KR20210144342A - 이차전지의 활성화 방법 - Google Patents

이차전지의 활성화 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210144342A
KR20210144342A KR1020200061573A KR20200061573A KR20210144342A KR 20210144342 A KR20210144342 A KR 20210144342A KR 1020200061573 A KR1020200061573 A KR 1020200061573A KR 20200061573 A KR20200061573 A KR 20200061573A KR 20210144342 A KR20210144342 A KR 20210144342A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
secondary battery
charging
voltage
room temperature
aging
Prior art date
Application number
KR1020200061573A
Other languages
English (en)
Inventor
이원종
박태순
김호영
강석현
권현정
유현진
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020200061573A priority Critical patent/KR20210144342A/ko
Priority to CN202180007419.8A priority patent/CN114902468A/zh
Priority to US17/788,477 priority patent/US20230041890A1/en
Priority to PCT/KR2021/006437 priority patent/WO2021235905A1/ko
Priority to EP21808019.0A priority patent/EP4060788A4/en
Publication of KR20210144342A publication Critical patent/KR20210144342A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/049—Processes for forming or storing electrodes in the battery container
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/446—Initial charging measures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0438—Processes of manufacture in general by electrochemical processing
    • H01M4/044—Activating, forming or electrochemical attack of the supporting material
    • H01M4/0445—Forming after manufacture of the electrode, e.g. first charge, cycling
    • H01M4/0447—Forming after manufacture of the electrode, e.g. first charge, cycling of complete cells or cells stacks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 이차전지의 활성화 방법은 전극 조립체와 전해액이 전지케이스에 수납된 이차전지를 상온에서 숙성시키는 프리-에이징(Pre-aging) 단계; 프리 에이징된 이차전지를 초기 충전하는 활성화 단계; 초기 충전된 이차전지를 상온에서 숙성시키는 상온 에이징 단계; 상온 에이징된 이차전지를 4.4V 이상의 전압으로 만충전하는 단계; 및 이차전지 내부의 가스를 제거하는 디개싱 단계; 를 포함하며, 이차전지를 만충전함으로써 전극 내부의 전해액 잔존량을 증가시킬 수 있다.

Description

이차전지의 활성화 방법{METHODS OF ACTIVATION FOR SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차전지의 활성화 방법에 관한 것으로, 상세하게는 이차전지에 있어 전극 내부의 전해액 잔존량을 증가시킬 수 있는 이차전지의 활성화 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하여, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히 리튬 이차전지는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수조 전지보다 큰 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에, 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차전지는 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 전극조립체와, 전극조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.
한편, 리튬 이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차전지와 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류될 수 있다.
이차전지는 일반적으로 전극조립체가 전지 케이스에 수납된 상태에서 액체 상태의 전해질, 즉 전해액이 주입되고, 전지 케이스가 실링되는 과정을 통해 제조된다. 이렇게 제조된 전지는 일정한 충방전 과정을 반복하는 활성화 공정을 진행하게 됨으로써 전지 구조를 안정화시키고 사용가능한 상태가 되도록 한다.
그러나 최근에 이러한 이차전지는 한정된 공간 안에서 최대한의 용량을 확보하기 위해 고전압에서 동작하도록 제조되는 경향이 증가하고 있다. 이와 같이 전지의 용량이 증가할 경우 전지가 작동하기 위하여는 전극 내부에 더 많은 전해액 잔존량이 확보되어야 한다.
도 1은 종래의 활성화 공정의 단계별 공정 조건을 나타낸 모식도이다. 도 1을 참조하면, 종래에는 전지를 프리-에이징한 후(S1), 상기 프리 에이징된 전지를 초기 충전하고(S2), 이를 에이징한 후(S3), 충방전을 반복하고(S4) 디개싱을 수행(S5)하는 방식으로 활성화 공정을 수행하였다. 그러나 이러한 종래의 전지셀 활성화 공정에서는 충방전을 반복함에도 전극 내부에 전해액이 충분이 침투하지 못한다는 문제가 있었다. 따라서, 전극 내부에 충분한 전해액 잔존량을 확보하기 위한 기술 개발이 필요한 실정이다.
한국공개특허 제10-2013-0126365 호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 고전압으로 충분한 용량을 나타내면서도 전해액 잔존량이 충분히 확보되도록 하는 이차전지의 활성화 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. 아울러, 이와 같이 전극 내부에 전해액 잔존량을 충분히 하면서도 전극의 두께를 최소화할 수 있는 이차전지의 활성화 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 이차전지의 활성화 방법은, 전극 조립체와 전해액이 전지케이스에 수납된 이차전지를 상온에서 숙성시키는 프리-에이징(Pre-aging) 단계; 프리-에이징된 이차전지를 초기 충전하는 활성화 단계; 초기 충전된 이차전지를 상온에서 숙성시키는 상온 에이징 단계; 상온 에이징된 이차전지를 4.4V 이상의 전압으로 만충전하는 단계; 및 이차전지 내부의 가스를 제거하는 디개싱 단계; 를 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 활성화 단계는, 상기 이차전지를 만충전 전압의 55 내지 95% 범위의 전압에 도달하도록 충전하는 과정이다.
구체적인 예에서, 상기 상온 에이징 단계는, 이차전지의 개방회로 전압(OCV)을 측정하고, 이로부터 이차전지의 저전압 불량 여부를 판단하는 과정을 포함한다.
하나의 예에서, 상기 이차전지를 만충전하는 단계는, 이차전지를 만충전 전압에 도달할 때까지 CC(constant current) 충전하는 과정; 만충전 전압에 도달한 이차전지를 CV(constant voltage) 충전하는 과정; 및 CV 충전된 이차전지를 CC(constant current) 방전하는 과정을 포함한다.
하나의 구체예에서, 상기 이차전지를 CC충전하는 과정은, 상기 이차전지를 0.5 내지 0.9C의 씨레이트(C-rate)로 충전하는 것이다.
