KR20230054185A - 저항측정용 파우치형 전지셀, 이의 저항을 측정하는 저항측정 장치, 및 이의 저항측정 방법 - Google Patents
저항측정용 파우치형 전지셀, 이의 저항을 측정하는 저항측정 장치, 및 이의 저항측정 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230054185A KR20230054185A KR1020210137895A KR20210137895A KR20230054185A KR 20230054185 A KR20230054185 A KR 20230054185A KR 1020210137895 A KR1020210137895 A KR 1020210137895A KR 20210137895 A KR20210137895 A KR 20210137895A KR 20230054185 A KR20230054185 A KR 20230054185A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- resistance
- measuring
- electrode
- pouch
- battery cell
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 89
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 title claims 5
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 28
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 15
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- 238000007600 charging Methods 0.000 claims description 11
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 56
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 10
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 10
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FDLZQPXZHIFURF-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Ti+4].[Li+] Chemical compound [O-2].[Ti+4].[Li+] FDLZQPXZHIFURF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 2
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
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
- H01M10/4228—Leak testing of cells or batteries
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
-
- 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
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
-
- 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
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
- H01M50/105—Pouches or flexible bags
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/172—Arrangements of electric connectors penetrating the casing
- H01M50/174—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells
- H01M50/178—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells for pouch or flexible bag cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/569—Constructional details of current conducting connections for detecting conditions inside cells or batteries, e.g. details of voltage sensing terminals
-
- 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
본원발명은 저항측정용 파우치형 전지셀로서, 양극, 제1분리막, 제2분리막 및 음극이 순차적으로 적층되고, 상기 제1분리막과 제2분리막 사이에는 제1저항측정용 전극 및 제2저항측정용 전극이 배치되며, 양극 탭, 음극 탭, 상기 제1저항측정용 전극, 및 상기 제2저항측정용 전극은 파우치형 전지케이스의 외주변 실링부 외측으로 돌출되도록 구성되는 바, 전지셀을 분해하지 않은 상태로 음극 석출물의 저항을 측정하여 석출물의 종류, 석출물의 상태를 파악할 수 있다.
Description
본원발명은 저항측정용 파우치형 전지셀, 이의 저항을 측정하는 저항측정 장치, 및 이의 저항측정 방법에 대한 것이다. 구체적으로, 전지셀을 분해하지 않은 상태로 음극 표면에 석출되는 물질의 저항을 측정할 수 있는 저항측정용 파우치형 전지셀, 이의 저항을 측정하는 저항측정 장치, 및 이의 저항측정 방법에 대한 것이다.
충방전이 가능한 리튬 이차전지는 와이어리스 모바일 기기(wireless mobile device) 또는 신체에 착용하는 웨어러블 기기(wearable device)의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 대기 오염을 유발하는 기존의 가솔린 차량 및 디젤 차량에 대한 대안으로 제시되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로도 사용되고 있다.
리튬 이차전지는 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 이동하면서 충전과 방전이 이루어지는데, 음극으로 이동한 리튬 이온의 일부가 음극 활물질 결정 내로 삽입되지 못하고 음극 표면에서 리튬 고체로 변하는 현상이 일어날 수 있으며, 이와 같이 형성되는 리튬 고체를 리튬 석출물이라고 한다.
상기 리튬 석출물은 리튬 이차전지의 과충전, 급속충전, 저온 충전 등의 과정에서 생길 가능성이 높다.
이와 같은 리튬 석출물이 성장해서 리튬 덴드라이트가 형성될 수 있는데, 리튬 덴드라이트가 분리막을 뚫고 양극쪽으로 성장하면 내부 단락이 일어날 수 있다. 이는 전지의 발화 내지 폭발을 일으킬 수 있는 바, 전지의 안전성에 심각한 문제를 야기할 수 있다. 따라서, 음극 표면에 리튬 석출물이 형성되는지 여부, 및 이의 상태를 분석하는 것이 리튬 이차전지의 안전성 확보를 위한 중요 과제가 되고 있다.
이에 리튬 석출물의 분석 방법으로서 저항을 측정하는 방법이 사용될 수 있는데, 리튬 석출물의 저항 측정을 위해 전지셀을 분해하면 석출물이 대기에 노출되어 성분이 변화될 수 있다. 따라서, 전지셀을 분해하는 경우 정확한 성분 분석이 어려운 문제가 있다.
