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KR102219701B1 - 이차 전지의 활물질 분석 장치 및 이를 이용한 활물질 분석 방법 - Google Patents

이차 전지의 활물질 분석 장치 및 이를 이용한 활물질 분석 방법 Download PDF

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KR102219701B1
KR102219701B1 KR1020140109046A KR20140109046A KR102219701B1 KR 102219701 B1 KR102219701 B1 KR 102219701B1 KR 1020140109046 A KR1020140109046 A KR 1020140109046A KR 20140109046 A KR20140109046 A KR 20140109046A KR 102219701 B1 KR102219701 B1 KR 102219701B1
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Abstract

본 발명에 따른 이차 전지의 활물질 분석 장치는, 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 형성된 압전 박막; 상기 압전 박막 상에 형성되며, 상기 제1 전극과 반대 극성의 전압을 제공하기 위한 제2 전극; 및 상기 제2 전극 상에 형성되는 것으로서, 상기 제2 전극의 일부를 노출시키는 제1 관통공이 마련된 절연층;을 포함할 수 있다.

Description

이차 전지의 활물질 분석 장치 및 이를 이용한 활물질 분석 방법{APPARATUS FOR ANALYZING ACTIVE MATERIAL OF SECONDARY BATTERY AND METHOD FOR ANALYZING ACTIVE MATERIAL USING THE SAME}
이차 전지의 활물질 분석 장치 및 이를 이용한 활물질 분석 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이차 전지에 사용되는 활물질의 소재 특성을 정확하게 분석할 수 있는 활물질 분석 장치 및 이를 이용한 활물질 분석 방법에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.
특히, 전기 차량 또는 하이브리드 차량에 탑재되는 이차 전지는, 대용량일 수 있다. 이러한 대용량의 이차 전지를 구현하기 위해서는 소정의 성능, 가격, 안정성 등이 요구된다. 그러나, 현재 개발된 이차 전지를 구성하는 소재 만으로는 이러한 요구를 만족시키기 어렵다. 그에 따라, 이차 전지를 구성하는 소재의 개발이 활발히 진행되고 있다.
그러나, 현재로서는 이러한 이차 전지를 구성하는 소재의 특성을 분석 또는 평가하기 위한 수단이 마땅히 존재하지 않는다. 그 결과 이차 전지의 소재 개발이 지연되고 있다. 따라서, 이차 전지의 소재 자체의 특성과, 그에 따른 이차 전지의 특성을 분석 또는 평가할 수 있는 장치 및 방법의 개발이 요구된다.
이차 전지에 사용되는 활물질의 무게를 정확히 측정하고, 이를 기초로 활물질의 전기 화학적 특성을 정확히 측정할 수 있는, 이차 전지의 활물질 분석 장치 및 이를 이용한 활물질 분석 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 활물질 분석 장치는,
제1 전극;
상기 제1 전극 상에 형성된 압전 박막;
상기 압전 박막 상에 형성되며, 상기 제1 전극과 반대 극성의 전압을 제공하기 위한 제2 전극; 및
상기 제2 전극 상에 형성되는 것으로서, 상기 제2 전극의 일부를 노출시키는 제1 관통공이 마련된 절연층;을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 관통공에 제1 활물질이 주입되며, 상기 압전 박막에 나타나는 공진 주파수에 기초하여, 제1 관통공에 수용된 제1 활물질의 무게를 검출할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 절연층은 상기 제2 전극과 중첩되지 않으며 상기 제1 관통공과 이격된 제2 관통공을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2 전극과 이격 배치된 제3 전극을 더 포함하며, 상기 제2 관통공은 상기 제3 전극의 일부를 노출시킬 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2 관통공에 상기 제1 활물질과 비교하여 충방전 전위가 다른 제2 활물질이 주입될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 절연층의 상부에는, 상기 제1, 제2 관통공을 둘러싸며, 내부에 전해질이 수용될 수 있는 챔버층이 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 전극 하부에 배치된 기판을 더 포함할 수 있다. 상기 기판은, 상기 제1 전극과 중첩되는 영역 중 적어도 일부에 형성된 캐비티를 포함하거나, 반사층을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 활물질 분석 방법은,
제1 전극, 압전 박막, 제2 전극 및 절연층이 순차로 적층되며, 상기 절연층에는 상기 제2 전극의 일부가 노출되는 제1 관통공이 마련된 부피 음향 공진기의 상기 제1 관통공에 제1 활물질을 배치하는 단계;
상기 부피 음향 공진기의 상기 제1, 제2 전극에 전기 신호를 인가하여, 상기 부피 음향 공진기의 공진 주파수를 측정하는 단계; 및
상기 측정된 공진 주파수에 기초하여, 상기 제1 관통공에 배치된 제1 활성층의 무게를 측정하는 단계; 를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 활물질과 이격되도록 제2 활물질을 배치하고, 제1 활물질 및 제2 활물질에 접촉하도록 전해질을 배치하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 활물질의 단위 무게당 전기 화학적 특성을 검출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2 활물질은, 상기 제1 활물질과 비교하여 충방전 전위가 다를 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 활물질은, 양극 활물질 또는 음극 활물질일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극에 전기 신호를 인가하여 초음파를 발생시키는 단계; 및 상기 발생된 초음파에 의해 상기 제2 전극과 상기 제1 활물질의 접착 특성을 검출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 활물질 분석 장치 및 이를 이용한 활물질 분석 방법에 따르면, 부피 음향 공진기를 이용하여 활물질의 무게를 측정하고, 활물질의 이동 없이 바로 활물질의 전기 화학적 특성을 검출함으로써, 활물질의 밀도 당 전기 화학적 특성을 정확히 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 활물질 분석 장치의 평면도이며, 도 2는 도 1의 II-II선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3a는 도 2의 부피 음향 공진기를 확대 도시한 도면이며, 도 3b는 도 2의 부피 음향 공진기의 공진 주파수를 측정한 것이다.
