KR101375422B1 - Lithium-ion battery and method for producing same - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 금속 이물질의 혼입에 의한 내부 단락을 조기에 고감도로 검출할 수 있는 리튬 이온 전지 및 그의 제조 방법을 제공한다.
정극 (16)과 부극 (15)와 전해질을 구비하는 리튬 이온 전지에 있어서, 정극과 부극 사이에 전기 전도층 (4)를 갖는 전기 절연층 (3)을 구비하고, 충전시에 정극 (16)과 전기 전도층 (4) 사이에 전압을 인가하여, 정극 (16)과 전기 전도층 (4) 사이의 전위차 및 전류를 측정함으로써, 금속 이물질이 혼입되어 있는 경우에는 정극 부극 사이보다도 빠르게 정극 전기 도전층 사이에 단락이 발생하기 때문에, 조기에 고감도로 내부 단락이 발생할 수 있는 것을 검출할 수 있다.The present invention provides a lithium ion battery capable of detecting an internal short circuit due to incorporation of a metal foreign matter at high sensitivity and a method of manufacturing the same.
In a lithium ion battery comprising a positive electrode 16, a negative electrode 15, and an electrolyte, an electrical insulating layer 3 having an electrically conductive layer 4 is provided between the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode 16 is charged during charging. A voltage is applied between the electrode and the electrically conductive layer 4 to measure the potential difference and the current between the positive electrode 16 and the electrically conductive layer 4, so that when metal foreign matter is mixed, the positive electrode electrically conducts faster than the positive electrode negative electrode. Since a short circuit occurs between the layers, it is possible to detect that an internal short circuit can occur with high sensitivity early.
Description
본 발명은 리튬 이온 이차 전지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium ion secondary battery and a manufacturing method thereof.
리튬 이온 이차 전지는, 고에너지 밀도의 특징으로부터 노트형 퍼스널 컴퓨터, 휴대 전화 등의 휴대용 정보 기기, 휴대형 음향 기기, 무선기, 전동 공구 등의 전원에 이용되고 있다. 또한, 리튬 이온 이차 전지는, 고용량, 고출력이라는 이점도 갖고 있다. 그 때문에, 최근 전기 자동차나 내연 기관과 전기 모터를 병용한 하이브리드 전기 자동차(이하, 양자를 전기 자동차라고 함), 무정전 전원 등 전력 저장 시스템의 전원으로서도 사용되기에 이르렀다.BACKGROUND ART Lithium ion secondary batteries are used for power sources such as notebook personal computers and portable information devices such as mobile phones, portable acoustic devices, radios, and power tools due to their high energy density. Moreover, the lithium ion secondary battery also has the advantage of high capacity and high output. Therefore, it has recently been used as a power source for electric power storage systems, such as electric vehicles, hybrid electric vehicles (hereinafter, both electric vehicles) using an electric motor together with an electric motor, and an uninterruptible power supply.
이러한 리튬 이온 이차 전지는, 충방전에 의해 리튬 이온의 방출ㆍ흡장이 가능한 정극 활성 물질을 사용한 정극과, 충방전에 의해 리튬 이온의 흡장ㆍ방출이 가능한 부극 활성 물질을 사용한 부극을 세퍼레이터를 통해 중첩하고, 이들을 전해액에 침윤시키고 있다. 보다 상세하게는, 정극에 코발트산리튬(LiCoO2), 니켈산리튬(LiNiO2), 망간산리튬(LiMn2O4) 등의 재료를, 부극에 탄소 재료 등의 리튬 이온의 흡장ㆍ방출이 가능한 재료를 각각 사용한 리튬 이온 이차 전지가 널리 사용되고 있다.The lithium ion secondary battery overlaps a positive electrode using a positive electrode active material capable of releasing and occluding lithium ions by charging and discharging, and a negative electrode using a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions by charging and discharging through a separator. And these are infiltrated in electrolyte solution. In more detail, materials such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), and the like are contained in the positive electrode, Lithium ion secondary batteries using each of the possible materials are widely used.
상기한 바와 같은 정극 활성 물질에는 충분한 전자 전도성이 없다. 따라서, 정극에서는, 일반적으로 정극 활성 물질에 도전 보조제로서 흑연이나 카본 블랙 등의 저비용이면서도 전지 내에서 안정적인 도전성 분말을 함유시키고, 결착제(결합제)를 더 첨가하고, 이들을 혼합하여 제작한 정극 합제가 사용된다. 한편, 부극 활성 물질로서 사용되는 탄소재는, 전지 조립시에 리튬 이온이 소위 완전히 방출된 상태, 즉 방전 상태이다. 부극에서는, 부극 활성 물질에 밀착성 확보를 위한 결착제를 첨가하고, 이들을 혼합하여 제작한 부극 합제가 사용된다.The positive electrode active material as described above does not have sufficient electronic conductivity. Therefore, in the positive electrode, the positive electrode mixture generally contains a conductive powder which is stable in the battery at low cost, such as graphite or carbon black, as a conductive aid, and further adds a binder (binder) and mixes them. Used. On the other hand, the carbon material used as the negative electrode active material is in a state in which lithium ions are completely released during battery assembly, that is, in a discharged state. In the negative electrode, a negative electrode mixture prepared by adding a binder for securing adhesion to the negative electrode active material and mixing them is used.
통상, 리튬 이온 이차 전지의 전극 내부 구조는, 용량과 출력을 높이기 위해 권회식 또는 적층식으로 되어 있다. 즉, 집전체가 되는 금속박에 활성 물질을 도포한 정극 및 부극이 세퍼레이터를 사이에 두고 권회 또는 적층되며, 이 권회체 또는 적층체를 금속제의 원통 또는 각형의 전지 외장 용기에 수납하고 있다.Usually, the electrode internal structure of a lithium ion secondary battery is a winding type | mold or a lamination type in order to raise a capacity and an output. That is, the positive electrode and negative electrode which apply | coated the active substance to the metal foil used as an electrical power collector are wound or laminated | stacked through a separator, and this wound body or laminated body is accommodated in the metal cylindrical or rectangular battery outer container.
권회체 또는 적층체를 전지 외장 용기에 수납한 후, 이어서 전해액을 주액하고, 덮개를 덮어 밀봉하였다. 전지 외장 용기에는 금속제 용기 이외에, 알루미늄 라미네이트 용기도 사용되고 있다. 이러한 방법으로 조립된 리튬 이온 이차 전지는, 조립 후의 최초의 충전에 의해 전지로서의 기능이 부여된다.After the wound body or the laminated body was accommodated in the battery outer container, the electrolyte solution was then poured and the lid was covered and sealed. In addition to the metal container, an aluminum laminate container is also used for the battery outer container. The lithium ion secondary battery assembled by this method gives a function as a battery by the initial charge after assembly.
상술한 전지의 원재료 및 제조 공정에 있어서, 전지 내에 금속 이물질이 혼입되면 내부 단락이 발생할 가능성이 있다. 혼입된 금속 이물질이 정극 위에서 용해되고, 이온이 되어 확산되고, 부극 위에 도달하면 금속이 재석출된다. 석출이 진행되고, 정극을 향해 금속이 성장하면 그것이 전기적인 도통 경로가 되어, 결국 부극과 정극 사이가 내부 단락된다. 내부 단락되면, 충전한 전기가 소비되어 사용할 수 있는 용량이 감소하거나, 충전하고자 하여도 내부 단락부에 전류가 흘러 충전이 진행되지 않는 등, 정상적인 전지로서 기능하지 않게 된다.In the above-described raw materials and manufacturing processes of the battery, when a metal foreign matter is mixed in the battery, internal short circuit may occur. The mixed metal foreign matter is dissolved on the positive electrode, becomes ions and diffuses, and when it reaches the negative electrode, the metal is reprecipitated. Precipitation proceeds, and as the metal grows toward the positive electrode, it becomes an electrically conductive path, which eventually causes an internal short circuit between the negative electrode and the positive electrode. When the internal short circuit occurs, the charged electricity is consumed, and the usable capacity decreases, or even when charging, the electric current does not flow through the internal short circuit section, thereby preventing the battery from functioning as a normal battery.
