KR102772866B1 - Method for measuring electrochemical device separator resistance - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기화학소자용 분리막의 저항 측정 방법에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명의 일 구현예에서는, 적은 비용과 시간을 들이면서도, 높은 신뢰도로 전기화학소자용 분리막의 저항을 측정하는 방법을 제공한다.The present invention relates to a method for measuring the resistance of a separator for an electrochemical device.
Specifically, one embodiment of the present invention provides a method for measuring the resistance of a separator for an electrochemical device with high reliability while spending little cost and time.
Description
본 발명은 전기화학소자용 분리막의 저항 측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring the resistance of a separator for an electrochemical device.
분리막의 저항은, 전기화학소자의 속도, 출력 등을 저하시키는 인자 중 하나이므로, 이의 측정은 매우 중요한 의미를 갖는다.Since the resistance of the separator is one of the factors that reduces the speed and output of electrochemical devices, its measurement is very important.
일반적으로, 저항을 측정하고자 하는 분리막을 저항 측정용 셀(cell)에 적용한 뒤, EIS(Electrochemical impedance spectroscopy, 전기화학적 임피던스 분광 분석) 방식으로 그 코인 셀에 대한 나이퀴스트 플롯(Nyquist plot)을 얻고, 그 플롯을 해석하는 방법이 알려져 있다.In general, a method is known in which a separator whose resistance is to be measured is applied to a resistance measuring cell, and then a Nyquist plot for the coin cell is obtained using the EIS (Electrochemical impedance spectroscopy) method and the plot is interpreted.
다만, 이 방법에는 크게 두 가지 문제가 있다. 우선 매번 양극 활물질 및/또는 음극 활물질을 사용하여 저항 측정용 셀(cell)을 제작하여 숙성(aging) 과정을 거친 뒤 저항을 측정해야 하므로, 비용과 시간이 낭비된다. However, there are two major problems with this method. First, since a resistance measurement cell must be manufactured using positive and/or negative active materials each time, and then the resistance must be measured after going through an aging process, it is costly and time-consuming.
또한, 전극 활물질의 종류 및 배분에 따른 측정 결과의 편차가 발생할 수 있고, 일부 전극 활물질이 전해질에 용해되어 분리막에 석출될 경우 그 또한 저항의 원인이 될 수 있어, 분리막 그 자체의 저항을 얻기 어려워진다.In addition, there may be deviations in the measurement results depending on the type and distribution of the electrode active material, and if some of the electrode active material dissolves in the electrolyte and precipitates on the separator, this may also cause resistance, making it difficult to obtain the resistance of the separator itself.
본 발명의 일 구현예에서는, 적은 비용과 시간을 들이면서도, 높은 신뢰도로 전기화학소자용 분리막의 저항을 측정하는 방법을 제공한다.In one embodiment of the present invention, a method for measuring the resistance of a separator for an electrochemical device with high reliability while spending little cost and time is provided.
본 발명의 구현예들의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은, 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. The advantages and features of the embodiments of the present invention, and the methods for achieving them, will become clear with reference to the embodiments described in detail below. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, and these embodiments are provided only to make the disclosure of the present invention complete and to fully inform those skilled in the art of the scope of the invention, and the present invention is defined only by the scope of the claims.
이하 본 발명에서 사용되는 기술용어 및 과학용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다. 또한, 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.In the following, technical and scientific terms used in the present invention have meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. In addition, repeated explanations of technical configurations and operations identical to those of the prior art will be omitted.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a part is said to be “connected” to another part, this includes not only the case where it is “directly connected,” but also the case where it is “electrically connected” with another element in between.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when it is said that an element is “on” another element, this includes not only cases where the element is in contact with the other element, but also cases where there is another element between the two elements.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout this specification, whenever a part is said to “include” a component, this does not mean that it excludes other components, but rather that it may include other components, unless otherwise specifically stated.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.The terms “about,” “substantially,” etc., used throughout this specification are used to mean at or near the numerical value when manufacturing and material tolerances inherent in the meanings stated are provided, and are used to prevent unscrupulous infringers from unfairly exploiting the disclosure where exact or absolute values are stated to aid understanding of this specification.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.The terms “step of” or “step of” as used throughout this specification do not mean “step for”.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term “combination(s) thereof” included in the expressions in the Makushi format means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the Makushi format, and means including one or more selected from the group consisting of said components.
본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는, “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.Throughout this specification, references to “A and/or B” mean “A or B, or A and B.”
전기화학소자용 분리막의 저항 측정 방법Method for measuring resistance of separator for electrochemical device
일반적으로 분리막 자체는 부도체이지만, 분리막의 저항이라는 개념은, 분리막에 전해질이 함침된 상태에서 분리막 내의 전해질을 매개로 전기장이 통과할 때 저항이 걸리는데, 이 때 걸리는 저항은 분리막의 구조에 영향을 받는다. 이와 관련하여, 이하의 명세서에서 사용되는 "분리막의 저항"의 의미는, "분리막에 전해질이 함침된 상태에서 분리막 내의 전해질을 매개로 전기장이 통과할 때 걸리는 저항"으로 정의한다.Generally, the separator itself is an insulator, but the concept of the resistance of the separator refers to the resistance that occurs when an electric field passes through the electrolyte in the separator while the separator is impregnated with the electrolyte, and the resistance that occurs at this time is affected by the structure of the separator. In this regard, the meaning of "resistance of the separator" used in the following specification is defined as "the resistance that occurs when an electric field passes through the electrolyte in the separator while the separator is impregnated with the electrolyte."
본 발명의 일 구현예에서는, 측정 대상인 전기화학소자용 분리막에, 20 내지 30 ℃에서의 전도도가 100 내지 180 mS/cm인 수계 전해질을 함침(wetting)시키는 단계; 상기 수계 전해질이 함침된 분리막을 음극 집전체 및 양극 집전체 사이에 위치시킨 뒤, 2032형 코인 셀(coin cell)로 조립하는 단계; 및 상기 코인 셀에 임피던스(impedance) 분석기를 연결하고, 100 kHz 내지 10 kHz 범위의 주파수를 가하여 극좌표선도(Nyquist plot)를 수득하는 단계; 및 상기 수득된 극좌표선도(Nyquist plot)의 x축 절편 값으로부터 상기 분리막의 저항을 측정하는 단계;를 포함하는, 전기화학소자용 분리막의 저항 측정 방법을 제공한다.In one embodiment of the present invention, a method for measuring resistance of a separator for an electrochemical device is provided, including the steps of: wetting an aqueous electrolyte having a conductivity of 100 to 180 mS/cm at 20 to 30° C., into a separator for an electrochemical device as a measurement target; positioning the separator impregnated with the aqueous electrolyte between a negative electrode current collector and a positive electrode current collector, and assembling the separator into a 2032 type coin cell; and connecting an impedance analyzer to the coin cell and applying a frequency in the range of 100 kHz to 10 kHz to obtain a Nyquist plot; and measuring the resistance of the separator from the x-axis intercept value of the obtained Nyquist plot.
상기 측정 대상인 전기화학소자용 분리막의 저항 측정 후, 실제 적용되는 전기화학소자의 형태는 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 리튬이차전지, 수퍼커패시터(Super Capacitor), 리튬 - 황 전지, 나트륨 이온 전지, 리튬 - 공기전지, 징크 - 공기전지, 알루미늄 - 공기전지, 알루미늄 이온전지 및 마그네슘 이온 전지를 포함하는 군에서 선택된 어느 하나의 전기화학소자용 분리막을 상기 일 구현예의 방법으로 저항 측정할 수 있다. After measuring the resistance of the electrochemical device separator which is the above measurement target, the form of the electrochemical device actually applied is not particularly limited. For example, any one electrochemical device separator selected from the group including a lithium secondary battery, a super capacitor, a lithium-sulfur battery, a sodium ion battery, a lithium-air battery, a zinc-air battery, an aluminum-air battery, an aluminum ion battery, and a magnesium ion battery can be subjected to resistance measurement by the method of the above embodiment.
1) 전극 활물질을 사용하지 않는 측정 방법1) Measurement method without using electrode active material
상기 일 구현예의 측정 방법은, 표면에 각각 전극 활물질이 코팅되지 않은(bare) 음극 집전체 및 양극 집전체를 사용함에 따라, 전극 활물질의 종류에 따른 측정 결과의 편차가 전혀 발생하지 않을 수 있다.The measurement method of the above-mentioned embodiment uses a negative electrode current collector and a positive electrode current collector whose surfaces are not coated with electrode active materials (bare), so that there can be no deviation in the measurement results depending on the type of electrode active material.
또한, 전극 활물질을 사용하지 않기 때문에 원료 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 코인 셀 조립 후 숙성(aging) 과정을 거칠 필요 없이 바로 저항을 측정할 수 있어, 일반적으로 알려진 방법 대비 측정 시간을 단축시킬 수 있다.In addition, since it does not use electrode active materials, not only can the cost of raw materials be reduced, but resistance can be measured immediately after coin cell assembly without the need for an aging process, shortening the measurement time compared to generally known methods.
2) EIS 측정 시의 주파수2) Frequency during EIS measurement
한편, 상기 일 구현예에서는, 전극 활물질을 전혀 사용하지 않고 조립된 코인 셀의 EIS 측정 시 주파수 범위를 100 kHz 내지 10 kHz로 제어한다. Meanwhile, in the above-described embodiment, the frequency range is controlled from 100 kHz to 10 kHz when measuring EIS of a coin cell assembled without using any electrode active material.
구체적으로, 상기 전극 활물질을 사용하지 않고 조립된 코인 셀의 EIS 측정 시, 100 kHz 내지 10 kHz 범위의 높은 주파수(frequency)를 가하여야, 전해질의 확산(diffusion)에 따른 영향도 받지 않으면서, 높은 정확도로 저항을 측정할 수 있다. Specifically, when measuring EIS of a coin cell assembled without using the above electrode active material, a high frequency in the range of 100 kHz to 10 kHz must be applied so that resistance can be measured with high accuracy without being affected by diffusion of the electrolyte.
