KR102175816B1 - 전지재료에서 발생되는 산소의 정량분석 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지재료, 특히 양극재료에서 발생되는 가스, 특히 산소의 정량분석 장치에 관한 것으로, 열분해기에 스위칭 밸브와 샘플링 루프를 추가 설치함으로써, 고체 시료에서 발생되는 가스의 정성분석에만 사용되었던 EGA법을 전지재료에서 열분해기에 의해 열을 가할 시 특정 온도에서 발생되는 가스의 정량분석에도 이용할 수 있게 되었다.

Description

전지재료에서 발생되는 산소의 정량분석 장치 {QUANTITATIVE ANALYSIS APPARATUS FOR OXYGEN PRODUCED FROM CELL MATERIALS}
본 발명은 전지재료로부터 발생되는 가스, 특히 산소를 정량분석하는 장치에 관한 것이다.
리튬이온전지는 작동 시에 수소, 산소, 질소, 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판 등의 가스 성분이 발생된다. 이렇게 발생된 가스의 조성 및 함량에 대한 정보는 전지의 열적 구조적 퇴화를 평가할 수 있는 기술로서 전지 개발에 있어 핵심적 평가지표로서 작용할 수 있다. 따라서, 이러한 정보는 전지재료의 개발, 전지 제조공정의 최적화, 전지 불량원인의 파악 등에 있어 유용하게 이용된다.
전지 내부에서 발생되는 가스를 정량분석하기 위해서는 발생된 가스를 포집하고 포집된 가스를 분석해야 한다. 일반적으로, 고체 시료를 정량분석하거나 고체 시료에서 발생되는 가스를 정성분석하는 데에는 EGA-MS(evolved gas analysis mass spectroscopy)법을 사용한다. 그런데, 전지재료에서 발생되는 가스는 기존의 열분해분석(EGA)법을 이용한 정량분석이 불가능하며, 특히 산소는 표준가스의 주입을 통해서만 분석이 가능하다. 문헌(참조: Journal of Power Sources 195 (2010) 5049-5051; Journal of Power Sources 195 (2011) 2260-2263)은 TPD-MS법을 이용하여 양극재료에서 발생되는 수소, 물 및 이산화탄소를 정성분석하는 방법을 기재하고 있으나, EGA법을 이용한 가스의 정량분석 기술에 대해서는 개시하고 있지 않다.
대한민국 공개특허공보 제10-2017-0041100호는 전지에서 발생하는 가스의 정량분석을 위한, 개폐밸브(스위칭 밸브) 및 가스 샘플링 루프를 포함하는 가스시료 주입장치를 기재하고 있는데, 이 장치는 전지에서 발생하는 가스를 가스 크로마토그래피(GC)로 분리하여 분석하는 것이다. 추가로, 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0010884호는 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 조성물의 열분해 GC를 이용한 아크릴로니트릴의 정량분석 방법을 기재하고 있다. 그러나, 이들 두 공개특허공보 역시 EGA법을 이용한 가스의 정량분석 기술에 대해서는 개시하고 있지 않다.
본 발명자들은 EGA법을 활용하여 전지재료에서 발생되는 가스를 정량분석하기 위한 장치를 연구한 결과, 열분해기로 캐리어 가스(carrier gas)가 공급되는 라인 중간에 스위칭 밸브(port valve)와 샘플링 루프(sampling loop)를 달아서 항상 일정한 양의 표준 가스가 열분해기로 주입될 수 있도록 함으로써, 열분해기 내의 전지재료에 열을 가할 시 특정 온도에서 발생되는 가스를 정량분석하는 것이 가능하다는 것을 밝혀 내고 본원 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은 EGA법을 이용하여 전지재료에서 열분해기에 의해 열을 가할 시 특정 온도에서 발생되는 가스, 특히 산소를 정량분석하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은
열분해기;
상기 열분해기로 캐리어 가스를 공급하는 라인;
표준 가스를 포집하기 위한 샘플링 루프;
상기 샘플링 루프에 포집된 표준 가스를 상기 캐리어 가스와 함께 상기 열분해기로 주입하기 위한 스위칭 밸브; 및
상기 샘플링 루프를 진공 감압하기 위한 진공 펌프를 포함하고,
상기 샘플링 루프는 상기 스위칭 밸브에 결합되고, 상기 스위칭 밸브는 상기 열분해기로 캐리어 가스를 공급하는 라인을 통해 상기 열분해기에 결합되고,
상기 열분해기 내에서의 시료에서 발생하는 가스의 정량 분석이 가능하도록, 상기 스위칭 밸브 및 상기 샘플링 루프에 의하여 상기 표준 가스가 일정한 양으로 상기 열분해기로 전달되는 것을 특징으로 하는, 열분해기 내의 전지재료에 열을 가할 시 특정 온도에서 발생되는 가스를 정량분석하는 장치를 제공한다.
