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KR102814125B1 - 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법 및 시스템 - Google Patents

전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법 및 시스템 Download PDF

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KR102814125B1
KR102814125B1 KR1020190126783A KR20190126783A KR102814125B1 KR 102814125 B1 KR102814125 B1 KR 102814125B1 KR 1020190126783 A KR1020190126783 A KR 1020190126783A KR 20190126783 A KR20190126783 A KR 20190126783A KR 102814125 B1 KR102814125 B1 KR 102814125B1
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법 및 시스템에 관한 것으로, 분리막을 포함하는 측정 대상체와 전기화학소자를 서로 대면시킨 상태에서 절연 및 리튬 이온전도도 특성을 평가함으로써, 전기화학소자의 실제 작동 상태에 따른 온도 및 압력 변화 등을 반영하여 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성을 평가할 수 있다.

Description

전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR EVALUATING INSULATION AND LITHIUM ION CONDUCTIVITY PERFORMANCE OF SEPARATOR FOR ELECTROCHEMICAL DEVICE}
본 발명은 전기화학소자의 실제 작동 상태를 반영한 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법 및 시스템에 관한 것이다.
화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격이 상승하고, 환경오염에 대한 관심이 증폭되면서 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 증가하고 있다. 특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라, 에너지원으로서 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있다. 이차 전지의 형태와 관련해서, 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 모바일 제품들에 적용될 수 있다는 점에서 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높다.
이러한 파우치형 이차전지는 알루미늄 라미네이트 시트로 형성된 파우치 형태의 전지케이스에 전극조립체를 내장한 구조이다. 구체적으로, 파우치형 이차전지는 양극, 분리막 및 음극이 순차 적층된 스택형 또는 스택-폴딩형 전극조립체가 전지케이스 내부에 수납된다. 양극 및 음극은 각각 전극 탭들에 의하여 전기적으로 연결되고, 전극 탭들은 외부로 인출되는 전극 리드와 연결된다. 상기 전극 탭 및 전극 리드가 연결된 전극조립체를 파우치 형태의 전지케이스에 수납한 다음 전해액을 주입하고, 전극 리드의 일부가 외부로 노출된 상태에서 전지케이스를 밀봉하여 이차전지를 조립한다.
종래에는 이러한 분리막의 특성을 평가하기 위해 분리막 자체의 절연 및 리튬 이온전도도 특성을 측정하였다. 구체적으로, 상부 지그와 하부 지그 사이에 분리막을 협지시키고, 두 지그 사이에 전압을 인가하여 분리막을 통해 기준치 이상의 전류가 흐를 때의 전압을 절연 파괴 전압으로 측정하였다.
그러나 전술한 방법으로는 분리막 자체의 특성만을 측정할 수 있을 뿐, 전극 조립체의 충방전 특성을 실시간으로 반영한 절연 및 리튬 이온전도도 특성을 측정할 수는 없다. 전극 조립체를 포함하는 전기화학소자는 충방전 과정에서 부피 및 온도 변화가 유발된다. 이러한 부피와 온도 변화는 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성에 영향을 주는 변수로 작용하게 된다. 따라서, 전기화학소자의 실사용 조건을 반영한 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성을 확인할 수 있는 기술에 대한 필요성이 있다.
한국 공개 특허 제10-2016-0102331호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전기화학소자의 실제 작동 상태를 반영한 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법은, 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 측정 대상체; 및 상기 측정 대상체와 대면하도록 위치하는 전기화학소자를 상부 지그와 하부 지그 사이에 협지한 상태에서, 상기 전기화학소자의 충방전을 반복 수행하고, 상기 전기화학소자의 충방전을 수행하는 동안 측정 대상체의 전기저항을 측정하는 단계를 포함한다.
하나의 예에서, 상기 측정 대상체는, 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체가 수납된 파우치형 전지 케이스를 포함하는 구조이다.
또 다른 하나의 예에서, 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법을 수행하는 동안, 상기 전기화학소자는 충방전을 반복 수행하고, 상기 측정 대상체는 충방전을 수행하지 않는 것을 특징으로 한다.
구체적인 예에서, 상기 측정 대상체와 전기화학소자는, 양극 및 음극의 구조 및 조성이 서로 동일한 형태이다.
예를 들어, 상기 전기화학소자의 분리막은 분리막 원단 시편의 일면 또는 양면에 형성된 무기층을 포함하는 구조이고, 상기 측정 대상체의 분리막은 분리막 원단 시편으로 형성되되 상기 시편의 양면에는 별도의 무기층이 형성되지 않은 구조이다.
