KR102095358B1 - 전지 재료의 두께 측정기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 길이의 변이를 측정하는 유도식 센서로서 최대 측정거리 변이는 4㎜, 최대 측정 오차는 측정 변이의 0.01% 이하로서 최대 0.4㎛이하, 측정 힘은 0.75 N으로서 거리에 따른 증가분은 0.08N/㎜, 감압에 의해서 후퇴하면서 구면으로 이루어진 센서 팁을 포함하는 센서; 시료를 지지하기 위해서 시료를 기준으로 상기 센서 팁의 반대면에 위치하면서 표면이 구면으로 이루어진 바닥 팁; 상기 센서 팁을 후퇴하기 위한 일정한 감압을 부여할 수 있는 펌프, 모터, 전원부, 제어부로 구성된 감압부; 상면에 시료를 놓을 수 있는 면이 구비되어 있으며 중앙에 상기 바닥 팁이 위치하고 있는 본체; 상기 본체의 측면에 위치하며 시료의 두께를 측정할 수 있도록 상기 센서가 고정되는 고정부;를 포함하는 전지에 사용되는 전극, 분ㅆ리막 등 얇은 형상의 재료 두께를 측정할 수 있는 두께 측정기로서 전지의 박막화에 따른 고 정밀도, 고 정확성에 대응하기 위한 측정값을 제공한다.

Description

전지 재료의 두께 측정기{Apparatus for measuring thickness of battery materials}

본 발명은 전지 재료의 두께를 측정하는 장치에 관한 것으로서 구체적으로 양극, 음극, 분리막 등의 이차전지 재료의 두께를 고 정밀도 및 고 정확도로 측정할 수 있는 장치에 관한 것이다.

최근 스마트폰, 노트북, 태블릿 PC, 휴대용 게임기와 같은 휴대용 기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 구동 전원으로 사용되는 이차전지에 대한 수요가 변화하고 있다. 과거에는 니켈-카드뮴, 니켈-수소, 니켈-아연 전지 등이 사용되었으나, 현재는 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높은 리튬 이차전지가 가장 많이 사용되고 있다. 최근에는 에너지 밀도를 더 놓이기 위한 재료의 박막화 또한 진행중이다.

리튬 이차전지의 전극은 알루미늄 또는 구리 박막의 등의 집전체의 표면에 양극 활물질 또는 음극 활물질과 바인더를 포함한 페이스트를 도포한 후, 압축, 건조 등의 방법을 통해 제조된다. 분리막은 고분자 기재의 적어도 일면에 무기물 입자, 바인더 등을 혼합하여 도포한 후 건조 등의 방법을 통해 제조된다.

이러한 전극, 분리막 등의 전극 재료가 균일한 두께로 도포되지 않으면 충방전 시에 두꺼운 부분에 전류가 집중하기 쉽고, 상대적으로 얇은 부분은 단락이 일어나는 등의 문제가 발생한다. 따라서 전극 재료가 균일한 두께로 도포되었는지에 대한 품질관리는 전지의 안정적인 수명을 결정하는 중요한 요소다.

전극 재료의 두께 측정은 집전체 자체, 활물질 도포 후, 분리막 코팅 후 등 다양한 공정에서 진행된다. 제품의 품질 관리를 위해서 두께의 측정은 정확도와 정밀도의 2가지 기준을 모두 만족해야 한다. 측정을 통해서 기준을 초과하거나 미달하는 재료는 불량으로 간주하여 제조 공정에서 제외해야 한다. 최근 들어, 스마트폰 등 이차전지를 사용하는 제품의 박막화에 따라 과거보다는 더 높은 정확도와 정밀도가 요구되고 있으며 제품 불량의 원인으로 두께에 의한 요인이 점점 더 커지고 있다.