하나의 구체예에서, 상기 이차전지를 CV 충전하는 과정은, 상기 리튬 이차전지를 CC 충전 전류값 이하의 컷오프 전류에 도달할 때까지 만충전 전압으로 충전하는 것이다.
상기 이차전지를 CC 방전하는 과정은, 상기 만충전된 이차전지를 만방전시 전압 내지 만충전 전압의 80%에 해당하는 전압에 도달할 때까지 방전하는 것이다.
구체적인 예에서, 본 발명에 따른 이차전지의 활성화 방법은 상기 CC 방전된 이차전지를 설정된 출하 전압에 도달할 때까지 재충전하는 과정을 더 포함한다.
다른 하나의 예에서, 상기 이차전지를 만충전하는 단계는, 이차전지를 만충전 전압에 도달할 때까지 CC 충전하는 과정 및 만충전 전압에 도달한 이차전지를 CC 방전하는 과정을 포함하며, 상기 CC 충전 과정 및 CC 방전 과정은 연속적으로 수행된다.
구체적인 예에서, 상기 상온 에이징 단계 및 이차전지를 만충전하는 단계 사이에, 상기 이차전지를 2차 충전하는 추가 충전 단계; 를 더 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 디개싱 단계 이후에, 이차 전지를 출하 충전하는 단계를 더 포함한다.
이 때, 상기 이차전지를 출하 충전하는 단계는, 내부의 가스가 제거된 이차전지에 대하여 만충전 및 만방전을 수행한 이후에, 설정한 출하 전압에 도달하도록 이차전지를 충전하는 과정이다.
하나의 예에서, 상기 이차전지를 출하 충전하는 단계 이후에, 이차전지를 상온 에이징하는 단계를 더 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 이차전지를 만충전하는 단계 및 이차 전지를 출하 충전하는 단계는, 상기 이차전지의 충전 용량을 검사하는 과정을 포함한다.
본 발명은 또한 상기 활성화 방법을 포함하는 이차전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 이차전지의 활성화 방법은, 이차전지를 4.4V 이상의 전압으로 만충전함으로써 전극 내부의 전해액 잔존량을 증가시킬 수 있다. 또한 본 발명은 만충전 과정에서 CV 충전 과정 없이 CC 충전 후 바로 CC 방전을 진행함으로써, 전극의 두께가 지나치게 증가하는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해, 고용량이고, 싸이클 특성이 확보된 이차전지를 제조할 수 있다.
도 1은 종래의 활성화 방법의 진행 과정을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 활성화 방법의 진행 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 활성화 방법의 진행 과정을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 활성화 방법의 진행 과정을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 전해액 잔존량을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2 내지 실시예 6에 따른 전해액 잔존량을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 실시예에 있어서 전극의 두께 변화를 나타낸 그래프이다.
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.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
이하 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 활성화 방법의 진행 과정을 나타낸 흐름도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 활성화 방법의 진행 과정을 나타낸 그래프이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 활성화 방법은, 전극 조립체와 전해액이 전지케이스에 수납된 이차전지를 상온에서 숙성시키는 프리-에이징(Pre-aging) 단계(S10); 프리-에이징된 이차전지를 초기 충전하는 활성화 단계(S20); 초기 충전된 이차전지를 상온에서 숙성시키는 상온 에이징 단계(S30); 상온 에이징된 이차전지를 4.4V 이상의 전압으로 만충전하는 단계(S40); 및 이차전지 내부의 가스를 제거하는 디개싱 단계(S50); 를 포함한다.
본 발명의 발명자들은, 상온 에이징 이후의 충전 단계에서 이차전지를 4.4V 이상의 높은 전압으로 충전할 경우 전극 내부의 전해액 잔존량이 증가하고, 전지의 용량이 증가하는 효과가 있어 본 발명에 이르게 되었다.
이하 구체적으로 본 발명에 대해 설명한다.
리튬 이차전지는 양극, 음극 및 분리막이 교대로 적층된 전극 조립체가 전지 케이스 안에 수납되고, 전해액을 주입함으로써 제조될 수 있다. 이러한 전지를 조립하는 단계는 특별히 제한되지 않으며 공지된 방법에 따라 수행 가능하다.
또한 상기 전극조립체는 양극, 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재되어 있는 분리막을 포함하는 구조라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 젤리-롤형, 스택형 또는 스택/폴딩형 등이 될 수 있다.
상기 전지 케이스는 전지의 포장을 위한 외장재로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 원통형, 각형 또는 파우치형이 사용될 수 있으나, 상세하게는 파우치형 전지 케이스가 사용될 수 있다.
상기 전해액은 유기 용매 및 리튬염을 포함하고, 선택적으로 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 유기 용매는 전지의 충방전 과정에서 산화 반응 등에 의한 분해가 최소화될 수 있는 것이라면 제한이 없고, 예를 들어 환형 카보네이트, 선형 카보네이트, 에스테르, 에테르 또는 케톤 등일 수 있다. 이들은 단독으로 사용될 수 있고, 2종 이상이 혼용되어 사용될 수 있다.
상기 유기 용매들 중 특히 카보네이트계 유기 용매가 바람직하게 사용될 수 있는데, 환형 카보네이트로는 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC) 및부틸렌 카보네이트(BC)를 들 수 있고, 선형 카보네이트로는 디메틸카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 메틸프로필카보네이트(MPC) 및 에틸프로필 카보네이트(EPC)가 대표적이다.
상기 리튬염은 LiPF6, LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiBF4, LiBF6, LiSbF6, LiN(C2F5SO2)2, LiAlO4, LiAlCl4, LiSO3CF3 및 LiClO4 등 리튬 이차전지의 전해액에 통상적으로 사용되는 리튬염이 제한 없이 사용될 수 있으며, 이들은 단독으로 사용될 수 있고, 2종 이상이 혼용되어 사용될 수 있다.
