WO2022103076A1 - 전지 셀 활성화 방법 및 이를 포함하는 전지 셀 제조 방법 - Google Patents

전지 셀 활성화 방법 및 이를 포함하는 전지 셀 제조 방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for activating a battery cell and a method for manufacturing a battery cell including the same, and more particularly, to a method for activating a battery cell for activating a pouch-type battery cell and a method for manufacturing a battery cell including the same.
  • the manufacturing method of a pouch-type secondary battery includes the steps of injecting an electrolyte solution through an electrolyte injection part located on one side of the prepared pouch-type rim area, first sealing the electrolyte injection part along a primary sealing line, and then performing charging and discharging. , cutting a part of the electrolyte injection unit along the cutting line located inside the primary sealing line, performing degassing, secondary sealing the electrolyte injection unit, and a cutting line located outside the secondary sealing line and cutting a part of the electrolyte injection part accordingly.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a degassing process performed by a conventional method of manufacturing a battery cell
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a state in which an activation gas is trapped between an electrode and a separator in FIG. 1 in more detail. It is a cross section.
  • the cell 1 including the pouch case 2 and the electrode assembly 3 inside the chamber 11 is formed.
  • the gas pocket portion 2a is pierced to form the degas hole 4 .
  • the inside of the chamber 11 is created in a vacuum state, and the activated gas inside the pouch case 2 is discharged to the outside through the degas hole 4 to be removed.
  • the gas discharge inside the battery cell 1 can be maximized, but the discharge amount of the electrolyte present inside the cell also increases. On the other hand, it takes a lot of time for the electrolyte discharged by the pressurization to be absorbed into the electrode and the separator again.
  • the present invention is to solve the above problems, it is possible to smoothly discharge the gas trapped between the electrode and the separator inside the electrode assembly of the battery cell, and to prevent a large amount of electrolyte from being discharged in the process of discharging the gas.
  • An object of the present invention is to provide a method for activating a battery cell and a method for manufacturing a battery cell including the same.
  • the present invention provides a method for activating a battery cell.
  • the method for activating a battery cell according to the present invention includes a first pressurization step of performing initial charge/discharge under a pressurized condition for the battery cell; a vacuum step of exposing the battery cell to vacuum conditions; a secondary pressurizing step of pressurizing the battery cells; Aging step for the battery cell; and a degassing step of removing gas inside the battery cell.
  • the pressure P2 for pressurizing the battery cells in the second pressurization step is characterized in that it is lower than the pressure P1 for pressurizing the battery cells in the first pressurization step.
  • the pressure P1 for pressurizing the battery cell in the first pressurization step and the pressure P2 for pressurizing the battery cell in the second pressurization step satisfy the following condition 1:
  • P1 represents the average pressure (kgf/cm 2 ) for pressing the battery cell in the first pressurization step
  • P2 represents the average pressure (kgf/cm 2 ) for pressing the battery cell in the secondary pressurization step.
  • the pressure P2 for pressurizing the battery cells in the second pressurization step is in the range of 0.5 to 3 kgf/cm 2 on average.
  • the secondary pressurization step is characterized in that the battery cells are sequentially pressurized from one side to the other side to discharge gas inside the battery cells.
  • the second pressing step may be performed by sequentially pressing the battery cells from one side to the other using a pressure roller.
  • the first pressing step is performed by pressing both sides of the battery cell with a pressing plate.
  • the vacuum step may be performed by depressurizing the inside of the chamber while the battery cells are placed in the chamber.
  • the vacuum step is performed by repeating the venting process of discharging the gas inside the chamber while the battery cells are positioned in the chamber n times (n is an integer between 2 and 50).
  • the vacuum step is performed by placing the battery cells in a vacuum chamber, and the width of the vacuum chamber is greater than the width of the battery cells.
  • the present invention provides a method for manufacturing a battery cell including the step of activating the battery cell described above.
  • the method for manufacturing a battery cell according to the present invention includes activating the battery cell in the method for activating the battery cell.
  • the battery cell is a pouch-type battery cell, and has a structure in which a gas pocket communicating with the inside of the battery cell is formed on one side.
  • the method after activating the battery cell, the method includes sealing the battery cell and removing the gas pocket.
  • the battery cell activation method and the battery cell manufacturing method including the same of the present invention it is possible to smoothly discharge the gas trapped between the electrode and the separator inside the multi-electrode assembly of the battery cell.
  • the first and second pressurization steps in the battery cell activation method there is an advantage in that a large amount of electrolyte can be prevented from being discharged during the pressurization process of the battery cell.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a degassing process performed by a conventional method of manufacturing a battery cell.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a state in which an activation gas is trapped between an electrode and a separator in FIG. 1 in more detail.
  • FIG. 3 is a flowchart of a method for activating a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a first pressing step in a method for activating a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • 5 and 6 are diagrams schematically illustrating before and after performing a vacuum step in a method for activating a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart of a method for activating a battery cell according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG 8 and 9 are views schematically illustrating a lower pressurizing step and an upper pressurizing step in the secondary pressurizing step of a method for activating a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • “under” another part it includes not only cases where it is “directly under” another part, but also cases where another part is in between.
  • “on” may include the case of being disposed not only on the upper part but also on the lower part.
  • the present invention provides a method for activating a battery cell and a method for manufacturing a battery cell including the same.
  • the cell including the pouch case and the electrode assembly in the degassing process for removing gas generated during the activation process through charging and discharging, the cell including the pouch case and the electrode assembly is pressed inside the chamber to supply gas to the gas pocket. After collecting, the gas pocket is pierced to form a degas hole. Then, the inside of the chamber is created in a vacuum state, and the activated gas inside the pouch case is removed by discharging it to the outside through the degas hole.
  • the present invention provides a method for activating a battery cell and a method for manufacturing a battery cell including the same.
  • the method for activating a battery cell according to the present invention may include the first and second pressurization steps to easily discharge the residual gas remaining in the battery cell.
  • the pressure P2 when pressurizing the battery cells in the second pressurization step is set lower than the pressure P1 for pressurizing the battery cells in the first pressurization step, so that a large amount of electrolyte is discharged in the degassing process. can be prevented
  • FIG. 3 is a flowchart of a method for activating a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • the method for activating a battery cell includes a first pressurization step (S10) of performing an initial charge/discharge under a pressurization condition for the battery cell; A vacuum step of exposing the battery cells to vacuum conditions (S20); a secondary pressurizing step of pressurizing the battery cells (S30); Aging step for the battery cell (S40); and a degas step (S50) of removing gas inside the battery cell.
