用于评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的方法和系统与流程

1.本发明涉及一种反映电化学器件的实际运行状态的、用于评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的方法和系统。
2.该申请要求基于2019年10月14日提交的韩国专利申请10-2019-0126783号的优先权的利益，并且该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文中。


背景技术：

3.随着能源的价格由于化石燃料的耗尽而上涨和对环境污染的关注的增加，对环境友好的可替代能源的需求正在增加。特别地，随着移动装置的技术发展和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求正在快速地增加。关于二次电池的形状，对袋型二次电池存在很大需求，因为袋型二次电池能够应用于厚度小的移动产品，诸如移动电话。
4.这种袋型二次电池具有电极组件嵌入在由铝层压板形成的袋型电池外壳中的结构。具体地，在袋型二次电池中，正电极、分隔件和负电极被顺序堆叠的堆叠型或堆叠-折叠电极组件被容纳在电池外壳中。每一个正电极和负电极由电极接线片电连接，拉出的电极引线被连接到电极接线片。在连接有电极接线片和电极引线的电极组件被容纳在袋型电池外壳中之后，电解质被注射，并且电池外壳在电极引线的一部分暴露于外部的情况下被密封，以由此组装二次电池。
5.传统上，为了评价这种分隔件的特性，测量所述分隔件自身的绝缘性质和锂离子传导性性质。具体地，所述分隔件被夹在上夹具和下夹具之间，并且在这两个夹具之间施加电压，由此将大于参考值的电流流动通过所述分隔件时的电压测量为介电击穿电压。
6.然而，利用上述方法，仅能够测量所述分隔件自身的特性，而无法测量实时反映电极组件的充电/放电特性的绝缘特性和锂离子传导性特性。在包括电极组件的电化学器件中，充电和放电期间引起了体积和温度的变化。体积和温度的这些变化用作影响所述分隔件的绝缘性质和锂离子传导性性质的变量。相应地，需要一种反映电化学器件的实际使用条件的、能够确认分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的技术。


技术实现要素：

7.技术问题
8.本发明已经被发明用于解决以上问题，并且本发明的目的在于提供一种反映电化学器件的实际运行状态的、用于评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的方法和系统。
9.技术方案
10.根据本发明的一种用于评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的方法包括如下步骤：重复地执行电化学器件的充电和放电；以及在待测量对象和所述电化学器件被夹在上夹具和下夹具之间的状态下，在执行所述电化学器件的充电和放
电的同时测量所述待测量对象的电阻，该待测量对象包括正电极、负电极和被置于所述正电极和负电极之间的分隔件，该电化学器件被定位成面对所述待测量对象。
11.在一个示例中，所述待测量对象包括：电极组件，该电极组件包括正电极、负电极和被置于所述正电极和负电极之间的分隔件；和袋型电池外壳，所述电极组件被容纳在该袋型电池外壳中。
12.在进一步的另一个示例中，在执行评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的方法的同时，所述电化学器件重复地执行充电和放电，并且所述待测量对象不执行充电和放电。
13.在具体示例中，所述待测量对象和电化学器件具有相同的正电极和负电极的结构和组成。
14.例如，所述电化学器件的分隔件具有这样的结构：其包括被形成在分隔件片材试样的一侧或两侧上的无机层，并且所述待测量对象的分隔件被形成为分隔件片材试样，并且具有在该试样的两侧上未形成单独的无机层的结构。
15.在一个示例中，所述上夹具和下夹具固定所述待测量对象和所述电化学器件面对彼此的状态。
16.在进一步的另一个示例中，所述上夹具和下夹具对所述待测量对象和电化学器件面对彼此的状态加压。
17.在进一步的另一个示例中，在进行所述评价的同时，所述上夹具和下夹具加热所述待测量对象和电化学器件中的任一个或多个。
18.例如，所述分隔件是用于锂二次电池的分隔件。