구체적으로, 더 높은 주파수를 적용할수록 더 정확한 저항 값을 얻을 수 있지만, 100 kHz 를 초과할 경우 오히려 노이즈가 크게 부각될 여기가 있다. 그에 반면, 10 kHz 미만에서는 전해질의 확산(diffusion)에 따른 영향을 받아, 그 측정 값으로부터 분리막 내 전해질의 확산(diffusion)에 따른 저항을 무시할 수 없다.Specifically, a higher frequency can be applied to obtain a more accurate resistance value, but when it exceeds 100 kHz, there is a point where noise becomes significantly prominent. On the other hand, when it is less than 10 kHz, the influence of electrolyte diffusion is received, and the resistance due to electrolyte diffusion within the membrane cannot be ignored from the measured value.
다만, 상기 100 kHz 내지 10 kHz 의 높은 주파수에서는 신호의 변화가 너무 빨라, 측정 가능한 전류의 크기가 작은데, Potentiostat의 성능에 따라 이 전류량을 측정 가능할 정도로 키우기 위해 전도성이 매우 높은 전해질을 사용할 필요가 있다. However, at high frequencies of 100 kHz to 10 kHz, the signal change is too fast, so the measurable current is small. Depending on the performance of the potentiostat, it is necessary to use an electrolyte with very high conductivity to increase this current to a measurable level.
3) 수계 전해질의 조성 및 용질의 농도3) Composition of aqueous electrolyte and concentration of solutes
다시 말해, 상기 일 구현예에 따른 측정 결과의 정확도는, 전해질의 전도도에 기인할 수 있다. In other words, the accuracy of the measurement results according to the above implementation example may be due to the conductivity of the electrolyte.
구체적으로, 상기 측정 대상인 분리막은, 이에 함침된 전해질 대비 높은 저항을 가지는 부도체이다. 다만, 저항 합산의 법칙에 따르면, 측정 대상인 분리막을 동일하게 하되 이에 함침되는 전해질의 종류를 다르게 할 경우, 측정되는 저항값의 차이는 전해질의 차이에 기인한 것이며, 측정 대상인 분리막 자체의 저항에는 무관한 것으로 볼 수 있다. Specifically, the separator being the measurement target is an insulator having a high resistance compared to the electrolyte impregnated therein. However, according to the law of resistance addition, if the separator being the measurement target is the same but the type of electrolyte impregnated therein is different, the difference in the measured resistance value is due to the difference in the electrolyte, and can be considered unrelated to the resistance of the separator itself being the measurement target.
실제로, 후술되는 실험예에서는, 측정 대상인 분리막을 동일하게 하되 전해질의 종류를 달리하여 저항값을 측정해보았다. 구체적으로, 비교예들에서는 현저하게 낮은 전도도(약 45 mS/cm)의 전해질을 사용하였고, 실시예들에서는 비교예들에 대비하여 현저하게 높은 전도도의 전해질(약 162.5 mS/cm)을 사용하였다. In fact, in the experimental examples described below, the resistance values were measured by using the same separator as the measurement target but using different types of electrolytes. Specifically, in the comparative examples, an electrolyte with significantly lower conductivity (approximately 45 mS/cm) was used, and in the examples, an electrolyte with significantly higher conductivity (approximately 162.5 mS/cm) was used compared to the comparative examples.
여기서 측정되는 저항값은, 측정 대상인 분리막에 함침된 전해질 및 측정 대상인 분리막 내 전해질의 이동 경로에 의해 결정될 수 있다. 이와 관련하여, 전도도가 높은 전해질을 사용할수록, 구체적으로 20 내지 30 ℃에서의 전도도가 100 내지 180 mS/cm, 예컨대 140 내지 180 mS/cm인 전해질을 사용할 때, 측정 대상인 분리막의 저항값을 보다 높은 정확도로 측정하는 것이 가능할 수 있었다.The resistance value measured here can be determined by the electrolyte impregnated in the separator which is the measurement target and the movement path of the electrolyte within the separator which is the measurement target. In this regard, when using an electrolyte having a high conductivity, specifically, when using an electrolyte having a conductivity of 100 to 180 mS/cm, for example, 140 to 180 mS/cm at 20 to 30° C., it was possible to measure the resistance value of the separator which is the measurement target with higher accuracy.
보다 구체적으로, 실시예들에서는, 물 및 질산리튬(Lithium Nitrate)을 포함하는 수계 전해질을 사용하여 측정 결과의 정확도를 높였다. 상기 수계 전해질은, 물을 용매로 사용하므로 유기 용매를 사용하지 않는 실험 환경에서도 사용되기 쉽다. More specifically, in the examples, the accuracy of the measurement results was improved by using an aqueous electrolyte containing water and lithium nitrate. Since the aqueous electrolyte uses water as a solvent, it is easy to use even in an experimental environment that does not use an organic solvent.
특히, 상기 수계 전해질의 용질인 질산리튬은, 물에 대한 용해도가 우수하며(20 ℃에서 52.2 g/100 mL, 28 ℃에서 90 g/100 Ml로 알려짐), 중성이면서도 전도도가 뛰어난 용질이므로, EIS 측정용 전해질에 적합하다. 앞서 언급한 바와 같이, 25 ℃에서 5 M 농도의 질산리튬 수용액의 전도도는 162.5 mS/cm로 측정될 정도이다.In particular, lithium nitrate, a solute of the above-mentioned aqueous electrolyte, has excellent solubility in water (known to be 52.2 g/100 mL at 20°C and 90 g/100 Ml at 28°C) and is a neutral solute with excellent conductivity, making it suitable as an electrolyte for EIS measurements. As mentioned above, the conductivity of a 5 M lithium nitrate aqueous solution at 25°C is measured to be 162.5 mS/cm.
상기 수계 전해질 내 질산리튬(Lithium Nitrate) 등 용질의 몰 농도는 높을수록 전도도 향상에 유리할 수 있지만, 지나치게 높을 경우 오히려 용질의 석출에 의한 측정 오차가 생길 수 있고, 전해질의 전도도가 오히려 떨어지며, 전해질 제작 비용이 높아질 수 있다. 이에, 3 M 이상 내지 8 M 이하, 구체적으로 4 M 이상 내지 7 M 이하, 예컨대 5 M 이상 내지 6 M 이하로 제어할 수 있다.The higher the molar concentration of the solute, such as lithium nitrate, in the above-mentioned aqueous electrolyte, the more advantageous it may be for improving the conductivity, but if it is too high, measurement errors may occur due to precipitation of the solute, the conductivity of the electrolyte may decrease, and the cost of manufacturing the electrolyte may increase. Accordingly, the molar concentration is preferably 3 M or more to 8 M or less, specifically 4 M or more to 7 M or less, for example 5 M or more to 6 M or less. Can be controlled.
상기 용질의 몰 농도 제어를 통해 상기 수계 전해질의 전도도를 조절할 수 있고, 20 내지 30 ℃에서 140 내지 180 mS/cm, 구체적으로 150 내지 140 내지 170 mS/cm, 보다 구체적으로 145 내지 165 mS/cm 범위로 제어 가능하다. The conductivity of the aqueous electrolyte can be controlled by controlling the molar concentration of the above solute, and can be controlled in the range of 140 to 180 mS/cm, specifically 150 to 140 to 170 mS/cm, and more specifically 145 to 165 mS/cm at 20 to 30°C.
상기 질산리튬은 예시일 뿐이며, 경우에 따라, 상기 질산리튬 외에도, 전도도가 뛰어난 중성 용질을 상기 수계 전해질의 용질로 첨가할 수 있고, 예컨대 상업적으로 구하기 쉬운 NaCl, HCl, LNO, LSO, LiOH, KCl, Na2CO3, 등, 또는 이들 중 2 이상의 혼합물을 첨가할 수 있다. 다만 수산화칼륨(KOH) 등 강염기성 물질, 염산(HCI), 질산(HNO3) 등의 강산성 물질 등은, 상기 질산리튬보다 전도도가 높을지언정, 금속 부식 신호가 지나치게 강하기 때문에, 상기 수계 전해질의 용질로 첨가하는 것을 지양(止揚)한다.The above lithium nitrate is only an example, and in some cases, in addition to the lithium nitrate, a neutral solute with excellent conductivity can be added as a solute of the aqueous electrolyte, for example, commercially available NaCl, HCl, LNO, LSO, LiOH, KCl, Na 2 CO 3 , etc., or a mixture of two or more of these can be added. However, strongly basic substances such as potassium hydroxide (KOH), strongly acidic substances such as hydrochloric acid (HCI), nitric acid (HNO 3 ), etc., although they have higher conductivity than the lithium nitrate, their addition as solutes of the aqueous electrolyte is avoided because they cause excessively strong metal corrosion signals.
예컨대, 상기 일 구현에서 사용되는 수계 전해질은, 용매로 물(H2O);을 포함하고, 용질로 NaNO3, NaCl, HCl, LNO, LSO, LiOH, KCl, Na2CO3, 또는 이들 중 2 이상의 혼합물;을 포함하며, 상기 용질의 몰 농도(Molar concentrate)가 1 M 이상 내지 8 M 이하가 되도록 할 수 있다. 구체적으로, 상기 용질의 몰 농도 하한은 1 M 이상, 1.5 M 이상, 1.6 M 이상, 1.7 M 이상, 1.8 M 이상, 1.9 M 이상, 또는 2 M으로 할 수 있고, 상기 용질의 몰 농도 상한은 8 M 이하, 7 M 이하, 6 M 이하, 또는 5 M 이하로 할 수 있다.For example, the aqueous electrolyte used in the above-described embodiment includes water (H 2 O) as a solvent, and NaNO 3 , NaCl, HCl, LNO, LSO, LiOH, KCl, Na 2 CO 3 , or a mixture of two or more thereof as a solute, and the molar concentrate of the solute can be 1 M or more and 8 M or less. Specifically, the lower limit of the molar concentration of the solute can be 1 M or more, 1.5 M or more, 1.6 M or more, 1.7 M or more, 1.8 M or more, 1.9 M or more, or 2 M, and the upper limit of the molar concentration of the solute can be 8 M or less, 7 M or less, 6 M or less, or 5 M or less.
