KR20220097957A - 규소 풍부 애노드 전지의 정전 용량 유지를 개선시키기 위한 노 분위기의 제어 - Google Patents

규소 풍부 애노드 전지의 정전 용량 유지를 개선시키기 위한 노 분위기의 제어 Download PDF

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KR20220097957A
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furnace atmosphere
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이안 브라운
벤자민 박
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에네베이트 코포레이션
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Abstract

규소 풍부 애노드 전지의 정전 용량 유지를 개선시키기 위한 노 분위기의 제어를 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 노 분위기는 노 내 규소 풍부 전극의 처리 동안 제어될 수도 있고, 처리는 규소 풍부 전극의 열분해를 포함하고, 제어는 노 분위기의 압력 및 노 분위기의 조성 중 하나 이상을 설정하거나 또는 조정하는 것을 포함한다. 노 분위기의 제어는 적어도 하나의 환경 상태에 기초하여 구성될 수도 있다. 적어도 하나의 환경 상태는 산소가 없는 환경일 수도 있다.

Description

규소 풍부 애노드 전지의 정전 용량 유지를 개선시키기 위한 노 분위기의 제어
관련 출원에 대한 상호 참조/참조에 의한 원용
위에서 언급된 출원은 미국 특허 출원 제16/677,027호(출원일: 2019년 11월 7일)의 우선권을 주장하고, 이는 전문이 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.
분야
본 개시내용의 양상은 에너지 생성 및 저장에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시내용의 특정한 구현예는 규소 풍부 애노드 전지(silicon-dominant anode cell)의 정전 용량 유지를 개선시키기 위한 노 분위기(furnace atmosphere)의 제어를 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
다양한 문제가 종래의 배터리 기술에서 존재할 수도 있다. 이 점에서, 배터리 전극을 개선시키기 위한 종래의 시스템 및 방법(존재하는 경우)은 비용이 많이 들 수도 있고, 번거로울 수도 있고/있거나 비효율적일 수도 있다-예를 들어, 이들은 복잡할 수도 있고/있거나 구현하는 데 시간 소모적일 수도 있고, 배터리 수명을 제한할 수도 있다.
종래의 방식 및 전통적인 방식의 추가의 제한 및 단점은 도면을 참조하여 본 출원의 나머지에 제시된 바와 같이 본 개시내용의 일부 양상과 이러한 시스템의 비교를 통해, 당업자에게 분명해질 것이다.
규소 풍부 애노드 전지의 정전 용량 유지를 개선시키기 위한 노 분위기(furnace atmosphere)의 제어를 위한 시스템 및/또는 방법은 청구범위에 더 완전히 제시된 바와 같이, 실질적으로 도면 중 적어도 하나의 도면과 연관되어 도시되고/되거나 설명되는 바와 같이 제공된다.
본 개시내용의 이 장점 및 다른 장점, 양상 및 새로운 특징뿐만 아니라 본 개시내용의 예시된 실시형태의 상세사항은 다음의 설명 및 도면으로부터 더 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본 개시내용의 예시적인 실시형태에 따른, 제어된 노 분위기로 처리된 전극을 가진 배터리의 도면.
도 2는 본 개시내용의 예시적인 실시형태에 따른, 예시적인 규소 풍부 애노드를 예시하는 도면.
도 3은 본 개시내용의 예시적인 실시형태에 따른, 직접 코팅 전극을 위한 과정의 흐름도.
도 4는 본 개시내용의 예시적인 실시형태에 따른, 전극의 전사 적층을 위한 대안적인 과정의 흐름도.
도 5는 본 개시내용의 예시적인 실시형태에 따른, 제어된 노 분위기로 규소 풍부 전극을 처리하기 위해 구성된 예시적인 배치로(batch furnace)를 예시하는 도면.
도 6은 본 개시내용의 예시적인 실시형태에 따른, 제어된 노 분위기로 규소 풍부 전극을 처리하기 위해 구성된 예시적인 연속적인 배치로를 예시하는 도면.
도 7은 본 개시내용의 예시적인 실시형태에 따른, 상이한 분위기 조건을 사용하는 애노드 공정에 대한 방전 정전 용량 성능을 예시하는 플롯.
도 8은 본 개시내용의 예시적인 실시형태에 따른, 상이한 테스트 조건하에서 상이한 분위기 조건을 사용하는 애노드 공정에 대한 방전 정전 용량 성능을 예시하는 플롯.
도 9는 본 개시내용의 예시적인 실시형태에 따른, 상이한 분위기 조건을 사용하는 애노드 공정에 대한 저항 성능을 예시하는 플롯.
도 1은 본 개시내용의 예시적인 실시형태에 따른, 제어된 노 분위기로 처리된 전극을 가진 배터리의 도면이다. 도 1을 참조하면, 집전기(107A 및 107B)와 함께, 애노드(101)와 캐소드(105) 사이에 개재된 분리기(103)를 포함하는 배터리(100)가 도시된다. 배터리(100)가 방전 모드에 있을 때의 경우를 예시하는 배터리(100)에 결합된 부하(109)가 또한 도시된다. 본 개시내용에서, 용어 "배터리"는 단일의 전기화학 전지, 모듈로 형성된 복수의 전기화학 전지, 및/또는 팩으로 형성된 복수의 모듈을 나타내도록 사용될 수도 있다.
휴대용 전자 디바이스의 발달 및 수송 수단의 전화는 고성능의 전기화학 에너지 저장을 위한 필요성을 발생시킨다. 소규모(100Wh 미만) 내지 대규모(10㎾h 초과)의 디바이스는 주로 이들의 고성능에 기인하여 다른 재충전 가능한 배터리 화학반응에 비해 리튬 이온(Li-ion) 배터리를 사용한다.
집전기(107A 및 107B)와 함께, 애노드(101) 및 캐소드(105)는 전해질 물질 내에 있거나 또는 이것을 포함하는 플레이트 또는 막을 포함할 수도 있는 전극을 포함할 수도 있고, 플레이트는 전해질을 포함하기 위한 물리적 배리어뿐만 아니라 외부 구조체에 대한 전도성 접점을 제공할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 애노드/캐소드 플레이트는 전해질에 침지되고 반면에 외부 케이싱은 전해질 격납을 제공한다. 애노드(101) 및 캐소드는 전극에 대한 전기적 접점뿐만 아니라 전극을 형성할 때 활성 물질을 위한 물리적 지지를 제공하기 위한 금속 또는 다른 전도성 물질을 포함하는 집전기(107A 및 107B)에 전기적으로 결합된다.
