KR102366195B1 - LNMO 캐소드 물질을 포함하는 Li-이온 배터리 셀을 형성하는 방법 - Google Patents

LNMO 캐소드 물질을 포함하는 Li-이온 배터리 셀을 형성하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LNMO 캐소드 물질, 애노드용 물질, 세퍼레이터 및 전해질을 포함하는 Li-이온 배터리 셀을 형성하는 방법에 관한 것이다. 이는 하기의 연속적인 단계를 포함한다: (a) 상기 셀을 100%의 충전 상태에 도달할 때까지 충전 (300)하는 단계; (b) 상기 셀을 적어도 48시간 동안 개방 회로에서 100%의 충전 상태로 보관 (400)하는 단계; 및 (c) 상기 충전 및 보관 동안 생성된 기체를 제거 (800, 900)하는 단계.

Description

LNMO 캐소드 물질을 포함하는 Li-이온 배터리 셀을 형성하는 방법{METHOD FOR FORMING A LI-ION BATTERY CELL COMPRISING AN LNMO CATHODE MATERIAL}
본 발명은 재충전가능한 리튬-이온 (Li-이온) 배터리의 일반적인 분야에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 "5V" 스피넬 산화물, 즉 식 LiNixMn2 - xO4 (LNMO) (여기서, 0<x≤0.5)의 니켈-치환된 리튬 망간 산화물계 캐소드 물질을 포함하는 재충전가능한 Li-이온 배터리에 관한 것이다.
보다 더 구체적으로, 본 발명은 LNMO계 캐소드 물질을 포함하는 Li-이온 배터리 셀을 형성하는 방법에 관한 것이다.
종래, Li-이온 배터리는 하나 이상의 캐소드, 하나 이상의 애노드, 전해질, 및 전극 간의 임의의 직접적인 접촉을 방지하기 위한 다공성 중합체 또는 임의의 다른 적절한 물질로 구성된 세퍼레이터를 포함한다.
Li-이온 배터리는 다수의 로밍 용도에 이미 광범위하게 사용된다. 이러한 경향은 특히 종래의 니켈-카드뮴 (Ni-Cd) 및 니켈-금속 수소화물 (Ni-MH) 배터리보다 현저하게 더 큰 질량 및 체적 에너지 밀도, 메모리 효과의 부재, 다른 배터리와의 비교 시 낮은 자기-방전, 및 또한 이러한 기술과 관련된 킬로와트-시간에서의 비용의 감소에 의해 설명된다.
그럼에도 불구하고, 종종 높은 에너지 밀도, 높은 전력 밀도 및 긴 수명이 요구되는 전기 및 하이브리드 자동차와 같은 새로운 시장의 점유를 획득하기 위해 이러한 기술에서의 개선이 요구된다.
셀의 에너지 밀도를 증가시키기 위한 하나의 가능한 경로는 종래의 캐소드 물질을 고전압 물질, 예를 들어 일반 조성식 LiNixMn2 - xO4 (LNMO) (여기서, 0<x≤0.5이고, 이의 산화환원 전위는 Li+/Li에 대해 4.7 V임)의 스피넬 산화물로 대체하는 것이다.
그러나, 이러한 물질은, 고전압에서 LNMO계 물질의 표면과 접촉하는 동안의 종래 전해질의 불안정성으로 인한 사용 및 보관 동안의 상대적으로 높은 자기-방전 및 강한 탈기에 관한 결점을 갖는다. 이는, 전해질이 셀 내로 함침되면, Li-이온 배터리 셀이 활성화되기 때문이다. 이어서, 열역학적 반응이 확립되고, 전극 간의 제1 리튬 이온 교환이 발생한다. 이러한 반응으로부터 생성된 생성물은 상기 전극의 표면 상에 축적되어 "고체 전해질 계면(Solid Electrolyte Interphase)" (SEI)로서 공지된 층을 형성한다. 이러한 SEI 층은, 리튬 이온을 매우 양호하게 전도시킬뿐만 아니라, 용매의 촉매 분해를 중지하는 이점을 갖기 때문에 Li-이온 배터리의 적절한 작동에 필수적인 요소이다. 그러나, 불안정한 SEI 층은 특히 용량에서의 강력한 하락으로 이어진다.