비특허문헌 0001는 TESA사의 μHITE라는 높이(두께) 측정기로서 종래의 전극 재료 두께 측정 장비 중 하나이다. 상기 장비는 100㎜까지 측정할 수 있는 장비로서, 정확도는 ±1㎛이며, 측정압력은 0.63N, 시편의 두께 측정을 위한 접촉면 양면이 모두 평면으로 되어있다. 상기 장비는 측정의 오차 값에 대해 보정이 불가능하며, 현재의 박막화에 대한 요구를 수용할 수 있을 만큼 정확도와 정밀도를 가지고 있지 못하다는 문제점이 있다.

비특허문헌 0001의 장비를 사용하여 표준 두께 100, 150, 200, 500, 1000, 1500㎛의 표준시편을 사용하여 9회의 측정을 시행한 결과 표 1과 같은 Gage 치우침과 Gage 선형성이 나타났다. 관련된 측정 결과는 도 1에 표시하였다.

Gage 치우침						Gage 선형성
100㎛	150㎛	200㎛	500㎛	1000㎛	1500㎛	기울기 계수
0.544	0.667	0.867	1.644	1.533	1.744	0.000803

비특허문헌 0001의 장비를 사용할 경우 측정 대상에 따라 최대 1.75㎛ 편차가 발생했다. Gage R&R 결과를 분석한 결과(표 2) 허용 가능한 수준인 30% 이상을 넘기 때문에 최근의 박막화 기술에는 적용하기에는 문제가 있는 것으로 나타났다.

항목	수용 기준	Gauge R&R 결과
%연구변동	≤30%	38.18%
%공차	≤30%	43.66%
구별 범주의 수	≥4	3
%기여도	-	14.58%
%반복성	-	7.22%
%재현성	-	7.36%

한편, 비특허문헌 0001의 기술을 현장에 적용하였을 경우, 동일한 100㎛의 표준 시편임에도 측정 장소, 측정하는 사람에 따라서 1~1.5㎛, 0~3.5㎛, 1.2~4.7㎛의 편차가 발생하였다. 상기와 같은 편차는 제품의 불량률을 판단하는 데 있어서 편차로 인한 오류가 30% 이상이 될 수 있다는 것을 의미한다. 이는 품질 관리 면에서 용인할 수 있는 수준 이상으로서 비특허문헌 0001은 향후 전극 개발 및 생산에 있어서 적용하기에는 부족하므로 이를 개선할 필요가 있다.

특허문헌 0001은 시트형 전극의 두께 측정 방법 및 측정 장치에 관한 것으로서, 시트상 전극의 표면 상태, 변형, 측정 시의 진동 등의 영향을 회피 또는 최소화해, 정밀도가 높은 두께 측정 방법 및 측정 장치를 제공하고자 하는 것이다.

이와 관련하여 특허문헌 0001은 시트상 전극 1을 양면측에 대향 배치한 복수 쌍의 롤러 5, 5'로 압력을 가해 누르고, 상기 누름 영역 내 시트상 전극 1면에 대향하며 수직인 한 쌍의 접촉식 변위센서 2, 3을 일정한 압력으로 맞닿아 시트상 전극 1의 두께를 계측한다. 또한, 측정 장치의 발명은 시트상 전극 1을 주행시키는 주행기구 4와 상기 주행기구 4로 주행되는 시트상 전극 1을 사이에 두어 또한 시트상 전극 1면에 수직으로 배치한 한 쌍의 접촉식 변위센서 2, 3과 상기 접촉식 변위 센서 2, 3에 인접해, 슬라이드 가능하게 배치되어 시트상 전극 1을 압력을 가해 누르는 복수 쌍의 누름 롤러 기구 5, 5'를 가지는 것을 특징으로 한다. 여기서 누름 롤러 기구 5, 5'는 접촉식 변위 센서 2, 3에 대해서 전후, 또는 좌우의 적어도 어느 한쪽의 위치에 슬라이드 가능하게 배치되어 있다.

특허문헌 0001은 롤러를 통해서 계속 이동 배출되는 시트상 전극의 두께를 연속적으로 측정하기 위한 것으로서 배출되는 시트상이 상하로 다소간 이동이 있더라도 시트상 양면에 배치된 변위 센서의 상대적인 전위값을 사용하여 두께를 측정하기 때문에 안정적인 값을 얻을 수 있다. 그러나 본원 발명에서 요구하고 있는 박막화에 대비한 고 정밀도, 고 정확도 측정을 위한 구체적인 방법은 개시되지 않았다.