또는, 전지셀을 글로브 박스나 드라이룸에서 분해한 후 멀티핸드미터를 사용하여 측정하고자 하는 부위에 직접 프로브를 위치시켜 측정하는 방법을 사용할 수 있다. 그러나, 이는 한정된 공간에서만 작업이 가능한 단점이 있으며, 프로브를 컨트롤 하는 작업자마다 가해지는 압력 차가 생기기 때문에 일정한 힘이 인가되지 못하여, 측정시 마다 데이터 편차가 생기고, 결과의 정밀도가 낮은 문제가 있다.
특허문헌 1은 세퍼레이터 내에 양극판 및 음극판과 절연된 상태에서 전해액에 접촉 가능하게 배치되고 당해 배치된 부위의 전위를 측정 가능한 참조극을 구비하고, 상기 참조극이 배치되는 부위와 면하는 상기 양극판 및 음극판으로 설정되는 측정 영역은 리튬 석출이 발생할 경우에 다른 영역보다 우선적으로 리튬이 석출되는 영역으로 설정된다.
특허문헌 1은 상기 측정 영역에 포함되는 음극판에 도포되는 음극 합제는 단위면적당 충방전 용량이 다른 도포 부위에 대해서 70% 내지 95%가 되도록 조제되고, 상기 측정 영역에 포함되는 양극판에 도포되는 양극 합제는 단위면적당 충방전 용량이 다른 부위보다 커지도록 조제된다.
이와 같이, 특허문헌 1은 측정 영역에서의 양극 합제와 음극 합제가 다른 도포 부위에 대해 단위면적당 충방전 용량이 다르게 하고 있는 바, 2종의 양극 합제와 2종의 음극 합제가 필요하다. 따라서, 이차전지의 제조를 위한 공정이 증가하게 되는 바 생산성이 저하될 수 있다.
특허문헌 2는 전극조립체에서 단위셀의 형상으로 인해 유발된 잉여 공간 상에 전기화학적 저항 측정용 기준전극 부재가 설치되어 있고, 상기 기준전극 부재는 전극조립체와 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀을 개시한다.
특허문헌 2는 형태가 서로 다른 단위셀들을 포함하는 전지셀의 경우에 잉여 공간이 형성되는 점을 고려하여, 상기 잉여 공간에 저항 측정용 기준전극 부재를 설치하고 있으나, 단일한 형태의 단위셀들로만 구성되는 경우로서 전극조립체의 형상으로 인해 유발되는 잉여 공간이 없는 경우에는, 상기 저항 측정용 기준전극 부재의 설치로 인해 전지셀의 크기가 커지는 문제가 있다.
따라서, 전지셀을 분해하지 않으면서 음극 표면에 생긴 리튬 석출물의 저항을 측정할 수 있으면서, 제조가 간단하고, 전지셀의 크기를 증가시키지 않을 수 있는 기술이 필요하다.
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 전지셀을 분해하지 않고, 음극 표면에 생긴 석출물의 저항을 정확하게 측정하여 개선된 전지셀을 개발할 수 있는 저항측정용 파우치형 전지셀을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원발명에 따른 저항측정용 파우치형 전지셀은, 양극, 제1분리막, 제2분리막 및 음극이 순차적으로 적층되고, 상기 제1분리막과 제2분리막 사이에는 제1저항측정용 전극 및 제2저항측정용 전극이 배치되며, 양극 리드, 음극 리드, 상기 제1저항측정용 전극, 및 상기 제2저항측정용 전극은 파우치형 전지케이스의 외주변 실링부 외측으로 돌출되도록 구성될 수 있다.
상기 음극은 판상형으로 이루어진 음극 본체, 상기 음극 본체의 일측 외주변에서 돌출된 음극 탭, 및 상기 음극 탭에 결합된 음극 리드를 포함하고, 상기 음극 본체는 전극합제가 코팅된 코팅부 및 전극합제가 코팅되지 않은 미코팅부를 포함한다.
상기 제1저항측정용 전극은 상기 코팅부와 대면하고, 상기 제2저항측정용 전극은 상기 미코팅부와 대면하도록 위치할 수 있다.
상기 제1저항측정용 전극 및 제2저항측정용 전극은 와이어 타입으로 이루어질 수 있다.
