KR101845958B1 - 리튬 이차 전지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 리튬 이차 전지 - Google Patents

리튬 이차 전지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 리튬 이차 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리튬 이차 전지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 리튬 이차 전지 에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전지부 및 상기 전지부와 연통된 가스 포집부를 포함하는 전지 외장재의 상기 전지부에 전극 조립체 및 전해액을 수용하고 밀봉하는 단계; 가스 포집부에 가스 배출관을 삽입하는 단계; 및 전지 활성화 공정을 수행하는 동시에 상기 전지 외장재 내부에 발생한 가스를 상기 가스 배출관을 통해 배출시키는 단계;를 포함함으로써, 리튬 이차 전지 내부에 발생한 가스를 효율적으로 제거함으로서 데드 스페이스를 줄이고 신뢰성 및 안전성이 향상된 리튬 이차 전지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 리튬 이차 전지에 관한 것이다.

Description

리튬 이차 전지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 리튬 이차 전지{METHOD OF PREPARING LITHIUM SECONDARY BATTERY AND LITHIUM SECONDARY BATTERY PREPARED FROM THE SMAE}
본 발명은 리튬 이차 전지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 리튬 이차 전지 에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디개싱(degassing) 공정을 개선하여 리튬 이차 전지 내부에 발생한 가스를 효율적으로 제거함으로서 데드 스페이스를 줄이고 신뢰성 및 안전성이 향상된 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
최근, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 컴팩트(Compact)하고 경량화된 전기/전자장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있고, 이러한 전기/저장장치는 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동할 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다.
경제적 측면을 고려하여, 최근 전지 팩은 충전/방전이 가능한 이차 전지를 채용하고 있다. 이차 전지는 대표적으로 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지 및 리튬(Li) 전지, 리튬 이온(Li-ion) 전지 등의 리튬 이차 전지 등이 존재한다.
이 중, 리튬 이차 전지는 1970년대 초부터 연구 개발이 진행되었고, 1990년 리튬 금속 대신 탄소를 음극으로 이용한 리튬 이온 전지가 개발되면서 실용화되었으며, 500회 이상의 사이클 수명과 1 내지 2시간의 짧은 충전시간을 특징으로 하여 이차 전지 중 가장 판매 신장률이 높고 니켈-수소 전지에 비해서 30 내지 40% 정도 가벼워 경량화가 가능하다.
이차 전지는 전극조립체가 수용되는 외장재의 형상에 따라 원통형, 각형 또는 파우치형으로 분류된다.
이 중, 파우치형은 금속층(포일)과 상기 금속층의 상면과 하면에 코팅되는 합성수지층의 다층막으로 구성되는 파우치 외장재를 사용하여 외관을 구성하기 때문에, 금속 캔을 사용하는 원통형 또는 각형보다 전지의 무게를 현저히 줄일 수 있어 전지의 경량화가 가능하며, 다양한 형태로의 변화가 가능하다는 장점이 있다.
종래의 파우치 외장재는 일반적으로 전극 조립체가 수용되는 상부 외장재와, 상기 하부 외장재의 상부를 밀봉하는 상부 외장재로 이루어진다. 이때, 전극 조립체가 수용되는 공간부는 상·하부 모두에 형성될 수도 있다. 한편, 상기 파우치 외장재에 포함되는 전극 조립체는 적어도 하나의 양극, 적어도 하나의 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재되는 적어도 하나의 분리막을 포함하는 것으로, 그 종류는 특별히 제한되지 않는다. 즉, 당해 기술 분야에 알려져 있는 다양한 형태의 전극 조립체들, 예를 들면, 젤리-롤형(권취형)전극 조립체, 스택형(적층형) 전극 조립체 및/또는 스택 앤 폴딩형(복합형) 전극 조립체들이 제한없이 사용될 수 있다.
통상 젤리-롤형 전극 조립체는 전류 집전체로 사용되는 금속 호일에 전극활물질을 코팅하고, 프레싱한 후, 원하는 폭과 길이를 갖는 밴드 형태로 재단한 다음, 분리 필름을 이용해 음극과 양극을 격막한 후 나선형으로 감아서 제조되는 전극 조립체를 말하며, 스택형 전극 조립체는 음극, 분리막, 양극을 수직으로 적층하는 방식으로 제조되는 전극 조립체를 말한다.
