KR102225458B1 - 미세 패턴 내에 증착된 리튬의 전착밀도 측정기술 - Google Patents

미세 패턴 내에 증착된 리튬의 전착밀도 측정기술 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미세 패턴 내에 증착된 리튬의 전착밀도 측정기술에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 AFM(Atomic Force Microscopy) 영상화 시스템 준비 단계; 금속 전극에 전착된 리튬의 탄성계수를 맵핑하는 단계; 및 상기 맵핑을 통해 금속 전극에 전착된 리튬의 전착밀도를 계산하는 단계;를 포함하는, 리튬 전극 물성 측정방법에 관한 것이다.

Description

미세 패턴 내에 증착된 리튬의 전착밀도 측정기술 {density measurement technology of lithium deposited in fine pattern}
본 발명은 미세 패턴 내에 증착된 리튬의 전착밀도 측정기술에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 리튬 전극의 물성을 정밀하게 측정하여, 리튬 전극의 충전 및 방전 성능을 원자간력 현미경으로 영상화하는 방법에 관한 것이다.
리튬이차전지는 고에너지 밀도의 에너지원으로써 휴대전화와 노트북을 비롯한 소형 전자기기에서 전기자동차와 같은 중대형 제품에도 쓰이고 있으며, 이에 대한 연구 및 개발이 활발히 이루어지고 있다.
전자기기 기능의 꾸준한 발달과 더불어 이런 기능들을 오랜 시간동안 사용하기 위해 고에너지 밀도를 가진 리튬 이차전지에 대한 수요가 나날이 급증하고 있는 상황이다.
리튬금속을 전극으로 적용한 이차전지의 에너지 용량은 다른 이차전지들에 비해 월등히 높은 값(비용량 3840 mAh/g)을 보여주고 있으며, 위에 언급한 고에너지 밀도를 가지는 이차전지의 수요를 만족시킬 유력한 후보이다.
하지만 리튬금속을 전극으로 사용하는 경우 덴드라이트 성장이 큰 문제로 작용하고 있으며, 이런 단점 때문에 안정성과 짧은 수명 특성이 제품의 상용화에 어려움을 주고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 리튬 전극의 충전 및 방전 성능을 원자간력 현미경으로 영상화 하는 것이다.
특히, 표면 형상이 제어된 전극에 전착된 리튬의 전착밀도를 정밀하게 측정하고, 이를 통해 덴드라이트 형성 메커니즘을 규명하고, 이를 통해 전극의 효율을 높이는 것이다.
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.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 전극 물성 측정방법은, AFM(Atomic Force Microscopy) 영상화 시스템 준비 단계; 금속 전극에 전착된 리튬의 탄성계수를 맵핑하는 단계; 및 상기 맵핑을 통해 금속 전극에 전착된 리튬의 전착밀도를 계산하는 단계;를 포함한다.
일 측면에 따르면, 상기 금속 전극은 표면이 패턴화된 것이고, 상기 금속 전극에 전착된 리튬의 탄성계수를 맵핑하는 단계는, 상기 금속 전극의 패턴 내에 전착된 리튬의 탄성계수를 맵핑하는 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, AFM(Atomic Force Microscopy) 영상화 시스템 준비 단계(S100)는, 폐쇄 셀(closed cell)을 이용하여 글로브박스 안에서 금속 전극을 포함한 리튬셀을 조립해 완전히 밀봉 한 후, 밖으로 꺼내어 원자간력 현미경으로 영상화하는 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 금속 전극에 전착된 리튬의 탄성계수를 맵핑하는 단계(S200)는, 상기 리튬의 각 위치에서 단일 힘(single force)을 이용해 힘-거리 곡선(force-distance curves)을 얻는 단계; 상기 힘-거리 곡선(force-distance curves)의 로우 데이터(raw data)와 AFM 영상화 시스템에 적용된 팁의 용수철 상수(spring constant) 값을 이용해 힘-인덴테이션 곡선(force-indentation curves)으로 변환하는 단계; 및 상기 힘-인덴테이션 곡선(force-indentation curves)의 기울기 값을 통해 탄성계수를 측정하고, 맵핑하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 맵핑을 통해 금속 전극에 전착된 리튬의 전착밀도를 계산하는 단계(S300)는, 순수 리튬의 탄성계수 값과 상기 금속 전극에 전착된 리튬의 탄성계수 값의 차이를 통해 계산되는 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 순수 리튬의 탄성계수 값과 상기 금속 전극에 전착된 리튬의 탄성계수 값의 차이는, 덴드라이트 형성에 의한 밀도 감소에 의한 것일 수 있다.