상기 제1저항측정용 전극 및 제2저항측정용 전극은 금속 와이어의 끝단에 전극활물질이 부가되고, 상기 전극활물질이 부가된 금속 와이어의 끝단이 상기 제1분리막 및 제2분리막 사이에 배치될 수 있다
상기 저항측정용 파우치형 전지셀은 충전과 방전이 반복됨에 따라 상기 미코팅부에 리튬 석출물이 생길 수 있다.
상기 제2저항측정용 전극은 상기 리튬 석출물의 저항을 측정할 수 있다.
본원발명은 상기 저항측정용 파우치형 전지셀의 저항을 측정하는 저항측정 장치를 제공한다. 구체적으로, 상기 저항측정용 파우치형 전지셀을 배치하는 지그, 양극, 음극 및 제1저항측정용 전극과 전기적으로 연결되는 제1유닛, 양극, 음극 및 제2저항측정용 전극과 전기적으로 연결되는 제2유닛, 및 상기 제1유닛 및 상기 제2유닛과 연결되어 저항을 측정하는 측정부를 포함할 수 있다.
상기 제1유닛 및 제2유닛은 파우치형 전지케이스 외주변 실링부 외측으로 돌출된 양극 리드, 음극 리드, 제1저항측정용 단자, 및 제2저항측정용 단자와 전기적으로 연결될 수 있다.
본원발명은 또한, 상기 저항측정용 파우치형 전지셀의 저항측정 방법을 제공한다. 구체적으로, 저항측정용 파우치형 전지셀의 저항측정 방법은 (a) 저항측정용 파우치형 전지셀을 지그에 배치하는 단계, (b) 양극 리드, 음극 리드 및 제1저항측정용 단자를 제1유닛에 전기적으로 연결하는 단계, (c) 양극 리드, 음극 리드 및 제2저항측정용 단자를 제2유닛에 전기적으로 연결하는 단계, 및 (d) 음극의 코팅부와 미코팅부의 저항을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계 (d)는 상기 제1유닛에서 제1저항측정용 전극의 저항을 측정하고, 상기 제2유닛에서 제2저항측정용 전극의 저항을 측정하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 제1유닛에서 제1저항측정용 전극의 저항을 측정하는 과정 및 상기 제2유닛에서 제2저항측정용 전극의 저항을 측정하는 과정은 동시에, 또는 순차적으로 진행될 수 있다.
본원발명은 또한, 상기 과제의 해결 수단을 다양하게 조합한 형태로도 제공이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원발명에 따른 저항측정용 파우치형 전지셀은 전지셀을 분해하지 않은 상태에서 음극의 석출물 저항을 측정할 수 있다. 따라서, 종래에 저항 측정을 위해 전지케이스를 분해하는 경우 성분 변화가 생겨서 정확한 성분 분석이 어려웠던 문제를 해결할 수 있다.
또한, 전지셀을 분해하지 않기 때문에, 저항을 측정한 전지셀을 재사용할 수 있다.
도 1은 본원발명에 따른 전극조립체의 분해사시도이다.
도 2는 본원발명에 따른 파우치형 전지셀의 사시도이다
도 3은 본원발명에 따른 저항측정 장치의 모식도이다.
도 2는 본원발명에 따른 파우치형 전지셀의 사시도이다
도 3은 본원발명에 따른 저항측정 장치의 모식도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명에 대한 설명으로 한정되지 않는다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, 또는, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.
본원발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
본원발명은 리튬 이차전지에서 충전과 방전이 반복되는 과정에서 음극 표면에 석출되는 리튬 석출물의 저항을 측정하기 위한 것으로서, 전극조립체 내부에 제1저항측정용 전극과 제2저항측정용 전극을 포함하고 있으며, 파우치형 전지셀 형태로 이루어진다.
도 1은 본원발명에 따른 전극조립체의 분해사시도이고, 도 2는 본원발명에 따른 파우치형 전지셀의 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본원발명에 따른 전극조립체는 양극(110), 제1분리막(130), 제2분리막(140) 및 음극(120)이 순차적으로 적층된 형태로 이루어진 스택형 전극조립체이고, 제1분리막(130)과 제2분리막(140) 사이에는 제1저항측정용 전극(150)과 제2저항측정용 전극이(160) 배치된다.
양극 탭(113)에 결합된 양극 리드(114), 음극 탭(123)에 결합된 음극 리드(124), 제1저항측정용 전극(150) 및 제2저항측정용 전극(160)은 파우치형 전지케이스(200)의 외주변 실링부(210) 외측으로 돌출되도록 구성된다.