한 실시양태에 따르면, 상기 샘플링 루프에 표준 가스가 포집되고, 스위칭 밸브가 스위칭됨에 따라 캐리어 가스가 흐르면서, 상기 샘플링 루프에 포집된 표준 가스와 함께 상기 열분해기로 주입될 수 있다.
한 실시양태에 따르면, 상기 열분해기는 EGA(Evoloved Gas Analyzer)일 수 있고, Frontier Lab사의 상용기기, 또는 CDS사(www.cdsanalytical.com)나 JAI사 (http://www.jai.co.jp/english/index.html)의 열분해기도 사용할 수 있다.
한 실시양태에 따르면, 상기 전지재료는 양극 재료인 리튬 전이금속 산화물 (Li-metal Oxide compounds_LiMeO2)로서, 예를 들어, NCM, LCO, LMO, LNO 또는 이들의 조합 등 다양한 재료가 가능하다.
한 실시양태에 따르면, 상기 전지재료에서 열분해기에 의해 열을 가할 시 특정 온도에서 발생되는 가스는 산소, 이산화탄소, 일산화탄소 및 수증기로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
한 실시양태에 따르면, 상기 캐리어 가스는 He, N2 또는 Ar이다.
본 발명에서는 열분해기에 스위칭 밸브와 샘플링 루프를 결합시켜 표준 가스가 일정량으로 열분해기로 주입되도록 함으로써, 통상 고체 시료에서 발생되는 가스의 정성분석에만 사용되었던 EGA법을 열분해기 내의 전지재료에 열을 가할 시 특정 온도에서 발생되는 가스를 정량분석하는 데에도 이용할 수 있게 되었다.
도 1은 종래 기술에 따른 EGA-MS 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시양태에 따른 정량분석 장치의 개략도이다.
도 3a 내지 도 3c은 도 2에 따른 정량분석 장치의 작동에 따른 스위칭 밸브와 샘플링 루프의 상태를 도시한 것이다.
도 4는 종래 기술에 따라 NCM계 양극에서 발생되는 산소를 측정한 데이터를 나타낸 것이다.
도 5는 NCM계 양극에서 발생한 산소량을 본 발명에 따른 정량분석 장치로 측정한 데이터를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 한 실시양태에 따른 표준 가스(산소)에 관한 검출 면적과 산소의 몰 비율에 관한 검량곡선(calibration curve)을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 정량분석 장치에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시양태를 가질 수 있는 바, 특정 실시양태들을 예시하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 종래 기술로는 EGA법으로는 전지재료에서 발생되는 가스의 정량분석을 수행할 수 없었다. 이에, 본 발명에서는 열분해기에 스위칭 밸브와 샘플링 루프를 설치하여 표준 가스를 일정량으로 열분해기로 주입함으로써, 전지재료에서 열분해기에 의해 열을 가할 시 특정 온도에서 발생되는 가스의 정량분석이 가능하다는 것을 확인하였다.
