KR102255489B1 - 전극 성능 평가시스템 및 전극 성능 평가방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극 성능 평가시스템 및 전극 성능 평가방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 성능 평가시스템의 전극 성능 평가방법은, (a) 집전체에 활물질층이 코팅된 전극을 포함하는 전극조립체를 임피던스 측정장치의 홀더에 마운트한 후 전해액에 침지시키고 상기 전극조립체에 복수의 주파수 조건에서 교류전류 신호를 인가하는 단계; (b) 상기 임피던스 측정장치로부터 전기화학 임피던스 분광법(EIS, Electrochemical Impedance Spectroscopy)으로 측정된 주파수별 임피던스 측정 데이터를 획득하는 단계; (c) 상기 전극조립체에 대응되는 회로모델로서, 인덕터, 상기 인덕터와 직렬 연결된 제1저항, 상기 제1저항과 직렬 연결된 제2저항, 상기 제2저항과 직렬 연결되고 제3저항과 제3커패시터가 병렬 연결된 제1RC 회로가 포함된 TLM 임피던스, 상기 TLM 임피던스와 병렬되고 제4저항과 제1커패시터가 병렬 연결된 제2RC 회로, 및 상기 제2저항 및 상기 TLM 임피던스와 병렬 연결된 제2커패시터를 포함하는 회로모델로부터 상기 인덕터의 인덕턴스 값, 상기 제1 내지 제4 저항의 저항값, 상기 제1 및 제2커패시터의 캐패시턴스 값, 상기 제1RC회로의 시정수를 피팅 변수로 포함하고 주파수를 입력 변수로 포함하는 임피던스 방정식을 결정하는 단계; (d) 상기 임피던스 방정식의 주파수를 변화시켜 산출되는 주파수별 임피던스 계산 데이터와 상기 주파수별 임피던스 측정 데이터의 오차가 최소가 되도록 상기 제1 내지 제3저항의 저항값 및 상기 제1RC 회로의 시정수를 포함하는 상기 피팅 변수를 결정하는 단계; (e) 전해액의 이온전도도, 상기 전극의 면적, 상기 전극의 활물질층에 대한 두께 및 기공도를 이용하여 상기 전해액 내 이온벌크저항의 저항값을 연산하는 단계; 및 (f) 상기 이온벌크저항에 대한 저항값을 기준으로 한 상기 제3저항의 저항값 비율인 유효비틀림도를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

전극 성능 평가시스템 및 전극 성능 평가방법{SYSTEM AND METHOD FOR EVALUATING PERFORMANCE OF ELECTRODE}
본 발명은 리튬이차전지 등의 전기화학소자에 이용될 수 있는 전극의 성능 평가시스템 및 전극 성능 평가방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전극조립체의 임피던스를 이용하여 전극 성능을 평가하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다.
전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목 받고 있는 분야이고, 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있다. 최근에는 이차전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발이 활발하게 이루어지고 있다.
현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990 년대 초에 개발된 리튬이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다.
한편, 리튬이차전지에 사용되는 전극의 경우, 전해액을 통해 전극의 모든 표면에 리튬 이온을 전달해야 하므로 표면에 다공성의 활물질층을 가진다. 그리고 활물질층의 기공 내부에는 전해액으로 충진 되며, 기공을 통해 리튬 이온이 빠른 속도로 활물질층에 흡수되거나 방출되어야 리튬이차전지의 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서, 기공을 통한 리튬 이온의 전달 특성을 정량적으로 평가하는 것이 매우 중요하다.
종래에는 기공도 및 기공 크기 분석 (PSD, Pore Size Distribution) 등을 이용하여 전극의 기공 특성을 평가하였다. 하지만, 이러한 평가 방식은 전극 기공의 부피 및 크기 등의 형태적인 정보만을 알려줄 뿐 실제 전지 성능에 영향을 미치는 전해액 내 리튬 이온의 전달 특성을 알려주지는 않는다. 따라서 전극을 제조하는 과정에서 전극 자체의 리튬 이온 전달 특성을 평가하고 불량 전극을 사전에 검출해내는 방법이 필요하다.
또한, 경제성 측면에서도 전지의 초회 충방전 전, 즉, 활성화되기 이전의 전극 자체의 불량 여부를 확인할 수 있는 스크리닝 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 초회 충방전 전 즉, 활성화되기 이전의 전극 자체에 대한 성능을 평가할 수 있는 전극 성능 평가시스템 및 전극 성능 평가방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 구현예들에 따른 전극 성능 평가시스템의 전극 성능 평가방법이 제공된다.
제1 구현예는,
(a) 집전체에 활물질층이 코팅된 전극을 포함하는 전극조립체를 임피던스 측정장치의 홀더에 마운트한 후 전해액에 침지시키고 상기 전극조립체에 복수의 주파수 조건에서 교류전류 신호를 인가하는 단계;
(b) 상기 임피던스 측정장치로부터 전기화학 임피던스 분광법(EIS, Electrochemical Impedance Spectroscopy)으로 측정된 주파수별 임피던스 측정 데이터를 획득하는 단계;
(c) 상기 전극조립체에 대응되는 회로모델로서, 인덕터, 상기 인덕터와 직렬 연결된 제1저항, 상기 제1저항과 직렬 연결된 제2저항, 상기 제2저항과 직렬 연결되고 제3저항과 제3커패시터가 병렬 연결된 제1RC 회로가 포함된 TLM 임피던스, 상기 TLM 임피던스와 병렬되고 제4저항과 제1커패시터가 병렬 연결된 제2RC 회로, 및 상기 제2저항 및 상기 TLM 임피던스와 병렬 연결된 제2커패시터를 포함하는 회로모델로부터 상기 인덕터의 인덕턴스 값, 상기 제1 내지 제4 저항의 저항값, 상기 제1 및 제2커패시터의 캐패시턴스 값, 상기 제1RC회로의 시정수를 피팅 변수로 포함하고 주파수를 입력 변수로 포함하는 임피던스 방정식을 결정하는 단계;
(d) 상기 임피던스 방정식의 주파수를 변화시켜 산출되는 주파수별 임피던스 계산 데이터와 상기 주파수별 임피던스 측정 데이터의 오차가 최소가 되도록 상기 제1 내지 제3저항의 저항값 및 상기 제1RC 회로의 시정수를 포함하는 상기 피팅 변수를 결정하는 단계;
(e) 전해액의 이온전도도, 상기 전극의 면적, 상기 전극의 활물질층에 대한 두께 및 기공도를 이용하여 상기 전해액 내 이온벌크저항의 저항값을 연산하는 단계; 및
(f) 상기 이온벌크저항에 대한 저항값을 기준으로 한 상기 제3저항의 저항값 비율인 유효비틀림도를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 성능 평가방법에 관한 것이다.
제2 구현예는, 제1 구현예에 있어서,
상기 (c) 단계는,
하기의 수학식 1과 같이 표현되는 상기 임피던스 방정식을 결정하는 단계임을 특징으로 하는 전극 성능 평가방법에 관한 것이다:
[수학식 1]
Figure 112017111391446-pat00001
여기서,
Figure 112017111391446-pat00002
,
Figure 112017111391446-pat00003
,
Figure 112017111391446-pat00004
,
Figure 112017111391446-pat00005
,
Figure 112017111391446-pat00006
,
Figure 112017111391446-pat00007
,
Figure 112017111391446-pat00008
이며,
수학식 1에서 Z(f)는 전극조립체의 임피던스, i는 허수, f는 주파수, 2πf는 각주파수, L은 상기 인덕터의 인덕턴스 값, R1은 상기 제1저항의 저항 값, R2는 상기 제2저항의 저항 값, R3는 상기 제3저항의 저항 값, R4는 상기 제4저항의 저항 값, C 1은 상기 제1커패시터의 커패시턴스 값, C2 는 상기 제2커패시터의 커패시턴스 값, a1은 상기 제1커패시터에 관한 보정 상수, a2는 상기 제2커패시터에 관한 보정 상수, τ는 상기 제1RC 회로의 시상수, α는 상기 제3커패시터에 관한 보정 상수이다.
제3 구현예는, 제1 구현예 또는 제2 구현예에 있어서,
상기 (e) 단계는,
하기의 수학식 2를 이용하여 상기 이온벌크저항의 저항값을 연산하는 단계임을 특징으로 하는 전극 성능 평가방법에 관한 것이다:
[수학식 2]
Figure 112017111391446-pat00009
여기서, RLi _bulk는 상기 이온벌크저항, k는 상기 전해액의 이온전도도, L은 상기 전극의 활물질층에 대한 두께, A는 상기 전극의 면적과 상기 전극의 활물질층에 대한 기공도를 곱한값을 나타낸다.
