KR20210030000A - Manufacturing method for pouch type secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이차전지의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 파우치형 이차전지의 전극 안정성을 높일 수 있는 이차전지의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a secondary battery, and more specifically, to a method of manufacturing a secondary battery capable of enhancing electrode stability of a pouch-type secondary battery.
화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격이 상승하고, 환경오염에 대한 관심이 증폭되면서 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 증가하고 있다. 특히, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다.As the price of energy sources rises due to the depletion of fossil fuels and interest in environmental pollution is amplified, the demand for eco-friendly alternative energy sources is increasing. In particular, secondary batteries are also attracting attention as energy sources such as electric vehicles and hybrid electric vehicles, which have been suggested as a solution to air pollution such as existing gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels.
이와 같이 이차전지의 적용 분야와 제품들이 다양화됨에 따라, 전지의 종류 또한 그에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 당해 분야 및 제품들에 적용되는 전지들은 소형화 및 경량화와 함께 고출력화가 요구되고 있다.As the application fields and products of secondary batteries are diversified in this way, the types of batteries are also diversifying to provide appropriate output and capacity. In addition, batteries applied to the related fields and products are required to be miniaturized and lightweight, and to increase output.
이차전지의 출력 특성을 높이는 방안으로, 예를 들어, 높은 에너지 밀도를 갖는 고함량 니켈(High-Ni)계 NCM 양극 활물질의 개발이 주목받고 있다. 그러나, 고함량 니켈(High-Ni)계 NCM 양극 활물질을 적용한 이차전지는 셀 안정성이 좋지 못하며, 특히, 내부 단락에 의한 발열반응에 매우 취약한 특성을 가지고 있다. As a method of improving the output characteristics of a secondary battery, for example, the development of a high-content nickel (High-Ni)-based NCM positive electrode active material having a high energy density is drawing attention. However, a secondary battery to which a high-content nickel (High-Ni)-based NCM positive electrode active material is applied has poor cell stability and, in particular, is very vulnerable to exothermic reaction due to an internal short circuit.
따라서, 이차전지의 출력 특성을 저해하지 않으면서 셀 안정성을 높일 수 있는 기술에 대한 필요성이 증가하고 있다. Accordingly, there is an increasing need for a technology capable of improving cell stability without impairing the output characteristics of a secondary battery.
본 발명은 출력 특성의 저하를 최소화하면서 전지의 안정성을 높일 수 있는 이차전지의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a secondary battery capable of improving battery stability while minimizing deterioration in output characteristics.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은, In order to achieve the above object, the method of manufacturing a secondary battery according to the present invention,
전극 조립체와 전해액이 전지케이스에 수납된 이차전지에 대하여, For the secondary battery in which the electrode assembly and the electrolyte are housed in the battery case,
(a) 이차전지를 활성화 단계 도입 전 예비 충전(pre-charging)하는 단계, 상기 예비 충전하는 단계는, (a-1) 이차전지를 설계 용량의 5~15%(SOC(State Of Charge) 5~15%)로 충전하는 예비 충전 단계; 및(a-2) 이차전지를 평균 온도 15 내지 30℃에서 에이징하는 예비 에이징 단계;를 포함하고; 및 (a) Pre-charging the secondary battery before the introduction of the activation step, and the pre-charging step includes: (a-1) 5 to 15% of the design capacity of the secondary battery (State Of Charge) 5 -15%) preliminary charging step; And (a-2) a preliminary aging step of aging the secondary battery at an average temperature of 15 to 30°C; And
(b) 예비 충전된 이차전지를 활성화(formation)하는 단계; 상기 활성화하는 단계는, (b-1) 이차전지를 설계 용량의 75~95%(SOC 75~95%)로 충전하는 1차 충전 단계; (b-2) 이차전지를 평균 온도 15 내지 70℃에서 에이징하는 1차 에이징 단계; 및 (b-3) 이차전지를 설계 용량의 95%(SOC 95%) 이상으로 충전하는 2차 충전 단계;를 포함한다. (b) activating the pre-charged secondary battery (formation); The activating step may include (b-1) a primary charging step of charging the secondary battery to 75 to 95% (SOC 75 to 95%) of the design capacity; (b-2) a primary aging step of aging the secondary battery at an average temperature of 15 to 70°C; And (b-3) a secondary charging step of charging the secondary battery to 95% (SOC 95%) or more of the design capacity.
하나의 예에서, (a-2) 예비 에이징 단계의 에이징 시간(T1)과 (b-2) 1차 에이징 단계의 에이징 시간(T2)의 비율은 1 : 1.5~3.5(T1:T2)의 범위를 만족한다. 구체적인 예에서, 상기 (a-2) 예비 에이징 단계는 15 내지 30 시간 동안 수행한다. 또한, 상기 (b-2) 1차 에이징 단계는 45 내지 105 시간 동안 수행한다. In one example, the ratio of (a-2) the aging time (T1) of the preliminary aging step and (b-2) the aging time (T2) of the first aging step is in the range of 1: 1.5 to 3.5 (T1: T2) Is satisfied. In a specific example, the (a-2) preliminary aging step is performed for 15 to 30 hours. In addition, the (b-2) first aging step is performed for 45 to 105 hours.
또 다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은, (b) 활성화하는 단계 이전에, 전극 조립체의 음극 표면의 전부 또는 일부에는 SEI(Solid Electrode Interface) 피막이 형성된 구조이다. In yet another example, the method of manufacturing a secondary battery according to the present invention has a structure in which a SEI (Solid Electrode Interface) film is formed on all or part of the negative electrode surface of the electrode assembly before the step of (b) activating.
하나의 예에서, 예비 충전 단계는 이차전지를 0.01 내지 0.1C 범위의 정전류로 충전하고, 1차 충전 단계는 이차전지를 0.15 내지 0.5C 범위의 정전류로 충전하여 수행한다. In one example, the preliminary charging step is performed by charging the secondary battery with a constant current in the range of 0.01 to 0.1C, and the primary charging step is performed by charging the secondary battery with a constant current in the range of 0.15 to 0.5C.
하나의 예에서, 상기 (b-3) 2차 충전 단계는, 이차전지를 설계 용량의 95%(SOC 95%) 이상으로 충전 후, 5%(SOC 5%) 이하로 방전하는 과정으로 수행된다. In one example, the (b-3) secondary charging step is performed by charging the secondary battery to 95% (SOC 95%) or more of the design capacity and then discharging it to 5% (
또 다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은, 상기 (b) 활성화하는 단계는, (b-3) 2차 충전 단계 이후에, 2차 에이징 단계를 더 포함한다.In yet another example, the method of manufacturing a secondary battery according to the present invention further includes the step of (b) activating, after the step (b-3) of the secondary charging, a second aging step.
또한, 상기 (b) 활성화하는 단계 이후에, 이차전지를 설계 용량의 40~60%(SOC 40~60%)로 충전하는 출하 충전하는 단계를 더 포함한다. In addition, after the step of (b) activating, the secondary battery further includes a step of shipping charge of charging the secondary battery to 40 to 60% of the design capacity (
본 발명에 따른 이차전지는, 전극 조립체와 전해액이 전지케이스에 수납된 구조이다. 하나의 예에서, 상기 전극 전극 조립체는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 구조이고, 상기 전해액은 리튬 염을 함유한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 이차전지는 파우치형 이차전지이다. The secondary battery according to the present invention has a structure in which an electrode assembly and an electrolyte are accommodated in a battery case. In one example, the electrode electrode assembly has a structure including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the electrolyte solution contains a lithium salt. Specifically, the secondary battery according to the present invention is a pouch-type secondary battery.
