WO2024136057A1 - 전극 저항 측정 장치 - Google Patents

전극 저항 측정 장치 Download PDF

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WO2024136057A1
WO2024136057A1 PCT/KR2023/016018 KR2023016018W WO2024136057A1 WO 2024136057 A1 WO2024136057 A1 WO 2024136057A1 KR 2023016018 W KR2023016018 W KR 2023016018W WO 2024136057 A1 WO2024136057 A1 WO 2024136057A1
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WO
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conductive
gdl
electrode
measuring device
resistance measuring
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Application number
PCT/KR2023/016018
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English (en)
French (fr)
Inventor
김혁
정혁
나균일
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode resistance measuring device that enables single-sheet measurement of individual electrodes with high reproducibility in measuring the through-plane resistance of an electrode.
  • the surface resistance of the electrode that matches the direction in which electrons flow is directly related to the battery's performance.
  • surface-passage resistance measurement makes it possible to identify non-uniformity in the vertical direction of electrodes coated by wet coating and can be applied to quality control of batteries.
  • the existing surface-through resistance measurement involves attaching a pair of terminals 1101 and 1102 for measuring the resistance of the electrode 1011 to both sides of the electrode 1011, respectively, and then using the power supply device 1200. ) can be performed by applying current to both terminals 1101 and 1102 and measuring the resistance thereto.
  • the contact portions of the terminals 1101 and 1102 for measuring electrode resistance may be formed as flat surfaces. At this time, due to the high contact resistance between the electrode 1011 and the terminals 1101 and 1102, the reproducibility of the surface-through resistance measurement is poor.
  • the present invention relates to an electrode resistance measuring device, which provides an electrode resistance measuring device that enables single-sheet measurement of individual electrodes with high reproducibility in measuring the through-plane resistance of electrodes. will be.
  • a resistance measuring unit electrically connected to the upper terminal and the lower terminal to measure the resistance of the electrode to be measured
  • a microporous layer may be formed on the bottom surface of the upper terminal and the upper surface of the lower terminal.
  • the electrode resistance measuring device of the present invention measures the through-plane resistance of electrodes, and can enable single-sheet measurement of individual electrodes with high reproducibility.
  • the electrode resistance measuring device of the present invention can minimize contact resistance between electrodes and terminals when measuring surface resistance.
  • the electrode resistance measuring device of the present invention forms a microporous conductive layer on the surface of the terminal in contact with the electrode and completely adheres to the surface of the rough individual electrode, thereby obtaining resistance measurement values for the individual electrode with minimal contact resistance. You can.
  • Figure 2 is a perspective view showing one embodiment of the electrode resistance measuring device of the present invention.
  • Figure 4 is a perspective view showing another embodiment of the electrode resistance measuring device of the present invention.
  • Figure 5 is a graph showing through-plane resistance measurement values according to Examples 1 and 2 and Comparative Example.
  • a resistance measuring unit electrically connected to the upper terminal and the lower terminal to measure the resistance of the electrode to be measured
  • a microporous layer may be formed on the bottom surface of the upper terminal and the upper surface of the lower terminal.
  • the material of the microporous layer may include at least one of carbon, conductive metal, and conductive polymer.
  • the upper terminal is made of a conductive material and has a conductive press plate whose bottom is formed as a plane perpendicular to the vertical direction, and a first GDL (gas diffusion) fixed to the bottom of the conductive press plate. layer), wherein the lower terminal includes a conductive support plate made of a conductive material and whose upper surface is formed as a plane perpendicular to the vertical direction, and a second GDL fixed to the upper surface of the conductive support plate, wherein the second GDL A space between the first GDL and the conductive pressure plate and between the second GDL and the conductive support plate may be fixed with conductive paste.
  • the material of the conductive pressing plate and the conductive support plate may include at least one of transition metals, aluminum, and carbon on the periodic table.
  • the first GDL and the second GDL may include a microporous layer and a carbon fiber layer.
  • the upper surface of the carbon fiber layer of the first GDL is adhered to the bottom surface of the conductive pressure plate by the conductive paste, and the bottom surface of the carbon fiber layer of the first GDL is provided with a microporous layer.
  • the bottom surface of the carbon fiber layer of the second GDL may be adhered to the top surface of the conductive support plate using the conductive paste, and a microporous layer may be laminated on the top surface of the carbon fiber layer in the second GDL.
  • the conductive paste is obtained by mixing conductive particles, a binder, and a solvent in a paste state, and the material of the conductive particles of the conductive paste is carbon black, graphite, CNT, graphene, and transition metal. and at least one of aluminum, and the size of the conductive particles of the conductive paste may have a D 50 of 20 ⁇ m or less.
  • the conductive paste may be formed to a thickness of 20 ⁇ m to 200 ⁇ m between the first GDL and the conductive pressure plate and between the second GDL and the conductive support plate. .
  • the thickness of the microporous layer of the first GDL and the microporous layer of the second GDL may be 20 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • a load body for pressing the electrode to be measured may be laminated on the upper surface of the upper terminal.
  • the upper terminal and the load body may be provided in a disk shape.
  • the terms “center”, “top”, “bottom”, “left”, “right”, “vertical”, “horizontal”, “inside”, “outside”, “one side” The orientation or positional relationship indicated by “, “other side”, etc. is based on the orientation or positional relationship shown in the drawings or the orientation or positional relationship normally placed when using the product of the present invention, and is for the purpose of explanation and brief explanation of the present invention. However, it does not suggest or imply that the displayed device or element must necessarily be constructed or operated in a specific orientation and should not be construed as limiting the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view showing one embodiment of the electrode resistance measuring device of the present invention.
  • Figure 3 is a cross-sectional view showing the upper terminal 100 and the lower terminal 200 in close contact with the electrode 11 to be measured.
  • Figure 4 is a perspective view showing another embodiment of the electrode resistance measuring device of the present invention.
  • Figure 5 is a graph showing through-plane resistance measurement values according to Examples 1 and 2 and Comparative Example.
  • the electrode resistance measuring device of the present invention may be capable of measuring through-plane resistance with high reproducibility for individual electrodes.
  • It includes a resistance measuring unit 300 that is electrically connected to the upper terminal 100 and the lower terminal 200 to measure the resistance of the measurement target electrode 11,
  • Micro porous layers 111 and 211 may be formed on the bottom of the upper terminal 100 and the upper surface of the lower terminal 200.
  • the measurement target electrode 11 may be provided in a planar shape perpendicular to the vertical direction.
  • the measurement target electrode 11 may be made of a conductive material and may be provided in the shape of a plate or sheet.
  • the electrode 11 to be measured may be formed by applying electrode slurry to copper foil (Cu foil) or aluminum foil (Al foil) and then drying it.
