KR20070082379A - Method for peparation of lithium secondary battery through high temperature aging - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에서 제조된 전지의 에이징 시간에 따른 전지의 두께 변화를 나타낸 그래프이다. 1 is a graph showing the thickness change of the battery according to the aging time of the battery prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1.
본 발명은 전지의 성능 저하 없이 전지의 부풀림 특성이 개선된 리튬 이차 전지의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a lithium secondary battery in which the swelling characteristics of the battery are improved without deteriorating the performance of the battery.
최근 전자기기의 소형화 및 경량화 추세에 따라, 전원으로 작용하는 전지도 소형화 및 경량화가 요구되고 있다. 소형 경량화 및 고용량으로 충방전 가능한 전지로서 리튬 계열 이차전지가 실용화되고 있으며, 소형 비디오 카메라, 휴대전화, 노트퍼스컴 등의 휴대용 전자 및 통신기기 등에 이용되고 있다.In recent years, with the trend of miniaturization and weight reduction of electronic devices, miniaturization and weight reduction of batteries acting as power sources are also required. BACKGROUND ART Lithium-based secondary batteries have been put to practical use as small, light weight, high capacity rechargeable batteries, and are used in portable electronic and communication devices such as small video cameras, mobile phones, and notebook computers.
리튬 이차 전지는 양극, 음극, 전해질로 구성되며, 첫번째 충전에 의해 양극 활물질로부터 나온 리튬 이온이 음극활물질, 예컨대 카본 입자 내에 삽입되고 방전시 다시 탈리되는 등의 양 전극을 왕복하면서 에너지를 전달하는 역할을 하기 때문에 충방전이 가능하게 된다. 이러한 리튬 이차 전지는 전해질의 종류에 따라 액체 전해질 전지와 폴리머 전해질 전지로 분류될 수 있으며, 일반적으로 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지, 폴리머 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다.The lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and transfers energy while reciprocating both electrodes such that lithium ions from the positive electrode active material are inserted into a negative electrode active material, such as carbon particles, and are detached again when discharged. Since it is possible to charge and discharge. The lithium secondary battery may be classified into a liquid electrolyte battery and a polymer electrolyte battery according to the type of electrolyte. Generally, a battery using a liquid electrolyte is called a lithium ion battery, and a battery using a polymer electrolyte is called a lithium polymer battery.
리튬 이차 전지는 일반적으로 전극활물질, 선택적으로 바인더 및 도전제를 혼합한 물질을 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극을 제조하고, 이를 세퍼레이트의 양측에 적층함으로써 소정 형상의 전지부가 형성되며, 이 전지부를 전지 케이스에 삽입하고 밀봉함으로써 전지팩을 완성하는 과정을 취한다. 여기에 전지의 성능을 확보하고자 거의 필수적으로 포메이션(formation, 화성) 및 에이징(aging) 공정을 거치게 된다. In general, a lithium secondary battery is formed by applying an electrode active material, optionally a binder and a conductive material, to a positive electrode current collector and a negative electrode current collector to produce a positive electrode and a negative electrode, and stacking them on both sides of a separator to form a battery part having a predetermined shape. The battery pack is inserted into the battery case and sealed to complete the battery pack. In order to ensure the performance of the battery, it is almost essential to go through the formation (aging) and aging (aging) process.
