KR101128585B1 - Pre-doping System of electrode and pre-doping method of electrode using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극의 프리 도핑 시스템 및 이를 이용한 전극의 프리 도핑 방법에 관한 것으로, 전극에 리튬 이온을 도핑하는 도핑공정을 수행하는 도핑수단; 상기 전극의 개회로 전위(Open-circuit potential)를 측정하는 측정공정을 수행하는 측정수단; 상기 도핑공정 및 상기 측정 공정 중 어느 하나를 선택하여 수행하는 스위치부; 상기 도핑수단, 상기 측정수단 및 상기 스위치부를 제어하며, 상기 측정수단으로부터 측정된 상기 전극의 개회로 전위를 취득하는 제어부;를 포함하는 전극의 프리 도핑 시스템 및 이를 이용한 전극의 프리 도핑 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a pre-doping system of an electrode and a method of pre-doping an electrode using the same, doping means for performing a doping process for doping lithium ions to the electrode; Measuring means for performing a measuring step of measuring an open-circuit potential of the electrode; A switch unit for selecting and performing any one of the doping process and the measuring process; And a control unit which controls the doping means, the measuring unit, and the switch unit, and acquires an open circuit potential of the electrode measured from the measuring unit. .

Description

전극의 프리 도핑 시스템 및 이를 이용한 전극의 프리 도핑 방법{Pre-doping System of electrode and pre-doping method of electrode using the same}Pre-doping system of electrode and pre-doping method of electrode using the same}
본 발명은 전극의 프리 도핑 시스템에 관한 것으로, 전극의 개회로 전위(Open-circuit potential)를 측정하는 측정수단을 구비하는 전극의 프리 도핑 시스템 및 이를 이용한 전극의 프리 도핑 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a pre-doping system for an electrode, and to a pre-doping system for an electrode having a measuring means for measuring the open-circuit potential of the electrode and a method of pre-doping the electrode using the same.
일반적으로, 전기화학적 에너지 저장장치는 모든 휴대용 정보통신기기, 전자기기에 필수적으로 사용되는 완제품 기기의 핵심부품이다. 또한, 전기화학적 에너지 저장장치는 미래형 전기자동차 및 휴대용 전자장치등에 적용될 수 있는 신재생 에너지 분야의 고품질 에너지원으로써 확실하게 사용될 것이다.In general, electrochemical energy storage devices are a key component of finished devices essential for all portable information and communication devices and electronic devices. In addition, electrochemical energy storage devices will be reliably used as high quality energy sources in the renewable energy field that can be applied to future electric vehicles and portable electronic devices.
전기화학적 에너지 저장장치 중 전기화학 커패시터는 전기이중층 원리를 이용하는 전기이중층 커패시터(Electrical double layer)와 전기화학적 산환-환원 반응을 이용하는 하이브리드 슈퍼 커패시터(Hybrid supercapacitor)로 구분될 수 있다.Among electrochemical energy storage devices, electrochemical capacitors may be classified into an electric double layer capacitor using an electric double layer principle and a hybrid supercapacitor using an electrochemical conversion-reduction reaction.
여기서, 전기이중층 커패시터는 고출력 에너지 특성을 필요로 하는 분야에서 많이 사용되고 있으나, 전기이중층 커패시터는 작은 용량과 같은 문제점을 가지고 있다. 이에 비하여, 하이브리드 슈퍼 커패시터는 전기이중층 커패시터의 용량 특성을 개선할 새로운 대안으로 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히, 하이브리드 슈퍼 커패시터 중 리튬 이온 커패시터(Lithium ion capacitor; LIC)는 전기이중층 커패시터에 비해 3 내지 4배 정도의 축적용량을 가질 수 있다.Here, the electric double layer capacitor is widely used in a field requiring high output energy characteristics, but the electric double layer capacitor has a problem such as a small capacity. In contrast, hybrid supercapacitors have been researched as a new alternative to improve the capacitance characteristics of electric double layer capacitors. In particular, the lithium ion capacitor (LIC) of the hybrid supercapacitor may have an accumulation capacity of about 3 to 4 times that of the electric double layer capacitor.
리튬 이온 커패시터를 형성하기 위한 공정은 시트형태를 갖는 양극, 분리막 및 음극을 순차적으로 적층하여 전극 적층체를 형성하는 적층공정, 양극의 단자들과 음극의 단자들을 각각 용접하는 용접공정, 음극에 리튬이온을 프리 도핑하기 위한 전처리 도핑공정 및 전극 적층체를 알루미늄으로 실링하는 실링공정을 포함할 수 있다. The process for forming a lithium ion capacitor includes a lamination process of forming an electrode stack by sequentially stacking a cathode, a separator, and a cathode having a sheet form, a welding process of welding terminals of the anode and the terminals of the cathode, and lithium on the cathode. A pretreatment doping process for pre-doping ions and a sealing process for sealing the electrode stack with aluminum may be included.
여기서, 음극에 리튬이온을 프리 도핑하기 위한 공정은 전극 적층체의 최상단층과 최하단층에 각각 리튬 금속막을 구비시킨 후, 전해질 용액에 침지시킴으로써 이뤄질 수 있다. 이와 같은 프리 도핑 공정은 전해액 중에서 양극과 음극에 전압을 인가하여 충전하는 공정과 양극과 리튬 금속 사이에 방전하는 공정을 수회 수행하여 하므로, 외부 전류/전압을 인가하기 위한 장치를 구축해야 할 뿐만 아니라, 리튬이온이 전극 적층체의 내부에 구비된 음극에 균일하게 도핑 되기까지의 시간이 20일 정도가 소요되어, 양산 적용에 어려움이 있었다.Here, the process for pre-doping lithium ions to the negative electrode may be achieved by providing a lithium metal film on each of the uppermost layer and the lowermost layer of the electrode laminate, and then immersing it in an electrolyte solution. This pre-doping process is performed by applying a voltage to the positive electrode and the negative electrode in the electrolyte, and the process of discharging between the positive electrode and the lithium metal several times, not only to build a device for applying an external current / voltage It takes 20 days for the lithium ions to be uniformly doped into the negative electrode provided in the electrode laminate, and there is a difficulty in mass production.
이때, 적층공정 전에 음극에 프리 도핑 공정을 진행한 후, 음극, 세퍼레이터 및 양극의 적층공정을 진행함으로써, 프리 도핑 공정 시간을 단축할 수 있다.At this time, the pre-doping process may be performed on the negative electrode before the lamination process, and then the pre-doping process time may be shortened by performing the lamination process of the negative electrode, the separator and the positive electrode.
하지만, 고용량의 리튬 이온 커패시터에 적층되는 전극의 수가 증가하게 되어, 각각의 음극에 도핑 공정을 진행해야 하므로 제한된 고용량의 리튬 이온 커패시터를 제조하기 위한 공정 시간이 증가하는 문제점이 있었다.However, since the number of electrodes stacked on the high capacity lithium ion capacitor is increased, a doping process must be performed on each cathode, thereby increasing the process time for manufacturing a limited high capacity lithium ion capacitor.
또한, 리튬 이온이 도핑된 음극은 수분에 매우 민감하여 취급이 용이하지 않기 때문에, 도핑공정 중 및 공정 이후 조립 공정에서 음극의 도핑 레벨을 확인하기 어려워, 리튬 이온 커패시터의 신뢰성을 확보하기 어려울 뿐만 아니라, 양산에 적용하는데 한계가 있었다.In addition, since the lithium ion-doped negative electrode is very sensitive to moisture and is not easy to handle, it is difficult to confirm the doping level of the negative electrode during the doping process and during the assembling process, thereby making it difficult to secure the reliability of the lithium ion capacitor. However, there was a limit to the application to mass production.
이에 따라, 리튬 이온 커패시터의 양산성을 향상시키기 위해, 적층 전 음극에 프리 도핑공정을 진행하고자 하였으나, 실질적으로 음극에 프리 도핑공정을 제어할 수 없었다.
Accordingly, in order to improve the mass productivity of the lithium ion capacitor, the pre-doping process was attempted to the cathode before lamination, but the pre-doping process could not be controlled on the cathode.
따라서, 본 발명은 전극의 프리 도핑에서 발생될 수 있는 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 구체적으로 전극의 개회로 전위(Open-circuit potential)를 측정하는 측정수단을 구비하여 전극의 프리 도핑 공정을 제어할 수 있는 전극의 프리 도핑 시스템 및 이를 이용한 전극의 프리 도핑 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
Accordingly, the present invention has been made to solve a problem that may occur in the pre-doping of the electrode, and specifically includes a measuring means for measuring the open-circuit potential of the electrode to perform the pre-doping process of the electrode. An object of the present invention is to provide a pre-doping system for an electrode which can be controlled and a method for pre-doping an electrode using the same.
