KR101629482B1 - 활성화 공정 중 전지를 가압하는 리튬 이차전지의 제조방법 - Google Patents

활성화 공정 중 전지를 가압하는 리튬 이차전지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 치환 또는 비치환의 리튬 금속 산화물 및/또는 치환 또는 비치환의 리튬 금속 인산화물을 양극 활물질로 포함하는 리튬 이차전지의 활성화 공정에 있어서, 상기 활성화 공정은, 충전 과정, 에이징(aging) 과정, 및 방전 과정을 포함하고, 상기 충전 과정은, 리튬 이차전지를 가압하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법을 제공한다.

Description

활성화 공정 중 전지를 가압하는 리튬 이차전지의 제조방법{Lithium Secondary Battery Preparation Method Pressurizing the Battery during Vitalization Process}
본 발명은 활성화 과정 중 전지를 가압하는 리튬 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원 또는 보조 전력장치 등으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
이러한 이차전지는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되는 형태로 조립된 후 활성화 공정을 거치어 제조된다. 활성화 공정은 조립된 전지를 충전, 에이징, 및 방전하는 과정을 통해 전지구조를 안정화시키고 사용 가능한 상태가 되도록 한다.
상기 충전, 에이징, 및 방전하는 과정에서는 양극 활물질에서 기인하는 가스와 양극 활물질과 전해액과의 부반응으로 인해 생성된 가스가 다량으로 발생한다. 이와 같이 발생한 가스는 전지케이스를 부풀어 오르게 하거나, 전극들 사이에 잔존하여 전극의 균일하고 원활한 반응을 방해할 수 있다. 이로 인하여, 전지의 수명이 크게 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 새로운 리튬 이차전지의 제조 방법의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 리튬 이차전지의 활성화 공정에서 발생하는 가스가 전지 내부에 잔존하지 않고, 전지의 외부로 배출될 수 있도록 하는 리튬 이차전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
따라서, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리튬 이차전지 제조방법은,
치환 또는 비치환의 리튬 금속 산화물 및/또는 치환 또는 비치환의 리튬 금속 인산화물을 양극 활물질로 포함하는 리튬 이차전지의 활성화 공정에 있어서,
상기 활성화 공정은, 충전 과정, 에이징(aging) 과정, 및 방전 과정을 포함하고,
상기 충전 과정은, 리튬 이차전지를 가압하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법일 수 있다.
본 발명의 비제한적인 예에서, 치환 또는 비치환의 리튬 금속 산화물은, 예를 들어, 리튬 금속 불소산화물일 수 있다.
본 발명의 비제한적인 예에서, 상기 리튬 금속 산화물은, 하기 화학식 (1)로 표현되는 하나 이상의 화합물일 수 있다.
(1-x)LiM’O2-yAy -x·Li2MnO3-y’Ay’ (1)
상기 식에서,
M’은 MnaMb이고;
M은 Ni, Ti, Co, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zr, Zn 및 2주기 전이금속들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며;
A는 PO4, BO3, CO3, F 및 NO3의 음이온으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고;
0<x<1; 0≤y≤0.02; 0≤y’≤0.02; 0.5≤a≤1.0; 0≤b≤0.5; a + b = 1 이다.
즉, 본 발명에 따른 리튬 이차전지 제조방법은, 리튬 금속 산화물 및/또는 리튬 금속 인산화물을 양극 활물질로 포함하는 리튬 이차전지의 활성화 공정에 있어서, 충전 과정 중 리튬 이차전지를 가압하는 과정을 포함함으로써, 활성화 공정에서 발생하는 가스가 전지 내부에 잔존하지 않고, 전지의 외부로 배출될 수 있도록 할 수 있다.
상기 충전 과정은, 제 1 충전 과정과 제 2 충전 과정을 포함하고 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 충전 과정은, 1C/10 이상 내지 1C/3 이하의 정전류로 20분 내지 4 시간 동안 리튬 이차 전지를 충전하는 것일 수 있다.
