KR20120009661A - 파우치형 리튬이차전지의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 파우치형 리튬이차전지 - Google Patents

파우치형 리튬이차전지의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 파우치형 리튬이차전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20120009661A
KR20120009661A KR1020100069885A KR20100069885A KR20120009661A KR 20120009661 A KR20120009661 A KR 20120009661A KR 1020100069885 A KR1020100069885 A KR 1020100069885A KR 20100069885 A KR20100069885 A KR 20100069885A KR 20120009661 A KR20120009661 A KR 20120009661A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery cell
lithium secondary
type lithium
secondary battery
battery
Prior art date
Application number
KR1020100069885A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101453126B1 (ko
Inventor
김수영
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020100069885A priority Critical patent/KR101453126B1/ko
Publication of KR20120009661A publication Critical patent/KR20120009661A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101453126B1 publication Critical patent/KR101453126B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/049—Processes for forming or storing electrodes in the battery container
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0468—Compression means for stacks of electrodes and separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0438—Processes of manufacture in general by electrochemical processing
    • H01M4/044—Activating, forming or electrochemical attack of the supporting material
    • H01M4/0445—Forming after manufacture of the electrode, e.g. first charge, cycling
    • H01M4/0447—Forming after manufacture of the electrode, e.g. first charge, cycling of complete cells or cells stacks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명은 파우치형 리튬이차전지의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 파우치형 리튬이차전지에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 (a) 포메이션(formation) 과정에 의하여 전지셀 내부에 발생하는 가스를 배출하기 위한 데드 스페이스(dead space)를 상기 전지셀에 연결하는 단계; 및 (b) 상기 포메이션 과정 중 외부로부터 상기 전지셀에 5 ~ 15kgf/㎠의 압력을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬이차전지의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬이차전지에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 포메이션 과정 중 특정 범위의 압력을 전지셀에 인가함으로써, 전지셀 내부에 발생하는 다량의 가스를 전지셀 외부로 효과적으로 배출할 수 있어, 용량 및 출력 등의 전지 성능이 크게 개선되며, 전지의 수명 또한 연장되는 장점이 있다.