특허문헌 0002는 접촉식 막두께 측정기 및 그 사용 방법에 관한 것으로서 시트상 전극재 상의 전극 합제층의 표면 형상 및 구성 재료에 관계없이 소정 영역의 평균적인 막 두께를 항상 높은 정밀도로 측정할 수 있는 접촉식 막 두께 측정기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 이를 위해서 특허문헌 0002에서는 평탄한 표면을 포함한 정반과 평탄한 접촉 표면을 포함한 측정자를 구비하고, 정반의 표면과 측정자의 접촉 표면에서 박막부재를 협지함으로써, 박막부재의 두께를 측정하는 것을 특징으로 한다. 정반은 적어도 상기 재치 표면이 세라믹으로 구성되어 있다.

두께를 측정하는 센서의 접촉 부위는 통상 탐침 형태가 사용되나, 이러한 경우 측정하는 표면의 거칠기에 따라서 미세부위의 변형된 부위를 측정할 경우가 있다. 실제값과 차이가 큰 측정상의 오류가 발생할 수 있으므로 특허문헌 0002는 측정하는 탐침의 끝 부분을 평면 형태로 오히려 변경하여 평균적인 값을 측정할 수 있도록 변경한 것이다. 특허문헌 0002에서는 측정상의 세부적인 오류를 줄이기 위한 방법은 제시되어 있으나, 본 발명에서 목적하고자 하는 고 정밀도, 고 정확도의 두께 측정을 구체적인 방법은 개시되지 않았다.

특허문헌 0003은 전극판 두께 측정 방법에 관한 것으로서 전극판의 두께를 높은 정밀도로 측정할 수 있는 전극판 두께 측정 방법을 제공하고자 한다. 이를 위해서 특허문헌 0003은 변위 센서에 의해 기준면 상의 복수 기준 검출점의 기준 지표값을 검출하는 기준 검출 공정과 기준면을 평면에 갱생한 가상의 기준 평균면과 제1 기준 검출점과의 거리를 지표하는 기준 변화치를 구하는 기준 평균 산출 공정과 변위 센서에 의해 전극판의 표면 전극 검출점의 전극지표값을 검출함과 동시에, 제1 기준 검출점의 기준 지표값과 전극지표값에 의해 제1 기준 검출점과 전극 검출점과의 차이를 지표하는 기준 전극 변화치를 구하는 전극 검출 공정을 수행한다. 또한, 변위량을 기준 변화치와 기준 전극 변화치의 합에 의해 구한다. 그리고 그 변위량을 이용함으로써, 전극판의 두께 측정치를 구한다.

특허문헌 0003은 복수의 검출점의 값을 레이저식 변위센서를 사용하고 있다. 전극이 도포되지 않은 시료와 전극이 도포된 시료를 측정하여 상대적인 값의 차이를 이용하여 전극 도포에 대한 두께를 구하고 있다. 그러나 특허문헌 0003 또한 본 발명에서 목적하고자 하는 고 정밀도, 고 정확도의 두께 측정을 위한 구체적인 방법은 개시되지 않았다.

종래의 기술은 물리적 접촉을 통해서 거리를 측정하거나, 초음파, 레이저 등을 사용하여 거리를 측정하는 일반적인 원리를 설명한 것일 뿐 고 정밀도, 고 정확성을 담보할 수 있는 실질적은 방법에 대해서는 명확하게 제시한 것이 없다. 특히 현장에서 직접 적용하고 있는 비특허문헌 0001의 기술은 현재의 전극의 박막화에 따른 기술 개발에 대응하지 못하고 있음을 알 수 있다.

