WO2026010263A1 - 배터리 셀 에이징 장치 및 이를 이용하는 배터리 셀 에이징 방법 - Google Patents

배터리 셀 에이징 장치 및 이를 이용하는 배터리 셀 에이징 방법

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WO2026010263A1
WO2026010263A1 PCT/KR2025/009124 KR2025009124W WO2026010263A1 WO 2026010263 A1 WO2026010263 A1 WO 2026010263A1 KR 2025009124 W KR2025009124 W KR 2025009124W WO 2026010263 A1 WO2026010263 A1 WO 2026010263A1
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WO
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battery cell
cell aging
aging device
layer
electrode
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PCT/KR2025/009124
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English (en)
French (fr)
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이상재
권경근
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LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
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    • H—ELECTRICITY
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    • 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
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a battery cell aging device and a battery cell aging method using the same.
  • This application claims the benefit of Korean Application No. 10-2024-0086439, filed July 1, 2024, and Korean Application No. 10-2025-0020979, filed February 18, 2025, which are incorporated herein by reference in their entirety.
  • secondary batteries can be charged and discharged multiple times. They are widely used as a power source for various wireless devices, including handsets, laptops, and cordless vacuum cleaners. Recently, improved energy density and economies of scale have dramatically reduced the per-unit manufacturing cost of secondary batteries. Furthermore, as the range of battery electric vehicles (BEVs) has increased to match that of fuel-powered vehicles, the primary use of secondary batteries is shifting from mobile devices to mobility.
  • BEVs battery electric vehicles
  • Electrodes are manufactured through electrode processes, assembly processes, and activation processes.
  • an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator may be provided.
  • the electrode assembly and electrolyte may be housed in a case.
  • the assembled battery cell may undergo charging, discharging, and aging processes. The activation process activates and stabilizes the battery cell with electrical energy.
  • the technical idea of the present invention is to provide a battery cell aging device capable of providing a battery cell with improved performance and reliability.
  • the technical idea of the present invention is to provide a battery cell aging method capable of providing a battery cell with improved performance and reliability.
  • the battery cell aging device may include a plastic cover including an opening for inserting an electrode terminal; and a moisture supply layer within the plastic cover.
  • An anti-oxidation layer may further be included on the moisture supply layer.
  • the above antioxidant layer may include a transition metal.
  • the electrode terminal is connected to an electrode, the electrode includes a first metal, the oxidation-preventing layer includes a second metal, and the second metal may have a standard reduction potential lower than that of the first metal.
  • the above moisture supply layer may be interposed between the above oxidation prevention layer and the above plastic cover.
  • the above electrode terminal is a negative terminal connected to the cathode, and the negative electrode may include a first metal.
  • the first metal may include copper (Cu), and the anti-oxidation layer may include at least one selected from magnesium (Mg), aluminum (Al), and zinc (Zn).
  • the above moisture supply layer may include a hydrocolloid.
  • the plastic cover further includes a first side, a second side, a third side, and a fourth side defining the opening, wherein the first side and the third side face each other, the second side and the fourth side face each other, and the moisture supply layer can be interposed on the first side and the third side.
  • the second side and the fourth side may include at least a portion in which the moisture supply layer is not interposed.
  • an anti-oxidation layer on the moisture supply layer may be further included.
  • the area of the first surface may be greater than the area of the second surface.
  • the battery cell aging method includes the steps of assembling a battery cell including an electrode assembly and an electrode terminal; the step of injecting an electrolyte into the battery cell; the step of charging or discharging the battery cell; and the step of aging the battery cell, wherein in the pre-aging step, the electrode terminal of the battery cell is covered by a battery cell aging device, and the battery cell aging device is characterized in that it includes a plastic cover including an opening for inserting the electrode terminal and a moisture supply layer within the plastic cover.
  • the above battery cell aging device may further include an anti-oxidation layer on the moisture supply layer.
  • a battery cell aging device may be provided that includes an anti-oxidation layer and a moisture supply layer.
  • the anti-oxidation layer includes a metal with a higher reducibility than the electrode of the battery cell, and the moisture supply layer supplies moisture to the anti-oxidation layer to promote oxidation of the anti-oxidation layer. This prevents oxidation of the electrode during the pre-aging stage. This improves the performance and reliability of the battery cell.
  • a battery cell aging method utilizing a battery cell aging device including an anti-oxidation layer and a moisture supply layer can be provided. This can prevent electrode oxidation during the pre-aging stage. This can improve the performance and reliability of the battery cell.
  • FIG. 1 is a front view illustrating a battery cell aging device according to embodiments of the technical idea of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a battery cell for explaining a battery cell aging device according to embodiments of the technical idea of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of a battery cell aging device according to embodiments of the technical idea of the present invention.
  • Figure 4 is a cross-sectional view taken along line I-I' of Figure 3.
  • Figure 5 is a cross-sectional view taken along line II-II' of Figure 3.
  • FIG. 6 is a perspective view of a battery cell aging device according to other embodiments of the technical idea of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a battery cell aging device according to other embodiments of the technical idea of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a battery cell aging method using a battery cell aging device according to embodiments of the technical idea of the present invention.
  • FIG. 1 is a front view illustrating a battery cell aging device (200) according to embodiments of the technical idea of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a battery cell (121) for explaining a battery cell aging device (200) according to embodiments of the technical idea of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of a battery cell aging device (200) according to embodiments of the technical idea of the present invention.
  • Figure 4 is a cross-sectional view taken along line I-I' of Figure 3.
  • Figure 5 is a cross-sectional view taken along line II-II' of Figure 3.
  • a battery cell aging device (200) covering an electrode terminal of a battery cell (121) may be provided.
  • the battery cell (121) may include a positive terminal (121P) and a negative terminal (121N).
  • the battery cell aging device (200) may cover the negative terminal (121N) of the battery cell (121).
  • the battery cell (121) will be described in detail with reference to FIG. 2, and the battery cell aging device (200) will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 5.
  • the battery cell (121) may include a case (121C), an electrode assembly (121EA), a positive terminal (121P), and a negative terminal (121N).
  • the battery cell (121) may further include an electrolyte.
  • the battery cell (121) may include one of a cylindrical battery cell, a prismatic battery cell, and a pouch-type battery cell.
  • the electrode assembly of the cylindrical battery cell is housed in a cylindrical metal can.
  • the electrode assembly of the prismatic battery cell is housed in a prismatic metal can.
  • the electrode assembly of the pouch-type battery cell is housed in a pouch case including an aluminum laminate sheet.
  • the electrode assembly (121EA) may include a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.
  • the electrode assembly (121EA) may be either a jelly-roll type or a stack type.
  • the jelly-roll type electrode assembly (121EA) may include a winding structure of the positive electrode, the negative electrode, and the separator interposed therebetween.
  • the stack type electrode assembly (121EA) may include a plurality of sequentially stacked positive electrodes, a plurality of negative electrodes, and a plurality of separators interposed therebetween.
  • an electrode may refer to an positive electrode and/or a negative electrode.
  • an electrode may refer to a negative electrode, a positive electrode, or a positive electrode and a negative electrode together.
  • an electrode includes a term referring to a negative electrode, and descriptions of an electrode and an electrode terminal in the present specification may include those that also apply to a negative electrode and a negative electrode terminal.
  • the positive electrode may include a positive current collector and a positive active material.
  • the negative electrode may include a negative current collector and a negative active material.
  • the thickness of the positive electrode current collector may range from about 3 ⁇ m to about 500 ⁇ m.
  • the positive electrode current collector may not cause chemical changes in the secondary battery to be ultimately manufactured and may have high conductivity.
  • the positive electrode current collector may include, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, and aluminum.
  • the positive electrode current collector may also include stainless steel surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like.
  • the surface of the positive electrode current collector may include a micro-roughened structure to increase the adhesion of the active material.
  • the positive electrode current collector may have a shape such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous material, a foam, or a non-woven fabric.
  • the thickness of the negative electrode current collector may be in the range of about 3 ⁇ m to about 500 ⁇ m.
  • the negative electrode current collector may not cause chemical changes in the secondary battery ultimately manufactured and may have high conductivity.
  • the negative electrode current collector may include copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, and an aluminum-cadmium alloy.
  • the negative electrode current collector may also include stainless steel surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc.
  • the surface of the negative electrode current collector may include a micro-roughened structure to increase the adhesion of the active material.
  • the negative electrode current collector may have a shape such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous material, a foam, or a non-woven fabric.
  • a cathode active material is a substance capable of causing an electrochemical reaction.
  • the cathode active material may be a lithium transition metal oxide.