Description

파우치형 리튬이차전지의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 파우치형 리튬이차전지{METHOD FOR FABRICATING POUCH TYPE LITHIUM SECONDARY BATTERY AND POUCH TYPE LITHIUM SECONDARY BATTERY FABRICATED USING THE SAME}
본 발명은 파우치형 리튬이차전지의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 파우치형 리튬이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 (a) 포메이션(formation) 과정에 의하여 전지셀 내부에 발생하는 가스를 배출하기 위한 데드 스페이스(dead space)를 상기 전지셀에 연결하는 단계; 및 (b) 상기 포메이션 과정 중 외부로부터 상기 전지셀에 5 ~ 15kgf/㎠의 압력을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬이차전지의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬이차전지에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능하고 가벼우면서도 에너지 밀도 및 출력 밀도가 높은 리튬이차전지가 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 기존 내연기관 자동차의 대기오염 및 온실가스 문제를 해결하기 위한 대체방안으로 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 전기자동차(PHEV), 배터리 전기자동차(BEV), 전기자동차(EV) 등이 제시되고 있는데, 리튬이차전지는 이러한 내연기관 대체 자동차의 동력원으로서도 주목받고 있다.
리튬이차전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬이온전지와 고분자 전해질을 사용하는 리튬폴리머전지로 분류되며, 전극조립체가 수용되는 외장재의 형상에 따라 원통형, 각형 또는 파우치형으로 분류된다.
이 중, 파우치형은 금속층(포일)과 상기 금속층의 상면과 하면에 코팅되는 합성수지층의 다층막으로 구성되는 파우치 외장재를 사용하여 외관을 구성하기 때문에, 금속 캔을 사용하는 원통형 또는 각형보다 전지의 무게를 현저히 줄일 수 있어 전지의 경량화가 가능하며, 다양한 형태로의 변화가 가능하다는 장점이 있다.
이러한 파우치 외장재는 직방형 외장재를 한 변의 길이 방향을 기준으로 중간을 접철하여 형성된 상부 외장재와 하부 외장재로 이루어지는데, 하부 외장재에는 프레스(press) 가공 등을 통해 전극조립체를 수용하기 위한 공간부가 형성된다. 하부 외장재의 공간부에는 주로 판형의 양극, 분리막 및 음극이 적층된 후 와형으로 권취된 젤리-롤(jelly roll) 형상 등의 전극조립체가 수용된다. 그 다음 전해액을 주입하게 되고 상기 하부 외장재 공간부 주위의 가장자리부와 이에 대응되는 상부 외장재의 가장자리를 밀착시키고 밀착된 부분을 열융착하면 밀봉된 형태의 파우치형 이차전지가 형성된다.
한편, 리튬이차전지에 있어서는 그 특성상 첫 사이클시 양극활물질의 활성화를 위한 포메이션(formation) 과정이 필수적으로 선행되어야 하는데, 이러한 포메이션 과정에 의하여 전지셀 내부에 다량의 가스가 발생하게 된다. 이후 발생된 가스는 개봉되거나 절개된 배출구를 통하여 제거되며, 가스 배출부위는 다시 열융착되어 밀봉된다. 상기와 같이 전지셀 내부의 가스를 배출시키고, 그 배출통로를 열융착시키는 공정을 흔히 디개싱(degassing) 공정이라 한다.
파우치형 리튬이차전지의 경우, 상기와 같이 포메이션 과정에서 전지셀 내부에 발생한 가스가 효율적으로 제거되지 아니하면 전지셀이 부풀어 오르게 되고, 가스가 전지셀 내부에서 일정 공간을 차지함으로써 균일한 포메이션이 이루어지는 것을 방해하며, 용량 및 출력 등의 전지 성능 및 전지 수명에 악영향을 미치게 된다.
이에, 종래의 전지 제조방법에서는 파우치형 단위셀에 가스 포켓 등을 연결하여 포메이션 과정 중 발생하는 가스가 상기 가스 포켓 등의 영역으로 이동하도록 하고 있다.
그러나, 상기와 같은 종래 방법은 가스 포켓과 전지셀 내부의 압력차에 기인한 자연적인 이동에 의해 전지셀 내부의 가스 배출을 시도하는 것으로서, 이와 같은 방법으로는 전지셀 내부에 일정 공간을 차지하고 있는 가스를 효과적으로 제거하는데 한계가 있다. 또한 전지셀 내부의 잔존 가스에 의해 전지의 용량은 충방전 횟수가 늘어남에 따라 급격하게 저하되는 현상을 야기한다.
따라서, 포메이션 과정에서 발생하는 가스를 효율적으로 제거하여 균일한 포메이션이 이루어지도록 하고, 전지의 성능, 용량 및 수명을 향상시킬 수 있는 파우치형 리튬이차전지의 제조방법에 관한 기술의 개발이 절실한 시점이다.
본 발명의 목적은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 포메이션 과정 중 외부로부터 전지셀에 적정 압력을 인가함으로써, 포메이션 과정에 의하여 발생하는 가스를 효율적으로 배출할 수 있는 파우치형 리튬이차전지의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 파우치형 리튬이차전지를 제공하는데 있다.
본 발명은 파우치형 리튬이차전지의 제조방법에 있어서,
(a) 포메이션(formation) 과정에 의하여 전지셀 내부에 발생하는 가스를 배출하기 위한 데드 스페이스(dead space)를 상기 전지셀에 연결하는 단계; 및
