KR102349963B1 - 실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀과 이를 포함하는 측정 시스템과 인-시츄 코인 셀의 제조방법 및 광을 이용한 그 측정방법 - Google Patents
실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀과 이를 포함하는 측정 시스템과 인-시츄 코인 셀의 제조방법 및 광을 이용한 그 측정방법 Download PDFInfo
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Abstract
실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀과 이를 포함하는 측정 시스템과 인-시츄 코인 셀의 제조방법 및 광을 이용한 그 측정방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 인-시츄 코인 셀은 케이스와 밀봉 결합된 캡과, 상기 케이스와 상기 캡 사이에 마련된 에너지 저장 부재를 포함하고, 상기 케이스와 상기 캡 중 적어도 하나에 관통홀이 존재하고, 상기 에너지 저장 부재는 상기 관통홀에 인접한 집전체를 포함하고, 상기 집전체에 관통홀이 존재한다. 상기 집전체와 상기 적어도 하나의 관통홀 사이에 투명 윈도우가 더 구비될 수 있다.
Description
본 개시는 충전과 방전에 따른 이차전지 전극물질의 상태변화를 분석하기 위한 인-시츄(in-situ) 코인 셀에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀과 이를 포함하는 측정 시스템과 인-시츄 코인 셀의 제조방법 및 광을 이용한 인-시츄 코인 셀에 대한 측정방법에 관한 것이다.
리튬 이온전지(Lithium Ion Battery: LIB)는 높은 에너지 밀도와 설계의 용이성으로 인해 모바일 전자기기의 주요 전력 공급원으로 사용되고 있고, 전기자동차나 신재생 에너지의 전력저장장치 등으로 그 응용 범위를 넓혀 가고 있다. 이러한 시장의 요구에 부응하기 위해 보다 높은 에너지 밀도와 장수명 특성을 가지는 LIB 소재에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.
소재의 측면에서 현재 상용화되어 있는 음극의 흑연 소재 및 양극의 리튬 코발트 옥사이드 소재에 비해 합금계 탄소복합 음극소재 혹은 OLO(Over-Lithiated Oxide) 등과 같은 고용량, 고 에너지 밀도를 갖는 양극소재의 경우, 리튬의 연속적인 탈삽입에 따른 구조적 안정성이 아직 확보되지 않아 상용화에 걸림돌이 되고 있다. 따라서 충전과 방전시 전극물질의 상태변화를 실시간으로 관찰하고, 그에 따른 전극의 열화현상을 규명하는 것이 중요할 수 있다.
본 개시는 신뢰성이 높고, 상용중인 이차전지에 적용할 수 있는 분석결과를 제공할 수 있는, 실시간 측정이 가능한 인-시츄 코인 셀을 제공한다.
본 개시는 이러한 인-시츄 코인 셀을 포함하는 측정 시스템을 제공한다.
본 개시는 이러한 인-시츄 코인 셀의 제조방법을 제공한다.
본 개시는 이러한 인-시츄 코인 셀에 대한 광을 이용한 측정방법을 제공한다.
본 개시에서 일 실시예에 의한 실시간 측정이 가능한 인-시츄 코인 셀은 케이스와 밀봉 결합된 캡과, 상기 케이스와 상기 캡 사이에 마련된 에너지 저장 부재를 포함하고, 상기 케이스와 상기 캡 중 적어도 하나에 관통홀이 존재하고, 상기 에너지 저장 부재는 상기 관통홀에 인접한 집전체를 포함하고, 상기 집전체에 관통홀이 존재한다.
이러한 인-시츄 코인 셀에서, 상기 집전체와 상기 적어도 하나의 관통홀 사이에 투명 윈도우가 더 구비될 수 있다.
상기 에너지 저장 부재는 제1 집전체와, 상기 제1 집전체에 접촉된 제1 전극체와, 상기 제1 전극체와 마주하는 제2 전극체와, 상기 제1 및 제2 전극체 사이에 마련된 분리막과, 전해액을 포함한다. 상기 제1 집전체에 제1 관통홀이 존재하고, 상기 제1 관통홀을 통해 상기 제1 전극체의 일부가 노출될 수 있다.
상기 인-시츄 코인 셀은 상기 제2 전극체와 접촉된 제2 집전체를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 집전체에 제2 관통홀이 존재하고, 상기 제2 관통홀을 통해 상기 제2 전극체의 일부가 노출될 수 있다.
상기 케이스와 캡 중 하나와 상기 에너지 저장 부재 사이에 탄성체가 더 구비될 수 있다.
본 개시에서 일 실시예에 의한 측정 시스템은 인-시츄 코인 셀을 포함하고, 상기 인-시츄 코인 셀에 광을 조사하고, 상기 광 조사에 기인하여 상기 인-시츄 코인 셀로부터 발생되는 광을 측정하는 제1 광학 측정 시스템을 포함한다. 이때, 상기 인-시츄 코인 셀은 개시된 일 실시예에 의한 인-시츄 코인 셀일 수 있다.
이러한 측정 시스템에서, 상기 제1 광학 측정 시스템은 광원과, 광원으로부터 받은 광을 상기 인-시츄 코인 셀로 보내고, 상기 인-시츄 코인 셀로부터 받은 광을 통과시키는 광 경로변경수단과, 상기 광 경로변경수단으로부터 받은 광을 상기 인-시츄 코인 셀에 포커싱하고, 상기 인-시츄 코인 셀로부터 받은 광을 상기 광 경로변경수단에 전달하는 렌즈계와, 상기 인-시츄 코인 셀로부터 발생된 서로 다른 광 정보를 측정하는 측정장치를 포함할 수 있다.
상기 광원은 간섭성 광 또는 비간섭성 광을 방출하는 광원일 수 있다.
상기 측정장치는 복수의 측정장치를 포함하고, 상기 복수의 측정장치는 상기 코인 셀로부터 주어지는 서로 다른 광 정보를 측정할 수 있다.
상기 광원은 복수의 광원을 포함하고, 상기 복수의 광원은 서로 다른 파장의 간섭광을 방출할 수 있다.
상기 복수의 측정장치는 광학 이미지 측정용 카메라, 라만 시프트 측정용 분광계 및 PL(photoluminescence) 측정용 분광계를 포함할 수 있다.
상기 인-시츄 코인 셀을 사이에 두고 상기 제1 광학 측정 시스템과 마주하는 제2 광학 측정 시스템을 더 포함할 수 있다.
본 개시에서 일 실시예에 의한 인-시츄 코인 셀 제조방법은 케이스를 준비하는 과정과, 상기 케이스의 수평 부분 상에 에너지 저장 부재를 장착하는 과정과, 상기 에너지 저장 부재를 덮고, 상기 케이스와 밀봉 결합되는 캡을 장착하는 과정을 포함한다. 상기 에너지 저장 부재는 적어도 하나의 집전체를 포함하고, 상기 적어도 하나의 집전체에 관통홀을 형성하며, 상기 케이스와 상기 캡 중 적어도 하나에 관통홀을 형성한다.