19.另外，本发明提供一种用于评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的系统。在一个示例中，一种用于评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的系统包括：夹具单元，该夹具单元被构造成固定或挤压待测量对象；电化学器件，该电化学器件被构造成在位于所述夹具单元之间的同时重复地执行充电和放电；待测量对象，该待测量对象被构造成被定位成面对位于所述夹具单元之间的所述电化学器件的状态；和测量单元，该测量单元被构造成测量所述待测量对象的电阻。
20.在具体示例中，所述待测量对象包括：电极组件，该电极组件包括正电极、负电极和被置于所述正电极和负电极之间的分隔件；和袋型电池外壳，所述电极组件被容纳在该袋型电池外壳中。
21.在进一步的另一个示例中，所述上夹具和下夹具中的至少一个具有其上安装有加热构件的结构。
22.在具体示例中，用于评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的系统进一步包括记录单元，该记录单元被构造成在进行所述评价的同时记录通过所述测量单元测量的电阻值。
23.在进一步的另一个示例中，所述夹具单元进一步包括温度传感器和压力传感器中的任一个或多个，该温度传感器被构造成测量所述待测量对象的温度，该压力传感器被构造成测量所述待测量对象的压力。
24.例如，所述夹具单元进一步包括温度传感器和压力传感器中的至少一个，该温度传感器被构造成测量所述待测量对象的温度，该压力传感器被构造成测量所述待测量对象
的压力，并且在进行所述评价的同时，所述记录单元记录通过所述测量单元测量的电阻值以及通过所述温度传感器和用于测量所述待测量对象的压力的压力传感器中的一个或多个传感器测量的值。
25.有利效果
26.按照根据本发明的用于评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的方法，能够通过根据电化学器件的实际运行状态反映温度和压力的变化来评价所述分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性。
附图说明
27.图1是示出在按照根据本发明示例性实施例的用于评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的方法执行评价之前的、评价对象被放置在上夹具和下夹具之间的状态的示意图。
28.图2到图4是均示出根据本发明示例性实施例的用于评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的方法或系统的示意图。
具体实施方式
29.在下文中，将参考附图详细描述本发明。在本说明书和权利要求书中使用的术语和词语不应该被理解为限于普通或词典术语，而是本发明人可以适当地定义术语的概念从而最好地描述其发明。术语和词语应该被理解为与本发明的技术思想一致的含义和概念。
30.在本发明中，公开了一种“用于评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的方法”或一种“系统”，这意味着对由电解质溶液浸渍的分隔件的电阻进行测量。电解质溶液的电荷迁移率根据所述分隔件的渗透性或弯曲度而改变。因此，通过测量由电解质溶液浸渍的分隔件的电阻，从而检查所述分隔件的形状或特性的变化。
31.在本发明中，术语“上夹具”和“下夹具”包括两个臂被定位在面对彼此的方向上的情形，因此，测量对象等被固定或挤压。在本发明中，为了解释的方便，以“上夹具”和“下夹具”进行描述，并且包括两个臂由在左右方向上被定位在面对彼此的方向上的“右夹具”和“左夹具”构成的情形。因此，根据夹具的位置或方向，能够由“第一夹具”和“第二夹具”替代。
32.本发明提供一种用于评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的方法。具体地，该评价方法包括如下步骤：重复地执行电化学器件的充电和放电；以及在待测量对象和电化学器件被夹持在上夹具和下夹具之间状态下、在执行电化学器件的充电和放电的同时测量待测量对象的电阻，该待测量对象包括正电极、负电极和被置于正电极和负电极之间的分隔件，该电化学器件被定位成面对所述待测量对象。
33.在根据本发明的评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的方法中，通过反映所述分隔件的物理性质(诸如渗透性和弯曲度)来测量所述分隔件的电阻。当所述电化学器件在模块或夹具中执行充电和放电时，根据膨胀的加压状态发生改变。施加到电化学器件的压力被传递到分隔件，并且该压力变化影响所述分隔件的物理性质。另外，所述电化学器件在充电和放电过程期间产生热量，并且该温度增加还改变分隔件的电气特性。