고전압에서의 이러한 불안정성의 문제점을 해결하기 위해, 전해질/캐소드 (LNMO) 계면 보호를 목적으로 하는 여러 접근법이 구상되었다.
이에 따라, 문헌 [K. Xu et al. "Electrolyte additive in support of 5V Li ion chemistry" Journal of The electrochemical Society, 158, 3, A337-A342 (2011)]에 의해 기재된 바와 같이, 전해질/캐소드 (LNMO) 계면에 보호 장벽을 생성하기 위해 첨가제를 전해질 내에 도입하였고, LNMO계 캐소드 물질의 표면에서 반응하였다.
문헌 [Kim et al. "A perspective on coatings to stabilize high-voltage cathodes: LiMn1 . 5Ni0 . 5O4 with sub-nanometer lipon cycled with LiPF6", Electrolyte Journal of The electrochemical Society, 160 (5) A3113-A3125 (2013)]에 의해 기재된 바와 같이, 전해질로부터 LNMO계 캐소드 물질을 보호하기 위해 이의 표면 상에 안정한 코팅을 증착하였다.
카보네이트 유형의 전해질의 용매를 문헌 [Nan Shao & al., Electrochemical Windows of Sulfone-Based Electrolytes for High-Voltage Li-Ion Batteries, J. Phys. Chem . B 2011, 115, 12120-12125]에 의해 기재된 바와 같은, 고전압에서 보다 안정한 새로운 불화계 용매 또는 술폰으로 대체하였다.
최종적으로, 특허 CN102694178에 기재된 바와 같이 전해질로부터 캐소드를 보호하기 위해 첨가제를 전극에 첨가하였고, 반응하였다.
이러한 모든 접근법은 셀 내부 화학의 변형 및/또는 셀 설계의 변형을 포함한다는 것을 주목해야 한다.
특허 WO 2010/30894에 기재된 바와 같은, Li-이온 배터리 셀의 형성을 위한 특정한 방법으로 이루어진 또 다른 경로가 탐구되었다. 먼저, 상기 셀을 50% 미만의 충전 상태에 도달할 때까지 충전한다. 이어서, 상기 셀을 소정 기간 동안 보관한다. 하나의 특정한 구현예에서, 상기 보관 기간은 45℃에서 2일, 이어서 실온에서 몇 시간의 기간이다. 후속적으로, 상기 셀을 90% 내지 100%의 충전 상태에 도달할 때까지 충전한 다음, 45℃에서 수일 동안 보관한다. 45℃에서 2일 동안의 보관을 포함하는 이러한 형성 방법은 고전압에서의 LNMO계 시스템의 탈기의 문제점을 해결하는 것을 불가능하게 한다.
본 발명의 목적은 상기 언급된 문제점을 해결하는 것을 가능하게 하는 해결책을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, LNMO계 캐소드 물질, 애노드 물질, 세퍼레이터 및 전해질을 포함하는 Li-이온 배터리 셀을 형성하는 방법은 하기의 연속적인 단계를 포함한다:
(a) 상기 셀을 100%의 충전 상태에 도달할 때까지 충전하는 단계;
(b) 상기 셀을 적어도 48시간의 기간 동안 개방 회로에서 100%의 충전 상태로 보관하는 단계;
(c) 상기 충전 및 보관 단계 동안 생성된 기체를 제거하는 단계.
본 발명에 따른 상기 방법은 Li-이온 배터리 셀의 사용 동안의 탈기 및 보관 동안의 자기-방전과 연관된 결점을 상당히 감소시키는 것을 가능하게 한다. 상기 방법에 의해 Li-이온 배터리 셀이 형성되면, 이는 그 사용 동안 특히 용량에 관한 양호한 전기화학적 성능 수준을 제공한다.
유리하게는, 상기 보관은 실온에서 수행된다.
하나의 특정한 구현예에 따르면, 본 발명에 따른 상기 방법은 또한, 셀을 10% 내지 0%의 충전 상태에 도달할 때까지 방전시키는 단계, 이어서 상기 셀을 실온에서 개방 회로에서 10% 내지 0%의 충전 상태로 보관하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명에 따른 방법의 상기 연속적인 단계는 적어도 2회 반복된다.
