KR102408955B1 - 3D electrode structure modeling method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 샘플의 구조를 파악하는 구조 파악단계와, 구조 파악단계에서 파악된 샘플의 구조를 이용하여 구성물질의 설계 파라미터를 추출하는 제1 파라미터 획득단계와, 파악된 설계 파라미터를 이용하여 3차원 전극 구조체를 모델링하는 제1 모델링 단계와, 구조 파악단계에서 파악된 샘플의 구조를 이용하여 구성물질의 불균일성과 비대칭성 중 어느 하나 이상의 파라미터를 추출하는 제2 파라미터 획득단계와, 제1 모델링 단계에서 모델링된 3차원 전극 구조체에 제2 파라미터 획득단계에서 추출된 구성물질의 불균일성과 비대칭성을 반영하여 보정하는 제2 모델링 단계를 포함하여 이루어져, 3차원 전극 구조체 모델링을 보다 빠르게 가능할 뿐만 아니라, 실물과 모델링된 3차원 전극 구조체의 정합도를 높일 수 있는 모델링 방법에 관한 것이다.The present invention provides a structure identification step of grasping the structure of a sample, a first parameter acquisition step of extracting design parameters of a constituent material using the structure of the sample identified in the structure identification step, and three-dimensional (3D) using the identified design parameters. In the first modeling step of modeling the electrode structure, the second parameter obtaining step of extracting any one or more parameters of non-uniformity and asymmetry of constituent materials using the structure of the sample identified in the structure identification step, and the first modeling step A second modeling step of correcting the modeled three-dimensional electrode structure by reflecting the non-uniformity and asymmetry of the constituent materials extracted in the second parameter acquisition step is included, so that the three-dimensional electrode structure modeling is possible more quickly, as well as the real It relates to a modeling method capable of increasing the matching degree of a modeled three-dimensional electrode structure.

Description

3차원 전극 구조체 모델링 방법{3D electrode structure modeling method}3D electrode structure modeling method {3D electrode structure modeling method}

본 발명은 3차원 전극 구조체 모델링 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전고체 전지 내 고체 전해질을 포함하는 복합 전극의 구조를 샘플과 대응되는 구조로 형성 가능한 3차원 전극 구조체 모델링 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional electrode structure modeling method, and more particularly, to a three-dimensional electrode structure modeling method capable of forming a structure of a composite electrode including a solid electrolyte in an all-solid-state battery into a structure corresponding to a sample.

최근 리튬이온 이차전지를 전원으로 채택하고 있는 전기자동차 시장 확대로, 국내외에서 보다 높은 안전성과 에너지 밀도를 구현할 수 있는 신소재의 개발과 전극/전지 구조 연구가 이루어지고 있으며, 나아가 극대화된 에너지밀도를 갖는 차세대 이차전지의 개발 또한 가속화 되고 있는 실정이다.With the recent expansion of the electric vehicle market, which uses lithium-ion secondary batteries as power sources, development of new materials that can realize higher safety and energy density and research on electrode/battery structures are being conducted at home and abroad. The development of next-generation secondary batteries is also accelerating.

대표적인 고에너지/고밀도형 차세대 이차전지로는 전고체 전지, 리튬-황 전지, 리튬-공기 등이 있으며, 이러한 이차전지의 성능은 많은 변수에 의해 결정되기 때문에, 변수에 따른 성능 변화 연구를 위하여 제작된 이차전지의 구조를 디지털 트윈 기술을 통해 컴퓨터 속 가상세계에 구현한 후, 이를 기반으로 설계 파라미터 값에 따른 성능 변화를 예측할 수 있는 기술 개발 연구가 활발하게 진행 중에 있다.Representative high-energy/high-density next-generation secondary batteries include all-solid-state batteries, lithium-sulfur batteries, and lithium-air, and since the performance of these secondary batteries is determined by many variables, it is produced for the study of performance changes according to variables. After implementing the structure of the secondary battery in the computer virtual world through digital twin technology, research on technology development that can predict performance changes according to design parameter values based on this is being actively conducted.

종래에는 이러한 디지털 트윈 작업은 3D Formation과 3D Reconstruction 방법으로 이루어졌으며, 3D Formation 방법은 사용자가 입력하는 몇 가지 기본적인 물질의 종류, 포함된 비율, 입자 크기 등을 고려하여 3차원 모델을 그리는 방법으로, 빠르고 간편하나, 실물과 유사도(정합도)가 낮은 문제가 있고, 3D Reconstruction 방법의 경우 샘플을 얇게 절단하여 다수개의 시편을 형성하고, 각 시편의 측면 이미지(토모그래픽)을 촬영한 후, 내삽을 통해 3차원 모델을 구현하는 방법으로, 실제 샘플과 유사도가 높은 3차원 모델을 구현 가능하지만, 시편 제작과 촬영 및 영상 구현에 많은 시간이 필요할 뿐만 아니라, 샘플을 절단하여 시편을 형성하는 과정에서 인가되는 힘에 의해 샘플이 변형되어 시편의 단면과 샘플의 단면 형상이 서로 일치하지 않는 문제가 있다.Conventionally, such digital twin work has been done with 3D Formation and 3D Reconstruction methods, and the 3D Formation method is a method of drawing a 3D model in consideration of the types of basic materials input by the user, their proportions, and particle sizes, etc. It is fast and simple, but there is a problem with the low similarity (matching degree) to the real thing, and in the case of the 3D reconstruction method, a number of specimens are formed by cutting the sample thinly, and after taking a side image (tomographic) of each specimen, interpolation is performed. As a method of implementing a three-dimensional model through a three-dimensional model, it is possible to implement a three-dimensional model with high similarity to the real sample, but it takes a lot of time for specimen production, shooting, and image implementation, and is applied in the process of forming a specimen by cutting the sample. There is a problem in that the sample is deformed by the applied force, so that the cross-section of the specimen and the cross-sectional shape of the sample do not match each other.

따라서, 이러한 문제점을 보완 또는 해결할 수 있는 새로운 3차원 전극 구조체 형성 기술 개발의 필요성이 대두되고 있는 상황이다.Therefore, the necessity of developing a new three-dimensional electrode structure forming technology capable of supplementing or solving these problems is emerging.

특허문헌 1) 국내공개특허공보 제1991-0000185호(명칭: 3차원적 입체형상의 형성방법과 형성장치, 공개일: 1991.01.21)Patent Document 1) Korean Patent Laid-Open Publication No. 1991-0000185 (Title: Method and apparatus for forming three-dimensional three-dimensional shape, publication date: January 21, 1991)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 3D 전극 구조체를 보다 저가의 비용으로 빠르게 디지털 트윈 가능한 모델링 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been devised to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a modeling method capable of digital twining a 3D electrode structure quickly at a lower cost.

