KR100591441B1 - 이차 전지의 테스트 장치 및 방법 - Google Patents

이차 전지의 테스트 장치 및 방법 Download PDF

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김영준
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Abstract

본 발명은 이차 전지의 테스트 장치 및 방법에 관한 것으로서, 해결하고자 하는 기술적 과제는 전극 조립체의 반복적인 충방전에 의한 변형 및 수명을 간접적으로 단시간내에 시뮬레이션하는데 있다.
이를 위해 본 발명에 의한 해결 방법의 요지는 이차 전지용 전극 조립체의 외부에서 주기적으로 기계적 압력을 가하는 가압부와, 전극 조립체의 저항값을 감지하는 저항 센서와, 가압부에 소정 신호를 출력하여 가압 동작을 하도록 하고, 저항 센서로부터 얻은 저항값을 가압 횟수에 대응시켜 저장 및 표시하는 제어부로 이루어진 이차 전지의 테스트 장치 및 방법이 개시된다.
이차 전지, 전극 조립체, 충방전, 변형, 수명

Description

이차 전지의 테스트 장치 및 방법{Test device of secondary battery and method the same}
도 1은 본 발명에 의한 이차 전지의 테스트 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2a는 원통형 이차 전지에 이용되는 전극 조립체의 일례를 도시한 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 2 영역을 확대 도시한 것이다.
도 3a는 각형 이차 전지에 이용되는 전극 조립체의 일례를 도시한 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 3 영역을 확대 도시한 것이다.
도 4는 원통형 전극 조립체의 테스트 장치의 일례를 도시한 개략도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 의한 원통형 전극 조립체의 테스트 장치에 의해 원통형 전극 조립체의 직경이 축소된 상태를 도시한 개략도이다.
도 6는 각형 전극 조립체의 테스트 장치의 일례를 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명에 의한 이차 전지의 테스트 방법을 도시한 플로우 챠트이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100; 본 발명에 의한 이차 전지의 테스트 장치
110; 가압부 112; 스프링
114; 가압 부재 120; 전압 센서
130; 저항 센서 140; 온도 센서
150; 제어부 160; 저장부
170; 표시부 180; 전극 조립체
181; 양극 181a; 양극판
181b; 양극 활물질 181c; 양극탭
182; 음극 182a; 음극판
182b; 음극 활물질 182c; 음극탭
183; 세퍼레이터
본 발명은 이차 전지의 테스트 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 이차 전지를 이루는 전극 조립체의 반복적인 충방전에 의한 변형 및 수명을 단시간에 시뮬레이션할 수 있는 이차 전지의 테스트 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이차 전지는 충방전이 가능한 전지를 말한다. 최근의 이러한 이차 전지는 대표적으로 Ni-MH 이차 전지와 리튬 이차 전지가 있으며, 리튬 이차 전지에는 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지(각형, 원통형, 파우치형), 리튬 이온 폴리머 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 등이 있다.
이러한 이차 전지중 위의 리튬 이온 이차 전지(각형, 원통형, 파우치형)를 좀더 구체적으로 살펴보면, 캔이나 파우치의 내부에 실제로 충방전이 수행되는 양 극, 음극 및 세퍼레이터로 이루어진 전극 조립체가 내장된다. 물론, 상기 전극 조립체는 전지 용량이 최대한 커지도록 원통형, 각 형태로 다수회 권취되거나 또는 다수회 적층된 형태를 한다. 상기 양극은 통상 양극판의 표면에 양극 활물질(예를 들면 리튬을 포함하는 층상 화합물)이 코팅되어 이루어지고, 음극은 음극판의 표면에 음극 활물질(예를 들면, 탄소계 재료)이 코팅되어 이루어지며, 상기 세퍼레이터는 리튬 이온의 이동이 가능하도록 다공성의 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)으로 이루어진다. 물론, 상기 세퍼레이터는 상기 양극과 음극의 직접적인 쇼트 방지를 위해 그 사이에 개재된다.