구체적으로 본 발명의 전지재료에서 발생되는 가스의 정량분석 장치는,
열분해기;
상기 열분해기로 캐리어 가스를 공급하는 라인;
표준 가스를 포집하기 위한 샘플링 루프;
상기 샘플링 루프에 포집된 표준 가스를 상기 캐리어 가스와 함께 상기 열분해기로 주입하기 위한 스위칭 밸브; 및
상기 샘플링 루프를 진공 감압하기 위한 진공 펌프를 포함하고,
상기 샘플링 루프는 상기 스위칭 밸브에 결합되고, 상기 스위칭 밸브는 상기 열분해기로 캐리어 가스를 공급하는 라인을 통해 상기 열분해기에 결합되고,
상기 열분해기 내에서의 시료에서 발생하는 가스의 정량 분석이 가능하도록, 상기 스위칭 밸브 및 상기 샘플링 루프에 의하여 상기 표준 가스가 일정한 양으로 상기 열분해기로 전달되는 것을 특징으로 하는, 전지재료에서 열분해기에 의해 열을 가할 시 특정 온도에서 발생되는 가스를 정량분석하는 장치를 제공한다.
한 실시양태에 따르면, 상기 샘플링 루프에 표준 가스가 포집되고, 스위칭 밸브가 스위칭됨에 따라 캐리어 가스가 흐르면서, 상기 샘플링 루프에 포집된 표준 가스와 함께 상기 열분해기로 주입될 수 있다.
한 실시양태에 따르면, 상기 열분해기는 EGA(Evoloved Gas Analyzer)일 수 있고, Frontier Lab사의 상용기기, 또는 CDS사(www.cdsanalytical.com)나 JAI사 (http://www.jai.co.jp/english/index.html)의 열분해기도 사용할 수 있다.
한 실시양태에 따르면, 상기 전지재료는 양극 재료인 리튬 전이금속 산화물 (Li-metal Oxide compounds_LiMeO2)로서, 예를 들어, NCM, LCO, LMO, LNO 또는 이들의 조합 등 다양한 재료가 가능하다.
한 실시양태에 따르면, 상기 전지재료에서 열분해기에 의해 열을 가할 시 특정 온도에서 발생되는 가스는 산소, 이산화탄소, 일산화탄소 및 수증기로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
한 실시양태에 따르면, 상기 캐리어 가스는 He, N2 또는 Ar이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시양태에 대하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시양태에 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명의 한 실시양태에 따른 정량분석 장치(1)를 개략적으로 도시한 도면이다. 본 발명의 한 실시양태에 따른 정량분석 장치(1)는 열분해기(10), 열분해기로 캐리어 가스를 공급하는 라인(20)의 전단에 결합된 스위칭 밸브(100), 스위칭 밸브(100)에 결합된 샘플링 루프(110), 및 샘플링 루프를 진공 감압하기 위한 진공 펌프(60)를 포함한다.
열분해기(10)는 한 실시양태로서 EGA(Evoloved Gas Analyzer)일 수 있고, Frontier Lab사의 상용기기, 또는 CDS사(www.cdsanalytical.com)나 JAI사 (http://www.jai.co.jp/english/index.html)의 열분해 기기도 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, MS(Mass Spectrometry) 기기나 GC(Gas Chromatography) 기기 없이도, EGA 기기에 샘플링 루프(110) 및 스위칭 밸브(100)를 결합하는 방식으로 구현할 수도 있고, 추가적으로 EGA에 MS 기기나 GC 기기, 또는 IR(FT-IR, NIR)과 각종 가스 센서(O2 센서, CO2 센서 등), 레이저 분석기(산소 분석용) 등을 함께 적용할 수 있다(O2 센서 적용에 대해서는 http://www.hitouch.co.kr/product/detail02?seq=321&code=020301 참조).
한편, 종래 기술에 따르면 열분해기로 표준 가스를 정량적으로 주입하기 어려워 시료를 열분해할 때 시료에서 발생하는 가스는 정성적으로만 분석할 수 있었다. 기본적으로 시료를 열분해하게 되면 이로부터 발생하는 가스는 작은 기체 분자 단위로 쪼개지는데, 이러한 기체를 열분해기로 정량적으로 넣을 수가 없었기 때문이다. 이에, 본 발명에서는 가스의 정량분석을 위해 표준 가스 제어용 밸브 시스템을 구축한 것이다.
