KR102176864B1 - Cell unit and method for measuring electrochemical performance of metal-air secondary battery - Google Patents

Cell unit and method for measuring electrochemical performance of metal-air secondary battery Download PDF

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Abstract

본 발명은, 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛 및 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 하단부와 체결 구조를 갖는 상단부; 전지 셀을 내부에 수용하기 위한 수용 공간을 갖는 셀 수용부를 포함하는 하단부; 및 상기 전지 셀의 온도 조절을 위한 온도 조절부; 를 포함하고, 상기 온도 조절부의 적어도 일부분은, 상기 하단부 내에 구비되어 상기 전지 셀을 가온하는 열전도부 가열 수단을 포함하는 것인, 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛 및 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cell unit for evaluating the electrochemical performance of a metal-air secondary battery and a method for evaluating the electrochemical performance of a metal-air secondary battery, and more particularly, to an upper end having a lower end and a fastening structure; A lower end including a cell accommodating portion having an accommodating space for accommodating the battery cell therein; And a temperature controller for controlling the temperature of the battery cell. Including, wherein at least a portion of the temperature control unit is provided in the lower end portion and includes a heat conduction unit heating means for heating the battery cell, a cell unit and a metal for electrochemical performance evaluation of a metal-air secondary battery- It relates to a method for evaluating the electrochemical performance of an air secondary battery.

Description

금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛 및 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법{CELL UNIT AND METHOD FOR MEASURING ELECTROCHEMICAL PERFORMANCE OF METAL-AIR SECONDARY BATTERY}Cell unit for electrochemical performance evaluation of metal-air secondary battery and electrochemical performance evaluation method of metal-air secondary battery {CELL UNIT AND METHOD FOR MEASURING ELECTROCHEMICAL PERFORMANCE OF METAL-AIR SECONDARY BATTERY}

본 발명은, 고온에서 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛 및 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cell unit for evaluating the electrochemical performance of a metal-air secondary battery at a high temperature and a method for evaluating the electrochemical performance of a metal-air secondary battery.

전기 기기에 대한 전력 공급을 위한 수단으로 전지(battery)가 널리 사용되는데, 이러한 전지로는 망간 건전지, 알칼리 망간 건전지, 아연-공기 (zinc-air)전지 등의 일차 전지와, 니켈 카드뮴(Ni-Cd)전지, 니켈 수소(Ni-MH) 전지, 리튬 이온 전지 등의 이차 전지가 있다.Batteries are widely used as a means for supplying power to electric devices. These batteries include primary batteries such as manganese batteries, alkaline manganese batteries, zinc-air batteries, and nickel cadmium (Ni- There are secondary batteries such as Cd) batteries, nickel hydride (Ni-MH) batteries, and lithium ion batteries.

최근에는 리튬 이온 전지가 가장 널리 사용되는 이차 전지인데, 아직 해결해야할 문제점이 많이 있으며, 상대적으로 낮은 이론적 에너지 단위 밀도, 리튬의 천연 매장량 등 여러 가지 한계점이 있다. 리튬 이온 이차 전지를 대체할 수 있는 고성능을 발휘하면서 제조원가도 절감할 수 있는 차세대 이차 전지에 대한 필요성으로 리튬-공기 전지(Li-air battery)등과 같은 금속-공기 전지가 제안되었다.Recently, lithium ion batteries are the most widely used secondary batteries, and there are still many problems to be solved, and there are several limitations such as relatively low theoretical energy unit density and natural reserves of lithium. Metal-air batteries such as lithium-air batteries have been proposed as a need for a next-generation secondary battery capable of reducing manufacturing costs while exhibiting high performance that can replace lithium-ion secondary batteries.

금속-공기 전지는 양극 활성 물질로서 이산화망간 등의 산화제 대신에 공기 중의 산소를 이용하여 아연 또는 알루미늄 등의 음극 활성 물질을 산화함으로써 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 전지이다. A metal-air battery is a battery that converts chemical energy into electrical energy by oxidizing a negative electrode active material such as zinc or aluminum using oxygen in the air instead of an oxidizing agent such as manganese dioxide as a positive electrode active material.

금속-공기 전지는 성능 및 안정성 향상을 위하여 다공질 탄소의 양극, 금속 리튬, 아연, 나트륨 등의 음극, 전해질 물질을 중심으로 연구개발이 활발하게 진행되고 있으며, 이러한 금속-공기 전지의 소재 개발과 안정성 및 성능의 개선을 위해서는, 전기화학 반응의 규명과 전지 내에서 열화하지 않은 대체 전해질의 개발이 필요하다. 하지만, 기존의 전기화학 반응의 분석 시 고온에서 안정적이고 일정하게 유지하는 것이 어렵고, 외부 환경에 노출되는 경우가 빈번하여 정밀하고 정확한 분석이 어려운 문제점이 있다. 이에, 금속-공기 이차전지를 효율적으로 고온으로 가온시키고, 안정적인 고온 분위기를 형성하여 정확한 전기화학적 성능 분석 및 평가를 실현할 수 있는 금속-공기 이차전지의 전기화학 분석 방법 및 이를 위한 장비 또는 시스템이 필요하다. In order to improve the performance and stability of the metal-air battery, research and development are being actively conducted focusing on the anode of porous carbon, the anode of metallic lithium, zinc, and sodium, and the electrolyte material, and the material development and stability of the metal-air battery And in order to improve the performance, it is necessary to identify the electrochemical reaction and to develop an alternative electrolyte that does not deteriorate in the battery. However, when analyzing an existing electrochemical reaction, it is difficult to keep it stable and constant at a high temperature, and it is frequently exposed to an external environment, which makes it difficult to perform precise and accurate analysis. Accordingly, an electrochemical analysis method of a metal-air secondary battery that can efficiently heat a metal-air secondary battery to a high temperature and realize an accurate electrochemical performance analysis and evaluation by forming a stable high-temperature atmosphere and an equipment or system therefor is required. Do.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은, 효율적으로 배터리를 가온하여 배터리 온도 조절을 통해 고온 금속-공기 이차전지의 전기화학 반응의 유도 및 특성을 평가할 수 있는, 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above-described problem, the present invention, by efficiently heating the battery to control the battery temperature through the induction and characteristics of the electrochemical reaction of a high-temperature metal-air secondary battery, metal-air secondary It is to provide a cell unit for evaluating the electrochemical performance of a battery.