제4 구현예는, 제1 내지 제3 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
(g1) 상기 유효비틀림도를 미리 설정된 기준치와 대비하여 상기 전극에 대한 성능 평가 결과를 생성하고 디스플레이를 통해 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 성능 평가방법에 관한 것이다.
제5 구현예는, 제1 내지 제4 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
(g2) 상기 제2저항의 저항값을 미리 설정된 기준치와 대비하여 상기 전극에 대한 성능 평가 결과를 생성하고 디스플레이를 통해 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 성능 평가방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 하기 구현예들의 전극 성능 평가시스템이 제공된다.
제6 구현예는,
전극을 포함하는 전극조립체에 대해 전기화학 임피던스 분광법(EIS, Electrochemical Impedance Spectroscopy)으로 측정된 주파수별 임피던스 측정 데이터를 획득하는 임피던스 획득부;
상기 전극조립체에 대응되는 회로모델로서, 인덕터, 상기 인덕터와 직렬 연결된 제1저항, 상기 제1저항과 직렬 연결된 제2저항, 상기 제2저항과 직렬 연결되고 제3저항과 제3커패시터가 병렬 연결된 제1RC 회로가 포함된 TLM 임피던스, 상기 TLM 임피던스와 병렬되고 제4저항과 제1커패시터가 병렬 연결된 제2RC 회로, 및 상기 제2저항 및 상기 TLM 임피던스와 병렬 연결된 제2커패시터를 포함하는 회로모델을 이용하여 상기 인덕터의 인덕턴스 값, 상기 제1 내지 제4 저항의 저항값, 상기 제1 및 제2커패시터의 캐패시턴스 값, 상기 제1RC회로의 시정수를 피팅 변수로 포함하고 주파수를 입력 변수로 포함하는 임피던스 방정식을 결정하는 방정식 결정부;
상기 임피던스 방정식의 주파수를 변화시켜 산출되는 주파수별 임피던스 계산 데이터와 상기 주파수별 임피던스 측정 데이터의 오차가 최소가 되도록 상기 제1 내지 제3저항의 저항값과 상기 제1RC 회로의 시정수를 포함하는 피팅 변수를 결정하는 제1 연산부;
전해액의 이온전도도, 상기 전극의 면적, 상기 전극의 활물질층에 대한 두께 및 기공도를 이용하여 상기 전해액 내 이온벌크저항의 저항값을 연산하는 제2 연산부; 및
상기 이온벌크저항의 저항값을 기준으로 한 상기 제3저항의 저항값 비율인 유효비틀림도를 결정하는 제3 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 성능 평가시스템에 관한 것이다.
제7 구현예는, 제6 구현예에 있어서,
상기 방정식 결정부는,
하기의 수학식 1과 같이 표현되는 상기 임피던스 방정식을 결정하는 것을 특징으로 하는 전극 성능 평가시스템에 관한 것이다:
[수학식 1]
Figure 112017111391446-pat00010
여기서,
Figure 112017111391446-pat00011
,
Figure 112017111391446-pat00012
,
Figure 112017111391446-pat00013
,
Figure 112017111391446-pat00014
,
Figure 112017111391446-pat00015
,
Figure 112017111391446-pat00016
,
Figure 112017111391446-pat00017
이며,
수학식 1에서 Z(f)는 전극조립체의 임피던스, i는 허수, f는 주파수, 2πf는 각주파수, L은 상기 인덕터의 인덕턴스 값, R1은 상기 제1저항의 저항 값, R2는 상기 제2저항의 저항 값, R3는 상기 제3저항의 저항 값, R4는 상기 제4저항의 저항 값, C 1은 상기 제1커패시터의 커패시턴스 값, C2 는 상기 제2커패시터의 커패시턴스 값, a1은 상기 제1커패시터에 관한 보정 상수, a2는 상기 제2커패시터에 관한 보정 상수, τ는 상기 제1RC 회로의 시상수, α는 상기 제3커패시터에 관한 보정 상수이다.
제8 구현예는, 제6 구현예 또는 제7 구현예에 있어서,
상기 제2 연산부는,
하기의 수학식 2를 이용하여 상기 이온벌크저항의 저항값을 연산하는 것을 특징으로 하는 전극 성능 평가시스템에 관한 것이다:
[수학식 2]
Figure 112017111391446-pat00018
여기서, RLi _bulk는 상기 이온벌크저항, k는 상기 전해액의 이온전도도, L은 상기 전극의 활물질층에 대한 두께, A는 상기 전극의 면적과 상기 전극의 활물질층에 대한 기공도를 곱한값을 나타낸다.
제9 구현예는, 제6 내지 제8 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 유효비틀림도를 미리 설정된 기준치와 대비하여 상기 전극에 대한 성능 평가 결과를 생성하여 디스플레이를 통해 출력하는 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 성능 평가시스템에 관한 것이다.
제10 구현예는, 제6 내지 제9 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 제2저항의 저항값을 미리 설정된 기준치와 대비하여 상기 전극에 대한 성능 평가 결과를 생성하여 디스플레이를 통해 출력하는 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 성능 평가시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 초회 충방전을 진행하기 전에 전극조립체에 대한 회로모델(또는 등가회로)을 이용한 임피던스 피팅을 통하여 전극 내에서 리튬 이온이 분리막에서 집전체까지 확산되는 동안의 저항값을 정량적으로 연산함으로써 전극 성능을 평가할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 임피던스 피팅을 통해 전극의 활물질층과 집전체의 계면 사이에 존재하는 저항을 정량적으로 연산함으로써 활물질층과 집전체 사이의 컨택 저항 성능을 평가할 수 있다.
상기와 같은 전극 성능 평가 방법에 따라 전지의 성능을 미리 비교 분석할 수 있다. 이를 통해 불량 전극의 생산 공정 투입을 스크리닝하여 차단함으로써 전지 생산 원가를 절감할 수 있다.
상기와 같은 전극 성능 평가 방법은 양극 또는 음극의 단일 전극에 대한 평가가 가능하며, 양/음극 쌍에 대한 통합적인 측정도 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전극 성능 평가장치를 포함하는 전극 성능 평가시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극 성능 평가장치의 구성도이다.
도 3은 도 2에 따른 전극 성능 평가시스템의 전극 성능 평가방법의 흐름도이다.
도 4는 전극조립체에 대한 회로모델(등가회로)의 바람직한 실시예를 나타낸 회로도이다.
도 5는 실시예 1 내지 3에 따라 준비된 각각의 전극조립체에 대해 획득한 주파수별 임피던스 측정 데이터를 플로팅한 그래프이다.
도 6은 실시예 4 내지 6에 따라 준비된 각각의 전극조립체에 대해 획득한 주파수별 임피던스 측정 데이터를 플로팅한 그래프이다.
도 7은 실시예 4 내지 6에 따라 준비된 각각의 전극조립체에 대응되는 회로 모델에 포함된 제2저항의 저항값을 플로팅한 그래프이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 성능 평가장치를 포함하는 전극 성능 평가시스템의 전체적인 구성을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전극 성능 평가장치를 포함하는 전극 성능 평가시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 전극 성능 평가시스템은 전극조립체(10), 임피던스 측정장치(20) 및 전극 성능 평가장치(100)를 포함한다.
도 1을 참조하면, 상기 전극조립체(10)는 전기화학소자에 사용되는 전극을 포함한다. 전극조립체(10)는 후술하는 전극 성능 평가시스템의 검사대상체로서, 최초 충방전이 되기 전의 상태로 있는 것을 전제로 한다.
보다 구체적으로, 전극조립체(10)는 제1 전극(11), 제2 전극(12) 및 분리막(13)을 포함한다. 제1 전극(11)은 제1 집전체(11-2)와 상기 제1 집전체(11-2) 상에 형성된 활물질층(11-1)을 포함한다. 제2 전극(12)은 제2 집전체(12-2)와 상기 제2 집전체(12-2) 상에 형성된 활물질층(12-1)을 포함한다. 이 경우, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 동일한 극성이거나 서로 상이한 극성일 수 있다. 제1 전극(11)과 제2 전극(12)의 극성이 동일한 경우, 각 전극에 코팅된 활물질층도 동일하다. 제1 전극(11)과 제2 전극(12)의 극성이 서로 상이한 경우, 각 전극에 코팅된 활물질층도 상이하며, 분리막(13)에는 선택적으로 기준전극(도시하지 않음)이 결합될 수 있다.
