KR20130018523A - Analysis method of metal impurity by electrochemical method - Google Patents

Analysis method of metal impurity by electrochemical method Download PDF

Info

Publication number
KR20130018523A
KR20130018523A KR1020120079872A KR20120079872A KR20130018523A KR 20130018523 A KR20130018523 A KR 20130018523A KR 1020120079872 A KR1020120079872 A KR 1020120079872A KR 20120079872 A KR20120079872 A KR 20120079872A KR 20130018523 A KR20130018523 A KR 20130018523A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
metal foreign
working electrode
secondary battery
metal
Prior art date
Application number
KR1020120079872A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101466628B1 (en
Inventor
고병호
안경진
김민수
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Publication of KR20130018523A publication Critical patent/KR20130018523A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101466628B1 publication Critical patent/KR101466628B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
    • G01N27/48Systems using polarography, i.e. measuring changes in current under a slowly-varying voltage
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28Electrolytic cell components
    • G01N27/30Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

PURPOSE: A method for analyzing metallic foreign materials by an electrochemical method is provided to freely increase the size of a working electrode according to mass produced scales of a secondary battery, thereby enhancing the reliability of an analysis result. CONSTITUTION: A method for analyzing metallic foreign materials by an electrochemical method is as follows. A battery cell including a working electrode is manufactured. Voltage is applied to the working electrode so that metallic foreign materials included in raw materials for a secondary cell has a chemical reaction. Changes in the voltage flowing in a reference electrode are measured so that the metallic foreign materials are analyzed. [Reference numerals] (AA) Current(1e-4A); (BB) Voltage(V)

Description

전기 화학적 방법에 의한 금속 이물질 분석 방법 {Analysis Method of Metal Impurity By Electrochemical Method}Analysis method of metal foreign matter by electrochemical method {Analysis Method of Metal Impurity By Electrochemical Method}

본 발명은 전기 화학적 방법에 의한 금속 이물질 분석 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 이차전지용 원재료와 바인더 만으로 구성된 작업전극(working electrode)을 포함하는 전지셀을 제조한 후, 상기 이차전지용 원재료에 포함된 금속 이물질이 전기화학반응을 일으키도록 작업전극에 전압을 인가하여, 기준전극으로 흐르는 전류의 변화를 측정함으로써, 금속 이물질을 분석하는 것을 특징으로 하는 금속 이물질의 분석 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for analyzing metal foreign matters by an electrochemical method, and more particularly, after manufacturing a battery cell including a working electrode composed of only a secondary battery raw material and a binder, and included in the secondary battery raw material. The present invention relates to a method for analyzing a metal foreign material, wherein the metal foreign material is analyzed by applying a voltage to the working electrode so as to cause an electrochemical reaction and measuring a change in current flowing to the reference electrode.

화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격이 상승하고, 환경 오염의 관심이 증폭되면서 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있고, 특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서 이차전지의 사용이 실현화되고 있다. As the price of energy sources increases due to the depletion of fossil fuels, and the interest of environmental pollution is increasing, the demand for environmentally friendly alternative energy sources becomes an indispensable factor for future life. As demand increases, demand for secondary batteries as energy sources is rapidly increasing, and in recent years, the use of secondary batteries as power sources for electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs) has been realized.

상기 이차전지는 가역적인 충방전이 양극 활물질과 음극 활물질의 전기화학반응에 의해 이루어진다. Rechargeable charging and discharging of the secondary battery is performed by an electrochemical reaction between the positive electrode active material and the negative electrode active material.

상기 양극 합제는 양극 활물질, 바인더, 도전재, 첨가제 등(이하, 이차전지용 원재료)을 포함하고 있는데, 상기 이차전지용 원재료 내에는 일반적으로 이차전지의 전기화학반응에 자유롭게 참여할 수 있는 금속 이물질들이 혼입되어 있다. 특히, 도전재는 상기와 같이 이차전지의 전기화학반응에 참여할 수 있는 금속 이물질과 상기 도전재 내에 존재하는 금속원소를 일반적으로 포함하고 있다. The positive electrode mixture includes a positive electrode active material, a binder, a conductive material, and an additive (hereinafter, referred to as a raw material for a secondary battery). In the raw material for the secondary battery, metal foreign substances that can freely participate in the electrochemical reaction of the secondary battery are generally mixed. have. In particular, the conductive material generally includes a metal foreign material that can participate in the electrochemical reaction of the secondary battery as described above and a metal element present in the conductive material.