도 1에 도시된 구성은 방전 모드인 배터리(100)를 예시하고, 반면에 충전 구성에서, 부하(107)는 충전기로 대체되어 과정을 반전시킬 수도 있다. 하나의 부류의 배터리에서, 분리기(103)는 일반적으로 이온이 분리기(103)를 통과하게 하도록 충분히 다공성이면서, 예를 들어, 전자가 애노드(101)로부터 캐소드(105)로 또는 그 역으로 흐르는 것을 방지하는, 전기 절연성 폴리머로 이루어진, 막 물질이다. 일반적으로, 분리기(103), 캐소드(105) 및 애노드(101) 물질은 시트, 막 또는 활성 물질 코팅된 포일로 개별적으로 형성된다. 캐소드, 분리기 및 애노드의 시트가 캐소드(105)와 애노드(101)를 분리시키는 분리기(103)와 함께 후속하여 적층되거나 또는 롤링되어 배터리(100)를 형성한다. 일부 실시형태에서, 분리기(103)는 시트이고 일반적으로 분리기의 제작 시 권취 방법 및 적층을 활용한다. 이 방법에서, 애노드, 캐소드 및 집전기(예를 들어, 전극)는 막을 포함할 수도 있다.
예시적인 시나리오에서, 배터리(100)는 고체, 액체 또는 겔 전해질을 포함할 수도 있다. 분리기(103)는 바람직하게는 용해된 LiBF4, LiAsF6, LiPF6 및 LiClO4 등과 함께 에틸렌 카보네이트(EC), 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC), 프로필렌 카보네이트(PC), 다이메틸 카보네이트(DMC), 에틸 메틸 카보네이트(EMC), 다이에틸 카보네이트(DEC) 등을 포함할 수도 있는 조성물과 같은 일반적인 배터리 전해질에 용해되지 않는다. 분리기(103)는 액체 또는 겔 전해질에 의해 젖거나 또는 적셔지지 않을 수도 있다. 또한, 예시적인 실시형태에서, 분리기(103)는 약 100 내지 120℃ 미만에서 용융되지 않고, 배터리 적용을 위한 충분한 기계적 특성을 나타낸다. 배터리는 작동 시, 애노드 및/또는 캐소드의 팽창 및 수축을 겪을 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 분리기(103)는 결함 없이 적어도 약 5 내지 10%만큼 팽창되고 수축될 수 있고, 또한 휘어질 수도 있다.
분리기(103)가 충분히 다공성일 수도 있어서 일단 분리기가, 예를 들어, 액체 또는 겔 전해질에 의해 젖는다면 이온이 분리기를 통과할 수 있다. 대안적으로(또는 부가적으로), 분리기는 심지어 상당한 다공도 없이 겔화 또는 다른 공정을 통해 전해질을 흡수할 수도 있다. 분리기(103)의 다공도가 또한 일반적으로 너무 다공성이어서 애노드(101) 및 캐소드(105)가 전자를 분리기(103)를 통해 이송하게 한다.
애노드(101) 및 캐소드(105)는 충전 상태 및 방전 상태에서 전하의 이송을 위해 디바이스에 대한 전기적 연결을 제공하는, 배터리(100)를 위한 전극을 포함한다. 애노드(101)는 예를 들어, 규소, 탄소 또는 이 물질의 조합을 포함할 수도 있다. 전형적인 애노드 전극은 집전기, 예컨대, 구리 시트를 포함하는 탄소 물질을 포함한다. 탄소는 이것이 우수한 전기 화학적 성능을 갖고 또한 전기 전도성이기 때문에 종종 사용된다. 재충전 가능한 리튬 이온 전지에서 현재 사용되는 애노드 전극은 일반적으로 대략 200㎃h/g(milliamp hours per gram)의 비정전 용량을 갖는다. 흑연, 즉, 대부분의 리튬 이온 배터리 애노드에서 사용되는 활성 물질은 372㎃h/g의 이론적 에너지 밀도를 갖는다. 비교하면, 규소는 4200㎃h/g의 높은 이론적 정전 용량을 갖는다. 리튬 이온 배터리의 용적 및 중량적 에너지 밀도를 증가시키기 위해, 규소는 캐소드 또는 애노드를 위한 활성 물질로서 사용될 수도 있다. 규소 애노드는 예를 들어, 50% 초과의 규소를 가진, 규소 합성물로 형성될 수도 있다.
예시적인 시나리오에서, 애노드(101)와 캐소드(105)는 전하의 분리를 위해 사용되는 이온, 예컨대, 리튬을 저장한다. 이 실시예에서, 전해질은 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 방전 모드에서 양으로 대전된 리튬 이온을 애노드(101)로부터 캐소드(105)로 그리고 충전 모드에서 분리기(105)를 통해 반대로 운반한다. 리튬 이온의 이동은 양의 집전기(107B)에서 전하를 생성하는 자유 전자를 애노드(101)에서 생성한다. 이어서 전류가 집전기로부터 부하(109)를 통해 음의 집전기(107A)로 흐른다. 분리기(103)는 배터리(100) 내부의 전자의 흐름을 차단하고, 리튬 이온의 흐름을 허용하고, 전극 간의 직접적인 접촉을 방지한다.
배터리(100)가 방전되고 전류를 제공하는 동안, 애노드(101)가 리튬 이온을 분리기(103)를 통해 캐소드(105)로 방출하여, 하나의 측면으로부터 결합된 부하(109)를 통해 다른 하나의 측면으로의 전자의 흐름을 생성한다. 배터리가 충전될 때, 리튬 이온이 캐소드(105)에 의해 방출되고 애노드(101)에 의해 수용되는 반대의 경우가 발생한다.
애노드(101) 및 캐소드(105)를 위해 선택된 물질은 배터리(100)에 대해 가능한 신뢰도 및 에너지 밀도를 위해 중요하다. 현재의 Li-이온 배터리의 에너지, 전력, 비용 및 안전성은 예를 들어, 내연 기관(internal combustion engine: ICE) 기술과 경쟁하고 전기 자동차(electric vehicle: EV)의 광범위한 채택을 허용하기 위해 개선되어야 한다. 리튬 이온 배터리의 높은 에너지 밀도, 높은 전력 밀도 및 개선된 안정성은 고용량 및 고전압 캐소드, 고용량 애노드 및 고전압 안정성을 가진 기능적으로 비가연성 전해질 및 전극과의 계면 호환성의 발달에 의해 달성된다. 또한, 낮은 유독성을 가진 물질은 공정 비용을 감소시키고 소비자 안정성을 촉진하기 위해 배터리 물질로서 이롭다.
전기화학 전극의 성능(많은 요인에 의존적임)은 전극 입자 간, 뿐만 아니라 집전기와 전극 입자 간의 전기 접점의 견고성에 크게 의존적이다. 규소 애노드 전극의 전기 전도도는 상이한 형태학적 특성을 가진 전도성 첨가제를 포함시킴으로써 조작될 수도 있다. 카본 블랙(Super P), 기상 성장 탄소 섬유(vapor grown carbon fiber: VGCF), 및 이 2개의 혼합물이 이전에 애노드 전극에 별도로 포함되서, 애노드의 성능을 개선시켰다. 2개의 탄소 물질 간의 상승적 상호작용은 충전 및 방전 동안 규소 애노드의 큰 용적 변화 전반에 걸친 전기 접점을 용이하게 할 수도 있다.
