WO2024049216A1 - 리튬황 전지용 가스 억제 장치 및 억제 방법 - Google Patents

리튬황 전지용 가스 억제 장치 및 억제 방법 Download PDF

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WO2024049216A1
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lithium
sulfur battery
voltage
current
temperature
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PCT/KR2023/012927
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송민선
이현수
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • 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
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • 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
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a device for suppressing gas generation in a lithium sulfur battery and a method for suppressing gas.
  • Electrochemical devices are the field that is receiving the most attention in this respect, and among them, the development of secondary batteries such as lithium-sulfur batteries capable of charging/discharging has become the focus of attention. Recently, capacity has been considered in the development of these secondary batteries. In order to improve density and specific energy density, research and development is being conducted on the design of new electrodes and batteries.
  • lithium sulfur (LiS) batteries have high energy density in EVs, HEVs, and energy storage devices and systems, and are attracting attention as next-generation secondary batteries that can replace lithium-ion batteries.
  • Lithium sulfur is used as a positive electrode active material. When discharging in a lithium sulfur battery, a reduction reaction of sulfur and an oxidation reaction of lithium metal occur. At this time, sulfur is converted from the ring-structured S 8 to the linear-structured lithium polysulfide (Li 2 S 2 , Li 2 S 4 , Li 2 S 6 , Li 2 S 8 ) are formed, and these lithium-sulfur batteries are characterized by a gradual discharge voltage until polysulfide (PS) is completely reduced to LiS.
  • PS polysulfide
  • lithium polysulfide an intermediate product of lithium-sulfur batteries
  • electrolyte reaction lithium polysulfide
  • battery deterioration accelerates and the volume of the battery expands due to gas generation, making it impossible to ensure stability.
  • lithium-sulfur batteries are often exposed to high temperatures, and in this case, the above problems may occur more significantly.
  • lithium-sulfur batteries are vulnerable to high temperatures, and when exposed to high temperatures, gas generation may be accelerated due to electrolyte reaction.
  • the object of the present invention is to overcome the shortcomings of the prior art and, in particular, to provide an apparatus and method for suppressing gas generation in lithium sulfur batteries.
  • the present inventors have discovered that the above problem can be solved through the following gas suppression device and gas suppression.
  • the first embodiment is,
  • a voltage measuring unit configured to measure the voltage of a lithium-sulfur battery
  • a current applicator configured to apply current to the lithium sulfur battery
  • the second embodiment is, in the first embodiment,
  • the control unit compares the voltage measured by the voltage measurement unit with a preset reference voltage, and when the voltage measured by the voltage measurement unit is less than the reference voltage, the current applicator controls the current applicator to apply a current to the lithium-sulfur battery. It relates to a gas suppression device for a lithium sulfur battery, characterized in that it is configured to do so.
  • the third embodiment is, in the first or second embodiment,
  • a storage unit that stores a lithium sulfur battery; And it further includes a temperature measuring unit that measures the temperature within the storage unit,
  • the control unit relates to a gas suppression device for a lithium-sulfur battery, characterized in that it is configured to adjust the voltage measurement cycle of the voltage measurement unit according to the temperature measured by the temperature measurement unit.
  • the fourth embodiment is according to any one of the first to third embodiments,
  • a storage unit configured to store the lithium sulfur battery; and a temperature control unit for controlling the temperature within the storage unit.
  • the fifth embodiment is according to any one of the first to fourth embodiments,
  • the current application unit is configured to apply a current of 0.01C or less to the lithium sulfur battery.
  • the sixth embodiment is according to any one of the first to fifth embodiments.
  • It relates to a gas suppression device for a lithium-sulfur battery, characterized in that the lithium-sulfur battery undergoes an activation step before exceeding 24 hours.
  • the lithium-sulfur battery is within 24 hours from the end of the activation step, that is, immediately after the activation step is completed.
  • the seventh embodiment is according to any one of the first to sixth embodiments.
  • the lithium-sulfur battery is a gas suppression device for a lithium-sulfur battery, characterized in that the SOC is charged to 90% or more.
  • the eighth embodiment is,
  • the gas suppression method for a lithium sulfur battery comprising the step of applying a current so that the voltage of the lithium sulfur battery can be maintained within a certain range by the control.
  • the gas suppression method for a lithium-sulfur battery may be performed using a gas suppression device according to any one of the first to seventh embodiments.
  • the activation step that is, the activation step in which the lithium sulfur battery is performed, may be a step preceding the step of measuring the voltage.
  • the ninth embodiment is, in the eighth embodiment,
  • the control step compares the measured voltage with a reference voltage (particularly, a preset reference voltage), and controls to apply current to the lithium-sulfur battery when the voltage measured in the measurement step is less than the reference voltage. This is about a gas suppression method for lithium sulfur batteries.
  • the tenth embodiment is the eighth or ninth embodiment
  • the lithium sulfur battery is stored in the storage unit,
  • the voltage measurement step relates to a method of suppressing gas in a lithium-sulfur battery, wherein the voltage measurement cycle is adjusted according to the measured temperature of the storage portion.
  • the eleventh embodiment is, in the tenth embodiment,
  • It relates to a method of suppressing gas for a lithium-sulfur battery, further comprising the step of adjusting the temperature within the storage unit according to the measured temperature.
  • the twelfth embodiment is according to any one of the eighth to eleventh embodiments.
  • the current application step relates to a gas suppression method for a lithium-sulfur battery, characterized in that the current is applied at 0.01C or less. For example, a current of 0.01A per second is applied to a lithium sulfur battery.
  • the thirteenth embodiment is according to any one of the eighth to twelfth embodiments,
  • the lithium sulfur battery is stored in a battery case
  • the current application step relates to a method of suppressing gas for a lithium-sulfur battery, characterized in that the current is applied so that the change in volume of the battery case is 1% or less.
  • the 14th embodiment is according to any one of the 8th to 13th embodiments.
  • the activation step relates to a gas suppression method for a lithium-sulfur battery, characterized in that it includes the process of charging and discharging the lithium-sulfur battery at least once.
  • the 15th embodiment is according to any one of the 8th to 14th embodiments.
  • the activation step relates to a gas suppression method for a lithium-sulfur battery, characterized in that the lithium-sulfur battery is charged and discharged with a current of 0.02C to 5C.
  • the 16th embodiment is according to any one of the 8th to 15th embodiments,
  • the lithium sulfur battery relates to a gas suppression method for a lithium sulfur battery, wherein the gas generated in the activation step is removed.
  • gas generation in a lithium sulfur battery can be effectively suppressed.
  • the generation of gas can be suppressed in a relatively simple method.
  • the present invention it is possible to suppress the generation of lithium polysulfide generated by discharging a lithium-sulfur battery. As a result, the generation of gas generated when lithium polysulfide is dissolved in the electrolyte can be suppressed, and cell deterioration can be prevented by chemical reactions of lithium polysulfide with organic solvents or lithium salts.
  • the present invention may have various other effects, and these will be described in each implementation configuration, or the description of effects that can be easily inferred by those skilled in the art will be omitted.
  • FIG. 1 is a perspective view of a lithium sulfur battery according to one aspect of the present invention.
  • Figure 2 is a block diagram schematically showing the configuration of a gas suppression device according to one aspect of the present invention.
  • Figure 3 is a block diagram according to one embodiment of a gas suppression device according to the present invention.
  • Figure 4 is a perspective view according to an embodiment of the gas suppression device according to the present invention.
  • Figure 5 is a perspective view according to an embodiment of the gas suppression device according to the present invention.
  • Figure 6 is a perspective view according to an embodiment of the gas suppression device according to the present invention.
  • Figure 7 is a flow chart of a gas suppression method for a lithium-sulfur battery according to one aspect of the present invention.
  • Figure 8 is a voltage and current graph of the lithium sulfur battery according to Example 1 and Comparative Example 1.
  • unit used in this specification may mean at least one of an electric circuit, an electric circuit that executes instructions, a logic electric circuit, and a device.
  • current applicator used in this specification may refer to a device that applies a current, or may refer to an electric circuit that includes applying a current.
  • voltage measuring unit as used herein may refer to a device that measures voltage, or may refer to an electric circuit that includes measuring voltage.
  • the gas suppression device may be a device that suppresses gas generation in a lithium sulfur battery after an activation step.
  • the gas suppression device according to the invention is suitable for suppressing gas evolution in lithium sulfur cells, which may be provided after subjecting the lithium sulfur cells to an activation step as described herein.
  • the activation step may include a formation process and a degassing process.
  • the formation process is a process of checking and activating the capacity of the battery by charging and discharging the battery.
  • a lithium-sulfur battery can be activated by charging and discharging the lithium-sulfur battery with a current of 0.02C to 5C.
  • the degassing process refers to a process of removing gas generated during the formation process.
  • current is applied to the lithium sulfur battery to generate gas, and the generated gas can be removed.
  • the device according to the present invention can suppress the generation of gas itself by applying current to the lithium-sulfur battery that has undergone the activation step.
  • the lithium-sulfur batteries can be manufactured and stored or installed in, for example, electronic and electrical devices, EVs and HEVs, and energy storage devices and systems.
  • FIG. 1 is a perspective view of a lithium sulfur battery according to one aspect of the present invention.
  • the shape of the battery case 20 of the lithium sulfur battery 10 may be coin-shaped, cylindrical, square, pouch-shaped, etc.
  • the electrode assembly 30 disposed inside the battery case 20 is a power generating element capable of charging and discharging with a structure in which an anode, a cathode, and a separator are stacked.
  • the electrode assembly 30 may be a jelly roll-type electrode assembly with a separator interposed between the anode and the cathode.
  • the anode separator and the cathode may be provided in the form of a sheet, and the sheet form may be provided in a rolled state.
  • the electrode assembly may be of a stack type in which a plurality of anodes and cathodes are sequentially stacked with a separator in between, or may be a stacked/folding type electrode assembly in which a long separator is wound around a stacked unit cell.
  • the battery case may contain an electrolyte that acts as a conduit for the electrode assembly during charging and discharging.
  • the electrolyte may be liquid or solid, for example, a liquid organic electrolyte such as an ether-based electrolyte, but is not limited thereto, and other liquid- or solid-based electrolytes may be used.
  • the anode and cathode may be connected to the anode lead 40 and the cathode lead 50, respectively.
  • Figure 1 shows a lithium-sulfur battery in which the positive electrode lead 40 and the negative electrode lead 50 are disposed together on the upper surface of the battery case 20.
  • Figure 1 shows a banting portion 60 provided between the positive electrode lead and the negative electrode lead on the upper surface of the battery case 20 for the safety of the lithium-sulfur battery. For example, when the internal pressure of the lithium-sulfur battery abnormally increases and the banting unit 60 is activated, the banting unit 60 may discharge the lithium-sulfur battery.
  • Charging and discharging of the lithium-sulfur battery includes desorption of lithium from the negative electrode during discharge and insertion of lithium into the negative electrode during charging, and can be expressed as follows.
  • Lithium metal is lithium as follows. It is oxidized by providing ions (Li + ) and electrons (e - ).
  • Lithium metal is reduced by receiving lithium ions (Li + ) and electrons (e - ) as follows.
  • Figure 2 is a block diagram schematically showing the configuration of a gas suppression device 100 according to one aspect of the present invention.
  • the gas suppression device 100 may include a voltage measurement unit 110, a current application unit 120, and a control unit 130. there is.
  • the voltage measuring unit 110 may be configured to measure the voltage of the lithium sulfur battery.
  • the voltage measurement unit 110 may measure voltage using a voltage sensor.
  • the voltage measuring unit 110 may further include a positive electrode contact terminal and a negative contact terminal.
  • the positive electrode contact terminal and the negative electrode contact terminal may each be configured to contact the positive electrode lead or negative electrode lead electrically connected to the electrode assembly of the lithium-sulfur battery 10.
  • the voltage measuring unit 110 measures the voltage of the lithium sulfur battery 10 in a state where the positive electrode contact terminal and the negative electrode contact terminal are in contact with the positive electrode lead and the negative electrode lead of the lithium sulfur battery 10, respectively. It can be measured. And, the voltage measurement unit 110 may transmit the voltage measurement result measured in this way to the control unit 130.
  • the current applicator 120 may be configured to apply current to the lithium-sulfur battery 10. Specifically, the current applicator 120 may apply a current to the lithium-sulfur battery 10 using the anode contact terminal and the cathode contact terminal included in the voltage measurement unit 110. Alternatively, the current applicator 120 may be provided with a separate anode contact terminal and a separate cathode contact terminal that respectively contact the anode lead and the cathode lead of the lithium-sulfur battery 10, and the current applicator 120 uses these Current can also be applied to the red-mu-sulfur battery 10 using this method.
  • the control unit 130 may be configured to receive the voltage measurement result of the voltage measurement unit 110. And, the control unit 130 may be configured to control the current applicator 120. For example, the control unit 130 may control the current size, current supply amount, current application time, etc. of the current applicator 120. For this purpose, the control unit 130 may supply a control signal to the current applicator 120.
  • the control unit may be a microprocessor or logic circuit. The control unit may execute instructions stored in a memory such as a semiconductor memory or an external storage medium to perform necessary functions.
  • the control unit 130 can maintain the voltage of the lithium-sulfur battery 10 within a certain range through control of the current applicator 120.
  • the control unit 130 may control the application of current by the current applicator 120 using the measurement results of the voltage measuring unit 110.
  • gas generation in the lithium sulfur battery 10 can be suppressed.
  • the lithium sulfur battery 10 can be prevented from expanding, and damage to the lithium sulfur battery can be reduced, lowering the risk of explosion. .
  • the gas suppression device 100 it is possible to prevent the lithium sulfur battery 10 from being discharged beyond a certain level.
  • lithium polysulfide an intermediate product generated by the reaction of the positive electrode active material, has the property of being easily dissolved in the electrolyte solution. Since discharge of the sulfur battery 10 is prevented, lithium polysulfide can be prevented from dissolving and reacting in the electrolyte solution. In addition, since lithium polysulfide is prevented from dissolving in the electrolyte solution, the amount of the positive electrode active material can be prevented from decreasing and the electrolyte solution can be prevented from deteriorating.
  • gas generation can be effectively suppressed when the lithium sulfur battery 10 is stored in a high temperature environment above room temperature (e.g., 23° C.). there is.
  • room temperature e.g. 23° C.
  • gas may be easily generated.
  • gas suppression device 100 according to the present invention is applied to the lithium sulfur battery 10
  • gas generation in the lithium sulfur battery 10 can be relatively easily suppressed.
  • the control unit 130 may be configured to compare the voltage measured by the voltage measurement unit 110 with a preset reference voltage.