한편, 이러한 이차 전지는 반복적인 충방전에 의해 캔이나 파우치 내부에 위치되는 전극 조립체의 체적(또는 부피)이 변화하는 현상이 있다. 예를 들어, 음극을 이루는 탄소계 재료로서 흑연을 이용할 경우 층과 층사이의 거리((002)면간거리)는 0.335mm이지만, 층사이에 리튬 이온이 도프되면 이거리는 0.372mm로 넓게 된다. 그후 리튬 이온이 탈도프되면 층간거리는 다시 0.335mm로 되돌아 간다. 이것은 충방전과 함께 흑연층간에 팽창 및 수축을 반복하는 것을 나타낸다.
이러한 전극 조립체의 신축은 전지 성능에 악영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 우선, 층간거리의 확대는 전극 조립체중 음극의 팽창을 일으키기 때문에 충방전 싸이클을 반복하던 중에 젤리롤 구조의 전지에서는 팽창한 전극이 전지 중심부의 공간으로 치우친 결과, 전극이 심하게 변형된다. 또한, 이러한 굴곡부에서는 전류가 집중하기 때문에 쇼트 현상이 발생하기 쉽고, 그 결과 발열, 연기 및 폭발 현상으로 이어질 수도 있다.
또한, 층간 신축의 반복은 흑연 결정 구조의 파괴 원인이 되고, 수명 특성을 현저히 저하시킨다. 즉, 음극을 이루는 흑연의 결정 구조가 파괴됨으로써, 리튬 이온이 도프될 수 있는 공간이 적어지고 이에 따라 전지의 수명이 급격히 저하된다.
그런데, 이러한 전극 조립체의 변형이나 수명을 테스트 및 측정하기 위해서는 실제로 많은 시간동안 주기적으로 충전과 방전을 수행해 보아야 한다. 따라서, 새로운 전지의 출시나 전극 조립체의 각종 규격 변경시 반복적인 충방전에 의해 변형(또는 내부 쇼트)이 어느 정도 일어나고 또한 수명이 어느 정도 단축되는지 알아내는데 너무 많은 시간이 소요되는 문제가 있다. 따라서, 그만큼 신제품의 출시가 늦어지고, 또한 양산 전지에 대한 신뢰성 검사도 시간이 오래 걸리는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 이차 전지를 이루는 전극 조립체의 반복적인 충방전에 의해 변형 및 수명을 단시간에 시뮬레이션할 수 있는 이차 전지의 테스트 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 이차 전지의 테스트 장치는 이차 전지용 전극 조립체의 외부에서 주기적으로 기계적 압력을 가하는 가압부와, 상기 전극 조립체의 저항값을 감지하는 저항 센서와, 상기 가압부에 소정 신호를 출력하여 가압 동작을 하도록 하고, 상기 저항 센서로부터 얻은 저항값을 가압 횟수에 대응시켜 저장 및 표시하는 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전극 조립체에는 전압 센서가 더 연결되어 가압 횟수에 따른 전압값이 더 저장 및 표시될 수 있고, 또한 온도 센서가 근처에 위치되어 가압 횟수에 따른 온도값이 더 저장 및 표시될 수도 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 이차 전지의 테스트 방법은 이차 전지용 전극 조립체의 외부에서 주기적으로 기계적 압력을 가하는 가압 단계와, 상기 가압 횟수에 따른 전극 조립체의 저항값을 감지하는 저항값 감지 단계와, 상기 가압 횟수에 따른 전극 조립체의 저항값을 저장 및 표시하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가압 단계후에는 가압 횟수에 따른 전극 조립체의 전압값 및 온도값을 저장 및 표시할 수도 있다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 이차 전지의 테스트 장치 및 방법은 전극 조립체의 외측에서 그것에 주기적으로 기계적 압력을 가함으로써, 마치 전극 조립체가 충방전중에 의해 반복 신축하는 현상과 유사한 상태가 된다.