이러한 제조방법에서, 상기 케이스를 준비하는 과정은, 상기 케이스의 수평부분에 상기 관통홀을 형성하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 캡을 형성하는 과정은 상기 캡에 상기 관통홀을 형성하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 케이스의 수평부분과 상기 캡에 모두 상기 관통홀을 형성할 수 있다.
상기 에너지 저장 부재를 장착하는 과정은 관통홀이 형성된 제1 집전체와 이에 접촉된 제1 전극체를 배치하는 과정과, 상기 제1 전극체와 마주하는 제2 전극체를 배치하는 과정과, 상기 제1 전극체와 상기 제2 전극체 사이에 분리막을 배치하는 과정과, 상기 제1 전극체에 전해액을 공급하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 제조방법은 관통홀이 형성된 제2 집전체를 상기 제2 전극체에 장착하는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 제조방법은 상기 케이스와 이에 인접한 집전체에 각각 관통홀을 형성하고, 상기 케이스와 상기 집전체 사이에 투명 윈도우를 마련하는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 제조방법은 상기 캡과 이에 인접한 집전체에 각각 관통홀을 형성하고, 상기 캡과 상기 집전체 사이에 투명 윈도우를 마련하는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 케이스와 캡 중 상기 관통홀이 형성되지 않은 부분과 상기 에너지 저장 부재 사이에 탄성체를 배치할 수 있다.
본 개시에서 일 실시예에 의한 인-시츄 코인 셀에 대한 측정방법은 인-시츄 코인 셀에 대한 충전 및 방전동작을 개시한 상태에서 상기 인-시츄 코인 셀에 광을 조사하고, 상기 광 조사에 기인하여 상기 인-시츄 코인 셀로부터 발생되는 광을 측정하는 과정을 포함할 수 있다. 이때, 상기 인-시츄 코인 셀은 개시된 일 실시에 의한 인-시츄 코인 셀을 사용할 수 있다.
개시된 실시간 측정 분석용 인-시츄 코인 셀은 전극체(캐소드/애노드), 압력, 전해질, 전해질 양은 널리 사용되는 코인 셀과 동일할 수 있다. 따라서 개시된 인-시츄 코인 셀을 이용한 분석결과는 실제 사용되는 코인 셀에 직접 적용될 수 있는 신뢰성이 높은 것일 수 있다. 그리고 개시된 인-시츄 코인 셀은 코인 셀의 케이스와 집전체(금속박막)에 간단히 홀을 뚫어 형성할 수 있는 바, 제조방법이 기존의 분석용 인-시츄 셀의 제조방법에 비해 간단할 수 있다. 또한, 충방전을 개시한 후, 광을 전극체(캐소드 및/또는 애노드)에 조사하고, 전극체로부터 산란, 반사 및/또는 방출되는 광을 측정하여 충방전에 따른 전극체의 상태 변화를 분석할 수 있다. 따라서 산란광, 반사광 및/또는 방출광을 이용할 수 있는 다양한 측정 분석방법이 함께 사용될 수 있다. 이러한 점에서 개시된 인-시츄 코인 셀은 측정 분석에 범용성을 갖는다고 할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 서로 다른 실시예에 의한 실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀을 나타낸 단면도들이다.
도 4는 일 실시예에 의한 실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀을 포함하는 제1 측정 시스템의 단면도이다.
도 5는 다른 실시예에 의한 실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀을 포함하는 제2 측정 시스템의 단면도이다.
도 6은 일 실시예에 의한 실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀의 측정방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 일 실시예에 의한 실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀의 충방전시의 전압-용량(voltage-capacity) 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 일 실시예에 의한 실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀의 충방전에 따른 라만 시프트(Raman shift)를 나타낸 그래프이다.
도 9는 일 실시예에 의한 실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀의 충방전에 따른 PL(Photoluminescence) 측정 결과를 보여주는 사진이다.
도 10은 일 실시예에 의한 실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀의 충방전 동안 그래파이트 애노드(graphite anode)의 변화를 보여주는 광학 이미지 사진이다.
도 11 내지 도 20은 일 실시예에 의한 실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀의 제조방법을 단계별로 나타낸 단면도와 평면도이다.
도 21은 도 11 내지 도 20의 제조방법에서 투명 윈도우가 다르게 장착된 경우를 나타낸 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 의한 실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀을 포함하는 제1 측정 시스템의 단면도이다.
도 5는 다른 실시예에 의한 실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀을 포함하는 제2 측정 시스템의 단면도이다.
도 6은 일 실시예에 의한 실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀의 측정방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 일 실시예에 의한 실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀의 충방전시의 전압-용량(voltage-capacity) 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 일 실시예에 의한 실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀의 충방전에 따른 라만 시프트(Raman shift)를 나타낸 그래프이다.
도 9는 일 실시예에 의한 실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀의 충방전에 따른 PL(Photoluminescence) 측정 결과를 보여주는 사진이다.
도 10은 일 실시예에 의한 실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀의 충방전 동안 그래파이트 애노드(graphite anode)의 변화를 보여주는 광학 이미지 사진이다.
도 11 내지 도 20은 일 실시예에 의한 실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀의 제조방법을 단계별로 나타낸 단면도와 평면도이다.
도 21은 도 11 내지 도 20의 제조방법에서 투명 윈도우가 다르게 장착된 경우를 나타낸 단면도이다.
이하, 실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀과 이를 포함하는 측정 시스템과 인-시츄 코인 셀의 제조방법 및 인-시츄 코인 셀에 대한 측정방법에 대한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
먼저, 일 실시예에 의한 실시간 분석을 위한 인-시츄 코인 셀(in-situ coin cell)을 설명한다.