한편, 스택 앤 폴딩형 전극 조립체는 단일 전극 또는 음극/분리막/양극으로 이루어진 전극 적층체들을 길이가 긴 시트형 분리 필름으로 말거나 접어서 제조되는 전극 조립체를 말한다.
상기 전극 조립체를 하부 외장재의 공간부에 수용한 다음, 상기 하부 외장재 공간부 주위의 가장자리부와 이에 대응되는 상부 외장재의 가장자리를 밀착시키고 밀착된 일부분을 열융착 한후 전해액을 넣고 나머지 부분을 진공 실링하면 파우치형 이차전지가 형성된다.
한편, 이차 전지는 그 특성상 첫 사이클시 양극활물질의 활성화 및 음극에서의 안정적인 표면막(SEI, Solid Electrolyte Interface) 생성을 위한 활성화 공정이 필수적으로 선행되어야 하는데, 이러한 활성화 공정에 의하여 전지셀 내부에 다량의 가스가 발생하게 된다. 이후 발생된 가스는 개봉되거나 절개된 배출구를 통하여 제거되며, 가스 배출부위는 다시 열융착되어 실링된다. 상기와 같이 전지셀 내부의 가스를 배출시키고, 그 배출통로를 열융착시키는 공정을 흔히 디개싱(degassing) 공정이라 한다.
파우치형 이차전지의 경우, 상기와 같이 활성화 공정에서 전지셀 내부에 발생한 가스가 효율적으로 제거되지 아니하면 가스가 전지셀 내부에서 일정 공간을 차지함으로써 전지 케이스의 중앙 부위가 부풀어 오르면서 전지의 변형을 유발하고 용량 및 출력 등의 전지 성능 및 전지 수명에 악영향을 미치게 된다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 일본공개특허 제2005-332726호는 적층형 전극조립체가 라미네이트 시트의 수납부에 내장되는 이차전지에서, 전극조립체가 장착되는 라미네이트시트의 수납부와 라미네이트 시트의 실링부 사이에 미실링부를 두고 일측 방향으로 융착된 실링부가 벌어지면서 가스를 배출시키는 구조에 대한 기술을 개시하고 있으나 전술한 문제점에 대한 대안을 제시하지 못하였다.
일본공개특허 제2005-332726호
본 발명은 디개싱(degassing) 공정을 개선하여 리튬 이차 전지 내부에 발생한 가스를 효율적으로 제거함으로서 데드 스페이스를 줄이고 신뢰성 및 안전성이 향상된 이차 전지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 (S1) 전지부 및 상기 전지부와 연통된 가스 포집부를 포함하는 전지 외장재의 상기 전지부에 전극 조립체 및 전해액을 수용하고 밀봉하는 단계; (S2) 가스 포집부에 가스 배출관을 삽입하는 단계; 및 (S3) 전지 활성화 공정을 수행하는 동시에 상기 전지 외장재 내부에 발생한 가스를 상기 가스 배출관을 통해 배출시키는 단계를 포함하는, 리튬 이차 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 제조 방법에 있어서, 상기 가스 배출관이 삽입된 가스 포집부의 외면은 밀봉 수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 제조 방법에 있어서, 상기 밀봉 수단은 밀봉 케이스, 실리콘 수지 코팅, O-링 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 실리콘 수지는 유동성이 있는 실리콘 젤일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 제조 방법에 있어서, 상기 S2 단계는 상기 S1 단계 후에 수행되거나 상기 S1 단계 전에 수행될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 제조 방법에 있어서, 상기 전지 활성화 공정은 전지의 적어도 1회의 충전 단계, 또는 충전 및 방전 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 제조 방법에 있어서, 상기 전지 활성화 공정은 전지의 적어도 1회의 에이징 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 제조 방법에 있어서, 상기 전지 활성화 공정은 전지의 적어도 1회의 충전 단계, 또는 충전 및 방전 단계; 및 적어도 1회의 에이징 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 제조 방법에 있어서, 상기 가스 배출관과 연통된, 전지 외장재의 외부에 음압을 발생시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 제조 방법에 있어서, 상기 가스를 배출시키는 단계 후에 상기 전지부와 상기 가스 포집부를 연통하는 부분을 융착하고 상기 가스 포집부를 절단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 