화성(formation) 공정은 전지 조립 후 충전과 방전을 되풀이하여 전지를 활성화하는 것으로, 충전시 양극으로 사용되는 리튬 금속 산화물로부터 나온 리튬 이온이 음극으로 사용되는 카본 전극으로 이동하여 삽입되는데, 이때 리튬은 반응성이 강하므로 카본 음극과 반응하여 Li2CO3, LiO, LiOH 등의 화합물을 만들어내고, 이것들은 음극 표면에 고체 전해질 계면(solid electrolyte interface: SEI) 피막을 형성하게 된다. 또한, 에이징(aging) 공정은 상기와 같이 활성화된 전지를 일정 기간 방치함으로써 안정화시키는 것이다. 이와 같은 제조 공정에 의해 완성되는 리튬 이차 전지는 일반적으로 고온에서 전해액 분해 반응의 가속화 또는 리튬 이차 전지의 충방전 용량 감소들을 우려하여 고온에 노출시키는 것을 금지하였으며, 종래 리튬 폴리머 전지의 경우 전지 조립 후 전해액을 주입한 상태에서 상온에서 일 정 기간 방치하여 충방전시키는 것이 전부였다. The formation process is to activate the battery by repeatedly charging and discharging the battery after assembling the battery. Lithium ions from the lithium metal oxide used as the anode during charging are moved to and inserted into the carbon electrode used as the cathode. Due to its high reactivity, it reacts with the carbon anode to form compounds such as Li 2 CO 3 , LiO, LiOH, and these form a solid electrolyte interface (SEI) film on the surface of the cathode. In addition, the aging step is to stabilize the battery which is activated as described above for a certain period of time. A lithium secondary battery completed by such a manufacturing process is generally prohibited from being exposed to high temperatures due to an accelerated electrolyte decomposition reaction or a decrease in charge / discharge capacity of the lithium secondary battery at a high temperature. In the state in which the electrolyte was injected, it was left to stand at room temperature for a period of time to charge and discharge.
한편, 리튬 이차 전지, 특히 니켈계 및 삼성분계 폴리머 전지는 고온 저장시 가스 발생 등으로 인한 전지의 부풀림(swelling) 현상에 의해 많은 문제점이 야기되었다. 니켈계 양극활물질의 경우 합성시 미반응 리튬염 등이 존재하게 되므로, 이들의 흡습성에 의해 전지 제조시 부풀림 현상이 많이 나타나게 된다. 종래에는 전극 및 전해질 첨가제 등을 전지 내부에 첨가하여 전술한 전지 팽창을 감소시키고자 하였으나, 이 경우 비용 증가 및 전지의 성능 저하가 필수적으로 요구되었다. On the other hand, lithium secondary batteries, in particular nickel-based and ternary-based polymer battery caused a lot of problems due to the swelling (phenomena) of the battery due to the generation of gas during high temperature storage. In the case of the nickel-based cathode active material, since unreacted lithium salts are present in the synthesis, the swelling phenomenon appears in the battery manufacturing due to their hygroscopicity. Conventionally, an electrode, an electrolyte additive, and the like have been added to the inside of a cell to reduce the above-mentioned cell swelling, but in this case, an increase in cost and a deterioration of the battery are required.
본 발명자들은 전술한 문제점을 고려하여, 전극 및 전해질 첨가제 등의 사용으로 인한 추가 비용 없이 종래 전지 제조 공정에서 진행되는 에이징 공정을 그대로 수행하되, 저장 잔존 용량(SOC), 저장 온도 및 저장 시간을 조절하면 전지의 부풀림 현상이 현저히 감소될 뿐만 아니라 고온 노출로 인한 성능 저하가 최소화된다는 것을 발견하였다. In view of the above-described problems, the present inventors perform the aging process performed in the conventional battery manufacturing process without additional costs due to the use of an electrode and an electrolyte additive, but control the storage remaining capacity (SOC), storage temperature and storage time. It has been found that not only the swelling of the battery is significantly reduced, but the performance degradation due to high temperature exposure is minimized.
이에, 본 발명은 고온 에이징 공정을 통한 리튬 이차 전지의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a lithium secondary battery through a high temperature aging process.
본 발명은 (a) 양극, 음극, 양(兩) 전극 사이에 분리막을 개재(介在)시켜 형성된 전지부를 전지 케이스에 투입하는 단계; (b) 상기 전지 케이스에 전해액을 주액하는 단계; (c) 상기 전지를 화성(formation)하는 단계; 및 (d) 상기 전지를 에이징(aging)하는 단계를 포함하며, 상기 에이징 단계(d)는 전지 잔존 용량(state of charge: SOC)이 0 내지 100% 범위이며, 온도는 60 내지 100℃ 범위에서 에이징을 수행하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지의 제조방법을 제공한다. The present invention comprises the steps of (a) injecting a battery unit formed by interposing a separator between a positive electrode, a negative electrode, a positive electrode in a battery case; (b) pouring an electrolyte solution into the battery case; (c) forming the battery; And (d) aging the battery, wherein the aging step (d) has a battery state of charge (SOC) in the range of 0 to 100% and a temperature in the range of 60 to 100 ° C. It provides a method of manufacturing a lithium secondary battery, characterized in that to perform aging.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.
