KR20190061297A - Three-Electrode Coin Cell with Low Overpotential - Google Patents

Three-Electrode Coin Cell with Low Overpotential Download PDF

Info

Publication number
KR20190061297A
KR20190061297A KR1020170159521A KR20170159521A KR20190061297A KR 20190061297 A KR20190061297 A KR 20190061297A KR 1020170159521 A KR1020170159521 A KR 1020170159521A KR 20170159521 A KR20170159521 A KR 20170159521A KR 20190061297 A KR20190061297 A KR 20190061297A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
working
cell
reference electrode
working electrode
Prior art date
Application number
KR1020170159521A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102021895B1 (en
Inventor
정규남
이종원
양정훈
신현섭
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020170159521A priority Critical patent/KR102021895B1/en
Publication of KR20190061297A publication Critical patent/KR20190061297A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102021895B1 publication Critical patent/KR102021895B1/en

Links

Images

Classifications

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

Abstract

The present invention relates to a three-electrode coin cell comprising a reference electrode capable of accurately measuring electrode potential without increasing the cell resistance between a working electrode and a counter electrode, and to a method for manufacturing the same. The three-electrode coin cell according to the present invention enhances the evaluation properties of the three-electrode cell by simultaneously measuring the battery potential (potential difference between the working electrode and the counter electrode) and accurate electrode potential (the working electrode and the counter electrode) even under high current density battery operating condition, thereby being usefully used in secondary batteries such as lithium ion batteries.

Description

과전압 특성이 개선된 삼전극 코인셀{Three-Electrode Coin Cell with Low Overpotential}Electrode Coin Cell with Low Overpotential < RTI ID = 0.0 >

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

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

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

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

이에, 본 발명에서는 상기 종래 기술의 문제점을 고려하여, 작동 전극과 대전극 사이의 셀 저항을 높이지 않으면서, 전극 전위를 정확하게 측정할 수 있는 기준 전극을 포함하고, 이로 인해 높은 전류밀도의 전지 작동 조건하에서도 전지 전위(작동 및 대전극 사이 전위차) 뿐만 아니라, 정확한 전극 전위(작동 전극 및 대전극)를 동시에 측정할 수 있는 삼전극 코인셀을 제조함으로써, 본 발명을 완성하였다.Therefore, in consideration of the problems of the prior art, the present invention includes a reference electrode capable of accurately measuring the electrode potential, without increasing the cell resistance between the working electrode and the counter electrode, Electrode coin cell capable of simultaneously measuring the electrode potential (working electrode and counter electrode) as well as the cell potential (potential difference between the working electrode and the charging electrode) under the operating conditions.

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

종래 이차전지의 전극 전위를 측정하기 위한 삼전극 셀은 작동 전극과 대전극 사이에 기준전극을 삽입하기 위하여, 작동전극과 대전극 사이 간격을 벌리게 되며 이로인해 셀의 IR 저항이 올라가 과전압 특성이 중요한 시스템에서는 적용이 용이치 않거나, 삼전극 셀의 부피를 키워서 측정해야하는 문제점이 있으며, 이는 궁극적으로 이차전지의 정확한 실제 전위 측정을 어렵게 하는 문제가 있다. Conventionally, a three-electrode cell for measuring the electrode potential of a secondary battery has a gap between a working electrode and a charging electrode in order to insert a reference electrode between the working electrode and the charging electrode, thereby increasing the IR resistance of the cell, There is a problem in that it is not applicable to the system or it is necessary to measure by increasing the volume of the three electrode cell, which ultimately makes it difficult to accurately measure the actual potential of the secondary battery.

본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 고려하여, 작동 전극과 대전극 사이의 셀 저항을 높이지 않으면서, 전극 전위를 정확하게 측정할 수 있는 기준 전극을 포함하는 삼전극 코인셀 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것으로써, 이로 인해 높은 전류밀도의 전지 작동 조건하에서도 전지 전위(작동 및 대전극 사이 전위차) 뿐만 아니라, 정확한 전극 전위(작동 전극 및 대전극)을 동시에 측정하여 삼전극 셀의 평가 특성을 향상시킬 수 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a three-electrode coin cell including a reference electrode capable of accurately measuring the electrode potential without increasing the cell resistance between the working electrode and the counter electrode, (Operation electrode and counter electrode) as well as cell potential (potential difference between operation and counter electrode) as well as accurate electrode potential (working electrode and counter electrode) under battery operating conditions of high current density, The characteristics can be improved.