  • the cathode active material is, for example, a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) substituted with one or more transition metals, a lithium manganese oxide substituted with one or more transition metals, a lithium nickel-based oxide represented by the chemical formula LiNi 1-y M y O 2 (wherein, M is any one of Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn, and Ga, and 0.01 ⁇ y ⁇ 0.7), Li 1+z Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , Li 1+z Ni b Mn c Co 1- (b+c+d) M d O (2-e) A e (wherein, -0.5 ⁇ z ⁇ 0.5, and 0.1 ⁇ b ⁇ 0.8 ) such as Li 1+z Ni 1/3 Co 1/3 Mn
  • M is any one of Al, Mg, Cr, Ti, Si and Y, and A is any one of F, P and Cl), and may include an olivine-based lithium metal phosphate expressed by the chemical formula Li 1+x M 1-y M' y PO 4-z X z (wherein, M is a transition metal, more specifically, any one of Fe, Mn, Co and Ni, M' is any one of Al, Mg and Ti, X is any one of F, S and N, -0.5 ⁇ x ⁇ +0.5, 0 ⁇ y ⁇ 0.5, and 0 ⁇ z ⁇ 0.1).
  • the negative electrode active material may include carbon, for example, non-graphitizable carbon, graphitic carbon, etc.
  • the negative electrode active material may include a metal composite oxide, for example, Li x Fe 2 O 3 (0 ⁇ x ⁇ 1), Li x WO 2 (0 ⁇ x ⁇ 1), Sn x Me 1-x Me' y O z (wherein Me is any one of Mn, Fe, Pb, and Ge, and Me' is any one of Al, B, P, Si, elements of Group 1, 2, and 3 of the periodic table, and halogens, and 0 ⁇ x ⁇ 1, 1 ⁇ y ⁇ 3, and 1 ⁇ z ⁇ 8).
  • the negative electrode active material may include, for example, lithium metal, a lithium alloy, a silicon-based alloy, and a tin-based alloy.
  • the negative electrode active material may include , for example, a metal oxide such as SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , Bi 2 O 5 .
  • the negative electrode active material may include, for example, a conductive polymer such as polyacetylene, a Li-Co-Ni-based material, etc.
  • a plurality of positive electrodes and a plurality of negative electrodes can be arranged in a first direction (X direction).
  • a plurality of positive electrodes and a plurality of negative electrodes can be stacked in a first direction (X direction).
  • Each of the plurality of anodes of the electrode assembly (121EA) may include an anode tab (not shown).
  • the anode tab (not shown) of each of the plurality of anodes of the electrode assembly (121EA) may be short-circuited with the anode terminal (121P).
  • the anode tab (not shown) of each of the plurality of anodes of the electrode assembly (121EA) may be welded with the anode terminal (121P).
  • Each of the plurality of cathodes of the electrode assembly (121EA) may include a cathode tab (121NT).
  • the cathode tab (121NT) of each of the plurality of cathodes of the electrode assembly (121EA) may be short-circuited with the cathode terminal (121N).
  • the cathode tab (121NT) of each of the plurality of cathodes of the electrode assembly (121EA) may be welded with the cathode terminal (121N).
  • the case (121C) may include an inner resin layer, a metal layer, and an outer resin layer.
  • An adhesive and an anti-corrosion layer may further be provided between the inner resin layer and the metal layer and between the outer resin layer and the metal layer.
  • the inner resin layer may have heat-sealing properties and may be referred to as a sealant layer.
  • the inner resin layer enables sealing of the case (121C).
  • the inner resin layer may include a polyolefin-based resin, such as polypropylene (PP) and polyethylene (PE).
  • the metal layer may include any one of an alloy of iron, carbon, chromium, and manganese, an alloy of iron, chromium, and nickel, and aluminum.
  • the metal layer may be a gas barrier.
  • the metal layer may block the ingress and egress of gas through the case (121C).
  • the outer resin layer may be a surface protection layer.
  • the outer resin layer may include a material having wear resistance and heat resistance, such as a nylon resin.
  • the case (121C) may be provided by joining a first case (121C1) and a second case (121C2).
  • the first case (121C1) may be substantially flat.
  • the first case (121C1) may not include a receiving portion.
  • the second case (121C2) may include a receiving portion (121R).
  • the receiving portion (121R) may be formed by a pouch forming process.
  • the receiving portion (121R) is a portion of the second case (121C2) formed into a bowl shape to receive the electrode assembly (121EA).
  • each of the first case (121C1) and the second case (121C2) may include a receiving portion (121R) formed by a pouch forming process.
  • the terrace (121T) of the second case (121C2) can surround the receiving portion (121R).
  • the terrace (121T) of the second case (121C2) can be joined to the edge of the first case (121C1), and thus, the case (121C) can be provided.
  • the case (121C) may have an approximately rectangular parallelepiped shape, and the first main surface (121FS1) and the second main surface (121FS2) of the case (121C) may be widest surfaces of the case (121C).
  • the first main surface (121FS1) and the second main surface (121FS2) may be substantially parallel to at least one of the electrode assembly (121EA) or the plurality of positive electrodes and the plurality of negative electrodes included in the electrode assembly (121EA).
  • the first main surface (121FS1) and the second main surface (121FS2) may be opposite to each other.
  • the first main surface (121FS1) and the second main surface (121FS2) may be substantially perpendicular to the first direction (X direction), but are not limited thereto.
  • An insulating tape (121I) may be applied on the positive terminal (121P) and the negative terminal (121N).
  • the positive terminal (121P) and the negative terminal (121N) may protrude outside the case (121C).
  • the positive terminal (121P) and the negative terminal (121N) may protrude in a second horizontal direction (Y direction) from the case (121C). Accordingly, the resulting voltage and current of the battery cell (121) may be output through the positive terminal (121P) and the negative terminal (121N).
  • the positive terminal (121P) may be a positive lead.
  • the negative terminal (121N) may be a negative lead.
  • each of the plurality of battery cells (121) is a bidirectional cell in which the positive terminal (121P) and the negative terminal (121N) of the battery cell (121) are formed on opposite sides of the case (121C).
  • the positive terminal (121P) and the negative terminal (121N) may be spaced apart in a second direction (Y direction).
  • the second direction (Y direction) may be substantially parallel to each of the plurality of positive electrodes of the electrode assembly (121EA) and each of the plurality of negative electrodes of the electrode assembly (121EA).
  • the battery cell aging device (200) may include a plastic cover (210) including an opening (OP) into which an electrode terminal is inserted.
  • OP opening
  • the aforementioned negative terminal (121N) may be inserted into the opening (OP).
  • the plastic cover (210) may include an insulating material.
  • the plastic cover (210) may include polyethylene or polypropylene.
  • the opening (OP) may be defined by first to fourth sides (S1 to S4).
  • the first to fourth sides (S1 to S4) may be inner surfaces of the plastic cover (210).
  • the first side (S1) and the third side (S3) may be parallel to each other.
  • the first side (S1) and the third side (S3) may face each other.
  • the first side (S1) and the third side (S3) may extend in the second direction (Y direction) and the third direction (Z direction).
  • the second side (S2) and the fourth side (S4) may be parallel to each other.
  • the second side (S2) and the fourth side (S4) may extend in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction).
  • the second side (S2) and the fourth side (S4) may face each other.
  • the first side (S1) can meet the second side (S2) and the fourth side (S4).
  • the third side (S3) can meet the second side (S2) and the fourth side (S4).
  • the areas of the first side (S1) and the third side (S3) may be greater than the areas of the second side (S2) and the fourth side (S4).
  • the battery cell aging device (200) may further include a moisture supply layer (220) and an oxidation prevention layer (230) interposed within the plastic cover (210).
  • the moisture supply layer (220) may be interposed within the opening (OP) of the plastic cover (210).
  • the moisture supply layer (220) may be interposed on a portion of the surface of the plastic cover (210).
  • the moisture supply layer (220) may be interposed on the first surface (S1) and the third surface (S3) of the plastic cover (210).
  • the moisture supply layer (220) may not be interposed on the second surface (S2) and the fourth surface (S4) of the plastic cover (210).
  • the second surface (S2) and the fourth surface (S4) may include at least a portion where the moisture supply layer (220) is not interposed.
  • the plastic cover (210) may further include a fifth surface (S5) that meets the first to fourth surfaces (S1 to S4).
  • the fifth surface (S5) may extend in the first direction (X direction) and the third direction (Z direction).
  • the moisture supply layer (220) may not be interposed on the fifth surface (S5).
  • the fifth surface (S5) may include at least a portion where the moisture supply layer (220) is not interposed.
  • the anti-oxidation layer (230) may be interposed on the moisture supply layer (220) within the opening (OP) of the plastic cover (210).
  • the anti-oxidation layer (230) may be interposed on some surfaces of the plastic cover (210). Specifically, the anti-oxidation layer (230) may be interposed on the first surface (S1) and the third surface (S3) of the plastic cover (210). In some embodiments, the anti-oxidation layer (230) may not be interposed on the second surface (S2) and the fourth surface (S4) of the plastic cover (210).
