KR20180042000A - 전지 내부에 발생된 기포제거 방법 - Google Patents

전지 내부에 발생된 기포제거 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (S1) 전지를 롤러프레스에 통과시켜 롤프레싱하는 단계; 및 (S2) 상기 전지를 핫프레스를 통해 핫프레싱하여 상기 전지 내부에 존재하는 기포를 제거하는 단계를 포함하는 전지 내부에 발생된 기포제거 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 활성화 공정을 거친 전지에 대한 핫프레싱 공정 전에, 롤러프레스에 전지를 통과시켜 전지 내부에 발생된 기포를 외부로 배출되기 용이한 위치로 이동시킴으로써, 더욱 효율적으로 기포를 제거할 수 있다. 나아가, 기포를 더욱 확실하게 제거함으로써, 전지의 성능 저하를 방지할 수 있다.

Description

전지 내부에 발생된 기포제거 방법{Method for removing bubble generated in battery}
본 발명은 전지 내부에 발생된 기포제거 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전지 내부에 발생된 기포를 배출되기 용이한 위치로 이동시키는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 내부에 발생된 기포제거 방법에 관한 것이다.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 중대형 전지에까지 적용 분야가 확대되면서, 이러한 전자 기기의 전원으로 사용되는 전지의 고에너지 밀도화에 대한 요구가 높아지고 있다. 리튬 이차전지는 이러한 요구를 가장 잘 충족시킬 수 있는 전지로서, 현재 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 리튬 이차전지를 제조하기 위해서는 각각의 제조공정을 거쳐 양극과 음극을 제조하여 양극과 음극의 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체를 제조한 후, 전극조립체를 전지케이스에 삽입하고, 전극조립체를 몇 회의 충방전 사이클을 통해 활성화시키는 충방전 단계를 실시하는데, 이를 일반적으로 활성화 공정이라고 한다.
상기 활성화 공정 중 음극 표면의 부동태 피막 발생, 전지 내부의 수분 분해 등의 영향으로 전지 내부에 기포가 발생하게 되고, 이렇게 발생된 기포는 전지 내부에 남아서 리튬 도금(Li plating)을 발생 시키는 등, 전지의 수명에 악영향을 미친다. 따라서, 활성화 공정 중, 또는 활성화 공정 단계 완료 후에 디개싱(Degassing) 및 핫프레싱(hot pressing) 공정에서 상기 기포를 제거하는 공정을 수행하고 있다.
하지만, 전지의 구조적인 한계로 인해 상기 전지 내부에 발생된 기포를 완벽히 제거하기는 어려운 실정이다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 활성화 공정을 거친 전지의 내부에 발생된 기포를 더욱 효율적으로 배출시키기 위한 전지의 기포제거 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전지 내부에 발생된 기포제거 방법은, (S1) 전지를 롤러프레스에 통과시켜 롤프레싱하는 단계; 및 (S2) 상기 전지를 핫프레스를 통해 핫프레싱하여 상기 전지 내부에 존재하는 기포를 제거하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 (S1) 단계는, 상기 전지 내부에 존재하는 기포를 상기 전지의 측부로 이동시키는 것일 수 있다.
그리고, 상기 (S2) 단계는, 20 내지 100 ℃의 온도에서 상기 전지에 0.001 내지 1,200 kgf의 힘을 가하는 것일 수 있다.
한편, 상기 전지는, 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체; 및 상기 전극조립체를 함침시키는 비수 전해액을 포함하는 것일 수 있다.
여기서, 상기 전극조립체는, 연속적으로 길게 재단된 분리필름 위에 바이셀(Bi-cell)과 풀셀(Full-cell)이 교차하여 놓은 상태에서 폴딩하여 제조하는 스택&폴딩형 전극조립체, 바이셀만을 상기 분리필름 위에 놓은 상태에서 폴딩하여 제조하는 스택&폴딩형 전극조립체, 풀셀만을 상기 분리필름 위에 놓은 상태에서 폴딩하여 제조하는 스택&폴딩형 전극조립체, 상기 바이셀 또는 풀셀을 분리필름으로 지그재그 방향으로 폴딩하여 제조하는 Z형 스택&폴딩 전극조립체, 상기 바이셀 또는 풀셀을 동일한 방향으로 연속하여 폴딩하여 제조하는 스택&폴딩 전극조립체, 길게 재단된 분리필름 위에 양극 및 음극을 교차하여 놓은 상태에서 폴딩하여 제조하는 전극조립체, 양극판, 세퍼레이터판, 음극판 순으로 배치된 상태에서 일 방향으로 와인딩하여 제조하는 젤리-롤형 전극조립체 및 스택형 전극조립체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.
그리고, 상기 전지는, 리튬 이차전지일 수 있다.
본 발명에 따르면, 활성화 공정을 거친 전지에 대한 핫프레싱 공정 전에, 롤러프레스에 전지를 통과시켜 전지 내부에 발생된 기포를 외부로 배출되기 용이한 위치로 이동시킴으로써, 더욱 효율적으로 기포를 제거할 수 있다.
나아가, 기포를 더욱 확실하게 제거함으로써, 전지의 성능 저하를 방지할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 내부에 발생된 기포제거 방법을 모식적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 내부에 발생된 기포제거 방법을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전지 내부에 발생된 기포제거 방법은 다음과 같다.
우선, 전지(10)를 롤러프레스(20)에 통과시켜 롤프레싱한다(S1 단계).
여기서, 상기 전지(10)는, 바람직하게는 활성화 공정을 거친 이후의 전지로서, 음극 표면의 부동태 피막 발생 및 전지 내부의 수분 분해 등의 영향으로 내부에 기포가 발생해 있는 상태인데, 상기 롤러프레스(20)를 이용하여, 상기 전지(10)의 상단부에서 하단부 방향, 또는 상기 전지(10)의 일측부에서 타측부 방향으로 롤프레싱하여, 상기 기포(11)를 추후 배출되기 용이한 위치로 이동시키게 된다. 이때, 상기 기포(11)는 전지의 중심부보다는 측부에 위치할 때, 추후 배출이 용이하기 때문에, 롤프레싱 공정을 통해 상기 기포를 전지의 측부로 이동시키는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 전지(10)를 핫프레스(30)를 통해 핫프레싱하여 상기 전지(10) 내부에 존재하는 기포(11)를 제거한다(S2 단계).