(b) 상기 포메이션 과정 중 외부로부터 상기 전지셀에 5 ~ 15kgf/㎠의 압력을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬이차전지의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 상기 (b) 단계는 상기 전지셀의 상하 또는 좌우에 플레이트(plate) 형태의 트레이(tray)를 위치시킨 상태에서 상기 전지셀에 압력을 인가하는 것이거나, 지그(jig)를 이용한 조임 방식에 의하여 상기 전지셀에 압력을 인가하는 것일 수 있다.
그리고, 상기 (b) 단계는 상기 전지셀의 일측을 지지체에 고정시키고 반대측에서만 압력을 인가하는 것일 수 있다.
아울러, 상기 (b) 단계는 상기 포메이션 과정의 전부 또는 일부 동안 상기 전지셀에 압력을 인가하는 것이거나, 상기 포메이션 과정이 완료된 후 상기 전지셀에 압력을 인가하는 것일 수 있다.
더불어, 상기 (b) 단계는 상온에서 수행되는 것일 수 있다.
또한, 상기 데드 스페이스는 가스 포켓(gas pocket)인 것일 수 있다.
그리고, 상기 데드 스페이스의 부피는 0.01 ~ 2L인 것일 수 있다.
아울러, 상기 (a) 단계는 연결통로를 통하여 상기 데드 스페이스를 상기 전지셀에 연결하는 것일 수 있다.
더불어, 상기 포메이션 과정에 의하여 상기 전지셀 내부에 발생하는 가스가 데드 스페이스로 배출된 후, 상기 연결통로를 열융착하여 밀봉하고, 상기 데드 스페이스를 제거하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 포메이션 과정은 0.1 ~ 1C의 전류, 3.6 ~ 4.4V의 전압 조건에서 진행되는 것일 수 있다.
한편, 본 발명은 상기와 같은 제조방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬이차전지에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 파우치형 리튬이차전지의 제조과정의 한 단계인 포메이션 과정 중에 발생하는 다량의 가스를 전지셀 외부로 효과적으로 배출할 수 있어, 균일한 전지 포메이션이 수행될 수 있고, 용량 및 출력 등의 전지 성능이 크게 개선되며, 전지의 수명 또한 연장되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 외부로부터 전지셀에 압력을 인가하는 방법을 나타낸 개략도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 외부로부터 전지셀에 압력을 인가하는 방법을 나타낸 개략도이다.
도 5는 종래의 포메이션 과정을 통해 제조된 파우치형 리튬이차전지와 본 발명을 통해 제조된 파우치형 리튬이차전지의 충방전 횟수에 따른 용량감소 정도를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 파우치형 리튬이차전지의 제조방법은, (a) 포메이션(formation) 과정에 의하여 전지셀(10) 내부에 발생하는 가스를 배출하기 위한 데드 스페이스 (dead space)(20)를 상기 전지셀(10)에 연결하는 단계; 및 (b) 상기 포메이션 과정 중 외부로부터 상기 전지셀(10)에 5 ~ 15kgf/㎠의 압력을 인가하는 단계를 포함하는 것이다.
상기 (a) 단계는 조립이 완료된 파우치형 전지셀(10)에, 포메이션 과정에 의하여 상기 전지셀(10) 내부에 발생한 가스를 포집하는 수단인 데드 스페이스(20)를 연결하는 단계이다.
포메이션 과정에 의하여 전지셀(10) 내부에 발생한 가스를 제거(degassing)하는 방법으로는 전지를 개봉하거나 외장재의 일부를 절단하고 진공상태(예를 들어, -750 mmHg)를 소정 시간 동안(예를 들어, 10초) 가한 후, 개봉된 케이스 부분을 열로 접합하고, 상압으로 만드는 방법 등 여러 가지가 있으나, 본 발명은 특히 전지셀(10)에 연결된 가스 포집 수단을 구비한 것과 관련된다.
상기 데드 스페이스(20)로는 가스 방, 가스 포켓 등 발생된 가스를 포집할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 바람직하게는 가스 포켓을 사용한다.
또한, 상기 데드 스페이스(20)는 발생한 가스를 모두 포집할 수 있을 정도의 부피를 가지면 족하다. 구체적으로는 0.01 ~ 2L 정도가 될 수 있다. 한편 상기 데드 스페이스(20)의 부피가 클수록 가스 포집에 유리할 것이나, 비용적인 측면을 고려할 때 신축 가능한 탄성 재질의 데드 스페이스(20)를 사용함이 바람직하다. 이 경우 가스 포켓 등 데드 스페이스(20)의 초기 부피는 미미한 수준이며 가스 배출에 따라 데드 스페이스(20)의 실질적인 부피가 결정될 것이다.
상기 (b) 단계는 포메이션 과정 중 상기 데드 스페이스(20)가 연결된 전지셀(10)에 외부로부터 특정 범위의 압력을 인가하는 단계이다.
즉, 본 발명은 리튬이차전지의 제조과정 중 포메이션 과정에 있어서 외부로부터 전지셀(10)에 특정 범위의 압력을 가하는 것으로서, 기존의 자연적인 가스의 이동이 아닌 가압에 의한 인위적인 가스의 이동을 유발함으로써, 전지셀(10) 내부의 가스가 빠짐없이 효율적으로 데드 스페이스(20)로 배출되도록 하는 것이다. 이에 따라 포메이션이 균일하게 이루어질 수 있고, 그 결과 전지의 성능이 개선되며 전지의 수명 또한 연장된다. 더불어 인위적 압력에 의해 지속적으로 가스가 배출되므로 전지셀(10) 내부는 감압상태로 유지되어 과도한 압력에 의해 전지셀(10)의 중앙부분이 부풀어 오르는 이른바 스웰링(swelling) 현상도 억제된다.
