KR20190134179A - Evaluation Method and Apparatus for Swelling Characteristics of Electrolyte - Google Patents
Evaluation Method and Apparatus for Swelling Characteristics of Electrolyte Download PDFInfo
- Publication number
- KR20190134179A KR20190134179A KR1020180059490A KR20180059490A KR20190134179A KR 20190134179 A KR20190134179 A KR 20190134179A KR 1020180059490 A KR1020180059490 A KR 1020180059490A KR 20180059490 A KR20180059490 A KR 20180059490A KR 20190134179 A KR20190134179 A KR 20190134179A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- monocell
- electrolyte
- chamber
- swelling
- characteristic evaluation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4285—Testing apparatus
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L7/00—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
- H01M10/446—Initial charging measures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0438—Processes of manufacture in general by electrochemical processing
- H01M4/044—Activating, forming or electrochemical attack of the supporting material
- H01M4/0445—Forming after manufacture of the electrode, e.g. first charge, cycling
- H01M4/0447—Forming after manufacture of the electrode, e.g. first charge, cycling of complete cells or cells stacks
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 리튬이차전지 모노셀을 이용한 전해액의 스웰링(Swelling) 특성 평가장치 및 평가방법에 관한 것이다.The present invention relates to an swelling characteristic evaluation apparatus and an evaluation method of an electrolyte solution using a lithium secondary battery monocell.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목 받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.Recently, secondary batteries capable of charging and discharging have been widely used as energy sources of wireless mobile devices. In addition, secondary batteries are attracting attention as energy sources such as electric vehicles and hybrid electric vehicles, which are proposed as a way to solve air pollution of conventional gasoline and diesel vehicles using fossil fuel. Therefore, the type of applications using the secondary battery is very diversified due to the advantages of the secondary battery, and it is expected that the secondary battery will be applied to many fields and products in the future.
이러한 이차전지는 양극, 분리막, 음극을 포함하는 전극조립체를 파우치 내에 수납한 후 내부에 전해액을 주액함으로써 형성된다. 이차전지의 전극조립체를 구성하는 양극 및 음극은 전극시트 상에 양극재 및 음극재를 도포하여 이루어진다. 이차전지는 적용되는 디바이스에 맞춰 다양한 성능이 요구된다. 이에 따라 다양한 양극재, 음극재 및 전해액를 사용한 이차전지의 개발이 필요하다.The secondary battery is formed by storing an electrode assembly including a positive electrode, a separator, and a negative electrode in a pouch and injecting electrolyte therein. The positive electrode and the negative electrode constituting the electrode assembly of the secondary battery are formed by applying a positive electrode material and a negative electrode material on the electrode sheet. Secondary batteries require various performances according to the devices to which they are applied. Accordingly, it is necessary to develop secondary batteries using various cathode materials, anode materials, and electrolytes.
일반적으로, 이차전지는 과충전, 과방전, 과열, 외부의 충격 등에 의해 전지가 비정상적인 상태로 작동되면서 내부에서 가스가 발생할 수 있다. 예를 들어, 과열된 전지는 가스를 발생시키고 케이스에서 가압된 가스는 전지요소의 분해반응을 더욱 촉진시켜 계속적인 과열 및 가스 발생을 유발하며, 스웰링(swelling) 현상이 발생할 수 있다. 이러한 현상은 장기간의 사용으로 인해 이차전지가 서서히 열화되는 과정에서도 나타난다. 이에 제품 개발 전 단계인 소재 개발 단계에서 전해액 측면에서의 스웰링 개선을 위한 신규 물질에 대한 스크리닝 평가 방법이 필요하다.In general, while the secondary battery is operated in an abnormal state due to overcharge, overdischarge, overheat, external shock, etc., gas may be generated inside. For example, an overheated cell generates gas, and the pressurized gas in the case further accelerates the decomposition reaction of the cell element, causing continuous overheating and gas generation, and swelling may occur. This phenomenon occurs even when the secondary battery gradually deteriorates due to prolonged use. Therefore, a screening evaluation method for a new material for improving swelling in terms of electrolytes is needed in the material development stage, which is a stage before product development.
일반적으로 이차전지 스웰링 테스트는 양극과, 음극, 분리막으로 전극조립체를 구성한 후, 전극조립체를 파우치에 수납하고 전해액을 주액하여 형성한 소형셀 사용한다. 상기 소형셀을 고온의 환경에 노출시켜 가스가 발생되는 정도를 평가하게 된다. 도 1은 이러한 스웰링 테스트 시 소형셀의 두께 변화량을 측정하기 위한 두께 측정기(100)를 도한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 두께 측정기(100)는 소형셀(101)이 안착되기 위한 안착부(111)와 소형셀(101)의 두께를 측정하기 위한 측정 장치(112)가 안착부(111) 상부에 마련되며, 안착부(111)에 안착된 소형셀(101)에 압력을 일정하게 가하기 위한 추(113)를 포함한다.In general, a secondary battery swelling test uses a small cell formed by forming an electrode assembly with a positive electrode, a negative electrode, and a separator, then storing the electrode assembly in a pouch and injecting an electrolyte solution. The small cell is exposed to a high temperature environment to evaluate the degree of gas generation. FIG. 1 is a diagram illustrating a
상기 소형셀을 사용한 이차전지 스웰링 테스트는 소형셀의 재료준비에서부터 셀 평가단계까지 1개월 이상이 소요된다. The secondary battery swelling test using the small cell takes more than one month from the material preparation of the small cell to the cell evaluation step.
이에 전해액의 모든 후보군을 스웰링 테스트하는 데에 많은 시간이 소요되므로, 짧은 기간에 간단히 성능을 확인할 수 있는 방법이 필요하다.This takes a long time to swell test all candidate groups of the electrolyte, so a method that can simply check the performance in a short period of time is required.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전해액의 스웰링 특성을 평가하기 위한 것으로, 전지셀 개발 단계에서 전해액 측면에서의 스웰링 현상의 원인이 되는 내부 가스 발생량 측정방법을 모노셀 단위로 단순화하고, 가스 발생량을 실시간으로 측정하여 전해액의 스웰링 특성을 효과적으로 평가하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.Specifically, an object of the present invention is to evaluate the swelling characteristics of the electrolyte, and to simplify the method of measuring the internal gas generation amount, which is the cause of the swelling phenomenon in the side of the electrolyte at the stage of battery cell development, in monocell units, It is to provide an apparatus and method for effectively evaluating the swelling characteristics of the electrolyte by measuring in real time.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전해액의 스웰링(Swelling) 특성 평가장치는 내부에 모노셀 안착부가 형성된 챔버; 상기 챔버의 위에 배치되어 상기 챔버에 안착된 모노셀을 펀칭하는 펀칭부; 상기 챔버의 하부 측면으로부터 상기 모노셀 안착부와 연통된 벤트 홀(Vent Hole)을 포함한 벤트부; 및 상기 벤트부와 연결되고, 실시간(in-situ) 가스 압력 센서를 포함하는 센싱부를 포함하는 것을 특징으로 한다. Swelling characteristic evaluation apparatus of the electrolyte solution according to the present invention for achieving this object comprises a chamber in which a monocell seating portion is formed; A punching unit disposed on the chamber to punch the monocell seated in the chamber; A vent part including a vent hole communicating with the monocell seating part from a lower side of the chamber; And a sensing unit connected to the vent unit and including an in-situ gas pressure sensor.
본 발명에서, 상기 전해액의 스웰링 특성 평가장치 외부에 진공펌프가 연결된 것을 특징으로 한다.In the present invention, the vacuum pump is connected to the outside of the swelling characteristic evaluation apparatus of the electrolyte.