하나의 예에서, 상기 상부 및 하부 지그는, 상기 측정 대상체 및 전기화학소자가 서로 대면한 상태를 고정하게 된다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 상부 및 하부 지그는, 상기 측정 대상체 및 전기화학소자가 서로 대면한 상태를 가압하게 된다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 상부 및 하부 지그는, 평가가 진행되는 동안, 상기 측정 대상체 및 전기화학소자 중 어느 하나 이상을 가열한다.
예를 들어, 상기 분리막은 리튬 이차전지용 분리막이다.
또한, 본 발명은 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 시스템을 제공한다. 하나의 예에서, 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 시스템은, 측정 대상체를 고정 또는 가압하는 포함하는 지그부; 상기 지그부 사이에 위치한 상태에서 충방전을 반복 수행하는 전기화학소자; 상기 지그부 사이에 전기화학소자와 대면하는 상태로 위치하는 측정 대상체; 및 상기 측정 대상체의 전기저항을 측정하는 측정부를 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 측정 대상체는, 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체가 수납된 파우치형 전지 케이스를 포함한다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 상부 및 하부 지그 중 어느 하나 이상의 지그는, 히팅 부재가 실장된 구조이다.
구체적인 예에서, 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 시스템은, 평가가 진행되는 동안, 상기 측정부를 통한 전기저항 수치를 기록하는 기록부를 더 포함한다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 지그부는 측정 대상체의 온도를 측정하는 온도 센서 및 측정 대상체의 압력을 측정하는 압력 센서 중 어느 하나 이상을 더 포함한다.
예를 들어, 상기 지그부는 측정 대상체의 온도를 측정하는 온도 센서 및 측정 대상체의 압력을 측정하는 압력 센서 중 어느 하나 이상을 더 포함하며, 상기 기록부는, 평가가 진행되는 동안, 상기 측정부를 통한 전기저항 수치; 및 온도 센서 및 측정 대상체의 압력을 측정하는 압력 센서 중 어느 하나 이상을 통해 측정된 수치를 기록한다.
본 발명에 따른 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법 및 시스템은, 전기화학소자의 실제 작동 상태에 따른 온도 및 압력 변화 등을 반영하여 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성을 평가할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법에 따른 평가를 수행하기 전에 평가 대상체를 상부 및 하부 지그 사이에 위치한 모습을 나타낸 모식도이다.
도 2 내지 4는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법 내지 시스템을 나타낸 모식도들이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.
본 발명에서 "전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법" 또는 "시스템"에 대하여 개시하고 있으며, 이는 전해액에 함침된 상태의 분리막에 대한 전기저항을 측정하는 것을 의미한다. 분리막의 통기도(permeability) 또는 굴곡도(tortuosity) 등에 따라 전해액의 전하이동도 등이 달라지게 된다. 따라서, 전해액에 함침된 분리막의 전기저항을 측정함으로써, 분리막의 형태 또는 특성 변화를 체크하게 된다.
본 발명에서 "상부 지그"와 "하부 지그"는 두 개의 암들이 서로 마주하는 방향으로 위치함으로써, 측정 대상체 등을 고정하거나 가압하는 경우를 포괄하는 의미이다. 본 발명에서는 설명의 편의상 "상부 지그"와 "하부 지그"로 기재한 것이며, 두 개의 암들이 좌우 방향에서 서로 마주보는 방향으로 위치하는 '우측 지그'와 '좌측 지그'로 구성되는 경우도 포함한다. 따라서, 지그의 위치 혹은 방향에 따라 "제1 지그"와 "제2 지그"로 대체 가능하다.
본 발명은 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법을 제공한다. 구체적으로, 상기 평가 방법은, 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 측정 대상체; 및 상기 측정 대상체와 대면하도록 위치하는 전기화학소자를 상부 지그와 하부 지그 사이에 협지한 상태에서, 상기 전기화학소자의 충방전을 반복 수행하고, 상기 전기화학소자의 충방전을 수행하는 동안 측정 대상체의 전기저항(electric resistance)을 측정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법은, 분리막의 물리적 특성인 통기도(permeability)와 굴곡도(tortuosity) 등을 반영하여 분리막의 전기저항을 측정하게 된다. 전기화학소자는 모듈 혹은 지그 내에서 충방전을 수행하게 되면, 스웰링에 따른 가압 상태가 달라지게 된다. 전기화학소자에 가해지는 압력은 분리막에 전달되며, 이러한 압력 변화는 분리막의 물리적 특성에 영향을 주게 된다. 또한, 전기화학소자는 충방전 과정에서 발열이 일어나게 되고, 이러한 온도 상승 역시 분리막의 전기적 특성을 변화시키게 된다.