본 발명은 종래 전지의 제조 공정 중 에이징(aging) 단계를 그대로 이용하되, 저장 잔존 용량(SOC), 저장 온도 및 저장 시간 등을 변경하여 수행하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that by using the aging step of the conventional battery manufacturing process as it is, by changing the storage remaining capacity (SOC), storage temperature and storage time.
상기와 같은 조건하에서 에이징 단계를 수행하는 경우, 전지의 성능 저하 없이 부풀림(swelling) 특성을 개선할 수 있다.When performing the aging step under the above conditions, it is possible to improve the swelling (swelling) characteristics without deteriorating the performance of the battery.
즉, 종래 전지는 그 불량 여부를 판정하고, 전지 성능, 특히 수명의 안정성을 확보하기 위하여 일반적으로 화성 및 에이징 공정을 거쳤으나, 고온에서 전해액 분해반응의 가속화에 의한 전지의 내압 증가 및 이로 인한 전지의 수명 열화가 초래될 수 있으며, 전지의 충방전 용량 감소 등도 발생할 수 있어 전지를 고온 노출시키지 않는 것이 일반적이었다.That is, conventional batteries have generally undergone chemical conversion and aging in order to determine whether they are defective and to ensure battery performance, in particular, stability of life, but increase the internal pressure of the battery by accelerating the decomposition of the electrolyte at a high temperature and thereby the battery. It may cause a deterioration of the lifespan of the battery and a decrease in the charge / discharge capacity of the battery.
이에 비해, 본 발명에서는 온도, SOC, 시간 등을 조절하여 에이징 단계를 수행함으로써, 실제 전지 반응 진행시 전지의 부풀림 현상을 초래하게 되는 전해액 성분 또는 기타 반응 불순물 성분들이 열역학적으로 미리 고온에서 반응하게 하는 안정화 과정을 거치게 되므로, 고온에서 생성될 반응산물에 의한 가스를 미연에 제거한다. 따라서, 추후 진행되는 전지의 충방전시 상기 성분들에 의한 전지의 부풀림 현상을 현저히 감소시킬 수 있다. On the other hand, in the present invention, by performing the aging step by adjusting the temperature, SOC, time, etc., the electrolyte components or other reactive impurity components that cause the battery swelling phenomenon during the actual battery reaction are thermodynamically reacted at a high temperature in advance. Since the stabilization process, the gas by the reaction product to be produced at a high temperature is removed beforehand. Therefore, it is possible to significantly reduce the swelling phenomenon of the battery due to the components during the charge and discharge of the battery in the future.
또한, 화성 공정을 통해 음극 표면에 SEI 막이 형성되는데, 이 SEI 막은 상 온 에이징 공정, 즉 상온에서 일정 기간 방치함으로써 안정화되는 것이 일반적이었다. 이와 달리, 본 발명은 고온 에이징 공정을 거치는 경우에도 고온에 의한 SEI 막의 안정성 감소 또는 이의 분해 등의 문제가 발생하지 않는다는 것을 확인할 수 있으므로, 종래 상온에서만 진행되던 에이징 공정의 온도 제약을 확장시킬 수 있다는 장점이 있다. In addition, an SEI film is formed on the surface of the cathode through a chemical conversion process, and the SEI film is generally stabilized by standing at room temperature for a certain period of time, that is, at room temperature. On the other hand, the present invention can be confirmed that even when the high temperature aging process does not cause problems such as reduced stability or decomposition of the SEI film due to high temperature, it is possible to extend the temperature constraints of the aging process that was only performed at room temperature. There is an advantage.
게다가, SEI 막 형성시 발생하는 이산화탄소, 메탄 등의 가스 뿐만 아니라 추후 전지의 부풀림 현상을 초래할 수 있는 전해액 성분 가스 등을 동시에 제거할 수 있어 추후 상기 가스들로 인해 야기되는 전지의 제반 성능 저하를 최소화할 수 있다. 실제로 종래 상온 에이징 공정을 통해 제조된 전지와의 비교 실험 결과, 대등 내지는 보다 우수한 성능 향상 효과를 나타냄을 확인할 수 있었다. In addition, it is possible to remove not only gases such as carbon dioxide and methane generated during SEI film formation, but also electrolyte component gases that may cause the battery to swell later, thereby minimizing overall performance degradation of the battery caused by the gases. can do. In fact, as a result of a comparative experiment with a battery manufactured through a conventional room temperature aging process, it was confirmed that the equivalent or better performance improvement effect.