또한, 상기 전해액에는 선택적으로 첨가제가 더 포함될 수 있으며, 예를 들어, 상기 첨가제로는 SEI 막을 안정적으로 형성하기 위하여, 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 환형 설파이트, 포화 설톤, 불포화 설톤, 비환형 설폰, 리튬옥살릴디플루오로보레이트(LiODFB), 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있으나, 여기에 한정되지는 않는다.
상기 환형 설파이트로는 에틸렌 설파이트, 메틸 에틸렌 설파이트, 에틸 에틸렌 설파이트, 4,5-디메틸 에틸렌 설파이트, 4,5-디에틸 에틸렌 설파이트, 프로필렌 설파이트, 4,5-디메틸 프로필렌 설파이트, 4,5-디에틸 프로필렌 설파이트, 4,6-디메틸 프로필렌 설파이트, 4,6-디에틸 프로필렌 설파이트, 1,3-부틸렌 글리콜 설파이트 등을 들 수 있으며, 포화 설톤으로는 1,3-프로판 설톤, 1,4-부탄 설톤 등을 들 수 있으며, 불포화 설톤으로는 에텐 설톤, 1,3-프로펜 설톤, 1,4-부텐 설톤, 1-메틸-1,3-프로펜 설톤 등을 들 수 있으며, 비환형 설폰으로는 디비닐 설폰, 디메틸 설폰, 디에틸 설폰, 메틸에틸 설폰, 메틸비닐 설폰 등을 들 수 있다.
이러한 첨가제들은 음극에 견고한 SEI 피막을 형성함으로써 저온 출력 특성을 개선시킴은 물론, 고온 사이클 작동 시 발생할 수 있는 양극 표면의 분해를 억제하고 전해액의 산화 반응을 방지하기 위하여 상기 전해액에 첨가된다.
이와 같이 전해액이 주입된 전지는 상온에서 프리-에이징 단계(S10)를 거치게 된다. 프리-에이징 단계(S10)는 전지의 조립 후 전해액이 전극 및 분리막에 충분히 함침되도록 전지를 숙성시키는 단계이다.
보다 구체적으로, 이차전지는 충전 시 전자들이 도선을 타고 음극으로 이동하여 대전되면, 전하 중성(charge neutrality)을 이루기 위해 리튬 이온들이 음극에 흡장(intercalation)된다. 이 때, 리튬 이온은 전해액이 함침된 부위, 즉, 이온의 이동 경로가 유지되는 부위(wetting area)에서는 흡장이 가능하지만, 전해액 비 함침 부위(non-wetting area)에서는 흡장이 상대적으로 어려워진다.
따라서, 프리-에이징하는 단계를 통하여 전해액이 상기 양극 및 음극에 잘 스며들 수 있도록 전지를 상온, 상압 조건에서 0.5 내지 72 시간 동안 숙성시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 프리-에이징 단계(S10)는 20 내지 30℃ 상세하게는 22 내지 28℃ 더 상세하게는 23 내지 27℃ 더욱 더 상세하게는 25 내지 27℃에서 실시될 수 있다.
상온에서 프리-에이징된 이차전지는 소정의 범위로 초기 충전함으로써 활성화 공정이 수행된다(S20). 이를 통해 음극 표면에 SEI(Solid Electrode Interface) 피막을 형성한다. 형성된 SEI 피막은, 이후 전지의 충방전 단계에서 높은 수준으로 충전하더라도 이차전지의 비가역을 일정 수준 줄이는 역할을 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 활성화 단계(S20)에서의 충전은 만충전 전압의 55 내지 95% 범위의 전압에 도달하도록 충전하는 과정일 수 있다. 활성화 단계에서의 충전 전압이 상기 범위일 때 음극의 표면에 안정적으로 SEI 피막이 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 활성화 단계에서 충전 종지 전압은 3.5 내지 4.2V 수준일 수 있으며, 1.0C 이하의 씨레이트(C-rate)로 충전이 수행될 수 있다. 충전 전압이 너무 낮으면 충분한 SEI 막이 형성되지 않고 초기 충전에 장시간이 소요되므로 양산 공정에 적합하지 않은 문제가 있으며, 충전 전압이 너무 높으면 전지에 과부하가 걸려 과전압이 생기기 쉽고 균일한 SEI 막을 형성할 수 없으며 전지가 부풀어 형상이 변형되는 문제가 있다.
또한, 이차전지를 초기 충전시 고온 가압 조건에서 충전이 진행될 수도 있다. 이러한 가압 조건은 전지의 스펙에 따라서 적절히 설정할 수 있으므로, 자세한 설명을 생략한다.
다음으로, 초기 충전된 이차전지를 상온에서 에이징하는 상온 에이징 단계(S30)를 수행한다. 상온 에이징 단계에서는 활성화 단계에서 생성되는 SEI 피막이 안정화됨에 따라 부분적으로 치우침이 없이 고르고 균일한 두께로 재형성된다.
상온 에이징 단계(S30)에서, 에이징 온도는 2 내지 30℃ 상세하게는 22 내지 28℃ 더 상세하게는 23 내지 27℃ 더욱더 상세하게는 25 내지 27℃에서 실시될 수 있다. 에이징 온도가 높으면 전해액이 열에 의해 반응하여 전지의 용량 및 사이클 특성이 약화될 수 있다. 에이징 온도가 너무 낮으면 전극 표면에서 전해액이 충분히 반응하지 않아 전지의 사이클 특성이 감소할 수 있다. 상온 에이징 단계에서, 에이징 시간은 전지의 조건에 따라 적절히 설정할 수 있으며, 1 내지 7일, 상세하게는 2 내지 5일간 수행될 수 있다.
한편, 상온 에이징 단계(S30)는 이차전지의 개방회로 전압(OCV)을 측정하고, 이로부터 이차전지의 저전압 불량 여부를 판단하는 과정을 포함할 수 있다. 이는 이는 서로 다른 복수 시점에서 측정된 개방 회로 전압(OCV)를 이용하여 이차전지의 저전압 불량 여부를 판단하는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 고온 에이징된 이차전지를 상온에서 보관하되, 적어도 두 시점에서 OCV를 측정하고, 각 OCV 사이의 차이값을 메모리부 등에 미리 저장되어 있는 기준값과 비교함으로써, 이차전지의 저전압 불량 여부를 선별할 수 있다.