본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은, 이차전지의 출력 특성의 저하를 최소화하면서 전지의 안정성을 높일 수 있다. The method of manufacturing a secondary battery according to the present invention can increase the stability of the battery while minimizing deterioration in output characteristics of the secondary battery.
도 1은 비교예 및 실시예에 따른 이차전지의 방전용량을 비교 측정한 그래프이다.
도 2는 2차 충전 단계의 충전량에 따른 자가방전 감소율과 용량 손실 증가율을 측정한 그래프이다. 1 is a graph comparing and measuring the discharge capacity of secondary batteries according to Comparative Examples and Examples.
2 is a graph measuring a self-discharge reduction rate and a capacity loss increase rate according to the amount of charge in the second charging step.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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. Hereinafter, the present invention will be described in detail. Prior to this, terms or words used in the present specification and claims are not limited to their usual or dictionary meanings and should not be construed, and the inventors appropriate the concept of terms to describe their own invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention on the basis of the principle that it can be defined.
본 발명은 이차전지 제조방법을 제공한다. 상기 이차전지 제조방법은, The present invention provides a method for manufacturing a secondary battery. The secondary battery manufacturing method,
전극 조립체와 전해액이 전지케이스에 수납된 이차전지에 대하여, For the secondary battery in which the electrode assembly and the electrolyte are housed in the battery case,
(a) 이차전지를 활성화 단계 도입 전 예비 충전(pre-charging)하는 단계, 상기 예비 충전하는 단계는, (a-1) 이차전지를 설계 용량의 5~15%(SOC 5~15%)로 충전하는 예비 충전 단계; 및 (a-2) 이차전지를 평균 온도 15 내지 30℃에서 에이징하는 예비 에이징 단계;를 포함하고; 및(a) Pre-charging the secondary battery before the introduction of the activation step, and the pre-charging step includes: (a-1) the secondary battery at 5 to 15% (
(b) 예비 충전된 이차전지를 활성화(formation)하는 단계; 상기 활성화하는 단계는, (b-1) 이차전지를 설계 용량의 75~95%(SOC 75~95%)로 충전하는 1차 충전 단계; (b-2) 이차전지를 평균 온도 15 내지 70℃에서 에이징하는 1차 에이징 단계; 및 (b-3) 이차전지를 설계 용량의 95%(SOC 95%) 이상으로 충전하는 2차 충전 단계;를 포함한다. (b) activating the pre-charged secondary battery (formation); The activating step may include (b-1) a primary charging step of charging the secondary battery to 75 to 95% (SOC 75 to 95%) of the design capacity; (b-2) a primary aging step of aging the secondary battery at an average temperature of 15 to 70°C; And (b-3) a secondary charging step of charging the secondary battery to 95% (SOC 95%) or more of the design capacity.
본 발명에 따른 이차전지 제조방법은, 이차전지를 (b) 활성화하는 단계 이전에, (a) 예비 충전하는 단계를 포함하며, 상기 (a) 예비 충전하는 단계는 (a-2) 이차전지를 설계 용량의 5~15%(SOC 5~15%)로 충전하는 예비 충전 단계를 포함한다. 즉, 본 발명에서는, 상기 (a) 예비 충전 단계에서, 이차전지에 대하여 SOC 15% 이하인 낮은 수준의 충전(a-1)을 거친 후 에이징(a-2)하는 과정을 거치게 된다. 이를 통해, 이차전지를 (a) 활성화하는 단계 이전에 음극 표면에 SEI(Solid Electrode Interface) 피막을 형성한다. 형성된 SEI 피막은, (b) 활성화하는 단계에서 높은 수준으로 충전하더라도 이차전지의 비가역을 일정 수준 줄이는 역할을 한다.The method for manufacturing a secondary battery according to the present invention includes the step of (a) pre-charging before the step of (b) activating the secondary battery, and the step of (a) pre-charging includes (a-2) the secondary battery. It includes a preliminary charging step of charging to 5-15% of the design capacity (SOC 5-15%). That is, in the present invention, in the preliminary charging step (a), the secondary battery undergoes a low-level charging (a-1) of 15% or less SOC, followed by aging (a-2). Through this, before the step of (a) activating the secondary battery, a SEI (Solid Electrode Interface) film is formed on the surface of the negative electrode. The formed SEI film serves to reduce the irreversibility of the secondary battery to a certain level even if it is charged to a high level in the (b) activation step.
본 발명은, (a-1) 예비 충전 단계에서는 이차전지를 설계 용량의 5~15%(SOC 5~15%)로 충전하고, (b-1) 1차 충전 단계에서는 이차전지를 설계 용량의 75~95%(SOC 75~95%)로 충전하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로는, 본 발명은, (a-1) 예비 충전 단계에서는 이차전지를 설계 용량의 8~12%로 충전하고, (b-1) 1차 충전 단계에서는 이차전지를 설계 용량의 75~85%로 충전한다. 예를 들어, 본 발명은, (a-1) 예비 충전 단계에서는 이차전지를 설계 용량의 10%로 충전하고, (b-1) 1차 충전 단계에서는 이차전지를 설계 용량의 80%로 충전한다. In the present invention, (a-1) in the preliminary charging step, the secondary battery is charged to 5 to 15% of the design capacity (
본 발명에서, (a-1) 예비 충전 단계에서 이차전지를 낮은 수준으로 충전하는 것은, 앞서 설명한 바와 같이 음극 표면에 SEI 피막을 형성하기 위한 것이며, 나아가 예를 들어 전해액이 환형 카보네이트 화합물 계열인 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC)를 함유하는 경우에 상기 에틸렌 카보네이트의 충분한 환원을 위한 것이다. In the present invention, (a-1) charging the secondary battery to a low level in the preliminary charging step is to form an SEI film on the surface of the negative electrode as described above, and further, for example, the electrolyte is ethylene, which is a cyclic carbonate compound series. When it contains carbonate (ethylene carbonate, EC), it is for sufficient reduction of the ethylene carbonate.
또한, 본 발명에서, (b-1) 1차 충전 단계에서 이차전지를 높은 수준으로 충전하는 것은, 이차전지의 전압 안정성을 향상시켜 자가방전에 의한 전압강하 수준을 낮추기 위함이다. 일반적으로 이차전지에 대한 활성화 과정 동안 불량 전지셀에 대한 검출 과정을 동시에 수행한다. 불량 전지를 검출하는 방법 중 하나는, 저전압 불량 검출 공정이다. 저전압 불량 전지를 검출하는 공정은, 전지의 전압강하 수준을 낮춤으로써, 효과적인 검출이 가능하다. 구체적으로, 저전압 불량 전지는 활성화 공정중 양품 전지 대비 전압강하가 큰 전지를 의미한다. 따라서, 양품 전지의 전압강하를 낮추는 것은, 불량 전지와의 전압강하 격차를 크게 하고, 이를 통해 불량 전지의 검출이 보다 용이해지는 장점이 있다. In addition, in the present invention, (b-1) charging the secondary battery to a high level in the primary charging step is to improve the voltage stability of the secondary battery to lower the voltage drop level due to self-discharge. In general, during the activation process for the secondary battery, the detection process for defective battery cells is simultaneously performed. One of the methods of detecting a defective battery is a low voltage defect detection process. In the process of detecting a defective low-voltage battery, effective detection is possible by lowering the voltage drop level of the battery. Specifically, the low-voltage defective battery refers to a battery having a large voltage drop compared to a good-quality battery during the activation process. Therefore, lowering the voltage drop of a good battery increases the voltage drop gap with a defective battery, thereby making it easier to detect a defective battery.
