KR101093960B1 - Method for formation of lithium ion battery - Google Patents
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Abstract
리튬 이온 전지의 화성 방법이 개시된다. 본 발명의 한 실시예는 델타 전압(delta_V) 및 무부하 전압의 산포를 최소화시킬 수 있는 리튬 이온 전지의 화성 방법을 제공하는 것이다.A method of forming a lithium ion battery is disclosed. One embodiment of the present invention is to provide a method of forming a lithium ion battery that can minimize the distribution of delta voltage (delta_V) and no-load voltage.
이를 위해 본 발명의 한 실시예는 화성 충전과 출하 충전 사이에 보충전을 더 실시함으로써, 델타 전압 및 무부하 전압의 산포를 최소화시킬 수 있는 리튬 이온 전지의 화성 방법을 개시한다.To this end, one embodiment of the present invention discloses a method for forming a lithium ion battery that can minimize the distribution of delta voltage and no-load voltage by performing a supplementary charging between the chemical charge and the shipping charge.
화성, 산포, 에이징, SOC, OCV Mars, Scatter, Aging, SOC, OCV
Description
본 발명은 리튬 이온 전지의 화성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a chemical conversion method of a lithium ion battery.
일반적으로 비디오, 카메라, 휴대형 전화, 휴대형 컴퓨터 등과 같은 휴대형 무선기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 이차전지는 예를 들면, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다. In general, as the light weight and high functionality of portable wireless devices such as a video, a camera, a portable telephone, a portable computer, and the like have progressed, many studies have been conducted on secondary batteries used as driving power. Such secondary batteries include, for example, nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, nickel-zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries are rechargeable, compact, and large-capacity, and are widely used in advanced electronic devices because of their high operating voltage and high energy density per unit weight.
본 발명의 한 실시예는 델타 전압 및 무부하 전압의 산포를 최소화 할 수 있는 리튬 이온 전지의 화성 방법을 제공한다.One embodiment of the present invention provides a method of forming a lithium ion battery capable of minimizing the dispersion of delta voltage and no-load voltage.
본 발명의 한 실시예에 의한 리튬 이온 전지의 화성 방법은 전지를 만(滿)충전 시키는 제 1충전 단계와, 상기 전지를 완전 방전하는 방전 단계와, 상기 전지를 충전하는 제 2충전 단계와, 상기 전지를 방치하는 에이징 단계 및, 상기 전지를 충전하는 제 3충전 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a method of forming a lithium ion battery includes a first charging step of fully charging a battery, a discharge step of completely discharging the battery, a second charging step of charging the battery, It may comprise an aging step of leaving the battery, and a third charging step of charging the battery.
이때, 상기 제 2충전 단계는 상기 전지를 1C로 충전할 수 있다.In this case, the second charging step may charge the battery at 1C.
또한, 상기 제 2충전 단계는 상기 제 1충전 단계의 2~3배 속도로 충전할 수 있다. In addition, the second charging step may be charged at a rate of 2 to 3 times the first charging step.
여기서, 상기 제 2충전 단계는 상기 전지를 설계 용량의 8~10%까지 충전할 수 있다.Here, the second charging step may charge the battery up to 8-10% of the design capacity.
이때, 상기 제 2충전 단계는 상기 전지를 5~6분 동안 충전할 수 있다.In this case, the second charging step may charge the battery for 5-6 minutes.
또한, 상기 제 2충전 단계는 4.2V의 전압에서 행할 수 있다.In addition, the second charging step may be performed at a voltage of 4.2V.
여기서, 상기 제 2충전 단계는 충전 전압이 상기 제 1충전 전압과 같을 수 있다.Here, in the second charging step, the charging voltage may be equal to the first charging voltage.
이때, 상기 제 2충전 단계는 충전 전류가 상기 제 1충전 전류보다 2~3배 클 수 있다.At this time, in the second charging step, the charging current may be two to three times greater than the first charging current.
또한, 상기 제 2충전 단계 후 무부하 전압이 3.65 ~ 3.67V로 나타날 수 있다.In addition, after the second charging step, the no-load voltage may be represented as 3.65 ~ 3.67V.