본 발명은 지그 내에 측정 대상체와 전기화학소자를 대면시킨 상태에서 분리막에 대한 절연 및 리튬 이온전도도 특성을 평가하게 된다. 평가가 진행되는 동안, 상기 전기화학소자는 충방전을 반복하게 된다. 상기 전기화학소자에 대한 충방전을 수행하는 과정에서, 소자의 부피 팽창 내지 온도 상승이 이루어지고, 그 영향은 대면하고 있는 측정 대상체에 전달된다. 또한, 상기 충방전 과정에서 전지의 온도가 상승하면, 대면하고 있는 측정 대상체에 열이 전달된다. 이를 통해, 본 발명에 따른 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법은, 전기화학소자의 실사용 조건에 부합하는 환경을 측정 대상체에 부여한 상태에서 평가가 진행된다는 장점이 있다.
분리막을 포함하는 측정 대상체의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 측정은, 예를 들어, 고주파수(high frequency) 영역에서 전기화학 임피던스 분광기(EIS; Electrochemical Impedance Spectroscopy)를 이용하여 수행할 수 있다.
상기 측정 대상체는, 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 상태로 라미네이션하고, 이를 케이스 내에 삽입한 상태에서 전해액을 주입하여 준비한다. 하나의 실시예에서, 상기 측정 대상체는, 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체가 수납된 파우치형 전지 케이스를 포함한다. 나아가, 상기 측정 대상체는 측정 대상체와 대면하는 전기화학소자와 동일한 구조 및 형태로 조립된 상태인 경우도 포함한다. 예를 들어, 상기 측정 대상체는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체가 수납된 파우치형 전지 케이스를 포함하며, 전지 케이스 내에 전해액이 주입된 형태이다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법을 수행하는 동안, 상기 전기화학소자는 충방전을 반복 수행하고, 상기 측정 대상체는 충방전을 수행하지 않는다. 즉, 상기 전기화학소자는 충방전을 반복 수행함으로써, 전기화학소자에 대한 실사용 조건을 형성하고, 상기 측정 대상체는 분리막에 대한 절연 및 리튬 이온전도도 특성에 대한 평가를 수행한다. 상기 측정 대상체에 대한 충방전을 수행하게 되면, 충방전 과정에서 측정 대상체에 전기화학적 충격이 가해질 수 있다. 이러한 전기화학적 충격은 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가시 또 다른 변수로 작용하게 되며, 전극 활물질층 혹은 전해액 등의 상태 변화가 평가 결과에 영향을 미치게 된다.
하나의 실시예에서, 상기 측정 대상체와 전기화학소자는 양극 및 음극의 구조 및 조성이 서로 동일하다. 즉, 동일한 전기화학소자를 2개 준비한 상태에서, 하나의 전기화학소자는 실사용 조건을 구현하는 역할을 하고, 다른 하나의 전기화학소자는 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가를 수행하는 측정 대상체가 된다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 전기화학소자의 분리막은 분리막 원단 시편의 일면 또는 양면에 형성된 무기층을 포함하는 구조이고, 상기 측정 대상체의 분리막은 분리막 원단 시편으로 형성되되 상기 시편의 양면에는 별도의 무기층이 형성되지 않은 구조이다. 분리막의 종류에 따라서는, 분리막의 물성 개선을 위해서 분리막 원단의 일면 또는 양면에 무기층을 형성한 경우가 있다. 이 경우, 분리막 표면에 형성된 무기층은 분리막에 절연 특성을 부여할 수 있고, 이는 분리막 원단 자체의 절연 특성이 아닌 무기층의 절연 특성이 평가 결과에 반영될 수 있다. 따라서, 평가 대상이 되는 분리막이 분리막 원단 시편의 일면 또는 양면에 무기층을 포함하는 경우에는, 분리막 원단 시편에 무기층을 제거하거나 무기층이 형성되지 않은 분리막 원단을 사용하여 평가를 수행하는 것이 좋다.