그러나, 이차전지의 활성화 과정에서, 전지의 충전 수준을 높이게 되면, 출력 특성이 저하되는 문제가 있다. 이러한 문제로 인해서, 종래에는 이차전지의 활성화 도중 혹은 그 이전에, 이차전지의 충전 수준을 30% 이하, 혹은 70% 이하로 제한하고 있다. 그러나, 본 발명은 이차전지를 활성화하는 단계(b) 이전에 이차전지를 예비 충전하는 단계(b)를 거침으로써, 전지의 출력 특성 저하를 일정 수준 방지하게 된다. However, in the process of activating the secondary battery, when the charging level of the battery is increased, there is a problem that output characteristics are deteriorated. Due to this problem, conventionally, during or before the activation of the secondary battery, the charging level of the secondary battery is limited to 30% or less or 70% or less. However, the present invention prevents a certain level of deterioration in output characteristics of the battery by preliminarily charging the secondary battery (b) before the step (b) of activating the secondary battery.
하나의 예에서, 본 발명은, 상기 (a-2) 예비 에이징 단계의 에이징 시간(T1)과 (b-2) 1차 에이징 단계의 에이징 시간(T2)의 비율이 1 : 1.5~3.5(T1:T2) 범위를 만족한다. 구체적으로, 상기 (a-2) 예비 에이징 단계의 에이징 시간(T1)과 (b-2) 1차 에이징 단계의 에이징 시간(T2)의 비율은 1 : 1.5~2.5, 1 : 1.7~2.5, 1 : 2.1~2.5, 1 : 1.5~1.9 또는 1 : 1.8~2.2 (T1:T2)의 범위를 만족한다. 상기 상기 (a-2) 예비 에이징 단계의 에이징 시간(T1)과 (b-2) 1차 에이징 단계의 에이징 시간(T2)의 비율을 상기 범위로 제어함으로써, 전지의 용량 저하를 방지하면서 각 단계별 에이징에 따른 시간 소요를 최소화할 수 있다. In one example, in the present invention, the ratio of the aging time (T1) in the (a-2) preliminary aging step and the aging time (T2) in the (b-2) primary aging step is 1: 1.5 to 3.5 (T1 :T2) range is satisfied. Specifically, the ratio of the aging time (T1) in the (a-2) preliminary aging step and the aging time (T2) in the (b-2) primary aging step is 1: 1.5 to 2.5, 1: 1.7 to 2.5, 1 : 2.1~2.5, 1: 1.5~1.9 or 1: 1.8~2.2 (T1:T2). By controlling the ratio of the aging time (T1) of the (a-2) preliminary aging step and the aging time (T2) of the (b-2) primary aging step to the above range, each step is prevented from deteriorating the capacity of the battery. It is possible to minimize the time consuming due to aging.
구체적인 예에서, 상기 (a-2) 예비 에이징 단계는 15 내지 30 시간 동안 수행한다. 구체적으로, 상기 (a-2) 예비 에이징 단계는 15 내지 25 시간 또는 20 내지 30 시간 동안 수행한다. 또 다른 구체적인 예에서, 상기 (b-2) 1차 에이징 단계는 45 내지 105 시간 동안 수행한다. 구체적으로, 상기 (b-2) 1차 에이징 단계는 45 내지 70 시간, 30 내지 60 시간, 45 내지 55 시간 동안 수행한다.In a specific example, the (a-2) preliminary aging step is performed for 15 to 30 hours. Specifically, the (a-2) preliminary aging step is performed for 15 to 25 hours or 20 to 30 hours. In another specific example, the (b-2) first aging step is performed for 45 to 105 hours. Specifically, the (b-2) first aging step is performed for 45 to 70 hours, 30 to 60 hours, and 45 to 55 hours.
다른 하나의 예에서, 상기 (b-2) 1차 에이징 단계는 평균 온도 15 내지 70℃에서 수행한다. 구체적으로, 상기 (b-2) 1차 에이징 단계는 평균 온도 15 내지 60℃, 20 내지 60℃, 30 내지 70℃ 또는 40 내지 70℃에서 수행한다. 이때, 에이징 단계의 온도에 따라 시간은 변경될 수 있으며, 비교적 고온에서는 장시간 동안 수행하는 것은 피하도록 한다.In another example, the (b-2) first aging step is performed at an average temperature of 15 to 70°C. Specifically, the (b-2) first aging step is performed at an average temperature of 15 to 60°C, 20 to 60°C, 30 to 70°C, or 40 to 70°C. In this case, the time may be changed according to the temperature of the aging step, and it is to be avoided that the operation is performed for a long time at a relatively high temperature.
또 다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은, (b) 활성화하는 단계 이전에, 전극 조립체의 음극 표면의 전부 또는 일부에는 SEI(Solid Electrode Interface) 피막이 형성된 구조이다. 구체적으로는, 본 발명에서는, (a-1) 예비 충전 단계에서 음극 표면에 SEI 피막이 형성되고, (a-2) 예비 에이징 단계에서 형성된 SEI 피막을 안정시키게 된다. In yet another example, the method of manufacturing a secondary battery according to the present invention has a structure in which a SEI (Solid Electrode Interface) film is formed on all or part of the negative electrode surface of the electrode assembly before the step of (b) activating. Specifically, in the present invention, (a-1) the SEI film is formed on the surface of the negative electrode in the preliminary charging step, and the SEI film formed in the (a-2) preliminary aging step is stabilized.
본 발명에서 각 단계별로 이차전지를 충전하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 하나의 예에서, 예비 충전 단계는 이차전지를 0.01 내지 0.1C 또는 0.05 내지 0.1C 범위의 정전류로 충전을 수행한다. 또한, 1차 충전 단계는 이차전지를 0.15 내지 0.5C 또는 0.15 내지 0.3C 범위의 정전류로 충전을 수행한다. 본 발명에서는 예비 충전 단계에서는 낮은 정전류로 충전을 수행하고, 1차 충전 단계에서는 상대적으로 높은 정전류로 충전함으로써, 전지의 안정성 향상이 가능함을 확인하였다. In the present invention, a method of charging the secondary battery in each step is not particularly limited. In one example, in the preliminary charging step, the secondary battery is charged with a constant current in the range of 0.01 to 0.1C or 0.05 to 0.1C. In addition, in the first charging step, the secondary battery is charged with a constant current in the range of 0.15 to 0.5C or 0.15 to 0.3C. In the present invention, it was confirmed that the stability of the battery can be improved by performing charging with a low constant current in the preliminary charging step and charging with a relatively high constant current in the first charging step.
하나의 예에서, 상기 (b-3) 2차 충전 단계는, 이차전지를 설계 용량의 95%(SOC 95%) 이상으로 충전 후, 5%(SOC 5%) 이하로 방전하는 과정으로 수행된다. 구체적으로, 상기 (b-3) 2차 충전 단계는, 이차전지를 설계 용량의 95 내지 99.9%(SOC 95~99.9%) 충전 후, 0.1~5%(SOC 0.1~5%)로 방전하는 과정으로 수행된다. 상기 (b-3) 2차 충전 단계는 실질적으로 이차전지를 완전 충전하고 완전 방전하는 과정을 의미한다. 본 발명에서, 상기 (b-3) 2차 충전 단계를 통해 이차전지를 충분히 활성화하게 된다. In one example, the (b-3) secondary charging step is performed by charging the secondary battery to 95% (SOC 95%) or more of the design capacity and then discharging it to 5% (
또 다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은, 상기 (b) 활성화하는 단계는, (b-3) 2차 충전 단계 이후에, 2차 에이징 단계를 더 포함한다. 상기 2차 에이징 단계는 활성화 과정을 거친 이차전지를 안정화하는 과정이다. 상기 2차 에이징 단계는 상온 또는 고온에서 수행 가능하며, 예를 들어 3일 내지 7일 동안 수행한다. In yet another example, the method of manufacturing a secondary battery according to the present invention further includes the step of (b) activating, after the step (b-3) of the secondary charging, a second aging step. The secondary aging step is a process of stabilizing a secondary battery that has undergone an activation process. The second aging step can be performed at room temperature or high temperature, for example, it is performed for 3 to 7 days.