  • the second surface (S2) and the fourth surface (S4) may include at least a portion where the anti-oxidation layer (230) is not interposed.
  • the anti-oxidation layer (230) may not be interposed on the fifth surface (S5).
  • the fifth side (S5) may include at least a portion in which the anti-oxidation layer (230) is not interposed.
  • a moisture supply layer (220) may be interposed between a plastic cover (210) and an anti-oxidation layer (230).
  • the moisture supply layer (220) may serve to supply moisture to the anti-oxidation layer (230) while the battery cell aging device (200) covers the electrode terminal of the battery cell (121).
  • the moisture supply layer (220) may include a hydrocolloid.
  • the oxidation prevention layer (230) may include a transition metal.
  • the oxidation prevention layer (230) may include a transition metal having a lower standard reduction potential than the electrode to which the electrode terminal covered by the battery cell aging device (200) is connected.
  • a battery cell aging device (200) may cover a negative terminal (121N) connected to a negative electrode of a battery cell (121).
  • the negative electrode may include a first metal.
  • the negative electrode includes a negative electrode collector, and descriptions of the negative electrode in this specification may include descriptions of the negative electrode collector.
  • the negative electrode collector may include the first metal.
  • the oxidation prevention layer (230) may include a second metal having a lower standard reduction potential than the first metal.
  • the second metal included in the oxidation prevention layer (230) has a lower standard reduction potential than the first metal of the cathode, and thus may have a greater reducibility than the first metal. That is, the second metal may be oxidized better than the first metal.
  • the negative electrode may include copper (Cu).
  • the negative electrode current collector may include copper (Cu).
  • the oxidation prevention layer (230) may include a metal having a lower standard reduction potential than copper (Cu).
  • the oxidation prevention layer (230) may include magnesium (Mg), aluminum (Al), or zinc (Zn).
  • a battery cell aging device (200) covers an electrode terminal of a battery cell (121), thereby preventing an electrode connected to the electrode terminal from being oxidized while a pre-aging process of the battery cell is in progress.
  • the negative electrode current collector of the negative electrode when the negative electrode current collector of the negative electrode is exposed to the electrolyte within the case (121C) during the pre-aging process of the battery cell (121), if the potential of the negative electrode current collector increases, a delamination phenomenon or dendrite formation may occur in which the metal (e.g., the first metal) included in the negative electrode current collector dissolves into the electrolyte.
  • the metal e.g., the first metal
  • an oxidation prevention layer (230) including a metal (e.g., the second metal) having a higher reduction property than the metal (e.g., the first metal) included in the negative electrode current collector of the negative electrode is oxidized and can transfer electrons to the negative electrode terminal (121N), and these electrons can be transferred to the negative electrode current collector of the negative electrode connected to the negative electrode terminal (121N) within the case (121C).
  • oxidation of the negative electrode can be prevented.
  • the moisture supply layer (220) can supply moisture to the oxidation prevention layer (230) to promote oxidation of the oxidation prevention layer (230).
  • the oxidation prevention layer (230) may include a metal having a higher reducibility than the electrode of the battery cell (121), thereby preventing the electrode from being oxidized.
  • the oxidation prevention layer (230) may include a metal having a higher reducibility than the negative electrode of the battery cell (121), thereby preventing the negative electrode from being oxidized.
  • the oxidation prevention layer (230) may include a metal having a higher reducibility than the negative electrode current collector of the battery cell (121), thereby preventing the negative electrode current collector from being oxidized.
  • the anti-oxidation layer (230) can oxidize and reduce the electrode, and the moisture supply layer (220) can supply moisture to the anti-oxidation layer (230) to promote oxidation of the anti-oxidation layer (230) and reduction of the electrode.
  • the moisture supply layer (220) can promote reduction of the negative electrode.
  • the moisture supply layer (220) can promote reduction of the negative electrode current collector.
  • a battery cell aging device (200) covering an electrode terminal of a battery cell (121) and including an oxidation prevention layer (230) and a moisture supply layer (220) can be provided.
  • a battery cell aging device (200) capable of providing a battery cell (121) with improved performance and reliability can be provided.
  • FIG. 6 is a perspective view of a battery cell aging device (200A) according to other embodiments of the technical concept of the present invention. Below, the differences from the battery cell aging device (200) described with reference to FIGS. 1 to 5 will be primarily described.
  • a battery cell aging device (200A) may include a plastic cover (210) including an opening (OP) for inserting an electrode terminal, a moisture supply layer (220A) and an oxidation prevention layer (230A) interposed within the plastic cover (210).
  • the opening (OP) can be defined by the first to fourth sides (S1 to S4).
  • the moisture supply layer (220A) may be interposed within the opening (OP) of the plastic cover (210). Specifically, the moisture supply layer (220A) may be interposed on the first to fourth surfaces (S1 to S4) of the plastic cover (210).
  • the anti-oxidation layer (230A) may be interposed on the moisture supply layer (220A) within the opening (OP) of the plastic cover (210). Specifically, the anti-oxidation layer (230A) may be interposed on the first to fourth surfaces (S1 to S4) of the plastic cover (210).
  • a moisture supply layer (220A) may be interposed between a plastic cover (210) and an anti-oxidation layer (230A).
  • the moisture supply layer (220A) may serve to supply moisture to the anti-oxidation layer (230A) while the battery cell aging device (200A) covers the electrode terminal of the battery cell (210, see FIG. 1).
  • the oxidation prevention layer (230A) may include a transition metal.
  • the oxidation prevention layer (230A) may include a transition metal having a lower standard reduction potential than the electrode to which the electrode terminal covered by the battery cell aging device (200A) is connected.
  • a battery cell aging device (200A) capable of providing a battery cell (121) with improved performance and reliability can be provided.
  • Fig. 7 is a cross-sectional view of a battery cell aging device (200B) according to other embodiments of the technical concept of the present invention. Specifically, Fig. 7 corresponds to a cross-sectional view taken along line II-II' of Fig. 3. Below, the differences from the battery cell aging device (200) described with reference to Figs. 1 to 5 will be primarily described.
  • the battery cell aging device (200B) may include a plastic cover (210) including an opening (OP) for inserting an electrode terminal, a moisture supply layer (220B) and an oxidation prevention layer (230B) interposed within the plastic cover (210).
  • the moisture supply layer (220B) may be interposed within the opening (OP) of the plastic cover (210).
  • the moisture supply layer (220B) may be interposed on a portion of the surface of the plastic cover (210).
  • the oxidation prevention layer (230B) may be interposed within the opening (OP) of the plastic cover (210) and on the moisture supply layer (220B).
  • the oxidation prevention layer (230B) may be interposed on a portion of the surface of the plastic cover (210).
  • the opening (OP) of the plastic cover (210) may be defined by the first to fourth surfaces (S1 to S4, see FIG. 3).
  • the plastic cover (210) may further include a fifth surface (S5) that meets the first to fourth surfaces (S1 to S4).
  • the moisture supply layer (220B) and the oxidation prevention layer (230B) may also be interposed on the fifth surface (S5).
  • a moisture supply layer (220B) may be interposed between a plastic cover (210) and an anti-oxidation layer (230B).
  • the moisture supply layer (220B) may serve to supply moisture to the anti-oxidation layer (230B) while the battery cell aging device (200B) covers the electrode terminal of the battery cell (210, see FIG. 1).
  • the oxidation prevention layer (230B) may include a transition metal.
  • the oxidation prevention layer (230B) may include a transition metal having a lower standard reduction potential than the electrode to which the electrode terminal covered by the battery cell aging device (200B) is connected.
  • a battery cell aging device (200B) capable of providing a battery cell (121) with improved performance and reliability can be provided.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a battery cell aging method (S10) using a battery cell aging device (200, see FIG. 1) according to embodiments of the technical idea of the present invention.
  • the battery cell aging method (S10) using the battery cell aging device (200) will be described with reference to FIGS. 1 to 3 and FIG. 8 together.
  • a step (S11) of assembling a battery cell including an electrode assembly and an electrode terminal can be performed.
  • the battery cell (121) as illustrated in FIGS. 1 and 2 can be assembled.
  • the battery cell (121) may include an electrode assembly (121EA) and an electrode terminal.
  • the electrode terminal may include, for example, a positive terminal (121P) and/or a negative terminal (121N).
  • an electrode process including a mixing process, a coating process, a roll pressing process, an optional slitting process, and a notching process may be performed.
  • a process of embedding the electrode assembly (121EA) into the case (121C) may be performed.
  • a step (S12) of injecting an electrolyte may be performed.
  • the electrolyte may be injected into the case (121C).
  • a pre-aging step (S13) can be performed, waiting for the electrolyte to be impregnated into the battery cell.
  • the key to the pre-aging process is to evenly distribute the electrolyte within the pouch cell, ensuring that it permeates both the positive and negative electrodes.