하나의 특정한 구현예에 따르면, 상기 보관 시간은 최소 1주, 우선적으로는 최소 2주, 보다 우선적으로는 최소 4주이다.
바람직하게는, 보관 동안 생성된 기체의 부피가 측정된다.
또 다른 구현예에서, 본 발명에 따른 방법의 상기 연속적인 단계는 생성된 기체의 부피가 임계수준 미만일 때까지 반복된다.
유리하게는, 상기 생성된 기체의 부피가 임계수준 미만인 경우, 상기 기체를 제거하는 단계가 수행되고, 사용 전에 셀을 100%의 충전 상태에 도달할 때까지 충전하는 단계가 이어진다. 20% 내지 50%의 충전 상태에 도달할 때까지 방전시키는 임의적인 단계가 배터리의 보관 또는 운반을 위해 후속적으로 적용될 수 있다.
바람직하게는, 전해질을 주입함으로써 셀을 활성화시키는 예비 단계가 수행되고, 실온에서 48시간 동안 상기 전해질을 개방 회로에 함침시키는 단계가 이어진다.
본 발명에 따른 방법의 하나의 변형에 따르면, 상기 보관 단계는 2주 이하의 기간 동안 15 내지 45℃의 온도에서 수행된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, LNMO계 캐소드 물질, 애노드 물질, 세퍼레이터 및 전해질을 포함하는 Li-이온 배터리 셀을 형성하는 본 발명에 따른 방법은 상기 LNMO계 캐소드 물질이 식 LiNixMn2 - xO4 (여기서, 0<x≤0.5)의 활성 물질을 포함하도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은, 오직 비제한적인 예로서 주어지며 첨부되는 하기 도면을 참조하여 주어진 하기의 설명을 읽을 때 보다 더 명확히 분명해질 것이다:
- 도 1은 본 발명에 따른 형성 방법의 다양한 단계를 하나의 바람직한 구현예로 예시하는 다이어그램이며;
- 도 2는 100%의 충전 상태에서의 4주의 보관 기간 및 3회 반복 동안 생성된 기체 부피의 발생을 나타내는 그래프이며;
- 도 3은 100%의 충전 상태에서의 4주의 보관 기간 후의 자기-방전의 발생을 나타내는 히스토그램이다.
본 발명의 설명에서, 용어 "계"는 "주로 포함하는"과 동의어이다.
또한, 본 설명에서 사용되는 표현 "... 내지 ..." 및 "...에서부터 ...까지"는 언급된 각각의 한도를 포함하는 것으로 이해되어야 함이 명시된다.
도 1은 본 발명에 따른 형성 방법의 하나의 특정한 구현예를 예시한다.
도 1에 나타내어진 바와 같이, 먼저 셀을 전해질의 주입 (100)에 의해 활성화시킨다. 상기 셀 내 실온에서 개방 회로 내의 함침 (200) 기간은, 예를 들어 48시간 동안 이어진다. 상기 셀을 100%의 충전 상태에 도달할 때까지 충전 (300)한 후, 이어서 이를 실온에서 적어도 48시간의 기간 동안, 예를 들어 4주 동안 개방 회로에서 보관 (400)한다. 이의 보관 동안, 전극과의 접촉 시 전해질의 불안정성에 관련한 기생 반응(parasitic reaction)으로 인해 기체 및 자기-방전이 발생한다. 상기 셀 내 기체의 축적으로, 2개의 전극 간의 접속은 악화된다. 임의로, 이어서 상기 셀의 완전 방전 (500)을 수행하고, 실온에서 예를 들어 48시간 동안 개방 회로에서의 보관 (600)이 이어질 수 있다. 이어서, 상기 보관 (400) 동안 생성된 기체의 부피를 측정 (700)한다. 상기 부피가 임계수준 초과, 예를 들어 0.5 ml/g (LNMO계 물질) 초과인 경우, 2개의 전극 간의 일정한 접속을 보장하기 위해 상기 기체를 제거 (800)한다. 이어서, 상기 셀을 100%의 충전 상태의 도달할 때까지 1회 더 충전 (300)한 후, 실온에서 예를 들어 4주 동안 개방 회로에서 1회 더 보관 (400)한다.