또한, 상기 (b) 활성화하는 단계 이후에, 이차전지를 설계 용량의 40~60%(SOC 40~60%)로 충전하는 출하 충전하는 단계를 더 포함한다. 본 발명은 활성화 단계를 거치 이차전지에 대하여 출하 충전을 수행한다. 상기 출하 충전은, 제조된 이차전지를 출고하기에 앞서 적정 수준으로 충전하는 것을 의미하며, 필요에 따라 이차전지를 출하 방전하는 경우도 포함한다. In addition, after the step of (b) activating, the secondary battery further includes a step of shipping charge of charging the secondary battery to 40 to 60% of the design capacity (
본 발명은 이차전지의 제조방법에 관한 것이다. 이러한 이차전지는, 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 함침시키는 전해액; 및 상기 전극 조립체와 상기 비수 전해액을 내장하는 전지 케이스를 포함하는 구조이다. 상기 비수 전해액은 예를 들어, 리튬 염을 포함하는 전해액이다. The present invention relates to a method of manufacturing a secondary battery. The secondary battery includes an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode; An electrolyte solution impregnating the electrode assembly; And a battery case containing the electrode assembly and the non-aqueous electrolyte. The non-aqueous electrolyte is, for example, an electrolyte containing a lithium salt.
상기 양극은, 양극 집전체의 일면 또는 양면에 양극 활물질층이 적층된 구조이다. 하나의 예에서, 양극 활물질층은 양극 활물질, 도전재 및 바인더 고분자 등을 포함되며, 필요에 따라, 당업계에서 통상적으로 사용되는 양극 첨가제를 더 포함할 수 있다.The positive electrode has a structure in which a positive electrode active material layer is stacked on one or both surfaces of a positive electrode current collector. In one example, the positive electrode active material layer includes a positive electrode active material, a conductive material, and a binder polymer, and if necessary, may further include a positive electrode additive commonly used in the art.
상기 양극 활물질은 리튬 함유 산화물일 수 있으며, 동일하거나 상이할 수 있다. 상기 리튬 함유 산화물로는, 리튬 함유 전이금속 산화물이 사용될 수 있다. The positive electrode active material may be a lithium-containing oxide, and may be the same or different. As the lithium-containing oxide, a lithium-containing transition metal oxide may be used.
예를 들어, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은, LixCoO2(0.5<x<1.3), LixNiO2(0.5<x<1.3), LixMnO2(0.5<x<1.3), LixMn2O4(0.5<x<1.3), Lix(NiaCobMnc)O2(0.5<x<1.3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LixNi1 -yCoyO2(0.5<x<1.3, 0<y<1), LixCo1 - yMnyO2(0.5<x<1.3, 0=y<1), LixNi1 - yMnyO2(0.5<x<1.3, O=y<1), Lix(NiaCobMnc)O4(0.5<x<1.3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LixMn2 -zNizO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixMn2 - zCozO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixCoPO4(0.5<x<1.3) 및 LixFePO4(0.5<x<1.3)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있으며, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은 알루미늄(Al) 등의 금속이나 금속산화물로 코팅될 수도 있다. 또한, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물 외에 황화물(sulfide), 셀렌화물(selenide) 및 할로겐화물(halide) 등도 사용될 수 있다.For example, the lithium-containing transition metal oxide is Li x CoO 2 (0.5<x<1.3), Li x NiO 2 (0.5<x<1.3), Li x MnO 2 (0.5<x<1.3), Li x Mn 2 O 4 (0.5<x<1.3), Li x (Ni a Co b Mn c )O 2 (0.5<x<1.3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a + b + c = 1), Li x Ni 1 -y Co y O 2 (0.5 <x <1.3, 0 <y <1), Li x Co 1 - y Mn y O 2 (0.5 <x <1.3, 0 =y<1), Li x Ni 1 - y Mn y O 2 (0.5<x<1.3, O=y<1), Li x (Ni a Co b Mn c )O 4 (0.5<x<1.3, 0 <a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), Li x Mn 2 -z Ni z O 4 (0.5<x<1.3, 0<z<2), the group consisting of z Co z O 4 (0.5 < x <1.3, 0 <z <2), Li x CoPO 4 (0.5 <x <1.3) and Li x FePO 4 (0.5 <x <1.3) - Li x Mn 2 Any one selected from or a mixture of two or more of them may be used, and the lithium-containing transition metal oxide may be coated with a metal such as aluminum (Al) or a metal oxide. In addition, in addition to the lithium-containing transition metal oxide, sulfide, selenide, and halide may be used.
상기 양극 활물질은 양극 활물질층 중에 94.0 내지 98.5 중량% 범위로 포함될 수 있다. 양극 활물질의 함량이 상기 범위를 만족할 때 고용량 전지의 제작, 그리고 충분한 양극의 도전성이나 전극재간 접착력을 부여하는 면에서 유리하다.The positive active material may be included in the range of 94.0 to 98.5 wt% in the positive active material layer. When the content of the positive electrode active material satisfies the above range, it is advantageous in terms of manufacturing a high-capacity battery and providing sufficient positive electrode conductivity or adhesion between electrode materials.
상기 양극에 사용되는 집전체는 전도성이 높은 금속으로, 양극 활물질 슬러리가 용이하게 접착할 수 있는 금속이면서, 전기화학소자의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 구체적으로 양극용 집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.The current collector used for the positive electrode may be a metal having high conductivity, and any metal that can be easily adhered to the positive electrode active material slurry and not reactive in the voltage range of the electrochemical device may be used. Specifically, non-limiting examples of the current collector for the positive electrode include a foil manufactured by aluminum, nickel, or a combination thereof.
양극 활물질층은 도전재를 더 포함한다. 상기 도전재로는 탄소계 도전재가 많이 사용되며, 점형(sphere type) 또는 선형(needle type) 탄소계 도전재를 포함한다. The positive electrode active material layer further includes a conductive material. As the conductive material, a carbon-based conductive material is widely used, and includes a sphere type or a linear carbon-based conductive material.
상기 점형의 탄소계 도전재는 바인더와 혼합된 상태로 활물질 입자간 빈 공간인 기공을 채워줌으로써 활물질간 물리적 접촉을 좋게 하여 계면 저항을 감소시키고, 하부 양극 활물질과 집전체간의 접착력을 향상시킬 수 있다. 상기 점형 탄소계 도전재로는 덴카 블랙을 비롯한 카본 블랙을 들 수 있으며, 예컨대, FX35 (Denka 社), SB50L (Denka 社), Super-P이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, '점형(sphere type)'이란 구형의 입자 형상을 가지며, 평균 직경(D50)이 10 내지 500 nm, 상세하게는 15 내지 100 nm 또는 15 내지 40 nm의 범위를 갖는 것을 의미한다.The point-shaped carbon-based conductive material is mixed with a binder and fills pores, which are empty spaces between active material particles, thereby improving physical contact between active materials, reducing interfacial resistance, and improving adhesion between the lower positive electrode active material and the current collector. The point-type carbon-based conductive material may include carbon black including Denka Black, for example, FX35 (Denka), SB50L (Denka), Super-P, but is not limited thereto. Here, the'sphere type' means having a spherical particle shape and having an average diameter (D50) of 10 to 500 nm, specifically 15 to 100 nm or 15 to 40 nm.