상기 전지셀(10)에의 인가 압력은 5 ~ 15kgf/㎠로 한다. 인가 압력이 5kgf/㎠ 미만일 경우 본 발명에서 추구하는 가스의 효율적인 배출 효과를 거둘 수 없고, 인가 압력이 15kgf/㎠를 초과할 경우 전지셀(10)의 밀봉(sealing) 상태에 영향을 줄 수 있으므로 바람직하지 않다.
한편, 상기 포메이션(formation) 과정은 방전 상태의 리튬이차전지를 충전시켜 활성화시키는 공정으로서, 일반적으로 0.2C의 전류로 만충전한 후 에이징(aging)을 하면서 개로전압(OCV, open circuit voltage) 불량을 검출하고, 이 후 다시 만방전하여 방전용량을 측정한 다음, 출하를 위해 용량의 50%로 충전하는 방식으로 진행되나, 본 발명에서는 이에 한정되지 않으며, 공지된 다양한 형태의 포메이션 공정을 채택할 수 있다.
구체적으로, 상기 포메이션 과정은 0.1 ~ 1C 정도의 전류 및 3.6 ~ 4.4V 정도의 전압 조건에서 진행하도록 한다.
압력을 인가하는 방법은 5 ~ 15kgf/㎠의 압력을 상기 전지셀(10)에 가하여 가스 배출을 용이하게 할 수 있는 수단이라면 크게 제한되지 않는다.
바람직하게는, 상기 전지셀(10)의 상하 또는 좌우에 플레이트(plate) 형태의 트레이(tray)(30)를 위치시킨 상태에서 상기 전지셀(10)에 상하 또는 좌우로 압력을 인가한다. 예를 들어, 도 1에서 보듯이 상하로 제작된 플레이트 형태의 트레이(30) 안에 데드 스페이스(20)가 연결된 전지셀(10)을 넣고 예정된 5 ~ 15kgf/㎠ 범위의 압력을 위 아래에서 가하는 것이다. 이 경우 트레이(30)를 중간매체로 하여 상하부에서 동시에 압력이 가해지므로, 중간매체 없이 전지셀(10)에 직접 압력을 가하거나 상하면 중 일면에만 압력을 가할 때보다 훨씬 균일하게 압력을 인가할 수 있다.
특히, 도 2에서 보듯이 2개 이상의 전지셀(10)을 적층한 후 트레이(30)를 중간매체로 하여 최상부 및 최하부에서 동시에 압력이 가할 경우, 여러 개의 전지셀(10)에 대하여 균일하게 압력을 인가할 수 있다. 물론 2개 이상의 전지셀(10)을 적층하는 대신 수평방향으로 배열한 뒤 비교적 면적이 넓은 트레이(30)를 통해 상하부에서 압력을 가하는 방법에 의해서도 각 전지셀(10)에 대하여 균일하게 압력을 인가할 수 있다.
아울러, 도 3에서 보듯이 다수개의 트레이(30) 사이에 전지셀(10)을 하나씩 개재한 후 압력을 가하는 다층구조의 압력 인가 방식 또한 가능하다.
또한, 상하 트레이(30) 간의 거리와 인가되는 압력을 수치화함으로써 손쉽게 예정된 특정 압력을 인가할 수 있으며, 포메이션이 수행되기 전 전지셀(10)의 상하면에 밀착하여 상하 트레이(30)를 위치시키고 상기 전지셀(10)이 그 부피를 유지하도록 지속적인 압력을 가할 경우, 발생되는 가스에 의한 전지셀(10)의 스웰링 현상을 100% 방지하면서 효과적으로 가스를 데드 스페이스(20)로 배출시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 전지셀(10)에는 지그를 이용한 조임 방식에 의하여 압력을 인가할 수도 있다. 지그를 이용할 경우 정확한 위치에 압력을 인가할 수 있다는 장점이 있다. 예를 들어 가스 발생에 의한 전지셀(10)의 스웰링이 특히 심한 특정 부위에 정확하게 압력을 인가하여 경제적으로 가스의 배출을 유도할 수 있게 된다.
한편, 상기 전지셀(10)의 일측을 지지체(40)에 고정시키고 반대측에서만 압력을 인가하는 것도 가능하다. 구체적으로, 부동의 지지체(40)에 유동 가능한 트레이(30)가 지속적으로 압력을 가하고 있는 상태(즉, 상기 지지체와 트레이는 완전 밀착된 상태)에서 상기 트레이(30)에 외력을 가하여 소정의 공간을 일시적으로 만들고 상기 전지셀(10)을 개재한 다음, 다시 상기 트레이(30)에 주었던 외력을 제거하는 방식이다. 이 경우 매우 용이한 방법으로 전지셀(10)의 양면에 균일한 압력을 인가할 수 있다.
예를 들면, 도 4에서 보듯이 스프링이 연결된 트레이(30)가 지지체(40)인 측벽에 스프링의 탄성력을 통해 지속적으로 압력을 가하고 있는 상태에서, 외력을 가하여 상기 트레이(30)를 상기 측벽으로부터 일시적으로 이격시켜 전지셀(10)을 개재한 다음, 주었던 외력을 제거하여 다시 상기 트레이(30)를 복원시키는 것이다.
그리고, 상기 (b) 단계는 상기 포메이션 과정의 전부 또는 일부 동안 상기 전지셀(10)에 압력을 인가하는 것일 수 있다.
포메이션 과정 내내 지속적으로 압력을 인가함이 공정의 수행 및 발생 가스의 확실한 배출을 고려할 때 바람직할 것이나, 경제적인 면을 고려하여 포메이션 과정 중 가스 발생이 심한 특정 구간 동안만 압력을 인가하도록 유동적으로 수행할 수도 있다.
한편 포메이션 과정이 모두 완료된 후, 상기 전지셀(10)에 압력을 인가하여 전지셀(10) 내에 트랩(trap)된 가스를 한번에 일괄적으로 배출시키는 것도 가능하다.
아울러, 상기 (b) 단계는 통상적으로 포메이션 과정이 수행되는 온도범위인 상온에서 수행함이 바람직하다.
한편, 상기 (a) 단계는 연결통로를 통하여 상기 데드 스페이스(20)를 상기 전지셀(10)에 연결하는 것일 수 있다.
이 경우, 포메이션 과정에 의하여 전지셀(10) 내부에 발생하는 가스를 인가된 압력에 의해 모두 데드 스페이스(20)로 배출시킨 다음, 상기 연결통로를 열융착하여 밀봉함으로써 가스의 역이동을 차단하고, 절단 등의 방법으로 상기 데드 스페이스(20)를 제거함으로써 용이하게 전지셀(10) 내부의 가스를 외부로 제거할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 파우치형 리튬이차전지의 제조방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬이차전지에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명의 파우치형 리튬이차전지는 1) 양극판과 음극판에 분리막을 개재시켜 전극조립체를 제조하는 단계; 2) 상기 전극조립체를 파우치 외장재에 수납한 후 전해액을 주입하고 상기 파우치 외장재를 열융착에 의해 밀봉하는 단계; 3) 포메이션(formation) 과정에 의하여 전지셀(10) 내부에 발생하는 가스를 배출하기 위한 데드 스페이스(20)(dead space)를 상기 전지셀(10)에 연결하는 단계; 및 4) 상기 포메이션 과정 중 외부로부터 상기 전지셀(10)에 5 ~ 15kgf/㎠의 압력을 인가하는 단계로부터 제조될 수 있다.