이하에서 설명하는 전극조립체(10)는 도 1에 나타낸 구성임을 전제하여 설명하며, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)의 극성이 서로 동일한 경우를 가정한다.
임피던스 측정장치(20)는 전극조립체(10)에 다양한 주파수의 교류전류 신호를 입력하여 전극조립체(10)의 임피던스를 측정한다. 예를 들어, 임피던스 측정장치(20)는 미리 설정된 복수의 주파수 조건에서 전기화학 임피던스 분광방법(EIS, Electrochemical Impedance Spectroscopy)을 이용하여 주파수 별로 전극조립체(10)의 임피던스를 측정한다. 교류전류 신호의 진폭, 즉 교류전류의 크기는 전지의 충방전 전류의 크기를 고려하여 적절하게 설정된다. 일 예로, 교류전류의 크기는 1 μA 내지 1A 로 조절될 수 있다.
바람직하게, 임피던스 측정장치(20)는 통신 케이블을 통해 전극 성능 평가장치(100)와 연결된다. 상기 임피던스 측정장치(20)는 전극조립체(10)에 대하여 측정된 주파수 별 임피던스 측정 데이터를 상기 통신 케이블을 통해 상기 전극 성능 평가장치(100) 측으로 출력한다. 상기 통신 케이블은 상기 전극 성능 평가장치(100)의 입출력 인터페이스(I/O interface)에 연결될 수 잇다.
임피던스 측정장치(20)에서 전극조립체(10)에 인가하는 교류전류 신호의 주파수는 사용자의 설정에 의해 달라질 수 있다. 바람직하게, 교류전류의 주파수는 1 mHz 내지 1 GHz의 범위에서 수십 내지 수백 포인트로 가변될 수 있다.
주파수 별 임피던스 측정 데이터는 실수부 값과 허수부 값을 포함한다. 임피던스 측정장치(20)에서 출력되는 주파수 별 임피던스 측정 데이터는 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이 프로파일 형태의 그래프로 나타낼 수 있다.
도 5 및 도 6에 있어서, 플로팅된 점의 x 좌표는 임피던스 측정 데이터의 실수부 값에 해당하고, 플로팅된 점의 y 좌표는 임피던스 측정 데이터의 허수부 값에 해당한다.
도 5 및 도 6에는 각각 3개의 임피던스 측정 데이터의 프로파일이 표시되어 있다. 각 임피던스 측정 데이터의 프로파일은 다른 사양으로 제조된 전극조립체를 기준으로 측정된 것이다. 전극조립체들은 활물질층에 포함된 도전재의 함량이 다르거나 활물질층 코팅시의 공정 조건이 상이하여 활물질층의 기공 구조가 상이할 수 있다.
전극 성능 평가장치(100)는 임피던스 측정장치(20)로부터 전극조립체(10)에 대해 측정된 주파수별 임피던스 측정 데이터를 수신하여 획득한다. 전극 성능 평가장치(100)는 획득한 주파수별 임피던스 측정 데이터를 기초로 임피던스 방정식을 이용하여 유효비틀림도(Effective Tortuosity)를 연산하여 전극의 성능을 평가한다. 유효비틀림도의 개념과 계산 과정은 이후에 자세히 설명하기로 한다.
전극 성능 평가장치(100)는 전극을 포함하는 전극조립체(10)의 초회 충방전 전의 성능을 평가함으로써 불량 전극을 스크리닝(선별)할 수 있고 불량 전극이 실제 전지의 생산 공정에 투입되는 것을 막을 수 있어 생산 원가를 절감할 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 전극 성능 평가시스템 및 전극 성능 평가방법에 대해 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극 성능 평가장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전극 성능 평가장치(100)는 임피던스 획득부(110), 방정식 결정부(120), 제1 연산부(130), 제2 연산부(140) 및 제3 연산부(150)를 포함한다.
임피던스 획득부(110)는 통신 케이블을 통해 임피던스 측정장치(20)로부터 복수의 주파수 조건에서 측정된 전극조립체(10)의 주파수별 임피던스 측정 데이터를 입력 받아 획득한다.
상기 주파수별 임피던스 측정 데이터는 전기화학 임피던스 분광방법(EIS, Electrochemical Impedance Spectroscopy)으로 측정된 것이다. EIS 방법에 의한 임피던스 측정 방식은 당업계에 널리 알려져 있으므로 여기에서의 자세한 설명은 생략한다.
임피던스 획득부(110)는 입출력 인터페이스(I/O 인터페이스)를 통해 외부의 임피던스 측정장치(20)와 통신 케이블을 통해 연결되어 임피던스 측정에 사용된 교류전류 신호의 주파수와 해당 주파수에서 측정된 전극조립체(10)의 임피던스 측정 데이터를 상기 임피던스 측정장치(20)로부터 수신한다. 주파수별 임피던스 측정 데이터는 전극을 구성하는 활물질층 및 집전체의 종류와 도전재의 함량 등에 따라 달라진다. 임피던스 획득부(110)는 입출력 인터페이스를 통해 임피던스 측정장치(20)로부터 획득한 주파수별 임피던스 측정 데이터를 메모리(미도시)에 저장하고 제1 연산부(130)로 출력한다.
방정식 결정부(120)는 전극조립체(10)에 대응되는 회로모델(등기회로)을 이용하여 임피던스 방정식을 결정한다. 여기서, 회로모델은 전극조립체(10)에 교류전류 신호가 인가되었을 때 전극조립체(10)의 양측에 구비된 한 쌍의 홀더(14)를 통해 측정되는 교류전압 신호를 근사적으로 모사할 수 있는 등가회로를 의미한다.
회로모델을 구성하는 등가회로는 교류전류 신호가 인가되었을 때 회로의 양단에 교류전압 신호를 출력할 수 있도록 복수의 회로소자를 포함한다. 복수의 회로소자의 종류는 특별히 제한되지 않는데, 바람직하게는 저항(R), 인덕터(L) 및 커패시터(C)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 회로 소자를 포함한다.
회로 모델을 구성하는 회로 소자들은 교류전류 신호가 회로에 인가되었을 때 회로의 양단을 통해 임피던스 측정장치(20)의 홀더(14)를 통해 측정되는 교류전압 신호와 동일 또는 유사한 교류전압 신호를 출력할 수 있도록 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
회로소자들 상호 간의 직렬 또는 병렬 연결 방식은 시행착오에 의해 구체적으로 결정될 수 있다. 또한, 회로 모델을 구성하는 등가회로가 복수의 회로 소자를 포함할 경우, 저항, 인덕터 또는 커패시터가 복수 개 포함되는 것을 제한하지 않는다.
도 4는 전극조립체(10)에 대한 회로모델의 바람직한 실시예를 나타낸 회로도이다.
도 4를 참조하면, 전극조립체(10)의 회로모델(400)은 제1저항(401), 제1저항(401)과 직렬 연결된 제2저항(402), 제2저항(402)과 직렬 연결되고 제1RC 회로를 포함하는 TLM 임피던스(403), 및 TLM 임피던스(403)와 병렬 연결되고 제2저항(402)과 직렬 연결된 제2RC 회로(404)를 포함한다.
TLM 임피던스(403)는 TLM(Transmission Line Model)을 모사하는 임피던스 요소이다. TLM(Transmission Line Model)은 전극 내에 존재하는 기공이 원기둥 형태를 가진다고 가정하고 해당 공간을 통한 리튬 이온의 이동을 회로를 통해 모사하는 모델이다.
TLM 등가회로는 리튬 이온이 기공 내부로 전달될 때의 저항을 모사하는 제3저항(403-1)과 기공 표면에서 발생하는 전기이중층커패시터에 의한 정전 용량을 모사하는 커패시터(403-2)를 포함한다. 바람직하게, 상기 제3저항(403-1)과 상기 커패시터(403-2)는 서로 병렬로 연결된다. 대안적으로, 상기 TLM 등가회로는 복수의 RC 회로를 포함할 수 있고, 복수의 RC 회로는 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
전극조립체(10)의 회로 모델에 있어서, 제1저항(401)과 제2저항(402)은 제1 노드(n1)를 통해 서로 직렬 연결된다. 제2저항(402)의 일단은 제1 노드(n1)와 연결되고, 타단은 제2 노드(n2)와 연결된다. TLM 임피던스(403)의 일단은 제2 노드(n2)와 연결되고, 타단은 제3 노드(n3)와 연결된다. 제2RC 회로(404)의 일단은 제2 노드(n2)와 연결되고, 타단은 제3 노드(n3)와 연결된다.
