KR102282925B1 - Method for Electrolyte Injection of Two-step Vacuum - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지셀의 제조 공정에서 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 내장되어 있고 전해액 주액구가 미실링된 전지셀에 전해액을 주입하는 방법으로서,
(a) 전해액을 저장하는 주액조가 연결된 주액 챔버 내에 상기 미실링 전지셀을 배치하는 배치 과정;
(b) 상기 주액 챔버 내의 압력이 제 1 진공 상태가 될 때까지 진공 흡입 하는 제 1 감압 과정;
(c) 상기 주액 챔버 내의 압력이 제 2 진공 상태가 될 때까지 압력을 올리는 제 2 감압 과정;
(d) 상기 제 2 진공 상태를 유지하면서, 미실링 전지셀의 주액구를 통해 상기 주액조의 전해액을 주액하는 주액 과정; 및
(e) 상기 주액 챔버 내의 압력이 대기압과 평형상태가 되도록 주액 챔버의 진공 상태를 해제하는 벤트 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액 주액방법에 관한 것이다.
The present invention is a method of injecting an electrolyte into a battery cell in which an electrode assembly is embedded in a receiving part of a battery case and an electrolyte injection port is not sealed in a battery cell manufacturing process,
(a) an arrangement process of disposing the unsealed battery cell in an injection chamber connected to an injection tank for storing an electrolyte;
(b) a first decompression process of vacuum suction until the pressure in the injection chamber becomes a first vacuum state;
(c) a second decompression process of increasing the pressure until the pressure in the injection chamber becomes a second vacuum state;
(d) an injection process of injecting the electrolyte of the injection tank through the injection port of the unsealed battery cell while maintaining the second vacuum state; and
(e) a venting process of releasing the vacuum state of the injection chamber so that the pressure in the injection chamber is in equilibrium with the atmospheric pressure;
It relates to an electrolyte injection method comprising a.

Description

2단 진공의 전해액 주액 방법 {Method for Electrolyte Injection of Two-step Vacuum}{Method for Electrolyte Injection of Two-step Vacuum}

본 발명은 2단 진공의 전해액 주액 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for injecting an electrolyte in a two-stage vacuum.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.With the increase in technology development and demand for mobile devices, the demand for secondary batteries is also rapidly increasing. Among them, lithium secondary batteries with high energy density and operating voltage and excellent preservation and lifespan characteristics are used in various electronic products as well as various mobile devices. It is widely used as an energy source.

리튬 이차전지는 집전체 상에 각각 활물질이 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막이 개재된 전극조립체에 리튬염을 포함하는 전해액이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다. 양극 활물질은 주로 리튬 코발트계 산화물, 리튬 망간계 산화물, 리튬 니켈계 산화물, 리튬 복합 산화물 등으로 이루어져 있으며, 음극 활물질은 주로 탄소계 물질로 이루어져 있다. 충전 시에는 양극 활물질의 리튬 이온이 방출되어 음극의 탄소층으로 삽입되고, 방전시에는 반대로 음극 탄소층의 리튬 이온이 방출되어 양극 활물질로 삽입되며, 이때 전해액은 음극과 양극 사이에서 리튬 이온을 이동시키는 매질 역할을 한다. A lithium secondary battery has a structure in which an electrolyte containing lithium salt is impregnated in an electrode assembly with a porous separator interposed between a positive electrode and a negative electrode, each of which is coated with an active material on a current collector. The positive active material is mainly composed of lithium cobalt-based oxide, lithium manganese-based oxide, lithium nickel-based oxide, lithium composite oxide, and the like, and the negative active material is mainly composed of carbon-based material. During charging, lithium ions from the positive electrode active material are released and inserted into the carbon layer of the negative electrode. On the contrary, during discharging, lithium ions from the negative electrode carbon layer are released and inserted into the positive electrode active material. At this time, the electrolyte moves lithium ions between the negative electrode and the positive electrode. It acts as a facilitating medium.

따라서, 상기와 같은 전극조립체들을 포함하는 이차전지가 고용량 및 고에너지 밀도를 갖고 긴 수명을 유지하기 위해서는 전지 내부에 개재된 전극조립체가 전해액에 완전히 함침되어 전극들 간의 전극반응이 활발히 일어날 수 있도록 하여야 하며, 전극조립체가 전해액에 불완전하게 함침되는 경우에는 전극간의 반응이 원활하지 못하여 저항이 높아지고 출력 특성 및 전지의 용량이 급격히 떨어지며, 이로 인하여 전지 성능 저하, 수명 단축 현상 등이 나타나는 것은 물론, 높은 저항의 발현으로 전지의 열화 또는 폭발 현상이 일어날 수 있는 위험에 노출되게 된다.Therefore, in order for the secondary battery including the electrode assemblies as described above to have high capacity and high energy density and to maintain a long lifespan, the electrode assembly interposed inside the battery is completely immersed in the electrolyte so that the electrode reaction between the electrodes can occur actively. When the electrode assembly is incompletely impregnated with the electrolyte, the reaction between the electrodes is not smooth, so the resistance increases and the output characteristics and the capacity of the battery rapidly drop, which causes deterioration of battery performance and shortening of lifespan, as well as high resistance. is exposed to the risk of battery deterioration or explosion.

상기 전해액은 리튬 이차전지 제조의 마지막 단계에서 전지 내로 투입되는데, 일반적으로 전해액은 전해질 염을 효과적으로 용해시키고 해리시킬 수 있는 극성을 가진 극성 용매임과 동시에, 활성수소를 갖고 있지 않은 비양자성 용매이다. 이러한 전해액은 종종 전해액 내부의 광범위한 상호작용으로 인해 점성 및 표면장력이 높은 바, 고밀도로 적층되어 있거나 또는 적층 상태로 권취되어 있는 전극조립체에 침투시키기 어렵고, 따라서, 전해액을 함침시키기까지 긴 시간을 필요로 한다.The electrolyte is injected into the battery in the last stage of manufacturing a lithium secondary battery, and in general, the electrolyte is a polar solvent having a polarity capable of effectively dissolving and dissociating electrolyte salts, and is an aprotic solvent that does not have active hydrogen. These electrolytes often have high viscosity and surface tension due to extensive interactions within the electrolyte, so it is difficult to penetrate into the electrode assembly stacked at high density or wound in a stacked state, and thus a long time is required to impregnate the electrolyte do it with

따라서, 이차전지의 성능을 개선하고 안전성을 향상시키기 위하여 전극조립체의 전해액 함침성을 높이기 위한 여러 방법에 대한 연구가 계속적으로 진행되고 왔다.Therefore, in order to improve the performance and safety of the secondary battery, research on various methods for increasing the electrolyte impregnation property of the electrode assembly has been continuously conducted.

도 1에는 종래의 진공 챔버 안에서 전해액을 함침하는 공정에 대한 과정이 도시되어 있다.1 illustrates a process for a process of impregnating an electrolyte in a conventional vacuum chamber.

