KR20170063250A - 리튬 이차전지의 전해액 주입량 산출방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 이차전지 제조 시에 전해액 주입량을 실제 필요량에 보다 근접하여 산출할 수 있는 방법에 관한 것으로, 구체적으로 bi-cell 크기로 절단된 하나의 전극의 초기 무게를 측정하는 단계; 상기 전극을 전해액에 침지하여 함침시키는 단계; 상기 전극의 함침 무게를 측정하고, 이로부터 바이셀의 최대 함침량을 산출하는 단계; 상기 전해액이 최대 함침된 전극으로부터 전해액을 일정 시간 휘발시키면서 무게 변화를 측정하되, 무게가 급격히 변화하는 제1 시점과, 무게 변화가 완만해 지는 제2 시점의 전극 무게를 측정하는 단계; 및 상기 전극 초기 무게와, 상기 제1 시점의 전극 무게의 차이로부터 산출한 전해액 잔존량을 상기 전해액 주입량으로 산출하는 단계;를 포함하는 전해액 주입량 산출 방법에 관한 것이다.

Description

리튬 이차전지의 전해액 주입량 산출방법{ELECTROLYTE DOSING CALCULATION METHOD FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY}
본 발명은 리튬 이차전지의 제조 시 전해액 주입량을 실제 필요량에 보다 근접하여 산출할 수 있는 방법에 관한 것이다.
자동차의 대량 보급에 따른 대기 오염 및 소음 등의 환경 공해 문제 및 석유 고갈에 따른 새로운 형태의 에너지 수급원의 필요성이 대두됨에 따라 이를 해결할 수 있는 전기 자동차의 개발 필요성이 증가되어 왔으며, 이들의 동력원으로서 고출력, 고에너지 밀도를 갖는 전지의 개발이 요구되고 있다.
이러한 요구에 부응하는 에너지원으로서 리튬 이차전지가 주로 연구되고 있다.
상기 이차전지는 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.
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.
더욱이, 상기 전해액은 이차전지의 작동 간 음극에서의 부반응 및 양극에서의 산화 현상에 의해 지속적으로 소모되며, 이에 따라, 상기 전해액의 함량이 너무 적어지면, 소망하는 전기화학적 성능을 발휘할 수 없을 뿐만 아니라, 이차전지의 수명이 급격하게 저하되는 문제점이 있다.
이와 같이, 이차전지 사용 중에 전해액의 액 고갈이 발생하여 전지 성능이 저하되는 경우가 있는데, 이때 전해액을 단순히 보충해 주는 것으로, 그 전지 성능을 쉽게 회복시킬 수 있다.
현재 추가 투입되는 전해액량은 싸이클 성능을 고려하여 그 주입량을 설정하고 있다. 하지만, 이러한 이론값으로, 실제 필요한 전해액 잔존량을 정확하게 설정하는데 한계가 있다. 더욱이, 과량의 전해액이 주입되는 경우에는, 전극조립체 사이의 계면이 벌어져 저항이 증가하고, 이에 따른 이차전지의 수명 특성 저하를 초래하기도 한다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 리튬 이차전지의 전해액 주입량을 산출할 수 있는 방법에 대한 필요성이 높은 실정이다.