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

본 발명은 The present invention

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

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

상기 전극군 간의 전기적인 접촉을 막아주며, 이온 이동이 가능한 전해액이 함침된 분리막; 및 A separation membrane impregnated with an electrolytic solution capable of ion-transferring to prevent electrical contact between the electrode groups; And

상기 전극군, 전해액 및 분리막을 포함하는 구성물이 밀봉된 상태로 내장되어 있는 코인 형태의 하우징;을 포함하는 삼전극 코인셀을 제공한다.And a coin-shaped housing in which a structure including the electrode group, the electrolyte, and the separator is embedded in a sealed state.

또한, 본 발명은In addition,

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

2) 하부케이스; 대전극; 제 1 분리막; 가스캣; 제 2 분리막; 작동 전극; 및 상부케이스 순으로 적층하고, 가스캣 공극부에 기준전극을 삽입하여, 구성물들이 코인 형태의 하우징 내에 밀봉된 상태로 내장하는 단계;를 포함하는, 삼전극 코인셀의 제조 방법을 제공한다.2) Lower case; Counter electrode; A first separation membrane; Gas Cat; A second separation membrane; Working electrode; And the upper case are stacked in this order, and the reference electrode is inserted into the gasket void portion, and the components are housed in the coin-shaped housing in a sealed state.

아울러, 본 발명은In addition,

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

본 발명은 작동 전극과 대전극 사이의 셀 저항을 높이지 않으면서, 전극 전위를 정확하게 측정할 수 있는 기준 전극을 포함하는 삼전극 코인셀을 제조하는 기술로써, 이로 인해 높은 전류밀도의 전지 작동 조건하에서도 전지 전위(작동 및 대전극 사이 전위차) 뿐만 아니라, 정확한 전극 전위(작동 전극 및 대전극)을 동시에 측정하여 삼전극 셀의 평가 특성을 향상시킬 수 있다.The present invention is a technique for manufacturing a three-electrode coin cell including a reference electrode capable of accurately measuring the electrode potential, without increasing the cell resistance between the working electrode and the counter electrode, The evaluation characteristic of the three electrode cell can be improved by simultaneously measuring the accurate electrode potential (working electrode and counter electrode) as well as the cell potential (potential difference between the operation and the charging electrode).

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

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

본 발명은 이차전지의 작동 전위차를 측정하기 위한 삼전극 셀로서, 상기 삼전극 셀은 작동 전극, 대전극 및 기준전극을 포함하는 전극군; 상기 전극군간의 전기적인 접촉을 막아주며, 이온 이동이 가능한 전해액이 함침된 분리막; 및 상기 구성물이 밀봉된 상태로 내장되어 있는 코인 형태의 하우징;을 포함하는 삼전극 코인셀을 제공한다.A three electrode cell for measuring a working potential difference of a secondary battery, wherein the three electrode cell comprises an electrode group including a working electrode, a counter electrode and a reference electrode; A separation membrane impregnated with an electrolytic solution capable of ionic movement and preventing electrical contact between the electrode groups; And a coin-shaped housing in which the structure is embedded in a sealed state.

상기 삼전극 셀은 작동 전극, 대전극 및 기준전극으로 이루어진 전극군으로 구성이 되는데, 작동 전극 및 대전극의 경우 일반적으로 전류 집전체 위에 전극 물질을 도포하여, 코인셀의 외장재 및 스페이서 등에 전기적 및 물리적으로 접착이 잘 이루어져, 코인셀로 조립이 가능한 형태이면 큰 문제가 없다. In the case of the working electrode and the counter electrode, in general, the electrode material is coated on the current collector to electrically and electrically connect the coin cell to the outer casing and the spacer. There is no big problem if it is physically adhered well and can be assembled into a coin cell.

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

상기 기준 전극의 전류 집전체 중 코인셀 케이스와 맞닿는 부분은 셀 단락을 막기 위한 절연층이 도포되어 있는 것이 바람직하다. 전류 집전체로는 기준전극으로 사용되는 물질과 부반응이 없는 금속 재질로 Al, Ni, Cu, Ti 등을 사용할 수 있으며, 자립형태가 가능하다면, 전도성이 뛰어난 탄소계 집전체도 가능하다. 상기 절연층으로는 일반적으로 PTFE 소재를 코팅하여 사용하는 것이 바람직하나, 그 외에도 전기적으로 절연이 가능하고 얇게 도포 및 부착이 가능하다면, 소재 자체에 제약을 두지는 않는다. It is preferable that a portion of the current collector of the reference electrode which contacts the coin cell case is coated with an insulating layer for preventing a cell short circuit. As the current collector, Al, Ni, Cu, Ti, etc. can be used as a reference electrode and a metal material having no side reaction, and a carbon-based current collector having excellent conductivity can also be used if the self-sustaining type is possible. The insulating layer is preferably coated with a PTFE material. However, if the insulating layer can be electrically insulated and can be thinly coated and adhered, the material itself is not limited.