본 발명은, 본 발명에 의한 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛을 이용하여, 고온에서 정확하고 정밀한 성능 평가를 수행할 수 있는, 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법을 제공하는 것이다.The present invention, by using the cell unit for the electrochemical performance evaluation of the metal-air secondary battery according to the present invention, the electrochemical performance evaluation method of a metal-air secondary battery capable of performing accurate and precise performance evaluation at high temperature Is to provide.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 실시예에 따라, 하단부와 체결 구조를 갖는 상단부; 전지 셀을 내부에 수용하기 위한 수용 공간을 갖는 셀 수용부를 포함하는 하단부; 및 상기 전지 셀의 온도 조절을 위한 온도 조절부;를 포함하고, 상기 온도 조절부의 적어도 일부분은, 상기 하단부 내에 구비되어 상기 전지 셀을 가온하는 열전도부 가열 수단을 포함하는 것인, 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛에 관한 것이다. According to an embodiment of the present invention, the upper end having a lower end and a fastening structure; A lower end including a cell accommodating portion having an accommodating space for accommodating the battery cell therein; And a temperature control unit for controlling the temperature of the battery cell, wherein at least a portion of the temperature control unit includes a heat conduction unit heating means provided in the lower end to warm the battery cell, metal-air secondary It relates to a cell unit for evaluating the electrochemical performance of a battery.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 온도 조절부는, 상기 전지 셀의 온도를 상온 내지 200 ℃의 온도로 유지 가능한 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the temperature controller may be capable of maintaining the temperature of the battery cell at a temperature of room temperature to 200°C.

본 발명의 일 실시예에 따라 상기 하단부와 상기 상단부는 체결되어 상기 전지 셀을 밀봉시키는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the lower end and the upper end may be fastened to seal the battery cell.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 상단부 및 상기 하단부는, 각각 복수개의 고정돌기 및 상기 고정돌기에 상응하는 복수개의 고정홈이 형성된 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the upper end and the lower end may have a plurality of fixing protrusions and a plurality of fixing grooves corresponding to the fixing protrusions, respectively.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 상단부 및 상기 하단부를 체결하는 외부 체결부를 더 포함하고, 상기 외부 체결부는 나사 방식으로 체결하는 링 형상을 갖는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, an external fastening part for fastening the upper end and the lower part may be further included, and the external fastening part may have a ring shape fastened by a screw method.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 하단부는 외주에 나사 체결부를 더 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the lower end may further include a screw fastening part on the outer periphery.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 외부 체결부에 고무 오링을 삽입하여 상기 상단부 및 하단부를 체결하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a rubber O-ring may be inserted into the external fastening part to fasten the upper and lower parts.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 하단부에 삽입되는 열전대를 더 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it may further include a thermocouple inserted into the lower end.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 상단부는 가스 주입부 및 가스 배출부를 더 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the upper end may further include a gas injection unit and a gas discharge unit.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전지 셀은, 나트륨, 리튬 또는 아연-공기 이차전지인 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the battery cell may be a sodium, lithium or zinc-air secondary battery.

본 발명의 일 실시예에 따라, 전지 셀이 장착되고, 밀봉된 본 발명에 의한 셀 유닛을 준비하는 단계; 상기 셀 유닛의 온도 조절부를 작동하여 상기 셀 유닛 내부에서 상기 전지 셀을 가온하는 단계; 및 상기 전지 셀의 충전 및 방전을 반복적으로 수행하여 전기화학적 검출신호를 측정하는 단계; 를 포함하는, 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법에 관한 것이다. According to an embodiment of the present invention, a battery cell is mounted, preparing a sealed cell unit according to the present invention; Heating the battery cell inside the cell unit by operating a temperature controller of the cell unit; And measuring an electrochemical detection signal by repeatedly charging and discharging the battery cell. It relates to a method for evaluating the electrochemical performance of a metal-air secondary battery comprising a.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 가온하는 단계는, 50 ℃ 내지 200 ℃의 온도까지 가온하고 온도를 유지하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of heating may be heating up to a temperature of 50° C. to 200° C. and maintaining the temperature.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전기화학적 검출신호를 측정하는 단계는, 정전류 충방전법 (galvanostatic charge-discharge), 순환전압 주사법 (cyclic voltammetry, CV), 선형주사전위법 (linear sweep voltammetry) 및 임피던스측정 (electrochemical impedance spectroscopy, EIS)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 전기화학적 검출신호를 측정하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the measuring of the electrochemical detection signal includes a galvanostatic charge-discharge method, a cyclic voltammetry (CV) method, and a linear sweep voltammetry method. And measuring at least one electrochemical detection signal selected from the group consisting of electrochemical impedance spectroscopy (EIS).