  • Electrode slurry is obtained by mixing an active material, a conductive material, a binder, and a solvent into a paste, or kneading a conductive material, a binder, and a solvent to improve the adhesion between an electrode containing an active material and a conductive foil as a current collector. It may be obtained by mixing.
  • the surface on which the electrode slurry is dried may be rough depending on the situation and may not be formed as an ideal plane.
  • the area of the bottom of the upper terminal 100 or the top of the lower terminal 200 may be the same as or smaller than the area of the electrode 11 to be measured.
  • the bottom surface of the upper terminal 100 and the upper surface of the lower terminal 200 are formed of microporous layers 111 and 211, and the thickness of the electrode 11 to be measured is formed to be very thin. Therefore, if the area of the bottom of the upper terminal 100 and the area of the upper surface of the lower terminal 200 are formed larger than the area of the electrode 11 to be measured, the upper terminal 100 and the lower terminal 200 You can contact them directly. Therefore, it may be desirable for the area of the bottom of the upper terminal 100 or the top of the lower terminal 200 to be equal to or smaller than the area of the electrode 11 to be measured.
  • the microporous layers 111 and 211 may be formed by applying carbon paste to carbon fiber layers 112 and 212 such as carbon paper, followed by drying and heat treatment.
  • the carbon paste which is formed into microporous layers 111 and 211 after drying and heat treatment, may be obtained by mixing carbon powder, fluororesin, water, and alcohol.
  • the resistance measuring unit 300 of the present invention includes a current supplier that supplies input current between the upper terminal 100 and the lower terminal 200, and a voltmeter that measures the voltage between the upper terminal 100 and the lower terminal 200. may include.
  • the input current is not limited to alternating current or direct current and can vary depending on the analysis purpose.
  • the resistance measuring unit 300 may be electrically connected to each of the upper terminal 100 and the lower terminal 200 through a conductive cable 150.
  • the upper terminal 100 includes a conductive pressing plate 130 made of a conductive material and a bottom surface formed as a plane perpendicular to the vertical direction, and the conductive A conductive support device including a first GDL (gas diffusion layer, 110) fixed to the bottom of the pressure plate 130, wherein the lower terminal 200 is made of a conductive material and the upper surface is formed as a plane perpendicular to the vertical direction. It may include a plate 230 and a second GDL 210 fixed to the upper surface of the conductive support plate 230.
  • conductive paste conductive paste, 120, 220. It may be possible.
  • the electrode resistance measuring device of the present invention includes a conductive pressure plate 130, a first GDL 110, a conductive support plate 230, and a second GDL 210, which are made of different materials, using conductive pastes 120 and 220. By fixing them, their relative positions can be prevented from changing, and the contact conditions at the interface can be prevented from changing by filling the gap at the interface between them with the conductive pastes 120 and 220. Specifically, after applying the conductive paste 120 to the bottom of the conductive press plate 130 or the top of the first GDL, the conductive press plate 130 and the first GDL 110 are brought into close contact with each other and then dried to form a conductive press plate. (130) and the first GDL (110) can be fixed to each other.
  • the conductive support plate 230 and the second GDL 210 are brought into close contact, and then dried to form the conductive support plate 230.
  • the second GDL (210) can be fixed to each other.
  • the material of the conductive pressing plate 130 and the conductive support plate 230 may include at least one of transition metals, aluminum, and carbon on the periodic table.
  • the transition metal may be SUS, copper, titanium, nickel, etc.
  • the conductive pressing plate 130 and the conductive support plate 230 may be made by coating the surface of a rigid material with a conductive material such as gold. That is, the conductive pressing plate 130 and the conductive support plate 230 may be made of a rigid conductive material.
  • the conductive pressure plate 130 and the conductive support plate 230 are arranged so that the bottom surface of the conductive pressure plate 130 and the top surface of the conductive support plate 230 face each other, with the measurement target electrode 11 sandwiched between them. The conductive pressing plate can be pressed downward to come into close contact with the measurement target electrode 11.
  • the first GDL 110 and the second GDL 210 may include microporous layers 111 and 211 and carbon fiber layers 112 and 212.
  • the first GDL (110) and the second GDL (210) are formed by applying carbon paste to the carbon fiber layers (112, 212) such as carbon paper, followed by drying and heat treatment to form microporous layers (111, 211). It may be prepared by forming a .
  • the carbon paste, which is formed into microporous layers 111 and 211 after drying and heat treatment, may be obtained by mixing carbon powder, fluororesin, water, and alcohol.
  • the fluoro resin is polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), and polychlorotrifluoroethylene (PCTFE). ), tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE), and polyfluorobinylidene (PVDF).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PFA tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer
  • FEP tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer
  • PCTFE polychlorotrifluoroethylene
  • ETFE tetrafluoroethylene-ethylene copolymer
  • PVDF polyfluorobinylidene
  • the carbon fiber layers 112 and 212 may be made of carbon fiber.
  • the carbon fiber (CF) may be a fibrous carbon material with a mass content of carbon element of 90% or more.
  • carbon fiber may be a fiber that has mostly a graphite structure obtained by pyrolysis of an organic precursor (material before carbonization) fiber. Additionally, the carbon fiber layers 112 and 212 may be coated with fluorine resin.
  • the top surface of the carbon fiber layer 112 of the first GDL 110 is adhered to the bottom surface of the conductive pressure plate 130 by the conductive paste 120, and the first GDL A microporous layer 111 is laminated on the bottom of the carbon fiber layer 112 of 110, and the bottom of the carbon fiber layer 212 of the second GDL 210 is made conductive by the conductive paste 220. It may be adhered to the upper surface of the support plate 230, and a microporous layer 211 may be laminated on the upper surface of the carbon fiber layer 212 in the second GDL 210.
  • the electrode resistance measuring device of the present invention is a carbon fiber layer (by adhering the layers (112, 212) and attaching the microporous layers (111, 211) of the GDL to the surface of the electrode 11 to be measured, which has poor smoothness, contact resistance is minimized and reproducibility is improved when measuring surface penetration resistance. It can be improved.
  • the conductive pastes 120 and 220 may be obtained by mixing conductive particles, a binder, and a solvent into a paste.
  • the material of the conductive particles of the conductive pastes 120 and 220 may include at least one of carbon black, graphite, CNT, graphene, transition metal, and aluminum.
  • the size of the conductive particles of the conductive pastes 120 and 220 may have a D 50 of 20 ⁇ m or less.
  • the conductive paste (120, 220) is 20 ⁇ m to 200 ⁇ m between the first GDL (110) and the conductive pressure plate 130 and between the second GDL (210) and the conductive support plate 230. It may be formed with a thickness of .
  • the thickness of the conductive pastes 120 and 220 may be determined by considering the state of the carbon fiber layers 112 and 212 or the smoothness of the conductive pressing plate 130 and the conductive support plate 230.