  • the reference voltage may be set in advance based on the fully charged voltage of the lithium-sulfur battery 10.
  • the reference voltage may be set to a voltage that is 90%, 95%, 98%, or 100% of the fully charged voltage of the lithium-sulfur battery 10.
  • this reference voltage can be set in various ways depending on various conditions, such as the type of lithium sulfur battery 10, manufacturing method, storage method, device, vehicle, or system in which the lithium sulfur battery is installed.
  • the reference voltage may be stored in a memory (eg, semiconductor memory) built into the control unit 130 or in various other storage media provided outside the control unit 130.
  • control unit 130 may be configured to determine whether the voltage measured by the voltage measurement unit 110 is less than the reference voltage. For example, when the reference voltage is set to 2.4V, the control unit 130 can determine whether the voltage measured by the voltage measurement unit 110 is less than 2.4V. And, when the measured voltage is less than the reference voltage, the control unit 130 can control the current applicator 120 to apply current to the lithium-sulfur battery 10. For example, as in the above embodiment, when the reference voltage is set to 2.4V and the measured voltage of the lithium-sulfur battery 10 is less than 2.4V, for example, 2.39V, the control unit 130 operates the current application unit 120 ) can be applied to apply current to the lithium sulfur battery (10).
  • the gas suppression effect of the lithium sulfur battery 10 can be further improved.
  • lithium polysulfide may be generated.
  • the lithium sulfur battery 10 By setting the reference voltage close to the full charge voltage of the lithium sulfur battery 10 as in the above embodiment, the lithium sulfur battery 10 ) can be applied as soon as the current is discharged. Therefore, in this case, the generation of lithium polysulfide can be effectively suppressed, and thus the generation of gas in the lithium-sulfur battery 10 can be more effectively suppressed.
  • the voltage measuring unit 110 of the gas suppression device 100 may be configured to measure the voltage of the lithium-sulfur battery 10 periodically or aperiodically.
  • the voltage measuring unit 110 may be configured to periodically measure the voltage of the lithium-sulfur battery 10 every 0.01 seconds to 1 hour, 0.1 seconds to 10 minutes, or every 5 seconds. Alternatively, the voltage measurement unit 110 may measure the voltage at every specific period within the range of 0.01 to 100 seconds. However, this voltage measurement cycle may vary depending on various circumstances, such as the type of lithium-sulfur battery 10 or the surrounding temperature.
  • the gas suppression device 100 may further include a storage portion 140 for storing one or more lithium sulfur batteries. Additionally, the receiving portion 140 may be separated from the gas suppression device 100.
  • the storage unit 140 may have various shapes, sizes, and materials.
  • the storage unit 140 may be a storage space for a lithium-sulfur battery of an electronic device, a storage space for a lithium-sulfur battery pack of an EV or HEV, a storage chamber for a lithium-sulfur battery, and energy storage. It may be a storage space for one or more lithium sulfur batteries in a device or system, etc.
  • the storage unit 140 may be configured to have an empty space inside so that one or more lithium sulfur batteries 10 can be accommodated, stored, or installed. And the storage unit 140 is configured to accommodate all the voltage measurement unit 110, current application unit 120, and control unit 130 of the gas suppression device 100 according to the present invention along with the lithium sulfur battery 10. It could be. Additionally, the storage unit 140 may mean a space in which one or more lithium sulfur batteries 10 can be stored.
  • the lithium sulfur battery 10 by storing the lithium sulfur battery 10 in the storage unit 140, the lithium sulfur battery 10 can be prevented from being affected by the external environment of the storage unit 140.
  • the storage portion 140 may be an enclosure that protects the lithium-sulfur battery 10 by preventing foreign substances from penetrating from the outside and allows safe storage.
  • the storage unit 140 is an external mechanical ( It may include means of protecting against impacts (e.g., shock absorbers).
  • the gas suppression device 100 may further include a temperature measuring unit 150.
  • the temperature measuring unit 150 may be configured to measure the temperature of the lithium-sulfur battery 10. And the temperature measuring unit 150 can measure temperature using a temperature sensor. For example, the temperature measuring unit 150 may measure the ambient temperature of the gas suppression device according to the present invention, the surface temperature of the lithium-sulfur battery 10, the ambient temperature of the lithium-sulfur battery 10, and/or the lithium-sulfur battery 10. ) can be stored in the storage unit 140, the temperature of various locations, such as the temperature of the storage unit 140, can be measured.
  • the temperature measuring unit 150 may be configured to transmit measured temperature information to the control unit 130.
  • the measured temperature information may include, for example, the ambient temperature of the gas suppression device according to the present invention, the surface temperature of the lithium-sulfur battery 10, the ambient temperature of the lithium-sulfur battery 10, and/or the storage unit 140. It may be temperature, etc.
  • the control unit 130 may be configured to adjust the voltage measurement period (in particular, the time interval at which the voltage is measured) of the voltage measurement unit 110 according to the temperature information measured by the temperature measurement unit 150.
  • the reference temperature may be set in advance and stored in the memory of the control unit 130 or other components (such as an external storage medium that is or can be connected to the control unit). Additionally, the control unit 130 may compare the temperature measured by the temperature measurement unit 150 with a preset (and/or prestored) reference temperature. At this time, if the temperature measured by the temperature measurement unit 150 is higher than the reference temperature, the control unit 130 may shorten the voltage measurement period of the voltage measurement unit 110.
  • the control unit 130 increases the voltage measurement period by 10 seconds.
  • the voltage measuring unit 110 can be controlled so that the The lithium-sulfur battery 10 may discharge faster at high temperatures. According to the above embodiment, by shortening the period of measuring the voltage in a temperature range with a high discharge rate, current can be applied immediately (or in advance) when the lithium-sulfur battery 10 is discharged, and the gas suppression effect can be improved. there is.
  • the control unit 130 may lengthen the voltage measurement period of the voltage measurement unit 110. Since the lithium-sulfur battery 10 may have a slow discharge rate at low temperatures, the voltage measurement period of the voltage measurement unit 110 can be lengthened to reduce energy consumption due to frequent voltage measurement.
  • the current applicator 120 may be configured to apply current to the lithium-sulfur battery 10 at a C-rate of 0.01C or less. In one embodiment of the present invention, the current applicator 120 may be configured to apply a current to the lithium-sulfur battery 10 at a C-rate of 0.0005C or more, 0.001C or more, or 0.005C or more. In one embodiment of the present invention, the current applicator 120 may be configured to apply a current to the lithium-sulfur battery 10 at a C-rate of 0.01C or less or 0.0005C or more. And this C-rate control operation of the current applicator 120 may be performed by the control unit 130.
  • the current applicator 120 may apply current at a C-rate of 0.02C to 5C. Additionally, the current applicator 120 may apply current at a C-rate of 0.02C or higher, 0.05C or higher, 0.1C or higher, or 0.5C or higher. Additionally, the current applicator 120 may apply current at a set C-rate, such as 2C or less or 1C or less. Furthermore, the current applicator 120 may apply current at various C-rate settings such as 0.02C to 2C, 0.05C to 2C, 0.05C to 1C, 0.1C to 1C, or 0.5C to 1C. .
  • the current applicator 120 may be configured to change the applied current C-rate according to the state of charge (SOC) of the lithium-sulfur battery 10. Furthermore, the current applicator 120 may be configured to gradually lower the applied current C-rate when the SOC of the lithium-sulfur battery 10 increases.
  • SOC state of charge
  • the current applicator 120 applies lithium sulfur at a C-rate of 0.02C to 0.05C or 0.02C. Current can be applied to the battery 10. And, when the SOC of the lithium-sulfur battery 10 exceeds 97% (e.g., 98% to 99.5% or 98% to 99.9%), the current applying unit 120 operates at a C of 0.005C to 0.01C or 0.01C. At -rate, current can be applied to the lithium sulfur battery (10) by lowering the C-rate.
  • the current applicator 120 charges the lithium sulfur battery 10 at a relatively high C-rate up to a certain level, and then when the lithium sulfur battery 10 is charged above a certain level. Current can be applied at a low C-rate.
  • the current applied to the lithium sulfur battery 10 is not limited to the above numerical range, and can properly charge the lithium sulfur battery 10 without overcharging the lithium sulfur battery 10 or damaging the battery itself. Current can be applied at a C-rate that can be achieved.
  • the gas suppression device 100 of the lithium-sulfur battery 10 may further include a temperature controller 160.
  • the temperature control unit 160 may be configured to control the temperature of the internal space of the storage unit 140.
  • the temperature control unit 160 adjusts the temperature of the storage unit 140 from 0°C to 40°C, 10°C to 40°C, 20°C to 40°C, or from room temperature (23°C) to 40°C, depending on the desired result.
  • the temperature can be adjusted to maintain.
  • the temperature of the storage unit 140 controlled by the temperature control unit 160 is not limited to the above temperature range, and various other temperatures suitable for housing the lithium sulfur battery 10 are selected depending on the desired result. It can be configured to maintain.
  • the lithium sulfur battery 10 can be stored at an appropriate temperature, and the stored temperature may be within the range described above.
  • the temperature control unit 160 can prevent the lithium sulfur battery 10 from discharging quickly by controlling the temperature inside the storage unit 140 where the lithium sulfur battery 10 is stored. do.
  • the temperature measuring unit 150 when the temperature measuring unit 150 is included in the gas suppression device 100 according to the present invention as in the previously described embodiment, the temperature measuring unit 150 measures the temperature within the storage unit 140, The measurement information can be transmitted to the control unit 130. Then, the control unit 130 determines whether the temperature in the storage unit 140 exceeds or falls below a preset reference range, and when it is determined that the temperature exceeds or falls below the preset standard range, the control unit 160 causes the storage unit 140 to ) can be adjusted to ensure that the temperature within the standard range is within the standard range.
  • the temperature control unit 160 can be controlled by the control unit 130 and may be an air conditioner, a heater, or a combined heating/cooling unit, and may be one that has the function of controlling temperature.
  • the lithium sulfur battery 10 stored in the storage unit 140 may be in a state before exceeding 24 hours after passing through the activation step. That is, the storage unit 140 can allow the lithium sulfur battery 10 to be stored in the internal space within 24 hours after going through the activation stage. That is, the lithium sulfur battery applied to the gas suppression device according to the present invention may be in a state within 24 hours from the end of the activation step, that is, immediately after the activation step is completed.
  • the lithium-sulfur battery 10 can be stored in the internal space within 10 hours, further within 5 hours, especially within 1 hour after the activation step. If the lithium-sulfur battery 10 is left unattended, it may naturally discharge, and lithium polysulfide may be generated when discharged. In order to prevent this, it is recommended that the lithium-sulfur battery 10 undergo an activation step and then be applied to the gas suppression device 100 according to the present invention within the above time range. However, it is not necessarily limited to the above time range, and the time range may change depending on the conditions under which the lithium-sulfur battery 10 is stored and left, such as temperature.
  • the gas suppression device 100 according to the present invention is used within a faster time than the above time range after going through the activation step. It is good to apply.
  • the gas suppression device 100 according to the present invention can be applied to the lithium sulfur battery 10 after the activation step has been performed.
  • the lithium-sulfur battery 10 is charged and/or discharged one or more times during the activation stage, and gas may be generated while the charging and/or discharging is in progress. And the gas generated during the charging and/or discharging process can be removed. Afterwards, the charged lithium-sulfur battery 10 is stored in the storage unit 140. If a long time passes after charging (for example, exceeding 24 hours), the lithium-sulfur battery 10 is naturally discharged and lithium polysulfide is discharged. may be generated, and thus gas may be generated in the lithium sulfur battery 10.
  • the lithium sulfur battery 10 charged in the activation stage in the device and storage unit 140 according to the present invention is stored in the storage unit 140 immediately after passing the activation step.
  • the present invention is not necessarily limited to this time range, and may be appropriately selected depending on the process of manufacturing the lithium-sulfur battery 10.
  • the lithium-sulfur battery 10 that has gone through the activation step may be charged such that the state of charge (SOC) is 90% or more.
  • SOC state of charge
  • the gas suppression device according to the present invention can be configured to apply a current of 0.01C or less to the lithium sulfur battery 10 in order to prevent damage to the lithium sulfur battery 10, the lithium sulfur battery 10 that has gone through the activation step ), if the SOC is low, it may take a lot of time to fully charge the lithium sulfur battery (10). Therefore, the lithium sulfur battery 10 applied to the gas suppression device according to the present invention can have an SOC within the above range.
  • the SOC of the lithium sulfur battery 10 that has undergone the activation step is not limited to the above numerical range, and even a lithium sulfur battery 10 with a low SOC can be applied to the gas suppression device according to the present invention to suppress the gas according to the present invention. It can also be charged by the device.
  • Figure 3 is a block diagram according to one embodiment of a gas suppression device according to the present invention.
  • a lithium-sulfur battery 10, a temperature control unit 160, and a temperature measurement unit 150 may be accommodated in the storage unit 140.
  • the storage unit 140 may not be provided with the temperature control unit 160 and the temperature measurement unit 150, but may be provided with a temperature sensor unit and an air conditioner and/or a heater.
  • the lithium-sulfur battery 10 is connected to the voltage measuring unit 110 and the current applying unit 120, and the voltage measuring unit 110 measures the voltage of the lithium-sulfur battery 10, and the current applying unit 120 Can apply current to the lithium sulfur battery (10).
  • the control unit 130 connected to the voltage measurement unit 110 and the current applicator 120 compares the measured voltage with the reference voltage to cause the current applicator 120 to apply a current to the lithium-sulfur battery 10.
  • control unit 130 may be connected to the temperature measurement unit 150 and the temperature control unit 160.
  • the control unit 130 receives the internal temperature of the storage unit 140 measured by the temperature measuring unit 150, and if the received temperature is outside the standard temperature range, the control unit 130 controls the temperature control unit 160 to control the temperature.
  • the temperature inside the payment (140) can be adjusted.
  • Figure 4 is a perspective view according to one embodiment of a storage chamber to which a gas suppression device according to the invention is applied.
  • Figure 4 illustrates a storage chamber, but the gas suppression device according to the invention is also applicable to energy storage devices and energy storage systems.
  • a lithium-sulfur battery 10 is stored in the storage unit 140, and a temperature measurement unit 150 and a temperature control unit 160 may be attached to the wall inside the storage unit 140. At this time, the temperature measurement unit 150 and the temperature control unit 160 may be spatially separated.
  • the temperature measurement unit 150 and the temperature control unit 160 may be located in the gas suppression device, and the temperature sensor unit 170 and the cooling/heating unit 180 may be located on the inner wall of the storage unit 140.