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전기화학적 검출신호를 측정하는 단계는, 상기 전지 셀에서 발생되는 가스의 정량 및 정성 분석을 더 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the measuring of the electrochemical detection signal may further include quantitative and qualitative analysis of gas generated from the battery cell.

본 발명은, 셀 유닛 내에 가열 수단을 구비하여 고온에서 안정적으로 구동하고, 정밀한 전기화학 측정이 가능한 고온 구동이 가능한 금속-공기 이차전지의 셀 유닛을 제공할 수 있다. The present invention can provide a cell unit of a metal-air secondary battery capable of stably driving at a high temperature by providing a heating unit in the cell unit and capable of driving at a high temperature capable of precise electrochemical measurement.

본 발명은 고온에서 금속-공기 이차전지의 전기화학적 반응 및 성능을 정밀하고 안정적으로 평가할 수 있고, 이를 이용하여 금속-공기 이차전지의 성능 및 소재 개선에 활용할 수 있다. The present invention can accurately and stably evaluate the electrochemical reaction and performance of a metal-air secondary battery at high temperature, and can be utilized to improve the performance and material of a metal-air secondary battery by using this.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 금속-공기 이차전지의 셀 유닛의 구성을 예시적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 2a는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 금속-공기 이차전지의 셀 유닛을 예시적으로 나타낸 정단면도이다.
도 2b는, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 본 발명에 의한 금속-공기 이차전지의 셀 유닛을 예시적으로 나타낸 정단면도이다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 금속-공기 이차전지의 셀 유닛의 구성을 예시적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법에 의한 평가 결과를 나타낸 것이다.
1 is an exploded perspective view illustrating an exemplary configuration of a cell unit of a metal-air secondary battery according to the present invention according to an embodiment of the present invention.
2A is a front cross-sectional view exemplarily showing a cell unit of a metal-air secondary battery according to the present invention, according to an embodiment of the present invention.
2B is a front cross-sectional view exemplarily showing a cell unit of a metal-air secondary battery according to the present invention, according to another embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view illustrating an exemplary configuration of a cell unit of a metal-air secondary battery according to another embodiment of the present invention.
4 is an exemplary flowchart illustrating a method for evaluating electrochemical performance of a metal-air secondary battery according to the present invention according to an embodiment of the present invention.
5 shows an evaluation result by a method for evaluating electrochemical performance of a metal-air secondary battery according to the present invention, according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, terms used in the present specification are terms used to properly express preferred embodiments of the present invention, and may vary according to the intention of users or operators, or customs in the field to which the present invention belongs. Accordingly, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the present specification. The same reference numerals in each drawing indicate the same members.

명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the specification, when a member is said to be positioned "on" another member, this includes not only the case where a member is in contact with another member, but also the case where another member exists between the two members.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components.

이하, 본 발명의 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, a cell unit for evaluating the electrochemical performance of the metal-air secondary battery of the present invention will be described in detail with reference to Examples and drawings. However, the present invention is not limited to these examples and drawings.

본 발명은, 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛에 관한 것이다. The present invention relates to a cell unit for evaluating the electrochemical performance of a metal-air secondary battery.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 셀 유닛은 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1에서 셀 유닛은 내부에 공간이 형성된 상단부(100) 및 하단부(200)로 이루어진 케이스를 포함하고, 상단부(100) 및 하단부(200)를 연결시켜 체결하는 외부 체결부(300)를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the cell unit will be described with reference to FIG. 1. In FIG. 1, the cell unit includes a case consisting of an upper portion 100 and a lower portion 200 with a space formed therein, and further includes an external fastening portion 300 that connects and fastens the upper portion 100 and the lower portion 200 can do.

상단부(100)는 하단부(200)와 체결하여 삽입된 전지 셀을 밀봉시키는 체결 구조를 형성할 수 있다. 상단부(100)는 삽입된 전지 셀을 둘러싸거나 수용하기 위한 내부 공간이 형성될 수 있다. 상기 내부 공간은, 상단부(100)의 전체 부피의 10 % 이상; 30 % 이상; 또는 30 % 내지 70 %의 부피비로 형성될 수 있다. 상기 부피 비 내에 포함되면, 전지 셀의 가온 및 가온 분위기를 안정적이고 효율적으로 형성할 수 있다. The upper part 100 may form a fastening structure for sealing the inserted battery cell by fastening with the lower part 200. The upper part 100 may have an inner space for surrounding or accommodating the inserted battery cell. The inner space, 10% or more of the total volume of the upper portion 100; More than 30%; Alternatively, it may be formed in a volume ratio of 30% to 70%. When included in the volume ratio, it is possible to stably and efficiently form the heating and heating atmosphere of the battery cell.