  • the pre-aging process can improve lithium ion mobility.
  • the pre-aging step (S13) is a step that completes the electrical connection between the positive and negative electrodes before proceeding with the subsequent charging or discharging step (S14). If the electrolyte impregnation is not sufficient, problems such as dendrite formation and capacity reduction during battery operation may occur, affecting the performance and reliability of the secondary battery. To improve the electrolyte impregnation, it is possible to consider increasing the pre-aging temperature or increasing the pre-aging time.
  • the electrode terminal of the battery cell (121) can be covered with a battery cell aging device (200) in the pre-aging step (S14).
  • the negative terminal (121N) of the battery cell (121) can be covered with a battery cell aging device (200).
  • the battery cell aging device (200) may include an oxidation prevention layer (230) and a moisture supply layer (220).
  • the oxidation prevention layer (230) may include a metal having a higher reducibility than the electrode of the battery cell (121), thereby preventing the electrode from being oxidized.
  • the battery cell aging device (200) covers the negative terminal (121N) of the battery cell (121), and the oxidation prevention layer (230) may include a metal having a higher reducibility than the negative electrode connected to the negative terminal (121N), thereby preventing the negative electrode from being oxidized.
  • the oxidation prevention layer (230) may include a metal having a higher reducibility than the negative electrode current collector connected to the negative terminal (121N), thereby preventing the negative electrode current collector from being oxidized.
  • the anti-oxidation layer (230) can oxidize and reduce the electrode, and the moisture supply layer (220) can supply moisture to the anti-oxidation layer (230) to promote oxidation of the anti-oxidation layer (230) and reduction of the electrode.
  • the moisture supply layer (220) can promote reduction of the negative electrode.
  • the moisture supply layer (220) can promote reduction of the negative electrode current collector.
  • a battery cell aging method (S10) that can improve the performance and reliability of a battery cell (121) can be provided.
  • a step (S14) of charging or discharging the battery cell (121) may be performed.
  • the battery cell (121) While the battery cell (121) is being charged or discharged, the battery cell (121) may be pressurized by a pressurizing jig. Pressurizing the battery cell can prevent gas traps and lithium plating, and improve the uniformity of the SEI (Solid Electrolyte Interphase) film.
  • a battery cell (121) including a uniform SEI film can have a relatively short charge or discharge time.
  • SEI film may be formed on the surface of the negative electrode during the first charge.
  • SEI is a thin film that forms on the surface of the negative electrode material when the battery cell (121) is first charged after manufacturing. When the battery cell (121) is charged, lithium ions in the battery cell move to the negative electrode, and in the process, a chemical reaction that occurs when substances in the electrolyte are electrolyzed for the first time may form an SEI film on the surface of the negative electrode material.
  • SEI may be a type of separator. SEI can prevent further decomposition reactions of the electrolyte during the process of lithium ions moving from the positive electrode to the negative electrode for battery charging.
  • a step (S15) of aging the battery cell (121) can be performed.
  • the battery cell (121) may be stored at room temperature for a predetermined period of time so that the charged or discharged battery cell (121) is stabilized.
  • a battery cell aging method (S10) using a battery cell aging device (200) can be provided.
  • the battery cell aging device (200) can cover the negative terminal of a battery cell (121) while a pre-aging step (S14) is performed, thereby preventing oxidation of the negative terminal of the battery cell (121) connected thereto.
  • a battery cell aging method (S10) capable of providing a battery cell (121) with improved performance and reliability can be provided.

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Abstract

본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 배터리 셀 에이징 장치가 제공된다. 배터리 셀 에이징 장치는 전극 단자가 삽입되기 위한 개구를 포함하는 플라스틱 커버; 및 상기 플라스틱 커버 내의 수분 공급층을 포함할 수 있다.

Description

배터리 셀 에이징 장치 및 이를 이용하는 배터리 셀 에이징 방법
본 발명은 배터리 셀 에이징 장치 및 이를 이용하는 배터리 셀 에이징 방법에 관한 것이다. 본 출원은 2024년 7월 1일에 출원된, 한국 출원 번호 제10-2024-0086439호 및 2025년 2월 18일에 출원된, 한국 출원 번호 제10-2025-0020979호의 이익을 주장하며, 해당 출원은 여기에 전체로서 참조된다.
이차 전지는 일차 전지와 달리 복수 번의 충방전이 가능하다. 이차 전지는 핸드셋, 노트북, 무선 청소기 등의 다양한 무선 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 최근, 에너지 밀도 개선 및 규모의 경제로 인해 이차 전지의 단위 용량당 제조 비용이 획기적으로 감소하고, BEV(battery electric vehicle)의 항속길이가 연료 차량과 동등한 수준으로 증가함에 따라, 이차 전지의 주요 쓰임새는 모바일 기기에서 모빌리티로 이동하고 있다.
이차 전지는 전극 공정, 조립 공정 및 활성화 공정을 통해 제조된다. 전극 공정에서, 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 어셈블리가 제공될 수 있다. 조립 공정에서, 전극 어셈블리 및 전해액은 케이스에 내장될 수 있다. 활성화 공정에서, 조립된 배터리 셀은 충전, 방전 및 에이징 단계들을 거칠 수 있다. 활성화 공정에 의해 배터리 셀은 전기 에너지에 의해 활성화되고 안정될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 성능 및 신뢰성이 향상된 배터리 셀을 제공할 수 있는 배터리 셀 에이징 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 성능 및 신뢰성이 향상된 배터리 셀을 제공할 수 있는 배터리 셀 에이징 방법을 제공하고자 하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 배터리 셀 에이징 장치가 제공된다. 배터리 셀 에이징 장치는 전극 단자가 삽입되기 위한 개구를 포함하는 플라스틱 커버; 및 상기 플라스틱 커버 내의 수분 공급층을 포함할 수 있다.
상기 수분 공급층 상의 산화 방지층을 더 포함할 수 있다.
상기 산화 방지층은 전이 금속을 포함할 수 있다.
상기 전극 단자는 전극에 연결되고, 상기 전극은 제1 금속을 포함하고, 상기 산화 방지층은 제2 금속을 포함하고, 상기 제2 금속은 상기 제1 금속보다 표준 환원 전위가 낮을 수 있다.
상기 수분 공급층은 상기 산화 방지층과 상기 플라스틱 커버 사이에 개재될 수 있다.
상기 전극 단자는 음극에 연결된 음극 단자이고, 상기 음극은 제1 금속을 포함할 수 있다.
상기 제1 금속은 구리(Cu)를 포함하고, 상기 산화 방지층은 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 및 아연(Zn) 중 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 수분 공급층은 하이드로콜로이드를 포함할 수 있다.
상기 플라스틱 커버는 상기 개구를 정의하는 제1 면, 제2 면, 제3 면, 및 제4 면을 더 포함하고, 상기 제1 면 및 상기 제3 면은 서로 마주보고, 상기 제2 면 및 상기 제4 면은 서로 마주보고, 상기 수분 공급층은 상기 제1 면 및 상기 제3 면 상에 개재될 수 있다.
상기 제2 면 및 상기 제4 면은 상기 수분 공급층이 개재되지 않는 적어도 일부를 포함할 수 있다.
상기 제1 면 및 상기 제3 면 상에서, 상기 수분 공급층 상의 산화 방지층을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 면의 면적은 상기 제2 면의 면적보다 클 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 배터리 셀 에이징 방법이 제공된다. 배터리 셀 에이징 방법은, 전극 어셈블리 및 전극 단자를 포함하는 배터리 셀을 조립하는 단계; 상기 배터리 셀에 전해액을 주입하는 단계; 상기 배터리 셀을 충전 또는 방전하는 단계; 및 상기 배터리 셀을 에이징하는 단계를 포함하고, 상기 프리 에이징 단계에서, 상기 배터리 셀의 상기 전극 단자는 배터리 셀 에이징 장치에 의해 커버되고, 상기 배터리 셀 에이징 장치는 상기 전극 단자가 삽입되기 위한 개구를 포함하는 플라스틱 커버 및 상기 플라스틱 커버 내의 수분 공급층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 배터리 셀 에이징 장치는 상기 수분 공급층 상의 산화 방지층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 산화 방지층 및 수분 공급층을 포함하는 배터리 셀 에이징 장치가 제공될 수 있다. 산화 방지층은 배터리 셀의 전극보다 환원성이 높은 금속을 포함하며, 수분 공급층은 산화 방지층에 수분을 공급해 산화 방지층의 산화를 촉진시킨다. 이에 의해, 프리 에이징 단계에서 전극이 산화하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 배터리 셀의 성능 및 신뢰성이 향상될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 산화 방지층 및 수분 공급층을 포함하는 배터리 셀 에이징 장치를 이용하는 배터리 셀 에이징 방법이 제공될 수 있다. 이에 의해, 프리 에이징 단계에서 전극이 산화하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 배터리 셀의 성능 및 신뢰성이 향상될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 다른 효과들은 이하의 설명으로부터 본 개시의 예시적인 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 개시의 예시적인 실시예들을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 개시의 예시적인 실시예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 배터리 셀 에이징 장치를 설명하기 위한 정면도이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 배터리 셀 에이징 장치를 설명하기 위한 배터리 셀의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 배터리 셀 에이징 장치의 사시도이다.