  • the cooling/heating unit may be a compression/expansion refrigeration cycle system, and the cooler may be a fan.
  • the cooling and heating unit may be a heat pump or a thermoelectric module using the Peltier effect.
  • the voltage measuring unit 110 is connected to the positive and negative electrode leads of the lithium-sulfur battery 10 through the positive and negative contact terminals, and can measure the voltage of the lithium-sulfur battery 10.
  • the control unit 130 receives the measured voltage and controls the current applicator 120 to maintain the voltage of the lithium sulfur battery 10 within a certain range based on the measurement result to maintain the lithium sulfur battery 10. Current can be applied.
  • the current applicator 120 may apply current to the lithium-sulfur battery 10 through the positive electrode contact terminal and the negative electrode contact terminal.
  • the control unit 130 may receive the temperature measured from the temperature measurement unit 150 and control the temperature control unit 160 to maintain the temperature in the storage unit 140 within a preset range according to the measurement result.
  • the temperature measuring unit 150 measures the internal temperature of the storage unit 140 through the temperature sensor unit 170 and transmits the measured temperature to the control unit 130, and the control unit 130 transmits the measured temperature to the control unit 130. Temperature can be received. And the control unit 130 controls the temperature control unit 160 to control the temperature of the storage unit 140 so that the internal temperature of the storage unit 140 is maintained within a certain range based on the measured temperature result. You can do it.
  • the temperature control unit 160 can control the temperature of the storage unit 140 by controlling the heating and cooling unit 180.
  • FIG. 5 is a perspective view of one embodiment of a gas suppression device according to the present invention, a battery management system comprising a battery pack comprising a plurality of lithium sulfur cells 10 in an electric vehicle (e.g., EV or HEV). (BMS) 200 and the storage unit 140 are shown.
  • BMS electric vehicle
  • the BMS 200 can manage parameters for the batteries of the battery pack.
  • the battery parameters managed by the BMS 200 include the voltage of the battery pack, the voltage of each battery, the temperature of the battery pack, the state of charge (SOC) of the battery and the degree of charge of the battery pack, the state of health (SOH) of the battery, It may include the voltage uniformity of the battery and the SOP (State of Power) of the battery pack, and may further include factors related to the battery.
  • the BMS 200 may include a gas suppression device 100 according to the present invention, and the gas suppression device 100 includes a voltage measurement unit and a temperature measurement unit included in the BMS 200. The measuring unit can be used. Additionally, the gas suppression device 100 may be configured to use a separate voltage measurement unit and a separate temperature sensor unit.
  • a battery pack including a plurality of lithium sulfur batteries 10 may be stored in the storage unit 140.
  • the voltage measuring unit 110 may be provided with a positive electrode contact terminal and a negative electrode contact terminal, and the positive contact terminal and the negative electrode contact terminal may be connected to the positive electrode lead and the negative electrode lead of the lithium sulfur battery 10, respectively.
  • the control unit 130 may receive the results of measuring the voltage of the individual lithium sulfur battery 10, and controls the current applicator 120 according to the received voltage to apply current to the individual lithium sulfur battery 10.
  • the voltage of the lithium-sulfur battery 10 can be maintained within a predetermined range.
  • the current applicator 120 may apply current to the individual lithium-sulfur battery 10 using the positive electrode contact terminal and the negative electrode contact terminal.
  • the temperature measurement unit 150 may measure the temperature inside the storage unit 140 through the temperature sensor unit 170 and transmit the measured temperature to the control unit 130. Additionally, the control unit 130 may control the temperature control unit 160 to adjust the temperature of the storage unit 140 so that the temperature inside the storage unit 140 is maintained within a preset range based on the measured temperature result.
  • Air conditioning of the storage unit 140 may be provided by the EV's air conditioning system. Specifically, air conditioned by the EV's air conditioning system may be supplied to the storage unit 140 through the conduit 190 connected to the air conditioning system.
  • the air conditioning system is a system that controls air and may be an air conditioning device. For example, the air conditioning system may control the temperature, humidity, cleanliness, and flow of air.
  • Figure 6 is a schematic diagram of an electronic device to which the gas suppression device 100 according to the present invention is applied.
  • the electronic device may be, for example, a mobile phone, tablet, laptop computer, or camcorder.
  • the storage unit 140 can accommodate a lithium-sulfur battery 10, and the voltage measuring unit 110 can be provided with a positive electrode contact terminal and a negative electrode contact terminal, and the positive contact terminal and the negative electrode contact terminal are lithium-sulfur batteries. It may be connected to the positive and negative leads of (10).
  • the control unit 130 may receive the results of measuring the voltage of the individual lithium sulfur battery 10, and controls the current applicator 120 according to the received voltage to apply current to the individual lithium sulfur battery 10.
  • the voltage of the lithium-sulfur battery 10 can be maintained within a predetermined range.
  • the current applicator 120 may apply current to each lithium-sulfur battery 10 using respective positive and negative contact terminals connected to the positive and negative electrode leads.
  • the gas suppression device may not include a cooling system with respect to maintaining the temperature of the compartment 140.
  • the gas suppression device may have a fan as a cooling system.
  • the temperature measurement unit 150 may measure the internal temperature of the storage unit 140 through the temperature sensor unit 170 and transmit the measured temperature to the control unit 130. Additionally, the control unit 130 can control the temperature control unit 160 to adjust the temperature of the storage unit 140 and maintain the temperature inside the storage unit 140 within a predetermined range. In addition, the temperature control unit 160 can control the cooling and heating unit 180 to maintain the internal temperature of the storage unit 140 within a preset range.
  • Figure 7 is a flow chart of a gas suppression method for a lithium sulfur battery 10 according to one aspect of the present invention.
  • a method of suppressing gas for a lithium-sulfur battery 10 that has undergone an activation step includes the steps of measuring the voltage of the lithium-sulfur battery 10 (S200); Controlling the application of current to the lithium-sulfur battery 10 (S300); A gas suppression method for a lithium-sulfur battery (10) is provided, including applying a current to the lithium-sulfur battery (10) (S400).
  • the activation step (S100) may include a formation process (S110) and a degassing process (S120).
  • the formation process (S110) refers to the process of checking and activating the capacity of the battery by charging and discharging the battery more than once
  • the degassing process (S120) refers to the process of removing the gas generated in the formation process (S110).
  • current is applied to the lithium-sulfur battery 10 to generate gas, and the generated gas can be removed.
  • the gas suppression device applies a current to the lithium sulfur battery 10 that has passed the activation step (S100). This can suppress the generation of gas itself.
  • control unit that executes instructions stored in a memory such as a semiconductor memory or an external storage medium.
  • the step of measuring the voltage of the lithium-sulfur battery 10 may be measuring the voltage of the lithium-sulfur battery 10 over a predetermined period of time.
  • the method of measuring the voltage of the lithium-sulfur battery 10 is not limited to a specific method.
  • the voltage of the lithium-sulfur battery 10 can be measured by connecting the positive and negative electrode contact terminals to the positive and negative electrode leads of the lithium-sulfur battery 10, respectively.
  • the step (S300) of controlling the application of current to the lithium sulfur battery 10 is to control the voltage of the lithium sulfur battery 10 to be maintained within a certain range based on the measured voltage. This is the step to control the application of current.
  • the step of applying current to the lithium sulfur battery 10 is a step of applying current to the lithium sulfur battery 10.
  • the method of applying current to the lithium-sulfur battery 10 is not limited to a specific method.
  • the current applicator 120 applies current to the lithium-sulfur battery 10
  • the positive electrode contact terminal and the negative electrode contact terminal connected to the voltage measurement unit 10 are used to supply current to the lithium-sulfur battery 10.
  • Current can be applied.
  • the current applicator 120 may have separate positive electrode contact terminals and negative electrode contact terminals, and may use these to apply current to the lithium-sulfur battery 10.
  • gas suppression in the lithium sulfur battery 10 can be suppressed.
  • gas generation from the lithium sulfur battery 10 can be effectively suppressed by the gas suppression method according to the present invention.
  • the generation of gas is suppressed, the lithium-sulfur battery 10 can be prevented from expanding, and the risk of explosion can also be reduced.
  • the activation step (S100) may be to charge and discharge the battery at least once by applying a current at a C-rate of 0.02C to 5C.
  • charging and discharging are not limited to the above C-rate range, and any C-rate suitable for charging without damaging the lithium-sulfur battery 10 is possible.
  • the control step (S300) to apply current to the lithium sulfur battery 10 compares the voltage measured in the voltage measurement step (S200) with a preset reference voltage, and the lithium sulfur battery ( 10) It may be controlled to apply current. Specifically, when the measured reference voltage is lower than a preset reference voltage, the current applicator 120 may be controlled to apply current to the lithium-sulfur battery 10.
  • the current application step (S400) may be to apply current so that the voltage of the lithium-sulfur battery 10 is maintained above a preset reference voltage.
  • the preset reference voltage may be 100%, 99%, 98%, or 95% of the fully charged voltage of the lithium-sulfur battery 10.
  • lithium polysulfide may be generated and gas may be generated accordingly, so it is best to maintain the voltage of the lithium-sulfur battery 10 at a fully charged voltage.
  • the current applying step (S400) may apply a current at a C-rate of 0.01C or less or 0.0005C or more.
  • the intensity of the current applied in the current application step is not limited to the above range, and the current may be applied within a range that can charge the lithium-sulfur battery 10 without damaging it.
  • the voltage measurement period of the voltage measurement step (S200) may measure the voltage of the lithium-sulfur battery 10 periodically or aperiodically. For example, it may be configured to periodically measure the voltage of the lithium-sulfur battery 10 every 5 seconds. Alternatively, the voltage may be measured at specific periods in the range of 0.01 seconds to 100 seconds. However, this voltage measurement cycle may vary depending on various circumstances, such as the type of lithium-sulfur battery 10 or the surrounding temperature.
  • the lithium sulfur battery 10 is stored in the storage unit 140, and may further include measuring the temperature of the storage unit 140.
  • the method of measuring the temperature of the storage unit 140 is not limited to a specific method.
  • the storage unit 140 may be provided with a temperature measuring unit 150 inside or on an inner wall, and the temperature measuring unit 150 may measure temperature using a temperature sensor unit.
  • the voltage measurement cycle of the voltage measurement step may be adjusted according to the measured temperature measurement unit 150. For example, if the measured temperature is outside the range of a preset reference temperature, the voltage measurement period may be adjusted. Specifically, when the measured temperature exceeds the reference temperature range, the voltage measurement cycle can be accelerated.
  • the voltage measurement cycle is shortened to apply current from the current applicator 120 to the lithium-sulfur battery 10 immediately after discharge.
  • the voltage measurement cycle can be lengthened to reduce energy consumption due to frequent voltage measurement.
  • the gas suppression method according to the present invention may further include the step of controlling temperature.
  • the temperature control is to control the temperature to maintain a preset reference temperature range, and may be to control the temperature inside the storage unit 140, and in particular, may be to control the ambient temperature of the lithium sulfur battery 10. .
  • the preset reference temperature is 10°C to 20°C
  • the temperature inside the storage unit 140 can be adjusted to 20°C.
  • the method of controlling the temperature may be performed by the heating and cooling unit and is not limited to a specific method.
  • the heating/cooling unit may be an air conditioner, a heater, or a combined air conditioner and heating unit, and may be equipped with a temperature control function to control the temperature.
  • the lithium sulfur battery 10 is housed in a battery case, and the current applying step is performed so that the volume change of the battery case is 1% or less, 3% or less, 5% or less, or 10% or less. It may be to apply a current so that .
  • the gas suppression method according to the present invention to the lithium-sulfur battery 10, the generation of lithium polysulfide can be suppressed, and thus the generation of gas can be suppressed, so the volume change of the battery case is within the above range. can be satisfied.
  • the gas suppression method for a lithium sulfur battery can be applied when the lithium sulfur battery 10 is stored or housed at 30°C or higher, 40°C or higher, or 50°C or higher. If the storage or storage temperature is high, the discharge of the lithium sulfur battery may proceed more quickly, so when the lithium sulfur battery 10 is stored or installed in a high temperature range such as the above temperature range, the gas suppression method according to the present invention is used. If applied, the generation of lithium polysulfide can be suppressed, and thus the generation of gas can be suppressed.
  • the gas suppression method according to the present invention can not be applied only in the above temperature range, but can be applied in the temperature range at which lithium sulfur batteries can be stored and accommodated, or at any temperature range at which lithium sulfur batteries can operate normally.
  • the gas suppression method for a lithium-sulfur battery can be applied when no load is applied to the lithium-sulfur battery (10). Specifically, when a load that consumes power is not applied to the lithium sulfur battery 10, the lithium sulfur battery 10 can be floatingly charged or equally charged, and the gas suppression method according to the present invention described above can be applied. there is.
  • the gas suppression method for lithium sulfur batteries can be applied to a battery management system for a battery pack including a lithium sulfur battery 10.
  • a battery management system can float charge a lithium sulfur battery using the charge stored in the battery pack.
  • the battery management system can float charge the lithium-sulfur battery from a separate battery or power supply that exists separately outside the battery pack.
  • a method for suppressing gas in a lithium sulfur battery includes charging the lithium sulfur battery until it is fully or partially charged; and floating charge of the lithium sulfur battery.
  • the floating charging step may be performed at a C-rate of 0.01C or less.
  • the advantage of floating charging a lithium-sulfur battery is that the lifespan of the lithium-sulfur battery can be extended.
  • the floating charge is a method of connecting a charger, a battery, and a load in parallel to supply power to the load while charging the battery with electricity, power, or current supplied by the charger.
  • the charger may include the gas suppression device described above.
  • the battery may be a lithium sulfur battery.
  • Such floating charging can simultaneously supply power to the load from the charger and the battery being charged when the power consumption of the load is large. Additionally, the charger may bear all of the power consumed by the load and only supply a weak charging current to the battery to compensate for self-discharge.
  • the lithium sulfur battery in the floating charge step, can be fully charged, or the voltage can be maintained at 95% or more of the fully charged voltage.
  • the floating charging step may be floating charging at a C-rate of 0.01C or less or 0.0005C or more.
  • the floating charge step may include floating charging so as not to exceed the full charge voltage of the lithium-sulfur battery.
  • the floating charging step may be floating charging at a constant floating voltage of 2.4V or less per cell of the lithium sulfur battery.
  • the floating charging step may be floating charging the lithium sulfur battery when no load is applied to the lithium sulfur battery. For example, when a lithium sulfur battery is connected to an electric vehicle and the electric vehicle is parked and not operating, the lithium sulfur battery can be floatingly charged.
  • the floating charge step may be floating charging the lithium sulfur battery for a predetermined time.