상기 제 1 충전 과정은, 충전 종지 전압이 4.2 V 이하일 수 있다.
상기 제 1 충전 과정은, 충전 종지 전압이 SOC(State of Charge) 10 이상 내지 SOC 30 이하일 수 있다.
상기 제 2 충전 과정은, 1C/10 이상 내지 1C/3 이하의 정전류로 160분 이상 내지 10시간 이하 동안 리튬 이차 전지를 충전하는 것일 수 있다.
상기 제 2 충전 과정은, 충전 종지 전압이 4.4 V 이상 내지 4.8 V 이하일 수 있다. 상기 제 2 충전 과정 및 상기 방전 과정은, 4시간 이상 내지 20시간 이하 동안 리튬 이차 전지를 충전 및 방전하는 것일 수 있다.
상기 가압 과정은, 압력이 6 kgf/cm2 이상 내지 10 kgf/cm2 이하의 범위 내일 수 있다. 상기 압력이 6 kgf/cm2 미만일 경우에는, 활성화 공정에서 발생하는 가스를 전지 외부로 충분히 배출할 수 없고, 상기 압력이 10 kgf/cm2 를 초과하는 경우에는, 과도한 압력에 의해 전지가 손상될 수 있다.
상기 가압 과정은, 가압 부재를 이용하여 리튬 이차전지를 가압할 수 있다.
구체적으로, 상기 가압 부재는, 리튬 이차전지의 외면을 가압하는 가압부, 리튬 이차전지의 가압 방향으로 상기 가압부를 수렴시키는 수렴 가이드부, 및 상기 가압 및 수렴에 필요한 동력을 발생시키는 동력부를 포함하고 있을 수 있다.
상기 가압부는, 서로 연결되어 있을 수도 있고, 분리되어 있을 수도 있다. 하나의 가압부는 고정형 가압부이고, 다른 하나의 가압부는 이동형 가압부일 수 있다. 상기 수렴 가이드부는, 가압부를 관통하고 외주면에 나선형의 돌기가 형성되어 있는 원통형 부재일 수 있다. 이 때, 상기 가압부에는, 상기 나선형 돌기와 결합하는 결합홈이 형성된 관통공이 형성되어 있을 수 있다. 상기 동력부는, 상기 수렴 가이드 부의 일단에 설치된 판상부재일 수 있다. 상기 판상부재는, 다각형 또는 원형일 수 있고, 원형의 판상부재는, 둘레면에 다수의 홈이 형성되어 있을 수 있다.
상기 에이징 과정은, 리튬 이차전지를 가압하는 과정을 포함하고 있을 수 있다.
상기 방전 과정은, 리튬 이차전지를 가압하는 과정을 포함하고 있을 수 있다.
상기 방전 과정은, 1C/10 이상 내지 1C/3 이하의 정전류로 2시간 이상 내지 10시간 이하 동안 리튬 이차 전지를 방전하는 것일 수 있다.
상기 방전 과정은, 방전 종지 전압이 2.0V 이상 내지 2.5V 이하일 수 있다.
상기 활성화 공정은, 가스 제거(degassing)과정을 더 포함하고 있을 수 있다.
상기 가스 제거 과정은, 제 1 충전 과정 이후에 수행할 수 있다.
상기 가스 제거 과정은, 제 2 충전 과정 이후에 수행할 수 있다.
상기 가스 제거 과정은, 상기 방전 과정 이후에 수행할 수 있다.
상기 에이징 과정은, 제 1 충전 과정 이후에 수행할 수 있다.
상기 리튬 이차전지는 각형 전지, 원통형 전지, 파우치형 전지일 수 있다. 본 발명의 비제한적인 예에서, 상기 리튬 이차전지는, 전극 적층체가 전해질과 함께 라미네이트 시트의 파우치형 전지 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지일 수 있다.