이에, 본 발명에 따른 정량분석 장치(1)는, 열분해기(10)로 캐리어 가스를 공급하는 라인(20)의 전단에 스위칭 밸브(100) 및 샘플링 루프(110)를 결합하여, 열분해기(10) 내의 시료에 열을 가할 시 특정 온도에서 발생되는 가스를 정량적으로도 분석할 수 있도록 하였다.
우선, 열분해기(10)로 캐리어 가스를 공급하는 라인(20)의 전단에 결합된 스위칭 밸브(100) 및 샘플링 루프(110)에 의하여 열분해기(10)에 표준 가스가 주입되도록 하면서, 열분해기(10)에는 시료를 두지 않은 상태에서 표준 가스에 관한 검량곡선(calibration curve)을 먼저 작성한다. 예를 들어, 후술할 도 6은, 한 실시양태로서 표준 가스(산소)에 관한 검출 면적과 산소의 몰 비율에 관한 검량곡선을 도시한 것이다.
그 다음, 열분해기(10)로 캐리어 가스를 공급하는 라인(20)의 전단에 결합된 스위칭 밸브(100) 및 샘플링 루프(110)에 의해 열분해기(10)로 캐리어 가스를 주입하면서 열분해기(10)에서는 시료를 열분해하여 가스를 발생시킨 후 위에서 작성된 표준 가스에 관한 검량곡선을 이용하여 시료에서 발생하는 가스의 양을 산출해 낼 수 있다.
정리하면, 스위칭 밸브(100)와 샘플링 루프(110)에 의해 표준 가스를 일정한 양으로 열분해기(10)로 공급할 수 있으므로, 결과적으로 열분해기(10) 내의 시료에서 발생하는 가스 중 산소의 발생량을 정량할 수 있는 것이다.
스위칭 밸브(100)는 표준 가스가 샘플링 루프(110) 내에 포집되도록 조절하는 한편, 상기 가스가 열분해기(10)로 일정량 주입될 수 있도록 조절하는 역할을 한다. 스위칭 밸브(100)로서는, 당업계에서 사용하는 밸브라면 특별한 제한은 없으나, 일 실시양태로서 6-포트 밸브(six-port valve), 9-포트 밸브 또는 10-포트 밸브를 사용할 수 있다.
도 2를 참조하면, 일 실시양태로서의 6-포트 밸브(100)의 각 포트에 해당하는 번호는 편의상 명명되었고, 포트 1을 중심으로 시계방향으로 포트 번호를 명명하였다. 포트 1에는 캐리어 가스 공급 라인(30)이 연결되어 있고, 포트 2와 포트 5에는 샘플링 루프(110)가 연결되어 있고, 포트 3에는 표준 가스 공급 라인(40)이 연결되어 있고, 포트 4에는 진공 펌프 라인(50)을 통하여 진공 펌프(60)가 연결되어 있고, 포트 6에는 열분해기로 가스를 공급하는 라인(20)이 연결되어 있다. 도 2에서는 일 실시양태로서 하나의 6-포트 밸브(100)로 조절하는 예를 도시하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명이 구현되는 다양한 환경에 따라 복수 개의 스위칭 밸브가 사용될 수 있으며, 각 구성요소들이 스위칭 밸브(100)의 여러 포트들 중 어떠한 포트에 연결되는지에 관하여서도 본 발명이 구현되는 환경에 맞게 설계할 수 있는 등 다양한 변형, 변경이 가능하다.
샘플링 루프(110)의 재질 및 부피는 제한이 없으나, 진공 감압시 형태 및 부피의 변형이 없는 스테인레스강, 구리강, 탄소강, 알루미늄강, 합금강 등의 금속 재질이나 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리이미드 등의 폴리머 수지 등의 강도가 높은 재질을 사용할 수 있다. 샘플링 루프(110)의 부피는 분석의 정확도에 영향을 미치기 때문에 적절히 조절되어야 하며, 일반적으로 1,000μL(1mL) 이하, 예를 들어, 50μL, 250μL, 500μL를 사용할 수 있다. 샘플링 루프가 커지면 표준 가스의 압력을 낮추고, 루프가 작으면 표준 가스의 압력을 높힌다. 샘플링 루프에 채우는 표준 가스의 함량은 전지재료에서 발생하는 가스의 함량을 고려하여 다양하게 변경할 수 있다.