  • the pressure P2 for pressurizing the battery cells in the second pressurization step is characterized in that it is lower than the pressure P1 for pressurizing the battery cells in the first pressurization step.
  • the battery cell may be a pouch-type unit cell.
  • the battery cell may be a pouch-type battery cell in which an electrode assembly having a positive electrode/separator/negative electrode structure is embedded in a laminate sheet exterior material in a state in which it is connected to electrode leads formed outside of the exterior material.
  • the positive electrode and the negative electrode are manufactured by applying a slurry of an electrode active material, a binder resin, a conductive agent, and other additives to at least one surface of a current collector.
  • an electrode active material in the case of a positive electrode, a conventional positive active material such as a lithium-containing transition metal oxide is used, and in the case of a negative electrode, lithium metal, carbon material and metal compound, or mixtures thereof, which can occlude and release lithium ions, are commonly used. of the negative active material may be used.
  • a porous polymer film may be employed to block contact between the positive electrode and the negative electrode to prevent them from being short-circuited and to allow the movement of charges during charging or discharging.
  • the pouch case is formed by vertically combining a first case and a second case formed by processing a sheet material into a predetermined shape.
  • the sheet material constituting the pouch case is the outermost resin layer made of an insulating material such as polyethylene terephthalate (PET) or nylon, and an aluminum material that maintains mechanical strength and prevents penetration of moisture and oxygen It has a multi-layered structure in which a metal layer of a metal layer and an inner resin layer made of a polyolefin-based material that has thermal adhesion and acts as a sealing material are laminated.
  • the pouch case before the degassing process which will be described later, is manufactured to have a larger size than the volume of the electrode assembly, and a gas pocket that forms a accommodating part for accommodating the electrode assembly and a space for collecting activated gas generated during charging and discharging. have wealth
  • the battery cell before the first pressing step includes a process of impregnating the electrode assembly with the electrolyte by casing the electrode assembly in a pouch case, injecting an electrolyte.
  • the electrolyte permeates between the anode, the cathode, and the separator by capillary force.
  • an activation process of charging and discharging the battery cells is performed. Since the initial battery cell is a cell in a non-activated discharge state, it does not have a function as a battery.
  • the activation process is a process of activating the cell in the discharged state to function as a battery by charging and discharging it several times.
  • the method for activating a battery cell according to the present invention includes a first pressurization step (S10) of performing an initial charge/discharge under a pressurization condition for the battery cell. Meanwhile, since the initial charging/discharging process of the battery cell is performed by an electrochemical reaction, gas is generated as a side reaction in the charging/discharging process. At this time, since the generated gas causes an increase in cell resistance, a decrease in capacity and lifespan, and a poor appearance, a process of removing the gas is required after the charge/discharge process is performed.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a first pressing step in a method for activating a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • the battery cell 100 in which gas discharge paths are formed on one or both sides may discharge the generated gas, which causes the battery cell 100 to By pressurizing with the pressure jig 130 , the gas inside the battery cell 100 may be discharged to the outside.
  • the battery cell 100 includes an accommodating part 120b in which the electrode assembly is accommodated, and a gas pocket part 120a forming a collection space for the activation gas generated during the charging/discharging process.
  • the pressing jig 130 is configured to include a plate that presses the battery cell 100 from both sides of the battery cell 100 interposed therebetween. Meanwhile, the application of current during charging may be performed through the electrode lead of the battery cell.
  • the method for activating a battery cell according to the present invention includes a vacuum step (S20) of exposing the battery cell to a vacuum condition.
  • the vacuum step (S20) of exposing the battery cell to a vacuum condition is a process of inducing a wider interfacial gap between the electrode and the separator by expanding the battery cell by generating a pressure difference between the inside and the outside of the activated cell.
  • 5 and 6 are diagrams schematically illustrating before and after performing a vacuum step in a method for activating a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • the vacuum step S20 is performed by being located in the vacuum chamber 110 .
  • the width of the vacuum chamber 110 may be greater than the width of the battery cell.
  • the battery cell may expand, and the width of the vacuum chamber 110 is sufficient to accommodate the expanded battery cell 100 . It is desirable to have a width of a length.
  • the vacuum step S20 is performed by depressurizing the inside of the vacuum chamber 110 while the battery cell 100 is positioned in the vacuum chamber 110 .
  • vacuum control of the inside of the vacuum chamber 110 accommodating the activated cells, that is, making the inside of the vacuum chamber 110 a vacuum state or adjusting the degree of vacuum compared to the internal pressure of the pouch case By lowering the external pressure, the pouch case is changed from the normal state to the inflated state.
  • the receiving portion 120b and the gas pocket portion 120a of the pouch case are expanded to inflate in a direction perpendicular to the plane, and at the same time, the electrodes 3a and 3c constituting the electrode assembly 3 and the separator ( 3b)
  • the interfacial spacing between the two can be widened to increase the absorption of the electrolyte.
  • the interfacial gap between the electrodes 3a and 3c and the separator 3b constituting the electrode assembly 3 is widened, so that reabsorption of the electrolyte solution coming out can be maximized.
  • the gas trapped between the interfaces may move smoothly.
  • the venting process of evacuating the gas inside the chamber 110 while the battery cell 110 is positioned in the chamber 110 is performed n times (n is 2 to 50). integer between) and repeating the process.
  • repeating the venting process n times means repeating the process of forming a vacuum inside the chamber 110 and the venting process of discharging gas n times.
  • the repeating process may be repeated 2 to 40 times, 2 to 30 times, 2 to 20 times, or 2 to 10 times.
  • the battery cell activation method according to the present invention includes a secondary pressurizing step (S30) of pressurizing the battery cells.
  • the second pressurization step (S30) is a process for additionally removing the gas that has not been discharged in the first pressurization step.
  • the pressure P2 for pressurizing the battery cells in the secondary pressurization step is characterized in that it is lower than the pressure P1 for pressurizing the battery cells in the first pressurization step.
  • the pressure P1 for pressurizing the battery cell in the first pressurization step and the pressure P2 for pressurizing the battery cell in the second pressurization step satisfy the following condition 1:
  • P1 represents the average pressure (kgf/cm 2 ) for pressing the battery cell in the first pressurization step
  • P2 represents the average pressure (kgf/cm 2 ) for pressing the battery cell in the secondary pressurization step.