도 1을 참조하면, 코일 셀(C1)은 케이스(42)를 포함한다. 케이스(42)에 제1 관통홀(H1)이 형성되어 있다. 제1 관통홀(H1)을 통해 분석을 위한 광이 조사될 수 있다. 제1 관통홀(H1)의 직경은, 예를 들면 5mm 이하일 수 있는데, 1mm~2mm 정도일 수 있다. 제1 관통홀(H1)의 직경은 광 조사에 필요할 경우, 5mm 이상이 될 수도 있다. 케이스(42)는 수평부분과 수직부분을 포함한다. 제1 관통홀(H1)은 케이스(42)의 상기 수평부분을 관통한다. 케이스(42)의 밑면에 제1 관통홀(H1)을 덮는 투명 보호판(50)이 마련될 수도 있다. 투명 보호판(50)의 구비는 선택적일 수 있다. 투명 보호판(50)은 입사되는 광에 투명한 물질로 형성된 필름일 수 있다. 케이스(42)의 수평부분 상에 제1 투명 윈도우(44)가 마련되어 있다. 제1 투명 윈도우(44)는, 예를 들면 투명한 유리판일 수 있다. 제1 투명 윈도우(44)는 제1 관통홀(H1)을 덮는다. 제1 투명 윈도우(44)는 케이스(42)와 직접 접촉될 수 있다. 제1 투명 윈도우(44)는 부착제를 사용하여 케이스(42)에 부착될 수 있다. 제1 투명 윈도우(44)와 케이스(42)는 밀봉 접착될 수 있다. 따라서 코인 셀(C1) 내에 존재하는 액상 물질, 예컨대 전해질이 케이스(42)와 제1 투명 윈도우(44) 사이로 누출되는 것이 방지될 수 있다. 케이스(42)의 수평부분 상에 제1 금속박막(40)이 마련되어 있다. 제1 금속박막(40)은 제1 투명 윈도우(44) 전체를 덮을 수 있다. 제1 금속박막(40)은 제1 투명 윈도우(44)에 직접 접촉될 수 있다. 제1 금속박막(40)은 그 위에 구비된 제1 전극체(38)의 집전체일 수 있다. 제1 금속박막(40)은, 예를 들면 알루미늄 박막(Al foil) 또는 구리 박막일 수 있다. 제1 금속박막(40)에 제2 관통홀(H2)이 형성되어 있다. 제2 관통홀(H2)은 제1 관통홀(H1) 바로 위에 위치할 수 있다. 제1 관통홀(H1)의 직경 내에 제2 관통홀(H2)이 위치할 수 있다. 제2 관통홀(H2)의 직경은 제1 관통홀(H1)보다 작다. 제2 관통홀(H2)의 직경은, 예를 들면 1mm 이하일 수 있으나, 광 조사 조건과 환경에 따라 증감될 수 있다. 제1 금속박막(40) 상에 제1 전극체(38)가 구비되어 있다. 제1 전극체(38)는 캐소드(cathode) 또는 애노드(anode)일 수 있다. 제1 전극체(38)의 종류에 따라 제1 금속박막의 종류도 정해진다. 예컨대, 제1 전극체(38)가 캐소드인 경우, 집전체인 제1 금속박막(40)은 알루미늄 박막일 수 있다. 제1 전극체(38)가 애노드인 경우, 제1 금속박막(40)은 구리 박막일 수 있다. 제1 전극체(38)는 제2 관통홀(H2)을 덮고, 제1 금속박막(40)의 상부면 전체를 덮는다. 제1 전극체(38)는 제1 금속박막(40)과 직접 접촉될 수 있다. 제1 전극체(38)는 리튬(Li)을 포함하는 활물질을 포함할 수 있는데, 예를 들면 LiCoO2을 포함할 수 있다. 제1 전극체(38)는 전해액을 포함할 수 있다. 제1 전극체(38) 상에 분리막(separator)(36)이 존재한다. 분리막(36)은 제1 전극체(38)와 제2 전극체(34)의 접촉을 방지한다. 분리막(36)은 케이스(42)의 수직부분의 내면과 접촉된다. 분리막(36) 위쪽에 캡(30)이 구비되어 있다. 케이스(42)를 하부 케이스라 한다면, 캡(30)은 상부 케이스라 할 수 있다. 캡(30)은 수평부분과 경사부분을 포함한다. 캡(30)은 분리막(36)을 덮는다. 캡(30)과 케이스(42) 사이는 개스킷(gasket)(46)으로 실링되어 있다. 개스킷(426은, 예를 들면 오링(O-ring)일 수 있는데, 오링외에 다른 실링 부재가 사용될 수도 있다. 캡(30)과 분리막(36) 사이에 제2 전극체(34)가 존재한다. 제2 전극체(34)는 분리막(36)과 접촉될 수 있다. 제2 전극체(34)는 캐소드 또는 애노드일 수 있다. 제1 전극체(38)가 캐소드인 경우, 제2 전극체(34)는 애노드일 수 있다. 그 반대일 수도 있다. 제2 전극체(34)는, 예를 들면 리튬층일 수 있다. 제2 전극체(34)는 순차적으로 적층된 제1 층과 제2 층(미도시)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 층은 서로 접촉될 수 있다. 상기 제1 층은 분리막(36)과 직접 접촉될 수 있다. 상기 제1 층은 활물질로 코팅된 물질층일 수 있고, 이 경우의 물질층은, 예를 들면 그래파이트(graphite)층, 실리콘층, 또는 실리콘-탄소 복합층일 수 있다. 상기 제2 층은 집전체일 수 있다. 이때의 집전체는 알루미늄 박막 상에 구리박막이 증착된 도전막일 수 있다.
계속해서, 제2 전극체(34)와 캡(30) 사이에 탄성체(32)가 존재한다. 탄성체(32)로 인해 코인 셀(C1)의 내부에 주어진 압력이 유지될 수 있다. 탄성체(32)는, 예를 들면 스프링일 수 있다. 제1 전극체(38), 분리막(36), 제1 금속박막(40), 전해액 및 제2 전극체(34) 등은 충전에 의해 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장 부재들일 수 있다.
도 2는 다른 실시예에 의한 인 시츄 코인 셀(C2)을 보여준다. 도 1에 도시된 코인 셀(C1)과 다른 부분에 대해서만 설명한다. 도 2는 캡(30)에 형성된 경우를 보여준다.
도 2를 참조하면, 케이스(42)는 수평부분(42E)과 수직부분(42V)을 포함한다. 케이스(42)의 수평부분(42E)에 홀이 존재하지 않는다. 캡(30)은 수평부분에 제4 관통홀(H4)이 형성되어 있다. 제4 관통홀(H4)의 직경은 제1 관통홀(H1)의 직경과 동일한 범위를 가질 수 있다. 제4 관통홀(H4)을 통해 제2 전극체(34)에 조사될 광이 입사된다. 제2 전극체(34)는 애노드일 수 있다. 캡(30)과 제2 전극체(34) 사이에 제2 금속박막(56)과 제2 투명 윈도우(54)가 순차적으로 적층되어 있다. 제2 금속박막(56)은 제2 전극체(34) 상에 마련되어 있다. 제2 금속박막(56)은 집전체이고, 제2 전극체(34)과 직접 접촉될 수 있다. 제2 금속박막(56)은 도 1의 설명에서 언급한 상기 제2 층에 해당될 수 있다. 제2 금속박막(56)에 제3 관통홀(H3)이 형성되어 있다. 제3 관통홀(H3)은 캡(30)의 제4 관통홀(H4) 아래에 위치할 수 있다. 제3 관통홀(H3)의 직경은 제4 관통홀(H4)보다 작다. 제3 관통홀(H3)은 제4 관통홀(H4)의 직경 내에 존재한다. 분석을 위해 입사되는 광은 제4 관통홀(H4), 제2 투명 윈도우(54) 및 제3 관통홀(H3)을 차례로 지나서 제2 전극체(34)에 입사된다. 제2 투명 윈도우(54)는 캡(30)과 제2 금속박막(56) 사이에 배치되어 양쪽과 접촉될 수 있다. 제2 투명 윈도우(54)는 위로 제4 관통홀(H4)을 덮고, 아래로 제3 관통홀(H3)을 덮는다. 제2 투명 윈도우(54)는 제1 투명 윈도우(44)와 동일한 재료일 수 있다. 분리막(36)은 케이스(42)의 수직부분(42V)의 내면과 접촉된다. 케이스(42)의 수평부분(42E)과 제1 전극체(38) 사이에 탄성체(32)가 구비되어 있다. 탄성체(32)의 역할은 도 1에서와 동일할 수 있다.