금속 이물질이 혼입된 전지를 선별하기 위해 특허문헌 1에서는, 충전 후, 전지를 충전 회로로부터 분리하여 방치하고, 전지의 개회로 전압의 변화를 측정하여, 내부 단락에 의해 개회로 전압이 현저히 저하된 것을 불량품으로 하고 있다.In order to select a battery in which metal foreign matter is mixed,
또한, 이러한 내부 단락을 억제하는 방법으로서 다음의 방법이 제안되어 있다. 특허문헌 2 및 3에는, 전기 화학적으로 금속 이물질을 용해하여 확산시켜, 부극 위에서는 석출시키지 않는 방법이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 4에는, 양이온을 포함하는 불순물을 포착하는 물질을 전지 내에 함유시키고, 금속으로서 석출시키지 않는 방법이 기재되어 있다.Moreover, the following method is proposed as a method of suppressing such an internal short circuit.
특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 종래의 정극과 부극, 세퍼레이터의 구성에서는 불량품으로 판정할 수 있게 될 때까지 시간이 걸린다는 문제가 있다.In the method of
또한, 특허문헌 2 내지 4에 기재된 방법도, 용해로부터 확산까지 시간이 걸린다. 금속 이물질의 질량이 큰 경우에는 확산이 불충분해져, 부극에 금속 이온이 도달하여 석출될 우려가 있다.Moreover, the method of patent documents 2-4 also takes time from melt | dissolution to diffusion. When the mass of the metal foreign matter is large, the diffusion becomes insufficient, and metal ions may reach and precipitate on the negative electrode.
따라서, 본 발명은, 금속 이물질의 혼입에 의한 내부 단락을 종래보다도 조기에, 고감도로 검출할 수 있는 리튬 이온 이차 전지 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.Therefore, an object of this invention is to provide the lithium ion secondary battery which can detect an internal short circuit by the incorporation of a metal foreign material at high sensitivity earlier than before, and its manufacturing method.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 리튬 이온 이차 전지는, 전지 외장 용기와, 정극과, 부극과, 상기 정극과 상기 부극 사이에 설치된 전기 절연층과, 전해질을 구비하는 리튬 이온 전지에 있어서, 상기 정극과 부극 사이의 전기 절연층 중에 전기 전도층을 구비하는 것을 특징으로 한다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM In order to solve the said subject, the lithium ion secondary battery of this invention is a lithium ion battery provided with a battery exterior container, a positive electrode, a negative electrode, the electrical insulation layer provided between the said positive electrode and the said negative electrode, and the said electrolyte. An electrical conductive layer is provided in the electrical insulation layer between a positive electrode and a negative electrode.
본 발명에 따르면, 금속 이물질의 혼입에 의한 내부 단락을 조기에, 고감도로 검출할 수 있는 리튬 이온 이차 전지 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a lithium ion secondary battery capable of detecting an internal short circuit caused by the incorporation of a metal foreign matter at a high sensitivity and a manufacturing method thereof.
[도 1] 본 발명의 리튬 이온 이차 전지의 전극 부근의 단면 개략도이다.
[도 2] 종래의 리튬 이온 이차 전지의 전극 부근의 단면 개략도이다.
[도 3] 관통 구멍을 갖는 전기 전도층 및 전기 절연층의 형성 과정의 단면 개략도이다.
[도 4] 관통 구멍을 갖는 전기 전도층 및 전기 절연층의 단면 개략도 및 확대도이다.
[도 5] 본 발명의 구조를 갖는 전극 적층형 리튬 이온 이차 전지의 상면 외관 개략도이다.
[도 6] 본 발명의 구조를 갖는 전극 적층형 리튬 이온 이차 전지의 단면 개략도이다.
[도 7] 본 발명의 구조를 갖는 전극 권회체형 리튬 이온 이차 전지의 외관 개략도이다.
[도 8] 본 발명의 구조를 갖는 전극 권회체형 리튬 이온 이차 전지의 단면 개략도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is schematic sectional drawing of the electrode vicinity of the lithium ion secondary battery of this invention.
2 is a schematic cross-sectional view of an electrode vicinity of a conventional lithium ion secondary battery.
3 is a schematic cross-sectional view of a process of forming an electrically conductive layer and an electrically insulating layer having through holes.
4 is a schematic cross-sectional view and enlarged view of an electrically conductive layer and an electrically insulating layer having through holes.
5 is a schematic top view of an electrode-laminated lithium ion secondary battery having a structure of the present invention.
6 is a schematic cross-sectional view of an electrode-laminated lithium ion secondary battery having a structure of the present invention.
7 is an external schematic diagram of an electrode wound body-type lithium ion secondary battery having a structure of the present invention.
8 is a schematic cross-sectional view of an electrode wound body-type lithium ion secondary battery having a structure of the present invention.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 실시예로 한정되는 것은 아니다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following examples.