상기 점형 탄소계 도전재에 대응되는 의미로 선형(needle type) 탄소계 도전재가 있다. 상기 선형 탄소계 도전재로는 카본나노튜브(carbon nanotube, CNT), 기상성장 탄소섬유(vapor-grown carbon fiber, VGCF), 탄소 나노섬유(carbon nanofiber, CNF), 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 여기서, '선형(needle type)'이란 니들과 같은 입자 형상, 예컨대 종횡비(aspect ratio, 길이/직경의 값)가 50 내지 650, 상세하게는 60 내지 300 또는 100 내지 300의 범위를 갖는 것을 의미한다.In a sense corresponding to the point-type carbon-based conductive material, there is a needle-type carbon-based conductive material. The linear carbon-based conductive material may be a carbon nanotube (CNT), a vapor-grown carbon fiber (VGCF), a carbon nanofiber (CNF), or a mixture of two or more of them. I can. Here, the term'needle type' means that a particle shape such as a needle, for example, an aspect ratio (a value of length/diameter) of 50 to 650, specifically 60 to 300 or 100 to 300. .
점형 탄소계 도전재는, 선형 도전재에 비해 분산이 유리하다는 장점이 있으며, 선형 탄소계 도전재에 비해 전기 전도도가 떨어져 해당 층의 절연 특성을 높이는 효과가 있다. The point-type carbon-based conductive material has an advantage in that dispersion is advantageous compared to the linear conductive material, and the electrical conductivity is lower than that of the linear carbon-based conductive material, thereby improving the insulating properties of the corresponding layer.
상기 도전재는 양극 활물질층 중에 0.5 내지 5 중량% 범위로 포함될 수 있다. 도전재의 함량이 상기 범위를 만족할 때 충분한 양극의 도전성을 부여하고 전극 집전체와 활물질 간의 계면 저항을 낮추는 효과가 있다.The conductive material may be included in the range of 0.5 to 5% by weight in the positive electrode active material layer. When the content of the conductive material satisfies the above range, there is an effect of providing sufficient conductivity of the positive electrode and lowering the interface resistance between the electrode current collector and the active material.
바인더 고분자는 당업계에서 통상적으로 사용되는 바인더가 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber, SBR), 카르복실 메틸 셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose, CMC) 등의 다양한 종류의 바인더가 사용될 수 있다.As the binder polymer, a binder commonly used in the art may be used without limitation. For example, polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene (Poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), PVDF-co-HFP), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile ), polymethyl methacrylate, styrene-butadiene rubber (SBR), and carboxyl methyl cellulose (CMC).
상기 바인더 고분자 함량은 상부 양극 활물질층 및 하부 양극 활물질층에 포함되는 도전재 함량에 비례한다. 이는 활물질에 비해 입자 크기가 상대적으로 매우 작은 도전재에 접착력을 부여하기 위함으로 도전재 함량이 증가하면 바인더 고분자가 더 필요하게 되고, 도전재 함량이 감소하면 바인더 고분자가 적게 사용될 수 있기 때문이다.The content of the binder polymer is proportional to the content of the conductive material included in the upper positive electrode active material layer and the lower positive electrode active material layer. This is because a binder polymer is needed more when the content of the conductive material is increased, and less binder polymer can be used when the content of the conductive material is decreased.
상기 음극은, 음극 집전체의 일면 또는 양면에 음극 활물질층이 적층된 구조이다. 하나의 예에서, 음극 활물질층은 음극 활물질, 도전재 및 바인더 고분자 등을 포함되며, 필요에 따라, 당업계에서 통상적으로 사용되는 음극 첨가제를 더 포함할 수 있다.The negative electrode has a structure in which a negative active material layer is stacked on one or both surfaces of a negative electrode current collector. In one example, the negative electrode active material layer includes a negative electrode active material, a conductive material, a binder polymer, and the like, and if necessary, may further include a negative electrode additive commonly used in the art.
상기 음극 활물질은 탄소재, 리튬 금속, 규소 또는 주석 등을 포함할 수 있다. 음극 활물질로서 탄소재가 사용되는 경우, 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (mesocarbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum orcoal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.The negative active material may include a carbon material, lithium metal, silicon or tin. When a carbon material is used as the negative electrode active material, both low crystalline carbon and high crystalline carbon may be used. Typical low crystalline carbons include soft carbon and hard carbon, and high crystalline carbons include natural graphite, kish graphite, pyrolytic carbon, and liquid crystal pitch-based carbon fiber. High-temperature calcined carbons such as (mesophase pitch based carbon fiber), mesocarbon microbeads, mesophase pitches, and petroleum orcoal tar pitch derived cokes are typical.
상기 음극에 사용되는 집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다. 또한, 상기 집전체는 상기 물질들로 이루어진 기재들을 적층하여 사용할 수도 있다.Non-limiting examples of the current collector used for the negative electrode include copper, gold, nickel, or a foil manufactured by a copper alloy or a combination thereof. In addition, the current collector may be used by stacking substrates made of the above materials.
또한, 상기 음극은 당해 분야에 통상적으로 사용되는 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다.In addition, the negative electrode may include a conductive material and a binder commonly used in the art.
상기 분리막은 리튬 이차전지에서 사용되는 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하고, 예를 들면 폴리올레핀계 다공성 막(membrane) 또는 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.The separator may be used as long as it is a porous substrate used in a lithium secondary battery, and for example, a polyolefin-based porous membrane or a nonwoven fabric may be used, but is not particularly limited thereto.
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.Examples of the polyolefin-based porous membrane include polyolefin-based polymers such as high-density polyethylene, linear low-density polyethylene, low-density polyethylene, and ultra-high molecular weight polyethylene, polyolefin-based polymers such as polypropylene, polybutylene, and polypentene, respectively, alone or as a mixture of them. There is one membrane.
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), 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene) 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 부직포를 들 수 있다. 부직포의 구조는 장섬유로 구성된 스폰본드 부직포 또는 멜트 블로운 부직포일 수 있다.As the nonwoven fabric, in addition to the polyolefin nonwoven fabric, for example, polyethyleneterephthalate, polybutyleneterephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate ), polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenyleneoxide, polyphenylenesulfide, polyethylenenaphthalene, etc., either alone or Nonwoven fabrics formed of polymers obtained by mixing them are exemplified. The structure of the nonwoven fabric may be a sponbond nonwoven fabric composed of long fibers or a melt blown nonwoven fabric.
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.The thickness of the porous substrate is not particularly limited, but may be 5 to 50 μm, and the pore size and porosity present in the porous substrate are also not particularly limited, but may be 0.01 to 50 μm and 10 to 95%, respectively.
한편, 상기 다공성 기재로 구성된 분리막의 기계적 강도 향상 및 양극과 음극 사이의 단락 억제를 위해, 상기 다공성 기재의 적어도 일면에, 무기물 입자와 바인더 고분자를 포함하는 다공성 코팅층을 더 포함할 수 있다.Meanwhile, in order to improve the mechanical strength of the separator composed of the porous substrate and to suppress a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, a porous coating layer including inorganic particles and a binder polymer may be further included on at least one surface of the porous substrate.