도 1을 참조하면, 과정(a)에서 전지케이스에 전극조립체(도시하지 않음)가 내장된 전해액 주액구가 미실리된 미실링 전지셀(20)를 챔버(30) 내에 배치하고, 챔버 내의 압력을 40 내지 100 Torr가 될때까지 감압하고, 미실링 전지셀(20) 내부 압력이 챔버 내의 압력과 평형이 될때까지 유지한후, 과정(b)에서 미실링 전지셀(20)의 전지케이스 내로 전해액이 주액하고, 주액이 완료되면, 과정(c)에서 챔버(30)의 진공 상태를 해제하도록 벤트시켜 압력을 가함으로써 전해액을 미실링 전지셀 내 전극활물질에 고르게 함침되도록 유도한다.Referring to FIG. 1 , in the process (a), an unsealed battery cell 20 in which an electrolyte injection port having an electrode assembly (not shown) embedded in the battery case is not mounted is placed in a chamber 30, and the pressure in the chamber is reduced to 40 to 100 Torr, and the internal pressure of the unsealed battery cell 20 is maintained until equilibrium with the pressure in the chamber, and then the electrolyte is introduced into the battery case of the unsealed battery cell 20 in the process (b). When the injection is completed, the vent is vented to release the vacuum state of the chamber 30 in step (c) and pressure is applied to induce the electrolyte to be evenly impregnated into the electrode active material in the unsealed battery cell.

그러나, 이러한 종래의 주액 방법에서 과정(a)은 전해액 증발 등을 고려하여 상기 범위의 압력으로 진행되는데, 상기 범위의 압력에서는 챔버 내의 압력과 미실링 전지셀 내부의 압력이 평형을 이루는데 까지 약 1분 이상의 시간이 소요되는 바, 이와 같은 과정에 의해 전체적인 전해액 주액의 공정 시간이 길어지는 문제가 있었다. However, in this conventional injection method, the process (a) proceeds at a pressure within the above range in consideration of electrolyte evaporation, etc. In the above range, the pressure in the chamber and the pressure inside the unsealed battery cell are approximately equal to each other. Since it takes more than 1 minute, there is a problem in that the overall process time of the electrolyte injection is lengthened by such a process.

또한, 상기 공정 시간을 단축하기 위해, 공정 설비 측면에서 상기 진공 감압 과정(a)와 주액 과정(b)의 간격을 짧게 하는 경우에는 미실링 전지셀 내부의 기체가 다수 존재하게 되어, 전해액 함침이 용이하게 이루어지지 않아, 전해액이 전극 요소들 내부로 함침되는데 한계가 있다.In addition, in order to shorten the process time, when the interval between the vacuum decompression process (a) and the injection process (b) is shortened in terms of process equipment, a large number of gases in the unsealed battery cell exist, so that the electrolyte impregnation is difficult. This is not easily achieved, so there is a limit to the impregnation of the electrolyte into the electrode elements.

따라서, 전지셀 제조 공정에서 공정 시간을 단축하면서도, 전해액 함침성을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Accordingly, there is a high need for a technology capable of improving the electrolyte impregnation property while shortening the process time in the battery cell manufacturing process.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.

구체적으로, 본 발명의 목적은 전해액 주액방법에 있어서, 전해액을 주입하기 전 2단 진공의 감압 과정을 적용함으로써, 전해액 주액 공정의 시간을 단축하면서도 전해액 함침성을 향상시킬 수 있는 전해액 주액방법을 제공하는 것이다.Specifically, it is an object of the present invention to provide an electrolyte injection method capable of improving electrolyte impregnation while shortening the electrolyte injection process time by applying a two-stage vacuum decompression process before injecting the electrolyte in the electrolyte injection method will do

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전해액 주액방법은,The electrolyte injection method according to the present invention for achieving this object,

전지셀의 제조 공정에서 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 내장되어 있고 전해액 주액구가 미실링된 전지셀에 전해액을 주입하는 방법으로서,A method of injecting an electrolyte into a battery cell in which an electrode assembly is embedded in a receiving part of a battery case and an electrolyte injection port is not sealed in the manufacturing process of a battery cell,

(a) 전해액을 저장하는 주액조가 연결된 주액 챔버 내에 상기 미실링 전지셀을 배치하는 배치 과정;(a) an arrangement process of disposing the unsealed battery cell in an injection chamber connected to an injection tank for storing an electrolyte;

(b) 상기 주액 챔버 내의 압력이 제 1 진공 상태가 될 때까지 진공 흡입 하는 제 1 감압 과정;(b) a first decompression process of vacuum suction until the pressure in the injection chamber becomes a first vacuum state;

(c) 상기 주액 챔버 내의 압력이 제 2 진공 상태가 될 때까지 압력을 올리는 제 2 감압 과정;(c) a second decompression process of increasing the pressure until the pressure in the injection chamber becomes a second vacuum state;

(d) 상기 제 2 진공 상태를 유지하면서, 미실링 전지셀의 주액구를 통해 상기 주액조의 전해액을 주액하는 주액 과정; 및(d) an injection process of injecting the electrolyte of the injection tank through the injection port of the unsealed battery cell while maintaining the second vacuum state; and

(e) 상기 주액 챔버 내의 압력이 대기압과 평형상태가 되도록 주액 챔버의 진공 상태를 해제하는 벤트 과정;(e) a venting process of releasing the vacuum state of the injection chamber so that the pressure in the injection chamber is in equilibrium with the atmospheric pressure;

을 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it includes.

일반적으로, 기체의 유속은 압력에 영향을 받는데, 구체적으로 하기 화학식과 같이, 기체 유속은 점도에 반비례하고, 점도는 압력에 비례하는 바, 기체 유속 또한 압력에 반비례하여, 압력이 증가할수록 기체의 유속은 느려진다. In general, the gas flow rate is affected by pressure. Specifically, as shown in the following chemical formula, the gas flow rate is inversely proportional to the viscosity, and the viscosity is proportional to the pressure, and the gas flow rate is also inversely proportional to the pressure. The flow rate slows down.

Figure 112016126009144-pat00001
Figure 112016126009144-pat00001

따라서, 상기 미실링 전지셀에 존재하는 공기 등의 기체를 제거하기 위해 진공 감압을 시도하거나 기체를 주입하여 압력을 올릴 때, 기체가 유출되는 속도나, 기체가 내부로 유입되는 속도는 압력이 낮을수록 빠르게 되는 바, 특히 미실링 전지셀 내부에 존재하는 기체는 미실링 전지셀 외부의 압력이 낮을수록 빠르게 빠져나와 미실링 전지셀의 외부와 내부의 압력 평형시간이 단축된다.Therefore, when vacuum pressure reduction is attempted or the pressure is increased by injecting gas to remove gases such as air present in the unsealed battery cell, the rate at which the gas flows out or the rate at which the gas flows into the cell is low. In particular, as the pressure outside the unsealed battery cell is lower, the gas present inside the unsealed battery cell escapes faster, and the pressure equilibration time between the outside and the inside of the unsealed battery cell is shortened.