상단부(100)는, 상단부(100)의 길이 방향에 수직으로 외주면에 도출된 돌출부(110)가 형성될 수 있다. 돌출부(110)는 상단부(100)의 전체 길이의 0 % 내지 50 %의 위치에서 형성될 수 있다. 즉, 도 2a를 참조하면, 돌출부(110)가 상단부(100)의 하단의 외주면(길이의 0%)에 형성될 경우에, 돌출부(110)는 하단부(200) 상에 안착될 수 있다. 다른 예로, 도 2B를 참조하면, 돌출부(110)가 상단부(100)의 하단에서부터 일정 높이의 외주면(길이의 0% 초과)에 형성될 경우에, 상단부(100)의 하단은 하단부(200) 내에 삽입 및 고정되는 돌출된 결합부(A)를 형성하고, 하단부(200)는 결합부(A)를 수용하거나 상응하는 내부 공간 또는 고정홈이 형성되고, 돌출부(110)는 하단부(200) 상에 안착된다. 돌출부(110)는 상단부(100)와 하단부(200)를 안정적으로 체결하여 전지 셀를 밀폐시키고 외부에 영향을 최소화하여 안정적인 환경을 제공할 수 있다. The upper end 100 may have a protrusion 110 protruding from the outer peripheral surface perpendicular to the longitudinal direction of the upper end 100. The protrusion 110 may be formed at a position of 0% to 50% of the total length of the upper end 100. That is, referring to FIG. 2A, when the protrusion 110 is formed on the outer circumferential surface (0% of the length) of the lower end of the upper end 100, the protrusion 110 may be seated on the lower end 200. As another example, referring to FIG. 2B, when the protrusion 110 is formed on the outer peripheral surface (more than 0% of the length) of a certain height from the lower end of the upper end 100, the lower end of the upper end 100 is within the lower end 200 Forming a protruding coupling portion (A) to be inserted and fixed, the lower portion 200 accommodates the coupling portion (A) or a corresponding internal space or fixing groove is formed, and the protrusion portion 110 is on the lower portion 200 Is settled. The protrusion 110 may stably fasten the upper part 100 and the lower part 200 to seal the battery cell and provide a stable environment by minimizing external influences.

더욱이, 돌출부(110)는, 외부 체결부(300)의 적용 시 외부 체결부(300) 내에 끼워진 상단부(100)에서 외부 체결부(300)의 상단과 결착되어 상단부(100)를 견고하게 고정시키는 체결부재로 적용될 수 있다.Moreover, the protrusion 110 is coupled to the upper end of the external fastening part 300 at the upper end 100 fitted in the external fastening part 300 when the external fastening part 300 is applied to firmly fix the upper end 100 It can be applied as a fastening member.

도 3을 참조하면, 상단부(100)는 내부 상단 영역에 돌출된 돌기(120)를 포함하고, 돌기(120)는 링 형상이고, 돌기(120)의 내주의 바닥면(121)은 평평하거나 또는 홈이 형성될 수 있다. 또한, 돌기(120)의 내주의 바닥면에 가스 주입부(400) 및 가스 배출부(400')가 더 형성될 수 있다. 예를 들어, 가스 배출부(400) 및 가스 주입부(400')의 가스관, 또는 가스 라인의 삽입을 위한 주입구가 형성될 수 있다. Referring to FIG. 3, the upper part 100 includes a protrusion 120 protruding from the inner upper region, the protrusion 120 is a ring shape, and the bottom surface 121 of the inner circumference of the protrusion 120 is flat or Grooves can be formed. In addition, a gas injection part 400 and a gas discharge part 400 ′ may be further formed on the bottom surface of the inner circumference of the protrusion 120. For example, a gas pipe of the gas discharge unit 400 and the gas injection unit 400 ′, or an injection hole for inserting a gas line may be formed.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 셀 유닛은 가스 배출부(400) 및 가스 주입부(400')를 더 포함할 수 있다. 가스 배출부(400) 및 가스 주입부(400')는, 전지 셀의 전기화학적 반응을 유도하기 위한 가스를 주입하고, 전기화학적 반응에 의해 생성된 가스를 배출하는 것이다. 예를 들어, 가스 배출부(400) 및 가스 주입부(400')는 가스 주입관 및 가스 배출관이 상단부(100) 내에 삽입되고, 이들은 가스 라인으로 더 연결될 수 있다. 즉, 상기 가스 주입관 및 가스 배출관은, 펌프와 연결되어 전기화학적 반응에 필요한 가스를 주입 및 배출하고, 진공 분위기도 형성할 수 있다. 또한, 가스 주입관 및 가스 배출관은 가스 분석 장치에 연결되어 전기화학적 반응에 의해 생성된 가스를 분석할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the cell unit may further include a gas discharge unit 400 and a gas injection unit 400 ′. The gas discharge unit 400 and the gas injection unit 400 ′ inject gas for inducing an electrochemical reaction of the battery cell and discharge gas generated by the electrochemical reaction. For example, in the gas discharge unit 400 and the gas injection unit 400 ′, a gas injection pipe and a gas discharge pipe are inserted into the upper end 100, and they may be further connected by a gas line. That is, the gas injection pipe and the gas discharge pipe may be connected to a pump to inject and discharge gas required for an electrochemical reaction, and may also form a vacuum atmosphere. In addition, the gas injection pipe and the gas discharge pipe may be connected to a gas analysis device to analyze a gas generated by an electrochemical reaction.