본 발명에서, 측정 대상체와 전기화학소자는 상부 및 하부 지그 사이에 놓여지 상태에서 평가가 진행된다. 상기 상부 및 하부 지그의 역할은, 측정 대상체와 전기화학소자의 위치를 고정하고, 전기화학소자가 충방전 과정에서 부피 변화가 발생할 경우에 발생된 부피 변화에 따른 압력 변화가 측정 대상체에 전달되도록 지지하는 역할을 한다. 따라서, 상기 상부 및 하부 지그는 상기 측정 대상체 및 전기화학소자가 서로 대면한 상태를 고정하는 역할을 수행한다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 상부 및 하부 지그는, 상기 측정 대상체 및 전기화학소자가 서로 대면한 상태를 가압하게 된다. 상부 및 하부 지그를 이용하여 측정 대상체 등을 가압하는 것은, 측정 대상체에 대해 가혹 조건을 형성함으로써 평가 시간을 단축하기 위함이다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 상부 및 하부 지그는, 평가가 진행되는 동안, 상기 측정 대상체 및 전기화학소자 중 어느 하나 이상을 가열하게 된다. 상부 및 하부 지그를 이용하여 측정 대상체 등을 가열하는 것은, 측정 대상체에 대해 가혹 조건을 형성함으로써 평가 시간을 단축하기 위함이다.
본 발명에 따른 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법은 다양한 형태의 전기화학소자용 분리막에 대하여 적용 가능하다. 예를 들어, 상기 분리막은 리튬 이차전지용 분리막이다.
또한, 본 발명은 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 시스템을 제공한다. 상기 평가 시스템은 앞서 설명한 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법을 적용하기 위한 것으로, 설명이 중복되는 부분은 생략한다.
하나의 실시예에서, 상기 평가 시스템은, 측정 대상체를 고정 또는 가압하는 포함하는 지그부; 상기 지그부 사이에 위치한 상태에서 충방전을 반복 수행하는 전기화학소자; 상기 지그부 사이에 전기화학소자와 대면하는 상태로 위치하는 측정 대상체; 및 상기 측정 대상체의 전기저항을 측정하는 측정부를 포함한다.
본 발명에 따른 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 시스템은, 전기화학소자의 실사용 조건에 부합하는 환경을 측정 대상체에 부여한 상태에서 평가가 진행되며, 필요한 경우에는 지그부를 통해 측정 대상체를 가압함으로써 평가 시간을 단축하는 것도 가능하다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 평가 시스템의 측정 대상체는, 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체가 수납된 파우치형 전지 케이스를 포함하는 구조이다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 상부 및 하부 지그 중 어느 하나 이상의 지그는, 히팅 부재가 실장된 구조이다. 상기 히팅 부재를 통해서, 본 발명에 따른 평가 시스템의 평가 시간을 단축할 수 있다.
또 다른 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 평가 시스템은 평가가 진행되는 동안, 상기 측정부를 통한 전기저항 수치를 기록하는 기록부를 더 포함한다.
하나의 실시예에서, 상기 지그부는 측정 대상체의 온도를 측정하는 온도 센서 및 측정 대상체의 압력을 측정하는 압력 센서 중 어느 하나 이상을 더 포함한다.
예를 들어, 상기 지그부는 측정 대상체의 온도를 측정하는 온도 센서 및 측정 대상체의 압력을 측정하는 압력 센서 중 어느 하나 이상을 더 포함하며, 상기 기록부는, 평가가 진행되는 동안, 상기 측정부를 통한 전기저항 수치; 및 온도 센서 및 측정 대상체의 압력을 측정하는 압력 센서 중 어느 하나 이상을 통해 측정된 수치를 기록한다.
본 발명에 따른 본 발명에 따른 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법 및 시스템은 다양한 형태의 전기화학소자용 분리막에 대하여 적용 가능하다. 예를 들어, 상기 분리막은 리튬 이차전지용 분리막이다.
상기 리튬 이차전지는 예를 들어, 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 함침시키는 비수 전해액; 및 상기 전극 조립체와 상기 비수 전해액을 내장하는 전지 케이스를 포함한다.
양극은, 양극 집전제의 일면 또는 양면에 양극 활물질층이 적층된 구조이다. 양극 활물질은 각각 독립적으로, 리튬 함유 산화물일 수 있으며, 동일하거나 상이할 수 있다. 상기 리튬 함유 산화물로는, 리튬 함유 전이금속 산화물이 사용될 수 있다. 하나의 예에서, 양극 활물질층은 양극 활물질 외에 도전재 및 바인더 고분자 등을 포함되며, 필요에 따라, 당업계에서 통상적으로 사용되는 양극 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 양극에 사용되는 집전체는 전도성이 높은 금속으로, 양극 활물질 슬러리가 용이하게 접착할 수 있는 금속이면서, 전기화학소자의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 구체적으로 양극용 집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.