상기 전극조립체는 전극활물질, 집전판 및 분리막을 포함하는 것으로, 당해 기술 분야의 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 일례로, 양극/음극 활물질을 이용하여 양극/음극 필름을 각각 제조하고, 절연체인 분리막 필름을 제조한 다음, 양극/음극 필름을 전처리하여 코팅 및 건조하고, 상기 제조된 양극/음극 필름을 집전판인 양극/음극판에 각각 도포하여 절연체인 분리막과 함께 감거나 적층함으로써 제조한다. 이때 사용되는 양극/음극 활물질, 집전판 및 분리막 제조시 사용되는 물질은 당해 업계에서 통상적으로 사용되는 것일 수 있다.
또한, 상기 전극조립체를 파우치 외장재에 수납한 후 전해액을 주입하고 상기 파우치 외장재를 밀봉하는 단계에 있어서, 상기 파우치 외장재는 알루미늄 라미네이트 파우치가 사용될 수 있는데, 상기 알루미늄 라미네이트 파우치는 나일론-알루미늄-폴리프로필렌층 등으로 구성된 약 100㎛ 두께의 필름으로, 160 ~ 210℃의 열과 1 ~ 3 kgf/㎠ 범위의 압력에 의해 열융착됨으로써 밀봉될 수 있다.
상기 3) 및 4) 단계는 각각 상술한 본 발명의 a) 및 b) 단계와 같은 것이므로 설명을 생략한다. 한편 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 제조에 있어서, 전지의 밀봉 및 데드 스페이스(20)의 제거는 외부의 가스가 전지셀(10) 내에 일체 도입될 가능성이 없는 환경에서 행한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
실시예
다음과 같은 방법으로 파우치형 리튬이차전지를 제조하였다.
양극의 제조
양극활물질로 LiCoO2 92중량%, 도전재로 카본 블랙 4 중량%, 바인더로 PVDF 4 중량%를 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 혼합물 슬러리를 양극판인 두께 20㎛의 알루미늄(Al) 박막에 도포, 건조하여 양극을 제조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하였다.
음극의 제조
음극활물질로 탄소 분말 96 중량%, 도전재로 카본 블랙 3 중량%, 바인더로 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF) 1 중량%를 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 혼합물 슬러리를 음극판인 두께 10㎛의 구리(Cu) 박막에 도포, 건조하여 음극을 제조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하였다.
전지셀의 제조
위와 같은 방법으로 제조된 양극 및 음극 사이에 폴리에틸렌 분리막을 개재하여 스택킹(stacking) 방식으로 조립함으로써 전극조립체를 제조하였다.
CPP 재질의 열융착층(두께 40㎛) 위에 알루미늄 포일 금속박층을 형성한 다음, 상기 알루미늄 포일 금속박층 위에 나일론 재질의 절연층을 적층하여 파우치 외장재를 제조하였다. 상기 제조된 파우치 외장재를 절곡하여 상부 외장재 및 하부 외장재를 형성한 후, 하부 외장재에 프레스(press) 가공을 통해 전극조립체 수납부를 형성하였다.
제조된 전극조립체를 상기 수납부에 수용한 다음, 전해액(에틸렌카보네이트(EC)/프로필렌카보네이트(PC)/디에틸카보네이트(DEC) = 30/20/50 중량%, 리튬헥사플로로포스페이트 (LiPF6) 1 몰)을 주입하였다.
상기 상부 외장재와 하부 외장재를 접촉시킨 후, 실링부를 열융착하여 밀봉을 형성하였다.
포메이션 과정 수행
상기 제조된 전지셀의 파우치 외장재에 부피 0.5L의 가스 포켓을 연결통로를 통하여 연결하였다.
상기 가스 포켓이 연결된 전지셀의 상하에 SUS 재질로 된 두께 20mm의 플레이트형 트레이를 위치시킨 후, 상기 전지셀에 6kgf/㎠의 압력을 상하로 인가함과 동시에 상기 전지셀을 상온에서 0.2C의 전류로 만충전-만방전-50%충전의 방법으로 포메이션하여 활성화시켰다.
상기 전지셀 내부에 발생한 가스가 상기 가스 포켓으로 배출된 후, 상기 파우치 외장재와 가스 포켓 사이의 연결통로를 열융착하여 밀봉하고, 가스 포켓을 절단하여 제거한 다음, 압력 인가를 중단하였다.
비교예
포메이션 과정 중 상기 전지셀에 압력을 인가하지 않은 것을 제외하고는 실시예와 같다.
실험예
실시예 및 비교예를 통해 제조 및 활성화된 전지에 대하여 충방전 횟수에 따른 용량감소 정도를 도 5에 나타내었다.
도 5에서 보듯이, 비교예의 경우 사이클 진행에 따른 용량 감소가 현저하였으나, 실시예의 경우 용량 감소가 비교예의 절반 수준이었다. 즉 본 발명에 따르면 포메이션 과정 중 전지셀에 특정 범위의 압력을 인가함으로써 포메이션 과정 중에 발생하는 가스가 효과적으로 배출되어 용량, 충방전 특성 및 출력 등의 전지 성능이 크게 개선됨을 알 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 전지셀
20: 데드 스페이스
30: 트레이
40: 지지체

