KR101830286B1 - Battery Cell Preparation Method Pressurizing Electrode Assembly During Vitalization Process - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체를 전지케이스의 내부에 밀봉한 구조의 전지셀을 제조하는 방법으로서, (a) 전지케이스의 내부에 전극조립체를 장착하는 과정; (b) 가압 부재에 의해 전지케이스의 외면을 가압하여 전극조립체에 선압을 유도하는 과정; (c) 전지셀의 활성화를 위한 충전을 수행하는 과정; (d) 충전 과정 이후에 가압 부재에 의해 전지케이스의 외면을 가압하여 전극조립체에 선압을 유도하는 과정; 및 (e) 전지셀의 활성화를 위한 방전을 수행하는 과정; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법을 제공한다.A method for manufacturing a battery cell having a structure in which an electrode assembly having a separator interposed between an anode and a cathode is sealed in a battery case, the method comprising the steps of: (a) mounting an electrode assembly inside a battery case; (b) pressing the outer surface of the battery case with a pressing member to induce linear pressure on the electrode assembly; (c) performing charging for activation of the battery cell; (d) pressing the outer surface of the battery case by a pressing member after the charging process to induce linear pressure on the electrode assembly; And (e) performing a discharge for activation of the battery cell; The method of manufacturing a battery cell according to the present invention includes the steps of:
Description
본 발명은 활성화 과정 중 전극조립체를 가압하는 전지셀 제조방법 에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a battery cell that pressurizes an electrode assembly during an activation process.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.As technology development and demand for mobile devices are increasing, the demand for batteries as energy sources is rapidly increasing, and accordingly, a lot of researches on batteries capable of meeting various demands have been conducted.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.Typically, in terms of the shape of a battery, there is a high demand for a prismatic secondary battery and a pouch-type secondary battery which can be applied to products such as mobile phones with a small thickness, and has advantages such as high energy density, discharge voltage, There is a high demand for lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.Also, the secondary battery is classified according to how the electrode assembly having the anode / separator / cathode structure is formed. Typically, the long battery-shaped anodes and cathodes are jelly- A stacked (stacked) electrode assembly in which a plurality of positive electrodes and negative electrodes cut in units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween, a stacked (stacked) electrode assembly in which a predetermined unit of positive and negative electrodes are stacked, A stack / folding type electrode assembly in which a Bi-cell or a full cell stacked in a single state is wound up as a separation film can be given.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.Recently, a pouch-shaped battery having a structure in which a stacked or stacked / folded electrode assembly is embedded in a pouch-shaped battery case of an aluminum laminate sheet is attracting much attention due to low manufacturing cost, small weight, Its usage is also gradually increasing.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.FIG. 1 schematically shows a general structure of a typical conventional pouch-type secondary battery as an exploded perspective view.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 전극조립체(30), 전극조립체(30)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(40, 50), 전극 탭들(40, 50)에 용접되어 있는 전극리드(60, 70), 및 전극조립체(30)를 수용하는 전지케이스(20)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.1, the pouch type
전극조립체(30)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 전극 탭들(40, 50)은 전극조립체(30)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드(60, 70)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(40, 50)과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(20)의 외부로 일부가 노출되어 있다. 또한, 전극리드(60, 70)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(80)이 부착되어 있다.The
전지케이스(20)는 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극조립체(30)를 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 전체적으로 파우치 형상을 가지고 있다. 도 1에서와 같은 적층형 전극조립체(30)의 경우, 다수의 양극 탭들(40)과 다수의 음극 탭들(50)이 전극리드(60, 70)에 함께 결합될 수 있도록, 전지케이스(20) 내부 상단은 전극조립체(30)로부터 이격되어 있다.The
일반적으로, 리튬 이차전지는 전지의 제조과정에서 활성화 과정을 거치는 바, 상기 활성화 과정은 전해액이 함침되어 있는 전극조립체에 소정의 전압까지 전류를 인가하는 과정을 포함한다. 이러한 활성화를 위한 초기 충방전 과정에서, 전극의 표면에 보호 피막이 형성되고, 일부 전해액이 분해되어 다량의 가스가 발생한다. Generally, a lithium secondary battery is activated during the manufacturing process of a battery, and the activation process includes applying a current to a predetermined voltage to an electrode assembly impregnated with an electrolyte. In the initial charging / discharging process for such activation, a protective film is formed on the surface of the electrode, and a part of the electrolytic solution is decomposed to generate a large amount of gas.