  • the pressure P1 for pressurizing the battery cell in condition 1 and the pressure P2 for pressurizing the battery cell in the second pressurization step are 1.1 ⁇ P1/P2 ⁇ 10, 1.5 ⁇ P1/P2 ⁇ 8, or 2 ⁇ P1/P2 ⁇ 5.
  • the pressure P2 for pressurizing the battery cells in the second pressurization step may be in the range of 0.5 to 1.5 kgf/cm 2 on average.
  • the pressure P2 for pressurizing the battery cells in the second pressurization step is lower than the pressure P1 for pressurizing the battery cells in the first pressurization step to prevent a large amount of electrolyte from being discharged in the pressurization step. That is, in the battery cell activation method according to the present invention, the first pressurization step and the second pressurization step satisfy the above condition 1, so that the discharge of gas inside the battery cell can be maximized and the discharge of the electrolyte can be prevented.
  • FIG. 7 is a flowchart of a method for activating a battery cell according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the second pressing step ( S30 ) the lower pressing step ( S31 ) of pressing the area opposite to the gas pocket formed side of the battery cell; and an upper pressing step (S32) of pressing the region on which the gas pocket of the battery cell is formed.
  • the second pressing step will be described in detail with reference to FIG. 7 .
  • FIG 8 and 9 are views schematically illustrating a lower pressurizing step and an upper pressurizing step in the secondary pressurizing step of a method for activating a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • the lower pressing step (S31) pressurizes only the lower region based on the electrode lead of the pouch cell
  • the upper pressing step (S32) only presses the upper region based on the electrode lead of the pouch cell. pressurize
  • the lower pressurization step ( S31 ) only the lower region of the battery cell may be pressurized to move the gas trapped in the lower portion of the battery cell to the upper region.
  • the upper pressing step ( S32 ) only the upper region of the battery cell may be pressurized to move the gas discharged from the lower region to the gas pocket unit 120a. Accordingly, the gas inside the battery cell 100 can be easily discharged to the gas pocket part 120a, and the gas discharge can be maximized.
  • the battery cell 100 may be discharged by sequentially pressing the battery cell 100 from one side to the other side.
  • one side means an area opposite to the area where the gas pocket part 120a is formed in the receiving part 120b of the battery cell 100, and "the other side” means an area where the gas pocket is formed.
  • the second pressing step ( S30 ) includes a process of sequentially pressing the battery cells 100 from one side to the other using a pressure roller.
  • the movement of the activation gas may be induced in the direction of the gas pocket portion by rolling by applying a predetermined pressure toward the area in which the gas pocket is formed using the roller.
  • the battery cell activation method according to the present invention includes an aging step (S40) of the battery cell.
  • the aging step may be a step of stabilizing the SEI film formed in the charging step.
  • a degas step ( S50 ) of removing gas inside the battery cell is included. More specifically, the degassing step includes a process of forming a hole serving as a passage through which the gas inside the pouch case can be discharged to the outside by perforating at least a portion of the gas pocket.
  • the degas hole may be formed by punching the first and second cases at once from the gas pocket portion of the pouch case. In order to reduce the possibility of electrolyte leakage, in the present embodiment, the hole may be formed by perforating only the gas pocket.
  • the degas step (S50) is a process of re-creating a vacuum atmosphere inside the chamber and discharging the activation gas to the outside of the pouch case through the degas hole by negative pressure.
  • the activated gas collected in the gas pocket may be naturally discharged to the outside through the hole, but as in the present embodiment, when a vacuum state is re-established inside the chamber, the gas discharge efficiency is increased by negative pressure to increase the electrode Even the residual gas remaining in the assembly can be discharged.
  • the present invention provides a method for manufacturing a battery cell including the step of activating the battery cell described above.
  • the battery cell manufacturing method according to the present invention includes activating the battery cell using the battery cell activation method described above.
  • the battery cell is a pouch-type battery cell, and has a structure in which a gas pocket communicating with the inside of the battery cell is formed on one side.
  • the method after activating the battery cell, the method includes sealing the battery cell and removing the gas pocket.
  • the gas pocket is a space for collecting the activation gas, and when the degassing process is completed, since it is a dead space in the cell, after trimming, the first case and the second case of the corresponding part are thermally fused again to form a new sealing line to form In this way, after the secondary sealing is completed, a wing folding process of folding the sealing line of the pouch case inward and adhering to the side surface of the pouch case may be added.
  • the gas trapped between the electrode and the separator inside the electrode assembly of the battery cell can be smoothly discharged.
  • the first and second pressurization steps in the battery cell activation method there is an advantage in that a large amount of electrolyte can be prevented from being discharged during the pressurization process of the battery cell.

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Abstract

본 발명은 전지 셀 활성화 방법 및 이를 포함하는 전지 셀 제조 방법에 관한 것으로, 전지 셀의 전극조립체 내부의 전극과 분리막 사이에 트랩되어 있는 가스를 원활히 배출할 수 있으며, 가스의 배출 과정에서 다량의 전해액이 토출되는 것을 방지할 수 있는 전지 셀 활성화 방법 및 이를 포함하는 전지 셀 제조 방법에 관한 것이다.

Description

전지 셀 활성화 방법 및 이를 포함하는 전지 셀 제조 방법
본 출원은 2020.11.16.자 한국 특허 출원 제10-2020-0152525호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 셀 활성화 방법 및 이를 포함하는 전지 셀 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파우치형 전지 셀을 활성화 시키는 전지 셀 활성화 방법 및 이를 포함하는 전지 셀 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 파우치형 이차전지의 제조방법은 준비된 파우치형 테두리 영역 중 일측에 위치한 전해액 주입부를 통해 전해액을 주입하는 단계, 1차 실링 라인을 따라 전해액 주입부를 1차 실링한 후 충방전을 진행하는 단계, 1차 실링 라인보다 내측에 위치한 컷팅 라인을 따라 전해액 주입부의 일부를 컷팅하는 단계, 디개싱을 수행하는 단계, 전해액 주입부를 2차 실링 하는 단계, 및 2차 실링 라인보다 외측에 위치한 컷팅 라인을 따라 전해액 주입부의 일부를 컷팅하는 단계를 포함한다.
