KR20210128733A - Method for Manufacturing Battery Cell and Device for the same - Google Patents

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김재람
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에스케이이노베이션 주식회사
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Abstract

The present invention relates to an apparatus for manufacturing a battery cell. The apparatus comprises: a chamber in which a battery cells is charged and which is capable of accommodating the battery cell in a vacuum atmosphere, wherein in the battery cell, an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator is introduced into a battery case together with an electrolyte; a pressurizing unit disposed in the chamber and configured to apply a pressure to at least one surface of the battery cell; a heating unit disposed in the chamber and configured to heat the battery cell; a charging unit disposed in the chamber and disposed on a side surface of an electrode of the battery cell to charge the battery cell; and a sealing unit disposed in the chamber and configured to seal the battery cell. According to the present invention, the apparatus can perform charging and degassing at the same time, and thus can reduce the time and costs consumed in a formation process. In addition, charging proceeds in a state in which the battery cell is pressurized, so that the charging uniformity is excellent, and the possibility of generating an uncharged area by a gas trap is small. In addition, since charging is performed in a pressurized state, electrode swelling is suppressed during charging, thereby reducing the thickness of a battery and increasing the energy density per volume.

Description

전지셀 제조방법 및 제조장치 {Method for Manufacturing Battery Cell and Device for the same}Battery cell manufacturing method and manufacturing apparatus {Method for Manufacturing Battery Cell and Device for the same}

본 발명은 전지셀 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 충전과 탈기(degassing)를 동시에 진행할 수 있는 전지셀 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a battery cell, and more particularly, to a method and apparatus for manufacturing a battery cell capable of simultaneously performing charging and degassing.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for batteries as an energy source is rapidly increasing, and accordingly, a lot of research on batteries capable of meeting various needs is being conducted.

대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.Typically, in terms of battery shape, there is a high demand for prismatic secondary batteries and pouch-type secondary batteries that can be applied to products such as mobile phones with thin thickness, and in terms of materials, they have advantages such as high energy density, discharge voltage, and output stability. Demand for lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries is high.

또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택-폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.In addition, secondary batteries are classified according to the structure of the electrode assembly of the positive electrode/separator/negative electrode structure. Typically, a jelly having a structure in which a long sheet-shaped positive electrode and negative electrode are wound with a separator interposed therebetween. -Roll (winding type) electrode assembly, stacked (stacked type) electrode assembly in which a plurality of positive and negative electrodes cut in units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween, positive and negative electrodes of a predetermined unit are interposed with a separator A stack-folding type electrode assembly having a structure in which bi-cells or full cells stacked in one state are wound.

최근에는, 스택형 또는 스택-폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.Recently, a pouch-type battery having a structure in which a stack-type or stack-folding electrode assembly is embedded in a pouch-type battery case of an aluminum laminate sheet is attracting a lot of attention due to low manufacturing cost, small weight, easy shape deformation, etc. Also, its usage is gradually increasing.

이러한 파우치형 전지를 포함한 대부분의 이차전지들은 전지셀의 제조 과정에서 충방전에 의해 전지를 활성화시키는 과정을 거치는데, 최종 전지셀의 제조를 위해서는 상기 활성화 과정에서 발생하는 가스를 제거하여야 하며, 이를 탈기 또는 디개싱(degasing) 공정이라고 한다. 보다 상세하게 통상적인 화성공정은 전지케이스에 전극조립체와 전해액이 함께 수납된 구조의 전지셀을 준비하는 공정, 상기 전지셀에 대한 1차 숙성(aging) 공정, 상기 전지셀을 충방전하는 활성화 공정, 상기 숙성 공정 및 충방전 공정에서 발생한 가스를 제거하기 위한 탈기 공정 및 상기 전지셀에 대한 2차 숙성(aging) 공정을 거쳐 전지셀을 제조한다.Most secondary batteries including these pouch-type batteries undergo a process of activating the battery by charging and discharging during the manufacturing process of the battery cell. This is called a degassing or degasing process. In more detail, the typical chemical formation process is a process of preparing a battery cell having a structure in which an electrode assembly and an electrolyte are accommodated together in a battery case, a primary aging process for the battery cell, and an activation process for charging and discharging the battery cell , a degassing process for removing gas generated in the aging process and the charging/discharging process, and a secondary aging process for the battery cell to manufacture a battery cell.