일 측면에 따르면, 전류 밀도, 온도 및 전압으로 이루어진 군으로부터 선택되는 충/방전 조건을 설정하는 단계; 및 상기 충/방전 조건에 따라 달라지는 충전 및 방전 조건을 고려하여, 이에 따라 달라지는 전착된 리튬의 전착밀도를 측정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 금속 전극에 전착된 리튬의 경도를 측정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따라 원자간력 현미경을 이용해 리튬 금속 전극을 연구함으로써, 리튬 금속 이차전지 분야에 대한 AFM의 적용 가능성을 가늠할 수 있게 해주고, 새로운 연구 분야의 개척을 제공할 수 있으며, 그에 따라 차세대 고용량 이차전지의 소재로써 리튬 금속이 보급되도록 할 수 있다.
또한, 고용량 이차전지 소재의 유력한 후보인 리튬 금속에 대한 상용화 모델 개발을 통해 이차전지 시장에서 경쟁력을 확보할 수 있다.
또한, 리튬금속 이차전지의 전기화학적 특성에 대한 폭넓은 지식을 가진 연구 인력을 양성할 수 있고, 다각적인 관점에서 나노스케일의 다양한 기술로 배터리 소재를 분석할 수 있는 연구 인력을 배출할 수 있다.
또한, 나노스케일 단위에서의 분석을 통해 리튬 덴드라이트 형성에 관한 기본적인 데이터베이스 구축할 수 있으며, 리튬의 전착밀도를 측정함으로써 가장 높은 밀도를 가지면서 충전 및 방전을 할 수 있는 조건을 설정할 수 있다.
또한, 리튬 덴드라이트 형성에 의한 리튬 금속 이차전지의 부피팽창 문제를 해결할 피드백을 제공할 수 있으며, 전지 소재 분석 방법에 새로운 패러다임 구축할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 리튬 전극 물성 측정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 ambient 환경제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 SU-8의 공간 분해능 (≤100 nm)에 대한 탄성 계수를 계산한 이미지이다.
도 4는 나노스케일 분해능으로 구성 물질을 분석하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
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 용어들로서, 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.
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.
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.
이하, 본 발명의 미세 패턴 내에 증착된 리튬의 전착밀도 측정기술에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 리튬 전극 물성 측정방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하 도 1을 참조하여 본 발명을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 전극 물성 측정방법은, AFM(Atomic Force Microscopy) 영상화 시스템 준비 단계(S100); 금속 전극에 전착된 리튬의 탄성계수를 맵핑하는 단계(S200); 및 상기 맵핑을 통해 금속 전극에 전착된 리튬의 전착밀도를 계산하는 단계(S300);를 포함한다.
본 발명은 원자간력 현미경을 이용하여 전극 위에 쌓인 리튬의 경도와 탄성계수를 측정하고, 이를 통해 리튬 덴드라이트의 기본적인 물성을 얻은 후, 이를 확인하여 통합적인 분석을 수행하여, 리튬 덴드라이트 형상에 대한 기본적인 특성을 확인할 수 있다. 본 발명은 AFM을 이용하여 리튬금속 전극의 탄성계수를 맵핑하고, 이를 바탕으로 샘플 전체에 대한 전착밀도를 맵을 만들 수 있다.
전지 분야 연구에 멀티스케일(나노 및 마이크로) 분석이 가능한 원자간력 현미경(AFM)을 적용하므로써, 기존에 벌크 스케일에서 관찰할 수 없었던 현상들을 규명할 수 있다. 새로운 전지 소재 분석 방법 개척할 수 있으며, 전지 분야 외에도 나노 및 마이크로 스케일에서 밀도 계산이 필요한 경우 적용할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 금속 전극은 표면이 패턴화된 것이고, 상기 금속 전극에 전착된 리튬의 탄성계수를 맵핑하는 단계는, 상기 금속 전극의 패턴 내에 전착된 리튬의 탄성계수를 맵핑하는 것일 수 있다.
리튬금속을 전극으로 사용했을 때 발생하는 문제점인 덴드라이트 형성을 억제하는데 유력한 후보 중 하나는 리튬 금속 전극의 표면 형상 제어이다.