이와 같이, 본원발명은 파우치형 전지케이스 외측으로 연장되어 있는 상기 제1저항측정용 전극 및 제2저항측정용 전극이 저항측정을 위한 단자로 기능한다. 따라서, 파우치형 전지셀 내부의 저항을 측정하기 위하여 파우치형 전지셀을 분해할 필요가 없고, 저항을 측정한 파우치형 전지셀의 재사용이 가능한 장점이 있다.
양극(110)은 판상형으로 이루어진 양극 본체(111), 양극 본체(111)의 일측 외주변에서 돌출된 양극 탭(113), 및 양극 탭(113)에 결합된 양극 리드(114)를 포함하고, 양극 본체(111)의 일면으로서 제1분리막(130)과 대면하는 면에 전체에 양극 코팅부(112)가 형성된 편면 전극으로 구성될 수 있다.
음극(120)은 판상형으로 이루어진 음극 본체(121), 음극 본체(121)의 일측 외주변에서 돌출된 음극 탭(123), 및 음극 탭(123)에 결합된 음극 리드(124)를 포함하고, 음극 본체(121)는 전극합제가 코팅된 코팅부(122) 및 전극합제가 코팅되지 않은 미코팅부(125)를 포함한다.
본원발명은 충전과 방전이 반복됨에 따라 미코팅부(125)에 형성되는 리튬 석출물의 저항을 측정하기 위한 파우치형 전지셀에 대한 것인 바, 상기 리튬 석출물이 형성되는 영역을 일정한 정도로 확보할 필요가 있다.
상기 미코팅부는 음극 본체의 길이 방향(L)에서 음극 탭이 위치한 쪽에 형성될 수 있고, 또는 도 1에 도시된 바와 같이, 음극 탭이 위치한 쪽의 반대쪽에 형성될 수 있다.
제1저항측정용 전극(150)은 코팅부(122)와 대면하도록 위치하고, 제2저항측정용 전극(160)은 미코팅부(125)와 대면하도록 위치한다. 따라서, 제1저항측정용 전극(150)은 음극의 코팅부(122)의 저항을 측정하고, 제2저항측정용 전극(160)은 음극의 미코팅부(125)에 형성되는 리튬 석출물의 저항을 측정할 수 있다.
제1저항측정용 전극(150)과 제2저항측정용 전극(160) 각각은 음극의 코팅부와 미코팅부에 배치되어 해당 부분의 저항을 측정하기 위한 기능을 하기 위한 것이라면, 그 형태가 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 와이어 타입으로 이루어질 수 있다.
상세하게는, 제1저항측정용 전극(150)과 제2저항측정용 전극(160)은 전기전도성의 금속 소재로 이루어진 와이어(156, 166)의 끝단에 전극활물질(155, 165)이 부가된 형태로 이루어질 수 있다.
이와 같이 전극활물질(155, 165)이 부가된 금속 와이어의 끝단이 제1분리막(130)과 제2분리막(140) 사이에 배치되고, 제1저항측정용 전극(150)의 전극활물질(155)은 음극 코팅부(122)의 상부에 위치하고, 제2저항측정용 전극(160)의 전극활물질(165)은 미코팅부(125)의 상부에 위치한다.
또한, 전극활물질이 부가되지 않은 금속 와이어의 타측 끝단은 전지케이스 외부로 돌출되어 저항측정을 위한 단자로 기능한다.
전극활물질들(155, 165)은 동일한 소재로 이루어질 수 있으며, 양극 활물질로 사용 가능한 것들이라면, 그 종류가 한정되지 않으며, 예를 들어, 리튬 티타늄 산화물의 일종으로 구성될 수 있다.
도 3은 본원발명에 따른 저항측정 장치의 모식도이다.
도 3을 참조하면, 본원발명에 따른 저항측정 장치는 저항측정용 파우치형 전지셀을 배치하는 지그(300), 양극, 음극 및 제1저항측정용 전극과 전기적으로 연결되는 제1유닛(410), 및 양극, 음극 및 제2저항측정용 전극과 전기적으로 연결되는 제2유닛(420), 및 제1유닛(410) 및 제2유닛(420)과 연결되어 저항을 측정하는 측정부(430)를 포함한다.
지그(300)는 상부 지그(301)와 하부 지그(302)로 구성되며, 상부 지그(301)와 하부 지그(302) 사이에 저항측정용 파우치형 전지셀을 배치하고 가압하여 고정할 수 있다.