(실시예 1)(Example 1)
도 1에 본 실시예의 리튬 이온 이차 전지의 전극 부근의 단면 개략도를 도시한다. 본 실시예에 관한 전지는, 정극측 집전체 (6)과 정극측 합제층 (5)를 갖는 정극 (16)과, 부극측 집전체 (1)과 부극측 합제층 (2)를 갖는 부극 (15)와, 정극 (16)과 부극 (15) 사이에 설치된 전기 절연층 (3)과, 전기 절연층 (3) 중에 설치된 전기 전도층 (4)를 구비한다.Fig. 1 shows a cross-sectional schematic diagram of the vicinity of the electrode of the lithium ion secondary battery of this embodiment. The battery according to this embodiment includes a
정극 (16)은, 활성 물질로서 리튬 전이 금속 복합 산화물 중 하나인 망간산리튬, 도전 보조제로서 탄소 분말, 결착제로서 폴리불화비닐리덴(이하 PVDF라고 함)을 1-메틸-2-피롤리돈(이하 NMP라고 함)에 분산, 혼련한 슬러리를 Al제의 정극측 집전체 (6)에 도공하여 정극측 합제층 (5)로 하고, 건조시켜 제작하였다.The
부극 (15)는, 활성 물질로서 리튬 이온을 흡장, 방출할 수 있는 탄소 분말, 결착제로서 PVDF를 NMP에 분산, 혼련한 슬러리를 Cu제의 부극측 집전체 (1)에 도공하여 부극측 합제층 (2)로 하고, 건조시켜 제작하였다.The
정극 (16)과 부극 (15) 사이의 관통 구멍을 갖는 전기 전도층 (4) 및 전기 절연층 (3)은 다음과 같이 제작하였다. 리튬 이온 이차 전지용의 세퍼레이터로서 사용되고 있는 것 중에서, 두께 18 ㎛의 미다공질 폴리프로필렌 시트 및 폴리에틸렌 시트를 각각 1매씩 준비하였다. 이들은 전기 절연층 (3)이 된다. 그 중 폴리프로필렌 시트의 한쪽면 위에, 이온빔 스퍼터링 장치를 사용하여 두께 약 0.5 ㎛의 Cu층을 형성하여 관통 구멍을 갖는 전기 전도층으로 하였다(도 3의 (1), (2)). 이 Cu층 위에 다른 1매의 폴리에틸렌 시트를 거듭 열 압착하였다(도 3의 (3), (4)). 도 3의 (4)에 도시한 바와 같이, 이에 따라 폴리프로필렌/Cu/폴리에틸렌의 3층 구조의 시트가 형성되었다. 이것을 이하에서는 세퍼레이터 (A)로 부르기로 한다.The electrically
이 전기 전도층 (4) 및 전기 절연층 (3)은, 도 4에 도시한 바와 같이 전해질(도시하지 않음)이 침투하고, 이온 전도성을 유지하기 위해, 관통 구멍 (7)을 갖는 미다공질일 필요가 있다. 관통 구멍 (7)은, 정극 (16)에서부터 부극 (15)까지 관통한다. 관통 구멍 (7)의 평균 공경은 전해질의 침투성과, 정극 (16)과 부극 (15)의 격리, 박리한 전극 합제의 입자의 통과를 저지하는 관점에서 0.05 내지 5 ㎛가 바람직하다. 전지의 조립 공정에서 전해질을 주입하면, 관통 구멍 (7) 안은 전해질로 채워져, 정극과 부극 사이를 전해질 중의 이온이 이동할 수 있게 된다.This electrically
여기서는 전기 절연층의 두께를 18 ㎛로 하였지만, 정극 (16)과 전기 전도층 (4)의 거리가 작을수록 조기에 고감도로 금속 이물질의 혼입을 검출할 수 있기 때문에, 기계적 강도와 전기 절연성이 유지되는 범위에서 더욱 얇게 할 수도 있다.Although the thickness of the electrical insulation layer is 18 µm here, the smaller the distance between the
또한, 여기서는, 전기 전도층 (4)의 형성에 이온빔 스퍼터링 장치를 사용하였지만, RF 스퍼터링 장치, 마그네트론 스퍼터링 장치 또는 진공 증착 장치를 사용할 수도 있다. 베이스의 폴리프로필렌 시트는 관통 구멍 (7)을 갖고 있기 때문에, 그 위에 두께 약 0.05 내지 20 ㎛의 Cu층을 형성하면 관통 구멍 (7)은 유지되고, 전기 전도성도 발현하여, 관통 구멍 (7)을 갖는 전기 전도층이 된다.In addition, although the ion beam sputtering apparatus was used for formation of the electrically
전기 전도층에는 일례로서 Cu를 사용하였지만, 전기 전도성을 갖고, Li와 합금을 형성하지 않고, 전해질에 용해되지 않는 물질이면 Cu 이외의 것을 사용할 수도 있으며, 예를 들면 Ni나 카본, 인듐ㆍ주석 산화물(ITO)이나 MnO2와 같은 도전성 금속 산화물을 사용할 수도 있다. 그 이외에 금속, 합금, 도전성 고분자도 사용 가능하다.Cu is used as an example of the electrically conductive layer, but any material other than Cu may be used as long as it is electrically conductive, does not form an alloy with Li, and does not dissolve in the electrolyte. For example, Ni, carbon, indium tin oxide, or the like may be used. Conductive metal oxides such as (ITO) and MnO 2 can also be used. In addition, metals, alloys, and conductive polymers can also be used.
또한, 폴리프로필렌 시트 및 폴리에틸렌 시트 뿐만 아니라, 관통 구멍을 갖는 그 이외의 폴리올레핀 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리이미드 수지, 불소 수지의 시트를 사용할 수도 있다.Moreover, not only a polypropylene sheet and a polyethylene sheet, but the sheet | seat of other polyolefin resin, polyester resin, polyimide resin, and fluororesin which have a through hole can also be used.
또한, 관통 구멍을 갖는 폴리프로필렌과 폴리에틸렌을 서로 적층한 적층 시트를 사용할 수도 있다.Moreover, the laminated sheet which laminated | stacked polypropylene and polyethylene which have a through-hole each other can also be used.
세퍼레이터 (A)의 단부에는 전기적 접속을 취하기 위한 리드선이 되는 Cu박을 압접하여 부착하였다. 이어서, 상기한 정극 (16), 세퍼레이터 (A), 부극 (15),세퍼레이터 (A)를 순차 중첩하여 전극 적층체 (14)를 제작하였다.Cu foil which serves as a lead wire for making electrical connection was attached to the edge part of separator A by pressing. Subsequently, the electrode laminated
이어서, 전극 적층체 (14)를 내장하는 리튬 이온 이차 전지를 도 5 및 도 6에 도시한다. 제조한 전극 적층체 (14)를 알루미늄 라미네이트형의 전지 외장 용기 (12)에 수납하고, 리드선에 의해 전극 적층체 (14)와 전지 외장 용기 (12)에 부속된 단자 (8), (9), (14)와의 사이의 전기적 접속을 취하였다. 전극 적층체 (14)의 정극은 정극 단자 (8)에 접속되고, 전극 적층체 (14)의 부극은 부극 단자 (13)에 접속되고, 전기 전도층 (4)는 전기 전도층에 접속된 단자 (10)에 접속하였다. 그 후, 전해질을 주입하였다. 전해질에는 에틸렌카르보네이트(이하 EC로 칭함)와 디메틸카르보네이트(이하 DMC로 칭함)의 혼합 용액에 육불화인산리튬(LiPF6)을 용해한 액을 사용하였다.Next, the lithium ion secondary battery which incorporates the electrode laminated
이어서 전지 덮개(도시하지 않음)를 전지 외장 용기 (12)에 부착하고, 열 압착 및 접착제에 의해 밀폐하여 도 5 및 도 6에 도시하는 전지를 조립하였다.Subsequently, a battery cover (not shown) was attached to the battery
조립 완료 후의 최초의 충전은 정전압 4.2 V, 충전 전류 1 C 상당의 전류값으로 실시하였다. 단, 1 C는 전지 용량을 1시간에 충전하는 전류값이다.After the completion of assembly, the first charge was performed at a constant voltage of 4.2 V and a current value equivalent to 1 C of charge current. However, 1 C is a current value for charging the battery capacity in one hour.
충전 중, 전기 전도층에 접속된 단자 (10)을 통해 전기 전도층 (4)에 부극과 동일한 -4.2 V(정극을 기준)의 전지 전압을 인가하여, 전기 전도층 (4)와 정극 (16) 사이의 전위차와 전류를 측정하였다.During charging, a battery voltage of −4.2 V (relative to the positive electrode) equal to the negative electrode is applied to the electrically
또한, 전기 전도층 (4)에는 부극 (15)와는 상이한 전압을 인가할 수도 있다. 용해와 석출을 촉진시키기 위해, 전해질이 분해되지 않는 범위에서 보다 낮은 전압, 예를 들면 -4.5 V(정극을 기준)를 전기 전도층에 인가할 수도 있다. 부극 (15)와 동일하게 한 경우에는, 충전시에 부극 (15)에 연결하는 회로와 동일한 것을 사용할 수 있어, 제어를 위한 회로가 간략해진다.In addition, a voltage different from that of the
또는 충전이 완료되어 정극 (16)과 부극 (15)를 충방전 회로로부터 분리한 후, 전기 전도층에는 부극 (15)와 동일한 -4.2 V(정극을 기준)의 전지 전압을 인가하여, 전기 전도층과 정극 (16) 사이의 전위차와 전류를 측정할 수도 있다.Alternatively, after the charging is completed, the
또한, 리튬 이온 이차 전지의 출하 후에는 전기 도전층 (4)는 특별히 사용하지 않기 때문에, 검사 후 출하 전에 전기 전도층에 접속된 단자 (10)을 부재로 숨기거나, 전기 전도층에 접속된 단자 (10)과 리드선을 제거할 수도 있다.In addition, since the electrically
(실시예 2)(Example 2)
정극 (16) 및 부극 (15)는 실시예 1과 동일한 방법으로 제작하였다.The
정극 (16)과 부극 (15) 사이의 관통 구멍을 갖는 전기 전도층 (4) 및 전기 절연층 (3)은 다음과 같이 제작하였다. 리튬 이온 이차 전지용의 세퍼레이터로서 사용되고 있는 것 중에서, 두께 18 ㎛의 미다공질 폴리에틸렌 시트를 2매 준비하였다. 이들은 전기 절연층 (3)이 된다.The electrically
그 중 1매의 한쪽면 위에 알칼리성 과망간산칼륨 용액을 접촉시키고, 폴리에틸렌 시트 표면을 마이크로 에칭하였다.Among them, an alkaline potassium permanganate solution was brought into contact with one surface, and the surface of the polyethylene sheet was microetched.