진공 펌프(60)는 스위칭 밸브(100)에 연결되어 있고 샘플링 루프(110)를 진공 감압할 수 있다. 진공 펌프(60)는 일반적으로 회전 펌프(rotary pump)를 사용(진공도: 약 10-2mbar, 20L/min)하나, 이에 한정되지는 않으며, 본 발명이 적용되는 다양한 환경에 따라 변형, 변경이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 정량분석 장치(1)는, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같은 방식으로의 스위칭 밸브(100)의 스위칭 및 밸브(40a)와 밸브(50a)의 개폐를 제어할 수 있는 작동기(도시하지 않음)나 제어 장치(도시하지 않음)를 더 포함할 수도 있다. 상기 밸브는 전자 밸브(solenoid valve) 또는 다이아프램 밸브(diaphram valve)를 사용할 수 있다.
한편, 이러한 본 발명에 따른 스위칭 밸브(100) 및 샘플링 루프(110)를 열분해기(10)에 결합하여 열분해기(10) 내의 시료에서 발생하는 가스를 정량적으로 분석할 수 있도록 한 발명은, 종래의 열분해분석법에서는 적용되지 않았던 신규한 발명으로서 새로운 개념의 분석 장치이다.
도 3a 내지 도 3c에서는, 도 2에 따른 정량분석 장치(1)의 작동에 따른 스위칭 밸브(100)와 샘플링 루프(110)의 상태에 대하여 구체적으로 설명한다. 편의상, 도 3a 내지 도 3c에서, 도 2와 중복되는 일부 구성요소 및 참조 번호는 생략한다.
도 3a은, 먼저 샘플링 루프(110)를 진공 감압하는 상태를 도시하는 도면이다. 스위칭 밸브(100)의 포트 3에 연결된 표준 가스 공급 라인(40)에 구비된 밸브(40a)는 폐쇄되고, 스위칭 밸브(100)의 포트 4와 진공 펌프(60) 사이를 연결하는 진공 펌프 라인(50)에 구비된 밸브(50a)는 개방됨으로써, 진공 펌프(60)에 의해, 도 3a에서 붉은색으로 표시된 부분인, 포트 4와 연결된 진공 펌프 라인(50), 포트 2와 포트 3의 연결부, 포트 4와 포트 5의 연결부, 및 포트 2와 포트 5에 연결된 샘플링 루프(110)는 진공 감압 상태가 된다. 한편, 스위칭 밸브(100)의 포트 1과 포트 6은 서로 연결되어 있는 상태이므로, 캐리어 가스는, 캐리어 가스 공급 라인(30), 포트 1, 포트 6, 라인(20)의 순서로 열분해기(10)로 일정하게 공급된다.
도 3b는, 도 3a에 도시된 상태에 이어 진행되는 상태로서, 진공 감압된 샘플링 루프(110) 내에 표준 가스를 채우는 상태를 도시한다. 포트 3에 연결된 표준 가스 공급 라인(40)에 구비된 밸브(40a)는 개방되고, 스위칭 밸브(100)의 포트 4와 진공 펌프(60) 사이를 연결하는 진공 펌프 라인(50)에 구비된 밸브(50a)는 폐쇄됨으로써, 도 3b에서 파란색으로 표시된 부분인, 포트 2와 포트 3의 연결부, 포트 4와 포트 5의 연결부, 포트 2와 포트 5에 연결된 샘플링 루프(110), 및 진공 펌프 라인(50) 중 밸브(50a)와 포트 4 사이의 부분은, 포트 3에 연결된 표준 가스 공급 라인(40)을 통해 공급되는 표준 가스로 채워지게 된다. 한편, 이때에도, 스위칭 밸브(100)의 포트 1과 포트 6은 서로 연결되어 있는 상태이므로, 캐리어 가스는, 캐리어 가스 공급 라인(30), 포트 1, 포트 6, 라인(20)의 순서로, 열분해기(10)로 일정하게 공급된다.