물론, 본 발명은 실제의 화학적 충방전은 아니고 전극 조립체에 기계적 외력을 가하여 충방전에 의한 신축 상태를 유도함으로써, 수천번의 전극 조립체에 대한 신축 상태를 아주 짧은 시간내에 시뮬레이션 할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명은 이러한 수천번의 전극 조립체의 신축에 따른 저항값 변화, 전압값 변화 및 온도값 변화를 저장 및 표시함으로써, 이러한 전극 조립체를 이용한 이차 전지의 다양한 원인에 의한 변형 상태 및 수명을 신속히 파악할 수 있 게 된다.
또한, 본 발명은 새롭게 출시되는 이차 전지 또는 양산되는 이차 전지에 대하여 빠른 시간내에 각종 불량 원인 및 수명을 테스트해 볼 수 있음으로써, 제품의 신뢰성 향상에 많은 기여를 하게 된다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 이차 전지의 테스트 장치를 개략적으로 도시한 블록도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 이차 전지의 테스트 장치(100)는 가압부(110)와, 전압 센서(120)와, 저항 센서(130)와, 온도 센서(140)와, 제어부(150)와 저장부(160)와 표시부(170)를 포함한다.
상기 가압부(110)는 이차 전지용 전극 조립체의 외부에 설치되어, 상기 전극 조립체를 주기적으로 가압할 수 있도록 되어 있다. 즉, 상기 전극 조립체를 소정 가압력으로 소정 시간동안 가압한 후, 다시 소정 시간동안 그 가압력을 해제하며, 이러한 동작을 계속 반복한다. 이러한 가압부(110)에 대한 구성은 아래에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
상기 전압 센서(120)는 상기 전극 조립체에 병렬로 연결되어, 상기 전극 조립체의 전압을 감지할 수 있도록 되어 있다. 물론, 이러한 전압 센서(120)는 그 감 지된 전압을 소정 전기적 신호로 변환하여 제어부(150)에 출력한다.
상기 저항 센서(130)는 상기 전극 조립체에 병렬로 연결되어, 상기 전극 조립체의 저항을 감지할 수 있도록 되어 있다. 물론, 이러한 저항 센서(130) 역시 그 감지된 저항을 소정 전기적 신호로 변환하여 제어부(150)에 출력한다.
상기 온도 센서(140)는 상기 전극 조립체의 주위에 설치되어, 상기 전극 조립체의 온도를 감지할 수 있도록 되어 있다. 물론, 이러한 온도 센서(140) 역시 그 감지된 온도를 소정 전기적 신호로 변환하여 제어부(150)에 출력한다.
상기 제어부(150)는 상기 가압부(110)에 소정 제어 신호를 출력하여, 상기 가압부(110)가 주기적으로 동작하도록 한다. 즉, 상기 가압부(110)가 주기적으로 전극 조립체의 외부에서 그것에 기계적 스트레스를 주도록 한다. 또한, 상기 제어부(150)는 상기 전압 센서(120), 저항 센서(130) 및 온도 센서(140)로부터 입력받은 전압값, 저항값 및 온도값을 가압 횟수에 대응하여 저장하도록 저장부(160)에 소정 전기적 신호를 출력하는 동시에, 사용자가 실시간으로 확인할 수 있도록 표시부(170)로도 출력한다. 이러한 제어부(150)는 통상의 PLC(Programmable Logic Controller), 마이크로 컴퓨터, 퍼스널 컴퓨터 또는 그 등가물이 가능하지만 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다.
상기 저장부(160)는 상기 제어부(150)의 출력 신호에 의해 상술한 바와 같이 전극 조립체의 전압값, 저항값 및 온도값을 가압 횟수와 함께 테이블 또는 그래프 형태로 저장한다. 이러한 저장부(160)는 통상의 비휘발성 메모리, 하드 디스크 드라이브, 휘발성 메모리 또는 그 등가물이 가능하지만 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다.