  • the predetermined time may be 1 hour to 10 hours, but is not limited to the time range.
  • the floating charging step may be performed at regular intervals when the temperature around the lithium-sulfur battery, the compartment for storing the lithium-sulfur battery, or the lithium-sulfur battery is above 30°C. For example, when the ambient temperature of the lithium-sulfur battery is 30°C or higher, floating charging can be performed at one-hour intervals to charge the lithium-sulfur battery.
  • the floating charging step may be performed when the temperature around the lithium-sulfur battery, the compartment for storing the lithium-sulfur battery, or the lithium-sulfur battery is above 30°C, or above 40°C.
  • the floating charging step and optionally, equal charging, automatic charging, or recovery charging may be included.
  • Equal charging is a method of charging by supplying a voltage that is about 10% higher than the storage voltage of the battery, so that when multiple batteries are used as a set for a long time, the charging state is not uniform and a potential difference occurs due to differences in the characteristics of each battery. This is a method that allows charging at one voltage.
  • Automatic charging is equal charging at the beginning of the battery depending on the battery's discharge amount, and automatically switches to floating charging when it reaches a full charge state to continuously float charging.
  • Recovery charging is constant current charging with a weak current for 40-50 hours. This is a method in which the electrode plate is restored to its original state by repeating the process of charging, then discharging, and then charging again several times.
  • the gas suppression method for lithium sulfur batteries can be applied to the battery management system of the battery pack.
  • floating charging can be performed through a battery management system using the charge stored in the battery pack.
  • floating charging can be performed through a battery management system using charges stored in an independent battery separate from the battery pack.
  • the battery management system may be applied to an electric vehicle or other electric device.
  • the gas suppression method for a lithium sulfur battery or the gas suppression device for a lithium sulfur battery can be applied while the lithium sulfur battery 10 has an open circuit voltage corresponding to being partially or fully charged.
  • the float voltage may be supplied while the lithium-sulfur battery 10 has an open circuit voltage corresponding to being partially or fully charged.
  • a sulfur-carbon composite containing sulfur supported on a carbon nanotube was prepared as a positive electrode active material. At this time, the weight ratio of carbon nanotubes and sulfur was set to 1:3.
  • a positive electrode slurry was prepared by mixing polyacrylic acid (PAA) as a binder and carbon fiber as a conductive material. At this time, the weight ratio of the positive electrode active material, conductive material, and binder was 88:5:7.
  • Lithium metal was prepared as the cathode.
  • LiTFSI lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide
  • the prepared positive electrode and the negative electrode are placed face to face, placed in a pouch-type battery case with a polyethylene separator with a thickness of 16 ⁇ m and a porosity of 46% interposed between them, and then 70 ⁇ l of the electrolyte is injected to prepare a lithium-sulfur battery. did.
  • Both manufactured batteries were discharged to 1.8V at 0.1C, rested for 20 minutes, and then charged again to 2.4V at 0.1C to perform the formation process. Afterwards, gas was generated by waiting at 25°C for 2 days, and a degassing process to remove the gas was performed. Afterwards, each lithium-sulfur battery was stored in a separate storage unit, the temperature of the storage unit was set to 40°C, and stored for 3 days.
  • the voltage measurement unit of the gas suppression device measured the voltage of the lithium-sulfur battery once per second, and when the SOC was less than 100%, the current application unit applied current. At this time, the applied current was set to be less than 0.01C.
  • the gas suppression device according to the present invention was not applied and only the voltage was measured.
  • both the lithium-sulfur batteries of Example 1 and Comparative Example 1 were charged to 2.4V. Since the lithium sulfur battery according to Example 1 was applied to the gas suppression device according to the present invention, 2.4V was maintained. However, the lithium sulfur battery of Comparative Example 1 was slowly discharged and the voltage decreased.
  • the lithium sulfur battery according to Example 1 had no change in volume until 72 hours after storage, and it was confirmed that gas generation in the lithium sulfur battery was suppressed.
  • the lithium sulfur battery according to Comparative Example 1 was confirmed to have expanded in volume when observed 24 hours after storage, and this confirmed that gas was generated from the lithium sulfur battery.

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Abstract

리튬황 전지의 전압을 측정하는 전압 측정부; 상기 리튬황 전지의 전압을 일정 범위 내로 유지시키기 위해 전류를 인가하는 전류 인가부; 및 상기 전압 측정부의 전압 측정 결과를 기초로 상기 리튬황 전지의 전압이 일정 범위 이내로 유지될 수 있게 상기 전류 인가부를 제어하도록 구성된 제어부를 포함하는 리튬황 전지용 가스 억제 장치를 제공하여, 활성화 단계를 거친 리튬황 전지에서 가스가 발생되는 것을 억제할 수 있다.

Description

리튬황 전지용 가스 억제 장치 및 억제 방법
본 발명은 리튬황 전지의 가스 발생을 억제하는 장치와 가스를 억제하는 방법에 대한 것이다.
본 출원은 대한민국에서 2022년 8월 31일에 출원된 한국 특허 출원 제10-2022-0110383호 및 2022년 12월 23일에 출원된 한국 특허 출원 제10-2022-0183789호에 대한 우선권을 주장한다.
에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아짐에 따라, 휴대폰, 태블릿(tablet), 랩탑(laptop) 및 캠코더, 나아가서는 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기 자동차(HEV) 및 에너지 저장 장치와 시스템의 에너지까지 적용분야가 확대되면서, 전기화학소자에 대한 연구 및 개발이 점차 증대되고 있다. 전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목을 받고 있는 분야이고, 그 중에서도 충/방전이 가능한 리튬-황 전지 등의 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있으며, 최근에는 이러한 이차전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비 에너지 밀도를 향상시키기 위하여, 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발로 이어지고 있다.
이와 같은 이차전지 가운데 리튬황(LiS) 전지는 EV, HEV 및 에너지 저장장치와 시스템에서 높은 에너지 밀도를 가져, 리튬이온전지를 대체할 수 있는 차세대 이차전지로 각광받고 있다. 리튬황은 양극 활물질로 사용되는 것으로, 리튬황 전지 내에서 방전 시 황의 환원 반응과 리튬 메탈의 산화반응이 일어나며, 이 때, 황은 고리 구조의 S8로부터 선형 구조의 리튬 폴리설파이드(Li2S2, Li2S4, Li2S6, Li2S8)를 형성하게 되는데, 이러한 리튬-황 전지는 폴리설파이드(polysulfide, PS)가 완전히 LiS로 환원되기까지 단계적 방전 전압을 나타내는 것이 특징이다.
그런데, 리튬황 전지의 중간 생성물인 리튬 폴리설파이드는 전해질에 쉽게 용해되기 때문에 방전 반응 중에 지속적으로 녹아 나와 양극 활물질의 양이 감소하고, 전해질과의 반응으로 가스가 발생하게 된다. 결국, 전지 퇴화가 가속되고 가스 발생으로 인해 전지의 부피가 팽창하여 안정성을 확보할 수 없게 된다. 특히, 리튬황 전지는 고온에서 노출되는 경우가 많은데, 이러한 경우 상기와 같은 문제가 더욱 크게 발생할 수 있다. 특히, 리튬황 전지는 고온에 취약하고, 고온에 노출되는 경우 전해질의 반응에 의해 가스가 발생하는 것이 가속될 수 있다.
이에 따라 리튬황 전지의 제조 과정에서 가스를 미리 발생시켜 제거해주는 것으로 가스 발생을 억제하는 시도가 진행 중이다. 그러나 이러한 방법은 제조된 리튬황 전지를 EV, HEV 및 에너지 저장 장치와 시스템에 장착한 후 가스가 발생되는 것을 방지할 수는 없다는 문제점이 있다.
가스 발생을 억제하거나 가스가 발생되는 것을 방지하기 위하여 많은 연구와 개발이 이루어지고 있다. 예를 들어 리튬황 전지의 양극에 코팅을 하거나, 분리막에 첨가하거나 또는 전해질에 첨가제를 첨가하는 것들에 대한 연구 및 개발이 이루어지고 있다. 그러나 여전히 더 많은 연구 및 개발이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래기술의 결점을 극복하고, 특히 리튬황 전지에서 가스가 발생하는 것을 억제하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 하기의 가스 억제 장치 및 가스 억제을 통해 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견했다.
제1 구현예는,
활성화 단계를 거친 리튬황 전지의 가스를 억제하는 장치에 있어서,
리튬황 전지의 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정부;
상기 리튬황 전지로 전류를 인가하도록 구성된 전류 인가부; 및
상기 전압 측정부의 전압 측정 결과를 기초로, 상기 리튬황 전지의 전압이 일정 범위 이내로 유지될 수 있게 상기 전류 인가부를 제어하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 장치에 대한 것이다.
제2 구현예는, 제1 구현예에 있어서,
상기 제어부는, 상기 전압 측정부에서 측정된 전압을 미리 설정된 기준 전압과 비교하여, 상기 전압 측정부에서 측정된 전압이 상기 기준 전압 미만인 경우, 상기 전류 인가부가 상기 리튬황 전지로 전류를 인가하도록 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 장치에 대한 것이다.
제3 구현예는, 제1 구현예 또는 제2 구현예에 있어서,
리튬황 전지를 수납하는 수납부; 및 수납부 내의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하고,
상기 제어부는, 온도 측정부에서 측정된 온도에 따라서 상기 전압 측정부의 전압 측정 주기를 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 장치에 대한 것이다.
제4 구현예는, 제1 구현예 내지 제3 구현예 중 어느 하나에 있어서,
상기 리튬황 전지를 수납하도록 구성된 수납부; 및 상기 수납부 내의 온도를 조절하는 온도 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 장치에 대한 것이다.
제5 구현예는, 제1 구현예 내지 제4 구현예 중 어느 하나에 있어서,
상기 전류 인가부는 상기 리튬황 전지로 0.01C 이하의 전류를 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 장치에 대한 것이다.
제6 구현예는, 제1 구현예 내지 제5 구현예 중 어느 하나에 있어서,
상기 리튬황 전지는 활성화 단계를 거친 이후 24시간을 초과하기 전인 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 장치에 대한 것이다. 상기 리튬황 전지는 상기 활성화 단계가 종료된 상태로부터 24시간 이내인 것이며, 즉, 활성화 단계가 완료된 직후의 것이다.
제7 구현예는, 제1 구현예 내지 제6 구현예 중 어느 하나에 있어서,
상기 리튬황 전지는 SOC가 90% 이상이 되도록 충전된 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 장치에 대한 것이다.
제8 구현예는,
활성화 단계를 거친 리튬황 전지의 가스를 억제하는 방법에 있어서
소정 시간 경과에 따라 리튬황 전지의 전압을 측정하는 단계;
상기 전압 측정 결과를 기초로, 상기 리튬황 전지의 전압이 일정 범위 이내로 유지될 수 있게 전류를 인가하도록 제어하는 단계; 및
상기 제어에 의해 상기 리튬황 전지의 전압이 일정 범위 이내로 유지될 수 있게 전류를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 방법에 대한 것이다. 상기 리튬황 전지용 가스 억제 방법은 제1 내지 제7 구현예 중 어느 하나에 따른 가스 억제 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 상기 활성화 단계즉, 리튬황 전지가 수행된 활성화 단계는 상기 전압을 측정하는 단계보다 선행하는 단계일 수 있다.
제9 구현예는, 제8 구현예에 있어서,
상기 제어단계는, 상기 측정된 전압을 기준 전압(특히, 미리 설정된 기준 전압)과 비교하여, 상기 측정 단계에서 측정된 전압이 상기 기준 전압 미만인 경우 상기 리튬황 전지로 전류를 인가하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 방법에 대한 것이다.
제10 구현예는, 제8 구현예 또는 제9 구현예에 있어서,
상기 리튬황 전지를 수납부에 수납된 것이고,
상기 수납부의 온도를 측정하는 단계를 더 포함하고,
상기 전압 측정단계는 상기 측정된 수납부의 온도에 따라서 전압 측정 주기가 조절되는 것을 특징으로 하는 리튬황 전지의 가스 억제 방법에 대한 것이다.
제11 구현예는, 제10 구현예에 있어서,
상기 측정된 온도에 따라서 상기 수납부 내의 온도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 방법에 대한 것이다.
제12 구현예는, 제8 구현예 내지 제11 구현예 중 어느 하나에 있어서,
상기 전류 인가 단계는, 전류를 0.01C이하로 인가하는 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 방법에 대한 것이다. 예를 들어, 리튬황 전지에 초당 0.01A의 전류를 인가 하는 것이다.
제13 구현예는, 제8 구현예 내지 제12 구현예 중 어느 하나에 있어서,
상기 리튬황 전지는 전지 케이스에 수납된 것이고,
상기 전류 인가 단계는 상기 전지 케이스의 부피 변화가 1% 이하가 되도록 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 방법에 대한 것이다.
제14 구현예는, 제8 구현예 내지 제13 구현예 중 어느 하나에 있어서,
상기 활성화 단계는 상기 리튬황 전지를 1회 이상 충전 및 방전하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 방법에 대한 것이다.
제15 구현예는, 제8 구현예 내지 제14 구현예 중 어느 하나에 있어서,
상기 활성화 단계는, 상기 리튬황 전지를 0.02C 내지 5C의 전류로 충전 및 방전하는 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 방법에 대한 것이다.
제16 구현예는, 제8 구현예 내지 제15 구현예 중 어느 하나에 있어서,
상기 리튬황 전지는, 상기 활성화 단계에서 발생한 가스가 제거된 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 방법에 대한 것이다.
상기 구현예들은 배터리 관리 시스템 및 배터리 팩을 포함하는 전기 자동차에도 적용될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 리튬황 전지의 가스 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 특히, 본 발명의 경우, 리튬황 전지를 고온의 환경에 저장 또는 설치하는 경우에, 가스가 발생하는 것을 비교적 간단한 방법으로 억제할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 측면에 의하면, 리튬황 전지의 방전으로 발생하는 리튬폴리설파이드가 생성되는 것을 억제할 수 있다. 이로 인해, 리튬폴리설파이드가 전해액에 용해되어 발생하는 가스의 생성을 억제할 수 있고, 리튬폴리설파이드가 유기 용매나 리튬염과 화학적 반응을 일으켜 셀 열화가 일어나는 것을 방지할 수 있다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시 구성에서 설명하거나, 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 리튬황 전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 가스 억제 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 가스 억제 장치의 일 구현예에 따른 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 가스 억제 장치를 적용한 일 구현예에 따른 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 가스 억제 장치를 적용한 일 구현예에 따른 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 가스 억제 장치를 적용한 일 구현예에 따른 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일측면에 따른 리튬황 전지용 가스 억제 방법의 흐름도이다.
