KR102765574B1 - 애노드 표면 피막 분석 방법 - Google Patents
애노드 표면 피막 분석 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102765574B1 KR102765574B1 KR1020200163683A KR20200163683A KR102765574B1 KR 102765574 B1 KR102765574 B1 KR 102765574B1 KR 1020200163683 A KR1020200163683 A KR 1020200163683A KR 20200163683 A KR20200163683 A KR 20200163683A KR 102765574 B1 KR102765574 B1 KR 102765574B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- anode
- surface film
- anode surface
- ion beam
- paragraph
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 15
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 33
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims description 23
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 19
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 4
- 230000016507 interphase Effects 0.000 claims description 4
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000012886 linear function Methods 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 9
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001423 beryllium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005211 surface analysis Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
- G01N23/227—Measuring photoelectric effect, e.g. photoelectron emission microscopy [PEEM]
- G01N23/2273—Measuring photoelectron spectrum, e.g. electron spectroscopy for chemical analysis [ESCA] or X-ray photoelectron spectroscopy [XPS]
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
- G01B15/02—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring thickness
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
- G01N23/225—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion
- G01N23/2255—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion using incident ion beams, e.g. proton beams
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
- G01N2223/07—Investigating materials by wave or particle radiation secondary emission
- G01N2223/085—Investigating materials by wave or particle radiation secondary emission photo-electron spectrum [ESCA, XPS]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
본 발명은 애노드 표면 피막 분석 방법에 관한 것으로, 애노드 표면 피막의 깊이에 따른 성분 분포를 나타내는 깊이 프로파일(depth profile)에 대한 모델을 마련하고, 모델을 통해 깊이에 따른 성분 분포 특성을 정량적으로 표현하는 특성 지수(characterization index)를 산출하기 위한 애노드 표면 피막 분석 방법을 제공하기 위한 것이다.
Description
본 발명은 애노드 표면 피막 분석 방법에 관한 것으로, 애노드 표면 피막의 깊이에 따른 성분 분포를 나타내는 깊이 프로파일(depth profile)에 대한 모델을 마련하고, 모델을 통해 깊이에 따른 성분 분포 특성을 정량적으로 표현하는 특성 지수(characterization index)를 산출하기 위한 애노드 표면 피막 분석 방법에 관한 것이다.
이차전지 애노드(anode)의 표면에는 벌크(bulk)와는 다른 성분으로 이루어진 피막이 존재한다. 이러한 피막을 SEI(solid electrolyte interphase)라 한다. SEI는 전해액 성분의 일부가 분해되어 생성되는 부산물로, 얇게 존재할 때는 리튬 이온은 통과시키면서 전자의 이동은 차단시키는 성질을 갖고 분리막과 유사한 기능을 하기 때문에 배터리의 효율 향상에 도움을 줄 수 있다.
하지만, SEI가 두꺼워지면 배터리 내부 임피던스의 증가, 리튬 이온량의 감소 등의 현상이 발생하게 되어 전지의 성능이 저하(퇴화)될 수 있다. 일반적으로, SEI의 두께는 전지의 오래 사용할 수록(충방전 사이클이 진행될 수록) 증가할 수 있다. 따라서, 전지 성능 분석하는 것에서, 애노드 표면의 특성(characterization) 평가는 중요하다.
현재 XPS(x-ray photoelectron spectroscopy)와 같은 표면 분석 방법이 애노드 표면의 특성평가에 활용되고 있으며, 특히, 깊이 프로파일(depth profile) 기법은 시료의 표면을 이온 빔(ion beam)을 사용하여 에칭(etching)하면서 XPS로 측정하는 방법으로, 깊이에 따른 성분 변화를 확인할 수 있어서 시료의 특성을 파악하는데 매우 유용한 방법이다.
그러나 기존에는 이러한 깊이 프로파일을 정확히 기술할 수 있는 모델이 개발되지 않아 시료들 간의 차이를 정량적으로 비교하기 어려웠고 정성적으로만 표현할 수 있었다. 따라서, 깊이 프로파일을 정량적으로 표현할 수 있는 분석 기법을 개발하는 것이 필요하며, 특히, 피막 성분의 깊이 방향에 따른 분포를 특정할 수 있는 정량적 파라미터(parameter)를 정의하는 것이 필요하다.