일본공개특허공보 제2000-337859호 일본공개특허공보 제2006-153732호 일본공개특허공보 제2016-225119호

TESA-μHITE 제품 카탈로그 (http://www.tesatechnology.com/en-gb/products/tesa-%C2%B5hite-f170.htm#.WKIpqTuLSUk)

이상과 같이 본 발명은 최근 이차전지의 박막화 등에 따른 전극 재료의 두께를 고 정밀도, 고 정확도로 측정할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1양태는 길이의 변이를 측정하는 유도식 센서로서 최대 측정거리 변이는 4㎜, 최대 측정 오차는 측정 변이의 0.01% 이하로서 최대 0.4㎛이하, 측정 힘은 0.75 N으로서 거리에 따른 증가분은 0.08N/㎜, 감압에 의해서 후퇴하면서 구면으로 이루어진 센서 팁을 포함하는 센서; 시료를 지지하기 위해서 시료를 기준으로 상기 센서 팁의 반대면에 위치하면서 표면이 구면으로 이루어진 바닥 팁; 상기 센서 팁을 후퇴하기 위한 일정한 감압을 부여할 수 있는 펌프, 모터, 전원부, 제어부로 구성된 감압부; 상면에 시료를 놓을 수 있는 면이 구비되어 있으며 중앙에 상기 바닥 팁이 위치하고 있는 본체; 상기 본체의 측면에 위치하며 시료의 두께를 측정할 수 있도록 상기 센서가 고정되는 고정부;를 포함하는 전지에 사용되는 전극, 분리막 등 얇은 형상의 재료 두께를 측정할 수 있는 두께 측정기를 제공한다.

본 발명의 제2양태는 상기 센서로부터 측정되는 값을 표시하기 위한 디스플레이부;및 디스플레이에 표시된 측정값을 출력하기 위한 출력부;를 추가로 포함하는 두께 측정기를 제공한다.

본 발명의 제3양태는 바닥 팁 및 센서 팁은 수지 또는 금속으로 이루어진 두께 측정기를 제공한다.

본 발명의 제4양태는 상기 제어부는 일정한 감압을 수동에 의해서 또는 주기적으로 자동적으로 부여할 수 있는 모드를 포함하는 두께 측정기를 제공한다.

본 발명의 제5양태는 상기 감압은 상기 감압부의 감압에 의한 측정 오차가 ±0.1㎛이하가 되는 조건의 감압을 부여하는 두께 측정기를 제공한다.

본 발명의 제6양태는 상기 두께 측정기를 사용하여 전지에 사용되는 얇은 형상의 재료 두께를 측정하는 방법을 제공한다.

본 발명의 제7양태는 1) 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 두께 측정기를 사용하여 전지에 사용되는 얇은 형상의 재료 두께를 측정하는 단계; 2) 상기 1) 단계에서 측정한 값과 미리 설정된 기준값을 대비하여 상기 재료의 불량 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 전지에 사용되는 얇은 형상의 재료의 불량을 판단하는 방법을 제공한다.

본 발명은 박막화 등에 따라 얇아진 전극 재료의 두께를 고 정밀도, 고 정확도로 측정할 수 있는 방법을 제공할 수 있으며, 측정 간의 편차는 최대 0.04㎛, 공차는 9.0% 이하의 정밀도를 제공한다.

도 1은 종래의 두께 측정기(비특허문헌 0001)를 사용하여 표준게이지 블럭(100, 150, 200, 500, 100, 1500㎛의 두께를 측정한 결과이다.
도 2는 본원 발명의 두께 측정기를 사용하여 표준게이지 블럭(100, 150, 200, 500, 100, 1500㎛의 두께를 측정한 결과이다.
도 3은 프로브 및 정반의 형태에 따른 측정 오차를 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 감압 압력에 따른 측정값이 변이를 나타낸 결과이다.
도 5는 본원 발명에 따른 측정 장치의 사시도이며, 도 6 및 도 7은 이에 대한 사진이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 제시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 길이의 변이를 측정하는 유도식 센서로서 최대 측정거리 변이는 4㎜, 최대 측정 오차는 측정 변이의 0.01% 이하로서 최대 0.4㎛이하, 측정 힘은 0.75 N으로서 거리에 따른 증가분은 0.08N/㎜, 감압에 의해서 후퇴하면서 구면으로 이루어진 센서 팁을 포함하는 센서; 시료를 지지하기 위해서 시료를 기준으로 상기 센서 팁의 반대면에 위치하면서 표면이 구면으로 이루어진 바닥 팁; 상기 센서 팁을 후퇴하기 위한 일정한 감압을 부여할 수 있는 펌프, 모터, 전원부, 제어부로 구성된 감압부; 상면에 시료를 놓을 수 있는 면이 구비되어 있으며 중앙에 상기 바닥 팁이 위치하고 있는 본체; 상기 본체의 측면에 위치하며 시료의 두께를 측정할 수 있도록 상기 센서가 고정되는 고정부;를 포함하는 전지에 사용되는 전극, 분리막 등 얇은 형상의 재료 두께를 측정할 수 있는 두께 측정기를 제공한다.