현재 최신의 리튬 이온 배터리는 일반적으로 리튬을 위한 삽입 물질로서 흑연 풍부 애노드를 사용한다. 그러나, 규소 풍부 애노드는 흑연-풍부 Li-이온 배터리와 비교하여 개선을 제공한다. 규소는 더 높은 중량 정전 용량(흑연에 대해 3579㎃h/g 대 372㎃h/g) 및 용적 정전 용량(흑연에 대해 2194㎃h/ℓ 대 890㎃h/ℓ) 둘 다를 나타낸다. 또한, 규소-기반 애노드는 Li/Li+에 대해 약 0.3 내지 0.4V에서 리튬화/탈리튬화 전압 안정기를 갖고, 이는 바람직하지 않은 Li 도금 및 덴드라이트 형성을 방지하는 개회로 전위를 유지하는 것을 허용한다. 규소가 우수한 전기화학 활동을 나타내지만, 규소-기반 애노드에 대한 안정된 사이클 수명을 달성하는 것은 리튬화 및 탈리튬화 동안 규소의 큰 용적 변화에 기인하여 어렵다. 낮은 전기 전도도와 결합된 큰 용적 변화가 애노드 내 주위 물질로부터 규소를 분리시키기 때문에 규소 구역은 애노드로부터 전기적 접촉을 손실할 수도 있다.
또한, 큰 규소 용적 변화는 고체 전해질 계면(solid electrolyte interface: SEI) 형성을 악화시키고, 이는 전기적 절연 그리고 따라서, 정전 용량 손실을 더 초래할 수 있다. 충전-방전 사이클링 시 규소 입자의 팽창 및 수축은 규소 입자의 분쇄를 유발하고, 이는 이들의 비표면적을 증가시킨다. 규소 표면적이 사이클링 동안 변화되고 증가되기 때문에, SEI는 반복적으로 분해되고 재형성된다. 따라서 SEI는 두꺼운 전자 및 이온 절연층으로의 사이클링 동안 분쇄 규소 구역 주위에 계속해서 구축된다. 이 축적된 SEI는 전극의 임피던스를 증가시키고 전극 전기화학 반응도를 감소시키고, 이는 사이클 수명에 유해하다.
전지의 성능은 예컨대, 전지(따라서 전지 자체)의 컴포넌트의 성능의 개선을 생성할 수도 있는 특정한 기법의 사용을 포함함으로써 개선될 수도 있다. 예를 들어, 전극 처리와 연관된 조건을 제어하는 것은 전극의 다양한 속성(예를 들어, 정전 용량 유지)에 대한 개선을 발생시킬 수도 있고, 이는 결국 전지의 성능을 개선시킬 것이다. 본 개시내용에 따른 다양한 구현예에서, 전극 처리와 연관된 분위기 조건을 제어하는 것은 전극의 성능을 개선시키기 위해 사용될 수도 있다. 이것은 도 5 내지 도 8에 대해 더 설명된다.
도 2는 본 개시내용의 예시적인 실시형태에 따른, 예시적인 규소 풍부 애노드를 예시한다. 도 2를 참조하면, 애노드(200), 집전기(201), 접착제(203), 및 활성 물질(205)이 도시된다. 그러나, 접착제가 활성 물질이 집전기 상에 직적접으로 형성되는 직접적인 코팅 공정에서 반드시 존재하는 것이 아니기 때문에, 접착제(203)가 활용되는 애노드 제조 공정의 유형에 따라 존재하거나 또는 존재하지 않을 수도 있다는 것에 유의해야 한다.
예시적인 시나리오에서, 활성 물질(205)은 용매 및 바인더 물질 내 규소 입자를 포함하고, 활성 물질(205)이 열분해되어, 바인더를 규소 입자 주위에 구조적 뼈대를 제공하고 또한 전기 전도도를 제공하는 유리상 탄소로 변하게 한다. 활성 물질은 임의의 접착제(203)를 사용하여 집전기(201)에 결합될 수도 있다. 집전기(201)가 예를 들어, 구리, 니켈, 또는 티타늄과 같은 금속 막을 포함할 수도 있지만, 다른 전도성 포일이 원하는 인장 강도에 따라 활용될 수도 있다.
도 2는 또한 리튬 입자가 활성 물질(205)에 충돌하고 활성 물질을 리튬화하는 것을 예시한다. 또한, 도 2에 예시된 바와 같이, 집전기(201)는 특정한 구현예에 기초하여 변경될 수도 있는 두께(t)를 갖는다. 이 점에서, 일부 구현예에서, 더 두꺼운 포일이 사용될 수도 있지만 다른 구현예에서, 더 얇은 포일이 사용된다. 예시적인 더 두꺼운 포일이 예를 들어, 구리에 대해 6㎛ 초과, 예컨대, 10㎛ 또는 20㎛일 수도 있고, 반면에 더 얇은 포일이 구리에 대해 6㎛ 미만일 수도 있다.
예시적인 시나리오에서, 접착제가 활용될 때, 접착제(203)는 여전히 전기 접점을 집전기(201)에 제공하면서 활성 물질 막(205)의 접착 강도를 집전기(201)에 제공하는, 폴리머, 예컨대, 폴리이미드(polyimide: PI) 또는 폴리아마이드-이미드(polyamide-imide: PAI)를 포함한다. 다른 접착제는 이들이 처리 후 충분한 전도도와 함께 접착 강도를 제공할 수 있는 한, 원하는 강도에 따라 활용될 수도 있다.
도 3은 본 개시내용의 예시적인 실시형태에 따른, 직접 코팅 전극을 위한 과정의 흐름도이다. 이 공정은 활성 물질, 전도성 첨가제 및 바인더를 함께 물리적으로 혼합하는 것, 및 이것을 집전기 상에 직접적으로 코팅하는 것을 포함한다. 이 예시적인 공정은 애노드 슬러리가 바인더, 예컨대, CMC, SBR, 알긴산나트륨, PAI, PAA, PI 및 혼합물 및 이들의 조합물을 사용하여 구리 포일 상에 직접적으로 코팅되는 직접적인 코팅 공정을 포함한다. 활성 물질을 기판 상에 형성하고 이어서 집전기로 전사하는 것을 포함하는 또 다른 예시적인 공정이 도 4에 대해 설명된다.
단계(301)에서, 원(raw) 전극 활성 물질은 바인더/수지(예컨대, PI, PAI), 용매 및 전도성 탄소를 사용하여 혼합될 수도 있다. 예를 들어, 그래핀/VGCF(1:1 중량)가 예를 들어, 1시간 동안 초음파처리, 후속하여 Super P(VGCF 및 그래핀과 함께 1:1:1)의 추가 및 예를 들어, 45 내지 75분 동안 부가적인 초음파처리하에서 N-메틸 피롤리돈(NMP)에서 분산될 수도 있다. 이어서 목적하는 입자 크기를 가진 규소 분말이 지정된 시간 동안 볼 밀러(ball miller)에서 예를 들어, 1000rpm으로 폴리아믹산 수지(polyamic acid resin)(NMP 중 15% 고체)에서 분산될 수도 있고, 이어서 복합 탄소/NMP 슬러리가 예를 들어, 또 다른 미리 규정된 시간 동안 예를 들어, 2000rpm으로 추가되고 분산될 수도 있어서 2000 내지 4000cP의 슬러리 점도 및 약 30%의 총 고체 함량을 달성한다. 입자 크기 및 혼합 시간은 활성 물질 밀도 및/또는 거칠기를 구성하도록 변경될 수도 있다.