구체적으로, 이차전지의 저전압 불량 여부의 선별은, 상온 에이징의 시작점에서 전압값(V1)을 측정하고, 상온 에이징의 종료점에서 전압값(V2)을 측정하여, 시작점과 종료점의 전압값의 차이인 전압 강하량(V1-V2)이 기준값 범위를 만족하는지를 판단하는 것을 내용으로 한다. 보다 구체적으로 검사 대상이 되는 이차전지의 전압 강하량 측정값이 20mV이고, 양품의 전압 강하량의 기준값이 10mV인 경우, 측정된 전압 강하량이 상기 기준값보다 크므로, 이러한 이차전지는 저전압 불량으로 판단할 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지의 활성화 방법은 상온 에이징된 전지를 4.4V 이상으로 만충전하는 단계(S40)를 포함한다..
이는 전극 내부의 전해액 잔존량을 증가시키기 위한 것이다. 이차전지를 만충전할 경우, 높은 SOC에 따라 전극 활물질의 격자 구조 사이로 리튬 이온이 많이 삽입될 수 있다. 이에 따라 전극이 부풀게 되면서 내부의 공극이 커지게 되고, 커진 공극으로 전해액이 더욱 많이 침투할 수 있게 된다. 아울러, 만충전은 4.4V 이상의 전압으로 하여야 하는데, 이는 전지를 높은 전압에서 충전시킴으로써 고전압 셀의 경우에도 음극의 내부를 충분히 충전시키기 위한 것이다. 충전 전압이 4.4V 미만일 경우, 고전압 셀에서 음극의 중심부까지 리튬 이온이 충전되지 않으므로 음극 중심부에서의 전극 격자가 음극의 표면보다 작아지게 되고, 이 부분에는 전해액이 침투하기 어렵게 된다.
이와 같이 전극 내부의 전해액 잔존량을 증가시킬 경우 동일한 성능의 전지에 대하여 최대한의 용량을 확보할 수 있다.
하나의 예에서, 상기 이차전지를 만충전하는 단계(S40)는, 이차전지를 만충전 전압에 도달할 때까지 CC(constant current) 충전하는 과정; 만충전 전압에 도달한 이차전지를 CV(constant voltage) 충전하는 과정; 및 CV 충전된 이차전지를 CC(constant current) 방전하는 과정을 포함한다.
즉 만충전 단계에서, CC 충전을 통해 만충전된 음극에는 활물질 간 격자 사이로 리튬 이온이 많이 삽입되며, 이후 CV 충전을 통해 CC 충전 과정에서 삽입되지 못했던 리튬 이온이 더 삽입될 수 있다. 즉 CC 충전 이후 CV 충전 과정은 전극 내부로 추가적인 전해액 침투를 가능하게 하는 것이다.
구체적으로 이차전지를 CC 충전하는 과정은, 상기 이차전지를 0.5C 내지 0.9C의 씨레이트(C-rate)로 충전하는 것이며, 이는 정해진 전압까지 안정적으로 충전을 하기 위함이다. 상기 CC 충전 과정에서, 이차전지는 상세하게는 0.6 내지 0.8C의 씨레이트로 충전될 수있다. CC 충전 과정에서 정전류의 크기가 상기 범위일 때 부반응 없이 안정적인 이차전지의 충전이 가능하다.
이차전지를 CC 충전하게 되면 전류가 만충전 전압에 근접할수록 점점 감소하다가 설정된 종지 전압에 도달하면 충전이 멈추게 되며, 이후 이차전지가 CV 충전 된다. 이차전지를 CV 충전하는 과정은, 상기 리튬 이차전지를 CC 충전 전류 값 이하의 컷오프 전류에 도달할 때까지 만충전 전압으로 충전하는 것이다. CV 충전이 진행되면 만충전 전압이 유지되면서 전류값이 점차 감소하게 되는데, 이 때 충전이 멈추게 되는 전류 값을 컷오프 전류라고 한다. 컷오프 전류는 CC 충전 전류 값 이하이되, 0.025C 내지 CC 충전 전류 값 대비 1mA 작은 값의 범위의 전류 값일 수 있으며, 상세하게는 0.1C 내지 CC 충전 전류 값 대비 1mA 작은 전류 값의 범위일수 있고,, 더욱 상세하게는 0.2C 내지 CC 충전 전류 값 대비 1mA 작은 전류 값의 범위일 수 있다. 즉 바람직한 컷오프 전류 값은 CC 충전 전류값 이하이되, CC 충전 전류 값과 대비하여 1mA 작은 값 이하일 수 있다. 구체적으로 컷오프 전류 값이 CC 충전 전류 값보다 클 경우 CV 충전 과정이 충분히 진행되지 않아 전해액이 전극 내부까지 깊이 침투하기 어려울 수 있다. 반대로 컷오프 전류 값이 지나치게 작을 경우 CV 충전이 과도하여 전해액 잔존량은 증가할 수 있으나, 전극의 두께가 두꺼워진다는 문제가 있다.
한편, 만충전된 이차전지는 다시 일정한 정전류로 방전되는 CC 방전이 수행된다. 이 경우, 이차전지를 CC 방전하는 과정은 만충전된 이차전지를 만방전시 전압 내지 만충전 전압의 80%에 해당하는 전압에 도달할 때까지 방전하는 것이다. 즉 CC 방전시, 이차전지를 만방전할 수도 있고, 이차전지를 만충전 전압의 80%에 해당하는 전압에 도달할 때까지 방전할 수도 있다. 더욱 상세하게는 만충전된 이차전지를 만방전시 전압 내지 만충전 전압의 55%에 해당하는 전압에 도달할 때까지 방전할 수 있다. 예를 들어, 방전 종지 전압은 3.0 내지 3.5V일 수 있다.