본 발명에서, 상기 진공펌프는 상기 벤트부의 개폐 밸브를 통해 연결된 것을 특징으로 한다.In the present invention, the vacuum pump is characterized in that connected through the opening and closing valve of the vent portion.
본 발명에서, 상기 챔버는 하부와 상부가 O-ring에 의하여 완전 밀폐 결합되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the chamber is characterized in that the lower part and the upper part is completely sealed by the O-ring.
본 발명에서, 상기 펀칭부는 펀치, 상기 펀치 상부에 형성된 펀치헤드, 및 상기 펀치둘레에 위치되는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the punching portion is characterized in that it comprises a punch, a punch head formed on the punch upper portion, and a spring located around the punch.
본 발명에서, 상기 펀칭부는 상기 챔버와 밀폐되어 배치되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the punching portion is characterized in that it is arranged closed with the chamber.
본 발명에서 상기 챔버의 내부온도를 10℃ 내지 100℃ 범위로 조절할 수 있는 온도조절장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention is characterized in that it comprises a temperature control device that can adjust the internal temperature of the chamber in the range of 10 ℃ to 100 ℃.
본 발명에서, 상기 센싱부의 가스 압력 측정범위는 -10 내지 20 Bar인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the gas pressure measurement range of the sensing unit is characterized in that -10 to 20 Bar.
본 발명에서, 상기 전해액의 스웰링 특성 평가장치는 압력 센서로부터 수신된 신호들로부터 신호에 따른 압력 변화 및 가스 발생량을 산출하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the swelling characteristic evaluation device of the electrolyte is characterized in that it further comprises a control unit for calculating the pressure change and gas generation amount according to the signal from the signals received from the pressure sensor.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전해액의 스웰링(Swelling) 특성 평가방법은 상기 전해액의 스웰링 특성 평가장치에 의해 전해액의 스웰링 특성을 평가하는 방법으로, 한 개의 양극, 한 개의 분리막 및 한 개의 음극을 포함하는 모노셀을 제조하는 모노셀 제조단계(S10); 상기 모노셀에 평가대상 전해액을 주입하는 전해액 주입단계(S20); 상기 전해액이 주입된 모노셀을 상온에서 숙성(Aging), 포메이션(Formation) 및 디개싱(Degassing)하는 모노셀 준비단계(S30);The swelling characteristic evaluation method of the electrolyte according to the present invention for achieving this object is a method for evaluating the swelling characteristic of the electrolyte by the swelling characteristic evaluation device of the electrolyte, one anode, one separator and Monocell manufacturing step (S10) for producing a monocell comprising one cathode; An electrolyte injection step (S20) of injecting an electrolyte to be evaluated into the monocell; Monocell preparation step (S30) of aging, forming and degassing the monocell into which the electrolyte is injected at room temperature;
상기 모노셀을 만충하는 모노셀 만충단계(S40); 상기 장치의 모노셀 안착부에 상기 모노셀을 안착시키고 상기 장치의 챔버를 밀폐 결합한 후, 상기 챔버 내부에 진공환경을 조성하는 모노셀 안착단계(S50); 상기 모노셀 내부에서 발생한 가스의 이동을 위한 천공하는 모노셀 펀칭단계(S60); 및 상기 모노셀을 가열, 고온저장 및 하온하고, 각 과정에서 상기 모노셀 내부에서 발생한 가스를 압력센서로 실시간(in-situ) 측정하는 가스 압력 측정단계(S70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.A monocell full filling step (S40) for filling the monocell; A monocell seating step (S50) of seating the monocell on the monocell seating unit of the device and sealingly coupling the chamber of the device to create a vacuum environment inside the chamber; Punching monocell punching step (S60) for the movement of the gas generated in the monocell; And a gas pressure measuring step (S70) of heating, hot storing and lowering the monocell, and measuring in-situ the gas generated in the monocell in each process by a pressure sensor. .
본 발명에서, 상기 전해액 주입단계(S20)에서 상기 모노셀에 상기 전해액을 500㎕이하 범위로 주액하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, in the electrolyte injection step (S20) it is characterized in that to inject the electrolyte to the monocell in the range of 500μl or less.
본 발명에서, 상기 가스 압력 측정단계(S70) 이전에 상기 모노셀을 0℃ 내지 30℃에서 1시간 이상 안정화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, before the gas pressure measuring step (S70) characterized in that it further comprises the step of stabilizing the monocell at 0 ° C to 30 ° C or more.
본 발명에서, 상기 모노셀 내부에서 가스를 발생시키기 위하여 상기 모노셀을 가열하는 모노셀 승온단계(S71); 상기 승온 단계를 통하여 도달한 고온의 환경에서 저장하는 모노셀 저장단계(S72); 및 상기 모노셀 저장단계의 상기 모노셀을 냉각하는 모노셀 하온단계(S73)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the monocell heating step of heating the monocell to generate a gas inside the monocell (S71); A monocell storage step (S72) for storing in a high temperature environment reached through the temperature raising step; And a monocell lowering step (S73) for cooling the monocell in the monocell storage step.
본 발명에서, 상기 모노셀 승온단계(S71)에서는 상기 모노셀을 50℃ 내지 100℃ 범위로 30분 이상 가열하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the monocell heating step (S71) is characterized in that for heating the monocell in the range of 50 ℃ to 100
본 발명에서, 상기 모노셀 저장단계(S72)에서는 상기 모노셀을 50℃ 내지 100℃ 범위에서 12시간 내지 48시간 저장하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the monocell storage step (S72) is characterized in that for storing the monocell 12 hours to 48 hours in the range of 50 ℃ to 100 ℃.
본 발명에서, 상기 모노셀 하온단계(S73)에서는 상기 모노셀을 0℃ 내지 30℃ 범위로 30분 이상 냉각하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the monocell lowering step (S73) is characterized in that for cooling the monocell in the range of 0 ℃ to 30
본 발명에 따른 전해액의 스웰링 특성 평가장치 및 평가방법은 실제 전지와 유사한 환경을 구사하기 위하여 양극/음극/분리막 1장씩을 사용하여 간단히 제작할 수 있는 모노셀을 사용하고, 평가방법을 단기간에 단순화하여 전해액 개발을 위한 신규 재료들의 고온에서의 스웰링 특성을 적은 양으로 빠르게 스크리닝 할 수 있는 효과가 있다.The swelling characteristic evaluation apparatus and evaluation method of the electrolyte according to the present invention uses a monocell that can be easily manufactured by using one sheet of anode / cathode / separation membrane in order to use an environment similar to an actual battery, and the evaluation method is simplified in a short time. Therefore, there is an effect that can quickly screen the swelling characteristics at high temperatures of the new materials for the development of the electrolyte solution in a small amount.
또한, 본 발명에 따른 전해액의 스웰링 특성 평가장치 및 평가방법은 전지 내부에서 고온 하에서 발생된 가스를 압력 센서로써 측정할 목적으로 새롭게 제작한 장치를 사용함으로써 전지의 실제 고온저장 환경에서의 특성을 반영할 수 있는 효과가 있다.In addition, the swelling characteristic evaluation apparatus and evaluation method of the electrolyte according to the present invention by using a newly manufactured device for measuring the gas generated under high temperature inside the battery as a pressure sensor to improve the characteristics of the battery in the actual high temperature storage environment There is an effect that can be reflected.