그러나, 상기 종래의 전지셀 제조방법은 탈기 공정 전후로 계면 안정화 등을 목적으로 상온에서 일정 시간 방치하는 숙성 공정이 필요하며, 전체적인 화성공정에 소모되는 시간 및 비용이 낭비되는 문제점이 있다. However, the conventional method for manufacturing a battery cell requires an aging process in which it is left at room temperature for a certain period of time for the purpose of interfacial stabilization before and after the degassing process, and there is a problem in that time and money consumed in the overall chemical conversion process is wasted.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 충전과 탈기를 동시에 진행할 수 있고, 화성공정에 소모되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 전지셀 제조방법 및 제조장치를 제공하고자 한다. The present invention has been devised in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a battery cell manufacturing method and manufacturing apparatus capable of simultaneously performing charging and degassing, and reducing the time and cost consumed in the chemical conversion process.

본 발명의 일 측면에 따르면, 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스 내에 도입된 전지셀이 장입되며, 상기 전지셀을 진공 분위기에서 수용 가능한 챔버; 상기 챔버 내에 배치되며, 상기 전지셀의 적어도 일면에 압력을 인가하는 가압유닛; 상기 챔버 내에 배치되며, 상기 전지셀을 가열하는 가열유닛; 상기 챔버 내에 배치되며, 상기 전지셀의 전극의 측면에 배치되어, 상기 전지셀을 충전하는 충전유닛; 및 상기 챔버 내에 배치되며, 상기 전지셀을 밀봉하는 실링 유닛을 포함하는 전지셀 제조장치가 제공된다. According to one aspect of the present invention, an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode and a separator is charged with a battery cell introduced into a battery case together with an electrolyte, the chamber accommodating the battery cell in a vacuum atmosphere; a pressurizing unit disposed in the chamber and applying pressure to at least one surface of the battery cell; a heating unit disposed in the chamber and heating the battery cell; a charging unit disposed in the chamber and disposed on a side surface of an electrode of the battery cell to charge the battery cell; and a sealing unit disposed in the chamber and sealing the battery cell.

상기 가압 유닛의 재질은 알루미늄을 포함할 수 있다.The material of the pressing unit may include aluminum.

상기 가열 유닛의 재질이 우레탄 또는 실리콘 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.A material of the heating unit may include at least one of urethane and silicone.

상기 충전 유닛은 이동가능하도록 구비될 수 있다.The charging unit may be provided to be movable.

상기 충전 유닛은 전극에 탈착가능하도록 구비될 수 있다.The charging unit may be provided to be detachably attached to the electrode.

상기 전지케이스는 전지셀이 수납되는 수용부와 상기 수용부로부터 일정거리 이격된 가스포켓을 포함할 수 있다.The battery case may include a accommodating part in which the battery cells are accommodated and a gas pocket spaced apart from the accommodating part by a predetermined distance.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스 내에 도입된 구조의 전지셀을 준비하는 단계; 상기 전지셀을 챔버로 장입하는 단계; 상기 전지셀을 가압 및 가열하는 단계; 상기 전지셀을 진공분위기에서 충전하는 단계; 및 상기 전지셀을 밀봉하는 단계를 포함하는 전지셀의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, the method comprising: preparing a battery cell having a structure in which an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode and a separator is introduced into a battery case together with an electrolyte; loading the battery cell into a chamber; pressing and heating the battery cell; charging the battery cell in a vacuum atmosphere; And there is provided a method of manufacturing a battery cell comprising the step of sealing the battery cell.

상기 가압이 0.1 kgf/cm2 내지 30 kgf/cm2의 압력으로 수행될 수 있다. The pressurization may be performed at a pressure of 0.1 kgf/cm 2 to 30 kgf/cm 2 .

상기 가열이 25 내지 80℃의 온도에서 수행될 수 있다. The heating may be performed at a temperature of 25 to 80 °C.

상기 전지케이스는 전지셀이 수납되는 수용부와 상기 수용부로부터 일정거리 이격된 가스포켓을 포함하고, 상기 충전은 가스포켓이 개방된 상태에서 수행될 수 있다. The battery case includes a accommodating part in which the battery cells are accommodated and a gas pocket spaced apart from the accommodating part by a predetermined distance, and the charging may be performed in an open state of the gas pocket.