또한, 실물과 디지털 트윈화를 통해 구현된 3D 구조체의 정합도를 높일 수 있는 모델링 방법을 제공하는 것이다.In addition, it is to provide a modeling method that can increase the degree of matching between the real thing and the 3D structure implemented through digital twining.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 3차원 전극 구조체 모델링 방법은, 샘플의 구조를 파악하는 구조 파악단계(S100); 상기 구조 파악단계(S100)에서 파악된 샘플의 구조를 이용하여 구성 물질의 설계 파라미터를 추출하는 제1 파라미터 획득단계(S200); 파악된 설계 파라미터를 이용하여 3차원 전극 구조체를 모델링하는 제1 모델링 단계(S300); 상기 구조 파악단계(S100)에서 파악된 샘플의 구조를 이용하여 구성 물질의 불균일성과 비대칭성 중 어느 하나 이상의 파라미터를 추출하는 제2 파라미터 획득단계(S400); 및 상기 제1 모델링 단계(S300)에서 모델링된 3차원 전극 구조체에 상기 제2 파라미터 획득단계(S400)에서 추출된 구성물질의 불균일성과 비대칭성을 반영하여 보정하는 제2 모델링 단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.A three-dimensional electrode structure modeling method of the present invention for achieving the object as described above, the structure grasping step of grasping the structure of the sample (S100); a first parameter acquisition step (S200) of extracting design parameters of a constituent material by using the structure of the sample identified in the structure identification step (S100); A first modeling step of modeling the three-dimensional electrode structure using the identified design parameters (S300); a second parameter obtaining step (S400) of extracting any one or more parameters of non-uniformity and asymmetry of constituent materials by using the structure of the sample identified in the structure determining step (S100); and a second modeling step (S500) of correcting the non-uniformity and asymmetry of the constituent material extracted in the second parameter acquisition step (S400) to the three-dimensional electrode structure modeled in the first modeling step (S300) and correcting it; characterized by including.

또한, 구조 파악단계(S100)에서 파악되는 샘플의 구조는 샘플의 표면 이미지와, 단면 이미지, 기공 크기, 기공도 중 어느 하나 이상을 포함하며, 상기 제1 파라미터 획득단계(S200)에서 파악되는 파라미터는 상기 특성 파악단계(S100)에서 촬영된 이미지를 이용하여 확인된 구성물질의 종류, 양, 형태, 밀도, 반지름, 기계적 물성, 전극 두께 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.In addition, the structure of the sample identified in the structure identification step (S100) includes any one or more of a surface image, a cross-sectional image, a pore size, and a porosity of the sample, and the parameters determined in the first parameter acquisition step (S200) is characterized in that it is at least any one of the type, amount, shape, density, radius, mechanical properties, and electrode thickness of the constituent material identified using the image taken in the characterization step (S100).

또한, 실험적으로 전극 샘플의전기적 성질을 파악하는 제1 성질 파악단계(S600); 상기 제2 모델링 단계(S500)에서 모델링된 3차원 전극 구조체의 전기적 성질을 파악하는 제2 성질 파악단계(S700); 및 샘플의 전기적 성질과 모델링된 3차원 전극 구조체의 전기적 성질을 파악하여 전기적 성질 유사도를 판단하며, 전기적 성질 유사도가 일정 이상일 경우 모델링을 종료하는 유사도 판단단계(S800);를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the first property grasping step (S600) of experimentally grasping the electrical properties of the electrode sample; a second property determination step (S700) of grasping the electrical properties of the three-dimensional electrode structure modeled in the second modeling step (S500); and a similarity determination step (S800) of determining the electrical property similarity of the sample and the electrical property of the modeled three-dimensional electrode structure to determine the electrical property similarity, and terminating the modeling when the electrical property similarity is greater than or equal to a certain level. .

또한, 상기 유사도 판단단계(S800)에서 유사도가 일정 이하인 것으로 판단 시 상기 제2 모델링 단계(S500)에서 모델링된 3차원 전극 구조체의 전극 소재 형태 및 분포 특성을 정밀 보정하여 주는 구조체 정밀 보정단계(S900);를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, when it is determined that the similarity is less than or equal to a certain level in the similarity determination step (S800), the structure precision correction step (S900) for precisely correcting the electrode material shape and distribution characteristics of the three-dimensional electrode structure modeled in the second modeling step (S500) );

또한, 상기 구조체 정밀 보정단계(S900)를 통해 보정된 3차원 전극 구조체의 전기적 성질을 파악하는 제3 성질 파악단계(SB)를 더 포함하며, 상기 제3 성질 파악단계(SB) 이후에 상기 유사도 판단단계(S800)가 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, further comprising a third property grasping step (SB) of grasping the electrical properties of the three-dimensional electrode structure corrected through the structure precision correction step (S900), and after the third property grasping step (SB), the degree of similarity It is characterized in that the determination step (S800) is made.

또한, 상기 샘플의 전기적 성질과, 상기 3차원 전극 구조체의 전기적 성질은 이온전도도와 전기전도도를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the electrical properties of the sample and the electrical properties of the three-dimensional electrode structure are characterized in that it includes ionic conductivity and electrical conductivity.

또한, 상기 구조체 정밀 보정단계(S900)는 샘플의 전기전도도와 3차원 전극 구조체의 전기전도도 차이를 파악하는 전기전도도 차이 판단단계(S910)와, 샘플의 전기전도도보다 3차원 전극 구조체의 전기전도도가 높으면 활물질을 활물질보다 전기전도도가 낮은 물질로 코팅하고, 샘플의 전기전도도보다 3차원 전극 구조체의 전기전도도가 높으면 활물질을 활물질보다 전기전도도가 높은 물질로 코팅하는 전기전도도 보정단계(S920)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the structure precision correction step (S900) is the electrical conductivity difference determination step (S910) to grasp the difference between the electrical conductivity of the sample and the electrical conductivity of the three-dimensional electrode structure, and the electrical conductivity of the three-dimensional electrode structure than the electrical conductivity of the sample If it is high, the active material is coated with a material having lower electrical conductivity than the active material, and if the electrical conductivity of the three-dimensional electrode structure is higher than the electrical conductivity of the sample, the active material is coated with a material having higher electrical conductivity than the active material Electrical conductivity correction step (S920) comprising characterized in that

또한, 상기 구조체 정밀 보정단계(S900)는 샘플의 이온전도도와 3차원 전극 구조체의 이온전도도 차이를 파악하는 이온전도도 차이 판단단계(S930)와, 샘플의 이온전도도보다 3차원 전극 구조체의 이온전도도가 높으면 고체전해질 간의 연결성을 낮추고, 고체전해질 사이에 위치되는 바인더의 분포율을 높이거나, 고체전해질 표면을 고체전해질보다 이온전도도가 낮은 물질로 코팅하고, 샘플의 이온전도도보다 3차원 전극 구조체의 이온전도도가 낮으면 고체전해질 사이에 위치되는 바인더의 분표율을 낮추거나, 고체전해질 표면을 고체전해질보다 이온전도도가 높은 물질로 코팅하는반대의 절차를 진행하는 이온전도도 보정단계(S940)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the structure precision correction step (S900) includes the ion conductivity difference determination step (S930) for determining the difference between the ionic conductivity of the sample and the ionic conductivity of the three-dimensional electrode structure, and the ionic conductivity of the three-dimensional electrode structure is higher than the ionic conductivity of the sample If it is high, the connectivity between the solid electrolytes is lowered, the distribution rate of the binder positioned between the solid electrolytes is increased, or the surface of the solid electrolyte is coated with a material having lower ionic conductivity than the solid electrolyte, and the ionic conductivity of the three-dimensional electrode structure is higher than the ionic conductivity of the sample. If it is low, the ionic conductivity correction step (S940) of lowering the fraction of the binder positioned between the solid electrolytes or coating the surface of the solid electrolyte with a material having higher ionic conductivity than the solid electrolyte is performed. do.