상기 전해액은 유기용매 및 전해질 염을 포함할 수 있으며, 상기 전해질 염은 리튬염이다. 상기 리튬염은 리튬 이차전지용 비수 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상을 포함할 수 있다.The electrolyte solution may include an organic solvent and an electrolyte salt, and the electrolyte salt is a lithium salt. As the lithium salt, those commonly used in a non-aqueous electrolyte for a lithium secondary battery may be used without limitation. For example is the above lithium salt anion F -, Cl -, Br - , I -, NO 3 -, N (CN) 2 -, BF 4 -, ClO 4 -, PF 6 -, (CF 3) 2 PF 4 -, (CF 3) 3 PF 3 -, (CF 3) 4 PF 2 -, (CF 3) 5 PF -, (CF 3) 6 P -, CF 3 SO 3 -, CF 3
전술한 전해액에 포함되는 유기용매로는 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들을 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 에테르, 에스테르, 아미드, 선형 카보네이트, 환형 카보네이트 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 그 중에서 대표적으로는 환형 카보네이트, 선형 카보네이트, 또는 이들의 혼합물인 카보네이트 화합물을 포함할 수 있다.As the organic solvents included in the above-described electrolyte, those commonly used in the electrolyte for secondary batteries can be used without limitation. For example, ether, ester, amide, linear carbonate, cyclic carbonate, etc. can be used alone or in combination of two or more. Can be used. Among them, representatively, a cyclic carbonate, a linear carbonate, or a carbonate compound that is a mixture thereof may be included.
상기 환형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트 및 이들의 할로겐화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 있다. 이들의 할로겐화물로는 예를 들면, 플루오로에틸렌 카보네이트(fluoroethylene carbonate, FEC) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.Specific examples of the cyclic carbonate compound include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, Any one selected from the group consisting of 2,3-pentylene carbonate, vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, and halides thereof, or a mixture of two or more thereof. Examples of these halides include, but are not limited to, fluoroethylene carbonate (FEC).
또한 상기 선형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 대표적으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, specific examples of the linear carbonate compound include any one selected from the group consisting of dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, ethylmethyl carbonate (EMC), methylpropyl carbonate, and ethylpropyl carbonate, or these A mixture of two or more of them may be representatively used, but is not limited thereto.
특히, 상기 카보네이트계 유기용매 중 환형 카보네이트인 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트는 고점도의 유기용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 보다 더 잘 해리시킬 수 있으며, 이러한 환형 카보네이트에 디메틸 카보네이트 및 디에틸 카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 보다 높은 전기 전도율을 갖는 전해액을 만들 수 있다.In particular, among the carbonate-based organic solvents, ethylene carbonate and propylene carbonate, which are cyclic carbonates, are organic solvents of high viscosity and have a high dielectric constant, so that lithium salts in the electrolyte can be more easily dissociated, such as dimethyl carbonate and diethyl carbonate. If a low viscosity, low dielectric constant linear carbonate is mixed in an appropriate ratio and used, an electrolyte solution having a higher electrical conductivity can be prepared.
또한, 상기 유기용매 중 에테르로는 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸 에테르, 메틸프로필 에테르 및 에틸프로필 에테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, as the ether of the organic solvent, any one selected from the group consisting of dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, methylethyl ether, methylpropyl ether, and ethylpropyl ether, or a mixture of two or more thereof may be used. , But is not limited thereto.
그리고 상기 유기용매 중 에스테르로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오 네이트, 에틸 프로피오네이트, 프로필 프로피오네이트, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, α-발레로락톤 및 β-카프로락톤으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.And esters of the organic solvent include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, α -Any one selected from the group consisting of valerolactone and β-caprolactone, or a mixture of two or more of them may be used, but the present invention is not limited thereto.
상기 비수 전해액의 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전기화학소자의 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 전기화학소자 조립 전 또는 전기화학소자 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.The injection of the non-aqueous electrolyte may be performed at an appropriate step in the manufacturing process of the electrochemical device, depending on the manufacturing process and required physical properties of the final product. That is, it can be applied before assembling the electrochemical device or at the final stage of assembling the electrochemical device.
이때, 상기 이차전지는 리튬 금속 이차전지, 리튬 이온 이차전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차전지 등을 포함하는 리튬 이차전지를 포함한다. 상기 이차전지는 형태에 따라 원통형, 각형 또는 파우치형 이차전지를 포함한다. 하나의 실시예에서, 본 발명의 제조방법이 적용되는 이차전지는 파우치형 이차전지이다. 파우치형 이차전지는 알루미늄 라미네이트 시트로 형성된 파우치 형태의 전지케이스에 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 내장한 구조이다. 조립된 이차전지는 전지의 제조과정에서 셀 활성화 과정을 거치게 된다. 상기 셀 활성화 과정은 전해액이 함침되어 있는 전극조립체에 소정의 전압까지 전류를 인가하는 과정으로 진행된다. In this case, the secondary battery includes a lithium secondary battery including a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, or a lithium ion polymer secondary battery. The secondary battery includes a cylindrical, rectangular, or pouch-type secondary battery depending on the shape. In one embodiment, the secondary battery to which the manufacturing method of the present invention is applied is a pouch-type secondary battery. The pouch-type secondary battery has a structure in which a stack-type or stack/folding-type electrode assembly is embedded in a pouch-shaped battery case formed of an aluminum laminate sheet. The assembled secondary battery undergoes a cell activation process during the manufacturing process of the battery. The cell activation process is a process of applying a current to a predetermined voltage to an electrode assembly impregnated with an electrolyte.
이하, 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시예에 기재된 구성은 본 발명의 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.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples and the like. However, since the configurations described in the embodiments described in the present specification are only one embodiment of the present invention and do not represent all the technical spirit of the present invention, various equivalents and modifications that can replace them at the time of the present application It should be understood that there may be.
제조예Manufacturing example
양극 활물질로 NCM(LiNi0 . 8Co0 . 1Mn0 . 1O2) 100 중량부, 도전재로 카본 블랙(FX35, Denka) 1.5 중량부 및 바인더 고분자로 폴리비닐리덴 플루오라이드(KF9700, Kureha) 2.3 중량부를 용제인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하여 양극 활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 활물질 슬러리를 640 mg/25cm2의 로딩양으로 알루미늄 호일 양면에 코팅한 뒤 진공 건조하여, 양극을 수득하였다.As a cathode active material NCM (LiNi 0. 8 Co 0 . 1
음극은 음극 활물질로서 인조흑연(GT, Zichen(China)) 100 중량부, 도전재로서 카본블랙(Super-P) 1.1 중량부, 스티렌-부타디엔 고무 2.2 중량부, 카복시 메틸 셀룰로오즈 0.7 중량부를 용제인 물에 첨가하여 음극 활물질 슬러리를 제조한 후, 구리 호일 상에 1회 코팅, 건조 및 압착하여 제조하였다.The negative electrode is 100 parts by weight of artificial graphite (GT, Zichen (China)) as an anode active material, 1.1 parts by weight of carbon black (Super-P) as a conductive material, 2.2 parts by weight of styrene-butadiene rubber, 0.7 parts by weight of carboxy methyl cellulose, water as a solvent After adding to to prepare a negative active material slurry, it was prepared by coating, drying, and pressing once on a copper foil.