이와 같이 미실링 전지셀의 평형시간이 단축되면 전체 전해액 주액을 위한 단계에서 진공 감압 과정의 시간도 단축되므로, 제조 효율성이 높아지는 효과가 있다.As such, when the equilibration time of the unsealed battery cell is shortened, the time of the vacuum decompression process in the step for injecting the entire electrolyte is also shortened, thereby increasing the manufacturing efficiency.

또한, 제조 시간을 짧게 설정하여 정해져 있는 경우, 챔버 내 압력을 높게 설정할수록 미실링 전지셀의 내부 및 외부의 압력 평형시간이 늘어나므로, 평형이 완전히 이루어지지 않은 상태, 즉, 미실링 전지셀 내부에 기체가 보다 많이 존재하는 상태로 전해액 주액이 이루어지게 되는 바, 전해액 함침이 원활히 이루어지지 않은 반면, 챔버 내 압력을 낮게 설정하면, 압력 평형시간이 짧아져 제조 시간을 짧게 설정하는 경우에도, 미실링 전지셀 내부까지 진공 상태에 충분히 도달할 수 있는 바 전해액 함침성이 향상되는 효과가 있다.In addition, when the manufacturing time is set to be short, the higher the pressure in the chamber, the longer the pressure equilibration time inside and outside the unsealed battery cell. Since the electrolyte is injected with more gas present in Since the vacuum state can be sufficiently reached to the inside of the sealing battery cell, there is an effect of improving the electrolyte impregnation property.

그러나, 외부 압력이 낮을수록 전해액 증기압점이 낮아져 압력을 너무 낮게 하는 경우, 예를 들어, 1x10-3 내지 1 Torr의 압력인 경우, 전해액 증발이 발생할 수 있다. 일반적으로 상온에서 전해액 종류에 따라 30 내지 80 Torr 에서 증발이 시작되기 때문이다.However, as the external pressure is lower, the vapor pressure point of the electrolyte is lowered, so that when the pressure is too low, for example, when the pressure is 1x10 -3 to 1 Torr, evaporation of the electrolyte may occur. This is because, in general, evaporation starts at 30 to 80 Torr depending on the type of electrolyte at room temperature.

이에, 기존에는 전해액 증발을 고려하여 40 내지 100 Torr의 저진공 수준에서 양산 적용하였는데, 상기 범위에서 기체의 유속은 떨어져 미실링 전지셀의 외부 및 내부 압력의 평형시간이 약 1분 정도여서 함침 효과를 극대화하기 위한 감압 과정이 30~90초 동안 진행되었고, 또는 시간이 약 5초 정도로 짧게 설정하는 경우에는 충분한 함침 효과를 발휘하지 못했다.Therefore, conventionally, in consideration of electrolyte evaporation, mass-production was applied at a low vacuum level of 40 to 100 Torr. In the above range, the gas flow rate fell, and the equilibration time of the external and internal pressures of the unsealed battery cell was about 1 minute, so the impregnation effect The decompression process was carried out for 30 to 90 seconds to maximize

이에, 본 출원의 발명자들은 심도있는 연구를 거듭한 끝에 상기와 같이 2단 진공의 전해액 주액 방법을 개발하였다.Accordingly, the inventors of the present application developed a two-stage vacuum electrolyte injection method as described above after repeated in-depth research.

구체적으로, 상기 과정(b)의 제 1 진공 상태의 압력은 1x10-3 내지 1 Torr이고, 과정(c)의 제 2 진공 상태의 압력은 40 내지 100 Torr일 수 있다.Specifically, the pressure in the first vacuum state in the process (b) may be 1x10 -3 to 1 Torr, and the pressure in the second vacuum state in the process (c) may be 40 to 100 Torr.

즉, 먼저 압력을 1x10-3 내지 1 Torr 까지 매우 낮춰 기체의 유속을 빠르게 함으로써 미실링 전지셀 내부까지 압력 평형에 도달하는데 소요되는 시간을 대폭 줄이는 한편, 전해액 주액 전에는 압력을 40 내지 100 Torr까지 올려 전해액이 증발되지 않도록 하는 것이다.That is, first, the pressure is greatly reduced to 1x10 -3 to 1 Torr to speed up the gas flow rate, thereby greatly reducing the time required to reach the pressure equilibrium to the inside of the unsealed battery cell, while increasing the pressure to 40 to 100 Torr before injecting the electrolyte. This is to prevent the electrolyte from evaporating.

상기 범위를 벗어나, 제 1 진공 상태의 압력을 너무 낮추는 경우에는 상기 범위 내로 충분히 압력 평형 시간이 단축됨에도 더 낮추기 위해 고스펙 펌프를 사용해야 하므로 가성비가 좋지 않고, 너무 높이는 경우에는 압력 평형상태에 도달시간이 길어질 수 있으며, 제 2 진공 상태의 압력을 너무 낮추는 경우에는 전해액 증발이, 너무 높이는 경우에는 또 다시 평형상태에 도달하는데 시간이 소요될 뿐 아니라, 미실링 전지셀 내부에 기체가 남아있어 전해액 주액이 용이하지 않다.Out of the above range, if the pressure in the first vacuum state is too low, a high-spec pump must be used to further lower it even though the pressure equilibrium time is sufficiently shortened within the above range, so the cost-effectiveness is not good, and if it is too high, the time to reach the pressure equilibrium state If the pressure in the second vacuum state is too low, it takes time to evaporate the electrolyte, and if it is too high, it takes time to reach the equilibrium state again, and the gas remains inside the unsealed battery cell, so that the electrolyte injection is difficult. Not easy.

상세하게는, 상기 제 2 진공 상태의 압력을 주액 공정의 온도에서 전해액 증기압 이상, 더욱 상세하게는 주액 공정의 온도에서 전해액의 증기압의 105% 내지 120%가 되도록 함으로써, 전해액 증발을 막아 전해액이 용이하게 함침되도록 할 수 있다.Specifically, by setting the pressure of the second vacuum to be equal to or greater than the vapor pressure of the electrolyte at the temperature of the injection process, and more specifically, 105% to 120% of the vapor pressure of the electrolyte at the temperature of the injection process, thereby preventing the evaporation of the electrolyte to facilitate the electrolyte solution It can be made to be impregnated.

여기서, 상기 주액 공정에서의 전해액 온도는, 상온, 상세하게는, 섭씨 20도 내지 25도일 수 있다.Here, the temperature of the electrolyte in the pouring process may be room temperature, specifically, 20 to 25 degrees Celsius.