본 발명의 목적은 전극의 프리 도핑 시스템을 제공하는 것이다. 상기 전극의 프리 도핑 시스템은 전극에 리튬 이온을 도핑하는 도핑공정을 수행하는 도핑수단; 상기 전극의 개회로 전위(Open-circuit potential)를 측정하는 측정공정을 수행하는 측정수단; 상기 도핑공정 및 상기 측정 공정 중 어느 하나를 선택하여 수행하는 스위치부; 상기 도핑수단, 상기 측정수단 및 상기 스위치부를 제어하며, 상기 측정수단으로부터 측정된 상기 전극의 개회로 전위를 취득하는 제어부;를 포함할 수 있다.It is an object of the present invention to provide a predoping system of electrodes. The pre-doping system of the electrode may include doping means for performing a doping process for doping lithium ions to the electrode; Measuring means for performing a measuring step of measuring an open-circuit potential of the electrode; A switch unit for selecting and performing any one of the doping process and the measuring process; And a control unit which controls the doping means, the measuring unit, and the switch unit, and acquires an open circuit potential of the electrode measured from the measuring unit.
여기서, 상기 도핑수단은, 상기 전극을 함침하는 전해액을 수용하는 도핑배스; 및 상기 전극과 함께 상기 전해액에 함침되며 상기 리튬 이온을 공급하는 금속;을 포함할 수 있다.Here, the doping means, a doping bath for receiving an electrolyte impregnating the electrode; And a metal impregnated in the electrolyte together with the electrode to supply the lithium ions.
또한, 상기 전극과 대향하는 상기 금속의 일면에 세퍼레이터를 구비할 수 있다.In addition, a separator may be provided on one surface of the metal facing the electrode.
또한, 상기 스위치부는, 상기 리튬이온의 공급원과 전기적으로 연결된 공통 접점과 연결된 일측단자; 및 상기 전극과 전기적으로 연결된 제 1 접점 또는 상기 측정수단을 경유하여 상기 전극과 전기적으로 연결된 제 2 접점에 선택적으로 연결되는 타측단자;를 포함할 수 있다.The switch unit may include: one side terminal connected to a common contact electrically connected to the source of lithium ions; And a second terminal selectively connected to a first contact electrically connected to the electrode or a second contact electrically connected to the electrode via the measuring means.
또한, 상기 전극은 집전체와 상기 집전체의 적어도 일면에 배치되며 상기 리튬 이온을 가역적으로 도핑 및 탈도핑하는 활물질층을 포함할 수 있다.In addition, the electrode may include a current collector and an active material layer disposed on at least one surface of the current collector and reversibly doping and dedoping the lithium ions.
또한, 상기 도핑수단의 온도를 제어하는 온도 제어부를 더 포함할 수 있다.In addition, the temperature control unit for controlling the temperature of the doping means may be further included.
또한, 상기 온도 제어부에 의해 상기 도핑 수단을 가열하는 가열수단을 더 포함할 수 있다.In addition, the temperature control unit may further include a heating means for heating the doping means.
또한, 상기 도핑수단에 상기 전극 및 상기 리튬이온 공급원을 투입 및 배출하는 이동수단을 더 포함할 수 있다.In addition, the doping means may further include a moving means for inputting and discharging the electrode and the lithium ion source.
또한, 상기 이동 수단은, 상기 전극 및 상기 리튬이온의 공급원을 안착하여 이동시키는 캐리어; 상기 캐리어의 이동을 가이드하는 슬라이딩 레일; 및 상기 슬라이딩 레일 상에 상기 캐리어를 이동시키는 구동부;를 포함할 수 있다.In addition, the moving means, the carrier for seating and moving the electrode and the source of the lithium ions; A sliding rail for guiding the movement of the carrier; And a driving unit to move the carrier on the sliding rail.
또한, 상기 리튬 이온의 공급원은 상기 전극과 대향하며 배치된 리튬 이온을 함유한 금속을 포함할 수 있다.
In addition, the source of the lithium ions may include a metal containing lithium ions disposed to face the electrode.
본 발명의 다른 목적은 전극의 프리 도핑 시스템을 제공하는 것이다. 상기 전극의 프리 도핑 시스템은 전해액을 수용하는 도핑배스; 상기 도핑배스에 수용된 전해액에 전극 및 금속을 함침하거나 배출하는 캐리어; 상기 캐리어의 이동을 가이드하는 슬라이딩 레일; 상기 슬라이딩 레일 상에 상기 캐리어를 이동시키는 구동부; 상기 전극의 개회로 전위를 측정하는 측정수단; 및 상기 전극, 상기 금속 및 상기 측정수단을 선택적으로 연결시키는 스위치부;를 포함할 수 있다.Another object of the present invention is to provide a pre-doping system of electrodes. The pre-doping system of the electrode comprises a doping bath for receiving an electrolyte; A carrier for impregnating or discharging the electrode and the metal in the electrolyte solution contained in the doping bath; A sliding rail for guiding the movement of the carrier; A driving unit for moving the carrier on the sliding rail; Measuring means for measuring an open circuit potential of the electrode; And a switch unit for selectively connecting the electrode, the metal, and the measuring means.
여기서, 상기 스위치부는, 상기 금속과 전기적으로 연결된 공통 접점과 연결된 일측단자; 및 상기 전극과 전기적으로 연결된 제 1 접점 또는 상기 측정수단을 경유하여 상기 전극과 전기적으로 연결된 제 2 접점에 선택적으로 연결되는 타측단자;를 포함할 수 있다.Here, the switch unit, one terminal connected to the common contact electrically connected to the metal; And a second terminal selectively connected to a first contact electrically connected to the electrode or a second contact electrically connected to the electrode via the measuring means.
또한, 상기 구동부는, 구동력을 발생하는 구동모터; 상기 구동력에 의해 회전하는 타이밍 벨트; 상기 타이밍 벨트의 회전으로 상기 캐리어를 이동시키는 리드 스크류;를 포함할 수 있다.In addition, the drive unit, a drive motor for generating a driving force; A timing belt rotating by the driving force; It may include a; lead screw for moving the carrier by the rotation of the timing belt.
또한, 상기 도핑배스의 하부에 배치되어 상기 전해액의 온도를 조절하는 가열수단을 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include heating means disposed under the doping bath to adjust the temperature of the electrolyte.
또한, 상기 전극의 개회로 전위를 실시간으로 출력하는 디스플레이 장치를 더 포함할 수 있다.The display device may further include a display device configured to output the open circuit potential of the electrode in real time.
또한, 상기 디스플레이 장치는 상기 구동부, 상기 측정수단, 및 상기 스위치부를 조작하는 조작 신호를 입력하는 입력장치를 더 포함할 수 있다.The display apparatus may further include an input device configured to input an operation signal for operating the driving unit, the measuring unit, and the switch unit.
또한, 상기 입력장치는 터치패널을 포함할 수 있다.In addition, the input device may include a touch panel.
또한, 상기 전극과 대향하는 상기 금속의 일면에 세퍼레이터를 구비할 수 있다.In addition, a separator may be provided on one surface of the metal facing the electrode.
또한, 상기 전극의 단자는 상기 전해액으로부터 노출할 수 있다.In addition, the terminal of the electrode may be exposed from the electrolyte.
또한, 상기 전극은 집전체와 상기 집전체의 적어도 일면에 배치되며 상기 리튬 이온을 가역적으로 도핑 및 탈도핑하는 활물질층을 포함할 수 있다.
In addition, the electrode may include a current collector and an active material layer disposed on at least one surface of the current collector and reversibly doping and dedoping the lithium ions.
본 발명의 또 다른 목적은 전극의 프리 도핑 방법을 제공하는 것이다. 상기 전극의 프리 도핑 방법은 전해액에 금속 및 전극을 함침하는 단계; 상기 금속으로부터 상기 전극에 리튬 이온을 도핑하는 단계; 상기 전극의 개회로 전위를 측정하는 단계; 및 상기 전극의 개회로 전위가 설정값에 도달할 때까지 상기 도핑단계 및 상기 측정단계를 반복적으로 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.It is another object of the present invention to provide a method of predoping an electrode. The method of pre-doping the electrode comprises the steps of: impregnating a metal and an electrode in the electrolyte; Doping lithium ions from the metal to the electrode; Measuring an open circuit potential of the electrode; And repeatedly performing the doping step and the measuring step until the open circuit potential of the electrode reaches a set value.