상기 전지셀을 가압 및 가열하는 단계; 및 전지셀을 진공분위기에서 충전하는 단계가 동시에 수행될 수 있다. pressing and heating the battery cell; And the step of charging the battery cell in a vacuum atmosphere may be performed at the same time.

본 발명에 따르면, 충전과 탈기를 동시에 진행할 수 있고, 이에 따라, 화성공정에 소모되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, charging and degassing can be performed at the same time, and accordingly, there is an effect that can reduce the time and cost consumed in the chemical conversion process.

또한, 전지셀이 가열 및 가압되는 상태에서 충전이 진행되어, 충전 균일도가 우수하며, 가스 트랩(Gas Trap)에 의한 미충전 영역 발생 가능성이 적은 장점이 있다.In addition, charging proceeds in a state in which the battery cell is heated and pressurized, so that the charging uniformity is excellent, and the possibility of generating an uncharged area due to a gas trap is small.

또한, 가열 및 가압된 상태에서 충전을 진행하기 때문에 충전 시 전극 스웰링을 억제하여 전지 두께가 감소하고, 부피당 에너지 밀도가 증가하는 효과가 있다.In addition, since charging is performed in a heated and pressurized state, electrode swelling is suppressed during charging, thereby reducing the thickness of the battery and increasing the energy density per volume.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 제조장치를 개략적으로 나타낸 것이다.1 schematically shows an apparatus for manufacturing a battery cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 다양한 실시예를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to various examples. However, the embodiment of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.

본 발명은 전지셀 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 충전과 탈기를 동시에 진행할 수 있는 전지셀 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a battery cell, and more particularly, to a method and apparatus for manufacturing a battery cell capable of simultaneously performing charging and degassing.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스 내에 도입된 전지셀(10)이 장입되며, 상기 전지셀을 진공 분위기에서 수용 가능한 챔버(100); 상기 챔버(100) 내에 배치되며, 상기 전지셀의 적어도 일면에 압력을 인가하는 가압유닛(20); 상기 챔버(100) 내에 배치되며, 상기 전지셀(10)을 가열하는 가열유닛(30); 상기 챔버(100) 내에 배치되며, 상기 전지셀(10)의 전극의 측면에 배치되어, 상기 전지셀(10)을 충전하는 충전유닛(40); 및 상기 챔버(100) 내에 배치되며, 상기 전지셀(10)을 밀봉하는 실링 유닛을 포함하는 전지셀 제조장치가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, the battery cell 10 in which the electrode assembly including the positive electrode, the negative electrode and the separator is introduced into the battery case together with the electrolyte is charged, and the battery cell can be accommodated in a vacuum atmosphere chamber 100 ; a pressurizing unit 20 disposed in the chamber 100 and applying pressure to at least one surface of the battery cell; a heating unit 30 disposed in the chamber 100 and configured to heat the battery cell 10; a charging unit 40 disposed in the chamber 100 and disposed on a side surface of an electrode of the battery cell 10 to charge the battery cell 10; and a sealing unit disposed in the chamber 100 and sealing the battery cell 10 is provided.

한편, 본 발명에서는 적어도 하나의 전지셀(10)을 수용할 수 있는 수용공간을 형성하며, 진공을 유지할 수 있도록 사면이 막힌 챔버(100)를 포함할 수 있다. 상기 챔버(100)는 하부가 개방될 수 있으며, 개방된 하부를 통해 적어도 전지셀(10)이 장입 및 배출될 수 있다. 즉, 상기 챔버(100)는 필요에 따라, 내부를 진공 분위기로 만들 수 있다.Meanwhile, in the present invention, an accommodating space capable of accommodating at least one battery cell 10 may be formed, and the chamber 100 may include a chamber 100 with a closed slope to maintain a vacuum. The chamber 100 may have an open lower portion, and at least the battery cells 10 may be charged and discharged through the open lower portion. That is, the chamber 100 may be made into a vacuum atmosphere inside, if necessary.