이와 같이, 전해액 주액 과정 전의 감압 과정을 2단 진공 과정으로 적용하는 경우에는 미실링 전지셀 내/외부의 압력 평형상태 도달 시간을 대폭 줄이면서도 전해액 주액에서는 전해액 증발을 방지할 수 있다.In this way, when the decompression process before the electrolyte injection process is applied as a two-stage vacuum process, the time to reach the pressure equilibrium state inside/outside the unsealed battery cell can be greatly reduced while preventing the electrolyte from evaporating during the electrolyte injection.

일반적인 양산 과정에서의 감압 과정은, 40 내지 100 Torr 의 압력으로 진행되는 바, 미실링 전지셀의 내부와 주액 챔버 내의 압력이 평형상태에 도달하는데까지 상당 시간이 소요되므로 이에 이르기 전에 종료되고, 주액이 시작된다.The decompression process in the general mass production process is performed at a pressure of 40 to 100 Torr, and since it takes a considerable amount of time for the pressure inside the unsealed battery cell and the injection chamber to reach an equilibrium state, it is finished before this, and the injection this begins

그러나, 본 발명의 상기 주액방법에 따르면, 제 1 감압 과정의 제 1 진공 상태의 압력이 매우 낮아 기체의 유속이 매우 빠르므로, 상기 과정(b)는 미실링 전지셀의 내부 압력이 주액 챔버 내의 압력과 평형상태에 이를 때까지 제 1 진공 상태를 유지하는 공정을 포함할 수 있고, 이때, 상기 미실링 전지셀의 내부 압력과 주액 챔버 내의 압력이 평형상태에 이르는 데까지 소요되는 시간은 3초 이내, 상세하게는 1초 이내에 이루어질 수 있다.However, according to the injection method of the present invention, since the pressure in the first vacuum state in the first decompression process is very low and the flow rate of the gas is very fast, the process (b) is the internal pressure of the unsealed battery cell in the injection chamber. It may include a process of maintaining the first vacuum state until it reaches the equilibrium state with the pressure, at this time, the time it takes for the internal pressure of the unsealed battery cell and the pressure in the injection chamber to reach the equilibrium state is less than 3 seconds , in detail, it can be done within 1 second.

이와 유사하게, 과정(c) 역시 미실링 전지셀의 내부 압력이 주액 챔버 내의 압력과 평형상태에 이를 때까지 제 2 진공 상태를 유지하는 공정을 포함할 수 있다.Similarly, the process (c) may also include a process of maintaining the second vacuum state until the internal pressure of the unsealed battery cell reaches an equilibrium state with the pressure in the injection chamber.

제 2 진공 상태의 압력은 기존의 방법과 동일하게, 40 내지 100 Torr 의 압력으로 진행되지만, 대기압에서부터 감압되는 것이 아니라, 제 1 진공 상태의 압력인 1x10-3 내지 1 Torr에서 압력을 올리는 것으로써, 미실링 전지셀 내부의 압력 또한, 상기 제 1 진공 상태의 압력에서 제 2 진공 상태의 압력에 도달하는 것이므로 다시 평형상태에 도달하는데 많은 시간이 요구되지 않는다. The pressure of the second vacuum state proceeds to a pressure of 40 to 100 Torr, as in the conventional method, but is not reduced from atmospheric pressure, but by raising the pressure from 1x10 -3 to 1 Torr, the pressure of the first vacuum state. , since the pressure inside the unsealed battery cell also reaches the pressure of the second vacuum state from the pressure of the first vacuum state, a lot of time is not required to reach the equilibrium state again.

구체적으로, 상기 과정(c)에서 미실링 전지셀의 내부 압력과 주액 챔버 내의 압력이 평형상태에 이르는 데까지 소요되는 시간은 3초 이내, 상세하게는 1초 이내에 이루어질 수 있다.Specifically, the time it takes for the internal pressure of the unsealed battery cell and the pressure in the injection chamber to reach an equilibrium state in the process (c) may be made within 3 seconds, specifically within 1 second.

따라서, 본 발명에 따르면, 전체 갑압 과정에 소요되는 시간이 10초 이내, 상세하게는 5초 이내일 수 있어, 전체 공정시간을 대폭 감축시킬 수 있어, 기존의 챔버 내부 압력을 감압하고 유지하는 과정을 5초 이내로 설정한 양산 과정에 적용할 때도 미실링 전지셀 내부까지 충분히 제 1 진공 상태 및 제 2 진공 상태에 도달한 상태로 전해액 주액이 이루어지므로 전해액 함침성이 극대화될 수 있는 효과가 있다.Therefore, according to the present invention, the time required for the entire depressurization process can be within 10 seconds, specifically within 5 seconds, so that the entire process time can be significantly reduced, thereby reducing and maintaining the pressure inside the existing chamber. Even when applied to the mass production process set within 5 seconds, the electrolyte injection is performed in a state in which the first vacuum state and the second vacuum state are sufficiently reached to the inside of the unsealed battery cell, so that the electrolyte impregnation property can be maximized.

한편, 이러한 전해액 주액은, 대량 생산을 위해, 한번에 다량의 미실링 전지셀에 진행할 수 있고, 구체적으로 주액 챔버 내에 둘 이상의 미실링 전지셀들을 배치하고, 동시에 주액할 수 있다.On the other hand, this electrolyte injection, for mass production, can proceed to a large amount of unsealed battery cells at a time, specifically, two or more unsealed battery cells are arranged in the injection chamber, and can be injected simultaneously.

상기 전해액 주액 챔버의 구성과, 전해액을 주액하는 방법은 당업계에 개시된 구성을 모두 포함할 수 있는 바, 본 명세서에서 자세한 설명은 생략한다.The configuration of the electrolyte injection chamber and the method of injecting the electrolyte may include all configurations disclosed in the art, and detailed descriptions thereof will be omitted herein.

상기 방법에 사용되는 전해액 역시, 당업계에 개시된 구성을 모두 포함할 수 있고, 예를 들어, 리튬염 함유 비수계 전해액일 수 있고, 구체적으로 상기 리튬염 함유 비수계 전해액은 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. The electrolyte used in the method may also include all of the components disclosed in the art, for example, may be a lithium salt-containing non-aqueous electrolyte, and specifically, the lithium salt-containing non-aqueous electrolyte is a polar organic electrolyte and a lithium salt consists of As the electrolyte, a non-aqueous liquid electrolyte, 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 non-aqueous liquid electrolyte include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyl lactone, 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane , acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid triester, trimethoxy methane, dioxolane derivative, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbo An aprotic organic solvent such as a nate derivative, a tetrahydrofuran derivative, an ether, methyl pyropionate, or ethyl propionate 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 polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphoric acid ester polymers, poly agitation lysine, polyester sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, A polymer containing an ionic dissociation group or 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, sulfates, etc. of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 and the like may 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 easily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide there is.

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.In addition, for the purpose of improving charge/discharge characteristics, flame retardancy, etc. in the non-aqueous electrolyte, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, n-glyme, hexaphosphoric acid triamide , nitrobenzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N,N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride, etc. may be added. may be In some cases, in order to impart incombustibility, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further included, and carbon dioxide gas may be further included to improve high-temperature storage characteristics.