도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따른 단면도이다.
도 5는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예들에 따른 배터리 셀 에이징 장치의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예들에 따른 배터리 셀 에이징 장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 배터리 셀 에이징 장치를 이용한 배터리 셀 에이징 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 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 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
(제1 실시예)
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 배터리 셀 에이징 장치(200)를 설명하기 위한 정면도이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 배터리 셀 에이징 장치(200)를 설명하기 위한 배터리 셀(121)의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 배터리 셀 에이징 장치(200)의 사시도이다.
도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따른 단면도이다.
도 5는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따른 단면도이다.
도 1을 참조하면, 배터리 셀(121)의 전극 단자를 커버하는 배터리 셀 에이징 장치(200)가 제공될 수 있다.
구체적으로, 배터리 셀(121)은 양극 단자(121P) 및 음극 단자(121N)를 포함할 수 있다. 배터리 셀 에이징 장치(200)는 배터리 셀(121)의 음극 단자(121N)를 커버할 수 있다.
이하에서, 도 2를 참조하여 배터리 셀(121)에 대해 상세히 설명하고, 도 3 내지 도 5를 참조하여 배터리 셀 에이징 장치(200)에 대해 상세히 설명하겠다.
도 2를 함께 참조하면, 배터리 셀(121)은 케이스(121C), 전극 어셈블리(121EA), 양극 단자(121P) 및 음극 단자(121N)를 포함할 수 있다. 배터리 셀(121)은 전해액을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 배터리 셀(121)은 원통형 배터리 셀, 각형 배터리 셀 및 파우치 형 배터리 셀 중 하나를 포함할 수 있다. 원통형 배터리 셀의 전극 어셈블리는 원통형 금속 캔에 내장된다. 각형 배터리 셀의 전극 어셈블리는 각형 금속 캔에 내장된다. 파우치 형 배터리 셀의 전극 어셈블리는 알루미늄 라미네이트 시트를 포함하는 파우치 케이스에 내장된다. 이하에서는, 배터리 셀(121)이 파우치 형 배터리 셀을 포함하는 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상이 설명되나, 당업계의 통상의 기술자는 여기에 설명된 바에 기초하여, 배터리 셀(121)이 원통형 배터리 셀 및 각형 배터리 셀 중 하나를 포함하는 예시에 용이하게 도달할 수 있을 것이다.
전극 어셈블리(121EA)는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함할 수 있다. 전극 어셈블리(121EA)는 젤리-롤 타입 및 스택 타입 중 어느 하나일 수 있다. 젤리 롤 타입의 전극 어셈블리(121EA)는 양극, 음극 및 그들 사이에 개재된 분리막의 권취 구조를 포함할 수 있다. 스택 타입의 전극 어셈블리(121EA)는 순차로 적층된 복수의 양극들, 복수의 음극들 및 그들 사이에 개재된 복수의 분리막들을 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 전극은 양극 및/또는 음극을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 전극은 음극을 지칭하거나, 양극을 지칭하거나, 또는 양극 및 음극을 아울러 지칭하는 말일 수 있다. 예를 들어, 전극은 음극을 지칭하는 것을 포함하며, 본 명세서에서 전극 및 전극 단자에 관한 기재는 음극 및 음극 단자에 대하여도 적용되는 것을 포함할 수 있다.
양극은 양극 집전체 및 양극 활물질을 포함할 수 있다. 음극은 음극 집전체 및 음극 활물질을 포함할 수 있다.
양극 집전체의 두께는 약 3 ㎛ 내지 약 500 ㎛의 범위에 있을 수 있다(Ranges from about 3 ㎛ to about 500 ㎛). 양극 집전체는 최종적으로 제조되는 이차 전지에 화학적 변화를 유발하지 않을 수 있고, 높은 도전성을 가질 수 있다. 양극 집전체는, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 및 알루미늄을 포함할 수 있다. 양극 집전체는, 카본, 니켈, 티탄, 은 등에 의해 표면 처리된 스테리인레스 스틸을 포함할 수도 있다. 양극 집전체의 표면은 활물질의 접착력을 높이기 위한 미세 요철 구조를 포함할 수 있다. 양극 집전체는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질, 발포체, 부직포 등의 형상을 가질 수 있다.
음극 집전체의 두께는 약 3 ㎛ 내지 약 500 ㎛의 범위에 있을 수 있다. 음극 집전체는 최종적으로 제조되는 이차 전지에 화학적 변화를 유발하지 않을 수 있고, 높은 도전성을 가질 수 있다. 음극 집전체는 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 및 알루미늄-카드뮴 합금을 포함할 수 있다. 음극 집전체는 카본, 니켈, 티탄, 은 등에 의해 표면 처리된 스테인레스 스틸을 포함할 수도 있다. 음극 집전체의 표면은 활물질의 접착력을 높이기 위한 미세 요철 구조를 포함할 수 있다. 음극 집전체는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질, 발포체, 부직포 등의 형상을 가질 수 있다.
양극 활물질은, 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질이다. 양극 활물질은 리튬 전이금속 산화물일 수 있다. 양극 활물질은, 예컨대, 하나 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2) 및 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물, 하나 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물, 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M은 Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 및 Ga 중 어느 하나이고, 0.01≤y≤0.7)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물, Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2, Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2 과 같이 Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae (여기서, -0.5≤z≤0.5 이고, 0.1≤b≤0.8 이며, 0.1≤c≤0.8 이고, 0≤d≤0.2 이며, 0≤e≤0.2, b+c+d<1 이고, M 은 Al, Mg, Cr, Ti, Si 및 Y 중 어느 하나이고, A 은 F, P 및 Cl 중 어느 하나)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물, 화학식 Li1+xM1-yM'yPO4-zXz(여기서, M은 전이금속으로 보다 구체적으로 Fe, Mn, Co 및 Ni 중 어느 하나이고, M'은 Al, Mg 및 Ti 중 어느 하나이며, X은 F, S 및 N 중 어느 하나이고, -0.5≤x≤+0.5 이며, 0≤y≤0.5 이고, 0≤z≤0.1)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트를 포함할 수 있다.
음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소를 포함할 수 있다. 음극 활물질은, 예컨대, LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (여기서, Me은 Mn, Fe, Pb 및 Ge 중 어느 하나이고, Me'은 Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소 및 할로겐 중 어느 하나이며, 0<x≤1 이고, 1≤y≤3 이며, 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물을 포함할 수 있다. 음극 활물질은, 예컨대, 리튬 금속, 리튬 합금, 규소계 합금, 주석계 합금을 포함할 수 있다. 음극 활물질은, 예컨대, SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 음극 활물질은, 예컨대, 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자, Li-Co-Ni 계 재료 등을 포함할 수 있다.
스택 타입의 전극 어셈블리(121EA)에서, 복수의 양극들 및 복수의 음극들은 제1 방향(X 방향)으로 배열될 수 있다. 스택 타입의 전극 어셈블리(121EA)에서, 복수의 양극들 및 복수의 음극들은 제1 방향(X 방향)으로 적층될 수 있다.
전극 어셈블리(121EA)의 복수의 양극들 각각은 양극 탭(미도시)을 포함할 수 있다. 전극 어셈블리(121EA)의 복수의 양극들 각각의 양극 탭(미도시)은 양극 단자(121P)와 단락될 수 있다. 전극 어셈블리(121EA)의 복수의 양극들 각각의 양극 탭(미도시)은 양극 단자(121P)와 용접될 수 있다.
전극 어셈블리(121EA)의 복수의 음극들 각각은 음극 탭(121NT)을 포함할 수 있다. 전극 어셈블리(121EA)의 복수의 음극들 각각의 음극 탭(121NT)은 음극 단자(121N)와 단락될 수 있다. 전극 어셈블리(121EA)의 복수의 음극들 각각의 음극 탭(121NT)은 음극 단자(121N)와 용접될 수 있다.
케이스(121C)는 내부 수지 층, 금속 층 및 외부 수지 층을 포함할 수 있다. 내부 수지 층과 금속 층의 사이 및 외부 수지 층과 금속 층의 사이에 접착제 및 부식 방지층이 더 제공될 수 있다.