도 4는 도 2에 따른 이차 전지의 활물질 분석 장치에서, 제1, 제2 활물질 및 전해질이 제1, 제2 관통공 및 전해질 수용부에 주입된 상태의 일 예를 나타낸다.
도 5는, 도 4의 이차 전지의 활물질 분석 장치에서 제1, 제2 전극에 전력을 인가한 상태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6a 및 도 6b는, 제1 관통공에 삽입되는 제1 활물징의 다양한 예를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 이차 전지의 활물질 분석 장치의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 8은 도 2에 따른 이차 전지의 활물질 분석 장치에서, 제1, 제2 활물질 및 전해질이 제1, 제2 관통공 및 전해질 수용부에 주입된 상태의 다른 예를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 활물질 분석 장치를 나타낸 단면도이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 활물질 분석 방법을 도식적으로 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 활물질 분석 장치 및 분석 방법을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 각 구성 요소의 크기나 두께는 설명의 편의를 위해 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하에서, 한 층이 기판이나 다른 층의 "위", "상부" 또는 "상"에 구비된다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 또 다른 층이 존재할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 활물질 분석 장치(1)의 평면도이며, 도 2는 도 1에 개시된 이차 전지의 활물질 분석 장치(1)를 II-II선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 이차 전지의 활물질 분석 장치(1)는 기판(101), 제1 전극(110), 압전 박막(130), 제2 전극(120) 및 절연층(140)을 포함한다.
기판(101) 상에는 제1 전극(110)이 형성될 수 있다. 기판(101)은 제1 전극(110)과 중첩되는 영역 중 적어도 일부에 캐비티(102)가 형성될 수 있다.
기판(101)은 실리콘 기판일 수 있다. 다만, 기판(101)의 재질은 이에 한정되는 것은 아니며, 다양하게 변형될 수 있다. 기판(101)과 제1 전극(110) 사이에는, 절연 박막(104)이 형성될 수 있다. 절연 박막(104)은, 예로서, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
제1 전극(110)은 금속층일 수 있다. 제1 전극(110)은, 몰리브덴(Mo), 금(Au), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 백금(Pt), 루테늄(Ru)으로 이루어진 금속물질 중 어느 하나의 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 제1 전극(110)은 에칭 및 리프트 오프법 등의 금속 패터닝 방법에 의해 기판(101) 상에 형성할 수 있다. 제1 전극(110)은 약 10nm-1000 nm 두께로 형성될 수 있다.
제1 전극(110)의 단부에는 제1 전극 패드(111)가 형성된다. 제1 전극 패드(111)의 양측에는 접지 패드(112)가 배치될 수 있다. 접지 패드(112)에는 그라운드 전압이 인가될 수 있다.
압전 박막(130)은 제1 전극(110) 상에 형성되며, 압전 특성을 가지는 박막이다. 압전 박막(130)은, AlN, ZnO, PZT 중 어느 하나의 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 압전 박막(130)은 약 10nm-3000nm 두께로 형성될 수 있다.
