전성소자인 전류차단소자(CID)를 생략하고 고무전에 PTC소자을 포함하여 제조공정의 단순화 및 코스트 절감이 가능한 리튬이차전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. More specifically, it is possible to simplify the manufacturing process and reduce the cost by including the PTC element before the rubber, omitting the current interruption element (CID), which is the same as the secondary battery manufacturing process, which is a safety element included in the conventional large- It is an object of the present invention to provide a lithium secondary battery and a manufacturing method thereof.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 급속 출력특성이 우수한 음, 양극소재를 사용하고 단순한 공정 및 최소한의 안전성 디바이스를 포함하여 소용량 고출력 리튬이차전지를 구현하려고 한다.In order to achieve the above object, the present invention attempts to realize a small-capacity, high-output lithium secondary battery using a negative electrode material excellent in rapid output characteristics and including a simple process and a minimum safety device.
본 발명은 고율출력을 가능케 하도록 하는 음극으로 인조흑연, 스피넬 리튬티타네이트, 소프트 카본 등을 사용한 리튬이차전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is an object of the present invention to provide a lithium secondary battery using artificial graphite, spinel lithium titanate, soft carbon, or the like as a negative electrode capable of high output, and a method of manufacturing the same.
본 발명은 고율출력이 가능한 양극으로 리튬망가네이트, 삼성분계인 리튬니켈코발트망간산화물을 사용한 리튬이차전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention provides a lithium secondary battery using lithium manganate, lithium tin oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide as a positive electrode capable of high output and a method for manufacturing the same.
그리고 더욱 상세하게는, 이차전지 제조공정과 동일하되 기존의 용량이 큰 원통형전지에 포함되는 안전성소자인 전류차단소자(CID)를 생략하고 고무전에 PTC소자만을 포함하여 제조공정의 단순화 및 코스트 절감이 가능한 리튬이차전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. More particularly, the present invention provides a method of manufacturing a secondary battery, which is the same as a secondary battery manufacturing process, except that a current blocking device (CID), which is a safety device included in a conventional cylindrical battery, is omitted, And a method for producing the lithium secondary battery.
본 발명에 따라 제조된 소용량 고출력 리튬이차전지는 작은 용량으로 큰 전류가 가능하여 슈퍼캡의 용량 부족과 리튬이차전지의 출력부족을 보완할 수 있어 비상전원 및 순간 고출력을 요하는 IT기기 등에 효과적으로 적용될 수 있다.The small-capacity high-output lithium-ion secondary battery manufactured in accordance with the present invention can compensate for the insufficient capacity of the super-cap and the power shortage of the lithium secondary battery by enabling a large current with a small capacity and is effectively applied to IT devices requiring emergency power and instantaneous high- .
도1은 본 발명에 따른 소형 고출력 원통형 리튬이차전지의 제조방법에 대한 전체적인 공정 순서도이다.
도2은 고무전에 포함된 PTC소자에 대한 표시도이다
도3은 본발명에 따른 실시예1의 방전전류에 따른 특성 그래프이다.
도4은 본발명에 따른 실시예1과 비교예1의 과충전 특성 그래프이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a whole process flowchart of a method for manufacturing a small-sized high-output cylindrical lithium secondary battery according to the present invention.
Figure 2 is a representation of a PTC device included before the rubber
3 is a characteristic graph according to the discharge current according to the first embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the overcharge characteristics of Example 1 and Comparative Example 1 according to the present invention.
이하 첨부한 도면들을 참고하여 본 발명에 따른 소형 고출력 원통형 리튬이차전지 및 그 제조방법의 구성에 대하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a compact high-output cylindrical lithium secondary battery according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
우선, 본 발명은 고출력이 가능한 음극, 양극소재를 사용하여 음극, 양극 전극을 제조하고 분리막과 함께 롤형태로 권취하는 제1공정, PTC소자를 포함한 고무전을 제조하는 제2공정, 권취된 젤리롤을 캔내에 삽입하여 전해액을 주입하고 비딩 및 커링을 통하여 전지를 완성하는 제3공정으로 이루어져 있으며, 더 구체적으로 설명하면서 발명의 기술적 구성과 효과를 보다 상세하게 설명하도록 한다. First, the present invention relates to a process for producing a rubber bat- tery including a PTC device, a process for producing a negative electrode and an anode using a negative electrode and a positive electrode capable of high output, And a third step of inserting a roll into the can to inject the electrolyte solution and completing the battery through beading and curling. The technical structure and effect of the invention will be described in more detail.