제1저항측정용 전극의 와이어와 제2저항측정용 전극의 와이어는 파우치형 전지케이스 외주변 실링부 외측으로 돌출되는 바, 각각 제1저항측정용 전극의 단자와 제2저항측정용 전극의 단자로 기능할 수 있다.
파우치형 전지케이스 외주변 실링부 외측으로 양극 리드(114), 음극 리드(124), 제1저항측정용 단자(158), 및 제2저항측정용 단자(168)가 돌출되는 바, 이들과 제1유닛(410) 및 제2유닛(420)이 전기적으로 연결된다.
상세하게는, 제1유닛(410)은 양극 리드(114), 음극 리드(124) 및 제1저항측정용 단자(158)와 전기적으로 연결되고, 제2유닛(420)은 양극 리드(114), 음극 리드(124) 및 제2저항측정용 단자(168)와 전기적으로 연결된다.
도 3에는 양극 리드(114), 음극 리드(124)의 서로 다른 위치에서 제1유닛 및 제2유닛과 전기적인 연결이 이루어지는 형태로 도시하고 있으나, 이와 달리, 양극 리드(114) 및 음극 리드(124)에 연결부재가 결합하고, 상기 연결부재에 대해 제1유닛과 제2유닛이 전기적으로 연결될 수 있다.
측정부(430)는 양극 리드(114) 및 음극 리드(124)에서 측정된 저항을 reference로 하여, 제1저항측정용 단자(158)와 제2저항측정용 단자(168)를 통해 각각 음극 코팅부의 저항과 미코팅부에 형성된 리튬 석출물의 저항을 측정할 수 있다.
상기 저항측정용 파우치형 전지셀의 저항측정 방법으로서, (a) 저항측정용 파우치형 전지셀을 지그에 배치하는 단계, (b) 양극 리드, 음극 리드 및 제1저항측정용 단자를 제1유닛에 전기적으로 연결하는 단계, (c) 양극 리드, 음극 리드 및 제2저항측정용 단자를 제2유닛에 전기적으로 연결하는 단계, 및 (d) 음극의 코팅부와 미코팅부의 저항을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계 (d)는 상기 제1유닛에서 제1저항측정용 전극의 저항을 측정하고, 상기 제2유닛에서 제2저항측정용 전극의 저항을 측정하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1유닛에서 제1저항측정용 전극의 저항을 측정하는 과정 및 상기 제2유닛에서 제2저항측정용 전극의 저항을 측정하는 과정은 동시에 진행될 수 있으며, 또는 순차적으로 진행될 수 있다.
이와 같이, 본원발명에 따른 저항측정용 파우치형 전지셀은 음극 코팅부와 리튬 석출물이 형성되는 음극 미코팅부 각각과 대응되는 위치에 제1저항측정용 전극과 제2저항측정용 전극을 배치하고, 상기 제1저항측정용 전극의 제1저항측정용 단자와 상기 제2저항측정용 전극의 제2저항측정용 단자가 제1유닛 및 제2유닛과 결합되는 구조이다.
따라서, 저항측정용 파우치형 전지셀의 분해를 하지 않더라도 음극 미코팅부에 형성되는 리튬 석출물의 저항을 측정할 수 있다. 따라서, 저항을 측정한 저항측정용 파우치형 전지셀을 재사용할 수 있으며, 반복하여 실험을 하더라도 오차 발생이 적어서 재현성이 향상될 수 있다.
또한, 저항측정용 파우치형 전지셀을 분해하지 않고 저항 측정이 가능하기 때문에, 종래에 저항을 측정하고자 하는 파우치형 전지셀을 분해하는 순간 외기에 노출되어 측정하고자 하는 리튬 석출물의 성분이 변화되었던 문제점을 해결할 수 있다.
이하에서는, 본원발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본원발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본원발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
도 1에 도시된 저항측정용 파우치형 전지셀을 제조하였다. 제1저항측정용 전극 및 제2저항측정용 전극에 부가된 전극활물질은 리튬 티타늄 산화물(LTO)을 사용하였다. 상기 저항측정용 파우치형 전지셀의 활성화 과정 및 상온 에이징 과정 후, 상기 저항측정용 파우치형 전지셀을 가압 지그에 배치한 상태에서 0.1C로 3시간 동안 정전류 충전하며 포메이션 과정을 진행한다.
