KR20140059746A - 이차전지 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극조립체가 전해액에 함침된 상태로 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지의 제조방법으로서,
(a) 진동 프로브(probe)가 구비되어 있는 챔버(chamber)에 타겟(target)으로서 전해액을 주입하는 단계;
(b) 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체를 상기 챔버에 담긴 전해액에 침지하여 함침시키는 단계;
(c) 상기 진동 프로브에 의해 전해액에 20 내지 100 kHz의 진동수를 가진 진동을 인가하는 단계; 및
(d) 상기 단계(c)를 거친 전극조립체를 전해액과 함께 전지케이스로 옮기는 단계;
를 포함하는 과정에 의해, 전극조립체와 전해액의 계면 접촉성(wetting)을 향상시키는 것을 특징으로 하는 제조방법을 제공한다.
이에 따라 제조되는 이차전지는 전해액 함침성, 이온 전도도, 전자 전도도 등이 향상되어, 전기화학적 성능이 향상될 수 있다.

Description

이차전지 제조 방법 {The Method for Preparing Secondary Battery}
본 발명은 전극조립체가 전해액에 함침된 상태로 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지의 제조방법으로서,
(a) 진동 프로브(probe)가 구비되어 있는 챔버(chamber)에 타겟(target)으로서 전해액을 주입하는 단계;
(b) 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체를 상기 챔버에 담긴 전해액에 침지하여 함침시키는 단계;
(c) 상기 진동 프로브에 의해 전해액에 20 내지 100 kHz의 진동수를 가진 진동을 인가하는 단계; 및
(d) 상기 단계(c)를 거친 전극조립체를 전해액과 함께 전지케이스로 옮기는 단계;
를 포함하는 과정에 의해, 전극조립체와 전해액의 계면 접촉성(wetting)을 향상시키는 것을 특징으로 하는 제조방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
또한, 최근에는 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로는 주로 니켈 수소금속(Ni-MH) 이차전지가 사용되고 있지만, 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 일부 상용화 되어 있다.
리튬 이차전지는 전극 집전체 상에 각각 활물질이 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막이 개재된 전극조립체에 리튬염을 포함하는 비수계 전해질이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다.
일반적인 리튬 이차전지의 조립은 양극, 음극 및 분리막을 서로 번갈아가며 겹친 후, 일정 크기 및 모양의 캔(can) 또는 파우치(pouch)로 이루어진 전지 케이스에 삽입한 후, 최종적으로 전해액을 주입하는 방식으로 진행된다. 이때, 나중에 주입된 전해액은 모세관 힘(capillary force)에 의해 양극, 음극 및 분리막 사이로 스며들게 된다. 그러나, 재료의 특성상, 양극, 음극 및 분리막 모두 소수성(hydrophobicity)이 큰 물질인 반면, 전해액은 친수성(hydrophilicity) 물질이기 때문에, 전해액의 전극 및 분리막에 대한 젖음(wetting)은 상당한 시간 및 까다로운 공정 조건이 요구된다.
또한, 최근에는 디바이스 또는 장치가 대형화 됨에 따라, 전해액이 침투할 부피는 감소하고 면적은 넓어져서 전해액이 전지 내부까지 들어가지 못하고 외부에 국부적으로만 존재할 가능성이 높게 된다. 이렇게 제조된 전지는 전지 내부에서 부분적으로 전해액의 양이 충분하지 않게 되어 전지 용량 및 성능이 크게 감소하게 된다
이러한 전극의 젖음성 향상을 위해 높은 온도에서 전해액을 주입하거나, 또는 가압 또는 감압 상태에서 전해액을 주입하는 등의 방법이 이용되고 있다. 그러나, 이 경우 기존의 전극조립체 및 전해액이 열에 의해 변형되어 내부 단락 등을 일으키는 등의 문제점이 있다.
따라서, 고온에서 안정성을 갖으면서 젖음성이 향상된 이차전지의 제조방법에 대한 기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 진동 프로브(probe)가 구비되어 있는 챔버(chamber)에 전해액을 주입하여 상기 진동 프로브에 의해 전해액에 소정의 진동을 인가하는 단계를 포함하여 이차전지를 제조하는 경우, 소망하는 효과를 달성할 수 있는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은 전극조립체가 전해액에 함침된 상태로 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지의 제조방법으로서,
(a) 진동 프로브(probe)가 구비되어 있는 챔버(chamber)에 타겟(target)으로서 전해액을 주입하는 단계;
(b) 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체를 상기 챔버에 담긴 전해액에 침지하여 함침시키는 단계;
(c) 상기 진동 프로브에 의해 전해액에 20 내지 100 kHz의 진동수를 가진 진동을 인가하는 단계; 및
(d) 상기 단계(c)를 거친 전극조립체를 전해액과 함께 전지케이스로 옮기는 단계;
를 포함하는 과정에 의해, 전극조립체와 전해액의 계면 접촉성(wetting)을 향상시키는 것을 특징으로 하는 제조방법을 제공한다.