본 발명에 따라 고온 에이징 공정을 통한 리튬 이차 전지의 제조방법 중 일 실시예는 하기와 같다.According to the present invention, one embodiment of a method of manufacturing a lithium secondary battery through a high temperature aging process is as follows.
1) 양극, 음극, 양 전극 사이에 분리막을 개재(介在)시켜 전지부를 형성하고 이를 전지 케이스에 투입한다.1) A battery unit is formed by interposing a separator between the positive electrode, the negative electrode, and the positive electrode, and put the battery into the battery case.
상기 양 전극은 당 업계에 알려진 통상적인 방법을 사용하여 제조될 수 있으며, 이의 일 실시예를 들면, 양극활물질 및 음극활물질 각각을 결착제, 분산매 등과 혼합하여 양 전극 슬러리를 제조하고, 제조된 슬러리를 금속박으로 이루어지는 집전체 상에 각각 도포, 압연 및 건조함으로써 얻을 수 있다. 이때 전극 슬러리는 소량의 도전제를 포함하는 것이 바람직하다. The positive electrode may be prepared using a conventional method known in the art, for example, a positive electrode slurry is prepared by mixing a positive electrode active material and a negative electrode active material, respectively, a binder, a dispersion medium, and the like, and the prepared slurry It can obtain by apply | coating, rolling, and drying on the electrical power collector which consists of metal foils, respectively. At this time, the electrode slurry preferably contains a small amount of a conductive agent.
본 발명의 음극활물질은 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 탄소재, 리튬 금속 또는 이의 합금을 사용할 수 있으며, 기타 리튬을 흡장 및 방출할 수 있고 리튬에 대한 전위가 2V 미만인 TiO2, SnO2, Li4Ti5O12 등과 같은 금속 산화물도 사용 가능하다.The negative electrode active material of the present invention may use a carbon material, a lithium metal or an alloy thereof that may occlude and release lithium ions, and other TiO 2 , SnO 2 , which may occlude and release lithium and have a potential for lithium less than 2V. Metal oxides such as Li 4 Ti 5 O 12 may also be used.
본 발명의 양극활물질은 LiMxOy(M = Co, Ni, Mn, CoaNibMnc)와 같은 리튬 전이금속 복합산화물(예를 들면, LiMn2O4 등의 리튬 망간 복합산화물, LiNiO2 등의 리튬 니켈 산화물, LiCoO2 등의 리튬 코발트 산화물 및 이들 산화물의 망간, 니켈, 코발트의 일부를 다른 전이금속 등으로 치환한 것(예, Li(NiMn)xCo1-2 xO2) 또는 리튬을 함유한 산화바나듐 등) 또는 칼코겐 화합물(예를 들면, 이산화망간, 이황화티탄, 이황화몰리브덴 등) 등이 사용 가능하다. The positive electrode active material of the present invention is a lithium transition metal complex oxide such as LiM x O y (M = Co, Ni, Mn, Co a Ni b Mn c ) (for example, lithium manganese composite oxides such as LiMn 2 O 4 , LiNiO 2, and the lithium nickel oxide, LiCoO 2, and so was the replaced by the lithium cobalt oxide and manganese oxide of these, nickel and other transition metal for a portion of cobalt and the like (for example, Li (NiMn) 1-2 x Co x O 2) Or lithium-containing vanadium oxide, or the like, or a chalcogen compound (for example, manganese dioxide, titanium disulfide, molybdenum disulfide, or the like).
집전체로는 도전성 재료로 된 것이면 특별히 제한하지 않으며, 대표적인 예로는 구리 또는 알루미늄으로 된 메쉬(mesh), 호일(foil) 등이 있다. The current collector is not particularly limited as long as it is made of a conductive material. Examples of the current collector include a mesh made of copper or aluminum, a foil, and the like.
