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公開番号2025178257
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-05
出願番号2025143684,2023550298
出願日2025-08-29,2022-11-21
発明の名称リチウム-硫黄電池の健康状態推定方法
出願人エルジーエナジーソリューションリミテッド
代理人個人,個人
主分類G01R 31/392 20190101AFI20251128BHJP(測定;試験)
要約【課題】本発明は、前記のような従来技術の問題を解消するために案出されたものであり、リチウム-硫黄電池の健康状態(SoH)を簡単な方法で迅速に信頼性を持って推定できるリチウム-硫黄電池の健康状態推定方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、電池の健康状態(SoH、state of health)を推定する方法であって、a)健康状態確認対象電池を完全に充電させた状態で0.01秒以上休止状態に維持する段階;b)前記休止状態中に電圧降下がなされた状態でOCV_(det)を測定する段階;c)前記健康状態確認対象電池の使用初期に前記a)及びb)と同一の方法で予め測定しておいたOCV_(ini)から前記OCV_(det)を引いてOCVを求める段階;及びd)前記OCVの大きさから電池の健康状態(%)を推定する段階;を含むリチウム-硫黄電池の健康状態推定方法を提供する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
電池の健康状態（ＳｏＨ、ｓｔａｔｅｏｆｈｅａｌｔｈ）を推定する方法であって、
ａ）健康状態確認対象電池を完全に充電させた状態で０．０１秒以上、休止状態に維持する段階；
ｂ）前記休止状態中に電圧降下がなされた状態でＯＣＶ
（ｄｅｔ）
を測定する段階；
ｃ）前記健康状態確認対象電池の使用初期に前記ａ）及びｂ）と同一の方法で予め測定しておいたＯＣＶ
（ｉｎｉ）
から前記ＯＣＶ
（ｄｅｔ）
を引いて△ＯＣＶを求める段階；及び
ｄ）前記△ＯＣＶの大きさから電池の健康状態（％）を推定する段階；を含む、リチウム－硫黄電池の健康状態推定方法。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記ｄ）段階で前記電池の健康状態（％）の推定は、リチウム－硫黄電池の健康状態（％）が△ＯＣＶの大きさに負の相関関係を有する関数を使用してなされることを特徴とする、請求項１に記載のリチウム－硫黄電池の健康状態推定方法。
【請求項３】
前記ｄ）段階で前記電池の健康状態（％）の推定は、前記測定された△ＯＣＶを予め用意された、△ＯＣＶの大きさに対応する電池の健康状態（％）のマッピング（ｍａｐｐｉｎｇ）リファレンスと対比する方法でなされることを特徴とする、請求項１に記載のリチウム－硫黄電池の健康状態推定方法。
【請求項４】
前記△ＯＣＶの大きさに対応する電池の健康状態（％）のマッピング（ｍａｐｐｉｎｇ）リファレンスは、前記健康状態確認対象電池と同一に製作された電池に対し、満充電及び完全放電を反復して各充放電サイクルで下記数式１による電池の健康状態（％）（ＳｏＨ（％））データと、前記と同一の方法で△ＯＣＶデータを求め、これらを一対一対応させて作成されたデータであることを特徴とする、請求項３に記載のリチウム－硫黄電池の健康状態推定方法：
［数式１］
ＳｏＨ（％）＝［Ｃ
（ｄｅｔ）
／Ｃ
（ｉｎｉ）
］Ｘ１００
Ｃ
（ｉｎｉ）
：劣化前の可用容量、Ｃ
（ｄｅｔ）
：劣化後の可用容量
【請求項５】
前記マッピング（ｍａｐｐｉｎｇ）リファレンスは、ＳｏＨ（％）をｙ軸とし、△ＯＣＶの大きさをｘ軸として示したグラフであるか、ＳｏＨ（％）とこれに対応する△ＯＣＶの大きさを一対一で対応させたルックアップ（ｌｏｏｋｕｐ）テーブルであることを特徴とする、請求項４に記載のリチウム－硫黄電池の健康状態推定方法。
【請求項６】
前記ｃ）段階で、前記初期は、電池の最初の使用から電池の劣化率が１０％以内の時点までであることを特徴とする、請求項１に記載のリチウム－硫黄電池の健康状態推定方法。
【請求項７】
前記ｄ）段階で△ＯＣＶの大きさからの電池の健康状態（％）の推定は、前記健康状態確認対象電池と同一に製作された電池に対し、満充電及び完全放電を反復して各サイクルで得た電池の健康状態（％）データをｙ軸値とし、上述と同一の方法で求めた△ＯＣＶデータをｘ軸値として散点図グラフを得、前記散点図グラフに最小二乗法を適用してフィッティング（ｆｉｔｔｉｎｇ）関数を求め、前記フィッティング関数に健康状態確認対象電池から得た△ＯＣＶを代入する方法でなされることを特徴とする、請求項１に記載のリチウム－硫黄電池の健康状態推定方法。
