CN112384791A - 使用x射线的电池测量设备 - Google Patents
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Abstract
本发明用于在电池实际工作的状态下对活性物质的活动进行分析，以确认电池活性物质的性能，并且特别地，本发明的目的是提供一种通过使X射线透射通过电池来测量电池的使用X射线的电池测量设备。根据本发明的使用X射线的电池测量设备在电池的一个面是第一电池面并且电池的与第一电池面相对的另一个面是第二电池面时，包括：第一板，该第一板接触第一电池面并按压电池；第二板，该第二板接触第二电池面并支撑电池；以及按压单元，用于将第一板朝向第二板按压，其中所述第一板中形成有供X射线穿过的第一孔，第二板中形成有供X射线穿过的第二孔，第一孔和第二孔可以形成在彼此面对的位置。
Description
技术领域
本申请要求于2019年4月30日提交的韩国专利申请No.10-2019-0050425和于2019年12月23日提交的韩国专利申请No.10-2019-0172991的优先权，其内容通过引用而整体并入本文。
本发明用于分析在电池实际工作的状态下电池中的活性物质的活动，以检查活性物质的性能，更具体而言，涉及一种通过使X射线穿过电池来测量电池的使用X射线的电池测量设备。
背景技术
通常，二次电池是可以通过用于将化学能转化为电能的放电过程和反向充电过程重复使用的电池，并且这种二次电池的类型包括镍镉(Ni-Cd)电池、镍氢(Ni-MH)电池、锂金属电池、锂离子(Li-ion)电池、锂离子聚合物电池(Li-ion Polymer Battery)等。在这些二次电池中，锂二次电池由于其高能量密度和高电压、长循环寿命和低自放电率而被商业化并且被广泛地使用。
电池中的活性物质是实际上参与电池电极处的反应的物质，并且电池的性能(例如电池容量和电压等)可以通过活性物质的性能来确定。因此，分析电池中的活性物质来表明电池的性能是重要的。
使用X射线测量电池可能是测量电池中活性物质的方法之一。可以在改变各种条件(例如，充放电、温度、电压等)的同时执行电池的测量。在这种情况下，电池中可能会产生气体，并且如果该气体产生引起电压下降、袋膨胀现象等，则测量可能会产生误差。
为了防止这种现象，可以使用用于按压电池的夹具(jig)。但是，要求夹具具有与为各种目的(EV，ESS，手机等)而出售的二次电池的类型相对应的尺寸和形状一致的形式。换言之，由于二次电池具有诸如表面积、厚度等的多种尺寸，因此，在传统设备中，要检查的二次电池的形状和尺寸每次改变时，就必须更换夹具。
韩国专利注册No.10-1274730号公开了一种用于“能够进行X射线衍射分析的原位电池框架”的技术。
发明内容
技术问题
本发明被设计为分析在电池实际工作的状态下电池中的活性物质的活动，以检查活性物质的性能，更具体而言，提供一种通过使X射线穿过电池来测量电池的电池测量设备。
本发明要实现的目的不限于上述的目的，并且通过以下说明，本发明所属领域的普通技术人员将清楚地理解上述未提及的其他目的。
技术方案
当电池的一个面被定义为第一电池面并且电池的与第一电池面相对的另一个面被定义为第二电池面时，根据本发明的使用X射线的电池测量设备可以包括：第一板，所述第一板用于与所述第一电池面进行接触并按压所述电池；第二板，所述第二板用于与所述第二电池面进行接触并支撑所述电池；以及按压单元，所述按压单元用于将所述第一板朝向所述第二板按压，其中所述第一板可以设置有形成于其中的第一孔，X射线穿过所述第一孔，所述第二板可以设置有形成于其中的第二孔，X射线穿过所述第二孔，并且所述第一孔和所述第二孔可以形成在彼此面对的位置。
有益效果
根据本发明的使用X射线的电池测量设备可以应用于X射线测量系统，并且更具体地，可以与电池耦接以抑制由于电池中产生的内部气体而引起的电池变化。另外，使用X射线的电池测量设备能够通过仅与电池的一个表面和与该一个表面相对的另一表面进行接触来按压电池，因此无论电池尺寸如何X射线的电池测量设备都被耦接至电池。