분리막은 폴리프로필렌계, 폴리에틸렌계, 폴리올레핀계 다공성 분리막을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 분리막을 전지에 적용하는 공정으로는 일반적인 공정인 권취(winding) 이외에도 분리막과 전극의 적층(lamination, stack) 및 접음(folding) 공정이 가능하다. The separator may be a polypropylene-based, polyethylene-based, or polyolefin-based porous separator, but is not limited thereto. In addition, as a process of applying the separator to a battery, a lamination (stacking) and a folding process of the separator and the electrode may be performed in addition to the general winding process.
전지 케이스는 특별한 제한이 없으나, 캔으로 된 원통형, 코인형, 각형 또는 파우치(pouch)형이 가능하다. The battery case is not particularly limited, but cans are cylindrical, coin-shaped, square or pouch types.
2) 상기 전지 케이스에 전해액을 주액한 후 충전 또는 충방전을 실시하여 화 성(formation) 공정을 수행한다. 2) After the electrolyte is injected into the battery case, charging or charging / discharging is performed to perform a formation process.
본 발명에 따른 전해액은 통상적인 전해액 용매 및 리튬염으로 구성되며, 리튬염은 LiClO4, LiCF3SO3, LiPF6, LiBF4, LiAsF6 및 LiN(CF3SO2)2로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있으며, 전해액 용매는 에틸렌 코(카)보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 설포란, γ-부틸로락톤, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라하이드로푸란 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.The electrolyte according to the present invention comprises a conventional electrolyte solvent and a lithium salt, wherein the lithium salt is 1 from the group consisting of LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 . More than one species can be selected, and the electrolyte solvent is ethylene co (carbonate), propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, sulfolane, γ-butylarolactone, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, 1,2-dimeth One or more selected from the group consisting of oxyethane, tetrahydrofuran and mixtures thereof can be used.
화성(formation) 공정은 전지를 활성화하기 위해 충방전을 일부 실시하여 음극 표면에 SEI 막을 형성하는 단계로서, 일반적으로 일정 범위의 정전류 또는 정전압으로 충방전을 반복하는 것으로 진행한다. Formation process is a step of forming a SEI film on the surface of the negative electrode by performing a part of charge and discharge to activate the battery, generally proceeds to repeat the charge and discharge with a constant current or constant voltage of a range.
상기 단계의 조건으로는 특별히 제한하지 않으며, 1.0 ~ 3.8V에서 반충전하거나 또는 3.8 ~ 4.3V에서 만충전할 수 있다. 가능하면, C-RATE가 0.1C~2C의 전류 밀도로 5 분 내지 1시간 정도 충전하는 것이 바람직하다. The condition of the above step is not particularly limited, and may be half charged at 1.0 to 3.8V or full charge at 3.8 to 4.3V. If possible, the C-RATE is preferably charged at a current density of 0.1 C to 2 C for 5 minutes to 1 hour.
3) 화성 공정에 이어 고온 에이징 공정을 수행함으로써, 본 발명의 리튬 이차 전지가 완성된다.3) The lithium secondary battery of the present invention is completed by performing a high temperature aging process following the chemical conversion process.
상기 에이징 단계는 60 내지 100℃의 온도 범위내에서 수행하는 것이 바람직하다. 60℃ 미만인 경우 전술한 전지 swelling 감소 효과가 미미할 수 있으며, 100℃를 초과하는 경우 전해액의 증발로 인해 외장재가 파열되거나 전지가 발화될 가능성이 있다. 또한, 전지의 잔존 용량(SOC)은 전지가 만충전된 상태인 100% 부터 방전으로 인한 0% 까지 어느 범위라도 무방하다. 또한, 저장 시간은 특별한 제한이 없으나, 1시간 내지 1주일 정도가 바람직하다.The aging step is preferably carried out within a temperature range of 60 to 100 ℃. When the temperature is less than 60 ° C., the above-described effect of reducing battery swelling may be insignificant. When the temperature is more than 100 ° C., the exterior material may rupture or the battery may ignite due to evaporation of the electrolyte. In addition, the remaining capacity SOC of the battery may be in any range from 100% when the battery is fully charged to 0% due to discharge. In addition, the storage time is not particularly limited, but is preferably about 1 hour to 1 week.