도 1은 종래 두께 측정기를 이용하여 소형셀의 두께를 측정하는 모습을 도시한 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전해액 스웰링 특성 평가장치를 도시한 사시도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전해액 스웰링 특성 평가장치을 도시한 측면도이다;
도 4는 본 발명에 사용되는 모노셀 및 펀치부로 천공이 생성되는 위치를 도시한 평면도이다;
도 5는 도 2 및 도 3의 챔버 하부, 벤트부, 센싱부를 도시한 측면도이다;
도 6은 도 2 및 도 3의 챔버 하부, 벤트부, 센싱부를 도시한 평면도이다;
도 7은 도 2 및 도 3의 챔버 상부, 펀칭부를 도시한 측면도이다;
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 평가대상 전해액들을 주입한 모노셀들의 시험 결과를 나타내는 그래프이다;
도 9는 본 발명의 전해액 스웰링 특성 평가 방법의 순서를 나타내는 흐름도이다. 1 is a schematic diagram showing a state of measuring the thickness of a small cell using a conventional thickness meter;
2 is a perspective view showing an electrolyte swelling characteristic evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention;
3 is a side view showing an electrolyte swelling characteristic evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention;
4 is a plan view showing a position where perforations are generated with a monocell and a punch portion used in the present invention;
5 is a side view illustrating the lower chamber, the vent part, and the sensing part of FIGS. 2 and 3;
FIG. 6 is a plan view illustrating the lower chamber, the vent part, and the sensing part of FIGS. 2 and 3;
FIG. 7 is a side view of the upper chamber, punching portion of FIGS. 2 and 3;
8 is a graph showing test results of monocells injected with evaluation electrolytes according to an embodiment of the present invention;
9 is a flowchart showing the procedure of the electrolyte swelling characteristic evaluation method of the present invention.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, although described with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, this is for easier understanding of the present invention, the scope of the present invention is not limited thereto.
본 발명에 있어서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 중간에 다른 구성요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 한다.In the present invention, when a component is referred to as being "connected" to another component, it should be understood that the other component may be directly connected to or in between.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전해액 스웰링(Swelling) 특성 평가장치(200)는 내부에 모노셀 안착부(201)가 형성된 챔버(210); 상기 챔버(210)의 위에 배치되어 상기 챔버(210)에 안착된 모노셀을 펀칭하는 펀칭부(220); 상기 챔버(210)의 하부 측면으로부터 상기 모노셀 안착부(201)와 연통된 벤트 홀(Vent Hole, 231)을 포함한 벤트부(230); 및 상기 벤트부(230)와 연결되고, 실시간(in-situ) 가스 압력 센서(241)를 포함하는 센싱부(240)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 도 2 및 도 3을 참보하면, 상기 챔버는 상부와 하부로 구성되어 있고 챔버의 하부는 모노셀을 수납할 수 있도록 내측으로 공간이 만입된 형상으로, 상부는 판상형이다. 이와 달리 상/하부 모두 내부로 만입된 형상을 가질 수도 있을 것이다. 2 and 3, the electrolyte swelling
상기 전해액 스웰링 특성 평가장치(200)는 상기 장치 외부에 진공펌프가 연결될 수 있다. 상기 진공펌프를 이용하여, 상기 챔버(210)의 내부 공기를 제거하여 상기 모노셀 안착부(201)에 진공환경을 조성할 수 있다. 상기 진공펌프는 다양한 방법으로 제어될 수 있으며, 바람직하게는 상기 벤트부(230)의 개폐 밸브(232)를 통해 연결함으로써 상기 개폐 밸브(232)를 사용하여 제어할 수 있다.The electrolyte swelling
먼저, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 모노셀 안착부(201)는 평가의 대상이 되는 전해액이 주입된 모노셀(1)을 수납하는 역할을 한다. 상기 모노셀 안착부(201)의 평면상 형상 및 크기는 제한되지 않으나, 평면상에서 사각형인 것을 일 예로 도시하였다. 상기 모노셀 안착부(201)는 평가대상이 되는 전해액이 주입된 모노셀(1)이 안착되는 공간을 제공한다. 이때, 상기 모노셀 안착부(201)는 모노셀(1)을 수납하기 충분한 크기면 족하다. 상기 모노셀(1)은 하나의 양극, 하나의 분리막 및 하나의 음극을 적체하고, 평가대상 전해액을 주입하고 밀봉하여 제작한다.First, as shown in FIGS. 5 and 6, the
또한, 도 2 및 도3에 도시된 바와 같이, 상기 모노셀 안착부(201)는 후술하는 챔버(210)에 의하여 외부환경으로부터 분리되어 밀폐된다. 상기 모노셀(1) 내부에서 발생한 가스는 밀폐된 모노셀 안착부에 확산된다.In addition, as shown in Figures 2 and 3, the
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 상기 챔버(210)는 상호간 분해 조립이 가능한 상부(211)와 하부(212)로 구성될 수 있다. 상기 챔버 하부(212)의 재질은 당해 업계에서 사용하는 것으로서 전기전도성이 없는 절연체라면 특별한 제한이 없으나, 바람직하게는 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 수지, PEEK (Polyetheretherketon)수지, 테프론 수지 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 챔버의 하부(212)와 상부(211)는 서로 맞닿아 연결되고, 이를 통하여 상기 챔버(210)의 내부를 완전 밀폐시킬 수 있다. 이때 상기 하부(212)와 상부(211)는 O-ring에 의하여 기계적으로 결합될 수 있으며, 진공 환경을 형성할 수 있도록 완전 밀폐 결합될 수 있다. 상기 O-ring의 재질은 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 탄성중합체인 바이톤(viton) 또는 테프론 코팅(Teflon coating) 등으로 이루어질 수 있다.As shown in Figures 2 and 3, the
도 2, 도 3 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 상기 펀칭부(220)는 상기 챔버(210)의 위에 배치될 수 있고, 상기 모노셀 안착부(201)에 안착된 모노셀(1)의 펀칭 위치 상부에 배치될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 펀칭부에 의하여 상기 모노셀(1)에 생성되는 천공(2)의 위치는, 전지케이스와 전극조립체의 여유공간으로써, 양극 탭과 음극 탭의 사이의 사이의 정중앙부가 될 수 있다. 모노셀의 전지케이스를 천공함에 있어서, 전극조립체가 손상되지 않도록 천공의 위치를 조절해야 함은 물론일 것이다. 2, 3 and 7, the punching
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 펀칭부(210)는 펀치(221), 상기 펀치 상부에 형성된 펀치헤드(222), 및 상기 펀치둘레에 위치되는 스프링(223)으로 구성될 수 있다. 상기 펀치부(210)의 상기 펀치헤드(222)에 압력을 가함으로써, 상기 펀치(221)에 의해 상기 모노셀 안착부(201)에 안착된 상기 모노셀(1)에 펀칭을 하고, 상기 스프링(223)은 펀칭 후 상기 펀치헤드(222)를 압력이 가해지기 전 상태로 복귀하도록 하는 역할을 한다.In addition, as illustrated in FIG. 7, the punching