또한, 3차원 전극 구조체 모델링 방법이 저장된 하드웨어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the three-dimensional electrode structure modeling method is characterized in that it further comprises a stored hardware device.

그리고, 3차원 전극 구조체 모델링 방법이 저장된 하드웨어 장치가 사용되는 전극 구조체 모델링 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And, the three-dimensional electrode structure modeling method is characterized in that it further comprises an electrode structure modeling system using a stored hardware device.

또한, 상기 전극 구조체 모델링 시스템은 상기 구조 파악단계(S100)에서 샘플을 절단하여 샘플을 복수개의 시편으로 제작하는 시편 제작장치와, 제작된 시편의 영상을 촬영하는 영상 촬영장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the electrode structure modeling system comprises a specimen production apparatus for cutting the sample in the structure identification step (S100) to produce a plurality of specimens, and an image capturing apparatus for photographing an image of the produced specimen. do.

아울러, 상기 전극 구조체 모델링 시스템은 상기 구조 파악단계(S100)에서 파악된 샘플의 영상을 기반으로 상기 제1 파라미터 획득단계(S200)와 상기 제2 파라미터 획득단계(S400)에서 구성 물질의 파라미터를 추출하는 파라미터 추출부와, 상기 추출된 파라미터를 이용하여 상기 제1 모델링 단계(S300)에서 전극 구조체를 모델링하는 모델링부와, 상기 제2 모델링 단계(S500)에서 모델링된 전극 구조체를 보정하는 보정부를 포함하는 모델링장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the electrode structure modeling system extracts parameters of constituent materials in the first parameter obtaining step ( S200 ) and the second parameter obtaining step ( S400 ) based on the image of the sample identified in the structure identifying step ( S100 ) a parameter extraction unit, a modeling unit for modeling the electrode structure in the first modeling step (S300) using the extracted parameters, and a correction unit for correcting the electrode structure modeled in the second modeling step (S500) It is characterized in that it further comprises a modeling device.

본 발명인 3차원 전극 구조체 모델링 방법은, 샘플의 구조 파라미터를 통하여 1차 모델링된 3차원 전극 구조체의 구조를 실제 전극 내 발생할 수 있는 불균일성과 비대칭성을 반영하여 보정하므로, 구조체를 신속하게 모델링 가능할 뿐만 아니라 실물과의 유사도를 높일 수 있는 장점이 있다.The three-dimensional electrode structure modeling method of the present invention corrects the structure of the three-dimensional electrode structure modeled primarily through the structural parameters of the sample by reflecting the non-uniformity and asymmetry that may occur in the actual electrode, so that the structure can be modeled quickly However, it has the advantage of increasing the similarity with the real thing.

또한, 실물과 제작된 구조체의 전기적 성질을 비교하여 유사도를 판단 가능하므로, 실물과 제작된 구조체의 구조적 유사성을 신속하게 확인 가능한 장점이 있다.In addition, since the degree of similarity can be determined by comparing the electrical properties of the real and manufactured structures, there is an advantage in that the structural similarity between the real and manufactured structures can be quickly confirmed.

아울러, 전극 소재 간 연결성, 위치, 다른 추가 물질 특성까지도 추가 보정하여 전기적 성질의 유사성을 높이므로, 실물과 모델링된 구조체의 구조적 유사도를 보다 높일 수 있는 장점이 있다.In addition, since the similarity of electrical properties is increased by further correcting the connectivity, location, and other additional material properties between electrode materials, there is an advantage in that the structural similarity between the real and modeled structures can be further increased.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 전극 구조체 모델링 방법을 나타낸 순서도.
도 2는 3차원 전극 구조체 형성 방법을 나타낸 개념도.
도 3은 액체 전해질을 사용하는 리튬이온전지와, 고체 전해질을 사용하는 리튬이차전지를 나타낸 개념도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 전극 구조체 모델링 방법(S1000)을 나타낸 순서도.
도 5는 구조체 정밀 보정단계를 통한 구조체 보정 방법을 나타낸 개념도이다.1 is a flowchart illustrating a three-dimensional electrode structure modeling method according to a first embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram illustrating a method of forming a three-dimensional electrode structure.
3 is a conceptual diagram illustrating a lithium ion battery using a liquid electrolyte and a lithium secondary battery using a solid electrolyte.
4 is a flowchart illustrating a three-dimensional electrode structure modeling method (S1000) according to a second embodiment of the present invention.
5 is a conceptual diagram illustrating a structure correction method through the structure precision correction step.

본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of embodiments of the present invention, and methods of achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in an embodiment of the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be made based on the content throughout this specification.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 3차원 전극 구조체 모델링 방법(S1000)에 관하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a three-dimensional electrode structure modeling method ( S1000 ) according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 전극 구조체 모델링 방법(S1000)을 나타낸 순서도이고, 도 2는 3차원 전극 구조체 형성 방법을 나타낸 개념도이다. 도 3은 액체 전해질을 사용하는 리튬이온전지와, 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지를 나타낸 개념도이다.1 is a flowchart illustrating a three-dimensional electrode structure modeling method ( S1000 ) according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a three-dimensional electrode structure forming method. 3 is a conceptual diagram illustrating a lithium ion battery using a liquid electrolyte and a lithium ion battery using a solid electrolyte.

도 1을 참조하면 제1 실시예에 따른 3차원 전극 구조체 모델링 방법(S1000)은 샘플의 구조를 파악하는 구조 파악단계(S100)와, 상기 구조 파악단계(S100)에서 파악된 샘플의 구조를 이용하여 구성물질의 설계 파라미터를 추출하는 제1 파라미터 획득단계(S200)와, 파악된 설계 파라미터를 이용하여 3차원 전극 구조체를 모델링하는 제1 모델링 단계(S300)와, 상기 구조 파악단계(S100)에서 파악된 샘플의 구조를 이용하여 구성물질의 불균일성과 비대칭성 중 어느 하나 이상의 파라미터를 추출하는 제2 파라미터 획득단계(S400)와, 상기 제1 모델링 단계(S300)에서 모델링된 3차원 전극 구조체에 상기 제2 파라미터 획득단계(S400)에서 추출된 구성물질의 불균일성과 비대칭성을 반영하여 보정하는 제2 모델링 단계(S500)를 포함하여 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 1 , the three-dimensional electrode structure modeling method ( S1000 ) according to the first embodiment uses the structure identification step ( S100 ) of grasping the structure of the sample and the structure of the sample identified in the structure identification step ( S100 ). In the first parameter acquisition step (S200) of extracting the design parameters of the constituent materials, the first modeling step (S300) of modeling the three-dimensional electrode structure using the identified design parameters, and the structure identification step (S100) A second parameter acquisition step (S400) of extracting any one or more parameters of non-uniformity and asymmetry of constituent materials using the identified sample structure, and the three-dimensional electrode structure modeled in the first modeling step (S300). A second modeling step (S500) of correcting by reflecting the non-uniformity and asymmetry of the constituent materials extracted in the second parameter obtaining step (S400) may be included.