전극조립체(10)의 회로모델에 있어서, 제1저항(401)은 전극조립체(10)의 오믹(ohmic) 저항을 모사한다. 제2저항(402)은 전극의 활물질층과 집전체 사이의 계면 저항을 모사한다. TLM 임피던스(403)에 포함된 제3저항(403-1)은 리튬 이온이 기공 내부를 통해 전달될 때의 리튬전달저항을 모사하고, TLM 임피던스(403)에 포함된 커패시터(403-2)는 기공 표면에서 발생하는 전기이중층커패시터에 의한 정전 용량을 모사한다. 제2RC 회로(404)에 포함된 제4저항(404-1)과 커패시터(404-2)는 전극의 활물질층에서 리튬 이온과 전자의 산화/환원 반응에서 리튬 이온에 대해 작용하는 전하전달 저항과 상기 산화/환원 반응이 관여하지 않는 나머지 활물질층에서 발생하는 전기이중층커패시터에 의한 정전용량을 제2커패시터를 각각 모사한다.
한편, 전극조립체(10)의 회로모델은 커패시터(405)를 더 포함할 수 있다. 커패시터(405)는 일단이 제1 노드(n1)와 연결되고, 타단이 제3 노드(n3)와 연결된다. 커패시터(405)는 활물질층의 표면에서 전해액과의 반응으로 발생하는 전기이중층커패시터에 의한 정전용량을 모사한다.
도 4에는, 총 3개의 커패시터가 나타나 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 404-2로 지시된 커패시터를 제1커패시터로, 405로 지시된 커패시터를 제2커패시터로, 403-2로 지시된 커패시터를 제3커패시터로 각각 지칭하기로 한다.
한편, 회로모델의 정확도를 향상시키기 위해 회로모델에 인덕터(406)를 더 포함시킬 수 있다. 인덕터(406)는 제1저항(401)과 직렬 연결될 수 있다. 인덕터(406)는 전극조립체를 통해 교류전류가 흘렀을 때 발생되는 유도전류를 모사한다. 인덕터(406)의 인덕턴스 값은 통상적으로 매우 작으므로 회로모델에서 인덕터(406)를 생략할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 방정식 결정부(120)는 전극조립체(10)의 회로모델에 대한 임피던스 방정식을 결정한다. 임피던스 방정식은 전극조립체(10)의 회로모델을 구성하는 회로 소자들의 특성 값들로부터 공지된 회로 이론으로부터 유도될 수 있다.
바람직하게, 도 4에 도시된 회로모델에 관한 임피던스 방정식은 인덕터(406)의 인덕턴스 값, 제1 내지 제4저항(401, 402, 403-1, 404-1)의 저항값, 제1 내지 제2커패시터(404-2, 405)의 커패시턴스 값, 제1RC 회로의 시정수(Time constant), 제1 내지 제3커패시터(404-2, 405, 403-2)와 관련된 보정상수 등을 피팅 변수로 포함하고 주파수를 입력 변수로 포함할 수 있다.
구체적으로, 방정식 결정부(120)는 하기의 수학식 1과 같이 표현되는 임피던스 방정식을 결정할 수 있다.
Figure 112017111391446-pat00019
여기서,
Figure 112017111391446-pat00020
,
Figure 112017111391446-pat00021
,
Figure 112017111391446-pat00022
,
Figure 112017111391446-pat00023
,
Figure 112017111391446-pat00024
,
Figure 112017111391446-pat00025
,
Figure 112017111391446-pat00026
이며,
수학식 1에서 Z(f)는 회로모델 전체의 임피던스 값, i는 허수, f는 주파수, 2πf는 각주파수, L은 인덕터(406)의 인덕턴스 값, R1은 제1저항(401)의 저항 값, R2는 제2저항(402)의 저항 값, R3는 TLM 임피던스(403)의 제1RC 회로에 포함된 제3저항의 저항 값, R4는 제2RC 회로에 포함된 제4저항(404-1)의 저항 값, C 1은 제2RC 회로(404)에 포함되어 있는 제1커패시터(404-2)의 커패시턴스 값, C2 는 제2커패시터(405)의 커패시턴스 값, a1은 제1커패시터(404-2)에 관한 보정 상수, a2는 제2커패시터(405)에 관한 보정상수, τ는 제1RC 회로의 시상수, α는 제3커패시터(403-2)에 관한 보정상수이다.
상기 임피던스 방정식에서 제1 내지 제3 커패시터는 실제로 전류가 흐르지 않는 완벽한 커패시터를 만들지 못하므로 이를 임피던스 방정식에서 보정하기 위한 보정 상수이다.
제1 연산부(130)는 임피던스 방정식(상기 수학식1)의 입력 변수에 해당하는 주파수(전극조립체에 인가된 교류전류 신호의 주파수 조건과 동일하게 설정)를 변화시켜 계산되는 주파수별 임피던스 계산 데이터와 실제 임피던스 측정장치(20)로부터 획득한 주파수별 임피던스 측정 데이터 사이의 오차가 최소화되도록 임피던스 방정식에 포함된 피팅 변수, 즉 회로 요소들의 특성 값을 수치 해석을 통해 피팅한다. 회로 요소들의 특성 값은 전극조립체의 회로모델에 포함되어 있는 각 회로요소의 특성 값을 의미한다. 즉, 상기 제1 연산부(130)는 임피던스 피팅을 통해 임피던스 방정식에 포함된 피팅 변수들, 특히 인덕터(406)의 인덕턴스 값, 제1저항(401), 제2저항(402), 제3저항(403-1) 및 제4저항(404-1)의 저항 값, 제1RC 회로의 시상수 값, 제1 및 제2 커패시터(404-2, 405)의 커패시턴스 값, 제1 내지 제3커패시터(404-2, 405, 403-2)에 관한 보정상수 등을 결정한다.
바람직하게, 본 발명은, 피팅을 통해 결정한 저항 값들 중에서 제2저항(402)의 저항값과 제3저항(403-1)의 저항값을 전극의 성능 평가에 이용한다.
제2저항(402)의 저항 값은 전극의 활물질층과 집전체 계면 사이에 존재하는 컨택 저항을 정량적으로 모사한다. 제2저항(402)의 저항 값은 전극조립체의 활물질층 종류, 전극의 종류, 도전재의 함량에 따라 달라질 수 있다. 일 예로, 제2저항(402)의 저항 값이 작을수록 컨택 저항이 작다. 이 경우, 상기 계면을 통한 전자의 이동이 원활하므로 해당 전극을 포함하는 이차 전지는 저항이 낮아지고, 출력이 높아지며, 급속 충전도 빨라지므로 이차 전지의 성능이 향상된다.
제3저항(403-1)의 저항 값은 전극 내에서 리튬 이온이 활물질층의 기공을 통해 집전체 부분까지 확산하는 과정에서 리튬 이온에 대해 작용하는 확산 저항의 크기를 정량적으로 모사한다. 따라서, 제3저항(403-1)의 저항 값은 전극의 성능을 평가하는 요소로 사용될 수 있다. 제3저항(403-1)의 저항 값은 활물질층 내에 존재하는 기공 구조, 활물질층의 종류, 집전체 금속의 종류, 도전재나 바인더의 함량 등에 따라 달라질 수 있다.
임피던스 피팅은 당업계에 알려진 수치해석 기법에 의해 가능하다. 즉, 임피던스 방정식에 포함된 복수의 피팅 변수들을 변화시키면서 주파수별 임피던스 계산 데이터를 산출하고 주파수별 임피던스 계산 데이터와 주파수별 임피던스 측정 데이터의 오차가 최소가 되도록 각각의 피팅 변수 값들을 최적으로 결정할 수 있다. 바람직하게, 임피던스 피팅은 Bio-Logic 회사의 EC-Lab 프로그램을 이용하여 실시할 수 있다.
제1연산부(130)는 피팅을 통해 임피던스 방정식에 포함된 회로 요소의 특성 값들을 결정한 후 특정 값들 중의 일부, 특히 TLM 임피던스(403)에 포함된 제3저항(403-1)의 저항값을 제3 연산부(150)로 출력할 수 있다
제2 연산부(140)는 전해액의 이온전도도, 전극의 면적, 활물질층의 두께 및 기공도를 이용하여 전해액 내 이온벌크저항의 저항값을 연산한다.