하단부(200)는, 전지 셀을 수용하고, 상기 전지 셀의 온도 조절을 위한 온도 조절부의 적어도 일부분이 삽입되고, 셀 유닛 내부에서 전지 셀을 가온하거나 가온된 분위기를 형성하여 고온에서 전기화학적 반응을 유도할 수 있다. 도 1을 참조하면, 하단부(200)는, 전지 셀을 내부에 수용하고, 이를 고정하기 위한 수용 공간(211)을 포함하는 셀 수용부(210) 포함할 수 있다. 수용 공간(211)은 전지 셀의 고정을 위해서 전지 셀의 크기 및 형태 등에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있다.The lower part 200 accommodates the battery cell, and at least a part of the temperature control part for controlling the temperature of the battery cell is inserted, and the battery cell is heated or a heated atmosphere is formed inside the cell unit to perform an electrochemical reaction at a high temperature. You can induce. Referring to FIG. 1, the lower end portion 200 may include a cell accommodating portion 210 including an accommodating space 211 for accommodating and fixing a battery cell therein. The accommodation space 211 may be modified in various shapes according to the size and shape of the battery cell in order to fix the battery cell.

셀 수용부(210)는, 하단부(200)의 상단에 위치하고, 수용 공간(211)을 둘러싸고 삽입된 전지 셀을 고정하는 벽(212)을 포함하고, 벽(212)은 수용 공간(211)의 형태에 따라 변형될 수 있다. 다른 예로, 셀 수용부(210)는, 하단부(200)의 깊이 방향으로 적어도 일부분이 삽입될 수 있다. The cell accommodating part 210 is located at the upper end of the lower end 200, and includes a wall 212 surrounding the accommodating space 211 and fixing the inserted battery cell, and the wall 212 is of the accommodating space 211 It can be modified according to the shape. As another example, at least a portion of the cell receiving part 210 may be inserted in the depth direction of the lower part 200.

도 2a를 참조하면, 온도 조절부(220)는, 전지 셀을 가온하는 단일 또는 복수개의 열전도부 가열 수단(221), 예를 들어, 히터 및 단일 또는 복수개의 열전도대를 포함하고, 이들이 하단부(200)에 형성된 삽입구를 통하여 하단부(200) 내에 도입되거나 또는 일체로 형성되어 하단부(200) 내에 도입될 수 있다. 열전도부 가열 수단(221)의 셀 유닛 내에 삽입되므로, 효율적이고 안정적으로 전지 셀을 가온하고 유지하여 고온에서 전기화학적 반응을 안정적으로 유도할 수 있다.Referring to FIG. 2A, the temperature control unit 220 includes a single or a plurality of heat conduction unit heating means 221 for heating the battery cell, for example, a heater and a single or a plurality of heat conduction bands, and these include a lower end ( It may be introduced into the lower part 200 through the insertion hole formed in 200) or formed integrally and introduced into the lower part 200. Since the heat conduction unit is inserted into the cell unit of the heating means 221, it is possible to stably induce an electrochemical reaction at a high temperature by heating and maintaining the battery cell efficiently and stably.

온도 조절부(220)는, 상온 이상; 50 ℃ 내지 250 ℃; 또는 50 ℃ 내지 200 ℃까지 가온하고, 특정 온도를 1분 이상; 10 분 이상; 1시간 이상; 또는 1시간 내지 50 시간 동안 유지할 수 있다.Temperature control unit 220, room temperature or higher; 50 ℃ to 250 ℃; Or 50° C. to 200° C. and heated to a specific temperature for 1 minute or more; More than 10 minutes; More than 1 hour; Alternatively, it can be maintained for 1 to 50 hours.

온도 조절부(220)는, 하단부(200)에 삽입되는 단일 또는 복수개의 열전대(222)를 더 포함할 수 있다.The temperature control unit 220 may further include a single or a plurality of thermocouples 222 inserted into the lower end 200.

하단부(200)는, 외주면에 외부 체결부(300)를 이용하여 나사 방식으로 상단부(100)와 체결하기 위한 나사체결부(230)을 더 포함할 수 있다.The lower part 200 may further include a screw fastening part 230 for fastening with the upper part 100 in a screw manner using an external fastening part 300 on the outer circumferential surface.

외부 체결부재(300)는, 나사 방식으로 체결하는 링 형상을 갖고, 상단부(100)와 하단부(200)를 나사 방식으로 체결하여 이들이 일체로 체결되고 밀봉된 구조를 갖는 셀 유닛의 케이스를 형성할 수 있다. 이러한 체결에 의해서 하단부(200)의 수용 공간(211)은 외부와 밀폐되고 수용된 전지 셀이 밀폐된 상태에서 외부 환경에 영향을 받지 않고 안정적으로 전기화학적 반응을 유도할 수 있는 환경을 제공할 수 있다. 즉, 상단부(100)를 하단부(200) 상에 안착시키고, 외부 체결부재(300)는 상단부(100)를 끼우고 하단부(200)에 형성된 나사체결부(230)를 이용하여 나사방식으로 이들을 고정할 수 있다. The external fastening member 300 has a ring shape that is fastened by a screw method, and by fastening the upper part 100 and the lower part 200 by a screw method, they are integrally fastened to form a case of a cell unit having a sealed structure. I can. By such a fastening, the receiving space 211 of the lower part 200 is sealed with the outside and an environment capable of stably inducing an electrochemical reaction without being affected by the external environment in a sealed state of the accommodated battery cell can be provided. . That is, the upper part 100 is seated on the lower part 200, and the external fastening member 300 inserts the upper part 100 and fixes them in a screw manner using the screw fastening part 230 formed on the lower part 200. can do.