전지 케이스로서 금속 캔을 사용하는 각형 전지 또는 원통형 전지와 달리, 상기 파우치형 전지는, 라미네이트 시트의 파우치형 전지 케이스를 사용하므로, 활성화 과정에서 발생하는 가스에 의해서 전지 케이스의 변형이 일어나고, 이로 인해 내부 가스를 효율적으로 배출하기 어려우므로, 가압 부재로 가압한 상태에서 활성화 과정을 진행하는 것이 바람직하다.
상기 전극 적층체는 폴딩형 구조, 또는 스택형 구조, 또는 스택/폴딩형(SNF) 구조, 또는 라미네이션/스택형(LNS) 구조로 이루어진 것 중 하나일 수 있다.
상기 폴딩형 구조의 전극 적층체는, 하나 이상의 양극, 하나 이상의 음극, 및 양극과 음극의 사이에 개재되는 하나 이상의 분리막을 포함하고, 양극, 분리막, 및 음극이, 각각의 일단과 타단이 서로 교차하지 않는 구조일 수 있다.
상기 스택형 구조의 전극 적층체는, 하나 이상의 양극, 하나 이상의 음극, 및 양극과 음극의 사이에 개재되는 하나 이상의 분리막을 포함하고, 양극, 분리막, 및 음극이, 각각의 일단과 타단이 서로 교차하는 구조일 수 있다.
상기 스택/폴딩형 구조의 전극 적층체는, 하나 이상의 양극, 하나 이상의 음극, 및 양극과 음극의 사이에 개재되는 하나 이상의 분리막을 포함하고, 상기 분리막은, 제 1 분리막과 제 2 분리막을 포함하고, 상기 양극, 제 1 분리막 및 음극은 각각의 일단과 타단이 서로 교차하지 않고, 상기 제 2 분리막은, 전극 탭이 형성되지 않은 전극의 측면을 감싸고 있는 구조일 수 있다.
상기 라미네이션/스택형 구조의 전극 적층체는, 일면 또는 양면에 분리막이 접합(laminate)되어 있는 개량된 전극을 하나 이상 포함하고 있을 수 있다. 상기 개량된 전극은, 예를 들어, 분리막이 양극 또는 음극의 일면에, 접합되어 있는 구조로 구현될 수 있다. 또한, 분리막이 양극의 양면 또는 음극의 양면에, 접합되어 있는 구조로 구현될 수 있다. 또한, 양극과 음극의 사이에 분리막이 개재된 상태에서 양극, 분리막 및 음극이 서로 접합되어 있는 구조로 구현될 수 있다. 본 명세서에서, 양극과 음극의 사이에 분리막이 개재된 상태에서 양극, 분리막 및 음극이 서로 접합되어 있는 구현예를 전극군으로 정의할 수 있다.
상기 전극군은 최외측 전극들의 극성이 서로 동일하거나 상이할 수 있고, 최외측 전극들의 극성이 동일한 경우, S형 전극군이라 칭할 수 있고, 최외측 전극군들의 극성이 서로 상이한 경우, D형 전극군이라 칭할 수 있다. 상기 최외측 전극들 중 하나 이상은 분리막들 사이에 개재된 상태로 분리막들과 접합되어 있을 수 있다.
또한, 상기 개량된 전극은, 양극 및 음극 중 어느 하나와 분리막을 포함하고, 양극 및 음극 중 어느 하나와 분리막이 서로 접합되어 있는 구조로 구현될 수 있다. 이를 전극소자로 정의할 수 있다. 상기 전극소자는 양극 및 음극 중 어느 하나가 분리막들 사이에 개재되고, 양극 및 음극 중 어느 하나가 분리막과 접합되어 있을 수 있다.
상기 전극, 개량된 전극, 분리막, 전극군, 전극소자 등의 조합으로서, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 전극 적층체는, 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명은 또한, 상기 리튬 이차전지 제조방법으로 제조되는 리튬 이차전지를 제공한다.