단계(303)에서, 슬러리는 예를 들어, 3 내지 4㎎/㎠의 로딩 시 포일 상에 코팅될 수도 있고, 이는 단계(305)에서 15% 미만의 잔여 용매 함량을 발생시키는 건조를 겪을 수도 있다. 단계(307)에서, 임의의 캘린더링(calendaring) 공정은 일련의 단단한 가압용 롤러가 막/기판을 더 평탄하고 더 빽빽한 물질의 시트로 마감 처리하기 위해 사용될 수도 있는 경우에 활용될 수도 있다.
단계(309)에서, 활성 물질이 500 내지 800℃로 가열됨으로써 열분해될 수도 있어서 탄소 전구체가 유리상 탄소로 부분적으로 또는 완전히 변환된다. 열분해 단계가 50 중량% 이상의 규소 함량을 가진 애노드 활성 물질을 발생시킬 수도 있고, 애노드는 400℃ 이상으로의 가열을 겪는다. 열분해는 단계(311)에서 롤 형태로 또는 펀칭 후 수행될 수 있다. 롤 형태로 수행된다면, 펀칭은 열분해 공정 후 수행된다. 이어서 펀칭된 전극에 분리기가 개재되고 캐소드에 전해질이 개재되어 전지를 형성할 수도 있다.
단계(313)에서, 전지가 일부 잔여 리튬이 남아 있고, 애노드를 리튬화하는 초기의 충전 및 방전 단계를 포함하는, 형성 공정을 겪을 수도 있다.
본 개시내용에 따르면, 특히 열분해 단계 전 및/또는 동안 전극을 처리하는 것과 연관된 분위기 조건은 전극의 성능을 개선시킬 수도 있다. 이것은 도 5 내지 도 8에 대해 더 설명된다.
도 4는 본 개시내용의 예시적인 실시형태에 따른, 전극의 전사 적층을 위한 대안적인 과정의 흐름도이다. 복합 애노드를 제조하는 이전의 공정이 직접적인 코팅 공정을 사용하지만, 이 공정은 박리 공정 및 적층 공정과 결합된, 활성 물질, 전도성 첨가제 및 바인더를 함께 물리적으로 혼합한다.
이 공정은, 활성 물질이 바인더/수지, 예컨대, 폴리이미드(PI) 또는 폴리아마이드-이미드(PAI), 용매, 사일로사일라잔 첨가제 및 임의로 전도성 탄소와 혼합될 수도 있는 단계(401)로 시작되는, 도 4의 흐름도에 도시된다. 도 4에 설명된 공정과 같이, 그래핀/VGCF(1:1 중량)가 예를 들어, 45 내지 75분 동안 초음파처리, 후속하여 Super P(VGCF 및 그래핀과 함께 1:1:1)의 추가 및 예를 들어, 45 내지 75분 동안 부가적인 초음파처리하에서 NMP에서 분산될 수도 있다. 이어서 목적하는 입자 크기를 가진 규소 분말이 지정된 시간 동안 볼 밀러에서 예를 들어, 800 내지 1200rpm으로 폴리아믹산 수지(N-메틸 피롤리돈(NMP) 중 10 내지 20% 고체)에서 분산될 수도 있고, 이어서 복합 탄소/NMP 슬러리가 예를 들어, 또 다른 미리 규정된 시간 동안 예를 들어, 1800 내지 2200rpm으로 추가되고 분산될 수도 있어서 2000 내지 4000cP의 슬러리 점도 및 약 30%의 총 고체 함량을 달성한다. 입자 크기 및 혼합 시간은 활성 물질 밀도 및/또는 거칠기를 구성하도록 변경될 수도 있다.
단계(403)에서, 슬러리는 폴리머 기판, 예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP) 또는 마일라(Mylar) 상에 코팅될 수도 있다. 슬러리가 3 내지 4㎎/㎠(15% 용매 함량을 가짐)의 로딩 시 PET/PP/마일라 막 상에 코팅되고, 이어서 단계(405)에서 용매의 일부를 제거하기 위해 건조될 수도 있다. 임의의 캘린더링 공정은 일련의 단단한 가압용 롤러가 막/기판을 평탄화되고 더 빽빽한 물질의 시트로 마감 처리하기 위해 사용될 수도 있는 경우에 활용될 수도 있다.
단계(407)에서, 활성 물질이 폴리머 기판에서 박리될 수도 있는 경우에 그린막이 PET로부터 제거될 수도 있고, 박리 공정은 폴리프로필렌(PP)이 열분해 시 2%까지의 숯 잔여물을 남길 수 있기 때문에 PP 기판에 대해 임의적이다. 박리에 이어서 막이 시트로 절단될 수도 있고, 2-단계 공정(15시간 동안 100 내지 140℃, 5시간 동안 200 내지 240℃)을 사용하여 진공 건조될 수도 있는, 경화 및 열분해 단계(409)가 후속될 수도 있다. 건조된 막이 1000 내지 1300℃에서 열처리되어 폴리머 매트릭스를 탄소로 변환시킬 수도 있다. 열분해 단계는 50 중량% 이상의 규소 함량을 가진 애노드 활성 물질을 발생시킬 수도 있고, 애노드는 400℃ 이상의 가열을 겪는다.
단계(411)에서, 열분해된 물질은 집전기 상에 플랫 프레스 또는 롤 프레스 적층될 수도 있고, 구리 포일은 0.35 내지 0.75㎎/㎠의 공칭 로딩에 의해 폴리아마이드-이미드(NMP에서 5 내지 7 wt% 광택제로서 적용되고, 진공하에서 100 내지 140℃로 10 내지 20시간 건조됨)로 코팅될 수도 있다. 플랫 프레스 적층에서, 규소-탄소 복합막이 가열된 유압 프레스(30 내지 70초, 250 내지 350℃ 및 3000 내지 5000psi)를 사용하여 코팅된 구리 상에 적층되어, 마감 처리된 규소-복합 전극을 형성할 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 열분해된 물질은 집전기에 롤 프레스 적층될 수도 있다.
이어서 단계(413)에서, 전극에 분리기가 개재되고 캐소드에 전해질이 개재되어 전지를 형성할 수도 있다. 전지가 일부 잔여 리튬이 남아 있고, 애노드를 리튬화하는 초기의 충전 및 방전 단계를 포함하는, 형성 공정을 겪을 수도 있다.
본 개시내용에 따르면, 특히 열분해 단계 전 및/또는 동안 전극을 처리하는 것과 연관된 분위기 조건은 전극의 성능을 개선시킬 수도 있다. 이것은 도 5 내지 도 8에 대해 더 설명된다.
도 5는 본 개시내용의 예시적인 실시형태에 따른, 제어된 노 분위기로 규소 풍부 전극을 처리하기 위해 구성된 예시적인 배치로를 예시한다. 전극, 특히 규소 풍부 애노드를 처리할 때 사용될 수도 있는 배치로(500)가 도 5에 도시된다.