이러한 활성화 과정을 살펴보면, 충전 시에는 양극이 산화되어 리튬 이온이 음극에 삽입되며, 방전 시에는 음극이 산화되어 리튬 이온이 양극에 삽입되는 과정을 거치게 되는데, 충전 시 리튬 이온이 음극에 삽입되는 과정에서 음극이 팽창하게 되어 리튬 이차전지의 전반적인 두께가 증가하게 되고, 이러한 두께 증가로 인해 내부의 저항 또한 높아지므로, 전반적인 이차전지의 성능이 저하되는 문제점이 발생한다.In the activation process, when the battery is charged, the anode is oxidized to insert lithium ions into the cathode. During the discharge, the cathode is oxidized and lithium ions are inserted into the anode. In the course of charging lithium ions into the cathode The overall thickness of the lithium secondary battery is increased due to the expansion of the negative electrode, and the internal resistance is also increased due to the increase in thickness. Thus, the performance of the secondary battery is deteriorated.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technique capable of fundamentally solving such problems.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.
본 발명의 목적은 전극조립체를 전지케이스 내부에 밀봉한 구조의 전지셀을 제조하는 방법으로서, 전지셀의 활성화를 위한 충전 및 방전 과정 이전에 전지케이스의 외면을 가압하여 전극조립체에 선압을 유도하는 과정을 포함함으로써, 활성화 과정에서 발생할 수 있는 전극조립체의 두께 변화를 최소화 하여 전지셀 내부의 저항을 감소시킬 수 있으며, 전극조립체 내부에 잔존하는 가스를 효율적으로 제거하고, 전해액 침투력을 향상시킬 수 있는 전지셀 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a battery cell having a structure in which an electrode assembly is sealed inside a battery case and a method of manufacturing a battery cell in which an outer surface of a battery case is pressed before charging and discharging for activating a battery cell, It is possible to minimize the change in the thickness of the electrode assembly that can occur during the activation process, thereby reducing the resistance inside the battery cell, efficiently removing the gas remaining in the electrode assembly, and improving the electrolyte penetration ability And to provide a battery cell manufacturing method.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 수율 향상 및 높은 양품률을 확보할 수 있는 전지셀 제조방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method of manufacturing a battery cell that can improve the yield and ensure a high yield.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀 제조방법은 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체를 전지케이스의 내부에 밀봉한 구조의 전지셀을 제조하는 방법으로서,In order to accomplish the above object, the present invention provides a method of manufacturing a battery cell having a structure in which an electrode assembly having a separator interposed between an anode and a cathode is sealed inside a battery case,
(a) 전지케이스의 내부에 전극조립체를 장착하는 과정;(a) a process of mounting an electrode assembly inside a battery case;
(b) 가압 부재에 의해 전지케이스의 외면을 가압하여 전극조립체에 선압을 유도하는 과정;(b) pressing the outer surface of the battery case with a pressing member to induce linear pressure on the electrode assembly;
(c) 전지셀의 활성화를 위한 충전을 수행하는 과정;(c) performing charging for activation of the battery cell;
(d) 충전 과정 이후에 가압 부재에 의해 전지케이스의 외면을 가압하여 전극조립체에 선압을 유도하는 과정; 및(d) pressing the outer surface of the battery case by a pressing member after the charging process to induce linear pressure on the electrode assembly; And
(e) 전지셀의 활성화를 위한 방전을 수행하는 과정; (e) performing a discharge for activation of the battery cell;
을 포함하는 것으로 구성되어 있다.As shown in Fig.