상세히 설명하면, 위에서 설명한 바와 같이 전지의 구조를 연구하기 위한 디지털 트윈 작업이 3D Formation 방법과, 3D Reconstruction 방법으로 이루어 졌으나, 이러한 방법은 실물과의 정합도가 낮거나, 3D 전극 구조체 구현에 많은 시간이 필요할 뿐만 아니라, 시편 제작 과정에서 외력에 의해 실물이 변형되는 문제점을 가지고 있으므로, 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이 3D Formation 방법과 3D Reconstruction 방법을 조합하여, 실물과의 정합도를 높일 수 있고, 모델링 시간을 최소화 가능한 3차원 전극 구조체 모델링 방법을 제안하는 것이다.In detail, as described above, the digital twin work for studying the structure of the battery was performed using the 3D Formation method and the 3D Reconstruction method, but these methods have low matching with the real thing, or require a lot of time to implement the 3D electrode structure. This is not only necessary, but also has a problem in that the real object is deformed by an external force during the specimen production process, so in the present invention, the 3D Formation method and the 3D Reconstruction method are combined as shown in FIG. and to propose a three-dimensional electrode structure modeling method capable of minimizing the modeling time.

다시한번 설명하면, 종래의 리튬이온 이차전지는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 음극층(A1), 양극 층(A2), 음극층(A1)과 양극층(A2)을 분리하는 분리막(S) 및 분리막을 통과하며 음극층과 양극층을 서로 전기적으로 연결하는 액체상의 전해질(Oe)를 포함하여 이루어지고, 음극층(A1)은 다시 음극 활물질(Aam)과, 전도성을 높이기 위한 도전재(Ca)와, 음극 활물질(Aam)과 도전재(Ca)를 연결하는 바인더(B)를 포함하여 이루어지며, 양극층(C1)은 양극 활물질(Cam)과, 양극 활물질(Cam)의 전도성을 높이기 위한 도전재(Ca)와, 양극 활물질(Cam)과 도전재(Ca)를 연결하여 정착시키기 위한 바인더(B)를 포함하여 이루어진다.In other words, the conventional lithium ion secondary battery is a separator that separates the negative electrode layer (A1), the positive electrode layer (A2), the negative electrode layer (A1) and the positive electrode layer (A2) as shown in FIG. (S) and a liquid electrolyte (Oe) that passes through the separator and electrically connects the negative electrode layer and the positive electrode layer to each other, and the negative electrode layer (A1) is again a negative electrode active material (Aam) and conductive to increase conductivity It consists of a material (Ca) and a binder (B) connecting the negative active material (Aam) and the conductive material (Ca), and the positive electrode layer (C1) is the positive electrode active material (Cam) and the conductivity of the positive electrode active material (Cam) It consists of a conductive material (Ca) for increasing the thickness, and a binder (B) for fixing the positive electrode active material (Cam) and the conductive material (Ca) by connecting them.

그러나, 이러한 종래의 리튬이온 이차전지는 전해질이 액상이기 때문에, 전해액이 외부로 누출될 시, 화재 및 폭발 사고가 발생할 수 있고, 음극 활물질과 양극 활물질 사이에 분리막이 위치되어야 하기 때문에 공간 활용에 제약을 가지는 문제점이 있어, 안전성이 뛰어날 뿐만 아니라 분리막이 필요 없기 때문에 에너지밀도를 높일 수 있는 전고체 전지의 개발이 활발히 이루어지고 있다. However, since the electrolyte of such a conventional lithium ion secondary battery is liquid, when the electrolyte leaks to the outside, fire and explosion accidents may occur, and space utilization is limited because a separator must be positioned between the anode active material and the cathode active material. There is a problem with this, and the development of an all-solid-state battery capable of increasing energy density as well as having excellent safety and not requiring a separator is actively being made.

전고체 전지는 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 양극층(A3)과, 음극층(A4)과, 양극층과 음극층 사이에 위치되는 고체 전해질층(Sel)을 포함하여 이루어지며, 음극층(A3)은 음극 활물질(Aam), 도전재(Ca), 바인더(B) 그리고 고체 전해질(Se)로 이루어지고, 양극층(A4)은 양극 활물질(Cam), 도전재(Ca), 바인더(B), 그리고 고체전해질(Se)로 이루어진다. 즉, 종래의 리튬이온전지에서 사용되던 액체상의 전해질이 고체상의 전해질로 교체되어 전해액이 누출될 시 발생하는 화재, 폭발 사고를 방지하고, 분리막을 제거하여 전지의 에너지 밀도를 높인 것이다.The all-solid-state battery comprises a positive electrode layer (A3), a negative electrode layer (A4), and a solid electrolyte layer (Sel) positioned between the positive electrode layer and the negative electrode layer as shown in FIG. The negative electrode layer (A3) is made of a negative active material (Aam), a conductive material (Ca), a binder (B), and a solid electrolyte (Se), and the positive electrode layer (A4) is a positive electrode active material (Cam), a conductive material (Ca), It consists of a binder (B) and a solid electrolyte (Se). That is, the liquid electrolyte used in the conventional lithium ion battery is replaced with a solid electrolyte to prevent fire and explosion accidents that occur when the electrolyte is leaked, and to increase the energy density of the battery by removing the separator.

이러한 전고체 전지는, 전해질이 고체상으로 이루어지기 때문에 전고체전지를 형성하는 각 물질이 서로 배치된 형태와, 접촉 면적에 따라 전지의 성능이 다르게 나타나므로, 전고체전지 연구를 위하여 정확한 구조를 파악하여야 하지만, 종래의 방법으로 실물을 디지털 트윈화 하여 3D 전극 구조체를 모델링 할 경우 모델링에 많은 시간을 필요로 하고, 정합도가 떨어지는 문제가 있으므로, 본 발명에서는 상기 제1 모델링 단계(S300)에서 파악된 설계 파라미터를 이용하여 3차원 전극 구조체를 모델링 하여 모델링 속도를 높이고, 상기 제2 모델링 단계(S500)를 통하여 제작된 3차원 전극 구조체의 구조를 실물 구조와 유사하게 보정하여 줌으로써, 실물과 모델링된 3차원 전극 구조체의 구조 정합도를 높여 준 것이다.In such an all-solid-state battery, since the electrolyte is in a solid phase, the performance of the battery varies according to the shape in which each material forming the solid-state battery is arranged and the contact area. However, in the case of modeling the 3D electrode structure by digitally twining the real object in the conventional method, modeling requires a lot of time and there is a problem of poor matching, so in the present invention, it is identified in the first modeling step (S300) By modeling the three-dimensional electrode structure using the design parameters to increase the modeling speed, and by correcting the structure of the three-dimensional electrode structure manufactured through the second modeling step (S500) to be similar to the real structure, the real and modeled The structural matching of the three-dimensional electrode structure was improved.