  • the porosity of the microporous layer 111 of the first GDL 110 and the microporous layer 211 of the second GDL 210 may be 30% to 80%. More preferably, the porosity of the microporous layer 111 of the first GDL 110 and the microporous layer 211 of the second GDL 210 may be 40% to 70%.
  • the microporous layer 111 of the first GDL 110 and the microporous layer 212 of the second GDL 210 may have a thickness of 20 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • the microporous layer of the upper terminal may be formed by coating or bonding fine particles with a D 50 of 5 ⁇ m or less or fine fiber networks with a width of 10 ⁇ m or less to the bottom of a conductive pressure plate made of a rigid material.
  • the microporous layer of the lower terminal may be formed by coating or bonding fine particles with a D 50 of 5 ⁇ m or less or a fine fiber network with a width of 10 ⁇ m or less to the upper surface of a conductive support plate made of a rigid material.
  • the material of the fine particles or fine fiber network coated or bonded to the upper terminal and the lower terminal may include at least one of transition metal, aluminum, carbon, and conductive polymer.
  • a load body 140 for pressing the measurement target electrode 11 may be stacked on the upper surface of the upper terminal 100.
  • a plurality of load bodies 140 may be provided.
  • the number of load bodies 140 is adjusted so that the upper terminal 100 is measured by the measurement target electrode 11. ) can be adjusted.
  • the pressure with which the upper terminal 100 presses the electrode 11 to be measured may preferably be 0.01 kgf/cm 2 to 0.2 kgf/cm 2 .
  • the contact resistance may increase and measurement precision may decrease, and the upper terminal 100 may press the electrode 11 to be measured. If the applied pressure exceeds 0.2 kgf/cm 2 , the thickness of the electrode 11 to be measured may change, affecting the measured value.
  • the upper terminal 100 and the load body 140 may be provided in a disk shape.
  • the upper terminal 100 and the load body 140 may be provided in a disk shape so as not to have anisotropy with respect to the direction perpendicular to the vertical direction.
  • the upper terminal 100 may be provided with an alignment means for aligning the center of the load body 140 with the center of the upper terminal 100.
  • the alignment means may be a projection, a groove, a marker, etc.
  • the conductive cable 150 for electrical connection between the upper terminal 100 and the resistance measuring unit 300 may be coupled to the side of the upper terminal 100 so as not to interfere with stacking of the load body 140.
  • the positive electrode of the lithium secondary battery was prepared as the measurement target electrode (11) with a size of 19.6 cm 2 .
  • the conductive pressing plate 130 and the conductive support plate 230 were made of SUS material, and the total weight of the upper terminal 100 and the load body 140 was prepared to be 0.3 kg.
  • the first GDL (110) and the second GDL (210) were prepared with Sigracet 39 BC from SGL.
  • Conductive pastes 120 and 220 are applied between the conductive press plate 130 and the first GDL 110 and between the conductive support plate 230 and the second GDL 210 and then dried to form the conductive press plate 130. and the first GDL (110) and between the conductive support plate 230 and the second GDL (210) were fixed to each other.
  • Hioki BT3563 HiTESTER from Hioki was used as the resistance measuring unit 300.
  • An alternating current of 1 kHz was applied as an input current between the upper terminal 100 and the lower terminal 200.
  • the positive electrode of the lithium secondary battery was prepared as the measurement target electrode (11) with a size of 19.6 cm 2 .
  • the conductive pressing plate 130 and the conductive support plate 230 were made of SUS material, and the total weight of the upper terminal 100 and the load body 140 was prepared to be 0.3 kg.
  • the first GDL (110) and the second GDL (210) were prepared with Sigracet 39 BC from SGL.
  • the space between the conductive pressing plate 130 and the first GDL 110 and between the conductive support plate 230 and the second GDL 210 were directly in close contact without being fixed with conductive paste.
  • Hioki BT3563 HiTESTER from Hioki was used as the resistance measuring unit 300.
  • An alternating current of 1 kHz was applied as an input current between the upper terminal 100 and the lower terminal 200.
  • the positive electrode of the lithium secondary battery was prepared as the measurement target electrode (11) with a size of 19.6 cm 2 .
  • the conductive pressing plate 130 and the conductive support plate 230 were made of SUS material, and the total weight of the upper terminal 100 and the load body 140 was prepared to be 0.3 kg.
  • Hioki BT3563 HiTESTER from Hioki was used as the resistance measuring unit 300.
  • An alternating current of 1 kHz was applied as an input current between the upper terminal 100 and the lower terminal 200.
  • the resistance value shown in FIG. 5 may be an average value for repeated measurements.
  • FIG. 5 in surface-through resistance measurement, when a microporous layer 111 is present on the surface of the terminal in contact with the electrode 11 to be measured, it can be seen that the measured resistance value rapidly decreases.
  • the measured resistance values differ by about 50 times or more. This is because contact resistance that interferes with measurement has been minimized.
  • the precision was calculated for Examples 1 and 2 and Comparative Examples and was calculated to be 0.55%, 2.36%, and 3.55%, respectively. That is, Examples 1 and 2 showed excellent precision compared to the comparative example, and in particular, Example 1 achieved excellent reproducibility with a precision of 0.55%.
  • 11... electrode to be measured 100... upper terminal, 110... first GDL, 111... microporous layer, 112... carbon fiber layer, 120... conductive paste , 130... conductive pressurizing plate, 140... load body, 150... current-carrying cable, 200... lower terminal, 210... second GDL, 211... microporous layer, 212... Carbon fiber layer, 220...conductive paste, 230...conductive support plate, 300...resistance measuring element
  • the electrode resistance measuring device of the present invention measures the through-plane resistance of electrodes, and can enable single-sheet measurement of individual electrodes with high reproducibility.
  • the electrode resistance measuring device of the present invention can minimize contact resistance between electrodes and terminals when measuring surface resistance.
  • the electrode resistance measuring device of the present invention forms a microporous conductive layer on the surface of the terminal in contact with the electrode and completely adheres to the surface of the rough individual electrode, thereby obtaining resistance measurement values for the individual electrode with minimal contact resistance. You can.

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Abstract

본 발명은 전극의 면통과(through-plane) 저항을 측정하는 것에 있어서 개별 전극에 대한 한 장 단위의 측정을 높은 재현성으로 가능하게 하기 위하여, 측정 대상 전극의 하면에 상면이 밀착되는 하부 단자; 및 상부 단자와 하부 단자에 전기적으로 연결되어 측정 대상 전극의 저항을 측정하는 저항 측정부를 포함하고, 상부 단자의 저면 및 하부 단자의 상면에는 미세 다공성 층(microporous layer)이 형성되는 전극 저항 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.