앞서 설명한 바와 같이, 전지셀의 활성화 과정에서 충전 시에는 양극이 산화되어 리튬 이온이 음극에 삽입되며, 방전 시에는 음극이 산화되어 리튬 이온이 양극에 삽입되는 과정을 거치게 되는데, 충전 시 리튬 이온이 음극에 삽입되는 과정에서 음극이 팽창하게 되어 리튬 이차전지의 전반적인 두께가 증가하게 되고, 이러한 두께 증가로 인해 내부의 저항 또한 높아지므로, 전반적인 이차전지의 성능이 저하되는 문제점이 발생한다.As described above, during the activation process of the battery cell, the anode is oxidized and lithium ions are inserted into the cathode during charging. When the battery is discharged, the cathode is oxidized and lithium ions are inserted into the anode. The negative electrode expands in the process of inserting the negative electrode into the negative electrode, and the overall thickness of the lithium secondary battery is increased. As a result of this increase in the thickness, the resistance of the battery is also increased.
반면에, 본 발명에 따른 전지셀 제조 방법은 전지셀의 활성화를 위한 충전 및 방전 과정 이전에 전지케이스의 외면을 가압하여 전극조립체에 선압을 유도하는 과정을 포함함으로써, 활성화 과정에서 발생할 수 있는 전극조립체의 두께 변화를 최소화 하여 전지셀 내부의 저항을 감소시킬 수 있는 효과를 제공한다.Meanwhile, the method of manufacturing a battery cell according to the present invention includes a step of applying a linear pressure to an electrode assembly by pressing an outer surface of a battery case before a charging and discharging process for activating the battery cell, The thickness variation of the assembly is minimized, and the resistance inside the battery cell can be reduced.
이러한 선압 유도 과정은 가압부재를 사용하여 전지케이스 외면을 가압하는 과정을 통해 적층 또는 권취되어 있는 전극들 사이에 선압이 형성될 수 있는 바, 활성화 과정 이전 또는 직후에 가압부재의 가압에 의해 전극조립체에 선압을 유도하는 경우, 음극의 팽창에 의한 두께 증가를 최소화할 수 있으므로, 전지셀 내부의 저항 또한 감소시킬 수 있다.In this pre-pressure induction process, a linear pressure can be formed between the stacked or wound electrodes through the process of pressing the outer surface of the battery case using the pressure member, and the pressure of the electrode assembly The thickness increase due to the expansion of the negative electrode can be minimized, so that the resistance inside the battery cell can also be reduced.
또한, 상기 선압 유도 과정을 통해 전극조립체의 내부에 잔존하는 가스를 효율적으로 제거할 수 있고, 전해액 침투력을 향상시킬 수 있다.In addition, the gas remaining in the electrode assembly can be efficiently removed through the pre-pressure induction process, and the electrolyte penetration ability can be improved.
상기 전극조립체는 다수의 전극 탭들을 연결하여 양극과 음극을 구성하는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 스택형 구조와 스택/폴딩형 구조를 들 수 있다. 스택/폴딩형 구조의 전극조립체에 대한 자세한 내용은 본 출원인의 한국 특허출원공개 제2001-0082058호, 제2001-0082059호 및 제2001-0082060호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 본 발명의 내용에 참조로서 합체된다.The electrode assembly is not particularly limited as long as it has a structure in which a plurality of electrode tabs are connected to form an anode and a cathode. Preferably, the electrode assembly has a stacked structure and a stacked / folded structure. Details of the stacked / folded structure of the electrode assembly are disclosed in Korean Patent Application Laid-Open Nos. 2001-0082058, 2001-0082059 and 2001-0082060, the contents of which are incorporated herein by reference. As a reference.
본 발명에 따른 이차전지는 특히 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트, 하나의 구체적인 예에서 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스의 수납부에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 이차전지에 바람직하게 적용될 수 있다.The secondary battery according to the present invention can be suitably applied to a pouch-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a laminate sheet including a metal layer and a resin layer, and in one specific example, a pouch-shaped case of an aluminum laminate sheet .
일반적으로 파우치형 이차전지는, 예를 들어, 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스의 수납부에 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어져 있다. 즉, 파우치형 이차전지는 라미네이트 시트에 전극조립체의 장착을 위한 수납부를 형성하고, 상기 수납부에 전극조립체를 장착한 상태에서 상기 시트와 분리되어 있는 별도의 시트 또는 그로부터 연장되어 있는 시트를 열융착하여 밀봉하는 것으로 제조된다.2. Description of the Related Art Generally, a pouch-type secondary battery has a structure in which an electrode assembly is housed in a storage portion of a pouch-shaped battery case made of, for example, an aluminum laminate sheet. That is, the pouch type secondary battery includes a laminated sheet having a receiving portion for mounting the electrode assembly, a separate sheet separated from the sheet in a state where the electrode assembly is mounted on the receiving portion, or a sheet extending therefrom, And then sealing it.