CC 방전 후 특정 전압에 도달한 전지는, 다시 설정된 출하 전압에 도달할 때까지 재충전하는 단계를 거칠 수 있다. 이와 같이 이차전지에 있어 충방전 과정을 반복하면서 전지가 활성화되고, 전극과 전해액 사이의 반응으로 인해 가스가 발생하게 된다.
다른 하나의 예에서, 상기 이차전지를 만충전하는 단계(S40)는, 이차전지를 만충전 전압에 도달할 때까지 CC 충전하는 과정 및 만충전 전압에 도달한 이차전지를 CC 방전하는 과정을 포함하며, 상기 CC 충전 과정 및 CC 방전 과정은 연속적으로 수행된다. 이 때 CC 충전 과정 및 CC 방전 과정에 대한 자세한 내용은 앞서 설명한 바와 동일하다.
앞서 설명한 바와 같이, CV 충전은 CC 충전 이후 추가적으로 리튬 이온을 삽입시킴으로써 전해액 잔존량을 극대화하기 위한 것이다. 그러나 이와 같이 CV 충전을 통해 높은 SOC 를 유지할 경우 전지의 두께가 과다하게 두꺼워지는 문제가 있다. 특히 파우치형 전지의 경우 이러한 두께 증가에 민감한바, CV 충전 과정을 생략하고 CC 충전 완료 후 바로 CC 방전을 수행할 경우 전해액 잔존량 확보와 동시에 적당한 두께 증가율을 달성할 수 있다.
한편, 또 다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 이차전지의 활성화 방법은 추가 충전 단계(S31)를 더 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 활성화 방법의 진행 과정을 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 상기 추가 충전 단계(S31)는 상기 상온 에이징 단계(S30) 및 만충전 단계(S40) 사이에 수행되는 것으로, 초기 충전 후 상온 에이징된 이차전지를 2차 충전하는 과정이다. 본 발명에서, 충전 과정을 두 번 수행함으로써 이차전지를 충분히 활성화시킬 수 있다. 상기 추가 충전 단계에서 충전 종지 전압은 3.5 내지 4.2V 수준이되, 초기 충전 단계에서의 충전 종지 전압보다 높게 설정할 수 있다. 추가 충전된 전지는 다시 전압이 3.0 내지 4.0V가 되도록 방전될 수 있다.
또한 본 발명의 활성화 방법에 따르면, 이차전지의 충전 및 에이징에 의해 이차전지 내부에서 생성된 부반응 가스가 전지의 스웰링 현상을 야기할 수 있으므로, 만충전 단계(S40) 이후 이 같은 부반응 가스를 제거하기 위한 디개싱(Degassing) 단계(S50)가 수행될 수 있다.
본 발명에 있어, 출원 시점에 공지된 다양한 디개싱 기술이 채용될 수 있다. 예를 들어, 상기 디개싱 공정은 일측이 길게 연장 형성된 파우치형 이차전지에서, 연장 형성된 부분을 절개하고 절개된 부분을 실링하는 방식으로 디개싱 공정이 수행될 수 있다. 다만, 이러한 디개싱 기술에 대해서는 당업자들에게 널리 알려져 있으므로, 보다 상세한 설명을 생략한다.
또한 도 3 및 도 4를 참조하면, 디개싱 단계(S50) 이후, 이차전지를 출하 충전하는 단계(S60)가 추가적으로 수행될 수 있다. 출하 충전 단계(S60)는 이전의 충방전 및 에이징 단계에 의해 이차전지의 충전 상태가 고르지 못한 것을, 출고하기에 앞서 적정 수준으로 일괄적으로 충전하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 활성화 방법에 있어, 출하 충전 단계는 내부의 가스가 제거된 이차전지에 대하여 만충전 및 만방전을 수행한 이후에, 설정한 출하 전압에 도달하도록 이차전지를 충전하는 과정일 수 있다. 더욱 상세하게는, 이차전지를 설계 용량의 95%(SOC 95%) 이상으로 충전 후, 5%(SOC 5%) 이하로 방전하는 단계 이후에, 이차전지를 설계 용량의 40 내지 60%(SOC 40~60%)로 충전할 수 있다. 출하 충전된 이차전지는 상온 에이징 단계가 추가적으로 수행될 수 있다. 상온 에이징 단계가 수행되는 시간은 공정 조건에 따라 적절히 설정할 수 있으며, 예를 들어 1일 내지 4일 동안 수행될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 활성화 방법에 있어서, 이차전지의 불량을 검출하기 위한 단계가 복수 회 수행될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이 상온 에이징 단계에서는 저전압 불량인 이차전지를 검출할 수 있다. 그 외에, 본 발명에 따른 활성화 방법은 상기 이차전지를 만충전하는 단계 및 이차 전지를 출하 충전하는 단계에서 상기 이차전지의 충전 용량을 검사하는 과정이 수행될 수 있다. 이차전지의 충전 용량을 측정하는 방법은 당업자들에게 널리 알려져 있으므로, 보다 상세한 설명을 생략한다.
한편 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 이차전지의 활성화 방법을 포함하는 이차전지의 제조방법을 제공한다. 이러한 이차전지의 구성에 대하여는 전술한 바와 같다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
제조예1
양극 활물질로서 기능하는 Li[Ni0.6Mn0.2Co0.2]O2 96.7중량부, 도전재로서 기능하는 그래파이트를 1.3중량부, 결합제로서 기능하는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF)를 2.0중량부 혼합해서, 양극 합제를 제조했다. 얻어진 양극 합제를 용매로서 기능하는 1-메틸-2-피롤리돈에 분산시키는 것에 의해, 양극 합제 슬러리를 조제했다. 이 슬러리를 두께 20 ㎛의 알루미늄 호일의 양면에 각각 코팅, 건조, 및 압착하여 양극을 제조하였다.