상기 리튬 이차전지는, 리튬 이온 전지일 수 있고, 리튬 폴리머 전지일 수 있고, 리튬 이온 폴리머 전지일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 리튬 이차전지를 단위전지로서 포함하는 전지팩을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 전지팩을 에너지원으로 사용하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 구체적으로, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 리튬 이차전지 제조방법은, 치환 또는 비치환의 리튬 금속 산화물 및/또는 치환 또는 비치환의 리튬 금속 인산화물을 양극 활물질로 포함하는 리튬 이차전지의 활성화 공정에 있어서, 충전 과정 중 리튬 이차전지를 가압하는 과정을 포함함으로써, 활성화 공정에서 발생하는 가스가 전지 내부에 잔존하지 않고, 전지의 외부로 배출될 수 있도록 할 수 있다.
도 1은 실험예 1에 따른 방전 특성을 나타내는 그래프이다.
이하에서는, 실시예를 통해 본 발명의 내용을 상세히 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
Li(Li0.2Ni0.2Mn0.6)O2 : Super-P (Timcal 社): PVdF(Solef 社 6020) 의 질량비가 95 : 5 : 5 인 고형분을 NMP 용매에 배합하여 양극 슬러리를 제조하였다. 이를 20 ㎛ 두께의 알루미늄 호일에 도포하여 로딩량이 1 mAh/cm2 인 양극을 제작하였다.
천연흑연 : Super-P (Timcal 社): PVdF(Solef 社 6020) 의 질량 비가 95 : 5 : 5 인 고형분을 NMP 용매에 배합하여 음극 슬러리를 제작하였다. 이를 20 ㎛ 두께의 알루미늄 호일에 도포하여 로딩량이 1 mAh/cm2 인 음극을 제작하였다.
상기 양극, 음극 및 1M LiPF6 염을 첨가한 카보네이트 전해액(EC:DMC:EMC의 양이 1:1:1)을 사용하여 파우치형 전지를 제작하였다.
전지의 외면을 가압하는 가압부와, 전지의 가압 방향으로 가압부를 수렴시키는 수렴 가이드부와, 가압 및 수렴에 필요한 동력을 발생시키는 동력부를 포함하는 압축 지그로 전지를 10kgf/cm2 의 압력으로 가압한 상태에서, 4.6V 까지 충전하여 활성화 공정을 수행하였다.
<비교예 1>
압축 지그를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 활성화 공정을 수행하였다.
<실험예 1>
실시예 1 및 비교예 1에서 각각 활성화 된 전지들의 충전대비 방전 효율을 확인하기 위해서 0.1C로 4.6V 전압으로 충전한 후 0.1C로 2.5V까지 방전하였다. 결과는 표 1에 도시되어 있다.
4.6V 고전압으로 활성화한 후 충전대비 방전효율
실시예 1 83%
비교예 1 74%

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 실시예 1의 효율은 83%임에 반해서, 비교예 1의 효율은 74 %인 것으로 확인 되었다. 즉, 전지를 활성화 하는 공정에서 전지에 일정량의 압력을 가하여, 전지 내부에서 발생하는 가스를 전지 외부로 배출시킴으로써, 전지의 충방전 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있음을 확인할 수 있다. 가압을 하지 않으면 양극과 분리막, 음극사이에 내재 되어있는 가스로 인해 충전 시에 리튬 이온의 이동이 방해를 받게 되고 음극표면에 균일하게 삽입될 수 없다. 리튬 이온이 가스로 인해 이동의 방해를 받으면 리튬 이온이 음극에 삽입되지 않고 음극표면에 플레이팅(Plating) 되면서 석출이 되고 이로 인해 용량 발현에 기여해야할 리튬 이온이 음극에 온전히 삽입되지 못한다. 그러면 방전할 때 가역 리튬이 줄어들면서 방전용량이 감소하여 충전대비 방전용량이 줄어들어 효율이 감소하게 된다.
<실험예 2>
실시예 1 및 비교예 1에서 각각 활성화 된 전지들의 가역 용량을 확인하기 위하여, 4.35 V 내지 2.5 V의 전압에서, 0.1 C 및 0.5 C 로 각각 충전 및 방전을 수행하여 용량을 확인하였다. 결과는 도 1에 도시되어 있다.