제2 전극(120)은 압전 박막(130) 상에 형성되며, 제1 전극(110)과 반대 극성의 전압을 제공할 수 있다. 제2 전극(120)은 금속층일 수 있다. 제2 전극(120)은, 몰리브덴(Mo), 금(Au), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 백금(Pt), 루테늄(Ru)으로 이루어진 금속물질 중 어느 하나의 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 제2 전극(120)은 에칭 및 리프트 오프법 등의 금속 패터닝 방법에 의해 기판(101) 상에 형성할 수 있다. 제2 전극(120)은 약 10nm-1000 nm 두께로 형성될 수 있다.
제2 전극(120)의 단부에는 제2 전극 패드(121)가 형성된다. 제2 전극 패드(121)의 양측에는 접지 패드(122)가 배치될 수 있다. 접지 패드(122)에는 그라운드 전압이 인가될 수 있다.
절연층(140)은 적어도 일부가 제2 전극(120) 상에 형성된다. 절연층(140)은 다양한 방법, 예를 들어 단원자층 증착법(ALD), 화학 기상 증착법(CVD), 증발법(Evaporation) 등을 이용하여 형성될 수 있다.
절연층(140)은, 제2 전극(120)의 적어도 일부를 노출시키는 제1 관통공(141)을 포함한다. 제1 관통공(141)은, 에칭 등에 의해 절연층(140)이 선택적으로 제거되어 형성될 수 있다.
상술한 제1 전극(110), 압전 박막(130), 제2 전극(120) 및 절연층(140)은 부피 음향 공진기(10)(Bulk Acoustic Resonator)로서 기능할 수 있다. 즉, 제1 전극(110), 압전 박막(130), 제2 전극(120) 및 절연층(140)의 적어도 일부는 부피 음향 공진기(10)를 구성할 수 있다.
부피 음향 공진기(10)의 제1, 제2 전극(110, 120)에 전기 신호, 예를 들어 교류 전압을 인가함에 따라, 압전 박막(130) 내에서 음파가 발생된다. 이렇게 발생된 음파는 제1, 제2 전극(110, 120)에 반사되며, 소정의 공진 주파수를 가지게 된다. 부피 음향 공진기(10)의 공진 주파수는 인가되는 전압, 온도 또는 무게 등에 따라 달라질 수 있다.
제1 관통공(141)에는 제1 활물질(210)이 수용될 수 있다. 제1 활물질(210)을 제1 관통공(141)에 주입(또는 배치)하기 전일 때 부피 음향 공진기(10)의 공진 주파수와, 제1 활물질(210)을 제1 관통공(141)에 주입한 후일 때 부피 음향 공진기(10)의 공진 주파수를 측정한다. 제1 활물질(210)의 주입 여부에 따른 공진 주파수의 변화에 기초하여, 제1 관통공(141)에 주입된 제1 활물질(210)의 무게를 검출할 수 있다.
도 3a는 도 2의 부피 음향 공진기(10)를 확대 도시한 도면이며, 도 3b는 도 2의 부피 음향 공진기(10)의 공진 주파수를 측정한 것이다. 도 3b는 제1 관통공(141)에 제1 활물질(210)이 주입되기 전과 주입된 후의 각각의 공진 특성을 나타낸다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제1 활물질(210)이 제1 관통공(141)에 주입되기 전일 때, 부피 음향 공진기(10)는 A와 같은 공진 특성을 나타낸다. 제1 활물질(210)이 제1 관통공(141)에 주입된 후일 때, 부피 음향 공진기(10)는 B와 같은 공진 특성을 나타낸다. 상기 A와 B를 비교하면, 공진 주파수가 서로 다르게 나타난 것을 알 수 있다. 즉, 제1 관통공(141)에 제1 활물질(210)이 주입되었는지 여부에 따라, 나타나는 공진 주파수가 달라진다.
부피 음향 공진기(10)는, 그 무게에 따라 공진 주파수가 다르게 나타나는 특성을 가진다. 이러한 부피 음향 공진기(10)의 특성을 이용하여, 상기 공진 주파수의 차이에 기초하여, 제1 활물질(210)의 무게를 측정할 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 본 실시예에 따른 이차 전지의 활물질 분석 장치(1)는, 제2 전극(120)과 중첩되지 않으며 제1 관통공(141)과 이격된 제2 관통공(142) 및 전해질(230)을 수용하기 위한 전해질 수용부(251)를 더 포함할 수 있다.
제2 관통공(142)에는 제1 활물질(210)과 비교하여 충방전 전위가 다른 제2 활물질(220)이 수용될 수 있다.
제2 관통공(142)은 제1 관통공(141)과 이격되도록 절연층(140)에 형성될 수 있다. 제2 관통공(142)과 제1 관통공(141)이 이격됨으로써, 제1 관통공(141)과 제2 관통공(142)에 주입되는 제1 활물질(210)과 제2 활물질(220)을 이격시킬 수 있다.