이와 같은 고온 에이징 공정은 전술한 바와 같이 전지의 부풀림 현상을 초래할 수 있는 전해액 또는 기타 성분들을 증발시킴으로써, 추후 전지 반응 진행시 발생하여 전지의 안전성 및 성능 저하를 야기하는 부풀림 현상을 최소화하게 된다.As described above, the high temperature aging process may evaporate the electrolyte or other components that may cause the battery to swell, thereby minimizing the swelling that occurs during battery reaction and causes deterioration of battery safety and performance.
본 발명에 따른 리튬 이차 전지의 제조방법은 전술한 단계 이외에, 에이징 공정 이후 가스를 제거하는 degassing 단계를 포함할 수 있으며, 이를 통해 포메이션 단계의 SEI 막 형성시 발생하는 이산화탄소, 메탄 등의 가스, 뿐만 아니라 고온 에이징 단계에서 발생하여 추후 전지의 부풀림 현상을 야기하는 전술한 성분의 가스 등을 미연에 제거하게 된다. In addition to the above-described steps, the method of manufacturing a lithium secondary battery according to the present invention may include a degassing step of removing a gas after an aging process, through which gases such as carbon dioxide and methane generated during formation of the SEI film in the formation step may be used. However, the gas and the like of the aforementioned components, which occur in the high temperature aging step and cause the battery bulge later, are removed in advance.
상기에 기재된 제조방법은 이에 제한되는 것은 아니며, 경우에 따라 전술한 공정들을 선택적으로 예비(pre-) 단계 및 후(post-) 단계를 추가 또는 배제시킬 수 있으며, 또는 하나로 병합할 수 있다.The manufacturing method described above is not limited thereto, and in some cases, the above-described processes may optionally add or exclude pre- and post-steps or merge them into one.
상기와 같은 방법에 의해 제조되는 리튬 이차 전지는 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등을 포함하며, 특히 니켈계 또는 삼성분계인 폴리머 전지가 바람직하다. The lithium secondary battery produced by the above method includes a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery, and the like, and particularly a polymer battery which is nickel-based or ternary.
본 발명은 하기의 실시예 및 실험예에 의거하여 더욱 상세히 설명된다. 단, 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 이들만으로 한정하는 것은 아니다.The invention is explained in more detail based on the following examples and experimental examples. However, Examples and Experimental Examples are for illustrating the present invention and are not limited to these.
[[ 실시예Example 1 ~ 3] 1 to 3]
실시예Example 1. 리튬 이차 전지 제조 1. Lithium Secondary Battery Manufacturing
(양극 제조)(Anode manufacturing)
입자 크기가 10㎛인 LiCoO2 95 중량%, 도전제 2.5 중량% 및 결착제 2.5 중량%를 혼합하여 슬러리(slurry)를 제조한 후 상기 슬러리를 두께 15㎛의 알루미늄 박판 양면에 균일하게 도포하고 압연하여 양극을 제조하였다.A slurry was prepared by mixing 95 wt% of LiCoO 2 having a particle size of 10 μm, 2.5 wt% of a conductive agent, and 2.5 wt% of a binder, and then uniformly applying the slurry to both sides of an aluminum thin plate having a thickness of 15 μm and rolling it. To prepare a positive electrode.
(음극 제조)(Cathode production)
흑연재 95.3 중량%, 결착제 4.0 중량%, 도전제 0.7 중량%를 첨가 및 혼합하여 음극 슬러리를 제조한 후 상기 음극 슬러리를 두께 10㎛의 동판 양면에 균일하게 도포하고 압연하여 음극을 제조하였다. A negative electrode slurry was prepared by adding and mixing 95.3 wt% graphite material, 4.0 wt% binder, and 0.7 wt% conductive material, and uniformly applying and rolling the negative electrode slurry on both sides of a 10 μm thick copper plate to prepare a negative electrode.
(전해액 제조)(Electrolyte preparation)
에틸렌 카보네이트(EC)와 디메틸카보네이트(DMC)의 부피비가 1:2인 용액에 1몰의 LiPF6을 용해시켜 전해액을 제조하였다.An electrolyte solution was prepared by dissolving 1 mol of LiPF 6 in a solution having a volume ratio of 1: 2 of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC).