도 1에서 보는 바와 같이, 실시예 1의 가역 용량이 비교예 1의 가역 용량보다 높은 것으로 확인되었다. 충전대비 방전용량이 증가해서 활성화 효율이 증가하고 이로 인해 가역 용량이 증가하게 된다. 즉, 전지를 활성화 하는 공정에서 전지에 일정량의 압력을 가하여, 전지 내부에서 발생하는 가스를 전지 외부로 배출시킴으로써, 전지의 충방전 효율 및 가역 용량을 향상시킬 수 있는 효과가 있음을 확인할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (27)

  1. i) 치환 또는 비치환의 리튬 금속 산화물, ii) 치환 또는 비치환의 리튬 금속 인산화물 및 iii) 치환 또는 비치환의 리튬 금속 산화물 및 치환 또는 비치환의 리튬 금속 인산화물을 양극 활물질로 포함하는 리튬 이차전지의 활성화 공정에 있어서,
    상기 활성화 공정은, 충전 과정, 에이징(aging) 과정, 방전 과정 및 가스 제거(degassing)과정을 포함하고,
    상기 충전 과정은, 리튬 이차전지를 가압하는 과정을 포함하며,
    상기 충전 과정은, 제 1 충전 과정과 제 2 충전 과정을 포함하고,
    상기 제 2 충전 과정은, 1C/10 이상 내지 1C/3 이하의 정전류로 160분 이상 내지 10시간 이하 동안 리튬 이차 전지를 충전하는 것이며,
    상기 제 2 충전 과정은, 충전 종지 전압이 4.4V 이상 내지 4.8 V 이하인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 리튬 금속 산화물은, 하기 화학식 (1)로 표현되는 하나 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법:


    (1-x)LiM’O2-yAy -x·Li2MnO3-y’Ay’ (1)
    상기 식에서,
    M’은 MnaMb이고;
    M은 Ni, Ti, Co, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zr, Zn 및 2주기 전이금속들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며;
    A는 PO4, BO3, CO3, F 및 NO3의 음이온으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고;
    0<x<1; 0≤y≤0.02; 0≤y’≤0.02; 0.5≤a≤1.0; 0≤b≤0.5; a + b = 1 이다.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 리튬 이차전지는 전극 적층체가 전해질과 함께 라미네이트 시트의 파우치형 전지 케이스에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전극 적층체는 폴딩형 구조, 또는 스택형 구조, 또는 스택/폴딩형(SNF) 구조, 또는 라미네이션/스택형(LNS) 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 에이징 과정은, 리튬 이차전지를 가압하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 방전 과정은, 리튬 이차전지를 가압하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 가압 과정은, 압력이 6kgf/cm2 이상 내지 10kgf/cm2 이하의 범위 내인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 가압 과정은, 가압 부재를 이용하여 리튬 이차전지를 가압하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 가압 부재는,
    리튬 이차전지의 외면을 가압하는 가압부;
    리튬 이차전지의 가압 방향으로 상기 가압부를 수렴시키는 수렴 가이드부; 및
    상기 가압 및 수렴에 필요한 동력을 발생시키는 동력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 충전 과정은, 1C/10 이상 내지 1C/3 이하의 정전류로 20분 내지 4 시간 동안 리튬 이차 전지를 충전하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 충전 과정은, 충전 종지 전압이 4.2V 이하인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 충전 과정은, 충전 종지 전압이 SOC 10 이상 내지 SOC 30 이하인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 방전 과정은 1C/10 이상 내지 1C/3 이하의 정전류로 2시간 이상 내지 10시간 이하 동안 리튬 이차 전지를 방전하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 방전 과정은, 방전 종지 전압이 2.0 V 이상 내지 2.5 V 이하인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 충전 과정 및 방전 과정은, 4시간 이상 내지 20시간 이하 동안 충전 및 방전 하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  19. 삭제