Description

전극 저항 측정 장치
본 출원은 2022.12.20. 출원된 한국특허출원 10-2022-0178973호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치에 관한 것으로, 전극의 면통과(through-plane) 저항을 측정하는 것에 있어서 개별 전극에 대한 한 장 단위의 측정을 높은 재현성으로 가능하게 하는 전극 저항 측정 장치에 관한 것이다.
이차전지, 연료전지 등을 위해서 제조된 전극 또는 부자재의 저항을 측정하는 방식은 면내(in-plane) 저항 측정법과 면통과(through-plane) 저항 측정법으로 나뉘어진다.
실제 전지의 구동 시, 전자가 흐르는 방향과 일치하는 전극의 면통과 저항은 전지의 성능과 직접적인 관련성이 있다.
또한, 면통과 저항 측정은 습식 도포(wet coating) 방식으로 코팅된 전극의 수직 방향의 불균일성을 파악 가능하게 하고, 전지의 품질 관리에 적용할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 면통과 저항 측정은 전극(1011)의 양측면에 전극(1011)의 저항 측정을 위한 한 쌍의 단자(1101, 1102)를 각각 밀착시킨 후, 전원 장치(1200)를 통해 양 단자(1101, 1102)에 전류를 인가하고, 이에 대한 저항을 측정하는 것으로 수행될 수 있다. 전극의 저항 측정을 위한 단자(1101, 1102)는 접촉 부위가 평면으로 형성될 수 있다. 이때, 전극(1011)과 단자(1101, 1102) 사이의 높은 접촉 저항으로 면통과 저항 측정에 대한 재현성이 떨어진다.
기존에는 면통과 저항 측정에 대한 재현성을 높이기 위해서, 여러 장의 전극을 적층한 후 고압으로 누르는 방법이 있었다. 이러한 측정 방법 역시, 여러 장의 전극 사이, 최외각 전극과 단자 사이에서 누적된 접촉 저항과 단차 등에 의한 접촉 불균일로 균일한 값을 획득하는 것에 어려움이 있었다. 더하여, 다수의 전극을 적층하여 수행되는 분석 방법은 개별 전극에 대한 특성을 분석하는 것에 어려움이 있었다.
상기의 문제들을 해결한 재현성이 우수하며, 개별 전극에 대한 측정이 가능한 면투과 저항 측정 기술이 필요하다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치에 관한 것으로, 전극의 면통과(through-plane) 저항을 측정하는 것에 있어서 개별 전극에 대한 한 장 단위의 측정을 높은 재현성으로 가능하게 하는 전극 저항 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치는,
측정 대상 전극의 상면에 저면이 밀착되는 상부 단자;
상기 측정 대상 전극의 하면에 상면이 밀착되는 하부 단자; 및
상기 상부 단자와 상기 하부 단자에 전기적으로 연결되어 상기 측정 대상 전극의 저항을 측정하는 저항 측정부를 포함하고,
상기 상부 단자의 상기 저면 및 상기 하부 단자의 상기 상면에는 미세 다공성 층(microporous layer)이 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치는 전극의 면통과(through-plane) 저항을 측정하는 것으로서 개별 전극에 대한 한 장 단위의 측정을 높은 재현성으로 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치는 면통과 저항을 측정하는 것에 있어서, 전극과 단자 간의 접촉 저항을 최소화할 수 있다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치는 전극과 접촉하는 단자의 면에 미세 다공성 도전층이 형성되어 거친 개별 전극의 표면에 완전히 밀착함으로써, 접촉 저항이 최소화된 상태에서 개별 전극에 대한 저항 측정 수치를 획득할 수 있다.
도 1은 종래의 면통과 저항 측정 방법을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 전극 저항 측정 장치의 일 실시 양태를 나타내는 사시도이다.
도 3은 측정 대상 전극에 상부 단자와 하부 단자가 밀착된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 전극 저항 측정 장치의 다른 실시 양태를 나타내는 사시도이다.
도 5는 실시예 1 및 2, 비교예에 따른 면통과(through-plane) 저항 측정 값을 나타내는 그래프이다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치는,
측정 대상 전극의 상면에 저면이 밀착되는 상부 단자;
상기 측정 대상 전극의 하면에 상면이 밀착되는 하부 단자; 및
상기 상부 단자와 상기 하부 단자에 전기적으로 연결되어 상기 측정 대상 전극의 저항을 측정하는 저항 측정부를 포함하고,
상기 상부 단자의 상기 저면 및 상기 하부 단자의 상기 상면에는 미세 다공성 층(microporous layer)이 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치에서, 상기 미세 다공성 층의 소재는 카본, 도전성 금속 및 도전성 고분자 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치에서, 상기 상부 단자의 상기 미세 다공성 층은 강성 소재의 도전성 가압 플레이트의 저면에 D50가 5 ㎛ 이하인 미세 입자 또는 폭이 10 ㎛ 이하인 미세 파이버(fiber) 네트워크가 코팅 또는 접합되어 형성되고, 상기 하부 단자의 상기 미세 다공성 층 또한 강성 소재의 도전성 지지 플레이트의 상면에 D50가 5 ㎛ 이하인 미세 입자 또는 폭이 10 ㎛ 이하인 미세 파이버 네트워크가 코팅 또는 접합되어 형성되며, 상기 상부 단자 및 상기 하부 단자에 코팅 또는 접합되는 미세 입자 또는 미세 파이버 네트워크의 소재는 전이금속, 알루미늄, 카본 및 도전성 고분자 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치에서, 상기 상부 단자는 도전성 소재로 마련되고 저면이 상하방향에 수직한 평면으로 형성되는 도전성 가압 플레이트와, 상기 도전성 가압 플레이트의 상기 저면에 고정되는 제1 GDL(gas diffusion layer)를 포함하고, 상기 하부 단자는 도전성 소재로 마련되고 상면이 상하방향에 수직한 평면으로 형성되는 도전성 지지 플레이트와, 상기 도전성 지지 플레이트의 상기 상면에 고정되는 제2 GDL을 포함하며, 상기 제1 GDL과 상기 도전성 가압 플레이트의 사이 및 상기 제2 GDL과 상기 도전성 지지 플레이트의 사이는 도전성 페이스트(paste)로 고정되는 것일 수 있다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치에서, 상기 도전성 가압 플레이트 및 상기 도전성 지지 플레이트의 소재는 주기율표 상의 전이금속, 알루미늄 및 카본 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치에서, 상기 제1 GDL 및 상기 제2 GDL은 미세 다공성 층과 탄소 섬유 층을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치에서, 상기 제1 GDL의 탄소 섬유 층의 상면은 상기 도전성 페이스트에 의해서 상기 도전성 가압 플레이트의 저면에 접착되고, 상기 제1 GDL의 탄소 섬유 층의 저면에는 미세 다공성 층이 적층되며, 상기 제2 GDL의 탄소 섬유 층의 저면은 상기 도전성 페이스트에 의해서 상기 도전성 지지 플레이트의 상면에 접착되고, 