KR20220040876A - 리플전류를 이용한 수명 특성이 향상된 이차전지 및 수명 특성 향상방법 - Google Patents

리플전류를 이용한 수명 특성이 향상된 이차전지 및 수명 특성 향상방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220040876A
KR20220040876A KR1020200124136A KR20200124136A KR20220040876A KR 20220040876 A KR20220040876 A KR 20220040876A KR 1020200124136 A KR1020200124136 A KR 1020200124136A KR 20200124136 A KR20200124136 A KR 20200124136A KR 20220040876 A KR20220040876 A KR 20220040876A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lithium secondary
secondary battery
ripple current
current
lithium
Prior art date
Application number
KR1020200124136A
Other languages
English (en)
Inventor
김선환
Original Assignee
(주)그리너지
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 (주)그리너지 filed Critical (주)그리너지
Priority to KR1020200124136A priority Critical patent/KR20220040876A/ko
Priority to PCT/KR2020/013212 priority patent/WO2022065558A1/ko
Publication of KR20220040876A publication Critical patent/KR20220040876A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명은 리튬 금속을 음극으로 채용하는 리튬 이차전지의 수명 특성 향상에 관한 것으로, 충전 시 교류(AC) 주파수 및 리플전류를 이용하여 리튬 이차전지 내부 특성의 향상시킴으로써 수명 및 안정성을 향상시키는 것이다.

Description

리플전류를 이용한 수명 특성이 향상된 이차전지 및 수명 특성 향상방법{LITHIUM SECONDARY BATTERY USING RIPPLE CURRENT AND A METHOD TO IMPROVE THE BATTERY LIFE}
본 발명은 리튬 금속을 음극으로 채용하는 리튬 이차전지의 수명 특성 향상에 관한 것으로, 충전 시 교류(AC) 주파수 및 리플전류를 이용하여 리튬 이차전지 내부 특성의 향상시킴으로써 수명 및 안정성을 향상시키는 것이다.
최근에는 에너지와 자원을 절약하고 효율적으로 사용하여 기후 변화와 환경 훼손을 줄이는 저탄소 녹색성장이 글로벌 이슈로 대두되면서, 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치 등에 많은 연구가 진행되고 있다.
특히, 전지의 사용 범위가 고용량, 고에너지 밀도로 확대됨에 따라 안정성의 중요도가 높아지고 있다. 리튬 이차전지의 안정성 문제 원인으로는 여러가지 이유가 있다. 그 중, 리튬 이차전지 제조시 가연성의 유기 액체전해질을 사용하고 있다. 유기 액체전해질은 전극과 전해질의 분해 반응이 일어나 화재나 폭발에 이르게 된다. 따라서 최근 이차전지의 대형화 및 고에너지밀도화에 따른 안전성 문제를 해결하기 위한 기술로서 불연성의 고체전해질을 사용하는 전고체전지가 주목을 받고 있으나, 아직 초기단계의 연구 단계이며 다양한 연구가 진행되고 있다.
전극에 사용되는 리튬 금속 전극은 전해액 성분과 반응성이 높아, 충방전 동안 리튬 금속 표면에서 리튬의 산화 및 환원 반응이 불균일하게 반복됨에 따라 덴드라이트(dendrite)의 형성 및 성장이 극심하다. 이에 따라, 충방전시 전지의 용량 감소를 초래할 뿐만 아니라 충방전 사이클이 단축되고, 전극간 단락(short)을 야기시키는 등 전지의 안정성 문제를 유발시키고 있다.
리튬 금속 전지의 최종목표인 EV(전기자동차) 경우, 직류 및 교류를 사용하고 그 사이에는 AC/DC 변환기가 있다. 그러나 컨버터의 DC 측인 경우 정류 후에도 고조파 성분을 가지며, 전기 모터와 일부 부품에서 발생하는 것으로 기인할 수 있다. 따라서, 리튬 금속 전지 평가시 DC 뿐만 아니라 AC 역할도 중요하다.