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 제거 과정은, 제 1 충전 과정 이후에 수행하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 제거 과정은, 제 2 충전 과정 이후에 수행하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  22. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 제거 과정은, 방전 과정 이후에 수행하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 에이징 과정은, 제 1 충전 과정 이후에 수행하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  24. 제 1 항에 따른 제조방법으로 제조한 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 리튬 이차전지는, 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 리튬 이온 폴리머 전지로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  26. 제 25 항에 따른 리튬 이차전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  27. 제 26 항에 따른 전지팩을 에너지원으로 사용하는 디바이스.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021025540A1 (ko) * 2019-08-07 2021-02-11 주식회사 엘지화학 리튬 금속 이차전지 및 그를 포함하는 전지모듈
US11221374B2 (en) 2019-11-27 2022-01-11 Hyundai Motor Company Method for checking defects in lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery manufactured thereby
WO2024043636A1 (ko) * 2022-08-23 2024-02-29 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 이차전지의 활성화 방법

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107078356B (zh) * 2015-06-26 2019-05-28 株式会社Lg 化学 制造锂二次电池的方法及通过该方法制造的锂二次电池
CN105449286A (zh) * 2015-07-30 2016-03-30 万向A一二三系统有限公司 一种软包锂离子电池活化方法
KR102164250B1 (ko) 2016-06-23 2020-10-12 주식회사 엘지화학 고온 가압 활성화 공정을 포함하는 리튬 이차전지의 제조 방법
KR102287766B1 (ko) * 2017-07-28 2021-08-10 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지의 제조방법
KR102447619B1 (ko) * 2017-09-18 2022-09-27 주식회사 엘지에너지솔루션 지그를 이용한 고정 과정을 포함하는 파우치형 전지셀 제조방법
KR102441813B1 (ko) 2017-09-18 2022-09-08 주식회사 엘지에너지솔루션 지그 그레이딩을 포함하는 파우치형 전지셀 제조방법
KR102266508B1 (ko) * 2017-09-26 2021-06-16 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 급속 충전 시스템
KR102468695B1 (ko) * 2017-11-30 2022-11-21 주식회사 엘지에너지솔루션 전지셀의 활성화 방법 및 활성화 장치
KR102265741B1 (ko) 2018-03-21 2021-06-16 (주)엘지에너지솔루션 리튬 이차 전지의 제조방법 및 이에 의해 제조된 리튬 이차 전지
US10818969B2 (en) 2018-09-27 2020-10-27 University Of Maryland, College Park Borate compounds as Li super-ionic conductor, solid electrolyte, and coating layer for Li metal battery and Li-ion battery
KR102505723B1 (ko) * 2018-11-20 2023-03-03 주식회사 엘지에너지솔루션 이차 전지의 활성화 방법
KR102487835B1 (ko) 2019-01-16 2023-01-12 주식회사 엘지에너지솔루션 충전 시간을 단축시킨 이차전지의 충전 방법
KR20210061111A (ko) * 2019-11-19 2021-05-27 주식회사 엘지화학 이차전지 제조방법 및 그의 제조설비
KR20210155281A (ko) * 2020-06-15 2021-12-22 주식회사 엘지에너지솔루션 이차 전지 및 그의 제조 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010086754A (ja) * 2008-09-30 2010-04-15 Nissan Motor Co Ltd 電池の製造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101093960B1 (ko) * 2009-09-29 2011-12-15 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이온 전지의 화성 방법
KR101304870B1 (ko) * 2010-12-02 2013-09-06 주식회사 엘지화학 전지셀의 제조방법 및 이를 이용하여 생산되는 전지셀

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010086754A (ja) * 2008-09-30 2010-04-15 Nissan Motor Co Ltd 電池の製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021025540A1 (ko) * 2019-08-07 2021-02-11 주식회사 엘지화학 리튬 금속 이차전지 및 그를 포함하는 전지모듈
US11221374B2 (en) 2019-11-27 2022-01-11 Hyundai Motor Company Method for checking defects in lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery manufactured thereby
WO2024043636A1 (ko) * 2022-08-23 2024-02-29 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 이차전지의 활성화 방법

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