여기서, 상기 전극의 개회로 전위를 측정하는 단계는 상기 전극의 도핑 공정을 중지한 후 측정할 수 있다.The measuring of the open circuit potential of the electrode may be performed after stopping the doping process of the electrode.
또한, 상기 전극의 도핑 공정 이전에, 상기 전해액의 온도를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
In addition, before the electrode doping process, the method may further include adjusting the temperature of the electrolyte.
본 발명의 실시예에 따른 전극의 프리 도핑 시스템은 전극의 개회로 전위(Open-circuit potential)를 측정하는 측정수단을 구비하여, 전극의 도핑 레벨을 검증할 수 있으므로, 리튬 이온 커패시터의 신뢰성 및 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.The pre-doping system of the electrode according to the embodiment of the present invention includes a measuring means for measuring the open-circuit potential of the electrode, so that the doping level of the electrode can be verified, and thus the reliability and cycle of the lithium ion capacitor Properties can be improved.
또한, 본 발명에 따른 전극의 프리 도핑 시스템은 측정수단을 구비하여, 전극의 프리 도핑 공정을 제어할 수 있으므로, 공정 설계를 통해 양산에 용이하게 적용할 수 있다.In addition, the pre-doping system of the electrode according to the present invention is provided with a measuring means, it is possible to control the pre-doping process of the electrode, it can be easily applied to mass production through the process design.
또한, 본 발명에 따른 전극의 프리 도핑 시스템은 온도 제어부를 더 구비하여, 도핑 공정의 속도를 제어할 수 있다.
In addition, the pre-doping system of the electrode according to the present invention may further include a temperature control unit to control the speed of the doping process.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전극의 프리 도핑 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전극의 프리 도핑 시스템의 구체적인 형태를 도시한 측단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 전극의 프리 도핑 시스템의 상면도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전극의 프리 도핑 공정의 공정 플로우 차트이다.
1 is a conceptual diagram of a pre-doping system of an electrode according to a first embodiment of the present invention.
2 is a side cross-sectional view showing a specific form of a pre-doping system of an electrode according to a first embodiment of the present invention.
3 is a top view of the pre-doped system of the electrode shown in FIG.
4 is a process flowchart of a pre-doping process of an electrode according to a third embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예들은 전극의 프리 도핑 시스템의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawing of the pre-doped system of electrodes. The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention.
따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the size and thickness of the device may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전극의 프리 도핑 시스템의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a pre-doping system of an electrode according to a first embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전극의 프리 도핑 시스템(100)은 도핑수단(110), 스위치부(130), 측정수단(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the pre-doping system 100 of an electrode according to the first exemplary embodiment of the present invention may include a doping means 110, a switch 130, a measuring means 140, and a controller 150. have.
전극의 프리 도핑 시스템(100)은 리튬 이온 커패시터를 제조하기 위한 양극, 세퍼레이터 및 음극의 적층 공정 이전에 음극에 리튬 이온을 도핑하기 위한 장치일 수 있다.The pre-doping system 100 of the electrode may be a device for doping lithium ions to the cathode prior to the deposition process of the anode, separator and cathode for manufacturing the lithium ion capacitor.
도핑수단(110)은 전극(120)에 도핑 공정을 수행하는 역할을 할 수 있다. 도핑수단(110)은 도핑배스(111) 및 금속(113)을 포함할 수 있다. The doping means 110 may serve to perform a doping process on the electrode 120. The doping means 110 may include a doping bath 111 and a metal 113.
여기서, 도핑배스(111)는 전해액(112)을 수용하는 배스로써, 개구된 상부면을 구비할 수 있다. 이에 따라, 도핑배스(111)의 내부로 전극(120) 및 금속(113)을 용이하게 투입하고 배출시킬 수 있다. 전해액(112)은 리튬 이온을 이동시킬 수 있는 매질의 역할을 하는 것으로, 고전압에서 전기분해를 일으키지 않아 리튬 이온을 안정하게 존재할 수 있는 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 전해액(112)은 리튬염이 용해된 용매를 포함할 수 있다. 리튬염의 예로서는 LiPF6, LiBF4 및 LiClO4등일 수 있다. 또한, 용매의 예로서는 비프로톤성 유기용매일 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에서, 전해액(112)의 재질에 대해서 한정하는 것은 아니다.Here, the doping bath 111 is a bath for receiving the electrolyte 112, and may have an open upper surface. Accordingly, the electrode 120 and the metal 113 can be easily introduced into and discharged from the doping bath 111. The electrolyte 112 serves as a medium capable of moving lithium ions, and may be made of a material capable of stably presenting lithium ions without causing electrolysis at a high voltage. For example, the electrolyte 112 may include a solvent in which lithium salt is dissolved. Examples of lithium salts may be LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, and the like. In addition, examples of the solvent may be an aprotic organic solvent. However, in the embodiment of the present invention, the material of the electrolyte 112 is not limited.
또한, 금속(113)은 전극(120)에 도핑되는 리튬이온 공급원의 역할을 할 수 있다. 즉, 금속(113)은 리튬 이온을 함유하고 있는 재질로써, 금속 재질의 예로서는 리튬 및 리튬 합금일 수 있다. 이때, 금속(113)과 전극(120)이 쇼트될 경우, 금속(113)과 전극(120)간의 전위차로 인해, 리튬 이온은 전극(120)으로 도핑될 수 있다.In addition, the metal 113 may serve as a lithium ion source doped in the electrode 120. That is, the metal 113 is a material containing lithium ions, and examples of the metal material may be lithium and a lithium alloy. In this case, when the metal 113 and the electrode 120 are shorted, lithium ions may be doped into the electrode 120 due to the potential difference between the metal 113 and the electrode 120.
여기서, 전극(120)과 대향된 금속(113)의 일면에 세퍼레이터(114)를 더 배치시킬 수 있다. 세퍼레이터(114)는 금속(113)과 직접적으로 접촉하는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 이는, 금속(113)과 전극(120)의 직접적인 접촉에 의해 도핑 공정이 진행될 수 있어, 도핑 공정의 제어가 어려워지고 전극(120)에 균일한 도핑 공정이 진행될 수 없기 때문이다. 즉, 세퍼레이터(114)는 전극(120)의 도핑 공정을 안정화시키는 역할을 할 수 있다. Here, the separator 114 may be further disposed on one surface of the metal 113 facing the electrode 120. The separator 114 may serve to prevent direct contact with the metal 113. This is because the doping process may be performed by the direct contact between the metal 113 and the electrode 120, which makes it difficult to control the doping process and the uniform doping process cannot be performed on the electrode 120. That is, the separator 114 may serve to stabilize the doping process of the electrode 120.
스위치부(130)는 전극(120)의 도핑공정 또는 전극(120)의 개회로 전위(Open-circuit potential)를 측정하는 측정 공정 중 어느 하나를 선택하는 역할을 할 수 있다. 여기서, 스위치부(130)는 릴레이 스위치를 포함할 수 있다. 예컨대, 스위치부(130)는 공통접점(131)과 연결된 일측단자와 제 1 및 제 2 접점(132, 133) 중 어느 하나를 선택하여 연결하는 타측단자를 포함할 수 있다. 이때, 공통접점(131)은 금속(113)과 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. 또한, 제 1 접점(132)은 전극(120)과 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. 또한, 제 2 접점(133)은 측정수단(140)을 경유하여 전극(120)과 전기적으로 연결되어 있을 수 있다.The switch 130 may select one of a doping process of the electrode 120 or a measurement process of measuring an open-circuit potential of the electrode 120. Here, the switch unit 130 may include a relay switch. For example, the switch 130 may include one terminal connected to the common contact 131 and the other terminal for selecting and connecting any one of the first and second contacts 132 and 133. In this case, the common contact 131 may be electrically connected to the metal 113. In addition, the first contact point 132 may be electrically connected to the electrode 120. In addition, the second contact 133 may be electrically connected to the electrode 120 via the measuring means 140.
이에 따라, 스위치부(130)의 절환에 의해 도핑수단(110)이 도핑공정을 수행하거나 측정수단(140)이 전극(120)의 개회로 전위를 측정하는 측정공정을 선택적으로 진행할 수 있다. Accordingly, the doping means 110 may perform the doping process or the measuring means 140 may selectively perform the measuring process of measuring the open circuit potential of the electrode 120 by switching the switch unit 130.