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

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

셀 밀봉이 이루어지면서, 기준 전극이 삽입될 수 있도록, 가스캣 상하부에 공극부를 만들어 주어야 한다. 상기 공극부가 없이 기준전극을 삽입하게 되면, 코인셀 조립시 기준전극이 코인셀 접합면에서 끊어져 절단되는 문제점이 발생하여, 기준 전극이 동작할 수 없게 된다. 상기 공극부의 크기가 커지면 셀 조립 후, 코인셀 밀봉이 어려워, 전해액 누수 및 외부 공기 유입으로 인한 오염이 발생할 수 있다. As the cell sealing is performed, a void portion should be formed in the upper and lower portions of the gaskets so that the reference electrode can be inserted. If the reference electrode is inserted without the gap, there is a problem that the reference electrode is cut off at the coin cell bonding surface during assembly of the coin cell, so that the reference electrode can not operate. When the size of the air gap is increased, it is difficult to seal the coin cell after assembling the cell, so that electrolyte leakage and contamination due to external air inflow may occur.

상기 작동 전극(양극)의 활물질은 리튬전지에서 통상적으로 사용되는 것이면 제한 없이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, LiCoO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiNi1 - xMnxO2 (0<x<1), LiNi1 -x- yCoxMnyO2 (0<x<0.5, 0<y<0.5), LiFePO4, TiS2, FeS2의 리튬전이금속산화물, 전이금속황화물 등일 수 있다. The active material of the working electrode (anode) can be used as long as it is commonly used in a lithium battery. For example, LiCoO 2, LiMnO 2, LiMn 2 O 4, LiNi 1 - x Mn x O2 (0 <x <1), LiNi 1 -x- y Co x Mn y O 2 (0 <x <0.5, 0 <y <0.5), lithium transition metal oxide of LiFePO 4 , TiS 2 , FeS 2 , transition metal sulfide, and the like.

상기 대전극(음극) 활물질은 리튬전지에서 통상적으로 사용되는 것이면 제한 없이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 리튬 금속, 리튬과 합금 가능한 금속, 금속산화물 및 탄소계 재료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬과 합금 가능한 금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi 등을 들 수 있으며, 상기 금속산화물로는 리튬티탄 산화물, SnO2, SiOx(0<x<2) 등이다. 탄소계 재료로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다.The positive electrode (negative electrode) active material can be used as long as it is commonly used in a lithium battery. For example, at least one selected from the group consisting of a lithium metal, a metal capable of alloying with lithium, a metal oxide, and a carbon-based material. For example, examples of the metal capable of being alloyed with lithium include Si, Sn, Al, Ge, Pb and Bi. Examples of the metal oxide include lithium titanium oxide, SnO 2 , SiO x to be. The carbon-based material may be crystalline carbon, amorphous carbon, or a mixture thereof.

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

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

상기 전해질은 다공성 분리막(separator)에 함침되어 사용될 수 있다. 상기 분리막으로는 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용 가능하다. 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함침 능력이 우수한 것이 바람직하다. 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것으로서, 부직포 또는 직포 형태이어도 무방하다. 구체적으로, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 권취 가능한 세퍼레이터 또는 유기전해액 함침 능력이 우수한 세퍼레이터가 사용된다.The electrolyte may be impregnated into a porous separator. The separator may be any of those conventionally used in lithium batteries. Particularly, it is preferable that the electrolytic solution has a low resistance against the ion movement of the electrolyte and an excellent electrolytic solution impregnation ability. For example, selected from glass fiber, polyester, Teflon, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), or a combination thereof, and may be nonwoven fabric or woven fabric. Specifically, a windable separator such as polyethylene, polypropylene or the like, or a separator excellent in the ability to impregnate the organic electrolyte is used.