상기 제2 GDL에서 탄소 섬유 층의 상면에는 미세 다공성 층이 적층되는 것일 수 있다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치에서, 상기 도전성 페이스트는 도전성 입자, 바인더 및 용매를 반죽상태로 혼합하여 획득되고, 상기 도전성 페이스트의 상기 도전성 입자의 소재는 카본 블랙, 그라파이트, CNT, 그래핀, 전이금속 및 알루미늄 중 적어도 하나 이상을 포함하며, 상기 도전성 페이스트의 상기 도전성 입자의 크기는 D50이 20 ㎛ 이하인 것일 수 있다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치에서, 상기 도전성 페이스트는 상기 제1 GDL과 상기 도전성 가압 플레이트의 사이 및 상기 제2 GDL과 상기 도전성 지지 플레이트의 사이에서 20 ㎛ 내지 200 ㎛의 두께로 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치에서, 상기 제1 GDL의 미세 다공성 층 및 상기 제2 GDL의 미세 다공성 층의 공극률은 30 % 내지 80 %인 것일 수 있다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치에서, 상기 제1 GDL의 미세 다공성 층 및 상기 제2 GDL의 미세 다공성 층의 두께는 20 ㎛ 내지 150 ㎛인 것일 수 있다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치에서, 상기 상부 단자의 상면에는 상기 측정 대상 전극을 가압하기 위한 하중체가 적층되는 것일 수 있다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치에서, 상기 상부 단자 및 상기 하중체는 디스크 형상으로 마련되는 것일 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
본 발명의 설명에 있어서, 유의하여야 할 점은 용어 "중심", "상", "하" "좌", "우", "수직", "수평", "내측", "외측", “일면”, “타면” 등이 지시한 방위 또는 위치 관계는 도면에서 나타낸 방위 또는 위치 관계, 또는 평소에 본 발명 제품을 사용할 시 배치하는 방위 또는 위치관계에 기초한 것이고, 본 발명의 설명과 간략한 설명을 위한 것일 뿐, 표시된 장치 또는 소자가 반드시 특정된 방위를 가지고 특정된 방위로 구성되거나 조작되어야 하는 것을 제시 또는 암시하는 것이 아니므로 본 발명을 제한하는 것으로 이해해서는 아니 된다.
도 2는 본 발명의 전극 저항 측정 장치의 일 실시 양태를 나타내는 사시도이다. 도 3은 측정 대상 전극(11)에 상부 단자(100)와 하부 단자(200)가 밀착된 상태를 나타내는 단면도이다. 도 4는 본 발명의 전극 저항 측정 장치의 다른 실시 양태를 나타내는 사시도이다. 도 5는 실시예 1 및 2, 비교예에 따른 면통과(through-plane) 저항 측정 값을 나타내는 그래프이다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 전극 저항 측정 장치에 대해서 상세히 설명한다. 이하, 설명에서 상하 방향은 중력 방향일 수 있다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치는 낱개의 전극에 대해서 높은 재현성을 면통과(through-plane) 저항 측정이 가능한 것일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전극 저항 측정 장치는,
측정 대상 전극(11)의 상면에 저면이 밀착되는 상부 단자(100);
상기 측정 대상 전극(11)의 하면에 상면이 밀착되는 하부 단자(200); 및
상기 상부 단자(100)와 상기 하부 단자(200)에 전기적으로 연결되어 상기 측정 대상 전극(11)의 저항을 측정하는 저항 측정부(300)를 포함하고,
상기 상부 단자(100)의 상기 저면 및 상기 하부 단자(200)의 상기 상면에는 미세 다공성 층(micro porous layer, 111, 211)이 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치에서, 측정 대상 전극(11)은 상하방향에 수직한 평면 형상으로 마련되는 것일 수 있다. 구체적으로, 측정 대상 전극(11)은 도전성 소재로서 플레이트 또는 시트 형상으로 마련되는 것일 수 있다. 예를 들어, 측정 대상 전극(11)은 구리 호일(Cu foil) 또는 알루미늄 호일(Al foil)에 전극 슬러리가 도포된 후 건조되어 형성되는 것일 수 있다. 전극 슬러리는 활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 반죽상태로 혼합하여 획득되는 것이거나 활물질을 포함하는 전극과 집전체로서 도전성 호일(foil) 사이의 접착력을 향상시키기 위해서 도전재, 바인더 및 용매를 반죽상태로 혼합하여 획득되는 것일 수 있다. 이때, 전극 슬러리가 건조된 면은 상황에 따라 거칠게 형성되어, 이상적인 평면으로 형성되지 않을 수 있다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 단자(100)의 저면 또는 하부 단자(200)의 상면의 면적은 측정 대상 전극(11)의 면적보다 동일하거나 작게 형성될 수 있다. 본 발명의 전극 저항 측정 장치에서, 상부 단자(100)의 저면 및 하부 단자(200)의 상면은 미세 다공성 층(111, 211)으로 형성되고, 측정 대상 전극(11)의 두께는 매우 얇게 형성될 수 있기 때문에, 상부 단자(100)의 저면의 면적 및 하부 단자(200)의 상면의 면적이 측정 대상 전극(11)의 면적보다 크게 형성될 경우, 상부 단자(100)과 하부 단자(200)가 직접 접촉할 수가 있다. 따라서, 상부 단자(100)의 저면 또는 하부 단자(200)의 상면의 면적은 측정 대상 전극(11)의 면적보다 동일하거나 작게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치에서 미세 다공성 층(111, 211)은 탄소 종이와 같은 탄소 섬유 층(112, 212)에 탄소 페이스트를 도포한 후 건조 및 열처리하여 형성되는 것일 수 있다. 건조 및 열처리 후 미세 다공성 층(111, 211)으로 형성되는 상기 탄소 페이스트는 탄소 분말, 플루오로 수지, 물 및 알코올을 혼합하여 획득되는 것일 수 있다.
본 발명의 저항 측정부(300)는 상부 단자(100)와 하부 단자(200) 사이에 입력 전류를 공급하는 전류 공급기와, 상부 단자(100)와 하부 단자(200) 사이의 전압을 측정하는 전압계를 포함할 수 있다. 입력 전류는 교류 또는 직류에 국한되지 않고 분석 목적에 따라 달라질 수 있다. 저항 측정부(300)는 통전 케이블(150)을 통해 상부 단자(100) 및 하부 단자(200) 각각에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전극 저항 측정 장치에서, 상기 상부 단자(100)는 도전성 소재로 마련되고 저면이 상하방향에 수직한 평면으로 형성되는 도전성 가압 플레이트(130)와, 상기 도전성 가압 플레이트(130)의 상기 저면에 고정되는 제1 GDL(gas diffusion layer, 110)를 포함하고, 상기 하부 단자(200)는 도전성 소재로 마련되고 상면이 상하방향에 수직한 평면으로 형성되는 도전성 지지 플레이트(230)와, 상기 도전성 지지 플레이트(230)의 상기 상면에 고정되는 제2 GDL(210)을 포함하는 것일 수 있다.