34.在本发明中，在待测量对象和电化学器件在夹具中面对的状态中评价所述分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性。在评价期间，电化学器件重复进行充电和放电。在对所述电化学器件充电和放电的过程中，所述装置发生体积膨胀或温度升高，并且该影响被传递到待测量对象。另外，当在充电和放电过程期间电池的温度增加时，热量被传递到待测量对象。由此，根据本发明的评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的方法具有这样的优点：在向所述待测量对象提供满足所述电化学器件的实际使用条件的环境的状态下执行所述评价。
35.可以在高频区域中使用例如电化学阻抗谱(eis)来测量包括分隔件的待测量对象的绝缘特性和锂离子传导性特性。
36.通过层叠正电极、负电极和被置于所述正电极和负电极之间的分隔件并且在将所述分隔件插入外壳中的同时注射电解质溶液来制备所述待测量对象。在一个实施例中，所述待测量对象包括：电极组件，该电极组件包括正电极、负电极和被置于所述正电极和负电极之间的分隔件；和袋型电池外壳，所述电极组件被容纳在该袋型电池外壳中。进而，所述待测量对象可以以与面对所述待测量对象的电化学器件相同的结构和形状被组装。例如，所述待测量对象可以包括：电极组件，该电极组件包括正电极、负电极和被置于所述正电极和负电极之间的分隔件；和袋型电池外壳，电极组件被容纳在该袋型电池外壳中，并且电解质溶液被注射到所述电池外壳中。
37.在另一个实施例中，在执行评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的方法的同时，电化学器件重复地执行充电和放电，并且所述待测量对象不执行充电和放电。即，所述电化学器件重复地执行充电和放电，以形成用于电化学器件的实际使用条件，并且所述待测量对象执行用于所述分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的评价。当对所述待测量对象执行充电和放电时，在充电和放电过程期间，电化学冲击可能被施加到所述待测量对象。当评价所述分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性时，该电化学冲击用作另一个变量，并且电极活性材料层或电解质溶液的状态的变化会影响评价结果。
38.在一个实施例中，所述待测量对象和电化学器件对于正电极和负电极而言具有相同的结构和组成。即，在制备两个相同的电化学器件的状态下，一个电化学器件用于实现实际使用条件，另一个电化学器件成为评价分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的待测量对象。
39.在进一步的另一个示例中，所述电化学器件的分隔件具有包括被形成在分隔件片材试样的一侧或两侧上的无机层的结构，并且待测量对象的分隔件被形成为分隔件片材试样，并且具有在试样的两侧上未形成单独的无机层的结构。取决于所述分隔件的类型，无机层可能被形成在分隔件织物的一侧或两侧上，从而改进分隔件的性质。在此情形中，形成在分隔件的表面上的无机层可能赋予分隔件绝缘性质，并且在评价结果中可能会反映无机层的绝缘性质，而非分隔件织物自身的绝缘性质。因此，当待评价的分隔件在分隔件织物试样的一侧或两侧上包括无机层时，推荐将无机层从分隔件织物试样去除，或使用其上未形成有无机层的分隔件织物。
40.在本发明中，在待测量对象和电化学器件被放置在上夹具和下夹具之间的同时执行评价。所述上夹具和下夹具的作用在于固定待测量对象和电化学器件的位置，并且支撑待传递到待测量对象的根据体积变化的压力变化，该根据体积变化的压力变化在电化学器
件在充电和放电过程期间体积变化时产生。相应地，所述上夹具和下夹具用于固定待测量对象和电化学器件面对彼此的状态。
41.在又一个实施例中，所述上夹具和下夹具对所述待测量对象和电化学器件面对彼此的状态加压。使用所述上夹具和下夹具挤压待测量对象的目的在于通过为所述待测量对象形成苛刻条件来缩短评价时间。
42.在又一个实施例中，在进行所述评价的同时，所述上夹具和下夹具加热所述待测量对象和电化学器件中的一个或多个。使用所述上夹具和下夹具加热所述待测量对象的目的在于通过为所述待测量对象形成苛刻条件来缩短评价时间。
43.根据本发明的用于评价分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的方法能够被应用于用于电化学器件的各种类型的分隔件。例如，所述分隔件是用于锂二次电池的分隔件。
44.另外，本发明提供一种用于评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的系统。该评价系统用于应用上述评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的方法，并且将省略重复的描述。
45.在一个示例中，所述评价系统包括：夹具单元，该夹具单元被构造成固定或挤压待测量对象；电化学器件，该电化学器件被构造成在位于所述夹具单元之间的同时重复地执行充电和放电；待测量对象，该待测量对象被构造成位于面对在夹具单元之间的电化学器件的状态中；和测量单元，该测量单元被构造成测量所述待测量对象的电阻。
46.在根据本发明的用于评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的系统中，在将满足电化学器件的实际使用条件的环境给予待测量对象的状态中执行评价，并且如果有必要，则能够通过通过夹具单元挤压待测量对象来缩短评价时间。
47.在一个实施例中，根据本发明的评价系统的待测量对象包括：电极组件，该电极组件包括正电极、负电极和被置于所述正电极和负电极之间的分隔件；和袋型电池外壳，电极组件被容纳在该袋型电池外壳中。
48.在另一个实施例中，所述上夹具和下夹具中的至少一个具有安装有加热构件的结构。通过所述加热构件，能够缩短根据本发明的评价系统的评价时间。
49.在又一个实施例中，根据本发明的评价系统进一步包括记录单元，该记录单元用于在评价在进行中的同时记录通过测量单元测量的电阻值。
50.在一个实施例中，所述夹具单元进一步包括温度传感器和压力传感器中的至少一个，该温度传感器用于测量待测量对象的温度，该压力传感器用于测量待测量对象的压力。
51.例如，所述夹具单元进一步包括温度传感器和压力传感器中的任一个或多个，该温度传感器被构造成测量待测量对象的温度，该压力传感器被构造成测量待测量对象的压力，并且在进行所述评价的同时，所述记录单元记录通过所述测量单元测量的电阻值以及通过所述温度传感器和用于测量待测量对象的压力的压力传感器中的一个或多个传感器测量的值。
52.根据本发明的用于评价分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的方法和系统能够被应用于用于电化学器件的各种类型的分隔件。例如，所述分隔件是用于锂二次电池的分隔件。
53.锂二次电池例如包括：电极组件，该电极组件包括正电极、负电极和被置于所述正电极和负电极之间的分隔件；非水电解质，该非水电解质浸渍电极组件；和电池外壳，该电
池外壳包含电极组件和非水电解质。
54.所述正电极具有正电极活性材料层被堆叠在正电极集电器的一侧或两侧上的结构。正电极活性材料可以均独立地是含锂氧化物，并且可以相同或不同。含锂过渡金属氧化物可以被用作含锂氧化物。在一个示例中，正电极活性材料层包括正电极活性材料、导电材料和粘合剂聚合物，并且如果有必要，则可以进一步包括本领域中通常使用的正电极添加剂。
55.用于正电极的集电器是具有高导电性的金属，并且能够使用正电极活性材料浆液可以容易附着并且在电化学器件的电压范围中没有反应性的任何金属。具体地，用于正电极的集电器的非限制示例包括铝、镍或通过其组合制造的箔片。
56.负电极可以包括碳材料、锂金属、硅或锡作为负电极活性材料。当碳材料被用作负电极活性材料时，可以使用低结晶碳和高结晶碳。低结晶碳的代表性示例包括典型的软碳和硬碳。高结晶碳的代表性示例包括天然石墨、凝析石墨、热解碳、中间相沥青类碳纤维、中间相沥青微珠、中间相沥青和高温煅烧碳，诸如石油或煤焦油沥青衍生的焦炭。
57.用于负电极的集电器的非限制示例包括铜、金、镍或通过铜合金或其组合制造的箔片。另外，可以通过堆叠由以上材料制成的基板来使用集电器。
58.另外，负电极可以包括导电材料和本领域中通常使用的粘合剂。
59.分隔件可以由在锂二次电池中使用的任何多孔基板来制成，并且例如可以使用聚烯烃类多孔膜或非织造织物，但是本发明不特别地受限于此。
60.聚烯烃类多孔膜的示例包括：聚乙烯，诸如高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯；和诸如聚丙烯、聚丁烯和聚戊烯的聚烯烃类聚合物均单独地或以其混合物形成的膜。
61.在下文中，将通过示例更详细地描述本发明。