상기 표시부(170)는 상기 제어부(150)의 출력 신호에 의해 상술한 바와 같이 전극 조립체(180)의 전압값, 저항값 및 온도값을 가압 횟수와 함께 표시한다. 이러한 표시부(170) 역시 통상의 CRT, LCD, PDP 또는 그 등가물이 가능하지만 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다.
도 2a를 참조하면, 원통형 이차 전지에 이용되는 전극 조립체의 일례가 도시되어 있고, 도 2b를 참조하면, 도 2a의 2 영역이 확대 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 원통형 이차 전지에 이용되는 전극 조립체(180)는 원통형 캔에 적절히 수납될 수 있도록 대략 원통 형태로 권취되어 있다. 이를 좀더 자세히 설명하면 원통형 전극 조립체(180)는 양극(181), 세퍼레이터(183) 및 음극(182)이 적층된채 대략 원통 형태로 다수회 권취되어 있다. 여기서, 상기 양극(181)은 양극판(181a)에 양극 활물질(182a)(예를 들면 리튬을 포함하는 층상 화합물)이 코팅되어 이루어지고, 상기 세퍼레이터(183)는 리튬 이온의 이동이 가능하도록 다공성의 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)으로 이루어지며, 상기 음극(182)은 음극판(182a)의 표면에 음극 활물질(182b)(예를 들면, 탄소계 재료)이 코팅되어 이루어져 있다. 더불어, 상기 양극판(181a)에는 양극탭(181c)이, 음극판(182a)에는 음극탭(182c)이 접속된 채 외측으로 소정 길이 연장되어 있다.
도 3a를 참조하면, 각형 이차 전지에 이용되는 전극 조립체의 일례가 도시되 어 있고, 도 3b를 참조하면, 도 3a의 3 영역이 확대 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 각형 이차 전지에 이용되는 전극 조립체(280)는 각형 캔에 적절히 수납될 수 있도록 대략 각형으로 권취되어 있다. 이러한 젤리롤 형태의 전극 조립체(280) 역시 양극(281), 세퍼레이터(283) 및 음극(282)이 젤리롤 형태로 다수회 권취되어 있다. 상기 양극(281), 세퍼레이터(283) 및 음극(282)의 구성은 위에서 설명한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 물론, 상기 각형의 전극 조립체(280) 역시 양극판(281a)에는 양극탭(281c)이, 음극판(282a)에는 음극탭(282c)이 접속된 채 외측으로 소정 길이 연장되어 있다.
도 4를 참조하면, 원통형 전극 조립체를 테스트하기 위한 장치의 구성이 개략적으로 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 원통형 전극 조립체(180)를 테스트하기 위해 이용된 가압부(110)는 나선 형태의 스프링(112)과, 상기 스프링(112)의 양단을 주기적으로 잡아 당기는 가압 부재(114)로 이루어져 있다. 상기 스프링(112)은 상기 원통형 전극 조립체(180)를 대략 나선 형태로 감싸는 형태로 설치되어 있다. 또한, 상기 가압 부재(114)는 상기 스프링(112)의 양단에 결합되어 있으며, 이러한 가압 부재(114)에 의해 상기 스프링(112)은 상기 전극 조립체(180)를 소정 시간동안 소정 가압력으로 가압하게 된다. 즉, 상기 스프링(112)은 가압 부재(114)가 작동하지 않는 상태에서는 상기 전극 조립체(180)를 가압하지 않게 된다. 또한, 상기 스프링(112)은 가압 부재(114)가 작동하게 되면(즉, 스프링(112)의 양단을 잡아 당기게 되면), 그 직경이 축소됨으로써 상기 전극 조립체(180)를 소정 가압력으로 가압하게 된다. 여기서, 상기 가압 부재(114)는 통상의 공압 실린더, 유압 실린더 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나가 가능하지만, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다. 물론, 상기 가압 부재(114)는 제어부(150)의 제어 신호에 의해 제어된다.