<제1공정: ≪ First Step: 젤리롤Jelly roll 조립공정> Assembly process>
고출력이 가능한 음극, 양극소재를 사용하여 양극, 음극 전극을 제조하고 전극 단자를 각 전극에 용접한 후에 전해액 및 분리막과 함께 롤형태로 권취한다.Anodes and cathodes are fabricated using cathode and anode materials capable of high output, electrode terminals are welded to each electrode, and then rolled together with the electrolyte and separator.
상기 양극판은 양극활물질 88~96 중량%에 도전제 2~6 중량%와 PvdF(Polyvinylidene fluoride) 2~4 중량%를 첨가하여 조성된 혼합물을 N-메칠피롤리돈(N-methylpyrrolidone)에 20 ~ 60℃ 온도로 녹여 제조한다.The positive electrode plate was prepared by adding 2 to 6% by weight of a conductive agent and 2 to 4% by weight of PvdF (polyvinylidene fluoride) to 88 to 96% by weight of a positive electrode active material, 60 ° C.
상기 양극전극은 LiMn2O4, LiNi1-x-yCoxMnyO2으(0.05 ≤ x ≤ 0.7, 0≤y≤0.5)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 1종 이상으로 조성된다.The anode electrode is made of at least one selected from the group consisting of LiMn 2 O 4 , LiNi 1-x-yCoxMnyO 2 (0.05 ≤ x ≤ 0.7, 0 ≤ y ≤ 0.5).
상기 도전제는 아세틸렌블랙 또는 흑연을 사용하며, 바람직하게는 아세틸블랙을 사용한다.The conductive agent may be acetylene black or graphite, preferably acetyl black.
상기 음극전극은 음극활물질 88 ~ 96중량%에 도전제 1 ~ 3중량%와 PvdF 4 ~ 10중량%를 첨가하여 조성된 혼합물을 N-메칠피롤리돈(N-methylpyrrolidone)에 20 ~ 60℃ 온도로 녹여 제조한다.The negative electrode was prepared by adding 1 to 3% by weight of a conductive agent and 4 to 10% by weight of PvdF to 88 to 96% by weight of an anode active material, and adding the resulting mixture to N-methylpyrrolidone at 20 to 60 ° C .
상기 음극활물질은 흑연, 코크스, 하드카본 중에서 선택되는 어느 1종 이상으로 조성된다.The negative electrode active material is composed of at least one selected from graphite, coke, and hard carbon.
상기 음극제를 위한 도전제로는 아세틸렌블랙 또는 흑연을 사용하며, 바람직하게는 아세틸블랙을 사용한다.Acetylene black or graphite is preferably used as the conductive agent for the negative electrode, and acetyl black is preferably used.
상기의 분리막은 폴리올레핀계 분리막으로서 PE 단층, PP단층 또는 PE와 PP의 다층으로 구성된 것이거나 폴리올레핀계 분리막 위에 고분자 코팅된 구조 또는 폴리올레핀 고분자와 다른 고분자를 혼합 것 등을 포함한다.The separation membrane may be a PE monolayer, a PP monolayer, or a multilayer of PE and PP, a polymer-coated structure on a polyolefin separator, or a mixture of a polyolefin polymer and another polymer.
권취전에 음양극 단자를 가각 전극 특정 위치에 용접한 후에 권취를 진행하지만 권취 전후에 관계없이 편리성에 따라서 용접할 수 있다.The negative electrode terminal is wound at a specific electrode position before winding, and then the winding is carried out. However, regardless of before and after winding, welding can be performed according to convenience.
<제2공정: ≪ Second Step: 고무전Rubber I 제조 공정> Manufacturing process>
고무전에 도2와 같이 PTC 소자를 포함하여 전지의 온도가 고온에 도달할 때에 회로를 차단하여 더 이상의 전류가 흐르지 않도록 한다. As shown in FIG. 2, the rubber includes the PTC element so that when the temperature of the battery reaches a high temperature, the circuit is cut off so that no further current flows.
상기에 사용된 고무전은 부틸렌고무를 사용하여 외부 가스를 완전 차단하도록 한다.The rubber gas used in the above operation is to completely block the external gas by using butylene rubber.
고무전 내부에 사용된 PTC 소자는 전지 내부 온도가 120 ??170 oC 사이일 때에 전지를 차단할 수 있는 소자로 사용하되 바람직하기는 130-150 oC가 가장 적합하다. The PTC device used inside the rubber can be used as a device that can shut off the battery when the internal temperature of the battery is between 120 ° C and 170 ° C, but preferably 130 ° C to 150 ° C.