대한민국 등록특허공보 1495760호 일본 공개특허공보 제2015-1666487호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 발명으로, 전극 내부 공극 내부를 채우는데 필요한 전해액량을 확인하고, 이를 이용하여 리튬 이차전지 제조 시에 전해액 주입량을 보다 근접하게 산출할 수 있는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는,
bi-cell 크기로 절단된 하나의 전극의 초기 무게를 측정하는 단계;
상기 전극을 전해액에 침지하여 함침시키는 단계;
상기 전극의 함침 무게를 측정하고, 이로부터 바이셀의 최대 함침량을 산출하는 단계;
상기 전해액이 최대 함침된 전극으로부터 전해액을 일정 시간 휘발시키면서 무게 변화를 측정하되, 무게가 급격히 변화하는 제1 시점 (critical point)과, 무게 변화가 완만해 지는 제2 시점 (Saturation point)의 전극 무게를 측정하는 단계; 및
상기 전극 초기 무게와, 상기 제1 시점의 전극 무게의 차이로부터 산출한 전해액 잔존량을 상기 전해액 주입량으로 산출하는 단계를 포함하는 전해액 주입량 산출 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 전극의 공극 내부를 메우는데 필요한 전해액량을 확인하고, 이를 이용함으로써 리튬 이차전지 제조 시 필요한 전해액 주입량을 실제 필요량에 근접하여 산출할 수 있다. 따라서, 이차전지 제조 시에 또는 전지 사용 중에 전해액의 액 고갈이 발생하여도 과다 또는 과부족 없이 전해액 필요량을 주입할 수 있으므로, 전지의 성능 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 전해액 휘발 시의 전극의 무게 변화를 측정한 그래프이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
먼저, 본 발명에서는 종래 문제점을 해결하기 위한 발명으로, 리튬 이차전지 제조 시에 필요한 전해액 주입량을 보다 근접하게 산출할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는,
bi-cell 크기로 절단된 하나의 전극의 초기 무게를 측정하는 단계;
상기 전극을 전해액에 침지하여 함침시키는 단계;
상기 전극의 함침 무게를 측정하고, 이로부터 바이셀의 최대 함침량을 산출하는 단계;
상기 전해액이 최대 함침된 전극으로부터 전해액을 일정 시간 휘발시키면서 무게 변화를 측정하되, 무게가 급격히 변화하는 제1 시점 (critical point)과, 무게 변화가 완만해 지는 제2 시점 (Saturation point)의 전극 무게를 측정하는 단계; 및
상기 전극 초기 무게와, 상기 제1 시점의 전극 무게의 차이로부터 산출한 전해액 잔존량을 상기 전해액 주입량으로 산출하는 단계;를 포함하는 전해액 주입량 산출 방법을 제공한다.
상기 본 발명의 방법에서는, 전극조립체의 최대 함침량을 설정하기 위하여, 테스트용 전극으로 양극 또는 음극 중 적어도 하나의 전극, 구체적으로 양극을 바이셀(bi-cell) 크기로 절단한 다음, 상기 전극의 초기 무게를 측정한다.
이때 상기 양극, 또는 음극은 리튬 이차전지 제조에 통상적으로 사용되는 것들이 모두 사용될 수 있다.
예컨대, 상기 양극은 양극 집전체 상에 양극활물질, 바인더, 도전재 및 용매 등을 포함하는 양극 합제를 코팅하여 제조할 수 있다.
상기 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.
또한, 상기 양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi1 -x-y- zCoxM1yM2zO2(M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, x, y 및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0≤x<0.5, 0≤y<0.5, 0≤z<0.5, x+y+z≤1이다)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 양극 활물질을 들 수 있으며, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 음극은 예를 들어, 음극 집전체 상에 음극 활물질, 바인더, 도전재 및 용매 등을 포함하는 음극 합제를 코팅하여 제조할 수 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가진다. 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 표면 처리한 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 활물질로는 천연흑연, 인조흑연, 탄소질재료; 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO), Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 또는 Fe인 금속류(Me); 상기 금속류(Me)로 구성된 합금류; 상기 금속류(Me)의 산화물(MeOx); 및 상기 금속류(Me)와 탄소와의 복합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 음극 활물질을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 방법에서는 상기 하나의 전극을 전해액에 침지하여 함침시킨 후, 전해액이 함침된 전극의 무게를 측정한다.
이때, 전극의 무게 증가에 기초하여 테스트용 전극의 최대 함침량을 설정한 다음, 이를 이용하여 바이셀의 최대 전해액 함침량을 거의 근접하여 산출할 수 있다.
즉, 바이셀의 최대 전해액 함침량은 하기 식 1을 이용하여 산출할 수 있다.
[식 1]
W = M' x S
W: 바이셀의 최대 함침량
M': 전해액이 함침된 전극의 무게
S: 바이셀을 구성하는 전극의 스택(stack) 수
이때, 상기와 같은 산출 결과는 폴딩되어 있는 셀 (folded cell) 안에 분리막으로 둘러싸여 있는 전극에 함침되는 전해액의 함침량 합이 충분한 시간 동안 전해액을 함침시킨 전극의 전체 무게 합보다 클 수 없다는 점에 근거하여 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 방법에서, 상기 하나의 전극을 전해액에 침지하여 함침시키는 공정 (함침 공정)은 진공 분위기하에서 전극에 전해액이 충분히 함침될 때까지 실시하는 것이 바람직하며, 구체적으로 함침 시간은 적어도 30분 이상에서, 또한 함침 온도는 적어도 실온 이상의 조건하에서 실시할 수 있다.
한편, 상기 전해액은 리튬 이차전지 제조 시에 통상적으로 사용되는 것으로, 비수계 유기 용매와 리튬염으로 이루어져 있다.