내부 수지 층은 열접착성을 가질 수 있고, 실란트 층이라고 지칭될 수 있다. 내부 수지 층은 케이스(121C)의 실링을 가능하게 한다. 내부 수지 층은 예컨대, 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE) 등과 같은 폴리 올레핀 계 수지를 포함할 수 있다. 금속 층은 철, 탄소, 크롬 및 망간의 합금, 철, 크롬 및 니켈의 합금 및 알루미늄 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 금속 층은 가스 배리어일 수 있다. 금속 층은 케이스(121C)를 통한 가스의 출입을 차단할 수 있다. 외부 수지 층은 표면 보호층일 수 있다. 외부 수지 층은 나일론 수지와 같이, 내마모성 및 내열성을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
케이스(121C)는 제1 케이스(121C1) 및 제2 케이스(121C2)의 접합에 의해 제공될 수 있다. 본 예시에서, 제1 케이스(121C1)는 실질적으로 평평할 수 있다. 제1 케이스(121C1)는 수용부를 포함하지 않을 수 있다. 제2 케이스(121C2)는 수용부(121R)를 포함할 수 있다. 수용부(121R)는 파우치 포밍 공정에 의해 형성될 수 있다. 수용부(121R)는 전극 어셈블리(121EA)의 수용을 위해 그릇 형상으로 성형된 제2 케이스(121C2)의 부분이다. 도 2의 도시와 달리, 제1 케이스(121C1) 및 제2 케이스(121C2) 각각이 파우치 포밍 공정에 의해 형성된 수용부(121R)를 포함할 수도 있다.
제2 케이스(121C2)의 테라스(121T)는 수용부(121R)를 둘러쌀 수 있다. 제2 케이스(121C2)의 테라스(121T)는 제1 케이스(121C1)의 가장자리와 접합될 수 있고, 이에 따라, 케이스(121C)가 제공될 수 있다.
케이스(121C)는 대략 직육면체 형상을 가질 수 있고, 케이스(121C)의 제1 주면(121FS1) 및 제2 주면(121FS2)은 케이스(121C)의 가장 넓은 면들일 수 있다. 제1 주면(121FS1) 및 제2 주면(121FS2)은 전극 어셈블리(121EA) 또는 전극 어셈블리(121EA)에 포함된 복수의 양극들 및 복수의 음극들 중 적어도 하나와 실질적으로 평행할 수 있다. 제1 주면(121FS1) 및 제2 주면(121FS2)은 서로 반대일 수 있다. 제1 주면(121FS1) 및 제2 주면(121FS2)은 제1 방향(X 방향)에 실질적으로 수직할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
양극 단자(121P) 및 음극 단자(121N) 상에 절연 테이프(121I)가 적용될 수 있다. 양극 단자(121P) 및 음극 단자(121N)는 케이스(121C) 외부로 돌출될 수 있다. 양극 단자(121P) 및 음극 단자(121N)는 케이스(121C)로부터 제2 수평 방향(Y 방향)으로 돌출될 수 있다. 이에 따라, 양극 단자(121P) 및 음극 단자(121N)를 통해 배터리 셀(121)의 결과적인 전압 및 전류가 출력될 수 있다. 양극 단자(121P)는 양극 리드일 수 있다. 음극 단자(121N)는 음극 리드일 수 있다.
이하에서는, 복수의 배터리 셀들(121) 각각이 배터리 셀(121)의 양극 단자(121P) 및 음극 단자(121N)가 케이스(121C)의 서로 반대 사이드들에 형성된 양방향 셀인 예시를 중심으로 본 발명의 기술적 사상을 설명하도록 한다. 당업계의 통상의 기술자는 여기에 설명된 바에 기초하여, 복수의 배터리 셀들(121) 각각이 단방향 셀에 용이하게 도달할 수 있을 것이다. 양극 단자(121P) 및 음극 단자(121N)는 제2 방향(Y 방향)으로 이격될 수 있다. 제2 방향(Y 방향)은 전극 어셈블리(121EA)의 복수의 양극들 각각 및 전극 어셈블리(121EA)의 복수의 음극들 각각에 실질적으로 평행할 수 있다.
도 3 내지 도 5를 함께 참조하면, 배터리 셀 에이징 장치(200)는 전극 단자가 삽입되기 위한 개구(OP)를 포함하는 플라스틱 커버(210)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전술한 음극 단자(121N)가 개구(OP)에 삽입될 수 있다. 플라스틱 커버(210)는 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플라스틱 커버(210)는 폴리에틸렌(polyethylene) 또는 폴리프로필렌(polypropylene) 등을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 개구(OP)는 제1 면 내지 제4 면(S1 내지 S4)에 의해 정의될 수 있다. 제1 면 내지 제4 면(S1 내지 S4)은 플라스틱 커버(210)의 내면 일 수 있다. 제1 면(S1) 및 제3 면(S3)은 서로 평행할 수 있다. 예를 들어, 제1 면(S1) 및 제3 면(S3)은 마주볼 수 있다. 제1 면(S1) 및 제3 면(S3)은 제2 방향(Y 방향) 및 제3 방향(Z 방향)으로 연장할 수 있다. 제2 면(S2) 및 제4 면(S4)은 서로 평행할 수 있다. 제2 면(S2) 및 제4 면(S4)은 제1 방향(X 방향) 및 제2 방향(Y 방향)으로 연장할 수 있다. 예를 들어, 제2 면(S2) 및 제4 면(S4)은 서로 마주볼 수 있다. 제1 면(S1)은 제2 면(S2) 및 제4 면(S4)과 만날 수 있다. 제3 면(S3)은 제2 면(S2) 및 제4 면(S4)과 만날 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 면(S1) 및 제3 면(S3)의 면적은 제2 면(S2) 및 제4 면(S4)의 면적보다 클 수 있다.
도 3 내지 도 5에 예시된 바와 같이, 배터리 셀 에이징 장치(200)는 플라스틱 커버(210) 내에 개재되는 수분 공급층(220) 및 산화 방지층(230)을 더 포함할 수 있다.
수분 공급층(220)은 플라스틱 커버(210)의 개구(OP) 내에 개재될 수 있다. 수분 공급층(220)은 플라스틱 커버(210)의 일부 면 상에 개재될 수 있다. 구체적으로, 수분 공급층(220)은 플라스틱 커버(210)의 제1 면(S1) 및 제3 면(S3) 상에 개재될 수 있다. 일부 실시예들에서, 수분 공급층(220)은 플라스틱 커버(210)의 제2 면(S2) 및 제4 면(S4) 상에 개재되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제2 면(S2) 및 제4 면(S4)은 수분 공급층(220)이 개재되지 않는 적어도 일부를 포함할 수 있다.
플라스틱 커버(210)는 제1 면 내지 제4 면(S1 내지 S4)과 만나는 제5 면(S5)을 더 포함할 수 있다. 제5 면(S5)은 제1 방향(X 방향) 및 제3 방향(Z 방향)으로 연장할 수 있다. 일부 실시예들에서, 수분 공급층(220)은 제5 면(S5) 상에 개재되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제5 면(S5)은 수분 공급층(220)이 개재되지 않는 적어도 일부를 포함할 수 있다.
산화 방지층(230)은 플라스틱 커버(210)의 개구(OP) 내에서, 수분 공급층(220) 상에 개재될 수 있다. 산화 방지층(230)은 플라스틱 커버(210)의 일부 면 상에 개재될 수 있다. 구체적으로, 산화 방지층(230)은 플라스틱 커버(210)의 제1 면(S1) 및 제3 면(S3) 상에 개재될 수 있다. 일부 실시예들에서, 산화 방지층(230)은 플라스틱 커버(210)의 제2 면(S2) 및 제4 면(S4) 상에 개재되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제2 면(S2) 및 제4 면(S4)은 산화 방지층(230)이 개재되지 않는 적어도 일부를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 산화 방지층(230)은 제5 면(S5) 상에 개재되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제5 면(S5)은 산화 방지층(230)이 개재되지 않는 적어도 일부를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 5에 예시된 바와 같이, 수분 공급층(220)은 플라스틱 커버(210)와 산화 방지층(230) 사이에 개재될 수 있다. 수분 공급층(220)은 배터리 셀 에이징 장치(200)가 배터리 셀(121)의 전극 단자를 커버하는 동안, 산화 방지층(230)에 수분을 공급하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 수분 공급층(220)은 하이드로콜로이드를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 산화 방지층(230)은 전이 금속을 포함할 수 있다. 구체적으로, 산화 방지층(230)은 배터리 셀 에이징 장치(200)가 커버하는 전극 단자가 연결된 전극보다 표준 환원 전위가 낮은 전이 금속을 포함할 수 있다.
도 1, 도 3 내지 도 5를 함께 참조하면, 배터리 셀 에이징 장치(200)는 배터리 셀(121)의 음극과 연결된 음극 단자(121N)를 커버할 수 있다. 예를 들어, 상기 음극은 제1 금속을 포함할 수 있다. 상기 음극은 음극 집전체를 포함하며, 본 명세서에서 음극에 관한 기재는 음극 집전체에 관한 기재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 음극 집전체는 상기 제1 금속을 포함할 수 있다. 산화 방지층(230)은 상기 제1 금속보다 표준 환원 전위가 낮은 제2 금속을 포함할 수 있다.