<제3공정: 전지제조 공정>≪ Third Process: Battery Manufacturing Process >
제1공정에서 제조된 젤리롤에 음양극 단자와 고무전을 연결한 후에 원통형 캔에 집어넣고 리튬염이 포함된 전해액을 정액 주입한 후에 비딩 및 커링을 통해서 전지를 제조한다.The positive electrode terminal and the rubber electrode are connected to the jelly roll manufactured in the first step, and then the electrode is inserted into the cylindrical can. The electrolyte containing the lithium salt is injected into the electrode, followed by beading and curling.
상기 전해액의 용매로는, 예를 들면 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트 및 비닐렌 카보네이트 등의 환상 카보네이트와, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트 및 디프로필 카보네이트 등의 사슬형 카보네이트(carbonate), 포름산 메틸, 초산 메틸, 프로피온산 메틸 및 프로피온산 에틸 등의 지방족 카르본산 에스테르, 그리고 감마-부틸로 락톤 등의 환상 카르본산 에스테르 등을 사용할 수 있다. 이 중에서 특히 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트의 환상 카보네이트와 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트의 사슬형 카보네이트를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. Examples of the solvent for the electrolytic solution include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and vinylene carbonate, and cyclic carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and dipropyl carbonate ), Aliphatic carboxylic acid esters such as methyl formate, methyl acetate, methyl propionate and ethyl propionate, and cyclic carboxylic acid esters such as gamma-butylolactone. Of these, it is particularly preferable to use a mixture of a cyclic carbonate of ethylene carbonate and propylene carbonate with a chain carbonate of dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate.
그리고 상기 전해액의 용매에 용해되는 리튬염으로는 과염소산리튬(LiClO4), LiBF4, 육불화인산리튬(LiPF6), LiAlCl4, LiSbF6, LiSCN, LiCF3SO3, LiCF3CO2, Li(CF3SO2)2, LiAsF6, LiN(CF3SO2)2, LiB10Cl10, 저급 지방족 카르본산 리튬, 클로로 보란 리튬, 사 페닐 붕산 리튬 또는 LiN(CF3SO2)(C2F5SO2), LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2 및 LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)등의 이미드(imide)류 물질을 사용할 수 있다. 이들 리튬열들은 각각 단독으로 사용될 수도 있고 또는 본 발명의 효과를 손상시키지 않은 범위에서 임의로 조합하여 사용될 수도 있다. 이들 중에서 특히 육불화인산리튬(LiPF6)를 포함하여 전해액의 리튬염으로서 사용하는 것이 바람직하다. LiBF 4 , lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), LiAlCl 4 , LiSbF 6 , LiSCN, LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li (LiClO 4 ) (CF3SO 2) 2, LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2) 2, LiB 10
다음으로 본 발명의 제1실시예와 제1비교예들을 들어서 본 발명의 구성을 보다 구체적으로 설명한다. 단, 이하의 실시예에 의해서 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. Next, the configuration of the present invention will be described in more detail with reference to the first embodiment and the first comparative example of the present invention. However, the scope of the present invention is not limited by the following examples.
실시예1Example 1
음극으로는 LTO(포스코이에스엠)를 사용하고 양극으로는 스피넬LMO(Nikki)를 사용하여 각각 전극을 제조하고 제조한 전극에 단자를 용접한 후에 분리막과 함께 권취하여 젤리롤을 만들어 구성하고 08020사이즈의 캔 내부에 젤리롤를 삽입하고 PTC소자가 포함된 고무전을 단자에 연결한 후에 전해액(1.2M LiPF6 in EC/EMC(1/2, v/v))을 주입하고 비딩과 커링후 14mAh용량의 소용량, 고출력 리튬이차전지를 제조하였다.LTO (POSCO SM) was used as a cathode and Spinel LMO (Nikki) was used as an anode. Terminals were welded to electrodes manufactured by winding them together with a separator to form a jelly roll. After inserting a jelly roll inside the can and connecting the rubber gun with the PTC device to the terminal, inject the electrolyte (1.2M LiPF 6 in EC / EMC (1/2, v / v)), A small capacity, high power lithium secondary battery was produced.
비교예1Comparative Example 1
고무전에 PTC소자를 포함하지 않은 것만 다르고 실시예와 동일함.It is the same as the embodiment except that the rubber does not include the PTC element before.