도 3은 다른 실시예에 의한 인 시츄 코인 셀(C3)을 보여준다. 도 1 및 도 2에 도시된 코인 셀과 다른 부분에 대해서만 설명한다. 도 3은 케이스(42)의 수평부분(42E)과 캡(30)의 수평부분에 모두 홀이 형성된 경우를 보여준다.
도 3을 참조하면, 케이스(42)의 수평부분(42E)에 제1 관통홀(H1)이 형성되어 있다. 캡(30)의 수평부분에 제4 관통홀(H4)이 형성되어 있다. 도 3의 코인 셀(C3)은 도 1과 도 2의 특징을 결합한 경우에 해당한다. 이때, 케이스(42)에 형성된 제1 관통홀(H1)과 캡(30)에 형성된 제4 관통홀(H4)은 일렬로 정렬될 수 있다. 케이스(42)의 수평부분(42E)과 제1 금속박막(40) 사이에 제1 투명 윈도우(44)가 존재하고, 캡(30)과 제2 금속박막(56) 사이에 제2 투명 윈도우(54)가 존재한다. 제1 및 제2 투명 윈도우(44, 54)의 배치는 도 1과 도 2에서 설명한 바와 동일할 수 있다.
도 3의 코인 셀(C3)은 케이스(42)와 캡(30) 모두에 광 조사를 위한 관통홀들(H1, H4)이 존재하는 바, 케이스(42)의 제1 관통홀(H1) 또는 캡(30)의 제4 관통홀(H4)을 통해 광을 조사하여 충전 및 방전에 따른 제1 전극체(38) 혹은 제2 전극체(34)의 전극물질의 상태변화를 실시간으로 측정할 수 있고, 측정한 자료를 분석하여 충방전에 따른 제1 및 제2 전극체(38, 34)의 상태 변화를 실시간으로 알 수 있다.
한편, 도 3에서 도시를 생략하였지만, 케이스(42)의 수평부분(42E)과 제1 투명 윈도우(44) 사이에 제1 탄성체가 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1 탄성체는 도 1에서 설명한 탄성체(32)와 동일한 것일 수 있다. 상기 제1 탄성체가 구비되는 경우, 제1 투명 윈도우(44)는 도 3에 도시한 상태에서 측방향으로 더 확장되어 케이스(42)의 수평부분(42E)의 대부분을 덮을 수 있고, 수평부분(42E) 전체를 덮을 수도 있다. 상기 제1 탄성체는 광 조사에 방해가 되지 않도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 탄성체는 이러한 제1 투명 윈도우(44)와 수평부분(42E) 사이에서 제1 관통홀(H1)을 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다.
다른 한편으로, 상기 제1 탄성체 대신에 캡(30)과 제2 투명 윈도우(54) 사이에 제2 탄성체(미도시)를 구비할 수도 있다. 이 경우, 제2 투명 윈도우(54)는 도 3에 도시한 상태에서 측방향으로 더 확장되어 캡(30)의 수평부분의 밑면 대부분 혹은 밑면 전체를 덮을 수 있다. 그리고 상기 제2 탄성체는 이러한 제2 투명 윈도우(54)와 캡(30)의 수평부분 사이에서 제4 관통홀(H4)를 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다. 상기 제2 탄성체가 이렇게 배치됨으로써, 상기 제2 탄성체는 광 조사에 방해를 주지 않는다.
다음에는 상술한 인-시츄 코인 셀을 포함하는 분석 시스템에 대한 여러 실시예를 설명한다.
도 4는 일 실시예에 의한 인-시츄 코인 셀을 포함하는 제1 측정 시스템을 보여준다.
도 4를 참조하면, 제1 측정 시스템(AS1)은 도 1의 코인 셀(C1)과 광학 측정시스템(60)을 포함한다. 광학 측정 시스템(60)은 광원(60A), 빔 분할기(splitter)(60B), 렌즈계(60C) 및 측정유닛(장치)(60D)을 포함한다. 광원(60A)은 간섭성광 또는 비간섭성광을 방출할 수 있다. 상기 간섭성광은, 예를 들면 레이저일 수 있다. 상기 비간섭성광은, 예를 들면 백색광(white light)일 수 있다. 빔 분할기(60B)는 광원(60A)으로부터 입사되는 광을 렌즈계(60C)로 반사시키고, 렌즈계(60C)를 통해 입사되는 광은 측정유닛(장치)(60D)로 보내는 위치에 배치될 수 있다. 렌즈계(60C)를 통해 입사되는 광은 코인 셀(C1)에 광이 조사된 결과로 코인 셀(C1)로부터 방출되는 광일 수 있다. 렌즈계(60C)를 통해 빔 분할기(60B)에 입사된 광은 빔 분할기(60B)를 통과하여 측정 유닛(장치)(60D)에 입사된다. 렌즈계(60C)는 편의 상, 단일 렌즈로 도시하였으나, 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈 광학계일 수 있다. 렌즈계(60C)는 코인 셀(C1)의 제1 관통홀(H1) 바로 위쪽에 위치할 수 있다. 렌즈계(60C)의 광축은 제1 금속박막(40)에 형성된 제2 관통홀(H2)의 중심을 지날 수 있다. 렌즈계(60C)는 렌즈계(60C)를 통과하여 코인 셀(C1)에 입사되는 광이 제1 전극체(38)에 포커싱되도록 배치될 수 있는데, 예컨대 제1 전극체(38)의 표면에 포커싱되도록 배치될 수 있다. 렌즈계(60C)와 빔 분할기(60B) 및 측정유닛(장치)(60D)은 동일 광축 상에 배치될 수 있다. 빔 분할기(60B)는 렌즈계(60C)와 측정유닛(장치)(60D) 사이에 배치될 수 있다. 빔 분할기(60B)는 광 경로변경 수단들 중 하나에 불과하다. 따라서 빔 분할기(60B) 대신에 다른 광 경로변경 수단이 사용될 수도 있다. 렌즈계(60C)와 빔 분할기(60B) 및 측정유닛(장치)(60D)은 일렬로 나란히 배치될 수 있다. 광원(60A)과 빔 분할기(60B)는 수평으로 나란히 배치될 수 있다. 측정유닛(장치)(60D)은 조사된 광에 기인하여 코인 셀(C1)로부터 방출되는 광을 수광할 수 있는 광학장치일 수 있는데, 예를 들면 카메라 및/또는 분광계를 포함할 수 있다. 상기 카메라는, 예를 들면 CCD 카메라 일 수 있다. 측정유닛(장치)(60D)을 이용하여 코인 셀(C1)의 제1 전극체(38)로부터 산란된 광이나 반사된 광 또는 방출광을 측정할 수 있다.