한편, 필요에 따라, 상기 챔버(100)는 전지셀(10)의 가스포켓(50)의 일부를 천공하여 상기 전지셀(10) 내부의 가스가 외부로 배출될 수 있게 하기 위한 천공 유닛을 포함할 수 있다. 상기 천공 유닛은 전지셀(10)의 가스포켓(50)을 천공할 수 있는 것이라면 형상 및 재질이 특별하게 한정되지 않으며, 예를 들어, 전지케이스를 절개할 수 있는도록, 삼각형상의 금속 나이프로 이루어져 있을 수 있다.On the other hand, if necessary, the chamber 100 includes a perforation unit for perforating a part of the gas pocket 50 of the battery cell 10 so that the gas inside the battery cell 10 can be discharged to the outside. can do. The perforation unit is not particularly limited in shape and material as long as it is capable of perforating the gas pocket 50 of the battery cell 10. For example, it consists of a triangular metal knife so as to cut the battery case. there may be

한편, 본 발명에서 전지셀(10)은 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체와 전해액을 전지케이스에 함께 수용하여 형성된다. 구체적으로 한정하는 것은 아니나, 예를 들면, 상기 전극조립체는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되는 구조를 가지며, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어질 수 있다. Meanwhile, in the present invention, the battery cell 10 is formed by accommodating an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator and an electrolyte in a battery case. Although not specifically limited, for example, the electrode assembly has a structure in which an anode and a cathode are sequentially stacked with a separator interposed therebetween, and may have a stack type or stack/folding type structure.

상기 전극조립체는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되는 구조를 가지며, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어질 수 있다. 상기 전극조립체의 양극에는 양극탭과 음극에는 음극탭(전극탭)이 구비되며, 상기 양극탭과 음극탭에는 각각 양극리드와 음극리드(전극리드)가 결합되어 있다.The electrode assembly has a structure in which an anode and a cathode are sequentially stacked with a separator interposed therebetween, and may have a stack type or stack/folding type structure. A positive electrode tab and a negative electrode tab (electrode tab) are provided on the positive electrode of the electrode assembly, and a positive electrode lead and a negative electrode lead (electrode lead) are coupled to the positive electrode tab and the negative electrode tab, respectively.

상기 전극탭과 전극리드는 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되며, 상기 전극리드는 전지케이스의 외부로 일부가 노출된다. 또한, 전극리드의 상하면 일부에는 전지케이스와의 밀봉성과 전기적 절연성을 확보하기 위하여 절연필름을 부착한다. The electrode tab and the electrode lead are electrically connected to each other by welding, and a part of the electrode lead is exposed to the outside of the battery case. In addition, an insulating film is attached to a part of the upper and lower surfaces of the electrode lead in order to secure sealing properties and electrical insulation with the battery case.

상기 전지케이스는 전극조립체가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부를 구비한 케이스 본체와, 상기 케이스 본체에 일체로 연결되고 상기 수납부를 밀폐하는 덮개를 포함한다. 즉, 상기 전지케이스는 상기 케이스 본체의 수납부에 전극조립체와 전해액을 수용한 다음, 상기 케이스 본체와 상기 덮개를 밀착시키고, 상기 케이스 본체와 상기 덮개의 테두리를 실링하여 전지셀(10)이 제조될 수 있다.The battery case includes a case body having a concave accommodating part on which the electrode assembly can be seated, and a cover integrally connected to the case body and sealing the accommodating part. That is, the battery case accommodates the electrode assembly and the electrolyte solution in the housing part of the case body, and then attaches the case body and the cover, and seals the edges of the case body and the cover, so that the battery cell 10 is manufactured. can be

한편, 상기 전지케이스는 전지셀(10)이 수납되는 수용부와 상기 수용부로부터 일정거리 이격된 가스포켓(50)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 케이스의 테두리의 일측에는 가스포켓(50)이 형성되어 있을 수 있으며, 후술하는 충전과정에서 발생하는 가스를 상기 가스포켓(50)을 통하여 배출시킬 수 있다.Meanwhile, the battery case may include a accommodating part in which the battery cells 10 are accommodated and a gas pocket 50 spaced apart from the accommodating part by a predetermined distance. That is, a gas pocket 50 may be formed on one side of the edge of the case, and gas generated in a charging process to be described later may be discharged through the gas pocket 50 .

본 발명의 전지셀(10) 제조장치는 상기 챔버(100) 내에 구비되며, 상기 전지셀(10)에 압력을 인가하는 가압유닛(20)을 포함할 수 있다. 상기 가압유닛(20)의 재질은 특별하게 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 가압에 사용되는 특성상 강성이 있는 금속을 사용하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 알루미늄이 사용될 수 있다.The battery cell 10 manufacturing apparatus of the present invention is provided in the chamber 100 and may include a pressurizing unit 20 for applying pressure to the battery cell 10 . The material of the pressurizing unit 20 is not particularly limited, but for example, it is preferable to use a metal having rigidity in nature used for pressurization, and most preferably, aluminum may be used.