실시예1에서 제조된 전지를 20mA전류로 1.65V까지 충전 후 1.65V에서 차단전류를 0.7mA로 하여 정전압으로 충전하고 각 14mA, 140mA, 420mA, 700mA, 1000mA, 1400mA에서 방전한 테스트 결과가 아래 표1와 도3와 같다.Test results obtained by charging the battery manufactured in Example 1 up to 1.65 V with a current of 20 mA and discharging at a constant voltage of 1.65 V and a shutdown current of 0.7 mA at 14 mA, 140 mA, 420 mA, 700 mA, 1000 mA and 1400 mA, 1 and Fig. 3, respectively.
<방전전류에 따른 용량>≪ Capacitance according to discharge current >
위 표1을 참고하면, 50C의 전류인 700mA에서도 1C 전류인 14mA의 용량에 비해 82%를 유지하는 우수한 고율특성을 나타내고 있다.Referring to Table 1 above, even at a current of 700 mA at 50 C, it shows an excellent high rate characteristic which maintains 82% as compared with the capacity of 14 mA at 1 C current.
실시예1과 비교예1에서 제조된 전지를 동일한 조건하에서 과충전을 실시하였다. 14mA로 20V까지 충전하고 20V에서 10분간 유지하는 실험에서 비교예1은 20V 상승후 전류가 급격히 상승하면서 전지가 발화, 폭발하였고 실시예1의 전지는 PTC소자가 작동하여 회로를 차단 열폭주를 막아주는 효과가 있었다.The batteries produced in Example 1 and Comparative Example 1 were overcharged under the same conditions. In the experiment in which the battery was charged up to 20 V at 14 mA and kept at 20 V for 10 minutes, the battery was ignited and exploded while the current rapidly increased after the rise of 20 V in Comparative Example 1. In the battery of Example 1, the PTC device was operated to block the circuit. It was effective.
<과충전 테스트 결과><Overcharge test result>
부호의 설명Explanation of symbols
Claims (1)
(b) 고무전에 PTC 소자를 포함하여 전지의 온도가 고온에 도달할 때에 회로를 차단하여 더 이상의 전류가 흐르지 않도록 하되, 상기 고무전은 부틸렌고무를 사용하여 외부 가스를 완전 차단하도록 하는, 제2단계;
(c) 상기 제1공정에서 제조된 젤리롤에 음양극 단자와 고무전을 연결한 후에 원통형 캔에 집어넣고 리튬염이 포함된 전해액을 정액 주입한 후에 비딩 및 커링을 통해서 전지를 제조하는 제3단계;를 포함하며,
상기 양극판은 양극활물질 88~96 중량%에 도전제 2~6 중량%와 PvdF(Polyvinylidene fluoride) 2~4 중량%를 첨가하여 조성된 혼합물을 N-메칠피롤리돈(N-methylpyrrolidone)에 20 ~ 60℃ 온도로 녹여 제조하는 것을 특징으로 하는, 원통형 소용량 리튬이온전지의 제조방법.(a) a first step of preparing positive and negative electrodes by using a cathode and a cathode material capable of high output, winding electrode terminals to each electrode, and then winding the same in a roll form together with an electrolyte and a separator;
(b) a step of blocking the circuit when the temperature of the battery reaches a high temperature by including the PTC element before the rubber so that no more current flows, and the rubber gas is completely blocked by the butylene rubber Step 2;
(c) a negative electrode terminal and a rubber electrode are connected to a jelly roll manufactured in the first process, and then the electrode is inserted into a cylindrical can, and an electrolyte solution containing lithium salt is injected into the electrode, followed by beading and curling, Comprising:
The positive electrode plate was prepared by adding 2 to 6% by weight of a conductive agent and 2 to 4% by weight of PvdF (polyvinylidene fluoride) to 88 to 96% by weight of a positive electrode active material, adding 20 to 50% by weight of N-methylpyrrolidone, At a temperature of 60 占 폚, to prepare a cylindrical small-capacity lithium ion battery.
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- 2016-11-15 KR KR1020160151587A patent/KR20180054077A/en not_active Application Discontinuation
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WO2020111595A1 (en) * | 2018-11-30 | 2020-06-04 | 주식회사 엘지화학 | Cylindrical secondary battery comprising piezoelectric element and thermoelectric element |
JP2021516849A (en) * | 2018-11-30 | 2021-07-08 | エルジー・ケム・リミテッド | Cylindrical secondary battery including piezoelectric and thermoelectric elements |
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