여기서, 상기 제 2충전 단계 후 상기 전지의 델타 전압은 5~30mV일 수 있다. Here, the delta voltage of the battery after the second charging step may be 5 ~ 30mV.
이때, 상기 델타 전압은 상기 방전 단계의 무부하 전압과 상기 제 2충전 단계 후의 무부하 전압의 차이 값일 수 있다. In this case, the delta voltage may be a difference value between the no-load voltage in the discharging step and the no-load voltage after the second charging step.
또한, 상기 제 2충전 단계 후 상기 전지의 전압 표준 편차는 0.3~0.5일 수 있다. In addition, the voltage standard deviation of the battery after the second charging step may be 0.3 ~ 0.5.
여기서, 상기 에이징 단계는 5~7일 행할 수 있다. Here, the aging step may be performed for 5 to 7 days.
본 발명의 한 실시예에 의한 리튬 이온 전지의 화성 방법은 화성 충전과 출하 충전 사이에 보충전을 더 실시함으로써, 델타 전압 및 무부하 전압의 산포를 최소화 시킬 수 있다. In the method for forming a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention, by further performing supplementary charging between chemical conversion charging and shipping charging, distribution of delta voltage and no-load voltage can be minimized.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. Here, parts having similar configurations and operations throughout the specification are denoted by the same reference numerals.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이온 전지의 화성 방법의 순서도가 도시되어 있다. 1, a flowchart of a method of forming a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention is shown.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이온 전지의 화성 (formation) 방법은 제 1충전 단계(S1), 방전 단계(S2), 제 2충전 단계(S3), 에이징 단계(S4) 및, 제 3충전 단계(S5)를 포함한다. 이와 같은 단계를 포함하여 전지를 화성하는 이유는 조립이 완료된 전지에 대해 충전, 에이징(aging), 방전 등 일련의 공정을 통해 전지 구조를 안정화시키고 사용 가능한 상태(전지의 활성화)가 되도록 하기 위함이다. 또한, 에이징 후의 델타 전압의 표준 편차 측정 및 OCV(Open Circuit Voltage, 무부하 전압) 측정을 통해 불량전지를 제거하기 위함이다. 마지막으로 전지를 조전지로 사용하기 위해 용량 선별을 하기 위함이다.As shown in FIG. 1, a method of forming a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention includes a first charging step S1, a discharging step S2, a second charging step S3, and an aging step. (S4) and the third charging step (S5). The reason for the formation of the battery including the above steps is to stabilize the battery structure and to be in a usable state (activation of the battery) through a series of processes such as charging, aging, and discharging of the assembled battery. . In addition, it is to remove the defective battery by measuring the standard deviation of the delta voltage after aging and OCV (Open Circuit Voltage). Lastly, to sort the capacity for using the battery as a battery pack.
상기 제 1충전 단계(S1)(화성 충전)에서는 전지를 만(滿) 충전시킨다. 이는 상기 전지의 활성화 기간 중 발생한 불량을 제거하기 위해 충전하는 것이다. In the first charging step S1 (chemical charging), the battery is fully charged. This is to charge in order to eliminate the defects generated during the activation period of the battery.