제조 방법으로 제조된 리튬 이차 전지는 활성화 공정 중 발생한 가스를 빠른 시간 내에 효율적으로 제거할 수 있고, 전지 내의 데드 스페이스를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 리튬 이차 전지의 제조 방법은 전지 활성화 공정과 가스 배출 공정을 동시에 수행함으로써, 활성화 공정 중 발생한 가스를 빠른 시간 내에 효율적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 리튬 이차 전지의 제조 방법은 전지 활성화 공정과 가스 배출 공정을 동시에 수행함으로써, 가스 포집부의 용량을 줄일 수 있어 전지 내의 데드 스페이스를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 리튬 이차 전지의 제조 방법은 전지 활성화 공정과 가스 배출 공정을 동시에 수행함으로써, 이차 전지 내부 잔존 가스량을 줄일 수 있어 이차 전지의 폭발 등을 예방할 수 있으므로 발화 및 폭발의 위험성이 작은 리튬 이차 전지를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지의 제조 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 가스 포집부에 가스 배출관을 삽입하는 단계에서, 가스 배출관이 삽입된 가스 포집부의 외면에 밀봉 수단을 포함하는 경우를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 전지부 및 상기 전지부와 연통된 가스 포집부를 포함하는 전지 외장재의 상기 전지부에 전극 조립체 및 전해액을 수용하고 밀봉하는 단계; 가스 포집부에 가스 배출관을 삽입하는 단계; 및 전지 활성화 공정을 수행하는 동시에 상기 전지 외장재 내부에 발생한 가스를 상기 가스 배출관을 통해 배출시키는 단계;를 포함함으로써, 리튬 이차 전지 내부에 발생한 가스를 효율적으로 제거함으로서 신뢰성 및 안전성이 향상된 리튬 이차 전지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하기로 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 구현예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
이차 전지는 조립이 완료된 초기 상태는 활성화되지 않은 방전 상태의 전지이므로, 전지로서 기능을 하지 못한다. 따라서, 방전 상태의 전지를 충전시켜 활성화시키는 공정이 필수적인데, 이러한 활성화 공정을 통해 전술한 바와 같이 양극활물질의 활성화 및 음극 표면에서 음극과 전해질간의 반응에 의해 안정적인 표면막(SEI, Solid Electrolyte Interface)이 생성된다. 이러한 SEI의 물리적인 성질이 사이클 수명 등의 전지 성능에 결정적인 영향을 미치게 된다.
한편, 이러한 활성화 공정에 의하여 전지 내부에 다량의 가스가 발생하게 되는데 일반적으로 이차 전지의 제조 방법은, 활성화 공정에서 발생된 가스를 제거하기 위한 디개싱(degassing) 공정을 수행하기 위해 전지 외장재 내에 별도의 가스 제거 장치를 포함한다. 하지만, 이와 같은 이차 전지의 제조 방법은 활물질과 전해액 및 수분 등의 반응에 의한 가스를 효율적으로 제거하지 못해 전지의 변형을 유발하고, 용량, 출력 등의 전지 성능 및 전지 수명이 저하되고, 고용량 활물질을 사용함에 따라 발생하는 가스의 양이 더욱 많아져 이를 제거 하기 위한 가스 제거 장치의 용량/부피가 점점 커져서 이차 전지의 데드 스페이스가 증가한다는 문제점이 있다.
이에, 본 발명의 리튬 이차 전지 제조 방법은 활성화 공정 및 가스 배출 공정을 동시에 수행함으로써 전술한 문제점을 해결한다.
이하에서는 본 발명의 리튬 이차 전지 제조 방법의 구현예를 보다 상세하게 설명하도록 한다. 도 1에는 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지 제조 방법을 개략적으로 나타내었다.
(S1) 전지 외장재의 전지부에 전극 조립체 및 전해액을 수용하고 밀봉하는 단계
먼저, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 전지부(10) 및 상기 전지부(10)와 연통된 가스 포집부(20)를 포함하는 전지 외장재(30)의 상기 전지부(10)에 전극 조립체 및 전해액을 수용하고 밀봉하는 단계를 수행한다.
가스 포집부(20)는 활성화 공정에서 발생한 가스가 모이는 부분이다. 파우치형 전지를 예로 들면 전극 조립체가 수용되는 부분(전지부) 외에 별도의 내부 공간이 형성된 부분으로 형성될 수 있다.