이때, 상기 비수계 유기 용매로는, 전지의 충방전 과정에서 산화 반응 등에 의한 분해가 최소화될 수 있고, 첨가제와 함께 목적하는 특성을 발휘할 수 있는 것이라면 제한이 없고, 예를 들어 카보네이트계 및 프로피오네이트계 등일 수 있다. 이들은 단독으로 사용될 수 있고, 2종 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
상기 비수성 유기 용매들 중 카보네이트계 화합물로는, 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 및 비닐렌 카보네이트(VC)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 들 수 있다.
또한, 상기 프로피오네이트계 화합물로서는 에틸 프로피오네이트(EP), 프로필 프로피오네이트(PP), n-프로필 프로피오네이트, iso-프로필 프로피오네이트, n-부틸 프로피오네이트, iso-부틸 프로피오네이트 및 tert-부틸 프로피오네이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 들 수 있다.
이외에도, 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, 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.
또한, 상기 리튬염으로는 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 양이온으로 Li+를 포함하고, 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, AlO4 -, AlCl4 -, PF6 -, SbF6 -, AsF6 -, BF2C2O4 -, BC4O8 -, (CF3)2PF4-, (CF3)3PF3-, (CF3)4PF2-, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3-, C4F9SO3-, CF3CF2SO3-, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
그 다음으로, 본 발명의 방법에서, 상기 전해액이 함침된 전극으로부터 전해액을 일정 시간 휘발시키면서 무게 변화를 측정한다 (도 1 참조).
구체적으로, 그래프 상에서 무게가 급격히 변화하는 제1 시점, 예컨대 전극 표면의 전해액이 모두 휘발되어 전극 무게가 급격히 변화하는 제1 시점과, 그래프 상에서 전극 무게 변화가 완만해 지는 제2 시점, 예컨대 공극 내부에 함침된 전해액이 휘발되기 시작하는 시점까지의 시간과, 상기 각각의 시점의 전극의 무게를 측정한다.
이어서, 상기 전극 초기 무게와, 상기 제1 시점의 전극 무게의 차이로부터 하기 식 2 및 3을 이용하여 전해액 잔존량을 산출할 수 있다.
[식 2]
C1 = M2 - M1
C1: 전극 중의 공극 용적 (공극을 채우는데 필요한 전해액량)
M1: 전극 초기 무게
M2: 제1 시점의 전극 무게
[식 3]
R = C1 + C2
R: 전해액 잔존량
C2: 싸이클 소모에 필요한 전해액량
이때, 상기 싸이클 소모에 필요한 전해액량 (C2)은 현재 사용되는 잔존량 설정 방식을 이용하여 산출할 수 있다.
이러한, 본 발명의 방법에 의해 얻어진 측정 결과에 따라 리튬 이차전지 제조 시에 필요한 전해액 주입량을 보다 근접하게 산출할 수 있으므로, 전해액 주입량을 데이터화 또는 표준화할 수 있다. 또한, 이를 근거로 하여 이차전지 제조 시에 또는 전지 사용 중에 전해액의 액 고갈이 발생하여도 과다 또는 과부족 없이 전해액 필요량을 주입하거나, 보충할 수 있으므로, 전지의 성능 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 전해액 주입량 산출 방법을 이용한 이차전지의 제조 방법을 제공할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에서는
전극조립체를 제조하는 단계;
전지케이스 내부에 상기 전극조립체를 장착단계;
상기 전지케이스가 수납된 전지케이스를 밀봉하는 단계; 및
상기 전지케이스 내부에 전해액을 주액하는 단계를 포함하며,
상기 전해액의 주액량은 본 발명의 방법에 의해 산출되는 단계를 포함하는 이차전지 제조방법을 제공한다.
한편, 상기 방법에서 상기 전극 조립체를 제조하는 공정은 통상적인 방법에 의해 실시할 수 있다.
구체적으로 상기 전극조립체는 양극 집전체에 양극 활물질이 형성된 1 또는 복수의 양극 시트와, 음극 집전체에 양극 활물질층이 형성된 1 또는 복수의 음극 시트가 교대로 적층되어 있고, 상기 양극 시트와 음극 시트는 분리막 시트를 사이에 개재시키고 서로 마주보는 구조를 가진다.
이때, 상기 분리막은 각각 단위셀의 양극과 음극 사이 및 단위셀들 사이에서 그것들의 절연상태를 유지할 수 있으며, 바람직하게는 폴리올레핀계 수지로서 적어도 30℃ 이상의 융점 차이를 가지는 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 분리막은 폴리프로필렌, 폴리프로필렌, 그것의 공중합체 또는 블랜드 등을 들 수 있다.