다시 상온 에이징 과정을 거친 후 디개싱(degassing), 잉여 실링부 컷팅 및 재밀봉 과정을 진행하여 양극 리드, 음극 리드, 제1저항측정용 단자 및 제2저항측정용 단자가 파우치형 전지케이스 외부로 돌출된 형태의 저항측정용 파우치형 전지셀을 준비한다.
이후, 저항측정용 파우치형 전지셀에 0.3C 충전 및 0.3C 방전하는 과정을 진행하여 용량을 확인하고 SOC 50으로 세팅한다. 제1저항측정용 전극 및 제2저항측정용 전극의 전극 활물질에 전위를 띄게 하기 위한 포메이션 과정을 진행하여 LTO가 SOC 50이 되도록 세팅한다.
상기 저항측정용 파우치형 전지셀의 음극 미코팅부에 리튬 석출물이 생기도록 하기 위하여, 충전 전압 4.2V, 방전 종지 전압 3.0V로 3.0 V ~ 4.2V 1CP의 조건으로 충방전을 진행한다.
저항측정 장치를 준비하고, 상기 저항측정용 파우치형 전지셀을 지그에 배치한다.
상기 양극 리드, 음극 리드 및 제1저항측정용 단자를 제1유닛과 연결하고, 양극 리드, 음극 리드 및 제2저항측정용 단자를 제2유닛에 연결한 후, 제1저항측정용 단자와 제2저항측정용 단자의 저항을 측정하였다.
제1저항측정용 단자에서 얻은 코팅부 저항은 1.14 Ω이고, 제2저항측정용 단자에서 얻은 리튬 석출물 저항은 0.82 Ω이다.
<비교예>
양극, 분리막 및 음극이 적층된 전극조립체를 파우치형 전지셀에 수납하고 전해액을 주액한 후 밀봉하여 파우치형 전지셀을 제조하였다.
상기 음극은 도 1에 도시된 음극과 같이 코팅부와 미코팅부가 형성되어 있다.
상기 파우치형 전지셀의 활성화 과정, 상온 에이징 과정, 포메이션 과정, 디개싱 과정, 잉여 실링부 컷팅 및 재밀봉 과정은 상기 실시예와 동일한 과정으로 진행하였다.
상기 음극의 미코팅부에 리튬 석출물이 생기도록 하기 위하여 상기 실시예와 동일한 조건으로 충방전을 진행한다.
상기 파우치형 전지셀을 드라이룸(dry room)에서 분해하고 멀티핸드미터를 사용하여 리튬 석출면의 저항을 측정하였다.
코팅부 저항 대비 리튬 석출물의 저항은 106배 수준으로 측정되었는 바, 이는 실질적으로 쇼트를 발생시키는 수준의 저항에 해당하지 않는다. 또한, 리튬 석출물에 의해 쇼트가 발생되는 점을 고려할 때, 리튬 석출물 저항이 코팅부 저항 보다 낮아야 한다. 따라서, 이는 신뢰할 수 있는 수준의 데이터로 보기 어렵다.
그러나, 실시예의 경우에는 쇼트 유발 물질인 리튬 석출물의 저항이 0.82 Ω으로 코팅부 저항인 1.14 Ω보다 더 낮게 측정되었고, 상기 리튬 석출물 저항은 쇼트가 일어날 수 있는 수준에 해당되는 것으로 볼 수 있다. 따라서, 상기의 결과는 신뢰할 수 있는 수준으로 볼 수 있다.
이와 같이, 본원발명에 따른 저항측정용 파우치형 전지셀을 사용하는 경우에는 성분 변화가 일어나지 않은 리튬 석출물의 저항 측정이 가능함을 확인할 수 있다.
또한, 드라이룸이나 글로브 박스(glove box)와 같은 설비가 구비되지 않더라도 간단한 방법으로 리튬 석출물의 저항 측정이 가능하다.