그리고, 상기 제1 GDL(110)과 상기 도전성 가압 플레이트(130)의 사이 및 상기 제2 GDL(210)과 상기 도전성 지지 플레이트(230)의 사이는 도전성 페이스트(conductive paste, 120, 220)로 고정되는 것일 수 있다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치는 서로 다른 소재로 마련되는 도전성 가압 플레이트(130)와 제1 GDL(110), 도전성 지지 플레이트(230)와 제2 GDL(210)을 도전성 페이스트(120, 220)로 고정함으로써, 서로 간의 상대적인 위치가 변경되는 것을 방지하고, 서로 간의 경계면에서 공극을 도전성 페이스트(120, 220)로 메꾸어 경계면에서 접촉 조건이 변화되는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 도전성 페이스트(120)를 도전성 가압 플레이트(130)의 저면 또는 제1 GDL의 상면에 도포한 후 도전성 가압 플레이트(130)와 제1 GDL(110)을 서로 밀착시킨 후 건조하여 도전성 가압 플레이트(130)와 제1 GDL(110)을 서로 고정할 수 있다. 마찬가지로 도전성 페이트스(220)를 도전성 지지 플레이트(230)와 제2 GDL(210) 사이에 도포한 후 도전성 지지 플레이트(230)와 제2 GDL(210)를 밀착시킨 후 건조하여 도전성 지지 플레이트(230)와 제2 GDL(210)을 서로 고정할 수 있다.
상기 도전성 가압 플레이트(130) 및 상기 도전성 지지 플레이트(230)의 소재는 주기율표 상의 전이금속, 알루미늄 및 카본 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 전이금속은 SUS, 구리, 티타늄, 니켈 등일 수 있다. 다른 예로, 상기 도전성 가압 플레이트(130) 및 상기 도전성 지지 플레이트(230)는 강성 소재의 표면에 금과 같은 도전성 소재를 코팅한 것일 수 있다. 즉, 도전성 가압 플레이트(130) 및 도전성 지지 플레이트(230)는 강성의 도전성 소재로 마련되는 것일 수 있다. 도전성 가압 플레이트(130)와 도전성 지지 플레이트(230)는 도전성 가압 플레이트(130)의 저면과 도전성 지지 플레이트(230)의 상면이 서로 대면하도록 배치된 상태에서, 측정 대상 전극(11)을 사이에 두고 도전 가압 플레이트를 하방으로 가압하여 측정 대상 전극(11)에 밀착될 수 있다.
상기 제1 GDL(110) 및 상기 제2 GDL(210)은 미세 다공성 층(111, 211)과 탄소 섬유 층(112, 212)을 포함하는 것일 수 있다. 상술한 바와 같이, 제1 GDL(110)과 제2 GDL(210)는 탄소 종이 등과 같은 탄소 섬유 층(112, 212)에 탄소 페이스트를 도포한 후 건조 및 열처리하여 미세 다공성 층(111, 211)을 형성하여 마련되는 것일 수 있다. 건조 및 열처리 후 미세 다공성 층(111, 211)으로 형성되는 상기 탄소 페이스트는 탄소 분말, 플루오로 수지, 물 및 알코올을 혼합하여 획득되는 것일 수 있다. 상기 플루오로 수지는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 테트라플루오르에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 테트라플루오르에틸렌-헥사플루오르프로필렌 공중합체(FEP), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 테트라플루오오에틸렌-에틸렌 공중합체(ETFE) 및 폴리플루오로비닐리덴(PVDF)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상인 것일 수 있다.
탄소 섬유 층(112, 212)은 탄소 섬유로 형성된 것일 수 있다. 상기 탄소 섬유(carbon fiber, CF)는 탄소 원소의 질량 함유율이 90% 이상으로 이루어진 섬유장의 탄소 재료일 수 있다. 구체적으로, 탄소 섬유는 유기 전구체(precursor, 탄화시키기 전의 물질) 섬유를 열분해(pyrolysis)하여 얻어지는 흑연 구조가 대부분인 섬유일 수 있다. 또한, 탄소 섬유 층(112, 212)은 플루오르 수지로 코팅된 것일 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 GDL(110)의 탄소 섬유 층(112)의 상면은 상기 도전성 페이스트(120)에 의해서 상기 도전성 가압 플레이트(130)의 저면에 접착되고, 상기 제1 GDL(110)의 탄소 섬유 층(112)의 저면에는 미세 다공성 층(111)이 적층되며, 상기 제2 GDL(210)의 탄소 섬유 층(212)의 저면은 상기 도전성 페이스트(220)에 의해서 상기 도전성 지지 플레이트(230)의 상면에 접착되고, 상기 제2 GDL(210)에서 탄소 섬유 층(212)의 상면에는 미세 다공성 층(211)이 적층되는 것일 수 있다. 즉, 본 발명의 전극 저항 측정 장치는 고품질 평활도로 평면을 형성하기 유리한 소재로 마련되는 도전성 가압 플레이트(130)와 도전성 지지 플레이트(230)에 도전성 페이스트(120, 220)로 GDL의 탄소 섬유 층(112, 212) 층을 접착시키고, 평활도가 떨어지는 측정 대상 전극(11)의 면에는 GDL의 미세 다공성 층(111, 211) 측을 밀착시킴으로써, 접촉 저항을 최소화하여, 면투과 저항 측정 시에 재현성을 향상시킬 수 있다.
상기 도전성 페이스트(120, 220)는 도전성 입자, 바인더 및 용매를 반죽상태로 혼합하여 획득되는 것일 수 있다. 도전성 페이스트(120, 220)의 상기 도전성 입자의 소재는 카본 블랙, 그라파이트, CNT, 그래핀, 전이금속 및 알루미늄 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 도전성 페이스트(120, 220)의 상기 도전성 입자의 크기는 D50이 20 ㎛ 이하인 것일 수 있다.
상기 도전성 페이스트(120, 220)는 상기 제1 GDL(110)과 상기 도전성 가압 플레이트(130)의 사이 및 상기 제2 GDL(210)과 상기 도전성 지지 플레이트(230)의 사이에서 20 ㎛ 내지 200 ㎛의 두께로 형성되는 것일 수 있다. 도전성 페이스트(120, 220)의 두께는 탄소 섬유 층(112, 212)의 상태 또는 도전성 가압 플레이트(130) 및 도전성 지지 플레이트(230)의 평활도를 고려하여 결정될 수 있다.