이어서 마이크로 에칭한 표면에 팔라듐을 흡착시키고, 무전해 도금을 위해 촉매화하였다. 그 후, 무전해 Cu 도금법을 이용하여 두께 약 0.5 ㎛의 Cu막을 형성하여 전기 전도층으로 하였다(도 3의 (1), (2)).Palladium was then adsorbed onto the micro etched surface and catalyzed for electroless plating. Thereafter, a Cu film having a thickness of about 0.5 µm was formed using an electroless Cu plating method to obtain an electrically conductive layer ((1) and (2) in FIG. 3).
이 Cu층 위에 다른 1매의 폴리에틸렌 시트를 중첩하여 열 압착하였다(도 3의 (3), (4)). 도 3의 (4)에 도시한 바와 같이, 이에 따라 폴리에틸렌/Cu/폴리에틸렌의 3층 구조의 시트가 형성되었다. 이것을 이하에서는 세퍼레이터 (B)로 부르기로 한다.The other polyethylene sheet was piled up on this Cu layer and thermocompression-bonded (FIG. 3 (3), (4)). As shown in Fig. 3 (4), a sheet having a three-layer structure of polyethylene / Cu / polyethylene was thus formed. This will be referred to as separator (B) below.
이 전기 전도층 (4) 및 전기 절연층 (3)은, 도 4에 도시한 바와 같이 전해질이 침투하고, 이온 전도성을 유지하기 위해, 관통 구멍 (7)을 갖는 미다공질일 필요가 있다. 관통 구멍의 평균 공경은 전해질의 침투성과, 정극과 부극의 격리, 박리한 전극 합제의 입자의 통과를 저지하는 관점에서 0.05 내지 5 ㎛가 바람직하다. 전지의 조립 공정에서 전해질을 주입하면, 관통 구멍 (7) 내는 전해질로 채워져, 정극과 부극 사이를 전해질 중의 이온이 이동할 수 있게 된다.This electrically
여기서는 전기 절연층의 두께를 18 ㎛로 하였지만, 정극 (16)과 전기 전도층 (4)의 거리가 작을수록 조기에 고감도로 금속 이물질의 혼입을 검출할 수 있기 때문에, 기계적 강도와 전기 절연성이 유지되는 범위에서 더욱 얇게 할 수도 있다.Although the thickness of the electrical insulation layer is 18 µm here, the smaller the distance between the
또한, 여기서는 무전해 도금법만을 이용하였지만, 무전해 도금법으로 Cu막을 부착한 후, 이것을 시드층으로서 전기 도금법으로 Cu막 또는 Ni막을 형성할 수도 있다. 또는 실시예 1과 같이 드라이 성막법으로 Cu막을 부착한 후, 이것을 시드층으로서 전기 도금법으로 Cu막 또는 Ni막을 형성할 수도 있다.In addition, although only the electroless plating method was used here, after a Cu film is affixed by the electroless plating method, a Cu film or a Ni film can also be formed as an seed layer by the electroplating method. Alternatively, a Cu film or a Ni film may be formed by electroplating as a seed layer after depositing a Cu film as in the first embodiment.
베이스의 폴리에틸렌 시트는 관통 구멍을 갖고 있기 때문에, 그 위에 두께 약 0.05 내지 20 ㎛의 Cu층을 형성하면 관통 구멍은 유지되고, 전기 전도성도 발현하여, 관통 구멍을 갖는 전기 전도층 (4)가 된다.Since the base polyethylene sheet has a through hole, when the Cu layer having a thickness of about 0.05 to 20 μm is formed thereon, the through hole is retained and the electrical conductivity is also expressed, resulting in the electrically
전기 전도층에는 일례로서 Cu를 사용하였지만, 전기 전도성을 갖고, Li와 합금을 형성하지 않고, 전해질에 용해되지 않는 물질이면 Cu 이외의 것을 사용할 수도 있으며, 예를 들면 Ni를 사용할 수도 있다.Although Cu was used as an example of the electrically conductive layer, any material other than Cu may be used as long as it is a material having electrical conductivity, which does not form an alloy with Li, and does not dissolve in the electrolyte. For example, Ni may be used.
또한, 폴리에틸렌 시트 뿐만 아니라, 관통 구멍을 갖는 폴리프로필렌 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리이미드 수지, 불소 수지의 시트를 사용할 수도 있다.In addition to the polyethylene sheet, a sheet of a polypropylene resin, a polyester resin, a polyimide resin, or a fluorine resin having a through hole may be used.
단, 폴리이미드 수지의 경우에는, 무전해 도금의 전처리로서 수산화 알칼리 수용액 또는 자외선, 플라즈마 등에 의한 표면 개질이 필요하다.However, in the case of polyimide resin, surface modification by alkali hydroxide aqueous solution or ultraviolet-ray, plasma, etc. is required as a pretreatment of electroless plating.
불소 수지의 경우에는, 무전해 도금의 전처리로서 금속 나트륨-나프탈렌을 사용한 표면 개질이 필요하다.In the case of the fluororesin, surface modification using metal sodium-naphthalene is required as the pretreatment of electroless plating.
또한, 관통 구멍을 갖는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌을 서로 적층한 적층 시트를 사용할 수도 있다.Moreover, the laminated sheet which laminated | stacked polyethylene and polypropylene which have a through-hole each other can also be used.
세퍼레이터 (B)의 단부에는 전기적 접속을 취하기 위한 리드선이 되는 Cu박을 압접하여 부착하였다. 이어서, 상기한 정극, 세퍼레이터 (B), 부극, 세퍼레이터 (B)를 순차 중첩하여 권취하여, 전극 권회체 (11)을 제작하였다.Cu foil which serves as a lead wire for making an electrical connection was crimped | bonded and attached to the edge part of separator B. FIG. Subsequently, the positive electrode, the separator (B), the negative electrode, and the separator (B) were sequentially stacked and wound up to prepare an
이어서 전극 권회체 (11)을 Ni 도금한 Fe제 전지 외장 용기에 수납하고, 전극 권회체와 전지 외장 용기 사이의 전기적 접속을 취하였다. 그 후, 전해질을 주입하였다. 전해질에는 EC, DMC의 혼합 용액에 LiPF6을 용해한 액을 사용하였다.Subsequently, the electrode wound
이어서 전지 덮개를 전지 외장 용기에 부착하고, 코킹 가공법에 의해 밀폐하여 도 7 및 8에 도시하는 전지를 조립하였다.Subsequently, the battery cover was attached to the battery outer container, and the battery cover was sealed by a caulking method to assemble the battery shown in FIGS. 7 and 8.