한편, 이러한 가압 부재(114)의 동작에 의해 상기 원통형 전극 조립체(180)는 마치 충전과 방전을 반복하는 것처럼 행동한다. 즉, 충전중에는 전극 조립체(180)가 약간 팽창하고, 방전중에는 전극 조립체(180)가 약간 수축하게 되는데, 상기 가압 부재(114)에 의해 상기 전극 조립체(180)가 마치 충방전하는 양태대로 행동한다.
더불어, 상기 전극 조립체(180)의 상부 및 하부에는 양극판에 접속된 채 양극탭(181c) 및 음극판에 접속된 채 음극탭(182c)이 소정 길이 연장되어 있으며, 이러한 양극탭(181c) 및 음극탭(182c)에는 전압 센서(120) 및 저항 센서(130)가 병렬로 연결되어 있다. 물론, 상기 전압 센서(120) 및 저항 센서(130)는 모두 제어부(150)에 연결되어 있음으로써, 감지된 전극 조립체(180)의 전압값 및 저항값은 모두 제어부(150)로 전달된다.
더욱이, 상기 전극 조립체(180)의 일측에는 온도 센서(140)가 설치되어 있다. 물론, 이러한 온도 센서(140)도 제어부(150)에 연결되어 있음으로써, 감지된 전극 조립체(180)의 온도값은 모두 제어부(150)로 전달된다.
여기서, 상기와 같이 가압부(110)가 주기적으로 수백에서 수천번 정도 동작하게 되면, 다양한 원인에 의해 전극 조립체(180)가 변형, 쇼트 또는 발열하게 된 다. 물론, 이에 수반하여 연기 또는 불꽃이 발생하기도 한다. 더욱이, 전극 조립체(180)가 내부 쇼트 상태에 이르게 되면 일반적으로 전압 및 저항은 급강하하게 된다. 즉, 정상적으로 전극 조립체(180)중 양극판(181a)과 음극판(182a)이 분리되어 있을 경우, 전압은 3~4V 정도를 유지하고, 저항은 거의 무한대에 가깝게 감지되지만, 내부 쇼트가 일어나게 되면 전압 및 저항이 급강하한다. 더욱이, 내부 쇼트에 의해 전류 소비량이 급증하기 때문에 온도도 급상승한다.
여기서, 상기 제어부(150)는 상기 가압부(110)의 반복적인 가압 횟수에 대응하도록 상기 전압, 저항 및 온도를 저장부(160)에 저장하는 동시에 표시부(170)를 통해서 표시한다.
따라서, 상기 테스트 장치(100)를 이용하는 사용자는 몇번의 가압 횟수에서 불량 및 변형이 발생하는지를 확인할 수 있고, 이를 참조하여 이차 전지의 수명을 거의 정확하게 예측할 수 있게 된다. 역으로, 이차 전지를 몇번 정도 충방전시키면 변형 및 내부 쇼트가 발현되기 시작하고, 또한 수명이 어느 정도 되는지를 예측할 수 있게 된다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명에 의한 원통형 전극 조립체의 테스트 장치에 의해 원통형 전극 조립체의 직경이 축소된 상태가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 스프링(112)의 내측에 원통형 전극 조립체(180)가 설치되어 있으며, 이것은 가압 부재(114)의 작동에 의해 그 직경이 축소된다. 즉, 도 5a에 도시된 바와 같이 가압 부재(114)의 작동전에는 스프링(112)의 직경이 축소되지 않음으로써 상기 전극 조립체(180)는 소정 직경을 유지하고 있지만, 도 5b에 도시된 바와 같이 가압 부재(114)가 작동하게 되면 스프링(112)의 직경이 축소됨에 따라 상기 전극 조립체(180)의 직경도 작아지게 된다. 물론, 이러한 전극 조립체(180)의 직경 변화는 시각적으로 거의 관찰되지 않으나, 도면에서는 이해의 편의를 위해 그 전극 조립체(180)의 축소 상태를 과장하여 도시하였다.