또한, 본 발명의 전지셀(10) 제조장치는 상기 챔버(100) 내에 구비되며, 상기 전지셀(10)을 가열하는 가열유닛(30)을 포함할 수 있다. 상기 가열유닛(30)은 열에 의해서도 그 구조가 변형되지 않고, 내열성이 있는는 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 예를 들어, 우레탄 또는 실리콘을 사용할 수 있고, 바람직하게는 실리콘을 사용할 수 있다.In addition, the apparatus for manufacturing the battery cell 10 of the present invention is provided in the chamber 100 and may include a heating unit 30 for heating the battery cell 10 . The heating unit 30 is preferably made of a material that is not deformed by heat and has heat resistance, for example, urethane or silicone, and preferably silicone.

본 발명은 전지셀(10)을 가압 및 가열하는 동시에 전지셀(10)의 충전이 진행될 수 있도록, 상기 챔버(100) 내에 구비되며, 전지셀(10)을 충전하는 충전유닛(40)을 포함한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 가압과 동시에 전지셀(10)의 충전이 이루어지므로, 충전 시 전극 스웰링을 억제하여 전지 두께가 감소하고, 부피당 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다. 나아가, 이와 동시에 전지셀(10)이 가열되므로, 전지셀(10)의 충전속도 또한 향상시킬 수 있는 장점이 있다. The present invention includes a charging unit 40 provided in the chamber 100 and charging the battery cell 10 so that charging of the battery cell 10 can proceed while pressurizing and heating the battery cell 10 . do. According to a preferred embodiment of the present invention, since the battery cell 10 is charged at the same time as pressurization, electrode swelling is suppressed during charging, thereby reducing the battery thickness and increasing the energy density per volume. Furthermore, since the battery cell 10 is heated at the same time, there is an advantage that the charging speed of the battery cell 10 can also be improved.

한편, 본 발명에서 상기 충전 유닛은 이동 가능하도록 구비되어, 전극에 탈착되도록 구성되는 것일 수 있다. 예를 들어, 전지셀(10)의 양극 및 음극의 측면에 충전유닛(40)이 위치하도록, 전지셀(10)이 배치되면, 충전시 상기 충전유닛(40)이 전지셀(10)의 양극과 음극에 접촉하여 충전이 이루어지고, 충전이 종료되면, 양극과 음극으로부터 탈착되도록 구성될 수 있다.On the other hand, in the present invention, the charging unit may be provided to be movable, and may be configured to be detachably attached to the electrode. For example, when the battery cell 10 is disposed so that the charging unit 40 is positioned on the sides of the positive and negative electrodes of the battery cell 10 , the charging unit 40 is the positive electrode of the battery cell 10 during charging. Charging is made by contacting the anode and the cathode, and when the charging is finished, it may be configured to be detached from the cathode and the anode.

상기 충전유닛(40)은 전지셀(10)에 소정의 전압을 인가하여 충전을 수행할 수 있는 것이라면, 구체적으로 한정되지 않으며, 당 업계에서 전지셀(10)의 충전에 일반적으로 사용되는 클립(clip) 형태의 충방전기 또는 PCB 보드를 사용할 수 있다.The charging unit 40 is not specifically limited as long as it can perform charging by applying a predetermined voltage to the battery cell 10, and a clip ( clip) type charger and discharger or PCB board can be used.

상기 챔버(100)는 전지셀(10)을 밀봉하는 실링 유닛(미도시)을 포함한다. 상기 실링 유닛은 개방된 전지케이스를 밀봉할 수 있는 것이라면 구체적으로 한정되지 않으며, 금속 재질로 이루어진 bar를 개방된 전지케이스 사이에 삽입하고, 일정한 압력을 가하여, 전지케이스 상호간이 접합되는 방식으로 이루어질 수 있다.The chamber 100 includes a sealing unit (not shown) for sealing the battery cell 10 . The sealing unit is not specifically limited as long as it can seal the open battery case, and a bar made of a metal material is inserted between the open battery cases and a constant pressure is applied to bond the battery cases to each other. have.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스 내에 도입된 구조의 전지셀을 준비하는 단계; 상기 전지셀을 챔버로 장입하는 단계; 상기 전지셀을 가압 및 가열하는 단계; 상기 전지셀을 진공분위기에서 충전하는 단계; 및 상기 전지셀을 밀봉하는 단계를 포함하는 전지셀의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, the method comprising: preparing a battery cell having a structure in which an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode and a separator is introduced into a battery case together with an electrolyte; loading the battery cell into a chamber; pressing and heating the battery cell; charging the battery cell in a vacuum atmosphere; And there is provided a method of manufacturing a battery cell comprising the step of sealing the battery cell.