구체적으로, 산화 방지층(230)에 포함된 제2 금속은 상기 음극의 상기 제1 금속보다 표준 환원 전위가 낮아, 상기 제1 금속보다 환원성이 클 수 있다. 즉, 상기 제2 금속은 상기 제1 금속보다 잘 산화될 수 있다.
예를 들어, 상기 음극은 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 음극 집전체는 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 산화 방지층(230)은 구리(Cu)보다 표준 환원 전위가 낮은 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 산화 방지층(230)은 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 또는 아연(Zn)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 배터리 셀 에이징 장치(200)는 배터리 셀(121)의 전극 단자를 커버하여, 배터리 셀의 프리에이징(pre-aging) 공정이 진행되는 동안 상기 전극 단자가 연결된 전극이 산화되는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, 배터리 셀(121)의 프리 에이징 공정이 진행되는 동안, 케이스(121C) 내에서 음극의 음극 집전체가 전해액에 노출되어 음극 집전체의 전위가 상승하면, 상기 음극 집전체에 포함된 금속(예를 들어, 상기 제1 금속)이 전해액에 녹아 나오는 탈리 현상 또는 덴드라이드 형성 등이 야기될 수 있다. 이때, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 배터리 셀 에이징 장치(200)에 의하면, 상기 음극의 음극 집전체에 포함된 금속(예를 들어, 상기 제1 금속)보다 환원성이 큰 금속(예를 들어, 상기 제2 금속)을 포함하는 산화 방지층(230)이 산화되며 음극 단자(121N)로 전자를 전달할 수 있고, 이 전자는 케이스(121C) 내에서 음극 단자(121N)와 연결된 상기 음극의 음극 집전체로 전달될 수 있다. 이에 의해, 상기 음극의 산화를 방지할 수 있다. 예를 들어, 상기 음극 집전체의 산화를 방지할 수 있다. 특히, 수분 공급층(220)은 산화 방지층(230)에 수분을 공급하여 산화 방지층(230)의 산화를 촉진시킬 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 배터리 셀 에이징 장치(200)에서, 산화 방지층(230)은 배터리 셀(121)의 전극보다 환원성이 높은 금속을 포함하여, 상기 전극이 산화하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 산화 방지층(230)은 배터리 셀(121)의 음극보다 환원성이 높은 금속을 포함하여, 상기 음극이 산화하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 산화 방지층(230)은 배터리 셀(121)의 음극 집전체보다 환원성이 높은 금속을 포함하여, 상기 음극 집전체가 산화하는 것을 방지할 수 있다.
실시예들에서, 산화 방지층(230)은 산화하며 전극을 환원시킬 수 있는데, 수분 공급층(220)은 산화 방지층(230)에 수분을 공급하여 상기 산화 방지층(230)의 산화 및 상기 전극의 환원을 촉진시킬 수 있다. 예를 들어, 수분 공급층(220)은 상기 음극의 환원을 촉진시킬 수 있다. 예를 들어, 수분 공급층(220)은 상기 음극 집전체의 환원을 촉진시킬 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따르면, 배터리 셀(121)의 전극 단자를 커버하며 산화 방지층(230) 및 수분 공급층(220)을 포함하는 배터리 셀 에이징 장치(200)가 제공될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따라, 성능 및 신뢰성이 향상된 배터리 셀(121)을 제공할 수 있는 배터리 셀 에이징 장치(200)가 제공될 수 있다.
(제2 실시예)
도 6은 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예들에 따른 배터리 셀 에이징 장치(200A)의 사시도이다. 이하에서, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 배터리 셀 에이징 장치(200)와의 차이점 위주로 설명하겠다.
도 6을 참조하면, 배터리 셀 에이징 장치(200A)는 전극 단자가 삽입되기 위한 개구(OP)를 포함하는 플라스틱 커버(210), 플라스틱 커버(210) 내에 개재되는 수분 공급층(220A) 및 산화 방지층(230A)을 포함할 수 있다.
개구(OP)는 제1 면 내지 제4 면(S1 내지 S4)에 의해 정의될 수 있다.
수분 공급층(220A)은 플라스틱 커버(210)의 개구(OP) 내에 개재될 수 있다. 구체적으로, 수분 공급층(220A)은 플라스틱 커버(210)의 제1 면 내지 제4 면(S1 내지 S4) 상에 개재될 수 있다.
산화 방지층(230A)은 플라스틱 커버(210)의 개구(OP) 내에서, 수분 공급층(220A) 상에 개재될 수 있다. 구체적으로, 산화 방지층(230A)은 플라스틱 커버(210)의 제1 면 내지 제4 면(S1 내지 S4) 상에 개재될 수 있다.
도 6에 예시된 바와 같이, 수분 공급층(220A)은 플라스틱 커버(210)와 산화 방지층(230A) 사이에 개재될 수 있다. 수분 공급층(220A)은 배터리 셀 에이징 장치(200A)가 배터리 셀(210, 도 1 참조)의 전극 단자를 커버하는 동안, 산화 방지층(230A)에 수분을 공급하는 역할을 수행할 수 있다.
일부 실시예들에서, 산화 방지층(230A)은 전이 금속을 포함할 수 있다. 구체적으로, 산화 방지층(230A)은 배터리 셀 에이징 장치(200A)가 커버하는 전극 단자가 연결된 전극보다 표준 환원 전위가 낮은 전이 금속을 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따라, 성능 및 신뢰성이 향상된 배터리 셀(121)을 제공할 수 있는 배터리 셀 에이징 장치(200A)가 제공될 수 있다.
(제3 실시예)
도 7은 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예들에 따른 배터리 셀 에이징 장치(200B)의 단면도이다. 구체적으로, 도 7은 도 3의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따른 단면에 대응되는 단면도이다. 이하에서, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 배터리 셀 에이징 장치(200)와의 차이점 위주로 설명하겠다.
도 7을 참조하면, 배터리 셀 에이징 장치(200B)는 전극 단자가 삽입되기 위한 개구(OP)를 포함하는 플라스틱 커버(210), 플라스틱 커버(210) 내에 개재되는 수분 공급층(220B) 및 산화 방지층(230B)을 포함할 수 있다.
수분 공급층(220B)은 플라스틱 커버(210)의 개구(OP) 내에 개재될 수 있다. 수분 공급층(220B)은 플라스틱 커버(210)의 일부 면 상에 개재될 수 있다. 산화 방지층(230B)은 플라스틱 커버(210)의 개구(OP) 내에서, 수분 공급층(220B) 상에 개재될 수 있다. 산화 방지층(230B)은 플라스틱 커버(210)의 일부 면 상에 개재될 수 있다.
플라스틱 커버(210)의 개구(OP)는 제1 면 내지 제4 면(S1 내지 S4, 도 3 참조)에 의해 정의될 수 있다. 플라스틱 커버(210)는 제1 면 내지 제4 면(S1 내지 S4)과 만나는 제5 면(S5)을 더 포함할 수 있다. 수분 공급층(220B) 및 산화 방지층(230B)은 제5 면(S5) 상에도 개재될 수 있다.
도 7에 예시된 바와 같이, 수분 공급층(220B)은 플라스틱 커버(210)와 산화 방지층(230B) 사이에 개재될 수 있다. 수분 공급층(220B)은 배터리 셀 에이징 장치(200B)가 배터리 셀(210, 도 1 참조)의 전극 단자를 커버하는 동안, 산화 방지층(230B)에 수분을 공급하는 역할을 수행할 수 있다.
일부 실시예들에서, 산화 방지층(230B)은 전이 금속을 포함할 수 있다. 구체적으로, 산화 방지층(230B)은 배터리 셀 에이징 장치(200B)가 커버하는 전극 단자가 연결된 전극보다 표준 환원 전위가 낮은 전이 금속을 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따라, 성능 및 신뢰성이 향상된 배터리 셀(121)을 제공할 수 있는 배터리 셀 에이징 장치(200B)가 제공될 수 있다.
(제4 실시예)
도 8은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 배터리 셀 에이징 장치(200, 도 1 참조)를 이용한 배터리 셀 에이징 방법(S10)을 나타낸 순서도이다. 이하에서, 도 1 내지 도 3, 및 도 8을 함께 참조하여, 배터리 셀 에이징 장치(200)를 이용한 배터리 셀 에이징 방법(S10)에 대해 설명하겠다.
우선, 전극 어셈블리 및 전극 단자를 포함하는 배터리 셀을 조립하는 단계(S11)가 수행될 수 있다.
구체적으로, 도 1 및 도 2에 예시된 바와 같은 배터리 셀(121)을 조립할 수 있다. 배터리 셀(121)은 전극 어셈블리(121EA) 및 전극 단자를 포함할 수 있다. 전극 단자는 예를 들어, 양극 단자(121P) 및/또는 음극 단자(121N)를 포함할 수 있다.