도 6를 참조하면, 각형 전극 조립체를 테스트하기 위한 장치의 구성이 개략적으로 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 각형 전극 조립체(280)를 테스트하기 위해 이용된 가압부(210)는 대략 판 형태의 가압판(212)과, 상기 가압판(212)을 주기적으로 밀어주는 가압 부재(214)로 이루어져 있다. 상기 가압판(212)은 상기 각형 전극 조립체(280)중 넓은 면에 대응하여 설치되어 있다. 또한, 상기 가압 부재(214)는 각 가압판(212)에 각각 설치되어 있으며, 이러한 가압 부재(214)에 의해 상기 가압판(212)은 상기 전극 조립체(280)를 소정 시간동안 소정 가압력으로 가압하게 된다. 즉, 상기 가압판(212)은 가압 부재(214)가 작동하지 않는 상태에서는 상기 전극 조립체(280)를 가압하지 않게 된다. 또한, 상기 가압판(212)은 가압 부재(214)가 작동하게 되면 상기 전극 조립체(280)를 양측에서 소정 가압력으로 가압하게 된다. 여기서, 상기 가압 부재(214)는 통상의 공압 실린더, 유압 실린더 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나가 가능하지만, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다. 물론, 상기 가압 부재(214)는 제어부(250)의 제어 신호에 의해 제어된다.
더불어, 상기 전극 조립체(280)의 상부에는 양극판에 접속된 채 양극탭(281c) 및 음극판에 접속된 채 음극탭(282c)이 소정 길이 연장되어 있으며, 이러한 양극탭(281c) 및 음극탭(282c)에는 전압 센서(220) 및 저항 센서(230)가 병렬로 연결되어 있다.
물론, 상기 전압 센서(220) 및 저항 센서(230)는 모두 제어부(250)에 연결되어 있음으로써, 감지된 전극 조립체(280)의 전압값 및 저항값은 모두 제어부(250)로 전달된다.
더욱이, 상기 전극 조립체(280)의 일측에는 온도 센서(270)가 설치되어 있다. 물론, 이러한 온도 센서(270)도 제어부(250)에 연결되어 있음으로써, 감지된 전극 조립체(280)의 온도값은 모두 제어부(250)로 전달된다.
여기서, 상기와 같이 가압부(210)가 주기적으로 수백에서 수천번 정도 동작하게 되면, 다양한 원인에 의해 전극 조립체(280)가 변형, 쇼트 및 발열하게 된다. 물론, 이에 수반하여 연기 또는 불꽃이 발생하기도 한다. 더욱이, 전극 조립체(280)가 이러한 상태에 이르게 되면 일반적으로 전압 및 저항은 급강하하게 된다. 즉, 정상적으로 전극 조립체(280)중 양극판(281a)과 음극판(282a)이 분리되어 있을 경우, 전압은 3~4V 정도를 유지하고, 저항은 거의 무한대에 가깝게 감지되지만, 내부 쇼트가 일어나게 되면 전압 및 저항이 급강하한다. 더욱이, 전류 집중으로 발열 현상이 수반된다.
이때, 제어부(250)는 상기 가압부(210)의 반복적인 가압 횟수에 대응하도록 상기 전압, 저항 및 온도를 저장부(260)에 저장하는 동시에 표시부(270)를 통해서 표시한다.