由于根据本发明的使用X射线的电池测量设备仅需要按压所需的区域，因此可以接触并按压电池的表面区域的仅一部分。因此，即使当夹具耦接到电池时，电池仍然能够具有不与夹具耦接的露出区域，并且这些露出区域可以用于连接诸如隔热材料、加热器、充放电端子等的配件，以进行各种分析。
附图说明
图1是示意性示出X射线测量系统的概念图；
图2是示出根据本发明的使用X射线的电池测量设备的立体图；
图3是示出根据本发明的使用X射线的电池测量设备的主视图；
图4是示出根据本发明的使用X射线的电池测量设备的后视图；
图5是示出辅助按压单元与第一板和第二板间隔开的状态的平面图；以及
图6是示出辅助按压单元与第一板和第二板耦接的状态的平面图。
具体实施方式
当电池的一个面被定义为第一电池面并且电池的与第一电池面相对的另一个面被定义为第二电池面时，根据本发明的使用X射线的电池测量设备可以包括：第一板，所述第一板用于与第一电池面进行接触并按压电池；第二板，所述第二板用于与第二电池面进行接触并支撑电池；以及按压单元，所述按压单元用于将第一板朝向第二板按压，其中所述第一板可以设置有形成于其中的第一孔，X射线穿过所述第一孔，所述第二板可以设置有形成于其中的第二孔，X射线穿过第二孔，并且所述第一孔和所述第二孔可以形成在彼此面对的位置。
在根据本发明的使用X射线的电池测量设备中，第一板和第二板的材料可以包括Al和SUS中的一种或多种，第一板和第二板可以具有5mm至15mm的厚度，第一孔和第二孔可以具有15mm至30mm的纵向宽度以及5mm至25mm的横向宽度。
在根据本发明的使用X射线的电池测量设备中，当第一板的与电池进行接触的一个面被定义为第二面时，第一板的与第二面相对的另一个面被定义为第一面，第二板的与电池进行接触的一个面被定义为第三面，第二板的与第三面相对的另一个面被定义为第四面，按压单元可以包括：按压装置，所述按压装置用于按压第一板的第一面，从而使第一板的第二面按压电池；引导板，所述引导板位于第一板的第一面侧并且设置有引导孔，按压装置插入到所述引导孔中并被所述引导孔引导；以及固定板，所述固定板的一端耦接到第二板，所述固定板的另一端耦接到引导板，以将第二板和引导板在彼此间隔开的状态下彼此平行地固定。
在根据本发明的使用X射线的电池测量设备中，第二板与引导板之间的间隔距离可以是10mm至30mm。
在根据本发明的使用X射线的电池测量设备中，第一板可以设置在引导板与第二板之间，使得第一板的一端的边缘与固定板的表面进行接触。
根据本发明的使用X射线的电池测量设备，可以还包括辅助按压单元，所述辅助按压单元用于在与按压单元的位置不同的位置将第一板和第二板按压成与电池紧密接触。
在根据本发明的使用X射线的电池测量设备中，所述辅助按压单元可以包括：第二辅助板，所述第二辅助板用于与第二板的第四面进行接触并由此支撑所述第二板；第一辅助板，所述第一辅助板在第一面侧，面对第一板的第一面；辅助按压装置，所述辅助按压装置用于插入到设置在第一辅助板中的辅助引导孔中并且用于将第一板朝向电池按压；以及柱状部，所述柱状部的一端与第一辅助板耦接，所述柱状部的另一端与第二辅助板耦接，以将第一辅助板和第二辅助板在彼此间隔开的状态下彼此平行地固定。
在根据本发明的使用X射线的电池测量设备中，第一辅助板和第二辅助板之间的间隔距离可以是15mm至45mm。
在根据本发明的使用X射线的电池测量设备中，按压装置的一端和辅助按压装置的一端可以与第一板进行接触并按压第一板，并且连接按压装置与第一板进行接触的点和辅助按压装置与第一板进行接触的点的虚拟直线可以穿过第一孔。
实施例
在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的实施例。在该描述过程中，为了描述的清楚和方便，可能未按比例示出附图中所示的部件的尺寸或形状。此外，考虑到本发明的结构和操作而具体定义的术语可以根据用户或操作者的惯例或意图而有所不同。这些术语的定义应基于本公开的全部内容。