도 3c는, 도 3b에 도시된 상태에 이어 진행되는 상태로서, 스위칭 밸브(100)가 스위칭되어, 샘플링 루프(110) 내의 표준 가스가 캐리어 가스를 통해 밀려서 열분해기(10)로 공급되는 상태를 도시한다. 스위칭 밸브(100)가 스위칭됨으로써 각 포트 간의 연결 상태가, 도 3b에 도시한 상태에서 도 3c에 도시한 상태로 스위칭된다. 그에 따라, 포트 1로 공급되는 캐리어 가스가 포트 6으로 직접적으로 이동하는 것이 아니라, 도 3c에 초록색으로 표시된 부분과 같이, 포트 1, 포트 2, 샘플링 루프(110), 포트 5, 포트 6의 순서로 이동하면서, 도 3b 상태에서 샘플링 루프(110) 내에 채워져 있던 표준 가스와 함께, 라인(20)을 통해 열분해기(10)로 공급되게 된다. 산소 농도가 서로 다른 표준 가스를 샘플링 루프에 채워 동일 과정을 반복하여 표준 가스에 관한 검량곡선을 산출할 수 있다. 표준 가스(산소)에 관한 검출 면적과 산소의 몰 비율에 관한 검량곡선의 한 예를 도 6에 도시하였다.
표준 가스에 관한 검량곡선을 산출한 다음 스위칭 밸브(100)를 스위칭하여 도 3a에 도시된 바와 같이 샘플링 루프(110)를 다시 진공 감압하고, 그 다음 스위칭 밸브(100)를 스위칭하여 도 3c에 초록색으로 표시된 부분과 같이, 포트 1, 포트 2, 진공 감압된 샘플링 루프(110), 포트 5, 포트 6의 순서로 캐리어 가스가 이동하여 라인(20)을 통해 열분해기(10)로 공급되고, 이때에, 열분해기(10)에 있는 전지 재료를 열분해하여 발생하는 가스 중 정량하고자 하는 가스(예를 들어, 산소 가스)의 면적을 검출한다. 검출된 가스의 면적을 표준 가스의 검량곡선을 이용하여 정량 분석할 수 있다.
실시예
1. 종래 기술
종래 EGA 기술은 EGA-MS 장치(도 1 참조)를 이용하여 고체 시료에서 발생되는 가스를 정성적으로 분석하여 기준시료(Reference) 대비 발생되는 가스의 함량을 상대적으로 비교하는 것이었다. 그런데, 이 방법으로는 전지재료에서 발생되는 가스를 정량분석할 수 없었다.
2. 본 발명의 정량분석 장치를 이용한 전지재료에서 발생되는 가스의 정량분석
본 실시예에서는 본 발명의 한 실시양태에 따른 정량분석 장치(도 2 참조)를 이용하여 전지재료에서 발생되는 산소의 함량을 아래와 같이 분석하였다.
MFC(mass flow controller)를 이용하여 캐리어 가스를 1mL/min으로 흘려 주었다. 회전 펌프(Edward 사)를 이용하여 샘플링 루프를 1×10-2torr 이하의 충분한 진공 상태로 만들고, 표준 가스 99.9mol(%)를 약 50torr로 채웠다. 이때 표준 가스의 농도는 99.9mol(%) × 50torr/760torr = 6.572mol(%)가 된다. 샘플링 루프에 채워진 6.527mol(%)의 산소는 캐리어 가스와 함께 열분해기로 주입하여 분석기로 그 함량을 정확히 분석하였다. 이때, 분석기(mass spectrometry)에서 산소의 분자 이온값인 m/z=32를 추출하여 그 면적을 계산하였다. 서로 다른 표준 가스의 농도별로 이러한 과정을 반복하여 면적값과 농도에 따른 검량곡선을 얻었다.