그러나, 상기와 같은 금속 이물질은 이차전지의 전기화학반응에 자유롭게 참여함으로써 이차전지의 저전압 등을 유발시키는 문제가 있다.However, such a metal foreign matter has a problem of causing a low voltage of the secondary battery by freely participating in the electrochemical reaction of the secondary battery.

종래에는 상기와 같은 이차전지용 원재료 내의 금속 이물질들을 분석하기 위하여 유도 결합 플라즈마 법(ICP, Inductively Coupled Plasma)을 이용하였으나, 상기 분석 방법은 수 g 단위로 샘플링한 이차전지용 원재료 자체를 산에 녹여서 분석하므로, 양산 스케일의 이차전지의 전체 로트(lot)를 대표한다고 할 수 없을 뿐만 아니라, ICP-AES(Atomic Emission Spectroscopy)분석의 경우, 시료들을 900℃의 고온에서 전처리하는 과정에서, 상당량의 금속 이물질들이 소실될 가능성이 매우 높으므로, 정확한 분석 결과에 대한 신뢰성이 떨어지는 문제가 있었다.Conventionally, inductively coupled plasma (ICP, Inductively Coupled Plasma) method is used to analyze metal foreign substances in the secondary battery raw materials as described above. Not only does not represent the entire lot of the secondary battery of the mass production scale, but in the case of the Atomic Emission Spectroscopy (ICP-AES) analysis, a large amount of metal foreign matters during the pretreatment of the samples at a high temperature of 900 ℃ Since it is very likely to be lost, there is a problem that the reliability of the accurate analysis results is poor.

따라서, 양산 스케일의 이차전지 내에 포함되어 있는 금속 이물질들의 검출 결과를 신뢰할 수 있는 금속 이물질의 분석 방법에 대한 필요성이 높은 실정이다.Accordingly, there is a high need for a method for analyzing metal foreign matters that can reliably detect the detection results of metal foreign matters contained in a secondary battery of a mass production scale.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and the technical problems required from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 전압 전류법을 이용하는 경우 양산 스케일의 이차전지에서 실제 전기화학반응에 참여하는 금속 성분만을 분석할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.After extensive research and various experiments, the inventors of the present application confirmed that only the metal components participating in the actual electrochemical reaction can be analyzed in a secondary battery of mass production using the voltammetry. Reached.

구체적으로, 본 발명에 따른 금속 이물질 분석 방법은, 이차전지용 원재료와 바인더 만으로 구성된 작업전극(working electrode)을 포함하는 전지셀을 제조한 후, 상기 이차전지용 원재료에 포함된 금속 이물질이 전기화학반응을 일으키도록 작업전극에 전압을 인가하여, 기준전극으로 흐르는 전류의 변화를 측정함으로써, 금속 이물질을 분석하는 과정을 포함한다.Specifically, in the method of analyzing a foreign substance in a metal according to the present invention, after manufacturing a battery cell including a working electrode composed of only a raw material for a secondary battery and a binder, the foreign metal contained in the raw material for the secondary battery undergoes an electrochemical reaction. Analyzing the metal foreign matter by applying a voltage to the working electrode to measure the change in the current flowing to the reference electrode.

본 발명에 따른 분석 방법은 상기 금속 이물질들의 산화반응을 이용하여 금속 산화물을 분석하는 것으로서, 상기 금속 이물질들은 고유의 산화전위에서 산화되어 전류를 발생시킨다. The analysis method according to the present invention is to analyze the metal oxide using the oxidation reaction of the metal foreign matters, the metal foreign matters are oxidized at the intrinsic oxidation potential to generate a current.

상기한 금속 이물질들은 3.50 ~ 4.00 V 에서 산화반응을 일으키는 금속 이물질들로서, 구체적으로는, 3.60 ~ 3.75 V 에서 산화반응을 일으키는 구리(Cu) 또는 3.75 ~ 3.90 V에서 산화반응을 일으키는 철(Fe)일 수 있다. The above metal foreign matters are metal foreign substances which cause oxidation at 3.50 to 4.00 V, specifically, copper (Cu) which causes oxidation at 3.60 to 3.75 V or iron (Fe) which causes oxidation at 3.75 to 3.90 V. Can be.

이와 같이, 상기 금속 이물질이 산화되어 전류가 흐르기 시작하는 측정전압과 금속 이물질의 고유의 산화전위를 비교함으로써 서로 다른 금속 이물질들의 종류를 분석할 수 있다.As described above, different types of metal foreign matters may be analyzed by comparing the measured voltage at which the metal foreign matter is oxidized and current starts to flow with the intrinsic oxidation potential of the metal foreign matter.

또한, 반응하는 금속 이물질들의 함량이 많으면 산화반응도 활발하게 일어나게 되어 흐르는 전류의 양이 많아지게 되고, 상기 금속 이물질들은 각각 고유의 산화전위가 상이하므로, 상기 금속 이물질의 고유의 산화전위에서의 전류의 세기를 측정함으로써 서로 다른 금속 이물질들의 상대적 함량을 분석하는 것도 가능하다. In addition, when the amount of the metal foreign matter reacts to increase the amount of current flowing through the active oxidation reaction, and the metal foreign matters are different from each other inherent oxidation potential, the current of the intrinsic oxidation potential of the metal foreign matter. It is also possible to analyze the relative content of different metal foreign bodies by measuring the strength.

상기한 정성분석 및 정량분석은 전압 전류법(voltametry), 예를 들어, 선형 전압 전류법(linear voltametry) 또는 순환 전압 전류법(cyclic voltametry)에 의해서 이루어질 수 있고, 이 때, 승압은 선형적(linear)으로 진행하며 승압속도는 느릴수록 금속 이물질의 검출에 유리하나, 0.1 ~ 20 mV/s인 것이 바람직하며, 1 ~ 5 mV/s인 것이 더욱 바람직하다. The above qualitative analysis and quantitative analysis may be performed by voltammetry, for example, linear voltametry or cyclic voltametry, wherein the boost is linear ( linear) and the slower the boosting speed, the more advantageous it is for the detection of metal foreign matter, but preferably 0.1 to 20 mV / s, more preferably 1 to 5 mV / s.

따라서, 본 발명에 따른 분석 방법은 이차전지의 양산 스케일에 따라 작업전극의 크기를 자유롭게 조절할 수 있으므로, 1회 테스트 시 사용하는 샘플의 크기, 즉, 작업전극의 크기를 늘려 분석 결과의 신뢰성을 높일 수 있을 수 있을 뿐만 아니라, 상기 이차전지에 포함되어 있는 금속 이물질들과 이차전지의 저전압 불량률과의 상관관계를 유의적으로 분석할 수 있다.Therefore, the analysis method according to the present invention can freely adjust the size of the working electrode according to the mass production scale of the secondary battery, thereby increasing the size of the sample used in one test, that is, the working electrode to increase the reliability of the analysis results In addition, the correlation between the metal foreign matters included in the secondary battery and the low voltage failure rate of the secondary battery can be analyzed significantly.

구체적으로, 상기한 이차전지용 원재료와 바인더 만으로 구성된 작업전극은, 이차전지용 원재료와 바인더 만으로 구성된 전극합제를 NMP 등과 같은 용매에 혼합하여 만들어진 슬러리를 전류 집전체에 도포, 건조한 전극을 의미한다. Specifically, the working electrode composed of only the secondary battery raw material and the binder refers to a dry electrode applied to a current collector by applying a slurry made by mixing an electrode mixture composed of only the secondary battery raw material and the binder to a solvent such as NMP.

본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 이차전지용 원재료는 도전재만으로 이루어진 것일 수 있고, 상기 전극합제는, 전극합제의 전체 중량을 기준으로 40 중량% 내지 99.5 중량%의 도전재를 포함하고 있을 수 있다. In one embodiment of the present invention, the secondary battery raw material may be made of a conductive material only, the electrode mixture may include a conductive material of 40% to 99.5% by weight based on the total weight of the electrode mixture. have.

상기한 전류 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. The current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery. Examples of the current collector include, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or the surface of aluminum or stainless steel. Surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like can be used.

또한, 전류 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.In addition, the current collector may form fine irregularities on its surface to increase the adhesion of the positive electrode active material, and may be in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.

도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery. Examples of the conductive material include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

상기 바인더는 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합제 등을 들 수 있다.The binder is added to the binder in an amount of 1 to 30% by weight, based on the total weight of the mixture containing the cathode active material, as a component that assists in bonding between the active material and the conductive agent and bonding to the current collector. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, and various copolymers.

상기 기준전극은 리튬(Li) 금속 또는 은(Ag)이고, 상기 전지셀은 작업전극/기준전극으로 이루어진 2 전극 셀 또는 작업전극/음극/기준전극으로 이루어진 3 전극 셀일 수 있다. The reference electrode may be lithium (Li) metal or silver (Ag), and the battery cell may be a two-electrode cell consisting of a working electrode / reference electrode or a three-electrode cell consisting of a working electrode / cathode / reference electrode.

상기 음극은, 예를 들어, 음극 집전체 상에 음극 활물질을 포함하고 있는 음극 합제를 도포한 후 건조하여 제조되며, 상기 음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe’yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.The negative electrode is prepared by, for example, applying a negative electrode mixture containing a negative electrode active material on a negative electrode current collector and then drying it. The negative electrode active material is, for example, carbon such as non-graphitized carbon or graphite carbon. ; Li x Fe 2 O 3 (0 ≦ x ≦ 1), Li x WO 2 (0 ≦ x ≦ 1), Sn x Me 1-x Me ' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, halogen, 0 <x ≦ 1; 1 ≦ y ≦ 3; 1 ≦ z ≦ 8); Lithium metal; Lithium alloys; Silicon-based alloys; Tin-based alloys; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, Bi 2 O 5 and the like; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 mu m. Such an anode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery, and examples thereof include copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, copper or stainless steel Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode collector, fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.

상기한 2 전극 셀, 3 전극 셀의 구조 및 제조방법은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 있으므로, 이하 자세한 설명은 생략한다. Since the structure and manufacturing method of the two-electrode cell, the three-electrode cell are known to those skilled in the art, detailed description thereof will be omitted below.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 분석 방법은 이차전지의 양산 스케일에 따라 작업전극의 크기를 자유롭게 조절할 수 있으므로, 1회 테스트 시 사용하는 샘플의 크기 즉, 작업전극의 크기를 늘려 분석 결과의 신뢰성을 높일 수 있을 수 있을 뿐만 아니라, 상기 이차전지에 포함되어 있는 금속 이물질들과 이차전지의 저전압 불량률과의 상관관계를 유의적으로 분석할 수 있다.As described above, the analysis method according to the present invention can freely adjust the size of the working electrode according to the mass production scale of the secondary battery, the size of the sample used in one test, that is, the size of the working electrode to increase the analysis result Not only can the reliability be improved, but also the correlation between the metal foreign matters included in the secondary battery and the low voltage failure rate of the secondary battery can be analyzed significantly.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 전극 셀을 순환 전압 전류법을 이용하여 분석한 결과이다;
도 2는 본 발명의 실시예 2의 전극 셀을 순환 전압 전류법을 이용하여 분석한 결과이다;
도 3은 도 1 및 도 2의 그래프들의 충전 전류가 동일하도록 보정한 후, 이들을 함께 도시한 도면이다;
도 4는 본 발명의 실시예 3 및 4의 전극 셀들을 순환 전압 전류법을 이용하여 분석한 결과이다;
도 5는 본 발명의 실시예 1 및 2의 전극 셀들을 순환 전압 전류법(Cyclic Voltametry; CV)으로 분석 시, 저전압 불량률과 금속 이물질 함량간의 상관관계를 도시한 그래프이다;
도 6은 본 발명의 실시예 1 내지 2의 전극 셀들을 ICP-AES 법으로 분석 시, 저전압 불량률과 금속 이물질 함량간의 상관관계를 도시한 그래프이다;
도 7은 본 발명의 실시예 1 내지 2의 전극 셀들을 ICP-MS 법으로 분석 시, 저전압 불량률과 금속 이물질 함량간의 상관관계를 도시한 그래프이다.
1 is a result of analyzing the electrode cell of Example 1 of the present invention using the cyclic voltammetry;
2 is a result of analyzing the electrode cell of Example 2 of the present invention using the cyclic voltammetry;
3 is a diagram illustrating these together after the charging currents of the graphs of FIGS. 1 and 2 are corrected to be the same;
4 is a result of analyzing the electrode cells of Examples 3 and 4 of the present invention using the cyclic voltammetry;
5 is a graph showing the correlation between the low voltage failure rate and the metal foreign matter content when the electrode cells of Examples 1 and 2 of the present invention are analyzed by cyclic voltammetry (CV);
6 is a graph showing the correlation between the low voltage failure rate and the metal foreign matter content when the electrode cells of Examples 1 to 2 of the present invention are analyzed by the ICP-AES method;
7 is a graph showing the correlation between the low voltage failure rate and the metal foreign matter content when the electrode cells of Examples 1 to 2 of the present invention are analyzed by the ICP-MS method.

이하, 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention is further described, but the scope of the present invention is not limited thereto.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

도전재로서 저전압 불량률이 가장 높은 카본블랙(C2515)과 바인더를 1 : 1의 중량비로 혼합하고, NMP에 넣어 슬러리를 제조하였다. 알루미늄 집전체 상에 상기 슬러리를 코팅한 후 압연 및 건조하여 작업전극을 제작하였다. 상기 작업전극, 기준전극으로서 은 금속 및 전해질로서 LiPF6가 1몰 녹아있는 카보네이트 전해액을 이용하여 전극 셀을 제작하였다.
As a conductive material, carbon black (C2515) having the highest low voltage failure rate and a binder were mixed at a weight ratio of 1: 1, and put into NMP to prepare a slurry. The slurry was coated on an aluminum current collector, followed by rolling and drying to prepare a working electrode. An electrode cell was fabricated using the carbonate electrolyte in which 1 mol of LiPF 6 was dissolved as the working electrode, the reference metal, and the silver metal as the electrolyte.

<실시예 2><Example 2>

도전재로서 저전압 불량률이 가장 낮은 카본블랙(D2137)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전극 셀을 제작하였다.
An electrode cell was fabricated in the same manner as in Example 1 except that carbon black (D2137) having the lowest low voltage failure rate was used as the conductive material.

<실시예 3><Example 3>

도전재로서 저전압 불량률이 가장 높은 카본블랙(C2515)과 바인더를 95 : 5의 중량비로 혼합하고, NMP에 넣어 슬러리를 제조하였다. 알루미늄 집전체 상에 상기 슬러리를 코팅한 후 압연 및 건조하여 작업전극을 제작하였다. 상기 작업전극, 기준전극으로서 리튬 금속 및 전해질로서 LiPF6가 1몰 녹아있는 카보네이트 전해액을 이용하여 전극 셀을 제작하였다.
As a conductive material, carbon black (C2515) having the highest low voltage failure rate and a binder were mixed at a weight ratio of 95: 5, and put into NMP to prepare a slurry. The slurry was coated on an aluminum current collector, followed by rolling and drying to prepare a working electrode. An electrode cell was prepared using the carbonate electrolyte in which 1 mol of LiPF 6 was dissolved as the working electrode, the reference electrode, and lithium metal as the electrolyte.

<실시예 4><Example 4>

도전재로서 저전압 불량률이 가장 낮은 카본블랙(D2137)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 전극 셀을 제작하였다.
An electrode cell was fabricated in the same manner as in Example 3 except that carbon black (D2137) having the lowest low voltage failure rate was used as the conductive material.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

실시예 1의 카본블랙(C2515) 0.313g을 25 mL 비이커에 넣고 무게를 측정한다. 증류수: 60% HNO3: H2O2의 부피비가 4 : 3 : 1인 혼합용액 13 mL를 카본블랙(C2515)에 가한다. 30분 동안 음파처리(sonication)하고, 140℃의 온도에서 6 시간동안 가열한 후 상온에서 10분 동안 냉각하고, 감압 여과한다. 0.313 g of carbon black (C2515) of Example 1 was placed in a 25 mL beaker and weighed. Distilled water: 13 mL of a mixed solution having a volume ratio of 4: 3: 1 by 60% HNO 3 : H 2 O 2 was added to carbon black (C2515). Sonication for 30 minutes, heated for 6 hours at a temperature of 140 ℃, cooled for 10 minutes at room temperature, and filtered under reduced pressure.

여과 후 2% 질산 용액으로 세척한 후, 여과액을 25 mL 용량플라스크에 담고 2% 질산 용액으로 채운 후 적당량을 채취하여 ICP 분석용 샘플을 제조한다.
After filtration and washing with 2% nitric acid solution, the filtrate was placed in a 25 mL volumetric flask and filled with 2% nitric acid solution, and an appropriate amount was taken to prepare a sample for ICP analysis.

<비교예 2>Comparative Example 2

도전재로서 저전압 불량률이 가장 낮은 카본블랙(D2137)을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 시료를 제작하였다.
A sample was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that carbon black (D2137) having the lowest low voltage failure rate was used as the conductive material.

<실험예 1><Experimental Example 1>

실시예 1 및 2의 전극 셀들을 이용하여 순환전류 분석을 실시하고, 그 결과를 도 1 및 2에 나타내었다. 도 1 및 2를 함께 참조하면, 1.2 V 부근에서의 실시예 1의 그래프 패턴과 실시예 2의 그래프 패턴이 서로 상이함을 확인할 수 있다. Cyclic current analysis was performed using the electrode cells of Examples 1 and 2, and the results are shown in FIGS. 1 and 2. 1 and 2 together, it can be seen that the graph pattern of Example 1 and the graph pattern of Example 2 are different from each other at 1.2V.

도 1에서, 1.2 V 부근의 피크는 저전압 불량률이 가장 높은 카본블랙(C2515)내에 포함되어 있는 금속 이물질들의 산화반응으로 인해 전류량이 증가한 결과인 것으로 추정된다. In FIG. 1, the peak near 1.2 V is estimated to be the result of an increase in the amount of current due to the oxidation reaction of the metal foreign matters contained in the carbon black C2515 having the highest low voltage failure rate.

도 3은 도 1 및 도 2의 그래프들의 충전 전류가 동일하도록 보정한 후, 이들을 함께 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 1.2 V 부근에서 실시예 1의 피크가 실시예 2의 피크에 비해 높음을 확인할 수 있다. FIG. 3 is a diagram illustrating the graphs of FIGS. 1 and 2 after correcting the charging current to be the same, and together. Referring to FIG. 3, it can be seen that the peak of Example 1 is higher than that of Example 2 at 1.2V.

상기한 결과로부터, 실시예 1의 도전재(C2515)에는 실시예 2의 도전재(D2137)에 비해 많은 양의 금속 이물질들이 함유되어 있음을 확인할 수 있다.
From the above results, it can be seen that the conductive material C2515 of Example 1 contains a larger amount of metal foreign matter than the conductive material D2137 of Example 2.

<실험예 2><Experimental Example 2>

실시예 3 및 4의 전극 셀들을 이용하여 순환전류 분석을 실시하였고, 그 결과를 도 4에 나타내었다. Cyclic current analysis was performed using the electrode cells of Examples 3 and 4, and the results are shown in FIG.

도 4를 참조하면, 실시예 1의 그래프 패턴과 실시예 2의 그래프 패턴이 서로 상이함을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 4, it can be seen that the graph pattern of Example 1 and the graph pattern of Example 2 are different from each other.

구체적으로, 약 3.75 내지 4.0 V 에서 전류량 프로파일(profile)이 상이하며, 금속 이물에 대한 산화반응이 3.75 V 부근에서부터 발생하고 있음을 확인할 수 있다.
Specifically, it can be seen that the current profile is different from about 3.75 to 4.0 V, and the oxidation reaction to the metal foreign material occurs from around 3.75 V.

<비교 실험예 1>Comparative Example 1

비교예 1 및 2의 시료들을 이용하여 ICP-AES(Atomic Emission Spectroscopy)분석을 실시하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6을 참조하면, ICP-AES 분석법으로는, 저전압 불량률과 구리 이물질의 함량과의 상관관계를 파악하기에 한계가 있음을 알 수 있다. ICP-AES (Atomic Emission Spectroscopy) analysis was performed using the samples of Comparative Examples 1 and 2, and the results are shown in FIG. 6. Referring to FIG. 6, it can be seen that the ICP-AES analysis has a limit in determining a correlation between a low voltage failure rate and a content of a copper foreign material.

<비교 실험예 2>Comparative Example 2

비교예 1 및 2의 시료들을 이용하여 ICP-MS(Mess Spectroscopy)분석을 실시하였다. 검출감도가 ICP-AES에 비해 우수한 ICP-MS 분석법으로도 구리의 정량한계(0.1ppm) 내에서의 검출은 불가능하였다. (도 7)ICP-MS (Mess Spectroscopy) analysis was performed using the samples of Comparative Examples 1 and 2. The detection sensitivity within the limit of quantification of copper (0.1 ppm) was not possible even with the ICP-MS analysis, which was superior to the ICP-AES. (Fig. 7)

반면에, 본 발명의 실시예 1 및 2의 전극 셀들을 순환 전압 전류법(Cyclic Voltametry; CV)으로 분석 시, 저전압 불량률과 금속 이물질 함량간의 상관관계를 도시하고 있는 도 5를 도 6 및 도 7과 함께 참조하면, 순환 전압 전류법은 ICP-AES법 및 ICP-MS 법에 비해서, 저전압 불량률과 구리 이물질의 함량과의 상관관계를 유의적으로 파악할 수 있음을 확인할 수 있다.
On the other hand, when the electrode cells of Examples 1 and 2 of the present invention are analyzed by cyclic voltammetry (CV), FIG. 5 illustrates a correlation between a low voltage failure rate and a metal foreign matter content. When compared with, the cyclic voltammetry method can be compared with the ICP-AES method and ICP-MS method, it can be seen that the correlation between the low-voltage defect rate and the content of the foreign matter of copper significantly.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.

Claims (17)

이차전지용 원재료와 바인더 만으로 구성된 작업전극(working electrode)을 포함하는 전지셀을 제조한 후, 상기 이차전지용 원재료에 포함된 금속 이물질이 전기화학반응을 일으키도록 작업전극에 전압을 인가하여, 기준전극으로 흐르는 전류의 변화를 측정함으로써, 금속 이물질을 분석하는 것을 특징으로 하는 금속 이물질의 분석 방법.After manufacturing a battery cell including a working electrode consisting of a raw material for the secondary battery and only the binder, and applying a voltage to the working electrode so that the metal foreign matter contained in the secondary battery raw material to cause an electrochemical reaction, as a reference electrode A method for analyzing a metal foreign material, wherein the metal foreign material is analyzed by measuring a change in a flowing current. 제 1 항에 있어서, 상기 이차전지용 원재료는 도전재인 것을 특징으로 하는 금속 이물질의 분석 방법.The method of claim 1, wherein the secondary battery raw material is a conductive material. 제 2 항에 있어서, 상기 작업전극은 도전재와 바인더 만으로 구성된 전극합제를 용매에 혼합하여 만들어진 슬러리를 전류 집전체에 도포 및 건조한 전극인 것을 특징으로 하는 금속 이물질의 분석 방법.The method of claim 2, wherein the working electrode is an electrode coated with a slurry prepared by mixing an electrode mixture composed of only a conductive material and a binder in a solvent and dried on a current collector. 제 2 항에 있어서, 상기 전극합제는 전극합제의 전체 중량을 기준으로 40 중량% 내지 99.5 중량%의 도전재를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 금속 이물질의 분석 방법.The method of claim 2, wherein the electrode mixture contains 40 wt% to 99.5 wt% of a conductive material based on the total weight of the electrode mixture. 제 1 항에 있어서, 상기 기준전극은 Li 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 금속 이물질의 분석 방법.The method of claim 1, wherein the reference electrode is made of Li metal. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 작업전극/기준전극으로 이루어진 2전극 셀인 것을 특징으로 하는 금속 이물질의 분석 방법.The method of claim 1, wherein the battery cell is a two-electrode cell consisting of a working electrode and a reference electrode. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 작업전극/음극/기준전극으로 이루어진 3 전극 셀인 것을 특징으로 하는 금속 이물질의 분석 방법.The method of claim 1, wherein the battery cell is a three-electrode cell consisting of a working electrode / cathode / reference electrode. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 이물질의 전기화학반응은 산화반응인 것을 특징으로 하는 금속 이물질의 분석 방법.The method of claim 1, wherein the electrochemical reaction of the metal foreign material is an oxidation reaction. 제 8 항에 있어서, 상기 금속 이물질은 Cu인 것을 특징으로 하는 금속 이물질의 분석 방법.The method of claim 8, wherein the metal foreign material is Cu. 제 9 항에 있어서, 상기 Cu는 3.60 ~ 3.75V에서 산화되는 것을 특징으로 하는 금속 이물질의 분석 방법. 10. The method of claim 9, wherein the Cu is oxidized at 3.60 to 3.75V. 제 8 항에 있어서, 상기 금속 이물질은 Fe인 것을 특징으로 하는 금속 이물질의 분석 방법.The method of claim 8, wherein the metal foreign material is Fe. 제 11 항에 있어서, 상기 Fe는 3.75 ~ 3.90V에서 산화되는 것을 특징으로 하는 금속 이물질의 분석 방법.12. The method of claim 11, wherein the Fe is oxidized at 3.75 to 3.90V. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 이물질의 분석은 전류가 흐르는 전압을 측정하여 금속 이물질이 전기화학반응을 일으키는 고유 전위와 비교함으로써 서로 다른 금속 이물질들의 종류를 분석하는 정성분석인 것을 특징으로 하는 금속 이물질의 분석 방법.The method of claim 1, wherein the analysis of the metal foreign material is a qualitative analysis of analyzing different types of metal foreign matters by measuring a voltage through which a current flows and comparing the metal foreign matters with an intrinsic potential causing an electrochemical reaction. Method of analysis. 제 13 항에 있어서, 상기 정성분석은 전압 전류법(voltametry)에 의해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 이물질의 분석 방법.The method of claim 13, wherein the qualitative analysis is performed by voltammetry. 제 14 항에 있어서, 상기 전압 전류법은 선형 전압 전류법(linear volatmetry) 또는 순환 전압 전류법(cyclic voltametry)인 것을 특징으로 하는 금속 이물질의 분석 방법. 15. The method of claim 14, wherein the voltammetry is linear volatmetry or cyclic voltametry. 제 15 항에 있어서, 상기 전압 전류법 측정 시 승압은 선형적(linear)으로 진행하며 승압속도는 0.1 ~ 20 mV/s인 것을 특징으로 하는 금속 이물질의 분석 방법.The method of claim 15, wherein the step-up is linear when the voltammetry is measured and the step-up speed is 0.1 to 20 mV / s. 제 16 항에 있어서, 상기 승압속도는 1 ~ 5 mV/s인 것을 특징으로 하는 금속 이물질의 분석 방법.The method of claim 16, wherein the boosting speed is 1 to 5 mV / s.
KR1020120079872A 2011-08-08 2012-07-23 Analysis Method of Metal Impurity By Electrochemical Method KR101466628B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110078636 2011-08-08
KR20110078636 2011-08-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130018523A true KR20130018523A (en) 2013-02-25
KR101466628B1 KR101466628B1 (en) 2014-11-28

Family

ID=47897254

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120079872A KR101466628B1 (en) 2011-08-08 2012-07-23 Analysis Method of Metal Impurity By Electrochemical Method

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101466628B1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130064288A (en) * 2011-12-08 2013-06-18 주식회사 엘지화학 Method for analyzing dispersibility of conductive agent using metal nanoparticle
WO2019022347A1 (en) * 2017-07-27 2019-01-31 주식회사 엘지화학 Method for quantitatively analyzing magnetic foreign matter within cathode material of lithium secondary battery
WO2020027573A1 (en) * 2018-08-03 2020-02-06 주식회사 엘지화학 Method for measuring undissolved material in polymer solution

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4191303B2 (en) * 1999-02-25 2008-12-03 倉敷紡績株式会社 Simultaneous rapid measurement of trace concentrations of multiple metals
KR101244737B1 (en) * 2006-03-31 2013-03-18 삼성에스디아이 주식회사 Negative electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130064288A (en) * 2011-12-08 2013-06-18 주식회사 엘지화학 Method for analyzing dispersibility of conductive agent using metal nanoparticle
WO2019022347A1 (en) * 2017-07-27 2019-01-31 주식회사 엘지화학 Method for quantitatively analyzing magnetic foreign matter within cathode material of lithium secondary battery
WO2020027573A1 (en) * 2018-08-03 2020-02-06 주식회사 엘지화학 Method for measuring undissolved material in polymer solution
US11092533B2 (en) 2018-08-03 2021-08-17 Lg Chem, Ltd. Method for measuring undissolved material in polymer solution

Also Published As

Publication number Publication date
KR101466628B1 (en) 2014-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ruffo et al. Electrochemical behavior of LiCoO2 as aqueous lithium-ion battery electrodes
AU2010287341B2 (en) Hybrid negative plate for lead-acid storage battery and lead-acid storage battery
TWI644474B (en) Electrode slurry, battery pole piece and preparation method thereof
Rahmanifar Enhancing the cycle life of Lead-Acid batteries by modifying negative grid surface
CN110611076A (en) Lithium ion battery positive pole piece and preparation method thereof
CN110679014B (en) Method for predicting manufacturability of electrode slurry and selecting electrode binder
CN110660959B (en) Positive pole piece and sodium ion battery
Snook et al. Evaluation of the effects of oxygen evolution on the capacity and cycle life of nickel hydroxide electrode materials
Yamamoto et al. Probing the mechanism of improved performance for sodium-ion batteries by utilizing three-electrode cells: effects of sodium-ion concentration in ionic liquid electrolytes
Baioun et al. Nano prussian yellow film modified electrode: a cathode material for aqueous potassium ion secondary battery with zinc anode
Zhu et al. Structural and electrochemical characterization of mechanochemically synthesized calcium zincate as rechargeable anodic materials
KR101466628B1 (en) Analysis Method of Metal Impurity By Electrochemical Method
CN105390760A (en) Formation method for improving stability of lithium ion battery
JP2007172986A (en) Aqueous solution based lithium secondary cell
Czerwiński et al. RVC as new carbon material for batteries
JP2015053136A (en) Lithium air battery and positive complex
JP2007214027A (en) Aqueous lithium secondary battery
Shangguan et al. Sodium tungstate as electrolyte additive to improve high-temperature performance of nickel–metal hydride batteries
JP5050346B2 (en) Water-based lithium secondary battery
Guo et al. Aging property for LiFePO 4/graphite cell with different temperature and DODs
CN115986057A (en) Method for reducing polarization effect of three-electrode battery detection
Cheng et al. Performance Improvement of the All-Lead Redox Flow Battery in Fluoroboric Acid Electrolyte
Liu et al. Performance and capacity fading reason of LiMn 2 O 4/graphite batteries after storing at high temperature
Lyu et al. Manganese carbonate as active material in potassium carbonate electrolyte
CN113740404B (en) Method for nondestructively evaluating lithium cobalt molar ratio in lithium battery electrode

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170919

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181016

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191016

Year of fee payment: 6