도 8은 실시예 1 및 비교예 1에 따른 리튬황 전지의 전압 및 전류 그래프이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면들에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 발명을 한정할 의도가 아니며, 로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 명세서에 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 기재한 경우, 이는 특별한 언급이 없는 한 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 그러나, "포함하는", "구성하는", "함유하는" 등과 같은 용어는 명시적으로 제외되지 않는 한 "구성되는"의 의미를 가질 가능성도 있다.
본 명세서에서 "A 및/또는 B"라는 표현은 "A, B 또는 이들 둘 모두"를 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "폴리설파이드"는 "폴리설파이드 이온(Sx 2-, x = 8, 6, 4, 2))" 및 "리튬 폴리설파이드(Li2Sx or LiSx, x = 8, 6, 4, 2)"를 포함하는 개념이다.
본 명세에서, 유사한 장치에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어인 "부"는, 전기회로, 명령을 실행하는 전기회로, 논리 전기회로 및 장치 중 적어도 하나를 의미할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 사용되는 "전류 인가부"는 전류를 인가하는 장치를 의미할 수 있고, 전류를 인가하는 것을 포함하는 전기회로를 의미할 수도 있다. 다른 예에서, 본 명세서에서 사용되는 "전압 측정부"는 전압을 측정하는 장치를 의미할 수 있고, 전압을 측정하는 것을 포함하는 전기회로를 의미할 수도 있다.
본 발명의 일측면에 따른 가스 억제 장치는, 활성화 단계를 거친 이후의 리튬황 전지에 대하여 가스가 발생하는 것을 억제하는 장치일 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 가스 억제 장치는 리튬황 전지에서 가스 발생을 억제하는데 적합하며, 여기서 상기 리튬황 전지는 리튬황 전지에 본 명세서에 기재된 바와 같은 활성화 단계를 적용한 후 제공될 수 있다.
상기 활성화 단계는 포메이션(formation)과정 및 디개싱(degassing)과정을 포함할 수 있다. 여기서 포메이션 과정은 전지를 충전 및 방전하여 전지의 용량을 확인하고 활성화시키는 과정으로, 예를 들어 0.02C 내지 5C의 전류로 리튬-황 배터리를 충방전함으로써 리튬황 전지를 활성화 시킬 수있다. 상기 디개싱 과정은 포메이션 과정에서 발생한 가스를 제거하는 과정을 의미한다. 상기 활성화 단계에서는 리튬황 전지에 전류를 인가하여 가스를 발생시키고, 발생된 가스를 제거할 수 있다. 그러나, 상기 활성화 단계에서 리튬황 전지에 전류를 인가하는 것과 별개로, 본 발명에 따른 장치는 활성화 단계를 거친 리튬황 전지에 전류를 인가하는 것으로 가스의 발생 자체를 억제할 수 있다. 상기 리튬황 전지는 예를 들어, 전자 및 전기 장치, EV 및 HEV, 에너지 저장 장치 및 시스템에 제조 및 저장 또는 설치될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 리튬황 전지의 사시도이다.
리튬황 전지(10)의 전지 케이스(20)의 형상은 코인형, 원통형, 각형, 파우치형 등일 수 있다. 전지 케이스(20) 내부에 배치되는 전극조립체(30)는 양극, 음극 및 분리막이 적층된 구조의 충방전 가능한 발전소자이다.
상기 전극 조립체(30)는 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 젤리롤형 전극 조립체일 수 있으며, 상기 양극 분리막 및 음극은 시트 형태로 구비될 수 있고, 시트 형태가 권취된 상태에서 제공될 수 있다. 상기 전극 조립체는 복수의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 두고 순차적으로 적층된 스택형 일 수 있으며, 또는 스택형 단위셀에 긴 길이의 분리막을 감은 스택/폴딩형 전극 조립체일 수 있다.
전지 케이스에는 충전 및 방전 중 전극 조립체의 도관 역할을 하는 전해질이 함유 될 수 있다. 상기 전해질은 액체 또는 고체일 수 있고, 예를 들어 에테르계 전해질과 같은 액체 유기 전해질이 될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며 다른 액체 또는 고체 기반 전해질이 사용될 수 있다.
상기 양극 및 음극은 각각 양극 리드(40) 및 음극 리드(50)에 연결될 수 있다. 도 1 은 전지 케이스(20)의 상면에 상기 양극 리드(40)와 음극 리드(50)이 함께 배치된 리튬황 전지를 도시한 것이다. 또한 도 1은 전지 케이스(20)의 상면에서 양극 리드 및 음극 리드 사이에 리튬황 전지의 안전을 위해 마련되는 밴팅부(60)를 도시하고 있다. 예를 들어, 리튬황 전지의 내부 압력이 비정상적으로 상승하여 밴팅부(60)가 활성화되면, 밴팅부(60)은 리튬황 전지를 방전시킬 수 있다.
상기 리튬황 전지의 충전 및 방전은 방전시 음극으로부터 리튬이 탈리되는 것과 충전시 음극으로 리튬이 삽입되는 것을 포함하며, 하기와 같이 표현할 수 있다.
방전:
황은 하기와 같이 리튬 이온(Li+)과 전자(e-)를 받아 환원되고,
S8 + 16Li+ + 16e- → 8L2S
리튬 금속은 하기와 같이 리튬 이온(Li+)과 전자(e-)를 제공하며 산화된다.
Li → Li+ + e-
충전:
황은 하기와 같이 리튬 이온(Li+)과 전자(e-)를 제공하며 산화되고,
8L2S → S8 + 16Li+ + 16e
리튬 금속은 하기와 같이 리튬 이온(Li+)과 전자(e-)를 받아 환원된다.
Li+ + e- → Li
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 가스 억제 장치(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일측면에 따른 가스 억제 장치(100)는 가스 억제 장치(100)는 전압 측정부(110), 전류 인가부(120) 및 제어부(130)를 포함하는 것일 수 있다.
전압 측정부(110)는 리튬 황전지의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다. 상기 전압 측정부(110)은 전압 센서를 이용하여 전압을 측정할 수 있다. 구체적으로, 전압 측정부(110)는 양극 접촉 단자 및 음극 접촉 단자를 더 포함할 수 있다. 여기서, 양극 접촉 단자 및 음극 접촉 단자는 각각 리튬황 전지(10)의 전극조립체와 전기적으로 연결된 양극 리드 또는 음극 리드에 각각에 접촉하도록 구성될 수 있다. 이와 같은 실시 구성에서, 전압 측정부(110)는, 양극 접촉 단자 및 음극 접촉 단자가 각각 리튬황 전지(10)의 양극 리드 및 음극 리드에 접촉된 상태에서, 리튬황 전지(10)의 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 전압 측정부(110)는, 이와 같이 측정된 전압 측정 결과를 제어부(130)로 전송할 수 있다.
전류 인가부(120)는 리튬황 전지(10)로 전류를 인가하도록 구성될 수 있다. 구체적으로 전류 인가부(120)는 전압 측정부(110)에 포함된 양극 접촉 단자 및 음극 접촉 단자를 이용하여 리튬황 전지(10)로 전류를 인가시킬 수 있다. 또는, 전류 인가부(120)는 리튬황 전지(10)의 양극 리드 및 음극 리드에 각각 접촉하는 별도의 양극 접촉 단자 및 별도의 음극 접촉 단자를 구비할 수 있으며, 전류 인가부 (120)은 이를 이용하여 맅뮤황 전지(10)에 전류를 인가할 수도 있다.
제어부(130)는 전압 측정부(110)의 전압 측정 결과를 수신하도록 구성될 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 전류 인가부(120)를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어부(130)는 전류 인가부(120)의 전류 크기나 전류 공급량, 전류 인가 시간 등을 제어할 수 있다. 이를 위해 제어부(130)는 전류 인가부(120)로 제어 신호를 공급할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부는 마이크로프로세서 또는 논리 전기 회로일 수 있다. 상기 제어부는 필요한 기능을 수행하기 위해 반도체 메모리 또는 외부 저장 매체와 같은 메모리에 저장된 명령어를 실행할 수 있다.
상기 제어부(130)는 이러한 전류 인가부(120)의 제어를 통해, 리튬황 전지(10)의 전압이 일정 범위 이내로 유지되도록 할 수 있다. 특히, 제어부(130)는 전압 측정부(110)의 측정 결과를 이용하여 전류 인가부(120)의 전류 인가를 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 가스 억제 장치(100)의 이러한 실시 구성에 의하면, 리튬황 전지(10)에서 가스가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 특히, 리튬황 전지(10)에서 가스가 발생하는 것이 억제되므로 리튬황 전지(10)가 팽창되는 것을 방지할 수 있고, 리튬황 전지에 데미지가 가해지는 것을 감소시켜 폭발의 위험성을 낮춰줄 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 억제 장치(100)의 이러한 실시 구성에 따르면, 리튬황 전지(10)가 일정 수준을 넘어서 방전되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 리튬황 전지(10)의 방전 과정에서, 양극 활물질이 반응하여 생성되는 중간생성물인 리튬폴리설파이드는 전해액에 쉽게 용해되는 성질을 갖고 있는데, 본 발명에 따른 가스 억제 장치(100)에 의해 리튬황 전지(10)의 방전이 방지되므로 리튬폴리설파이드가 전해액에 용해되어 반응하는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 리튬폴리설파이드가 전해액에 용해되는 것이 방지되므로, 양극 활물질의 양이 감소하는 것을 방지할 수 있고, 전해액이 변질되는 것도 방지할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 가스 억제 장치(100)의 실시 구성에 따르면, 리튬황 전지(10)가 상온(예를 들어, 23℃) 이상의 고온 환경에서 저장될 때 가스가 발생하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 예를 들어, 리튬황 전지(10)가 30℃ 이상 또는 40℃ 이상에서 보관되는 경우 가스가 발생하기 쉬울 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 가스 억제 장치(100)를 리튬황 전지(10)에 적용하는 경우 리튬황 전지(10)에서 가스가 발생하는 것을 비교적 간편하게 억제할 수 있게 된다.
본 발명의 일 구현예에서, 제어부(130)는 전압 측정부(110)에서 측정된 전압을, 미리 설정된 기준 전압과 비교하도록 구성될 수 있다. 여기서, 기준 전압은 리튬황 전지(10)의 완전 충전 전압을 기준으로 미리 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 기준 전압은 리튬황 전지(10)의 완전 충전 전압의 90%, 95%, 98% 또는 100%가 되는 전압으로 설정될 수 있다. 다만, 이러한 기준 전압은, 리튬황 전지(10)의 종류나 제조 방법, 보관 방법, 리튬황 전지가 설치된 장치, 차량 또는 시스템 등 여러 조건에 따라 다양하게 설정될 수 있음은 물론이다. 기준 전압은, 제어부(130)에 내장된 메모리(예를 들어, 반도체 메모리)나 제어부(130)의 외부에 구비된 다른 다양한 저장 매체에 저장될 수 있다.
또한, 제어부(130)는 전압 측정부(110)에서 측정된 전압이 기준 전압 미만인지 여부를 판단하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 기준 전압이 2.4V로 설정된 경우, 제어부(130)는 전압 측정부(110)에 의한 측정 전압이 2.4V 미만인지 여부를 판단할 수 있다. 그리고, 측정 전압이 기준 전압 미만인 경우, 제어부(130)는 전류 인가부(120)를 제어하여 리튬황 전지(10)로 전류를 인가되도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 실시예와 같이, 기준 전압이 2.4V로 설정된 상태에서, 리튬황 전지(10)의 측정 전압이 2.4V 미만, 이를테면 2.39V인 경우, 제어부(130)는 전류 인가부(120)로 하여금 리튬황 전지(10)로 전류를 인가하도록 할 수 있다.
본 발명의 이러한 구현예에 의하면, 리튬황 전지(10)의 가스 억제 효과가 더욱 향상될 수 있다. 특히, 리튬황 전지(10)가 방전되는 경우 리튬폴리설파이드가 생성될 수 있는데, 상기 구현예와 같이 기준 전압을 리튬황 전지(10)의 완전 충전 전압에 근사하게 설정함으로써, 리튬황 전지(10)가 방전되는 즉시 전류가 인가되도록 할 수 있다. 따라서, 이 경우 리튬폴리설파이드의 생성이 효과적으로 억제될 수 있고, 이에 따라 리튬황 전지(10)에서 가스가 생성되는 것을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 본 발명에 따른 가스 억제 장치(100)의 전압 측정부(110)는 주기적 또는 비주기적으로 상기 리튬황 전지(10)의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 전압 측정부(110)는 리튬황 전지(10)의 전압을 0.01 초 내지 1시간, 0.1초 내지 10분 또는 5초마다 주기적으로 측정하도록 구성될 수 있다. 또는, 전압 측정부(110)는 0.01초 내지 100초 이내의 범위에서 특정 주기마다 전압을 측정할 수도 있다. 다만, 이러한 전압 측정 주기는 리튬황 전지(10)의 종류나 주변 온도 등, 여러 상황에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 본 발명에 따른 가스 억제 장치(100)는 하나 또는 그 이상의 리튬황 전지를 수납하는 수납부(140)를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 수납부(140)은 상기 가스 억제 장치(100)로부터 분리될 수도 있다. 상기 수납부(140)는 다양한 형태, 모양 크기 내지 재질을 가질 수 있다. 예를 들어, 수납부(140)는 전자 장치의 리튬황 전지를 위한 저장 공간일 수 있고, EV 또는 HEV의 리튬황 전지 팩을 위한 저장 공간일 수 있고, 리튬황 전지를 위한 저장 챔버, 에너지 저장 장치 또는 시스템에서 하나 이상의 리튬황 전지를 위한 저장 공간 등일 수 있다.
예를 들어, 상기 수납부(140)는 내부에 빈 공간을 구비하여 하나 이상의 리튬황 전지(10)를 수납 내지 보관 또는 설치 할 수 있도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 수납부(140)는 리튬황 전지(10)와 함께 본 발명에 따른 가스 억제 장치(100)의 전압 측정부(110), 전류 인가부(120) 및 제어부(130)가 모두 수납되도록 구성될 수도 있다. 또한, 상기 수납부(140)는 하나 이상의 리튬황 전지(10)를 보관할 수 있는 공간을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 리튬황 전지(10)를 수납부(140)에 수납하는 것으로 수납부(140) 외부 환경에 리튬황 전지(10)가 영향을 받지 않도록 할 수 있다. 예를 들어, 수납부(140)는 외부에서 이물질이 침투하는 것을 방지하여 리튬황 전지(10)를 보호하여 안전하게 보관할 수 있게 하는 울(enclosure)일 수 있다. 그리고, 상기 수납부(140)는 본 발명에 따른 가스 억제 장치(100)의 리튬황 전지(10) 및 전압 측정부(110), 전류 인가부(120) 및 제어부(130)를 외부의 기계적(충격, 낙하 등) 영향으로부터 보호하는 수단(예를 들어, 충격 흡수 장치)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 본 발명에 따른 가스 억제 장치(100)는 온도 측정부(150)를 더 포함할 수 있다.