여기서, 이온벌크저항은 리튬 이온이 활물질층의 기공을 통해 집전체까지 이동하는 경로 상에 전해액만 존재한다고 가정하고 전해액을 통해 리튬이온이 이동할 때의 저항을 의미한다. 예를 들면, 활물질, 도전재, 바인더 등에 의해 리튬이온의 방해가 없다고 가정하기 위해, 전극의 면적 중에서 기공도 만큼의 면적만을 부분적으로 고려하고 활물질층의 두께를 이용하여 이온벌크저항을 정량적으로 모사한다. 즉, 전극의 면적 중에서 기공도에 해당하는 부분 면적(partial area) 위에 활물질층 두께만큼 전해액만(only) 채워져 있는 영역이 있다고 가정하고 해당 전해질 영역을 리튬 이온이 통과할 때의 저항이 곧 이온벌크저항이다.
제2 연산부(140)는 이온벌크저항의 저항값을 산출한 후 제3 연산부(150)로 출력한다. 예를 들어, 제2 연산부(140)는 하기의 수학식 2를 이용하여 이온벌크저항의 저항값을 연산할 수 있다.
Figure 112017111391446-pat00027
수학식 2에서, RLi_bulk는 이온벌크저항의 저항값, k는 전해액 내에서의 리튬 이온전도도, L은 활물질층에 대한 두께, A는 전극의 면적과 활물질층의 기공도를 곱한값을 나타낸다.
제3 연산부(150)는 제1 연산부(130)로부터 TLM 임피던스(403)에 포함된 제3저항(403-1)의 저항값을 입력 받고, 제2 연산부(140)로부터 이온벌크저항의 저항값을 입력 받는다. 그리고, 제3 연산부(150)는 제3저항(403-1)의 저항값에 대한 이온벌크저항(수학식2를 통한 계산값)의 저항값 비율에 해당하는 유효비틀림도(effective tortuosity)를 연산한다.
여기서, 유효비틀림도는 전극조립체를 통해 리튬 이온이 이동하는 과정에서 리튬 이온의 이동 경로가 최단 이동 거리 대비 비틀려 있는 정도, 리튬 이온이 이동하는 경로의 수 및 경로 폭을 정량화적으로 추정할 수 있는 간접적 수치이다.
즉, 리튬 이온의 이동 경로가 최단 이동 거리 대비 많이 비틀려 있을수록, 리튬 이온이 이동하는 경로의 개수가 적을수록, 경로의 폭이 좁을수록 유효비틀림도는 증가하는 경향을 보인다.
제3 연산부(150)는 하기 수학식 3을 이용하여 유효비틀림도를 정량적으로 연산한다.
Figure 112017111391446-pat00028
본 발명에 있어서, 유효비틀림도는 전극의 성능을 평가하는 중요한 지표로 이용된다. 즉, 유효비틀림도가 작을수록 리튬 이온의 이동이 그만큼 원활하다. 이는 리튬 이온의 이동 경로가 최단 경로 대비 적게 비틀려 있거나, 경로의 개수가 많거나, 경로의 폭이 좁기 때문이다. 유효비틀림도가 작을수록 전극의 저항이 낮아지고, 전지의 출력이 높아지며 급속 충전도 빨라지므로 전지의 성능이 향상된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전극 성능 평가장치는 판단부(160)를 더 포함할 수 있다. 판단부(160)는 유효비틀림도를 미리 설정된 기준치와 대비하여 전극조립체의 전극에 대한 성능 평가 결과를 생성한다. 이를 위해, 제3 연산부(150)는 유효비틀림도를 판단부(160)로 출력한다. 그러면, 판단부(160)는 제3 연산부(150)로부터 전극조립체에 대한 유효비틀림도를 수신한 후 미리 설정된 기준치와 비교하여 외부의 디스플레이(도시하지 않음)를 통해 전극의 불량 여부에 대한 정보를 출력할 수 있다. 즉, 판단부(160)는 유효비틀림도가 기준치보다 크면 전극의 성능이 불량한 것으로 판정하고, 반대로 유효비틀림도가 기준치 이하이면 전극의 성능이 우수한 것으로 판정할 수 있다. 유효비틀림도를 기초로 한 전극의 성능 평가 결과는 문자, 숫자, 이미지 등의 형태로 디스플레이를 통해 출력될 수 있다.
또한, 판단부(160)는 제1 연산부(130)로부터 제2저항(402)의 저항값을 입력 받은 후 제2저항(402)의 저항값을 미리 설정된 기준치와 대비하여 전극에 대한 성능 평가 결과를 생성할 수 있다. 제2저항(402)는 전극의 활물질층과 집전체 계면 사이에 존재하는 컨택 저항을 정량적으로 모사한다. 따라서, 제2저항(402)이 클수록 활물질층과 집전체 계면 사이의 저항이 크므로 활물질층과 집전체의 컨택 저항이 크다. 따라서, 제2저항(402)에 대해 기준치를 설정한 후 제2저항(402)의 저항 값이 기준치보다 크면 컨택 저항 특성이 불량하다고 판정할 수 있고, 반대로 제2저항(402)의 저항 값이 기준치보다 작으면 컨택 저항 특성이 양호하다고 판정할 수 있다. 또한, 판단부(160)는 전극조립체에 대한 제2저항(402)의 저항값을 기초로 한 전극의 성능 평가 결과를 외부의 디스플레이(도시하지 않음)를 통해 출력할 수 있다. 예를 들어, 제2저항(402)의 저항값을 기초로 한 전극의 성능 평가 결과는 문자, 숫자, 이미지 등의 형태로 디스플레이를 통해 출력될 수 있다.
도 3은 도 2에 따른 전극 성능 평가장치의 전극 성능 평가방법의 흐름도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전극 성능 평가방법은. 먼저 성능 평가의 대상이 되는 전극조립체(10)를 홀더(14) 사이에 장착한 후 전해액이 담긴 용기에 침지시킨다(S110).
그런 다음, 임피던스 측정장치(20)를 이용하여 전극조립체(10)에 복수의 주파수 조건에서 교류전류 신호를 인가하면서 홀더(14)를 통해 교류전압 신호를 측정함으로써 각 주파수별 임피던스 측정 데이터를 생성하여 통신 케이블을 통해 전극 성능 평가장치(100)의 입출력 인터페이스에 입력한다(S110).
이어서, 전극 성능 평가장치(100)의 임피던스 획득부(110)는 입출력 인터페이스를 통해 홀더(14)에 장착된 전극조립체(10)에 대해 측정된 주파수별 임피던스 측정 데이터를 획득한다(S120). 또한, 임피던스 획득부(110)는 임피던스 측정장치(20)로부터 획득한 주파수별 임피던스 측정 데이터를 메모리에 저장하고 제1 연산부(130)로 출력한다.
다음으로, 방정식 결정부(120)는 전극조립체(10)에 대응되는 미리 결정된 회로모델을 이용하여 임피던스 방정식을 결정한다(S130). 바람직한 실시예에 따른 회로모델은 도 4를 참조하여 자세하게 설명하였다.
보다 구체적으로, 방정식 결정부(120)는 전술한 수학식 1과 같이 표현되는 임피던스 방정식을 결정할 수 있다.
다음으로, 제1 연산부(130)는 임피던스 방정식로부터 수학적으로 계산되는 주파수별 임피던스 계산 데이터와 임피던스 획득부(110)로부터 수신한 주파수별 임피던스 측정 데이터 사이의 오차가 최소화되도록 임피던스 방정식에 포함된 피팅 변수, 즉 회로 요소의 특성 값들을 최적으로 피팅한다(S140). 이 과정에서, 상기 수학식 1로 나타낸 임피던스 값에 포함된 회로 요소들의 특성 값들, 즉 인덕터(406)의 인덕턴스 값, 제1 내지 제4 저항(401, 402, 403-1, 404-1)의 저항 값, 제1RC 회로(403)의 시정수, 제1 및 제2커패시터(404-2, 405)의 커패시턴스 값, 제1 내지 제3커패시터(404-2, 405, 403-2)에 관한 보정 상수 등이 결정된다. 제1 연산부(130)는 TLM 임피던스(403)에 포함된 제3저항(403-1)의 저항 값을 제3 연산부(150)로 출력한다.
다음으로, 제2 연산부(140)는 전해액의 이온전도도, 전극의 면적, 활물질층의 두께 및 기공도를 이용하여 전술한 수학식 2를 이용하여 전해액 내 이온벌크저항의 저항값을 연산한다(S150). 또한, 제2 연산부는 이온벌크저항의 저항값을 제3 연산부(150)로 출력한다.