DC 충전보다 AC 충전은 전력 그리드에서 어디서나 출력하여 사용 가능하며 경제적이고 효율성(제품, 설치, 작동 등)이 높다. 또한, 리플 전류를 리튬 금속 표면에서의 리튬 농도를 변화시켜 리튬 수지상(덴드라이트)을 억제 가능하며 리튬 금속 전지의 수명을 증가시킬 수 있다.
한국 공개특허공보 제10-2014-0120025호
본 발명은 리튬 이차전지의 충전시 교류(AC)용 주파수 및 리플전류를 이용함으로써, 리튬 금속 표면에서의 리튬 금속의 농도를 변화시키며, 활물질의 응력을 강화시킴으로써 내부저항을 줄이고 수명특성을 향상시키는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지는 교류(AC) 리플전류를 이용하여 수명 특성을 향상시킨 것이다.
상기 리튬 이차전지의 양극재는 LFP, LCO, NMC 또는 LMO일 수 있다.
상기 리플전류의 주파수는 10 Hz 내지 1 kHz일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지 수명특성 향상방법은 리튬 이차전지에 대하여 교류(AC) 리플전류로 충전을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 리튬 이차전지의 양극재는 LFP, LCO, NMC 또는 LMO일 수 있다.
상기 리플전류의 주파수는 10 Hz 내지 1 kHz일 수 있으며, 바람직하게 상기 리플전류의 주파수는 100 Hz 내지 1 kHz일 수 있다.
상기 리플전류의 인가시 전류의 진폭(amplitude)은 0.2 내지 1A일 수 있다.
상기 리플전류의 인가시 피크 전류(peak current)는 1.2 내지 2A일 수 있다.
상기 충전은 25 내지 40 ℃에서 수행하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 교류(AC) 리플전류를 인가함으로써 리튬 금속의 리튬 수지상 성장을 억제하며, 수명 특성 향상을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 리튬 이차전지의 내부 단락 및 이로 인한 전지의 발화나 폭발을 억제하는 안정성을 제공하는 효과가 있다.
또한, 기존의 리튬 이차전지 제작공정의 변경없이 적용할 수 있으므로 양산성을 제공하는 효과 있다.
또한, 고체 전해질에 적용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지 수명특성 향상방법의 순서도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지 수명특성 향상방법의 바람직한 실시예의 순서도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전에 대하여 AC 리플전류 인가에 의한 수명 특성 결과를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전에 대하여 주파수에 따른 AC 리플전류 인가에 의한 DC-IR 평가 결과를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전에 대하여 주파수에 따른 AC 리플전류 인가에 의한 수명 특성 결과를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전에 대하여 리플전류 진폭에 따른 AC 리플전류 인가에 의한 DC-IR 평가 결과를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전에 대하여 리플전류 진폭 고온에서의 AC 리플전류 인가에 의한 수명 특성 결과를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전에 대하여 고온에서의 AC 리플전류 인가에 의한 DC-IR 평가 결과를 도시한 것이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
한편, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되지 않는다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우 뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다．
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지는 교류(AC) 리플전류를 이용하여 수명 특성을 향상시킨 것이다.
상기 리튬 이차전지는 양극/고체전해질/음극 순서로 접합된 것일 수 있다.
상기 양극은 양극 집전체와 양극 집전체 상에 형성되는 양극 활물질로 구성될 수 있다. 상기 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 양극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다
양극 활물질은 리튬 코발트 옥사이드(LiCoO2 ;LCO), 리튬이망간사산화물(LiMn2O4; LMO), 리튬니켈이산화물(LiNiO2; LNO), 리튬 니켈 망간 코발트산화물 리튬 바나듐 플루오로 포스페이트(LiVPO4F), 리튬 망간 오소실리케이트(Li2MnSiO4), 리튬 코발트 오소실리케이트(Li2CoSiO4), 리튬 철 오소실리케이트(LiFeSO4F), LiMxMn2-XO4, LiNixMnyCozO2(NMC, x + y + z = 1), 올리빈형 LiMPO4(M = Co, Fe(LFP), Mn, Ni 및 V), 전환 양극인 MyXz( M는 Co2+, Mn3+, Fe3+ 또는 Ni2+이며, X는 F-, Cl-, Br-, I-, Se2-, Te2- 또는 O2-이며, y는 1 또는 2이며, z는 1 내지 3의 정수) 및 LiyX (X= B, S, Se, Te, Br 또는 I, y는 1 또는 2)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 양극 활물질(양극재)은 LFP, LCO, NMC 또는 LMO일 수 있다.