본 발명에 따른 금속 전극은 표면이 패턴화된 것이다. 패턴화 된 리튬 전극의 경우 충방전 시 리튬이 이 패턴 내로 유도되며, 이로 인해 덴드라이트가 억제되는 효과를 구현할 수 있다.
패턴화 된 전극의 덴드라이트 억제 효과를 정량적으로 알아보고 최적의 충방전 조건을 탐색하기 위해서 패턴내에 증착된 리튬의 전착밀도 측정이 중요시되며, 본 발명에 따르면, AFM을 이용하여 리튬 덴드라이트의 특성을 영상화 및 정량화할 수 있다.
특히, 패턴화 된 표면에 전착된 리튬의 밀도 측정 기술을 개발하기 위해 충방전 조건을 달리한 샘플을 이용하여 달라지는 리튬의 전착 정도를 정량화하고 전착밀도를 측정할 수 있다.
본 출원인은 다각적인 나노스케일 수준에서 Nano-indentation, Nano-lithography를 사용하여, 덴드라이트에 대한 기본적인 분석을 시도하였으며, 당 모드에서 나온 기계적 특성들을 통합하여 분석을 진행하였다. 특히 이러한 분석을 패턴화 된 리튬금속 음극에 적용한다는 점에서 본 출원은 독창적이다.
특히 AFM을 이용하여 이 패턴화 된 음극에 증착된 리튬의 전착밀도를 측정한다는 점에서 이 연구의 필요성을 찾아볼 수 있다. 리튬금속 음극의 전착밀도를 측정함으로써, 정확한 충전 및 방전 용량과 조건을 계산해 낼 수 있고, 이차전지가 작동할 때 리튬이 덴드라이트를 형성하지 않으면서 더 높은 밀도를 가지고 증착되는 조건을 제시해 줄 수 있게 된다. 이는 곧 벌크 스케일과의 유기적인 연결고리를 제시해 줄 수 있게 되고, 이전의 연구 결과들과는 차별성을 준다.
이러한 연구는 차세대 고에너지 밀도를 가지는 이차전지의 유력한 후보로써 리튬금속 전극을 보급화 하는데 기여를 할 것이며, 산업적으로 우리나라가 이 분야에 선두가 될 수 있게 도와줄 것이다.
구체적으로 패턴화 된 전극에 증착되는 리튬의 경도, 탄성계수 측정하고, (정확도 오차 ± 20 %) 전극의 구조 및 위치에 따른 표면 형상 분석하여 (영상화 분해능 ~50 nm 수준) 리튬 덴드라이트의 기계적 물성을 분석할 수 있다.
또한, 패턴화 된 전극에 증착되는 리튬금속 음극의 전착 밀도 측정 (영상화 분해능 ~20 nm 수준, 측정 오차 ± 3 %)하여 전착 정도에 따른 리튬 음극의 전착 밀도를 측정할 수 있다.
본 발명의 목적은 패턴화 된 리튬금속 음극에 성장한 덴드라이트에 대한 기본적인 물성 습득과 패턴화 된 리튬금속 음극에 증착되는 리튬의 전착밀도 측정이다. 본 출원인은 이 목표를 달성하기 위해 나노스케일 단위에서 다각적인 분석을 시도하였으며, 벌크 스케일에서의 리튬 음극 설계에 대한 창의적인 피드백을 구현하였다.
원자간력 현미경의 여러 모드를 이용하여, 조건별 각 단계에서 전극에 증착된 리튬의 전착밀도를 측정함으로써 가장 높은 밀도를 가지면서 충전 및 방전을 하는 조건이 무엇인지 알아낼 수 있으며, 이를 통해 덴드라이트 형성에 의한 리튬금속 이차전지의 부피팽창 문제를 해결할 피드백을 제공할 수 있다.
리튬 덴드라이트는 매우 연성이 강하여 끈적끈적한 형태이다. 따라서 표면 형상을 영상화 할 때, 재료를 손상시킬 수 있는 접촉(contact) 모드가 아닌 탭핑모드(tapping mode) 또는 비접촉 모드(non-contact mode)를 적용하였다. 다만 접촉(contact) 모드보다 좋지 않은 분해능으로 인해 조건을 최적화하기 위해 팁을 고를 때, 스프링 상수를 고려하는 것에서부터 시작해서 set point 값의 최적화를 통해 캔틸레버의 휨 정도를 정확하게 계산해야 하는 것이 바람직하다. 이는 Nano-indentation, Nano-lithography를 할 때도 동일하게 적용해야 하는 과정이며, 최적화된 힘을 가함으로써 오차 범위를 최대한 줄일 수 있다.