다음으로, 제3 연산부(150)는 상술한 수학식 3에 따라 제2 연산부(140)로부터 수신한 이온벌크저항의 저항 값을 기준으로 하여 제1 연산부(130)로부터 수신한 제3저항의 저항 값 비율을 계산하여 유효비틀림도를 연산한다(S160).
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전극 성능 평가방법은 S160 단계 이후에 유효비틀림도 및 제2저항(402)의 저항값을 이용하여 전극의 성능을 평가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
즉, 판단부(160)는 제3 연산부(150)로부터 유효비틀림도를 입력 받고 미리 설정된 기준치와 대비하여 전극조립체(10)의 전극에 대한 성능 평가 결과를 생성할 수 있다. 또한, 판단부(160)는 생성된 성능 평가 결과를 외부의 디스플레이(도시하지 않음)를 통해 출력할 수 있다. 예를 들어, 유효비틀림도가 기준치보다 크면 전극의 활물질층을 통한 리튬의 확산전달 성능이 불량임을 나타내는 정보를 문자, 숫자, 이미지 등으로 표시할 수 있고, 반대로 유효비틀림도가 기준치 이하이면 전극의 활물질층을 통한 리튬의 확산전달 성능이 양호하다는 것을 나타내는 정보를 문자, 숫자, 이미지 등으로 표시할 수 있다.
또한, 판단부(160)는 제1 연산부(130)를 통해 제2저항(402)의 저항 값을 수신한 후 미리 설정된 기준치와 대비하여 제2저항(402)의 저항 값을 토대로 전극에 대한 성능 평가 결과를 생성할 수 있다. 또한, 판단부(160)는 생성된 성능 평가 결과를 외부의 디스플레이를 통해 출력할 수 있다. 예를 들어, 제2저항(402)의 저항 값이 기준치보다 크면 활물질층과 집전체의 컨택 저항 특성이 불량임을 나타내는 정보를 문자, 숫자, 이미지 등으로 표시할 수 있고, 반대로 제2저항(402)의 저항 값이 기준치 이하이면 활물질층과 집전체의 컨택 저항 특성이 양호하다는 것을 나타내는 정보를 문자, 숫자, 이미지 등으로 표시할 수 있다.
본 발명에 있어서 전기화학소자는 전극 자체에 도전성이 있으며 다공성을 갖는 전극을 가지면 제한 없이 사용 가능하다. 예를 들면, 이차전지, 수퍼 커패시터, 축전지, 연료 전지 등에 사용 가능하다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 이차전지는 리튬이온 이차전지, 리튬폴리머 이차전지, 리튬메탈 이차전지, 리튬이온 폴리머 이차전지일 수 있다.
본 발명에 있어서 전극은 양극 또는 음극을 지칭하며 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 전극활물질을 전극 집전체에 결착된 형태로 제조할 수 있다.
상기 전극활물질 중 양극활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학소자의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들을 조합한 리튬복합산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 음극활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학소자의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite) 또는 기타 탄소류 등과 같은 리튬 흡착물질 등이 바람직하다. 양극 집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극 집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.
상기 분리막은 음극과 양극을 전기적으로 절연시키는 절연막이면 제한없이 사용 가능하다. 본 발명의 일 실시양태에 따르면, 상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머, 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 경우에 따라서 상기 분리막의 최외곽면에 분리막의 내열 안정성을 높이기 위해 무기물 입자를 포함하는 무기 코팅층이 더 형성될 수 있다. 상기 분리막은 고체 전해질일 수 있다.
본 발명의 전기화학소자에서 사용될 수 있는 전해액은 A+B-와 같은 구조의 염으로서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하고 B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 -와 같은 음이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염이 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤 (g-부티로락톤) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 또는 해리된 것이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 측정장치(20)에서 홀더(14)는 전해액에 부식되지 않는 소재이면 제한 없이 사용 가능하며, 본 발명의 측정장치(20)에서 기준 전극은 일정한 전압을 유지할 수 있는 것이라면 어떤 전극이든 사용 가능하다.
실시예
이하에서는 실시예를 통해 본 발명에 따른 전극 성능 평가시스템 및 전극 성능 평가방법에 의해 전극조립체의 조건에 따라 전극 성능을 평가한다는 것을 구체적으로 설명한다. 그러나, 실시예는 본 발명의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
실시예1에서는 음극활물질(graphite), 도전재(카본 블랙), 바인더(SBR)를 각각 95.5 : 1 : 3.5의 중량비로 탈이온수에 투입하고 믹싱하여 음극 슬러리를 제조하고, 제조된 음극 슬러리를 음극 집전체로서 20 ㎛ 두께의 구리 호일에 4.0 mAh/㎠의 용량으로 코팅 후 건조 및 압착하여 음극을 제조하였다. 상기 음극 슬러리의 건조 온도는 40 ℃이었으며 건조 시간은 12 시간이었다. 상기 음극 두 장 사이에 분리막(다공성 폴리에틸렌 소재, 두께 20 ㎛)을 개재하고 한 쌍의 홀더 사이에 장착하였다. 그런 다음, 전극조립체가 장착된 홀더를 전해액이 담긴 용기에 침지시켰다.
상기 전해액은 에틸렌 카보네이트(EC, Ethylene Carbonate), 에틸메틸카보네이트(EMC, Ethyl Methyl Carbonate)가 70 : 30 (부피비)인 유기 용매에 LiPF6를 1M 농도로 첨가하여 준비한 것이다.
이후 본 발명에 따른 전극 성능 평가시스템 및 전극 성능 평가방법을 이용해 상기 전극조립체의 성능을 평가하였다.
임피던스 측정장치가 전극조립체에 인가하는 교류전류 신호의 주파수는 500kHz 내지 0.1Hz 사이에서 100 point 이상이 되도록 변화시켰다. 교류전압의 크기(진폭)은 100 mV로 조절하였고, 전해액이 담긴 용기의 온도를 25℃로 유지하였다.
집전체에 코팅된 활물질층의 기공도는 30%, 전극의 면적은 1.5㎠, 전해액 내의 리튬의 이온전도도는 9 mS/cm로 측정되었다. 활물질층의 기공도는 음극활물질(graphite), 도전재(카본 블랙), 바인더(SBR)을 포함하는 활물질층의 밀도를 이용해 구한 활물질층의 밀도(dcalculated)와 실제 코팅하고 압연한 활물질층의 무게 및 두께를 이용해 구한 밀도(delectrode)를 이용한 수학식 4로 계산하였다. 전해액 내의 리튬의 이온전도도는 도전율계(conductivity meter) 장비로 측정하였다.
Figure 112017111391446-pat00029
실시예 2
상기 음극 슬러리의 건조 온도를 80 ℃, 건조 시간을 12 시간으로 제어한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 전극조립체를 제조하여 전극조립체의 성능을 평가하였다.
집전체에 코팅된 활물질층의 기공도는 30%, 전극의 면적은 1.5㎠, 전해액 내의 리튬의 이온전도도는 9 mS/cm로 측정되었다. 활물질층의 기공도는 음극활물질(graphite), 도전재(카본 블랙), 바인더(SBR)을 포함하는 활물질층의 밀도를 이용해 구한 활물질층의 밀도(dcalculated)와 실제 코팅하고 압연한 활물질층의 무게 및 두께를 이용해 구한 밀도(delectrode)를 이용한 수학식 4로 계산하였다. 전해액 내의 리튬의 이온전도도는 도전율계(conductivity meter) 장비로 측정하였다.
실시예 3
상기 음극 슬러리의 건조 온도를 120 ℃, 건조 시간을 12 시간으로 제어한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 전극조립체를 제조하여 전극조립체의 성능을 평가하였다.
집전체에 코팅된 활물질층의 기공도는 30%, 전극의 면적은 1.5cm2, 전해액 내의 리튬의 이온전도도는 9 mS/cm로 측정되었다. 활물질층의 기공도는 음극활물질(graphite), 도전재(카본 블랙), 바인더(SBR)을 포함하는 활물질층의 밀도를 이용해 구한 활물질층의 밀도(dcalculated)와 실제 코팅하고 압연한 활물질층의 무게 및 두께를 이용해 구한 밀도(delectrode)를 이용한 수학식 4로 계산하였다. 전해액 내의 리튬의 이온전도도는 도전율계(conductivity meter) 장비로 측정하였다.