상단부(100) 및 하단부(200)는, 각각 복수개의 고정돌기 및 상기 고정돌기에 상응하는 복수개의 고정홈이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 3을 참조하면, 상단부(100)의 돌출부(110)에 복수 개의 고정홈(130)이 형성되고, 하단부(200)는, 상단부(100)와 접촉하는 영역에 고정홈(130)에 상응하는 복수 개의 고정돌기(240)가 형성될 수 있다. 고정돌기(240)는 상단부(100)의 고정홈(130)에 삽입되어 셀 유닛의 결합을 가이드하고 상단부(100) 및 하단부(200)를 안정적으로 체결시킬 수 있다.The upper part 100 and the lower part 200 may each have a plurality of fixing protrusions and a plurality of fixing grooves corresponding to the fixing protrusions. For example, referring to FIGS. 1 and 3, a plurality of fixing grooves 130 are formed in the protrusion 110 of the upper part 100, and the lower part 200 is fixed to the area in contact with the upper part 100 A plurality of fixing protrusions 240 corresponding to the groove 130 may be formed. The fixing protrusion 240 is inserted into the fixing groove 130 of the upper part 100 to guide the coupling of the cell unit and may stably fasten the upper part 100 and the lower part 200.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 도 3을 참조하면, 상기 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛은, 외부 공기를 차단하여 셀 유닛을 밀봉하기 위해서 단일 또는 복수개의 고무 오링(500)을 더 포함할 수 있다. 고무 오링(500, 500')은 외부 공기를 차단하여 삽입된 전시 셀의 밀봉을 더 견고하게 하여 외부 환경에 영향을 받지 않고 안정적으로 전기화학적 반응을 유도할 수 있는 환경을 제공할 수 있다. 예를 들어, 고무 오링(500)은, 상단부(100) 및 하단부(200)가 체결하는 영역, 즉, 외부 체결부(300)의 나사체결부에 끼워져 하단부(200)와 체결되고, 상단부(100) 내부의 돌기(120)에 끼워질 수 있다. According to another embodiment of the present invention, referring to FIG. 3, a cell unit for evaluating the electrochemical performance of the metal-air secondary battery includes a single or a plurality of rubber O-rings in order to seal the cell unit by blocking external air. 500) may be further included. The rubber O-rings 500 and 500 ′ block external air to make the inserted display cell more robust, thereby providing an environment capable of stably inducing an electrochemical reaction without being affected by the external environment. For example, the rubber O-ring 500 is inserted into the region where the upper end 100 and the lower end 200 are fastened, that is, the screw fastening part of the external fastening part 300 and fastened with the lower end 200, and the upper end 100 ) It can be fitted to the inner protrusion 120.

상기 셀 유닛은, 전기화학적 반응의 유도 및 평가하기 위해 온도 조절부, 가스 주입부 및 가스 배출부, 전지 셀의 작동, 전기화학적 반응의 신호의 검출 등은 소프트웨어적으로 제어하고 결과를 분석하는 측정 장치 및 컴퓨터 등을 포함하는 분석부를 포함할 수 있다. In order to induce and evaluate the electrochemical reaction, the cell unit controls the temperature control unit, the gas injection unit and the gas discharge unit, the operation of the battery cell, and the detection of the electrochemical reaction signal by software and analyzes the result. It may include an analysis unit including a device and a computer.

본 발명의 일 실시예에 따라, 전지 셀은, 금속-공기 이차전지라면 제한 없이 적용될 수 있고, 예를 들어, 마그네슘, 철, 알루미늄, 아연, 리튬 또는 나트륨 연-공기 이차전지를 포함하고, 코인형 등일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the battery cell may be applied without limitation as long as it is a metal-air secondary battery, and includes, for example, magnesium, iron, aluminum, zinc, lithium or sodium lead-air secondary battery, and It may be a doll or the like.

본 발명은, 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 평가 방법은, 본 발명에 의한 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛을 이용하여 고온에서 정확하고 정밀한 전기화학적 반응을 분석 및 평가할 수 있다.The present invention relates to a method for evaluating electrochemical performance of a metal-air secondary battery, and according to an embodiment of the present invention, the evaluation method comprises a cell for evaluating the electrochemical performance of a metal-air secondary battery according to the present invention. The unit can be used to analyze and evaluate accurate and precise electrochemical reactions at high temperatures.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 평가 방법은, 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법의 흐름도를 나타낸 것으로, 상기 평가 방법은, 밀봉된 셀 유닛을 준비하는 단계(210); 셀 유닛 내부에서 전지 셀을 가온하는 단계(220); 및 전기화학적 검출신호를 측정하는 단계(230)를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the evaluation method will be described with reference to FIG. 4. 4 is a flowchart illustrating a method for evaluating electrochemical performance of a metal-air secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention. The method includes: preparing a sealed cell unit (210); Heating the battery cell inside the cell unit (220); And measuring an electrochemical detection signal 230.