(전지 제조)(Battery manufacturing)
상기한 방법으로 제조된 양극, 음극 및 양 전극 사이에 분리막을 개재(介在)시켜 파우치형 전지 케이스에 투입한 후, 상기에서 제조된 전해액을 주액하였다. 주액 후 30℃ 챔버에서 3일 정도 보존한 후 475mA로 12분 동안 충전시켜 포메이션(formation)하였다. 이후 방전 과정 없이 전지의 저장 잔존 용량(state of charge: SOC)이 100인 상태로 65℃에서 1주일 동안 에이징(aging) 공정을 수행하였으며, 이후 degassing 공정을 거친 후 최종 전지를 완성하였다.After the separator was interposed between the positive electrode, the negative electrode, and the positive electrode manufactured by the above method, the pouch-type battery case was introduced into the pouch-type battery case, and the electrolyte solution prepared above was infused. After injection, the solution was stored in a 30 ° C. chamber for about 3 days, and then charged by 475 mA for 12 minutes to form. Thereafter, an aging process was performed at 65 ° C. for one week with a state of charge (SOC) of 100 without a discharge process, and then the final battery was completed after the degassing process.
실시예Example 2 2
80℃에서 화성 공정 후 실시된 방전으로 인해 전지의 잔존 용량(SOC)이 0인 상태로 1일 동안 에이징(aging) 공정을 수행한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.Except that the aging process was performed for 1 day with the remaining capacity (SOC) of the battery being 0 due to the discharge carried out after the chemical conversion process at 80 ℃, lithium was carried out in the same manner as in Example 1 Secondary batteries were prepared.
실시예Example 3 3
80℃에서 전지의 잔존 용량(SOC) 100인 상태로 1일 동안 에이징(aging) 공정을 수행한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the aging process was performed for one day while the battery has a residual capacity (SOC) of 100 at 80 ° C.
비교예Comparative example 1 One
상온(25℃) 에이징 공정을 수행한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured by the same method as Example 1, except that the room temperature (25 ° C.) aging process was performed.
실험예 1. 리튬 이차 전지의 부풀림 특성 평가Experimental Example 1. Evaluation of swelling characteristics of a lithium secondary battery
본 발명에 따라 고온 에이징 공정을 거쳐 제조된 리튬 이차 전지에 대하여 하기와 같이 부풀림(swelling) 특성 평가 실험을 수행하였다.The swelling characteristic evaluation experiment was performed on the lithium secondary battery manufactured through the high temperature aging process according to the present invention as follows.
각기 다른 조건의 고온 에이징 공정을 거쳐 제조된 실시예 1 내지 3의 전지를 사용하였으며, 대조군으로 종래 방법과 동일한 에이징 공정을 거친 비교예 1의 전지를 사용하였다. 각 전지들을 4.2V로 만충전한 후 전지의 저장 SOC가 100인 상태로 65℃에서 1주일 동안 저장하였으며, 이후 각 전지의 두께 변화를 하기 표 1에 기재하였다. Batteries of Examples 1 to 3 prepared through high-temperature aging processes under different conditions were used, and the batteries of Comparative Example 1, which had undergone the same aging process as the conventional method, were used as a control. Each battery was fully charged at 4.2 V, and then stored at 65 ° C. for one week with a storage SOC of 100. The thickness change of each battery was then described in Table 1 below.
실험 결과, 본 발명에 따라 고온 에이징 공정을 거쳐 제조된 실시예 1 내지 3의 리튬 이차 전지는 종래 방법과 같이 상온 에이징 공정을 거친 비교예 1의 전지가 나타내는 부풀림 현상에 비해 최대 60% 이상 감소됨을 알 수 있었다(표 1 및 도 1 참조). 이는 실제 전지 반응이 진행될 때 발생하여 전지의 부풀림 현상을 초래하는 전해액 성분 또는 기타 반응할 성분들을 고온 에이징 공정을 통해 미연에 발생 후 제거함으로써, 추후 진행되는 전지의 충방전시 상기 성분들로 인한 전지의 부풀림 현상이 감소되는 것으로 판단된다.As a result, the lithium secondary batteries of Examples 1 to 3 manufactured according to the high temperature aging process according to the present invention are reduced by at least 60% compared to the bulging phenomenon of the battery of Comparative Example 1 subjected to the room temperature aging process as in the conventional method. It was found (see Table 1 and FIG. 1). This occurs when the actual battery reaction proceeds and removes the electrolyte components or other components to be reacted, which are caused after the battery swells, through the high temperature aging process. The swelling phenomenon seems to decrease.