음극은 음극 활물질로서 탄소재, 리튬 금속, 규소 또는 주석 등을 포함할 수 있다. 음극 활물질로서 탄소재가 사용되는 경우, 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (mesocarbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum orcoal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.
상기 음극에 사용되는 집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다. 또한, 상기 집전체는 상기 물질들로 이루어진 기재들을 적층하여 사용할 수도 있다.
또한, 상기 음극은 당해 분야에 통상적으로 사용되는 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다.
상기 분리막은 리튬 이차전지에서 사용되는 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하고, 예를 들면 폴리올레핀계 다공성 막(membrane) 또는 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 폴리올레핀계 다공성 막의 예로는, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐 등의 폴리올레핀계 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 막(membrane)을 들 수 있다.
이하, 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법에 따른 평가를 수행하기 전에 평가 대상체를 상부 및 하부 지그 사이에 위치한 모습을 나타낸 모식도이다. 도 1을 참조하면, 상부 지그(310)와 하부 지그(320) 사이에 측정 대상체(100)와 전기화학소자(200)를 서로 대면하도록 위치한다. 상기 측정 대상체(100)는 양극(10), 분리막(20) 및 음극(30)이 순차 적층된 구조의 전극 조립체가 전지 케이스(40) 내에 수납된 형태이다. 또한, 측정 대상체(100)의 양극(10) 및 음극(30)과 각각 전기적으로 연결된 양극탭(11) 및 음극탭(31)이 전지 케이스(40)의 외부에 노출된 구조이다.
도 2 내지 4는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법 내지 시스템을 나타낸 모식도들이다. 이하에서는, 각각의 경우에 대하여 설명한다.
[제1 실시예]
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법 내지 시스템을 나타낸 모식도이다. 도 2를 참조하면, 측정 대상체(110)와 전기화학소자(200)가 서로 대면한 상태에서, 상부 지그(310)와 하부 지그(320) 사이에 위치한다. 상기 측정 대상체(110)는 양극(10), 분리막(20) 및 음극(30)이 순차 적층된 구조이다. 또한, 측정 대상체(100)의 양극(10) 및 음극(30)과 각각 전기적으로 연결된 양극탭(11) 및 음극탭(31)이 돌출된 구조이다. 측정기(400)는 상기 양극탭(11)과 음극탭(31)과 연결된 상태에서 측정 대상체(110)의 절연 및 리튬 이온전도도 특성을 측정한다. 상기 측정기(400)는 고주파수(high frequency) 영역에서 전기화학 임피던스 분광기(EIS; Electrochemical Impedance Spectroscopy)를 이용한다.
또한, 상기 측정 대상체(110) 아래에는 전기화학소자(200)가 위치한다. 상기 전기화학소자(200)는 연결된 전원(500)을 통해 충방전 과정을 반복한다. 상기 전기화학소자(200)가 충방전을 수행하는 동안 유발되는 부피 및 온도 변화는 대면하고 있는 측정 대상체(110)에 전달된다. 상기 전원(500)은, 전기화학소자(200)의 충전을 수행하되, 필요에 따라 저항체를 포함함으로써 전기화학소자(200)의 방전 역시 유도한다.
[제2 실시예]
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법 내지 시스템을 나타낸 모식도이다. 도 3을 참조하면, 측정 대상체(120)와 전기화학소자(200)가 서로 대면한 상태에서, 상부 지그(310)와 하부 지그(320) 사이에 위치한다. 상기 측정 대상체(120)와 전기화학소자(200)는 양극(10), 분리막(20) 및 음극(30)이 순차 적층된 구조의 전극 조립체가 전지 케이스(40) 내에 수납된 형태이다.
측정기(400)는 상기 측정 대상체(120)의 양극탭과 음극탭과 연결된 상태에서 측정 대상체(120)의 절연 및 리튬 이온전도도 특성을 측정한다. 상기 측정기(400)는 고주파수(high frequency) 영역에서 전기화학 임피던스 분광기(EIS; Electrochemical Impedance Spectroscopy)를 이용한다. 또한, 상기 전기화학소자(200)는 연결된 전원(500)을 통해 충방전 과정을 반복한다.