상기 방법은 생성된 기체의 부피가 임계수준 초과인 한, 이러한 방식으로 반복될 수 있다.
한편, 상기 측정 단계 (700) 동안, 생성된 기체의 부피가 임계수준 미만인 경우, 기체의 최종 제거 (900)에 이어서, 100%의 충전 상태에 도달할 때까지의 상기 셀의 충전 (1000)이 수행된다. 이어서, 상기 셀이 형성되고, 사용되도록 준비된다. 이것이 보관 또는 운반되어야 하는 경우, 이어서 20% 내지 50%의 충전 상태에 도달할 때까지 방전이 적용될 수 있다.
사실상, 상기 방법은 본원에서 기체-생성 과정이 의도하는 용도에 대해 허용되는 속도까지 느려진 때까지 상기 셀을 상기 충전 상태로 개방 회로에서 보관하는 것으로 구성된다. 이러한 기체-생성 과정 속도는 본질적으로 셀의 패키징에 달려있다. 따라서, 생성된 기체의 부피가 임계수준 미만인 경우, 이러한 과정의 속도는 사이클링(cycling)에서의 셀의 사용을 허용하기에 충분히 낮은 것으로 판단된다.
LNMO계 캐소드 물질, 애노드 물질, 세퍼레이터 및 전해질을 포함하는 Li-이온 배터리 셀을 형성하는 본 발명에 따른 방법은 상기 LNMO계 캐소드 물질이 식 LiNixMn2-xO4 (여기서, 0<x≤0.5)의 활성 물질을 포함하도록 하는 것이다.
상기 활성 물질에 더하여, 상기 LNMO계 캐소드 물질은 또한 탄소 섬유를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이는 쇼와 덴코(Showa Denko)사에 의해 판매되는 기상 성장 탄소 섬유 (VGCF)이다. 다른 유형의 적절한 탄소 섬유는 탄소 나노뷰트, 도핑된 나노튜브 (임의로 흑연으로 도핑됨), 탄소 나노섬유, 도핑된 나노섬유 (임의로 흑연으로 도핑됨), 단일벽 탄소 나노튜브 또는 다중벽 탄소 나노튜브일 수 있다. 이러한 물질에 관한 합성 방법은 아크 방전(arc discharge), 레이저 어블레이션(laser ablation), 플라즈마 토치(plasma torch) 및 화학 기상 증착(chemical vapor decomposition)을 포함할 수 있다.
상기 LNMO계 캐소드 물질은 또한 1종 이상의 결합제(들)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 결합제(들)는 폴리부타디엔/스티렌 라텍스 및 유기 중합체, 및 바람직하게는 폴리부타디엔/스티렌 라텍스, 폴리에스테르, 폴리에테르, 메틸 메타크릴레이트의 중합체 유도체, 아크릴로니트릴의 중합체 유도체, 카복시메틸셀룰로스 및 그의 유도체, 폴리비닐 아세테이트 또는 폴리아크릴레이트 아세테이트, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
LNMO계 캐소드 물질, 애노드 물질, 세퍼레이터 및 전해질을 포함하는 Li-이온 배터리 셀을 형성하는 본 발명에 따른 방법은 상기 셀이 흑연계 또는 LTO계 애노드 물질을 포함하도록 하는 것이다.
상기 흑연 탄소는 천연 전구체로부터 출발하여 정제 및/또는 후처리가 이어진 합성 흑연 탄소 및 천연 흑연 탄소로부터 선택될 수 있다. 다른 탄소계 활성 물질, 예컨대 열분해 탄소, 무정형 탄소, 활성 탄소, 코크스(coke), 콜 피치(coal pitch) 및 그래핀이 사용될 수 있다. 흑연과 하나 이상의 이들 물질의 혼합물이 가능하다.
상기 LTO계 애노드 물질은, 예를 들어 식 Li4Ti5O12 (LTO)의 활성 물질을 포함한다.
상기 흑연계 또는 LTO계 애노드 물질은 또한 상기 캐소드에 관한 1종 이상의 결합제를 포함할 수 있다.
캐소드에 대한 상기 기재된 결합제는 애노드에 대해 사용될 수 있다.