상기 전지의 활성화 기간 중에는 상기 전지의 음극 표면에 SEI(Solid Electrolyte Interface) 필름이 형성된다. SEI 필름이란, 상기 전지의 이온 이동 량이 많아질 때 형성되는 것으로 부도체로써, 일단 형성되면 차후 상기 전지 충전시에 카본 부극에서 리튬 이온과 다른 물질이 반응을 막아주는 기능을 수행한다. 또한 상기 SEI 필름은 일종의 이온 터널로서 기능하여, 리튬 이온만을 통과시키는 기능을 수행한다. 이와 같은 이온 터널 효과에 의하여, 리튬 이온을 용해하여 함께 이동하는 분자량이 큰 유기 용매들이 카본 부극에 함께 삽입되어, 카본 부극의 구조를 붕괴시키는 것이 방지된다. 즉, 일단 상기 SEI 필름이 형성되고 나면, 리튬 이온은 카본 부극이나 다른 물질과 부반응을 하지 않으므로, 리튬 이온의 양을 가역적으로 유지시킬 수 있을 있다. 또한 유기 용매들이 리튬 이온과 함께 삽입되어 카본 부극의 구조가 붕괴되는 것을 막음으로써, 리튬 이온 이차 전지의 충방전이 가역적으로 유지되어 전지 수명이 향상된다. During the activation period of the battery, a solid electrolyte interface (SEI) film is formed on the negative electrode surface of the battery. The SEI film, which is formed when the amount of ion migration of the battery increases, is a non-conductor, and once formed, functions to prevent reaction between lithium ions and other materials in the carbon negative electrode during the subsequent battery charging. In addition, the SEI film functions as a kind of ion tunnel, and performs a function of passing only lithium ions. By such an ion tunnel effect, organic solvents having a high molecular weight that dissolve lithium ions and move together are inserted together in the carbon negative electrode, thereby preventing the structure of the carbon negative electrode from being collapsed. That is, once the SEI film is formed, since lithium ions do not react sideways with the carbon negative electrode or other materials, the amount of lithium ions can be reversibly maintained. In addition, since organic solvents are inserted together with lithium ions to prevent the structure of the carbon negative electrode from collapsing, charging and discharging of the lithium ion secondary battery is reversibly maintained, thereby improving battery life.
상기 제 1충전 단계(S1) 이전에 상기 전지를 고온 상태에서 방치할 수 있다. 이는 방치 공정에 따라 상기 전지에 함유된 전해액의 고른 확산과 극판에서의 함습을 향상시키기 위함이다. 이때, 상기 고온이란 예를 들어, 상온(25℃)보다 높은 온도를 말하며 활물질 종류나 전해액, 그 외 소재나 전지 기종에 따라 온도나 방치 시간을 적절하게 조절할 수 있다. 예를 들어 음극활물질로 인조 흑연 계를 사용하고 전해액으로 카보네이트 계를 사용하였을 경우에는 60℃에서 10분 내지 2시간 동안 실시할 수 있다. 여기서, 본 발명의 한 실시예에 따른 수치를 한정하는 것은 아니다. 상기 고온 방치 공정은 될 수 있는 한 상기 전지를 세우지 않고 넓은 면이 바닥에 닿게 하는 것이 전해액의 고른 함습에 유리하다.The battery may be left in a high temperature state before the first charging step S1. This is to improve even diffusion of the electrolyte solution contained in the battery and moisture in the electrode plate according to the leaving process. In this case, the high temperature means a temperature higher than room temperature (25 ° C.), for example, and the temperature and the leaving time can be appropriately adjusted according to the type of the active material, the electrolyte, other materials or the battery type. For example, when artificial graphite is used as the negative electrode active material and carbonate is used as the electrolyte, it may be performed at 60 ° C. for 10 minutes to 2 hours. Here, the numerical values according to one embodiment of the present invention are not limited. In the high temperature leaving process, it is advantageous to evenly wet the electrolyte solution so that the wide surface touches the floor without setting the battery as much as possible.
상기 제 1충전 단계(S1)에서는 예를 들면, 상기 전지를 전지 설계 용량(1C)의 100%에 해당하는 용량까지 0.2C 내지 0.5C 충전 속도로 충전한다. 여기서, 상기 제 1충전 단계(S1)에서는 먼저, 0.2C 충전 속도로 예를 들어, 4.2V 조건에서 1시간동안 충전한다. 이는 상기 전지의 음극 표면에 SEI 필름을 형성함으로써, 충방전 진행시에도 음극 구조가 변하지 않게 하기위한 것이다. 여기서, 본 발명의 한 실시예에 따른 수치를 한정하는 것은 아니다. 이때, 충전이 종료될 때 상기 전지의 충전 종지 전류가 20mA가 되도록 한다. 다음, 상기 전지의 OCV를 측정한다. 이때, 상기 OCV는 3.42~3.549V로 나타난다. In the first charging step S1, for example, the battery is charged at a charging rate of 0.2C to 0.5C to a capacity corresponding to 100% of the battery design capacity 1C. Here, in the first charging step (S1), first, the charging at 0.2C charging rate, for example, under 4.2V conditions for 1 hour. This is to form a SEI film on the negative electrode surface of the battery, so that the negative electrode structure does not change even during charging and discharging progress. Here, the numerical values according to one embodiment of the present invention are not limited. At this time, the charging end current of the battery is 20mA when charging is completed. Next, the OCV of the cell is measured. At this time, the OCV is represented by 3.42 ~ 3.549V.