측정수단(140)은 전극(120)의 개회로 전위(Open-circuit potential)를 측정한다. 여기서, 전극(120)의 개회로 전위는 전해액(112)내에서 전극(120)과 금속(113)이 오픈되었을 때, 전해액(112)내에 침지된 기준전극, 즉 금속(113)을 측정수단(140)에 연결하여 측정된 전극(120)의 전위값일 수 있다. 여기서, 전극(120)에 도핑된 리튬 이온의 도핑량에 따라, 전극(120)의 개회로 전위는 변화될 수 있다. 예컨대, 전극(120)에 리튬 이온의 도핑량이 증가할 수록, 전극(120)의 개회로 전위는 감소될 수 있다. 이에 따라, 도핑레벨은 측정수단(140)에서 측정된 전극(120)의 개회로 전위로 판단될 수 있다. The measuring means 140 measures the open-circuit potential of the electrode 120. Here, the open circuit potential of the electrode 120 is measured by measuring the reference electrode, ie, the metal 113, immersed in the electrolyte 112 when the electrode 120 and the metal 113 are opened in the electrolyte 112. It may be a potential value of the electrode 120 measured in connection with 140. Here, the open circuit potential of the electrode 120 may vary according to the amount of doped lithium ions doped in the electrode 120. For example, as the doping amount of lithium ions on the electrode 120 increases, the open circuit potential of the electrode 120 may decrease. Accordingly, the doping level may be determined as the open circuit potential of the electrode 120 measured by the measuring means 140.
제어부(150)는 도핑 공정 및 측정 공정을 제어하며, 측정수단(140)으로부터 측정된 전극(120)의 개회로 전위에 대한 정보를 취득한다. 여기서, 제어부(150)는 스위치부(130)와 연결되어, 제어명령에 따라 스위치부(130)를 제어하여, 도핑 공정 및 측정 공정 중 어느 하나를 선택하여 수행할 수 있다. The controller 150 controls the doping process and the measuring process, and acquires information on the open circuit potential of the electrode 120 measured from the measuring means 140. Here, the controller 150 may be connected to the switch unit 130 and control the switch unit 130 according to a control command to select one of a doping process and a measuring process.
또한, 제어부(150)는 측정수단(140)과 연결되어, 측정수단(140)에 전극(120)의 개회로 전위를 측정하기 위한 측정신호를 인가한다. 또한, 제어부(150)는 측정신호에 따라 측정수단(140)으로부터 측정된 데이터, 즉 전극(120)의 개회로 전위에 대한 정보를 취득할 수 있다.In addition, the controller 150 is connected to the measuring means 140, and applies a measuring signal for measuring the open circuit potential of the electrode 120 to the measuring means 140. In addition, the controller 150 may acquire data measured from the measuring means 140, that is, information about the open circuit potential of the electrode 120 according to the measurement signal.
이에 더하여, 전극의 프리 도핑 시스템(100)은 도핑공정 속도를 제어하기 위해, 도핑수단(110)의 온도, 즉 도핑배스(111)에 수용된 전해액(112)의 온도를 제어하는 온도 제어부(150)를 더 포함할 수 있다. 이는, 도핑 속도는 전해액(112)의 온도에 의해 영향을 받으므로, 전해액(112)의 온도에 따라 도핑 속도를 제어할 수 있다.In addition, the pre-doping system 100 of the electrode, the temperature control unit 150 for controlling the temperature of the doping means 110, that is, the temperature of the electrolyte 112 accommodated in the doping bath 111, in order to control the doping process speed It may further include. This is because the doping rate is influenced by the temperature of the electrolyte 112, it is possible to control the doping rate according to the temperature of the electrolyte (112).
온도 제어부(150)는 제어부(150)와 연결되어 있을 수 있다. 이때, 온도 제어부(150)는 제어부(150)에서 제공된 온도 제어 명령에 따라 도핑수단(110)의 온도를 제어할 수 있다. 또한, 온도 제어부(150)는 도핑수단(110)의 온도 정보를 제어부(150)에 제공하여, 제어부(150)는 도핑수단(110)의 온도 환경에 대한 정보를 바탕으로 온도 제어부(150)에 온도 제어 명령을 생성할 수 있다.The temperature controller 150 may be connected to the controller 150. In this case, the temperature controller 150 may control the temperature of the doping means 110 according to the temperature control command provided from the controller 150. In addition, the temperature control unit 150 provides the temperature information of the doping means 110 to the control unit 150, the control unit 150 to the temperature control unit 150 based on the information on the temperature environment of the doping means 110. A temperature control command can be generated.
또한, 전극의 프리 도핑 시스템(100)은 도핑수단(110)으로 전극(120)을 투입 또는 배출하는 이동수단을 더 포함할 수 있다. 여기서, 이동수단은 도핑수단(110) 내에 전극(120)과 함께 금속(113)을 투입할 수도 있다. 이동수단은 전극(120)을 안착하여 이동하는 캐리어, 캐리어의 이동을 가이드하는 슬라이딩 레일 및 슬라이딩 상에서 캐리어를 이동시키는 구동부를 포함할 수 있다.In addition, the pre-doping system 100 of the electrode may further include a moving means for introducing or discharging the electrode 120 to the doping means 110. Here, the moving means may inject the metal 113 together with the electrode 120 in the doping means 110. The moving means may include a carrier for mounting and moving the electrode 120, a sliding rail for guiding the movement of the carrier, and a driving unit for moving the carrier on the sliding.
또한, 전극의 프리 도핑 시스템(100)은 제어부(150)로부터 전극(120)의 개회로 전위를 제공받아 실시간으로 출력하는 디스플레이 장치를 더 포함할 수 있다. In addition, the pre-doping system 100 of the electrode may further include a display device that receives the open circuit potential of the electrode 120 from the controller 150 and outputs in real time.
또한, 전극의 프리 도핑 시스템(100)을 조작하기 위한 조작신호를 입력하는 입력장치를 더 포함할 수 있다. 입력장치를 통해 작업자는 전극의 프리 도핑 시스템의 작동을 조작할 수 있다. 여기서, 입력장치는 디스플레이 장치내에 설치된 터치패널의 형태를 가질 수 있다.The apparatus may further include an input device for inputting an operation signal for operating the pre-doping system 100 of the electrode. The input device allows the operator to manipulate the operation of the electrode's pre-doping system. Here, the input device may have the form of a touch panel installed in the display device.
한편, 전극(120)은 리튬 이온 커패시터의 음극일 수 있다. Meanwhile, the electrode 120 may be a cathode of a lithium ion capacitor.
전극(120)은 집전체(121)와 집전체(121)의 적어도 일면에 배치되어 리튬 이온을 가역적으로 도핑하거나 탈도핑할 수 있는 활물질층(122)을 포함할 수 있다. 여기서, 집전체(121)는 금속 메쉬 또는 금속 포일로 이루어질 수 있다. 이때, 금속의 예로서는 구리 및 니켈 중 어느 하나일 수 있으며, 본 발명의 실시예에서 이를 한정하는 것은 아니다. 또한, 활물질층(122)은 리튬 이온을 가역적으로 도핑 및 탈도핑할 수 있는 탄소재질, 예컨대 그라파이터(graphite)를 포함할 수 있다.The electrode 120 may include the current collector 121 and an active material layer 122 disposed on at least one surface of the current collector 121 and capable of reversibly doping or undoping lithium ions. Here, the current collector 121 may be made of a metal mesh or a metal foil. In this case, the metal may be any one of copper and nickel, but is not limited thereto. In addition, the active material layer 122 may include a carbon material, such as graphite, capable of reversibly doping and undoping lithium ions.
이에 더하여, 전극(120)은 집전체(121)의 일단에서 연장되어 외부회로부와 전기적으로 연결되는 단자(123)를 더 포함할 수 있다. 이때, 단자(123)는 집전체(121)를 연장하여 돌출되어 있을 수 있다. 즉, 단자(123)는 집전체(121)와 일체로 이루어질 수 있다. In addition, the electrode 120 may further include a terminal 123 extending from one end of the current collector 121 and electrically connected to the external circuit unit. In this case, the terminal 123 may protrude by extending the current collector 121. That is, the terminal 123 may be integrally formed with the current collector 121.