세퍼레이터는 바람직하게는 상기 Li-이온 배터리 셀의 전극 사이에 배치된다. 이는 전기 절연체로서 작용한다. 여러 물질이 세퍼레이터로서 사용될 수 있다. 세퍼레이터는 일반적으로 다공성 중합체, 바람직하게는 폴리에틸렌 및/또는 폴리프로필렌으로 구성된다.
LNMO계 캐소드 물질, 애노드 물질, 세퍼레이터 및 전해질을 포함하는 Li-이온 배터리 셀을 형성하는 본 발명에 따른 방법은 상기 배터리가 바람직하게는 액체인 전해질을 포함하도록 하는 것이다.
가장 일반적인 리튬 염은 무기 염, 즉 리튬 헥사플루오로포스페이트 (LiPF6)이다. 다른 무기 염이 적절하고, LiClO4, LiAsF6, LiBF4 또는 LiI로부터 선택될 수 있다. 유기 염이 또한 적절하고, 리튬 비스[(트리플루오로메틸)술포닐]이미드 (LiN(CF3SO2)2), 리튬 트리플루오로메탄술포네이트 (LiCF3SO3), 리튬 비스(옥살라토)보레이트 (LiBOB), 리튬 플루오로(옥살라토)보레이트 (LiFOB), 리튬 디플루오로(옥살라토)보레이트 (LiDFOB), 리튬 비스(퍼플루오로에틸술포닐)이미드 (LiN(CF3CF2SO2)2), LiCH3SO3, LiRFSOSRF, LiN(RFSO2)2 및 LiC(RFSO2)3 (여기서 RF는 불소 원자 및 1 내지 8개의 탄소 원자를 포함하는 퍼플루오로알킬기로부터 선택된 기임)으로부터 선택될 수 있다.
리튬 염(들)은 바람직하게는 비양성자성 극성 용매, 예를 들어 에틸렌 카보네이트 ("EC"로 표기됨), 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트 ("DMC"으로 표기됨) 및 에틸 메틸 카보네이트 ("EMC"로 표기됨)로부터 선택된 1종 이상의 용매 중에 용해된다.
실시예
1. Li-이온 배터리 셀을 형성하는 방법
전해질의 주입 (100)에 의해 셀을 먼저 활성화시켰다. 상기 샐 내 실온 (23℃)에서의 함침 (200) 기간은 48시간 동안 이어졌다. 상기 셀을 100%의 충전 상태에 도달할 때까지 충전 (300)한 후, 이를 실온에서 4주 동안 개방 회로에서 보관 (400)하였다.
이어서, 상기 셀의 완전 방전 (500)을 수행하고, 이어서 실온에서 12시간 동안 개방 회로에서 보관 (600)하였다. 생성된 기체의 부피를 제1 보관으로 명명되는 4주 보관의 이러한 제1 기간의 말미에 측정 (700)하였다. 이는 너무 높기 때문에 (도 2에서의 곡선 A에 따르면 1.4 ml), 상기 기체의 제거 (800)를 수행하였다. 상기 셀을 100%의 충전 상태에 도달할 때까지 1회 더 충전 (300)한 후, 실온에서 4주 동안 개방 회로에서 1회 더 보관 (400)하였다. 이는 제2 보관으로 명명되는 4주 보관의 제2 기간이다.
상기 셀을 완전 방전 (500)한 다음, 실온에서 12시간 동안 개방 회로에서 보관 (600)하였다. 생성된 기체의 부피를 다시 측정 (700)하였다. 상기 셀을 추가로, 그러나 상기 제1 보관 동안보다 더 적은 정도로 탈기하였다 (도 2에서의 곡선 B에 따르면 0.6 ml). 이러한 관찰은 캐소드/전해질 계면의 점진적인 안정화의 표시이다.