본 발명은 애노드 표면 피막 분석 방법에 관한 것으로, 애노드 표면 피막의 깊이에 따른 성분 분포를 나타내는 깊이 프로파일(depth profile)에 대한 모델을 마련하고, 모델을 통해 깊이에 따른 성분 분포 특성을 정량적으로 표현하는 특성 지수(characterization index)를 산출하기 위한 애노드 표면 피막 분석 방법을 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 애노드 표면 피막 분석 방법은,
(S1) 시료인 애노드(anode)의 표면을 이온빔 에칭(ion beam etching)하는 단계;
(S2) 상기 이온빔 에칭된 시간 te에서의 상기 이온빔 에칭된 상기 애노드의 표면에 대한 구성원소의 몰분율(mole fraction)의 비율 RA/B 을 측정하는 단계;
(S3) 상기 RA/B와 상기 te의 거동(behavior)을 멱법칙(power law)으로 모델링한 제1 관계식을 산출하는 단계;
(S4) 상기 제1 관계식으로부터 상기 RA/B와 상기 te의 1/γ 승의 관계를 γ를 조절하여 선형성을 달성하는 선형 함수인 제2 관계식을 산출하는 단계; 및
(S5) 상기 제2 관계식에서 기울기 값을 특성 지수(characterization index)로 산출하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 애노드 표면 피막 분석 방법의 상기 (S3) 단계에서, 상기 멱법칙으로 모델링되는 상기 제1 관계식은 상기 RA/B을 종속변수로 하고, 상기 te를 독립변수로 하여 산출되며, 상기 te의 지수는 상기 시료의 이온빔 에칭 특성에 따라 결정되는 변수를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 애노드 표면 피막 분석 방법의 상기 (S3) 단계에서, 상기 제1 관계식은 하기 수학식 1인 것일 수 있다.
[수학식 1]
상기 는 상기 te와 비례하는 값으로 스케일 조절된 값이고, A∞는 에칭을 무한히 진행했을 때 도달할 것으로 가정되는, 벌크 층을 구성하는 구성원소 A의 포화(saturation) 몰분율 값이며, A0는 구성원소 A의 에칭 초기 몰분율 값이고, k 및 γ는 상기 시료의 이온빔 에칭 특성에 따라 결정되는 값이다.
본 발명의 애노드 표면 피막 분석 방법의 상기 (S4) 단계에서, 상기 제2 관계식은 하기 수학식 2인 것일 수 있다.
[수학식 2]
상기 βR은 조절 상수이고, αR은 상기 제2 관계식의 상기 기울기로서, 상기 특성 지수이다.
본 발명의 애노드 표면 피막 분석 방법에서 상기 시료는 벌크(bulk) 층과, 상기 벌크 층 표면에 전해액 성분의 일부가 분해되어 생성된 SEI(solid electrolyte interphase) 층을 포함하고, 상기 (S1) 단계에서 상기 SEI 층이 이온빔 에칭되는 것일 수 있다.
본 발명의 애노드 표면 피막 분석 방법에서 상기 벌크 층은 C, Si, Ti 및 Li 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 애노드 표면 피막 분석 방법에서 상기 SEI 층은 C, F, O, P, S, N 및 Li 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 애노드 표면 피막 분석 방법에서 상기 구성원소의 몰분율(mole fraction)의 비율 RA/B 은 상기 벌크 층의 구성원소에 대한 SEI 층의 구성원소에 대한 비인 것일 수 있다.
본 발명의 애노드 표면 피막 분석 방법은 애노드 표면 피막의 깊이에 따른 성분 분포를 나타내는 깊이 프로파일(depth profile)에 대한 모델을 마련하고, 모델을 통해 깊이에 따른 성분 분포 특성을 정량적으로 표현하는 특성 지수(characterization index)를 산출할 수 있다.
본 발명의 애노드 표면 피막 분석 방법은 벌크(bulk) 층과, 벌크 층의 일면에 형성된 SEI 층을 포함하는 애노드를 분석하는 것으로, 애노드의 일면에 수직한 방향(깊이 방향)에 따라 달라지는 벌크 층의 구성원소 A의 몰분율에 대한 SEI 층의 구성원소 B의 몰분율의 비를 정량적으로 나타낼 수 있는 특성 지수를 산출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 애노드 표면 피막 분석 방법을 나타내는 블록도이다.
도 2는 실시예에 따른 제2 관계식을 나타내는 그래프이다.