일 측면에 따르면, AFM(Atomic Force Microscopy) 영상화 시스템 준비 단계는, 폐쇄 셀(closed cell)을 이용하여 글로브박스 안에서 금속 전극을 포함한 리튬셀을 조립해 완전히 밀봉 한 후, 밖으로 꺼내어 원자간력 현미경으로 영상화하는 것일 수 있다.
리튬금속은 ambient 환경에서 쉽게 산화된다. 따라서 리튬금속을 연구하기 위해 글로브박스 안의 불활성 가스 환경 하에서 실험을 진행한다. 하지만 일반적으로 원자간력 현미경(AFM)의 운용은 ambient 환경에서 진행되며, 이것이 쉽게 산화되는 리튬금속 전극을 분석하는데 어려움을 준다.
본 발명에 따르면, 상기 문제점을 해결하기 위해 Asylum Research사의 closed cell을 이용하여 글로브박스 안에서 리튬금속 샘플을 포함한 cell을 조립해 완전히 밀봉 한 후, 밖으로 꺼내어 원자간력 현미경으로 영상화하는 전략을 수립하여 리튬금속 분석을 위한 조건 최적화했다.
도 2는 ambient 환경제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 (a)는 글로브박스에 넣기 전의 cell을 밀봉하기 위한 구성품이고, 도 2 (b)는 실제 글로브박스 내에서 pure한 리튬금속을 내부에 고정시키고, 캔틸레버와 함께 조립한 closed cell의 모습이다. 이러한 방법을 통해 ambient 환경을 제어할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 금속 전극에 전착된 리튬의 탄성계수를 맵핑하는 단계는, 상기 리튬의 각 위치에서 단일 힘(single force)을 이용해 힘-거리 곡선(force-distance curves)을 얻는 단계; 상기 힘-거리 곡선(force-distance curves)의 로우 데이터(raw data)와 AFM 영상화 시스템에 적용된 팁의 용수철 상수(spring constant) 값을 이용해 힘-인덴테이션 곡선(force-indentation curves)으로 변환하는 단계; 및 상기 힘-인덴테이션 곡선(force-indentation curves)의 기울기 값을 통해 탄성계수를 측정하고, 맵핑하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.
탄성계수를 계산하기위해 기존에 알려진 model(Sneddon model, Hertzian model)에 맞는 팁을 선정하여 각 위치에서 single force를 이용해 force-distance curves를 얻는다. 이 때 얻은 curves의 raw data와 팁의 spring constant 값을 이용해 force-indentation curves로 변환을 한다. 이후, sneddon model 혹은 Hertzian model에 맞춰 팁과 샘플의 정보를 적용하여 계산하면 샘플의 탄성계수 값을 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 힘-거리 곡선(Force-distance curve)을 통해 인덴테이션에 관한 Hertzian model과 Sneddon model을 적용하여 각 위치에서의 탄성계수를 측정할 수 있다. 100 nm 이하의 공간 분해능을 가지고 탄성계수를 측정할 수 있으며, 이를 통해 각 위치에서의 전착된 리튬의 밀도를 예측할 수 있다.
구체적으로, 탄성계수를 계산할 때는 Hertzian model을 적용하여 radius가 있는 팁으로 force-distance 커브를 얻고, 이를 바탕으로 force-indentation 그래프를 얻은 후, 이 그래프의 기울기 값을 통해 탄성계수를 측정할 수 있으며, 이러한 방법을 통해 표면의 탄성계수 이미지를 얻을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 SU-8의 공간 분해능 (≤100 nm)에 대한 탄성 계수를 계산한 이미지이다. 구체적으로, 도 3 (a)는 3um 공간 해상도에서 30 um x 30 um에서 100 점 분석한 이미지이다. 도 3 (b)는 500um 공간 해상도에서 20 um x 20 um에서 1600 점 분석한 이미지이다. 도 3 (c)는 100um 공간 해상도에서 5 um x 5 um에서 2500 점 분석한 이미지이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 측정 방법으로 SU-8의 공간 분해능 (≤100 nm)에 대한 탄성 계수를 계산하여, 탄성계수 맵을 구현할 수 있음을 알 수 있다
일 측면에 따르면, 상기 맵핑을 통해 금속 전극에 전착된 리튬의 전착밀도를 계산하는 단계는, 순수 리튬의 탄성계수 값과 상기 금속 전극에 전착된 리튬의 탄성계수 값의 차이를 통해 계산되는 것일 수 있다.