상기 가압은 0.1 kgf/cm2 내지 30 kgf/cm2의 압력으로 수행될 수 있고, 바람직하게는 1 kgf/cm2 내지 20 kgf/cm2의 압력으로 수행될 수 있다. 0.1 kgf/cm2 미만인 경우, 전지셀의 가압이 충분하지 않아, 충전 중 발생된 가스가 전극 사이에 포획(trap)될 수 있는 문제점이 있는 반면, 30 kgf/cm2 초과인 경우 압력이 지나치게 강하여 전해액이 쉽게 비산되거나 탈기(degassing) 중 전지셀 외부로 전해액이 넘칠 수 있는 문제점이 있다.The pressurization may be performed at a pressure of 0.1 kgf/cm 2 to 30 kgf/cm 2 , and preferably at a pressure of 1 kgf/cm 2 to 20 kgf/cm 2 . If it is less than 0.1 kgf/cm 2 , the pressure of the battery cell is not sufficient, and there is a problem that gas generated during charging may be trapped between the electrodes, whereas if it is more than 30 kgf/cm 2 , the pressure is too strong There is a problem in that the electrolyte is easily scattered or the electrolyte may overflow to the outside of the battery cell during degassing.

한편, 상기 가열은 25 내지 80℃의 온도에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 25 내지 60℃의 온도에서 수행될 수 있다. 80℃를 초과하는 경우 지나치게 과한 온도에 의해 전해액 및 첨가제의 부반응이 발생할 수 있다.On the other hand, the heating may be performed at a temperature of 25 to 80 °C, preferably at a temperature of 25 to 60 °C. When it exceeds 80°C, side reactions of the electrolyte and additives may occur due to excessively excessive temperature.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전지케이스는 전지셀이 수납되는 수용부와 상기 수용부로부터 일정거리 이격된 가스포켓(50)을 포함하고, 상기 충전은 가스포켓(50)이 개방된 상태에서 수행될 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따르면, 충전 및 탈기가 동시에 수행되는 장점이 있다.Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, the battery case includes a accommodating part in which the battery cells are accommodated and a gas pocket 50 spaced apart from the accommodating part by a predetermined distance, and the gas pocket 50 is opened for charging. It can be carried out in the As described above, according to the present invention, there is an advantage that charging and degassing are performed simultaneously.

한편, 본 발명의 바람직한 또 하나의 실시예에 따르면, 상기 전지셀을 가압 및 가열하는 단계; 및 전지셀을 진공분위기에서 충전하는 단계가 동시에 수행될 수 있다. 가압과 동시에 전지셀의 충전이 이루어지므로, 즉, 전지셀을 가압하는 상태에서 충전이 진행되기 때문에, 전지셀의 충전 균일도가 우수하며, 가스트랩 에 의한 미충전 영역 발생 가능성을 저감할 수 있다. 또한, 가압에 따라, 충전시 전극 스웰링(swelling)을 억제하여 전지 두께가 감소하므로, 부피당 에너지 밀도가 증가될 수 있다. 나아가, 이와 동시에 전지셀이 가열되므로, 전지셀의 충전속도 또한 향상시킬 수 있는 장점이 있다. On the other hand, according to another preferred embodiment of the present invention, the step of pressing and heating the battery cell; And the step of charging the battery cell in a vacuum atmosphere may be performed at the same time. Since the battery cells are charged simultaneously with the pressurization, that is, since the charging proceeds while the battery cells are pressurized, the charging uniformity of the battery cells is excellent, and the possibility of generating an uncharged area due to the gas strap can be reduced. In addition, since the battery thickness is reduced by suppressing electrode swelling during charging, the energy density per volume may be increased according to the pressure. Furthermore, since the battery cell is heated at the same time, there is an advantage that the charging speed of the battery cell can also be improved.