밀봉된 셀 유닛을 준비하는 단계(210)는, 온도 조절부가 삽입된 셀 유닛 내에 전지 셀을 장착하고, 상단부 및 하단부를 체결하여 밀봉된 셀 유닛을 준비하는 단계이며, 상기 언급한 바와 같이 고무 오링을 더 장착하여 외부로부터 전지 셀의 밀봉을 더 견고하게 할 수 있다. The step 210 of preparing the sealed cell unit is a step of preparing a sealed cell unit by mounting the battery cell in the cell unit into which the temperature controller is inserted, and fastening the upper and lower ends, and as mentioned above, By further mounting the battery cell from the outside can be made more robust sealing.

셀 유닛 내부에서 상기 전지 셀을 가온하는 단계(220)는, 상기 셀 유닛의 온도 조절부를 작동하여 상기 셀 유닛 내부에서 상기 삽입된 전지 셀을 가온하는 단계이다. The step of heating the battery cell 220 inside the cell unit is a step of heating the inserted battery cell inside the cell unit by operating a temperature control unit of the cell unit.

가온하는 단계(220)는, 상온 이상; 또는 50 ℃ 내지 200 ℃까지 가온 및 온도를 유지하는 것일 수 있다.The step of heating 220 may include room temperature or higher; Or it may be to maintain the heating and temperature from 50 ℃ to 200 ℃.

전기화학적 검출신호를 측정하는 단계(230)는, 가온된 상기 전지 셀의 충분 및 방전을 반복적으로 수행하여 전기화학적 검출신호를 측정하는 단계이다. The step 230 of measuring the electrochemical detection signal is a step of measuring the electrochemical detection signal by repeatedly performing sufficient and discharging of the heated battery cell.

상기 전기화학적 검출신호를 측정하는 단계는, 정전류 충방전법 (galvanostatic charge-discharge), 순환전압 주사법 (cyclic voltammetry, CV), 선형주사전위법 (linear sweep voltammetry) 및 임피던스측정 (electrochemical impedance spectroscopy, EIS)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 전기화학적 검출신호를 측정할 수 있다. 또한, 전기화학적 검출신호를 측정하는 단계는, 가스 분석 시스템을 도입하여 고온에서 전지 셀의 작동 시 배출되는 가스를 정량적으로 분석하여 전지 셀의 물성 변화 및 전기화학적 성능의 평가에 활용할 수 있다. 이러한 가스 분석은, 셀 유닛을 밀봉하여 외부 공기의 유입을 차단함으로써, 정밀하고 정확한 가스 분석이 이루어질 수 있다.The measuring of the electrochemical detection signal may include a galvanostatic charge-discharge method, a cyclic voltammetry (CV) method, a linear sweep voltammetry method, and an electrochemical impedance spectroscopy, EIS. At least one electrochemical detection signal selected from the group consisting of) can be measured. In addition, in the step of measuring the electrochemical detection signal, a gas analysis system may be introduced to quantitatively analyze the gas discharged during operation of the battery cell at high temperature, and thus may be utilized for evaluation of changes in physical properties and electrochemical performance of the battery cell. In such gas analysis, by sealing the cell unit to block the inflow of external air, precise and accurate gas analysis can be performed.

이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail by examples and comparative examples. However, the following examples are for illustrative purposes only, and the contents of the present invention are not limited to the following examples.

실시예 1Example 1

도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 하단부의 수용 공간에 리튬-산소 이차전지의 2032 코인셀을 장착하고 상단부 및 하단부를 체결하여 밀봉된 유닛 셀을 제조하였다. 다음으로, 150 ℃ 온도에서 정전류 충방전법(galvanostatic charge-discharge)으로 전류값은 ±200 μA와 충방전 각각 5 시간씩 진행하여 전기화학적 성능을 평가하였다. 전기화학적 성능을 평가하여 도 5에 나타내었다. As shown in FIGS. 1 to 3, a 2032 coin cell of a lithium-oxygen secondary battery was mounted in the accommodation space of the lower part, and a sealed unit cell was manufactured by fastening the upper and lower parts. Next, the electrochemical performance was evaluated by performing a galvanostatic charge-discharge method at 150° C. for a current value of ±200 μA and charging/discharging for 5 hours each. The electrochemical performance was evaluated and shown in FIG. 5.

도 5를 살펴보면, 150 ℃ 온도에서 코인 셀을 구동시켜 정밀하고 정확한 전기화학적 성능의 평가가 이루어진 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5, it can be seen that precise and accurate electrochemical performance was evaluated by driving the coin cell at a temperature of 150°C.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.As described above, although the embodiments have been described by the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description by those of ordinary skill in the art. For example, even if the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or the described components are combined or combined in a form different from the described method, or are replaced or substituted by other components or equivalents. Appropriate results can be achieved. Therefore, other implementations, other embodiments, and claims and equivalents fall within the scope of the claims to be described later.