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

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

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

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

상기 기준 전극의 전류 집전체 중 코인셀 케이스와 맞닿는 부분은 셀 단락을 막기 위한 절연층이 도포되어 있는 것이 바람직하다. 전류 집전체로는 기준전극으로 사용되는 물질과 부반응이 없는 금속 재질로 Al, Ni, Cu, Ti 등을 사용할 수 있으며, 자립형태가 가능하다면, 전도성이 뛰어난 탄소계 집전체도 가능하다. 상기 절연층으로는 일반적으로 PTFE 소재를 코팅하여 사용하는 것이 바람직하나, 그 외에도 전기적으로 절연이 가능하고 얇게 도포 및 부착이 가능하다면, 소재 자체에 제약을 두지는 않는다. It is preferable that a portion of the current collector of the reference electrode which contacts the coin cell case is coated with an insulating layer for preventing a cell short circuit. As the current collector, Al, Ni, Cu, Ti, etc. can be used as a reference electrode and a metal material having no side reaction, and a carbon-based current collector having excellent conductivity can also be used if the self-sustaining type is possible. The insulating layer is preferably coated with a PTFE material. However, if the insulating layer can be electrically insulated and can be thinly coated and adhered, the material itself is not limited.

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

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

상기 이차전지는 리튬 이온 전지인 것이 바람직하다.The secondary battery is preferably a lithium ion battery.

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

실시예Example 1 One

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

실시예 2Example 2

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

비교예Comparative Example 1 One

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

비교예Comparative Example 2 2

제 2 분리막을 제 1 분리막과 동일한 크기로 적용하고, 기준 전극을 추가하지 않고, 가스켓의 홈을 만들지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 삼전극 코인셀을 제조하였다.A three-electrode coin cell was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the second separation membrane was applied in the same size as the first separation membrane, no reference electrode was added, and no grooves were formed in the gasket.

비교예Comparative Example 3 3

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

비교예Comparative Example 4 4

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

평가예 1: 과전압 특성 비교를 위한 전류밀도별 충전 성능 측정Evaluation Example 1: Measurement of charging performance by current density for comparison of overvoltage characteristics

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

0.5C 저전류에는 비교예 4를 제외하고는 비슷한 충전 성능을 보이고 있으며, 6C 고전류 조건에도 비교예 4의 과전압 특성이 가장 떨어짐을 확인하였다. 6C 전류조건에서, 비교예 2 및 비교예 3도, 비교예 1, 및 실시예 1 및 2와 비교하여 과전압 특성이 저하되는 것을 알 수 있었다. 실시예 1 및 실시예 2는 충전 초기를 제외하고는 2전극셀인 비교예 1과 거의 유사한 과전압 특성을 나타내는 것을 알 수 있었다.The similar charging performance was observed at 0.5 C low current except for Comparative Example 4 and the overvoltage characteristic of Comparative Example 4 was found to be lowest even at 6 C high current condition. It was found that the overvoltage characteristics were lowered in Comparative Example 2 and Comparative Example 3, Comparative Example 1, and Examples 1 and 2 under the 6C current condition. It can be seen that Examples 1 and 2 exhibit an overvoltage characteristic substantially similar to Comparative Example 1 which is a two-electrode cell except for the initial stage of charging.

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

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

도 4는 실시예 1을 통해 제작된 삼전극 셀의 전류밀도별 충전 거동을 나타낸 결과이다. 비교예 1과 같은 2전극 셀에서는 작동 전극과 대전극 사이의 전압 값만을 측정할 수 있는데 반하여, 도 4에 나타낸 바와 같이 실시예 1의 삼전극 셀에서는 작동 전극과 대전극 사이의 전압 값(검은색 선) 뿐만 아니라, 작동 전극 및 대전극의 전압 값 (기준 전극 대비)도 동시에 성공적으로 측정이 가능한 것을 확인할 수 있었다. FIG. 4 is a graph showing a charging behavior of the three electrode cell fabricated through Example 1 according to the current density. In the two-electrode cell of Comparative Example 1, only the voltage value between the working electrode and the counter electrode can be measured. On the other hand, as shown in FIG. 4, in the three-electrode cell of Example 1, the voltage value between the working electrode and the counter electrode Color line) as well as the voltage value of the working electrode and the counter electrode (as compared with the reference electrode).