이 때, SEI 레이어(layer) 형성에 따른 전해액 및 첨가제의 비가역 반응에 따른, 가스가 발생한다. 본 발명에 따르면, 진공이 적용 중인 챔버 안에서 충전을 진행하게 되므로, 가스가 발생되자마자 제거될 수 있으며, 이에 따라, 기존의 방식에 비해 내부로부터 발생하는 가스를 수집하기 위한 가스포켓의 크기를 최소화 할 수 있어, 전지케이스를 형성하는 파우치의 사용량을 절감할 수 있다. 또한, 충전과 동시에 탈기가 진행되므로, 전체적인 화성 공정 시간 및 비용을 절감할 수 있게 된다. At this time, gas is generated according to the irreversible reaction of the electrolyte and the additive according to the formation of the SEI layer. According to the present invention, since the filling proceeds in the chamber in which the vacuum is applied, the gas can be removed as soon as it is generated. Therefore, it is possible to reduce the amount of pouch used to form the battery case. In addition, since degassing proceeds simultaneously with charging, it is possible to reduce the overall chemical conversion process time and cost.

상기와 같이 충전 및 탈기가 완료된 전지셀을, 실링 유닛이 밀봉한 후, 이후 진공 및 가압상태를 해제하고, 전지셀을 챔버 외부로 배출시켜 전지셀의 제조가 완료된다.After the sealing unit seals the charging and degassing battery cells as described above, vacuum and pressurization are released, and the battery cells are discharged to the outside of the chamber to complete the manufacture of the battery cells.

실시예Example

이하, 본 발명을 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. The following examples are provided to explain the present invention in more detail, and the present invention is not limited thereto.

실시예 Example

전지셀을 챔버로 장입하고, 가열 온도는 60℃, 압력은 20 kgf/cm2로 하여 충전과 탈기를 동시에 진행하였으며, 이를 3회 실시하고 전지셀의 에너지밀도를 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, SEI 피막 두께의 표준편차를 측정하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.The battery cell was charged into the chamber, the heating temperature was 60° C., and the pressure was 20 kgf/cm 2 , and charging and degassing were performed simultaneously. This was performed three times and the energy density of the battery cell was measured. indicated. In addition, the standard deviation of the SEI film thickness was measured and the results are shown in Table 2.

비교예 comparative example

전지셀에 1차 충전 및 2차 충전을 수행하고, 일정 시간 정치하여 숙성시킨 후 탈기를 진행하였으며, 이를 3회 실시하고 전지셀의 에너지밀도를 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, SEI 피막 두께의 표준편차를 측정하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.The battery cells were subjected to primary charging and secondary charging, aged for a certain period of time, and then degassed. This was performed three times and the energy density of the battery cells was measured, and the results are shown in Table 1. In addition, the standard deviation of the SEI film thickness was measured and the results are shown in Table 2.

에너지 밀도 (Wh/L)Energy density (Wh/L) 비교예comparative example 실시예Example 실험예 1Experimental Example 1 713713 732732 실험예 2Experimental Example 2 689689 695695 실험예 3Experimental Example 3 692692 709709

비교예comparative example 실시예Example SEI 피막 두께의 표준 편차Standard deviation of SEI film thickness 20 nm20 nm 3 nm3 nm

표 1 및 표 2를 참조하면, 기존 공정에 비하여 공정 수가 현저하게 감소한 본원발명의 실시예에 따르면, 전지셀의 에너지 밀도가 더 높고, SEI 피막 두께의 표준 편차 또한 현저하게 개선된 것을 확인할 수 있다.Referring to Tables 1 and 2, according to the embodiment of the present invention in which the number of processes is significantly reduced compared to the conventional process, it can be confirmed that the energy density of the battery cell is higher, and the standard deviation of the SEI film thickness is also significantly improved. .

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims. It will be apparent to those of ordinary skill in the art.