상기 산란된 광은 제1 전극체(38)에 조사된 광이 제1 전극체(38)의 활물질에 의해 산란된 광이다. 제1 전극체(38)에 조사된 광의 일부는 제1 전극체(38)의 활물질에 흡수될 수 있고, 흡수된 광의 일부는 PL(photoluminescence) 형태로 방출된다. 상기 방출광은 제1 전극체(38)로부터 방출되는 PL 형태로 방출된 광을 의미한다.
코인 셀(C1)에 대해 충전과 방전을 실시하면서 제1 전극체(38)에 광을 조사하고, 광 조사후, 제1 전극체(38)로부터 방출되는 여러 광을 측정하여 분석함으로써, 충방전에 따른 제1 전극체(38)의 상태 변화에 대한 데이터를 얻을 수 있다.
도 4에 도시한 제1 측정 시스템(AS1)에서 코인 셀(C1) 대신, 도 2의 코인 셀(C2)를 포함할 수 있다. 이 경우, 충방전에 따른 제2 전극체(34)의 상태 변화에 대한 데이터를 얻을 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 의한 인-시츄 코인 셀을 포함하는 제2 측정 시스템을 보여준다.
도 5를 참조하면, 제2 측정 시스템(AS2)은 도 3의 코인 셀(C3)과 제1 광학 측정 시스템(70)과 제2 광학 측정 시스템(80)을 포함한다. 제1 광학 측정 시스템(70)은 제1 전극체(38)에 대한 광 조사와 제1 전극체(38)로부터 방출되는 광의 측정을 수행하도록 배치될 수 있다. 제2 광학 측정 시스템(80)은 제2 전극체(34)에 대한 광 조사와 제2 전극체(34)로부터 방출되는 광의 측정을 수행하도록 배치될 수 있다. 제1 광학 측정 시스템(70)과 제2 광학 측정 시스템(80)은 코인 셀(C3)을 중심으로 상하로 배치될 수 있다. 제1 광학 측정 시스템(70)은 제1 광학 측정부(74)와 렌즈계(72)를 포함할 수 있다. 렌즈계(72)는 단일 렌즈를 포함할 수도 있고, 복수의 렌즈를 포함할 수도 있다. 상기 단일 렌즈는 볼록렌즈일 수 있다. 상기 복수의 렌즈는 볼록렌즈를 포함하거나 볼록렌즈와 오목렌즈를 포함할 수 있다. 렌즈계(72)는 제1 관통홀(H1) 바로 위쪽에 배치될 수 있다. 렌즈계(72)는 렌즈계(72)의 광축이 제1 금속박막(40)에 형성된 제2 관통홀(H2)의 중심을 지나도록 배치될 수 있다. 렌즈계(72)와 제1 광학 측정부(74)는 동일 광축 상에 배치될 수 있다. 제1 광학 측정부(74)는 제1 광학측정유닛(S1), 제2 광학측정유닛(S2), 제3 광학측정유닛(S3)...을 포함할 수 있다. 제1 광학측정유닛(S1)은 제1 광원(L1)과 제1 측정장치(M1)를 포함할 수 있다. 제2 광학측정유닛(S2)은 제2 광원(L2)과 제2 측정장치(M2)를 포함할 수 있다. 제3 광학측정유닛(S3)은 제3 광원(L3)과 제3 측정장치(M3)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 광원(L1-L3) 중 일부는 비간섭성 광을 방출하는 광원이고, 나머지는 간섭성 광을 방출하는 광원일 수 있다. 예를 들면, 제1 광원(L1)이 비간섭성 광을 방출하는 광원(예컨대, 백색광 방출 광원)일 수 있고, 제2 및 제3 광원(L2, L3)은 간섭성 광을 방출하는 광원(예컨대, 레이저)일 수 있다. 간섭성 광을 방출하는 광원들에서 방출되는 광의 파장은 다를 수 있다. 예컨대, 제2 광원(L2)은 제1 파장을 갖는 레이저를 방출할 수 있고, 제3 광원(L3)은 상기 제1 파장과 다른 제2 파장을 갖는 레이저를 방출할 수 있다. 제1 내지 제3 측정장치(M1-M3) 중 일부는 광학 이미지 측정장치일 수 있고, 나머지는 분광계일 수 있다. 예를 들면, 제1 측정장치(M1)는 충방전시에 제1 광원(L1)에서 방출된 광이 제1 전극체(38)에 조사된 후, 제1 전극체(38)로부터 반사되는 광을 수광하여 충방전에 따른 제1 전극체(38)의 광 이미지를 측정하기 위한 카메라(예컨대, CCD 카메라)일 수 있다. 제2 및 제3 측정장치(M2, M3)는 충방전시에 광 조사후, 제1 전극체(38)로부터 방출되는 광을 측정하여 제1 전극체(38)에 대한 라만 시프트(Raman shift)와 PL 특성을 관측하기 위한 분광계(spectrometer)일 수 있다. 제1 내지 제3 측정장치(M1-M3)는 상기한 카메라나 분광계와 함께 도 4의 빔 분할기도 포함할 수 있고, 이때 각 측정장치에 포함된 구성요소들 사이의 배치 관계는 도 4를 따를 수 있다.
상기 광 이미지 측정과 상기 라만 시프트 또는 PL 특성은 각각 측정할 수도 있지만, 동시에 측정할 수도 있고, 순차적으로 측정할 수도 있다. 이처럼 개시된 인-시츄 코인 셀을 이용할 경우, 다양한 측정방법을 동시에 적용할 수 있다.
제2 광학 측정 시스템(80)은 렌즈계(82)와 제2 광학측정부(84)를 포함한다. 렌즈계(82)는 제1 광학 측정 시스템(70)의 렌즈계(72)와 동일하거나 유사한 구성을 가질 수 있다. 렌즈계(82)는 제4 관통홀(H4) 아래에 위치할 수 있다. 렌즈계(82)는 렌즈계(82)를 통해 조사되는 광이 제2 전극체(34)에 포커싱되도록 배치될 수 있다. 렌즈계(82)를 통해 조사되는 광은 제2 전극체(34)의 밑면에 포커싱될 수 있다. 렌즈계(82)는 그 광축이 제2 금속박막(56)의 제3 관통홀(H3)의 중심을 지나도록 배치될 수 있다. 제2 광학측정부(84)의 구성은 제1 광학 측정 시스템(70)의 제1 광학측정부(74)와 동일하거나 유사할 수 있다. 이에 따라 도 5에서 제2 광학측정부(84)는 간단히 하나의 블록으로 도시하였다.