도 1은 종래의 전지 셀의 제조방법에 의해 수행되는 디개싱 공정을 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 2는 도 1에서 활성화 가스가 전극과 분리막 사이에 트랩(trap)된 상태를 보다 상세히 도식화한 단면도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 충방전을 통한 활성화 공정 중에 발생한 가스를 제거하기 위한 디개싱 공정에서는 챔버(11) 내부에서 파우치 케이스(2) 및 전극조립체(3)를 포함하는 셀(1)을 가압하여 가스 포켓부(2a)에 가스를 포집한 후에 가스 포켓부(2a)를 피어싱(piercing)하여 디가스 홀(4)을 형성한다. 그 다음 챔버(11) 내부를 진공 상태로 조성하여 파우치 케이스(2) 내부의 활성화 가스를 디가스 홀(4)을 통해 외부로 배출시켜 제거한다.
그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 전극(3a, 3c)과 분리막(3b) 사이에 트랩(trap)되어 있는 가스(5)가 외부로 원활히 배출되기가 어려운 문제가 있어 디개싱 효율을 높이는 데에 한계가 있다.
아울러, 상기 셀(1)을 가압하는 과정에서 전지 셀(1) 내부의 가스 배출은 극대화될 수 있으나, 셀 내부에 존재하는 전해액 토출량 또한 증가하게 된다. 반면, 상기 가압에 의해서 토출된 전해액은 다시 전극과 분리막 내부에 흡수되기 까지는 많은 시간이 소요되며, 상기 전극과 분리막 내부에 전해액이 충분히 흡수되지 않는 경우에는 전지 셀의 품질을 저하시키는 문제가 있다.
따라서, 디개싱 공정시 전지 셀 내에 잔류하는 잔여 가스를 용이하게 배출시킬 수 있으며, 디개싱 공정에서 다량의 전해액이 토출되는 것을 방지할 수 있는 대안이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전지 셀의 전극조립체 내부의 전극과 분리막 사이에 트랩되어 있는 가스를 원활히 배출할 수 있으며, 가스의 배출 과정에서 다량의 전해액이 토출되는 것을 방지할 수 있는 전지 셀 활성화 방법 및 이를 포함하는 전지 셀 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 전지 셀 활성화 방법을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀 활성화 방법은 전지 셀에 대한 가압 조건에서 초기 충방전을 수행하는 1차 가압 단계; 전지 셀을 진공 조건에 노출하는 진공 단계; 전지 셀을 가압하는 2차 가압 단계; 전지 셀에 대한 에이징 단계; 및 전지 셀 내부 가스를 제거하는 디가스 단계를 포함한다. 이때, 상기 2차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 압력(P2)은 1차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 압력(P1)보다 낮은 것을 특징으로 한다.
하나의 예에서, 상기 1차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 압력(P1)과 2차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 압력(P2)은 하기 조건 1을 만족한다:
[조건 1]
0.5 ≤ P1/P2 ≤ 10
상기 조건 1에서, P1은 1차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 평균 압력(kgf/cm2)을 나타내고,
P2는 2차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 평균 압력(kgf/cm2)을 나타낸다.
하나의 예에서, 상기 2차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 압력(P2)은 평균 0.5 내지 3 kgf/cm2 범위이다.
구체적인 예에서, 상기 2차 가압 단계에서는, 전지 셀의 가스 포켓이 형성된 쪽의 반대편 영역을 가압하는 하단 가압 단계; 및 전지 셀의 가스 포켓이 형성된 쪽 영역을 가압하는 상단 가압 단계를 포함한다.
상기 2차 가압 단계는, 전지 셀을 일측에서 타측 방향으로 순차 가압하여 전지 셀 내부 가스를 배출하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 2차 가압 단계는, 가압 롤러를 이용하여 전지 셀을 일측에서 타측 방향으로 순차 가압하여 수행할 수 있다.
하나의 예에서, 상기 1차 가압 단계는, 가압 플레이트로 전지 셀의 양면을 가압하여 수행한다.
아울러, 상기 진공 단계는, 전지 셀을 챔버 내에 위치시킨 상태에서 챔버 내부를 감압시켜 수행할 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 진공 단계는, 전지 셀을 챔버 내에 위치시킨 상태에서 챔버 내부의 기체를 배출하는 벤팅 과정을 n회(n은 2 내지 50 사이의 정수) 반복하여 수행한다.
한편, 상기 진공 단계는, 전지 셀을 진공 챔버 내에 위치시켜 수행하되, 상기 진공 챔버의 폭은 전지 셀의 폭 보다 큰 것을 특징으로 한다.
나아가, 본 발명은 앞서 설명한 전지 셀 활성화 단계를 포함하는 전지 셀 제조방법을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀 제조방법은 상기 전지 셀 활성화 방법을 전지 셀을 활성화하는 단계를 포함한다. 한편, 상기 전지 셀은, 파우치형 전지 셀이고, 일측에 전지 셀의 내부와 연통된 가스 포켓이 형성된 구조이다.
구체적인 예에서, 상기 전지 셀을 활성화하는 단계 이후에, 전지 셀 밀봉 및 가스 포켓 제거를 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 전지 셀 활성화 방법 및 이를 포함하는 전지 셀 제조 방법에 따르면, 전지 셀의 다전극조립체 내부의 전극과 분리막 사이에 트랩되어 있는 가스를 원활히 배출할 수 있. 아울러, 전지 셀의 활성화 방법에서 1차 및 2차 가압 단계를 포함함으로써, 전지 셀의 가압 과정에서 다량의 전해액이 토출되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 전지 셀의 제조방법에 의해 수행되는 디개싱 공정을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에서 활성화 가스가 전극과 분리막 사이에 트랩(trap)된 상태를 보다 상세히 도식화한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀 활성화 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀 활성화 방법에서, 1차 가압 단계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀 활성화 방법에서, 진공 단계의 수행 전과 후를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지 셀 활성화 방법의 흐름도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지 셀 활성화 방법의 2차 가압 단계에서 하단 가압 단계 및 상단 가압 단계를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 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 경우 뿐만 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.
본 발명은 전지 셀 활성화 방법 및 이를 포함하는 전지 셀 제조 방법을 제공한다.
종래에는, 파우치형 이차전지의 제조방법에서, 충방전을 통한 활성화 공정 중에 발생한 가스를 제거하기 위한 디개싱 공정에서는 챔버 내부에서 파우치 케이스 및 전극조립체를 포함하는 셀을 가압하여 가스 포켓부에 가스를 포집한 후에 가스 포켓부를 피어싱하여 디가스 홀을 형성한다. 그다음 챔버 내부를 진공 상태로 조성하여 파우치 케이스 내부의 활성화 가스를 디가스 홀을 통해 외부로 배출시켜 제거한다. 그러나, 전극과 분리막 사이에 트랩(trap) 되어 있는 가스가 외부로 원활히 배출되기가 어려웠으며, 전지 셀의 가압 과정에서 셀 내부에 존재하는 전해액이 다량 토출되는 문제가 있었다.