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 펀칭부(220)의 펀칭을 통하여, 상기 모노셀(1)에 천공(2)이 생긴다. 상기 천공(2)을 통하여 상기 모노셀(1) 내부에서 발생한 가스가 상기 모노셀 안착부(201)로 확산한다.In addition, as shown in FIG. 4, through the punching of the punching
또한, 상기 펀칭부(220)는 상기 챔버(210)와 밀폐되어 배치될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 펀칭부(220)의 펀치(221)은 상기 챔버의 상부(211)를 관통하고 있으므로, 상기 펀칭부(220)가 상기 챔버(210)에 밀폐되어 배치되어 있지 않을 경우, 상기 챔버(210)와 상기 펀칭부(220) 사이 공간으로 공기가 유입되어 상기 챔버(220) 내부에 진공환경을 조성하거나 상기 진공환경을 유지할 수 없다. 또한 상기 펀칭부(220)가 상기 챔버(210)에 밀폐되어 배치되어 있지 않을 경우, 상기 모노셀 안착부(201)에 안착된 모노셀(1) 내부에 발생한 가스가 상기 챔버(210)와 상기 펀칭부(220) 사이 공간을 통해 외부로 확산되어 정확한 측정이 불가능하다. 상기 펀칭부(220)의 펀치(221)가 펀칭을 위하여 상하방향으로 움직이더라도, 상기 펀칭부(220)와 상기 챔버(210)의 밀폐성은 유지된다. 상기 펀칭부(220)가 상기 챔버(210)의 위에 밀폐되어 배치되므로 상기 모노셀 안착부(210) 진공환경을 유지함은 물론, 상기 모노셀(1) 내부에서 발생한 가스가 상기 펀칭부(220)와 상기 챔버(210)의 결합부를 통하여 유출되는 것을 방지한다. In addition, the punching
도 2, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 벤트부(230)은 상기 벤트 홀(231)과 상기 개폐 밸브(232)를 포함할 수 있다. 상기 벤트 홀(232)는 상기 챔버(210)의 하부 측면으로부터 상기 모노셀 안착부(201)와 연통할 수 있다. 상기 모노셀(1) 내부에서 발생한 가스는 상기 모노셀 안착부로 확산되고, 그 후 상기 벤트 홀(231)을 통해 상기 밴트부(230)로 확산된다. 상기 개폐 밸브(232)는 진공펌프와 연결되어 상기 챔버(210) 내부의 진공환경을 조절할 수 있다. As shown in FIGS. 2, 3, and 5, the
도 2, 도 3 및 도5에 도시된 바와 같이, 상기 센싱부(240)는 상기 벤트부(230)와 연결될 수 있다. 상기 센싱부(240)는 상기 벤트부(230)의 상기 벤트 홀(231)과 상기 개폐 밸브(232) 사이에 연결되어, 상기 모노셀(1) 내부에서 발생한 가스가 상기 모노셀 안착부(201), 상기 벤트 홀(231) 및 상기 센싱부(240)의 실시간(in-situ) 가스 압력 센서(241)의 순서로 확산됨에 따라 상기 모노셀(1) 내부 발생 가스의 압력을 측정한다.As illustrated in FIGS. 2, 3, and 5, the
본 발명의 상기 전해액 스웰링 특성 평가장치(200)는 상기 챔버(210)의 내부온도를 10℃ 내지 100℃, 바람직하게는 15℃ 내지 90℃, 더 바람직하게는 20℃ 내지 80℃, 범위로 조절할 수 있는 온도조절장치를 포함할 수 있다. 상기 온도조절장치로 상기 챔버(210)에 열을 가함으로써 상기 모노셀 안착부(201)에 안착된 모노셀(1)에 열이 전달된다. 상기 모노셀(1)이 고온 환경에 노출됨에 따라 과열된 모노셀(1)은 내부에서 가스를 발생시키고, 발생한 가스는 상기 펀칭부(220)에 의하여 생긴 천공(2)으로 통하여 상기 모노셀 안착부(201)로 확산한다. The electrolyte swelling
본 발명의 상기 센싱부(240)의 압력 센서(241)의 가스 압력 측정범위는 -10 내지 20 Bar, 바람직하게는 -5 내지 15 bar, 더 바람직하게는 -1 내지 10 bar일 수 있다. Gas pressure measurement range of the
본 발명의 상기 전해액의 스웰링 특성 평가장치는 압력 센서(241)로부터 수신된 신호들로부터 신호에 따른 압력 변화 및 가스 발생량을 산출하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 압력 변화 및 가스 발생량을 산출내역을 가시화하여 전해액의 스웰링 특성을 효과적으로 측정할 수 있다.The swelling characteristic evaluation apparatus of the electrolyte of the present invention may further include a controller for calculating a pressure change and gas generation amount according to the signal from the signals received from the
이하에서는, 도 9를 참조하여 본 발명의 평가장치(200)를 이용한 전해액의 스웰링 특성 평가방법에 대해 살펴보기로 한다.Hereinafter, a swelling characteristic evaluation method of the electrolyte solution using the
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전해액 스웰링(Swelling) 특성 평가방법은 한 개의 양극, 한 개의 분리막 및 한 개의 음극을 포함하는 모노셀을 제조하는 모노셀 제조단계(S10); 상기 모노셀에 평가대상 전해액을 주입하는 전해액 주입단계(S20); 상기 전해액이 주입된 모노셀을 상온에서 숙성(Aging), 포메이션(Formation) 및 디개싱(Degassing)하는 모노셀 준비단계(S30); 상기 모노셀을 만충하는 모노셀 만충단계(S40); 상기 장치의 모노셀 안착부에 상기 모노셀을 안착시키고 상기 장치의 챔버를 밀폐 결합한 후, 상기 챔버 내부에 진공환경을 조성하는 모노셀 안착단계(S50); 상기 모노셀 내부에서 발생한 가스의 이동을 위한 천공하는 모노셀 펀칭단계(S60); 및 상기 모노셀을 가열, 고온저장 및 하온하고, 각 과정에서 상기 모노셀 내부에서 발생한 가스를 압력센서로 실시간(in-situ) 측정하는 가스 압력 측정단계(S70)를 포함하는 것을 특징으로 한다.As shown in Figure 9, the electrolyte swelling (swelling) characteristic evaluation method according to the present invention is a monocell manufacturing step (S10) for producing a monocell comprising one anode, one separator and one cathode; An electrolyte injection step (S20) of injecting an electrolyte to be evaluated into the monocell; Monocell preparation step (S30) of aging, forming and degassing the monocell into which the electrolyte is injected at room temperature; A monocell full filling step (S40) for filling the monocell; A monocell seating step (S50) of seating the monocell on the monocell seating unit of the device and sealingly coupling the chamber of the device to create a vacuum environment inside the chamber; Punching monocell punching step (S60) for the movement of the gas generated in the monocell; And a gas pressure measuring step (S70) of heating, hot storing, and lowering the monocell, and measuring in-situ a gas generated in the monocell in each process by a pressure sensor.
먼저, 모노셀(1) 제조단계(S10)는 한 개의 양극과 하 개의 분리막 및 한 개의 음극이 적층되는 모노셀(1)을 준비하는 단계이다. 이와 같은 모노셀은 구성하는 양극과 분리막 및 음극의 적층 수가 적고, 작업자가 간단히 수작업으로 적층하여 제작할 수 있으므로, 종래 대비 간단한 방법으로 제작할 수 있다. 이에 따라 스웰링 특성 평가 대상이 되는 종래 소형셀은 1개월 가량 요구되는 반면, 모노셀(1)은 1일로 단축시킬 수 있다. 이에, 모노셀(1)의 준비가 종래 대비 보다 용이하므로, 제작 기간에 대한 부담을 줄여 다양한 리튬이차전지 전해액의 스웰링 특성 평가가 가능하다.First, the
그 다음, 본 발명의 전해액 주입단계(S20)은 상기 모노셀 제조단계(S10)에서 준비된 모노셀(1)에 평가 대상 전해액을 주입하는 단계이다. 상기 전해액은 유기용매, 상기 유기용매에 혼합된 리튬염을 포함한다. Then, the electrolyte injection step (S20) of the present invention is a step of injecting the electrolyte solution to be evaluated in the monocell (1) prepared in the monocell manufacturing step (S10). The electrolyte solution includes an organic solvent and a lithium salt mixed with the organic solvent.