NCM을 양극 재료로 한 리튬이온전지를 충전하여 Ar(아르곤) 환경의 글로브박스에서 분해한 후 양극을 DMC로 세척한 후 감압건조시켜 DMC를 완전히 제거하였다.
건조된 양극을 정확히 5 내지 10mg 취해 열분해기에 주입한 후 열분해하여 발생한 산소의 함량을 분석하였다. 이때, 분석기(MS)에서 산소의 분자 이온값인 m/z=32를 추출하여 그 면적을 구하였다. 구한 면적값을 표준 가스에 대해 작성한 검량곡선에 적용하여 정확한 산소의 함량을 정량하였다.
열분해기에서의 온도에 따른 산소 발생량을 표시한 그래프를 도 5에 나타냈고, 산소 발생량을 표준 가스를 이용하여 검량곡선을 통해 정량분석한 결과를 도 6에 나타냈다.
본 실시예를 통해 열분해기에 스위칭 밸브와 샘플링 루프를 결합함으로써, 양극에서 발생한 산소를 정량분석할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 도면 및 실시예를 통해 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 열분해기;
    상기 열분해기로 캐리어 가스를 공급하는 라인;
    표준 가스를 포집하기 위한 샘플링 루프;
    상기 샘플링 루프에 포집된 표준 가스를 상기 캐리어 가스와 함께 상기 열분해기로 주입하기 위한 스위칭 밸브; 및
    상기 샘플링 루프를 진공 감압하기 위한 진공 펌프를 포함하고,
    상기 스위칭 밸브는 제1 포트, 제2 포트, 제3 포트, 제4 포트, 제5 포트 및 제6 포트를 포함하고,
    상기 스위칭 밸브는 상기 제1 포트와 상기 제2 포트가 유로로 연결되고, 상기 제3 포트와 상기 제4 포트가 유로로 연결되며, 상기 제5 포트와 상기 제6 포트가 유로로 연결되는 제1 상태 및 상기 제2 포트와 상기 제3 포트가 유로로 연결되고, 상기 제4 포트와 상기 제5 포트가 유로로 연결되며, 상기 제6 포트와 상기 제1 포트가 유로로 연결되는 제2 상태 중 하나의 상태로 스위칭되며,
    상기 제1 포트에는 캐리어 가스 공급 라인이 연결되고,
    상기 제2 포트 및 상기 제5 포트에 상기 샘플링 루프가 연결되며,
    상기 제3 포트에는 표준 가스 공급 라인이 연결되고,
    상기 제4 포트에는 상기 진공 펌프가 연결되며,
    상기 제6 포트에는 상기 열분해기로 가스를 공급하는 라인이 연결되고,
    상기 제3 포트와 연결된 상기 표준 가스 공급 라인에는 제1 밸브가 마련되며,
    상기 제4 포트와 상기 진공 펌프를 연결하는 유로에는 제2 밸브가 마련되고,
    상기 샘플링 루프는 상기 제1 밸브가 폐쇄되고, 상기 제2 밸브가 개방되며, 상기 스위칭 밸브가 상기 제2 상태로 스위칭된 상태에서 진공이 형성되며,
    상기 표준 가스는 진공이 형성된 상기 샘플링 루프에 상기 제1 밸브가 개방되며, 상기 제2 밸브가 폐쇄되고, 상기 스위칭 밸브가 상기 제2 상태로 스위칭된 상태에서 확산되는 것인 가스시료의 정량분석 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 열분해기가 EGA(Evoloved gas analysis)인, 가스시료의 정량분석 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가스시료가 전지재료에서 열분해기에 의해 열을 가할 시 발생되는 가스인, 가스시료의 정량분석 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전지재료가 리튬 전이금속 산화물(Li-metal Oxide compounds_LiMeO2) 양극 재료인, 가스시료의 정량분석 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 전지재료에서 열분해기에 의해 열을 가할 시 발생되는 가스가 산소, 이산화탄소, 일산화탄소 및 수증기로부터 선택되는 하나 이상인, 가스시료의 정량분석 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 캐리어 가스가 He, N2 또는 Ar인, 가스시료의 정량분석 장치.
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