따라서, 상기 테스트 장치(200)를 이용하는 사용자는 몇번의 가압 횟수에서 불량이 발생하는지를 확인할 수 있고, 이를 참조하여 이차 전지의 수명을 예측할 수 있게 된다. 역으로, 이차 전지를 몇번 정도 충방전시키면 내부 쇼트가 발현되기 시작하고, 또한 수명이 어느 정도 되는지를 예측할 수 있게 된다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 의한 이차 전지의 테스트 방법이 플로우 챠트로서 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 이차 전지의 테스트 방법은 가압 단계(S1)와, 전압 감지 단계(S2)와, 저항 감지 단계(S3)와, 온도 감지 단계(S4)와, 저장 및 표시 단계(S5)로 이루어져 있다. 여기서, 상기 가압 단계(S1), 전압 감지 단계(S2), 저항 감지 단계(S3) 및 온도 감지 단계(S4)는 거의 동시에 수행되는 단계이다.
먼저 상기 가압 단계(S1)에서는, 이차 전지용 전극 조립체(180)를 외부에서 주기적으로 가압한다. 예를 들어, 상기 전극 조립체(180)가 원통형일 경우에는 전극 조립체(180)에 나선 형태의 스프링(112)을 결합하고, 상기 스프링(112)의 양단을 가압 부재(114)로 잡아 당김으로써, 외력을 가한다. 또한, 상기 전극 조립체(280)가 각형일 경우에는 전극 조립체(280)의 양측 넓은면에 가압판(212)을 설치하고, 상기 가압판(212)을 가압 부재(214)로 밀어냄으로써, 외력을 가한다.
상기 전압 감지 단계(S2)에서는, 전극 조립체(180)의 양극(181) 및 음극 (182)에 전압 센서(120)를 병렬로 연결함으로써, 상기 가압에 따른 전압의 변화를 감지한다. 즉, 전극 조립체(180)를 가압할 때마다의 전압을 감지한다.
상기 저항 감지 단계(S3)에서는, 전극 조립체(180)의 양극(181) 및 음극(182)에 저항 센서(130)를 병렬로 연결함으로써, 상기 가압에 따른 저항의 변화를 감지한다. 즉, 전극 조립체(180)를 가압할 때마다의 저항을 감지한다.
상기 온도 감지 단계(S4)에서는, 전극 조립체(180)의 주위에 온도 센서(140)를 설치함으로써, 상기 가압에 따른 온도의 변화를 감지한다. 물론, 이때에도 전극 조립체(180)를 가압할 때마다의 온도를 감지한다.
마지막으로, 상기 저장 및 표시 단계(S5)에서는 가압시의 전극 조립체(180)에 대한 전압, 저항 및 온도를 저장부(160)에 저장하는 동시에, 이를 실시간으로 사용자가 확인할 수 있도록 표시부(170)를 통해서 표시한다.
이러한 동작에 의해, 전극 조립체(180)에 변형 및 내부 쇼트가 발생하게 되면 전압 및 저항값은 현저히 저하되고, 또한 온도는 급상승하게 된다. 따라서, 이때의 가압 횟수를 파악하면 어느 정도의 가압 횟수에서 전극 조립체(180)에 불량이 발생하고, 또한 수명이 현저히 줄어드는지 알 수 있게 된다. 즉, 어느 정도의 충방전을 반복하면 이차 전지의 불량이 발생하기 시작하고, 또한 수명이 어느 정도 되는지 알게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차 전지의 테스트 장치 및 방법은 전극 조립체의 외측에서 그것에 주기적으로 기계적 압력을 가함으로써, 마치 전극 조립 체가 충방전중에 반복 신축하는 현상과 유사한 상태가 된다.