배터리 셀을 조립하는 단계(S11)에서, 믹싱 공정, 코팅 공정, 롤프레싱 공정, 선택적 슬리팅 공정 및 노칭 공정을 포함하는 전극 공정이 수행될 수 있다. 이어서, 케이스(121C)에 전극 어셈블리(121EA)를 내장하는 공정이 수행될 수 있다.
이어서, 전해액을 주액하는 단계(S12)가 수행될 수 있다. 전해액은 케이스(121C) 내에 주액될 수 있다.
이어서, 배터리 셀에 전해액이 함침되는 것을 대기하는 프리 에이징(pre-aging) 단계(S13)가 수행될 수 있다. 프리 에이징 공정의 키는, 전해액이 양극 및 음극 모두에 고르게 스며들도록, 전해질을 파우치 셀 내에 고르게 분산시키는 것이다. 프리 에이징 공정에 의해 리튬 이온의 이동도가 개선될 수 있다.
프리 에이징 단계(S13)는 이어지는 충전 또는 방전 단계(S14)를 진행하기 전에 양극과 음극의 전기적 연결을 완성하는 단계로서, 전해액의 함침이 충분히 이루어지지 않을 경우 전지 구동 중 덴드라이트 형성 및 용량 저하 등 이차 전지의 성능 및 신뢰성에 문제를 야기할 수 있다. 전해액의 함침성을 높이기 위하여, 프리 에이징하는 온도를 높이거나 또는 프리 에이징하는 시간을 늘리는 것 등을 고려할 수 있다.
그러나 위와 같이 프리 에이징 온도를 높이거나 시간을 늘릴 경우, 프리 에이징 공정 중 전극의 전해액에의 노출로 야기될 수 있는 전극 전위의 상승으로 인한 전극 금속의 산화, 및 이에 의한 금속의 탈리 현상 또는 덴드라이드 형성 등의 문제가 생길 수 있다.
상기와 같은 문제점을 개선하기 위해, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 배터리 셀 에이징 방법(S10)에서는, 프리 에이징 하는 단계(S14)에서 배터리 셀(121)의 전극 단자를 배터리 셀 에이징 장치(200)로 커버할 수 있다. 예를 들어, 프리 에이징 하는 단계(S14)에서 배터리 셀(121)의 음극 단자(121N)를 배터리 셀 에이징 장치(200)로 커버할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 것과 같이, 배터리 셀 에이징 장치(200)는 산화 방지층(230) 및 수분 공급층(220)을 포함할 수 있다. 산화 방지층(230)은 배터리 셀(121)의 전극보다 환원성이 높은 금속을 포함하여, 상기 전극이 산화하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀 에이징 장치(200)는 배터리 셀(121)의 음극 단자(121N)를 커버하며, 산화 방지층(230)은 음극 단자(121N)와 연결된 음극보다 환원성이 높은 금속을 포함하여 상기 음극이 산화하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 산화 방지층(230)은 음극 단자(121N)와 연결된 음극 집전체보다 환원성이 높은 금속을 포함하여 상기 음극 집전체가 산화하는 것을 방지할 수 있다.
실시예들에서, 산화 방지층(230)은 산화하며 상기 전극을 환원시킬 수 있는데, 수분 공급층(220)은 산화 방지층(230)에 수분을 공급하여 상기 산화 방지층(230)의 산화 및 상기 전극의 환원을 촉진시킬 수 있다. 예를 들어, 수분 공급층(220)은 상기 음극의 환원을 촉진시킬 수 있다. 예를 들어, 수분 공급층(220)은 상기 음극 집전체의 환원을 촉진시킬 수 있다.
이에 의해, 배터리 셀(121)의 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 배터리 셀 에이징 방법(S10)이 제공될 수 있다.
프리 에이징 단계(S13)에 이어서, 배터리 셀(121)을 충전 또는 방전하는 단계(S14)가 수행될 수 있다.
배터리 셀(121)이 충전 또는 방전되는 동안, 배터리 셀(121)은 가압 지그에 의해 가압될 수 있다. 배터리 셀의 가압에 의해 가스 트랩(gas trap) 및 리튬 플레이팅이 방지될 수 있으며, SEI(Solid Electrolyte Interphase) 막의 균일성이 제고될 수 있다. 균일한 SEI 막을 포함하는 배터리 셀(121)은 상대적으로 짧은 충전 또는 방전 시간을 가질 수 있다.
최초의 충전에 의해 음극 표면에 SEI막이 형성될 수 있다. SEI는 배터리 셀(121)의 제조 후 처음으로 충전할 때 음극재 표면에 생기는 얇은 막이다. 배터리 셀(121)을 충전하면 배터리 셀 내 리튬 이온이 음극으로 이동하게 되고, 그 과정에서 전해질에 있던 물질들이 처음으로 전기 분해될 때 생기는 화학 반응으로 음극재 표면에 SEI 막이 생성될 수 있다. SEI는 일종의 분리막일 수 있다. SEI는 배터리 충전을 위해 리튬 이온이 양극에서 음극으로 이동하는 과정에서, 전해질의 추가 분해 반응을 방지할 수 있다.
이어서, 배터리 셀(121)을 에이징 하는 단계(S15)가 수행될 수 있다.
에이징 공정에서, 충전 또는 방전된 배터리 셀(121)이 안정화되도록 배터리 셀(121)은 상온에서 소정의 시간 동안 보관될 수 있다.
도 1 내지 도 3, 및 도 8을 참조하여 설명한 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따르면, 배터리 셀 에이징 장치(200)를 이용하는 배터리 셀 에이징 방법(S10)이 제공될 수 있다. 배터리 셀 에이징 장치(200)는 프리 에이징 하는 단계(S14)가 수행되는 동안 배터리 셀(121)의 음극 단자를 커버하여, 이와 연결된 배터리 셀(121)의 음극이 산화하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따라, 성능 및 신뢰성이 향상된 배터리 셀(121)을 제공할 수 있는 배터리 셀 에이징 방법(S10)이 제공될 수 있다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 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.

Claims (14)

  1. 전극 단자가 삽입되기 위한 개구를 포함하는 플라스틱 커버; 및
    상기 플라스틱 커버 내의 수분 공급층을 포함하는 배터리 셀 에이징 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 수분 공급층 상의 산화 방지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 에이징 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 산화 방지층은 전이 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 에이징 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 전극 단자는 전극에 연결되고,
    상기 전극은 제1 금속을 포함하고,
    상기 산화 방지층은 제2 금속을 포함하고,
    상기 제2 금속은 상기 제1 금속보다 표준 환원 전위가 낮은 것을 특징으로 하는 배터리 셀 에이징 장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 수분 공급층은 상기 산화 방지층과 상기 플라스틱 커버 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 배터리 셀 에이징 장치.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 전극 단자는 음극에 연결된 음극 단자이고,
    상기 음극은 제1 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 에이징 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 음극은 상기 제1 금속을 포함하는 음극 집전체를 포함하고,
    상기 제1 금속은 구리(Cu)를 포함하고,
    상기 산화 방지층은 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 및 아연(Zn) 중 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 에이징 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 수분 공급층은 하이드로콜로이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 에이징 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 플라스틱 커버는 상기 개구를 정의하는 제1 면, 제2 면, 제3 면, 및 제4 면을 더 포함하고,
    상기 제1 면 및 상기 제3 면은 서로 마주보고,
    상기 제2 면 및 상기 제4 면은 서로 마주보고,
    상기 수분 공급층은 상기 제1 면 및 상기 제3 면 상에 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 에이징 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 면 및 상기 제4 면은 상기 수분 공급층이 개재되지 않는 적어도 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 에이징 장치.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 면 및 상기 제3 면 상에서, 상기 수분 공급층 상의 산화 방지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 에이징 장치.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 면의 면적은 상기 제2 면의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리 셀 에이징 장치.
  13. 전극 어셈블리 및 전극 단자를 포함하는 배터리 셀을 조립하는 단계;
    상기 배터리 셀에 전해액을 주입하는 단계;
    상기 배터리 셀을 프리 에이징(pre-aging)하는 단계;
    상기 배터리 셀을 충전 또는 방전하는 단계; 및
    상기 배터리 셀을 에이징하는 단계를 포함하고,
    상기 프리 에이징 단계에서, 상기 배터리 셀의 상기 전극 단자는 배터리 셀 에이징 장치에 의해 커버되고,
    상기 배터리 셀 에이징 장치는 상기 전극 단자가 삽입되기 위한 개구를 포함하는 플라스틱 커버 및 상기 플라스틱 커버 내의 수분 공급층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 에이징 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 배터리 셀 에이징 장치는 상기 수분 공급층 상의 산화 방지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 에이징 방법.
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