이에, 본 발명에서는 전지 셀 활성화 방법 및 이를 포함하는 전지 셀 제조 방법을 제공한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 전지 셀 활성화 방법은 1차 및 2차 가압 단계를 포함하여, 전지 셀 내에 잔류하는 잔여 가스를 용이하게 배출시킬 수 있다. 특히, 상기 2차 가압 단계에서 전지 셀을 가압할 때의 압력(P2)은 1차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 압력(P1) 보다 낮게 설정함으로써, 디개싱 공정에서 다량의 전해액이 토출되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 전지 셀 활성화 방법 및 이를 포함하는 전지 셀 제조 방법을 설명한다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀 활성화 방법의 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전지 셀 활성화 방법은 전지 셀에 대한 가압 조건에서 초기 충방전을 수행하는 1차 가압 단계(S10); 전지 셀을 진공 조건에 노출하는 진공 단계(S20); 전지 셀을 가압하는 2차 가압 단계(S30); 전지 셀에 대한 에이징 단계(S40); 및 전지 셀 내부 가스를 제거하는 디가스 단계(S50)를 포함한다. 이때, 상기 2차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 압력(P2)은 1차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 압력(P1)보다 낮은 것을 특징으로 한다.
먼저, 상기 전지 셀은 파우치형 단위 셀일 수 있다. 구체적으로, 상기 전지 셀은 라미네이트 시트 외장재에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 상기 외장재의 외부로 형성된 전극 리드들과 연결된 상태로 내장되어 있는 파우치형 전지 셀일 수 있다.
상기 양극 및 음극은 집전체의 적어도 일면에 전극 활물질, 바인더 수지, 도전제 및 기타 첨가제 등의 슬러리를 도포함으로써 제조된다. 상기 전극 활물질은 양극의 경우, 리튬 함유 전이금속 산화물과 같은 통상의 양극 활물질이 사용되고, 음극의 경우에는 리튬 이온이 흡장 및 방출될 수 있는 리튬 금속, 탄소재 및 금속 화합물 또는 이들의 혼합물과 같은 통상의 음극 활물질이 사용될 수 있다. 상기 분리막은 양극과 음극 간의 접촉을 차단하여 이들이 단락되지 않게 하고 충전 또는 방전 시 전하의 이동이 가능하도록 다공성 고분자 필름이 채용 가능하다.
상기 파우치 케이스는 시트 소재가 소정 형상으로 가공되어 형성된 제1 케이스와 제2 케이스가 상하로 결합되어 형성된다. 파우치 케이스를 이루는 시트 소재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET)나 나일론(Nylon) 등의 절연물질로 이루어진 최외곽의 외부수지층과, 기계적 강도를 유지하고 수분 및 산소의 침투를 막아주는 알루미늄 소재의 금속층과, 열접착성을 가져 실링재 역할을 하는 폴리올레핀(Polyolepin)계 재료로 이루어진 내부수지층이 적층된 다층 구조로 구성되어 있다. 한편, 후술할 디개싱 공정이 완료되기 이전의 파우치 케이스는 전극조립체의 부피보다 더 큰 사이즈로 제작되어 전극조립체가 수납되는 수납부와 충방전 과정에서 발생하는 활성화 가스의 포집 공간을 형성하는 가스 포켓부를 갖는다.
한편, 상기 1차 가압 단계 이전의 전지셀은 파우치 케이스에 전극 조립체를 케이싱하고, 전해액을 주입하여, 전극조립체에 전해액을 함침시키는 과정을 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 전해액은 모세관 힘(capillary force)에 의해 양극, 음극 및 분리막 사이로 스며들게 된다. 상기와 같이 전해액 주입이 완료되면, 전극조립체의 완전한 밀봉을 위하여, 개방구를 실링하는 과정을 포함한다.
아울러, 상기 파우치 케이스의 개방구에 대한 실링이 완료되고 나면, 전지 셀에 대한 충방전을 진행하는 활성화 공정이 수행된다. 초기의 전지 셀은 활성화되지 않은 방전 상태의 셀이므로 전지로서의 기능을 갖지 못한다. 활성화 공정은 상기 방전상태의 셀을 몇 차례 충방전을 하여 전지로서 기능하도록 활성화 시키는 공정이다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀 활성화 방법은 전지 셀에 대한 가압 조건에서 초기 충방전을 수행하는 1차 가압 단계(S10)를 포함한다. 한편, 전지 셀의 초기 충방전 과정은 전기 화학적 반응에 의하여 이루어지므로 충방전 과정에서 부반응으로 가스가 발생한다. 이때, 발생된 가스는 셀 저항 증가, 용량 및 수명 저하, 외관 불량 등의 원인이 되기 때문에 충방전 공정이 수행된 후에 가스를 제거하는 과정이 필요하다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀 활성화 방법에서, 1차 가압 단계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 1차 가압 단계(S10)에서, 일측 또는 양측에 가스 배출로가 형성된 전지 셀(100)은 생성된 가스를 배출시킬 수 있으며, 이는 상기 전지 셀(100)을 가압 지그(130)로 가압하여, 전지 셀(100) 내부의 가스를 외부로 배출 시킬 수 있다. 보다 상세하게는 상기 전지 셀(100)은 전극 조립체가 수납되는 수납부(120b)와 충방전 과정에서 발생하는 활성화 가스의 포집 공간을 형성하는 가스 포켓부(120a)를 포함한다. 한편, 상기 가압 지그(130)는 전지 셀(100)을 사이에 두고, 전지 셀(100)의 양쪽에서 가압하는 플레이트를 포함하여 구성된다. 한편, 충전시 전류 인가는 전지 셀의 전극 리드를 통해서 수행할 수 있다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀 활성화 방법은 전지 셀을 진공 조건에 노출하는 진공 단계(S20)를 포함한다. 상기 전지 셀을 진공 조건에 노출하는 진공 단계(S20)는 활성화된 셀의 내, 외부 간의 압력차를 발생시켜서 전지 셀을 팽창시킴으로써 전극과 분리막 간의 계면 간격이 넓어지게 유도하는 공정이다.