통상적으로 두께를 측정하고 이들의 신뢰성을 검증하는 통계적인 수단으로는 일정한 조건하에서 동일한 측정을 수 회 실시 후 이들의 반복성 및 재현성에 대해서 확인(Gage R&R)을 하는 것이다.

통상적으로 AIAG(Automotive Industry Action Group(AIAG) (2010). Measurement Systems Analysis Reference Manual, 4th edition.)의 지침에 따르면 측정 시스템 변동이 공정 변동(공차)의 10% 미만일 경우 허용 가능하다고 하며 이러한 기준은 아래와 같이 정리될 수 있다(표 3).

구분	%기여도	%공차	변별지표
수용가능	1% 미만	10% 미만	10 이상
조건부 수용	1~10%	10~30%	4~9
적용 불가	10% 이상	30% 이상	4 미만

앞의 종래기술에서 볼 수 있는 바와 같이 비특허문헌 0001의 기술은 공차가 43.66%로 현재의 박막화된 전극 재료에 사용하는 것이 접합하지 않다. 본 발명자는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 두께 측정용 센서 중 독일의 Mahr사의 필름 두께 측정용 밀리마(Millimar) 1340 프로브를 사용했다. 상기 프로브는 최대 측정거리 변이는 4㎜, 최대 측정 오차는 측정 변이의 0.01% 이하로서 최대 0.4㎛이하, 측정 힘은 0.75 N으로서 거리에 따른 증가분은 0.08N/㎜, 감압에 의해서 후퇴하는 센서 팁으로 구성되어 있다.

공급받은 상태로의 상기 센서를 사용하여 표준 두께 100, 150, 200, 500, 1000, 1500㎛의 표준시편을 사용하여 9회의 측정을 시행한 결과 아래와 같은 Gage 치우침과 Gage 선형성이 나타났다(표 4). 이와 관련된 측정 결과는 도 2에 표시하였다.

Gage 치우침						Gage 선형성
100㎛	150㎛	200㎛	500㎛	1000㎛	1500㎛	기울기 계수
0.033	-0.022	-0.022	0.011	0.022	0.033	0.000026

측정 대상에 따라 최대 0.033㎛ 편차가 발생하여 정확도 및 선형성이 매우 우수한 것으로 나타났으며 Gage R&R 결과를 분석한 결과 허용 가능한 수준인 10% 이하로 나타나 수용 가능한 장비로 확인이 되었다(표 5).

항목	수용 기준	Gauge R&R 결과
%연구변동	≤30%	9.70%
%공차	≤30%	14.27%
구별 범주의 수	≥4	14
%기여도	-	0.94%
%반복성	-	0.83%
%재현성	-	0.11%

한편 상기 프로브에서 발생하는 시그널을 표시하기 위한 장치로는 동사의 밀리마(Millimar) C1240M을 사용하여 측정 결과를 표시하였다.

상기 프로브는 센서 팁을 수동의 감압 리프터를 사용하여 후퇴시킨 후 여기에 측정을 할 시료를 배치 후 상기 리프터를 개방시켜 상기 센서 팁이 내려옴으로써 두께를 측정하는 방식이다.