상기 온도 측정부(150)는 리튬황 전지(10)의 온도를 측정할 수 있도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 온도 측정부(150)는 온도 센서를 이용하여 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 온도 측정부(150)는 본 발명에 따른 가스 억제 장치의 주변 온도, 리튬황 전지(10)의 표면 온도, 리튬황 전지(10)의 주변온도, 및/또는 리튬황 전지(10)가 수납부(140)에 수납된다면 수납부(140)의 온도 등 다양한 위치의 온도를 측정할 수 있다.
상기 온도 측정부(150)는 측정된 온도 정보를 제어부(130)로 전송하도록 구성될 수도 있다. 상기 측정된 온도 정보는 예를 들어, 본 발명에 따른 가스 억제 장치의 주변 온도, 리튬황 전지(10)의 표면 온도, 리튬황 전지(10)의 주변 온도, 및/또는 수납부(140)의 온도 등일 수 있다. 그러면, 제어부(130)는 온도 측정부(150)에서 측정된 온도 정보에 따라서 전압 측정부(110)의 전압 측정 주기(특히, 전압이 측정되는 시간 간격)를 조절하도록 구성될 수 있다.
이와 같은 구현예에서, 기준 온도가 미리 설정되어 제어부(130)의 메모리나 다른 구성요소(제어부에 연결되거나 연결될 수 있는 외부 저장매체 등)에 미리 저장될 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 온도 측정부(150)에서 측정된 온도를 미리 설정된(및/또는 미리 저장된) 기준 온도와 비교할 수 있다. 이때, 온도 측정부(150)에서 측정된 온도가 기준 온도보다 높은 경우 제어부(130)는 전압 측정부(110)의 전압 측정 주기를 짧게 할 수 있다.
예를 들어, 측정된 온도가 기준 온도보다 낮은 경우, 전압 측정부(110)의 전압 측정 주기가 100초인 상태에서, 측정된 온도가 기준 온도보다 높아지게 되면, 제어부(130)는 전압 측정 주기가 10초가 되도록 전압 측정부(110)를 제어할 수 있다. 리튬황 전지(10)는 높은 온도에서 방전되는 속도가 더욱 빠를 수 있다. 상기 구현예에 의하면, 방전 속도가 빠른 온도 구간에서 전압을 측정하는 주기를 짧게 함으로써 리튬황 전지(10)가 방전되는 즉시(또는 미리) 전류가 인가되도록 할 수 있고, 가스 억제 효과를 향상 시킬 수 있다.
반면, 온도 측정부(150)에서 측정된 온도가 상기 기준 온도보다 낮은 경우 상기 제어부(130)는 전압 측정부(110)의 전압 측정 주기를 길게 할 수 있다. 리튬황 전지(10)는 낮은 온도에서는 방전되는 속도가 느릴 수 있기 때문에 상기 전압 전압 측정부(110)가 전압을 측정하는 주기를 길게 하여 잦은 전압 측정으로 인한 에너지 소모를 줄일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 전류 인가부(120)는 0.01C 이하의 C-rate로 리튬황 전지(10)에 전류를 인가하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 전류 인가부(120)는 0.0005C 이상, 0.001C 이상 또는 0.005C 이상의 C-rate로 리튬황 전지(10)에 전류를 인가하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 전류 인가부(120)는 리튬황 전지(10)로 0.01C 이하 또는 0.0005C 이상의 C-rate로 전류를 인가하도록 구성될 수 있다. 그리고 이러한 전류 인가부(120)의 C-rate 제어 동작은 제어부(130)에 의해 이루어질 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 장치에 적용되는 리튬황 전지(10)가 일정 수준 이상 방전된 상태인 경우 전류 인가부(120)는 0.02C 내지 5C의 C-rate로 전류를 인가할 수 있다. 또한, 전류 인가부(120)는 0.02C 이상, 0.05C 이상, 0.1C 이상 또는 0.5C 이상의 C-rate로 전류를 인가할 수 있다. 또한, 전류 인가부(120)는 2C 이하 또는 1C 이하와 같이 설정된 C-레이트로 전류를 인가할 수 있다. 더 나아가, 전류 인가부(120)는, 0.02C 내지 2C, 0.05C 내지 2C, 0.05C 내지 1C, 0.1C 내지 1C, 또는 0.5C 내지 1C와 같은 여러 설정 C-rate로 전류를 인가할 수 있다.
특히, 전류 인가부(120)는, 리튬황 전지(10)의 SOC(State Of Charge)에 따라, 인가 전류 C-rate를 변화시키도록 구성될 수 있다. 더욱이, 전류 인가부(120)는, 리튬황 전지(10)의 SOC가 증가하는 경우, 인가 전류 C-rate가 단계적으로 낮아지도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 리튬황 전지(10)의 SOC가 97% 이하(예컨대, 90% 내지 97%)인 경우, 전류 인가부(120)는 0.02C 내지 0.05C 또는 0.02C의 C-rate로 리튬황 전지(10)로 전류를 인가할 수 있다. 그리고, 리튬황 전지(10)의 SOC가 97%(예컨대, 98% 내지 99.5% 또는 98% 내지 99.9%)를 초과하는 경우, 전류 인가부(120)는 0.005C 내지 0.01C 또는 0.01C의 C-rate로, C-rate를 낮추어 리튬황 전지(10)로 전류를 인가할 수 있다. 즉, 상기 실시 구성에서 전류 인가부(120)는, 일정 수준까지는 상대적으로 높은 C-rate로 리튬황 전지(10)를 충전시키다가, 이후 리튬황 전지(10)가 일정 수준 이상으로 충전된 경우에는 낮은 C-rate로 전류를 인가할 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면 리튬황 전지(10)의 SOC가 낮을 때는 고속 충전을 할 수 있게 되고, SOC가 높아지면 안전하게 충전할 수 있게 된다. 다만, 리튬황 전지(10)로 인가되는 전류는 상기 수치범위에 한정되는 것은 아니고, 리튬황 전지(10)를 과충전 시키거나 전지 자체를 손상시키지 않으면서도 리튬황 전지(10)를 적절하게 충전할 수 있는 C-rate로 전류를 인가할 수 있다.
본 발명에 따른 리튬황 전지(10)의 가스 억제 장치(100)는 온도 조절부(160)를 더 포함할 수 있다. 상기 온도 조절부(160)는, 수납부(140)의 내부 공간의 온도를 조절하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 온도 조절부(160)는 수납부(140)의 온도가 원하는 결과에 따라서, 0℃ 내지 40℃, 10℃ 내지 40℃, 20℃ 내지 40℃ 또는 상온(23℃)에서 40℃를 유지하도록 온도를 조절할 수 있다. 다만, 온도 조절부(160)에 의해 조절되는 수납부(140)의 온도는, 상기와 같은 온도 범위로 한정되는 것은 아니고 원하는 결과에 따라서 리튬황 전지(10)를 수납하기에 적절한 다른 다양한 온도를 유지하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면 리튬황 전지(10)를 적절한 온도에 보관할 수 있게 되고, 보관되는 온도는 상기 앞서 설명한 범위의 온도일 수 있다.. 특히, 고온의 상황에서는 리튬황 전지(10)가 빠르게 방전될 수도 있는데, 온도 조절부(160)가 리튬황 전지(10)를 보관하는 수납부(140) 내부의 온도를 조절하는 것으로 리튬황 전지(10)가 빠르게 방전되는 것을 억제할 수 있게 된다.
또한, 앞서 설명된 실시예와 같이 본 발명에 따른 가스 억제 장치(100)에 온도 측정부(150)가 함께 포함되는 경우, 온도 측정부(150)가 수납부(140) 내의 온도를 측정하고, 그 측정 정보를 제어부(130)에 전송할 수 있다. 그러면, 제어부(130)는 수납부(140) 내의 온도가 미리 설정된 기준 범위를 초과하거나 미달하는지 여부를 판단하여, 초과 또는 미달이라고 판단되는 경우 상기 온도 조절부(160)로 하여금 상기 수납부(140) 내의 온도를 기준 범위 내가 되도록 온도를 조절하도록 할 수 있다. 상기 온도 조절부(160)는 상기 제어부(130)에 의해 조종될 수 있으며 냉방기, 난방기 또는 냉난방 겸용기이거나 이를 구비할 수 있으며, 온도를 조절하는 기능을 가진 것이면 이에 해당될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 수납부(140)에 수납되는 리튬황 전지(10)는 활성화 단계를 거친 이후 24시간을 초과하기 전의 상태인 것일 수 있다. 즉, 수납부(140)는, 리튬황 전지(10)가 활성화 단계를 거친 이후 24시간을 넘기 전에 내부 공간에 수납되도록 할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 가스 억제 장치에 적용되는 리튬황 전지는 활성화 단계가 종료된 상태로부터 24시간 이내의 상태 다시말해 활성화 단계가 완료된 직후의 것일 수 있다.
더욱이, 리튬황 전지(10)는, 활성화 단계 후 10시간 이내, 더 나아가 5시간 이내, 특히 1시간 이내에 내부 공간에 수납될 수 있다. 리튬황 전지(10)가 방치되는 경우 자연적으로 방전될 수 있고, 방전될 때 리튬폴리설파이드가 생성될 수 있다. 이것을 예방하기 위하여, 리튬황 전지(10)는 활성화 단계를 거친 이후 상기 시간 범위 내에 본 발명에 따른 가스 억제 장치(100)에 적용되는 것이 좋다. 다만, 반드시 상기 시간 범위 내에 제한되는 것은 아니며, 온도 등 리튬황 전지(10)을 보관 및 방치하는 조건에 따라서 시간 범위는 바뀔 수 있다. 예를 들어, 높은 온도에서 방치되는 리튬황 전지(10)의 경우 자연 방전이 빨리 될 수 있기 때문에, 활성화 단계를 거친 이후 상기 시간 범위보다 더욱 빠른 시간 내에 본 발명에 따른 가스 억제 장치(100)에 적용되는 것이 좋다. 본 발명에 따른 가스 억제 장치(100)는 상기 활성화 단계가 수행된 이후의 리튬황 전지(10)에 적용될 수 있다.
리튬황 전지(10)는 활성화 단계에서 1회 이상 충전 및/또는 방전이 진행되고, 상기 충전 및/또는 방전이 진행되는 동안 가스가 발생될 수 있다. 그리고 충방 및/또는 방전 과정에서 발생한 가스는 제거 될 수 있다. 이후 충전된 리튬황 전지(10)는 상기 수납부(140)에 수납되는데, 충전 후 오랜 시간이 흐르는 경우(예컨대, 24시간을 초과하는 경우) 리튬황 전지(10)가 자연 방전되며 리튬폴리설파이드가 생성될 수 있고, 이에 따라 리튬황 전지(10)에서 가스가 생성될 수 있다.
그러므로 활성화 단계에서 충전된 리튬황 전지(10)는 최대한 빠른 시간 내에 본 발명에 따른 장치 및 수납부(140)에 수납되는 것이 좋다. 바람직하게는, 리튬황 전지(10)는 활성화 단계를 거친 직후 바로 수납부(140)에 수납되는 것이 좋다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 시간 범위에 한정되는 것은 아니고, 리튬황 전지(10)를 제조하는 공정에 따라 적절하게 선택될 수 있는 것이다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 활성화 단계를 거친 리튬황 전지(10)는 SOC(State Of Charge)가 90% 이상이 되도록 충전된 것일 수 있다. 본 발명에 따른 가스 억제 장치는 리튬황 전지(10)의 손상을 방지하기 위하여 리튬황 전지(10)로 0.01C이하의 전류를 인가하도록 구성될 수 있기 때문에, 활성화 단계를 거친 리튬황 전지(10)의 SOC가 낮은 경우 리튬황 전지(10)를 완전 충전시키는 데에 많은 시간이 소요될 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 가스 억제 장치에 적용되는 리튬황 전지(10)는 SOC가 상기 범위인 것이 될 수 있다. 다만, 활성화 단계를 거친 리튬황 전지(10)의 SOC는 상기 수치 범위에 한정되는 것은 아니고, SOC가 낮은 리튬황 전지(10)라도 본 발명에 따른 가스 억제 장치에 적용되어 본 발명에 따른 가스 억제 장치에 의해 충전될 수도 있다.
도 3는 본 발명에 따른 가스 억제 장치의 일 구현예에 따른 블록도이다.
수납부(140)에는 리튬황 전지(10), 온도 조절부(160) 및 온도 측정부(150)가 수납될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 수납부(140)는 온도 조절부(160) 및 온도 측정부(150)을 구비하지 않고, 온도 센서부와 냉방기 및/또는 난방기를 구비할 수 있다. 상기 리튬황 전지(10)는 전압 측정부(110) 및 전류 인가부(120)와 연결되어, 전압 측정부(110)는 리튬황 전지(10)의 전압을 측정하고, 전류 인가부(120)는 리튬황 전지(10)로 전류를 인가할 수 있다. 이때, 전압 측정부(110) 및 전류 인가부(120)와 연결된 제어부(130)가 측정된 전압을 기준 전압과 비교하여 전류 인가부(120)로 하여금 리튬황 전지(10)로 전류를 인가하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 온도 측정부(150) 및 온도 조절부(160)와 연결될 수 있다. 온도 측정부(150)가 측정한 수납부(140) 내부 온도를 제어부(130)가 수신하고, 제어부(130)는 수신된 온도가 기준 온도 범위를 벗어나는 경우 온도 조절부(160)를 제어하여 수납부(140) 내부의 온도를 조절할 수 있다.
도 4은 본 발명에 따른 가스 억제 장치가 적용되는 저장 챔버의 일 구현예에 따른 사시도이다. 도 4는 저장 챔버를 예시하고 있으나, 본 발명에 따른 가스 억제 장치는 에너지 저장 장치 및 에너지 저장 시스템에도 적용 가능하다.
수납부(140)에는 리튬황 전지(10)가 수납되고, 수납부(140) 내부의 벽면에는 온도 측정부(150) 및 온도 조절부(160)가 부착될 수 있다. 이때, 온도 측정부(150)과 온도 조절부(160)는 공간적으로 분리될 수 있다.