상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 위치하는 음극 활물질층을 포함할 수 있다. 상기 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 음극 집전체는 통상적으로 3 μm 내지 500 μm의 두께를 가질 수 있으며, 양극 집전체와 마찬가지로, 상기 집 전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 필름, 시트, 호 일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질(음극재)은 리튬 금속(lithium metal)일 수 있다.
바람직하게, 상기 리튬 이차전지는 알루미늄(Al)/양극활물질/고체 전해질/리튬 금속/구리(Cu) 순으로 접합(lamination)된 것일 수 있다.
상기 리플전류의 주파수는 10 Hz 내지 1 kHz일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지 수명특성 향상방법의 순서도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지 수명특성 향상방법은 리튬 이차전지를 준비하는 단계(S100); 및 상기 리튬 이차전지에 대하여 교류(AC) 리플전류을 인가하여 충전을 수행하는 단계(S200)를 포함한다.
상기 리튬 이차전지의 양극재는 LFP, LCO, NMC 또는 LMO일 수 있다.
상기 리플전류의 주파수는 10 Hz 내지 1 kHz일 수 있으며, 바람직하게 상기 리플전류의 주파수는 100 Hz 내지 1 kHz일 수 있다.
상기 리플전류의 인가시 리플전류 진폭(amplitude)은 0.2 내지 1A일 수 있다.
상기 리플전류의 인가시 피크 전류(peak current)는 1.2 내지 2A일 수 있다.
상기 충전은 25 내지 40 ℃에서 수행하는 것일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지 수명특성 향상방법의 바람직한 실시예의 순서도를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면,
상기 리튬 이차전지를 준비하는 단계(S110)는 알루미늄(Al)/양극재/고체전해질/리튬금속/구리(Cu)로 적층된 것일 수 있으며, 상기 양극재(양극활물질)는 LFP, LCO, NMC 또는 LMO일 수 있다.
또한, 상기 리튬 이차전지에 대하여 교류(AC) 리플전류을 인가하여 충전을 수행하는 단계(S210)는 25 ℃의 온도, AC 주파수 100Hz, 리플전류 진폭 0.5A 및 피크 전류 1.5A에서 수행하는 것일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
제조예. 리튬 이차전지의 준비
리튬 금속을 음극(Anode)으로 사용하며, 양극으로는 LFP(LiFePO4), LCO(LiCoO2), NMC(LiNiCoMnO2) 또는 LMO(LiMnO2)의 양극 활물질(양극재)을 이용하여 제조되는 양극(Cathode)이 사용하여, 양극 및 음극의 조립체가 적층(lamination)된 형태의 스택(stack) 타입의 리튬 이차전지(Al)/양극재/고체전해질/Li-metal(음극재)/Cu)를 제조하였다.
실시예. AC 리플 전류에 따른 리튬 이차전지의 수명 특성 향상
제조예에서 제조된 리튬 이차전지에 대하여 하기 표 1의 온도(Temp.), 주파수(Freq.), AC 리플 전류 조건(DC current + AC ripple Amplitude)에 따른 충전(Charge)을 수행하며, 방전(Discharge)시에는 DC(1A)로 수행하였다.
이때, 리튬 이차전지의 정격 용량을 1 Ah이며, 공칭전압은 3.67 V이며, 전압범위는 3.0 내지 4.3V로, 각각 0 % 및 100 % 충전 상태(SOC)에 해당된다.
이와 함께, 비교예로서 기존의 리튬 이차전지에 대하여 1A DC로 충방전을 수행하였다.