이후, 0.5C 충전 속도로 예를 들어, 4.2V 조건에서 20시간동안 또 다시 충전한다. 이는 상기 전지의 화성 공정 진행을 통해 가용할 수 있는 최대 범위까지 충전을 진행하여. 상기 전지의 전기화학적 활성화를 시키기 위함이다. 여기서, 본 발명의 한 실시예에 따른 수치를 한정하는 것은 아니다. 이때, 충전이 종료될 때 상 기 전지의 충전 종지 전류는 120mA가 되도록 한다. 다음, 상기 전지의 OCV를 측정한다. 이때, 상기 OCV는 3.66~3.69V로 나타난다. 이후 전류를 차단한다. Thereafter, the battery is charged again for 20 hours at, for example, 4.2V at a charging speed of 0.5C. It proceeds to the maximum range that can be available through the conversion process of the battery. This is to enable electrochemical activation of the cell. Here, the numerical values according to one embodiment of the present invention are not limited. At this time, when the end of charging, the end-of-charge current of the battery is 120mA. Next, the OCV of the cell is measured. At this time, the OCV is represented by 3.66 ~ 3.69V. Then cut off the current.
상기 방전 단계(S2)(화성 방전)에서는 상기 전지를 완전 방전한다. 이는 상기 전지의 용량을 선별하기 위함이다. 또한, 상기 전지 활물질의 불균일한 분포에 의한 전류밀도 불균일화를 방지하기 위함이다. 상기 방전 단계(S2)에서는 예를 들어, 1C 방전 속도로 2.75V까지 방전한다. 상기 방전 단계(S2) 이후에 에이징 단계를 더 수행할 수 있다. 상기 에이징 단계에서는 예를 들면, 45 내지 60℃의 고온에서 1 내지 2일간 상기 전지를 방치한다. 여기서, 본 발명의 한 실시예에 따른 수치를 한정하는 것은 아니다. In the discharge step S2 (chemical discharge), the battery is completely discharged. This is to select the capacity of the battery. Further, this is to prevent current density non-uniformity due to non-uniform distribution of the battery active material. In the discharge step (S2), for example, discharge to 2.75V at a 1C discharge rate. An aging step may be further performed after the discharging step S2. In the aging step, for example, the battery is left for 1 to 2 days at a high temperature of 45 to 60 ℃. Here, the numerical values according to one embodiment of the present invention are not limited.
상기 제 2충전 단계(S3)(보충전)에서는 예를 들면, 상기 전지를 1C의 충전 속도로 5~6분(보충전 시간) 동안 전지 설계 용량(State Of Charge:SOC)의 8~10%(보충치)로 충전한다. 이때, 상기 제 2충전 단계(S3)에서는 상기 제 1충전 단계(S1)의 2~3배 속도로 충전할 수 있다. 즉, 상기 제 1충전 단계(S1)에서 0.2C 및 0.5C의 속도로 충전을 하였으나, 상기 제 2충전 단계(S3)에서는 1C로 충전할 수 있는 것이다. 또한, 상기 제 2충전 단계(S3)에서는 예를 들면, 4.2V의 전압, 2400mA의 전류조건에서 수행할 수 있다. 이는 상기 제 2충전 단계(S3)의 충전 전압(4.2V)이 상기 제 1충전 전압(4.2V)과 같은 수치이다. 또한, 충전 전류(2400mA)가 상기 제 1충전 전류(480~1200mA)보다 2~3배 정도 큰 수치이다. In the second charging step S3 (supplement), for example, the battery is 8-10% of the state of charge (SOC) for 5-6 minutes (charge time) at a charging rate of 1C. Charge with (Supplementary Value). At this time, the second charging step (S3) can be charged at a rate of 2 to 3 times the first charging step (S1). That is, although the charging at the rate of 0.2C and 0.5C in the first charging step (S1), it is possible to charge at 1C in the second charging step (S3). In addition, in the second charging step S3, for example, the voltage may be performed at a voltage of 4.2V and a current of 2400mA. This is the same value as the first charging voltage (4.2V) of the charging voltage (4.2V) of the second charging step (S3). In addition, the charging current (2400 mA) is a number that is about 2 to 3 times larger than the first charging current (480 to 1200 mA).