상기 유기용매는 에틸렌카보네이트(Ethylene Carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(Propylene Carbonate, PC), 에틸메틸카보네이트(Ethyl Methyl Carbonate, EMC), 디메틸카보네이트(Dimethyl Carbonate, DMC), 디에틸카보네이트(Diethyl Carbonate, DEC), 플루오로에틸렌카보네이트(Fluoroethylene carbonate, FEC), 메틸프로필카보네이트(Methyl Propyl Carbonate, MPC), 에틸프로필카보네이트(Ethyl Propyl Carbonate, EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 부틸렌카보네이트(BC), 에틸아세테이트(Ethyl Acetate), 메틸아세테이트(Methyl Acetate), 프로필아세테이트(Propyl Acetate), 에틸프로피오네이트(Ethyl Propionate, EP), 메틸프로피오네이트(Methyl Propionate), 프로필프로피오네이트(Propyl Propionate, PP), 비닐렌 카보네이트(Vinylene Varbonate, VC) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The organic solvent is ethylene carbonate (Ethylene Carbonate, EC), propylene carbonate (Propylene Carbonate, PC), ethyl methyl carbonate (Ethyl Methyl Carbonate, EMC), dimethyl carbonate (Dimethyl Carbonate, DMC), diethyl carbonate (Diethyl Carbonate, DEC) ), Fluoroethylene carbonate (FEC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (Ethyl Propyl Carbonate, EPC), methyl ethyl carbonate (MEC), butylene carbonate (BC), ethyl Acetyl Acetate, Methyl Acetate, Propyl Acetate, Ethyl Propionate (EP), Methyl Propionate, Propyl Propionate (PP) It may be any one selected from the group consisting of vinylene carbonate (Vinylene Varbonate, VC) and mixtures thereof.
상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2, LiC(SO2CF3)3, LiN(SO3CF3)2, LiC4F9SO3, LiAlO4, LiAlCl4, LiCl 및 LiI로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이다.The lithium salt is LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiN (SO 3 CF 3 ) 2 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiCl and LiI at least one selected from the group consisting of.
그 다음, 본 발명의 상기 모노셀(1)에 상기 전해액을 주입하고 상기 모노셀(1)을 밀봉한다. 이때, 전해액은 500㎕이하, 바람직하게는 450㎕이하, 더 바람직하게는 400㎕이하 범위로 주액한다. Then, the electrolytic solution is injected into the
그 다음, 본 발명의 상기 모노셀 준비단계(30)은 상기 전해액이 주입된 모노셀(1)을 상온에서 숙성(Aging), 포메이션(Formation) 및 디개싱(Degassing)하는 과정을 포함할 수 있다. 상기 모노셀 준비단계(30)의 각 과정은 당해 업계에서 사용하는 방법을 사용하는 것으로서 특별한 제한은 없지만, 바람직하게는 상기 모노셀(1)은 상온에서 하루 동안 1차 숙성을 하고, 상온에서의 포메이션 과정을 거쳐, 다시 상온에서 하루 동안 2차 숙성을 한다. 상기 포메이션 과정은 당해 업계에서 사용하는 방법을 사용하는 것으로서 특별한 제한은 없지만, 바람직하게는 SOC(State of charge) 16.6 수준으로 이루어질 수 있다.Then, the
그 다음, 본 발명의 상기 모노셀 만충단계(S40)에서는 당해 업계에서 사용하는 만충 범위를 사용하는 것으로서 특별한 제한은 없지만, 상기 모노셀을(1) 3V 내지 5V, 바람직하게는 4V 내지 4.5V의 범위로 만충할 수 있다. Next, in the monocell full filling step (S40) of the present invention, there is no particular limitation as to the full range used in the art, but the monocell may be (1) 3V to 5V, preferably 4V to 4.5V. It can be filled with a range.
그 다음, 본 발명의 모노셀 안착단계(S50)에서는 상기 모노셀(1)을 상기 챔버(210) 내부의 상기 모노셀 안착부(201)에 안착하고, 상기 챔버(210)의 상부(211)를 완전 밀폐하여 결합한다. 내부 모노셀 안착부(201)에 연통된 밴트부(230)의 개폐 밸브(232)를 열고 상기 진공펌프를 가동하여 상기 챔버(210) 내부에 진공환경을 조성한다. 진공환경이 조성되면 상기 개폐 밸브(232)를 닫아 상기 진공환경을 유지할 수 있다.Next, in the monocell seating step (S50) of the present invention, the
상기 진공환경을 유지함으로써 상기 모노셀(1) 내부에서 발생한 가스가 후술하는 모노셀 펀칭단계에서 생성된 천공(2)을 통해 상기 모노셀 안착부(201)에 확산될 수 있도록 하고, 상기 모노셀 안착부(201)에 확산된 가스가 상기 벤트부(230)를 통하여 상기 센서부(240)의 압력 센서(241)에 이동할 수 있다.By maintaining the vacuum environment, the gas generated in the
그 다음, 본 발명의 상기 모노셀 펀칭단계(S60)에서는 상기 펀칭부(220)의 펀칭을 통하여, 상기 모노셀에 천공(2)을 생성한다. 상기 모노셀(1)의 천공(2)은 모노셀(1) 내부에서 발생한 가스가 모노셀(1)의 외부로 이동할 수 있도록 한다. 상기 천공(2)을 통하여 상기 모노셀(1) 내부에서 발생한 가스가 상기 모노셀 안착부(201)로 확산한다.Next, in the monocell punching step (S60) of the present invention, through the punching of the
이때, 후술하는 가스 압력 측정단계(S70) 이전에 상기 모노셀(1)을 상기 모노셀 안착부(201)에서 0℃ 내지 30℃, 바람직하게는 10℃ 내지 28℃, 더 바람직하게는 22℃ 내지 27℃에서 1시간 이상 안정화하는 단계를 더 포함할 수 있다.At this time, before the gas pressure measuring step (S70) to be described later, the monocell (1) in the
그 다음, 본 발명의 상기 가스 압력 측정단계(S70)은 상기 모노셀 내부에서 가스를 발생시키기 위하여 상기 모노셀을 가열하는 모노셀 승온단계(S71); 상기 승온 단계를 통하여 도달한 고온의 환경에서 저장하는 모노셀 저장단계(S72); 및 상기 모노셀 저장단계의 상기 모노셀을 냉각하는 모노셀 하온단계(S73)를 포함하고 각 단계에서 발생한 가스를 압력센서(241)로 실시간(in-situ) 측정한다.Then, the gas pressure measuring step (S70) of the present invention is a monocell heating step (S71) for heating the monocell to generate gas in the monocell; A monocell storage step (S72) for storing in a high temperature environment reached through the temperature raising step; And a monocell lowering step (S73) for cooling the monocell of the monocell storage step, and measuring the gas generated in each step by the
상기 모노셀 승온단계(S71)는 이차전지를 사용함에 있어서 과열이 되는 상황과 유사한 상황을 제공하여 평가 대상 전해액이 과열되는 과정에서 상기 모노셀 내부에서 발생시키는 가스를 측정할 수 있게 한다.The monocell heating step S71 provides a situation similar to that of overheating in the use of a secondary battery so that the gas generated in the monocell in the process of overheating the electrolyte to be evaluated may be measured.
또한, 상기 모노셀 승온단계(S71)에서는 상기 모노셀을 50℃ 내지 100℃, 바람직하게는 60℃ 내지 90℃, 더 바람직하게는 65℃ 내지 75℃ 범위로 가열할 수 있고, 상기 모노셀을 가열하는 시간은 30분 이상, 바람직하게는 45분 이상, 더 바람직하게는 1시간일 수 있다.In addition, in the monocell heating step (S71), the monocell may be heated to a range of 50 ° C to 100 ° C, preferably 60 ° C to 90 ° C, more preferably 65 ° C to 75 ° C, and the monocell The heating time may be at least 30 minutes, preferably at least 45 minutes, more preferably 1 hour.
상기 모노셀 저장단계(S72)는 과열된 이차전지가 고온에서 유지되는 상황과 유사한 상황을 제공하여 평가 대상 전해액이 고온상태로 유지되는 과정에서 모노셀 내부에서 발생시키는 가스를 측정할 수 있게 한다.The monocell storage step (S72) provides a situation similar to a situation in which the overheated secondary battery is maintained at a high temperature, so that the gas generated inside the monocell can be measured while the electrolyte to be evaluated is maintained at a high temperature.