생성된 기체의 부피가 여전히 너무 높기 때문에, 상기 기체의 추가의 제거 (800)를 수행하였고, 상기 형성 방법을 다시 시작하였다. 제3 보관이라 명명되는 제3 보관 기간 말미에, 완전 방전 (500) 및 실온에서 12시간 동안 개방 회로에서의 보관 (600)이 이어졌으며, 생성된 기체의 부피를 측정 (700)하였다 (도 2에서의 곡선 C에 따르면 0.2 ml). 이는 충분히 낮은 것으로 판단되었기 때문에, 상기 기체의 최종 제거 (900)를 수행하였고, 이어서 100%의 충전 상태에 도달할 때까지 상기 셀을 충전 (1000)하였다. 이어서, 상기 셀이 형성되었고, 사용을 위해 이용되도록 준비되었다.
2. 셀 평가 및 결과
2.1 탈기에 관한 결과
도 2는 상기 언급된 바와 같이, 상기 Li-이온 배터리 셀이 본 발명에 따른 형성 방법의 반복 횟수에 따라 점점 더 적은 정도로 탈기됨을 나타낸다. 이에 따라, 실온에서 4주 동안 100%의 충전 상태에서의 제1 보관 (400) 후, 곡선 A는 상기 셀이 1.4 ml의 기체를 생성하였음을 나타낸다.
이러한 기체 부피가 너무 높기 때문에, 본 발명에 따른 상기 형성 방법을 다시 시작하였다.
4주의 제2 보관 후, 곡선 B는 상기 셀이 0.6 ml의 기체를 생성하였음을 나타낸다. 이러한 기체 부피가 여전히 너무 높은 것으로 판단되었기 때문에, 본 발명에 따른 상기 형성 방법의 다양한 단계를 반복하였다.
4주의 제3 보관 후, 곡선 C는 상기 셀이 오직 0.2 ml만을 생성하였음을 나타낸다.
이에 따라 상기 셀이 형성되었고, 사용되도록 준비되었다.
2.2 자기-방전에 관한 결과
도 3은 본 발명에 따른 상기 형성 방법의 반복 횟수에 따라 자기-방전이 점점 더 약해짐을 나타낸다. 이에 따라, 제1 보관 (400) 후, 상기 Li-이온 배터리 셀의 자기-방전은 29%로 평가되었다.
본 발명에 따른 상기 형성 방법을 반복하였고, 상기 셀을 실온에서 4주 동안 다시 보관하였다. 이러한 제2 보관 후, 자기-방전은 18%로 평가되었다.
본 발명에 따른 상기 형성 방법을 다시 반복하였고, 제3 보관 후, 자기-방전은 오직 8%로 평가되었다.
도 2 및 3이 개시하는 모든 결과는 캐소드/전해질 계면이 점점 더 안정해짐을 제시한다.
따라서, 탈기 및 자기-방전을 상당히 감소시키는 것을 가능하게 하는, LNMO계 캐소드 물질을 포함하는 Li-이온 배터리 셀을 특정하게 형성하는 방법을 개발하는 초기 목적이 달성되었다.

Claims (11)

  1. LNMO계 캐소드 물질, 애노드 물질, 세퍼레이터 및 전해질을 포함하는 Li-이온 배터리 셀을 형성하는 방법으로서, 상기 LNMO계 캐소드 물질이 식 LiNixMn2-xO4 (여기서, 0<x≤0.5)의 활성 물질을 포함하고 상기 방법은 하기의 연속적인 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
    (a) 상기 셀을 100%의 충전 상태에 도달할 때까지 충전 (300)하는 단계;
    (b) 상기 셀을 적어도 48시간의 기간 동안 개방 회로에서 100%의 충전 상태로 보관 (400)하는 단계;
    (c) 상기 충전 및 보관 동안 생성된 기체를 제거 (800, 900)하는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보관 (400)하는 단계를 실온에서 수행하는 것인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 셀을 10% 내지 0%의 충전 상태에 도달할 때까지 방전 (500)하는 단계, 이어서 상기 셀을 실온에서 개방 회로에서 10% 내지 0%의 충전 상태로 보관 (600)하는 단계를 또한 포함하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기의 연속적인 단계를 적어도 2회 반복하는 것인 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보관 (400)하는 단계 동안의 보관 시간이 최소 1주, 우선적으로는 최소 2주, 보다 우선적으로는 최소 4주인 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보관 (400)하는 단계 동안 생성된 기체의 부피를 측정 (700)하는 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 생성된 기체의 부피가 임계수준 미만일 때까지 상기의 연속적인 단계를 반복하는 것인 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 생성된 기체의 부피가 임계수준 미만인 경우, 상기 기체를 제거 (900)하는 단계를 수행하고, 사용 전에 상기 셀을 100%의 충전 상태에 도달할 때까지 충전 (1000)하는 단계가 이어지는 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전해질을 주입 (100)함으로써 상기 셀을 활성화시키는 예비 단계를 수행하고, 상기 전해질을 실온에서 48시간 동안 개방 회로에 함침 (200)시키는 단계가 이어지는 것인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 보관 (400)하는 단계를 2주 이하의 기간 동안 15 내지 45℃의 온도에서 수행하는 것인 방법.