한편, 상기 가압부재는 전지케이스의 외면을 가압할 수 있는 부재라면 제한되지 않으며, 예를 들어, 상기 가압 부재는 한 쌍의 가압 롤러들로 이루어져 있고, 상기 가압 롤러들 사이로 전지셀을 통과시켜 전지케이스의 외면을 가압하는 구조인 것이 바람직하다.For example, the pressure member may include a pair of pressure rollers, and may be formed by passing a battery cell between the pressure rollers, It is preferable that the outer surface of the case is pressed.
구체적으로, 상기 가압 롤러들은 원통형 구조로서 가압 롤러의 장축의 길이가 적어도 전지케이스의 단축의 길이와 동일한 크기를 가지는 구조로 구성되어, 가압 롤러들 사이에 전지셀을 통과하는 과정에서 전지케이스 외면 전반에 대해 일정한 압력을 가하는 구조로 구성될 수 있다.Specifically, the pressure rollers have a cylindrical structure, and the length of the long axis of the pressure roller is at least equal to the length of the short axis of the battery case. In the process of passing the battery cells through the pressure rollers, And a constant pressure may be applied to the pressure-sensitive adhesive layer.
이러한 구조에서는 가압 롤러들이 전지셀이 통과하는 방향을 기준으로 수직인 동일 평면상에 위치하는 것이 바람직하다.In this structure, it is preferable that the pressure rollers are positioned on the same plane perpendicular to the direction in which the battery cells pass.
또한, 상기 가압 부재의 가압은 0.1 Mpa 이상 내지 0.3 Mpa 이하의 압력 범위 내인 것이 바람직하며, 상기 압력 범위가 지나치게 높은 경우, 자칫 전극조립체 및 전지케이스 외면에 손상을 줄 수 있으므로, 바람직하지 않고, 반대로 지나치게 낮은 경우, 전극조립체에 소망하는 크기의 선압을 유도시킬 수 없으므로 바람직하지 않다.The pressure of the pressure member is preferably in the range of 0.1 MPa or more to 0.3 MPa or less, and if the pressure range is excessively high, the electrode assembly and the outer surface of the battery case may be damaged, which is undesirable. If it is too low, a line pressure of a desired size can not be induced in the electrode assembly, which is undesirable.
한편, 양극, 음극 및 분리막을 구성된 스택형 또는 스택/폴딩형 구조의 전극조립체의 경우, 전극과 분리막을 적층하는 과정 또는 전극을 분리필름 상에 탑재하고 권취하는 과정에서 작업 상의 부주의나 오류 등의 다양한 원인으로 인해, 전지셀 내부의 분리막에 미세한 손상이 발생 할 수 있고, 이러한 불량에 의해 동일한 극성을 갖는 전극이 계면에서 접촉하게 됨으로써, 전지의 성능 저하를 초래하는 문제점이 있다.On the other hand, in the case of an electrode assembly having a stacked or stacked / folded structure composed of an anode, a cathode and a separator, a process of laminating the electrode and the separator, or a process of laminating and winding the electrode on the separator, Due to various causes, minute breakage may occur in the separator inside the battery cell, and the electrode having the same polarity is brought into contact with the interface at such an interface due to such defects, thereby causing deterioration in performance of the battery.
일반적으로는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 완성된 전지셀의 평면을 가압하는 동시에 전류를 인가하여 분리막으로부터 노출된 전극의 단락을 유도하여 불량 유무를 선별하는 방법을 사용하게 되며, 이러한 불량 선별 과정에서도 전극조립체에 선압을 유도하는 경우, 전극 노출 불량을 효과적으로 선별할 수 있으므로 바람직하다.Generally, in order to solve such a problem, a method is employed in which a flat surface of a completed battery cell is pressed and a current is applied to induce a short circuit of an electrode exposed from the separator to select a defect or not. In the case of inducing the line pressure to the assembly, it is preferable because the failure of the electrode exposure can be effectively selected.