Conditions Charge Discharge
Temp. Freq. DC Current AC ripple Amplitude Peak Current DC
실시예 1 25oC 10Hz 1A 0.5A 1.5A 1A
실시예 2 100Hz 1A 0.2A 1.2A 1A
실시예 3 1A 0.5A 1.5A 1A
실시예 4 1A 1A 2A 1A
실시예 5 1kHz 1A 0.5A 1.5A 1A
비교예 1 Ref. 1A 1A
실시예 6 40oC 100Hz 1A 0.5A 1.5A 1A
비교예 2 Ref. 1A 1A
실험예. 수명 특성 및 저항 평가
본 발명의 실시예의 표 1에 따른 실시예 1 내지 6, 비교예 1 및 2에 따른 이차전이의 수명 특성 및 DC-IR(Direct Current-internal Resistance) 측정법에 따른 저항을 측정하였다.
수명특성은 25℃에서 0.1C rate의 전류로 전압이 4.30V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.30V를 유지하면서 1/20C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 2.8V(vs. Li)에 이를 때까지 0.1C rate의 정전류로 방전하였다(화성단계, 1st 사이클). 이러한 충방전 과정을 2회 더 실시하여 화성 과정을 완료하였다. 상기 화성 단계를 거친 리튬금속전지를 상온(25℃에서 리튬메탈 대비 3.0 ~ 4.3 V의 전압 범위에서 i)0.1C 또는 ii)0.2C의 정전류 및 정전압로 충전을 1/20 C 컷오프까지 실시한 다음, 1C의 전류로 3V의 컷오프 전압(cutoff voltage)에 도달할 때까지 정전류 방전을 수행하였다. 상술한 충방전 과정을 반복적으로 실시하여 셀의 용량이나 전압 등이 종지 조건에 도달할 때까지 진행하여 1000회까지 실시 가능하였다.
DC-IR 측정법(직류 내부저항 측정법)은 충방전 전류 및 휴지 기간을 갖는 전류 프로파일을 배터리에 인가하고, 이후 C-rate별 충방전 전류 패턴에 대한 종지 전압을 I-V 그래프로 정리하여 커브피팅(curve fitting)하며, 이때 추출한 추세선의 기울기로부터 배터리의 내부저항을 측정하는 방식이다.
실험결과. 수명 특성 및 저항 평가 결과
상기 실험예에 따른 평가 결과를 도 3 내지 도 8에 도시하였으며, 도 3 내지 8을 통하여 평가 결과를 하기에서 설명하였다.
표 1의 비교예 1, 실시예 1(10Hz, 1A+0.5A), 실시예 3(100Hz, 1A+0.5A), 실시예 5(1kHz, 1A+0.5A)에서 조건 하에서, AC 리플전류 인가에 의한 수명 특성 결과를 도 3에 도시하였으며, DC-IR 저항 평가 결과를 도 4에 도시하였다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 실시예 3의 경우 수명 특성이 가장 우수며, 이에 따라 AC 리플전류가 인가된 리튬 이차전지는 비교예 1의 리튬 이차전지 대비 내부 저항이 감소한다.
도 4에서 첫 30 사이클(cycle)에서 DC-IR 특성(저항)이 감소하는 것은 전해질의 비활성과 리튬 이차전지의 팽창으로 기인할 수 있으며, 30 사이클 이후 비교예 1의 리튬 이차전지의 저항보다 AC 리플전류 인가 시의 리튬 이차전지(실시예 1, 3 및 5)의 저항이 낮게 특정되었으며, 용량 특성과 동일함을 확인할 수 있다.
표 1의 조건에서의 비교예 1, 실시예 2(100Hz, 1A+0.2A), 실시예 3(100Hz, 1A+0.5A), 실시예 4(100Hz, 1A+1A)에 따른 AC 리플전류 인가에 따른 수명 특성 결과를 도 5에 도시하였으며, DC-IR 저항 평가 결과를 도 6에 도시하였다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 리플전류를 인가한 후 비교예 1의 리튬 이차전지보다 실시예 2 내지 4의 리튬 이차전지가 용량 수지 및 내부저항이 우수하며, 이는 리튬 금속의 수지상의 성장이 억제됨을 인한 것이다. 특히 AC 리플전류로 충전한 실시예 3(100Hz, 1A+0.5A)의 리튬 이차전지 수명이 가장 우수하며, 내부저항이 가장 적다.