Claims (13)

  1. 파우치형 리튬이차전지의 제조방법에 있어서,
    (a) 포메이션(formation) 과정에 의하여 전지셀 내부에 발생하는 가스를 배출하기 위한 데드 스페이스(dead space)를 상기 전지셀에 연결하는 단계; 및
    (b) 상기 포메이션 과정 중 외부로부터 상기 전지셀에 5 ~ 15kgf/㎠의 압력을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬이차전지의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 상기 전지셀의 상하 또는 좌우에 플레이트(plate) 형태의 트레이(tray)를 위치시킨 상태에서 상기 전지셀에 압력을 인가하는 것임을 특징으로 하는 파우치형 리튬이차전지의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 지그(jig)를 이용한 조임 방식에 의하여 상기 전지셀에 압력을 인가하는 것임을 특징으로 하는 파우치형 리튬이차전지의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 상기 전지셀의 일측을 지지체에 고정시키고 반대측에서만 압력을 인가하는 것임을 특징으로 하는 파우치형 리튬이차전지의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 상기 포메이션 과정의 전부 또는 일부 동안 상기 전지셀에 압력을 인가하는 것임을 특징으로 하는 파우치형 리튬이차전지의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 상기 포메이션 과정이 완료된 후, 상기 전지셀에 압력을 인가하는 것임을 특징으로 하는 파우치형 리튬이차전지의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 상온에서 수행되는 것임을 특징으로 하는 파우치형 리튬이차전지의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 데드 스페이스는 가스 포켓(gas pocket)인 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬이차전지의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 데드 스페이스의 부피는 0.01 ~ 2L인 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬이차전지의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 연결통로를 통하여 상기 데드 스페이스를 상기 전지셀에 연결하는 것임을 특징으로 하는 파우치형 리튬이차전지의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 포메이션 과정에 의하여 상기 전지셀 내부에 발생하는 가스가 데드 스페이스로 배출된 후, 상기 연결통로를 열융착하여 밀봉하고, 상기 데드 스페이스를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬이차전지의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 포메이션 과정은 0.1 ~ 1C의 전류, 3.6 ~ 4.4V의 전압 조건에서 진행되는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬이차전지의 제조방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬이차전지.
KR1020100069885A 2010-07-20 2010-07-20 파우치형 리튬이차전지의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 파우치형 리튬이차전지 KR101453126B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100069885A KR101453126B1 (ko) 2010-07-20 2010-07-20 파우치형 리튬이차전지의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 파우치형 리튬이차전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100069885A KR101453126B1 (ko) 2010-07-20 2010-07-20 파우치형 리튬이차전지의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 파우치형 리튬이차전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120009661A true KR20120009661A (ko) 2012-02-02
KR101453126B1 KR101453126B1 (ko) 2014-10-27