제2 관통공(142)의 하부에는, 제2 전극(120)과 이격된 제3 전극(240)이 배치될 수 있다. 그에 따라, 제2 관통공(142)에 제2 활물질(220)을 주입할 경우, 제2 활물질(220)은 제3 전극(240)에 접촉될 수 있다.
제3 전극(240)은 금속층일 수 있다. 제3 전극(240)은, 몰리브덴(Mo), 금(Au), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 백금(Pt), 루테늄(Ru)으로 이루어진 금속물질 중 어느 하나의 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 제3 전극(240)은 제2 전극(120)과 함께 형성될 수 있다.
전해질 수용부(251)는, 제1 관통공(141) 및 제2 관통공(142)의 상부에 형성될 수 있다. 절연층(140) 상에는, 전해질 수용부(251)를 정의하기 위한 챔버층(250)이 형성될 수 있다. 전해질(230)이 액체 전해질일 경우, 챔버층(250)은 액체 전해질을 수용하기 위하여 도 1과 같이 연속적으로 형성될 수 있다. 다만, 전해질(230)이 고체 전해질일 경우에는, 챔버층(250)이 반드시 연속적일 필요는 없으며, 불연속적으로 형성될 수도 있다.
챔버층(250)의 재질은 절연층(140)의 재질과 동일할 수 있다. 다만, 챔버층(250)의 재질은 이에 한정되지는 아니하며, 전해질(230)과 반응하지 않는 물질이라면, 자유롭게 변형될 수 있다.
도 4는 도 2에 따른 이차 전지의 활물질 분석 장치(1)에서, 제1, 제2 활물질(210, 220) 및 전해질(230)이 제1, 제2 관통공(141, 142) 및 전해질 수용부(251)에 주입된 상태를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 무게가 측정된 제1 활물질(210) 외에, 제2 관통공(142)에 제2 활물질(220)을 주입하고, 전해질 수용부(251)에 전해질(230)을 주입한다. 전해질 수용부(251)에 주입된 전해질(230)은 제1, 제2 활물질(210, 220)에 접촉된다. 그리하여, 충전 및 방전이 가능한 배터리 환경(20)이 형성될 수 있다.
이 때, 제2 전극(120)은 배터리 환경(20)에서의 제1 집전체로서 기능할 수 있다. 즉, 제2 전극(120)은 부피 음향 공진기(10)에서 전극으로서 기능을 수행할 뿐만 아니라, 배터리 환경(20)에서 집전체로서 기능을 수행할 수 있다. 제3 전극(240)은 배터리 환경(20)에서의 제2 집전체로서 기능할 수 있다.
이러한 상태에서, 제2 전극(120)과 제3 전극(240)을 통해 전기 화학적 실험을 진행한다. 전기 화학적 실험을 통해, 제1 활물질(210)의 단위 무게 당 전기 화학적 특성을 검출할 수 있다. 전기 화학적 특성을 검출하는 방법은, 당업계에서 사용되는 것이면 제한 없이 모두 사용될 수 있다.
전기 화학적 특성의 예로서, 제1 활물질(210)의 방전 용량(discharge capacity), 수명특성, 초기 효율, 고율 충방전 특성, 및 저율 충방전 특성 등일 수 있다. 다만, 전기 화학적 특성은 이에 한정되지 않으며, 상기 배터리 환경(20)에서 측정될 수 있는 전기 화학적 특성이라면 제한 없이 포함될 수 있다.
또한, 제1 활물질(210)의 부피를 알게 될 경우, 제1 활물질(210)의 밀도를 검출할 수 있다. 제1 활물질(210)의 부피 측정은 무게 측정에 비해 일반적으로 용이하다. 예를 들어, 제1 활물질(210)의 부피는, 광학 장치를 이용한 분석을 통해서도 측정 가능하며, 제1 관통공(141)의 부피에 의해서도 측정될 수 있다. 그 외에도 다양한 부피 측정 방법에 의해 알 수 있다. 제1 활물질(210)의 부피 및 무게에 기초하여, 제1 활물질(210)의 밀도 당 전기 화학적 특성을 검출할 수 있다.
제1 활물질(210)은 양극 활물질일 수 있다. 양극 활물질은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 제한 없이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, LiaA1 - bBbD2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다); LiaE1 - bBbO2 - cDc(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiE2 - bBbO4 - cDc(상기 식에서, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiaNi1 -b- cCobBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1 -b- cCobBcO2 -αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b-cCobBcO2-αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcO2 -αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcO2 -αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiIO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); LiFePO4의 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다:
상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; B는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P, 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; F는 F, S, P, 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn, 또는 이들의 조합이고; I는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 또는 이들의 조합이며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이다.