즉, 본 발명에 따른 이차전지 제조방법은 진동 프로브가 구비되어 있는 챔버를 이용하여 전극 조립체가 침지되어 있는 전해액에 소정의 진동을 인가하는 과정을 포함하여, 전해 물질들의 이동도(mobility)를 증대시킬 수 있으므로, 전극조립체와 전해액의 계면 접촉성(wetting), 즉 젖음성을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 전해액에 담겨진 챔버에서 전극조립체를 미리 함침시킨 후 전지케이스로 옮기므로 전극조립체의 함침속도 향상되어 우수한 전해액 함침성을 나타내는 동시에, 다수의 전극조립체를 한번에 함침시킬 수 있어 전지의 제조 공정성이 향상될 수 있다
본 발명에서 용어 “타겟”은 진동 프로브에 의해 진동이 인가되는 대상으로 전해액을 의미한다.
상기 단계(b)의 진동은, 다양한 매체에 의하여 수행될 수 있다.
하나의 예로, 상기 진동은 20 내지 100 kHz의 초음파에 의해 수행될 수 있다.
즉, 초음파는 고유의 높은 진동수로 인하여 입자들에게 일종의 외부 충격을 가할 수 있으므로, 이를 이용하여 전해액의 전해 물질들을 분자수준에서 흔들어 주어 전해 물질들의 이동도를 극대화시킬 수 있으므로, 전극에 대한 계면 접촉성(wetting)이 향상될 수 있다.
구체적으로, 상기 단계(b)의 진동은 25 내지 85 kHz의 진동수와 2 내지 30 ㎛의 진폭을 가지는 초음파에 의해 수행될 수 있다.
상기 진동수와 진폭은 전해 물질들의 이동도를 극대화하여 전극조립체와 전해액의 계면 접촉성을 향상시키기 위한 최적의 수치로 이보다 낮을 경우 소망하는 효과를 얻을 수 없고, 이보다 높은 경우, 제조 공정상 효율이 감소하므로 바람직하지 않다.
상기 초음파는 한 차례 인가될 수도 있지만, 효율성을 높이기 위하여 주기적 또는 비주기적으로 두 차례 이상 인가될 수 있다.
본 발명에서는 진동 프로브가 구비되어 있는 챔버를 사용할 수 있다.
하나의 예로, 상기 진동 프로브는 타겟으로서 전해액과 직접 접촉한 상태로 챔버 내에 장착되어 있을 수 있다.
또 다른 예로, 상기 진동 프로브는 타겟으로서 전해액과 이격된 상태로 챔버 내에 장착되어 있을 수 있다. 이 경우, 진동 프로브와 타겟이 지나치게 떨어진 경우, 타겟에 진동이 전달되기 어려우므로, 제조 공정상의 효율을 고려하여 이격 거리는 1 내지 10 cm일 수 있고, 구체적으로는 2 내지 8 cm 일 수 있다.
진동 프로브와 타겟이 이격된 경우, 진동 프로브와 타겟 사이는 비수성 겔이 개재되어 있을 수 있다.
상기 비수성 겔은, 각종 오일일 수 있으며, 비수성이면 제한이 되지 않으나, 상세하게는, 실리콘 오일일 수 있다.
즉, 본 발명의 챔버는 이격된 공간에 진동 프로브와 타겟을 각각 위치하고, 진동 프로브에 발생하는 진동을 효율적으로 전파하기 위하여 진동 프로브와 타겟 사이의 환경을 비수성 겔로 적용할 수 있다.
상기 진동 프로브에 의하여 진동이 인가된 전해액의 점도는 0.1 내지 5 cps일 수 있고, 구체적으로는, 1 내지 4 cps일 수 있다. 전해액의 점도가 지나치게 높을 경우, 진동 인가로 인한 전해 물질들의 이동도가 극대화될 수 없으므로 바람직하지 않다.
본 발명은 상기 제조방법을 사용하여 제조되는 이차전지를 제공한다.
예를 들어, 상기 이차전지 내부에 위치하는 전극 조립체의 전해액에 대한 함침량은, 진동이 인가되지 않은 이차전지의 내부에 위치하는 전극 조립체의 전극 조립체의 함침량의 120% 내지 140%일 수 있다.
이러한 이차전지는, 구체적으로는, 리튬 이차전지일 수 있다.
이하, 이러한 리튬 이차전지의 구성을 설명한다.
리튬 이차전지는 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조 및 프레싱하여 제조되는 양극과, 동일한 방법을 사용하여 제조되는 음극을 포함하며, 이 경우, 필요에 따라서는 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가기도 한다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 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.