이때, 상기 구조 파악단계(S100)에서 파악되는 샘플의 구조는 샘플의 표면 이미지와, 단면 이미지, 기공 크기, 기공도 중 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 제1 파라미터 획득단계(S200)에서 파악되는 파라미터는 상기 구조 파악단계(S100)에서 촬영된 표면 이미지와 단면 이미지를 이용하여 확인된 구성물질의 종류, 양, 형태, 밀도, 반지름, 기계적 물성, 전극 두께 중 어느 하나 이상일 수 있다. 즉, 상기 구조 파악단계(S100)에서 촬영된 샘플의 표면 이미지 또는 단면 이미를 기반으로 상기 제1 파라미터 획득단계(S200)에서 전고체 리튬이온전지를 구성하는 물질의 종류와, 각 물질의 양, 형태, 밀도, 반지름, 기계적 물성, 전극 두께 등의 파라미터를 파악하여, 상기 제1 모델링 단계(S300)에서 상기 구조 파악단계(S100)에서 파악된 기공 크기, 기공도와, 상기 제1 파라미터 획득단계(S200)에서 파악된 파라미터를 구조체 구현에 사용되는 모델링 프로그램에 입력하여 1차로 3차원 전극 구조체를 형성하고, 상기 제2 파라미터 획득단계(S400)에서 상기 구조 파악단계(S100)에서 촬영된 영상을 기반으로 각 구성물질이 서로 불균일 및 비대칭하게 배치된 형태를 반영하여, 실물과 모델링된 3차원 전극 구조체가 유사한 구조를 가질 수 있게 한 것이다. 그리고, 여기서 말하는 불균일성과 비대칭성은 각 전극 구조체를 형성하는 각 물질이 서로 연결되는 형태와 이격 배치되는 거리 등을 포함할 수 있으며, 이러한 불균일성과 비대칭성은 전극 설계 및 제조 과정에 따라 상이하게 발현될 수 있으며, 이는 전고체 전극층을 구성하는 전극 소재간의 응집성, 전극 두께에 따른 소재 분포 특성 등을 포함하고 이를 입력 값으로써 반영될 수 있다. 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 전극 구조체 모델링 방법(S1000)을 나타낸 순서도이다.At this time, the structure of the sample identified in the structure determining step (S100) may be any one or more of a surface image, a cross-sectional image, a pore size, and a porosity of the sample, and the parameter identified in the first parameter obtaining step (S200) may be any one or more of the type, amount, shape, density, radius, mechanical properties, and electrode thickness of the constituent materials identified using the surface image and the cross-sectional image taken in the structure identification step (S100). That is, the type of material constituting the all-solid-state lithium ion battery in the first parameter obtaining step (S200) based on the surface image or cross-sectional image of the sample taken in the structure identification step (S100), the amount of each material, By identifying parameters such as shape, density, radius, mechanical properties, and electrode thickness, the pore size and porosity identified in the structure identification step (S100) in the first modeling step (S300), and the first parameter acquisition step ( The parameters identified in S200) are input to a modeling program used for structure implementation to form a three-dimensional electrode structure, and the second parameter acquisition step (S400) is based on the image captured in the structure identification step (S100). By reflecting the non-uniform and asymmetrical arrangement of each constituent material, it is possible to have a similar structure to the real and modeled three-dimensional electrode structure. And, the non-uniformity and asymmetry referred to herein may include a shape in which each material forming each electrode structure is connected to each other, a distance arranged spaced apart, etc., and such non-uniformity and asymmetry may be expressed differently depending on the electrode design and manufacturing process. And, this includes cohesiveness between electrode materials constituting the all-solid electrode layer, material distribution characteristics according to electrode thickness, and the like, and may be reflected as an input value. 4 is a flowchart illustrating a three-dimensional electrode structure modeling method ( S1000 ) according to a second embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면 제2 실시예에 따른 3차원 전극 구조체 모델링 방법(S1000)은 샘플의 전기적 성질을 파악하는 제1 성질 파악단계(S600)와, 상기 제2 모델링 단꼐(S500)에서 모델링된 3차원 전극 구조체의 전기적 성질을 파악하는 제2 성질 파악단계(S700)와, 샘플의 전기적 성질과 모델링된 3차원 전극 구조체의 전기적 성질을 파악하여 전기적 성질 유사도를 판단하며, 전기적 성질 유사도가 일정 이상일 경우 모델링을 종료하는 유사도 판단단계(S800)와, 상기 유사도 판단단계(S800)에서 유사도가 일정 이하인 것으로 판단 시 상기 제2 모델링 단계(S500)에서 모델링된 3차원 전극 구조체를 정밀 보정하여 주는 구조체 정밀 보정단계(S900)와, 상기 구조체 정밀 보정단계(S900)를 통해 보정된 3차원 전극 구조체의 전기적 성질을 파악하는 제3 성질 파악단계(SB)를 더 포함하며, 상기 제3 성질 파악단계(SB) 이후에 상기 유사도 판단단계(S800)가 이루어져, 구조체 정밀 보정을 통하여 제작된 3차원 전극 구조체의 구조를 보다 실물과 유사하게 보정하여 줄 수 있다.Referring to FIG. 4 , the three-dimensional electrode structure modeling method ( S1000 ) according to the second embodiment includes a first property identification step ( S600 ) of grasping an electrical property of a sample, and a third modeled step ( S500 ) in the second modeling step ( S500 ). A second property identification step (S700) of grasping the electrical properties of the three-dimensional electrode structure, the electrical properties of the sample and the electrical properties of the modeled three-dimensional electrode structure are determined to determine the electrical property similarity, and when the electrical property similarity is above a certain level When it is determined that the similarity is less than or equal to a certain level in the similarity determination step (S800) of terminating the modeling and the similarity determination step (S800), the structure precision correction for precisely correcting the three-dimensional electrode structure modeled in the second modeling step (S500) Step (S900) and further comprising a third property grasping step (SB) of grasping the electrical properties of the three-dimensional electrode structure corrected through the structure precision correction step (S900), the third property grasping step (SB) After the similarity determination step (S800) is made, the structure of the three-dimensional electrode structure manufactured through precise correction of the structure can be corrected to be more similar to the real thing.