다만, 상기 용질로 NaNO3, NaCl, HCl, LNO, LSO, LiOH, KCl, Na2CO3, 또는 이들 중 2 이상의 혼합물;을 포함하는 경우라도, 첨가제에 의해 전도도가 저하되는 경우를 지양한다. 예컨대, 후술되는 제조예 2에서는, NaNO3을 용질로 사용하였으나, 이에 첨가된 요소(urea)에 의해 전도도가 저하되어, 20 내지 30 ℃에서의 전도도가 45 mS/cm에 불과한 것으로 확인되었다. 이처럼 상기 일 구현예의 수계 전해질은 20 내지 30 ℃에서의 전도도가 100 내지 180 mS/cm인지 우선적으로 확인되어야 할 것이며, 상기 예시된 용질을 사용한 경우라도 첨가제 등에 의해 전도도가 저하되어 상기 범위를 만족한다면 상기 일 구현예의 수계 전해질로 부적합하다.However, even when the solute includes NaNO 3 , NaCl, HCl, LNO, LSO, LiOH, KCl, Na 2 CO 3 , or a mixture of two or more thereof, the case where the conductivity is reduced by the additive is avoided. For example, in Manufacturing Example 2 described below, NaNO 3 was used as the solute, but the conductivity was reduced by the added urea, and the conductivity at 20 to 30° C. was confirmed to be only 45 mS/cm. In this way, the aqueous electrolyte of the above embodiment should first be confirmed whether the conductivity at 20 to 30° C. is 100 to 180 mS/cm, and even when the exemplified solute is used, if the conductivity is reduced by the additive, etc. and satisfies the above range, the aqueous electrolyte of the above embodiment is unsuitable.
한편, 특별히 제한하는 것은 아니지만, 상기 일 구현예의 수계 전해질에 대해, 습윤제(wetting agent) 및 계면활성제(surfactant) 중 어느 하나, 또는 이들 둘 모두를 첨가할 수 있다. 이러한 물질들의 첨가 여부는, 측정 대상인 분리막의 특성에 따라 결정할 수 있다. Meanwhile, although not particularly limited, for the aqueous electrolyte of the above-mentioned embodiment, either a wetting agent and a surfactant, or both, may be added. Whether or not these substances are added may be determined depending on the characteristics of the membrane to be measured.
구체적으로, 수계 전해질용으로 제작된 분리막에 대비하여, 통상적으로 많이 쓰이는 리튬 이온 배터리용 분리막의 경우, 소수성이 강하여 분리막에 전해질이 덜 함침(wetting)되고, 이는 저항 측정 시 오차의 원인이 될 수 있다.Specifically, compared to separators manufactured for aqueous electrolytes, separators commonly used for lithium ion batteries have strong hydrophobicity, which results in less wetting of the electrolyte in the separator, which can cause errors in resistance measurements.
특히, 후자의 분리막 중에서도 기공도(porosity)나 비틀림(tortuosity) 특성이 낮은 분리막의 경우, 측정 오차를 줄이기 위해, 전해질이 분리막에 충분히 함침될 수 있도록 상당히 오랜 숙성(aging) 시간이 필요하다. 이 숙성 시간을 줄이거나 숙성 공정 자체를 생략하기 위해, 상기 일 구현예의 수계 전해질에 대해, 습윤제(wetting agent) 및 계면활성제(surfactant) 중 어느 하나, 또는 이들 둘 모두를 첨가할 수 있다. In particular, among the latter membranes, in the case of membranes having low porosity or tortuosity characteristics, a considerably long aging time is required so that the electrolyte can be sufficiently impregnated into the membrane in order to reduce measurement errors. In order to reduce this aging time or omit the aging process itself, either one of a wetting agent and a surfactant, or both, may be added to the aqueous electrolyte of the above embodiment.
물론 리튬 이온 배터리용 분리막뿐만 아니라 수계 전해질용으로 제작된 분리막의 저항 측정 시에도 상기 물질들을 첨가할 수 있고, 이 경우, 측정하고자 하는 분리막에 대한 상기 수계 전해질이 함침률이 높아져, 측정 결과의 정확도를 보다 높이는 데 기여할 수 있다. Of course, the above substances can be added when measuring the resistance of not only a separator for a lithium ion battery but also a separator manufactured for an aqueous electrolyte, and in this case, the impregnation rate of the aqueous electrolyte for the separator to be measured increases, which can contribute to further improving the accuracy of the measurement results.
상기 습윤제로는 예를 들면, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부탄디올, 펜탄디올, 헥산디올, 폴리에틸렌글리콜, 또는 에어프로덕트사(Air Product) 제품의 써피놀(Surfynol), 다이놀(Dynol) 시리즈 등을 들 수 있고, 상기 계면활성제로는 일반적으로 비이온성 계면활성제나, 음이온, 양이온, 또는 양쪽성 계면활성제 등을 들 수 있으며, 보다 구체적인 물질 종류는 당업계에 알려진 범위 내에서 선택 가능할 수 있다.Examples of the wetting agent include ethylene glycol, propylene glycol, butanediol, pentanediol, hexanediol, polyethylene glycol, or Air Product's Surfynol and Dynol series, and examples of the surfactant include nonionic surfactants, anionic, cationic, or amphoteric surfactants, and more specific types of materials may be selected within a range known in the art.
4) 저항의 편차가 존재하는 비표준화 시스템에서 신속성 및 편리성을 추구하는 저항 계산법4) Resistance calculation method that pursues speed and convenience in a non-standardized system where resistance deviation exists.
한편, 상기 전극 활물질을 전혀 사용하지 않고 조립된 코인 셀의 EIS 측정 시 주파수 범위를 100 kHz 내지 10 kHz로 제어하고, 상기 물 및 질산리튬(Lithium Nitrate)을 포함하는 수계 전해질을 사용함으로써 그 측정 결과의 정확도를 높이더라도, 불가피하게 발생되는 저항의 편차는 존재할 수 있다. Meanwhile, when measuring EIS of a coin cell assembled without using any of the above electrode active materials, the frequency range is controlled to 100 kHz to 10 kHz, and the accuracy of the measurement results is improved by using an aqueous electrolyte containing water and lithium nitrate. There may be some inevitable variation in resistance.
구체적으로, 코인 셀의 EIS 측정 장비 등에서도 저항이 존재하며, 이는 측정 결과의 편차를 일으키는 요인이 된다. 이러한 저항들은, 코인 셀 자체의 큰 저항을 측정함에 있어서는 문제되지 않지만, 코인 셀 자체의 저항에 대비하여 매우 작은 분리막의 저항을 측정하는 데에는 문제될 수 있다.Specifically, resistance also exists in EIS measurement equipment of coin cells, which causes deviation in measurement results. These resistances are not a problem when measuring the large resistance of the coin cell itself, but can be a problem when measuring the resistance of the separator, which is very small compared to the resistance of the coin cell itself.
이에 따른 비표준화 시스템에서 신속성 및 편리성을 추구하기 위해, 상기 측정 대상인 분리막 1개; 및 상기 측정 대상인 분리막 n개의 적층체;에 각각 대해 상기 일련의 단계를 수행하여 저항을 측정하고, 상기 측정 대상인 분리막 1개 당 평균 저항 값을 측정할 수 있다.In order to pursue speed and convenience in the non-standardized system, the above series of steps are performed for each of the measurement target, 1 separator; and the measurement target, a laminate of n separators; to measure resistance, and the average resistance value per measurement target, 1 separator, can be measured.
예컨대, 분리막 1개, 2개의 분리막이 적층된 적층체, 및 3개의 분리막이 적층된 적층체를 각각 준비하고, 각각을 측정 대상으로 하여, 전술한 일 구현예의 방법으로 저항 값을 구할 수 있다. 이때, 분리막 개수가 증가함에 따라 측정되는 저항 값이 증가할 수 있다. 따라서, 상기 측정 저항 값의 증가 값을 상기 측정 대상인 분리막 개수 증가 값으로 나누면, 상기 측정 대상인 분리막 1개 당 평균 저항 값을 구할 수 있다.For example, a single separator, a laminate comprising two separators, and a laminate comprising three separators are prepared, and each of them is used as a measurement target, and the resistance value can be obtained by the method of the above-described embodiment. At this time, the measured resistance value can increase as the number of separators increases. Therefore, by dividing the increase in the measured resistance value by the increase in the number of separators, which are the measurement targets, the average resistance value per separator, which is the measurement target, can be obtained.
특히, 분리막의 개수별로 극좌표선도(Nyquist plot)의 선형 플롯(linear plot)을 얻어 그 x축 절편 값을 취한 뒤, 분리막 1개 당 평균 저항을 구하면 더욱 오차율을 낮출 수 있다. In particular, the error rate can be further reduced by obtaining a linear plot of the Nyquist plot for each number of membranes, taking the x-axis intercept value, and then calculating the average resistance per membrane.
보다 구체적으로, 분리막의 개수별로, 동일한 전해질을 사용하여 각 2032 코인 셀을 제조한 뒤, 전술한 100 kHz 내지 10 kHz 범위 내 동일한 주파수에서 각 코인 셀의 임피던스 분석을 실시하여 극좌표선도(Nyquist plot)을 구한 뒤 각각의 x축 절편 값을 구할 수 있다. 이때, 분리막 개수가 증가함에 따라 x축 절편 값, 즉 측정 저항 값이 증가할 수 있다. More specifically, for each number of separators, 2032 coin cells are manufactured using the same electrolyte, and then impedance analysis is performed on each coin cell at the same frequency within the range of 100 kHz to 10 kHz described above to obtain a polar coordinate plot (Nyquist plot) and then each x-axis intercept value can be obtained. At this time, as the number of separators increases, the x-axis intercept value, i.e., the measured resistance value, can increase.
분리막의 개수별로 x축 절편 값을 저항 값으로 취한 뒤, 분리막 1개 당 평균 저항을 구하면 더욱 오차율을 낮출 수 있다. The error rate can be further reduced by taking the x-axis intercept value as the resistance value for each number of membranes and then calculating the average resistance per membrane.
5) 이 외 상기 일 구현예의 특징5) Other features of the above implementation example
한편, 상기 일 구현예에 따른 측정 결과로부터, 다른 전해질을 사용한 경우의 분리막 저항을 예상하는 것도 가능할 수 있다. Meanwhile, from the measurement results according to the above implementation example, it may also be possible to predict the membrane resistance when using a different electrolyte.