조립 완료 후의 최초의 충전은 정전압 4.2 V, 충전 전류 1 C 상당의 전류값으로 실시하였다. 단, 1 C는 전지 용량을 1시간에 충전하는 전류값이다.After the completion of assembly, the first charge was performed at a constant voltage of 4.2 V and a current value equivalent to 1 C of charge current. However, 1 C is a current value for charging the battery capacity in one hour.
충전 중, 전기 전도층에 부극과 동일한 -4.2 V(정극을 기준)의 전지 전압을 인가하여, 전기 전도층과 정극 사이의 전위차와 전류를 측정하였다.During charging, a battery voltage of -4.2 V (positive electrode) as the negative electrode was applied to the electrically conductive layer, and the potential difference and current between the electrically conductive layer and the positive electrode were measured.
또한, 전기 전도층에는 부극과는 상이한 전압을 인가할 수도 있다. 용해와 석출을 촉진시키기 위해, 전해질이 분해되지 않는 범위에서 보다 낮은 전압, 예를 들면 -4.5 V(정극을 기준)를 전기 전도층에 인가할 수도 있다.In addition, a voltage different from that of the negative electrode may be applied to the electrically conductive layer. To promote dissolution and precipitation, a lower voltage, such as -4.5 V (based on the positive electrode), may be applied to the electrically conductive layer in the range where the electrolyte is not decomposed.
또는 충전이 완료되어 정극과 부극을 충방전 회로로부터 분리한 후, 전기 전도층에는 부극과 동일한 -4.2 V(정극을 기준)의 전지 전압을 인가하여, 전기 전도층과 정극 사이의 전위차와 전류를 측정할 수도 있다.Alternatively, after the charging is completed, the positive electrode and the negative electrode are separated from the charge / discharge circuit. Then, a battery voltage of -4.2 V (relative to the positive electrode), which is the same as that of the negative electrode, is applied to the electrically conductive layer, so that the potential difference and current between the electrically conductive layer and the positive electrode are adjusted. You can also measure.
(실시예 3)(Example 3)
정극 (16) 및 부극 (15)은 실시예 1과 동일한 방법으로 제작하였다.The
정극과 부극 사이의 관통 구멍을 갖는 전기 전도층 (4) 및 전기 절연층 (3)은 다음과 같이 제작하였다. 리튬 이온 이차 전지용의 세퍼레이터로서 사용되고 있는 것 중에서, 두께 18 ㎛의 미다공질 폴리에틸렌 시트를 2매 준비하였다. 이들은 전기 절연층 (4)가 된다.The electrically
그 중 1매의 한쪽면 위에 카본 분말과 PVDF를 NMP에 분산 용해시킨 슬러리를 도포하고, 60 내지 100 ℃에서 감압 건조시키고, 두께 약 1 ㎛의 카본막을 형성하여 전기 전도층으로 하였다(도 3의 (1), (2)). 이 카본층 위에 다른 1매의 폴리에틸렌 시트를 중첩하여 열 압착하였다(도 3의 (3), (4)). 도 3의 (4)에 도시한 바와 같이, 이에 따라 폴리에틸렌/카본/폴리에틸렌의 3층 구조의 시트가 형성되었다. 이것을 이하에서는 세퍼레이터 (C)로 부르기로 한다.On one of the sheets, a slurry in which carbon powder and PVDF were dispersed and dissolved in NMP was applied, dried under reduced pressure at 60 to 100 ° C., and a carbon film having a thickness of about 1 μm was formed to form an electrically conductive layer (FIG. 3). (1), (2)). The other polyethylene sheet was piled up on this carbon layer and thermocompression-bonded (FIG. 3 (3), (4)). As shown in Fig. 3 (4), a sheet having a three-layer structure of polyethylene / carbon / polyethylene was thus formed. This is hereinafter referred to as separator (C).
이 전기 전도층 (4) 및 전기 절연층 (3)은, 도 4에 도시한 바와 같이 전해질이 침투하고, 이온 전도성을 유지하기 위해, 관통 구멍 (7)을 갖는 미다공질일 필요가 있다. 관통 구멍 (7)의 평균 공경은 전해질의 침투성과, 정극 (16)과 부극 (15)의 격리, 박리한 전극 합제 (2), (5)의 입자의 통과를 저지하는 관점에서 0.05 내지 5 ㎛가 바람직하다. 전지의 조립 공정에서 전해질을 주입하면, 관통 구멍 (7) 내는 전해질로 채워져, 정극 (16)과 부극 (15) 사이를 전해질 중의 이온이 이동할 수 있게 된다.The electrically
여기서는 전기 절연층 (3)의 두께를 18 ㎛로 하였지만, 정극 (16)과 전기 전도층 (4)의 거리가 작을수록 조기에 고감도로 금속 이물질의 혼입을 검출할 수 있기 때문에, 기계적 강도와 전기 절연성이 유지되는 범위에서 더욱 얇게 할 수도 있다.Although the thickness of the
여기서는, 카본 분말을 포함하는 슬러리를 도포하여 전기 전도층을 형성하였지만, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아닐린과 같은 도전성 고분자를 유기 용제에 용해시킨 용액을 도포할 수도 있다.Here, although the electrically conductive layer was formed by apply | coating the slurry containing carbon powder, the solution which melt | dissolved the conductive polymers, such as polypyrrole, polythiophene, and polyaniline, in the organic solvent can also be apply | coated.
베이스의 폴리에틸렌 시트는 관통 구멍을 갖고 있으며, 여기에 카본 분말을 도포하고 있기 때문에, 그 위에 두께 약 0.05 내지 20 ㎛의 카본막을 형성하면 관통 구멍은 유지되고, 전기 전도성도 발현하여, 관통 구멍을 갖는 전기 전도층이 된다.Since the base polyethylene sheet has a through hole, and carbon powder is coated thereon, when a carbon film having a thickness of about 0.05 to 20 μm is formed thereon, the through hole is retained, and electrical conductivity is also expressed, and the through hole has a through hole. It becomes an electrically conductive layer.
또한, 폴리에틸렌 시트 뿐만 아니라, 관통 구멍을 갖는 폴리프로필렌 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리이미드 수지, 불소 수지의 시트를 사용할 수도 있다.In addition to the polyethylene sheet, a sheet of a polypropylene resin, a polyester resin, a polyimide resin, or a fluorine resin having a through hole may be used.
또한, 관통 구멍을 갖는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌을 서로 적층한 적층 시트를 사용할 수도 있다.Moreover, the laminated sheet which laminated | stacked polyethylene and polypropylene which have a through-hole each other can also be used.
세퍼레이터 (C)의 단부에는 전기적 접속을 취하기 위한 리드선이 되는 Cu박을 압접하여 부착하였다. 이어서, 상기한 정극 (16), 세퍼레이터 (C), 부극 (15),세퍼레이터 (C)를 순차 중첩하여 전극 적층체 (14)를 제작하였다.Cu foil which serves as a lead wire for making an electrical connection was crimped | bonded and attached to the edge part of separator (C). Subsequently, the electrode laminated
이어서 전극 적층체 (14)를 알루미늄 라미네이트형의 전지 외장 용기 (12)에 수납하고, 전극 적층체와 전지 외장 용기 사이의 전기적 접속을 취하였다. 그 후, 전해질을 주입하였다. 전해질에는 EC, DMC의 혼합 용액에 LiPF6을 용해한 액을 사용하였다.Subsequently, the electrode laminated
이어서 전지 덮개를 전지 외장 용기에 부착하고, 열 압착 및 접착제에 의해 밀폐하여 도 5 및 6에 도시하는 전지를 조립하였다.Subsequently, the battery cover was attached to the battery outer container, and the battery cover shown in FIGS. 5 and 6 was assembled by sealing by heat pressing and adhesive.