상세히 설명하면, 상기 제2 모델링 단계(S500)를 통하여 3차원 전극 구조체를 구성하는 물질의 구조가 실물과 유사한 형태를 가지게 되었을 지라도, 활물질 간 연결 특성, 표면 개질 수준, 부반응 산물, 바인더 분포 등에 의해 전지전도도 및 이온전도도와 같은 전기적 성질이 실물과 다를 수 있으므로, 본 발명에서는 상기 제1 성질 파악단계(S600)에서 파악된 실물의 전기적 성질과, 상기 제2 성질 파악단계(S700)를 통하여 파악된 3차원 전극 구조체의 전기적 성질을 비교하여, 상기 유사도 판단단계(S800)에서 전기적 성질 유사도를 판단한 후, 판단된 전기적 성질 유사도가 일정 이하일 경우 상기 구조체 정밀 보정단계(S900)를 통해 상기 문제를 고려하여 구조체를 재보정하여 실물과 3차원 전극 구조체의 전기적 성질 유사성을 높여 준 것이다. 그리고, 보정을 통하여 실물과 전기적 성질 유사성이 높아진 3차원 전극 구조체는 다시 상기 제3 성질 파악단계(SB)를 통하여 전기적 성질이 파악된 후, 상기 유사도 판단단계(S800)에서 실물과의 전기적 성질 비교가 이루어지므로, 전기적 성질 유사도가 지정된 임의의 수치 이상이 될 때까지 이를 반복 수행하여, 제작된 3차원 전극 구조체와 실물의 정합도를 보다 높일 수 있다.In detail, although the structure of the material constituting the three-dimensional electrode structure has a shape similar to the real thing through the second modeling step (S500), the connection characteristics between active materials, the level of surface modification, side reaction products, binder distribution, etc. Since electrical properties such as battery conductivity and ionic conductivity may be different from the real thing, in the present invention, the electrical properties of the real thing identified in the first property grasping step (S600) and the second property grasping step (S700) After comparing the electrical properties of the three-dimensional electrode structure, after determining the electrical property similarity in the similarity determination step (S800), if the determined electrical property similarity is less than a certain level, the structure precision correction step (S900) in consideration of the problem By recalibrating the structure, the similarity of electrical properties between the real and 3D electrode structures was increased. In addition, after the electrical properties of the three-dimensional electrode structure, whose electrical property similarity with the real is increased through correction, are again identified through the third property identifying step (SB), the electrical properties are compared with the real in the similarity determining step (S800). Since is made, this is repeatedly performed until the degree of electrical property similarity is greater than or equal to a specified value, so that the matching degree of the manufactured three-dimensional electrode structure and the real thing can be further improved.

아울러, 도면 상에서는 상기 구조 파악단계(S100)와 상기 제1 성질 파악단계(S600)가 동시에 이루어지는 것을 도시하였지만, 이는 일 실시예이며 상기 제1 성질 파악단계(S600)는 상기 제2 모델링 단계(S500)와 상기 제2 성질 파악단계(S700) 사이에서 이루어질 수 있음은 물론이다.In addition, although the figure shows that the structure identification step (S100) and the first property identification step (S600) are performed at the same time, this is an example and the first property identification step (S600) is the second modeling step (S500) ) and the second property identification step (S700) can be made between of course.

도 5는 구조체 정밀 보정단계(S900)를 통한 구조체의재보정 방법을 나타낸 개념도이다.5 is a conceptual diagram illustrating a re-calibration method of the structure through the structure precision correction step (S900).

도 5를 참조하면, 구조체 정밀 보정단계(S900)는 샘플의 전기전도도와 3차원 전지 구조체의 전기전도도 차이를 파악하는 전기전도도 차이 판단단계(S910)와, 샘플의 전기 전도도보다 3차원 전극 구조체의 전기전도도가 높으면 활물진 간의 연결성을 낮출 수 있는 형태 및 분포 특성을 반영하도록 하고, 활물질 사이에 위치되는 바인더의 분포율을 높이며, 활물질 표면 개질 또는 부반응물 생성 특성을 반영하고, 샘플의 전기전도도 보다 3차원 전극 구조체의 전기전도도가 낮으면 반대의 절차를 진행하는 전기전도도 보정단계(S920)와, 샘플의 이온전도도와 3차원 전극 구조체의 이온전도도 차이를 파악하는 이온전도도 차이 판단단계(S930)와, 샘플의 이온전도도 보다 3차원 전극 구조체의 이온전도도가 높으면 고체전해질 간의 연결성을 낮출 수 있는 형태 및 분포 특성을 포함하도록 하고, 고체전해질 사이에 위치되는 바인더의 분포율을 높이며, 고체전해질 표면 개질 또는 부반응물 형성 특성을 반영하고, 샘플의 이온전도도 보다 3차원 전극 구조체의 이온전도도가 낮으면 반대의 절차를 진행하는 이온전도도 보정단계(S940)를 포함할 수 있다.Referring to Figure 5, the structure precision correction step (S900) is the electrical conductivity difference determination step (S910) to grasp the difference between the electrical conductivity of the sample and the electrical conductivity of the three-dimensional battery structure, and the electrical conductivity of the three-dimensional electrode structure than the sample. When the electrical conductivity is high, the shape and distribution characteristics that can lower the connectivity between the active materials are reflected, the distribution rate of the binder positioned between the active materials is increased, the surface modification of the active material or the generation of side reactants is reflected, and the electrical conductivity of the sample is 3 If the electrical conductivity of the three-dimensional electrode structure is low, the electrical conductivity correction step (S920) of performing the opposite procedure, and the ion conductivity difference determination step (S930) of grasping the difference between the ionic conductivity of the sample and the ion conductivity of the three-dimensional electrode structure, When the ionic conductivity of the three-dimensional electrode structure is higher than the ionic conductivity of the sample, the shape and distribution characteristics that can lower the connectivity between the solid electrolytes are included, and the distribution rate of the binder positioned between the solid electrolytes is increased, and the surface of the solid electrolyte is modified or side reactants When the ionic conductivity of the three-dimensional electrode structure is lower than the ionic conductivity of the sample, the ion conductivity correction step (S940) of performing the opposite procedure may be included.

상기 보정단계(S920와 S940)의 한 예로서, 전극 재료 간의 연결성을 보정할 필요가 없으며 소재 표면 개질 및 부반응물 형성이 없다면, 활물질들 사이에 바인더 분포율이 높아질수록 3차원 전극 구조체의 전기전도도가 낮아지고, 고체전해질들 사이에 바인더 분포율이 높아질수록 3차원 전극 구조체의 이온전도도가 낮아지므로, 본 발명에서는 상기 전기전도도 차이 판단단계(S910)를 통하여 실물과 제작된 3차원 전극 구조체의 전기전도도 차이를 판단 후, 상기 전기전도도 보정단계(S920)에서 전기전도도 차이에 대응하여 활물질 사이에 위치되는 바인더 분포율을 조절하여 실물과 모델링된 3차원 전극 구조체의 전기전도도를 유사하게 만들고, 상기 이온전도도 차이 판단단계(S930)를 통하여 실물과 제작된 3차원 전극 구조체의 이온전도도 차이를 판단한 후, 상기 이온전도도 보정단계(S940)에서 이온전도도 차이에 대응하여 고체전해질 사이에 위치되는 바인더의 분포율을 조절하여, 실물과 모델링된 3차원 전극 구조체의 이온전도도를 유사하게 만들어 줄 수 있다.As an example of the correction step (S920 and S940), if there is no need to correct the connectivity between the electrode materials and there is no material surface modification and side reactant formation, the higher the binder distribution between the active materials, the higher the electrical conductivity of the three-dimensional electrode structure. Since the ionic conductivity of the three-dimensional electrode structure decreases as the binder distribution ratio between the solid electrolytes increases, in the present invention, the difference in electrical conductivity between the real and the manufactured three-dimensional electrode structure through the electric conductivity difference determination step (S910) After determining, in the electrical conductivity correction step (S920), the electrical conductivity of the real and modeled three-dimensional electrode structure is similar by adjusting the distribution ratio of the binder positioned between the active materials in response to the electrical conductivity difference, and the ionic conductivity difference is determined After determining the difference in ionic conductivity between the real and the manufactured three-dimensional electrode structure through step (S930), in response to the difference in ion conductivity in the ion conductivity correction step (S940), by adjusting the distribution rate of the binder positioned between the solid electrolyte, It is possible to make the ionic conductivity of the real and modeled three-dimensional electrode structure similar.