다음에는 개시된 인-시츄 코인 셀을 이용한 측정방법을 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6의 설명에 도 4의 제1 측정 시스템을 참조한다.
도 6을 참조하면, 먼저 인-시츄 코인 셀(C1)에 대한 충전과 방전동작을 수행한다(실시한다)(110). 인-시츄 코인 셀(C1)에 대한 충전과 방전동작은 코인 셀(C1)의 제1 및 제2 전극체(38, 34)에 연결된 포텐시오스태트(potentiostat)를 이용하여 수행할 수 있다. 충전과 방전동작을 수행하면서 광학 측정 시스템(60)을 이용하여 인-시츄 코인 셀(C1)의 제1 전극체(38)에 광을 조사한다(120). 이후, 조사된 광에 기인하여 제1 전극체(38)로부터 방출되는 광을 측정하여 분석한다(130). 광을 측정하고 분석하는 단계(130)에서 제1 전극체(38)에 조사된 광이 백색광과 같이 비간섭성광인 경우, 측정유닛(장치)(60D)에 포함된 카메라를 이용하여 제1 전극체(38)의 광 이미지를 측정할 수 있다. 제1 전극체(38)에 조사된 광이 레이저인 경우, 측정유닛(장치)(60D)에 포함된 분광계를 이용하여 라만 시프트 또는 PL 특성을 측정할 수 있다.
도 7 내지 도 10은 상기 측정방법에서 측정된 결과를 보여준다.
도 7은 개시된 인-시츄 코인 셀에 대한 충방전시의 전압-용량 특성변화를 보여준다. 충전시 전압과 용량이 같이 증가하고, 방전시 전압과 용량이 같이 낮아짐을 볼 수 있다.
도 8은 초기 충방전 과정에서 실시간으로 얻어진 제1 전극체(38)에 대한 라만 시프트를 보여준다. 도 8의 결과를 얻기 위해 제1 전극체(38)로 OLO 캐소드(cathode)를 사용하였고, 집전체인 제1 금속박막(40)으로는 알루미늄 박막(foil)을 사용하였다. 그리고 광원으로 파장이 가시광 파장 범위인 레이저를 사용하였다.
도 8을 참조하면, 초기 Eg(500cm-1)와 A1g(600cm-1)에서 관찰된 라만 액티브 모드(Raman active mode)는 티튬(Li) 탈리가 진행되는 충전과정이 진행될수록 점점 사라지고, 544cm-1에서 새로운 라만 피크가 나타난다. 이것은 리튬 탈리 진행에 의해 망간-리치 산화물 캐소드(Mn-rich layered oxide cathode)에 존재하는 니켈(Ni)의 산화수 변화에 의해 나타나는 것으로 알려져 있다. 충전과정이 완전히 완료되면 Eg와 A1g에 의한 라만 피크는 대부분이 사라진다. 이처럼 개시된 인-시츄 코인 셀을 이용하여 라만 시프트를 측정함으로써, 충방전 동안 제1 전극체(38)의 활물질의 구조변화와 화학적 환경변화 등에 정보를 실시간으로 획득할 수 있다.
도 9는 충방전 동안 실시간으로 측정한 제1 전극체(38)에 대한 PL 특성을 보여준다. 도 9를 얻기 위한 인-시츄 코인 셀의 조건은 도 8의 결과를 얻을 때와 동일할 수 있다.
도 9를 참조하면, 초기 PL 스펙트럼의 세기는 충전과정이 진행될수록 급격하게 증가하고, PL을 내는 피크의 위치 또한 이동되는 것을 관찰할 수 있다. 충전과정이 완료되면 PL세기와 위치는 초기와 유사한 형태로 돌아온다. 제1 전극체(38)로부터 측정된 PL은 제1 전극체(38)의 활물질의 구조변화와 전이금속의 산화상태 변화에 따라 변할 수 있다. 그러므로 개시된 인-시츄 코인 셀을 이용하여 PL 변화를 측정함으로써, 충방전 동안 제1 전극체(38)의 활물질의 구조변화와 전이금속의 산화상태 변화에 대한 정보를 얻을 수 있다.
도 10은 충방전 동안 실시간으로 측정한 제1 전극체(38)에 대한 광 이미지를 보여준다. 도 10은 제1 전극체(38)가 그래파이트 애노드이고, 제1 전극체(38)에 조사되는 광이 백색광일 때, 얻은 결과이다. 도 10의 광 이미지는 제1 전극체(38)로부터 반사된 광을 CCD 카메라를 사용하여 찍은 것이다.
도 10을 참조하면, 이미지가 흑백이라 상대적으로 색 변화의 차이가 미약하게 보이기는 하지만(칼라 이미지의 경우, 색 변화의 차이가 명확함), 충방전 동안 각 전압에서 찍은 광 이미지에서 그래파이트 애노드의 색은 우측으로 갈수록 밝아진다. 충방전 동안 그래파이트 애노드의 색이 변하는 것은 그래파이트 애노드의 리튬화(lithiation)와 관련이 있다. 따라서 충방전 동안에 제1 전극체(38)에 백색광을 조사하여 제1 전극체(38)에 대한 색 변화를 실시간으로 관측함으로써, 제1 전극체(38)의 리튬화 정도에 대한 정보를 실시간으로 얻을 수 있다.
도 10의 제1 그래프(G1)는 제1 전극체(38)가 그래파이트 애노드일 때, 그래파이트 애노드의 리튬화 과정 동안에 얻은 리튬화 커브이다.
다음에는 개시된 인-시츄 코인 셀의 제조방법을 도 11 내지 도 20을 참조하여 설명한다. 앞에서 설명한 부재와 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하고, 해당 부재에 대한 설명은 생략한다.
도 11을 참조하면, 수평부분(42E)과 수직부분(42V)를 갖는, 코인 셀용 케이스(42)를 준비한다. 케이스(42)의 수평부분(42E)에 제1 관통홀(H1)을 형성한다. 제1 관통홀(H1)을 통해 광이 조사된다. 제1 관통홀(H1)의 직경(D1)은 광 조사에 적합하도록 조절될 수 있다. 일 예로 제1 관통홀(H1)의 직경(D1)은 5mm이하일 수 있고, 예컨대 1mm~2mm 정도일 수 있다.
도 12는 도 11의 케이스(42)를 위에서 본 평면도이다.
도 12를 참조하면, 케이스(42)의 수평부분(42E)에 제1 관통홀(H1)을 형성한 다음, 도 12에 도시한 바와 같이, 수평부분(42E)의 제1 관통홀(H1) 둘레에 접착제(150)를 바른다. 접착제(150)는 실링(sealing)용 접착제일 수 있다.