상기 전해액의 주액이 완료되면, 주액 챔버 내의 압력이 대기압과 평형상태가 되도록 주액 챔버의 진공 상태를 해제할 수 있다. When the injection of the electrolyte is completed, the vacuum state of the injection chamber may be released so that the pressure in the injection chamber is in equilibrium with the atmospheric pressure.

이러한 해제 방법은, 종래 개시된 방법을 모두 포함할 수 있고, 예를 들어, 챔버의 벤트부를 포함시켜 외부 공기가 유입되도록 수행될 수도 있고, 감압을 위한 진공 호스를 제거함으로써 수행될 수도 있다.This release method may include all of the previously disclosed methods, for example, may be performed to introduce external air by including a vent part of the chamber, or may be performed by removing a vacuum hose for decompression.

이와 같이 벤트되면, 챔버 내부로 외부 공기가 유입되어 미실링 전지셀에 압력을 가하게 되고, 이러한 압력에 의해 전해액은 미실링 전지셀 내부의 전극 요소들에 더욱 고르게 함침될 수 있다.When vented in this way, external air is introduced into the chamber to apply pressure to the unsealed battery cell, and by this pressure, the electrolyte can be more evenly impregnated into the electrode elements inside the unsealed battery cell.

또한, 본 발명의 주액방법은, 미실링 전지셀 내부에서의 전해액 함침성을 더욱 향상시키기 위해, 과정(e) 이후에, In addition, in the injection method of the present invention, in order to further improve the electrolyte impregnation property inside the unsealed battery cell, after the process (e),

(f) 상기 주액 챔버 내의 압력이 대기압보다 낮은 압력의 제 3 진공 상태가 되도록 진공 흡입하고 유지하는 과정; 및(f) vacuum suction and maintaining the pressure in the injection chamber to be in a third vacuum state of a pressure lower than atmospheric pressure; and

(g) 상기 미실링 전지셀에 기체를 주입하는 기체 주입 과정;(g) a gas injection process of injecting gas into the unsealed battery cell;

을 더 포함할 수 있다.may further include.

이때, 상기 과정(f)의 제 3 진공 상태의 압력은 40 Torr 내지 760 Torr일 수 있고, 상기 과정(g)의 기체는, 별도의 기체를 주입할 수도 있으나, 상세하게는, 벤트하는 과정을 통해 자연스럽게 유입되는 공기일 수 있다.At this time, the pressure of the third vacuum state of the process (f) may be 40 Torr to 760 Torr, and the gas of the process (g), a separate gas may be injected, but in detail, the process of venting It may be air that is naturally introduced through the

즉, 감압하고, 벤트하는 과정을 반복할 수 있다. 이를 진공 함침 공정이라 한다.That is, the process of reducing the pressure and venting may be repeated. This is called a vacuum impregnation process.

상기 과정(f) 및 (g)를 반복함으로써 전해액은 미실링 전지셀 내의 전극 요소들에 더욱 깊숙히 침투하여 전해액 함침성을 향상시킬 수 있다.By repeating the above processes (f) and (g), the electrolyte can penetrate more deeply into the electrode elements in the unsealed battery cell to improve the electrolyte impregnability.

상기와 같은 과정 이후에, 마지막으로 미실링 전지셀의 전해액 주액구를 실링함으로써 전지셀을 제조를 완료할 수 있다.After the above process, the battery cell can be manufactured by finally sealing the electrolyte injection port of the unsealed battery cell.

따라서, 본 발명은 상기 전해액 주액방법을 거쳐 제조되는 전지셀을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a battery cell manufactured through the electrolyte injection method.

상기 전지셀은 상기에서 설명한 바와 같이 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 내장되어 있고, 이후 전해액을 주액에 의해 전해액이 함침된 구조로 이루어져 있다. As described above, the battery cell has a structure in which the electrode assembly is embedded in the receiving part of the battery case, and then the electrolyte is impregnated by injecting the electrolyte.

상기 전극조립체는, 당업계에 개시된 구성을 모두 포함하나, 예를 들어, 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 상태가 되도록 다수 개의 양극, 음극 및 분리막을 적층, 또는 적층하여 권취함으로써 제조된다.The electrode assembly includes all of the configurations disclosed in the art, but for example, a plurality of positive electrodes, negative electrodes and separators are stacked, or laminated and wound so that a separator is interposed between the positive electrode, the negative electrode and the positive electrode and the negative electrode. manufactured by doing

이때, 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.In this case, the positive electrode, for example, is prepared 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, and, if necessary, further adding a filler to the mixture.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 마이크로미터 이상 내지 500 마이크로미터 이하의 두께로 만들어진다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The positive electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 micrometers or more and 500 micrometers or less. The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. Carbon, nickel, titanium, silver or the like surface-treated may be used. The current collector may increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on the surface thereof, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam body, and a nonwoven body are possible.

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 include 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 Formula Li 1+x Mn 2-x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , and LiMnO 2 ; 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 ; Ni site-type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1-x M x O 2 (wherein 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, Zn or Ta and x = 0.01 to 0.1) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where M = Fe, Co, lithium manganese composite oxide represented by 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; And the like Fe 2 (MoO 4) 3, but 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 typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change 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 fibers and metal fibers; metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; A conductive material such as a polyphenylene derivative may 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 that assists in bonding between the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive 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 butyrene rubber, fluororubber, 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 inhibiting the expansion of the positive electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. For example, an olipine-based polymer such as polyethylene or polypropylene; A fibrous material such as glass fiber or carbon fiber is 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 coating and drying the negative electrode active material on the negative electrode current collector, and if necessary, the above-described components may be optionally further included.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 마이크로미터 이상 내지 500 마이크로미터 이하의 두께로 만든다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 micrometers or more and 500 micrometers or less. Such a negative current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing a chemical change in the battery, and for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel. A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. on the surface, an aluminum-cadmium alloy, etc. may be used. In addition, like the positive electrode current collector, the bonding force of the negative electrode active material may be strengthened by forming fine irregularities on the surface, and may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a non-woven body.

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-graphitizable carbon and graphitic 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 composite oxides such as Al, B, P, Si, elements of Groups 1, 2, and 3 of the periodic table, halogen; 0 < x ≤ 1; 1 ≤ y ≤ 3; 1 ≤ z ≤ 8); lithium metal; lithium alloy; silicon-based alloys; tin-based alloys; 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 metal oxides such as Bi 2 O 5 ; conductive polymers such as polyacetylene; A Li-Co-Ni-based material or 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 separator 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 μm, and the thickness is generally 5 to 300 μm. As such a separation membrane, For example, olefin polymers, such as chemical-resistant and hydrophobic polypropylene; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber or polyethylene is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separator.