도 5는 실시예 1 내지 3에 따라 준비된 각각의 전극조립체에 대해 획득한 주파수별 임피던스 측정 데이터를 플로팅한 그래프이다.
실시예 1 내지 3의 경우, 전극 면적, 전극 두께, 전극의 활물질층은 동일하지만, 음극 제조시의 슬러리 코팅 공정(활물질층 건조 온도)을 다르게 제어하여 활물질층 내의 바인더 토폴로지, 즉 바인더에 의해 결착된 활물질 입자 사이의 공간 구조가 상이하다. 실시예 1 내지 3이 서로 상이한 바인더 토폴로지를 가짐에 따라 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 실시예 1 내지 3에 따른 전극조립체에 대해 피팅한 피팅 변수인 제3저항의 저항값과 이로부터 계산한 유효비틀림도가 다르게 산출된다. 따라서, 유효비틀림도는 전극의 성능을 평가할 수 있는 유효한 파라미터가 될 수 있음을 확인할 수 있다.
즉, 유효 비틀림도가 다른 전극을 사용하여 제조된 전지의 성능을 평가하고 유효 비틀림도와 성능의 상관 관계를 경험적/실험적으로 규명한 후 그 결과를 바탕으로 유효 비틀림도의 기준치를 설정하고 기준치 보다 유효 비틀림도가 작은 전극은 리튬이온의 이동 성능이 양호한 전극으로, 반대로 기준치 보다 유효 비틀림도가 큰 전극은 리튬이온의 이동 성능이 불량한 전극으로 평가할 수 있다.
상기 실시예1-3의 유효비틀림도 측정 결과에서는 실시예1의 전극이 리튬이온의 이동 성능이 양호하다. 만약, 유효비틀림도에 대한 기준치가 7.5로 설정되면, 실시예1은 양호로 평가되고 실시예2 및 3은 불량으로 평가될 수 있다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3
제3저항 1.82 1.92 2.07
이온벌크저항 0.25 0.25 0.25
유효비틀림도 7.28 7.68 8.28
실시예 4
양극활물질(LiNiCoMnO2), 도전재(카본 블랙), 바인더(PVDF)를 각각 96.7 : 2 : 1.3의 중량비로 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 투입하고 믹싱하여 양극 슬러리를 제조하고, 제조된 양극 슬러리를 양극 집전체로서 20 ㎛ 두께의 알루미늄 호일에 2.5 mAh/㎠의 용량으로 코팅 후 건조 및 압착하여 양극을 제조하였다. 상기 양극 두 장 사이에 분리막(다공성 폴리에틸렌 소재, 두께 20 ㎛)을 개재하고 한 쌍의 홀더 사이에 장착하였다. 그런 다음, 전극조립체가 장착된 홀더를 전해액이 담긴 용기에 침지시켰다.
상기 전해액은 에틸렌 카보네이트(EC, Ethylene Carbonate), 에틸메틸카보네이트(EMC, Ethyl Methyl Carbonate)가 70 : 30 (부피비)인 유기 용매에 LiPF6를 1M 농도로 첨가하여 준비한 것이다.
이후 본 발명에 따른 전극 성능 평가시스템 및 전극 성능 평가방법을 이용해 상기 전극조립체의 성능을 평가하였다.
임피던스 측정장치가 전극조립체에 인가하는 교류전류 신호의 주파수는 500kHz 내지 0.1Hz 사이에서 100 point 이상이 되도록 변화시켰다. 교류전압의 크기(진폭)은 100 mV로 조절하였고, 전해액이 담긴 용기의 온도를 25℃로 유지하였다.
실시예 5
양극 슬러리를 구성하는 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 함량을 각각 95 : 3 : 2(중량비)로 한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 전극조립체를 제조하여 전극조립체의 성능을 평가하였다.
실시예 6
양극 슬러리를 구성하는 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 함량을 각각 93.3 : 4 : 2.7(중량비)로 한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 전극조립체를 제조하여 전극조립체의 성능을 평가하였다.
도 6은 실시예 4 내지 6에 따라 준비된 각각의 전극조립체에 대해 획득한 주파수별 임피던스 측정 데이터를 플로팅한 그래프이다. 또한, 도 7은 실시예 4 내지 6에 따라 준비된 각각의 전극조립체에 대응되는 회로 모델에 포함된 제2저항의 저항값을 플로팅한 그래프이다.
실시예 4 내지 6의 경우 전극 면적, 전극 두께, 전극의 활물질층이 동일하지만 양극 슬러리 내의 양극활물질, 도전재, 바인더의 함량이 상이하다. 이에 따라 본 발명에 따른 임피던스 피팅법을 적용한 결과, 하기 표 2에 나타낸 바와 같이 제3저항 및 제2저항의 값이 다르게 피팅되었다.
따라서, 제2저항 및 제3저항이 다른 전극을 사용하여 제조된 전지의 성능을 평가하고 제2저항 및 제3저항과 전극 성능의 상관 관계를 경험적/실험적으로 규명한 후 그 결과를 바탕으로 제2저항 및 제3저항의 기준치를 설정하고 기준치와 본 발명에 따라 피팅된 제2저항과 제3저항을 대비하여 전극의 품질을 평가할 수 있다.
실시예 4 실시예 5 실시예 6
도전재 함량 2 wt% 3 wt% 4 wt%
제3저항 4.00 6.17 7.44
제2저항 1.17 0.88 0.74
실시예 4는 제3저항이 가장 낮으므로 활물질층 내에서의 리튬이온의 이동 성능은 좋지만 제2저항이 가장 크므로 활물질층과 집전체 사이의 컨택 저항 특성이 다른 실시예에 비해 낮다고 평가할 수 있다. 또한, 제2저항에 대한 기준치가 1.00으로 설정되면, 실시예 5 및 실시예 6의 전극은 활물질층과 집전체의 컨택 저항 특성이 양호하다고 평가할 수 있다.
상술한 실시예에 있어서, 전극 성능 평가 장치를 구성하는 임피던스 획득부, 제1 연산부, 제2 연산부, 제3 연산부, 및 판정부는 컴퓨터 프로그램으로 작성되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있으며, 마이크로프로세서에 의해 실행될 수 있다. 본 발명을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다.