결국, 본 발명인 3차원 전극 구조체 모델링 방법은 상기 제1 모델링 단계(S300)를 통하여 3차원 전극 구조체를 보다 빠르게 모델링 하고, 상기 제2 모델링 단계를 통하여 모델링된 3차원 전극 구조체와 실물의 구조 정합도를 높여주고, 상기 구조체 정밀 보정단계(S900)를 통하여 실물과 모델링된 3차원 전극 구조체의 전기적 성질 정합도를 높일 수 있으므로, 실물과 유사한 구조 및 전기적 성질을 가지는 3차원 전극 구조체를 보다 빠르게 모델링 가능한 것이다.After all, in the method of modeling a three-dimensional electrode structure according to the present invention, the three-dimensional electrode structure is more rapidly modeled through the first modeling step (S300), and the 3D electrode structure modeled through the second modeling step and the actual structure match degree Because it is possible to increase the electrical property matching of the real and modeled three-dimensional electrode structure through the structure precision correction step (S900), it is possible to more quickly model a three-dimensional electrode structure having a structure and electrical properties similar to the real thing will be.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of application is varied, and anyone with ordinary knowledge in the field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims It goes without saying that various modifications are possible.

S100 : 구조 파악단계 S200 : 제1 파라미터 획득단계
S300 : 제1 모델링 단계 S400 : 제2 파라미터 획득단계
S500 : 제2 모델링 단계 S600 : 제1 성질 파악단계
S700 : 제2 성질 파악단계 S800 : 유사도 판단단계
S900 : 구조체 정밀 보정단계 S910 : 전기전도도 차이 판단단계
S920 : 전기전도도 보정단계 S930 : 이온전도도 차이 판단단계
S940 : 이온전도도 보정단계
SB : 제3 성질 파악단계S100: structure identification step S200: first parameter acquisition step
S300: first modeling step S400: second parameter acquisition step
S500: second modeling step S600: first property identification step
S700: second property identification step S800: similarity determination step
S900: structure precision correction step S910: electric conductivity difference determination step
S920: electric conductivity correction step S930: ion conductivity difference determination step
S940: Ion conductivity correction step
SB: 3rd characterization stage

Claims (11)