본 발명에서는 완성된 전지셀에 대한 불량 선별뿐만 아니라, 상기 상기 과정(b) 또는 과정(d) 이후에 전극조립체의 단락 여부를 확인하는 과정을 추가로 포함하도록 구성하여 전극 노출 불량 선별력을 높아지게 하는 것도 가능하다.The present invention further includes a step of checking whether the electrode assembly is short-circuited after the step (b) or (d), as well as the defect selection for the completed battery cell, It is also possible.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 전지셀의 제조과정에서 활성화 과정을 거치는 경우, 전극의 표면에 보호 피막이 형성되고, 일부 전해액이 분해되어 다량의 가스가 발생할 수 있다.On the other hand, as described above, when an activation process is performed during the manufacturing process of the battery cell, a protective film is formed on the surface of the electrode, and a part of the electrolyte may be decomposed to generate a large amount of gas.
따라서, 상기 과정(e) 이후에 활성화를 위한 충방전 과정에서 발생한 가스를 제거하는 과정을 추가로 포함하도록 구성할 수 있다.Therefore, it is possible to further include a process of removing the gas generated in the charging / discharging process for activation after the step (e).
또한, 사용되는 활물질에 따라 활성화 과정 중에서 일부 금속이 용출되어 전지셀의 성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있는 바, 상기 과정(c)과 과정(e)의 활성화 과정 사이에 에이징(aging) 과정을 추가로 포함하도록 구성되어 상기의 문제점을 방지하는 것이 바람직하다.In addition, aging may occur between the activating processes of the process (c) and the process (e) because some metal may elute during the activation process depending on the active material used, So as to prevent the above-described problems.
구체적으로, 상기 에이징 과정은 상온 에이징 과정과 고온 에이징 과정을 포함할 수 있고, 상기 상온 에이징 과정은 섭씨 18도 이상 내지 섭씨 27도 이하의 온도에서 수행하는 것이 바람직하며, 상기 고온 에이징 과정은 섭씨 50도 초과 내지 섭씨 70도 이하의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.Specifically, the aging process may include a normal temperature aging process and a high temperature aging process, and the room temperature aging process is preferably performed at a temperature of 18 ° C. to 27 ° C., and the high temperature aging process is performed at a temperature of 50 ° C. Deg.] C to 70 [deg.] C or less.
본 발명은 또한 상기 전지셀 제조방법으로 제조하는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공할 수 있으며, 상기 전지셀은 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 리튬 이온 폴리머 전지로 이루어진 군에서 선택된 하나 일 수 있다.The present invention also provides a battery cell manufactured by the method for manufacturing a battery cell, wherein the battery cell may be selected from the group consisting of a lithium ion battery, a lithium polymer battery, and a lithium ion polymer battery.
참고로, 리튬 이온 전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다. For reference, a lithium ion battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte solution containing a lithium salt.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode is prepared, for example, by coating a mixture of a positive electrode active material, a conductive material and a binder on a positive electrode current collector, and then drying the mixture. Optionally, a filler may be further added to the mixture.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The cathode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as Li 1 + x Mn 2 -x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 and the like; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; A Ni-site type lithium nickel oxide expressed by the formula LiNi 1-x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 ( where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, x = 0.01 ~ 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like. However, the present invention is not limited to these.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the cathode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component which assists in bonding of the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture containing the cathode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the anode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.The negative electrode is manufactured by applying and drying a negative electrode active material on a negative electrode collector, and if necessary, the above-described components may be selectively included.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe’yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.Examples of the negative electrode active material include carbon such as non-graphitized carbon and graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1 ), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me 'y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, Halogen, 0 < x < Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, and Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 300 mu m. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.