표 1의 실시예 6(100Hz, 1A+0.5A) 및 비교예 2에서 조건 하에서, AC 리플전류 인가에 의한 수명 특성 결과를 도 7에 도시하였으며, DC-IR 저항 평가 결과를 도 7에 도시하였다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 고온 조건(40 ℃)에서 AC-DC로 충방전(AC 리플 전류 인가)을 수행한 실시예 6의 리튬 이차전지보다 DC-DC로 충방전을 수행한 비교예 2의 리튬 이차전지가 수명 특성 및 DC-IR 특성이 우수함을 확인할 수 있다. 1000 사이클 이후, 실시예 6의 리튬 이차전지는 용량(capacity)이 대략 79% 정도 남았으나, 비교예 2의 리튬 이차전지는 용량이 대략 81% 정도 남았다. 이는 고온에서 AC 리플전류에 따른 충전 효과보다 셀 팽창과 리튬 금속의 수지상의 발현이 보다 우세하기 때문이다.
도 3, 도 5 및 도 7에 도시된 수명 특성 평가에 따른 리튬 이차전지의 용량유지율(Capacity Retention)을 하기 표 2에 정리하였다.
Freq. DC Current AC ripple Amplitude Capacity Retention
실시예 1 10Hz 1A 0.5A 94.1%
실시예 2 100Hz 1A 0.2A 94.3%
실시예 3 1A 0.5A 95%
실시예 4 1A 1A 94.6%
실시예 5 1kHz 1A 0.5A 94.5%
비교예 1 Ref. 1A 88.3%
실시예 6 100Hz 1A 0.5A 79%
비교예 2 Ref. 1A 81%
표 2에서의 용량유지율은 하기 식 1에 의하여 계산되었다.
식 1: 용량유지율[%] = (1000회 시의 방전용량 / 1회 시의 방전용량) x 100
표 2를 참조하면, 실시예 3(100Hz, 1A+0.5A)에서의 리튬 이차전지 수명 특성이 가장 우수하며, 1000 사이클 후 약 95% 유지하며, 비교예 1의 경우 약 83%의 유지율을 보인다. 이를 통하여, 비교예 1에 따른 리튬 이차전지보다 AC 리플전류로 충전한 리튬 이차전지가 리튬 수지상의 억제가 더 우수하며 이로 인하여 수명특성이 더 우수하다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (10)

  1. 교류(AC) 리플전류를 이용하여 수명 특성을 향상시킨 리튬 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리튬 이차전지의 양극재는 LFP, LCO, NMC 또는 LMO인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 리플전류의 주파수는 10 Hz 내지 1 kHz인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  4. 리튬 이차전지에 대하여 교류(AC) 리플전류로 충전을 수행하는 단계를 포함하는 리튬 이차전지 수명특성 향상방법.
  5. 제4항에 대하여,
    상기 리튬 이차전지의 양극재는 LFP, LCO, NMC 또는 LMO인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지 수명특성 향상방법.
  6. 제4항에 대하여,
    상기 리플전류의 주파수는 10 Hz 내지 1 kHz인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지 수명특성 향상방법.
  7. 제6항에 대하여,
    상기 리플전류의 주파수는 100 Hz 내지 1 kHz인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지 수명특성 향상방법.
  8. 제4항에 대하여,
    상기 리플전류의 인가시 전류의 진폭(amplitude)은 0.2 내지 1A인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지 수명특성 향상방법.
  9. 제8항에 대하여,
    상기 리플전류의 인가시 피크 전류(peak current)는 1.2 내지 2A인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지 수명특성 향상방법.
  10. 제8항에 대하여,
    상기 충전은 25 내지 40 ℃에서 수행하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지 수명특성 향상방법.