모델링 장치를 이용하여 샘플의 3차원 전극 구조체를 모델링하는 방법으로서,
상기 모델링 장치가,
상기 샘플의 구조를 파악하는 샘플구조 파악단계(S100);
상기 샘플의 구조를 이용하여 상기 샘플을 구성하는 구성물질의 설계 파라미터인 제1 파라미터를 추출하는 제1 파라미터 획득단계(S200);
모델링 프로그램에 상기 샘플의 구조에 대한 데이터와 상기 제1 파라미터에 대한 데이터를 입력하여 상기 샘플에 대한 3차원 전극 구조체를 1차로 모델링한 제1 모델을 생성하는 제1 모델링 단계(S300);
상기 샘플의 구조를 이용하여, 상기 구성물질의 불균일성과 비대칭성 중 어느 하나 이상의 파라미터인 제2 파라미터를 추출하는 제2 파라미터 획득단계(S400); 및
모델링 프로그램에 상기 제1 모델에 대해 상기 제2 파라미터에 대한 데이터를 입력하여, 상기 제1 모델을 보정한 제2 모델을 생성하는 제2 모델링 단계(S500);
를 포함하는, 3차원 전극 구조체 모델링 방법.
As a method of modeling a three-dimensional electrode structure of a sample using a modeling device,
The modeling device,
a sample structure identification step (S100) of grasping the structure of the sample;
a first parameter obtaining step (S200) of extracting a first parameter that is a design parameter of constituent materials constituting the sample by using the structure of the sample;
a first modeling step (S300) of inputting data on the structure of the sample and data on the first parameter to a modeling program to generate a first model in which the three-dimensional electrode structure for the sample is first modeled (S300);
a second parameter obtaining step (S400) of extracting a second parameter that is one or more parameters of non-uniformity and asymmetry of the constituent material by using the structure of the sample; and
a second modeling step (S500) of generating a second model in which the first model is corrected by inputting data about the second parameter with respect to the first model into a modeling program;
Including, a three-dimensional electrode structure modeling method.
 제1항에 있어서,
상기 샘플구조 파악단계(S100)에서 파악되는 샘플의 구조는 상기 샘플의 표면 이미지, 단면 이미지, 기공 크기, 및 기공도 중 어느 하나 이상을 포함하며,
상기 제1 파라미터 획득단계(S200)에서 획득되는 제1 파라미터는 상기 표면 이미지 및 단면 이미지 중 적어도 어느 하나를 이용하여 확인된 구성물질의 종류, 양, 형태, 밀도, 반지름, 기계적 물성, 전극 두께 중 어느 하나 이상인, 3차원 전극 구조체 모델링 방법.
According to claim 1,
The structure of the sample grasped in the sample structure identification step (S100) includes any one or more of a surface image, a cross-sectional image, a pore size, and a porosity of the sample,
The first parameter obtained in the first parameter obtaining step (S200) is selected from among the type, amount, shape, density, radius, mechanical properties, and electrode thickness of the constituent material identified using at least one of the surface image and the cross-sectional image. Any one or more, three-dimensional electrode structure modeling method.
 제2항에 있어서,
상기 샘플의 전기적 성질을 파악하는 제1 성질 파악단계(S600);
상기 제2 모델의 전기적 성질을 파악하는 제2 성질 파악단계(S700); 및
상기 샘플의 전기적 성질과 상기 제2 모델의 전기적 성질을 이용하여 샘플-제2 모델 간 전기적 성질 유사도를 판단하며, 상기 샘플-제2 모델 간 전기적 성질 유사도가 기설정된 값 이상일 경우 모델링을 종료하는 유사도 판단단계(S800);
를 더 포함하는, 3차원 전극 구조체 모델링 방법.
3. The method of claim 2,
a first property determination step of grasping the electrical properties of the sample (S600);
a second property determination step (S700) of recognizing the electrical properties of the second model; and
The similarity degree of determining the electrical property similarity between the sample and the second model by using the electrical property of the sample and the electrical property of the second model, and terminating the modeling when the electrical property similarity between the sample and the second model is equal to or greater than a preset value determination step (S800);
Further comprising, a three-dimensional electrode structure modeling method.
 제3항에 있어서,
상기 유사도 판단단계(S800)에서 상기 샘플-제2 모델 간 전기적 성질 유사도가 기설정된 값 미만인 것으로 판단 시, 상기 제2 모델에 대해, 상기 제2 모델 내 전극 소재간 연결성 및 분포율, 소재 표면 개질, 및 부반응물 형성 특성 중 어느 하나 이상을 재보정하여 재보정 모델을 생성하는 구조체 정밀 보정단계(S900);
를 더 포함하는, 3차원 전극 구조체 모델링 방법.
4. The method of claim 3,
When it is determined that the electrical property similarity between the sample and the second model is less than a preset value in the similarity determination step (S800), for the second model, the connectivity and distribution ratio between electrode materials in the second model, material surface modification, And a structure precision correction step (S900) for generating a re-calibration model by re-correcting any one or more of the side-reactant formation characteristics;
Further comprising, a three-dimensional electrode structure modeling method.
 제4항에 있어서,
상기 재보정 모델의 전기적 성질을 파악하는 제3 성질 파악단계(SB)를 더 포함하고,
상기 제3 성질 파악단계(SB) 이후에, 상기 샘플의 전기적 성질과 상기 재보정 모델의 전기적 성질을 이용하여 샘플-재보정 모델 간 전기적 성질 유사도를 판단하며,
상기 샘플-재보정 모델 간 전기적 성질 유사도가 기설정된 값 이상일 경우 모델링을 종료하고, 기설정된 값 미만일 경우 상기 재보정 모델을 다시 재보정하여 상기 샘플과 다시 재보정된 모델 간 전기적 성질 유사도가 기설정된 값 이상이 될때까지 모델의 재보정을 반복 수행하는, 3차원 전극 구조체 모델링 방법.
5. The method of claim 4,
Further comprising a third property grasping step (SB) of grasping the electrical properties of the recalibration model,
After the third property identification step (SB), the electrical property similarity between the sample-recalibration model is determined using the electrical property of the sample and the electrical property of the recalibration model,
When the electrical property similarity between the sample and the recalibration model is greater than or equal to a preset value, modeling is terminated, and when the similarity of electrical properties between the sample and the recalibration model is less than the preset value, the recalibration model is recalibrated and the electrical property similarity between the sample and the recalibrated model is a preset value A three-dimensional electrode structure modeling method that repeatedly performs recalibration of the model until it becomes abnormal.
 제4항에 있어서,
상기 샘플의 전기적 성질과, 상기 제2 모델의 전기적 성질은, 이온전도도와 전기전도도를 포함하는, 3차원 전극 구조체 모델링 방법.
5. The method of claim 4,
The electrical properties of the sample and the electrical properties of the second model, including ionic conductivity and electrical conductivity, a three-dimensional electrode structure modeling method.
 제6항에 있어서,
상기 구조체 정밀 보정단계(S900)는,
상기 샘플의 전기전도도와 상기 제2 모델의 전기전도도 차이를 파악하는 전기전도도 차이 판단단계(S910)와,
상기 샘플의 전기전도도보다 상기 제2 모델의 전기전도도가 높으면 상기 제2 모델의 활물질을 해당 활물질보다 전기전도도가 낮은 물질로 코팅하고,
상기 샘플의 전기전도도보다 상기 제2 모델의 전기전도도가 낮으면 상기 제2 모델의 활물질을 해당 활물질보다 전기전도도가 높은 물질로 코팅하는 전기전도도 보정단계(S920)를 포함하는, 3차원 전극 구조체 모델링 방법.
7. The method of claim 6,
The structure precision correction step (S900),
An electrical conductivity difference determination step (S910) of determining a difference between the electrical conductivity of the sample and the electrical conductivity of the second model;
When the electrical conductivity of the second model is higher than the electrical conductivity of the sample, the active material of the second model is coated with a material having lower electrical conductivity than the corresponding active material,
When the electrical conductivity of the second model is lower than the electrical conductivity of the sample, comprising an electrical conductivity correction step (S920) of coating the active material of the second model with a material having higher electrical conductivity than the corresponding active material, three-dimensional electrode structure modeling Way.
 제6항에 있어서,
상기 구조체 정밀 보정단계(S900)는,
상기 샘플의 이온전도도와 상기 제2 모델의 이온전도도 차이를 파악하는 이온전도도 차이 판단단계(S930)와,
상기 샘플의 이온전도도보다 상기 제2 모델의 이온전도도가 높으면, 상기 제2 모델의 고체전해질 간의 연결성을 낮추고, 상기 제2 모델의 고체전해질 사이에 위치되는 바인더의 분포율을 높이거나, 상기 제2 모델의 고체전해질 표면을 해당 고체전해질보다 이온전도도가 낮은 물질로 코팅하고,
상기 샘플의 이온전도도보다 상기 제2 모델의 이온전도도가 낮으면, 상기 제2 모델의 고체전해질 사이에 위치되는 바인더의 분표율을 낮추거나, 상기 제2 모델의 고체전해질 표면을 해당 고체전해질보다 이온전도도가 높은 물질로 코팅하는 이온전도도 보정단계(S940)를 포함하는, 3차원 전극 구조체 모델링 방법.
7. The method of claim 6,
The structure precision correction step (S900),
An ion conductivity difference determination step (S930) of determining the difference between the ionic conductivity of the sample and the ion conductivity of the second model;
When the ionic conductivity of the second model is higher than the ionic conductivity of the sample, the connectivity between the solid electrolytes of the second model is lowered, and the distribution rate of the binder positioned between the solid electrolytes of the second model is increased, or the second model coating the surface of the solid electrolyte with a material having lower ionic conductivity than the corresponding solid electrolyte,
When the ionic conductivity of the second model is lower than the ionic conductivity of the sample, the fraction of the binder positioned between the solid electrolyte of the second model is lowered, or the surface of the solid electrolyte of the second model is ionized from the solid electrolyte. A three-dimensional electrode structure modeling method comprising the ion conductivity correction step (S940) of coating with a material having high conductivity.
 제1항의 3차원 전극 구조체 모델링 방법이 저장된 하드웨어 장치.
A hardware device in which the three-dimensional electrode structure modeling method of claim 1 is stored.
 제9항의 하드웨어 장치가 사용되는 전극 구조체 모델링 시스템에 있어서,
상기 샘플을 절단하여 상기 샘플을 복수개의 시편으로 제작하는 시편 제작장치; 및
상기 시편 제작장치에 의해 제작된 복수개의 시편의 영상을 촬영하는 영상 촬영장치;
를 포함하는, 전극 구조체 모델링 시스템.
In the electrode structure modeling system in which the hardware device of claim 9 is used,
a specimen production device for cutting the sample and producing the sample into a plurality of specimens; and
an image photographing apparatus for photographing images of a plurality of specimens produced by the specimen production apparatus;
Including, electrode structure modeling system.
 제10항에 있어서,
모델링 장치;를 더 포함하고,
상기 모델링 장치는,
상기 샘플의 영상을 기반으로 상기 구성물질의 파라미터를 추출하는 파라미터 추출부와,
상기 파라미터 추출부에서 추출된 파라미터를 이용하여 상기 샘플에 대한 전극 구조체를 모델링하는 모델링부와,
상기 모델링부에서 모델링된 전극 구조체 모델을 보정하는 보정부를 포함하는, 전극 구조체 모델링 시스템.
11. The method of claim 10,
Modeling device; further comprising,
The modeling device is
a parameter extraction unit for extracting parameters of the constituent material based on the image of the sample;
a modeling unit for modeling the electrode structure for the sample using the parameters extracted by the parameter extraction unit;
Including a correction unit for correcting the electrode structure model modeled by the modeling unit, the electrode structure modeling system.
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