전지부(10)에 전극 조립체 및 전해액을 수용하고 밀봉하는 단계는 당해 기술 분야에 알려진 제조 방법을 통해 이루어질 수 있으며, 예를 들면, 전지 외장재(30) 내에 전극 조립체를 수납하고, 전해액을 주입한 후 이를 밀봉하는 등의 방법을 통해 이루어질 수 있다.
본 명세서에서, 전극 조립체는 적어도 하나의 양극, 적어도 하나의 음극 및 적어도 하나의 분리막을 포함하는 전극 적층체를 모두 포함하는 개념이며, 그 형태 등이 특별히 한정되지 않는다.
전극 조립체에 포함되는 양극, 음극 및 분리막의 재질은 특별히 한정되지 않으며, 당해 기술 분야에 알려져 있는 양극, 음극 및 분리막들을 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 음극은 구리, 니켈, 알루미늄 또는 이들 중 적어도 1종 이상이 포함된 합금에 의해 제조된 음극 전류 집전체에 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유코크, 활성화 카본, 그래파이트, 실리콘 화합물, 주석 화합물, 티타늄 화합물 또는 이들의 합금 등과 같은 음극 활물질을 코팅하여 형성된 것일 수 있다.
또한, 양극은, 예를 들면, 알루미늄, 니켈, 구리 또는 이들 중 적어도 1종 이상이 포함된 합금에 의해 제조된 양극 전류 집전체에 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬인산철, 또는 이들 중 1종 이상이 포함된 화합물 및 혼합물 등과 같은 양극 활물질을 코팅하여 형성된 것일 수 있다.
또한, 전극 활물질들은 전류 집전체의 양면에 코팅될 수도 있고, 무지부 등의 형성을 위해 전류 집전체의 일면에만 전극 활물질을 코팅할 수도 있다. 또한, 상기 양극 및 음극의 두께는 특별히 제한되지 않는다. 즉, 이들 두께는 출력 또는 에너지 중시, 혹은 이온 전도성 중시 등의 사용 목적을 고려하여 설정될 수 있다.
분리막으로는 종래에 분리막으로 사용된 통상적인 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 분리막을 전지에 적용하는 방법으로는 일반적인 방법인 권취(winding) 이외에도 분리막과 전극의 적층(lamination, stack) 및 접음(folding) 등이 가능하다.
전해액은 전해질인 리튬염과 유기 용매를 포함할 수 있다.
리튬염은 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, Li+X-로 표현할 수 있다.
이러한 리튬염의 음이온으로는 특별히 제한되지 않으나, F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N- , CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N- 등을 예시할 수 있다.
유기 용매는 리튬 이차 전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 대표적으로 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 디메틸설퍼옥사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 비닐렌 카보네이트, 설포란, 감마-부티로락톤, 프로필렌 설파이트 및 테트라하이드로푸란으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 사용될 수 있다.
전지 외장재(30)는 당해 기술 분야에 잘 알려진 다양한 종류의 외장재가 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 라미네이트 시트로 이루어질 수 있으며, 이때 상기 라미네이트 시트는 최외각을 이루는 외측 수지층, 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층, 밀봉을 위한 내측 수지층으로 이루어질 수 있다. 이러한 라미네이트 시트의 예로는, 알루미늄 라미네이트 시트를 들 수 있으며, 상기 알루미늄 라미네이트 시트는 폴리에틸렌테레프탈레이트-나일론-알루미늄-폴리프로필렌층 등으로 구성된 약 100㎛ 두께의 필름으로, 160 내지 210℃의 열과 1 내지 3 kgf/㎠ 범위의 압력에 의해 열융착됨으로써 실링될 수 있다.
(S2) 가스 포집부에 가스 배출관을 삽입하는 단계
도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 가스 포집부(20)에 가스 배출관(40)을 삽입하는 단계를 수행한다.
가스 배출관(40)은 가스 포집부(20)에 삽입되어 활성화 공정에서 발생한 가스를 전지 외부로 배출시키는 역할을 한다. 가스 배출관(40)의 지름은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면 10 내지 25㎜ 일 수 있고, 바람직하게는 20 내지 25㎜일 수 있다. 가스 배출관(40)의 지름이 10㎜ 미만인 경우에는 충전량에 대비하여 배출할 수 있는 가스의 배출량이 작을 수 있을 수 있으며, 25㎜ 이상인 경우에는 외부 수분 등이 유입되지 않도록 가스 배출관을 밀봉할 때의 어려움 및 기구부적 제한이 있을 수 있다.