리튬염 함유 비수계 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.The non-aqueous electrolyte solution containing a lithium salt is composed of a polar organic electrolyte and a lithium salt. As the electrolytic solution, a non-aqueous liquid electrolytic solution, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte and the like are used.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the nonaqueous liquid electrolytic solution include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate Nonionic organic solvents such as tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like can be used.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, Polymers containing ionic dissociation groups, and the like can be used.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can be used.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4,
또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.For the purpose of improving the charge-discharge characteristics and the flame retardancy, the non-aqueous liquid electrolyte may contain, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride and the like are added It is possible. In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability, or a carbon dioxide gas may be further added to improve high-temperature storage characteristics.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 전지팩을 제공할 수 있고, 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공할 수 있는 바, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 웨어러블 전자기기, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.The present invention can also provide a battery pack including at least one battery cell and the battery pack as a power source. The device can be used for a mobile phone, a portable computer, a wearable electronic device, And may be one selected from the group consisting of a fleet PC, a smart pad, a netbook, a light electronic vehicle (LEV), an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage device.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.The structure of these devices and their fabrication methods are well known in the art, and a detailed description thereof will be omitted herein.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 제조방법은, 전극조립체를 전지케이스 내부에 밀봉한 구조의 전지셀을 제조하는 방법으로서, 전지셀의 활성화를 위한 충전 및 방전 과정 이전에 전지케이스의 외면을 가압하여 전극조립체에 선압을 유도하는 과정을 포함함으로써, 활성화 과정에서 발생할 수 있는 전극조립체의 두께 변화를 최소화 하여 전지셀 내부의 저항을 감소시킬 수 있으며, 전극조립체 내부에 잔존하는 가스를 효율적으로 제거하고, 전해액 침투력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the method for manufacturing a battery cell according to the present invention is a method for manufacturing a battery cell having a structure in which an electrode assembly is sealed inside a battery case, And the outer surface of the electrode assembly is pressurized to induce a linear pressure on the electrode assembly, thereby minimizing the thickness variation of the electrode assembly that may occur during the activation process, thereby reducing the resistance inside the battery cell, So that it is possible to improve the electrolyte penetration ability.
도 1은 종래의 전지셀의 일반적인 구조에 대한 분해 사시도이다;
도 2 내지 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조방법을 나타내는 모식도들이다.1 is an exploded perspective view of a general structure of a conventional battery cell;
2 to 5 are schematic views illustrating a method of manufacturing a battery cell according to an embodiment of the present invention.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 2 내지 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조방법을 나타내는 모식도들이 도시되어 있다.2 to 5 are schematic views illustrating a method of manufacturing a battery cell according to an embodiment of the present invention.
이들 도면을 참조하여 전지셀 제조방법을 설명하면, 양극(111)과 음극(131) 사이에 분리막(121)이 개재되어 있는 구조의 전극조립체(100)를 전지케이스(140)의 내부에 밀봉한 구조의 전지셀을 제조하는 방법으로서, 전지케이스(140)의 내부에 전극조립체(100)를 장착하는 과정, 가압 롤러들(151, 152)에 의해 전지케이스(140)의 외면을 가압하여 전극조립체(100)에 선압을 유도하는 과정, 전지셀의 활성화를 위한 충전을 수행하는 과정, 충전 과정 이후에 가압 롤러들(151, 152)에 의해 전지케이스(140)의 외면을 가압하여 전극조립체(100)에 선압을 유도하는 과정 및 전지셀의 활성화를 위한 방전을 수행하는 과정을 포함하고 있다.The