상기 제1 GDL(110)의 미세 다공성 층(111) 및 상기 제2 GDL(210)의 미세 다공성 층(211)의 공극률은 30 % 내지 80 %인 것일 수 있다. 더 바람직하게는 상기 제1 GDL(110)의 미세 다공성 층(111) 및 상기 제2 GDL(210)의 미세 다공성 층(211)의 공극률은 40 % 내지 70 %인 것일 수 있다. 상기 제1 GDL(110)의 미세 다공성 층(111) 및 상기 제2 GDL(210)의 미세 다공성 층(212)의 두께는 20 ㎛ 내지 150 ㎛인 것일 수 있다.
다른 실시 양태로서, 상부 단자의 미세 다공성 층은 강성 소재의 도전성 가압 플레이트의 저면에 D50가 5 ㎛ 이하인 미세 입자 또는 폭이 10 ㎛ 이하인 미세 파이버(fiber) 네트워크가 코팅 또는 접합되어 형성될 수 있다. 더하여, 하부 단자의 미세 다공성 층 또한 강성 소재의 도전성 지지 플레이트의 상면에 D50가 5 ㎛ 이하인 미세 입자 또는 폭이 10 ㎛ 이하인 미세 파이버 네트워크가 코팅 또는 접합되어 형성될 수 있다. 이때, 상부 단자 및 하부 단자에 코팅 또는 접합되는 미세 입자 또는 미세 파이버 네트워크의 소재는 전이금속, 알루미늄, 카본 및 도전성 고분자 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 상부 단자(100)의 상면에는 상기 측정 대상 전극(11)을 가압하기 위한 하중체(140)가 적층되는 것일 수 있다. 하중체(140)는 복수로 마련될 수 있다. 면통과 저항을 측정하는 것에 있어서, 상부 단자(100)로 측정 대상 전극(11)을 가압하는 압력의 크기는 측정 결과에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 적정 수준의 압력으로 측정 대상 전극(11)을 가압할 필요가 있고, 본 발명의 전극 저항 측정 장치에서는 하중체(140)의 개수를 조절하여, 상부 단자(100)가 측정 대상 전극(11)을 가압하는 압력을 조절할 수 있다. 상부 단자(100)가 측정 대상 전극(11)을 가압하는 압력은 0.01 kgf/cm2 내지 0.2 kgf/cm2가 바람직할 수 있다. 상부 단자(100)가 측정 대상 전극(11)을 가압하는 압력이 0.01 kgf/cm2 미만이면 접촉 저항이 증가하여 측정 정밀도가 저하될 수 있고, 상부 단자(100)가 측정 대상 전극(11)을 가압하는 압력이 0.2 kgf/cm2을 초과하게 되면 측정 대상 전극(11)의 두께가 변하여 측정 수치에 영향을 줄 수 있다.
상기 상부 단자(100) 및 상기 하중체(140)는 디스크 형상으로 마련되는 것일 수 있다. 본 발명의 전극 저장 측정 장치에서 정확한 측정을 위해서는 상부 단자(100)가 기울어지지 않는 것일 중요할 수 있다. 따라서, 상하방향에 수직한 방향에 대해서 이등방성을 가지지 않도록 상부 단자(100) 및 하중체(140)는 디스크 형상으로 마련될 수 있다. 상부 단자(100)에는 하중체(140)의 중심을 상부 단자(100)의 중심을 일치시키기 위한 정렬 수단이 마련될 수 있다. 정렬 수단은 돌기, 홈, 마커 등일 수 있다. 상부 단자(100)와 저항 측정부(300)와의 전기적 연결을 위한 통전 케이블(150)은 하중체(140)의 적층을 방해하지 않기 위해서 상부 단자(100)의 측면 결합될 수 있다.
실시예 1
리튬 이차전지의 양극을 측정 대상 전극(11)으로 19.6 cm2의 크기로 준비하였다.
도전성 가압 플레이트(130) 및 도전성 지지 플레이트(230)는 SUS 재질로 마련하였으며, 상부 단자(100)와 하중체(140)의 무게 합이 0.3 kg가 되도록 준비하였다. 제1 GDL(110) 및 제2 GDL(210)은 SGL社의 Sigracet 39 BC로 마련되었다.
도전성 가압 플레이트(130)와 제1 GDL(110) 사이 및 도전성 지지 플레이트(230)와 제2 GDL(210) 사이에는 도전성 페이스트(120, 220)를 도포한 후 건조하여, 도전성 가압 플레이트(130)와 제1 GDL(110) 사이 및 도전성 지지 플레이트(230)와 제2 GDL(210) 사이는 서로 고정되었다.
저항 측정부(300)로서 Hioki社 Hioki BT3563 HiTESTER가 사용되었다. 상부 단자(100)와 하부 단자(200) 사이에는 입력 전류로서 1 kHz의 교류 전류가 인가되었다.
측정 대상 전극(11)을 상부 단자(100) 및 하부 단자(200)에서 완전히 분리한 후 3회 반복 측정을 수행하였다.
실시예 2
리튬 이차전지의 양극을 측정 대상 전극(11)으로 19.6 cm2의 크기로 준비하였다.
도전성 가압 플레이트(130) 및 도전성 지지 플레이트(230)는 SUS 재질로 마련하였으며, 상부 단자(100)와 하중체(140)의 무게 합이 0.3 kg가 되도록 준비하였다. 제1 GDL(110) 및 제2 GDL(210)은 SGL社의 Sigracet 39 BC로 마련되었다.
도전성 가압 플레이트(130)와 제1 GDL(110) 사이 및 도전성 지지 플레이트(230)와 제2 GDL(210) 사이는 도전성 페이스트로 고정되지 않고 바로 밀착되었다.
저항 측정부(300)로서 Hioki社 Hioki BT3563 HiTESTER가 사용되었다. 상부 단자(100)와 하부 단자(200) 사이에는 입력 전류로서 1 kHz의 교류 전류가 인가되었다.
측정 대상 전극(11)을 상부 단자(100) 및 하부 단자(200)에서 완전히 분리한 후 3회 반복 측정을 수행하였다.
비교예
리튬 이차전지의 양극을 측정 대상 전극(11)으로 19.6 cm2의 크기로 준비하였다.
도전성 가압 플레이트(130) 및 도전성 지지 플레이트(230)는 SUS 재질로 마련하였으며, 상부 단자(100)와 하중체(140)의 무게 합이 0.3 kg가 되도록 준비하였다.
도 1에 도시된 바와 같이, 도전성 가압 플레이트(130)와 측정 대상 전극(11) 사이 및 도전성 지지 플레이트(230)와 측정 대상 전극(11) 사이는 GDL 삽입없이 직접 접촉되었다.
저항 측정부(300)로서 Hioki社 Hioki BT3563 HiTESTER가 사용되었다. 상부 단자(100)와 하부 단자(200) 사이에는 입력 전류로서 1 kHz의 교류 전류가 인가되었다.