물론, 본 발명은 실제의 화학적 충방전은 아니고 전극 조립체에 기계적 외력을 가하여 충방전에 의한 신축 상태를 유도함으로써, 수천번의 전극 조립체에 대한 신축 상태를 아주 짧은 시간내에 시뮬레이션 할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명은 이러한 수천번의 전극 조립체의 신축에 따른 저항값 변화, 전압값 변화 및 온도값 변화를 저장 및 표시함으로써, 이러한 전극 조립체를 이용한 이차 전지의 다양한 원인에 의한 변형, 내부 쇼트 및 수명을 신속히 파악할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 새롭게 출시되는 이차 전지 또는 양산되는 이차 전지에 대하여 빠른 시간내에 각종 불량 원인 및 수명을 테스트해 볼 수 있음으로써, 제품의 신뢰성 향상에 많은 기여를 하게 된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차 전지의 테스트 장치 및 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (19)

  1. 이차 전지용 전극 조립체의 외부에서 주기적으로 기계적 압력을 가하는 가압부;
    상기 전극 조립체의 저항값을 감지하는 저항 센서; 및,
    상기 가압부에 소정 신호를 출력하여 가압 동작을 하도록 하고, 상기 저항 센서로부터 얻은 저항값을 가압 횟수에 대응시켜 저장 및 표시하는 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지의 테스트 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 조립체는 양극판, 세퍼레이터 및 음극판이 적층되어 원통 형태로 권취된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 테스트 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 가압부는
    상기 원통 형태의 전극 조립체를 나선 형태로 감싸는 스프링; 및,
    상기 스프링의 양단을 주기적으로 잡아당기는 가압 부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지의 테스트 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 조립체는 양극판, 세퍼레이터 및 음극판이 적층되어 각형태로 권취된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 테스트 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 가압부는
    상기 각형태의 전극 조립체를 대향되는 양측에서 가압하는 가압판; 및,
    상기 가압판을 주기적으로 동작시키는 가압 부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지의 테스트 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 조립체에는 전압 센서가 더 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 테스트 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 전압 센서로부터 얻은 전압값을 가압 횟수에 대응시켜 저장함을 특징으로 하는 이차 전지의 테스트 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 조립체의 근방에는 온도 센서가 더 위치된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 테스트 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 온도 센서로부터 얻은 온도값을 가압 횟수에 대응시켜 저장함을 특징으로 하는 이차 전지의 테스트 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부에는 가압 횟수에 따른 저항값을 저장할 수 있도록 저장부가 더 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 테스트 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부에는 가압 횟수에 따른 저항값을 시각적으로 표시할 수 있도록 표시부가 더 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 테스트 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 조립체는 양극판에 양극 활물질이 코팅된 양극판, 세퍼레이터 및 음극판에 음극 활물질이 코팅된 음극판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지의 테스트 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 전극 조립체중 양극판과 음극판 사이에 저항 센서가 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 테스트 장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 전극 조립체중 양극판과 음극판 사이에 전압 센서가 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 테스트 장치.
  15. 이차 전지용 전극 조립체의 외부에서 주기적으로 기계적 압력을 가하는 가압 단계;
    상기 가압 횟수에 따른 전극 조립체의 저항값을 감지하는 저항값 감지 단계; 및,
    상기 가압 횟수에 따른 전극 조립체의 저항값을 저장 및 표시하는 단계를 포 함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지의 테스트 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 가압 단계 후에는
    상기 가압 횟수에 따른 전극 조립체의 전압값을 감지하는 전압값 감지 단계; 및,
    상기 가압 횟수에 따른 전극 조립체의 전압값을 저장 및 표시하는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 테스트 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 가압 단계 후에는
    상기 가압 횟수에 따른 전극 조립체의 온도값을 감지하는 온도값 감지 단계; 및,
    상기 가압 횟수에 따른 전극 조립체의 온도값을 저장 및 표시하는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 테스트 방법.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 가압 단계는
    원통 형태의 전극 조립체를 나선 형태의 스프링으로 감싸고, 상기 스프링의 양단을 가압 부재를 이용하여 주기적으로 잡아 당겨 수행함을 특징으로 하는 이차 전지의 테스트 방법.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 가압 단계는
    각형태의 전극 조립체 양측에 가압판을 위치시키고, 상기 가압판을 가압 부재를 이용하여 주기적으로 가압하여 수행함을 특징으로 하는 이차 전지의 테스트 방법.
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