여기서, 상기 (S2) 단계는, 전지가 놓여있는 면에 수직인 방향으로 열과 압력을 가하기 때문에 전지를 평탄하게 하며, 전지 내부에 존재하는 기포를 외부로 배출시킨다. 이때, 20 내지 100 ℃의 온도에서 상기 전지에 0.001 내지 1,200 kgf의 힘을 가해주며, 상기 조건을 만족하는 경우, 전지 내의 기포를 효율적으로 배출할 수 있다.
그리고, 상기 (S2) 단계는, 전지의 생산성 확보를 위해 2초 내지 10초 동안 진행하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 전지(10)는, 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체; 및 상기 전극조립체를 함침시키는 비수 전해액을 포함할 수 있다. 이때, 상기 전지는, 그 종류에 한정되는 것은 아니지만, 리튬 이차전지인 것이 바람직하다.
상기 양극은, 양극집전체 상에 양극활물질층이 코팅되고 양극단자가 연결되고, 상기 음극은, 음극집전체 상에 음극활물질층이 코팅되며 음극단자가 연결된다.
상기 양극집전체는 도전성이 우수한 금속 박막인 알루미늄 박판이 바람직하고 상기 양극활물질층은, 본 발명에서 특별히 한정하지 아니하며 공지된 리튬계 산화물 및 바인더, 가소제, 도전재 등이 혼합된 조성물일 수 있다. 상기 양극의 무지부에 양극리드가 부착되어 있다.
상기 음극집전체는 우수한 도전성을 가지는 구리 박판이 바람직하고 상기 음극활물질층은 탄소재와 같은 음극활물질 및 바인더, 가소제, 도전재 등이 혼합된 조성물일 수 있다. 상기 음극의 무지부에 음극리드가 부착되어 있다.
그리고, 상기 양극리드 및 음극리드는 양극 및 음극 무지부의 표면에 전기적으로 연결되어 있으며, 이를 위하여 상기 양극 및 음극 무지부에 대하여 레이저 용접이나 초음파 용접 등과 같은 용접이나 도전성 접착제에 의하여 통전 가능하도록 부착되어 있다.
한편, 본 발명의 세퍼레이터는 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하고, 예를 들면 폴리올레핀계 다공성 막(membrane) 또는 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 폴리올레핀계 다공성 막의 예로는, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐 등의 폴리올레핀계 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 막(membrane)을 들 수 있다.
상기 부직포로는 폴리올레핀계 부직포 외에 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenaphthalate) 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 부직포를 들 수 있다. 부직포의 구조는 장섬유로 구성된 스폰본드 부직포 또는 멜트 블로운 부직포일 수 있다.
상기 다공성 기재의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 5 내지 50 ㎛일 수 있고, 다공성 기재에 존재하는 기공 크기 및 기공도 역시 특별히 제한되지 않으나 각각 0.01 내지 50 ㎛ 및 10 내지 95 %일 수 있다.
나아가, 상기 비수 전해액으로는 LiPF6, LiBF6, LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)3, LiClO4 등의 리튬염을 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트 또는 이들의 혼합물인 비수성 유기 용매에 용해시킨 것을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에 포함되는 전극조립체는 특별히 그 형태를 한정하지 아니하고 다양한 형태의 전극조립체가 모두 포함될 수 있음은 물론이며, 예를 들어, 바이셀(Bi-cell)과 풀셀(Full-cell)이라는 서로 다른 타입의 스택형 단위셀을 교차하여 길게 재단된 분리 필름으로 와인딩(winding)하여 포함하는 스택&폴딩형 전극조립체, 상기와 같은 방식의 스택&폴딩형 전극조립체로서 바이셀과 풀셀의 구별없이 동일한 타입의 스택형 단위셀을 포함하는 스택&폴딩형 전극조립체, 상기 스택형 단위셀들을 분리 필름으로 와인딩(winding)하는 경우, 지그재그 방향으로 폴딩하는 Z형 스택&폴딩 전극조립체, 상기 스택형 단위셀들을 동일한 방향으로 연속하여 와인딩(Winding)하는 스택&폴딩 전극조립체, 또는 상기 스택형 셀을 단위셀로 하여 분리필름으로 폴딩하는 것이 아니라 양극, 음극을 교대로 분리필름 위에 놓은 상태에서 연속하여 와인딩하는 전극조립체 또는 이를 지그재그 방향으로 와인딩하는 Z형 전극조립체, 및 일반적인 스택형 전극조립체, 양극판, 세퍼레이터판, 음극판 순으로 배치된 상태에서 일 방향으로 와인딩된 젤리-롤형의 전극조립체 등이 모두 포함될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 전극조립체를 상기 전극조립체를 수용하는 전지케이스에 수용하여 상기 전극조립체가 이탈하지 않도록 하고, 상기 전지케이스에 비수 전해액을 주입한 후 밀봉하여 전지를 완성한다.
상기 전지케이스는 캔 또는 파우치일 수 있다.
본 발명에 따른 파우치형 케이스는 상기 상부 케이스와 하부 케이스가 상호 마주하는 면이 열 접착성을 갖는 소재의 필름이고 기타 다른 재질의 복수 필름이 순차적으로 적층 결합된 형태일 수 있으며, 여기서 상기 상부 케이스와 하부 케이스의 필름층은 열 접착성을 가져 실링재 역할을 하는 폴리올레핀계 수지층, 기계적 강도를 유지하는 기재 및 수분과 산소의 배리어 층으로서 역할을 하는 알루미늄층, 기재 및 보호층으로 작용하는 나일론층으로 이루어지는 구성일 수 있다.
결합된 상부 및 하부 케이스의 외형은 부피를 최소화하기 위하여 상기 전지부의 외형과 상응될 수 있도록 대략 직사각형을 유지하고 있다.
상기 상부 및 하부 케이스는 적어도 한 변이 일체로 접하여져 있는 것일 수 있으며, 다른 변들은 상호 개방되어 있을 수 있다.
상기 하부 케이스 또는 상부 케이스 중 어느 한쪽에는 상기 전극조립체가 수용되는 공간부가 형성될 수 있으며, 상기 공간부의 가장자리를 따라서 실링부가 형성된다. 또한 전극조립체를 수용하는 공간부는 상기 하부 케이스와 상부 케이스 모두에 형성될 수도 있다.
상기 실링부는 상기 전극조립체가 공간부 내에 수용된 다음에 열융착에 의하여 실링되는 부분을 말한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 전지
11: 기포
20: 롤러프레스
30: 핫프레스