한편, 폴리프로필렌을 건식 방법을 사용하여 일축 연신하여, 융점이 165℃이고, 일측의 너비가 200 mm인 미세 다공성 구조의 분리막을 제조한 후, 이를 양극과 음극 사이에 개재하여 전극조립체를 제조하고, 상기 전극조립체를 파우치형 전지케이스에 내장한 후, 1M LiPF6 카보네이트계 용액 전해액을 주입하여 전지를 완성하였다.Meanwhile, polypropylene was uniaxially stretched using a dry method to prepare a separator having a microporous structure with a melting point of 165° C. and a width of 200 mm on one side, and then interposed between the anode and the cathode to prepare an electrode assembly. , After the electrode assembly was embedded in a pouch-type battery case, a 1M LiPF 6 carbonate-based solution electrolyte was injected to complete a battery.
실시예Example 1 One
제조예에 따라 조립된 파우치형 이차전지에 대해서, SOC 10%로 예비 충전한 후 1일 동안 상온에서 예비 에이징하였다. 상기 이차전지를 SOC 75% 충전한 후 2일 동안 50℃에서 에이징하였다. 그런 다음, 상기 이차전지를 완전 충전 및 완전 방전한 후 5일 동안 상온에서 에이징하였다. 에이징이 완료된 이차전지를 SOC 50% 충전하여 이차전지를 제조하였다(SOC 75%). The pouch-type secondary battery assembled according to the manufacturing example was pre-charged with 10% SOC and then pre-aged at room temperature for 1 day. The secondary battery was charged with 75% SOC and then aged at 50° C. for 2 days. Then, the secondary battery was fully charged and completely discharged, and then aged at room temperature for 5 days. The aging secondary battery was charged with 50% SOC to prepare a secondary battery (SOC 75%).
실시예Example 2 2
제조예에 따라 제조된 파우치형 이차전지에 대해서, SOC 10% 충전한 후 1일 동안 상온에서 에이징하였다. 상기 이차전지를 SOC 85% 충전한 후 2일 동안 50℃에서 에이징하였다. 그런 다음, 상기 이차전지를 완전 충전 및 완전 방전한 후 5일 동안 상온에서 에이징하였다. 에이징이 완료된 이차전지를 SOC 50% 충전하였다(SOC 85%). The pouch-type secondary battery manufactured according to the manufacturing example was charged with 10% SOC and then aged at room temperature for 1 day. The secondary battery was charged with 85% SOC and then aged at 50° C. for 2 days. Then, the secondary battery was fully charged and completely discharged, and then aged at room temperature for 5 days. The aging secondary battery was charged with 50% SOC (85% SOC).
비교예Comparative example 1 One
제조예에 따라 제조된 파우치형 이차전지에 대해서, SOC 17% 충전한 후 2일 동안 50℃에서 에이징하였다. 그런 다음, 상기 이차전지를 완전 충전 및 완전 방전한 후 5일 동안 상온에서 에이징하였다. 에이징이 완료된 이차전지를 SOC 50% 충전하였다(SOC 17%). For the pouch-type secondary battery manufactured according to the manufacturing example, after SOC 17% was charged, it was aged at 50° C. for 2 days. Then, the secondary battery was fully charged and completely discharged, and then aged at room temperature for 5 days. The aging secondary battery was charged with 50% SOC (17% SOC).
비교예Comparative example 2 2
제조예에 따라 제조된 파우치형 이차전지에 대해서, SOC 60% 충전한 후 2일 동안 50℃에서 에이징하였다. 그런 다음, 상기 이차전지를 완전 충전 및 완전 방전한 후 5일 동안 상온에서 에이징하였다. 에이징이 완료된 이차전지를 SOC 50% 충전하였다(SOC 60%). For the pouch-type secondary battery prepared according to Preparation Example, after charging with
실험예Experimental example 1 One
비교예 1, 2 및 실시예 1에 따라 제조된 파우치형 이차전지에 대해서, 방전용량을 측정하였다. 방전용량 측정은 기존의 공지된 방법으로 수행하였다. 측정 결과는 하기 표 1 및 도 1과 같다. For the pouch-type secondary batteries prepared according to Comparative Examples 1 and 2 and Example 1, the discharge capacity was measured. The measurement of the discharge capacity was performed by a known method. The measurement results are shown in Table 1 and FIG. 1 below.
표 1 및 도 1의 결과를 참조하면, 활성화 단계의 1차 충전에서 SOC 17%인 비교예 1의 방전용량은 3,375 mAh 수준이나, 활성화 단계의 1차 충전에서 SOC 60%인 비교예 2의 방전용량은 3,345 mAh 수준이다. 이로부터 활성화 단계에서 이차전지의 1차 충전 수준을 높이게 되면 이차전지의 방전용량이 약 9% 저하됨을 알 수 있다. 이에 대해, 실시예 1은 활성화 단계의 1차 충전에서 SOC 75% 충전하였음에도 불구하고, 이차전지의 방전용량이 3,352 mAh 수준이다. 이는 비교예 2와 대비하여 이차전지의 방전용량이 증가한 것이다. 이를 통해, 본 발명과 같이 활성화 단계 전에 낮은 수준의 충전(예비 충전)을 수행하게 되며, 이차전지의 활성화 단계에서 충전 수준을 높이더라도 방전용량의 감소를 최소화할 수 있음을 알 수 있다. Referring to the results of Table 1 and FIG. 1, the discharge capacity of Comparative Example 1, which is 17% SOC in the primary charge of the activation step, is at the level of 3,375 mAh, but the discharge of Comparative Example 2, which is 60% SOC in the primary charge of the activation step. It has a capacity of 3,345 mAh. From this, it can be seen that when the primary charge level of the secondary battery is increased in the activation step, the discharge capacity of the secondary battery is reduced by about 9%. In contrast, in Example 1, the secondary battery had a discharge capacity of 3,352 mAh, even though the SOC was charged by 75% in the primary charge of the activation step. This is the increase in the discharge capacity of the secondary battery compared to Comparative Example 2. Through this, it can be seen that a low level of charging (preliminary charging) is performed before the activation step, as in the present invention, and even if the charging level is increased in the activation step of the secondary battery, a decrease in discharge capacity can be minimized.
실험예Experimental example 2 2
제조예에서 제조된 이차전지들을 각 10개씩 2개의 시험군(시험군 1 및 2)으로 나누었다. 각 시험군들의 전지는 활성화 단계의 1차 충전 수준을 달리하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조한 것이다. 다만, 시험군 1의 전지들은 SOC 8%로 예비 충전하였고, 시험군 2는 SOC 12%로 예비 충전하였다. The secondary batteries prepared in Preparation Example were divided into two test groups (
각 시험군의 파우치형 이차전지에 대해서, 활성화 단계에서의 충전 수준을 달리하였고, 충전후 2일 동안 50℃에서 에이징하였다. 그런 다음, 각 이차전지들을 완전 충전 및 완전 방전한 후 5일 동안 상온에서 에이징하였다. 에이징이 완료된 이차전지를 SOC 50% 충전하였다. For the pouch-type secondary batteries of each test group, the charging level in the activation step was changed, and aged at 50° C. for 2 days after charging. Then, each secondary battery was fully charged and completely discharged, and then aged at room temperature for 5 days. The aging secondary battery was charged with 50% SOC.