또한, 상기 전극조립체는 제조된 단위셀들을 긴 시트형의 분리필름상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취하여 제조할 수 있다.
상기 분리 필름은 포함되는 다수의 단위 셀을 감쌀 수 있는 단위 길이를 갖고, 단위 길이마다 내측으로 꺾여서 중앙의 단위 셀로부터 시작되어 최외각의 단위 셀까지 연속하여 각각의 단위 셀을 감싸도록 한다.
여기서, 상기 분리 필름의 말단 실링은 열융착 또는 접착필름에 의해 실링 될 수 있다.
상기 단위 셀의 폴딩시 사용되는 분리 필름으로는 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리 필름의 기공 직경은 일반적으로 0.01 내지 10㎛이고, 두께는 일반적으로 5 내지 300㎛이다.
이러한 분리 필름으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포; 크라프트지 등이 사용된다. 현재 시판중인 대표적인 예로는 셀가드 계열((Hoechest Celanese Corp. 제품), 폴리프로필렌 분리막(Ube Industries Ltd.), 폴리에틸렌 계열 등이 있다.
경우에 따라서는, 전지의 안정성을 높이기 위하여 상기 분리 필름 상에 겔 폴리머 전해질이 코팅될 수도 있다. 이러한 겔 폴리머 중 대표적인 예로는, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐리덴플루라이드, 폴리아크릴로니트릴 등을 들 수 있다.
이러한 전극 조립체는 구조에 따라 스택형, 권취형(젤리롤형), 스택/폴딩형 등으로 분류될 수 있으며, 이때 상기 전극 조립체를 제조하는 방법은 이와 같은 구조에 따라 조금씩 상이할 수 있다.
또한, 본 발명의 방법에서, 상기 전극조립체가 장착되는 케이스는 형태에 따라 각형, 코인형, 원통형, 파우치형 등으로 분류될 수 있다. 이때, 상기 전극조립체를 케이스에 수납하는 방법은 이와 같은 케이스 형태에 따라 조금씩 상이할 수 있다.
또한, 본 발명의 방법에서는 상기 전지케이스에 전해액을 주액한 다음 밀봉하는 단계를 추가로 실시할 수 있다.
또한, 본 발명의 방법에서는 상기 전해액을 주액한 다음 에이징(aging) 공정을 실시하는 단계, 포메이션(formation) 공정을 실시하는 단계, 디개싱(degassing) 공정을 실시하는 단계, 및 실링 (sealing) 공정을 실시하는 단계 중 적어도 하나 이상의 공정을 추가로 실시할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예 1: 전해액 주입량 산출
(공극 내부를 메우는데 필요한 전해액량 확인)
50 x 50 ㎠ 의 바이셀 크기로 절단한 양극의 초기 무게를 측정한 다음 (약 mg), 진공 분위기하에서 전해액 (PP-05z)에 상기 양극을 침지하여 전해액을 함침시켰다. 미세 기포가 발생하지 않을 때까지 함침시킨 후, 함침이 완료되면 전해액으로부터 꺼낸 양극의 팽윤 두께 및 무게를 측정하였다 (두께 약 8.3% 팽윤, 함침 후 무게 약 73.3 mg).
이때 이론적 전해액 함침량은 83.8mg인 반면에, 본 발명의 방법에 의해 산출된 전해액 최대 함침량은 약 73.3mg으로 약 13% 정도 낮은 것을 알 수 있다. 이는 전극 내부 공극이 완전히(100%) 함침되지 못하는 것으로 예측된다.
그 다음으로, 상기 전해액이 함침된 전극으로부터 전해액을 일정 시간 휘발시키면서 전극 무게를 변화를 관찰하였다. 이때, 전극 무게가 급격히 변화하는 제1 시점의 전극의 무게 (약 73.27 mg)와 제2 시점의 전극 무게를 측정하였다.
이어서, 상기 식 2를 이용하여 상기 전극 초기 무게와, 무게 변화가 급격히 변화하는 지점의 전극 무게를 비교하여 전극의 공극 내부를 메우는데 필요한 전해액 필요량을 산출하였다.
(전해액 주입량 산출)
이어서, 상기 전극 초기 무게와, 상기 제1 시점의 전극 무게의 차이로부터 상기 식 3을 이용하여 전해액 잔존량을 산출하고, 이를 이용하여 전해액 주입량을 산출하였다.