전극조립체(100)는 한쌍의 음극(131), 분리막(121) 및 양극(111)이 각각 순서대로 적층되어 있는 구조의 스택형 전극조립체(100) 구조로 구성되어 있고, 전지케이스(140) 내부에 밀봉된 상태로 구성되어 있다.The
이러한 구조의 전지셀은 한 쌍의 가압 롤러들(151, 152)들 사이에 전지셀을 통과시켜 전지케이스(140)의 외면을 가압하는 구조로 선압을 유도하게 되며, 가압 롤러들(151, 152)은 원통형 구조로서 전지셀이 통과하는 방향에 수직인 동일 평면상에 위치하여 가압 롤러들(151, 152) 사이에 전지셀을 통과하는 과정에서 전지케이스(140) 외면 전반에 대해 일정한 압력을 가하게 되는 구조로 구성된다.The battery cell having such a structure leads the linear pressure to the structure that presses the outer surface of the
구체적으로, 본 발명에 따른 선압 유도 과정은 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 활성화를 위한 충전 과정 이전에 전지셀의 일 측으로부터 한쌍의 가압 롤러들(151, 152)이 전지셀의 타 측으로 이동하여 가압 롤러들(151, 152) 사이에 전지셀이 통과하는 과정을 통해 적층되어 있는 양극(111), 음극(131) 및 분리막(121) 간의 압력이 적용되는 구조로 구성되어 있다.2, the pair of
한쌍의 가압 롤러들(151, 152)을 사용하여 1차 선압 유도 이후 활성화를 위한 충전 과정을 거치게 되며, 이러한 전류 인가에 따라 양극(111)이 산화되어 리튬 이온이 음극(131)에 삽입되고, 충전 시 리튬 이온이 음극(131)에 삽입되는 과정에서 일정 수준으로 음극(131)이 팽창하게 되며, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 팽창된 음극(132)을 포함하는 전극조립체(100)에 대해 가압 롤러들(151, 152)을 사용하여 2차 선압을 유도하는 과정을 수행한다.After the first linear pressure induction is induced by using a pair of
가압 롤러들(151, 152)을 사용하여 2차 선압을 유도한 이후에는 활성화를 위한 방전을 수행하게 되며, 상기와 같이 활성화 과정중에 전극조립체(100)에 대해 가압 롤러들(151, 152)을 사용하여 선압을 유도하게 되면, 종래에 일반적인 활성화 과정을 수행할 시 음극의 두께가 지나치게 팽하게 되어 전지셀 내부의 저항이 높아져 전반적인 전지셀 성능이 저하되는 문제점을 방지할 수 있다.After the second linear pressure is induced by using the
도 2 내지 5에 도시된 전지셀 제조방법 경우, 스택형 전극조립체에 대해서는 선압 유도 과정 및 활성화 과정을 포함하는 것으로 설명되어 있지만, 스택/폴딩형 전극조립체에도 바람직하게 적용 가능하다.The battery cell manufacturing method shown in FIGS. 2 to 5 is described as including a linear pressure induction process and an activation process for the stacked electrode assembly, but it is also applicable to a stack / folding type electrode assembly.
또한, 전극조립체 대한 선압 유도를 나타내기 위하여 활성화 과정만을 포함하는 것으로 설명되어 있지만, 선압을 유도하는 과정들 직후에 전극조립체의 단락 여부를 확인하는 과정을 추가로 포함할 수 있으며, 활성화 과정 이후에 활성화를 위한 충방전 과정에서 발생한 가스를 제거하는 과정을 추가로 포함하는 것도 가능하다.
In addition, although it is described that only the activation process is performed to indicate the linear pressure induction for the electrode assembly, it may further include a process of checking whether the electrode assembly is short-circuited immediately after the process of inducing the linear pressure. It is also possible to further include a process of removing the gas generated in the charging / discharging process for activation.
본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (19)
(a) 전지케이스의 내부에 전극조립체를 장착하는 과정;
(b) 가압 부재에 의해 전지케이스의 외면을 가압하여 전극조립체에 선압을 유도하는 과정;
(c) 전지셀의 활성화를 위한 충전을 수행하는 과정;
(d) 충전 과정 이후에 가압 부재에 의해 전지케이스의 외면을 가압하여 전극조립체에 선압을 유도하는 과정; 및
(e) 전지셀의 활성화를 위한 방전을 수행하는 과정;
을 포함하고, 상기 과정을 순차적으로 진행하며,
상기 가압 부재는 한 쌍의 가압 롤러들로 이루어져 있고, 상기 가압 롤러들 사이로 전지셀을 통과시켜 전지케이스의 외면을 가압하며, 가압은 0.1 Mpa 이상 내지 0.3 Mpa 이하의 압력 범위 내인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.A method of manufacturing a battery cell having a structure in which an electrode assembly having a separator interposed between an anode and a cathode is sealed inside a battery case,
(a) a process of mounting an electrode assembly inside a battery case;
(b) pressing the outer surface of the battery case with a pressing member to induce linear pressure on the electrode assembly;
(c) performing charging for activation of the battery cell;
(d) pressing the outer surface of the battery case by a pressing member after the charging process to induce linear pressure on the electrode assembly; And
(e) performing a discharge for activation of the battery cell;
And sequentially proceeds the process,
Wherein the pressing member is composed of a pair of pressure rollers and presses the outer surface of the battery case by passing the battery cell through the pressing rollers and the pressing force is within a pressure range of 0.1 MPa or more to 0.3 MPa or less. ≪ / RTI >
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