여기서, 전극(120)에 도핑공정을 수행하기 위해 전해액(112)에 함침할 경우, 전극(120)의 단자(123)는 전해액(112)에서 노출될 수 있다. 이는 단자(123)가 전해액(112)에 의해 오염될 경우, 리튬 이온 커패시터를 형성하기 위한 단자(123)의 융착공정에서 융착불량을 야기할 수 있기 때문이다.Herein, when the electrode 120 is impregnated with the electrolyte 112 to perform a doping process, the terminal 123 of the electrode 120 may be exposed from the electrolyte 112. This is because if the terminal 123 is contaminated by the electrolyte 112, it may cause a poor fusion in the fusion process of the terminal 123 to form a lithium ion capacitor.
본 발명의 실시예에서, 전극(120)의 프리 도핑 공정은 하나의 전극(120)에 수행하는 것으로 도시 및 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 다수개의 전극에 각각 프리 도핑 공정을 진행할 수 있다.In the exemplary embodiment of the present invention, the pre-doping process of the electrode 120 is illustrated and described as being performed on one electrode 120, but is not limited thereto. The pre-doping process may be performed on a plurality of electrodes, respectively.
본 발명의 실시예에서와 같이, 전극의 프리 도핑 시스템(100)을 이용하여 전극(120)에 리튬 이온을 프리도핑할 경우, 전극(120)의 도핑 레벨을 실시간으로 모니터링 할 수 있으므로, 전극(120)에 실질적으로 도핑된 실제 도핑량이 설정 도핑량에 비해 미달되거나 초과되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 전극의 프리 도핑 시스템(100)을 이용하여 프리도핑된 음극을 이용하여 리튬 이온 커패시터를 제조할 경우, 리튬 이온 커패시터의 신뢰성 및 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.As in the embodiment of the present invention, when pre-doping lithium ions to the electrode 120 using the electrode pre-doping system 100, the doping level of the electrode 120 can be monitored in real time, so that the electrode ( It is possible to prevent the actual doping amount substantially doped 120) from falling short or exceeding the set doping amount. Accordingly, when manufacturing a lithium ion capacitor using a pre-doped cathode using the electrode pre-doped system 100, it is possible to improve the reliability and cycle characteristics of the lithium ion capacitor.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전극의 프리 도핑 시스템(100)은 전극(120)의 도핑 레벨을 실시간으로 확인할 수 있어, 전극(120)의 프리 도핑 공정을 제어할 수 있다. 이에 따라, 전극의 프리 도핑 시스템(100)은 공정 설계를 통해 양산에 용이하게 적용할 수 있다.In addition, the pre-doping system 100 of the electrode according to an embodiment of the present invention can check the doping level of the electrode 120 in real time, thereby controlling the pre-doping process of the electrode 120. Accordingly, the pre-doping system 100 of the electrode can be easily applied to mass production through the process design.
또한, 본 발명의 전극의 프리 도핑 시스템(100)은 온도 제어부(150)를 더 구비하여, 도핑 공정의 속도를 제어할 수 있다.
In addition, the pre-doping system 100 of the electrode of the present invention may further include a temperature controller 150 to control the speed of the doping process.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전극의 프리 도핑 시스템의 구체적인 형태를 도시한 측단면도이다.2 is a side cross-sectional view showing a specific form of a pre-doping system of an electrode according to a first embodiment of the present invention.
도 3은 도 2에 도시된 전극의 프리 도핑 시스템의 상면도이다.3 is a top view of the pre-doped system of the electrode shown in FIG.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전극의 프리 도핑 시스템(100)은 도핑배스(111), 캐리어(210), 슬라이딩 레일(220), 구동부(230), 측정수단(140) 및 스위치부(130)를 포함할 수 있다.2 and 3, the pre-doping system 100 of the electrode according to the first embodiment of the present invention is a doping bath 111, carrier 210, sliding rail 220, drive unit 230, measurement Means 140 and switch unit 130 may be included.
도핑배스(111)는 리튬 이온의 이동을 위한 전해액(112)을 수용한다. 도핑배스(111)는 개구된 상부면을 구비할 수 있다. 이때, 개구된 상부면을 통해 도핑배스(111) 내부로 투입된 전극(120) 및 금속(113)은 도핑배스(111)에 수용된 전해액(112)에 함침될 수 있다.The doping bath 111 accommodates the electrolyte 112 for the movement of lithium ions. The doping bath 111 may have an open upper surface. In this case, the electrode 120 and the metal 113 introduced into the doping bath 111 through the opened upper surface may be impregnated in the electrolyte 112 accommodated in the doping bath 111.
도핑배스(111)는 외측에 배치된 프레임(300)에 의해 고정되어 있을 수 있다.The doping bath 111 may be fixed by the frame 300 disposed outside.
캐리어(210)는 전극(120)을 안착하여 전극(120)을 이동시키는 역할을 할 수 있다. 여기서, 전극(120)은 집전체(121)와 집전체(121)의 적어도 일면에 배치되어 리튬 이온을 가역적으로 도핑하거나 탈도핑할 수 있는 활물질층(122)을 포함할 수 있다. 이에 더하여, 전극(120)은 집전체(121)의 일단에서 연장되어 외부회로부와 전기적으로 연결되는 단자(123)를 더 포함할 수 있다. The carrier 210 may serve to move the electrode 120 by mounting the electrode 120. Here, the electrode 120 may include the current collector 121 and the active material layer 122 disposed on at least one surface of the current collector 121 to reversibly do or undo lithium ions. In addition, the electrode 120 may further include a terminal 123 extending from one end of the current collector 121 and electrically connected to the external circuit unit.
캐리어(210)는 금속(113)을 안착하여 전극(120)과 함께 이동시킬 수 있다. 여기서, 금속(113)은 리튬 이온의 공급원으로써, 금속(113)의 예로서는 리튬 또는 리튬 합금일 수 있다. 이에 더하여, 전극(120)과 대향하는 금속(113)의 일면에 세퍼레이터를 구비하여 도핑 공정을 안정화시킬 수 있다.The carrier 210 may move with the electrode 120 by mounting the metal 113. Here, the metal 113 is a source of lithium ions, and the metal 113 may be lithium or a lithium alloy. In addition, a separator may be provided on one surface of the metal 113 facing the electrode 120 to stabilize the doping process.
캐리어(210)는 전극(120)의 활물질층(122)과 금속(113)을 서로 대향하도록 안착시킬 수 있다. 예를 들어, 전극(120)이 집전체(121)의 양면에 활물질층(122)을 구비할 경우, 금속(113)은 전극(120)의 양면에 각각 대향하도록 배치될 수 있다. The carrier 210 may seat the active material layer 122 and the metal 113 of the electrode 120 to face each other. For example, when the electrode 120 includes the active material layers 122 on both surfaces of the current collector 121, the metal 113 may be disposed to face each side of the electrode 120.
캐리어(210)는 전극(120)의 도핑공정을 수행하기 위해 도핑배스(111) 상부에서 하부로 하강하여 도핑배스(111)에 수용된 전해액(112)으로 전극(120) 및 금속(113)을 함침시킬 수 있다. 이때, 전극(120)의 단자(123)는 전해액(112)으로부터 노출되도록 하여 전극(120)의 단자(123)가 전해액(112)에 오염되는 것을 방지한다. 또한, 전극(120)의 도핑 공정이 완료될 경우, 캐리어(210)는 도핑배스(111) 하부에서 상부로 상승하여 도핑배스(111)에 수용된 전해액(112)으로부터 전극(120) 및 금속(113)을 배출할 수 있다.The carrier 210 is impregnated with the electrode 120 and the metal 113 with the electrolyte 112 contained in the doping bath 111 by descending from the top of the doping bath 111 to perform the doping process of the electrode 120. You can. At this time, the terminal 123 of the electrode 120 is exposed from the electrolyte 112 to prevent the terminal 123 of the electrode 120 from being contaminated with the electrolyte 112. In addition, when the doping process of the electrode 120 is completed, the carrier 210 rises from the bottom of the doping bath 111 to the top to form the electrode 120 and the metal 113 from the electrolyte 112 accommodated in the doping bath 111. ) Can be discharged.
슬라이딩 레일(220)은 캐리어(210)와 연결되어 있으며, 도핑배스(111)의 외측에 배치되어 있다. 이때, 슬라이딩 레일(220)은 프레임(300)에 의해 고정되어 있을 수 있다. 여기서, 슬라이딩 레일(220)은 캐리어(210)의 이동을 가이드하는 역할을 할 수 있다.The sliding rail 220 is connected to the carrier 210 and is disposed outside the doping bath 111. In this case, the sliding rail 220 may be fixed by the frame 300. Here, the sliding rail 220 may serve to guide the movement of the carrier 210.