본원발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
110: 양극
111: 양극 본체
112: 양극 코팅부
113: 양극 탭
114: 양극 리드
120: 음극
121: 음극 본체
122: 음극 코팅부
123: 음극 탭
124: 음극 리드
125: 미코팅부
130: 제1분리막
140: 제2분리막
150: 제1저항측정용 전극
155, 165: 전극활물질
156, 166: 와이어
158: 제1저항측정용 단자'
156: 제2저항측정용 단자
160: 제2저항측정용 전극
200: 파우치형 전지케이스
210: 실링부
300: 지그
301: 상부 지그
302: 하부 지그
410: 제1유닛
420: 제2유닛
430: 측정부
111: 양극 본체
112: 양극 코팅부
113: 양극 탭
114: 양극 리드
120: 음극
121: 음극 본체
122: 음극 코팅부
123: 음극 탭
124: 음극 리드
125: 미코팅부
130: 제1분리막
140: 제2분리막
150: 제1저항측정용 전극
155, 165: 전극활물질
156, 166: 와이어
158: 제1저항측정용 단자'
156: 제2저항측정용 단자
160: 제2저항측정용 전극
200: 파우치형 전지케이스
210: 실링부
300: 지그
301: 상부 지그
302: 하부 지그
410: 제1유닛
420: 제2유닛
430: 측정부
Claims (12)
- 저항측정용 파우치형 전지셀로서,
양극, 제1분리막, 제2분리막 및 음극이 순차적으로 적층되고,
상기 제1분리막과 제2분리막 사이에는 제1저항측정용 전극 및 제2저항측정용 전극이 배치되며,
양극 리드, 음극 리드, 상기 제1저항측정용 전극, 및 상기 제2저항측정용 전극은 파우치형 전지케이스의 외주변 실링부 외측으로 돌출되도록 구성되는 저항측정용 파우치형 전지셀. - 제1항에 있어서, 상기 음극은,
판상형으로 이루어진 음극 본체, 상기 음극 본체의 일측 외주변에서 돌출된 음극 탭, 및 상기 음극 탭에 결합된 음극 리드를 포함하고,
상기 음극 본체는 전극합제가 코팅된 코팅부 및 전극합제가 코팅되지 않은 미코팅부를 포함하는 저항측정용 파우치형 전지셀. - 제2항에 있어서,
상기 제1저항측정용 전극은 상기 코팅부와 대면하고, 상기 제2저항측정용 전극은 상기 미코팅부와 대면하도록 위치하는 저항측정용 파우치형 전지셀. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1저항측정용 전극 및 제2저항측정용 전극은 와이어 타입으로 이루어진 저항측정용 파우치형 전지셀. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1저항측정용 전극 및 제2저항측정용 전극은 금속 와이어의 끝단에 전극활물질이 부가되고,
상기 전극활물질이 부가된 금속 와이어의 끝단이 상기 제1분리막 및 제2분리막 사이에 배치되는 저항측정용 파우치형 전지셀. - 제2항에 있어서,
충전과 방전이 반복됨에 따라 상기 미코팅부에 리튬 석출물이 생기는 저항측정용 파우치형 전지셀. - 제6항에 있어서,
상기 제2저항측정용 전극은 상기 리튬 석출물의 저항을 측정하는 저항측정용 파우치형 전지셀. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 저항측정용 파우치형 전지셀의 저항을 측정하는 저항측정 장치로서,
상기 저항측정용 파우치형 전지셀을 배치하는 지그;
양극, 음극 및 제1저항측정용 전극과 전기적으로 연결되는 제1유닛;
양극, 음극 및 제2저항측정용 전극과 전기적으로 연결되는 제2유닛; 및
상기 제1유닛 및 상기 제2유닛과 연결되어 저항을 측정하는 측정부;
를 포함하는 저항측정 장치. - 제8항에 있어서, 상기 제1유닛 및 제2유닛은 파우치형 전지케이스 외주변 실링부 외측으로 돌출된 양극 리드, 음극 리드, 제1저항측정용 단자, 및 제2저항측정용 단자와 전기적으로 연결되는 저항측정 장치.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 저항측정용 파우치형 전지셀의 저항측정 방법으로서,
(a) 저항측정용 파우치형 전지셀을 지그에 배치하는 단계;
(b) 양극 리드, 음극 리드 및 제1저항측정용 단자를 제1유닛에 전기적으로 연결하는 단계;
(c) 양극 리드, 음극 리드 및 제2저항측정용 단자를 제2유닛에 전기적으로 연결하는 단계; 및
(d) 음극의 코팅부와 미코팅부의 저항을 측정하는 단계;
를 포함하는 저항측정 방법. - 제10항에 있어서, 상기 단계 (d)는 상기 제1유닛에서 제1저항측정용 전극의 저항을 측정하고, 상기 제2유닛에서 제2저항측정용 전극의 저항을 측정하는 과정을 포함하는 저항측정 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 제1유닛에서 제1저항측정용 전극의 저항을 측정하는 과정 및 상기 제2유닛에서 제2저항측정용 전극의 저항을 측정하는 과정은 동시에, 또는 순차적으로 진행되는 저항측정 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210137895A KR20230054185A (ko) | 2021-10-15 | 2021-10-15 | 저항측정용 파우치형 전지셀, 이의 저항을 측정하는 저항측정 장치, 및 이의 저항측정 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210137895A KR20230054185A (ko) | 2021-10-15 | 2021-10-15 | 저항측정용 파우치형 전지셀, 이의 저항을 측정하는 저항측정 장치, 및 이의 저항측정 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230054185A true KR20230054185A (ko) | 2023-04-24 |