도 3은 이온빔 에칭 시간에 따른 벌크 층의 구성원소의 몰분율을 나타내는 그래프이다.
도 4는 이온빔 에칭 시간에 따른 SEI 층의 구성원소의 몰분율을 나타내는 그래프이다.
도 2는 실시예에 따른 제2 관계식을 나타내는 그래프이다.
도 3은 이온빔 에칭 시간에 따른 벌크 층의 구성원소의 몰분율을 나타내는 그래프이다.
도 4는 이온빔 에칭 시간에 따른 SEI 층의 구성원소의 몰분율을 나타내는 그래프이다.
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.
도 1은 본 발명의 애노드 표면 피막 분석 방법을 나타내는 블록도이다. 도 2는 실시예에 따른 제2 관계식을 나타내는 그래프이다. 도 3은 이온빔 에칭 시간에 따른 벌크 층의 구성원소의 몰분율을 나타내는 그래프이다. 도 4는 이온빔 에칭 시간에 따른 SEI 층의 구성원소의 몰분율을 나타내는 그래프이다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 애노드 표면 피막 분석 방법에 대해서 상세히 설명한다.
본 발명은 애노드 표면 피막 분석 방법은 애노드 표면 피막의 깊이에 따른 성분 분포를 나타내는 깊이 프로파일(depth profile)에 대한 모델을 마련하고, 모델을 통해 깊이에 따른 성분 분포 특성을 정량적으로 표현하는 특성 지수(characterization index)를 산출할 수 있다.
본 발명의 애노드 표면 피막 분석 방법은 벌크(bulk) 층과, 벌크 층의 일면에 형성된 SEI 층을 포함하는 애노드를 분석하는 것으로, 애노드의 일면에 수직한 방향(깊이 방향)에 따라 달라지는 벌크 층의 구성원소 A의 몰분율에 대한 SEI 층의 구성원소 B의 몰분율의 비를 정량적으로 나타낼 수 있는 특성 지수를 산출할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 애노드 표면 피막 분석 방법은,
(S1) 시료인 애노드(anode)의 표면을 이온빔 에칭(ion beam etching)하는 단계;
(S2) 상기 이온빔 에칭된 시간 te에서의 상기 이온빔 에칭된 상기 애노드의 표면에 대한 구성원소의 몰분율(mole fraction)의 비율 RA/B 을 측정하는 단계;
(S3) 상기 RA/B와 상기 te의 거동(behavior)을 멱법칙(power law)으로 모델링한 제1 관계식을 산출하는 단계;
(S4) 상기 제1 관계식으로부터 상기 RA/B와 상기 te의 1/γ 승의 관계를 γ를 조절하여 선형성을 달성하는 선형 함수인 제2 관계식을 산출하는 단계; 및
(S5) 상기 제2 관계식에서 기울기 값을 특성 지수(characterization index)로 산출하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 애노드 표면 피막 분석 방법에서 시료는 애노드로서, 산화반응이 일어나는 전극일 수 있다.
본 발명의 애노드 표면 피막 분석 방법에서 상기 시료는, 벌크(bulk) 층과, 상기 벌크 층 표면에 전해액 성분의 일부가 분해되어 생성된 SEI(solid electrolyte interphase) 층을 포함하는 것일 수 있다. SEI 층이 피막 층일 수 있다.
상기 벌크 층은 C, Si, Ti 및 Li 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 상기 SEI 층은 C, F, O, P, S, N 및 Li 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 (S1) 단계에서 상기 SEI 층이 이온빔 에칭되는 것일 수 있다. 애노드의 일면에 형성된 SEI 층은 아르곤 이온빔 에칭으로 식각될 수 있다. 본 발명의 애노드 표면 피막 분석 방법은 애노드의 표면의 에칭과 에칭된 표면을 XPS(x-ray photoelectron spectroscopy)을 통해 측정하는 (S2) 단계를 반복함으로써, 애노드의 표면 깊이에 따라 달라지는 성분 비율이 측정될 수 있다.