앞서 언급한 바와 같이, 상기 측정 대상인 분리막 자체는 부도체이지만, 분리막의 저항이라는 개념은, 상기 분리막에 전해질이 함침된 상태에서 분리막 내의 전해질을 매개로 전기장이 통과할 때 저항이 걸릴 수 있다. 이에 따라, 상기 측정 대상인 분리막에 함침된 전해질의 종류에 따라, 측정되는 분리막의 저항이 달라질 수 있다.As mentioned above, the separator itself, which is the measurement target, is an insulator, but the concept of the resistance of the separator is that when an electric field passes through the electrolyte in the separator while the separator is impregnated with the electrolyte, resistance may be applied. Accordingly, the measured resistance of the separator may vary depending on the type of electrolyte impregnated in the separator, which is the measurement target.
구체적으로, 상기 수계 전해질을 사용하여 측정된 분리막 저항 값, 상기 수계 전해질의 전도도, 및 상기 양극 또는 음극 집전체의 단면적을 하기 식 1에 대입하여, 상기 수계 전해질을 대체하여 이종(異種)의 전해질을 사용한 경우 예상되는 분리막 저항 값을 측정할 수 있고, 그 오차 범위는 ± 5%일, ±4 %, ±3%, 예컨대 ±2% 이내일 수 있다:Specifically, by substituting the measured membrane resistance value using the aqueous electrolyte, the conductivity of the aqueous electrolyte, and the cross-sectional area of the positive or negative electrode current collector into Equation 1 below, the expected membrane resistance value when a different electrolyte is used instead of the aqueous electrolyte can be measured, and the error range can be within ±5%, ±4%, ±3%, for example, ±2%:
[식 1] (r_separator)={(R_xM Electrolyte)/(k_electrolyte)}*(k_xM Electrolyte)*(area)[Formula 1] (r_separator)={(R_xM Electrolyte)/(k_electrolyte)}*(k_xM Electrolyte)*(area)
상기 식 1에서, In the above equation 1,
r_separator는, 상기 수계 전해질을 사용하여 측정된 분리막과 동종(同種)의 분리막을 사용하되, 상기 수계 전해질을 대체하여 이종(異種)의 전해질을 사용한 경우 예상되는 분리막 저항 값 및 상기 분리막 단면적의 곱(Ohm*cm2) 이고; k_electrolyte는, 상기 이종(異種)의 전해질의 전도도이고;r_separator is the product of the expected membrane resistance value and the cross-sectional area of the separator when a different electrolyte is used instead of the aqueous electrolyte, but the same membrane as the one measured using the aqueous electrolyte is used (Ohm*cm 2 ); k_electrolyte is the conductivity of the different electrolyte;
R_xM Electrolyte은, 상기 수계 전해질을 사용하여 측정된 분리막 저항 값이고; R_xM Electrolyte is the membrane resistance value measured using the above aqueous electrolyte;
k_xM Electrolyte은 상기 수계 전해질의 전도도이고; 상기 x는 상기 수계 전해질의 몰 농도이고; k_xM Electrolyte is the conductivity of the aqueous electrolyte; x is the molar concentration of the aqueous electrolyte;
area는, 상기 양극 또는 음극 집전체의 단면적이며, 상기 분리막의 단면적과 동일할 수 있다.The area is the cross-sectional area of the positive or negative electrode collector and may be equal to the cross-sectional area of the separator.
구체적으로, 상기 식 1은, 상기 분리막에 이종(異種)의 전해질이 함침된 경우에 예상되는 저항 값 및 상기 분리막 면적의 곱(Ohm*m2)을 구하는 식이다.Specifically, the above equation 1 is an equation for calculating the product (Ohm*m 2 ) of the expected resistance value and the area of the separator when a different electrolyte is impregnated in the separator.
상기 일 구현예의 방법으로 측정된 분리막의 저항 값을 이의 측정에 사용된 상기 일 구현예의 수계 전해질 자체의 전도도로 나눈 뒤, 상기 이종(異種)의 전해질의 전도도 및 상기 코인셀 내 전극 집전체의 면적(즉, 전기장이 통과하는 면적).을 곱하면, 상기 분리막에 이종(異種)의 전해질이 함침된 경우에 예상되는 저항 값 및 상기 분리막 면적의 곱(Ohm*m2)을 구할 수 있다.By dividing the resistance value of the separator measured by the method of the above embodiment by the conductivity of the aqueous electrolyte itself of the above embodiment used for its measurement, and then multiplying it by the conductivity of the heterogeneous electrolyte and the area of the electrode current collector in the coin cell (i.e., the area through which the electric field passes), the product (Ohm*m 2 ) of the expected resistance value and the area of the separator when the heterogeneous electrolyte is impregnated in the separator can be obtained.
여기서, 이종(異種)의 전해질은 수계 전해질일 수도 있고, 비수계 전해질이어도 무방하다. 비수계 전해질인 경우, 통상적으로 당업계에 알려진 유기 용매 내 리튬 염이 용해된 것일 수 있다.Here, the heterogeneous electrolyte may be an aqueous electrolyte or a non-aqueous electrolyte. In the case of a non-aqueous electrolyte, it may be a lithium salt dissolved in an organic solvent known in the art.
한편, 상기 일 구현예의 저항 측정 시 사용되는 양극 집전체는, 전극 활물질을 전혀 사용하지 않고 조립된 코인 셀의 EIS 측정 시 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.Meanwhile, the positive electrode collector used in the resistance measurement of the above-described embodiment is not particularly limited as long as it has high conductivity and does not cause chemical change during EIS measurement of an assembled coin cell without using any electrode active material at all, and for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, or aluminum or stainless steel surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. can be used. The current collector can also form fine unevenness on its surface to increase the adhesive strength of the positive electrode active material, and can be in various forms such as a film, sheet, foil, net, porous body, foam, or non-woven fabric.
상기 음극 집전체는, 전극 활물질을 전혀 사용하지 않고 조립된 코인 셀의 EIS 측정 시 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The above negative current collector is not particularly limited as long as it is conductive and does not cause chemical change during EIS measurement of an assembled coin cell without using any electrode active material at all, and for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc., aluminum-cadmium alloy, etc. can be used. In addition, like the positive current collector, the surface may be formed with fine unevenness to strengthen the bonding strength of the negative active material, and can be used in various forms such as a film, sheet, foil, net, porous body, foam, or non-woven fabric.
상기 각 전극 집전체의 두께는 3 내지 500 ㎛의 범위 내에서 적절히 선택할 수 있다.The thickness of each of the above electrode current collectors can be appropriately selected within the range of 3 to 500 ㎛.
상기 물 및 질산리튬(Lithium Nitrate)을 포함하는 수계 전해질을 분리막에 함침(wetting)시키는 단계; 및 상기 수계 전해질이 함침된 분리막을 음극 집전체 및 양극 집전체 사이에 위치시킨 뒤, 2032형 코인 셀(coin cell)로 조립하는 단계;는, 당 업계의 일반적으로 알려진 전해질 주액 방법 및 2032형 코인 셀(coin cell) 조립 방법을 사용할 수 있어, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The step of wetting the separator with the aqueous electrolyte including water and lithium nitrate; and the step of positioning the separator impregnated with the aqueous electrolyte between the negative electrode current collector and the positive electrode current collector, and then assembling it into a 2032 type coin cell; can use an electrolyte injection method and a 2032 type coin cell assembling method generally known in the art, and therefore a detailed description thereof will be omitted.
상기 일 구현예에 따르면, 전극 활물질을 사용하지 않고, 전도도가 우수한 조성의 수계 전해질을 사용하며, 높은 범위의 주파수를 가하는 EIS법을 이용함에 따라, 제반 비용을 절감하고 측정 시간을 단축시키면서도, 높은 신뢰도와 정확도로 분리막의 저항을 측정할 수 있다. According to the above-mentioned embodiment, by using an aqueous electrolyte having a composition with excellent conductivity without using an electrode active material and using an EIS method that applies a high range of frequencies, the overall cost is reduced and the measurement time is shortened, while the resistance of the separator can be measured with high reliability and accuracy.
도 1은, 후술되는 실험예 1에 따라, 실시예 1 내지 3의 EIS 저항을 측정하여 극좌표선도(Nyquist plot)로 나타낸 것이다.
도 2는, 후술되는 실험예 2에 따라, 비교예 1 내지 3의 EIS 저항을 측정하여 극좌표선도(Nyquist plot)로 나타낸 것이다.
도 3은, 후술되는 실험예 3에 따라, 비교예 4 내지 8 및 실시예 4의 EIS 저항을 측정하여 극좌표선도(Nyquist plot)로 나타낸 것이다.
도 4는, 후술되는 실험예 4에 따라, 비교예 9 내지 13의 EIS 저항을 측정하여 극좌표선도(Nyquist plot)로 나타낸 것이다.Figure 1 shows the EIS resistance of Examples 1 to 3 measured according to Experimental Example 1 described below, and represented as a polar coordinate diagram (Nyquist plot).
Figure 2 shows the EIS resistance of Comparative Examples 1 to 3 measured according to Experimental Example 2 described below, and represented in a polar coordinate diagram (Nyquist plot).
Figure 3 shows the EIS resistances of Comparative Examples 4 to 8 and Example 4 measured according to Experimental Example 3 described below, and represented as a polar coordinate graph (Nyquist plot).
Figure 4 shows the EIS resistance of Comparative Examples 9 to 13 measured according to Experimental Example 4 described below, and represented as a polar coordinate graph (Nyquist plot).
이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용, 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 예시로서 제시된 것으로 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다. The following specific examples of the invention will explain the operation and effects of the invention in more detail. However, these are presented as examples of the invention and the scope of the invention's rights is not limited in any way by these.
제조예 1: 25 ℃ 전도도가 162.5 mS/cm인 수계 전해질(5 M 농도의 질산리튬 수용액)의 제조Manufacturing Example 1: Manufacturing of an aqueous electrolyte (a 5 M lithium nitrate solution) having a conductivity of 162.5 mS/cm at 25°C
증류수(H2O)를 용매로 사용하고, 용질로 질산리튬(LiNO3)을 사용하여, 5M 농도의 질산리튬 수용액을 제조하고, 이를 제조예 1 의 수계 전해질로 하였다. 25 ℃에서 제조예 1의 수계 전해질 전도도가 162.5 mS/cm로 측정되었다.A 5M lithium nitrate aqueous solution was prepared using distilled water ( H2O ) as a solvent and lithium nitrate ( LiNO3 ) as a solute, and this was used as the aqueous electrolyte of Manufacturing Example 1. The conductivity of the aqueous electrolyte of Manufacturing Example 1 was measured to be 162.5 mS/cm at 25°C.