물론 상기 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 코팅층은 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트, 또는 코팅 원소의 하이드록시카보네이트의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법(예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등)으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 제1 활물질(210)로서, 구체적으로 예를 들면, 코발트산리튬(이하, 「LCO」로 칭하는 경우가 있다), 니켈산리튬, 니켈 코발트산 리튬, 니켈 코발트 알루미늄산 리튬(이하, 「NCA」로 칭하는 경우가 있다), 니켈 코발트 망간산 리튬(이하, 「NCM」라고 칭하는 경우가 있다), 망간산리튬, 리튬인산철 등의 리튬염이나, 황화 니켈, 황화구리, 황, 산화철, 산화 바나듐 등을 이용할 수 있다. 이들은 제1 활물질(210)로서 각각 단독으로 이용하거나, 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
제2 활물질(220)은, 음극 활물질일 수 있다. 음극 활물질로는, 당해 기술분야에서 이차 전지의 음극 활물질로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 음극 활물질로는 예를 들어, 리튬 금속, 리튬과 합금 가능한 금속, 전이금속 산화물, 비전이금속 산화물, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질, 및 탄소계 재료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기에서는, 이차 전지로서 리튬 이차 전지를 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 이차 전지, 예를 들어 마그네슘 이차 전지일 수도 있다.
상기 리튬과 합금 가능한 금속은 예를 들어, Si, Sn, Al, In, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님) 등일 수 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 전이금속 산화물은 예를 들어, 텅스텐 산화물, 몰리브데늄 산화물, 티탄 산화물, 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등일 수 있다.
상기 비전이금속 산화물은 예를 들어, SnO2, SiOx(0<x<2) 등일 수 있다.
상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질은 예를 들어 Sn, SnO2, Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 11족 원소, 12족 원소, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님) 등일 수 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 탄소계 재료로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 탄소계 재료로는 천연 흑연, 인조 흑연, 흑연 탄소섬유, 수지소성탄소, 열분해 기상 성장 탄소, 코크스, 메조카본마이크로비즈(MCMB), 푸르푸릴 알코올 수지 소성 탄소, 폴리아센, 피치계 탄소 섬유, 기상 성장 탄소섬유, 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물 등을 사용할 수 있다. 이들은 음극 활물질(201)로서 단독으로 이용하거나, 또는 2종 이상 혼합하여 이용할 수 있다.
상기 탄소계 재료는 무정형, 판상, 인편상(flake), 구형, 섬유형, 또는 이들의 조합일 수 있다.
전해질(230)은 액체 전해질, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용될 수 있다. 액체 전해질, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질로는, 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.
액체 전해질은 비수계 용매 및 리튬열을 포함할 수 있다. 비수계 용매로는, 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 아민계 또는 포스핀계 용매를 사용할 수 있다. 리튬염은 비수계 용매에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 리튬클로로보레이트, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등의 물질을 하나 이상 사용할 수 있다.
유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2, LiPON 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
도 5는, 도 4의 이차 전지의 활물질 분석 장치(1)에서 제1, 제2 전극(110, 120)에 전기 신호를 인가한 상태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 제1, 제2 활물질(210, 220) 및 전해질(230)이 제1, 제2 관통공(141, 142) 및 전해질 수용부(251)에 주입된 상태에서, 제1 전극(110) 및 제2 전극(120)에 전기 신호를 인가한다. 제1 전극(110) 및 제2 전극(120)에 전기 신호를 인가함으로써, 압전 박막(130)에서 초음파가 발생할 수 있다. 그리하여, 제1 활물질(210)과 제2 전극(120) 사이에 초음파가 전달될 수 있다. 초음파가 전달됨에 따라, 제1 활물질(210)과 제2 전극(120) 사이의 접착 특성이 달라질 수 있다. 그리하여, 본 실시예에 따른 이차 전지의 활물질 분석 장치(1)에 의해, 제1 활물질(210)과 제2 전극(120) 사이의 접착 특성을 확인할 수 있다.
한편, 제1 관통공(141)의 크기는 다양하게 형성될 수 있다. 그에 따라, 제1 관통공(141)에 주입되는 제1 활물질(210)의 부피 및 상태를 달리 설정할 수 있다. 그리하여, 제1 활물질(210)의 파티클 상태일 때의 특성, 벌크(bulk) 상태일 때의 특성 중 적어도 하나의 특성을 확인할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는, 제1 관통공(141)에 삽입되는 제1 활물질(210)의 다양한 예를 도시한 것이다.