상기 (S2) 단계에서. 상기 이온빔 에칭된 상기 애노드의 표면에 대한 구성원소의 몰분율(mole fraction)의 비율 RA/B 은 XPS 측정 값을 통해 산출될 수 있다. XPS를 통해 식각된 애노드의 표면을 측정하며, 애노드의 표면에 존재하는 여러 성분에 대한 몰분율이 측정될 수 있다. 이때, 벌크 층을 구성하는 구성원소인 구성원소 A의 몰분율 값과 SEI 층을 구성하는 구성원소인 구성원소 B의 몰분율 값을 XPS 측정 값에서 추출하고 구성원소 B의 몰분율 값으로 구성원소 A의 몰분율 값을 나누어, 애노드의 표면에 대한 구성원소의 몰분율(mole fraction)의 비율 RA/B을 산출할 수 있다. 예를 들어, 구성원소 A를 C 라 하고, 구성원소 B를 F 라 하면, 애노드의 표면에 대한 구성원소의 몰분율(mole fraction)의 비율 RC /F이 (S2) 단계에서 산출될 수 있다.
상기 (S2) 단계에서, 측정된 이온빔 에칭 시간 te는 (S1) 단계에서 이온빔 에칭이 수행된 시간을 의미하는 것일 수 있다. 즉, 에칭 시간 te는 식각 정도와 대응하는 값으로, 에칭 시간 te가 클 수록 애노드 표면에서 더 깊은 위치를 의미할 수 있다.
(S3) 단계 이전에 (S1) 및 (S2) 단계는 반복되고, 하나의 시료에 대해서 복수의 RA/B 값 및 복수의 te 값을 획득할 수 있다. 즉, RA/B 값은 에칭 시간 te에 대해서 시계열적인 데이터로 수집될 수 있다.
상기 (S3) 단계에서, 상기 RA/B와 상기 te의 거동(behavior)을 멱법칙(power law)으로 모델링한 제1 관계식이 산출될 수 있다. 상기 멱법칙으로 모델링되는 상기 제1 관계식은 상기 RA/B을 종속변수로 하고, 상기 te를 독립변수로 하여 산출되며, 상기 te의 지수는 상기 시료의 이온빔 에칭 특성에 따라 결정되는 변수를 포함하는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 (S3) 단계에서, 상기 제1 관계식은 하기 수학식 1인 것일 수 있다.
상기 는 상기 te와 비례하는 값으로 스케일 조절된 값이고, A∞는 에칭을 무한히 진행했을 때 도달할 것으로 가정되는, 벌크 층을 구성하는 구성원소 A의 포화(saturation) 몰분율 값이며, A0는 구성원소 A의 에칭 초기 몰분율 값이고, k 및 γ는 상기 시료의 이온빔 에칭 특성에 따라 결정되는 값이다. 즉, 관계식 1은 이온빔 에칭 특성에 따라 결정되는 변수 중 γ의 역수를 지수로하는 멱법칙 함수로 모델링된 것일 수 있다.
예를 들어, 포화 몰분율 값 A∞는 XPS 깊이 프로파일 기법으로부터 획득한 구성원소 A의 몰분율을 에 따라 나타낸 그래프로부터 획득될 수 있다.
예를 들어, 에칭 초기 몰분율 값 A0은 에칭되기 전의 구성원소 A의 몰분율 값 또는 사전에 설정된 초기 시간에서 구성원소 A의 몰분율 값일 수 있다.
예를 들어, k 및 γ는 구성원소 A의 몰분율을 에 따라 나타낸 그래프로부터 획득될 수 있다.
상기 수학식 1에서 임을 가정하면, 상기 수학식 1은 하기 수학식 2로 근사될 수 있다.
상기 βR은 조절 상수이고, αR은 상기 제2 관계식의 상기 기울기로서, 상기 특성 지수이다. βR은 실험 결과를 선형 피팅하기 위해 조절되는 상수로 실수 값일 수 있다.
본 발명의 애노드 표면 피막 분석 방법은 수학식 2의 αR 값을 애노드 표면 피막 구성 원소의 함량이 깊이 별로 감소하는 경향을 반영하는 값으로 정의하며, αR 값을 통해 애노드의 표면에서 깊이 프로파일이 나타내는 특성을 정량할 수 있다.
실시예 1
C를 포함하는 벌크 층과 F를 포함하는 SEI 층으로 형성되는 애노드를 분석대상으로 하였다. 애노드는 BOL(beginning of life) 전지와 EOL(end of life) 전지에 대해서 각각 마련하였다. 전지는 리튬 코발트 옥사이드(LiCoO2)를 캐소드, 흑연을 애노드, LiPF6를 솔트로 사용하는 원통형 리튬이온 전지이며, EOL 전지는 BOL 전지 용량의 80%가 전지로 마련되었다.