다음, 접착제(60)가 칠해진 케이스(42)의 수평부분(42E)에 도 13에 도시한 바와 같이 제1 관통홀(H1) 전체를 덮는 제1 투명 윈도우(44)를 부착한다. 이어서 제1 투명 윈도우(44) 상에 집전체인 제1 금속박막(40)을 배치한다. 제1 금속박막(40)의 배치전에 제1 금속박막(40)에 제2 관통홀(H2)이 먼저 형성될 수 있다. 제2 관통홀(H2)의 중심이 제1 관통홀(H1)의 중심에 일치하도록 제1 금속박막(40)을 배치할 수 있다.
다음, 도 14에 도시한 바와 같이 제1 금속박막(40) 상에 제1 전극체(38)를 장착한다. 제1 전극체(38)와 제1 금속박막(40)은 직접 접촉될 수 있다. 제1 금속박막(40)과 제1 전극체(38)는 별도로 적층하여 원형으로 패터닝한 다음, 적층된 상태로 가져와서 제1 투명 윈도우(44) 상에 장착할 수 있다. 제1 전극체(38)을 장착한 다음, 제1 전극체(38)에 전해액(160)을 공급한다. 전해액(160)은 드랍(drop) 방식으로 제1 전극체(38)에 공급할 수 있다. 곧, 전해액 방울을 제1 전극체(38)에 떨어뜨려 공급할 수 있다. 전해액(160)은 제1 전극체(38)가 충분히 젖을 때까지 공급할 수 있다.
다음, 도 15에 도시한 바와 같이, 제1 전극체(38) 상에 분리막(36)을 올린다. 분리막(36)은 제1 전극체(38)의 상부면 전체를 덮는다. 분리막(36)은 케이스(42)의 수직부분(42V)의 내면과 접촉된다. 분리막(36)은 제1 전극체(38)와 직접 접촉될 수 있다.
다음, 도 16에 도시한 바와 같이, 분리막(36) 상에 제2 전극체(34)를 장착한다. 이어서 도 17에 도시한 바와 같이, 제2 전극체(34) 상에 탄성체(32)를 위치시키고, 탄성체(32), 제2 전극체(34) 및 분리막(36)을 덮는 캡(30)을 케이스(42)에 결합시킨다. 케이스(42)와 캡(30)은 개스킷(42)을 매개로 밀봉 결합될 수 있다. 이 결과 도 1의 코인 셀이 형성된다.
이와 같은 제조과정에서 케이스(42)에 제1 관통홀(H1)을 형성하지 않고, 캡(30)에 관통홀을 형성할 수 있다. 이때는 캡(30)을 케이스(42)에 결합하기 전에 캡(30)에 먼저 관통홀을 형성한다. 이렇게 해서 형성되는 인-시츄 코인 셀이 도 2에 도시한 코인 셀이다.
한편, 케이스(42)와 캡(30)에 모두 관통홀을 형성할 수 있는데, 이 경우에 대해서는 도 18 내지 도 20을 참조하여 설명한다. 앞에서 설명한 제조과정과 다른 부분에 대해서만 설명한다.
도 14까지는 앞에서 설명한 바와 동일하게 형성한다.
이후, 도 18에 도시한 바와 같이, 분리막(36) 상에 제2 전극체(34)와 제2 금속박막(56)을 순차적으로 장착시킨다. 제2 금속박막(56)에 제3 관통홀(H3)이 형성되어 있다. 제3 관통홀(H3)을 통해 제2 전극체(34)의 일부가 노출된다. 제3 관통홀(H3)은 제2 금속박막(56)을 장착하기 전에 미리 형성할 수 있다. 제2 금속박막(56)은 제3 관통홀(H3)이 제1 금속박막(40)의 제2 관통홀(H2) 위쪽에 위치하도록 배치될 수 있다.
다음, 도 19에 도시한 바와 같이, 제2 금속박막(56) 상에 제3 관통홀(H3)을 덮는 제2 투명 윈도우(54)를 장착한다. 제2 투명 윈도우(54)는 제3 관통홀(H3) 전체를 덮을 수 있다.
다음, 도 20에 도시한 바와 같이, 제4 관통홀(H4)이 형성된 캡(30)으로 제2 투명 윈도우(54)와 그 아래의 부재를 덮는다. 제4 관통홀(H4)을 통해 제2 투명 윈도우(54)의 일부가 노출된다. 제4 관통홀(H4) 전체는 제2 투명 윈도우(54)에 의해 덮일 수 있다. 캡(30)은 제4 관통홀(H4) 내에 제3 관통홀(H3) 전체가 위치하도록 장착될 수 있다. 또한 캡(30)은 제4 관통홀(H4)의 중심과 제3 관통홀(H3)의 중심이 일치하도록 장착할 수 있다. 캡(30)과 케이스(42)는 상술한 바와 같이 개스킷(46)을 매개로 밀봉 결합될 수 있다.
한편, 견고성과 전해액 밀봉 측면에서 다소 약할 수도 있지만, 제1 투명 윈도우(44)는 다른 형태로 장착될 수 있는데, 예를 들면 도 21의 (a) 도시한 바와 같이 제1 투명 윈도우(44)는 제1 관통홀(H1)을 덮도록 케이스(42) 외부면 상에 장착될 수도 있고, (b)에 도시한 바와 같이 제4 관통홀(H4)에 완전히 끼워지는 형태로 장착될 수 있다. (a)와 (b)의 경우, 제1 투명 윈도우(44)와 케이스(42) 사이는 밀봉재, 예를 들면 에폭시로 밀봉될 수 있다. 이러한 경우는 제2 투명 윈도우(54)의 장착에도 적용될 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고, 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
30:캡(cap) 32:탄성체
34:제2 전극체 36:분리막
38:제1 전극체 40, 56:제1 및 제2 금속박막(집전체)
42:케이스 42E:수평부분
42V:수직부분 44, 54:제1 및 제2 투명 윈도우
46:개스킷(gasket) 50:투명 보호판
60:광학 측정시스템 60A:광원
60B:빔 분할기 60C:렌즈계
60D:측정유닛(장치) 70, 80:제1 및 제2 광학 측정 시스템
72, 82:렌즈계 74, 84:제1 및 제2 광학측정부
150:접착제 160:전해액
S1-S3:제1 내지 제3 광학측정유닛 AS1-AS2:제1 및 제2 측정 시스템
C1-C3:인-시츄 코인 셀 D1:제1 관통홀의 직경
H1-H4:제1 내지 제4 관통홀 L1-L3:제1 내지 제3 광원
M1-M3:제1 내지 제3 측정장치
34:제2 전극체 36:분리막
38:제1 전극체 40, 56:제1 및 제2 금속박막(집전체)
42:케이스 42E:수평부분
42V:수직부분 44, 54:제1 및 제2 투명 윈도우
46:개스킷(gasket) 50:투명 보호판
60:광학 측정시스템 60A:광원
60B:빔 분할기 60C:렌즈계
60D:측정유닛(장치) 70, 80:제1 및 제2 광학 측정 시스템
72, 82:렌즈계 74, 84:제1 및 제2 광학측정부
150:접착제 160:전해액
S1-S3:제1 내지 제3 광학측정유닛 AS1-AS2:제1 및 제2 측정 시스템
C1-C3:인-시츄 코인 셀 D1:제1 관통홀의 직경
H1-H4:제1 내지 제4 관통홀 L1-L3:제1 내지 제3 광원
M1-M3:제1 내지 제3 측정장치
Claims (25)
- 케이스;
상기 케이스와 밀봉 결합된 캡; 및