이로 인해, 본 발명에 따라 고온 에이징 공정을 거쳐 제조된 리튬 이차 전지는 탁월한 전지 부풀림 저하 효과를 가짐을 알 수 있었으며, 종래 전지의 제조 공정상에 상기 고온 에이징 공정을 적용하는 것이 적절하다는 것을 확인할 수 있었다.Therefore, it can be seen that the lithium secondary battery manufactured through the high temperature aging process according to the present invention has an excellent effect of reducing the swelling of the battery, and it can be confirmed that it is appropriate to apply the high temperature aging process to the conventional battery manufacturing process. there was.
실험예 2. 리튬 이차 전지의 성능 평가Experimental Example 2. Performance Evaluation of Lithium Secondary Battery
본 발명에 따라 고온 에이징 공정을 거쳐 제조된 리튬 이차 전지에 대하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.According to the present invention, the following experiment was performed on a lithium secondary battery manufactured through a high temperature aging process.
각기 다른 고온 에이징 공정을 거쳐 제조된 실시예 1 내지 3의 전지를 사용하였으며, 대조군으로 종래 방법과 동일한 에이징 공정을 거친 비교예 1의 전지를 사용하였다. The batteries of Examples 1 to 3, which were prepared through different high temperature aging processes, were used, and the batteries of Comparative Example 1, which had undergone the same aging process as the conventional method, were used as a control.
각 전지를 1C의 충전 전류로 4.2V까지 충전을 실시하고, 1C 방전을 3V까지 실시하여 초기 방전 용량을 확인하였다. 이후 상기와 같은 조건으로 4.2V까지 다시 충전을 시킨 후, 1C으로 방전하여 전지의 잔존 용량(SOC)을 측정한 후 충방전을 3회 실시하여 전지의 회복 용량(recovery capacity)을 측정하였다. 이후 이들의 결과를 하기 표 2에 기재하였다. Each battery was charged to 4.2 V with a charging current of 1 C, and 1 C discharge was performed to 3 V to confirm the initial discharge capacity. Then, after charging to 4.2V under the same conditions as above, the battery was discharged at 1C to measure the remaining capacity (SOC) of the battery, and then charged and discharged three times to measure the recovery capacity of the battery. Since these results are shown in Table 2 below.
실험 결과, 본 발명에 따라 고온 에이징 공정을 거쳐 제조된 실시예 1 내지 3의 리튬 이차 전지는 종래와 같은 상온 에이징 공정을 거친 비교예 1의 전지에 비해 우수한 용량 보유율 및 회복 용량율을 보여 주었다(표 2 참조). As a result, the lithium secondary batteries of Examples 1 to 3 manufactured by the high temperature aging process according to the present invention showed superior capacity retention and recovery capacity ratio compared to the battery of Comparative Example 1 which had undergone the normal temperature aging process ( See Table 2).
이로 인해, 본 발명에 따라 고온 에이징 공정을 거쳐 제조된 리튬 이차 전지는 종래 전지 제조 공정에 의한 전지와 비교시, 성능면에서 대등 내지는 우수한 효과를 가짐을 확인할 수 있었다.For this reason, it could be confirmed that the lithium secondary battery manufactured through the high temperature aging process according to the present invention had a comparable or superior effect in terms of performance as compared with the battery according to the conventional battery manufacturing process.
본 발명에 따른 리튬 이차 전지의 제조방법은 종래 리튬 이차 전지의 제조 공정 에서 실시되는 에이징 단계 중 저장 온도, 저장 시간 및 저장 잔존 용량(state of charge, SOC)를 적절히 조절함으로써, 전지 성능에 크게 영향을 주지 않고 고온에서의 전지 부풀림(swelling) 현상을 현저히 감소시킬 수 있으며, 기타 추 가 공정이 요구되지 않으므로 경제성 또한 높일 수 있다.The method for manufacturing a lithium secondary battery according to the present invention significantly affects battery performance by appropriately adjusting storage temperature, storage time, and storage remaining capacity (SOC) during an aging step performed in a conventional lithium secondary battery manufacturing process. The battery swelling at high temperatures can be significantly reduced without any additional cost, and further economics can be achieved since no additional processing is required.
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