62.图1是示出在按照根据本发明的示例性实施例的用于评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的方法执行评价之前、待测量对象被放置在上夹具和下夹具之间的状态的示意图。参考图1，待测量对象100和电化学器件200位于上夹具310和下夹具320之间，从而面对彼此。所述待测量对象100在电池外壳40中具有电极组件，在所述电极组件中，正电极10、分隔件20和负电极30被顺序地堆叠。另外，被电连接到所述待测量对象100的正电极10和负电极30的正电极接线片11和负电极接线片31被分别暴露于所述电池外壳40的外部。
63.图2到图4均是示出根据本发明的示例性实施例的、用于评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的方法或系统的示意图。以下，将描述每一种情形。
64.示例1
65.图2是示出根据本发明的示例性实施例的、用于评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的方法或系统的示意图。参考图2，在所述待测量对象110和电化学器件200面对彼此的同时，所述待测量对象110和电化学器件200位于上夹具310和下夹具320之间。所述待测量对象110具有正电极10、分隔件20和负电极30被顺序地堆叠的结构。另外，分别电连接到所述待测量对象100的正电极10和负电极30的正电极接线片11和负电极接线片31突出。在测量仪器400被连接到所述正电极接线片和负电极接线片的同时，所述测量仪器400测量所述待测量对象110的绝缘特性和锂离子传导性特性。所述测量仪器
400在高频区域中使用电化学阻抗谱(eis)。
66.另外，电化学器件200位于所述待测量对象110的下方。所述电化学器件200通过所连接的电源500来重复充电/放电过程。所述电化学器件200在执行充电和放电的同时所引起的体积和温度的变化被传递到面对彼此的所述待测量对象110。所述电源500执行所述电化学器件200的充电，但是在必要时还通过包括电阻器来引起所述电化学器件200的放电。
67.示例2
68.图3是示出根据本发明的示例性实施例的用于评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的方法或系统的示意图。参考图3，在待测量对象120和电化学器件200面对彼此的同时，所述待测量对象100和电化学器件200位于上夹具310和下夹具320之间。所述待测量对象120和电化学器件200在电池外壳40中具有电极组件，在所述电极组件中，正电极10、分隔件20和负电极30被顺序地堆叠。
69.在测量仪器400被连接到所述待测量对象120的正电极接线片和负电极接线片的同时，所述测量仪器400测量所述待测量对象120的绝缘特性和锂离子传导性特性。所述测量仪器400在高频区域中使用电化学阻抗谱(eis)。此外，所述电化学器件200通过所连接的电源500来重复充电/放电过程。
70.示例3
71.图4是示出根据本发明的示例性实施例的、用于评价用于电化学器件的分隔件的绝缘特性和锂离子传导性特性的方法或系统的示意图。参考图4，在待测量对象130和电化学器件200面对彼此的同时，所述待测量对象130和电化学器件200位于上夹具310和下夹具320之间。所述待测量对象130和电化学器件200在电池外壳40中具有电极组件，在所述电极组件中，正电极10、分隔件20和负电极30被顺序地堆叠。
72.所述待测量对象130和电化学器件200被定位成使得正电极接线片和负电极接线片在不同方向上突出。由此，确保了用于所述待测量对象130和测量器具400之间的连接和所述电化学器件200和电源500之间的连接的空间。
73.具体地，在所述测量仪器400被连接到所述待测量对象130的正电极接线片和负电极接线片的同时，所述测量仪器400测量所述待测量对象130的绝缘特性和锂离子传导性特性。所述测量仪器400在高频区域中使用电化学阻抗谱(eis)。此外，所述电化学器件200通过所连接的电源500来重复充电/放电过程。
74.上文中，已经通过附图和示例更详细地描述了本发明。然而，在说明书中描述的实施例和在绘图中描述的构造只是本发明的最优选的实施例，而非代表本发明的所有的技术思想。应该理解，在提交本技术时，可能存在替代它们的各种等同方案和变型。
75.附图标记说明
76.10：正电极
77.11：正电极接线片
78.20：分隔件
79.30：负电极
80.31：负电极接线片
81.40：电池外壳
82.100、110、120、130：待测量对象
83.200：电化学器件
84.310：上夹具
85.320：下夹具
86.400：测量器具
87.500：电源。