실시예 2. 이차전지 제조
(양극 제조)
양극 활물질로 Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2와 LiMnO2를 혼합한 혼합 양극활물질을 94중량%, 및 Super-P(도전제) 3.5 중량%, PVdF(결합제) 2.5 중량%를 용제인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조한 후, 알루미늄 호일상에 코팅, 건조 및 압착하여 양극을 제조하였다.
(음극 제조)
음극 활물질로는 인조흑연을 사용하였고, 인조흑연 94 중량%, 및 Super-P(도전제) 1 중량%, PVdF(결합제) 5중량%를 용제인 NMP에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조한 후, 구리 호일 상에 코팅, 건조 및 압착하여 음극을 제조하였다.
(분리막 및 분리필름 제조)
폴리프로필렌을 건식 방법을 사용하여 일축 연신하여, 융점이 165℃이고, 일측의 너비가 200 mm인 미세 다공성 구조의 분리막을 제조하였다.
또한, 폴리에틸렌과 용매로서 이소프로필알콜 및 필러로서 파라핀 왁스를 사용하여 습식 방법으로 일축 연신하여, 융점이 135℃이고 일측의 너비가 200 mm인 미세다공성 구조의 분리필름을 제조하였다.
(전극조립체 제조)
상기 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하는 구조로, 바이셀을 각각 조립한 뒤, 상기 분리필름으로 상기 바이셀들을 순차적으로 폴딩하여 전극조립체를 제조하였다.
(이차전지 제조)
상기 전극조립체를 파우치형 전지케이스에 내장한 후 1M LiPF6 카보네이트계 전해액 용액을 주입하여 전지를 제작하였다. 이때, 상기 전해액은 상기 실시예 1로부터 산출된 주입량을 주입하였다.
비교예
전해액 주입 시에 이론적 전해액 주입량을 주입하는 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
실험예
상기 실시예 2에서 제조된 이차전지와 비교예의 전지의 성능 비교 실험을 실시하였다.

Claims (9)

  1. bi-cell 크기로 절단된 하나의 전극의 초기 무게를 측정하는 단계;
    상기 전극을 전해액에 침지하여 함침시키는 단계;
    상기 전극의 함침 무게를 측정하고, 이로부터 바이셀의 최대 함침량을 산출하는 단계;
    상기 전해액이 최대 함침된 전극으로부터 전해액을 일정 시간 휘발시키면서 무게 변화를 측정하되, 무게가 급격히 변화하는 제1 시점과, 무게 변화가 완만해 지는 제2 시점의 전극 무게를 측정하는 단계; 및
    상기 전극 초기 무게와, 상기 제1 시점의 전극 무게의 차이로부터 산출한 전해액 잔존량을 상기 전해액 주입량으로 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액 주입량 산출 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극은 양극인 것을 특징으로 하는 전해액 주입량 산출 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 바이셀의 최대 전해액 함량은 하기 식 1을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 전해액 주입량 산출 방법.
    [식 1]
    W = M' x S
    W: 바이셀의 최대 함침량
    M': 전해액이 함침된 전극의 무게
    S: 바이셀을 구성하는 전극의 스택(stack) 수
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 함침 공정은 진공 분위기하에서 적어도 30분 이상 실시하는 것을 특징으로 하는 전해액 주입량 산출 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전해액 잔존량은 하기 식 2 및 3을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 전해액 주입량 산출 방법.
    [식 2]
    C1 = M2 - M1

    [식 3]
    R = C1 + C2

    C1: 전극 중의 공극 용적 (공극을 채우는데 필요한 전해액량)
    M1: 전극 초기 무게
    M2: 제1 시점의 전극 무게
    R: 전해액 잔존량
    C2: 싸이클 소모에 필요한 전해액량
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 측정 결과에 따라, 전해액의 주입량을 데이터화 또는 표준화하는 것을 특징으로 하는 전해액 주입량 산출 방법.
  7. 전극조립체를 제조하는 단계;
    전지케이스 내부에 상기 전극조립체를 장착단계;
    상기 전지케이스가 수납된 전지케이스를 밀봉하는 단계; 및
    상기 전지케이스 내부에 전해액을 주액하는 단계를 포함하며,
    상기 전해액의 주액량은 청구항 1의 방법에 의해 산출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 방법은 전지케이스 내부에 전해액을 주액한 다음 밀봉하는 단계를 추가로 실시하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 방법은 전해액을 주액한 다음 에이징 공정, 포메이션 공정, 디개싱 공정, 및 실링 공정 중 적어도 하나 이상의 공정을 추가로 실시하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
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