전극 성능 평가 장치는 상용화된 컴퓨터 장치로 실현될 수 있으며, 상기 임피던스 획득부, 제1 연산부, 제2 연산부, 제3 연산부, 및 판정부를 포함하는 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 장치의 기록매체(예를 들어, 하드 디스크)에 실행가능하도록 스톨될 수 있고, 오퍼레이터의 요청에 의해 실행될 수 있다. 상기 컴퓨터 장치는 임피던스 측정장치로부터 주파수별 임피던스 측정 데이터를 입력 받을 수 있도록 입출력 인터페이스(I/O 인터페이스)통해 통신 케이블을 매개로 임피던스 측정장치와 연결될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 양태를 설명함에 있어서, '~부'라고 명명된 구성 요소들은 물리적으로 구분되는 요소들이라고 하기 보다 기능적으로 구분되는 요소들로 이해되어야 한다. 따라서 각각의 구성요소는 다른 구성요소와 선택적으로 통합되거나 각각의 구성요소가 제어 로직(들)의 효율적인 실행을 위해 서브 구성요소들로 분할될 수 있다. 하지만 구성요소들이 통합 또는 분할되더라도 기능의 동일성이 인정될 수 있다면 통합 또는 분할된 구성요소들도 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 당업자에게 자명하다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1 : 전해액
10 : 전극조립체
11 : 제1 전극
11-1 : 제1 활물질층
11-2 : 제1 집전체
12 : 제2 전극
12-1 : 제2 활물질층
12-2 : 제2 집전체
13 : 분리막
14 : 홀더
20 : 임피던스 측정장치
100 : 전극 성능 평가장치
110 : 임피던스 획득부
120 : 방정식 결정부
130 : 제1 연산부
140 : 제2 연산부
150 : 제3 연산부
160 : 판단부
400 : 회로모델
401 : 제1저항
402 : 제2저항
403 : TLM 임피던스
403-1: 제3저항
403-2: 제3커패시터
404 : RC 회로
404-1 : 제4저항
404-2 : 제1커패시터
405 : 제2커패시터
406 : 인덕터

Claims (10)

  1. 전극 성능 평가시스템의 전극 성능 평가방법에 있어서,
    (a) 집전체에 활물질층이 코팅된 전극을 포함하는 전극조립체를 임피던스 측정장치의 홀더에 마운트한 후 전해액에 침지시키고 상기 전극조립체에 복수의 주파수 조건에서 교류전류 신호를 인가하는 단계;
    (b) 상기 임피던스 측정장치로부터 전기화학 임피던스 분광법(EIS, Electrochemical Impedance Spectroscopy)으로 측정된 주파수별 임피던스 측정 데이터를 획득하는 단계;
    (c) 상기 전극조립체에 대응되는 회로모델로서, 인덕터, 상기 인덕터와 직렬 연결된 제1저항, 상기 제1저항과 직렬 연결된 제2저항, 상기 제2저항과 직렬 연결되고 제3저항과 제3커패시터가 병렬 연결된 제1RC 회로가 포함된 TLM 임피던스, 상기 TLM 임피던스와 병렬되고 제4저항과 제1커패시터가 병렬 연결된 제2RC 회로, 및 상기 제2저항 및 상기 TLM 임피던스와 병렬 연결된 제2커패시터를 포함하는 회로모델로부터 상기 인덕터의 인덕턴스 값, 상기 제1 내지 제4 저항의 저항값, 상기 제1 및 제2커패시터의 캐패시턴스 값, 상기 제1RC회로의 시정수를 피팅 변수로 포함하고 주파수를 입력 변수로 포함하는 임피던스 방정식을 결정하는 단계;
    (d) 상기 임피던스 방정식의 주파수를 변화시켜 산출되는 주파수별 임피던스 계산 데이터와 상기 주파수별 임피던스 측정 데이터의 오차가 최소가 되도록 상기 제1 내지 제3저항의 저항값 및 상기 제1RC 회로의 시정수를 포함하는 상기 피팅 변수를 결정하는 단계;
    (e) 전해액의 이온전도도, 상기 전극의 면적, 상기 전극의 활물질층에 대한 두께 및 기공도를 이용하여 상기 전해액 내 이온벌크저항의 저항값을 연산하는 단계; 및
    (f) 상기 이온벌크저항에 대한 저항값을 기준으로 한 상기 제3저항의 저항값 비율인 유효비틀림도를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 성능 평가방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    하기의 수학식 1과 같이 표현되는 상기 임피던스 방정식을 결정하는 단계임을 특징으로 하는 전극 성능 평가방법:
    [수학식 1]
    Figure 112020112748324-pat00030

    여기서,
    Figure 112020112748324-pat00031
    ,
    Figure 112020112748324-pat00032
    ,
    Figure 112020112748324-pat00033
    ,
    Figure 112020112748324-pat00034
    ,
    Figure 112020112748324-pat00035
    ,
    Figure 112020112748324-pat00036
    ,
    Figure 112020112748324-pat00037
    이며,
    수학식 1에서 Z(f)는 전극조립체의 임피던스, i는 허수, f는 주파수, 2πf는 각주파수, L은 상기 인덕터의 인덕턴스 값, R1은 상기 제1저항의 저항 값, R2는 상기 제2저항의 저항 값, R3는 상기 제3저항의 저항 값, R4는 상기 제4저항의 저항 값, C 1은 상기 제1커패시터의 커패시턴스 값, C2 는 상기 제2커패시터의 커패시턴스 값, a1은 상기 제1커패시터에 관한 보정 상수, a2는 상기 제2커패시터에 관한 보정 상수, τ는 상기 제1RC 회로의 시상수, α는 상기 제3커패시터에 관한 보정 상수이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    하기의 수학식 2를 이용하여 상기 이온벌크저항의 저항값을 연산하는 단계임을 특징으로 하는 전극 성능 평가방법:
    [수학식 2]
    Figure 112017111391446-pat00038

    여기서, RLi _bulk는 상기 이온벌크저항, k는 상기 전해액의 이온전도도, L은 상기 전극의 활물질층에 대한 두께, A는 상기 전극의 면적과 상기 전극의 활물질층에 대한 기공도를 곱한값을 나타낸다.
  4. 제1항에 있어서,
    (g1) 상기 유효비틀림도를 미리 설정된 기준치와 대비하여 상기 전극에 대한 성능 평가 결과를 생성하고 디스플레이를 통해 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 성능 평가방법.
  5. 제1항에 있어서,
    (g2) 상기 제2저항의 저항값을 미리 설정된 기준치와 대비하여 상기 전극에 대한 성능 평가 결과를 생성하고 디스플레이를 통해 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 성능 평가방법.
  6. 전극을 포함하는 전극조립체에 대해 전기화학 임피던스 분광법(EIS, Electrochemical Impedance Spectroscopy)으로 측정된 주파수별 임피던스 측정 데이터를 획득하는 임피던스 획득부;
    상기 전극조립체에 대응되는 회로모델로서, 인덕터, 상기 인덕터와 직렬 연결된 제1저항, 상기 제1저항과 직렬 연결된 제2저항, 상기 제2저항과 직렬 연결되고 제3저항과 제3커패시터가 병렬 연결된 제1RC 회로가 포함된 TLM 임피던스, 상기 TLM 임피던스와 병렬되고 제4저항과 제1커패시터가 병렬 연결된 제2RC 회로, 및 상기 제2저항 및 상기 TLM 임피던스와 병렬 연결된 제2커패시터를 포함하는 회로모델을 이용하여 상기 인덕터의 인덕턴스 값, 상기 제1 내지 제4 저항의 저항값, 상기 제1 및 제2커패시터의 캐패시턴스 값, 상기 제1RC회로의 시정수를 피팅 변수로 포함하고 주파수를 입력 변수로 포함하는 임피던스 방정식을 결정하는 방정식 결정부;
    상기 임피던스 방정식의 주파수를 변화시켜 산출되는 주파수별 임피던스 계산 데이터와 상기 주파수별 임피던스 측정 데이터의 오차가 최소가 되도록 상기 제1 내지 제3저항의 저항값과 상기 제1RC 회로의 시정수를 포함하는 피팅 변수를 결정하는 제1 연산부;
    전해액의 이온전도도, 상기 전극의 면적, 상기 전극의 활물질층에 대한 두께 및 기공도를 이용하여 상기 전해액 내 이온벌크저항의 저항값을 연산하는 제2 연산부; 및
    상기 이온벌크저항의 저항값을 기준으로 한 상기 제3저항의 저항값 비율인 유효비틀림도를 결정하는 제3 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 성능 평가시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 방정식 결정부는,
    하기의 수학식 1과 같이 표현되는 상기 임피던스 방정식을 결정하는 것을 특징으로 하는 전극 성능 평가시스템:
    [수학식 1]
    Figure 112020112748324-pat00039

    여기서,
    Figure 112020112748324-pat00040
    ,
    Figure 112020112748324-pat00041
    ,
    Figure 112020112748324-pat00042
    ,
    Figure 112020112748324-pat00043
    ,
    Figure 112020112748324-pat00044
    ,
    Figure 112020112748324-pat00045
    ,
    Figure 112020112748324-pat00046
    이며,
    수학식 1에서 Z(f)는 전극조립체의 임피던스, i는 허수, f는 주파수, 2πf는 각주파수, L은 상기 인덕터의 인덕턴스 값, R1은 상기 제1저항의 저항 값, R2는 상기 제2저항의 저항 값, R3는 상기 제3저항의 저항 값, R4는 상기 제4저항의 저항 값, C 1은 상기 제1커패시터의 커패시턴스 값, C2 는 상기 제2커패시터의 커패시턴스 값, a1은 상기 제1커패시터에 관한 보정 상수,a2는 상기 제2커패시터에 관한 보정 상수, τ는 상기 제1RC 회로의 시상수, α는 상기 제3커패시터에 관한 보정 상수이다.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 연산부는,
    하기의 수학식 2를 이용하여 상기 이온벌크저항의 저항값을 연산하는 것을 특징으로 하는 전극 성능 평가시스템:
    [수학식 2]
    Figure 112017111391446-pat00047

    여기서, RLi _bulk는 상기 이온벌크저항, k는 상기 전해액의 이온전도도, L은 상기 전극의 활물질층에 대한 두께, A는 상기 전극의 면적과 상기 전극의 활물질층에 대한 기공도를 곱한값을 나타낸다.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 유효비틀림도를 미리 설정된 기준치와 대비하여 상기 전극에 대한 성능 평가 결과를 생성하여 디스플레이를 통해 출력하는 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 성능 평가시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제2저항의 저항값을 미리 설정된 기준치와 대비하여 상기 전극에 대한 성능 평가 결과를 생성하여 디스플레이를 통해 출력하는 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 성능 평가시스템.
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