온도측정부(150)와 온도조절부(160)는 가스 억제 장치에 위치하고, 온도센서부(170)와 냉난방부(180)는 수납부(140)의 내벽에 위치될 수 있다. 구체적으로, 냉난방부는 압축/팽창 냉동 사이클 시스템일 수 있으며, 냉각기는 팬(fan)일 수 있다. 하나의 구현예에서, 냉난방부는 히트 펌프 또는 펠티어 효과 등을 이용한 열전 모듈일 수 있다.
전압 측정부(110)는 양극 접촉 단자 및 음극 접촉 단자를 통하여 리튬황 전지(10)의 양극 리드 및 음극 리드와 연결되어, 리튬황 전지(10)의 전압을 측정할 수 있다. 그리고 제어부(130)는 상기 측정된 전압을 수신하여 측정 결과를 기초로 리튬황 전지(10)의 전압이 일정 범위 이내료 유지될 수 있게 전류 인가부(120)를 제어하여 리튬황 전지(10)로 전류를 인가할 수 있다. 여기서, 전류 인가부(120)는 상기 양극 접촉 단자 및 음극 접촉 단자를 통하여 리튬황 전지(10)로 전류를 인가할 수 있다. 상기 제어부(130)는 온도 측정부(150)로부터 측정된 온도를 수신하여 측정 결과에 따라 수납부(140) 내의 온도를 미리 설정된 범위 내로 유지하도록 온도 조절부(160)를 제어할 수 있다.
그리고, 온도 측정부(150)는 온도 센서부(170)를 통해 수납부(140)의 내부 온도를 측정하고 상기 측정된 온도를 제어부(130)로 전송며, 상기 제어부(130)는 상기 측정된 온도를 수신할 수 있다. 그리고 상기 제어부(130)는 상기 측정된 온도 결과를 기초로 수납부(140)의 내부 온도가 일정 범위 이내로 유지될 수 있게 온도 조절부(160)를 제어하여 상기 수납부(140)의 온도를 조절하게 할 수 있다. 상기 온도 조절부(160)는 냉난방부(180)를 제어하여 수납부(140)의 온도를 조절할 수 있는 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 가스 억제 장치의 하나의 실시예에 대한 사시도인 것으로, 전기 자동차(예컨대, EV 또는 HEV)에 복수의 리튬황 전지(10)를 포함하는 배터리 팩을 포함하는 배터리 관리 시스템(BMS)(200) 및 수납부(140)를 도시한 것이다.
상기 BMS(200)는 배터리 팩의 배터리에 대한 파라미터를 관리할 수 있다. 상기 BMS(200)가 관리하는 배터리 파라미터는 배터리 팩의 전압, 개별 배터리의 전압, 배터리 팩의 온도, 배터리의 SOC(State Of Charge) 및 배터리 팩의 충전 정도, 배터리의 SOH(State Of Health), 배터리의 전압 균일성 및 배터리 팩의 SOP(State OF Power) 등을 포함할 수 있으며, 이 외에 배터리에 관계된 인자들을 더 포함할 수 있다. 상기 BMS(200)는 배터리 파라미터 관리의 일환으로, 본 발명에 따른 가스 억제 장치(100)을 포함할 수 있고, 상기 가스 억제 장치(100)는 BMS(200)이 포함하고 있는 전압 측정부 및 온도 측정부를 사용할 수 있다. 또한, 가스 억제 장치(100)은 별도의 전압 측정부 및 별도의 온도 센서부를 이용하도록 구성될 수도 있다.
도 5를 참조하면, 수납부(140)에는 복수개의 리튬황 전지(10)를 포함하는 배터리 팩이 수납될 수 있다. 그리고, 전압 측정부(110)는 양극 접촉 단자 및 음극 접촉단자를 구비할 수 있고, 상기 양극 접촉 단자 및 음극 접촉단자는 리튬황 전지(10)의 각각 양극 리드 및 음극 리드에 연결되는 것일 수 있다.
제어부(130)는 개별 리튬황 전지(10)의 전압을 측정한 결과를 수신할 수 있고, 수신된 전압에 따라 전류 인가부(120)를 제어하여 개별 리튬황 전지(10)에 전류를 인가하여 리튬황 전지(10)의 전압이 미리 정해진 범위 내로 유지되도록 할 수 있다. 상기 전류 인가부(120)는 양극 접촉 단자 및 음극 접촉 단자를 이용하여 개별 리튬황 전지(10)에 전류를 인가할 수 있다.
온도 측정부(150)는 온도 센서부(170)를 통해 수납부(140) 내부의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 제어부(130)로 전송할 수 있다. 그리고 제어부(130)는 측정된 온도 결과를 기초로 수납부(140) 내부의 온도가 미리 설정된 범위 내로 유지되도록 수납부(140)의 온도를 조절하도록 온도 조절부(160)를 제어할 수 있다.
수납부(140)의 공조는 EV의 공조 시스템에 의해 제공되는 것일 수 있다. 구체적으로, EV의 공조 시스템에 의해 공조된 공기가, 상기 공조 시스템에 연결된 도관(190)을 통해 수납부(140)로 공급될 수 있다. 상기 공조시스템은 공기를 조절하는 시스템으로 공조 장치일 수 있다. 예를 들어, 상기 공조시스템은 공기의 온도, 습도, 청정도, 흐름을 조절하는 것일 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 가스 억제 장치(100)를 적용한 전자 장치를 도식화한 것이다. 상기 전자 장치는 예를들어, 휴대폰, 테블릿, 노트북 컴퓨터, 캠코더가 될 수 있다.
수납부(140)는 리튬황 전지(10)를 수납할 수 있고, 전압 측정부(110)는 양극 접촉 단자 및 음극 접촉단자를 구비할 수 있고, 상기 양극 접촉 단자 및 음극 접촉단자는 리튬황 전지(10)의 양극 리드 및 음극 리드에 연결되는 것일 수 있다. 제어부(130)는 개별 리튬황 전지(10)의 전압을 측정한 결과를 수신할 수 있고, 수신된 전압에 따라 전류 인가부(120)를 제어하여 개별 리튬황 전지(10)에 전류를 인가하여 리튬황 전지(10)의 전압이 미리 정해진 범위 내로 유지되도록 할 수 있다. 상기 전류 인가부(120)는 양극 리드와 음극 리드에 연결되는 각각의 양극 접촉 단자 및 음극 접촉 단자를 이용하여 개별 리튬황 전지(10)에 전류를 인가할 수 있다.
본 발명에 따른 일 구현예에서, 수납부(140)의 온도 유지와 관련하여 가스 억제 장치는 냉각 시스템을 포함하지 않을 수 있다. 또다른 구현예에서, 가스 억제 장치는 냉각 시스템으로 팬을 구비할 수 있다.
상기 구현예에서, 온도 측정부(150)는 온도 센서부(170)을 통해 수납부(140) 내부 온도를 측정하고, 측정된 온도를 제어부(130)으로 전송할 수 있다. 또한 제어부(130)는 온도 조절부(160)를 제어하여 수납부(140)의 온도를 조절할 수 있으며, 수납부(140) 내부의 온도가 미리 정해진 범위 내로 유지될 수 있도록 할 수 있다. 그리고, 상기 온도 조절부(160)는 수납부(140)의 내부 온도를 미리 설정된 범위 내로 유지하도록 냉난방부(180)를 제어할 수 있다.
도 7는 본 발명의 일측면에 따른 리튬황 전지(10)용 가스 억제 방법의 흐름도이다.
이와 같은 본 발명의 일측면에 따르면, 활성화 단계(S100)를 거친 리튬황 전지(10)용 가스 억제 방법에 있어서, 리튬황 전지(10)의 전압을 측정하는 단계(S200); 리튬황 전지(10)로 전류를 인가하도록 제어하는 단계(S300); 및 리튬황 전지(10)로 전류를 인가하는 단계(S400)를 포함하는 리튬황 전지(10)용 가스 억제 방법이 제공된다.
상기 활성화 단계(S100)는 포메이션(formation)과정(S110) 및 디개싱(degassing)과정(S120)을 포함할 수 있다. 여기서 포메이션 과정(S110)은 전지를 1회 이상 충전 및 방전하여 전지의 용량을 확인하고 활성화시키는 과정이고, 디개싱 과정(S120)은 포메이션 과정(S110)에서 발생한 가스를 제거하는 과정을 의미한다. 상기 활성화 단계(S110)에서는 리튬황 전지(10)에 전류를 인가하여 가스를 발생시키고, 발생된 가스를 제거할 수 있다. 그러나, 상기 활성화 단계(S100)에서 리튬황 전지(10)에 전류를 인가하는 것과 별개로, 본 발명에 따른 가스 억제 장치는 활성화 단계(S100)를 거친 리튬황 전지(10)에 전류를 인가하는 것으로 가스의 발생 자체를 억제할 수 있다.
하기 단계들은 반도체 메모리 또는 외부 저장 매체와 같은 메모리에 저장된 명령어를 실행하는 제어부에 의해 수행 되는 것일 수 있다.
상기 리튬황 전지(10)의 전압을 측정하는 단계(S200)는 소정 시간 경과에 따라 리튬황 전지(10)의 전압을 측정하는 것일 수 있다. 리튬황 전지(10)의 전압을 측정하는 방법은 특정 방법으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 리튬황 전지(10)의 양극 리드 및 음극 리드에, 각각 양극 접촉 단자 및 음극 접촉 단자를 연결하여 리튬황 전지(10)의 전압을 측정할 수 있다.
상기 리튬황 전지(10)로 전류를 인가하도록 제어하는 단계(S300)는, 상기 측정된 전압을 기초로 리튬황 전지(10)의 전압이 일정 범위 이내로 유지될 수 있게 리튬황 전지(10)로 전류를 인가하도록 제어하는 단계이다.
상기 리튬황 전지(10)로 전류를 인가하는 단계(S400)는 리튬황 전지(10)로 전류를 인가하는 단계이다. 리튬황 전지(10)로 전류를 인가하는 방법은 특정 방법으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 전류 인가부(120)가 리튬황 전지(10)로 전류를 인가하는 경우, 상기 전압 측정부(10)와 연결된 양극 접촉 단자 및 음극 접촉 단자를 이용하여 리튬황 전지(10)로 전류를 인가할 수 있다. 또는, 전류 인가부(120)는 별도의 양극 접촉 단자 및 음극 접촉 단자를 구비하고, 이를 이용하여 리튬황 전지(10)로 전류를 인가할 수도 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 리튬황 전지(10)에서 가스가 억제하는 것을 억제할 수 있다. 특히, 리튬황 전지(10)가 상온을 초과하는 고온 환경에 노출되는 경우 본 발명에 따른 가스 억제 방법에 의하여, 리튬황 전지(10)에서 가스가 발생하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 그리고 가스가 발생하는 것이 억제되므로 리튬황 전지(10)가 팽창하는 것을 방지할 수 있고, 폭발의 위험성도 낮출 수 있게 된다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 활성화 단계(S100)는, 0.02C 내지 5C의 C-rate로 전류를 인가하여 전지를 1회 이상 충전 및 방전을 시키는 것일 수 있다. 다만, 충전 및 방전은 상기 C-rate 범위로 제한되는 것은 아니고 리튬황 전지(10) 손상시키지 않으면서도 충전시키기에 적절한 C-rate라면 모두 가능하다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 리튬황 전지(10)로 전류를 인가하도록 제어하는 단계(S300)는 전압 측정 단계(S200)에서 측정된 전압을 미리 설정된 기준 전압과 비교하여, 리튬황 전지(10)로 전류를 인가하도록 제어하는 것일 수 있다. 구체적으로, 측정된 기준 전압이 미리 설정된 기준 전압보다 낮은 경우 전류 인가부(120)가 리튬황 전지(10)로 전류를 인가할 수 있게 제어하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 전류 인가 단계(S400)는, 상기 리튬황 전지(10)의 전압이 미리 설정된 기준 전압 이상이 유지되도록 전류를 인가하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 미리 설정된 기준 전압은 리튬황 전지(10)의 완전 충전 전압의 100%, 99%, 98%, 또는 95%일 수 있다. 리튬황 전지(10)가 방전되는 경우 리튬폴리설파이드가 생성될 수 있고, 이에 따라 가스가 발생할 수 있으므로 리튬황 전지(10)의 전압을 완전 충전 전압으로 유지시키는 것이 가장 좋다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 전류 인가 단계(S400)는, 전류를 0.01C 이하 또는 0.0005C 이상의 C-rate로 전류를 인가하는 것일 수 있다. 다만, 전류 인가 단계에서 인가되는 전류의 세기는 상기 범위에 한정되는 것은 아니고, 리튬황 전지(10)를 손상시키지 않으면서 충전할 수 있는 범위 내에서 전류를 인가하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 전압 측정 단계(S200)의 전압 측정 주기는 주기적 또는 비주기적으로 리튬황 전지(10)의 전압을 측정할 수 있다. 예를 들어, 리튬황 전지(10)의 전압을 5초마다 주기적으로 측정하도록 구성될 수 있다. 또는, 0.01초 내지 100초의 범위에서 특정 주기마다 전압을 측정할 수도 있다. 다만, 이러한 전압 측정 주기는 리튬황 전지(10)의 종류나 주변 온도 등, 여러 상황에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 리튬황 전지(10)는 수납부(140)에 수납된 것이고, 수납부(140)의 온도를 측정하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다. 수납부(140)의 온도를 측정하는 방법은 특정 방법으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 수납부(140)는 내부 또는 내부 벽면에 온도 측정부(150)를 구비할 수 있고, 상기 온도 측정부(150)는 온도 센서부를 이용하여 온도를 측정하는 것일 수 있다.
그리고, 측정된 온도 측정부(150)에 따라 전압 측정 단계의 전압 측정 주기가 조절 될 수 있다. 예를 들어, 측정된 온도가 미리 설정된 기준 온도의 범위를 벗어 나는 경우 전압 측정 주기가 조절될 수 있다. 구체적으로, 측정된 온도가 기준 온도 범위를 초과하는 경우 전압 측정 주기를 빠르게 할 수 있다.
온도가 높은 경우 리튬황 전지(10)의 방전이 빨리 진행될 수 있으므로 전압 측정 주기를 짧게 하여 방전 즉시 전류 인가부(120)에서 리튬황 전지(10)로 전류를 인가시키기 위함이다. 반면, 온도 낮은 경우 리튬황 전지(10)의 방전이 느리게 진행될 수 있으므로 전압 측정 주기를 길게 하여 잦은 전압 측정으로 인한 에너지 소모를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 억제 방법은 온도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 온도 조절은 미리 설정된 기준 온도의 범위를 유지하도록 온도를 조절하는 것이며, 수납부(140) 내부의 온도를 조절하는 것일 수 있고, 특히 리튬황 전지(10)의 주변 온도를 조절하는 것일 수 있다. 예를 들어, 미리 설정된 기준 온도가 10℃ 내지 20℃인 경우에, 측정된 수납부(140) 내부의 온도가 30℃라면 수납부(140) 내부 온도가 20℃가 되도록 조절할 수 있다.