  11. 삭제
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210074908A (ko) 2019-12-12 2021-06-22 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지 제조방법 및 이차전지 제조용 프리 디개스 장치
KR20210109896A (ko) * 2020-02-28 2021-09-07 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지의 제조방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005108682A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Japan Storage Battery Co Ltd 非水電解質二次電池の製造方法
US20100192362A1 (en) * 2008-09-11 2010-08-05 A123 System, Inc. Split Charge Forming Process for Battery
JP2011192523A (ja) * 2010-03-15 2011-09-29 Toyota Motor Corp 二次電池の製造方法およびガス抜き装置
JP2013243010A (ja) * 2012-05-18 2013-12-05 Toyota Motor Corp 非水二次電池の製造方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1052714B1 (en) * 1998-12-02 2009-01-21 Panasonic Corporation Non-aqueous electrolyte secondary cell and its charging method
JP2000277144A (ja) * 1999-03-25 2000-10-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池の製造方法
JP4942249B2 (ja) * 2001-01-15 2012-05-30 トータル ワイヤレス ソリューショオンズ リミテッド リチウムイオン二次電池の製造方法
JP2002216843A (ja) * 2001-01-23 2002-08-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd リチウムポリマー電池の製造方法
JP2005327592A (ja) * 2004-05-14 2005-11-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解質二次電池の製造方法
CN100442590C (zh) * 2004-07-19 2008-12-10 肇庆市风华锂电池有限公司 电池化成产气量测定方法及其系统
KR100872258B1 (ko) * 2004-12-24 2008-12-05 파나소닉 주식회사 2차전지용 비수전해질 및 그것을 포함하는 2차전지
JP5070754B2 (ja) * 2006-07-21 2012-11-14 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池の製造法
KR100793010B1 (ko) * 2007-02-16 2008-01-08 에스케이에너지 주식회사 리튬이차전지의 제조방법
CN101399366A (zh) * 2007-09-25 2009-04-01 深圳市比克电池有限公司 对锂离子电池进行预充电的方法
JP2010080105A (ja) * 2008-09-24 2010-04-08 Panasonic Corp 非水電解質二次電池の製造方法
US8765306B2 (en) * 2010-03-26 2014-07-01 Envia Systems, Inc. High voltage battery formation protocols and control of charging and discharging for desirable long term cycling performance
JP5175906B2 (ja) * 2010-09-07 2013-04-03 株式会社東芝 非水電解質二次電池及び電池パック
KR102208587B1 (ko) * 2011-12-28 2021-01-28 미쯔비시 케미컬 주식회사 비수계 전해액 및 비수계 전해액 이차 전지
KR20130126365A (ko) * 2012-05-11 2013-11-20 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지의 제조방법
CN102694178B (zh) * 2012-06-21 2015-11-25 奇瑞汽车股份有限公司 电池的正极材料、电池及其制备方法
CN103682454B (zh) * 2013-11-29 2015-11-04 中南大学 一种采用钛酸锂负极的锂离子电池制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005108682A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Japan Storage Battery Co Ltd 非水電解質二次電池の製造方法
US20100192362A1 (en) * 2008-09-11 2010-08-05 A123 System, Inc. Split Charge Forming Process for Battery
JP2011192523A (ja) * 2010-03-15 2011-09-29 Toyota Motor Corp 二次電池の製造方法およびガス抜き装置
JP2013243010A (ja) * 2012-05-18 2013-12-05 Toyota Motor Corp 非水二次電池の製造方法

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