구동부(230)는 도핑배스(112)의 외측에 배치된 프레임(300)에 의해 고정되어 있을 수 있다. 여기서, 구동부(230)는 구동력을 형성하는 구동모터(231) 및 구동모터(231)에서 제공된 구동력에 의해 회전하는 타이밍 벨트(232) 및 타이밍 벨트(232)와 연결되어 타이밍 벨트(232)의 회전으로 캐리어(210)를 상승 또는 하강시키는 리드 스크류(233)를 포함할 수 있다. 이때, 리드 스크류(233)와 슬라이딩 레일(220)은 서로 평행하며 도핑배스(112)의 외측에 배치된 프레임(300)에 고정될 수 있다.The driving unit 230 may be fixed by the frame 300 disposed outside the doping bath 112. Here, the driving unit 230 is connected to the timing belt 232 and the timing belt 232 rotating by the driving force provided by the driving motor 231 and the driving motor 231 forming the driving force to rotate the timing belt 232. It may include a lead screw 233 to raise or lower the carrier 210. In this case, the lead screw 233 and the sliding rail 220 may be fixed to the frame 300 parallel to each other and disposed outside the doping bath 112.
측정수단(140)은 도핑배스(112)의 외측에 배치되어 있을 수 있다. 여기서, 측정수단(140)은 프레임(300)의 외부에 배치되어 있는 것으로 도시하였으나, 바람직하게 프레임(300)의 내측에 매설되어 있을 수 있다.The measuring means 140 may be disposed outside the doping bath 112. Here, although the measuring means 140 is illustrated as being disposed outside the frame 300, it may be preferably embedded inside the frame 300.
측정수단(140)은 전극(120)의 도핑공정을 진행하는 동안에 전극(120)의 도핑 레벨을 확인하기 위해 전극(120)의 개회로 전위를 측정하는 역할을 한다. 여기서, 측정수단(140)은 전극(120)의 도핑공정을 중지시킨 후 측정 공정을 진행할 수 있다. 측정수단(140)은 금속(113)을 기준전극으로 사용할 수 있다. 이때, 측정수단(140)은 금속(113)과 전기적으로 연결되어 전해액(112)에 함침된 전극(120)의 전위를 측정할 수 있다. The measuring means 140 measures the open circuit potential of the electrode 120 to confirm the doping level of the electrode 120 during the doping process of the electrode 120. Here, the measuring means 140 may stop the doping process of the electrode 120 and then proceed with the measuring process. The measuring means 140 may use the metal 113 as a reference electrode. In this case, the measuring unit 140 may be electrically connected to the metal 113 to measure the potential of the electrode 120 impregnated in the electrolyte 112.
이후, 측정수단(140)의 측정 공정이 완료되면, 전극(120)과 금속(113)을 쇼트하여 전극(120)의 도핑공정을 다시 진행할 수 있다. 이에 따라, 전극(120)의 도핑공정 중에 전극(120)의 개회로 전위를 측정함으로써, 도핑 레벨을 실시간으로 확인할 수 있다.Thereafter, when the measuring process of the measuring means 140 is completed, the electrode 120 and the metal 113 may be shorted to proceed with the doping process of the electrode 120 again. Accordingly, the doping level can be confirmed in real time by measuring the open circuit potential of the electrode 120 during the doping process of the electrode 120.
스위치부(130)는 프레임(300)의 외부에 배치된 것으로 도시하였으나, 바람직하게 측정수단(140)과 함께 프레임(300)의 내측에 매설되어 있을 수 있다.Although the switch unit 130 is illustrated as being disposed outside the frame 300, it may be buried inside the frame 300 together with the measuring means 140.
스위치부(130)는 전극(120), 금속(113) 및 측정수단(140)을 선택적으로 연결시킨다. 즉, 스위치부(130)는 전극의 프리 도핑 시스템(100)에서 도핑공정 또는 측정공정을 선택하여 수행할 수 있다. 여기서, 스위치부(130)는 릴레이 스위치일 수 있다. 예를 들어, 스위치부(130)는 공통접점(131)과 연결된 일측단자와 제 1 및 제 2 접점(132, 133) 중 어느 하나와 선택적으로 연결되는 타측단자를 포함할 수 있다. 이때, 공통접점(131)은 금속(113)과 전기적으로 연결되어 있다. 또한, 제 1 접점(132)은 전극(120)과 전기적으로 연결되어 있으며, 제 2 접점(133)은 측정수단(140)으로 경유하며 전극(120)과 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. 이에 따라, 스위치부(130)의 절환에 의해 도핑공정 또는 측정공정이 선택되어 진행될 수 있다.The switch unit 130 selectively connects the electrode 120, the metal 113, and the measuring means 140. That is, the switch 130 may be performed by selecting a doping process or a measuring process in the pre-doping system 100 of the electrode. Here, the switch unit 130 may be a relay switch. For example, the switch 130 may include one terminal connected to the common contact 131 and the other terminal selectively connected to any one of the first and second contacts 132 and 133. In this case, the common contact 131 is electrically connected to the metal 113. In addition, the first contact point 132 may be electrically connected to the electrode 120, and the second contact point 133 may be electrically connected to the electrode 120 via the measuring means 140. Accordingly, a doping process or a measuring process may be selected and performed by switching the switch unit 130.
이에 더하여, 전극의 프리 도핑 시스템(100)은 측정수단(140)에서 측정된 전극(120)의 개회로 전위를 실시간으로 출력하는 디스플레이 장치(400)를 더 포함할 수 있다. 작업자는 디스플레이 장치(400)에서 제공된 전극(120)의 개회로 전위를 모니터링하여, 전극(120)의 프리 도핑 공정을 제어할 수 있다.In addition, the pre-doping system 100 of the electrode may further include a display device 400 that outputs the open circuit potential of the electrode 120 measured by the measuring unit 140 in real time. An operator may control the pre-doping process of the electrode 120 by monitoring the open circuit potential of the electrode 120 provided by the display device 400.
또한, 작업자가 구동부(230), 측정수단(140) 및 스위치부(130)를 조작하는 조작신호를 입력하는 입력장치를 더 포함할 수 있다. 여기서, 입력장치는 디스플레이 장치(400)에 구비된 터치패널로 이루어질 수 있다. In addition, the operator may further include an input device for inputting an operation signal for operating the driving unit 230, the measuring means 140 and the switch unit 130. The input device may be a touch panel provided in the display device 400.
또한, 디스플레이 장치(400)는 제어부, 즉 MCU(Micro Control Unit)를 구비하여, 조작신호에 따라 구동부(230), 측정수단(140) 및 스위치부(130)를 제어하는 제어신호를 출력할 수 있다. In addition, the display apparatus 400 may include a control unit, that is, a micro control unit (MCU), and may output a control signal for controlling the driving unit 230, the measuring unit 140, and the switch unit 130 according to an operation signal. have.
또한, 도핑배스(111)의 하부에 가열수단(170)이 더 배치될 수 있다. 가열수단(170)은 도핑배스(111)에 수용된 전해액(112)의 온도를 일정온도까지 상승시켜, 전극(120)의 도핑 공정을 극대화할 수 있다. 여기서, 일정온도는 60℃일 수 있으나, 본 발명의 실시예에서 이를 한정하는 것은 아니다. In addition, the heating means 170 may be further disposed below the doping bath 111. The heating means 170 may increase the temperature of the electrolyte solution 112 accommodated in the doping bath 111 to a predetermined temperature, thereby maximizing the doping process of the electrode 120. Here, the constant temperature may be 60 ℃, but is not limited to this in the embodiment of the present invention.
또한, 가열수단(170)과 연결되어 가열수단(170)을 제어하는 온도 제어부(150)가 더 구비될 수 있다. 여기서, 온도 제어부(150)는 MCU(Micro Control Unit)에서 제공된 온도 제어 명령에 따라 가열수단(170)을 제어하여, 전해액(112)의 온도를 조절할 수 있다. 또한, 온도 제어부(150)는 전해액(112)의 온도를 MCU에 제공한다. 이때, MCU는 전해액의 온도 환경에 대한 정보를 바탕으로 온도 제어부(150)에 온도 제어 명령을 내릴 수 있다. 이에 따라, 전극(120)의 도핑 레벨에 따라 전극(120)의 도핑 공정 속도를 조절할 수 있어, 전극(120)의 생산 효율성을 증대시킬 수 있다.