BOL 전지의 애노드와 EOL 전지의 애노드에 대해서 각각 (S1) 및 (S2) 단계를 수행하였다.
(S3) 및 (S4) 단계에서, 는 에칭 시간 te의 변수에 대해서 100배로 스케일 조절이 되었고, γ 값은 1.26으로 조절되어, 제1 관계식은 제2 관계식으로 변환되었다. 도 2는 BOL 전지의 애노드와 EOL 전지의 애노드에 대한 제2 관계식을 나타내는 그래프이다. 도 2를 살펴보면, BOL 전지의 애노드에 대한 제2 관계식의 기울기는 1.14이며, EOL 전지의 애노드에 대한 제2 관계식의 기울기는 0.28로 산출됨을 알 수 있다.
(S5)에서 BOL 전지의 애노드의 특성 지수는 1.14로 산출되었으며, EOL 전지의 애노드의 특성 지수는 0.28로 산출되었다. 즉, 애노드의 특성 지수는 수치로서 표현되기 때문에, 깊이에 따른 성분 변화의 특성이 정량될 수 있다.
도 3은 구성원소 C의 몰분율을 에 따라 나타낸 그래프이고, 도 4는 구성원소 F의 몰분율을 에 따라 나타낸 그래프이다. 이러한, 그래프들만으로는. 예를 들어, "시료 BOL이 시료 EOL보다 더 빨리 F 함량이 감소한다"라고 분석되거나 "가 5일 때, BOL이 EOL보다 F의 함량이 작다"라는 정성적인 분석만 가능하였다.
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.
Claims (8)
- (S1) 시료인 애노드(anode)의 표면을 이온빔 에칭(ion beam etching)하는 단계;
(S2) 상기 이온빔 에칭된 시간 te에서의 상기 이온빔 에칭된 상기 애노드의 표면에 대한 구성원소의 몰분율(mole fraction)의 비율 RA/ B 을 측정하는 단계;
(S3) 상기 RA/B와 상기 te의 거동(behavior)을 멱법칙(power law)으로 모델링한 제1 관계식을 산출하는 단계;
(S4) 상기 제1 관계식으로부터 상기 RA/B와 상기 te의 1/γ 승의 관계를 γ를 조절하여 선형성을 달성하는 선형 함수인 제2 관계식을 산출하는 단계; 및
(S5) 상기 제2 관계식에서 기울기 값을 특성 지수(characterization index)로 산출하는 단계를 포함하는 것인 애노드 표면 피막 분석 방법. - 제1항에 있어서,
상기 (S3) 단계에서,
상기 멱법칙으로 모델링되는 상기 제1 관계식은 상기 RA/B을 종속변수로 하고, 상기 te를 독립변수로 하여 산출되며,
상기 te의 지수는 상기 시료의 이온빔 에칭 특성에 따라 결정되는 변수를 포함하는 것인 애노드 표면 피막 분석 방법. - 제2항에 있어서,
상기 (S3) 단계에서,
상기 제1 관계식은 하기 수학식 1인 것인 애노드 표면 피막 분석 방법:
[수학식 1]
상기 는 상기 te와 비례하는 값으로 스케일 조절된 값이고, A∞는 에칭을 무한히 진행했을 때 도달할 것으로 가정되는, 벌크 층을 구성하는 구성원소 A의 포화(saturation) 몰분율 값이며, A0는 구성원소 A의 에칭 초기 몰분율 값이고, k 및 γ는 상기 시료의 이온빔 에칭 특성에 따라 결정되는 값이다. - 제3항에 있어서,
상기 (S4) 단계에서,
상기 제2 관계식은 하기 수학식 2인 것인 애노드 표면 피막 분석 방법:
[수학식 2]
상기 βR은 조절 상수이고, αR은 상기 제2 관계식의 상기 기울기로서, 상기 특성 지수이다. - 제1항에 있어서,
상기 시료는,
벌크(bulk) 층과,
상기 벌크 층 표면에 전해액 성분의 일부가 분해되어 생성된 SEI(solid electrolyte interphase) 층을 포함하고,
상기 (S1) 단계에서 상기 SEI 층이 이온빔 에칭되는 것인 애노드 표면 피막 분석 방법. - 제5항에 있어서,
상기 벌크 층은 C, Si, Ti 및 Li 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것인 애노드 표면 피막 분석 방법. - 제5항에 있어서,
상기 SEI 층은 C, F, O, P, S, N 및 Li 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것인 애노드 표면 피막 분석 방법. - 제5항에 있어서,
상기 구성원소의 몰분율(mole fraction)의 비율 RA/B 은 상기 벌크 층의 구성원소에 대한 SEI 층의 구성원소에 대한 비인 것인 애노드 표면 피막 분석 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200163683A KR102765574B1 (ko) | 2020-11-30 | 2020-11-30 | 애노드 표면 피막 분석 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200163683A KR102765574B1 (ko) | 2020-11-30 | 2020-11-30 | 애노드 표면 피막 분석 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220075527A KR20220075527A (ko) | 2022-06-08 |
| KR102765574B1 true KR102765574B1 (ko) | 2025-02-12 |
Family
ID=81980915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200163683A Active KR102765574B1 (ko) | 2020-11-30 | 2020-11-30 | 애노드 표면 피막 분석 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102765574B1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101142709B1 (ko) | 2004-03-31 | 2012-05-03 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 마스크 에칭 시스템 및 방법 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102513453B1 (ko) * | 2018-10-26 | 2023-03-24 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 이차전지용 양극 활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 |