실시예 1: 제조예 1의 수계 전해질 및 분리막 1개를 적용한 코인 셀의 제조 및 저항 측정Example 1: Manufacturing and resistance measurement of a coin cell using the aqueous electrolyte and one separator of Manufacturing Example 1
JIS G 4303 규격의 SUS 스테인리스 스틸(Steel Use Stainless) 2개를 각각, 단면적 2.01cm2 의 원형(두께: 10 ㎛) 으로 절단하여 집전체로 사용하였다.Two pieces of SUS stainless steel (Steel Use Stainless) of JIS G 4303 standard were cut into circles (thickness: 10 ㎛) with a cross-sectional area of 2.01 cm 2 and used as current collectors.
상기 2 개의 SUS 집전체 사이에, 측정 대상인 분리막을 위치시킨 뒤 당업계에 알려진 통상의 방법에 따라 2032형 코인 셀(coin cell)로 조립하였다. The separator to be measured was placed between the two SUS current collectors and then assembled into a 2032 type coin cell according to a conventional method known in the art.
여기서, 측정 대상인 분리막은 폴리프로필렌 및 폴레에틸렌의 혼합 소재이며, 단면적은 상기 SUS 집전체와 동일하게 2.01cm2로 절단하여 사용하였다. Here, the separator to be measured is a mixed material of polypropylene and polyethylene, and its cross-sectional area was cut to 2.01 cm 2 , the same as that of the SUS current collector.
이후, 상기 코인 셀에 상기 제조예 1의 수계 전해질을 주액하고, 실시예 1의 코인 셀을 완성하였다.Thereafter, the aqueous electrolyte of Manufacturing Example 1 was poured into the coin cell, and the coin cell of Example 1 was completed.
상기 실시예 1의 코인 셀에 전기화학 임피던스 분광분석 (electrochemical impedance spectroscopy, 기기명: Bio-logic VMP3)을 연결하고, EC-lab에 의한 소프트웨어 프로그램 ZPlot를 사용하여, 100 kHz - 10 kHz의 주파수 영역에서 교류 신호 10 mV 를 인가하여 실험하였다. An electrochemical impedance spectroscopy (Electrochemical impedance spectroscopy, device name: Bio-logic VMP3) was connected to the coin cell of the above Example 1, and an experiment was conducted by applying an AC signal of 10 mV in the frequency range of 100 kHz - 10 kHz using the software program ZPlot by EC-lab.
실시예 2: 제조예 1의 수계 전해질 및 분리막 2개를 적용한 코인 셀의 제조 및 저항 측정Example 2: Manufacturing and resistance measurement of coin cells using the aqueous electrolyte and two separators of Manufacturing Example 1
실시예 2에서는, 상기 실시예 1과 동일한 분리막 2개를 두께 방향으로 적층하고, 이 적층체의 저항을 측정하였다.In Example 2, two separators identical to those in Example 1 were laminated in the thickness direction, and the resistance of the laminate was measured.
상기 분리막 2개의 적층체를 상기 실시에 1 의 분리막 대신 적용하고, 나머지는 실시예 1의 방법에 따라 코인셀을 제조하고, EIS법에 따라 저항을 측정하였다.A stack of the above two separators was applied instead of the separator of Example 1, and the rest of the coin cells were manufactured according to the method of Example 1, and the resistance was measured according to the EIS method.
실시예 3: 제조예 1의 수계 전해질 및 분리막 3개를 적용한 코인 셀의 제조 및 저항 측정Example 3: Manufacturing and resistance measurement of coin cells using the aqueous electrolyte and three separators of Manufacturing Example 1
실시예 3에서는, 상기 실시예 1과 동일한 분리막 3개를 두께 방향으로 적층하고, 이 적층체의 저항을 측정하였다.In Example 3, three separators identical to those in Example 1 were laminated in the thickness direction, and the resistance of the laminate was measured.
상기 분리막 3개의 적층체를 상기 실시예 1 의 분리막 대신 적용하고, 나머지는 실시예 1의 방법에 따라 코인셀을 제조하고, EIS법에 따라 저항을 측정하였다.A stack of three of the above separators was applied instead of the separator of Example 1, and the rest were manufactured into coin cells according to the method of Example 1, and the resistance was measured according to the EIS method.
실험예 1: 실시예 1 내지 3의 저항 측정 결과Experimental Example 1: Resistance measurement results of Examples 1 to 3
EIS법에 따라, 상기 실시예 1 내지 3의 각 극좌표선도(Nyquist plot)를 수득하고, 도 1에 나타내었다. According to the EIS method, the polar coordinate diagrams (Nyquist plots) of each of Examples 1 to 3 were obtained and are shown in Fig. 1.
도 1의 각 극좌표선도(Nyquist plot)로부터, x축 절편 값을 취하면, 25 ℃에서 162.5 mS/cm의 전도도를 가진 상기 제조예 1의 전해질이 함침된 분리막의 개수별로 저항 값을 구할 수 있다. From each polar coordinate line (Nyquist plot) of Fig. 1, by taking the x-axis intercept value, the resistance value can be obtained for each number of separators impregnated with the electrolyte of Manufacturing Example 1 having a conductivity of 162.5 mS/cm at 25°C.
상기 실시예 1 내지 3에서 사용된 분리막의 저항 값을 구할 수 있다. 즉, 상기 실시예 1의 분리막 1개, 상기 실시예 2의 분리막 2개, 및 상기 실시예 3의 분리막 3개에 따른 각각의 저항 값을 구할 수 있다. The resistance values of the separators used in the above examples 1 to 3 can be obtained. That is, the resistance values of each of the one separator of the above example 1, the two separators of the above example 2, and the three separators of the above example 3 can be obtained.
분리막의 개수별로 x축 절편 값을 저항 값으로 취한 뒤, 분리막 1개 당 평균 저항을 구하면, 25 ℃에서 162.5 mS/cm의 전도도를 가진 상기 제조예 1의 전해질이 함침된 분리막 1개의 평균 저항이 25 mOhm임을 알 수 있다.By taking the x-axis intercept value as the resistance value for each number of membranes and calculating the average resistance per membrane, it can be seen that the average resistance of one membrane impregnated with the electrolyte of Manufacturing Example 1, which has a conductivity of 162.5 mS/cm at 25°C, is 25 mOhm.
제조예 2: 25 ℃ 전도도가 45 mS/cm인 수계 전해질(요소(urea)가 첨가된 5 M 농도의 질산리튬 수용액)의 제조Manufacturing Example 2: Manufacturing of an aqueous electrolyte (a 5 M lithium nitrate solution with urea added) having a conductivity of 45 mS/cm at 25°C
증류수(H2O)를 용매로 사용하고, 용질로 질산리튬(LiNO3)을 사용하여, 5M 농도의 질산리튬 수용액을 제조하되, 요소(urea)를 첨가하여 제조예 1보다 전도도를 낮춘 제조예 2 전해질을 수득하였다. A 5M lithium nitrate aqueous solution was prepared using distilled water ( H2O ) as a solvent and lithium nitrate ( LiNO3 ) as a solute, and urea was added to obtain an electrolyte of Manufacturing Example 2 having lower conductivity than that of Manufacturing Example 1.
25 ℃에서 제조예 2의 전해질 전도도가 45 mS/cm로 측정되었다. The electrolyte conductivity of Manufacturing Example 2 was measured to be 45 mS/cm at 25 ℃.
비교예 1: 제조예 2의 전해질 및 분리막 1개를 적용한 코인 셀의 제조 및 저항 측정Comparative Example 1: Manufacturing and resistance measurement of a coin cell using the electrolyte and one separator of Manufacturing Example 2
비교예 1에서는, 제조예 2의 전해질 및 분리막 1개를 적용하여, 저항을 측정하였다.In Comparative Example 1, the electrolyte and one separator of Manufacturing Example 2 were applied and resistance was measured.
상기 실시예 1과 동일한 분리막 1개를 사용하고, 전해질로는 제조예 2의 전해질을 사용하며, 나머지는 실시예 1의 방법에 따라 코인셀을 제조하고, 저항을 측정하였다.Using the same separator as in Example 1, the electrolyte of Manufacturing Example 2 was used as the electrolyte, and a coin cell was manufactured according to the method of Example 1 for the remainder, and the resistance was measured.
비교예 2: 제조예 2의 전해질 및 분리막 2개를 적용한 코인 셀의 제조 및 저항 측정Comparative Example 2: Manufacturing and resistance measurement of a coin cell using the electrolyte and two separators of Manufacturing Example 2
비교예 2에서는, 제조예 2의 전해질 및 분리막 2개를 적용하여, 저항을 측정하였다.In Comparative Example 2, the electrolyte and two separators of Manufacturing Example 2 were applied and the resistance was measured.
상기 실시예 1과 동일한 분리막 2개를 적층하여 이 적층체를 분리막으로 적용하고, 전해질로는 제조예 2의 전해질을 사용하며, 나머지는 실시예 1의 방법에 따라 코인셀을 제조하고, 저항을 측정하였다.Two separators identical to those in Example 1 were laminated, and the laminate was applied as a separator. The electrolyte of Manufacturing Example 2 was used as an electrolyte, and a coin cell was manufactured according to the method of Example 1 for the remainder, and the resistance was measured.
비교예 3: 제조예 2의 전해질 및 분리막 3개를 적용한 코인 셀의 제조 및 저항 측정Comparative Example 3: Manufacturing and resistance measurement of coin cells using the electrolyte and three separators of Manufacturing Example 2
비교예 3에서는, 제조예 2의 전해질 및 분리막 3개를 적용하여, 저항을 측정하였다.In Comparative Example 3, the electrolyte and three separators of Manufacturing Example 2 were applied and the resistance was measured.
상기 실시예 1과 동일한 분리막 3개를 적층하여 이 적층체를 분리막으로 적용하고, 전해질로는 제조예 3의 전해질을 사용하며, 나머지는 실시예 1의 방법에 따라 코인셀을 제조하고, 저항을 측정하였다.Three separators identical to those in Example 1 were laminated, and the laminated body was applied as a separator. The electrolyte of Manufacturing Example 3 was used as an electrolyte, and a coin cell was manufactured according to the method of Example 1 for the remainder, and the resistance was measured.
실험예 2: 비교예 1 내지 3의 저항 추론 결과Experimental Example 2: Resistance inference results of Comparative Examples 1 to 3
앞서 언급한 바와 같이, 상기 측정 대상인 분리막 자체는 부도체이지만, 분리막의 저항이라는 개념은, 상기 분리막에 전해질이 함침된 상태에서 분리막 내의 전해질을 매개로 전기장이 통과할 때 저항이 걸릴 수 있다. 이에 따라, 상기 측정 대상인 분리막에 함침된 전해질의 종류에 따라, 측정되는 분리막의 저항이 달라질 수 있다.As mentioned above, the separator itself, which is the measurement target, is an insulator, but the concept of the resistance of the separator is that when an electric field passes through the electrolyte in the separator while the separator is impregnated with the electrolyte, resistance may be applied. Accordingly, the measured resistance of the separator may vary depending on the type of electrolyte impregnated in the separator, which is the measurement target.
상기 실험예 1에서, 25 ℃에서 162.5 mS/cm의 전도도를 가진 상기 제조예 1의 전해질이 함침된 경우, 분리막 1개의 평균 저항은 25 mOhm로 측정되었다.In the above Experimental Example 1, when the electrolyte of the above Manufacturing Example 1 having a conductivity of 162.5 mS/cm at 25°C was impregnated, the average resistance of one separator was measured to be 25 mOhm.
이와 동일한 분리막에 상기 제조예 2의 전해질이 함침된 비교예 1 내지 3의 경우, 분리막 1개의 저항은 하기 식 1에 따라 추론될 수 있다:In the case of Comparative Examples 1 to 3 in which the electrolyte of Manufacturing Example 2 is impregnated into the same separator, the resistance of one separator can be inferred according to the following Equation 1:
[식 1] r_separator = {(R_5M LiNO3/(k_electrolyte)}*(k_5M LiNO3)*(area)[Formula 1] r_separator = {(R_5M LiNO 3 /(k_electrolyte)}*(k_5M LiNO 3 )*(area)
구체적으로, 상기 식 1에서, Specifically, in the above equation 1,
k_electrolyte은, 25 ℃에서 상기 제조예 2 전해질의 전도도로, 45 mS/cm이고,k_electrolyte is the conductivity of the electrolyte of the above-mentioned manufacturing example 2 at 25 ℃, which is 45 mS/cm,
R_5M LiNO3은 상기 실험예 1에서 분리막 (1개 당 평균) 저항 값으로, 25 mOhm이고,R_5M LiNO 3 is the resistance value of the membrane (average per membrane) in the above experimental example 1, which is 25 mOhm,
상기 k_5M LiNO3은 25 ℃에서 상기 제조예 1 수계 전해질의 전도도로, 162.5 mS/cm이며,The above k_5M LiNO 3 is the conductivity of the aqueous electrolyte of the above-mentioned manufacturing example 1 at 25 ℃, which is 162.5 mS/cm.
area는, 상기 제조예 1의 전극 집전체 단면적으로 2.01 cm2이므로,Since the area is 2.01 cm 2 , which is the cross-sectional area of the electrode collector of the above-mentioned manufacturing example 1,
이를 상기 식 1에 대입하면 우변은= {25 mOhm/ 45 mS/cm}*162.5mS/cm* 2.01 cm2=약 181.5이다.If we substitute this into Equation 1 above, the right side is = {25 mOhm/ 45 mS/cm}*162.5mS/cm* 2.01 cm 2 = approximately 181.5.
한편, 좌변에서 r_electrode은, 상기 제조예 2 전해질을 사용한 경우에 예상되는 분리막 저항 값과 면적의 곱(Ohm*m2)이고, 상시 제조예 2에서 적용된 분리막의 단면적은 상기 제조예 1의 전극 집전체 단면적과 동일하므로, 이를 대입할 수 있다:Meanwhile, on the left side, r_electrode is the product of the expected membrane resistance value and area (Ohm* m2 ) when the electrolyte of Manufacturing Example 2 is used, and since the cross-sectional area of the separator applied in Manufacturing Example 2 is the same as the cross-sectional area of the electrode current collector of Manufacturing Example 1, this can be substituted:
(상기 제조예 2 전해질을 사용한 경우에 예상되는 분리막 저항 값)*2.01 cm2= 약 181.5 mOhm*cm2 (Expected membrane resistance value when using the electrolyte of the above manufacturing example 2)*2.01 cm 2 = approximately 181.5 mOhm*cm 2
따라서, 상기 제조예 2 전해질을 사용한 경우에 예상되는 분리막 저항 값은 90.27 mOhm 이다.Therefore, the expected membrane resistance value when using the electrolyte of Manufacturing Example 2 is 90.27 mOhm.
이 예상 값의 검증을 위해, 비교예 1 내지 3에 대해 실험예 1과과 동일한 방법으로 극좌표선도(Nyquist plot)를 수득하고, 이를 도 2에 나타내었다.To verify this expected value, a polar coordinate plot (Nyquist plot) was obtained for Comparative Examples 1 to 3 in the same manner as Experimental Example 1, and is shown in Figure 2.
실험예 1과 동일한 방법으로 도 2를 해석하면, 25 ℃에서 45 mS/cm의 전도도를 가진 상기 제조예 2의 전해질이 함침된 경우, 분리막 1개의 평균 저항이 92 mOhm임을 알 수 있다.If Fig. 2 is interpreted in the same manner as Experimental Example 1, it can be seen that the average resistance of one separator is 92 mOhm when the electrolyte of Manufacturing Example 2 having a conductivity of 45 mS/cm at 25°C is impregnated.
이와 같은 실제 측정 값은, 상기 식 1에 따른 예상 값의 오차 범위 내 (± 2%)이며, 식 1의 신뢰성을 입증한다.Such actual measurement values are within the error range (±2%) of the expected values according to Equation 1 above, proving the reliability of Equation 1.
한편, 비교예 1 내지 3은, 실시예 1 내지 3과 동일한 분리막을 사용하였음에도 불구하고 그 저항 값이 더 크게 측정되었다. Meanwhile, Comparative Examples 1 to 3 had resistance values measured to be greater even though they used the same membrane as Examples 1 to 3.
앞서 언급한 바와 같이, 상기 측정 대상인 분리막은, 이에 함침된 전해질 대비 높은 저항을 가지는 부도체이다. 다만, 저항 합산의 법칙에 따르면, 측정 대상인 분리막을 동일하게 하되 이에 함침되는 전해질의 종류를 다르게 할 경우, 측정되는 저항값의 차이는 전해질의 차이에 기인한 것이며, 측정 대상인 분리막 자체의 저항에는 무관한 것으로 볼 수 있다. As mentioned above, the separator, which is the subject of measurement, is an insulator with a high resistance compared to the electrolyte impregnated in it. However, according to the law of resistance addition, if the separator, which is the subject of measurement, is the same but the type of electrolyte impregnated in it is different, the difference in the measured resistance value is due to the difference in the electrolyte, and can be considered unrelated to the resistance of the separator itself, which is the subject of measurement.
여기서 측정되는 저항값은, 측정 대상인 분리막에 함침된 전해질 및 측정 대상인 분리막 내 전해질의 이동 경로에 의해 결정될 수 있다. 이와 관련하여, 전도도가 높은 전해질을 사용할수록 측정 대상인 분리막의 저항값을 보다 높은 정확도로 측정하는 것이 가능할 수 있었다.The resistance value measured here can be determined by the electrolyte impregnated in the separator, which is the measurement target, and the movement path of the electrolyte within the separator, which is the measurement target. In this regard, the higher the conductivity of the electrolyte used, the more accurately the resistance value of the separator, which is the measurement target, can be measured.
제조예 3: 25 ℃ 전도도가 8 내지 37 mS/cm인 수계 전해질(0.1 내지 0.5 M 농도의 질산리튬 수용액)의 제조Manufacturing Example 3: Manufacturing of an aqueous electrolyte (aqueous lithium nitrate solution having a concentration of 0.1 to 0.5 M) having a conductivity of 8 to 37 mS/cm at 25°C
증류수(H2O)를 용매로 사용하고, 용질로 질산리튬(LiNO3)을 사용하되, 그 몰 농도를 0.1 M, 0.2 M, 0.3 M, 0.4 M, 및 0.5M 로 하여 제조예 1 및 2 보다도 전도도를 현저하게 낮춘 제조예 3의 전해질 샘플들을 수득하였다. 이들의 전도도 측정값은 8 내지 37 mS/cm의 범위 내이며, 구체적인 측정값은 하기 표 1에 나타내었다.Electrolyte samples of Manufacturing Example 3, which had significantly lower conductivity than Manufacturing Examples 1 and 2, were obtained by using distilled water (H 2 O) as a solvent and lithium nitrate (LiNO 3 ) as a solute at molar concentrations of 0.1 M, 0.2 M, 0.3 M, 0.4 M, and 0.5 M. The measured conductivity values were in the range of 8 to 37 mS/cm, and the specific measured values are shown in Table 1 below.
비교예 4 내지 8: 제조예 3의 전해질 및 분리막 1개를 적용한 코인 셀의 제조 및 저항 측정Comparative Examples 4 to 8: Manufacturing and resistance measurement of coin cells using the electrolyte and one separator of Manufacturing Example 3
비교예 4 내지 8에서는, 제조예 3의 각 전해질 샘플 및 분리막 1개를 적용하여, 저항을 측정하였다.In Comparative Examples 4 to 8, each electrolyte sample and one separator of Manufacturing Example 3 were applied and resistance was measured.
상기 비교예 1과 동일한 분리막 1개를 사용하고, 전해질로는 제조예 3의 각 전해질을 사용하며, 나머지는 비교예 1의 방법에 따라 코인셀을 제조하고, 저항을 측정하였다.One separator identical to that in Comparative Example 1 was used, each electrolyte of Manufacturing Example 3 was used as the electrolyte, and the remainder was manufactured into a coin cell according to the method of Comparative Example 1, and the resistance was measured.
제조예 4: 25 ℃ 전도도가 107.4 mS/cm인 수계 전해질(2 M 농도의 질산리튬 수용액)의 제조Manufacturing Example 4: Manufacturing of an aqueous electrolyte (2 M lithium nitrate aqueous solution) having a conductivity of 107.4 mS/cm at 25°C
증류수(H2O)를 용매로 사용하고, 용질로 질산리튬(LiNO3)을 사용하되, 그 몰 농도를 2 M로 하여, 제조예 1과 유사 수준의 전도도를 가지는 전해질 샘플을 수득하고, 구체적인 전도도 측정값은 하기 표 1에 나타내었다.Using distilled water ( H2O ) as a solvent and lithium nitrate ( LiNO3 ) as a solute at a molar concentration of 2 M, an electrolyte sample having a conductivity similar to that of Manufacturing Example 1 was obtained, and the specific conductivity measurement values are shown in Table 1 below.
실시예 4: 제조예 4의 전해질 및 분리막 1개를 적용한 코인 셀의 제조 및 저항 측정Example 4: Manufacturing and resistance measurement of a coin cell using the electrolyte and one separator of Manufacturing Example 4
실시예 4에서는, 제조예 4의 전해질 샘플 및 분리막 1개를 적용하여, 저항을 측정하였다.In Example 4, the electrolyte sample and one separator of Manufacturing Example 4 were applied, and the resistance was measured.
상기 비교예 1과 동일한 분리막 1개를 사용하고, 전해질로는 제조예 4의 전해질을 사용하며, 나머지는 비교예 1의 방법에 따라 코인셀을 제조하고, 저항을 측정하였다.Using the same separator as in Comparative Example 1, the electrolyte of Manufacturing Example 4 was used as the electrolyte, and a coin cell was manufactured according to the method of Comparative Example 1 for the remainder, and the resistance was measured.
실험예 3: 비교예 4 내지 8 및 실시예 4의 저항 측정 결과Experimental Example 3: Resistance measurement results of Comparative Examples 4 to 8 and Example 4
비교예 4 내지 8 및 실시예 4에서 사용된 각 전해질의 전도도, 각 전해질 전도도의 역수를 하기 표 1에 기록하였다. 또한, 각 전해질을 사용하여, EIS법에 따라 저항을 측정하여 극좌표선도(Nyquist plot)을 구하고, 그 x축 절편 값으로부터 분리막 1개의 저항 값을 하기 표 1에 기록하였다. The conductivity of each electrolyte used in Comparative Examples 4 to 8 and Example 4 and the reciprocal of the conductivity of each electrolyte are recorded in Table 1 below. In addition, using each electrolyte, the resistance was measured according to the EIS method to obtain a polar coordinate plot (Nyquist plot), and the resistance value of one separator was recorded in Table 1 below from the x-axis intercept value.
나아가, 상기 표 1에 기록된 각 전해질 전도도의 역수를 x축으로 하고, y축은 상기 EIS에 의해 측정된 분리막 1개의 저항 값으로 하여, 선형 플롯의 추세를 얻고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.Furthermore, the reciprocal of each electrolyte conductivity recorded in Table 1 above was used as the x-axis, and the y-axis was used as the resistance value of one separator measured by the EIS, to obtain a trend of a linear plot, and the results were shown in Fig. 3.
(mS/cm, @ 25 ℃)Conductivity of electrolyte
(mS/cm, @ 25 ℃)
(cm/mS, @ 25 ℃)1/(conductivity of electrolyte)
(cm/mS, @ 25 ℃)
(Ohms)Resistance value of the separator measured by EIS
(Ohms)
(상기 표 1에서, "1/(전해질의 전도도)"는 소수점 이하 다섯째자리에서 반올림한 값임)(In Table 1 above, “1/(conductivity of electrolyte)” is a value rounded to the fifth decimal place.)
상기 표 1 및 도 3에 따르면, 전해질 용질은 실시예 1과 동일한 질산리튬이지만, 그 농도가 낮아질수록 전도도가 감소하며, EIS에 의해 측정된 분리막 1개의 저항 값은 증가하는 것으로 확인된다.According to Table 1 and Figure 3 above, the electrolyte solute is lithium nitrate, the same as in Example 1, but as its concentration decreases, the conductivity decreases, and the resistance value of one separator measured by EIS is confirmed to increase.
이를 통해, 상기 일 구현예에 따른 분리막의 저항 측정 값은 전해질의 전도도 역수 값과 선형적(linear) 관계에 있고, 전해질의 용질이 동일할 때 그 농도가 감소할수록 분리막의 저항 측정 값이 증가함을 알 수 있다. Through this, it can be seen that the resistance measurement value of the separator according to the above-mentioned embodiment is in a linear relationship with the reciprocal conductivity value of the electrolyte, and when the solute of the electrolyte is the same, the resistance measurement value of the separator increases as its concentration decreases.
특히 전해질 내 질산리튬의 몰 농도가 1 M 미만인 비교예 4 내지 8에서는 분리막 저항 측정 값은 0.150 Ohms (=150 mOhms)을 초과한다. 그에 반면, 전해질 내 질산리튬의 몰 농도가 1M 이상, 구체적으로 2M인 실시예 4의 경우, 분리막 저항 측정 값은 0.077 Ohms (=77 mOhms)로 낮아졌다.In particular, in Comparative Examples 4 to 8 where the molar concentration of lithium nitrate in the electrolyte is less than 1 M, the measured membrane resistance value exceeds 0.150 Ohms (=150 mOhms). In contrast, in Example 4 where the molar concentration of lithium nitrate in the electrolyte is 1 M or more, specifically 2 M, the measured membrane resistance value decreased to 0.077 Ohms (=77 mOhms).
도 3의 추세선에 상기 실시예 1의 전해질 전도도(162.5 mS/cm)을 대입하면, 27.02 mOhms의 저항이 확인되는데, 이는 실측값과 거의 동일하다.When the electrolyte conductivity (162.5 mS/cm) of Example 1 is substituted into the trend line of Fig. 3, a resistance of 27.02 mOhms is confirmed, which is almost the same as the actual measured value.
제조예 5: 25 ℃ 전도도가 8 내지 18 mS/cm인 수계 전해질(0.1 M 농도의 다양한 용질을 포함하는 수용액)의 제조Manufacturing Example 5: Manufacturing of an aqueous electrolyte (aqueous solution containing various solutes at 0.1 M concentration) having a conductivity of 8 to 18 mS/cm at 25°C
증류수(H2O)를 용매로 사용하고, 용질로 질산리튬(LiNO3), 수산화리튬(LiOH), 황산리튬(Li2SO4), 염화리튬(LiCl), 및 질산칼슘(Ca(NO3)2)을 각각 0.1 M의 몰 농도로 하여, 제조예 1 및 2 보다도 전도도를 현저하게 낮춘 제조예 5의 전해질 샘플들을 수득하였다. 이들의 전도도 측정값은 8 내지 18 mS/cm의 범위 내이며, 구체적인 측정값은 하기 표 2에 나타내었다.Electrolyte samples of Manufacturing Example 5, which had significantly lower conductivity than Manufacturing Examples 1 and 2, were obtained by using distilled water (H 2 O) as a solvent and lithium nitrate (LiNO 3 ), lithium hydroxide (LiOH), lithium sulfate (Li 2 SO 4 ), lithium chloride (LiCl), and calcium nitrate (Ca(NO 3 ) 2 ) as solutes at a molar concentration of 0.1 M each. The measured conductivity values are in the range of 8 to 18 mS/cm, and the specific measured values are shown in Table 2 below.
비교예 9 내지 13: 제조예 5의 전해질 및 분리막 1개를 적용한 코인 셀의 제조 및 저항 측정Comparative Examples 9 to 13: Manufacturing and resistance measurement of coin cells using the electrolyte and one separator of Manufacturing Example 5
비교예 9 내지 13에서는, 제조예 5의 각 전해질 샘플 및 분리막 1개를 적용하여, 저항을 측정하였다.In Comparative Examples 9 to 13, each electrolyte sample and one separator of Manufacturing Example 5 were applied and resistance was measured.
상기 비교예 1과 동일한 분리막 1개를 사용하고, 전해질로는 제조예 5의 각 전해질을 사용하며, 나머지는 비교예 1의 방법에 따라 코인셀을 제조하고, 저항을 측정하였다.One separator identical to that in Comparative Example 1 was used, each electrolyte of Manufacturing Example 5 was used as the electrolyte, and the remainder was manufactured into a coin cell according to the method of Comparative Example 1, and the resistance was measured.
실험예 4: 비교예 9 내지 13의 저항 측정 결과Experimental Example 4: Resistance measurement results of comparative examples 9 to 13
비교예 9 내지 13에서 사용된 각 전해질의 전도도, 각 전해질 전도도의 역수를 하기 표 2에 기록하였다. 또한, 각 전해질을 사용하여, EIS법에 따라 저항을 측정하여 극좌표선도(Nyquist plot)을 구하고, 그 x축 절편 값으로부터 분리막 1개의 저항 값을 하기 표 2에 기록하였다. The conductivity of each electrolyte used in Comparative Examples 9 to 13 and the reciprocal of the conductivity of each electrolyte are recorded in Table 2 below. In addition, using each electrolyte, the resistance was measured according to the EIS method to obtain a polar coordinate plot (Nyquist plot), and the resistance value of one separator was recorded in Table 2 below from the x-axis intercept value.
나아가, 상기 표 2에 기록된 각 전해질 전도도의 역수를 x축으로 하고, y축은 상기 EIS에 의해 측정된 분리막 1개의 저항 값으로 하여, 선형 플롯의 추세를 얻고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.Furthermore, the reciprocal of each electrolyte conductivity recorded in Table 2 above was used as the x-axis, and the y-axis was used as the resistance value of one separator measured by the EIS, to obtain a trend of a linear plot, and the results were shown in Fig. 4.