KR1020200124136A 2020-09-24 2020-09-24 리플전류를 이용한 수명 특성이 향상된 이차전지 및 수명 특성 향상방법 KR20220040876A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200124136A KR20220040876A (ko) 2020-09-24 2020-09-24 리플전류를 이용한 수명 특성이 향상된 이차전지 및 수명 특성 향상방법
PCT/KR2020/013212 WO2022065558A1 (ko) 2020-09-24 2020-09-28 리플전류를 이용한 수명 특성이 향상된 이차전지 및 수명 특성 향상방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200124136A KR20220040876A (ko) 2020-09-24 2020-09-24 리플전류를 이용한 수명 특성이 향상된 이차전지 및 수명 특성 향상방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220040876A true KR20220040876A (ko) 2022-03-31

Family

ID=80845542

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200124136A KR20220040876A (ko) 2020-09-24 2020-09-24 리플전류를 이용한 수명 특성이 향상된 이차전지 및 수명 특성 향상방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20220040876A (ko)
WO (1) WO2022065558A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140120025A (ko) 2013-04-02 2014-10-13 이상열 2차 전지 충전 회로, 이를 구비하는 충전기 및 2차 전지 충전 방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101358367B1 (ko) * 2009-07-08 2014-02-05 도요타 지도샤（주） 2차 전지의 승온 장치 및 그것을 구비하는 차량
JP5782803B2 (ja) * 2010-06-03 2015-09-24 日産自動車株式会社 電池の充電装置および電池の充電方法
JP6660253B2 (ja) * 2016-06-02 2020-03-11 Ntn株式会社 バッテリ充電装置
KR101830254B1 (ko) * 2016-09-28 2018-02-21 재단법인 대구경북과학기술원 이차전지 양극용 보호층 및 그 제조 방법
KR20190141943A (ko) * 2018-06-15 2019-12-26 에이피이엘(주) 에너지저장장치의 저온 배터리 수명 연장을 위한 인버터 주파수 제어방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140120025A (ko) 2013-04-02 2014-10-13 이상열 2차 전지 충전 회로, 이를 구비하는 충전기 및 2차 전지 충전 방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022065558A1 (ko) 2022-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100903244B1 (ko) 조전지 시스템, 조전지의 충전 방법 및 충전식 청소기
KR101478178B1 (ko) 음의 전극을 가진 리튬 이온 전력 축전지를 충전하는 방법
KR100736511B1 (ko) 전지캔과 그의 제조방법 및 그를 사용한 전지
US10020506B2 (en) Active material for a cathode of a battery cell, cathode, and battery cell
Habib et al. A comparative study of electrochemical battery for electric vehicles applications
US8912762B2 (en) Charging method for non-aqueous electrolyte secondary battery by repeating a set of constant current charge and constant voltage charge and battery pack implementing the charging method
EP3075019B1 (en) Lithium-ion secondary battery and manufacturing method thereof
US20110279088A1 (en) Battery pack, discharge system, charge and discharge system, and discharge control method of lithium ion secondary battery
JP2007048525A (ja) 非水電解質リチウムイオン電池用正極材料およびこれを用いた電池
WO2015068013A1 (en) Manufacturing method for non-aqueous secondary battery
CN100380714C (zh) 电池组和电动车辆
EP2946433B1 (en) Electrochemical cell or battery with reduced impedance and method for producing same
WO2005041343A1 (ja) 電気化学エネルギー貯蔵デバイス
KR100709840B1 (ko) 리튬 이차전지 및 이를 이용한 하이브리드 전지
KR20220040876A (ko) 리플전류를 이용한 수명 특성이 향상된 이차전지 및 수명 특성 향상방법
US20240014392A1 (en) Positive electrode and lithium secondary battery including the same
CN1531132A (zh) 密封型镍-金属氢化物蓄电池以及具有这种蓄电池的混合电动车辆
US11811255B2 (en) Charging method of non-aqueous electrolyte secondary battery, and charging system of non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2002050407A (ja) 非水電解質二次電池およびその充放電制御方法
CN111435729A (zh) 锂离子二次电池
CN110957454A (zh) 一种以硅碳材料为负极的快充型锂离子电池及其制备方法
US12095092B2 (en) Electrode for secondary battery and method for preparing the same
KR20180002007U (ko) 리튬 이차전지용 고효율 하이브리드 전극 조립체
US11949091B2 (en) Charging method of non-aqueous electrolyte secondary battery, and charging system of non-aqueous electrolyte secondary battery
KR102006128B1 (ko) 니켈아연 전지 단위 셀, 상기 단위 셀들이 직렬연결된 단위 스택 및 상기 단위스택들을 병렬 연결하는 방식으로 구성되는 니켈-아연 이차전지 스택모듈

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X601 Decision of rejection after re-examination