在本发明的描述中，应当注意，用术语“中央”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“向内”、“向外”等表示的方向或位置关系基于附图中所示的方向或位置关系，或基于使用本发明的产品时通常呈现的方向或位置关系，并且仅用于本发明的说明和简要描述的目的，并且不旨在呈现或暗示所示的装置或元件必须具有特定的方向并且在特定方向上构建或操作，并因此不应理解为限制本发明。
在下文中，将参照图1至图6详细描述根据本发明的使用X射线的电池测量设备的结构和功能。
图1是示意性示出X射线测量系统的概念图。图2是示出根据本发明的使用X射线的电池测量设备的立体图。图3是示出根据本发明的使用X射线的电池测量设备的主视图。图4是示出根据本发明的使用X射线的电池测量设备的后视图。图5是示出辅助按压单元300与第一板110和第二板120间隔开的状态的平面图。图6是示出辅助按压单元300与第一板110和第二板120耦接的状态的平面图。
如图1所示，应用根据本发明的使用X射线的电池测量设备的系统可以通过X射线光源13用X射线照射电池11，并在光接收单元15处接收透射穿过电池11的X射线从而对电池11进行分析。例如，在2θ扫描测量方法中，可以使用用于对电池11进行分析的波长为
的X射线，在有效范围内测量2θ范围。光接收单元15可以在5°至25°的衍射角的范围内进行测量。
要分析的电池11可以包括电极组件和用于在其中容纳电极组件的柔性收纳壳体。在电池11的分析中，X射线测量系统可以在改变诸如充电和放电、温度、电压等的变量的同时分析处于各种状态的电池11。在柔性收纳壳体的情况下，在电池11的状态改变的同时，可能在电极组件中产生气体，并且由此产生的气体可能使收纳壳体膨胀，从而干扰电池11的分析。
根据本发明的使用X射线的电池测量设备可以应用于X射线测量系统，并且更具体地，可以耦接到电池11以抑制由于电池11中产生的内部气体而引起的电池11的变化。此外，使用X射线的电池测量设备可以通过仅与电池11的一个面和该一个面相对的另一表面进行接触来按压电池11，并因此不论电池大小如何都耦接至电池11。
在以下说明中，将电池11的一个面定义为第一电池面11a，将电池11的与第一电池面11a相对的另一个面定义为第二电池面11b。
如图2所示，根据本发明的使用X射线的电池测量设备可以包括：第一板110，所述第一板110用于与第一电池面11a进行接触并按压电池11；第二板120，所述第二板120用于与第二电池面11b进行接触并支撑电池11；以及按压单元200，所述按压单元200用于将第一板110朝向第二板120按压。换言之，根据本发明的使用X射线的电池测量设备可以处于第一板110和第二板120进行接触并且仅按压电池11的两个相对面的状态，并且电池11的除被第一板110和第二板120按压的面以外的表面暴露于外部。因此，电池11的尺寸除了与第一板110和第二板120接触的面之外，可以不受限制。
可能期望，第一板110和第二板120在第一孔115和第二孔125以外的区域中不透射短波长的X射线。因此，可能期望，第一板110和第二板120由高密度的金属材料制成。另外，可能期望，第一板110和第二板120具有诸如耐热性、散热性、刚性等的优异的性能，以用于各种分析环境。因此，第一板110和第二板120可以是包括Al和SUS中的一种或多种的金属。第一板110和第二板120可以具有5mm至15mm的厚度。诸如Al、SUS等的材料在厚度为5mm至15mm的情况下可以有效地阻挡短波长的X射线。
第一板110可以设置有形成于其中的第一孔115，X射线穿过第一孔115，第二板120可以设置有形成于其中的第二孔125，X射线穿过第二孔125，第一孔115第二孔125可以形成在彼此面对的位置。例如，第一孔115和第二孔125可以形成为如图3和4所示的方形。在应用根据本发明的使用X射线的电池测量设备的系统中，X射线光源13能够照射长度为20mm的线束。第一孔115和第二孔125的横向长度和纵向长度可以在不降低线束的长度、X射线的波长、测量方法、有效范围和按压能力的水平下确定。换言之，如果第一孔115和第二孔125的尺寸较小，则按压能力可能优异，但是可能难以测量，而如果尺寸较大，则由第一板110和第二板120引起的在测量中的干扰可能减小，但是按压能力可能降低。因此，可以将第一孔115和第二孔125的尺寸限定在适当的水平。