나아가, 전착정도에 따른 전착밀도 측정 기술 개발을 통해 패턴화 된 리튬금속 전극의 트렌치 안에 담겨질 정확한 리튬의 양을 계산할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 순수 리튬의 탄성계수 값과 상기 금속 전극에 전착된 리튬의 탄성계수 값의 차이는, 덴드라이트 형성에 의한 밀도 감소에 의한 것일 수 있다.
순수 리튬 금속의 알려진 탄성계수(약 4.6 GPa) 값보다 작은 값을 보여주는 전착된 리튬의 탄성계수 값은, 리튬 덴드라이트 형성으로 인한 전착된 리튬의 밀도 값의 감소에 비례한다고 볼 수 있다. 즉, 순수 리튬의 탄성계수 값과 상기 금속 전극에 전착된 리튬의 탄성계수 값의 차이를 통해 미세 패턴 내에 전착된 리튬의 밀도를 추정할 수 있다.
도 4는 나노스케일 분해능으로 구성 물질을 분석하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 (a)는 패턴되지 않은 pristine Li metal 위에 AFM을 이용하여 탄성계수 맵핑을 한 이미지이다. 이는 대조군이며, 덴드라이트 형성에 의한 탄성계수 감소치를 비교하기 위해 pristine Li metal의 탄성계수를 맵핑한 것이며, 탄성계수 평균치는 4.274 Gpa(STD: 2.308 Gpa)이다.
도 4 (b)는 충전 속도(전류밀도)에 따라 패턴 안에 쌓인 리튬의 탄성계수 값의 감소치를 측정한 것이다. 구체적으로, 1회 충전 후, 미세 패턴 내에 증착된 리튬의 탄성계수를 측정하고, 충전 속도에 따른 감소치를 비교하였다.
도 4 (b)를 참조하면, 저 전류밀도(0.5 mA/h)에서 탄성계수가 27.5% 감소하고, 고 전류밀도(1.5 mA/h)에서 탄성계수가 46.7% 감소한 것을 알 수 있다. 즉, 높은 충전 속도에서 탄성계수 값의 감소치가 더 크게 관찰되었고, 이는 리튬 덴드라이트 형성에 의한 것으로 해석된다.
도 4 (c)는 탄성계수와 밀도의 상관관계를 보여주는 그래프이며, 탄성계수와 밀도 값의 선형적인 관계를 나타내주는 Ashby plot을 이용하여 패턴 내에 전착된 리튬의 밀도 값을 추정할 수 있다.
상기와 같은 충전 속도에 따른 전착 밀도 측정은 하나의 예시이며, 본 발명의 리튬 전극 물성 측정방법을 통해 충전 속도 이외의 충/방전 조건에 따라 달라지는 충전 및 방전 조건을 고려하여, 이에 따라 달라지는 전착된 리튬의 전착밀도를 측정할 수 있다.
일 측면에 따르면, 전류 밀도, 온도 및 전압으로 이루어진 군으로부터 선택되는 충/방전 조건을 설정하는 단계; 및 상기 충/방전 조건에 따라 달라지는 충전 및 방전 조건을 고려하여, 이에 따라 달라지는 전착된 리튬의 전착밀도를 측정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
전류밀도 혹은 온도와 같은 충전 및 방전 조건을 고려하여, 이에 따라 달라지는 리튬금속 전극의 전착밀도를 측정할 수 있다. 나노스케일 단위에서의 분석을 통해 리튬 덴드라이트 형성에 관한 기본적인 데이터베이스 구축을 할 수 있고, 리튬 음극의 표면 형상 제어에 대한 심도 높은 아이디어를 제공할 수 있다.
이러한 과정을 통해 리튬 덴드라이트 억제에 효과가 있는 최적의 표면 형상 제어 방법을 제시할 수 있으며, 리튬 금속 전지의 충전 및 방전에 따른 리튬 덴드라이트 형성에 관한 데이터베이스 제공과 함께 최적의 충전 및 방전 조건을 계산할 수 있다.