도 6a를 참조하면, 제1 활물질(210p)은 활물질 파티클 단위의 크기를 가질 수 있다. 제1 활물질(210p)의 직경은 수 um 이하일 수 있다. 예를 들어, 제1 활물질(210p)의 직경은 약 8 um일 수 있다. 이 때, 제1 관통공(141a)의 크기는 제1 활물질(210p)의 크기에 대응할 수 있다. 예를 들어, 제1 관통공(141a)의 크기 역시 수 um일 수 있다. 그리하여, 제1 활물질(210p)의 활물질 파티클 단위의 무게를 정확히 검출할 수 있으며, 이를 기초로 제1 활물질(210p)의 파티클 단위의 전기 화학적 특성을 검출할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 제1 활물질(210b)은 복수의 활물질 파티클이 포함된 벌크 단위의 크기를 가질 수 있다. 제1 활물질(210b)의 크기는 수 mm 일 수 있다. 이 때, 제1 활물질(210b)은 복수의 활물질 파티클 외에 기타 물질, 예를 들어 바인더, 피복막, 도전제 등을 포함할 수 있다. 이 때, 제1 관통공(141b)의 크기는 제1 활물질(210b)의 크기에 대응할 수 있다. 예를 들어, 제1 관통공(141b)의 크기는 수 mm 단위일 수 있다. 그리하여, 벌크 단위의 제1 활물질(210b)의 특성을 통해, 실제 이차 전지에서 제1 활물질(210)을 포함하는 전극층의 특성을 검출할 수 있다.
도 7은 본 발명의 이차 전지의 활물질 분석 장치(1a)의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 7을 참조하면, 이차 전지의 활물질 분석 장치(1a)은 상술한 실시예에 따른 이차 전지의 활물질 분석 장치(1)을 하나의 배터리 분석 모듈로 하여, 복수 개의 활물질 분석 모듈(1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 1-6)을 포함할 수 있다.
복수 개의 활물질 분석 모듈들(1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 1-6)은 하나의 기판(101) 상에 형성되는 것으로서, 각각 제1 전극(110), 압전 박막(130), 제2 전극(120), 절연층(140) 및 챔버층(250)을 포함할 수 있다. 절연층(140)에 제1, 제2 관통공(141, 142)이 형성된다.
복수 개의 활물질 분석 모듈(1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 1-6)의 제1 관통공(141-1, 141-2, 141-3, 141-4, 141-5, 141-6)은 적어도 일부가 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 활물질 분석 모듈(1-1)의 제1 관통공(141-1)과 제6 활물질 분석 모듈(1-6)의 제1 관통공(141-6)의 크기가 서로 상이할 수 있다. 그리하여, 동시에, 제1 활물질(210)의 파티클 단위의 무게, 제1 활물질(210)의 벌크 단위의 무게를 정확히 알 수 있다. 그리하여, 제1 활물질(210)의 무게 및 상태 변화에 따른, 제1 활물질(210)의 전기 화학적 특성을 쉽게 검출할 수 있다.
본 실시예에 따른 이차 전지의 활물질 분석 장치(1)는 하나의 기판(101) 상에 복수의 배터리 분석 모듈이 형성된다. 이는, 기존의 반도체 공정을 이용하여 쉽게 형성될 수 있다. 그리하여, 이차 전지에 사용되는 활물질에 대한 분석 장치를 간단하게 제조 가능하며, 이를 통해 활물질의 무게 및 상태 변화에 따른 전기 화학적 특성을 용이하게 파악할 수 있다.
상술한 실시예들에서는, 제1 관통공(141)에 주입되는 제1 활물질(210)로서 양극 활물질인 것을 중심으로 설명하였으나, 이에 한정되지 아니한다. 예를 들어, 도 8과 같이, 제1 활물질(210')은 음극 활물질일 수 있으며, 제2 활물질(220')은 양극 활물질일 수 있다.
또한, 상술한 실시예들에서는, 부피 음향 공진기로서 기판(101)에 제1 관통공(141)과 중첩되는 영역에 캐비티(102)가 형성된 필름 부피 음향 공진기(Film Bulk Acoustic Resonator)를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 부피 음향 공진기(10)는 이에 한정되지 않으며, 도 9와 같이 기판(101)은 제1 관통공(141)과 중첩되는 영역에 반사층(103)이 형성된 SMR(Solidly Mounted Resonator)일 수 있다. 반사층(103)은 메탈층(103a)과 절연층(103b)이 교대로 적층된 구조일 수 있다. 이 외에도, 당해 기술분야에서 무게 측정에 사용되는 부피 음향 공진기(10)라면 모두 가능하다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 활물질 분석 방법을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 10a을 참조하면, 기판(101) 상에 제1 전극(110), 압전 박막(130) 및 제2 전극(120)을 순차적으로 형성한다. 제2 전극(120)을 형성할 때, 제2 전극(120)과 이격된 제3 전극(240)을 함께 형성할 수 있다.