여기서, 만약 상기 보충전 시간이 5분미만으로 이루어질 경우에는 충전된 상기 전지 간 산포 및 편차는 적으나, 실제 불량 전지의 선별이 어려워 질 수 있다. 반면에 상기 보충전 시간이 6분을 초과할 경우에는 상기 전지의 산포가 커져서, 실제 불량 전지와 양품 전지 간의 선별 여부가 모호해질 수 있다. Here, if the pre-replenishment time is less than 5 minutes, the scattering and variation between the charged batteries is small, but it may be difficult to select a defective battery. On the other hand, if the time before the replenishment exceeds 6 minutes, the spread of the battery becomes large, it may be unclear whether the selection between the actual defective battery and the good battery.
또한, 상기 보충치를 8% 미만으로 충전하면, OCV 및 델타 전압의 산포가 커지는 문제가 발생한다. 반면에 전지 설계 용량의 10%를 초과하여 충전하게 되면, OCV 및 델타 전압의 산포 개선 없이 과도한 충전이 이루어진다. In addition, if the replenishment is charged to less than 8%, a problem arises in that the distribution of OCV and delta voltage becomes large. On the other hand, charging more than 10% of the cell design capacity results in excessive charging without improving the distribution of OCV and delta voltages.
따라서 상기 전지를 1C로 5분~6분 동안 보충전을 진행하게 될시, 상기 전지의 전지 설계 용량은 100% 기준의 8.33%~9.96%에 도달하게 된다. 여기서, 본 발명의 한 실시예에 따른 수치를 한정하는 것은 아니다. 이후, 상기 전지의 OCV를 측정한다. 상기 OCV는 3.65~3.67V로 나타난다. Therefore, when the battery is recharged at 1C for 5 to 6 minutes, the battery design capacity of the battery reaches 8.33% to 9.96% based on 100%. Here, the numerical values according to one embodiment of the present invention are not limited. The OCV of the cell is then measured. The OCV is represented by 3.65 to 3.67V.
이후 상기 OCV를 기준으로 상기 전지의 델타 전압을 측정한다. 여기서 델타 전압이란, 상기 방전 단계(S2)의 OCV와 상기 제 2충전 단계(S3) 후의 OCV의 차이 값이다. 이때, 상기 델타 전압은 5~30mV로 나타난다. 또한, 상기 델타 전압의 표준 편차는 0.3~0.5로 나타난다. 여기서, 상기 델타 전압의 표준 편차란, 상기 델타 전압의 산포도를 나타내는 도수 특성 값을 말하는 것으로 상기 델타 전압의 표준 편차가 작을수록, 상기 델타 전압이 서로 유사하다는 것을 의미한다. 반면에 상기 델타 전압의 표준 편차가 클수록, 상기 델타 전압이 차이가 크다는 것을 의미한다. Thereafter, the delta voltage of the battery is measured based on the OCV. Here, the delta voltage is a difference value between the OCV in the discharging step S2 and the OCV after the second charging step S3. In this case, the delta voltage is represented by 5 ~ 30mV. In addition, the standard deviation of the delta voltage is represented by 0.3 ~ 0.5. Here, the standard deviation of the delta voltage refers to a frequency characteristic value representing a scatter diagram of the delta voltage, and the smaller the standard deviation of the delta voltage, the more similar the delta voltages are. On the other hand, the larger the standard deviation of the delta voltage, the greater the difference in the delta voltage.
따라서 상기 방전 단계(S2) 이후에 상기 제 2충전 단계(S3)를 추가적으로 더 실시함으로써, 상기 델타 전압의 표준 편차가 감소된다.Therefore, by further performing the second charging step S3 after the discharging step S2, the standard deviation of the delta voltage is reduced.