조립 완료 후의 최초의 충전은 정전압 4.2 V, 충전 전류 1 C 상당의 전류값으로 실시하였다. 단, 1 C는 전지 용량을 1시간에 충전하는 전류값이다.After the completion of assembly, the first charge was performed at a constant voltage of 4.2 V and a current value equivalent to 1 C of charge current. However, 1 C is a current value for charging the battery capacity in one hour.
충전 중, 전기 전도층 (4)에 부극과 동일한 -4.2 V(정극을 기준)의 전지 전압을 인가하여, 전기 전도층 (4)와 정극 (16) 사이의 전위차와 전류를 측정하였다.During charging, a battery voltage of −4.2 V (positive electrode reference) equal to that of the negative electrode was applied to the electrically
또한, 전기 전도층 (4)에는 부극 (15)와는 상이한 전압을 인가할 수도 있다. 용해와 석출을 촉진시키기 위해, 전해질이 분해되지 않는 범위에서 보다 낮은 전압, 예를 들면 -4.5 V(정극을 기준)를 전기 전도층에 인가할 수도 있다.In addition, a voltage different from that of the
또는 충전이 완료되어 정극 (16)과 부극 (15)를 충방전 회로로부터 분리한 후, 전기 전도층에는 부극과 동일한 -4.2 V(정극을 기준)의 전지 전압을 인가하여, 전기 전도층 (4)와 정극 (16) 사이의 전위차와 전류를 측정할 수도 있다.Alternatively, after the charging is completed, the
(실시예 4)(Example 4)
정극 (16) 및 부극 (15)는 실시예 1과 동일한 방법으로 제작하였다.The
정극 (16)과 부극 (15) 사이의 관통 구멍을 갖는 전기 전도층 (4) 및 전기 절연층 (3)은 다음과 같이 제작하였다. 리튬 이온 이차 전지용의 세퍼레이터로서 사용되고 있는 것 중에서, 두께 18 ㎛의 미다공질 폴리에틸렌 시트를 1매 준비하였다. 이것은 전기 절연층이 된다. 이 폴리에틸렌 시트의 한쪽면 위에 이온빔 스퍼터링 장치를 사용하여 두께 약 0.5 ㎛의 Cu층을 형성하여 관통 구멍을 갖는 전기 전도층으로 하였다(도 3의 (1), (2)).The electrically
이 Cu층 위에 PVDF를 NMP에 분산 용해시킨 용액을 도포하고, 60 내지 100 ℃에서 감압 건조하여, 약 20 ㎛의 전기 절연층을 형성하였다(도 3의 (3), (4)). 도 3의 (4)에 도시한 바와 같이, 이에 따라 PVDF/Cu/폴리에틸렌의 3층 구조의 시트가 형성되었다. 이것을 이하에서는 세퍼레이터 (D)로 부르기로 한다.The solution which disperse | distributed and dissolved PVDF in NMP was apply | coated on this Cu layer, and it dried under reduced pressure at 60-100 degreeC, and formed the electrical insulation layer of about 20 micrometers (FIG. 3 (3), (4)). As shown in Fig. 3 (4), a sheet having a three-layer structure of PVDF / Cu / polyethylene was thus formed. This is hereinafter referred to as separator (D).
이 전기 전도층 (4) 및 전기 절연층 (3)은, 도 4에 도시한 바와 같이 전해질이 침투하고, 이온 전도성을 유지하기 위해, 관통 구멍 (7)을 갖는 미다공질일 필요가 있다. 관통 구멍의 평균 공경은 전해질의 침투성과, 정극과 부극의 격리, 박리한 전극 합제의 입자의 통과를 저지하는 관점에서 0.05 내지 5 ㎛가 바람직하다. 전지의 조립 공정에서 전해질을 주입하면, 관통 구멍 (7) 내는 전해질로 채워져, 정극 (16)과 부극 (15) 사이를 전해질 중의 이온이 이동할 수 있게 된다.This electrically
여기서는 전기 절연층의 두께를 18 ㎛로 하였지만, 정극 (16)과 전기 절연층 (3)의 거리가 작을수록 조기에 고감도로 금속 이물질의 혼입을 검출할 수 있기 때문에, 기계적 강도와 전기 절연성이 유지되는 범위에서 더욱 얇게 할 수도 있다.Although the thickness of the electrical insulation layer is 18 占 퐉, here, the smaller the distance between the
또한, 여기서는 전기 전도층 (4)의 형성에 이온빔 스퍼터링 장치를 사용하였지만, RF 스퍼터링 장치, 마그네트론 스퍼터링 장치 또는 진공 증착 장치를 사용할 수도 있다. 베이스의 폴리프로필렌 시트는 관통 구멍을 갖고 있기 때문에, 그 위에 두께 약 0.05 내지 20 ㎛의 Cu층을 형성하면 관통 구멍은 유지되고, 전기 전도성도 발현하여, 관통 구멍을 갖는 전기 전도층 (4)가 된다.In addition, although the ion beam sputtering apparatus was used for formation of the electrically
전기 전도층 (4)에는 일례로서 Cu를 사용하였지만, 전기 전도성을 갖고, Li와 합금을 형성하지 않고, 전해질에 용해되지 않는 물질이면 Cu 이외의 것을 사용할 수 있으며, 예를 들면 Ni나 카본, 인듐ㆍ주석 산화물(ITO)이나 MnO2와 같은 도전성 금속 산화물을 사용할 수도 있다.Cu was used as an example of the electrically
베이스의 전기 전도층 (4)는 관통 구멍을 갖고 있기 때문에, 그 위에 약 1 내지 20 ㎛로 PVDF를 NMP에 분산 용해시킨 용액을 도포하면, 관통 구멍은 유지되고, 전기 절연성도 발현하여, 관통 구멍을 갖는 전기 절연층이 된다.Since the base electrically
Cu층 위에 형성하는 전기 절연층 (3)으로서는, PVDF 이외에 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 폴리비닐 알코올(PVA), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)를 사용할 수도 있다. 다공질을 유지하기 위해 알루미나 또는 실리카와 같은 무기물 입자를 혼합시킬 수도 있다.As the
또한, 폴리프로필렌 시트 뿐만 아니라, 관통 구멍을 갖는 폴리에틸렌 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리이미드 수지, 불소 수지의 시트를 사용할 수도 있다.In addition to the polypropylene sheet, a sheet of a polyethylene resin, a polyester resin, a polyimide resin, or a fluorine resin having a through hole may be used.
또한, 관통 구멍을 갖는 폴리프로필렌과 폴리에틸렌을 서로 적층한 적층 시트를 사용할 수도 있다.Moreover, the laminated sheet which laminated | stacked polypropylene and polyethylene which have a through-hole each other can also be used.