상기 전지케이스는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 구조의 파우치형 케이스일 수 있다.The battery case may be a pouch-type case having a laminate structure including a metal layer and a resin layer.

상기 전지케이스의 하나의 구체적인 예로서, 상기 전지케이스는 우수한 내구성의 수지 외층, 차단성의 금속층, 및 열용융성의 수지 실란트층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 상기 수지 실란트층이 상호 열융착되는 것일 수 있다.As a specific example of the battery case, the battery case is composed of a laminate sheet including an excellent durable resin outer layer, a barrier metal layer, and a heat meltable resin sealant layer, and the resin sealant layers are thermally fused to each other. can

상기 수지 외층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 것이 필요하다. 그러한 측면에서 외측 수지층의 고분자 수지로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름이 바람직하게 사용될 수 있다.Since the resin outer layer has to have excellent resistance from the external environment, it is necessary to have a tensile strength and weather resistance of at least a predetermined level. In this respect, polyethylene terephthalate (PET) and a stretched nylon film may be preferably used as the polymer resin of the outer resin layer.

상기 차단성 금속층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 바람직하게는 알루미늄이 사용될 수 있다.Preferably, aluminum may be used for the barrier metal layer to exhibit a function of improving the strength of the battery case in addition to the function of preventing the inflow or leakage of foreign substances such as gas and moisture.

상기 수지 실란트층은 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 폴리올레핀(polyolefin)계 수지가 바람직하게 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌(CPP)이 사용될 수 있다.The resin sealant layer has heat-sealing properties (thermal adhesive properties), low hygroscopicity to suppress the penetration of the electrolyte, and a polyolefin-based resin that is not expanded or eroded by the electrolyte may be preferably used, and more Preferably, unstretched polypropylene (CPP) may be used.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전해액 주액방법은, 전해액을 주입하기 전 주액 챔버 내, 미실링 전지셀을 감압하는데 있어, 중진공 후 저진공을 수행하는 2단 진공의 감압 과정을 적용함으로써, 미실링 전지셀 내부와 외부의 압력이 평형 상태에 도달하는데까지 걸리는 시간을 대폭 감축하여, 전체 전해액 주액 공정의 시간을 단축하면서도, 전해액 함침성은 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, in the electrolyte injection method according to the present invention, in depressurizing the unsealed battery cell in the injection chamber before injecting the electrolyte, a two-stage vacuum decompression process of performing a low vacuum after a medium vacuum is applied. By significantly reducing the time it takes for the pressure inside and outside the unsealed battery cell to reach an equilibrium state, the time of the entire electrolyte injection process can be shortened, and the electrolyte impregnation property can be improved.

도 1은 종래의 진공 챔버 안에서 전해액을 함침하는 공정에 대한 모식도이다;
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 전해액 주액방법의 과정을 나타낸 그래프이다;
도 3은 본 발명의 비교예 1에 따른 전해액 주액방법의 과정을 나타낸 그래프이다;
도 4는 본 발명의 비교예 2에 따른 전해액 주액방법의 과정을 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic diagram of a process of impregnating an electrolyte in a conventional vacuum chamber;
Figure 2 is a graph showing the process of the electrolyte injection method according to Example 1 of the present invention;
3 is a graph showing the process of the electrolyte injection method according to Comparative Example 1 of the present invention;
4 is a graph showing the process of the electrolyte injection method according to Comparative Example 2 of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 실시예들을 참조하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, it will be described in more detail with reference to embodiments according to the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.

<제조예 1><Production Example 1>

음극 활물질(Graphite)), 도전재(Denka black), 바인더(PVdF)를 92: 3: 5 의 중량비로 NMP에 넣고 믹싱하여 음극 합제를 제조하고, 8 ㎛ 두께의 구리 호일에 상기 음극 합제를 코팅한 후 압연 및 건조하여 음극을 제조하였다.Anode active material (Graphite), conductive material (Denka black), and binder (PVdF) were put into NMP in a weight ratio of 92: 3: 5 and mixed to prepare a negative electrode mixture, and the negative electrode mixture was coated on 8 μm thick copper foil Then, the negative electrode was prepared by rolling and drying.

또한, 양극으로는 LiNi0.4Mn0.3Co0.3O2를 양극 활물질로 사용하고 도전재(Denka black), 바인더(PVdF)를 각각 88: 8.5: 3.5 의 중량비로 NMP에 넣고 믹싱한 후 15 ㎛ 두께의 알루미늄 호일에 코팅하고, 압연 및 건조하여 양극을 제조하였다.In addition, as a positive electrode, LiNi 0.4 Mn 0.3 Co 0.3 O 2 was used as a positive electrode active material, and a conductive material (Denka black) and a binder (PVdF) were put into NMP in a weight ratio of 88: 8.5: 3.5, respectively, and mixed, followed by mixing. It was coated on aluminum foil, rolled and dried to prepare a positive electrode.

이렇게 제조된 음극과 양극 사이에 분리막으로서 폴리에틸렌 다공성 막(Asahi, 두께: 16 ㎛)을 개재하여 전극조립체를 제조하고, 이를 전지케이스에 내장하였다.An electrode assembly was prepared by interposing a polyethylene porous membrane (Asahi, thickness: 16 μm) as a separator between the prepared negative electrode and the positive electrode, and this was embedded in a battery case.

<실험예 1><Experimental Example 1>

평형에 도달하는 시간을 측정하기 위해, 상기 전극조립체가 내장된 전지케이스를 주액 챔버 내에 배치한 후, 주액 챔버 내의 압력을 달리하면서 주액 챔버 내의 외부 압력과, 전지케이스 내부 압력이 평형에 이르는 시점으로 전해액 함침량이 수렴하여 더 이상 늘지 않을 때까지 소요되는 시간을 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.In order to measure the time to reach equilibrium, after placing the battery case in which the electrode assembly is embedded in the injection chamber, the external pressure in the injection chamber and the internal pressure of the battery case reach equilibrium while varying the pressure in the injection chamber. The time required for the amount of electrolyte impregnation to converge and no longer increase was measured, and the results are shown in Table 1 below.

0.1 Torr0.1 Torr 80 Torr80 Torr 230 Torr230 Torr 380 Torr380 Torr 소요 시간(s)Time required (s) ≤1≤1 6060 180180 300300

표 1을 참조하면, 주액 챔버의 압력을 낮게 할수록 전지케이스의 내부 압력과 외부 압력이 평형을 이룰 때까지의 소요시간이 훨씬 단축됨을 확인할 수 있다. 따라서, 전해액 주입 전에 전해액 함침성을 극대화하기 위해, 전지케이스의 내부 및 외부 압력이 평형을 이룰 때까지 유지하는 경우, 압력이 낮을수록 공정시간을 단축할 수 있음을 알 수 있다.Referring to Table 1, it can be seen that as the pressure of the injection chamber is lowered, the time required until the internal pressure and the external pressure of the battery case are balanced is much shorter. Therefore, it can be seen that, in order to maximize the electrolyte impregnation property before injection of the electrolyte, when the internal and external pressures of the battery case are maintained until the equilibrium is reached, the lower the pressure, the shorter the process time.