상기 에이징 단계(S4)에서는 상기 전지를 방치한다. 상기 에이징 단계(S4)에서는 예를 들어, 45 내지 60℃의 고온에서 5 내지 7일간 상기 전지를 방치한다. 만약, 상기 전지의 에이징을 45℃ 미만의 조건에서 수행할 경우, 에이징 공정의 효과가 미미할 수 있다. 반면에 60℃를 초과하여 수행할 경우, 상기 전지의 전해액 증발로 인해 외장재가 파열되거나 전지가 발화될 가능성이 있다. 또한, 만약 상기 에이징 단계(S4)에서 상기 전지가 7일을 초과하여 방치될 경우에는 상기 전지 내부에 부식 등의 부반응이 일어날 수 있으므로 적정 기간을 넘지 않도록 유의해야 한다. 여기서, 본 발명의 한 실시예에 따른 수치를 한정하는 것은 아니다. In the aging step S4, the battery is left. In the aging step (S4), for example, the battery is left for 5 to 7 days at a high temperature of 45 to 60 ℃. If the aging of the battery is carried out under the condition of less than 45 ℃, the effect of the aging process may be insignificant. On the other hand, when it is carried out above 60 ℃, due to the evaporation of the electrolyte of the battery there is a possibility that the packaging material rupture or the battery may ignite. In addition, if the battery is left for more than seven days in the aging step (S4), side reactions such as corrosion may occur inside the battery, so care should be taken not to exceed a suitable period. Here, the numerical values according to one embodiment of the present invention are not limited.
상기 에이징 단계(S4)는 상기 SEI 필름이 보다 안정화되고 부분적으로 치우침이 없이 고르고 균일한 두께로 재형성되기 위한 것이다. 이렇게 형성된 SEI 필름은 85℃ 이상의 고온 방치시나 사이클을 돌려도 쉽게 붕괴되지 않기 때문에, 고온 방치시 두께 증가도 덜되고 상기 전지의 용량감소도 적게 되어 성능이 향상될 수 있다. The aging step (S4) is for the SEI film to be reformed to a more stable and evenly uniform thickness without partial bias. Since the formed SEI film is not easily collapsed even when it is left at a high temperature of 85 ° C. or higher, or a cycle, the SEI film may have less thickness increase at a high temperature and a decrease in capacity of the battery, thereby improving performance.
또한, 상기 에이징 단계(S4)는 상기 전지 내부의 가스 제거 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 가스 제거 단계는 상기 SEI 필름 형성시 발생하는 이산화탄소, 메탄 등의 가스뿐만 아니라, 상기 에이징 단계(S4)에서 발생하여 추후 상기 전지의 부풀림 현상을 야기하는 성분의 가스를 미연에 제거하는 것이다.In addition, the aging step S4 may further include a gas removing step inside the battery. The gas removing step is to remove not only gases such as carbon dioxide and methane generated during the formation of the SEI film, but also components of gas generated in the aging step S4 to cause an inflation of the battery later.
상기 제 3충전 단계(S5)(출하충전)에서는 상기 전지를 충전한다. 이는 입고 (入庫) 상태의 상기 전지 전압 유지를 위해 일정 전위로 충전하는 것이다. 이때, 출하되는 상기 전지는 예를 들면, 전지 설계 용량의 50%의 범위로 충전되어 출하된다. 여기서, 본 발명의 한 실시예에 따른 수치를 한정하는 것은 아니다. 상기 제 3충전 단계(S5)는 후에 조전지를 구성하는 상기 전지들의 OCV의 산포를 일정 범위 이내로 조정하는 OCV 조정단계를 더 포함할 수 있다. 이는 상기 전지로 조전지를 구성하는 경우, 충전 단계의 주기가 반복됨에 따라 각 전지의 전압 불균형 현상을 방지하기 위해서이다. 전압 불균형 현상이 나타나는 이유는 상기 전지들 간의 용량 차이와 내부 저항(IR)의 차이 때문이며, 팩 전지를 사용되는 전자 제품의 부위에 따라 온도차이가 발생하기 때문이다. 따라서 상기 제 3충전 단계(S5) 이후에 상기 OCV 조정단계를 더 포함함으로써, 상기 전지의 OCV 산포를 최소화한다. 상기 OCV 조정단계를 수행한 후, 기간에 따른 OCV 변동을 확인하여, 기간별 OCV 스팩(spec)을 설정한다. 설정된 기간별 OCV 스팩에 따라서 상기 전지의 불량을 선별한다. In the third charging step S5 (shipping charge), the battery is charged. This is to charge to a constant potential to maintain the battery voltage in the incoming state. At this time, the battery to be shipped is charged and shipped in the range of 50% of the battery design capacity, for example. Here, the numerical values according to one embodiment of the present invention are not limited. The third charging step S5 may further include an OCV adjustment step of adjusting a distribution of