Claims (9)

이차전지의 작동 전위차를 측정하기 위한 삼전극 셀로서, 상기 삼전극 셀은
작동 전극, 대전극 및 기준전극을 포함하는 전극군;
상기 전극군 간의 전기적인 접촉을 막아주며, 이온 이동이 가능한 전해액이 함침된 분리막; 및
상기 전극군, 전해액 및 분리막을 포함하는 구성물이 밀봉된 상태로 내장되어 있는 코인 형태의 하우징;을 포함하는 삼전극 코인셀.
A three electrode cell for measuring a working potential difference of a secondary battery,
An electrode group including a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode;
A separation membrane impregnated with an electrolytic solution capable of ion-transferring to prevent electrical contact between the electrode groups; And
And a coin-shaped housing in which the electrode assembly, the electrolytic solution, and the separator are formed in a sealed state.
제 1항에 있어서,
상기 기준전극은 전류집전체로서 금속 포일을 사용하고, 작동 전극과 분리막을 사이에 두고 맞닿는 전류집전체 부분은 기준전극으로 사용되어지는 물질로 도포되며, 코인셀 케이스와 맞닿는 부분은 셀 단락을 막기 위한 절연층이 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 삼전극 코인셀.
The method according to claim 1,
The reference electrode uses a metal foil as a current collector and the current collector portion contacting the working electrode and the separating film is coated with a material used as a reference electrode. Electrode coin cell according to claim 1,
제 1항에 있어서,
상기 작동 전극과 맞닿는 기준 전극의 크기는 작동 전극 면적의 1 ~ 5%인 것을 특징으로 하는 삼전극 코인셀.
The method according to claim 1,
Wherein the size of the reference electrode contacting the working electrode is 1 to 5% of the working electrode area.
제 1항에 있어서,
상기 분리막은 작동전극과 대전극 사이에 삽입되는 제 1 분리막, 및 기준전극과 작동 전극 사이의 삽입되는 제 2 분리막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 삼전극 코인셀.
The method according to claim 1,
Wherein the separator comprises a first separator interposed between the working electrode and the counter electrode, and a second separator interposed between the reference electrode and the working electrode.
제 1항에 있어서,
상기 셀 밀봉이 이루어지면서, 기준 전극이 삽입될 수 있도록, 가스캣 상하부에 공극부가 구성되는 것을 특징으로 하는 삼전극 코인셀.
The method according to claim 1,
Wherein a gap is formed in the upper and lower portions of the gasket so that the reference electrode can be inserted while the cell is sealed.
1) 작동 전극, 대전극 및 기준전극을 포함하는 전극군; 전해액이 함침된 제 1분리막 및 제 2분리막으로 구성된 분리막; 기준 전극이 삽입되는 공극부가 상하부에 형성된 가스캣; 및, 코인 형태이고 수용홈이 형성되어 있는 상부케이스 및 하부케이스로 구성된 하우징;을 각각 준비하는 단계; 및
2) 하부케이스; 대전극; 제 1 분리막; 가스캣; 제 2 분리막; 작동 전극; 및 상부케이스 순으로 적층하고, 가스캣 공극부에 기준전극을 삽입하여, 구성물들이 코인 형태의 하우징 내에 밀봉된 상태로 내장하는 단계;를 포함하는, 삼전극 코인셀의 제조 방법.
1) an electrode group including a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode; A separation membrane comprising a first separation membrane and a second separation membrane impregnated with an electrolyte; A gasket formed on upper and lower portions of a gap portion into which a reference electrode is inserted; And a housing having an upper case and a lower case in a coin shape and having receiving grooves, respectively; And
2) Lower case; Counter electrode; A first separation membrane; Gas Cat; A second separation membrane; Working electrode; And the upper case, and inserting a reference electrode into the gasket void portion to enclose the components in a sealed state in the coin-shaped housing.
제 6항에 있어서,
상기 기준전극은 전류집전체로서 금속 포일을 사용하고, 작동 전극과 분리막을 사이에 두고 맞닿는 전류집전체 부분은 기준전극으로 사용되어지는 물질로 도포하며, 코인셀 케이스와 맞닿는 부분은 셀 단락을 막기 위한 절연층을 도포하는 것을 특징으로 하는 삼전극 코인셀의 제조 방법.
The method according to claim 6,
The reference electrode uses a metal foil as a current collector and the current collector portion contacting the working electrode and the separating film is coated with a material used as a reference electrode. Electrode coin cell according to claim 1,
제 6항에 있어서,
상기 작동 전극과 맞닿는 기준 전극의 크기는 작동 전극 면적의 1 ~ 5%로 사용하는 것을 특징으로 하는 삼전극 코인셀의 제조 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the size of the reference electrode contacting the working electrode is 1 to 5% of the working electrode area.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 삼전극 코인셀을 포함하는 이차전지.
A secondary battery comprising a three-electrode coin cell according to any one of claims 1 to 5.
KR1020170159521A 2017-11-27 2017-11-27 Three-Electrode Coin Cell with Low Overpotential KR102021895B1 (en)