Family

ID=45834427

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100069885A KR101453126B1 (ko) 2010-07-20 2010-07-20 파우치형 리튬이차전지의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 파우치형 리튬이차전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101453126B1 (ko)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016062195A1 (zh) * 2014-10-20 2016-04-28 江苏华东锂电技术研究院有限公司 锂离子电池加压装置
US9847547B2 (en) 2013-09-30 2017-12-19 Lg Chem, Ltd. Method of manufacturing secondary battery
CN108028431A (zh) * 2015-08-24 2018-05-11 株式会社Lg化学 一种包括用于测量相对电极电势的参比电极的电池单元的制造方法、以及由此制造的电池单元
KR20180091255A (ko) * 2017-02-06 2018-08-16 주식회사 엘지화학 배터리 셀 제조 장치 및 방법
CN110419132A (zh) * 2017-09-18 2019-11-05 株式会社Lg化学 包括使用治具的固定过程的制造袋形电池单体的方法
US10873065B2 (en) 2016-12-01 2020-12-22 Lg Chem, Ltd. Battery cell degassing apparatus
WO2022114460A1 (ko) * 2020-11-24 2022-06-02 주식회사 엘지에너지솔루션 셀 트레이 및 이를 포함하는 보관 컨테이너
EP4002540A4 (en) * 2020-01-10 2023-02-22 LG Energy Solution, Ltd. PRESSING DEVICE FOR REMOVING A GAS TRAP AND METHOD OF MAKING A SECONDARY BATTERY WITH IT

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102594539B1 (ko) * 2021-03-24 2023-10-26 비나텍주식회사 파우치형 전지셀의 충방전용 가압장치