가스 배출관(40)의 재질은 본 발명에 사용될 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 내화학성 및 부식에 강한 재료를 사용할 수 있고, 이의 구체적인 예를 들면 테플론을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따라, 본 발명에 따른 가스 포집부(20)에 가스 배출관(40)을 삽입하는 단계에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 가스 배출관(40)이 삽입된 가스 포집부(20)의 외면은 밀봉 수단(50)을 더 포함할 수 있다.
이와 같이, 가스 배출관(40)이 삽입된 가스 포집부(20)의 외면을 밀봉 수단으로 밀봉함으로써 가스 포집부(20) 내로 수분 등이 침투되는 것을 방지하고 전해액의 비산을 방지할 수 있다.
또한, 밀봉 수단(50)은 밀봉 케이스, 실리콘 수지 조성물의 코팅, O-링 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
구체적인 예를 들면, 가스 배출관(40)이 삽입된 가스 포집부(20)의 외면에 밀봉 케이스를 더 구비하거나, 실리콘 수지 조성물을 코팅하거나, 가스 포집부(20)와 밀봉 케이스가 접하는 면에 실리콘 수지 조성물을 코팅함으로써 밀봉 효과를 더욱 개선할 수 있다.
실리콘 수지는 유동성이 있으며 경화 시 밀봉 효과를 가지는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 실리콘 젤을 들 수 있다.
실리콘 수지 조성물은 실리콘 수지 외에 용매, 첨가제 등을 더 포함할 수 있다.
또는, 가스 배출관(40)의 외주면에 O-링을 더 구비하여 가스 배출관(40)과 외장재(30) 사이의 밀봉 효과를 더욱 개선할 수 있으며, O-링은 본 발명에 사용될 수 있는 것이라면, 특별한 제한 없이 사용할 수 있다.
본 발명의 구현예에 있어서, 상기 (S1) 단계와 (S2) 단계는 그 순서에 제한을 두지 않는다. 예를 들면, 가스 포집부(20)에 가스 배출관(40)을 삽입하는 단계(S2)는 전지부 및 상기 전지부와 연통된 가스 포집부를 포함하는 전지 외장재의 상기 전지부에 전극 조립체 및 전해액을 수용하고 밀봉하는 단계(S1) 후에 수행되거나 상기 (S1)단계 전에 수행될 수 있다.
(S3) 활성화 공정 및 가스 배출 단계
다음으로, 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 전지 활성화 공정을 수행하는 동시에 전지 외장재(30) 내부에 발생한 가스를 가스 배출관(40)을 통해 배출시키는 단계를 수행한다.
본 발명의 리튬 이차 전지의 제조 방법은 이와 같이 활성화 공정 및 가스 배출 공정을 동시에 수행함으로써, 활성화 공정 중 발생한 가스를 빠른 시간 내에 효율적으로 제거하여 전지의 변형을 방지할 뿐만 아니라, 용량, 출력 등의 전지 성능 및 전지 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 리튬 이차 전지의 제조 방법은 전지 활성화 공정과 가스 배출 공정을 동시에 수행함으로써, 활성화 공정 후에 가스 배출 공정을 수행하는 경우보다 가스 포집부의 용량을 줄일 수 있어 전지 내의 데드 스페이스를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 리튬 이차 전지의 제조 방법은 전지 활성화 공정과 가스 배출 공정을 동시에 수행함으로써, 전지 내에 잔여 가스량을 줄일 수 있어 발화 및 폭발의 위험성이 작은 리튬 이차 전지를 구현할 수 있다.
활성화 공정으로 인해 전지 외장재(30) 내부에 발생한 가스가 가스 포집부(20) 내에 모이게 되어 가스 포집부(20) 내부의 압력이 가스 포집부(20) 외부보다 커지게 되므로, 상기 가스가 가스 배출관(40)을 통해 가스 포집부(20) 외부로 배출된다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 전지 활성화 공정은 전지의 적어도 1회의 충전 단계, 또는 충전 및 방전 단계를 포함하거나, 전지의 적어도 1회의 에이징 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 전지 활성화 공정은 전지의 적어도 1회의 충전 단계, 또는 충전 및 방전 단계; 및 적어도 1회의 에이징 단계를 포함할 수 있다.