具体地，为了当X射线的波长小于
时在2θ扫描测量方法中有利地获得有效的2θ范围(5°到25°的2θ)，第一孔115和第二孔125的纵向宽度可以是15mm至30mm。横向宽度可以优选地与从X射线照射的线束的宽度相似，可以是5mm至25mm。例如，第一孔115和第二孔125可以形成为具有20mm的纵向长度和15mm的横向长度。
为了描述，将第一板110的与电池11进行接触的一个面定义为第二面113，将第一板110的与第二面113相对的另一个面定义为第一面111，第二板120的与电池11接触的一个面被定义为第三面121，第二板120的与第三面121相对的另一个面被定义为第四面123。
如图5至图6所示，按压单元200可包括：按压装置210，按压装置210用于按压第一板110的第一面从而使第一板110的第二面113按压电池11；引导板230，引导板230位于第一板110的第一面111侧并且设置有引导孔231，按压装置210插入到引导孔231中并被引导；以及固定板250，固定板250的一端与第二板120耦接，固定板250的另一端与引导板230耦接，以将第二板120和引导板230在彼此间隔开的状态下彼此平行地固定。
换言之，第二板120和引导板230可以彼此平行并且固定到固定板250，并且第二板120、引导板230和固定板250的耦接形状可以为“”形，如图5和6所示。引导板230、第一板110、电池11和第二板120可以按照该顺序堆叠，其中引导板230、第二板120和固定板250可以制造为一体。按压装置210可以在用于按压的力的施加点位于引导板230上的状态下，在第一板110移动靠近第二板120的方向上施加力。因此，引导孔231也可以形成为在与第一电池面11a垂直的方向上引导按压装置210。例如，按压装置210可以是螺栓。在引导孔231的内周面上可以形成有螺纹，并且可以通过螺纹连接将按压装置210紧固到引导孔231。具体地，可以通过用扭矩扳手受力从而通过螺纹连接将按压装置210与引导孔231耦接。扭矩扳手可以向按压装置210施加0kgfcm至10kgfcm或更低的力或者5kgfcm至6kgfcm的力，从而通过螺纹连接将按压装置210和引导孔231彼此耦接。
换言之，随着按压装置210旋转，按压装置210可以进一步插入到引导孔231中，按压装置210可以从引导板230的与供按压装置210插入的面相对的面延伸，并且按压装置210的延伸端可以按压第一板110。
第二板120与引导板230之间的间隔距离可以为10mm至30mm。可以考虑第一板110的厚度和电池11的厚度来设定第二板120与引导板230之间的距离的下限。尽管对其上限没有限制，但是可以在防止设备不必要地大的水平上进行考虑。
第一板110可以设置在引导板230与第二板120之间，使得第一板110的一端的边缘可以与固定板250的表面接触。第一板110的一端的边缘可以是第一面111或第二面113的边缘中的一个，并且可以是朝向周缘进一步延伸的边缘或朝向周缘最大延伸的部分。为了使从X射线光源13输出的X射线到达光接收单元15，第一孔115和第二孔125必须对准。因此，第一板110可能始终必须按压基于第二板120的位置。通过使第一板110相对于与第二板120耦接为一体的固定板250对准在适当的位置，第一板110可以相对于第二板120对准在适当的位置。具体而言，通过基于与固定板250接触的边缘布置形成在第一板110中的第一孔115的位置以及通过使第一板110的边缘与固定板250接触，可以使第一孔115和第二孔125对准。
如图5至图6所示，根据本发明的使用X射线的电池测量设备可以进一步包括辅助按压单元300，辅助按压单元300用于在与按压单元200的位置不同的位置将第一板110和第二板120按压为与电池11紧密接触。例如，按压单元200可以在第一板110的一端侧按压第一板110，辅助按压单元300可以在第一板110的另一端侧按压第一板110。