또한, 상기 모노셀 저장단계(S72)에서는 상기 모노셀을 50℃ 내지 100℃, 바람직하게는 60℃ 내지 90℃, 더 바람직하게는 65℃ 내지 75℃ 범위에서 고온 저장하고, 상기 모노셀을 고온저장하는 시간은 12시간 내지 48시간, 바람직하게는 18시간 내지 36시간, 더 바람직하게는 20시간 내지 28시간일 수 있다.In addition, the monocell storage step (S72) stores the monocell at a high temperature in the range of 50 ° C to 100 ° C, preferably 60 ° C to 90 ° C, more preferably 65 ° C to 75 ° C, and the monocell at high temperature. The time to store may be 12 hours to 48 hours, preferably 18 hours to 36 hours, more preferably 20 hours to 28 hours.
또한, 상기 모노셀 하온단계(S73)에서는 상기 모노셀 저장단계의 모노셀을 0℃ 내지 30℃, 바람직하게는 10℃ 내지 29℃, 더 바람직하게는 15℃ 내지 27℃ 범위로 냉각할 수 있고, 상기 모노셀을 가열하는 시간은 30분 이상, 바람직하게는 45분 이상, 더 바람직하게는 1시간일 수 있다.In addition, in the monocell lowering step (S73), the monocell of the monocell storage step may be cooled to 0 ° C to 30 ° C, preferably 10 ° C to 29 ° C, more preferably 15 ° C to 27 ° C. In addition, the time for heating the monocell may be 30 minutes or more, preferably 45 minutes or more, and more preferably 1 hour.
상기 모노셀 하온단계(S73)은 고온 환경에서 상온으로 냉각되는 동안 모노셀 내부에서 발생된 가스의 변화를 측정할 수 있게 한다.The monocell lower temperature step (S73) allows to measure the change in gas generated inside the monocell while cooling to room temperature in a high temperature environment.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것 일뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following Examples. However, the following Examples are only for illustrating the present invention, and the present invention is not limited by the following Examples.
실시예Example 1 내지 6 1 to 6
<모노셀 제조>Monocell manufacturing
LiCoO2 양극 활물질을 준비하였다. 그 후, 양극 활물질 : 도전재용 카본 : 바인더로서 폴리비닐리덴 플루오라이트(PVDF)를 96 : 2 : 2 의 중량비로 혼합하여 슬러리를 만든 후, 통상적인 방법으로 알루미늄(Al) 호일 집전체에 코팅하고, 건조하여 양극을 제조하였다.A LiCoO 2 positive electrode active material was prepared. Thereafter, polyvinylidene fluorite (PVDF) was mixed in a weight ratio of 96: 2: 2 as a positive electrode active material: carbon: binder for a conductive material to prepare a slurry, and then coated on an aluminum (Al) foil current collector in a conventional manner. And dried to prepare a positive electrode.
인조 흑연 : SBR계 바인더 : 증점제로서 카르복시메틸 셀룰로오즈를 98 : 1 : 1 의 중량비로 혼합하여 음극 활물질 슬러리를 제조한 후, 통상적인 방법으로 구리(Cu) 호일 집전체에 코팅하여, 음극을 제조하였다.Artificial graphite: SBR binder: Carboxymethyl cellulose as a thickener was mixed in a weight ratio of 98: 1: 1 to prepare a negative electrode active material slurry, and then coated on a copper (Cu) foil current collector in a conventional manner, to prepare a negative electrode. .
상기 제조된 양극 및 음극의 사이에 폴리에틸렌 다공성 막을 개재시켜 만든 스택형 전극조립체를 파우치형 전지 케이스에 투입하고, 하기 표 1의 조성에 의한 평가대상 전해액을 주입하여 모노셀을 제조하였다.A stack-type electrode assembly prepared by interposing a polyethylene porous membrane between the prepared positive electrode and the negative electrode was introduced into a pouch-type battery case, and an electrolyte to be evaluated according to the composition of Table 1 was injected to prepare a monocell.
유기 용매를 하기 표 1에 기재된 중량 비율에 따라 혼합하고, 여기에 리튬염으로서 리튬 헥사플루오로프스페이트(LiPF6) 1M을 첨가하여 전해액을 제조하였다. 상기 전해액 400㎕를 상기 모노셀에 주입하고 밀봉하였다. The organic solvent was mixed according to the weight ratio shown in Table 1 below, and lithium hexafluorophosphate (LiPF6) 1M was added thereto as a lithium salt to prepare an electrolyte solution. 400 μl of the electrolyte was injected into the monocell and sealed.
<모노셀의 준비 및 모노셀 만충><Preparation of monocell and full cell monocell>
상기 전해액이 주입된 모노셀을 상온에서 하루 동안 1차 숙성(Aging)을 하였다. 그 후, 상기 전해액이 주입된 모노셀을 상온에서 SOC(State of charge) 16.6 수준으로 포메이션(Formation) 과정 진행하였다. 상기 포메이션 과정이 완료된 상기 모노셀을 다시 상온에서 하루 동안 2차 숙성을 하고 디개싱하여 4.45V로 만충하였다.The monocell injected with the electrolyte was subjected to primary aging for 1 day at room temperature. Subsequently, the monocell into which the electrolyte was injected was formed at a room temperature at a state of charge (SOC) of 16.6. The monocells having completed the formation process were again matured and degassed for one day at room temperature to 4.45V.
<모노셀 안착 및 펀칭>Monocell seating and punching
상기 만충된 모노셀을 도 2에 도시된 전해액 스웰링 특성 평가장치의 챔버 내부에 위치한 모노셀 안착부에 안착하고, 상기 챔버의 상부를 완전 밀폐하여 결합하였다. 내부 모노셀 안착부에 연통된 상기 장치 밴트부의 개폐 밸브를 열고 상기 진공펌프를 가동하여 상기 챔버 내부에 진공환경을 조성한 후, 상기 개폐 밸브를 닫아 상기 진공환경을 유지하였다. The full monocell was seated on a monocell seating unit located inside the chamber of the electrolyte swelling characteristic evaluation apparatus shown in FIG. 2, and the upper part of the chamber was completely sealed and combined. After opening and closing the opening and closing valve of the apparatus vane communicating with the inner monocell seating unit, the vacuum pump was operated to create a vacuum environment in the chamber, and the opening and closing valve was closed to maintain the vacuum environment.
상기 진공환경이 조성된 후, 상기 펀칭부의 펀치헤드에 압력을 가함으로써 상기 모노셀 상부의 양극탭과 음극탭 사이의 중간에 모노셀 밀봉부위를 펀칭하여 천공을 생성하였다.After the vacuum environment was established, a punch was generated by punching the monocell sealing portion in the middle between the positive and negative electrode tabs on the monocell by applying pressure to the punch head of the punching portion.
<안정화 및 가스 압력 측정>Stabilization and Gas Pressure Measurement
상기 천공이 생성된 모노셀을 25에서 1 시간 동안 안정화하였다.The perforated monocells were stabilized for 25 to 1 hour.
상기 모노셀의 고온환경에서의 내부 발생 가스를 측정하기 위하여, 상기 모노셀을 1시간 동안 70℃로 승온하고, 이 때 도달한 70℃의 환경을 유지하며 상기 모노셀을 24시간 동안 저장하였다. 그 다음, 상기 모노셀을 1시간 동안 25℃로 하온하였다. 상기 모노셀을 가열, 저장 및 하온하는 동안, 실시간(in-situ) 측정이 가능하고 측정범위가 -1 내지 10bar인 압력 센서로 상기 모노셀 내부에서 발생된 가스를 측정하였다.In order to measure the internally generated gas in the high temperature environment of the monocell, the monocell was heated to 70 ° C for 1 hour, and the monocell was stored for 24 hours while maintaining the environment of 70 ° C reached at this time. The monocell was then warmed to 25 ° C. for 1 hour. While heating, storing and lowering the monocell, gas generated inside the monocell was measured by a pressure sensor capable of in-situ measurement and a measuring range of -1 to 10 bar.