OCVs of the batteries constituting the assembled battery to within a predetermined range. This is to prevent the voltage unbalance of each battery as the cycle of the charging step is repeated when the battery pack is composed of the battery. The voltage imbalance occurs because of a difference in capacity and internal resistance (IR) between the batteries, and a temperature difference occurs depending on a part of an electronic product using a pack battery. Therefore, by further including the OCV adjustment step after the third charging step (S5), to minimize the OCV distribution of the battery. After performing the OCV adjustment step, by checking the OCV fluctuations according to the period, the OCV specification for each period is set. The failure of the battery is screened according to the set period-specific OCV specification.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이온 전지의 화성 방법에 따른 OCV 및 델타 전압을 도시한 그래프가 도시되어 있다. 도 2a 에 도시된 바와 같이, 그래프의 좌측 세로축은 OCV(mV)의 수치를 나타내고, 우측 세로축은 델타 전압(전압 감소분)의 수치를 나타낸다. 가로축은 전지의 번호를 나타낸다. 또한 도 2b에 도시된 바와 같이, 그래프의 세로축은 OCV(V)의 수치를 나타내고, 가로축은 시간을 나타낸다. 또한, 그래프에 명시된 OCV1은 제 1충전 단계(S1)에서 전지를 0.2C 충전 속도로 충전한 후의 OCV를 나타내며, OCV2는 상기 제 1충전 단계(S1)에서 전지를 0.5C 충전 속도로 충전한 후의 OCV를 나타낸다. 또한, OCV3은 제 2충전 단계(S3)에서 전지를 1C 충전 속도로 충전한 후의 OCV를 나타내며, 델타 전압(ΔV)은 방전 단계(S2)의 OCV와 제 2충전 단계(S3) 후의 OCV의 차이 값을 나타낸다. 2A and 2B, a graph showing OCV and delta voltages according to a method of forming a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention is shown. As shown in Fig. 2A, the left vertical axis of the graph represents the numerical value of OCV (mV), and the right vertical axis represents the numerical value of the delta voltage (voltage decrease). The horizontal axis represents the battery number. In addition, as shown in FIG. 2B, the vertical axis of the graph represents a numerical value of OCV (V), and the horizontal axis represents time. In addition, OCV1 specified in the graph represents the OCV after charging the battery at 0.2C charging rate in the first charging step (S1), OCV2 is after charging the battery at 0.5C charging rate in the first charging step (S1) OCV. In addition, OCV3 represents the OCV after charging the battery at 1C charging rate in the second charging step (S3), the delta voltage (ΔV) is the difference between the OCV of the discharge step (S2) and OCV after the second charging step (S3). Indicates a value.
먼저, 전지를 상기 제 1충전 단계(S1)(화성충전)에서 예를 들면, 0.2C 충전 속도로 4.2V 조건에서 1시간동안 충전한다. 다음, 상기 전지의 OCV(OCV1)를 측정한다. 이때, 상기 OCV(OCV1)는 3.42~3.549V로 나타난다. 이후 상기 전지를 예를 들면 0.5C 충전 속도로 4.2V 조건에서 20시간동안 또 다시 충전한다. 다음, 상기 전지의 OCV(OCV2)를 측정한다. 이때, 상기 OCV(OCV2)는 3.66~3.69V로 나타난다. 이때, 상기 전지의 OCV는 최대 값을 갖게 된다. 여기서, 본 발명의 한 실시예에 따른 수치를 한정하는 것은 아니다. First, the battery is charged in the first charging step S1 (chemical charging), for example, at 4.2 V at a charging speed of 0.2 C for 1 hour. Next, the OCV (OCV1) of the battery is measured. At this time, the OCV (OCV1) is represented by 3.42 ~ 3.549V. The battery is then recharged for another 20 hours at 4.2 V at a rate of 0.5 C charge, for example. Next, the OCV (OCV2) of the battery is measured. At this time, the OCV (OCV2) is represented by 3.66 ~ 3.69V. At this time, the OCV of the battery has a maximum value. Here, the numerical values according to one embodiment of the present invention are not limited.