각 시험군에 대하여 자가방전 감소율(Self Discharge Decreasing, %)과 용량 손실 증가율(Capacity Loss Increasing, %)을 비교 측정하였다. 비교 측정은, 대조군인 활성화 단계에서의 충전 수준이 30%인 이차전지(SOC 30%)와의 상대값을 산출한 것이다. 산출 결과는 도 2에 도시하였다.Self Discharge Decreasing (%) and Capacity Loss Increasing (%) were compared and measured for each test group. The comparative measurement is to calculate a relative value with a secondary battery (
도 2를 참조하면, 시험군 1 및 2는 활성화 단계의 1차 충전율(1st Charge SOC, %)이 증가함에 따라 자가방전 감소율이 감소하되, 1차 충전율(1st Charge SOC, %) 70~80%인 구간에서 급격히 감소한다. 동시에 해당 구간에서 용량 손실 증가율은 크지 않다. 구체적으로 해당 구간에서, 시험군 1의 용량 손실 증가율은 약 0.5%이고, 시험군 2의 용량 손실 증가율은 약 0.2%이다. Referring to FIG. 2, in
구간별로 비교하면, 시험군 1의 경우, 1차 충전율이 70~80%인 구간에서 자가방전 감소율은 약 20% 감소하나, 1차 충전율이 60~70%인 구간에서는 자가방전 감소율이 약 15% 감소한다. 또한, 시험군 2의 경우, 1차 충전율이 70~80%인 구간에서 자가방전 감소율은 약 20% 감소하나, 1차 충전율이 60~70%인 구간에서는 자가방전 감소율이 약 5% 감소하는데 그친다. In comparison by section, in the case of
이를 통해, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은, 예비 충전시 15% 이하의 낮은 수준으로 충전하고 동시에 활성화 단계에서의 1차 충전을 75% 이상 수준으로 제어함으로써, 전지의 안정성은 극대화하고 용량 감소는 최소화 하였다.Through this, the method of manufacturing a secondary battery according to the present invention, by charging to a low level of 15% or less during preliminary charging and simultaneously controlling the primary charge in the activation step to a level of 75% or more, maximizes the stability of the battery and maximizes the capacity. The reduction was minimal.
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 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (12)
(a) 이차전지를 활성화 단계 도입 전 예비 충전(pre-charging)하는 단계,
상기 예비 충전하는 단계는,
(a-1) 이차전지를 설계 용량의 5~15%(SOC 5~15%)로 충전하는 예비 충전 단계; 및
(a-2) 이차전지를 평균 온도 15 내지 30℃에서 에이징하는 예비 에이징 단계;를 포함하고; 및
(b) 예비 충전된 이차전지를 활성화(formation)하는 단계;
상기 활성화하는 단계는,
(b-1) 이차전지를 설계 용량의 75~95%(SOC 75~95%)로 충전하는 1차 충전 단계;
(b-2) 이차전지를 평균 온도 15 내지 70℃에서 에이징하는 1차 에이징 단계; 및
(b-3) 이차전지를 설계 용량의 95%(SOC 95%) 이상으로 충전하는 2차 충전 단계;
를 포함하는 이차전지의 제조방법.With respect to the secondary battery in which the electrode assembly and the electrolyte are housed in the battery case,
(a) pre-charging the secondary battery before introducing the activation step,
The preliminary charging step,
(a-1) a preliminary charging step of charging the secondary battery to 5 to 15% of the design capacity (SOC 5 to 15%); And
(a-2) a preliminary aging step of aging the secondary battery at an average temperature of 15 to 30°C; including; And
(b) activating the pre-charged secondary battery (formation);
The activating step,
(b-1) a primary charging step of charging the secondary battery to 75-95% (SOC 75-95%) of the design capacity;
(b-2) a primary aging step of aging the secondary battery at an average temperature of 15 to 70°C; And
(b-3) a secondary charging step of charging the secondary battery to 95% (SOC 95%) or more of the design capacity;
Method of manufacturing a secondary battery comprising a.
(a-2) 예비 에이징 단계의 에이징 시간(T1)과 (b-2) 1차 에이징 단계의 에이징 시간(T2)의 비율은 1 : 1.5~3.5(T1:T2)의 범위를 만족하는 이차전지의 제조방법.The method of claim 1,
(a-2) The ratio of the aging time (T1) in the preliminary aging step to the aging time (T2) in the (b-2) primary aging step is 1: 1.5~3.5 (T1:T2) Method of manufacturing.
(a-2) 예비 에이징 단계는 15 내지 30 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.The method of claim 1,
(a-2) The method of manufacturing a secondary battery, characterized in that the preliminary aging step is performed for 15 to 30 hours.
(b-2) 1차 에이징 단계는 45 내지 105 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.The method of claim 1,
(b-2) The method of manufacturing a secondary battery, characterized in that the first aging step is performed for 45 to 105 hours.
(b) 활성화하는 단계 이전에,
전극 조립체의 음극 표면의 전부 또는 일부에는 SEI(Solid Electrode Interface) 피막이 형성된 구조인 이차전지의 제조방법.The method of claim 1,
(b) prior to the step of activating,
A method of manufacturing a secondary battery having a structure in which a SEI (Solid Electrode Interface) film is formed on all or part of the surface of the negative electrode of the electrode assembly.
예비 충전 단계는 이차전지를 0.01 내지 0.1C 범위의 정전류로 충전하고,
1차 충전 단계는 이차전지를 0.15 내지 0.5C 범위의 정전류로 충전하여 수행하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.The method of claim 1,
In the preliminary charging step, the secondary battery is charged with a constant current in the range of 0.01 to 0.1C,
The primary charging step is a method of manufacturing a secondary battery, characterized in that the secondary battery is charged with a constant current in the range of 0.15 to 0.5C.
(b-3) 2차 충전 단계는,
이차전지를 설계 용량의 95%(SOC 95%) 이상으로 충전 후, 5%(SOC 5%) 이하로 방전하는 과정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.The method of claim 1,
(b-3) The secondary charging step,
A method of manufacturing a secondary battery, characterized in that the secondary battery is charged to 95% (SOC 95%) or more of the design capacity and then discharged to 5% (SOC 5%) or less.
(b) 활성화하는 단계는,
(b-3) 2차 충전 단계 이후에, 2차 에이징 단계를 더 포함하는 이차전지의 제조방법.The method of claim 7,
(b) the step of activating,
(b-3) After the secondary charging step, a method of manufacturing a secondary battery further comprising a secondary aging step.
(b) 활성화하는 단계 이후에,
이차전지를 설계 용량의 40~60%(SOC 40~60%)로 충전하는 출하 충전하는 단계를 더 포함하는 이차전지의 제조방법.The method of claim 8,
(b) after the step of activating,
A method of manufacturing a secondary battery further comprising the step of charging the secondary battery at 40-60% (SOC 40-60%) of the design capacity.
전극 조립체는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 구조이고,
전해액은 리튬 염을 함유하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.The method of claim 1,
The electrode assembly has a structure including an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode,
The method of manufacturing a secondary battery, characterized in that the electrolyte contains a lithium salt.
상기 이차전지는 파우치형 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.The method of claim 1,
The method of manufacturing a secondary battery, characterized in that the secondary battery is a pouch-type secondary battery.
상기 전극 조립체는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 구조이고,
상기 전해액은 리튬 염을 함유하며, 상기 이차전지는 파우치형 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
In the secondary battery manufactured by the manufacturing method according to claim 1, wherein the electrode assembly and the electrolyte are accommodated in a battery case,
The electrode assembly has a structure including an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode,
The electrolyte solution contains a lithium salt, and the secondary battery is a pouch-type secondary battery.
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KR1020190111380A KR20210030000A (en) | 2019-09-09 | 2019-09-09 | Manufacturing method for pouch type secondary battery |
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