황화물계 고체전해질을 이용한 전고체 리튬이온전지에서 발생하는 가스 분석
엠에스팁 351호
개요
충전식 배터리가 사용 중일 때 내부에서 생성되는 가스를 이해하는 것은 성능 유지 및 품질 관리 측면에서 고려됩니다. 내부에서 생성된 가스를 추출할 수 있는 실험용 배터리를 사용하면 생성된 가스 종을 식별하고 생성되는 가스량의 변화를 추정할 수 있지만 이는 밀폐된 공간인 배터리의 실제 작동 환경과는 다릅니다. 이 논문에서는 전고체 배터리의 충전 및 방전 중에 생성되는 가스에 초점을 맞추고 질량 분석기를 사용한 분석의 예를 제시합니다.
방법
가스를 공급하고 생성된 가스를 추출할 수 있는 실험 셀을 질량 분석기에 연결하여 충전 및 방전 후와 충전 중에 발생하는 가스를 측정했습니다. 실험 셀과 질량 분석기의 연결 사진은 아래와 같습니다. 가스 종은 JMS-T2000GC AccuTOF™ GC-Alpha 고성능 가스 크로마토그래프 질량 분석기를 사용하여 식별했으며 가스 부피 변화는 JMS-Q1600GC UltraQuad™ SQ-Zeta 가스 크로마토그래프 질량 분석기를 사용하여 측정했습니다.
JMS-T2000GC를 이용한 충전 및 방전 후 셀 내부에서 발생하는 가스종 식별
셀에서 생성된 가스는 높은 질량 분해능으로 측정되었고, 주요 피크의 추출된 질량 스펙트럼은 아래에 표시된 바와 같이 정확한 질량을 사용하여 구성 계산을 거쳤습니다. 다양한 황화물(H2에스, CH4씨, 씨2H6S)는 고체 전해질에서 유래하는 것으로 생각되며 요오드메탄(CH)도 마찬가지입니다.3I) 등이 충전 및 방전 후 가스에서 검출되었다. 또한, 황화수소(H2성분 중 S)가 검출되어 방전 후 황화수소 발생량이 증가하였음을 알 수 있었습니다.
JMS-Q1600GC를 이용한 충전 및 방전 중 셀 내부에서 발생하는 가스의 변화
충전 및 방전 시 셀 내부에서 발생하는 가스의 실시간 측정 결과는 아래와 같다. 그래프는 셀 내부에서 발생하는 황화수소와 요오드화 메탄의 양의 변화를 보여준다. 황화수소의 경우 충전 시작 직후 크게 감소한 후 점차 감소한 다음 셀을 방전으로 전환하면 증가한다. 요오드화 메탄의 경우 요오드의 양은 충전 시작 직후 급격히 증가한 다음 점차 증가한 다음 셀을 방전으로 전환하면 감소하여 황화수소와 반대의 거동을 보인다.
감사의 글
저자는 이 MSTips 준비를 위한 샘플을 제공해 주신 Toyohashi University of Technology의 전기 및 전자 정보 공학과 Atsunori Matsuda 교수와 Reiko Matsuda 여사에게 감사드리고 싶습니다.