<실시예 1><Example 1>

프로필렌 카보네이트(PC): 디메틸 카보네이트(DMC): 에틸메틸 카보네이트(EMC)가 20: 40: 40 vol%로 혼합된 용매에 LiPF6가 1M로 녹아 있는 액체 전해액을 준비하여 주액 챔버와 연결된 주액조에 저장하여 준비하였다.Propylene carbonate (PC): dimethyl carbonate (DMC): ethylmethyl carbonate (EMC) 20: 40: Prepare a liquid electrolyte in which LiPF 6 is dissolved at 1M in a solvent mixed at 40 vol% and stored in the injection tank connected to the injection chamber and prepared.

도 2의 주액방법의 모식도에서와 같이, 상기 전극조립체가 내장된 전지케이스를 주액 챔버 내에 배치한 후, 1~0.1 Torr의 압력으로 설정하여 주액 챔버 내부를 감압시킨 후, 약 1초 후에 주액 챔버 내의 압력이 40~100 Torr가 되도록 압력을 올리고, 약 1초 후에 상기 주액조에 저장된 전해액을 전지케이스 내부로 주액하였다. 감압부터 주액을 시작하는데 까지 걸리는 시간을 총 5초 이내가 되도록 하였다.As in the schematic diagram of the injection method of FIG. 2, after placing the battery case in which the electrode assembly is embedded in the injection chamber, 1-0.1 After reducing the pressure inside the injection chamber by setting the pressure of Torr, the pressure was raised so that the pressure in the injection chamber became 40 to 100 Torr after about 1 second, and after about 1 second, the electrolyte stored in the injection tank was injected into the battery case. The time taken from the decompression to the start of the injection was made to be less than 5 seconds in total.

주액이 완료되었을 때, 주액 챔버의 진공 상태를 해제하여 주액 챔버 내의 압력을 대기압까지 상승시키고 1분 동안 방치하여 주액 과정을 완료하였다.When the injection was completed, the vacuum state of the injection chamber was released, the pressure in the injection chamber was increased to atmospheric pressure, and the injection process was completed by leaving it to stand for 1 minute.

<비교예 1><Comparative Example 1>

도 3의 주액방법의 모식도에서와 같이, 상기 실시예 1에서 상기 전극조립체가 내장된 전지케이스를 주액 챔버 내에 배치한 후, 40~100 Torr의 압력으로 설정하여 주액 챔버 내부를 감압시킨 후, 약 3초 후에 상기 주액조에 저장된 전해액을 전지케이스 내부로 주액하였다. 감압부터 주액을 시작하는데 까지 걸리는 시간을 총 5초 이내가 되도록 한 것을 제외하고, 동일하게 주액 과정을 완료하였다.As in the schematic diagram of the injection method of FIG. 3 , in Example 1, after placing the battery case in which the electrode assembly is embedded in the injection chamber, 40 to 100 After reducing the pressure inside the injection chamber by setting the pressure of Torr, the electrolyte stored in the injection tank was injected into the battery case after about 3 seconds. The injection process was completed in the same way, except that the time taken from decompression to starting injection was less than 5 seconds in total.

<비교예 2><Comparative Example 2>

도 4의 주액방법의 모식도에서와 같이, 상기 실시예 1에서 상기 전극조립체가 내장된 전지케이스를 주액 챔버 내에 배치한 후, 1~0.1 Torr의 압력으로 설정하여 주액 챔버 내부를 감압시킨 후, 3초 후에 상기 주액조에 저장된 전해액을 전지케이스 내부로 주액하였다. 감압부터 주액을 시작하는데 까지 걸리는 시간을 총 5초 이내가 되도록 한 것을 제외하고, 동일하게 주액 과정을 완료하였다.As in the schematic diagram of the injection method of FIG. 4, after placing the battery case in which the electrode assembly is embedded in the first embodiment in the injection chamber, 1-0.1 After depressurizing the inside of the injection chamber by setting the pressure of Torr, the electrolyte stored in the injection tank was injected into the battery case after 3 seconds. The injection process was completed in the same way, except that the time taken from decompression to starting injection was less than 5 seconds in total.

<실험예 2><Experimental Example 2>

상기 실시예 1 및 비교예 1, 2의 전해액 주액이 완료된 전지케이스들의 주액 전 후 무게를 측정하여 주액량을 확인하였고, 이 후 주액구를 밀봉하여 이차전지들을 제조하고, 대기 시간별로 함침되고 남은 전해액을 배출하여 함침량을 확인하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. The amount of injection was confirmed by measuring the weight before and after injection of the battery cases in which the electrolyte injection of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 was completed, and thereafter, secondary batteries were manufactured by sealing the injection port, and the remaining after being impregnated for each waiting time. The amount of impregnation was confirmed by discharging the electrolyte, and the results are shown in Table 1 below.

주액량(g)Injection amount (g) 1시간 대기 함침량(g)1 hour standby impregnation amount (g) 10시간 대기 함침량(g)10 hours standby impregnation amount (g) 실시예 1Example 1 8.2g8.2g 4.5g4.5g 7.2g7.2g 비교예 1Comparative Example 1 8.2g8.2g 3.2g3.2g 6.0g6.0g 비교예 2Comparative Example 2 6.8g6.8g 4.2g4.2g 6.1g6.1g

표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1의 전지는 1시간 대기 함침량이 4.5g인 반면, 비교예 1의 전지는 함침량이 3.2g 수준으로 약 1.3g 정도의 전해액 함침량 감소를 보인다. 또한, 10시간 대기 함침량도 비슷한 수준의 전해액 함침량 차이를 보인다.Referring to Table 2, the battery of Example 1 according to the present invention had an impregnation amount of 4.5 g for 1 hour, while the battery of Comparative Example 1 had an impregnation amount of 3.2 g, showing a decrease in the amount of electrolyte impregnation by about 1.3 g. In addition, the 10 hours atmospheric impregnation amount also shows a similar difference in the electrolyte impregnation amount.

이는, 상기 표 1에서 보는 바와 같이, 압력이 높을수록 기체의 유속이 느려져 비교예 1의 경우 미실링 전지셀 내부의 압력이 외부 압력과 평형을 이루는데 약 1분 정도의 시간이 소요되는 반면, 실제로 전해액 주액 시간을 감소시키기 위해 평형이 이루어지지 않은 상태, 즉, 미실링 전지셀 내부의 기체가 완전히 제거되지 못한 상태로 전해액 주액이 이루어지므로, 전해액 함침성이 떨어지는 것이다This is, as shown in Table 1, the higher the pressure, the slower the gas flow rate, and in Comparative Example 1, it takes about 1 minute for the pressure inside the unsealed battery cell to equilibrate with the external pressure, In fact, in order to reduce the electrolyte injection time, the electrolyte is injected in a state where equilibrium is not achieved, that is, the gas inside the unsealed battery cell is not completely removed, so the electrolyte impregnation property is poor.