상기 양극 활물질은 예를 들어, 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 , LiNixMn2-xO4(0.01 ≤ x ≤ 0.6) 등을 사용할 수 있다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 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.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 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 공중합제 등을 들 수 있다.
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 중합제; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 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.
상기 음극 활물질은, 예를 들어, 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 등이 사용될 수 있다.
이러한 리튬 이차전지는 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 전극조립체에 리튬염 함유 전해액이 함침되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
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.
상기 리튬염 함유 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 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.
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 중합제 등이 사용될 수 있다.
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.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 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 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.
상기 리튬 이차전지를 포함한 전지팩은 고온 안정성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 차량의 전원으로 사용될 수 있다.
상기 차량의 예로는 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기에서 설명하는 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지 제조방법은 진동 프로브(probe)가 구비되어 있는 챔버(chamber)에 전해액을 주입한 후, 상기 진동 프로브에 의해 전해액에 소정의 진동을 인가한 후 전지케이스로 옮기는 단계를 포함함으로써, 전해액 함침성, 이온 전도도, 전자 전도도 등이 향상되어, 이에 따라 제조되는 이차전지의 전기화학적 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1 은 실험예 1에 따른 전극 조립체의 면적 대비 시간에 대한 따른 함침량을 나타낸 그래프이다.
<실시예 1>
양극 활물질을 포함하는 양극과 음극 활물질을 포함하는 음극 사이에 다공성 분리막을 개재하여 전극조립체를 제조하였다. 에틸렌 카보네이트와 에틸메틸 카보네이트가 부피비를 기준으로 3:7으로 혼합되어 있고, 리튬염으로 1 M의 LiPF6를 포함하고 있는 리튬 비수계 전해액을 준비하였다.
진동 프로브가 구비되어 있는 챔버에 전해액을 주입하고 상기에서 제조된 전극조립체를 전해액에 침지하여 함침시킨 후, 30 kHz 진동을 인가하였다.
상기 단계를 거친 전극조립체를 전해액과 함께 전지케이스로 옮긴 후 밀봉하여 이차전지를 제조하였다.
<비교예 1>
전해액에 진동을 인가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
<실험예 1>
실시예 1 및 비교예 1에서 전해액을 주액 후 시간에 따른 함침되는 전해액 양을 측정하여 그 결과를 하기 도 1에 나타내었다.
하기 도 1에 따르면, 전해액에 진동을 가한 실시예 1에 따른 이차전지의 경우 진동을 가하지 않은 비교예 1에 따른 이차전지와 비교하여 전해액이 함침량 및 함침 속도가 빠른 것을 확인할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (13)

  1. 전극조립체가 전해액에 함침된 상태로 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지의 제조방법으로서,
    (a) 진동 프로브(probe)가 구비되어 있는 챔버(chamber)에 타겟(target)으로서 전해액을 주입하는 단계;
    (b) 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체를 상기 챔버에 담긴 전해액에 침지하여 함침시키는 단계;
    (c) 상기 진동 프로브에 의해 전해액에 20 내지 100 kHz의 진동수를 가진 진동을 인가하는 단계; 및
    (d) 상기 단계(c)를 거친 전극조립체를 전해액과 함께 전지케이스로 옮기는 단계;
    를 포함하는 과정에 의해, 전극조립체와 전해액의 계면 접촉성(wetting)을 향상시키는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 단계(b)에서 상기 진동은 2 내지 30 ㎛의 진폭을 가지는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 진동은 한 차례, 또는 주기적 또는 비주기적으로 두 차례 이상 인가되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 진동 프로브는 타겟과 직접 접촉한 상태로 챔버 내에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 진동 프로브는 타겟으로부터 이격된 상태로 챔버 내에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 진동 프로브와 타겟 간의 거리는 1 내지 10 cm 인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 진동 프로브와 타겟 사이에는 비수성 겔이 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 비수성 겔은 실리콘 오일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전해액의 점도는 0.1 cps 이상 5 cps 이하 인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 전해액의 점도는 1 cps 이상 4 cps 이하 인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  11. 제 1 항에 따른 제조방법을 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 이차전지의 내부에 위치하는 전극 조립체의 전해액에 대한 함침량은, 진동이 인가되지 않은 전극 조립체의 함침량의 120 % 내지 140 % 인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 이차전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019190128A1 (ko) 2018-03-26 2019-10-03 주식회사 엘지화학 파우치형 이차전지의 제조 방법