辅助按压单元300可以包括：第二辅助板340，第二辅助板340用于与第二板120的第四面123进行接触并由此支撑第二板120；第一辅助板330，第一辅助板330在第一面111侧，面对第一板110的第一面111；辅助按压装置310，辅助按压装置310用于插入到设置在第一辅助板330中的辅助引导孔331中并且用于将第一板110朝向电池11按压；以及柱状部350，柱状部350的一端与第一辅助板330耦接，柱状部350的另一端与第二辅助板340耦接，以将第一辅助板330和第二辅助板340彼此间隔开的状态下彼此平行地固定。
第一辅助板330和第二辅助板340可以彼此平行并固定到柱状部350，并且第一辅助板330、第二辅助板340和柱状部350的耦接形状可以为“”形状，如图5和图6所示。第一辅助板330、第一板110、电池11、第二板120和第二辅助板340可以按照该顺序堆叠，其中，第一辅助板330、第二辅助板340和柱状部350可以制造为一体。辅助按压单元300可以具有与第一板110、第二板120和按压单元200分离的本体。因此，辅助按压单元300可以自由地从第一板110和第二板120拆卸并且自由地耦接到第一板110和第二板120。可以根据电池11的形状和尺寸自由地设定辅助按压单元300的耦接位置。
辅助按压装置310可以在用于按压的力的施加点位于第一辅助板330上的状态下，在第一板110移动靠近第二板120的方向上施加力。因此，辅助引导孔331也可以形成为在与第一电池面11a垂直的方向上引导辅助按压装置310。例如，辅助按压装置310可以是螺栓。在辅助引导孔331的内周面上可以形成有螺纹，并且可以通过螺纹连接将辅助按压装置310紧固到辅助引导孔331。具体地，可以通过用扭矩扳手承受力从而通过螺纹连接将辅助按压装置310与辅助引导孔331耦接。扭矩扳手可以向辅助按压装置310施加0kgfcm至10kgfcm或更低的力或者5kgfcm至6kgfcm的力，从而通过螺纹连接将辅助按压装置310和辅助引导孔331耦接。
换言之，随着辅助按压装置310旋转，辅助按压装置310可以进一步插入到辅助引导孔331中，辅助按压装置310可以从与第一辅助板330的供辅助按压装置310插入的面相对的面延伸，并且辅助按压装置310的延伸端可以按压第一板110。
第一辅助板330和第二辅助板340之间的间隔距离可以为15mm至45mm。第一板110、第二板120和电池11可以插入到第一辅助板330与第二辅助板340之间，并且可以考虑第一板110、第二板120和电池11的厚度来确定第一辅助板330与第二辅助板340之间的距离。
按压装置210的一端和辅助按压装置310的一端可以同时接触并按压第一板110。换言之，可以通过两个施压点来按压第一板110。
如图3所示，连接按压装置210与第一板110进行接触的点和辅助按压装置310与第一板110进行接触的点的假想直线可以穿过第一孔115。通过以这种方式设定按压装置210和辅助按压装置310的按压位置，可以防止第一板110围绕第一孔115从电池11上抬起。
按压装置210和辅助按压装置310可以通过扭矩扳手通过螺纹连接，在电池11是单电池的情况下以3kgfcm至5kgfcm的力分别耦接至引导孔231和辅助引导孔331，并且在电池11是双电池的情况下以6kgfcm至7kgfcm的力分别耦接至引导孔231和辅助引导孔331。
当按压装置210的端部和辅助按压装置310的端部在两个点上对第一板110施加力时，第一板110可以受到来自按压装置210和辅助按压装置310的力，并且以均匀的压力按压电池10的与2450mm2至2700mm2相对应的整个表面面积。
虽然上面已经描述了根据本发明的实施例，但是它们仅用于说明，并且本发明所属的领域的普通技术人员将理解，可以由此做出各种修改和等同的实施例。本发明的技术保护的真实范围应由所附权利要求书限定。
工业实用性