Claims (14)

하단부와 체결 구조를 갖는 상단부;
전지 셀을 내부에 수용하기 위한 수용 공간을 갖는 셀 수용부를 포함하는 하단부; 및
상기 전지 셀의 온도 조절을 위한 온도 조절부;
를 포함하고,
상기 온도 조절부의 적어도 일부분은, 상기 하단부 내에 구비되어 상기 전지 셀을 가온하는 열전도부 가열 수단을 포함하고,
상기 하단부와 상기 상단부는 체결되어 상기 전지 셀을 밀봉시키고,
상기 상단부 및 상기 하단부는, 각각 복수개의 고정돌기 및 상기 고정돌기에 상응하는 복수개의 고정홈이 형성되고,
상기 상단부 및 상기 하단부를 체결하는 외부 체결부를 포함하고,
상기 외부 체결부는 나사 방식으로 체결하는 링 형상을 갖고,
상기 상단부는, 상단부의 길이 방향에 수직으로 외주면에 도출되고, 상기 하단부 상에 안착되는 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 상기 외부 체결부의 내부 상단과 결착되며,
상기 하단부는 외주에 나사 체결부를 더 포함하고,
상기 외부 체결부와 상기 나사 체결부는 일체로 체결되고,
상기 하단부에 삽입되고 전지 셀을 가온하는 열전대를 더 포함하고,
상기 온도 조절부는, 상기 전지 셀을 50 ℃ 내지 200 ℃의 온도로 가온시키고,
상기 전지 셀의 전기화학적 검출신호를 측정하고, 상기 전지 셀에서 발생되는 가스의 정량 및 정성 분석에 이용하는, 금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛.
An upper end having a lower end and a fastening structure;
A lower end including a cell accommodating portion having an accommodating space for accommodating the battery cell therein; And
A temperature controller for controlling the temperature of the battery cell;
Including,
At least a portion of the temperature control unit includes a heat conduction unit heating means provided in the lower end to heat the battery cell,
The lower end and the upper end are fastened to seal the battery cell,
The upper end and the lower end are each formed with a plurality of fixing protrusions and a plurality of fixing grooves corresponding to the fixing protrusions,
Including an external fastening portion for fastening the upper end and the lower end,
The external fastening part has a ring shape fastened by a screw method,
The upper end portion is directed to an outer circumferential surface perpendicular to the longitudinal direction of the upper end, and includes a protrusion seated on the lower end, and the protrusion is coupled to the inner upper end of the outer fastening portion,
The lower end further includes a screw fastening part on the outer periphery,
The external fastening part and the screw fastening part are integrally fastened,
Further comprising a thermocouple inserted in the lower end to heat the battery cell,
The temperature control unit warms the battery cell to a temperature of 50° C. to 200° C.,
A cell unit for evaluating the electrochemical performance of a metal-air secondary battery, which measures the electrochemical detection signal of the battery cell and is used for quantitative and qualitative analysis of gas generated from the battery cell.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 상단부는 가스 주입부 및 가스 배출부를 더 포함하는 것인,
금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛.
The method of claim 1,
The upper end portion further comprises a gas injection unit and a gas discharge unit,
Cell unit for evaluating the electrochemical performance of metal-air secondary batteries.
제1항에 있어서,
상기 전지 셀은, 나트륨, 리튬 또는 아연-공기 이차전지인 것인,
금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가를 위한 셀 유닛.
The method of claim 1,
The battery cell is sodium, lithium or zinc-air secondary battery,
Cell unit for evaluating the electrochemical performance of metal-air secondary batteries.
전지 셀이 장착되고, 밀봉된 제1항의 셀 유닛을 준비하는 단계;
상기 셀 유닛의 온도 조절부를 작동하여 상기 셀 유닛 내부에서 상기 전지 셀을 가온하는 단계; 및
상기 전지 셀의 충전 및 방전을 반복적으로 수행하여 전기화학적 검출신호를 측정하는 단계;
를 포함하고,
상기 전기화학적 검출신호를 측정하는 단계는, 전기화학적 검출신호를 측정하고, 상기 전지 셀에서 발생되는 가스의 정량 및 정성 분석하고,
상기 전기화학적 검출신호를 측정하는 단계는, 정전류 충방전법 (galvanostatic charge-discharge), 순환전압 주사법 (cyclic voltammetry, CV), 선형주사전위법 (linear sweep voltammetry) 및 임피던스측정 (electrochemical impedance spectroscopy, EIS)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 전기화학적 검출신호를 측정하고,
상기 가온하는 단계는, 50 ℃ 내지 200 ℃의 온도까지 가온하고 온도를 유지하는 것인,
금속-공기 이차전지의 전기화학적 성능 평가 방법.
The battery cell is mounted, the step of preparing the sealed cell unit of claim 1;
Heating the battery cell inside the cell unit by operating a temperature controller of the cell unit; And
Measuring an electrochemical detection signal by repeatedly charging and discharging the battery cell;
Including,
The measuring of the electrochemical detection signal includes measuring the electrochemical detection signal, quantitative and qualitative analysis of gas generated in the battery cell,
The measuring of the electrochemical detection signal includes a galvanostatic charge-discharge method, a cyclic voltammetry (CV) method, a linear sweep voltammetry method, and an impedance measurement (electrochemical impedance spectroscopy, EIS). ) Measuring at least one electrochemical detection signal selected from the group consisting of,
The heating step is to warm up to a temperature of 50 ℃ to 200 ℃ and to maintain the temperature,
Method for evaluating electrochemical performance of metal-air secondary battery.
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