도 5 및 도 6는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀 활성화 방법에서, 진공 단계의 수행 전과 후를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6를 참조하면, 상기 진공 단계(S20)는 진공 챔버(110) 내에 위치시켜 수행한다. 이때, 상기 진공 챔버(110)의 폭은 전지 셀의 폭 보다 클 수 있다. 구체적으로, 상기 진공 단계에서 진공 챔버(110) 내부를 감압시키는 경우, 상기 전지 셀은 팽창할 수 있으며, 상기 진공 챔버(110)의 폭은 상기 팽창되는 전지 셀(100)을 수용할 수 있도록 충분한 길이의 폭을 갖는 것이 바람직하다.
구체적인 예에서, 진공 단계(S20)는, 전지 셀(100)을 진공 챔버(110) 내에 위치시킨 상태에서 진공 챔버(110) 내부를 감압시켜 수행한다. 예를 들면, 상기 진공 단계에서는 활성화된 셀을 수용하는 진공 챔버(110) 내부에 대한 진공 제어, 즉, 진공 챔버(110)의 내부를 진공 상태로 하거나 진공도를 조절하여 파우치 케이스의 내부 압력에 비해 외부 압력을 낮춤으로써 파우치 케이스를 정상 상태로부터 팽창 상태로 변화시킨다. 이에 따라, 파우치 케이스의 수납부(120b)와 가스 포켓부(120a)는 평면에 수직한 방향으로 부풀어 오르도록 팽창되고, 이와 동시에 전극조립체(3)를 구성하는 전극(3a, 3c)과 분리막(3b) 사이의 계면 간격이 넓어져서 전해액의 흡수를 증가시킬 수 있다. 아울러, 전극조립체(3)를 구성하는 전극(3a, 3c)과 분리막(3b) 사이의 계면 간격이 넓어져서 밖으로 나온 전해액의 재흡수를 극대화할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 계면 사이에 트랩되어 있던 가스의 이동이 원활하게 이루어질 수 있다.
다른 하나의 예에서, 상기 진공 단계(S20)는, 전지 셀(110)을 챔버(110) 내에 위치시킨 상태에서 챔버(110) 내부의 기체를 배출하는 벤팅 과정을 n회(n은 2 내지 50 사이의 정수) 반복하여 수행하는 과정을 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 벤팅 과정을 n 회 반복한다는 것은 챔버(110) 내부를 진공으로 형성하는 과정과 기체를 배출하는 벤팅 과정을 n 회 반복하는 것을 의미한다. 상기 반복 과정은 2 내지 40회, 2 내지 30회, 2 내지 20회 또는 2 내지 10회 반복할 수 있다. 상기 과정에 의해서 전지 셀(110) 내부의 전극조립체는 전해액의 흡수를 극대화 시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 전지 셀 활성화 방법은 전지 셀을 가압하는 2차 가압 단계(S30)를 포함한다. 상기 2차 가압 단계(S30)는 1차 가압 단계에서 배출되지 못한 가스를 추가로 제거하기 위한 공정이다.
하나의 예에서, 상기 2차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 압력(P2)은 1차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 압력(P1)보다 낮은 것을 특징으로 한다. 구체적인 예에서, 1차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 압력(P1)과 2차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 압력(P2)은 하기 조건 1을 만족한다:
[조건 1]
1.1 ≤ P1/P2 ≤ 10
상기 조건 1에서, P1은 1차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 평균 압력(kgf/cm2)을 나타내고,
P2는 2차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 평균 압력(kgf/cm2)을 나타낸다.
구체적인 예에서, 조건 1에서 전지 셀을 가압하는 압력(P1)과 2차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 압력(P2)은 1.1 ≤ P1/P2 ≤ 10, 1.5 ≤ P1/P2 ≤ 8, 또는 2 ≤ P1/P2 ≤ 5 일 수 있다.
아울러, 상기 2차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 압력(P2)은 평균 0.5 내지 1.5 kgf/cm2 범위일 수 있다. 상기 2차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 압력(P2)은 1차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 압력(P1)보다 낮은 것은 상기 가압 단계에서 다량의 전해액이 토출되는 것을 방지하기 위함이다. 즉, 본 발명에 따른 전지 셀 활성화 방법에서 1차 가압 단계 및 2차 가압 단계가 상기 조건 1을 만족하여, 전지 셀 내부의 가스 배출은 극대화시킬 수 있으며, 전해액이 토출되는 것은 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지 셀 활성화 방법의 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 상기 2차 가압 단계(S30)에서는, 전지 셀의 가스 포켓이 형성된 쪽의 반대편 영역을 가압하는 하단 가압 단계(S31); 및 전지 셀의 가스 포켓이 형성된 쪽 영역을 가압하는 상단 가압 단계(S32)를 포함한다. 이하, 도 7을 참고하여 2차 가압 단계를 상세히 설명하도록 한다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지 셀 활성화 방법의 2차 가압 단계에서 하단 가압 단계 및 상단 가압 단계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 하단 가압 단계(S31)는 파우치 셀의 전극 리드를 기준으로 하부 영역만을 가압하고, 상기 상단 가압 단계(S32)는 파우치 셀의 전극 리드를 기준으로 상부 영역만을 가압한다. 구체적인 예에서, 상기 하단 가압 단계(S31)에서, 전지 셀의 하부 영역만을 가압하여, 전지 셀의 하부에 트랩(trap)된 가스를 상부 영역으로 이동시킬 수 있다. 다음으로, 상기 상단 가압 단계(S32)에서, 전지 셀의 상부 영역만을 가압하여, 하단 영역에서 배출된 가스를 가스 포켓부(120a)로 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 전지 셀(100) 내부의 가스를 가스 포켓부(120a)로 용이하게 배출할 수 있으며, 가스 배출을 극대화 시킬 수 있다.
이때, 상기 2차 가압 단계(S30)는 전지 셀(100)을 일측에서 타측 방향으로 순차 가압하여 전지 셀(100) 내부 가스를 배출할 수 있다. 여기서, 일측이라 함은 전지 셀(100)의 수납부(120b)에서 가스 포켓부(120a)가 형성된 영역과는 반대 영역을 의미하며, 타측이라 함은 상기 가스 포켓이 형성된 영역을 의미한다.