(mS/cm, @ 25 ℃)Conductivity of electrolyte
(mS/cm, @ 25 ℃)
(cm/mS, @ 25 ℃)1/(conductivity of electrolyte)
(cm/mS, @ 25 ℃)
(Ohms) Resistance value of the separator measured by EIS
(Ohms)
(상기 표 2에서, "1/(전해질의 전도도)"는 소수점 이하 다섯째자리에서 반올림한 값임)(In Table 2 above, “1/(conductivity of electrolyte)” is a value rounded to the fifth decimal place.)
상기 표 2 및 도 4에서, 전해질 내 용질의 농도는 0.1 M로 동일하지만, 그 용질의 종류에 따라 전해질의 전도도가 달라지며, EIS에 의해 측정된 분리막 1개의 저항 값은 전해질의 전도도 역수 값에 비례하여 증가하는 것으로 확인된다.In the above Table 2 and Fig. 4, the concentration of the solute in the electrolyte is the same as 0.1 M, but the conductivity of the electrolyte varies depending on the type of the solute, and it is confirmed that the resistance value of one separator measured by EIS increases in proportion to the reciprocal value of the conductivity of the electrolyte.
상기 실험예 3에서 살펴본 바와 같이, 상기 실험예 4에서도, 상기 일 구현예에 따른 분리막의 저항 측정 값은 전해질의 전도도 역수 값과 선형적(linear) 관계에 있음을 알 수 있다. 도 4의 추세선에도 상기 실시예 1의 전해질 전도도(162.5 mS/cm)을 대입하면, 24.28 mOhms의 저항이 확인되는데, 이는 실측값과 거의 동일하다.As examined in the above Experimental Example 3, it can be seen in the above Experimental Example 4 that the resistance measurement value of the separator according to the above embodiment is linearly related to the reciprocal conductivity value of the electrolyte. When the electrolyte conductivity (162.5 mS/cm) of the above Example 1 is substituted into the trend line of Fig. 4, a resistance of 24.28 mOhms is confirmed, which is almost the same as the actual measured value.
Claims (12)
상기 수계 전해질이 함침된 분리막을 음극 집전체 및 양극 집전체 사이에 위치시킨 뒤, 2032형 코인 셀(coin cell)을 조립하는 단계; 및
상기 코인셀에 임피던스(impedance) 분석기를 연결하고, 100 kHz 내지 10 kHz 범위의 주파수를 가하여 극좌표선도(Nyquist plot)를 수득하는 단계; 및
상기 수득된 극좌표선도(Nyquist plot)의 x축 절편 값으로부터 상기 분리막의 저항을 측정하는 단계;를 포함하는,
전기화학소자용 분리막의 저항 측정 방법.
A step of wetting an aqueous electrolyte having a conductivity of 100 to 180 mS/cm at 20 to 30°C in a separator for an electrochemical device to be measured;
A step of assembling a 2032 type coin cell by positioning the separator impregnated with the above aqueous electrolyte between the negative electrode current collector and the positive electrode current collector; and
A step of connecting an impedance analyzer to the coin cell and applying a frequency in the range of 100 kHz to 10 kHz to obtain a polar coordinate plot (Nyquist plot); and
A step of measuring the resistance of the membrane from the x-axis intercept value of the obtained Nyquist plot; including;
Method for measuring resistance of a separator for electrochemical devices.
상기 음극 집전체 및 상기 양극 집전체는 각각, 표면에 전극 활물질이 코팅되지 않은(bare) 것인,
전기화학소자용 분리막의 저항 측정 방법.
In the first paragraph,
The above negative electrode current collector and the above positive electrode current collector are each bare and have no electrode active material coated on their surfaces.
Method for measuring resistance of a separator for electrochemical devices.
상기 음극 집전체는,
구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인,
전기화학소자용 분리막의 저항 측정 방법.
In the first paragraph,
The above negative electrode collector,
Containing copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or a combination thereof;
Method for measuring resistance of a separator for electrochemical devices.
상기 양극 집전체는,
알루미늄, 스테인레스 스틸, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인,
전기화학소자용 분리막의 저항 측정 방법.
In the first paragraph,
The above positive electrode collector,
Containing aluminum, stainless steel, nickel, titanium, calcined carbon, or a combination thereof;
Method for measuring resistance of a separator for electrochemical devices.
상기 수계 전해질은,
20 내지 30 ℃에서의 전도도가 140 내지 180 mS/cm인 것인,
전기화학소자용 분리막의 저항 측정 방법.
In the first paragraph,
The above aqueous electrolyte is,
The conductivity at 20 to 30 ℃ is 140 to 180 mS/cm,
Method for measuring resistance of a separator for electrochemical devices.
상기 수계 전해질은,
용매로 물(H2O);을 포함하고,
용질로 NaNO3, NaCl, HCl, LNO, LSO, LiOH, KCl, Na2CO3, 또는 이들 중 2 이상의 혼합물;을 포함하는 것인,
전기화학소자용 분리막의 저항 측정 방법.
In the first paragraph,
The above aqueous electrolyte is,
Containing water (H 2 O) as a solvent;
A solute comprising NaNO 3 , NaCl, HCl, LNO, LSO, LiOH, KCl, Na 2 CO 3 , or a mixture of two or more of these;
Method for measuring resistance of a separator for electrochemical devices.
상기 수계 전해질은,
상기 용질의 몰 농도(Molar concentrate)가 1 M 이상 내지 8 M 이하인 것인,
전기화학소자용 분리막의 저항 측정 방법.
In Article 6,
The above aqueous electrolyte is,
The molar concentration of the above solute is 1 M or more and 8 M or less,
Method for measuring resistance of a separator for electrochemical devices.
상기 수계 전해질은,
습윤제(wetting agent), 계면활성제(surfactant), 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인,
전기화학소자용 분리막의 저항 측정 방법.
In the first paragraph,
The above aqueous electrolyte is,
Containing a wetting agent, a surfactant, or a mixture thereof,
Method for measuring resistance of a separator for electrochemical devices.
상기 100 kHz 내지 10 kHz 범위의 주파수를 가할 때의 전압은, 10 mV 인 것인,
전기화학소자용 분리막의 저항 측정 방법.
In the first paragraph,
The voltage when applying a frequency in the range of 100 kHz to 10 kHz is 10 mV.
Method for measuring resistance of a separator for electrochemical devices.
상기 측정 대상인 분리막 1개; 상기 측정 대상인 분리막 2개의 적층체; 및 상기 측정 대상인 분리막 3개의 적층체;에 각각에 대해 상기 일련의 모든 단계를 수행하여 저항을 측정하고,
상기 측정 대상인 분리막 1개 당 평균 저항 값을 측정하는 것인,
전기화학소자용 분리막의 저항 측정 방법.
In the first paragraph,
The resistance is measured by performing all of the above-described series of steps on each of the following: one separator as the measurement target; a stack of two separators as the measurement target; and a stack of three separators as the measurement target;
The average resistance value per separator, which is the measurement target, is measured.
Method for measuring resistance of a separator for electrochemical devices.
상기 수계 전해질을 사용하여 측정된 분리막 저항 값, 상기 수계 전해질의 전도도, 및 상기 양극 또는 음극 집전체의 단면적을 하기 식 1에 대입하여,
상기 수계 전해질을 대체하여 이종(異種)의 전해질을 사용한 경우 예상되는 분리막 저항 값을 측정하는 것인,
전기화학소자용 분리막의 저항 측정 방법:
[식 1] (r_separator)={(R_xM Electrolyte)/(k_electrolyte)}*(k_xM Electrolyte)*(area)
상기 식 1에서,
r_separator는, 상기 수계 전해질을 사용하여 측정된 분리막과 동종(同種)의 분리막을 사용하되, 상기 수계 전해질을 대체하여 이종(異種)의 전해질을 사용한 경우 예상되는 분리막 저항 값 및 상기 분리막의 단면적의 곱(Ohm*cm2)이고; k_electrolyte은, 상기 이종(異種)의 전해질의 전도도이고;
R_xM electrolyte은, 상기 수계 전해질을 사용하여 측정된 분리막 저항 값이고;
k_xM electrolyte은 상기 수계 전해질의 전도도이고; 상기 x는 상기 수계 전해질의 몰 농도이고;
area는, 상기 양극 또는 음극 집전체의 단면적이며, 상기 분리막의 단면적과 동일할 수 있다.
In the first paragraph,
By substituting the measured membrane resistance value using the above aqueous electrolyte, the conductivity of the above aqueous electrolyte, and the cross-sectional area of the positive or negative electrode current collector into the following equation 1,
This is to measure the expected membrane resistance value when a heterogeneous electrolyte is used instead of the above-mentioned aqueous electrolyte.
Method for measuring resistance of separator for electrochemical device:
[Equation 1] (r_separator)={(R_xM Electrolyte)/(k_electrolyte)}*(k_xM Electrolyte)*(area)
In the above equation 1,
r_separator is the product of the expected membrane resistance value and the cross-sectional area of the separator when a different electrolyte is used instead of the above aqueous electrolyte, except that the same membrane as the one measured using the above aqueous electrolyte is used (Ohm*cm 2 ); k_electrolyte is the conductivity of the different electrolyte;
R_xM electrolyte is the membrane resistance value measured using the above aqueous electrolyte;
k_xM electrolyte is the conductivity of the aqueous electrolyte; x is the molar concentration of the aqueous electrolyte;
The area is the cross-sectional area of the positive or negative electrode collector and may be equal to the cross-sectional area of the separator.
상기 측정 대상인 전기화학소자용 분리막은,
리튬이차전지, 수퍼커패시터(Super Capacitor), 리튬 - 황 전지, 나트륨 이온 전지, 리튬 - 공기전지, 징크 - 공기전지, 알루미늄 - 공기전지, 알루미늄 이온전지 및 마그네슘 이온 전지를 포함하는 군에서 선택된 어느 하나의 전기화학소자용 분리막인,
전기화학소자용 분리막의 저항 측정 방법.In the first paragraph,
The separator for the electrochemical device, which is the subject of the above measurement, is
A separator for an electrochemical device selected from the group consisting of a lithium secondary battery, a super capacitor, a lithium-sulfur battery, a sodium ion battery, a lithium-air battery, a zinc-air battery, an aluminum-air battery, an aluminum ion battery, and a magnesium ion battery,
Method for measuring resistance of a separator for electrochemical devices.
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Legal Events
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