다음, 상기 전지를 완전 방전한다. Next, the battery is completely discharged.
이후, 상기 전지를 상기 제 2충전 단계(S3)(보충전)에서 예를 들면, 상기 전지를 1C의 충전 속도로 5~6분 동안 전지 설계 용량의 8~10%로 충전한다. 여기서, 본 발명의 한 실시예에 따른 수치를 한정하는 것은 아니다. 다음, 충전후의 상기 전지의 OCV(OCV3)를 측정한다. 이때, 상기 OCV(OCV3)는 3.652~3.67V로 나타난다. 이후, 상기 OCV(OCV3)를 기준으로 상기 방전 단계(S2)의 OCV와의 차이 값인 델타 전압을 구한다. 이때, 상기 델타 전압은 5~30mV로 나타난다. 또한, 상기 델타 전압 의 표준 편차는 0.3~0.5로 나타난다. Thereafter, the battery is charged in the second charging step S3 (supplementary charge), for example, at 8 to 10% of the battery design capacity for 5 to 6 minutes at a charging rate of 1C. Here, the numerical values according to one embodiment of the present invention are not limited. Next, the OCV (OCV3) of the battery after charging is measured. At this time, the OCV (OCV3) is represented by 3.652 ~ 3.67V. Subsequently, a delta voltage that is a difference value from the OCV of the discharge step S2 is obtained based on the OCV (OCV3). In this case, the delta voltage is represented by 5 ~ 30mV. In addition, the standard deviation of the delta voltage is represented by 0.3 ~ 0.5.
이는 상기 제 2충전 단계(S3)를 실시함으로써, 전지 설계 용량의 8%로 충전했을 때의 상기 델타 전압의 표준 편차보다 전지 설계 용량의 10%로 충전했을 때의 상기 델타 전압의 표준 편차가 감소된 수치이다. 즉, 상기 방전 단계(S2) 이후에 상기 제 2충전 단계(S3)를 추가적으로 더 실시함으로써, 상기 델타 전압의 표준 편차가 감소한다. The standard deviation of the delta voltage when the battery is charged at 10% of the battery design capacity is reduced by performing the second charging step S3, rather than the standard deviation of the delta voltage when the battery is charged at 8% of the battery design capacity. Is a shame. That is, by further performing the second charging step S3 after the discharging step S2, the standard deviation of the delta voltage is reduced.
다음, 상기 전지를 방치하는 에이징 단계(S4)를 실시한다. 상기 에이징 단계(S4)에서는 예를 들면, 45 내지 60℃의 고온에서 5 내지 7일간 상기 전지를 방치한다. 여기서, 본 발명의 한 실시예에 따른 수치를 한정하는 것은 아니다. Next, an aging step (S4) of leaving the battery is carried out. In the aging step S4, for example, the battery is left for 5 to 7 days at a high temperature of 45 to 60 ℃. Here, the numerical values according to one embodiment of the present invention are not limited.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 리튬 이온 전지의 화성 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is just one embodiment for carrying out the method of forming a lithium ion battery according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and as claimed in the following claims, the present invention Without departing from the gist of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains to the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made.
도 1은 본 발명에 따른 리튬 이온 전지의 화성 방법을 순차 도시한 순서도이다. 1 is a flowchart sequentially illustrating a method of forming a lithium ion battery according to the present invention.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 리튬 이온 전지의 화성 방법에서 OCV 및 델타 전압(전압 감소분)을 도시한 그래프이다.2A and 2B are graphs showing OCV and delta voltage (voltage reduction) in a method of forming a lithium ion battery according to the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
OCV1 및 OCV2 : 제 1충전 단계(S1)에서의 OCV OCV1 and OCV2: OCV in the first charging step S1
OCV3 : 제 2충전 단계(S2)에서의 OCV OCV3: OCV in the second charging step (S2)
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