-
2020
- 2020-11-30 KR KR1020200163683A patent/KR102765574B1/ko active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101142709B1 (ko) | 2004-03-31 | 2012-05-03 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 마스크 에칭 시스템 및 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20220075527A (ko) | 2022-06-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kucinskis et al. | Arrhenius plots for Li-ion battery ageing as a function of temperature, C-rate, and ageing state–An experimental study | |
| Konz et al. | High-throughput Li plating quantification for fast-charging battery design | |
| Li et al. | A capacity model based on charging process for state of health estimation of lithium ion batteries | |
| Levi et al. | Solid‐state electrochemical kinetics of Li‐ion intercalation into Li1− xCoO2: simultaneous application of electroanalytical techniques SSCV, PITT, and EIS | |
| Gao et al. | The mechanism and characterization of accelerated capacity deterioration for lithium-ion battery with Li (NiMnCo) O2 cathode | |
| EP2430697B1 (en) | Method for determining extent and type of capacity fade | |
| Bartlett et al. | Model-based state of charge estimation and observability analysis of a composite electrode lithium-ion battery | |
| WO2022029892A1 (ja) | 蓄電池内部状態推定装置及び蓄電池内部状態推定方法 | |
| KR102765574B1 (ko) | 애노드 표면 피막 분석 방법 | |
| Rumberg et al. | Understanding the different aging trends of usable capacity and mobile Li capacity in Li-ion cells | |
| Zhu et al. | Lithium-ion battery degradation diagnosis and state-of-health estimation with half cell electrode potential | |
| Mijailovic et al. | Interplay of intercalation dynamics and lithium plating in monolithic and architectured graphite anodes during fast charging | |
| KR102828894B1 (ko) | 애노드 표면 특성 및 퇴화 분석 방법 | |
| KR20230139227A (ko) | 배터리 셀 공정 데이터 분석 시스템 및 방법 | |
| KR20230049847A (ko) | 리튬 이온 전지의 sei에 대한 저항성 평가 장치 및 그 방법 | |
| Xu et al. | Electrode thickness correlated parameters estimation for a Li-ion NMC battery electrochemical model | |
| KR20230066827A (ko) | 애노드 표면 피막 분석 방법 | |
| KR20220075529A (ko) | 애노드 표면 특성 및 퇴화 분석 방법 | |
| Lagnoni et al. | Intercalation in Li-ion batteries: thermodynamics and its relation to non-ideal solid-state diffusion | |
| Feng et al. | An approach for fast-charging lithium-ion batteries state of health prediction based on model-data fusion | |
| KR20230067103A (ko) | 애노드 표면 특성 및 퇴화 분석 방법 | |
| KR20220075528A (ko) | 캐소드 코팅 성분 분석 방법 | |
| Schulz et al. | Evaluating the effect of solid electrolyte interphase formers on lithium depth profiles of the solid electrolyte interphase layer and bulk electrode material in LiNi0. 4Mn0. 4Co0. 2O2/graphite pouch cells obtained with lithium nuclear reaction analysis | |
| Fernandez et al. | Intuitive degradation mode estimation tool: Modest | |
| KR20230077047A (ko) | 캐소드 코팅 성분 분석 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20201130 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20250131 |
|
| PG1601 | Publication of registration |