본 발명자는 당초 상기 센서와 같이 공급되는 감압 리프터를 사용하여 센서 팁을 후퇴시키는 방식으로 실제 제품에 적용하고자 하였으나, 각기 다른 공정에서 다른 측정자에 의한 측정 결과에 예기치 못한 오차가 발생함을 확인하였다. 특히 본원 발명에 따른 센서 팁은 공기 구동에 의한 방식으로서 센서 팁을 후퇴시키는 공기의 압력이 측정자에 따라 다르게 나타날 뿐만 아니라 이로 인해 실제 측정값에도 오류가 발생하여 이를 개선하기 위한 추가의 구성 요소를 개발하게 되었다.

본 발명의 감압부는 상기 센서 팁을 후퇴하기 위한 일정한 감압을 부여할 수 있는 펌프, 모터, 전원부, 제어부로 구성되어 있으며, 구체적으로는 기어드 모터, 상기 모터의 속도를 조절할 수 있는 속도 조절기, 전원 공급을 위한 전원 공급 장치, 상기 센서의 팁을 후퇴시키기 위해서 감압을 하는 피스톤, 외부의 스위치 선택에 따라서 피스톤의 운동을 제어할 수 있는 PLC(Programmable Logic Controller)로 구성되어 있다.

이를 통해서 본원 발명은 당초에 공급되었던 센서를 현장에 적용할 때 발생할 수 있는 측정자 및 측정 환경에 따른 오차를 최소한으로 줄일 수 있었다.

한편, 본원 발명에서 측정하는 전극 재료는 대부분이 어느 정도의 탄성이 있는 재료로서 기본적으로 공급하는 센서를 정반(평면)에 적용할 경우에도 오차가 발생할 수 있음을 파악하였다(도 3 참조).

프로브(평면)과 정반(평면)간 접촉 방식에 의한 측정의 경우(도 3의 왼쪽 경우) 정반 자체를 베이스로 하여 필름의 두께를 프로브의 변화량 값으로 측정하여 계산하게 되며, 이러한 경우 필름형태의 샘플은 변형에 의하여 정반면과 프로브가 정확히 밀착되지 않게 되어 실제값 대비 크게 측정이 될 수 있다. 또한, 프로브가 누르는 힘에 따라서 필름의 휘어짐 정도가 변하기 때문에 이에 의한 측정의 오차도 발생할 수 있다. 즉 샘플의 측정 오차는 정반의 자체의 위치에 다른 오차, 샘플의 들뜸에 의한 오차, 프로브의 누르는 힘에 의한 변형에 의한 오차가 있으며, 본 발명에서 목적하고자 하는 고 정밀도, 고 정확도의 측정을 위해서는 이와 같은 사항을 개선할 필요가 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위해서 본 발명자는 샘플의 측정 방식을 도 3의 오른쪽과 같이 변경하였다. 이는 프로브(구면, 센서 팁)과 정반(구면, 바닥 팁)에 의한 접촉 방식으로서 이와 같은 방식으로 변경할 경우, 상/하부 구면에 의하여 필름 형태 샘플의 변형이 최소화되고, 샘플과 구면이 최대한 밀착이 되어 측정될 수 있다.

본원 발명은 기본적으로 제공되는 센서의 문제점인 감압의 정도와 프로브와 정반의 구면 정도에 따른 측정 오차를 구체적으로 측정하였다. 표준게이지 블록 150㎛를 사용하여 정밀도록 측정하였으며, 통상적인 양극 재료를 사용하여 측정을 한 후 이를 Gage R&R(ANOVA) 분석을 하였다. 정확도 측정 결과는 아래와 같다.

구분	테스트 방법		OP1 (평균)	OP2 (평균)	OP3 (평균)	전체 (평균)
	팁형태	하강속도
Test 1	상부:구면 하부:구면	빠름	150.0	150.0	150.0	150.0
Test 2	상부:구면 하부:구면	느림	150.0	150.1	150.0	150.0
Test 3	상부:구면 하부:평면	빠름	150.4	150.4	150.4	150.4
Test 4	상부:구면 하부:평면	느림	150.4	150.3	150.4	150.3
Test 5	상부:평면 하부:평면	빠름	150.5	150.5	150.6	150.5
Test 6	상부:평면 하부:평면	느림	150.6	150.5	150.5	150.6

상기와 같은 정확도 분석에서는 Test 1 및 Test 2의 결과가 가장 우수하여 상부와 하부의 팁을 구면으로 선택하는 것이 가장 정밀한 결과를 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.