기판(101)은 실리콘 기판일 수 있다. 다만, 기판(101)의 재질은 이에 한정되는 것은 아니며, 다양하게 변형될 수 있다. 기판(101)과 제1 전극(110) 사이에는, 절연 박막(104)이 형성될 수 있다. 절연 박막(104)은, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
제1 전극(110)은 금속층일 수 있다. 제1 전극(110)은, 몰리브덴(Mo), 금(Au), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 백금(Pt), 루테늄(Ru)으로 이루어진 금속물질 중 어느 하나의 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 제1 전극(110)은 에칭 및 리프트 오프법 등의 금속 패터닝 방법에 의해 기판(101) 상에 형성할 수 있다. 제1 전극(110)은 약 10nm-1000 nm 두께로 형성될 수 있다.
압전 박막(130)은 제1 전극(110) 상에 형성되며, 압전 특성을 가지는 박막이다. 압전 박막(130)은, AlN, ZnO, PZT 중 어느 하나의 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 압전 박막(130)은 약 10nm-3000nm 두께로 형성될 수 있다.
제2 전극(120)은 압전 박막(130) 상에 형성되며, 금속층일 수 있다. 제2 전극(120)은, 몰리브덴(Mo), 금(Au), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 백금(Pt), 루테늄(Ru)으로 이루어진 금속물질 중 어느 하나의 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 제2 전극(120)은 에칭 및 리프트 오프법 등의 금속 패터닝 방법에 의해 기판(101) 상에 형성할 수 있다. 제2 전극(120)은 약 10nm-1000 nm 두께로 형성될 수 있다.
제3 전극(240)은 압전 박막(130) 상에 형성되며, 금속층일 수 있다. 다만, 제3 전극(240)의 위치는 압전 박막(130) 상에 한정되지 않으며, 제2 전극(120)과 이격된 위치라면 제한되지 않는다. 제3 전극(240)은, 몰리브덴(Mo), 금(Au), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 백금(Pt), 루테늄(Ru)으로 이루어진 금속물질 중 어느 하나의 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
도 10b를 참조하면, 제2, 제3 전극(120, 240) 및 압전 박막(130) 상에 절연층(140)을 형성한다. 절연층(140)은 다양한 방법, 예를 들어 단원자층 증착법(ALD), 화학 기상 증착법(CVD), 증발법(Evaporation) 등을 이용하여 형성될 수 있다.
절연층(140)에서 제2 전극(120)의 일부를 노출시키는 제1 관통공(141) 및 제3 전극(240)의 일부를 노출시키는 제2 관통공(142)이 형성되도록, 절연층(140)의 일부를 제거할 수 있다. 절연층(140)의 일부를 제거하는 방법은 다양할 수 있으며, 일 예로서 에칭이 이용될 수 있다.
기판(101)은 제1 전극(110)과 중첩되는 영역 중 적어도 일부에 캐비티(102)가 형성될 수 있다. 선택적인 실시예로서, 도면상 도시되어 있지 않지만, 캐비티(102)에 반사층(103)이 형성될 수 있다.
도 10c를 참조하면, 제1 관통공(141)에 제1 활물질(210)을 주입한다. 제1 활물질(210)을 주입한 후, 압전 박막(130)의 공진 주파수를 측정한다. 측정된 공진 주파수와, 제1 활물질(210)이 주입되기 전의 압전 박막(130)의 공진 주파수를 비교하여, 제1 활물질(210)의 무게를 검출한다.
제1 활물질(210)을 주입하기 전 또는 주입한 이후에, 절연층(140) 상에 챔버층(250)을 형성한다. 챔버층(250)에 의해 제1, 제2 관통공(141, 142)의 상부에 전해질 수용부(251)가 정의된다.
도 10d를 참조하면, 제2 관통공(142)에 제1 활물질(210)과 비교하여 충방전 전위가 다른 제2 활물질(220)을 주입하고, 전해질 수용부(251)에 전해질(230)을 주입한다.