음극 활물질로서 기능하는 인조흑연과 천연흑연(중량비: 90:10)를 97.6중량부, 결합제로서 기능하는 스티렌-부타디엔 고무(SBR)를 1.2중량부, 카르복시메틸 셀룰로스(CMC)를 1.2중량부 혼합해서, 음극 합제를 조제했다. 이 음극 합제를 용매로서 기능하는 이온 교환수에 분산시키는 것에 의해, 음극 합제 슬러리를 제조했다. 이 슬러리를 두께 20 ㎛의 구리 호일의 양면에 코팅, 건조 및 압착하여 음극을 제조하였다.
에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC) 및 디에틸 카보네이트(DEC)를 3:3:4(부피비)의 조성으로 혼합된 유기 용매에 LiPF6를 1.0M의 농도가 되도록 용해시켜 비수성 전해액을 제조하였다.
상기에서 제조된 양극과 음극 사이에 다공성 폴리에틸렌의 세퍼레이터가 개재되도록 적층하고 이를 파우치에 수납한 후, 상기 전해액을 주입하여 리튬 이차전지를 제조하였다.
제조예2
양극 활물질로서 LiCoO2를 사용하였고, 음극 활물질로 인조흑연을 사용한 것을 제외하고 제조예 1과 동일하게 이차전지를 제조하였다.
실시예 1
이차전지를 25℃의 상온에서 24시간 동안 숙성시켜 프리-에이징하고, 프리-에이징된 이차전지를 전압이 3.9V에 도달할 때까지 0.2C의 씨레이트로 충전하여 초기 충전을 진행하였다. 초기 충전된 이차전지를 25℃의 상온에서 3일 동안 에이징하였다. 상온 에이징이 완료되면, 이차전지를 0.7C의 씨레이트로 전압이 4.4V에 도달할 때까지 CC 충전하였다. 이차전지의 전압이 4.4V에 도달하면, CV 충전 없이 바로 CC 방전하였으며, 구체적으로 이차전지를 3.5V의 전압에 도달할 때까지 0.7C의 씨레이트로 CC 방전하였다. 이후 이차전지를 설정된 출하 전압에 도달할 때까지 재충전하였다.
이어서 해당 전지의 내부 가스를 제거하는 디개싱 공정을 수행하고, 만충전 및 만방전 후 SOC가 55%에 도달할 때까지 충전하는 출하 충전 단계를 수행하였다. 이들 일련의 과정은 도 3에 도시된 바와 같이 진행하였다.
실시예 2
이차전지를 25℃의 상온에서 24시간 동안 숙성시켜 프리-에이징하고, 프리-에이징된 이차전지를 전압이 3.9V에 도달할 때까지 0.2C의 씨레이트로 충전하여 초기 충전을 진행하였다. 초기 충전된 이차전지를 25℃의 상온에서 3일 동안 에이징하였다. 상온 에이징이 완료되면, 이차전지를 전압이 4.2V에 도달할 때까지 추가 충전을 진행하고, 전지를 전압이 3.5V에 도달할 때까지 방전하였다. 이후 이차전지를 0.7C의 씨레이트로 전압이 4.4V에 도달할 때까지 CC 충전하였다. 이차전지의 전압이 4.4V에 도달하면, CV 충전 없이 바로 CC 방전하였으며, 구체적으로 이차전지를 3.0V의 전압에 도달할 때까지 0.7C의 씨레이트로 CC 방전하였다. 이후 이차전지를 설정된 출하 전압에 도달할 때까지 재충전하였다.
이어서 해당 전지의 내부 가스를 제거하는 디개싱 공정을 수행하고, 만충전 및 만방전 후 SOC가 55%에 도달할 때까지 충전하는 출하 충전 단계를 수행하였다. 이들 일련의 과정은 도 4에 도시된 바와 같이 진행하였다.
비교예 1
이차전지를 25℃의 상온에서 24시간 동안 숙성시켜 프리-에이징하고, 프리-에이징된 이차전지를 전압이 3.9V에 도달할 때까지 0.2C의 씨레이트로 충전하여 초기 충전을 진행하였다. 초기 충전된 이차전지를 25℃의 상온에서 3일 동안 에이징하였다. 상온 에이징이 완료되면, 이차전지를 0.7C의 씨레이트로 전압이 4.2V에 도달할 때까지 CC 충전하였다. 이차전지의 전압이 4.2V에 도달하면, 이차전지를 3.5V의 전압에 도달할 때까지 0.7C의 씨레이트로 CC 방전하였다.
이어서 해당 전지의 내부 가스를 제거하는 디개싱 공정을 수행하고, 만충전 및 만방전 후 SOC가 55%에 도달할 때까지 충전하는 출하 충전 단계를 수행하였다. 이들 일련의 과정은 도 1에 도시된 바와 같이 진행하였다.
실험예 1
상기 제조예 1에 따른 전지를 150개 제조한 후, 상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에 따른 활성화 방법을 진행하고, 전극 내부의 전해액 잔존량을 측정하였다. 또한 전해액 잔존량이 5.68g 미만일 경우 불량인 것으로 판단하였다. 구체적으로, 전해액 잔존량은 활성화 공정을 마친 전극 조립체의 중량과 건조된 전극 조립체의 중량의 차이를 측정하여 결정하였다. 전해액 잔존량 및 불량률을 하기 표 1 및 도 5에 도시하였다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1
평균 전해액 잔존량(g) 5.77 5.91 5.71
불량률(%) 0.0 0.0 31.4
상기 표 1 및 도 5를 참조하면, 4.4V 이상의 전압으로 만충전을 진행한 실시예 1 및 실시예 2의 경우 비교예 1에 비해 평균 전해액 잔존량이 더 크다는 것을 볼 수 있다. 아울러 비교예 1의 경우 전해액 잔존량이 설정된 기준에 미달하는 비율이 실시예 1 및 실시예 2에 비해 많은 것을 확인할 수 있었다. 즉 실시예 1 및 실시예 2와 같이 이차전지를 4.4V 이상의 전압으로 만충전할 경우 전극 내 전해액 잔존량이 더욱 확보됨에 따라 용량 등의 전지 성능이 우수함을 알 수 있다.