한편 정밀도 측정에 대한 Gage R&R 분석 결과는 아래와 같다.

구분	테스트 방법		Gage R&R				결과
	팁 형태	하강속도	% 기여도	% 공차	% 연구변동	변별지표
Test 1	상부:구면 하부:구면	빠름	1.31	11.45	13.67	12	조건부수용
Test 2	상부:구면 하부:구면	느림	0,44	6.61	7.54	21	수용가능
Test 3	상부:구면 하부:평면	빠름	3.04	17.43	21.24	7	조건부수용
Test 4	상부:구면 하부:평면	느림	5.03	22.42	23.4	6	조건부수용
Test 5	상부:평면 하부:평면	빠름	3.67	19.17	21.77	7	조건부수용
Test 6	상부:평면 하부:평면	느림	3.56	18.87	23	7	조건부수용

상기와 같은 결과에 따르면 정밀도는 상부와 하부의 팁을 구면으로 선택하고 하강속도가 느릴 경우 정밀도가 가장 우수함을 알 수 있었다.

또한 하강속도(감압 정도)에 대한 명확한 기준을 마련하기 위해서 본 발명자는 하강속도에 따른 측정값의 변이를 관측하여 이를 도 4에 기재하였다. 도 4의 x축은 감압 조건 즉 모터의 회전 수에 따른 감압 정도로서 회전수가 높을수록 감압 정도가 높다. 도 4의 y축은 표준 시편 측정에 대한 오차 값의 범위를 나타낸다. 즉 도 4에서 볼 수 있듯이 본원 발명에 따른 센서는 수동으로 조작할 경우 감압 정도에 따라서 측정 오차가 발생할 수 있으므로 단순히 하강속도를 느리게 하는 것만으로는 정확도를 높일 수 없다. 장치를 사용하기 전에 측정 오차가 발생하지 않는 감압 조건을 미리 파악해야 함을 알 수 있다. 본원 발명에서 사용하는 센서는 스펙상으로 매우 높은 정밀도와 정확도를 갖는 것으로 나타났지만 불량을 판별하기 위한 고 정밀도, 고 정확도 측정을 위해서는 본원 발명과 같은 고도의 정밀화 작업이 별도로 필요하다.

본원 발명에 따른 실시예에서는 감압 조건(모터 rpm)이 644~805일 경우에 오차가 발생하지 않는 영역이었으며 이에 대한 설정값을 감압부의 제어 PLC에 미리 입력하였다. 이에 기초하여 본원 발명에서는 측정자에 상관없이도 매우 정밀하고 일관된 값을 얻을 수 있었다.

한편, 본원 발명에 따른 측정 장치는 상면에 시료를 놓을 수 있는 면이 구비되어 있으며 중앙에 바닥 팁이 위치하고 내부에는 감압부가 구성된 본체와 상기 본체의 측면에 위치하며 시료의 두께를 측정할 수 있도록 상기 센서가 고정되는 고정부로 구성되어 있으며, 이에 대한 사시도를 도 5에 나타냈다. 완성된 장치의 상면 및 고정부에 대해 실물 사진은 도 6과 도 7에 나타냈었다.

이상과 같이 본원 발명은 판매되는 센서를 전극 재료의 두께를 적용함에 있어서, 최근의 박막화에 따른 고 정밀도, 고 정확도에 대응하기 위해서 다양한 방법으로 오차 및 편차를 줄일 수 있는 방안을 마련한 끝에 팁의 개선과 감압부의 개선 등을 통해서 오차 및 편차를 최소화하고, 작업자에 따라서 변이가 거의 없는 측정 장치를 개발하였다. 이를 통해서 현재 공정에서의 두께 측정의 정밀도를 대폭 향상시킬 수 있었다. 아울러, 불량 제품에 대해 엄격한 기준을 적용할 수 있어 전극 재료를 활용한 전지의 제조 공정을 대폭 개선하였다.