10: 전지셀
20: 가압유닛
30: 가열유닛
40: 충전유닛
50: 가스포켓
100: 챔버10: battery cell
20: pressurization unit
30: heating unit
40: charging unit
50: gas pocket
100: chamber

Claims (11)

양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스 내에 도입된 전지셀이 장입되며, 상기 전지셀을 진공 분위기에서 수용 가능한 챔버;
상기 챔버 내에 배치되며, 상기 전지셀의 적어도 일면에 압력을 인가하는 가압유닛;
상기 챔버 내에 배치되며, 상기 전지셀을 가열하는 가열유닛;
상기 챔버 내에 배치되며, 상기 전지셀의 전극의 측면에 배치되어, 상기 전지셀을 충전하는 충전유닛; 및
상기 챔버 내에 배치되며, 상기 전지셀을 밀봉하는 실링 유닛을 포함하는 전지셀 제조장치.
a chamber in which a battery cell in which an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator is introduced into a battery case together with an electrolyte solution is charged, and accommodating the battery cell in a vacuum atmosphere;
a pressurizing unit disposed in the chamber and applying pressure to at least one surface of the battery cell;
a heating unit disposed in the chamber and heating the battery cell;
a charging unit disposed in the chamber and disposed on a side surface of an electrode of the battery cell to charge the battery cell; and
A battery cell manufacturing apparatus disposed in the chamber and including a sealing unit sealing the battery cell.
 제1항에 있어서,
상기 가압 유닛의 재질은 알루미늄을 포함하는 전지셀 제조장치.
According to claim 1,
The material of the pressurizing unit is a battery cell manufacturing apparatus comprising aluminum.
 제1항에 있어서,
상기 가열 유닛의 재질은 우레탄 및 실리콘 중 적어도 어느 하나를 포함하는 전지셀 제조장치.
According to claim 1,
The material of the heating unit is a battery cell manufacturing apparatus comprising at least one of urethane and silicone.
 제1항에 있어서,
상기 충전 유닛은 이동가능하도록 구비되는 전지셀 제조장치.
According to claim 1,
The charging unit is a battery cell manufacturing apparatus provided to be movable.
 제1항에 있어서,
상기 충전 유닛은 전극에 탈착가능하도록 구비되는 전지셀 제조장치.
According to claim 1,
The charging unit is a battery cell manufacturing apparatus provided to be detachably attached to the electrode.
 제1항에 있어서,
상기 전지케이스는 전지셀이 수납되는 수용부와 상기 수용부로부터 일정거리 이격된 가스포켓을 포함하는 전지셀 제조장치.
According to claim 1,
The battery case is a battery cell manufacturing apparatus including a accommodating part in which the battery cells are accommodated and a gas pocket spaced apart from the accommodating part by a predetermined distance.
 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스 내에 도입된 구조의 전지셀을 준비하는 단계;
상기 전지셀을 챔버로 장입하는 단계;
상기 전지셀을 가압 및 가열하는 단계;
상기 전지셀을 진공분위기에서 충전하는 단계; 및
상기 전지셀을 밀봉하는 단계를 포함하는 전지셀의 제조방법.
preparing a battery cell having a structure in which an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator is introduced into a battery case together with an electrolyte;
loading the battery cell into a chamber;
pressing and heating the battery cell;
charging the battery cell in a vacuum atmosphere; and
A method of manufacturing a battery cell comprising the step of sealing the battery cell.
 제7항에 있어서,
상기 가압이 0.1 kgf/cm2 내지 30 kgf/cm2의 압력으로 수행되는 것을 특징으로 하는 전지셀의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The method of manufacturing a battery cell, characterized in that the pressurization is performed at a pressure of 0.1 kgf/cm 2 to 30 kgf/cm 2 .
제7항에 있어서,
상기 가열이 25 내지 80℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 전지셀의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The method of manufacturing a battery cell, characterized in that the heating is performed at a temperature of 25 to 80 ℃.
 제7항에 있어서,
상기 전지케이스는 전지셀이 수납되는 수용부와 상기 수용부로부터 일정거리 이격된 가스포켓을 포함하고, 상기 충전은 가스포켓이 개방된 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 전지셀의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The battery case includes a accommodating part in which the battery cells are accommodated and a gas pocket spaced apart from the accommodating part by a predetermined distance, and the charging is performed in an open state of the gas pocket.
 제7항에 있어서,
상기 전지셀을 가압 및 가열하는 단계; 및 전지셀을 진공분위기에서 충전하는 단계가 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 전지셀의 제조방법.8. The method of claim 7,
pressing and heating the battery cell; and charging the battery cells in a vacuum atmosphere.
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