한편, 비교예 2의 주액량은 6.8g으로 실시예1, 비교예1 대비 주액량 자체가 1.4g이 떨어지는데 이는 상기 1~0.1 Torr의 압력은 전해액의 증기압보다 낮으므로, 이 압력에서 전해액을 주입하면, 전해액이 증발하기 때문이다.On the other hand, the injection amount of Comparative Example 2 is 6.8 g, and the injection amount itself is 1.4 g lower than that of Example 1 and Comparative Example 1. This is because the pressure of 1 to 0.1 Torr is lower than the vapor pressure of the electrolyte, so the electrolyte is injected at this pressure This is because the electrolyte evaporates.

발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those of ordinary skill in the art to which the invention pertains will be able to make various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

Claims (14)

전지셀의 제조 공정에서 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 내장되어 있고 전해액 주액구가 미실링된 전지셀에 전해액을 주입하는 방법으로서,
(a) 전해액을 저장하는 주액조가 연결된 주액 챔버 내에 상기 미실링 전지셀을 배치하는 배치 과정;
(b) 상기 주액 챔버 내의 압력이 제 1 진공 상태가 될 때까지 진공 흡입 하는 제 1 감압 과정;
(c) 상기 주액 챔버 내의 압력이 제 2 진공 상태가 될 때까지 압력을 올리는 제 2 감압 과정;
(d) 상기 제 2 진공 상태를 유지하면서, 미실링 전지셀의 주액구를 통해 상기 주액조의 전해액을 주액하는 주액 과정; 및
(e) 상기 주액 챔버 내의 압력이 대기압과 평형상태가 되도록 주액 챔버의 진공 상태를 해제하는 벤트 과정을 포함하고,
상기 과정(b)의 제 1 진공 상태의 압력은 1x10-3 내지 1 Torr이고, 과정(c)의 제 2 진공 상태의 압력은 40 내지 100 Torr이며,
과정(e) 이후에,
(f) 상기 주액 챔버 내의 압력이 대기압보다 낮은 압력의 제 3 진공 상태가 되도록 진공 흡입하고 유지하는 과정; 및
(g) 상기 미실링 전지셀에 기체를 주입하는 기체 주입 과정;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액 주액방법.
A method of injecting an electrolyte into a battery cell in which an electrode assembly is embedded in a receiving part of a battery case and an electrolyte injection port is not sealed in the manufacturing process of a battery cell,
(a) an arrangement process of disposing the unsealed battery cell in an injection chamber connected to an injection tank for storing an electrolyte;
(b) a first decompression process of vacuum suction until the pressure in the injection chamber becomes a first vacuum state;
(c) a second decompression process of increasing the pressure until the pressure in the injection chamber becomes a second vacuum state;
(d) an injection process of injecting the electrolyte of the injection tank through the injection port of the unsealed battery cell while maintaining the second vacuum state; and
(e) including a venting process of releasing the vacuum state of the injection chamber so that the pressure in the injection chamber is in equilibrium with atmospheric pressure,
The pressure in the first vacuum state of the process (b) is 1x10 -3 to 1 Torr, the pressure in the second vacuum state of the process (c) is 40 to 100 Torr,
After process (e),
(f) vacuum suction and maintaining the pressure in the injection chamber to be in a third vacuum state of a pressure lower than atmospheric pressure; and
(g) a gas injection process of injecting gas into the unsealed battery cell;
Electrolyte injection method, characterized in that it further comprises.
삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 진공 상태의 압력은 주액 공정의 온도에서 전해액의 증기압 이상인 것을 특징으로 하는 전해액 주액방법.The method according to claim 1, wherein the pressure in the second vacuum state is equal to or higher than the vapor pressure of the electrolyte at the temperature of the pouring process. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 진공 상태의 압력은 주액 공정의 온도에서 전해액의 증기압의 105% 내지 120%인 것을 특징으로 하는 전해액 주액방법.The electrolyte injection method according to claim 3, wherein the pressure in the second vacuum state is 105% to 120% of the vapor pressure of the electrolyte at the temperature of the injection process. 제 3 항에 있어서, 상기 주액 공정에서의 전해액 온도는 섭씨 20도 내지 25도인 것을 특징으로 하는 전해액 주액방법.[4] The method of claim 3, wherein the temperature of the electrolyte in the pouring process is 20 to 25 degrees Celsius. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(b)는 미실링 전지셀의 내부 압력이 주액 챔버 내의 압력과 평형상태에 이를 때까지 제 1 진공 상태를 유지하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액 주액방법.The electrolyte injection method according to claim 1, wherein the step (b) comprises maintaining the first vacuum state until the internal pressure of the unsealed battery cell reaches an equilibrium state with the pressure in the injection chamber. 제 6 항에 있어서, 상기 과정(b)에서 미실링 전지셀의 내부 압력과 주액 챔버 내의 압력이 평형상태에 이르는 데까지 소요되는 시간은 3초 이내인 것을 특징으로 하는 전해액 주액방법.[Claim 7] The method according to claim 6, wherein in the step (b), the time required for the internal pressure of the unsealed battery cell and the pressure in the injection chamber to reach an equilibrium state is within 3 seconds. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(c)는 미실링 전지셀의 내부 압력이 주액 챔버 내의 압력과 평형상태에 이를 때까지 제 2 진공 상태를 유지하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액 주액방법.The method of claim 1, wherein the step (c) comprises maintaining the second vacuum state until the internal pressure of the unsealed battery cell reaches an equilibrium state with the pressure in the injection chamber. 제 8 항에 있어서, 상기 과정(c)에서 미실링 전지셀의 내부 압력과 주액 챔버 내의 압력이 평형상태에 이르는 데까지 소요되는 시간은 3초 이내인 것을 특징으로 하는 전해액 주액방법.The method of claim 8, wherein in the step (c), the time required for the internal pressure of the unsealed battery cell and the pressure in the injection chamber to reach an equilibrium state is within 3 seconds. 제 1 항에 있어서, 상기 주액 챔버 내에 둘 이상의 미실링 전지셀들이 배치되어 동시에 전해액을 주액하는 것을 특징으로 하는 전해액 주액방법.The electrolyte injection method according to claim 1, wherein two or more unsealed battery cells are disposed in the injection chamber to simultaneously inject the electrolyte. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 과정(f)의 제 3 진공 상태의 압력은 40 Torr 내지 760 Torr인 것을 특징으로 하는 전해액 주액방법.The method according to claim 1, wherein the pressure in the third vacuum state in step (f) is 40 Torr to 760 Torr. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(g)의 기체는 공기인 것을 특징으로 하는 전해액 주액방법.The method of claim 1, wherein the gas in step (g) is air. 삭제delete
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