구체적인 예에서, 상기 2차 가압 단계(S30)는 가압 롤러를 이용하여 전지 셀(100)을 일측에서 타측 방향으로 순차적으로 가압하는 과정을 포함한다. 구체적으로, 상기 롤러를 사용하여 파우치 케이스의 가스 포켓이 형성된 영역 쪽으로 일정 압력을 가하여 롤링하여 활성화 가스의 이동을 가스 포켓부 방향으로 유도할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 전지 셀 활성화 방법은 전지 셀에 대한 에이징 단계(S40)를 포함한다. 상기 예이징 단계는 충전 단계에서 형성된 SEI 피막을 안정시키는 단계일 수 있다.
하나의 예에서, 전지 셀 내부 가스를 제거하는 디가스 단계(S50)를 포함한다. 보다 구체적으로, 상기 디가스 단계는 가스 포켓의 적어도 일부분을 천공하여 파우치 케이스 내부의 가스가 외부로 배출될 수 있는 통로 역할을 하는 홀을 형성하는 과정을 포함한다. 이때, 파우치 케이스의 가스 포켓부에서 제1 및 제2 케이스를 한꺼번에 펀칭하여 디가스 홀을 형성할 수도 있겠으나, 이 경우 디가스 홀을 통해 전해액이 가스와 함께 누액될 가능성이 더 커질 수 있다. 전해액 누액 가능성을 줄일 수 있도록 본 실시예의 경우, 상기 홀을 가스 포켓에만 천공하여 형성할 수 있다.
그리고, 상기 디가스 단계(S50)는 챔버 내부에 진공 분위기를 재조성하여 음압에 의해 활성화 가스를 상기 디가스 홀을 통해 상기 파우치 케이스의 외부로 배출시키는 공정이다.
가스 포켓부에 포집되어 있는 활성화 가스는 상기 홀을 통해 외부로 자연 배출될 수 있겠으나, 본 실시예와 같이, 챔버 내부에 재차 진공 상태를 조성하게 되면, 음압에 의해 가스 배출 효율이 보다 높아져 전극조립체에 남아있는 잔여 가스까지 배출될 수 있다.
나아가, 본 발명은 앞서 설명한 전지 셀 활성화 단계를 포함하는 전지 셀 제조방법을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀 제조방법은 앞서 설명한 전지 셀 활성화 방법을 이용한 전지 셀을 활성화하는 단계를 포함한다. 한편, 상기 전지 셀은, 파우치형 전지 셀이고, 일측에 전지 셀의 내부와 연통된 가스 포켓이 형성된 구조이다.
구체적인 예에서, 상기 전지 셀을 활성화하는 단계 이후에, 전지 셀 밀봉 및 가스 포켓 제거를 수행하는 단계를 포함한다.
상기 가스 포켓은 활성화 가스를 포집하기 위한 공간으로 디개싱 공정이 완료되면, 셀에 있어서 데드 스페이스(dead space)이므로 트리밍한 후 해당 부분의 제1 케이스와 제2 케이스의 다시 열 융착하여 새로운 실링 라인을 형성한다. 이와 같이, 2차 실링이 완료된 이후에는 파우치 케이스의 실링 라인을 안쪽으로 접어 올려 파우치 케이스의 측면에 밀착시키는 윙 폴딩(wing folding) 공정이 부가될 수 있다.
따라서, 본 발명의 전지 셀 활성화 방법 및 이를 포함하는 전지 셀 제조 방법에 따르면, 전지 셀의 전극조립체 내부의 전극과 분리막 사이에 트랩되어 있는 가스를 원활히 배출할 수 있다. 아울러, 전지 셀의 활성화 방법에서 1차 및 2차 가압 단계를 포함함으로써, 전지 셀의 가압 과정에서 다량의 전해액이 토출되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
[부호의 설명]
1: 전지 셀
2: 파우치 케이스
2a: 가스 포켓부
2b: 수납부
3: 전극 조립체
3a, 3c: 전극
3b: 분리막
4: 디가스 홀
5: 활성화 가스
11: 챔버
100: 전지 셀
110: 챔버
120a: 가스 포켓부
120b: 수납부
130: 가압 지그

Claims (11)

  1. 전지 셀에 대한 가압 조건에서 초기 충방전을 수행하는 1차 가압 단계;
    전지 셀을 진공 조건에 노출하는 진공 단계;
    전지 셀을 가압하는 2차 가압 단계;
    전지 셀에 대한 에이징 단계; 및
    전지 셀 내부 가스를 제거하는 디가스 단계를 포함하며,
    2차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 압력(P2)은 1차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 압력(P1)보다 낮은 것을 특징으로 하는 전지 셀 활성화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    1차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 압력(P1)과 2차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 압력(P2)은 하기 조건 1을 만족하는 전지 셀 활성화 방법:
    [조건 1]
    1.1 ≤ P1/P2 ≤ 10
    상기 조건 1에서, P1은 1차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 평균 압력(kgf/cm2)을 나타내고,
    P2는 2차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 평균 압력(kgf/cm2)을 나타낸다.
  3. 제 1 항에 있어서,
    2차 가압 단계에서 전지 셀을 가압하는 압력(P2)은 평균 0.5 내지 3 kgf/cm2 범위인 전지 셀 활성화 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    2차 가압 단계에서는,
    전지 셀의 가스 포켓이 형성된 쪽의 반대편 영역을 가압하는 하단 가압 단계; 및
    전지 셀의 가스 포켓이 형성된 쪽 영역을 가압하는 상단 가압 단계를 포함하는 전지 셀 활성화 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    2차 가압 단계는,
    전지 셀을 일측에서 타측 방향으로 순차 가압하여 전지 셀 내부 가스를 배출하는 것을 특징으로 하는 전지 셀 활성화 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    2차 가압 단계는, 가압 롤러를 이용하여 전지 셀을 일측에서 타측 방향으로 순차 가압하여 수행하는 전지 셀 활성화 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    진공 단계는, 전지 셀을 챔버 내에 위치시킨 상태에서 챔버 내부를 감압시켜 수행하는 전지 셀 활성화 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    진공 단계는, 전지 셀을 챔버 내에 위치시킨 상태에서 챔버 내부의 기체를 배출하는 벤팅 과정을 n회(n은 2 내지 50 사이의 정수) 반복하여 수행하는 전지 셀 활성화 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    진공 단계는,
    전지 셀을 진공 챔버 내에 위치시켜 수행하되,
    상기 진공 챔버의 폭은 전지 셀의 폭 보다 큰 것을 특징으로 하는 전지 셀 활성화 방법.