상기 케이스와 상기 캡 사이에 마련된 에너지 저장 부재;를 포함하고,
상기 케이스와 상기 캡 중 적어도 하나에 관통홀이 존재하고,
상기 에너지 저장 부재는 상기 관통홀에 인접한 집전체를 포함하고,
상기 집전체에 관통홀이 존재하는 인-시츄 코인 셀. - 제 1 항에 있어서,
상기 집전체와 상기 적어도 하나의 관통홀 사이에 투명 윈도우가 더 구비된 인-시츄 코인 셀. - 제 1 항에 있어서,
상기 에너지 저장 부재는,
제1 집전체;
상기 제1 집전체에 접촉된 제1 전극체;
상기 제1 전극체와 마주하는 제2 전극체;
상기 제1 및 제2 전극체 사이에 마련된 분리막; 및
전해액;을 포함하고,
상기 제1 집전체에 제1 관통홀이 존재하고, 상기 제1 관통홀을 통해 상기 제1 전극체의 일부가 노출되는 인-시츄 코인 셀. - 제 3 항에 있어서,
상기 제2 전극체와 접촉된 제2 집전체를 더 포함하고,
상기 제2 집전체에 제2 관통홀이 존재하고,
상기 제2 관통홀을 통해 상기 제2 전극체의 일부가 노출되는 인-시츄 코인 셀. - 제 3 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극체 중 하나는 캐소드이고, 나머지는 애노드인 인-시츄 코인 셀. - 제 1 항에 있어서,
상기 케이스와 캡 중 하나와 상기 에너지 저장 부재 사이에 탄성체가 더 구비된 인-시츄 코인 셀. - 인-시츄 코인 셀; 및
상기 인-시츄 코인 셀에 광을 조사하고, 상기 광 조사에 기인하여 상기 인-시츄 코인 셀로부터 발생되는 광을 측정하는 제1 광학 측정 시스템;을 포함하고,
상기 인-시츄 코인 셀은 청구항 1의 코인 셀인 측정 시스템. - 제 7 항에 있어서,
상기 제1 광학 측정 시스템은,
광원;
광원으로부터 받은 광을 상기 인-시츄 코인 셀로 보내고, 상기 인-시츄 코인 셀로부터 받은 광을 통과시키는 광 경로변경수단;
상기 광 경로변경수단으로부터 받은 광을 상기 인-시츄 코인 셀에 포커싱하고, 상기 인-시츄 코인 셀로부터 받은 광을 상기 광 경로변경수단에 전달하는 렌즈계; 및
상기 인-시츄 코인 셀로부터 발생된 서로 다른 광 정보를 측정하는 측정장치;를 포함하는 측정 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 광원은 간섭성광을 방출하는 광원인 측정 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 광원은 비간섭성광을 방출하는 광원인 측정 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 측정장치는
복수의 측정장치를 포함하고,
상기 복수의 측정장치는 상기 코인 셀로부터 주어지는 서로 다른 광 정보를 측정하는 측정 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 광원은 복수의 광원을 포함하고,
상기 복수의 광원은 서로 다른 파장의 간섭광을 방출하는 측정 시스템. - 제 11 항에 있어서,
상기 복수의 측정장치는 광학 이미지 측정용 카메라, 라만 시프트 측정용 분광계 및 PL(photoluminescence) 측정용 분광계를 포함하는 측정 시스템. - 제 7 항에 있어서,
상기 인-시츄 코인 셀을 사이에 두고 상기 제1 광학 측정 시스템과 마주하는 제2 광학 측정 시스템을 더 포함하는 측정 시스템. - 케이스를 준비하는 단계;
상기 케이스의 수평 부분 상에 에너지 저장 부재를 장착하는 단계; 및
상기 에너지 저장 부재를 덮고, 상기 케이스와 밀봉 결합되는 캡을 장착하는 단계;를 포함하고,
상기 에너지 저장 부재는 적어도 하나의 집전체를 포함하고,
상기 적어도 하나의 집전체에 관통홀을 형성하며,
상기 케이스와 상기 캡 중 적어도 하나에 관통홀을 형성하는 인-시츄 코인 셀의 제조방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 케이스를 준비하는 단계는,
상기 케이스의 수평부분에 상기 관통홀을 형성하는 단계를 포함하는 인-시츄 코인 셀의 제조방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 캡을 형성하는 단계는,
상기 캡에 상기 관통홀을 형성하는 단계를 포함하는 인-시츄 코인 셀의 제조방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 케이스의 수평부분과 상기 캡에 모두 상기 관통홀을 형성하는 인-시츄 코인 셀의 제조방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 에너지 저장 부재를 장착하는 단계는,
관통홀이 형성된 제1 집전체와 이에 접촉된 제1 전극체를 배치하는 단계;
상기 제1 전극체와 마주하는 제2 전극체를 배치하는 단계;
상기 제1 전극체와 상기 제2 전극체 사이에 분리막을 배치하는 단계; 및
상기 제1 전극체에 전해액을 공급하는 단계;를 포함하는 인-시츄 코인 셀의 제조방법. - 제 19 항에 있어서,
관통홀이 형성된 제2 집전체를 상기 제2 전극체에 장착하는 단계를 더 포함하는 인-시츄 코인 셀의 제조방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 케이스와 이에 인접한 집전체에 각각 관통홀을 형성하고, 상기 케이스와 상기 집전체 사이에 투명 윈도우를 마련하는 단계를 더 포함하는 인-시츄 코인 셀의 제조방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 캡과 이에 인접한 집전체에 각각 관통홀을 형성하고, 상기 캡과 상기 집전체 사이에 투명 윈도우를 마련하는 단계를 더 포함하는 인-시츄 코인 셀의 제조방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 케이스와 캡 중 상기 관통홀이 형성되지 않은 부분과 상기 에너지 저장 부재 사이에 탄성체를 배치하는 인-시츄 코인 셀의 제조방법. - 인-시츄 코인 셀에 대한 충전 및 방전동작을 개시하는 단계;
상기 인-시츄 코인 셀에 광을 조사하는 단계; 및
상기 광 조사에 기인하여 상기 인-시츄 코인 셀로부터 발생되는 광을 측정하는 단계;를 포함하고,
상기 인-시츄 코인 셀은 청구항 1의 코인 셀인 인-시츄 코인 셀의 측정방법. - 제 24 항에 있어서,
상기 광은 간섭성광 또는 비간섭성광인 인-시츄 코인 셀에 대한 측정방법.
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