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100876455B1 (ko) * 2006-07-31 2008-12-29 주식회사 엘지화학 미실링 잉여부를 포함하고 있는 파우치형 이차전지
KR101029841B1 (ko) 2006-11-13 2011-04-15 주식회사 엘지화학 각형 이차전지의 제조방법
KR100793011B1 (ko) 2007-02-16 2008-01-08 에스케이에너지 주식회사 리튬이차전지의 제조방법
JP2010009978A (ja) * 2008-06-27 2010-01-14 Toyota Motor Corp 二次電池の電極体ガス排出方法、及び、二次電池構造体

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9847547B2 (en) 2013-09-30 2017-12-19 Lg Chem, Ltd. Method of manufacturing secondary battery
WO2016062195A1 (zh) * 2014-10-20 2016-04-28 江苏华东锂电技术研究院有限公司 锂离子电池加压装置
CN108028431A (zh) * 2015-08-24 2018-05-11 株式会社Lg化学 一种包括用于测量相对电极电势的参比电极的电池单元的制造方法、以及由此制造的电池单元
US10978683B2 (en) 2015-08-24 2021-04-13 Lg Chem, Ltd. Method of manufacturing battery cell including reference electrode for measuring relative electrode potential, and battery cell manufactured therefrom
US10873065B2 (en) 2016-12-01 2020-12-22 Lg Chem, Ltd. Battery cell degassing apparatus
KR20180091255A (ko) * 2017-02-06 2018-08-16 주식회사 엘지화학 배터리 셀 제조 장치 및 방법
US10686208B2 (en) 2017-02-06 2020-06-16 Lg Chem, Ltd. Apparatus and method for manufacturing battery cell
US11335941B2 (en) 2017-02-06 2022-05-17 Lg Energy Solution, Ltd. Apparatus and method for manufacturing battery cell
CN110419132A (zh) * 2017-09-18 2019-11-05 株式会社Lg化学 包括使用治具的固定过程的制造袋形电池单体的方法
EP4002540A4 (en) * 2020-01-10 2023-02-22 LG Energy Solution, Ltd. PRESSING DEVICE FOR REMOVING A GAS TRAP AND METHOD OF MAKING A SECONDARY BATTERY WITH IT
US11949062B2 (en) 2020-01-10 2024-04-02 Lg Energy Solution, Ltd. Pressing jig for removing gas trap and method for manufacturing secondary battery using same
WO2022114460A1 (ko) * 2020-11-24 2022-06-02 주식회사 엘지에너지솔루션 셀 트레이 및 이를 포함하는 보관 컨테이너

Also Published As

Publication number Publication date
KR101453126B1 (ko) 2014-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101453126B1 (ko) 파우치형 리튬이차전지의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 파우치형 리튬이차전지
KR101651712B1 (ko) 이차전지
US20060188777A1 (en) Lithium ion secondary cell
KR102014840B1 (ko) 젤리 롤들 사이에 추가의 재료를 갖는 다중의 젤리 롤들을 포함하는 리튬 이온 각형 전지
KR101763055B1 (ko) 비수전해질 이차 전지
CN107808975B (zh) 密闭型二次电池
JP2009048965A (ja) 組電池およびその製造方法
KR20170033601A (ko) 탈기 과정의 공정성이 향상된 이차전지의 제조 방법
JP2015041589A (ja) 非水電解液電池およびその製造方法
KR20130097881A (ko) 이차전지의 제조방법 및 이를 이용하여 생산되는 이차전지
KR101776519B1 (ko) 재이용 가능한 비수 전해액 2차 전지의 선별 방법
KR20140013133A (ko) 이차전지의 제조방법
US10468638B2 (en) Method for forming a pouch for a secondary battery
KR20160141654A (ko) 리튬 이온 2차 전지
KR101154883B1 (ko) 향상된 전해액 함침성의 전극조립체를 제조하는 방법
KR20140009047A (ko) 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 이차전지
CN115461909A (zh) 一种电化学装置及包含该电化学装置的电子装置
US10593922B2 (en) Battery pack
JP2002246068A (ja) 非水系二次電池
KR101593268B1 (ko) 복수개의 전극 리드를 포함하는 이차 전지 및 그 제조방법
KR102282481B1 (ko) 가압 지그 및 이를 이용한 이차전지 제조 방법
JP7487857B2 (ja) 加圧ジグ及びそれを用いた二次電池の製造方法
CN110603684A (zh) 锂离子二次电池元件及锂离子二次电池
JP7417840B2 (ja) 二次電池
CN111146505B (zh) 非水电解液二次电池

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170919

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181002

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191001

Year of fee payment: 6