예를 들면, 전지의 활성화 단계는 0.2C의 전류로 전지 일부만을 충전하거나 혹은 만충전한 후 에이징(aging)을 하면서 개로전압(OCV, open circuit voltage) 불량을 검출하고, 이 후 다시 만방전하여 방전용량을 측정한 다음, 출하를 위해 용량의 50%로 충전하는 방식 등과 같은 공지된 다양한 형태의 활성화 공정을 이용하여 수행될 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 활성화 공정은 1.5V 내지 5.0V의 전압 및 0.05C 내지 1C의 전류 조건에서 진행될 수 있다.
필요에 따라. 본 발명의 리튬 이차 전지의 제조 방법은 가스 배출관(40)과 연통된, 전지 외장재(30)의 외부에 음압을 발생시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 명세서에서 음압이란 전지 내부 압력 또는 대기압보다 낮은 압력을 의미하며, 음압을 발생시키는 단계를 더 포함함으로써 가스를 빠른 시간 내에 더욱 효율적으로 제거하는 효과를 극대화할 수 있으며, 가스 포집부(20) 내부로 수분 등이 침투되는 것을 방지하고 전해액의 비산을 방지할 수 있다.
최종적으로 전지를 제조하기 위해서, 앞서 설명한 바와 같이 가스를 배출시키는 단계 후에는, 가스 포집부(20)를 제거하고 전지를 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 가스 포집부(20)를 제거하고 전지를 제조하는 공정은 당분야에 공지된 방법이 특별한 제한 없이 적용될 수 있으며, 예를 들면, 상기 전지부(10)와 상기 가스 포집부(20)를 연통하는 부분을 융착하고 상기 가스 포집부(20)를 절단하는 단계를 포함할 수 있다.
리튬 이차 전지
또한, 본 발명은 전술한 리튬 이차 전지의 제조 방법으로 제조된 리튬 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 리튬 이차 전지의 제조 방법으로 제조된 리튬 이차 전지는 전지 내의 잔존 가스량이 최소화됨으로써 전지 출력 및 전지 수명이 개선되고 발화 및 폭발의 위험성이 작다.
10: 전지부
20: 가스 포집부
30: 전지 외장재
40: 가스 배출관
50: 밀봉 수단

Claims (11)

  1. 전지부 및 상기 전지부와 연통된 가스 포집부를 포함하는 전지 외장재의 상기 전지부에 전극 조립체 및 전해액을 수용하고 밀봉하는 단계;
    전지 활성화 공정 전 가스 포집부 내부로 가스 배출관을 삽입하는 단계;
    상기 전지 활성화 공정을 수행하는 동시에 상기 전지 외장재 내부에 발생한 가스를 상기 가스 배출관을 통해 배출시키는 단계; 및
    상기 가스를 배출시키는 단계 이후, 상기 가스 포집부를 상기 가스 배출관과 함께 절단하여 제거하는 단계를 포함하는, 리튬 이차 전지의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 가스 배출관이 삽입된 가스 포집부의 외면 상에는 밀봉 수단이 형성되며,
    상기 가스 배출관은 상기 밀봉 수단 및 상기 가스 포집부를 함께 관통하도록 삽입되는, 리튬 이차 전지의 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 밀봉 수단은 밀봉 케이스, 실리콘 수지 코팅, O-링 중 적어도 하나를 포함하는, 리튬 이차 전지의 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 실리콘 수지는 유동성이 있는 실리콘 젤인, 리튬 이차 전지의 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 가스 배출관을 삽입하는 단계는 상기 전지부에 전극 조립체 및 전해액을 수용하고 밀봉하는 단계 이전 또는 이후에 수행되는, 리튬 이차 전지의 제조 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 전지 활성화 공정은 전지의 적어도 1회의 충전 단계, 또는 충전 및 방전 단계를 포함하는, 리튬 이차 전지의 제조 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 전지 활성화 공정은 전지의 적어도 1회의 에이징 단계를 포함하는, 리튬 이차 전지의 제조 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 전지 활성화 공정은 전지의 적어도 1회의 충전 단계, 또는 충전 및 방전 단계; 및 적어도 1회의 에이징 단계를 포함하는, 리튬 이차 전지의 제조 방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 가스 배출관과 연통된 전지 외장재의 외부에 음압을 발생시키는 단계를 더 포함하는, 리튬 이차 전지의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
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