Priority Applications (1)

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

Applications Claiming Priority (1)

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

Publications (2)

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

Family

ID=66845331

Family Applications (1)

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

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102021895B1 (en)

Families Citing this family (1)

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

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060042476A (en) * 2004-11-09 2006-05-15 주식회사 엘지화학 Reference electrode member for measurement of electrode potential in 3-electrode system
JP2010231963A (en) 2009-03-26 2010-10-14 Keihin Rika Kogyo:Kk Connector for measuring power storage battery, power storage battery for measurement using the same, and method for measuring the power storage battery
KR101471966B1 (en) 2012-05-16 2014-12-12 주식회사 엘지화학 Jig for Measurement of Voltage in 3-Electrode System
JP2015065096A (en) 2013-09-26 2015-04-09 株式会社京浜理化工業 Three electrode cell for testing and two electrode cell for testing
KR20150060373A (en) * 2013-11-26 2015-06-03 주식회사 엘지화학 Apparatus for testing secondary battery
KR20160133382A (en) * 2015-05-12 2016-11-22 주식회사 엘지화학 Three electrode cell fabrication kit
KR101739625B1 (en) 2014-10-01 2017-05-24 주식회사 엘지화학 Three electrode cell

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060042476A (en) * 2004-11-09 2006-05-15 주식회사 엘지화학 Reference electrode member for measurement of electrode potential in 3-electrode system
JP2010231963A (en) 2009-03-26 2010-10-14 Keihin Rika Kogyo:Kk Connector for measuring power storage battery, power storage battery for measurement using the same, and method for measuring the power storage battery
KR101471966B1 (en) 2012-05-16 2014-12-12 주식회사 엘지화학 Jig for Measurement of Voltage in 3-Electrode System
JP2015065096A (en) 2013-09-26 2015-04-09 株式会社京浜理化工業 Three electrode cell for testing and two electrode cell for testing
KR20150060373A (en) * 2013-11-26 2015-06-03 주식회사 엘지화학 Apparatus for testing secondary battery
KR101739625B1 (en) 2014-10-01 2017-05-24 주식회사 엘지화학 Three electrode cell
KR20160133382A (en) * 2015-05-12 2016-11-22 주식회사 엘지화학 Three electrode cell fabrication kit

Also Published As

Publication number Publication date
KR102021895B1 (en) 2019-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9997804B2 (en) Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
KR100473433B1 (en) Non-aqueous electrolyte and non-aqueous electrolytic cell and electrolytic condenser comprising the same
US9093702B2 (en) Electrolytic solution for lithium battery, lithium battery employing the same and method for operating the lithium battery
KR101970813B1 (en) Battery Cell Having Hole
TWI527295B (en) Thermoelectric generator
US9231269B2 (en) Non-aqueous electrolyte air battery
US11430994B2 (en) Protective coatings for lithium metal electrodes
US20110318651A1 (en) Thermoelectric generator
JP2013077424A (en) Lithium ion secondary battery
KR20180061064A (en) A laser-induced graphene layered separator and a Li-S battery comprising the same
KR20210062701A (en) Electrode material comprising layered sodium metal oxide, electrode comprising same and use thereof in electrochemistry
US20200014066A1 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
KR100670485B1 (en) Electrode assembly for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery comprising the same
KR20040092425A (en) Non-aqueous electrolytic solutions for lithium battery and lithium ion secondary battery
KR20160110077A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
EP3270445A1 (en) Nonaqueous electrolyte battery and battery pack
EP0905807B1 (en) Nonaqueous secondary battery
EP3471192A1 (en) Lithium-ion secondary battery and assembled battery
KR102021895B1 (en) Three-Electrode Coin Cell with Low Overpotential
KR20140026806A (en) Negative-electrode and lithium secondary battery with high capacity comprising the same
KR101209867B1 (en) Electrolyte having improved cycle life characteristics and low temperature property and electrochemical device comprising the same
KR101702986B1 (en) Separator for rechargeable lithium battery
US11830979B2 (en) Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same
US20230402650A1 (en) Electrolyte solution for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including same
US20210151796A1 (en) Electrolytic Solution for Lithium Secondary Batteries and Lithium Secondary Battery Including the Same

Legal Events

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