KR20190112656A (ko) 2018-03-26 2019-10-07 주식회사 엘지화학 파우치형 이차전지의 제조 방법

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6413347B2 (ja) 2014-05-26 2018-10-31 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電素子
KR102147415B1 (ko) 2016-03-29 2020-08-24 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지의 제조방법
CN108886173B (zh) * 2016-03-30 2021-03-16 株式会社Lg化学 制备锂二次电池的方法
PL3361548T3 (pl) * 2016-03-30 2020-11-16 Lg Chem, Ltd. Sposób wytwarzania akumulatora litowego
CN105702909B (zh) * 2016-03-31 2018-11-09 东莞市创明电池技术有限公司 圆柱形电池的注液方法
CN106602144B (zh) * 2016-11-02 2019-12-24 天津市捷威动力工业有限公司 一种缩短三元体系动力电池注液后静置时间的方法及装置
EP3486985A1 (en) * 2017-11-16 2019-05-22 Technische Universität München Electrochemical cell, as well as process and apparatus for manufacturing the same
CN109361022A (zh) * 2018-11-09 2019-02-19 珠海格力电器股份有限公司 一种锂离子电池及其制备方法
CN110335985A (zh) * 2019-07-08 2019-10-15 江苏烨晨智能科技有限公司 一种振动式ev电池注液装置
CN112635930B (zh) * 2020-12-22 2023-02-07 东莞东阳光科研发有限公司 一种锂硫软包电池的注液方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2996038A (en) * 1952-10-20 1961-08-15 Sprague Electric Co Apparatus for impregnating electrolytic capacitors
JPH0353448A (ja) 1989-07-20 1991-03-07 Toshiba Battery Co Ltd 密閉式アルカリ蓄電池の製造方法
JPH1050296A (ja) 1996-08-02 1998-02-20 Sony Corp 電解液の含浸方法と電解液の含浸装置
US6387561B1 (en) 1998-10-13 2002-05-14 Ngk Insulators, Ltd. Electrolyte-solution filling method and battery structure of lithium secondary battery
KR100528900B1 (ko) * 1999-03-29 2005-11-16 삼성에스디아이 주식회사 이차전지 및 그 제조방법
CA2308346A1 (en) * 1999-05-14 2000-11-14 Mitsubishi Cable Industries, Ltd. Positive electrode active material, positive electrode active material composition and lithium ion secondary battery
US6589612B1 (en) 2000-05-10 2003-07-08 The Gillette Company Battery and method of making the same
JP2001332304A (ja) * 2000-05-24 2001-11-30 Sony Corp 電解質およびそれを用いた電池
WO2002093678A1 (fr) * 2001-05-10 2002-11-21 Nisshinbo Industries, Inc. Composition a base de gel de polymeres utilisee dans un electrolyte et procede de coulage de solution d'electrolyte non aqueuse
JP5046352B2 (ja) 2005-04-06 2012-10-10 日立マクセルエナジー株式会社 リチウムイオン二次電池の製造方法
JP5034204B2 (ja) * 2005-09-29 2012-09-26 パナソニック株式会社 蓄電素子の製造方法
KR20070082927A (ko) 2006-02-20 2007-08-23 주식회사 엘지화학 고온 저장 특성 및 저온 출력 특성이 우수한 비수계 리튬전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
US7717968B2 (en) 2006-03-08 2010-05-18 Yevgen Kalynushkin Electrode for energy storage device and method of forming the same
JP5508674B2 (ja) * 2007-01-04 2014-06-04 株式会社東芝 非水電解質電池、電池パック及び自動車
JP4364940B2 (ja) 2007-06-19 2009-11-18 帝人株式会社 非水系二次電池用セパレータ、その製造方法および非水系二次電池
US9099756B2 (en) 2009-02-17 2015-08-04 Samsung Sdi Co., Ltd. Flame retardant electrolyte for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including the same
JP5609006B2 (ja) 2009-04-23 2014-10-22 ソニー株式会社 アルミニウム二次電池用電解質およびアルミニウム二次電池
CN102576853B (zh) 2009-10-07 2015-08-26 株式会社Lg化学 制备锂离子聚合物电池的方法、电池单元,以及含有所述电池单元的锂离子聚合物电池
KR101299166B1 (ko) * 2010-03-08 2013-08-21 주식회사 엘지화학 전극조립체가 고분자 코팅층의 팩 케이스에 내장되어 있는 구조의 전지팩 제조방법
KR101300591B1 (ko) 2010-09-30 2013-08-27 주식회사 엘지화학 이차 전지의 전해액 함침 증진 장치 및 방법
KR101134122B1 (ko) * 2011-08-30 2012-04-09 (주)열린기술 대용량 이차전지

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019190128A1 (ko) 2018-03-26 2019-10-03 주식회사 엘지화학 파우치형 이차전지의 제조 방법
KR20190112656A (ko) 2018-03-26 2019-10-07 주식회사 엘지화학 파우치형 이차전지의 제조 방법
US11114698B2 (en) 2018-03-26 2021-09-07 Lg Chem, Ltd. Method of preparing pouch type secondary battery

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Publication number Publication date
US10062896B2 (en) 2018-08-28
WO2014073898A1 (ko) 2014-05-15
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