실시예 3
이차전지를 25℃의 상온에서 24시간 동안 숙성시켜 프리-에이징하고, 프리-에이징된 이차전지를 전압이 3.9V에 도달할 때까지 0.2C의 씨레이트로 충전하여 초기 충전을 진행하였다. 초기 충전된 이차전지를 25℃의 상온에서 3일 동안 에이징하였다. 상온 에이징이 완료되면, 이차전지를 전압이 4.2V에 도달할 때까지 추가 충전을 진행하고, 전지를 전압이 3.5V에 도달할 때까지 방전하였다. 이후 이차전지를 0.7C의 씨레이트로 전압이 4.4V에 도달할 때까지 CC 충전하였다. 이차전지의 전압이 4.4V에 도달하면, 전지의 전압을 유지한 상태에서 이차전지의 전류가 0.5C의 컷오프 전류 값에 도달할 때까지 충전을 계속하였다. 컷오프 전류 값에 도달하면, 이차전지를 3.5V의 전압에 도달할 때까지 0.7C의 씨레이트로 CC 방전하였다.
이어서 해당 전지의 내부 가스를 제거하는 디개싱 공정을 수행하고, 만충전 및 만방전 후 SOC가 55%에 도달할 때까지 충전하는 출하 충전 단계를 수행하였다. 이들 일련의 과정은 도 4에 도시된 바와 같이 진행하였다.
실시예 4
컷오프 전류를 0.2C로 한 것을 제외하고 실시예 3과 같이 이차전지의 활성화를 수행하였다.
실시예 5
컷오프 전류를 0.1C로 한 것을 제외하고 실시예 3과 같이 이차전지의 활성화를 수행하였다.
실시예 6
컷오프 전류를 0.025C로 한 것을 제외하고 실시예 3과 같이 이차전지의 활성화를 수행하였다.
실험예 2
상기 제조예 2에 따른 전지를 500개 제조한 후, 실시예 2 내지 실시예 6에 따른 활성화 방법을 진행하고, 전해액 잔존량을 측정하였다. 이 때, 전해액 잔존량이 4.90g 미만일 경우 불량으로 판단하였다. 그 결과를 도 6에 도시하였다.
또한, 실시예 2 내지 실시예 6에 대하여 사이클 횟수에 따른 전극의 두께를 측정하였다. 그 결과는 도 7에 도시하였다. 도 7에서, 그래프 상의 어느 한 지점은 사이클에 따른 전극의 두께 분포에 대한 것이며, 실시예 2 내지 6에 따른 전극의 두께 분포를 왼쪽부터 순서대로 도시하였다. 전극의 두께는, 예를 들어 전극 조립체의 두께를 통해 파악할 수 있다.
도 6을 참조하면, CC 충전 이후 CV 충전 없이 바로 CC 방전을 수행한 실시예 2의 경우 CV 충전을 수행한 실시예 3 내지 실시예 6에 비하여 전극 내부의 전해액 잔존량에 큰 차이가 없는 것을 확인할 수 있다. 다만 CV 충전을 좀 더 오래 수행할 경우(컷오프 전류가 작을 경우) 전해액 잔존량이 증가하는데, 이는 리튬 이온이 전극의 중심부까지 충분히 침투하여 전해액이 전극 내 증가한 기공으로 침투하였기 때문이다.
도 7을 참조하면, CV 충전 과정을 수행하지 않은 실시예 2의 경우 CV 충전 과정을 수행한 실시예 3 내지 6에 비해 전극의 평균 두께가 더 작으며, 사이클이 진행됨에 따라 전극의 두께 변화가 더 작음을 알 수 있다. 즉 본 발명에 따른 이차전지의 활성화 방법은 만충전 과정 후 CV 충전을 수행함으로써 전해액 잔존량을 더욱 증가시킬 수도 있고, CV 충전 과정을 생략함으로써 전극의 두께 증가를 최소화할 수 있다.
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 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 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.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 자명하다.

Claims (15)

  1. 전극 조립체와 전해액이 전지케이스에 수납된 이차전지를 상온에서 숙성시키는 프리-에이징(Pre-aging) 단계;
    프리-에이징된 이차전지를 초기 충전하는 활성화 단계;
    초기 충전된 이차전지를 상온에서 숙성시키는 상온 에이징 단계;
    상온 에이징된 이차전지를 4.4V 이상의 전압으로 만충전하는 단계; 및
    이차전지 내부의 가스를 제거하는 디개싱 단계; 를 포함하는 이차전지의 활성화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 활성화 단계는, 상기 이차전지를 만충전 전압의 55 내지 95% 범위의 전압에 도달하도록 충전하는 단계인 이차전지의 활성화 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상온 에이징 단계는, 이차전지의 개방회로 전압(OCV)을 측정하고, 이로부터 이차전지의 저전압 불량 여부를 판단하는 과정을 포함하는 이차전지의 활성화 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이차전지를 만충전하는 단계는,
    이차전지를 만충전 전압에 도달할 때까지 CC(constant current) 충전하고,
    만충전 전압에 도달한 이차전지를 CV(constant voltage) 충전하고,
    CV 충전된 이차전지를 CC(constant current) 방전하는 과정을 포함하는 이차전지의 활성화 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이차전지를 CC충전하는 과정은,
    상기 이차전지를 0.5 내지 0.9C의 씨레이트(C-rate)로 충전하는 것인 이차전지의 활성화 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 이차전지를 CV 충전하는 과정은,
    상기 리튬 이차전지를 CC 충전 전류값 이하의 컷오프 전류에 도달할 때까지 만충전 전압으로 충전하는 것인 이차전지의 활성화 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 이차전지를 CC 방전하는 과정은,
    상기 만충전된 이차전지를 전압이 만방전시 전압 내지 만충전 전압의 80%에 해당하는 전압에 도달할 때까지 방전하는 것인 이차전지의 활성화 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 CC 방전된 이차전지를 설정된 출하 전압에 도달할 때까지 재충전하는 과정을 더 포함하는 이차전지의 활성화 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이차전지를 만충전하는 단계는,
    이차전지를 만충전 전압에 도달할 때까지 CC 충전하는 과정 및
    만충전 전압에 도달한 이차전지를 CC방전하는 과정을 포함하며,
    상기 CC 충전 과정 및 CC 방전 과정은 연속적으로 수행되는 이차전지의 활성화 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 상온 에이징 단계 및 이차전지를 만충전하는 단계 사이에,
    상기 이차전지를 2차 충전하는 추가 충전 단계; 를 더 포함하는 이차전지의 활성화 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 디개싱 단계 이후에,
    이차 전지를 출하 충전하는 단계를 더 포함하는 이차전지의 활성화 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 이차전지를 출하 충전하는 단계는,
    내부의 가스가 제거된 이차전지에 대하여 만충전 및 만방전을 수행한 이후에, 설정한 출하 전압에 도달하도록 이차전지를 충전하는 과정인 이차전지의 활성화 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 이차전지를 출하 충전하는 단계 이후에,
    이차전지를 상온 에이징하는 단계를 더 포함하는 이차전지의 활성화 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 이차전지를 만충전하는 단계 및 이차 전지를 출하 충전하는 단계는,
    상기 이차전지의 충전 용량을 검사하는 과정을 포함하는 이차전지의 활성화 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 활성화 방법을 포함하는 이차전지의 제조방법.