노(500)는 전극의 처리 동안, 특히 열분해를 수행하기 위해 사용될 수도 있다. 노(500)는 롤, 시트 등과 같이, 다양한 방식으로 배열된 전극을 지지할 수도 있다. 예를 들어, 노(500)는 전극 롤(예를 들어, 도 5에 도시된 전극 롤(510))을 처리하기 위해 구성될 수도 있다. 이 점에서, 전극 롤(510)은 원통형 코어 상에 롤링되는, 집전기 상에 적용된 전극 물질(예를 들어, 구리)을 포함하는, 긴 시트를 포함할 수도 있다. 그러나, 본 발명이 특정한 유형의 전극 배열(예를 들어, 롤)로 제한되지 않고, 임의의 적합한 전극 배열이 사용될 수도 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 노(500)는 단일 배치 처리(예를 들어, 단일 전극 롤)를 위해 사용될 수도 있다.
본 개시내용에 따르면, 노(500)는 제어된 노 분위기에 의한 전극 처리를 위해 구성될 수도 있다. 이 점에서, 다양한 조치가 특히 내부에서 수행되는 전극 처리(예를 들어, 열분해)를 최적화하고/하거나 향상시키는 제어된 방식으로, 노 분위기를 설정하고/하거나 조정하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 속성, 예컨대, 압력, 노 분위기(내부에 포함된 기체)의 조성 등 및/또는 이들의 조합이 전극의 열분해 동안 (예를 들어, 환원 분위기를 위해) 조정되거나 또는 제어될 수도 있고, 이는 -예를 들어, 정전 용량 유지에 대해- 전극의 성능의 개선을 발생시킬 수도 있다. 이 점에서, 제어된 노 분위기는 상이한 처리 기법을 위해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 열분해 동안 환원 분위기는 직접 코팅과 적층 기반 처리 둘 다를 위해 사용될 수도 있다. 이 점에서, 직접 코팅된 규소 풍부 애노드의 열분해 동안 그리고/또는 적층된 규소 풍부 애노드에서 사용되는 규소 풍부 규소-탄소 복합재 쿠폰의 열분해 동안 환원 분위기는 마찬가지로 개선된 정전 용량 유지를 발생시킬 수도 있다.
분위기를 제어하는 것은 전극 처리 시 긍정적인 효과를 나타내도록 결정될 수도 있는 조건을 보장하기 위해 구성될 수도 있다. 예를 들어, 규소 풍부 전극에 대해, 전극 처리 성능은, 처리(예를 들어, 열분해)가 산소가 없는 환경에서 수행된다면 개선될 수도 있다. 따라서, 노 분위기를 제어하는 것은 산소를 감소시키거나 또는 제거하는 것(예를 들어, 산소, 예컨대, 수소를 감소시키거나 또는 제거하는 것을 보장할 수도 있는, 노 분위기 내 기체의 포함에 의함)을 보장할 수도 있는 분위기 조건을 조정하거나 또는 생성하는 것을 포함할 수도 있다.
다양한 구현예에서, 제어된 노 분위기는 압력을 제어하고/하거나 조정하는 것을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 열분해는 저압 조건하에서(예를 들어, 실질적으로 대기압 미만의 용기 압력을 가진 진공 챔버 내에서) 수행될 수도 있다. 정압(예를 들어, 대기압 초과)이 또한 제어된 노 분위기 동안 사용될 수도 있다. 이것은 예를 들어, 생성된 분위기 조건을 유지하기 위해(예를 들어, 오염물질이 들어가지 않게 함으로써) 수행될 수도 있다.
노 분위기를 제어하는 것은 또한 노 분위기의 조성-예를 들어, 내부에 포함된 기체-을 제어하고/하거나 조정하는 것을 포함할 수도 있다. 이 점에서, 노는 일반적으로 불활성 기체, 예컨대, 아르곤(Ar)으로 충전될 수도 있다. 그러나, 규소 풍부 전극에 대해, 처리는 다른 불활성이 아닌 기체를 포함하는 조합을 사용함으로써 향상될 수도 있다. 환원 분위기는 예를 들어, 수소, 일산화탄소(CO), (예를 들어, 다양한 연료의 연소 생성물로부터의) 이산화탄소/일산화탄소(CO2/CO) 혼합물, 해리된 암모니아(형성 기체) 등 또는 위의 것들의 혼합물을 포함하는 분위기를 생성함으로써 사용될 수도 있다.
배치로(예를 들어, 도 5의 배치로(500))에서 수행될 바와 같은, 배치 유사 공정에서, 본 명세서에서 설명된 기능은 진공을 생성(그리고 불활성 기체의 주입) 후 수행될 수도 있다. 따라서, 전극 롤(510)이 노(500)에 배치된 후, 진공이 먼저 생성되고, 이어서 불활성 기체(예를 들어, 아르곤)가 노로 주입된다. 이어서 환원 분위기는, 예컨대, 노 내 압력을 조정하고, 특히 선택된 기체를 추가하는 등에 의해 생성될 수도 있고, 이 조치 중 적어도 일부는 전극 처리의 성능을 (예를 들어, 산소가 없는 환경을 보장함으로써) 향상시키기 위해 선택되고/되거나 구성된다. 이어서 열분해 단계가 수행될 수도 있다. 예시적인 구현예에서, 수소 화염(노 내 적합한 화염 공급원을 통해 제공됨)이 사용되어 노 내 산소의 제거를 더 보장할 수도 있다.
일부 경우에, 제어된 노 분위기는 열분해 단계를 수행하기 전에 전극을 진공 및 환원 분위기에 연속적으로 노출시키는 것을 포함할 수도 있는, 다단계 공정으로 제조될 수도 있다. 이것은 예를 들어, 산소가 없는 환경을 보장하기 위해 수행될 수도 있다. 이 점에서, 진공 상태가 생성되어 열분해 공정에 이르는 기존의 해결책에 대해, 일부 산화가 여전히 발생할 수도 있고, 이는 성능에 부정적으로 영향을 줄 수도 있다. 따라서, 전극을 진공 및 환원 분위기에 노출시키는 것은 (특히 이러한 단계가 다수회 반복될 때) 모든 산소가 열분해 단계 전에 배기되는 것을 보장함으로써 성능을 향상시킬 수도 있다.
도 5에 도시되지 않지만, 노(500)가 컴포넌트(예를 들어, 미도시된 센서, 제어 회로망 등)를 포함하여 본 명세서에서 설명된 바와 같은 제어된 노 분위기와 연관된 필수적인 감지 및 제어 기능을 제공할 수도 있다.
도 6은 본 개시내용의 예시적인 실시형태에 따른, 제어된 노 분위기로 규소 풍부 전극을 처리하기 위해 구성된 예시적인 연속적인 배치로를 예시한다. 전극, 특히 규소 풍부 애노드를 처리할 때 사용될 수도 있는 연속적인 배치로(600)가 도 6에 도시된다.
연속적인 배치로(600)는 도 5에 대해 설명된 바와 같은 노(500)와 유사할 수도 있다. 그러나, 연속적인 배치로(600)는 연속적인 배치 처리를 지원하기 위해 구성될 수도 있다. 이와 같이, 연속적인 배치로(600)는 복수의 챔버(또는 포트)(610)를 포함할 수도 있다.
연속적인 배치로(600)가 마찬가지로 도 5에 대해 설명된 바와 같이, 제어된 노 분위기를 지원하기 위해 구성될 수도 있다. 그러나, 연속적인 배치로(600)는 다단계 방식으로 제어된 노 분위기에 의한 전극 처리를 제공하는 데 특히 적합할 수도 있다.
예를 들어, 챔버(610) 사이에 인터로크(interlock)(620)를 포함시킴으로써, 위에서 설명된 기능(예를 들어, 진공 단계, 불활성 기체로 공간을 충전하는 단계, 산소를 제거하는 기체를 주입하는 것과 같이, 산소의 제거 및/또는 배기를 위한 조치를 포함할 수도 있고, 수소 화염을 사용할 수도 있는 등인, 환원 분위기 조치를 적용하는 단계)이 순차적으로, 상이한 챔버(610) 내에서, 챔버 전반에 걸쳐 상이한 지점에서 적용될 수도 있고, 상이한 작용(그리고 대응하는 상태)을 허용하는 인터로크(620)는 서로 영향을 주는 일 없이 인접한 챔버(610)에 적용된다.
도 7은 본 개시내용의 예시적인 실시형태에 따른, 상이한 분위기 조건을 사용하는 애노드 공정에 대한 방전 정전 용량 성능을 예시하는 플롯이다.
도 7에 도시된 플롯은 2개의 상이한 군, 즉, 군 1(G1) 및 군 2(G2)에 대응하는 애노드의 방전 정전 용량을 비교한다. 이 점에서, 군 둘 다는 도 7에 대응하는 예시적인 구현예에서, 규소, Super P(탄소), 폴리아마이드-이미드(PAI) 및 N-메틸 피롤리돈(NMP)을 포함하는 슬러리로 구리 집전기를 코팅함으로써 제조되는, 직접 코팅된 규소 풍부 애노드를 포함한다. 군(G1)의 애노드가 100% 아르곤(Ar)의 분위기에서 600℃로 열처리되고; 군(G2)의 애노드가 마찬가지로 아르곤(Ar) 내 5% 수소(H2)의 분위기에서 600℃로 열처리된다.
열처리 후, 애노드가 전지로 조립된다-예를 들어, 92% NCA(리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물(LiNiCoAlO2)) 캐소드와 쌍을 이루는, 5-층 전지로 조립된다. 전지는 상이한 테스트 프로토콜을 사용하여 순환되었다. 이 점에서, 도 7의 플롯으로 도시된 바와 같이, 형성된 전지의 방전 정전 용량은 4.2V에 대해 4C 충전 및 3.1V에 대해 0.5C 방전(4C(4.2V)/0.5C(3.1V)) 테스트 조건하에서 측정된다. 도 7의 차트로 도시된 바와 같이, 수소-함유 분위기에서 제조된 애노드를 사용하여 이루어진 전지는 더 우수한 정전 용량 유지를 나타낸다.
도 8은 본 개시내용의 예시적인 실시형태에 따른, 상이한 테스트 조건하에서 상이한 분위기 조건을 사용하는 애노드 공정에 대한 방전 정전 용량 성능을 예시하는 플롯이다. 도 8에 도시된 플롯은 도 7에 대해 설명된 2개의 군, 즉, 군 1(G1) 및 군 2(G2)에 대응하는 애노드의 방전 정전 용량을 비교한다.
이 점에서, 위에서 언급된 바와 같이, 군 둘 다는 규소, Super P(탄소), 폴리아마이드-이미드(PAI) 및 N-메틸 피롤리돈(NMP)을 포함하는 슬러리로 구리 집전기를 코팅함으로써 제조되고 이어서 군 1(G1)에 대해 100% 아르곤의 분위기에서 그리고 군 2(G2)에 대해 아르곤 내 5% H2의 분위기에서 600℃로 열처리되는, 직접 코팅된 규소 풍부 애노드를 포함한다. 게다가, 위에서 언급된 바와 같이, 애노드가 유사한 방식으로 전지로 조립된다-예를 들어, 92% NCA 캐소드와 쌍을 이루는, 5-층 전지로 조립된다. 그러나, 도 8의 플롯으로 도시된 바와 같이, 전지가 순환되고 방전 정전 용량은 4.2V에 대해 2C 충전 및 2.75V에 대해 0.5C 방전(2C(4.2V)/0.5C(2.75V)) 테스트 조건하에서 측정된다. 도 8의 차트로 도시된 바와 같이, 수소-함유 분위기에서 제조된 애노드를 사용하여 이루어진 전지는 다시 더 우수한 정전 용량 유지를 나타낸다.
도 7 및 도 8이 예시하는 바와 같이, 노 분위기를 (예를 들어, 수소를 포함함으로써) 제어하는 것은 개선된 정전 용량 유지 성능을 발생시킨다. 예를 들어, 도 7 및 도 8에 예시된 바와 같이, 100회의 사이클 후 정전 용량 유지의 5% 초과의 증가는 더 적은 환원 분위기, 또는 환원 분위기를 사용하는 경우에 정전 용량 유지에 대한 100회의 사이클 후 90% 초과의 정전 용량 유지와 비교하여 달성될 수도 있다. 게다가, 정전 용량의 갑작스러운 감소(경사진 변화)는 더 많은 환원 분위기를 사용할 때 더 이동될 수도 있다(예를 들어, 순환 시 50회 초과의 사이클).
도 9는 본 개시내용의 예시적인 실시형태에 따른, 상이한 분위기 조건을 사용하는 애노드 공정에 대한 저항 성능을 예시하는 플롯이다. 도 9에 도시된 플롯은 도 7에 대해 설명된 2개의 군, 즉, 군 1(G1) 및 군 2(G2)에 대응하는 애노드에 대한 저항 성능을 비교한다.
이 점에서, 위에서 언급된 바와 같이, 군 둘 다는 규소, Super P(탄소), 폴리아마이드-이미드(PAI) 및 N-메틸 피롤리돈(NMP)을 포함하는 슬러리로 구리 집전기를 코팅함으로써 제조되고 이어서 군 1(G1)에 대해 100% 아르곤의 분위기에서 그리고 군 2(G2)에 대해 아르곤 내 5% H2의 분위기에서 600℃로 열처리되는, 직접 코팅된 규소 풍부 애노드를 포함한다. 게다가, 위에서 언급된 바와 같이, 군 둘 다의 애노드가 유사한 방식으로 전지로 조립된다-예를 들어, 92% NCA 캐소드와 쌍을 이루는, 5-층 전지로 조립된다.
도 9의 플롯으로 도시된 바와 같이, G2 애노드(또는 이 애노드를 포함하는 전지)의 저항이 증가된 사이클에 따라 더 낮은 속도로 증가되기 때문에, 수소-함유 분위기에서 제조된 애노드(G2 애노드)를 포함하는 전지는 100% 아르곤 분위기에서 제조된 애노드(G1 애노드)를 포함하는 전지와 비교할 때 더 우수한 저항 성능을 나타낸다. 즉, 더 많은 환원 분위기의 사용은 순환 동안 DC 전지 저항의 증가를 느리게 한다. 예를 들어, 도 9에 예시된 바와 같이, 더 많은 환원 열분해 환경은 100회의 사이클 후 10% 저항 증가를 발생시킬 수도 있고, 반면에 더 적은 환원 열분해 환경은 100회의 사이클 후 20% 저항 증가를 발생시킬 수도 있다.
본 개시내용에 따른, 전극 처리를 위한 예시적인 방법은 노 내 규소 풍부 전극의 처리 동안 노 분위기를 제어하는 것을 포함하고, 처리는 규소 풍부 전극의 열분해를 포함하고, 제어는 노 분위기의 압력 및 노 분위기의 조성 중 하나 이상을 설정하거나 또는 조정하는 것을 포함한다.
예시적인 실시형태에서, 방법은 적어도 하나의 환경 상태에 기초하여 노 분위기의 제어를 구성하는 단계를 더 포함한다. 적어도 하나의 환경 상태는 산소가 없는 환경을 포함할 수도 있다.
예시적인 실시형태에서, 방법은 규소 풍부 전극의 열분해 전에 노 내 산소를 제거하고/하거나 배기하기 위해 노 분위기의 제어를 구성하는 단계를 더 포함한다.
예시적인 실시형태에서, 제어는 규소 풍부 전극의 열분해 전에 노 내 산소를 제거하거나 또는 배기하기 위해 하나 이상의 조정을 적용하는 것을 포함한다.
예시적인 실시형태에서, 방법은 노 분위기가 불활성 기체 및 적어도 하나의 부가적인 기체를 포함하도록 노 분위기의 조성을 설정하거나 또는 조정하는 단계를 더 포함한다. 불활성 기체는 아르곤(Ar)을 포함할 수도 있다.
예시적인 실시형태에서, 방법은 적어도 하나의 성능 기준에 기초하여 적어도 하나의 부가적인 기체를 선택하는 단계를 더 포함하고, 적어도 하나의 성능 기준은 산소의 제거를 포함한다. 적어도 하나의 부가적인 기체는 수소(H2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소/일산화탄소(CO2/CO) 혼합물 및 형성 기체를 포함할 수도 있다.
예시적인 실시형태에서, 적어도 하나의 부가적인 기체는 노 분위기의 5 용적%를 포함한다.
예시적인 실시형태에서, 적어도 하나의 부가적인 기체는 노 분위기의 10 용적%를 최대로 포함한다.
예시적인 실시형태에서, 노 분위기의 압력을 설정하거나 또는 조정하는 것은 압력을 감소시키는 것을 포함한다.
예시적인 실시형태에서, 노 분위기의 압력을 설정하거나 또는 조정하는 것은 노에서 정압을 생성하는 것을 포함한다.
예시적인 실시형태에서, 노 분위기를 제어하는 것은 노에서 진공 환경을 생성하는 것; 및 후속하여 노를 불활성 기체로 충전하는 것을 포함한다. 불활성 기체는 아르곤(Ar)을 포함할 수도 있다.
예시적인 실시형태에서, 노 분위기를 제어하는 것은 노에서 진공 환경을 생성하는 것; 및 후속하여 노를 불활성 기체로 충전하는 것을 반복하는 것을 포함한다.
예시적인 실시형태에서, 노 분위기를 제어하는 것은 노를 불활성 기체로 충전한 후, 적어도 하나의 부가적인 기체를 노에 부가하는 것을 더 포함한다.
예시적인 실시형태에서, 방법은 적어도 하나의 성능 기준에 기초하여 적어도 하나의 부가적인 기체를 선택하는 단계를 더 포함하고, 적어도 하나의 성능 기준은 산소의 제거를 포함한다. 적어도 하나의 부가적인 기체는 수소(H2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소/일산화탄소(CO2/CO) 혼합물 및 형성 기체를 포함할 수도 있다.
예시적인 실시형태에서, 방법은 하나 이상의 전지 성능 매개변수에 기초하여 노 분위기의 제어를 구성하는 단계를 더 포함한다.
예시적인 실시형태에서, 하나 이상의 전지 성능 매개변수는 정전 용량 유지를 포함한다.
예시적인 실시형태에서, 방법은 미리 규정된 수의 사이클 동안 정전 용량 유지를 증가시키기 위해 노 분위기의 제어를 구성하는 단계를 더 포함한다.
예시적인 실시형태에서, 하나 이상의 전지 성능 매개변수는 저항을 포함한다.
예시적인 실시형태에서, 방법은 미리 규정된 수의 사이클 동안 저항의 증가를 감소시키기 위해 노 분위기의 제어를 구성하는 단계를 더 포함한다.
본 명세서에서 활용될 때, "및/또는"은 "및/또는"에 의해 연결된 목록 내 항목의 임의의 하나 이상의 항목을 의미한다. 예로서, "x 및/또는 y"는 3개의 구성요소 세트{(x), (y), (x, y)} 중 임의의 구성요소를 의미한다. 즉, "x 및/또는 y"는 "x 및 y 중 하나 또는 둘 다"를 의미한다. 또 다른 예로서, "x, y 및/또는 z"는 7개의 구성요소 세트{(x), (y), (z), (x, y), (x, z), (y, z), (x, y, z)} 중 임의의 구성요소를 의미한다. 즉, "x, y 및/또는 z"는 "x, y 및 z 중 하나 이상"을 의미한다. 본 명세서에서 활용될 때, 용어 "예시적인"은 비제한적인 예, 사례 또는 예시의 역할을 하는 것을 의미한다. 본 명세서에서 활용될 때, 용어 "예를 들어" 및 "예를 들면"은 하나 이상의 비제한적인 예, 사례 또는 예시의 목록을 제시한다.
본 명세서에서 활용될 때, 용어 "회로"와 "회로망"은 물리적 전자 부품(즉, 하드웨어), 및 하드웨어를 구성할 수도 있고, 하드웨어에 의해 실행될 수도 있고 그렇지 않으면 하드웨어와 연관될 수도 있는 임의의 소프트웨어 및/또는 펌웨어("코드")를 나타낸다. 본 명세서에서 사용될 때, 예를 들어, 특정한 프로세서와 메모리(예를 들어, 휘발성 또는 비휘발성 메모리 디바이스, 범용 컴퓨터 판독 가능한 매체 등)는 제1 하나 이상의 코드 라인을 실행시킬 때 제1 "회로"를 포함할 수도 있고 제2 하나 이상의 코드 라인을 실행시킬 때 제2 "회로"를 포함할 수도 있다. 부가적으로, 회로는 아날로그 및/또는 디지털 회로망을 포함할 수도 있다. 이러한 회로망은 예를 들어, 아날로그 및/또는 디지털 신호로 작동할 수도 있다. 회로가 단일 디바이스 또는 칩에, 단일 마더보드에, 단일 섀시에, 단일의 지리학적 위치의 복수의 인클로저에, 복수의 지리학적 위치에 걸쳐 분포된 복수의 인클로저 등에 있을 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 마찬가지로, 용어 "모듈"은 예를 들어, 물리적 전자 부품(예를 들어, 하드웨어) 및 하드웨어를 구성할 수도 있고, 하드웨어에 의해 실행될 수도 있고 그렇지 않으면 하드웨어와 연관될 수도 있는 임의의 소프트웨어 및/또는 펌웨어("코드")를 나타낼 수도 있다.