도 8에는 각 실시예에 따른 모노셀에 주입된 전해액의 시험 결과를 나타내는 그래프가 도시되어 있다.8 is a graph showing the test results of the electrolyte solution injected into the monocell according to each embodiment.
점선으로 도시된 선은 시간변화에 따른 온도변화를 나타낸다. 실선으로 도시된 선들은 시간변화에 따른 모노셀 내부 발생 가스에 의한 압력 변화를 나타낸다. 실선으로 도시된 선들은 위에서부터 순서대로 실시예 1(EC), 실시예 3(VC), 실시예 2(FEC), 실시예 6(EP), 실시예 4(DEC) 및 실시예 5(PP)를 나타내었다.The line shown by the dotted line represents the temperature change with time. The solid lines represent the change in pressure caused by the gas generated inside the monocell over time. The solid lines are shown in order from the top, in order of Example 1 (EC), Example 3 (VC), Example 2 (FEC), Example 6 (EP), Example 4 (DEC) and Example 5 (PP ).
도 8을 참조하면, 실제로 상기 평가대상 전해액들 중 고온에서 가스발생 반응이 커서 이차전지의 스웰링 현상의 발생을 야기하는 사이클릭 카보네이트(cyclic carbonate)류에 해당하는 EC 및 VC가 다량 포함된 전해액의 가스 발생이 큰 것이 확인되었다.Referring to FIG. 8, an electrolyte solution containing a large amount of EC and VC corresponding to cyclic carbonates, which actually causes a swelling phenomenon of a secondary battery due to a large gas generation reaction at high temperatures among the electrolytes to be evaluated. It was confirmed that gas generation was large.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전해액 스웰링 특성 평가장치 및 상기 장치를 사용한 평가방법은 전지셀 개발 단계에서 전해액 측면에서의 스웰링 현상의 원인이 되는 내부 가스 발생량 측정방법을 모노셀 단위로 단순화하고, 가스 발생량을 실시간으로 측정하여 효과적으로 전해액의 스웰링 특성을 평가하는 평가할 수 있도록 한다.As described above, the electrolyte swelling characteristics evaluation apparatus and the evaluation method using the apparatus according to an embodiment of the present invention is a method for measuring the internal gas generation amount that causes the swelling phenomenon in the electrolyte side in the battery cell development step monocell By simplifying units and measuring the amount of gas generated in real time, it is possible to effectively evaluate the swelling characteristics of the electrolyte.
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 to which the present invention pertains will be able to make various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.
Claims (16)
상기 챔버의 위에 배치되어 상기 챔버에 안착된 모노셀을 펀칭하는 펀칭부;
상기 챔버의 하부 측면으로부터 상기 모노셀 안착부와 연통된 벤트 홀(Vent Hole)을 포함한 벤트부; 및
상기 벤트부와 연결되고, 실시간(in-situ) 가스 압력 센서를 포함하는 센싱부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액의 스웰링(Swelling) 특성 평가장치.
An apparatus for evaluating swelling characteristics of a lithium secondary battery electrolyte, comprising: a chamber in which a monocell seating portion is formed;
A punching unit disposed on the chamber to punch the monocell seated in the chamber;
A vent part including a vent hole communicating with the monocell seating part from a lower side of the chamber; And
And a sensing unit connected to the vent unit and including an in-situ gas pressure sensor.
상기 전해액의 스웰링 특성 평가장치 외부에 진공펌프가 연결된 것을 특징으로 하는 전해액의 스웰링 특성 평가장치.
The method of claim 1,
Swelling characteristic evaluation apparatus of the electrolyte, characterized in that the vacuum pump is connected to the outside of the swelling characteristic evaluation apparatus of the electrolyte.
상기 진공펌프는 상기 벤트부의 개폐 밸브를 통해 연결된 것을 특징으로 하는 전해액의 스웰링 특성 평가장치.
The method of claim 2,
The vacuum pump is the swelling characteristic evaluation device of the electrolyte, characterized in that connected via the opening and closing valve of the vent.
상기 챔버는 하부와 상부가 O-ring에 의하여 완전 밀폐 결합되는 것을 특징으로 하는 전해액의 스웰링 특성 평가장치.
The method of claim 1,
The chamber is a swelling characteristic evaluation device of the electrolyte, characterized in that the lower part and the upper part is completely hermetically coupled by the O-ring.
상기 펀칭부는 펀치, 상기 펀치 상부에 형성된 펀치헤드, 및 상기 펀치둘레에 위치되는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액의 스웰링 특성 평가장치.
The method of claim 1,
And said punching part comprises a punch, a punch head formed on the punch upper portion, and a spring positioned at the punch circumference.
상기 펀칭부는 상기 챔버와 밀폐되어 배치되는 것을 특징으로 하는 전해액의 스웰링 특성 평가장치.
The method of claim 5,
The punching unit is a swelling characteristic evaluation device of the electrolyte, characterized in that the chamber is disposed closed.
상기 챔버의 내부온도를 10℃ 내지 100℃ 범위로 조절할 수 있는 온도조절장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액 스웰링 특성 평가장치.
The method of claim 1,
Electrolyte swelling characteristic evaluation device comprising a temperature control device that can adjust the internal temperature of the chamber in the range of 10 ℃ to 100 ℃.
상기 센싱부의 가스 압력 측정범위는 -10 내지 20 Bar인 것을 특징으로 하는 전해액의 스웰링 특성 평가장치.
The method of claim 1,
The gas pressure measurement range of the sensing unit is -10 to 20 Bar swelling characteristic evaluation apparatus characterized in that the.
상기 전해액의 스웰링 특성 평가장치는 압력 센서로부터 수신된 신호들로부터 신호에 따른 압력 변화 및 가스 발생량을 산출하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액의 스웰링 특성 평가장치.
The method of claim 1,
Apparatus for evaluating the swelling characteristic of the electrolyte further comprises a control unit for calculating a pressure change and gas generation amount according to the signal from the signals received from the pressure sensor.
한 개의 양극, 한 개의 분리막 및 한 개의 음극을 포함하는 모노셀을 제조하는 모노셀 제조단계(S10);
상기 모노셀에 평가대상 전해액을 주입하는 전해액 주입단계(S20);
상기 전해액이 주입된 모노셀을 상온에서 숙성(Aging), 포메이션(Formation) 및 디개싱(Degassing)하는 모노셀 준비단계(S30);
상기 모노셀을 만충하는 모노셀 만충단계(S40);
상기 장치의 모노셀 안착부에 상기 모노셀을 안착시키고 상기 장치의 챔버를 밀폐 결합한 후, 상기 챔버 내부에 진공환경을 조성하는 모노셀 안착단계(S50);
상기 모노셀 내부에서 발생한 가스의 이동을 위한 천공하는 모노셀 펀칭단계(S60); 및
상기 모노셀을 가열, 고온저장 및 하온하고, 각 과정에서 상기 모노셀 내부에서 발생한 가스를 압력센서로 실시간(in-situ) 측정하는 가스 압력 측정단계(S70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액의 스웰링 특성 평가방법.
In the method for evaluating the swelling characteristics of the electrolyte by the swelling characteristic evaluation apparatus of the electrolyte according to claim 1,
Monocell manufacturing step (S10) for producing a monocell comprising one anode, one separator and one cathode;
An electrolyte injection step (S20) of injecting an electrolyte to be evaluated into the monocell;
Monocell preparation step (S30) of aging, forming and degassing the monocell into which the electrolyte is injected at room temperature;
A monocell full filling step (S40) for filling the monocell;
A monocell seating step (S50) for seating the monocell on the monocell seating unit of the device and sealingly coupling the chamber of the device to create a vacuum environment inside the chamber;
Punching monocell punching step (S60) for the movement of the gas generated in the monocell; And
An electrolytic solution comprising a gas pressure measuring step (S70) of heating, storing at high temperature and lowering the monocell, and measuring in-situ the gas generated in the monocell in each process by a pressure sensor. Swelling property evaluation method.
상기 전해액 주입단계(S20)에서 상기 모노셀에 상기 전해액을 500㎕이하 범위로 주액하는 것을 특징으로 하는 전해액의 스웰링 특성 평가방법.
The method of claim 10,
In the electrolyte injection step (S20), the swelling characteristic evaluation method of the electrolyte solution, characterized in that to inject the electrolyte solution in the range of 500μl or less.
상기 가스 압력 측정단계(S70) 이전에 상기 모노셀을 0℃ 내지 30℃에서 1시간 이상 안정화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액의 스웰링 특성 평가방법.
The method of claim 10,
The method of evaluating swelling characteristics of an electrolyte solution, further comprising stabilizing the monocell at 0 ° C. to 30 ° C. for at least 1 hour before the gas pressure measuring step (S70).
상기 가스 압력 측정단계(S70)은 상기 모노셀 내부에서 가스를 발생시키기 위하여 상기 모노셀을 가열하는 모노셀 승온단계(S71); 상기 승온 단계를 통하여 도달한 고온의 환경에서 저장하는 모노셀 저장단계(S72); 및 상기 모노셀 저장단계의 상기 모노셀을 냉각하는 모노셀 하온단계(S73)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액의 스웰링 특성 평가방법.
The method of claim 10,
The gas pressure measuring step (S70) includes a monocell heating step (S71) of heating the monocell to generate gas in the monocell; A monocell storage step (S72) for storing in a high temperature environment reached through the temperature raising step; And a monocell lowering step (S73) for cooling the monocell in the monocell storage step.
상기 모노셀 승온단계(S71)에서는 상기 모노셀을 50℃ 내지 100℃ 범위로 30분 이상 가열하는 것을 특징으로 하는 전해액의 스웰링 특성 평가방법.
The method of claim 13,
In the monocell heating step (S71), the swelling characteristic evaluation method of the electrolyte solution, characterized in that for heating for 30 minutes or more in the range of 50 ℃ to 100 ℃.
상기 모노셀 저장단계(S72)에서는 상기 모노셀을 50℃ 내지 100℃ 범위에서 12시간 내지 48시간 저장하는 것을 특징으로 하는 전해액의 스웰링 특성 평가방법.
The method of claim 13,
In the monocell storage step (S72), the swelling characteristic evaluation method of the electrolyte solution, characterized in that for storing the monocell 12 hours to 48 hours in the range of 50 ℃ to 100 ℃.
상기 모노셀 하온단계(S73)에서는 상기 모노셀을 0℃ 내지 30℃ 범위로 30분 이상 냉각하는 것을 특징으로 하는 전해액의 스웰링 특성 평가방법.
The method of claim 13,
In the monocell lower temperature step (S73), the swelling characteristic evaluation method of an electrolyte solution, characterized in that the monocell is cooled in the range of 0 ° C to 30 ° C for at least 30 minutes.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180059490A KR102518227B1 (en) | 2018-05-25 | 2018-05-25 | Evaluation Method and Apparatus for Swelling Characteristics of Electrolyte |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180059490A KR102518227B1 (en) | 2018-05-25 | 2018-05-25 | Evaluation Method and Apparatus for Swelling Characteristics of Electrolyte |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20190134179A true KR20190134179A (en) | 2019-12-04 |
KR102518227B1 KR102518227B1 (en) | 2023-04-05 |
Family
ID=69004351
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020180059490A KR102518227B1 (en) | 2018-05-25 | 2018-05-25 | Evaluation Method and Apparatus for Swelling Characteristics of Electrolyte |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102518227B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021235905A1 (en) * | 2020-05-22 | 2021-11-25 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Secondary battery activation method |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160010122A (en) * | 2014-07-18 | 2016-01-27 | 주식회사 엘지화학 | Secondary Battery Swelling Test Method And Apparatus |
KR101590395B1 (en) * | 2015-05-26 | 2016-02-18 | 이현철 | Gas extraction system of medium and large secondary battery |
KR20170083214A (en) * | 2016-01-08 | 2017-07-18 | 주식회사 엘지화학 | Apparatus for Measuring Generation Amount of Inner Gas Using Coin Cell |
-
2018
- 2018-05-25 KR KR1020180059490A patent/KR102518227B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160010122A (en) * | 2014-07-18 | 2016-01-27 | 주식회사 엘지화학 | Secondary Battery Swelling Test Method And Apparatus |
KR101590395B1 (en) * | 2015-05-26 | 2016-02-18 | 이현철 | Gas extraction system of medium and large secondary battery |
KR20170083214A (en) * | 2016-01-08 | 2017-07-18 | 주식회사 엘지화학 | Apparatus for Measuring Generation Amount of Inner Gas Using Coin Cell |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021235905A1 (en) * | 2020-05-22 | 2021-11-25 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Secondary battery activation method |
EP4060788A4 (en) * | 2020-05-22 | 2023-12-06 | LG Energy Solution, Ltd. | Secondary battery activation method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102518227B1 (en) | 2023-04-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110400932B (en) | Electrochemical cell and preparation method thereof | |
US10680247B2 (en) | Positive electrode active material slurry including rubber-based binder and positive electrode prepared therefrom | |
KR102508117B1 (en) | Method of improving detection of low voltage in secondary battery activation process | |
KR100793011B1 (en) | Fabrication of lithium secondary battery | |
EP2755272B1 (en) | Non-aqueous electrolyte solution for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same | |
KR20180100748A (en) | Method and apparatus of evaluating a lithium secondary battery | |
KR20200129518A (en) | Manufacturing methods for the secondary battery | |
CN111937190B (en) | Method for manufacturing electrode comprising polymer solid electrolyte and electrode obtained by the method | |
CN108711609B (en) | Lithium metal negative electrode surface treatment process and application thereof | |
CN112805865A (en) | Method for manufacturing lithium ion battery and lithium ion battery | |
KR20180082759A (en) | Preparation and Formation Method of Battery Cell | |
CN105684193A (en) | Method of manufacturing nonaqueous electrolyte secondary battery | |
US8691449B2 (en) | Nonaqueous electrolyte and lithium-ion secondary battery using thereof | |
KR20180081009A (en) | Method for detecting a low voltage defective secondary battery | |
CN102044705A (en) | Method for manufacturing lithium ion polymer battery | |
JP2014007132A (en) | Method for manufacturing nonaqueous electrolyte secondary battery | |
KR102518227B1 (en) | Evaluation Method and Apparatus for Swelling Characteristics of Electrolyte | |
CN113728488B (en) | Secondary battery formation method | |
KR20150056944A (en) | Pouch-type Secondary Battery Having pH indicator | |
CN101853964B (en) | Nonaqueous electrolyte lithium-ion secondary battery and preparation method thereof | |
CN105355979A (en) | Formation method of high-voltage soft-package lithium ion secondary battery | |
EP4060788A1 (en) | Secondary battery activation method | |
KR101156537B1 (en) | Lithium polymer battery | |
KR20160088647A (en) | Pouch-Type Battery Cell Having Residue Sealing Portion | |
KR20230037780A (en) | A method for predicting the capacity of a battery cell and a method for manufacturing a battery cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
N231 | Notification of change of applicant | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right |