1. 시스템 개요

LIB (Lithium Ion Battery)의 고용량화를 위한 Advanced LIB용으로 양극 활물질과 음극 활물질이나 바인더의 개발이 활발하게 이루어지고 있고 Post LIB용으로 단기적으로는 리튬 메탈 전지, 장기적으로는 리튬 에어 전지나 리튬 황 전지 등에 고체 전해질을 적용한 차세대 이차전지의 개발이 진행되고 있어 이러한 연구 개발에 필수불가결한 전지 팽창의 평가 방법의 확립이 필요하다. 셀의 충 방전을 실시하면서 in-situ에서 전지 팽창의 변이와 하중을 측정하는 수법을 개발했다. 셀의 충방전에 따라 두께가 증가 및 감소하는 팽창 수축을 in-situ로 평가 가능하고 그 변위량과 하중을 정확하게 정량화가 가능하면서 다수를 셀을 동시에 작은 공간에서 효율적으로 평가할 수 있는 방법을 제안한다.

2. 시스템 특징

(1) 사용 목적에 따라 가압 방식의 선택이 가능
    하나의 지그로 다양한 하중을 시험할 수 있는 스프링 방식 (스프링의 크기는 같지만 스프링 상수가 다른 5종류의 스프링으로 하중에 맞추어 선택할 수 있다. 교환하여 다른 하중의 측정이 가능)
    기타, 수동 스크류 방식 및 자동 에어 실린더 방식도 있다.

(2) 변위와 하중에 커스터마이즈 가능
     “LIB의 크기 및 두께에 따른  최대 변위량, 초기 하중, 팽창시의 최대 하중" 에 따라 지그의 커스터마이즈가 가능하고 컴팩트하고 경량의 지그가 가능

(3) 간이 지그와 조립 지그로 전개 가능
     LIB의 변위와 하중의 범위가 정리되면 간이 지그로 다수의 셀을 작은 공간에서 평가할 수 있다. 간이 지그에 리튬 전지 셀을 탑재하고 정량의 하중을 인가할 수 있는 조립 지그도 제공한다.

3. 시스템 구성과 상세

(1) 셀 체결 지그
    상판/이동판(1)/이동판(2)/하판으로 구성하고, 사이에 스프링, 리튬 전지, 로드셀을 탑재하여 볼트를 조여 초기 가압과 리튬 전지의 팽창에 따른 변위와 하중 측정

(2) 변위 센서와 디지털 인디케이터
    각 스프링 정수별로 초기 가압시의 변위 측정과 리튬 전지의 팽창에 따른 변위를 측정, 디지털 인디케이터로 실시간으로 변위값 표시 및 데이터로거로 변위값을 0~10V로 출력

(3) 로드셀 및 디지털 표시기
    각 스프링 정수별로 초기 가압시의 하중과 리튬 전지의 팽창에 의한 하중을 측정, 디지털 인디케이터로 실시간으로 하중값 표시 및 데이터 로거에 하중 값을 0~10V로 출력

(4) 데이터 로거
    디지털 인디케이터에서 실시간으로 변위값 및 하중값을 0~10V로 데이터모니터링하여 메모리에 CSV 포맷으로 저장, 데이터 로거에서 PC로 데이터 출력

(5) 충방전기
    리튬 전지의 평가 프로토콜에 의한 충방전 / 리튬 전지는 팽창과 수축

(6) PC와 디스플레이
    데이터 로거의 전용 프로그램을 PC에 설치하고 실시간으로 데이터 모니터링하는 데이터를 그래프화

4. 측정지그 제작사례

5. 측정지그 사용사례 ( 다수의 지그 )

6. 에어실린더 방식 변위-하중 측정시스템 사례

7. 시스템 설계를 위하여 필요한 정보

(1) 전지의 상세한 정보
　　*. 크기와 두께
　　*. 전극면적
　　*. 형상 및 리드의 크기/위치

(2) 하중
　　*. 초기 가압범위 ( 초기하중 )
　　*. 최대 가압범위 ( 최대 하중 + 예상 팽창하중 )

(3) 변위
　　*. 초기 가압에서 예상되는 전지의 두께 변화
　　*. 최대 가압에서 전지의 팽창 시, 두께의 변화 ( 전지의 최대 두께 )

(4) 지그의 크기와 중량
　　*. 희망하는 크기  ( 어느 정도의 크기까지 문제가 없는지 – 크기 한계범위 )
　　*. 희망하는 중량 ( 어느 정도의 중량까지 문제가 없는지 – 중량 한계범위 )
　　*. 희망하는 지그의 재질 / 형태

(5）가압방식
　　*. 수동 : 스크류 또는 볼트 조임방식
　　*. 스프링
　　*. 에어실린더
　　*. 블록 ( 중량물 )

(6）측정하는 요소
　　*. 변위량
　　*. 가압량 ( 하중 )
　　*. 충방전시의 전압외
　　*. 시간

(7) 시스템구성

(8) 데이터모니터링 관련
　　*. 방식
　　*. 샘플링 간격

(9) 기타