이와 같이, 제1, 제2 관통공(142) 및 전해질 수용부(251)에 제1, 제2 활물질(210, 220) 및 전해질(230)을 주입한 상태에서, 제2, 제3 전극(120, 240)을 이용하여 전기화학적 특성을 측정한다. 그리하여, 단위 무게당 제1 활물질(210)의 전기 화학적 특성을 검출할 수 있다. 또한, 제1 활물질(210)의 부피를 알 수 있을 경우, 밀도당 제1 활물질(210)의 전기 화학적 특성을 검출할 수 있다.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1 : 활물질 분석 장치 10 : 부피 음향 공진기
20 : 배터리 환경 101 : 기판
102 : 캐비티 103 : 반사층
104 : 절연 박막 110 : 제1 전극
111 : 제1 전극 패드 120 : 제2 전극
121 : 제2 전극 패드 130 : 압전 박막
140 : 절연층 141 : 제1 관통공
142 : 제2 관통공 210 : 제1 활물질
220 : 제2 활물질 230 : 전해질
240 : 제3 전극 250 : 챔버층
251 : 전해질 수용부

Claims (16)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 형성된 압전 박막;
    상기 압전 박막 상에 형성되며, 상기 제1 전극과 반대 극성의 전압을 제공하기 위한 제2 전극;
    상기 제2 전극과 이격 배치된 제3 전극;및
    상기 제2 전극 상에 형성되는 것으로서, 상기 제2 전극의 일부를 노출시키는 제1 관통공과, 상기 제2 전극과 중첩되지 않으며 상기 제1 관통공과 이격된 제2 관통공이 마련된 절연층;을 포함하며,
    상기 제2 관통공은 상기 제3 전극의 일부를 노출시키는 이차 전지의 활물질 분석 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 관통공에 제1 활물질이 주입되며,
    상기 압전 박막에 나타나는 공진 주파수에 기초하여, 제1 관통공에 수용된 제1 활물질의 무게를 검출하는, 이차 전지의 활물질 분석 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 관통공에 상기 제1 활물질과 비교하여 충방전 전위가 다른 제2 활물질이 주입되는, 이차 전지의 활물질 분석 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 절연층의 상부에는, 상기 제1, 제2 관통공을 둘러싸며, 내부에 전해질이 수용될 수 있는 챔버층이 형성된, 이차 전지의 활물질 분석 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 하부에 배치된 기판을 더 포함하는, 이차 전지의 활물질 분석 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 제1 전극과 중첩되는 영역 중 적어도 일부에 형성된 캐비티를 포함하는, 이차 전지의 활물질 분석 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 제1 전극과 중첩되는 영역 중 적어도 일부에 형성된 반사층을 포함하는, 이차 전지의 활물질 분석 장치.
  10. 제1 전극, 압전 박막, 제2 전극 및 절연층이 순차로 적층되며, 상기 절연층에는 상기 제2 전극의 일부가 노출되는 제1 관통공이 마련된 부피 음향 공진기의 상기 제1 관통공에 제1 활물질을 배치하는 단계;
    상기 부피 음향 공진기의 제1, 제2 전극에 전기 신호를 인가하여, 상기 부피 음향 공진기의 공진 주파수를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 공진 주파수에 기초하여, 상기 제1 관통공에 배치된 제1 활성층의 무게를 측정하는 단계; 를 포함하며,
    상기 제1 활물질은 양극 활물질 또는 음극 활물질인 이차 전지의 활물질 분석 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 활물질과 이격되도록 제2 활물질을 배치하고, 제1 활물질 및 제2 활물질에 접촉하도록 전해질을 배치하는 단계;를 더 포함하는, 이차 전지의 활물질 분석 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 활물질의 단위 무게당 전기 화학적 특성을 검출하는 단계;를 더 포함하는 이차 전지의 활물질 분석 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제2 활물질은, 상기 제1 활물질과 비교하여 충방전 전위가 다른, 이차 전지의 활물질 분석 방법.
  14. 삭제
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 제2 전극에 전기 신호를 인가하여 초음파를 발생시키는 단계; 및
    상기 발생된 초음파에 의해 상기 제2 전극과 상기 제1 활물질의 접착 특성을 검출하는 단계;를 더 포함하는, 이차 전지의 활물질 분석 방법.
  16. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 형성된 압전 박막;
    상기 압전 박막 상에 형성되며, 상기 제1 전극과 반대 극성의 전압을 제공하기 위한 제2 전극;
    상기 제2 전극 상에 형성되는 것으로서, 상기 제2 전극의 일부를 노출시키는 제1 관통공이 마련된 절연층; 및
    상기 절연층의 상부에 배치되며, 전해질이 수용될 수 있는 전해질 수용부를 정의하는 챔버층;을 포함하며,
    상기 제1 관통공의 크기는 상기 압전 박막의 크기보다 작으며,
    상기 전해질 수용부의 일부가 상기 제1 관통홀에 중첩된, 이차 전지의 활물질 분석 장치.
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