리튬 증착현상을 연구하면 이 현상으로 비롯되는 전기화학적 메커니즘과 구동력을 알 수 있게 되고, 궁극적으로 충전 및 방전 동안에 리튬 증착으로 인해서 발생하는 문제점들을 해결할 수 있다. 이차 전지 생산 및 보급으로 인한 로열티 획득으로 이어질 수 있다.
리튬금속 이차전지에 대한 개발은 리튬-황, 리튬-공기 등과 같은 차세대 전지 연구에 큰 도움이 될 수 있고, 기존 리튬이온전지 시장과 함께 새로운 시장 형성에 이바지 할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 금속 전극에 전착된 리튬의 경도를 측정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
이러한 과정을 통해 표면의 morphology 3D 이미지에 경도와 탄성계수 값을 입혀서 다각적인 방향에서 위치에 따른 기계적 물성을 관측할 수 있으며, 리튬의 경도, 탄성계수, 전착밀도에 대해 30 % 이내의 오차범위로 100 nm 분해능을 구현할 수 있다. 이는 덴드라이트 형성 메커니즘 연구에 기초적인 데이터로 사용될 수 있다.
리튬 덴드라이트 형성 억제의 근본적인 원인을 제시함으로써, 전기자동차 및 에너지 저장 장치용 고에너지 밀도를 가지는 이차전지의 보급을 앞당기는 효과가 있다.
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.

Claims (8)

  1. AFM(Atomic Force Microscopy) 영상화 시스템 준비 단계;
    금속 전극에 전착된 리튬의 탄성계수를 맵핑하는 단계; 및
    상기 맵핑을 통해 금속 전극에 전착된 리튬의 전착밀도를 계산하는 단계;를 포함하고,
    상기 금속 전극은 표면이 패턴화된 것이고,
    상기 금속 전극에 전착된 리튬의 탄성계수를 맵핑하는 단계는,
    상기 금속 전극의 패턴 내에 전착된 리튬의 탄성계수를 맵핑하고,
    상기 금속 전극에 전착된 리튬의 탄성계수를 맵핑하는 단계는,
    상기 리튬의 각 위치에서 단일 힘(single force)을 이용해 힘-거리 곡선(force-distance curves)을 얻는 단계;
    상기 힘-거리 곡선(force-distance curves)의 로우 데이터(raw data)와 AFM 영상화 시스템에 적용된 팁의 용수철 상수(spring constant) 값을 이용해 힘-인덴테이션 곡선(force-indentation curves)으로 변환하는 단계; 및
    상기 힘-인덴테이션 곡선(force-indentation curves)의 기울기 값을 통해 탄성계수를 측정하고, 맵핑하는 단계;를 포함하고,
    상기 맵핑을 통해 금속 전극에 전착된 리튬의 전착밀도를 계산하는 단계는,
    순수 리튬의 탄성계수 값과 상기 금속 전극에 전착된 리튬의 탄성계수 값의 차이를 통해 계산되는 것인,
    리튬 전극 물성 측정방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    AFM(Atomic Force Microscopy) 영상화 시스템 준비 단계는,
    폐쇄 셀(closed cell)을 이용하여 글로브박스 안에서 금속 전극을 포함한 리튬셀을 조립해 완전히 밀봉 한 후, 밖으로 꺼내어 원자간력 현미경으로 영상화하는 것인,
    리튬 전극 물성 측정방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 순수 리튬의 탄성계수 값과 상기 금속 전극에 전착된 리튬의 탄성계수 값의 차이는, 덴드라이트 형성에 의한 밀도 감소에 의한 것인,
    리튬 전극 물성 측정방법.
  7. 제1항에 있어서,
    전류 밀도, 온도 및 전압으로 이루어진 군으로부터 선택되는 충/방전 조건을 설정하는 단계; 및
    상기 충/방전 조건에 따라 달라지는 충전 및 방전 조건을 고려하여, 이에 따라 달라지는 전착된 리튬의 전착밀도를 측정하는 단계;를 더 포함하는
    리튬 전극 물성 측정방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 금속 전극에 전착된 리튬의 경도를 측정하는 단계;를 더 포함하는 것인,
    리튬 전극 물성 측정방법.

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