KR1020200061573A 2020-05-22 2020-05-22 이차전지의 활성화 방법 KR20210144342A (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200061573A KR20210144342A (ko) 2020-05-22 2020-05-22 이차전지의 활성화 방법
CN202180007419.8A CN114902468A (zh) 2020-05-22 2021-05-24 激活二次电池的方法
US17/788,477 US20230041890A1 (en) 2020-05-22 2021-05-24 Method for activating secondary battery
PCT/KR2021/006437 WO2021235905A1 (ko) 2020-05-22 2021-05-24 이차전지의 활성화 방법
EP21808019.0A EP4060788A4 (en) 2020-05-22 2021-05-24 METHOD FOR ACTIVATING A SECONDARY BATTERY

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200061573A KR20210144342A (ko) 2020-05-22 2020-05-22 이차전지의 활성화 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210144342A true KR20210144342A (ko) 2021-11-30

Family

ID=78707949

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200061573A KR20210144342A (ko) 2020-05-22 2020-05-22 이차전지의 활성화 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230041890A1 (ko)
EP (1) EP4060788A4 (ko)
KR (1) KR20210144342A (ko)
CN (1) CN114902468A (ko)
WO (1) WO2021235905A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240036255A (ko) 2022-09-13 2024-03-20 한국앤컴퍼니 주식회사 저온 트레이를 이용한 리튬 2차전지 전해액 잔존량 개선 방법
WO2024136512A1 (ko) * 2022-12-23 2024-06-27 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 이차전지의 제조 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130126365A (ko) 2012-05-11 2013-11-20 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지의 제조방법

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101106359B1 (ko) * 2009-09-25 2012-01-18 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이온 이차 전지 제조 방법
KR101609423B1 (ko) * 2013-09-13 2016-04-05 주식회사 엘지화학 각형 이차 전지 제조 방법
KR102157503B1 (ko) * 2016-02-26 2020-09-18 주식회사 엘지화학 클램핑 앤드 베이킹 과정을 포함하는 전지셀 제조 방법
KR102200990B1 (ko) * 2017-01-11 2021-01-11 주식회사 엘지화학 전지셀의 제조 및 활성화 방법
KR102518227B1 (ko) * 2018-05-25 2023-04-05 주식회사 엘지에너지솔루션 전해액의 스웰링 특성 평가장치 및 평가방법
JP7096973B2 (ja) * 2018-06-22 2022-07-07 トヨタ自動車株式会社 非水電解液二次電池の製造方法および製造システム
KR102391533B1 (ko) * 2018-10-05 2022-04-28 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지 셀의 저전압 진단 방법 및 장치
KR20200061573A (ko) 2018-11-26 2020-06-03 아밀로이드솔루션 주식회사 신규 펩타이드 및 이를 포함하는 약제학적 조성물

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130126365A (ko) 2012-05-11 2013-11-20 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지의 제조방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240036255A (ko) 2022-09-13 2024-03-20 한국앤컴퍼니 주식회사 저온 트레이를 이용한 리튬 2차전지 전해액 잔존량 개선 방법
WO2024136512A1 (ko) * 2022-12-23 2024-06-27 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 이차전지의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021235905A1 (ko) 2021-11-25
CN114902468A (zh) 2022-08-12
EP4060788A1 (en) 2022-09-21
US20230041890A1 (en) 2023-02-09
EP4060788A4 (en) 2023-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220077491A1 (en) Method for manufacturing secondary battery
KR102508117B1 (ko) 저전압 검출력이 향상된 이차전지의 활성화 방법
KR102574500B1 (ko) 이차전지 저전압 불량의 검출 방법
US12095070B2 (en) Secondary battery formation method
KR20130098704A (ko) 비수계 이차전지용 전해질 및 이를 포함하는 이차전지
US20230041890A1 (en) Method for activating secondary battery
JP5953874B2 (ja) 蓄電素子及び蓄電素子の製造方法
JP5857839B2 (ja) 蓄電素子、蓄電素子の製造方法及び非水電解液
US11462775B2 (en) Manufacturing method for non-aqueous electrolyte secondary battery
CN115087878A (zh) 用于检测低电压电池单体的方法
KR20230037780A (ko) 전지셀의 용량 예측 방법 및 전지셀의 제조 방법
US11955609B2 (en) Secondary battery activation method
KR20220053130A (ko) 저전압 검출력 향상을 위한 이차 전지의 활성화 방법
KR20230059264A (ko) 이차전지의 제조방법
KR20230070812A (ko) 리튬 이차전지의 제조방법
KR20220125572A (ko) 전해액의 함침성 향상을 위한 이차 전지의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination