KR20180120506A - 개별 전극의 열 거동 분석 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지의 양극 및 음극의 열 거동을 분리하기 위한 분석 방법을 제공하기 위한 것으로서, 대상 전극 및 상대 전극을 포함하는 코인셀을 제조하는 단계; 및, 상기 코인셀을 멀티 모듈 열량계에 넣고, 전류를 주입하여 상기 코인셀의 열 거동을 측정하는 단계를 포함하는, 개별 전극의 열 거동 분석 방법을 제공한다.

Description

개별 전극의 열 거동 분석 방법{ANALYZING METHOD FOR THERMAL BEHAVIOR OF SEPERATE ELECTRODE}
본 발명은 개별 전극의 열 거동을 분석하기 위한 방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지며, 사이클 수명이 길고, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
리튬 이차전지의 적용 분야가 다양해지면서, 리튬 이차전지의 안전성에 대한 요구 기준도 높아지고 있다. 리튬 이차전지의 안전성을 테스트하는 방법 중, 과충전 테스트는 셀을 일정 전류로 충전하면서 셀의 온도 변화 및 발화 여부를 확인하는 것이다. 상기 셀의 온도 변화는 양극(NCM 3성분계 또는 LCO 등)과 음극(흑연, 실리콘, 리튬 등)의 온도 변화가 복합적으로 영향을 주며 나타나는 현상이기 때문에, 양극 또는 음극만의 열 반응을 분석해 내기가 어려웠다.
그러나, 양극 또는 음극에 의한 발열을 구분하는 작업이 우선되어야 재료 개선을 통한 셀 안정성의 향상이 가능하기 때문에, 양극과 음극 각각의 열 반응을 분리하여 판단할 수 있는 방법이 요구되고 있다.
일본 공개특허공보 제2014-022282호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 제 1 기술적 과제는 분석하고자 하는 대상 전극, 즉 양극 또는 음극의 개별적인 열 거동만을 분리하여 분석할 수 있는, 전극의 열 거동 분석 방법을 제공하는 것이다.
일 측면에서, 본 발명은 대상 전극 및 상대 전극을 포함하는 코인셀을 제조하는 단계; 및, 상기 코인셀을 멀티 모듈 열량계에 넣고, 전류를 주입하여 상기 코인셀의 열 거동을 측정하는 단계를 포함하는, 개별 전극의 열 거동 분석 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 분석하고자 하는 대상 전극과, 충방전시 열 거동이 안정한 물질로 이루어진 상대 전극을 이용하여 코인셀을 제조하고, 이의 열 거동을 멀티 모듈 열량계에서 측정함으로써, 분석하고자 하고자 하는 대상 전극의 열 거동만을 분리하여 측정할 수 있다.
이에 따라, 양극 또는 음극 각각에서의 열 거동을 분리하여 분석할 수 있으며, 최종적으로 이를 이용하여 안전성이 개선된 전지를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 열 거동 분석 방법은 멀티 모듈 열량계(multi module calorimeter, MMC)를 이용하여 수행할 수 있다.
상기 멀티 모듈 열량계는 단열 조건으로 전지를 충방전하면서, 시간에 따른 열량 및 온도를 측정하는 것이다. 그러나, 종래에 분석 대상 양극과 음극을 포함하는 코인셀을 제조하고 이를 이용하여 열량 및 온도를 측정하는 멀티 모듈 열량계의 경우, 대상 양극과 음극의 열 반응이 조합되기 때문에, 각 전극의 열 반응을 분리해서 판단할 수 없다는 단점이 있었다.
이에, 본 발명은 전지의 양극 및 음극에서의 열 반응을 분리하여 분석하기 위해, 열 거동을 분석하고자 하는 대상 전극과, 충방전시 열 거동이 안정한 물질로 이루어진 상대 전극을 포함하는 코인셀을 제조하고, 상기 코인셀을 멀티 모듈 열량계에 넣고, 전류를 주입하여 상기 코인셀의 열 거동을 측정하였다.
이때, 상기 상대 전극은 충방전시 열 거동이 안정한 물질로 이루어진 것으로, 충방전 전위가 안정하게 유지되어 전해질 분해로 인한 발열이 발생하지 않는 것이 사용된다.
따라서, 상기 멀티 모듈 열량계에서 측정된 코인 셀의 열 거동은 대상 전극의 발열 등이 셀 온도 변화의 주요인일 수 있으며, 이에 따라 상기 대상 전극의 열 거동만을 분리하여 분석할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 개별 전극의 열 거동 분석 방법은, 대상 전극 및 상대 전극을 포함하는 코인셀을 제조하는 단계; 및, 상기 코인셀을 멀티 모듈 열량계에 넣고, 전류를 주입하여 상기 코인셀의 열 거동을 측정하는 단계를 포함한다.
먼저, 대상 전극 및 상대 전극을 포함하는 코인셀을 제조한다(단계 1).
상기 코인셀은 대상 전극 및 상기 대상 전극과 대향 위치하는 상대 전극, 상기 대상 전극 및 상대 전극 사이에 개재된 분리막, 및 전해질을 포함할 수 있다.
상기 대상 전극은 이차전지용 전극으로서 사용 가능한 것이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하며, 예를 들면, 니켈코발트망간(NCM)계 양극활물질을 포함하는 양극 또는 흑연계 음극 등일 수 있다.
예를 들어, 상기 NCM계 양극활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 복합금속 산화물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Li(1+a)(Ni(1-a-b-c-d)CobMncMd)On
상기 화학식 1에서, 0≤a≤0.5, 0≤b≤1, 0<c≤1, 0<d≤1, 0<a+b+c+d≤1, n은 2 또는 4의 정수이며, M은 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, In, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 도핑원소를 포함한다.
상기 화학식 1에서 상기 NCM계 양극활물질은, W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, In, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, 및 Mo로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 도핑원소(M)에 의해 도핑될 수 있으며, 상기와 같은 도핑원소(M)에 의해 도핑될 경우 활물질 자체의 구조 안정성이 더욱 개선될 수 있다. 또 상기 도핑원소(M)는 양극활물질 총 중량에 대하여 2000ppm 이하의 함량으로 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 상대 전극은 충방전시 열 거동이 안정한 물질로 이루어진 것으로, 충방전 전위가 안정하게 유지되어 충방전시 전해질의 분해로 인한 발열이 발생하지 않는 것을 사용할 수 있다.
상기 상대 전극은, 구체적으로 리튬철인산(LFP) 및 리튬티타늄옥사이드(LTO)로 이루어진 군에서 선택되는 활물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 상대 전극으로 LFP계 활물질을 포함하는 전극을 사용할 경우, 상기 LFP계 활물질을 포함하는 전극은 올리빈 구조를 가지며 안정된 산화 상태를 가지고 있어 구조적으로 안정하고, 충방전시 3.4 V의 평탄 전위를 유지하여 전해질 분해로 인한 발열이 발생하지 않는다. 상기 상대 전극으로 LTO계 활물질을 포함하는 전극을 사용할 경우, 상기 LTO계 활물질을 포함하는 전극은 스피넬 구조를 가지며 충방전시 전해질 분해가 반복되지 않아 부피의 변화가 없으며, 작동 전위가 1.5 V 정도로 흑연이나 리튬처럼 낮지 않기 때문에 심각한 전해질 분해 또한 나타나지 않고, 피막 특성 변화에 따른 성능 열화 또한 나타나지 않아 구조적으로 안정하다는 장점이 있다.
상기 LFP계 활물질은 하기 화학식 1로서 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 LTO계 활물질은 하기 화학식 2로서 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 2]
Li1+a1Fe1-x1Mx1(PO4-y1)Xy1
[화학식 3]
Lix2Tiy2O12 -z2
상기 화학식 2 및 3에서, M은 Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn 및 Y 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이고, X는 F, S 및 N로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이며, -0.5≤a1≤0.5, 0≤x1≤0.5, 0≤y1≤0.1, 0.5≤x2≤4, 1≤y2≤5, 0≤z2≤9이다.
구체적으로, 상기 LFP계 활물질을 포함하는 전극은 LiFePO4일 수 있고, 상기 LTO계 활물질을 포함하는 전극은 Li4Ti5O12, Li2TiO3, Li2Ti3O7, 및 이들로 이루어진 군에서 선택되는 화합물을 포함할 수 있다.
한편, 상기 상대 전극은 초기(bare) 상태 외에, 충전된 상태, 또는 방전된 상태의 전극일 수 있다. 상기 상대 전극을 충전된 상태, 또는 방전된 상태의 전극으로 사용하는 것은, 충전 과정에서 대상 전극이 리튬을 내어놓는 반응을 나타내면, 상대 전극은 리튬을 받아들이는 반응을 나타낼 수 있어야 하므로, 상대 전극의 초기 상태가 리튬을 받아들일 수 없는 상태라면 리튬을 받아들일 수 있는 상태(방전된 상태)로 만들어서 사용해야 한다. 반대로, 충전 과정에서 대사 전극이 리튬을 받아들이는 반응을 나타내면, 상대 전극은 리튬을 내어놓는 반응을 나타낼 수 있어야 하므로, 상대 전극의 초기 상태가 리튬을 내어놓을 수 없는 상태라면 리튬을 내어놓을 수 있는 상태(충전된 상태)로 만들어서 사용해야 한다.
상기 충전된 상태의 상대 전극은, 예를 들어 상기 상대 전극을 포함하는 테스트용 리튬 반전지(half cell)를 제조한 후, 상기 리튬 반전지를 충전하여 충전된 상태의(delithiated) 전극을 수득할 수 있으며, 이를 상대 전극으로 사용할 수 있다.
상기 방전된 상태의 상대 전극은, 예를 들어 상기 상대 전극을 포함하는 테스트용 리튬 반전지를 제조한 후, 상기 리튬 반전지를 방전시켜 방전된 상태의(lithiated) 전극을 수득할 수 있으며, 이를 상대 전극으로 사용할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, NCM계 활물질을 포함하는 양극 및 흑연계 음극의 개별적인 열 거동을 분리하여 각각 분석하고자 할 경우, 하기와 같은 코인셀을 제조하여, NCM계 활물질을 포함하는 양극 및 흑연계 음극의 개별적인 열 거동을 분리하여 분석할 수 있다.
예를 들어, NCM계 활물질을 포함하는 양극의 개별적인 열 거동을 분리 분석할 경우, 대상 전극으로서 NCM계 활물질을 포함하는 대상 전극을 사용하고, 상대 전극으로서 LTO계 활물질을 포함하는 상대 전극 또는 충전된 LFP계 활물질을 포함하는 상대전극을 사용할 수 있다. 이때, 상기 제조된 코인셀의 셀 전압은 NCM/LTO 코인셀의 경우, 정상 구동 가능한 전압 범위는 2.1 V 내지 2.8 V이고, NCM/충전된 LFP 코인셀의 경우, 0.2 V 내지 0.9 V이다.
예를 들어, 흑연계 음극의 개별적인 열 거동을 분리 분석할 경우, 대상 전극으로서 흑연계 음극을 사용하고, 상대 전극으로서 LFP계 활물질을 포함하는 상대 전극 또는 방전된 LTO계 활물질을 포함하는 상대 전극을 사용할 수 있다. 이때, 상기 제조된 코인셀의 셀 전압은 흑연/LTO 코인셀의 경우, 정상 구동 가능한 전압 범위는 3.4 V 내지 3.6 V이고, 흑연/방전된 LTO 코인셀의 경우, 1.3 V 내지 1.5 V이다.
상기 대상 전극 및 상대 전극을 포함하는 코인셀은 구조 내에 1개 이상 직렬 연결된(stacked) 구조를 더 포함할 수 있다. 이는, MMC 분석 진행시 발열량을 극대화시키기 위한 것이다. 이를 위해 동일 충방전 장비 사용시, 직렬 연결을 이루는 대상 전극/상대 전극의 조합의 전압이 낮을수록 셀 내에 직렬 연결할 수 있는 코인셀의 개수를 증가시킬 수 있고, 이에 따라 MMC 분석 진행시 코인셀의 발열량이 극대화될 수 있다.
예를 들어, 0 내지 10V 범위에서 작동하는 충방전 장비를 사용하는 경우, 상기 NCM/LTO 코인셀의 경우 상기 코인셀을 1개 내지 4개 직렬로 연결할 수 있고, 상기 흑연/LTO 코인셀의 경우 상기 코인셀을 1개 또는 2개 직렬로 연결할 수 있고, 상기 NCM/충전된 LFP 코인셀의 경우 상기 코인셀을 1개 내지 10개 직렬로 연결할 수 있으며, 상기 흑연/방전된 LTO 코인셀의 경우 상기 코인셀을 1개 내지 6개 직렬로 연결할 수 있다.
또한, 상기와 같이 제조된 코인셀의 과충전시, 상대 전극의 SOC(state of charge) 변화가 크더라도, 상기 상대 전극이 전위를 유지할 수 있도록 대상 전극과 상대 전극의 N/P 비율을 조절하는 것을 포함할 수 있다. 상기 대상 전극 및 상대 전극의 N/P 비율은 제조하는 셀의 전극 로딩량을 조절함으로써 제어할 수 있다. 예를 들어, 대상 전극 및 상대 전극의 N/P 비율은 NCM/LTO 코인셀 및 NCM/충전된 LFP 코인셀의 경우, 2 이상, 구체적으로는 2 내지 3이 바람직하고, 흑연/LTO 코인셀 및 흑연/방전된 LTO 코인셀의 경우, 0.5 이하, 구체적으로는 0.2 내지 0.5가 바람직하다. 대상 전극 및 상대 전극의 N/P 비율을 상기 범위로 조절함으로써, 상대 전극의 평탄 구간 범위를 유지하면서, 열 거동 테스트시 상기 상대 전극의 열 거동을 효과적으로 제거할 수 있고, 이에 따라 대상 전극의 열 거동 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다. 상기 대상 전극과 상대 전극의 N/P 비율은 과충전 테스트를 셀 용량 기준 SOC 100%에서 시작하여 SOC 200% 정도에서 종료시키는 조건으로 설정한 값으로, 평가 SOC 범위가 증가함에 따라 상기 대상 전극과 상대 전극의 N/P 비율 또한 변경될 수 있다.
상기 대상 전극 및 상대 전극은 각각 선택적으로 도전재 및 바인더 등을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 바인더는 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체를 포함할 수 있다.
상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 그라파이트; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼니스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 탄소계 물질; 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.
한편, 상기 분리막은 종래에 분리막으로 사용된 통상적인 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이때, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 무기물이 추가로 코팅된 유무기 복합 분리막이 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.
상기 무기물은 유무기 복합 분리막의 기공을 균일하게 제어하고 내열성을 향상시키는 역할을 할 수 있는 물질이라면 특별히 한정되지 않고 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 무기물은 비제한적인 예로는 SiO2, Al2O3, TiO2, BaTiO3, Li2O, LiF, LiOH, Li3N, BaO, Na2O, Li2CO3, CaCO3, LiAlO2, SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, SiC, 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 들 수 있다.
상기 무기물의 평균 직경은 0.001 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있으며, 보다 구체적으로는 0.001 ㎛ 내지 1 ㎛일 수 있다. 무기물의 평균 직경이 상기 범위 이내이면 코팅 용액 내의 분산성이 향상되고, 코팅 공정에서의 문제 발생을 최소화할 수 있다. 또한, 최종 분리막의 물성을 균일하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 무기입자가 부직포의 기공에 균일하게 분포되어 부직포의 기계적 물성을 향상시킬 수 있으며, 유무기 복합 분리막의 기공의 크기를 용이하게 조절 가능한 이점이 있다.
상기 유무기 복합 분리막의 기공의 평균 직경은 0.001 ㎛ 내지 10 ㎛의 범위일 수 있으며, 보다 구체적으로는 0.001 ㎛ 내지 1 ㎛일 수 있다. 상기 유무기 복합 분리막의 기공의 평균 직경이 상기 범위 이내이면 기체 투과도 및 이온 전도도를 원하는 범위로 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 유무기 복합 분리막을 이용하여 전지를 제조 시, 양극과 음극의 접촉에 의한 전지의 내부 단락 가능성을 없앨 수 있다.
상기 유무기 복합 분리막의 기공도는 30 부피% 내지 90 부피%의 범위 내 일수 있다. 기공도가 상기 범위 내인 경우, 이온 전도성이 높아지며 기계적 강도가 우수해질 수 있다.
상기 전해질은 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 전해질은 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다.
상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; R-CN(R은 탄소수 2 내지 20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:1 내지 약 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해질의 성능이 우수하게 나타날 수 있다.
상기 리튬염은 리튬 이차전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2. LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 0.1 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.
상기 전해질에는 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 예를 들어, 디플루오로 에틸렌카보네이트 등과 같은 할로알킬렌카보네이트계 화합물, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올 또는 삼염화 알루미늄 등의 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수도 있다. 이때 상기 첨가제는 전해질 총 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다.
이어서, 상기 코인셀을 멀티 모듈 열량계에 넣고, 전류를 주입하여 상기 코인셀의 열 거동을 측정한다(단계 2).
상기 멀티 모듈 열량계는 단열 조건으로 전지의 온도 거동을 측정하는 것이다. 구체적으로, 상기 멀티 모듈 열량계에 코인셀을 넣고, 전류를 주입하여 과충전을 진행하면서 상기 코인셀의 열 거동을 측정할 수 있다. 이때, 상기 코인셀의 전류 주입량은 코인셀을 구성하는 대상전극 및 상대전극의 로딩량에 따라 달라질 수 있다.
더불어, 상기 코인셀에 전류를 주입하며 상기 코인셀을 과충전시키는 것일 수 있다. 상기 '과충전'은 SOC 100%의 만충된 코인셀을 SOC 200%로 충전시키는 것을 의미한다. 구체적으로, SOC 200%가 될때까지 전류를 지속적으로 코인셀에 주입함으로써 상기 코인셀을 과충전시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 코인셀에 포함되는 상대 전극은 충방전시 충방전 전위가 안정하게 유지되기 때문에, 과충전시 전해액 분해로 인한 발열이 발생되지 않는다. 따라서, 상기 단계 2에서 측정된 열 거동은 대상 전극의 열 거동 변화가 주요인으로 작용하는 것이고, 이에 따라 상기 대상 전극의 열 거동만을 분리하여 분석하는 것일 수 있다.

Claims (12)

  1. 대상 전극 및 상대 전극을 포함하는 코인셀을 제조하는 단계; 및,
    상기 코인셀을 멀티 모듈 열량계에 넣고, 전류를 주입하여 상기 코인셀의 열 거동을 측정하는 단계를 포함하는, 개별 전극의 열 거동 분석 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상대 전극은 리튬철인산(LFP) 및 리튬티타늄옥사이드(LTO)로 이루어진 군에서 선택되는 활물질을 포함하는 것인, 개별 전극의 열 거동 분석 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 코인셀은 니켈코발트망간(NCM)계 활물질을 포함하는 대상 전극 및 LTO계 활물질을 포함하는 상대 전극을 포함하는 것인, 개별 전극의 열 거동 분석 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 코인셀의 셀 전압은 2.1 V 내지 2.8 V인, 개별 전극의 열 거동 분석 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 코인셀은 NCM계 활물질을 포함하는 대상 전극 및 충전된 LFP계 활물질을 포함하는 상대전극을 포함하는 것인, 개별 전극의 열 거동 분석 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 코인셀의 셀 전압은 0.2 V 내지 0.9 V인, 개별 전극의 열 거동 분석 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 코인셀은 흑연 대상 전극 및 LFP계 활물질을 포함하는 상대 전극을 포함하는 것인, 개별 전극의 열 거동 분석 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 코인셀의 셀 전압은 3.4 V 내지 3.6 V인, 개별 전극의 열 거동 분석 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 코인셀은 흑연 대상 전극 및 방전된 LTO계 활물질을 포함하는 상대 전극을 포함하는 것인, 개별 전극의 열 거동 분석 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 코인셀의 셀 전압은 1.3 V 내지 1.5 V인, 개별 전극의 열 거동 분석 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 코인셀은 1 층 이상 연결된 구조를 포함하는, 개별 전극의 열 거동 분석 방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 열 거동을 측정하는 단계는, 상기 코인셀을 멀티 모듈 열량계에 넣고 전류를 주입하여 상기 코인셀을 과충전시키는 것에 의해 수행되는 것인, 개별 전극의 열 거동 분석 방법.
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