In addition, the temperature control unit 150 may be further provided to be connected to the heating means 170 to control the heating means 170. Here, the temperature controller 150 may control the heating means 170 according to the temperature control command provided from the micro control unit (MCU) to adjust the temperature of the electrolyte 112. In addition, the temperature control unit 150 provides the temperature of the electrolyte solution 112 to the MCU. In this case, the MCU may issue a temperature control command to the temperature controller 150 based on the information on the temperature environment of the electrolyte. Accordingly, the doping process speed of the electrode 120 may be adjusted according to the doping level of the electrode 120, thereby increasing production efficiency of the electrode 120.
이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 전극의 프리 도핑 공정을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the pre-doping process of the electrode according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 4.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전극의 프리 도핑 공정의 공정 플로우 차트이다.4 is a process flowchart of a pre-doping process of an electrode according to a third embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전극의 프리 도핑 공정을 진행하기 위해, 먼저 전해액의 온도가 효율적으로 전극의 프리 도핑 공정을 진행할 수 있도록 설정된 온도인지를 판단한다. 여기서, 전해액의 설정온도는 60℃일 수 있으나, 본 발명의 실시예에서 이를 한정하는 것은 아니며, 전해액의 설정온도는 전극의 프리 도핑 공정의 공정 인자, 예컨대 전극의 형태, 전극의 도핑 레벨 및 전해액의 종류등에 따라 변경될 수 있다.(S10)Referring to FIG. 4, in order to proceed with the pre-doping process of the electrode according to the third exemplary embodiment of the present invention, first, it is determined whether the temperature of the electrolyte is a temperature set so as to proceed with the pre-doping process efficiently. Here, the set temperature of the electrolyte may be 60 ℃, but not limited to this in the embodiment of the present invention, the set temperature of the electrolyte is a process factor of the pre-doping process of the electrode, such as the shape of the electrode, the doping level of the electrode and the electrolyte It may be changed depending on the type of (S10).
여기서, 전해액의 온도가 설정온도에 도달하지 않을 경우, 전해액의 온도를 조절한다. 이때, 전해액의 온도는 전해액을 수용한 도핑 배스의 하부에 배치된 가열 수단을 통해 조절될 수 있다.(S11) 이후, 가열 수단에 의해 전해액의 온도가 조절되면, 다시 전해액의 온도가 설정온도에 도달했는지를 판단한다.(S10)Here, when the temperature of the electrolyte does not reach the set temperature, the temperature of the electrolyte is adjusted. In this case, the temperature of the electrolyte may be controlled by heating means disposed under the doping bath containing the electrolyte. (S11) After the temperature of the electrolyte is adjusted by the heating means, the temperature of the electrolyte is again set to the set temperature. It is determined whether it has reached (S10).
전해액의 온도가 설정온도에 도달할 경우, 금속과 전극을 전해액에 함침한다. 여기서, 금속은 리튬 이온을 함유하고 있는 것으로, 리튬 이온의 공급원 역할을 한다. 이때, 금속과 전극의 활물질층은 서로 대향하도록 배치되도록 한다.(S20) When the temperature of the electrolyte reaches the set temperature, the metal and the electrode are impregnated with the electrolyte. Here, the metal contains lithium ions and serves as a source of lithium ions. At this time, the active material layers of the metal and the electrode are arranged to face each other.
전해액에 함침된 금속과 전극을 쇼트시킨다. 금속과 전극은 전위차로 인해, 금속의 리튬이온은 전극에 도핑될 수 있다. 전극에 리튬이온을 도핑하는 공정을 실시한다.(S30)The electrode and the metal impregnated with the electrolyte are shorted. Due to the potential difference between the metal and the electrode, lithium ions of the metal may be doped into the electrode. A process of doping lithium ions to the electrode is performed.
도핑 공정, 즉 금속과 전극의 쇼트는 설정된 시간까지 유지시킨 후(S40), 금속과 전극을 오픈시킨다. 금속과 전극이 오픈됨으로써, 전극의 도핑 공정은 중단될 수 있다.(S50)After the doping process, that is, the short of the metal and the electrode is maintained until the set time (S40), the metal and the electrode are opened. As the metal and the electrode are opened, the doping process of the electrode may be stopped (S50).
금속과 전극을 오픈시킨 후, 전극의 개회로 전위를 측정한다. 여기서, 전극의 개회로 전위는 금속을 기준전극으로 사용하여 측정될 수 있다. 이때, 전극의 개회로 전위는 전극의 도핑량에 따라 감소될 수 있다. 즉, 전극의 개회로 전위를 측정함으로써, 전극의 도핑레벨을 판단할 수 있다.(S60)After opening the metal and the electrode, the open circuit potential of the electrode is measured. Here, the open circuit potential of the electrode can be measured using a metal as a reference electrode. At this time, the open circuit potential of the electrode can be reduced according to the amount of doping of the electrode. That is, the doping level of the electrode can be determined by measuring the open circuit potential of the electrode. (S60)
전극의 개회로 전위를 측정한 후, 전극의 개회로 전위가 설정된 개회로 전위와 일치하는 지를 판단한다.(S70) After measuring the open circuit potential of the electrode, it is determined whether the open circuit potential of the electrode matches the set open circuit potential.
여기서, 전극의 개회로 전위가 설정된 개회로 전위에 도달하지 못했을 경우, 전극과 금속을 쇼트하는 단계(S30), 전극과 금속의 쇼트를 일정 시간 유지하는 단계(S40), 및 전극과 금속을 오픈하는 단계(S50), 및 전극의 개회로 전위를 측정하는 단계(S60)를 다시 반복한다.Here, when the open circuit potential of the electrode does not reach the set open circuit potential, shorting the electrode and the metal (S30), maintaining a short time between the electrode and the metal (S40), and opening the electrode and the metal Step S50 and step S60 of measuring the open circuit potential of the electrode are repeated.
전극의 개회로 전위가 설정된 개회로 전위 도달했을 경우, 전극을 전해액에서 배출함으로써(S80), 전극의 프리도핑공정을 종료할 수 있다. 이때, 금속은 전극과 함께 전해액에서 배출될 수 있다.When the open-circuit potential of the electrode reaches the set open-circuit potential, the electrode is discharged from the electrolyte (S80), whereby the pre-doping step of the electrode can be completed. In this case, the metal may be discharged from the electrolyte together with the electrode.
따라서, 본 발명의 실시예에서와 같이, 전극의 프리 도핑 공정은 전극의 개회로 전위를 측정하여, 도핑공정중에 실시간으로 전극의 도핑레벨을 확인할 수 있다.
Thus, as in the embodiment of the present invention, the pre-doping process of the electrode can determine the doping level of the electrode in real time during the doping process by measuring the open circuit potential of the electrode.
100 : 전극의 프리도핑 시스템 110 : 도핑수단
111 : 도핑 배스 112 : 전해액
113 : 금속 114 : 세퍼레이터
120 : 전극 130 : 스위치부
140 : 측정수단 150 : 제어부
160 : 온도 제어부 170 : 가열수단
210 : 캐리어 220 : 슬라이딩 레일
230 : 구동부 300 : 프레임
400 : 디스플레이 장치
100 pre-doping system of the electrode 110 doping means
111: doping bath 112: electrolyte
113: metal 114: separator
120 electrode 130 switch unit
140: measuring means 150: control unit
160: temperature control unit 170: heating means
210: carrier 220: sliding rail
230: drive unit 300: frame
400: display device

Claims (23)

  1. 전극에 리튬 이온을 도핑하는 도핑공정을 수행하는 도핑수단;
    상기 전극의 개회로 전위(Open-circuit potential)를 측정하는 측정공정을 수행하는 측정수단;
    상기 도핑공정 및 상기 측정 공정 중 어느 하나를 선택하여 수행하는 스위치부;
    상기 도핑수단, 상기 측정수단 및 상기 스위치부를 제어하며, 상기 측정수단으로부터 측정된 상기 전극의 개회로 전위를 취득하는 제어부;
    를 포함하며,
    상기 스위치부는, 상기 리튬이온의 공급원과 전기적으로 연결된 공통 접점과 연결된 일측단자; 및 상기 전극과 전기적으로 연결된 제 1 접점 또는 상기 측정수단을 경유하여 상기 전극과 전기적으로 연결된 제 2 접점에 선택적으로 연결되는 타측단자;를 더 포함하는 전극의 프리 도핑 시스템.
