KR970009419B1 - 리튬 2차 전지의 초기형성방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

리튬 2차 전지의 초기형성방법
제1도는 본 발명의 실시예에 대한 충전곡선을 나타내는 그래프.
제2도는 본 발명의 실시예에 대한 사이클 수명실험 결과를 나타내는 그래프.
본 발명은 재충전이 가능한 비수용성 전해액 전지인 리튬 2차전지의 초기형성 방법에 관한 것이다.
리튬 2차전지는 음극물질로 리튬금속을 사용하는 경우 충전시간이 장시간 필요하며 급속충전이 어렵고, 충방전의 반복에 따라 리튬의 덴드라이트 효과와 비가역적 반응에 의해 사이클 수명이 짧다는 단점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결하는 방법으로 음극에 탄소 또는 흑연재료를 사용하는 것이 제안되었다. 탄소(흑연) 재료를 음극으로 하며 양극물질로는 LiMO2(M Ni, Mn, Co,...)을 사용하여 비수용성 전해액중에서 충전을 실시하게 되면 리튬이온이 양극에서 나와 음극의 흑연층간안으로 들어간다.
이러한 시스템을 재충전성 리튬록킹-체어시스템 또는 리튬이온 전지라 부르며, 이러한 시스템에서는 용량의 증가 및 사이클 수명을 증가시키는 것이 중요하다.
이러한 용량 및 가역성의 증가는 음극으로 사용되는 흑연재료의 특성에 관계되는데 초기충전조건이 0.8mA/㎠(0.8C) 이상의 높은 전류밀도로 충전할때 전극표면에서 유기전해액과의 부수적인 반응에 의해 과다한 부동태 피막이 형성하게 되는 것으로 판단되며, 이로인해 용량 및 사이클 수명이 급격히 감소한다고 판단된다.
본 발명의 목적은 충분한 리튬을 포함한 양극을 사용하고 흑연재료를 음극으로 사용하는 비수용성 리튬2차전지가 고용량이며 사이클 수명특성이 우수하도록 하는 초기형성 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 리튬 2차전지의 초기형성 방법은 실험을 통하여 얻어지는데, 실험전지의 구성은 음극, 양극 및 전해액으로 나누어지며 음극은 흑연분말(Lonza graphite) 90%와 결합제로서 폴리불소화 비닐리덴 10%를 용제로 노말메틸 피롤리돈(NMP)을 사용하여 페이스트상으로 하고 구리박막에 도포한 다음 건조하여 음극으로 사용하였다.
또는 양극으로는 Li Co O285%, 전도성 카본 5% 및 결합제 10%를 용제를 사용하여 페이스트상으로 하여 알리미늄 박판에 도포한 다음 건조하여 양극으로 사용하였다.
이와 같이 얻어진 음극 및 양극을 사용하고 1M LiPF6, EC+DEC(50 : 50)를 전해액으로 사용하며 코일형 2/3A 전지를 제작하였으며 충방전시험을 행하였다.
시험조건은 초기충전조건 0.1mA/㎠(1사이클)와 충방전조건 1mA/㎠(2-50사이클)로 하였으며 전압범위는 4.1V 내지 2.7V내에서 측정하였다.
제1도에는 본 발명의 실시예에 대한 충전곡선이 도시되는데 구간( I )은 0.1mA/㎠(1사이클)의 전류밀도로 2.7V까지 초기충전 하였으며 구간(Ⅱ)은 0.1mA/㎠(1사이클)의 전류밀도로 2.7V 내지 4.1V까지 충전한 전압곡선이다.
본 발명은 초기전극의 형성과정에서 0.1mA/㎠(0.1C) 이하의 낮은 전류밀도로 충전할때 용량(250mAh/g)이 증가함을 알았다.
제2도에는 본 발명의 실시예에 대한 사이클 수명실험 결과가 도시되는데, 본 발명에 따른 초기형성과정을 행한 경우는 선(Ⅲ)으로 나타나고 초기형성 과정을 행하지 않은 경우는 선(Ⅳ)으로 나타나며 초기형성과정을 행하지 않으면 이용률이 급격히 감소함을 알 수 있다.
본 발명의 초기형성 방법에 따라 전지를 초기 0.1C 충전을 하였을 경우에는 선(Ⅲ)과 같이 이용률(방전량/충전량×100)이 96%이었으며 50사이클을 넘어도 열화되지 않았다.
상기와 같은 본 발명의 초기형성 방법에 따르면 리튬 2차전지는 초기전극의 형성과정에서 셀전위가 0.7V 미만에서는 0.1mA/㎠(0.1C) 이하의 낮은 전류밀도로 충전할때 용량이 250mAh/g로 증가하고 50사이클에서 이용률이 96%로 사이클 수명이 증가되는 효과를 제공한다.

Claims (1)

  1. 리튬 2차전지의 초기형성 과정에 있어서, 셀전위가 2.7V 미만에서는 0.1mA/㎠(0.1C) 이하의 낮은 전류밀도로 충전하는 것을 특징으로 하는 초기형성 방법.
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