  10. 제 1 항에 따른 전지 셀 활성화 방법을 이용한 전지 셀을 활성화하는 단계를 포함하며,
    상기 전지 셀은, 파우치형 전지 셀이고, 일측에 전지 셀의 내부와 연통된 가스 포켓이 형성된 구조인 전지 셀 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전지 셀을 활성화하는 단계 이후에,
    전지 셀 밀봉 및 가스 포켓 제거를 수행하는 단계를 포함하는 전지 셀 제조 방법.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230155163A1 (en) * 2021-11-15 2023-05-18 Sk On Co., Ltd. Formation Method For Secondary Battery
KR102821623B1 (ko) 2022-12-23 2025-06-16 주식회사 엘지에너지솔루션 과리튬 망간계 산화물을 포함하는 리튬 이차 전지의 제조 방법
KR20250055690A (ko) 2023-10-18 2025-04-25 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 셀 제조장치 및 이를 이용한 전지 셀 제조방법
CN121263895A (zh) * 2023-11-23 2026-01-02 株式会社Lg新能源 电池单体制造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130134963A (ko) * 2012-05-31 2013-12-10 주식회사 엘지화학 가스 포켓부가 구비된 파우치형 전지 포장재, 및 이를 이용한 디개싱 공정
KR20140004662A (ko) * 2010-11-24 2014-01-13 리-텍 배터리 게엠베하 전기화학 전지를 충전하기 위한 방법 및 장치
KR20150062849A (ko) * 2013-11-29 2015-06-08 주식회사 엘지화학 폴리머 전지의 제조 방법
KR20180061665A (ko) * 2016-11-30 2018-06-08 주식회사 엘지화학 이차전지 가스제거장치 및 가스제거방법
KR20180082759A (ko) * 2017-01-11 2018-07-19 주식회사 엘지화학 전지셀의 제조 및 활성화 방법

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1197190C (zh) * 2000-01-27 2005-04-13 索尼株式会社 凝胶电解液电池的制造方法
JP5145648B2 (ja) 2006-04-14 2013-02-20 日産自動車株式会社 リチウムイオン二次電池
JP6163739B2 (ja) 2011-12-05 2017-07-19 日産自動車株式会社 フィルム外装電気デバイスの製造方法及び製造装置
KR101602466B1 (ko) 2012-11-28 2016-03-10 주식회사 엘지화학 파우치형 이차 전지의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 파우치형 이차 전지
JP5966891B2 (ja) 2012-11-30 2016-08-10 株式会社村田製作所 蓄電デバイスの製造方法
CN105408755A (zh) 2013-07-24 2016-03-16 汽车能源供应公司 二次电池的检查方法
JP6283487B2 (ja) * 2013-09-27 2018-02-21 オートモーティブエナジーサプライ株式会社 非水電解質二次電池の製造方法
CN105934846B (zh) * 2014-01-24 2019-06-28 日产自动车株式会社 电器件
KR102195734B1 (ko) * 2014-01-27 2020-12-28 삼성에스디아이 주식회사 파우치형 배터리셀의 제조방법
JP6682203B2 (ja) * 2015-06-03 2020-04-15 株式会社エンビジョンＡｅｓｃジャパン 二次電池の製造方法
JP6488969B2 (ja) * 2015-09-30 2019-03-27 日産自動車株式会社 二次電池の製造装置
KR20170101582A (ko) 2016-02-29 2017-09-06 주식회사 엘지화학 활성화 공정 중 압력을 변화시키는 과정을 포함하는 리튬 이차전지의 제조 방법
KR20170111614A (ko) * 2016-03-29 2017-10-12 주식회사 엘지화학 이차 전지 제조 방법 및 장치
WO2018002296A1 (en) 2016-06-30 2018-01-04 Robert Bosch Gmbh Method of forming a secondary battery
KR102256599B1 (ko) * 2016-09-01 2021-05-26 주식회사 엘지에너지솔루션 가압 지그 및 이를 이용한 이차전지 제조 방법
KR102282481B1 (ko) * 2016-09-01 2021-07-27 주식회사 엘지에너지솔루션 가압 지그 및 이를 이용한 이차전지 제조 방법
KR102067715B1 (ko) * 2016-12-01 2020-01-17 주식회사 엘지화학 배터리 셀 디가싱 장치
CN106602161B (zh) 2016-12-29 2020-03-20 惠州亿纬创能电池有限公司 锂离子电池的化成方法及锂离子电池
KR102381443B1 (ko) 2017-02-13 2022-03-31 주식회사 엘지에너지솔루션 파우치형 이차전지의 제조방법
KR101793162B1 (ko) 2017-03-14 2017-11-03 주식회사 테크네트 리튬전지 포메이션 챔버용 셀가압장치
KR102447619B1 (ko) * 2017-09-18 2022-09-27 주식회사 엘지에너지솔루션 지그를 이용한 고정 과정을 포함하는 파우치형 전지셀 제조방법
KR102320016B1 (ko) * 2017-12-15 2021-11-02 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지의 제조방법
KR102740245B1 (ko) 2018-11-05 2024-12-06 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 제조용 가스 제거기 및 이를 이용한 전지 제조 방법
CN210110979U (zh) 2019-07-31 2020-02-21 惠州市德合盛科技有限公司 锂电池化成治具
KR20210068168A (ko) * 2019-11-29 2021-06-09 현대자동차주식회사 리튬이온 이차전지 제조 시스템 및 그 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140004662A (ko) * 2010-11-24 2014-01-13 리-텍 배터리 게엠베하 전기화학 전지를 충전하기 위한 방법 및 장치
KR20130134963A (ko) * 2012-05-31 2013-12-10 주식회사 엘지화학 가스 포켓부가 구비된 파우치형 전지 포장재, 및 이를 이용한 디개싱 공정
KR20150062849A (ko) * 2013-11-29 2015-06-08 주식회사 엘지화학 폴리머 전지의 제조 방법
KR20180061665A (ko) * 2016-11-30 2018-06-08 주식회사 엘지화학 이차전지 가스제거장치 및 가스제거방법
KR20180082759A (ko) * 2017-01-11 2018-07-19 주식회사 엘지화학 전지셀의 제조 및 활성화 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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Publication number Publication date
EP4064400B1 (en) 2026-04-29
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CN114930590A (zh) 2022-08-19
KR20220066470A (ko) 2022-05-24
KR102900629B1 (ko) 2025-12-15
EP4064400A4 (en) 2023-11-29
US12456749B2 (en) 2025-10-28

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