根据本发明的使用X射线的电池测量设备可以应用于X射线测量系统，更具体而言，可以与电池耦接以抑制由于电池中产生的内部气体而引起的电池变化。另外，使用X射线的电池测量设备可以通过仅与电池的一个面和与该一个面相对的另一个面进行接触来按压电池，并且因此无论电池的尺寸如何都能与电池耦接。
由于根据本发明的使用X射线的电池测量设备仅需要按压所需区域，因此可以接触并按压电池的表面区域的仅一部分。因此，即使当夹具耦接到电池时，电池仍然可以具有不与夹具耦接的暴露区域，并且这些暴露区域可以用于连接诸如隔热材料、加热器、充放电端子等的辅助部件，以用于各种分析。
Claims (9)
1.一种使用X射线的电池测量设备，当电池的一个面被定义为第一电池面，所述电池的与所述第一电池面相对的另一个面被定义为第二电池面时，所述电池测量设备包括：
第一板，所述第一板用于与所述第一电池面进行接触并按压所述电池；
第二板，所述第二板用于与所述第二电池面进行接触并支撑所述电池；以及
按压单元，所述按压单元用于将所述第一板朝向所述第二板按压，其中，
所述第一板设置有形成于所述第一板中的第一孔，X射线穿过所述第一孔，
所述第二板设置有形成于所述第二板中的第二孔，X射线穿过所述第二孔，并且
所述第一孔和所述第二孔形成在彼此面对的位置处。
2.根据权利要求1所述的使用X射线的电池测量设备，其中，所述第一板和所述第二板的材料包括Al和SUS中的一种或多种，
所述第一板和所述第二板具有5mm至15mm的厚度，并且
所述第一孔和所述第二孔具有15mm至30mm的纵向宽度以及5mm至25mm的横向宽度。
3.根据权利要求1所述的使用X射线的电池测量设备，其中，
当所述第一板的用于与所述电池进行接触的一个面被定义为第二面时，
所述第一板的与所述第二面相对的另一个面被定义为第一面，
所述第二板的与所述电池进行接触的一个面被定义为第三面，并且
所述第二板的与所述第三面相对的另一个面被定义为第四面时，
所述按压单元包括：
按压装置，所述按压装置用于按压所述第一板的所述第一面，从而使所述第一板的所述第二面按压所述电池；
引导板，所述引导板位于所述第一板的第一面侧并且设置有引导孔，所述按压装置插入到所述引导孔中并被所述引导孔引导；以及
固定板，所述固定板的一端耦接到所述第二板，所述固定板的另一端耦接到所述引导板，以将所述第二板和所述引导板在彼此间隔开的状态下彼此平行地固定。
4.根据权利要求3所述的使用X射线的电池测量设备，其中，所述第二板与所述引导板之间的间隔距离是10mm至30mm。
5.根据权利要求3所述的使用X射线的电池测量设备，其中，所述第一板设置在所述引导板与所述第二板之间，使得所述第一板的一端的边缘与所述固定板的表面进行接触。
6.根据权利要求3所述的使用X射线的电池测量设备，还包括：
辅助按压单元，所述辅助按压单元用于在与所述按压单元的位置不同的位置将所述第一板和所述第二板按压成与所述电池紧密接触。
7.根据权利要求6所述的使用X射线的电池测量设备，其中，所述辅助按压单元包括：
第二辅助板，所述第二辅助板用于与所述第二板的所述第四面进行接触，从而支撑所述第二板；
第一辅助板，所述第一辅助板面对所述第一板的所述第一面侧上的所述第一面；
辅助按压装置，所述辅助按压装置用于插入到设置在所述第一辅助板中的辅助引导孔中并且用于将所述第一板朝向所述电池按压；以及
柱状部，所述柱状部的一端与所述第一辅助板耦接，所述柱状部的另一端与所述第二辅助板耦接，以将所述第一辅助板和所述第二辅助板在彼此间隔开的状态下彼此平行地固定。
8.根据权利要求7所述的使用X射线的电池测量设备，其中，所述第一辅助板与所述第二辅助板之间的间隔距离为15mm至45mm。
9.根据权利要求7所述的使用X射线的电池测量设备，其中，所述按压装置的一端和所述辅助按压装置的一端与所述第一板进行接触并按压所述第一板，并且
连接所述按压装置与所述第一板进行接触的点和所述辅助按压装置与所述第一板进行接触的点的假想直线穿过所述第一孔。
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