【請求項８】
前記ｄ）段階で△ＯＣＶの大きさからの電池の健康状態（％）の推定は、下記数式２によってなされることを特徴とする、請求項１に記載のリチウム－硫黄電池の健康状態推定方法：
JPEG
2025178257000005.jpg
27
170
前記式で、
ＯＣＶ
（ｉｎｉ）
は、電池使用初期に満充電状態で０．０１秒以上休止状態に維持した後に測定したＯＣＶであり、
前記ＯＣＶ
（ｄｅｔ）
は、健康状態確認対象電池を満充電させた状態で前記休止状態の維持期間と同一の期間の間、休止状態に維持した後に測定したＯＣＶであり、
ｊは多項関数最高次元であり、
ａ
ｉ
はｉ次項の係数であり、
ｃはＯＣＶ
（ｉｎｉ）
に対応するＳｏＨ（％）値である。
【請求項９】
前記ａ）段階で休止状態は０．０１秒～３分間維持することを特徴とする、請求項１に記載のリチウム－硫黄電池の健康状態推定方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０２１年１１月２２日付の韓国特許出願第１０－２０２１－０１６０９１９号を基礎とする優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示された全ての内容はこの明細書の一部として含む。
続きを表示（約 1,400 文字）【０００２】
本発明は、リチウム－硫黄電池に対する健康状態推定方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
最近、携帯用電子機器、電気自動車及び大容量電力貯蔵システム等が発展するに伴い、大容量電池の必要性が台頭している。リチウム－硫黄電池は、Ｓ－Ｓ結合（Ｓｕｌｆｕｒ－ｓｕｌｆｕｒｂｏｎｄ）を有する硫黄系列物質を正極活物質として使用し、リチウム金属を負極活物質として使用する二次電池であり、正極活物質の主材料である硫黄は資源が非常に豊富で、毒性がなく、低い原子当り重さを有している長所がある。
【０００４】
リチウム－硫黄電池の理論放電容量は、１６７２ｍＡｈ／ｇ－ｓｕｌｆｕｒであり、理論エネルギー密度が２，６００Ｗｈ／ｋｇであって、現在研究されている他の電池システムの理論エネルギー密度に比べて非常に高いので高エネルギー密度特性を有する電池として注目されている。
【０００５】
典型的なリチウム－硫黄電池は、リチウム金属またはリチウム金属合金で形成されるアノード（負極）、及び元素硫黄（ｅｌｅｍｅｎｔａｌｓｕｌｐｈｕｒ）または他の電気活性（ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ）硫黄物質で形成されるカソード（正極）を含む。
【０００６】
リチウム－硫黄電池のカソードにある硫黄は、放電する際二段階で還元される。最初の段階で、硫黄（例えば、元素硫黄）がリチウムポリサルファイド（Ｌｉｔｈｉｕｍｐｏｌｙｓｕｌｆｉｄｅ：Ｌｉ
２
Ｓ
８
，Ｌｉ
２
Ｓ
６
，Ｌｉ
２
Ｓ
５
，Ｌｉ
２
Ｓ
４
）に還元される。これらの種は電解液に大体溶解される。二番目の段階で、前記リチウムポリサルファイドは、アノードの表面上に沈積されることもできるＬｉ
２
Ｓに還元される。反対に充電時には、Ｌｉ
２
Ｓがリチウムポリサルファイド（Ｌｉｔｈｉｕｍｐｏｌｙｓｕｌｆｉｄｅ：Ｌｉ
２
Ｓ
８
，Ｌｉ
２
Ｓ
６
，Ｌｉ
２
Ｓ
５
，Ｌｉ
２
Ｓ
４
）に酸化され、その後にはリチウムと硫黄に酸化される。
【０００７】
一般電池と同様に、リチウム－硫黄電池は、充放電を繰り返しながら徐々に劣化する。劣化した電池は、上限電圧まで完全に充電されても使用可能な容量が初期の可用容量と比べて小さく、初期の可用容量に対する現在の可用容量の比率を健康状態（ＳｔａｔｅｏｆＨｅａｌｔｈ）と表現することができる。
【０００８】
前記健康状態は、理論的に次の数式によって求めることができる。
【０００９】
ＳｏＨ％＝［Ｃ
（ｄｅｔ）
／Ｃ
（ｉｎｉ）
］Ｘ１００
Ｃ
（ｄｅｔ）
：劣化後の可用容量、Ｃ
（ｉｎｉ）
：初期（劣化前）の可用容量
【００１０】
このような電池の健康状態（ＳｏＨ）情報は、使用者が適切な電池の使用計画を樹立できるようにし、これにより電池の使用効率、信頼度及び安全性を向上させることを可能にする。
（【００１１】以降は省略されています）

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