    Doping means for performing a doping process for doping lithium ions to the electrode;
    Measuring means for performing a measuring step of measuring an open-circuit potential of the electrode;
    A switch unit for selecting and performing any one of the doping process and the measuring process;
    A control unit which controls the doping means, the measuring means, and the switch unit, and acquires an open circuit potential of the electrode measured from the measuring means;
    Including;
    The switch unit may include one side terminal connected to a common contact electrically connected to a source of lithium ions; And a second terminal selectively connected to a first contact electrically connected to the electrode or to a second contact electrically connected to the electrode via the measurement means.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도핑수단은
    상기 전극을 함침하는 전해액을 수용하는 도핑배스; 및
    상기 전극과 함께 상기 전해액에 함침되며 상기 리튬 이온을 공급하는 금속;
    을 포함하는 전극의 프리 도핑 시스템.
    The method of claim 1,
    The doping means
    A doping bath accommodating an electrolyte impregnating the electrode; And
    A metal impregnated in the electrolyte together with the electrode to supply the lithium ions;
    Pre-doping system of the electrode comprising a.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전극과 대향하는 상기 금속의 일면에 세퍼레이터를 구비하는 전극의 프리 도핑 시스템.
    The method of claim 2,
    And a separator provided on one surface of the metal facing the electrode.
  4. 삭제delete
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극은 집전체와 상기 집전체의 적어도 일면에 배치되며 상기 리튬 이온을 가역적으로 도핑 및 탈도핑하는 활물질층을 포함하는 전극의 프리 도핑 시스템.
    The method of claim 1,
    And the electrode is disposed on at least one surface of the current collector and the current collector and includes an active material layer reversibly doping and dedoping the lithium ions.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 도핑수단의 온도를 제어하는 온도 제어부를 더 포함하는 전극의 프리 도핑 시스템.
    The method of claim 1,
    And a temperature controller for controlling the temperature of the doping means.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 온도 제어부에 의해 상기 도핑 수단을 가열하는 가열수단을 더 포함하는 전극의 프리 도핑 시스템.
    The method according to claim 6,
    And a heating means for heating the doping means by the temperature control part.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 도핑수단에 상기 전극 및 상기 리튬이온 공급원을 투입 및 배출하는 이동수단을 더 포함하는 전극의 프리 도핑 시스템.
    The method of claim 1,
    And a moving means for inputting and discharging the electrode and the lithium ion source to the doping means.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 이동 수단은,
    상기 전극 및 상기 리튬이온의 공급원을 안착하여 이동시키는 캐리어;
    상기 캐리어의 이동을 가이드하는 슬라이딩 레일; 및
    상기 슬라이딩 레일 상에 상기 캐리어를 이동시키는 구동부;
    를 포함하는 전극의 프리 도핑 시스템.
    The method of claim 8,
    The means for moving,
    A carrier for seating and moving the electrode and the source of lithium ions;
    A sliding rail for guiding the movement of the carrier; And
    A driving unit for moving the carrier on the sliding rail;
    Pre-doping system of the electrode comprising a.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 리튬 이온의 공급원은 상기 전극과 대향하며 배치된 리튬 이온을 함유한 금속을 포함하는 전극의 프리 도핑 시스템.
    The method of claim 1,
    Wherein said source of lithium ions comprises a metal containing lithium ions disposed opposite said electrode.
  11. 전해액을 수용하는 도핑배스;
    상기 도핑배스에 수용된 전해액에 전극 및 금속을 함침하거나 배출하는 캐리어;
    상기 캐리어의 이동을 가이드하는 슬라이딩 레일;
    상기 슬라이딩 레일 상에 상기 캐리어를 이동시키는 구동부;
    상기 전극의 개회로 전위를 측정하는 측정수단; 및
    상기 전극, 상기 금속 및 상기 측정수단을 선택적으로 연결시키는 스위치부;
    를 포함하는 전극의 프리 도핑 시스템.
    A doping bath containing an electrolyte solution;
    A carrier for impregnating or discharging the electrode and the metal in the electrolyte solution contained in the doping bath;
    A sliding rail for guiding the movement of the carrier;
    A driving unit for moving the carrier on the sliding rail;
    Measuring means for measuring an open circuit potential of the electrode; And
    A switch unit for selectively connecting the electrode, the metal and the measuring means;
    Pre-doping system of the electrode comprising a.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 스위치부는
    상기 금속과 전기적으로 연결된 공통 접점과 연결된 일측단자; 및
    상기 전극과 전기적으로 연결된 제 1 접점 또는 상기 측정수단을 경유하여 상기 전극과 전기적으로 연결된 제 2 접점에 선택적으로 연결되는 타측단자;
    를 포함하는 전극의 프리 도핑 시스템.
    The method of claim 11,
    The switch unit
    One terminal connected to a common contact electrically connected to the metal; And
    A second terminal selectively connected to a first contact electrically connected to the electrode or a second contact electrically connected to the electrode via the measuring means;
    Pre-doping system of the electrode comprising a.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 구동부는
    구동력을 발생하는 구동모터;
    상기 구동력에 의해 회전하는 타이밍 벨트;
    상기 타이밍 벨트의 회전으로 상기 캐리어를 이동시키는 리드 스크류;
    를 포함하는 전극의 프리 도핑 시스템.
    The method of claim 11,
    The driving unit
    A driving motor generating a driving force;
    A timing belt rotating by the driving force;
    A lead screw moving the carrier by rotation of the timing belt;
    Pre-doping system of the electrode comprising a.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 도핑배스의 하부에 배치되어 상기 전해액의 온도를 조절하는 가열수단을 더 포함하는 전극의 프리 도핑 시스템.
    The method of claim 11,
    And a heating means disposed under the doping bath to adjust the temperature of the electrolyte.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 전극의 개회로 전위를 실시간으로 출력하는 디스플레이 장치를 더 포함하는 전극의 프리 도핑 시스템.
    The method of claim 11,
    And a display device for outputting the open circuit potential of the electrode in real time.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 상기 구동부, 상기 측정수단, 및 상기 스위치부를 조작하는 조작 신호를 입력하는 입력장치를 더 포함하는 전극의 프리 도핑 시스템.
    The method of claim 15,
    The display device further comprises an input device for inputting an operation signal for operating the drive unit, the measuring means, and the switch unit.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 입력장치는 터치패널을 포함하는 전극의 프리 도핑 시스템.
    17. The method of claim 16,
    And the input device comprises a touch panel.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 전극과 대향하는 상기 금속의 일면에 세퍼레이터를 구비하는 전극의 프리 도핑 시스템.
    The method of claim 11,
    And a separator provided on one surface of the metal facing the electrode.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 전극의 단자는 상기 전해액으로부터 노출하는 전극의 프리 도핑 시스템.
    The method of claim 11,
    And a terminal of the electrode is exposed from the electrolyte solution.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 전극은 집전체와 상기 집전체의 적어도 일면에 배치되며 리튬 이온을 가역적으로 도핑 및 탈도핑하는 활물질층을 포함하는 전극의 프리 도핑 시스템.
    The method of claim 11,
    And the electrode is disposed on at least one surface of the current collector and the current collector and includes an active material layer reversibly doping and dedoping lithium ions.
  21. 전해액에 금속 및 전극을 함침하는 단계;
    상기 금속으로부터 상기 전극에 리튬 이온을 도핑하는 단계;
    상기 전극의 개회로 전위를 측정하는 단계; 및
    상기 전극의 개회로 전위가 설정값에 도달할 때까지 상기 전극에 리튬 이온을 도핑하는 단계 및 상기 전극의 개회로 전위를 측정하는 단계를 반복적으로 수행하는 단계;
    를 포함하는 전극의 프리 도핑 방법.
    Impregnating the metal and the electrode in the electrolyte;
    Doping lithium ions from the metal to the electrode;
    Measuring an open circuit potential of the electrode; And
    Repeatedly doping lithium ions into the electrode and measuring the open circuit potential of the electrode until the open circuit potential of the electrode reaches a set value;
    Pre-doping method of the electrode comprising a.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 전극의 개회로 전위를 측정하는 단계는 상기 전극의 도핑 공정을 중지한 후 측정하는 전극의 프리 도핑 방법.
    The method of claim 21,
    Measuring the open circuit potential of the electrode is a pre-doping method of the electrode is measured after stopping the doping process of the electrode.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 전극의 도핑 공정 이전에
    상기 전해액의 온도를 조절하는 단계를 더 포함하는 전극의 프리 도핑 방법.
    The method of claim 21,
    Prior to the doping process of the electrode
    The method of pre-doping the electrode further comprising the step of adjusting the temperature of the electrolyte.
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