온도를 조절하는 방법은 냉난방부에 의해 수행될 수 있으며, 특정한 방법으로 제한되지 않는다. 상기 냉난방부는, 냉방기, 난방기 또는 냉난방 겸용기이거나 이를 구비할 수 있으며, 온도를 조절하는 기능을 가진 것으로 온도를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 리튬황 전지(10)는 전지 케이스에 수납된 것이고, 상기 전류 인가 단계는 상기 전지 케이스의 부피 변화가 1% 이하, 3% 이하, 5% 이하 또는 10% 이하가 되도록 전류를 인가하는 것일 수 있다. 상기 리튬황 전지(10)에 본 발명에 따른 가스 억제 방법을 적용하는 것으로 리튬폴리설파이드가 생성되는 것을 억제할 수 있고, 이에 따라 가스가 발생하는 것을 억제할 수 있으므로 전지 케이스의 부피 변화는 상기 범위를 만족할 수 있다.
본 발명은 일 구현예에서, 리튬황 전지용 가스 억제 방법은, 리튬황 전지(10)가 30℃ 이상, 40℃ 이상 또는 50℃이상에서 보관 또는 수납되는 경우에 적용될 수 있다. 보관 또는 수납되는 온도가 높은 경우 리튬황 전지의 방전이 더욱 빠르게 진행될 수 있으므로, 상기 온도 범위와 같은 높은 온도 범위에서 리튬황 전지(10)가 보관 또는 설치되는 경우에 본 발명에 따른 가스 억제 방법을 적용하는 한다면, 리튬폴리설파이드가 생성되는 것을 억제할 수 있고, 이에 따라 가스가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 다만, 본 발명에 따른 가스 억제 방법은 상기 온도 범위에서만 적용될 수 있는 것은 아니고 리튬황 전지를 보관 및 수납할 수 있는 온도 범위 또는 리튬황 전지가 정상적으로 작동할 수 있는 모든 온도 범위에서 적용될 수 있다.
본 발명은 일 구현예에서, 리튬황 전지용 가스 억제 방법은 리튬황 전지(10)에 부하가 가해지지 않을 때 적용 될 수 있다. 구체적으로, 리튬황 전지(10)에 전력을 소비하는 부하 등이 가해지지 않을 경우에 리튬황 전지(10)가 부동 충전 또는 균등 충전될 수 있고, 앞서 설명한 본 발명에 따른 가스 억제 방법이 적용될 수 있다.
본 발명은 일 구현예에서, 리튬황 전지용 가스 억제 방법은, 리튬황 전지(10)를 포함하는 전지 팩의 전지 관리 시스템에 적용될 수 있다. 예를 들어, 전지 관리 시스템은 전지 팩에 저장된 전하를 이용하여 리튬황 전지를 부동 충전할 수 있다. 또는, 전지 관리 시스템은 전지 팩 외부에 별도로 존재하는 별도의 전지 또는 전원공급장치로부터 리튬황 전지를 부동 충전 할 수 있다.
본 발명의 일 측면에서, 리튬황 전지의 가스를 억제하는 방법은 리튬황 전지가 완전 또는 일부 충전될 때까지 충전하는 단계; 및 리튬 황 전지를 부동충전(floating charge)하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 부동 충전 단계는 0.01C 이하의 C-rate로 수행되는 것일 수 있다. 리튬황 전지가 부동 충전되는 것으로 리튬황 전지의 수명이 길어질 수 잇는 장점이 있다.
상기 부동충전은 충전기, 전지, 부하를 병렬로 연결하여 충전기가 공급하는 전기, 전력 또는 전류로 전지를 충전하면서 부하에 전력을 공급하는 방식으로, 상기 충전기는 앞서 설명한 가스 억제 장치가 포함 될 수 있고, 상기 전지는 리튬황 전지가 될 수 있다. 이러한 부동충전은 부하의 소모 전력이 큰 경우, 충전기와 충전중인 전지로부터 동시에 부하로 전력을 공급할 수 있다. 또한, 부하에 소모되는 전력을 모두 충전기가 부담하고, 전지에는 자가방전을 보충할 정도의 약한 충전전류만 공급할 수도 있다.
상기 부동충전 단계는 리튬황 전지는 완전충전, 또는 완전충전 전압의 95% 이상으로 전압을 유지시킬 수 있다.
상기 부동충전 단계는, 0.01C 이하 또는 0.0005C 이상의 C-rate로 부동충전 될 수 있다.
상기 부동충전 단계는, 리튬황 전지의 완전충전 전압을 초과하지 않도록 부동충전 하는 것을 포함할 수 있다.
상기 부동충전 단계는, 리튬황 전지의 셀당 2.4V이하의 일정한 부동전압으로 부동충전 되는 것일 수 있다.
상기 부동충전 단계는 리튬황 전지에 부하가 가해지지 않을 때 리튬황 전지를 부동충전하는 것일 수 있다. 예를 들어, 리튬황 전지가 전기자동차에 연결된 상태이고, 전기자동차가 주차되어 동작하지 않는 상태에서 리튬황 전지는 부동충전될 수 있다.
상기 부동충전 단계는, 미리 정해진 시간 동안 리튬황 전지를 부동충전하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 미리 정해진 시간은 1시간 내지 10시간이 될 수 있으나 상기 시간 범위내로 한정되지는 않는다.
상기 부동충전 단계는, 리튬황 전지, 리튬황 전지를 수납하는 수납부 또는 리튬황 전지 주변의 온도가 30℃ 이상이 되는 경우 일정한 간격에 따라 수행되는 것일 수 있다. 예를 들어, 리튬황 전지의 주변 온도가 30℃ 이상인 경우에 1시간 간격으로 부동충전이 수행되어 리튬황 전지를 충전 할 수 있다.
상기 부동충전 단계는 리튬황 전지, 리튬황 전지를 수납하는 수납부 또는 리튬황 전지 주변의 온도가 30℃ 이상, 또는 40℃ 이상일 때 수행될 수 있다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 부동충전 단계와 선택적으로, 균등충전, 자동충전 또는 회복충전하는 단계를 포함할 수도 있다. 균등 충전은 여러 개의 전지를 한 조로 하여 장시간 사용하면 각 전지의 특성 차이에 의하여 충전상태가 균일하지 않고 전위차가 발생하는 것을 전지의 축전전압보다 약 10 % 높은 전압을 공급하여 충전하므로 각 전지가 균일한 전압으로 충전 되도록 하는 방식이다. 자동충전은 전지의 방전량에 따라 충전 초기에는 균등충전으로 충전하고 완전충전 상태에 도달하면 부동 충전으로 자동 변환하여 연속적으로 부동충전하는 것이고, 회복충전은 정전류 충전에 의하여 약한 전류로 40-50시간 충전시킨 다음 방전시키고 다시 충전하는 과정을 여러 번 반복하여 극판이 본래의 상태로 회복되도록 하는 방식이다.
본 발명의 일 구현예에서, 리튬황 전지용 가스 억제 방법은 전지 팩의 전지 관리 시스템(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 여기서, 전지 팩에 저장된 전하를 이용하여 전지 관리 시스템을 통해 부동충전을 수행할 수 있다. 또한, 전지 팩과 별도의 독립한 전지에 저장된 전하를 이용하여 전지 관리 시스템을 통해 부동충전을 수행할 수 있다. 여기서, 상기 전지 관리 시스템은 전기자동차 또는 기타 전기 장치에 적용되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 리튬황 전지용 가스 억제 방법 또는 리튬황 전지용 가스 억제 장치는 리튬황 전지(10)가 일부 또는 완전 충전된 것에 대응하는 개방 회로 전압을 갖는 동안 적용될 수 있다. 구체적으로, 부동 전압은, 리튬황 전지(10)가 일부 또는 완전 충전된 것에 대응하는 개방 회로 전압을 갖는 동안 공급될 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 실시예 및 비교예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 통상의 기술자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
2개의 리튬황 전지를 다음과 같은 형태로 동일하게 제조하였다.
양극활물질로 탄소나뉴튜브에 황이 담지된 황-탄소복합체를 준비하였다. 이때 탄소나노튜브와 황의 중량비를 1:3으로 하였다. 여기에, 바인더로 폴리아크릴산(polyacrylic acid, PAA)을, 도전재로 탄소섬유(Carbon fiber)을 혼합하여 양극 슬러리를 제조하였다. 이때, 양극활물질, 도전재 및 바인더의 중량비는 88:5:7이었다.
음극으로는 리튬 금속을 준비하였다.
전해질로는 1,3-디옥솔란과 디메틸 에테르(DOL:DME=1:1(부피비))로 이루어진 유기 용매에 0.75M 농도의 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드(LiTFSI)와 1 중량%의 질산 리튬(LiNO3)를 용해시킨 혼합액을 제조하였다.
상기 제조한 양극과, 음극을 대면하도록 위치시키고 그 사이에 두께 16 ㎛, 기공도 46 %의 폴리에틸렌 분리막을 개재하여 파우치형 전지케이스에 내장한 후, 상기 전해질 70 ㎕를 주입하여 리튬황 전지를 제조하였다.
제조된 2개의 전지 모두 0.1C로 1.8V까지 방전 후 20분 휴식기를 거치고, 다시 0.1C로 2.4V까지 충전하여 포메이션 과정을 수행하였다. 이후 25℃에서 2일 대기하여 가스를 발생시키고, 가스를 제거하는 디개싱 과정을 수행하였다. 이후 각각의 리튬황 전지를 별도의 수납부에 수납하고, 수납부의 온도를 40℃로 설정하고 3일간 보관하였다.
실시예 1
수납부에 저장된 리튬황 전지 중 1개를 본 발명에 따른 가스 억제 장치에 적용시켰다. 가스 억제 장치의 전압 측정부는 1초에 1회씩 리튬황 전지의 전압을 측정하여 SOC 100% 미만인 경우 전류 인가부에서 전류를 인가하게 했다. 이때, 인가되는 전류는 0.01C 미만이 되도록 설정하였다.
비교예 1
수납부에 저장된 리튬황 전지 중 다른 1개는 본 발명에 따른 가스 억제 장치를 적용하지 않고, 전압만 측정하였다.
실시예 1 및 비교예 1에 따른 리튬황 전지의 전압 및 전류의 그래프를 도 8에 나타내었다.
활성화 단계에서의 충전을 통해, 실시예 1 및 비교예 1의 리튬황 전지 모두 2.4V까지 충전되었다. 이후 실시예 1에 따른 리튬황 전지는 본 발명에 따른 가스 억제 장치에 적용되어 있으므로 2.4V가 유지되었다. 그러나, 비교예 1의 리튬황 전지는 서서히 방전되어 전압이 감소되었다.
실시예 1 및 비교예 1의 리튬황 전지의 전지케이스 부피 변화를 관찰하였다.
실시예 1에 따른 리튬황 전지는 저장 후 72시간까지 부피 변화가 없었고, 이것으로 리튬황 전지에서의 가스 발생이 억제된 것을 확인할 수 있었다.
반면, 비교예 1에 따른 리튬황 전지는 저장 후 24시간 뒤 관찰하였을 때 부피가 팽창한 것을 확인할 수 있었고, 이것으로 리튬황 전지에서 가스가 발생된 것을 확인할 수 있었다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (16)

  1. 활성화 단계를 거친 리튬황 전지의 가스를 억제하는 장치에 있어서,
    리튬황 전지의 전압을 측정하도록 구성된 전압 측정부;
    상기 리튬황 전지로 전류를 인가하도록 구성된 전류 인가부; 및
    상기 전압 측정부의 전압 측정 결과를 기초로, 상기 리튬황 전지의 전압이 일정 범위 이내로 유지될 수 있게 상기 전류 인가부를 제어하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 전압 측정부에서 측정된 전압을 미리 설정된 기준 전압과 비교하여, 상기 전압 측정부에서 측정된 전압이 상기 기준 전압 미만인 경우, 상기 전류 인가부가 상기 리튬황 전지로 전류를 인가하도록 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    리튬황 전지를 수납하는 수납부; 및 수납부 내의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 온도 측정부에서 측정된 온도에 따라서 상기 전압 측정부의 전압 측정 주기를 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 리튬황 전지를 수납하도록 구성된 수납부; 및 상기 수납부 내의 온도를 조절하는 온도 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 전류 인가부는 상기 리튬황 전지로 0.01C 이하의 전류를 인가하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 리튬황 전지는 활성화 단계를 거친 이후 24시간을 초과하기 전인 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 리튬황 전지는 SOC가 90% 이상이 되도록 충전된 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 장치.
  8. 활성화 단계를 거친 리튬황 전지의 가스를 억제하는 방법에 있어서
    리튬황 전지의 전압을 측정하는 단계;
    상기 전압 측정 결과를 기초로, 상기 리튬황 전지의 전압이 일정 범위 이내로 유지될 수 있게 전류를 인가하도록 제어하는 단계; 및
    상기 제어에 의해 상기 리튬황 전지의 전압이 일정 범위 이내로 유지될 수 있게 전류를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제어단계는, 상기 측정된 전압을 미리 설정된 기준 전압과 비교하여, 상기 측정된 전압이 상기 기준 전압 미만인 경우 상기 리튬황 전지로 전류를 인가하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 리튬황 전지를 수납부에 수납된 것이고,
    상기 수납부의 온도를 측정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 측정된 수납부의 온도에 따라서 전압 측정 주기가 조절되는 것을 특징으로 하는 리튬황 전지의 가스 억제 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 측정된 온도에 따라서 상기 수납부 내의 온도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 방법.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 전류 인가 단계는, 전류를 0.01C이하로 인가하는 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 방법.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 리튬황 전지는 전지 케이스에 수납된 것이고,
    상기 전류 인가 단계는 상기 전지 케이스의 부피 변화가 1% 이하가 되도록 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 방법.
  14. 제8 항에 있어서,
    상기 활성화 단계는 상기 리튬황 전지를 1회 이상 충전 및 방전하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 방법.
  15. 제8 항에 있어서,
    상기 활성화 단계는, 상기 리튬황 전지를 0.02C 내지 5C의 전류로 충전 및 방전하는 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 방법.
  16. 제8 항에 있어서,
    상기 리튬황 전지는, 상기 활성화 단계에서 발생한 가스가 제거된 것을 특징으로 하는 리튬황 전지용 가스 억제 방법.
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