본 명세서에서 활용될 때, 회로망 또는 모듈은 (예를 들어, 사용자-구성 가능한 설정, 공장 조정 등에 의해) 기능의 수행이 비활성화되거나 또는 활성화되지 않는지에 관계없이, 회로망 또는 모듈이 기능을 수행하기 위해 필요한 하드웨어 및 코드(임의의 것이 필요한 경우)를 포함할 때마다 기능을 수행하기 위해 "작동 가능"하다.
본 발명의 다른 실시형태는 기계 및/또는 컴퓨터에 의해 실행 가능한 적어도 하나의 코드 섹션을 가진 기계 코드 및/또는 컴퓨터 프로그램을 저장한, 비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 매체 및/또는 저장 매체 및/또는 비일시적인 기계 판독 가능한 매체 및/또는 저장 매체를 제공하여, 기계 및/또는 컴퓨터가 본 명세서에서 설명된 바와 같은 공정을 수행하게 할 수도 있다.
따라서, 본 발명에 따른 다양한 실시형태는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 실현될 수도 있다. 본 발명은 적어도 하나의 컴퓨팅 시스템에 중앙 집중화된 방식으로 또는 상이한 소자가 수개의 상호연결된 컴퓨팅 시스템에 걸쳐 퍼진 분산 방식으로 실현될 수도 있다. 본 명세서에서 설명된 방법을 수행하도록 구성된 임의의 종류의 컴퓨팅 시스템 또는 다른 장치가 적합하다. 하드웨어와 소프트웨어의 전형적인 조합은 컴퓨팅 시스템이 본 명세서에서 설명된 방법을 수행하도록 로딩되고 실행될 때, 컴퓨팅 시스템을 제어하는, 프로그램 또는 다른 코드를 가진 범용 컴퓨팅 시스템일 수도 있다. 또 다른 전형적인 구현예는 응용 주문형 집적 회로 또는 칩을 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 다양한 실시형태는 또한 본 명세서에서 설명된 방법의 구현예를 가능하게 하는 모든 특징부를 포함하고, 컴퓨터 시스템에 로딩될 때 이 방법을 수행할 수 있는, 컴퓨터 프로그램 제품에 내장될 수도 있다. 본 맥락에서 컴퓨터 프로그램은 정보 처리 능력을 가진 시스템이 직접적으로 또는 a) 또 다른 언어, 코드 또는 표기법으로의 변환; b) 상이한 물질 형태로의 복제 중 하나 또는 둘 다 후 특정한 기능을 수행하게 하도록 의도된 명령어의 세트의, 임의의 언어, 코드 또는 표기법으로, 임의의 표현을 의미한다.
본 발명이 특정한 실시형태를 참조하여 설명되었지만, 당업자는 다양한 변화가 이루어질 수도 있고 등가물이 본 발명의 범위로부터 벗어나는 일 없이 대체될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 많은 변경이 본 발명의 범위로부터 벗어나는 일 없이 본 발명의 교시내용에 대해 특정한 상황 또는 물질을 조정하기 위해 이루어질 수도 있다. 따라서, 본 발명이 개시된 특정한 실시형태로 제한되지 않지만, 본 발명이 첨부된 청구범위의 범위 내에 속하는 모든 실시형태를 포함할 것임이 의도된다.

Claims (23)

  1. 전극 처리를 위한 방법으로서,
    노(furnace) 내 규소 풍부 전극(silicon-dominated electrode)의 처리 동안 노 분위기를 제어하는 단계를 포함하되,
    상기 처리는 상기 규소 풍부 전극의 열분해를 포함하고;
    상기 제어는 상기 노 분위기의 압력 및 상기 노 분위기의 조성 중 하나 이상을 설정하거나 또는 조정하는 것을 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 환경 상태에 기초하여 상기 노 분위기의 제어를 구성하는 단계를 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 환경 상태는 산소가 없는 환경을 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 규소 풍부 전극의 상기 열분해 전에 상기 노 내 산소의 제거 및/또는 배기를 위한 상기 노 분위기의 제어를 구성하는 단계를 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제어는 상기 규소 풍부 전극의 상기 열분해 전에 상기 노 내 산소를 제거하거나 또는 배기하기 위한 하나 이상의 조정을 적용하는 것을 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 노 분위기가 불활성 기체 및 적어도 하나의 부가적인 기체를 포함하도록 상기 노 분위기의 조성을 설정하거나 또는 조정하는 단계를 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
  7. 제6항에 있어서, 적어도 하나의 성능 기준에 기초하여 상기 적어도 하나의 부가적인 기체를 선택하는 단계를 포함하되, 상기 적어도 하나의 성능 기준은 산소의 제거를 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부가적인 기체는 수소(H2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소/일산화탄소(CO2/CO) 혼합물 및 형성 기체 중 하나 이상을 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부가적인 기체는 노 분위기의 5 용적%를 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부가적인 기체는 노 분위기의 10 용적%를 최대로 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 노 분위기의 압력을 설정하거나 또는 조정하는 것은 상기 압력을 감소시키는 것을 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 노 분위기의 압력을 설정하거나 또는 조정하는 것은 상기 노에서 정압을 생성하는 것을 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 노 분위기를 제어하는 것은 상기 노에서 진공 환경을 생성하는 것; 및 후속하여 상기 노를 불활성 기체로 충전하는 것을 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 노 분위기를 제어하는 것은 상기 노에서 진공 환경을 생성하는 것, 및 후속하여 상기 노를 불활성 기체로 충전하는 것을 반복하는 것을 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 불활성 기체는 아르곤(Ar)을 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 노 분위기를 제어하는 것은 상기 노를 불활성 기체로 충전한 후, 적어도 하나의 부가적인 기체를 상기 노에 부가하는 것을 더 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
  17. 제14항에 있어서, 적어도 하나의 성능 기준에 기초하여 상기 적어도 하나의 부가적인 기체를 선택하는 단계를 포함하되, 상기 적어도 하나의 성능 기준은 산소의 제거를 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부가적인 기체는 수소(H2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소/일산화탄소(CO2/CO) 혼합물 및 형성 기체를 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
  19. 제1항에 있어서, 하나 이상의 전지 성능 매개변수에 기초하여 상기 노 분위기의 제어를 구성하는 단계를 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 하나 이상의 전지 성능 매개변수는 정전 용량 유지를 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 미리 규정된 수의 사이클 동안 정전 용량 유지를 증가시키기 위해 상기 노 분위기의 제어를 구성하는 단계를 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
  22. 제19항에 있어서, 상기 하나 이상의 전지 성능 매개변수는 저항을 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 미리 규정된 수의 사이클 동안 저항의 증가를 감소시키기 위해 상기 노 분위기의 제어를 구성하는 단계를 포함하는, 전극 처리를 위한 방법.
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