Claims (7)

1. 길이의 변이를 측정하는 유도식 센서로서 최대 측정거리 변이는 4㎜, 최대 측정 오차는 측정 변이의 0.01% 이하로서 최대 0.4㎛이하, 감압에 의해서 후퇴하면서 구면으로 이루어진 센서 팁을 포함하는 센서;
   시료를 지지하기 위해서 시료를 기준으로 상기 센서 팁의 반대면에 위치하면서 표면이 구면으로 이루어진 바닥 팁;
   상기 센서 팁을 후퇴하기 위한 일정한 감압을 부여할 수 있는 펌프, 모터, 전원부, 제어부로 구성된 감압부;
   상면에 시료를 놓을 수 있는 면이 구비되어 있으며 중앙에 상기 바닥 팁이 위치하고 있는 본체;
   상기 본체의 측면에 위치하며 시료의 두께를 측정할 수 있도록 상기 센서가 고정되는 고정부;를
   포함하는 전지에 사용되는 전극, 분리막 등 얇은 형상의 재료 두께를 측정할 수 있는 두께 측정기에 있어서,
   상기 감압은 상기 감압부의 감압에 의한 측정 오차가 ±0.1㎛이하가 되는 조건의 감압을 부여하며,
   이를 위해 상기 시료에 대해서 상기 감압부의 다양한 감압 조건 하에 시료의 두께를 미리 측정하고 이들로부터 측정 오차가 ±0.1㎛이하가 되는 조건의 감압 조건을 파악한 후 이러한 조건을 상기 시료의 두께를 실제 측정하는데 사용하는 것을 포함하는 전지에 사용되는 전극, 분리막 등 얇은 형상의 재료 두께를 측정할 수 있는 두께 측정기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 센서로부터 측정되는 값을 표시하기 위한 디스플레이부;
   및 디스플레이에 표시된 측정값을 출력하기 위한 출력부;를 추가로 포함하는 두께 측정기.
3. 제1항에 있어서,
   바닥 팁 및 센서 팁은 수지 또는 금속으로 이루어진 두께 측정기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 일정한 감압을 수동에 의해서 또는 주기적으로 자동적으로 부여할 수 있는 모드를 포함하는 두께 측정기.
5. 삭제
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 두께 측정기를 사용하여 전지에 사용되는 전극, 분리막 등의 얇은 형상의 재료 두께를 측정하는 방법에 있어서,
   상기 얇은 형상의 재료에 대해서 상기 감압부의 다양한 감압 조건 하에 상기 얇은 형상의 재료의 두께를 미리 측정하고 이들로부터 측정 오차가 ±0.1㎛이하가 되는 조건의 감압 조건을 파악한 후 이러한 조건을 상기 얇은 형상의 재료의 실제 측정에 사용하는 것을 포함하는 전지에 사용되는 전극, 분리막 등의 얇은 형상의 재료 두께를 측정하는 방법.
7. 1) 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 두께 측정기를 사용하여 전지에 사용되는 전극, 분리막 등의 얇은 형상의 재료 두께를 측정하는 단계;
   2) 상기 1) 단계에서 측정한 값과 미리 설정된 기준값을 대비하여 상기 재료의 불량 여부를 판단하는 단계;를
   포함하는 전지에 사용되는 전극, 분리막 등의 얇은 형상의 재료의 불량을 판단하는 방법에 있어서,
   상기 단계 1) 이전에 상기 얇은 형상의 재료에 대해서 상기 감압부의 다양한 감압 조건 하에 상기 얇은 형상의재료의 두께를 미리 측정하고 이들로부터 측정 오차가 ±0.1㎛이하가 되는 조건의 감압 조건을 파악한 후 이러한 조건을 상기 단계 1)의 얇은 형상의 재료의 실제 측정에 사용하는 것을 포함하는 전지에 사용되는 전극, 분리막 등의 얇은 형상의 재료의 불량을 판단하는 방법.

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