[시스템 설명]

소재를 산업화해야 하는 경우, 잘못된 데이터가 추후 산업화 방향에 영향을 미쳐 불필요한 손실을 초래하지 않도록 가능한 한 넓은 범위의 특성을 높은 정확도로 확보하는 것이 중요합니다.

4990EDMS-120K는 세계 최초의 전고체 배터리용 고주파 임피던스 테스트 시스템으로, 도요 텍니카 코퍼레이션이 독자적으로 개발했습니다(중국 특허 번호 201780096021X). 최대 100MHz의 고주파 임피던스 테스트를 통해 이 시스템은 고체 전해질의 입자 및 입자 경계 임피던스를 분리할 수 있습니다. 이 시스템은 -180°C ~ +200°C의 자동 온도 제어와 결합하여 고체 전해질 활성화 에너지 계산을 위한 가장 정확한 내부 저항 측정 환경을 제공합니다.

이 테스트 시스템은 출시 이후 일본에서 100대 가까이 판매되었으며, 일본을 대표하는 고체 전해질 소재 연구 기관의 승인을 받았습니다.

[기술 해설].

현재 리튬 이온 이차 전지(현재 LIB)는 유기 전해질을 사용하며 '내열성' 및 '누설 우려'와 같은 문제가 있습니다. 예를 들어, 현재 LIB 관련 임피던스 측정의 하한은 10MHz, 상한은 최대 1MHz입니다. 반면에 전고체 LIB는 다음과 같은 이유로 최소 100MHz의 상한 주파수를 필요로 합니다.

전고체 LIB의 성능은 고체 전해질 내 리튬 이온(Li+)의 전달 저항 값에 의해 크게 영향을 받습니다. 예를 들어, 고체 전해질은 세라믹 분말을 눌러 고체 전해질을 형성하거나 압축 후 소결하여 만들 수 있습니다. 따라서 고체 전해질에는 분말(결정 내)과 분말-분말 계면(결정립 경계)의 두 가지 리튬이온 이동 경로가 있으며, 리튬이온의 이동에 대한 저항은 결정 내 저항 성분(Rbulk)과 결정립 경계입니다. 저항 성분(Rg.b.)은 두 가지 구성 요소가 있습니다(그림 1 참조). 정전 용량은 입자 경계에서도 형성됩니다(입자 경계 정전 용량: Cg.b.). 고체 전해질의 개발에서 목표는 Li+의 움직임에 대한 저항을 줄이는 것이지만, 이를 달성하기 위해 고체 전해질의 움직임에 대한 저항을 Rbulk와 Rg.b로 나누어 방해하는지 확인하는 것이 중요합니다). Cg.b.는 너무 작아서 최대 1MHz의 기존 측정에서는 감지할 수 없으며 두 저항 성분을 분리할 수 없습니다. Cg.b.의 크기를 고려할 때, 상위 주파수는 최소 100MHz 이상이어야 하며 10MHz ~ 100MHz의 넓은 주파수 범위에서 측정해야 합니다.

그림 1 고체 전해질에서 리튬 이온의 이동 경로 및 시뮬레이션 회로

[시스템 사양]

도요코퍼레이션에서 제조한 EDMS 제어 소프트웨어

CV 측정 및 임피던스 측정을 제어하고 복잡한 테스트 패턴을 지원합니다.

가변 온도 및 고주파 임피던스 측정을 통한 입자 및 입자 경계의 아레니우스 평가

• 압축 분말, 소결 산화물 또는 황화물 시료의 임피던스 테스트의 경우 시료의 임피던스는 개별 입자 임피던스, 입자 경계(입자 간) 임피던스 및 전극 계면 임피던스의 세 가지 구성 요소로 이상적으로 나눌 수 있습니다. 활성화 에너지 특성화의 경우 다양한 온도 지점에서 임피던스 측정을 통해 아레니우스 곡선을 얻을 수 있지만 이동성이 높은 입자의 임피던스는 너무 작아서 1MHz 주파수에서 입자 및 입자 경계의 독립적인 임피던스 스펙트럼을 얻는 것이 불가능합니다.
• 이 시스템은 90K(-183°C)~873K(600°C)의 넓은 온도 범위에서 최대 100MHz의 임피던스 테스트가 가능합니다. 이 시스템을 통해 고체 전해질 및 기타 물질의 입자 및 입자 경계의 임피던스 값을 분리하고 독립적으로 특성화할 수 있습니다.