측정 대상 전극(11)을 상부 단자(100) 및 하부 단자(200)에서 완전히 분리한 후 3회 반복 측정을 수행하였다.
도 5에 표시된 저항 값은 반복 측정에 대한 평균 값일 수 있다. 도 5에 나타난 바와 같이, 면통과 저항 측정에서 측정 대상 전극(11)에 닿는 단자의 면이 미세 다공성 층(111) 존재하는 경우 측정 저항 값이 급격하게 감소함을 볼 수 있다. 특히, 실시예 1과 비교예의 경우에는 측정 저항 값이 약 50배 이상 차이남을 볼 수 있다. 이는 측정에 방해가 되는 접촉 저항이 최소화되었기 때문이다. 더하여, 실시예 1 및 2, 비교예에 대해서 정밀도를 산출한 결과 각각 0.55%, 2.36% 및 3.55%로 산출되었다. 즉, 실시예 1 및 2는 비교예 대비 우수한 정밀도를 보였고, 특히, 실시예 1의 경우 0.55% 정밀도로, 우수한 재현성을 구현하였다.
정밀도는 전극 저항의 평균 값에 대한 표준 편차 값의 백분율 값으로 산출되었다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
[부호의 설명] 11... 측정 대상 전극, 100...상부 단자, 110...제1 GDL, 111...미세 다공성 층, 112...탄소 섬유 층, 120...도전성 페이스트, 130...도전성 가압 플레이트, 140...하중체, 150...통전 케이블, 200...하부 단자, 210...제2 GDL, 211...미세 다공성 층, 212...탄소 섬유 층, 220...도전성 페이트스, 230...도전성 지지 플레이트, 300...저항 측정부
본 발명의 전극 저항 측정 장치는 전극의 면통과(through-plane) 저항을 측정하는 것으로서 개별 전극에 대한 한 장 단위의 측정을 높은 재현성으로 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치는 면통과 저항을 측정하는 것에 있어서, 전극과 단자 간의 접촉 저항을 최소화할 수 있다.
본 발명의 전극 저항 측정 장치는 전극과 접촉하는 단자의 면에 미세 다공성 도전층이 형성되어 거친 개별 전극의 표면에 완전히 밀착함으로써, 접촉 저항이 최소화된 상태에서 개별 전극에 대한 저항 측정 수치를 획득할 수 있다.

Claims (13)

  1. 측정 대상 전극의 상면에 저면이 밀착되는 상부 단자;
    상기 측정 대상 전극의 하면에 상면이 밀착되는 하부 단자; 및
    상기 상부 단자와 상기 하부 단자에 전기적으로 연결되어 상기 측정 대상 전극의 저항을 측정하는 저항 측정부를 포함하고,
    상기 상부 단자의 상기 저면 및 상기 하부 단자의 상기 상면에는 미세 다공성 층(microporous layer)이 형성되는 것인 전극 저항 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미세 다공성 층의 소재는 카본, 도전성 금속 및 도전성 고분자 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것인 전극 저항 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부 단자의 상기 미세 다공성 층은 강성 소재의 도전성 가압 플레이트의 저면에 D50가 5 ㎛ 이하인 미세 입자 또는 폭이 10 ㎛ 이하인 미세 파이버(fiber) 네트워크가 코팅 또는 접합되어 형성되고,
    상기 하부 단자의 상기 미세 다공성 층 또한 강성 소재의 도전성 지지 플레이트의 상면에 D50가 5 ㎛ 이하인 미세 입자 또는 폭이 10 ㎛ 이하인 미세 파이버 네트워크가 코팅 또는 접합되어 형성되며,
    상기 상부 단자 및 상기 하부 단자에 코팅 또는 접합되는 미세 입자 또는 미세 파이버 네트워크의 소재는 전이금속, 알루미늄, 카본 및 도전성 고분자 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것인 전극 저항 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부 단자는,
    도전성 소재로 마련되고 저면이 상하방향에 수직한 평면으로 형성되는 도전성 가압 플레이트와,
    상기 도전성 가압 플레이트의 상기 저면에 고정되는 제1 GDL(gas diffusion layer)를 포함하고,
    상기 하부 단자는,
    도전성 소재로 마련되고 상면이 상하방향에 수직한 평면으로 형성되는 도전성 지지 플레이트와,
    상기 도전성 지지 플레이트의 상기 상면에 고정되는 제2 GDL을 포함하며,
    상기 제1 GDL과 상기 도전성 가압 플레이트의 사이 및 상기 제2 GDL과 상기 도전성 지지 플레이트의 사이는 도전성 페이스트(paste)로 고정되는 것인 전극 저항 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 도전성 가압 플레이트 및 상기 도전성 지지 플레이트의 소재는 주기율표 상의 전이금속, 알루미늄 및 카본 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것인 전극 저항 측정 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 GDL 및 상기 제2 GDL은 미세 다공성 층과 탄소 섬유 층을 포함하는 것인 전극 저항 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 GDL의 탄소 섬유 층의 상면은 상기 도전성 페이스트에 의해서 상기 도전성 가압 플레이트의 저면에 접착되고,
    상기 제1 GDL의 탄소 섬유 층의 저면에는 미세 다공성 층이 적층되며,
    상기 제2 GDL의 탄소 섬유 층의 저면은 상기 도전성 페이스트에 의해서 상기 도전성 지지 플레이트의 상면에 접착되고,
    상기 제2 GDL에서 탄소 섬유 층의 상면에는 미세 다공성 층이 적층되는 것인 전극 저항 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 도전성 페이스트는 도전성 입자, 바인더 및 용매를 반죽상태로 혼합하여 획득되고,
    상기 도전성 페이스트의 상기 도전성 입자의 소재는 카본 블랙, 그라파이트, CNT, 그래핀, 전이금속 및 알루미늄 중 적어도 하나 이상을 포함하며,
    상기 도전성 페이스트의 상기 도전성 입자의 크기는 D50이 20 ㎛ 이하인 것인 전극 저항 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 도전성 페이스트는 상기 제1 GDL과 상기 도전성 가압 플레이트의 사이 및 상기 제2 GDL과 상기 도전성 지지 플레이트의 사이에서 20 ㎛ 내지 200 ㎛의 두께로 형성되는 것인 전극 저항 측정 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 GDL의 미세 다공성 층 및 상기 제2 GDL의 미세 다공성 층의 공극률은 30 % 내지 80 %인 것인 전극 저항 측정 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1 GDL의 미세 다공성 층 및 상기 제2 GDL의 미세 다공성 층의 두께는 20 ㎛ 내지 150 ㎛인 것인 전극 저항 측정 장치.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 상부 단자의 상면에는 상기 측정 대상 전극을 가압하기 위한 하중체가 적층되는 것인 전극 저항 측정 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 상부 단자 및 상기 하중체는 디스크 형상으로 마련되는 것인 전극 저항 측정 장치.
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