세퍼레이터 (D)의 단부에는 전기적 접속을 취하기 위한 리드선이 되는 Cu박을 압접하여 부착하였다. 이어서, 상기한 정극 (16), 세퍼레이터 (D), 부극 (15),세퍼레이터 (D)를 순차 중첩하여, 전극 적층체 (14)를 제작하였다.Cu foil which serves as a lead wire for making an electrical connection was crimped | bonded and attached to the edge part of the separator (D). Subsequently, the
이어서 전극 적층체 (14)를 알루미늄 라미네이트형의 전지 외장 용기 (12)에 수납하고, 전극 적층체와 전지 외장 용기 사이의 전기적 접속을 취하였다. 그 후, 전해질을 주입하였다. 전해질에는 EC, DMC의 혼합 용액에 LiPF6을 용해한 액을 사용하였다.Subsequently, the electrode laminated
이어서 전지 덮개를 전지 외장 용기에 부착하고, 열 압착 및 접착제에 의해 밀폐하여 도 5 및 6에 도시하는 전지를 조립하였다.Subsequently, the battery cover was attached to the battery outer container, and the battery cover shown in FIGS. 5 and 6 was assembled by sealing by heat pressing and adhesive.
조립 완료 후의 최초의 충전은 정전압 4.2 V, 충전 전류 1 C 상당의 전류값으로 실시하였다. 단, 1 C는 전지 용량을 1시간에 충전하는 전류값이다.After the completion of assembly, the first charge was performed at a constant voltage of 4.2 V and a current value equivalent to 1 C of charge current. However, 1 C is a current value for charging the battery capacity in one hour.
충전 중, 전기 전도층에 부극과 동일한 -4.2 V(정극을 기준)의 전지 전압을 인가하여, 전기 전도층과 정극 사이의 전위차와 전류를 측정하였다.During charging, a battery voltage of -4.2 V (positive electrode) as the negative electrode was applied to the electrically conductive layer, and the potential difference and current between the electrically conductive layer and the positive electrode were measured.
또한, 전기 전도층에는 부극과는 상이한 전압을 인가할 수도 있다. 용해와 석출을 촉진시키기 위해, 전해질이 분해되지 않는 범위에서 보다 낮은 전압, 예를 들면 -4.5 V(정극을 기준)를 전기 전도층에 인가할 수도 있다.In addition, a voltage different from that of the negative electrode may be applied to the electrically conductive layer. To promote dissolution and precipitation, a lower voltage, such as -4.5 V (based on the positive electrode), may be applied to the electrically conductive layer in the range where the electrolyte is not decomposed.
또는 충전이 완료되어 정극과 부극을 충방전 회로로부터 분리한 후, 전기 전도층에는 부극과 동일한 -4.2 V(정극을 기준)의 전지 전압을 인가하여, 전기 전도층과 정극 사이의 전위차와 전류를 측정할 수도 있다.Alternatively, after the charging is completed, the positive electrode and the negative electrode are separated from the charge / discharge circuit. Then, a battery voltage of -4.2 V (relative to the positive electrode), which is the same as that of the negative electrode, is applied to the electrically conductive layer, so that the potential difference and current between the electrically conductive layer and the positive electrode are adjusted. You can also measure.
(비교예 1)(Comparative Example 1)
세퍼레이터에 전기 전도층을 형성하지 않는 점 이외에는, 실시예 1 내지 4와 동일한 사양의 정극, 부극, 전해액을 사용하여 전지를 조립하였다.A battery was assembled using the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte solution having the same specifications as in Examples 1 to 4 except that the electrically conductive layer was not formed on the separator.
세퍼레이터는 리튬 이온 이차 전지용의 세퍼레이터로서 사용되는 것 중에서, 두께 35 ㎛의 다공질 폴리에틸렌 시트를 사용하였다.The separator used the porous polyethylene sheet of 35 micrometers in thickness, used as a separator for lithium ion secondary batteries.
조립 완료 후의 최초의 충전은 정전압 4.2 V, 충전 전류 1 C 상당의 전류값으로 실시하였다. 단, 1 C는 전지 용량을 1시간에 충전하는 전류값이다.After the completion of assembly, the first charge was performed at a constant voltage of 4.2 V and a current value equivalent to 1 C of charge current. However, 1 C is a current value for charging the battery capacity in one hour.
(평가예)(Evaluation example)
본 발명의 효과를 확인하기 위해, 실시예 1 내지 4 및 비교예 1의 전지에 전극 제작 과정에서 평균 입경 80 ㎛ 전후 및 30 ㎛ 전후의 금속 이물질(Fe)을 정극 중 및 정극 표면 위에 1 내지 10개 혼입시켰다.In order to confirm the effects of the present invention, in the batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, metal foreign materials (Fe) having an average particle diameter of about 80 μm and about 30 μm in the electrode manufacturing process, 1 to 10 on the positive electrode and on the positive electrode surface. Dogs were incorporated.
조립 완료 후의 최초의 충전은 정전압 4.2 V, 충전 전류 1 C 상당의 전류값으로 실시하였다. 단, 1 C는 전지 용량을 1시간에 충전하는 전류값이다.After the completion of assembly, the first charge was performed at a constant voltage of 4.2 V and a current value equivalent to 1 C of charge current. However, 1 C is a current value for charging the battery capacity in one hour.
충전 중, 전기 전도층에 부극과 동일한 -4.2 V(정극을 기준)의 전지 전압을 인가하여, 전기 전도층과 정극 사이의 전위차와 전류를 측정하였다.During charging, a battery voltage of -4.2 V (positive electrode) as the negative electrode was applied to the electrically conductive layer, and the potential difference and current between the electrically conductive layer and the positive electrode were measured.
내부 단락이 일어나면, 전기 전도층과 정극 사이의 전위차의 절대값이 4.2 V보다도 작아지고, 동시에 단락 전류가 관측된다. 단락 전류는 인가한 전압과 단락부의 전기 저항에 따라 변화된다. 이러한 전위차의 변화와 단락 전류가 금속 이물질의 혼입 없이 내부 단락이 발생하지 않는 양품의 전지의 거동에 비해 크게 관측된 전지는 내부 단락 발생으로 판단하여, 불량품으로서 선별하였다.When an internal short circuit occurs, the absolute value of the potential difference between the electrically conductive layer and the positive electrode becomes smaller than 4.2 V, and a short circuit current is observed at the same time. The short circuit current changes depending on the applied voltage and the electrical resistance of the short circuit. The battery whose change in potential difference and short-circuit current were observed to be large compared to the behavior of a good battery in which an internal short circuit did not occur without the incorporation of metallic foreign matter was judged as an internal short circuit, and was selected as a defective product.
또한, 전기 전도층에는 부극과는 상이한 전압을 인가할 수도 있다. 용해와 석출을 촉진시키기 위해, 전해질이 분해되지 않는 범위에서 보다 낮은 전압, 예를 들면 -4.5 V(정극을 기준)를 전기 전도층에 인가할 수도 있다.In addition, a voltage different from that of the negative electrode may be applied to the electrically conductive layer. To promote dissolution and precipitation, a lower voltage, such as -4.5 V (based on the positive electrode), may be applied to the electrically conductive layer in the range where the electrolyte is not decomposed.
또는 충전이 완료되어 정극과 부극을 충방전 회로로부터 분리한 후, 전기 전도층에는 부극과 동일한 -4.2 V(정극을 기준)의 전지 전압을 인가하여, 전기 전도층과 정극 사이의 전위차와 전류를 측정할 수도 있다.Alternatively, after the charging is completed, the positive electrode and the negative electrode are separated from the charge / discharge circuit. Then, a battery voltage of -4.2 V (relative to the positive electrode), which is the same as that of the negative electrode, is applied to the electrically conductive layer, so that the potential difference and current between the electrically conductive layer and the positive electrode are adjusted. You can also measure.
그 결과를 표 1에 나타낸다. 여기서는, 본 발명의 전기 전도층과 정극 사이에서 일어난 단락을 내부 단락으로 표현하고 있다.The results are shown in Table 1. Here, the short circuit which occurred between the electrically conductive layer and the positive electrode of this invention is represented by the internal short circuit.
평균 입경 80 ㎛의 금속 이물질의 경우, 본 발명의 전지에서는 종래의 전지의 경우의 1/12 내지 1/2의 시간 내라는 조기에 내부 단락이 일어났다.In the case of a metal foreign material having an average particle diameter of 80 mu m, an internal short circuit occurred early in the battery of the present invention within a time of 1/12 to 1/2 of the conventional battery.
또한, 평균 입경 30 ㎛의 금속 이물질의 경우, 종래의 전지에서는 내부 단락이 발생하지 않았지만, 본 발명의 전지에서는 내부 단락이 발생하였다.In the case of a metal foreign material having an average particle diameter of 30 µm, internal short circuit did not occur in the conventional battery, but internal short circuit occurred in the battery of the present invention.
즉, 본 발명에 따르면, 금속 이물질에 의한 내부 단락을 종래보다도 조기에 검출할 수 있었다. 또한, 종래에는 혼입되어 있어도 내부 단락되지 않았기 때문에 놓치고 있었던 작은 금속 이물질에 의한 내부 단락을 본 발명에서는 검출할 수 있었다.That is, according to the present invention, the internal short circuit caused by the metal foreign matter could be detected earlier than before. In addition, in the present invention, the internal short circuit caused by the small metal foreign matter missed was detected because the internal short circuit did not occur even when mixed.
1: 부극측 집전체
2: 부극측 합제층
3: 전기 절연층
4: 전기 전도층
5: 정극측 합제층
6: 정극측 집전체
7: 관통 구멍
8: 정극에 접속된 단자
9: 부극에 접속된 전지 외장 용기의 동체
10: 전기 전도층에 접속된 단자
11: 전극 권회체
12: 알루미늄 라미네이트형의 전지 외장 용기
13: 부극에 접속된 단자
14: 전극 적층체
15: 부극
16: 정극1: negative electrode current collector
2: negative electrode mixture layer
3: electrical insulation layer
4: electrical conductive layer
5: positive electrode mixture layer
6: positive electrode current collector
7: through hole
8: Terminal connected to the positive electrode
9: Body of battery outer container connected to negative electrode
10: terminal connected to the electrically conductive layer
11: electrode winding body
12: battery laminated container of aluminum laminate type
13: terminal connected to the negative electrode
14: electrode stack
15: negative electrode
16: positive electrode
Claims (10)
정극과,
부극과,
상기 정극과 상기 부극 사이에 설치된 전기 절연층과,
전해질을 구비하는 리튬 이온 전지에 있어서,
상기 정극과 부극 사이의 전기 절연층 중에 전기 전도층을 구비하고,
상기 전기 전도층은 부극과 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지.Battery outer container,
The positive electrode,
Negative,
An electrical insulation layer provided between the positive electrode and the negative electrode;
In a lithium ion battery provided with an electrolyte,
An electric conductive layer is provided in the electric insulating layer between the positive electrode and the negative electrode,
The said electrically conductive layer is electrically connected with the negative electrode, The lithium ion battery characterized by the above-mentioned.
상기 전기 절연층 및 상기 전기 전도층은 상기 전해질이 충전되고, 상기 정극에서부터 상기 부극까지 관통하는 관통 구멍을 구비한 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지.The method of claim 1,
The electrically insulating layer and the electrically conductive layer have a through hole filled with the electrolyte and penetrating from the positive electrode to the negative electrode.
정극과,
부극과,
상기 정극과 상기 부극 사이에 설치된 전기 절연층과,
전해질을 구비하는 리튬 이온 전지에 있어서,
상기 정극과 부극 사이의 전기 절연층 중에 전기 전도층을 구비하고,
상기 전기 전도층은 정극 및 부극과는 전기적으로 독립되어, 전기적 접속을 위한 리드선과, 상기 전지 외장 용기와의 전기적 접점을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지.Battery outer container,
The positive electrode,
Negative,
An electrical insulation layer provided between the positive electrode and the negative electrode;
In a lithium ion battery provided with an electrolyte,
An electric conductive layer is provided in the electric insulating layer between the positive electrode and the negative electrode,
The electrically conductive layer is electrically independent of the positive electrode and the negative electrode, and has a lead wire for electrical connection and an electrical contact with the battery outer container.
상기 전기 전도층은 금속, 합금, 카본, 도전성 금속 산화물, 도전성 고분자 중 적어도 1개를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지.The method of claim 1,
The electrically conductive layer is a lithium ion battery, characterized in that it comprises at least one of metal, alloy, carbon, conductive metal oxide, conductive polymer.
상기 전기 절연층은 폴리프로필렌 시트, 폴리에틸렌 시트, 폴리올레핀 수지, 폴리에스테르 수지, 불소 수지, 폴리이미드 수지 중 적어도 1개를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지.The method of claim 1,
The electrical insulation layer comprises at least one of polypropylene sheet, polyethylene sheet, polyolefin resin, polyester resin, fluorine resin, polyimide resin.
정극과,
부극과,
상기 정극과 상기 부극 사이에 설치된 전기 절연층과,
전해질을 구비하는 리튬 이온 전지의 제조 방법에 있어서,
정극과 부극 사이에, 내부에 전기 전도층을 갖는 전기 절연층을 형성하여 전극 권회체 또는 전극 적층체를 형성하는 공정과,
상기 전극 권회체 또는 전극 적층체에 전해질을 충전하는 공정과,
상기 전해질 충전 후에 충전을 행하는 공정과,
상기 정극과 상기 전기 전도층 사이에 전압을 인가하는 공정을 포함하는
것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지의 제조 방법.Battery outer container,
The positive electrode,
Negative,
An electrical insulation layer provided between the positive electrode and the negative electrode;
In the manufacturing method of a lithium ion battery provided with an electrolyte,
Forming an electrode winding body or an electrode laminate by forming an electric insulation layer having an electric conductive layer therein between the positive electrode and the negative electrode;
Filling an electrode into the electrode winding body or the electrode laminate;
Performing charging after the electrolyte filling;
And applying a voltage between the positive electrode and the electrically conductive layer.
The manufacturing method of the lithium ion battery characterized by the above-mentioned.
상기 충전을 행하는 공정에서는 상기 정극과 상기 전기 전도층 사이에 전압을 인가하여, 상기 정극과 상기 전기 전도층 사이의 전위차 및 전류를 측정하면서 상기 충전을 행하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지의 제조 방법.8. The method of claim 7,
In the charging step, a voltage is applied between the positive electrode and the electrically conductive layer to perform the charging while measuring a potential difference and a current between the positive electrode and the electrically conductive layer.
상기 충전을 행하는 공정에서는 상기 전기 전도층에 상기 정극보다도 낮은 전극 전위를 인가하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지의 제조 방법.9. The method of claim 8,
In the charging step, an electrode potential lower than that of the positive electrode is applied to the electrically conductive layer.
상기 충전을 행하는 공정 후에 상기 정극과 상기 전기 전도층 사이에 전압을 인가하여, 상기 정극과 상기 전기 전도층 사이의 전위차 및 전류의 측정을 행하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지의 제조 방법.8. The method of claim 7,
And a voltage is applied between the positive electrode and the electrically conductive layer after the step of charging to measure the potential difference and the current between the positive electrode and the electrically conductive layer.
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