Claims (6)

  1. (S1) 전지를 롤러프레스에 통과시켜 롤프레싱하는 단계; 및
    (S2) 상기 전지를 핫프레스를 통해 핫프레싱하여 상기 전지 내부에 존재하는 기포를 제거하는 단계를 포함하는 전지 내부에 발생된 기포제거 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (S1) 단계는, 상기 전지 내부에 존재하는 기포를 상기 전지의 측부로 이동시키는 것을 특징으로 하는 전지 내부에 발생된 기포제거 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (S2) 단계는, 20 내지 100 ℃의 온도에서 상기 전지에 0.001 내지 1,200 kgf의 힘을 가하는 것을 특징으로 하는 전지 내부에 발생된 기포제거 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전지는, 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체; 및 상기 전극조립체를 함침시키는 비수 전해액을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 내부에 발생된 기포제거 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전극조립체는, 연속적으로 길게 재단된 분리필름 위에 바이셀(Bi-cell)과 풀셀(Full-cell)이 교차하여 놓은 상태에서 폴딩하여 제조하는 스택&폴딩형 전극조립체, 바이셀만을 상기 분리필름 위에 놓은 상태에서 폴딩하여 제조하는 스택&폴딩형 전극조립체, 풀셀만을 상기 분리필름 위에 놓은 상태에서 폴딩하여 제조하는 스택&폴딩형 전극조립체, 상기 바이셀 또는 풀셀을 분리필름으로 지그재그 방향으로 폴딩하여 제조하는 Z형 스택&폴딩 전극조립체, 상기 바이셀 또는 풀셀을 동일한 방향으로 연속하여 폴딩하여 제조하는 스택&폴딩 전극조립체, 길게 재단된 분리필름 위에 양극 및 음극을 교차하여 놓은 상태에서 폴딩하여 제조하는 전극조립체, 양극판, 세퍼레이터판, 음극판 순으로 배치된 상태에서 일 방향으로 와인딩하여 제조하는 젤리-롤형 전극조립체 및 스택형 전극조립체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전지 내부에 발생된 기포제거 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전지는, 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지 내부에 발생된 기포제거 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023080760A1 (ko) * 2021-11-08 2023-05-11 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지 제조장치 및 이를 이용하는 이차전지 제조방법

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