[제3 실시예]
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법 내지 시스템을 나타낸 모식도이다. 도 4를 참조하면, 측정 대상체(130)와 전기화학소자(200)가 서로 대면한 상태에서, 상부 지그(310)와 하부 지그(320) 사이에 위치한다. 상기 측정 대상체(130)와 전기화학소자(200)는 양극(10), 분리막(20) 및 음극(30)이 순차 적층된 구조의 전극 조립체가 전지 케이스(40) 내에 수납된 형태이다.
상기 측정 대상체(130)와 전기화학소자(200)는 양극탭과 음극탭이 서로 다른 방향으로 돌출되도록 위치하였다. 이를 통해, 측정 대상체(13)와 측정기(400)의 연결, 그리고 전기화학소자(200)와 전원(500)의 연결을 위한 공간을 확보하였다.
구체적으로, 상기 측정기(400)는 상기 측정 대상체(120)의 양극탭과 음극탭과 연결된 상태에서 측정 대상체(130)의 절연 및 리튬 이온전도도 특성을 측정한다. 상기 측정기(400)는 고주파수(high frequency) 영역에서 전기화학 임피던스 분광기(EIS; Electrochemical Impedance Spectroscopy)를 이용한다. 또한, 상기 전기화학소자(200)는 연결된 전원(500)을 통해 충방전 과정을 반복한다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면과 실시예에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
10: 양극
11: 양극탭
20: 분리막
30: 음극
31: 음극탭
40: 전지 케이스
100, 110, 120, 130: 측정 대상체
200: 전기화학소자
310: 상부 지그
320: 하부 지그
400: 측정기
500: 전원

Claims (15)

  1. 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 측정 대상체; 및 상기 측정 대상체와 대면하도록 위치하는 전기화학소자를 상부 지그와 하부 지그 사이에 협지한 상태에서,
    상기 전기화학소자의 충방전을 반복 수행하고, 상기 전기화학소자의 충방전을 수행하는 동안 측정 대상체의 전기저항을 측정하는 단계를 포함하고,
    평가를 수행하는 동안, 상기 전기화학소자는 충방전을 반복 수행하고, 상기 측정 대상체는 충방전을 수행하지 않으며,
    상기 상부 및 하부 지그는, 상기 측정 대상체 및 전기화학소자가 서로 대면한 상태를 고정하는 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 대상체는,
    양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체가 수납된 파우치형 전지 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 대상체와 전기화학소자는,
    양극 및 음극의 구조 및 조성이 서로 동일한 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기화학소자의 분리막은 분리막 원단 시편의 일면 또는 양면에 형성된 무기층을 포함하는 구조이고,
    상기 측정 대상체의 분리막은 분리막 원단 시편으로 형성되되 상기 시편의 양면에는 별도의 무기층이 형성되지 않은 구조인 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 지그는, 상기 측정 대상체 및 전기화학소자가 서로 대면한 상태를 가압하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 지그는, 평가가 진행되는 동안,
    상기 측정 대상체 및 전기화학소자 중 어느 하나 이상을 가열하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    분리막은 리튬 이차전지용 분리막인 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 방법.
  10. 측정 대상체 및 전기화학소자가 서로 대면한 상태를 고정하는 지그부;
    상기 지그부 사이에 위치한 상태에서 충방전을 반복 수행하는 전기화학소자;
    상기 지그부 사이에 전기화학소자와 대면하는 상태로 위치하되, 충방전을 수행하지 않는 측정 대상체; 및
    상기 측정 대상체의 전기저항을 측정하는 측정부를 포함하는 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 측정 대상체는,
    양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체가 수납된 파우치형 전지 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 지그부는 상부 지그 및 하부 지그를 포함하며,
    상기 상부 및 하부 지그 중 어느 하나 이상의 지그는,
    히팅 부재가 실장된 구조인 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서,
    평가가 진행되는 동안, 상기 측정부를 통한 전기 전기저항 수치를 기록하는 기록부를 더 포함하는 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 시스템.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 지그부는 측정 대상체의 온도를 측정하는 온도 센서 및 측정 대상체의 압력을 측정하는 압력 센서 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포함하는 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 지그부는 측정 대상체의 온도를 측정하는 온도 센서 및 측정 대상체의 압력을 측정하는 압력 센서 중 어느 하나 이상을 더 포함하며,
    상기 기록부는, 평가가 진행되는 동안,
    상기 측정부를 통한 전기저항 수치; 및
    온도 센서 및 측정 대상체의 압력을 측정하는 압력 센서 중 어느 하나 이상을 통해 측정된 수치를 기록하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 분리막의 절연 및 리튬 이온전도도 특성 평가 시스템.
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