Family
ID=86141663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210137895A KR20230054185A (ko) | 2021-10-15 | 2021-10-15 | 저항측정용 파우치형 전지셀, 이의 저항을 측정하는 저항측정 장치, 및 이의 저항측정 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230054185A (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013175417A (ja) | 2012-02-27 | 2013-09-05 | Nippon Soken Inc | リチウムイオン二次電池及びその充電制御方法 |
| KR20160049680A (ko) | 2014-10-28 | 2016-05-10 | 주식회사 엘지화학 | 전기화학적 저항 측정용 기준전극 부재를 포함하는 전지셀 |
-
2021
- 2021-10-15 KR KR1020210137895A patent/KR20230054185A/ko active Search and Examination
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013175417A (ja) | 2012-02-27 | 2013-09-05 | Nippon Soken Inc | リチウムイオン二次電池及びその充電制御方法 |
| KR20160049680A (ko) | 2014-10-28 | 2016-05-10 | 주식회사 엘지화학 | 전기화학적 저항 측정용 기준전극 부재를 포함하는 전지셀 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101923091B1 (ko) | 전지 | |
| EP2628205B1 (en) | Electrochemical cell based on lithium technology with internal reference electrode, process for its production and methods for simultaneous monitoring of the voltage or impedance of the anode and the cathode thereof | |
| US8917095B2 (en) | Vehicle system and method for detecting hydrogen sulfide | |
| US20090096459A1 (en) | Method of measuring characteristics regarding safety of battery | |
| KR101471966B1 (ko) | 3 전극계 전압 측정지그 | |
| WO2012117448A1 (ja) | 二次電池の検査方法 | |
| WO2022056787A1 (zh) | 一种三电极电池及储能系统 | |
| Beletskii et al. | The effect of electrode potential on the conductivity of polymer complexes of nickel with salen ligands | |
| EP2083464B1 (en) | Lithium secondary battery | |
| CN113422115A (zh) | 锂离子电芯、锂离子电芯制备方法及析锂检测方法 | |
| KR101806416B1 (ko) | 기준 전극(reference electrode)을 포함하는 리튬 이온 이차 전지 | |
| CN211088434U (zh) | 一种三电极电池 | |
| US20130295424A1 (en) | Electrolyte-Based Battery Cell, Method and System for Determining the State of Charge of Electrolyte-Based Batteries | |
| KR101310158B1 (ko) | 전해액 함유형 코인셀 전지 및 그 제조방법 | |
| KR101850177B1 (ko) | 전기화학적 저항 측정용 기준전극 부재를 포함하는 전지셀 | |
| KR102486134B1 (ko) | 고효율성 밀봉을 위한 개스킷 와셔를 포함하는 원통형 전지 | |
| US10444291B2 (en) | Method for determining a potential of an anode and/or a potential of a cathode in a battery cell | |
| US11901520B2 (en) | Lithium-ion cell for an energy storage unit of a motor vehicle, and method for production thereof | |
| KR20230054185A (ko) | 저항측정용 파우치형 전지셀, 이의 저항을 측정하는 저항측정 장치, 및 이의 저항측정 방법 | |
| KR20160092871A (ko) | 전극탭을 갖는 전극 어셈블리 및 이차 전지 | |
| KR20190056848A (ko) | 전극 조립체 | |
| KR20220003771A (ko) | 두 개의 기준 전극을 포함하는 전지셀 및 이를 사용한 전지 평가 방법 | |
| KR20220036067A (ko) | 인-시튜 X-ray 분석이 가능한 3전극 전지셀 | |
| KR20210097525A (ko) | 이차전지 및 이차전지의 제조 방법 | |
| CN219843017U (zh) | 测试用电池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination |