KR102194845B1 - 이차 전지의 저전압 불량 검사 장치 및 방법 - Google Patents

이차 전지의 저전압 불량 검사 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이차 전지의 저전압 불량 여부를 조기에 효과적으로 검사할 수 있는 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 이차 전지의 저전압 불량 검사 장치는, 이차 전지를 충전하여 금속 이물을 이온화시키는 이온화 유닛, 상기 이온화 유닛에서 충전된 이차 전지를 60℃ 이상의 고온에서 보관하여 상기 이온화를 가속화시키는 가속화 유닛, 상기 가속화 유닛에 의해 가속화가 수행된 이차 전지를 20℃ 이하의 저온에서 보관하여 상기 이온화된 금속 이물을 환원시켜 석출시키는 석출 유닛, 및 상기 석출 유닛에 의한 금속 이물 석출 후, 상기 이차 전지의 불량을 검출하는 검출 유닛을 포함할 수 있다.

Description

이차 전지의 저전압 불량 검사 장치 및 방법{Apparatus and method for inspecting low voltage defect of secondary battery}
본 발명은 이차 전지의 불량 검사 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이차 전지에서 발생할 수 있는 저전압 불량을 조기에 검사할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 큰 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.
한편, 리튬 이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
이차 전지는 일반적으로 전극 조립체가 전지 케이스에 수납된 상태에서 액체 상태의 전해질, 즉 전해액이 주입되고, 전지 케이스가 실링되는 과정을 통해 제조된다.
이러한 리튬 이차 전지는, 제조 공정 또는 사용 중에 다양한 원인에 의해 다양한 형태의 불량이 발생할 수 있다. 특히, 제조가 완료된 이차 전지 중 일부는, 자가방전율 이상의 전압 강하 거동을 나타내는 현상을 보이기도 하는데, 이러한 현상을 저전압이라 한다.
이러한 이차 전지의 저전압 불량 현상은, 대표적으로 내부에 위치한 금속 이물에 기인한 경우가 많다. 특히, 이차 전지의 양극판에 철이나 구리와 같은 금속 이물이 존재할 경우, 이러한 금속 이물은 음극에서 덴드라이트(dendrite)로 성장할 수 있다. 그리고, 이와 같은 덴드라이트는 이차 전지의 내부 단락을 일으켜, 이차 전지의 고장이나 손상, 심한 경우에는 발화의 원인이 될 수 있다.
지금까지 이러한 이차 전지의 저전압 불량을 검사하는 기술이 일부 제안되고 있기는 하지만, 이차 전지의 저전압 불량을 효과적이고 신속하게 검출하는 데에는 한계가 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 이차 전지의 저전압 불량을 조기에 효과적이면서 신속하게 검출할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지의 저전압 불량 검사 장치는, 이차 전지를 충전하여 금속 이물을 이온화시키는 이온화 유닛, 상기 이온화 유닛에서 충전된 이차 전지를 60℃ 이상의 고온에서 보관하여 상기 이온화를 가속화시키는 가속화 유닛, 상기 가속화 유닛에 의해 가속화가 수행된 이차 전지를 20℃ 이하의 저온에서 보관하여 상기 이온화된 금속 이물을 환원시켜 석출시키는 석출 유닛, 및 상기 석출 유닛에 의한 금속 이물 석출 후, 상기 이차 전지의 불량을 검출하는 검출 유닛을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 검출 유닛은, 소정 시간 경과에 따른 상기 이차 전지의 전압 변화량을 측정하고, 측정된 전압 변화량을 기준 변화량과 비교하여, 측정된 전압 변화량이 기준 변화량보다 큰 경우 상기 이차 전지의 저전압 불량으로 판단하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 석출 유닛은, 상기 이차 전지를 15℃ 이하의 저온에서 보관하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 가속화 유닛 및 상기 석출 유닛은, 상기 이차 전지를 해당 온도에서 10시간 내지 14시간 동안 보관하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 석출 유닛은, 상기 가속화 유닛의 동작 종료 후 10분 이내에, 상기 이차 전지를 20℃ 이하의 저온에서 보관하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 이온화 유닛은, 상기 이차 전지를 3.6V 이상의 충전 전압으로 충전하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 이온화 유닛은, 상기 이차 전지의 SOC가 30% 이상이 되도록 상기 이차 전지를 충전하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 가속화 유닛은, 고온 보관 중에 상기 이차 전지의 충전 또는 방전을 수행하도록 구성될 수 있다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지의 저전압 불량 검사 방법은, 이차 전지를 충전하여 금속 이물을 이온화시키는 단계, 상기 충전된 이차 전지를 60℃ 이상의 고온에서 보관하여 상기 이온화를 가속화시키는 단계, 상기 가속화 단계 후, 상기 이차 전지를 20℃ 이하의 저온에서 보관하여 상기 이온화된 금속 이물을 환원시켜 석출시키는 단계, 및 상기 석출 단계 후, 상기 이차 전지의 불량을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 이차 전지의 저전압 불량이 효과적이고 신속하게 검출될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 양극에 금속 이물이 포함된 경우, 음극에서 금속 이물의 결정 성장을 유도하여 석출되도록 함으로써, 내부 단락에 의한 누설 전류 증가로 저전압 발현을 가속화할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 측면에 의하면, 저전압 불량이 빠른 시간 내에 검출될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면들에 의하면, 금속 이물이 포함되어 저전압 불량이 발생할 가능성이 높은 이차 전지를 조기에 검출하여 불량 이차 전지가 유통 내지 사용되는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 이차 전지의 사용 중에 금속 이물로 인한 이차 전지의 고장이나 손상, 발화 등이 발생하는 문제를 예방할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 저전압 불량 검사 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 불량 검사 장치에 의해 검사되는 이차 전지의 기본 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 3은, 도 2의 구성에 대한 결합 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온화 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 가속화 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 석출 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 저전압 불량 검사 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 9는, 본 발명의 여러 실시예 및 비교예에 따른 이차 전지에 대하여, 시간에 따른 전압 변화를 측정한 그래프이다.
도 10 내지 도 13은, 본 발명의 여러 실시예 및 비교예에 따른 이차 전지에 대하여, 분해 후 광학 현미경을 통해 음극판 표면을 촬영한 이미지이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 저전압 불량 검사 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지의 저전압 불량 검사 장치는, 이온화 유닛(200), 가속화 유닛(300), 석출 유닛(400) 및 검출 유닛(500)을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 이차 전지의 저전압 불량 검사 장치는, 전지가 제조되는 과정 내지 전지가 제조된 직후 이용되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 이차 전지의 저전압 불량 검사 장치는, 전지제조 유닛(100)을 더 포함할 수도 있다.
이러한 전지제조 유닛(100)은, 이차 전지를 제조하는 구성요소이다. 이러한 전지제조 유닛은, 본원발명의 출원시점에 공지된 다양한 형태의 이차 전지 제조 장치가 채용될 수 있으며, 본 발명은 전지제조 유닛의 특정 형태로 한정되지 않는다. 즉, 본원발명의 출원 시점에 공지된 이차 전지를 제조하는 장치라면, 본원발명의 전지제조 유닛으로서 채용될 수 있다.
본 발명에 따라 이차 전지의 저전압 불량이 검사되는 대상인 이차 전지는, 전극 조립체, 전해액 및 전지 케이스를 구비할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 불량 검사 장치에 의해 검사되는 이차 전지의 기본 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이고, 도 3은 도 2의 구성에 대한 결합 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 검사 대상인 이차 전지(110)는, 전지 케이스 내에 전극 조립체가 수납된 형태로 구성될 수 있다.
여기서, 전극 조립체(111)는, 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 전극 조립체의 전극판들은 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로서 형성되는데, 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 그리고, 각각의 전극판들에는 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재할 수 있고, 이러한 무지부에는 각각의 전극판에 대응되는 전극 탭(113)이 부착될 수 있다. 그리고, 전극 리드(114)의 일단은 전극 탭(113)에 부착 결합되며, 전극 리드(114)의 타단은 전지 케이스의 외부로 노출되어 다른 이차 전지나, 버스바, 부하, 충전 장치 등의 외부 장치와 연결될 수 있는 전극 단자로서 제공될 수 있다.
상기 전해액은, 액체 상태의 전해질을 의미하는 것으로, 양극판과 음극판 사이에서 이온이 이동될 수 있도록 한다. 그리고, 이러한 양극판과 음극판 사이의 이온 교환을 통해 이차 전지는 충방전을 수행할 수 있게 된다. 리튬 이차 전지에서는 통상적으로 비수 전해액이 널리 이용된다.
상기 이차 전지에서 사용될 수 있는 전해액은 A+B-와 같은 구조의 염으로서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하고 B-는 PF6-, BF4-, Cl-, Br-, I-, ClO4-, AsF6-, CH3CO2-, CF3SO3-, N(CF3SO2)2-, C(CF3SO2)3-와 같은 음이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염이 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤 (γ-부티로락톤) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 또는 해리된 것이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 전지 케이스(112)는, 내부 공간을 구비하여 그 내부 공간에 전극 조립체 및 전해액을 수납할 수 있다.
상기 전지 케이스에는, 알루미늄과 같은 금속층이 폴리머층 사이에 개재된 형태의 파우치형 케이스와, 금속 재질의 원통 내지 각통 형태의 캔형 케이스가 포함될 수 있다. 특히, 검사 대상이 되는 이차 전지는 파우치형 전지일 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 파우치형 이차 전지만을 대상으로 하는 것은 아니다.
도 2 및 도 3의 구성을 참조하면, 파우치형 케이스는 오목한 형태의 내부 공간이 형성되며, 이러한 내부 공간에 전극 조립체 및 전해액을 수납할 수 있다. 또한, 파우치형 케이스는, 도면에 도시된 바와 같이, 상부 파우치와 하부 파우치로 구성되며, 그 외주부가 융착됨으로써 실링부를 구성하여 내부 공간이 밀폐되도록 할 수 있다.
상기 전지 제조 유닛은, 이러한 형태의 이차 전지를 제조하기 위해, 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 적층시켜 전극 조립체를 조립하는 조립부, 전지 케이스 내부로 전해액을 주입하는 전해액 주입부 및 전지 케이스의 외주부를 열융착하여 실링시키는 융착부 등을 구비할 수 있다. 이러한 전지 제조 유닛에 대해서는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 전지 제조 기술이 채용될 수 있으며, 본 발명은 이러한 전지 제조 유닛의 특정 형태로 한정되지 않는다.
또한, 상기 도 2 및 도 3의 구성은, 이차 전지의 일례를 나타낼 뿐, 본 발명에 따른 이차 전지의 저전압 불량 검사 장치는, 다른 다양한 형태의 이차 전지에 대하여 저전압 불량을 검사할 수 있다.
상기 이온화 유닛(200)은, 이차 전지에 포함된 금속 이물을 이온화시키는 구성요소이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온화 유닛(200)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 이온화 유닛(200)은, 전원 공급부(210), 공급 케이블(220) 및 접속 단자(230)를 구비할 수 있다. 여기서, 전원 공급부(210)는, 이차 전지(110)로 공급하기 위한 충전 전원을 공급할 수 있다. 또한, 접속 단자(230)는, 이차 전지의 전극 리드에 접촉하여, 전원 공급부로부터 공급되는 충전 전원을 이차 전지에 직접 공급할 수 있다. 그리고, 공급 케이블(220)은, 전원 공급부(210)와 접속 단자(230) 사이에 개재되어, 전원 공급부로부터 공급된 전원을 접속 단자 측으로 공급하는 경로를 제공할 수 있다. 즉, 상기 공급 케이블(220)은, 전원 공급부(210)로부터 접속 단자(230)로 충전 전류가 흐를 수 있는 경로를 제공할 수 있다.
상기 이온화 유닛(200)은, 이처럼 이차 전지로 전원을 공급하여 이차 전지를 충전시킬 수 있다. 그리고, 이처럼 이온화 유닛(200)이 이차 전지를 충전시키면, 이차 전지 내부, 특히 이차 전지의 양극판 측에 포함된 금속 이물, 이를테면 철이나 구리와 같은 금속은 전자를 잃고 산화될 수 있다. 즉, 이온화 유닛(200)에 의해 이차 전지가 충전되면, 양극의 전압이 상승되므로, 양극 표면에 혼입된 금속 이물은 이온화되어 용출될 수 있다.
바람직하게는, 상기 이온화 유닛(200)은, 상기 전지제조 유닛에 의해 제조된 이차 전지를 3.6V 이상의 충전 전압으로 충전할 수 있다. 이와 같은 충전 조건에 의하면, 이차 전지 내부에 포함된 금속 이물들이 대부분 산화될 수 있다. 따라서, 최소의 충전 전압으로 금속 이물들을 최대한 산화시킬 수 있으므로, 금속 이물의 효율적인 이온화가 가능하다.
또한 바람직하게는, 상기 이온화 유닛(200)은, SOC가 30% 이상이 되도록 이차 전지를 충전할 수 있다. 즉, 상기 이온화 유닛(200)은, 상기 전지제조 유닛에 의해 제조된 이차 전지에 대하여, SOC가 적어도 30% 이상이 될 때까지 이차 전지의 충전을 수행할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 이차 전지 내부, 특히 이차 전지의 양극판 측에 위치하는 금속 이물을 이온화시키는데 보다 효과적일 수 있다. 즉, 이온화 유닛(200)에 의해 SOC가 30% 이상이 되도록 이차 전지가 충전된다면, 적은 에너지로도 금속 이물의 효과적인 산화가 가능할 수 있다. 또한, 이와 같이 상기 이온화 유닛(200)이 이차 전지의 SOC를 30% 이상으로 충전되도록 하면, 석출 유닛(400)에 의한 금속 이물의 석출 성능이 더욱 향상될 수 있다. 즉, SOC를 30% 이상이 되도록 이차 전지를 충전하는 경우, 음극의 전위가 감소하여 음극판에서 금속 이온이 상대적으로 환원되기가 용이해질 수 있다. 다만, 상기 이온화 유닛(200)은, 이차 전지의 종류, 특히 양극재의 종류에 따라 충전 심도를 달리할 수 있다.
더욱이, 상기 이온화 유닛(200)은, 이차 전지의 SOC가 50% 이상이 되도록 이차 전지를 충전할 수 있다. 이 경우, 금속 이물의 산화 반응이 보다 빠르고 확실하게 일어날 수 있다. 따라서, 보다 신속하고 정밀한 금속 이물의 이온화가 가능하다.
특히, 상기 이온화 유닛(200)은, 이차 전지의 SOC가 70% 이상, 많게는 80% 이상이 되도록 충전될 수 있다. 더욱이, 상기 이온화 유닛(200)은, SOC가 100%가 되도록 이차 전지를 만충전시킬 수도 있다. 그리고, 이처럼 충전 심도가 높아질수록, 금속 이물의 이온화 반응이 더욱 신속하게 일어나도록 할 수 있다.
상기 이온화 유닛(200)은, 대략 20℃ 내지 30℃의 상온 조건 범위에서 이차 전지를 충전할 수 있다. 더욱이, 상기 이온화 유닛(200)은, 40℃ 이상의 온도에서 3.6V 이상의 충전 전압으로 이차 전지의 충전을 수행할 수 있다. 이 경우, 금속 이물의 산화가 보다 촉진될 수 있다. 다만, 전지의 열화를 방지하기 위해, 상기 이온화 유닛(200)은 이차 전지를 50℃ 이하의 온도에서 충전되도록 하는 것이 좋다.
또한, 상기 이온화 유닛(200)은, 이차 전지가 제조된 후, 통상적으로 수행되는 최초 상온 에이징 이전에 수행될 수 있다. 즉, 상기 이온화 유닛(200)은, 상온 에이징이 수행되지 않은 이차 전지에 대하여 충전을 수행할 수 있다.
상온 에이징 후에 충전이 수행되면 전극 계면에 SEI(Solid Electrolyte Interphase) 필름이 생성될 수 있는데, 상기 구성과 같이 상온 에이징 전에 이차 전지의 충전이 수행되면, SEI 필름 생성 이전에 양극판 측에서 금속 이물의 이온화가 보다 용이하게 진행될 수 있다.
상기 가속화 유닛(300)은, 이차 전지에 포함된 금속 이물의 이온화를 가속화시키는 구성요소이다.
상기 가속화 유닛(300)은, 이온화 유닛(200)에서 충전된 이차 전지를 소정 시간 동안 고온에서 보관하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이온화 유닛(200)에 의해 SOC가 30%가 될 때까지 이차 전지의 충전이 수행되면, 해당 이차 전지는 가속화 유닛(300)에 의해 고온 보관될 수 있다. 여기서, 고온은 60℃ 이상의 온도일 수 있다. 더욱이, 상기 가속화 유닛(300)은, 이차 전지를 70℃ 이상의 고온에서 보관하도록 구성될 수 있다.
다만, 상기 가속화 유닛(300)에 의한 고온 조건은, 고온에 의한 이차 전지의 심각한 손상을 방지하기 위해 80℃ 이하의 온도 조건에 이차 전지가 놓이도록 할 수 있다.
이처럼, 상기 가속화 유닛(300)이, 이온화 유닛(200)에 의해 충전된 이차 전지를 고온에서 보관하는 경우, 금속 이물의 이온화가 더욱 가속화될 수 있다. 특히, 양극판 측에서 이온화된 금속 이온은, 상기 가속화 유닛(300)에 의해 이차 전지가 고온에서 보관될 때, 이동성이 증가하여 음극판 측으로 보다 신속하게 이동될 수 있다. 그리고, 금속 이온의 밀도가 감소한 양극판 측에서는 금속 이물의 이온화가 보다 빠르게 일어날 수 있다. 이처럼, 상기 가속화 유닛(300)에 의해 이차 전지가 고온 보관되는 때에도, 이차 전지 내부에서 금속 이물의 이온화는 계속해서 일어날 수 있다.
상기 가속화 유닛(300)은, 이차 전지가 소정 시간 동안 일정한 온도 범위 조건에 놓이도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 가속화 유닛(300)은, 이차 전지를 10시간 내지 14시간 동안, 60℃의 온도 하에서 보관되도록 할 수 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 가속화 유닛(300)의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 가속화 유닛(300)은, 가열부(310), 온도 측정부(320), 안착부(330) 및/또는 가속화 챔버(340)를 구비할 수 있다.
여기서, 가속화 챔버(340)는 내부에 빈 공간이 형성되어, 그 내부 공간에 이차 전지(110)와 함께, 가열부(310), 온도 측정부(320), 안착부(330) 등 다른 여러 구성을 수용할 수 있다. 특히, 가속화 챔버는 고온 유지를 위해 단열 재질로 구성되거나 단열 재질을 일부 구비할 수 있다.
가열부(310)는, 가속화 챔버 내부를 가열할 수 있다. 이러한 가열부는, 히터 등과 같이, 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 가열 장치가 채용될 수 있다.
그리고, 온도 측정부(320)는, 가속화 챔버 내부의 온도를 측정함으로써, 가속화 챔버 내부의 온도 상태가 원하는 온도 범위를 유지하는지 판단할 수 있다. 만일, 온도 측정부(320)에 의해 가속화 챔버 내부의 온도가 정해진 온도 조건 밑으로 떨어지는 경우, 가열부로 하여금 가속화 챔버 내부를 가열하도록 할 수 있다.
또한, 안착부(330)는, 이차 전지(110)를 안착시킬 수 있다. 이러한 안착부(330)는, 상부에 이차 전지가 안착되도록 트레이 형태로 구성될 수 있다. 다만, 도 5에서 안착부(330)는 하나의 이차 전지만을 안착하는 형태로 도시되어 있으나, 이는 일례에 불과할 뿐, 안착부는 다수의 이차 전지를 안착시킬 수도 있다. 즉, 도 5에서 가속화 챔버 내부에는 다수의 이차 전지를 수용하여 다수의 이차 전지에 대한 고온 보관이 가능하도록 할 수 있다.
상기 안착부는, 이동 가능한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 안착부는, 하부에 바퀴가 구비되거나 컨베이어 벨트 형태로 구성되어 이차 전지를 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 안착부는, 가속화 챔버 내부나 외부로 이차 전지를 이동시킬 수 있다.
한편, 상기 가속화 유닛(300)은 이차 전지를 소정 시간 동안 고온 조건에서 보관되도록 할 수 있는데, 소정 시간이 종료되는 대로, 고온 조건이 해제되도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 가속화 유닛(300)은, 소정 시간이 종료되는 것을 알려주는 타이머를 더 포함할 수 있다. 그리고, 타이머에 의해 미리 정해진 시간의 종료가 고지되면, 상기 가열부의 가열은 중단되거나, 상기 안착부는 이동하여 상기 가속화 챔버 외부로 이차 전지가 이동되도록 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 가속화 유닛(300)은, 고온 보관 중에 이차 전지의 충전 또는 방전을 수행하도록 구성될 수 있다.
즉, 상기 가속화 유닛(300)은, 이온화 유닛(200)에 의해 충전된 이차 전지를 60℃ 이상의 온도 조건에서 보관할 수 있는데, 이러한 보관 과정에서도 적어도 일부 시간 동안은 이차 전지에 대한 충전 및/또는 방전이 수행되도록 할 수 있다.
예를 들어, 상기 가속화 유닛(300)은, 이온화 유닛(200)에 의해 SOC 30%까지 충전된 이차 전지에 대하여, 60℃ 이상의 고온 조건에서 보관하면서, 해당 이차 전지에 대해 SOC 0%까지 방전을 수행한 후 다시 SOC 30%까지 충전이 수행되도록 할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 금속 이물의 이온화가 더욱 가속화될 수 있다. 특히, 이처럼 가속화 유닛(300)에 의해 이차 전지가 고온에서 보관됨과 동시에 이차 전지의 충방전이 수행되면, 이차 전지의 부피가 수축 내지 팽창을 할 수 있으며, 이 과정에서 전해액의 흐름이 유도될 수 있다. 그리고, 이러한 전해액의 흐름은 전해액을 따라 금속 이온의 음극판 측으로의 이동을 유발하므로, 금속 이온의 농도 평형 상태를 방지하고 양극판 측에서 금속의 이온화가 보다 활발하게 이루어지도록 할 수 있다.
더욱이, 상기 실시예에서, 가속화 유닛(300)은 고온 환경에서 이차 전지에 대하여 충전 내지 방전을 진행할 때, 충방전 씨레이트(C rate)는 1C 이상으로 구성되는 것이 좋다. 이 경우, 고온 조건에서 전지의 충방전을 빠르게 수행함으로써, 전지의 열화가 예방될 수 있다.
상기 가속화 유닛(300)은, 상기 이온화 유닛(200)에 의한 동작 종료 후 소정 시간 내에 이차 전지에 대하여 고온 보관이 이루어지도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 가속화 유닛(300)은, 이온화 유닛(200)에 의해 SOC 30%까지 충전이 수행되면, 10분 이내에 이차 전지가 가속화 챔버(340) 내부로 이동되어 60℃의 일정한 고온 환경에서 보관하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 양극판 측에서의 금속 이물의 이온화가 보다 원활하고 신속하게 수행될 수 있으며, 양극판 측에서 일부 금속 이온이 환원되는 것을 방지할 수 있다.
상기 석출 유닛(400)은, 이차 전지 내부에서 이온화된 금속 이물을 환원시켜 석출시키는 구성요소이다.
상기 석출 유닛(400)은, 가속화 유닛(300)에 의해 가속화가 수행된 이차 전지를 소정 시간 동안 저온에서 보관하도록 구성될 수 있다. 여기서, 저온은 20℃ 이하의 온도일 수 있다. 예를 들어, 상기 석출 유닛(400)은, 가속화 유닛(300)에 의해 60℃ 이상의 온도에서 12시간 이상 보관된 이차 전지를 곧바로 20℃ 이하의 온도에서 저온 보관할 수 있다.
이처럼, 상기 석출 유닛(400)이, 가속화 유닛(300)에 의해 가속화가 수행된 이차 전지를 저온에서 보관하는 경우, 금속 이온은 음극판 측에서 전자를 얻어 환원될 수 있다. 그리고, 이와 같이 환원된 금속 이물은, 음극판에서 고밀도 금속으로 석출될 수 있다. 즉, 상기 석출 유닛(400)은, 산화된 금속 이온에 대하여 확산을 억제시켜 결정 성장을 유도하고, 이를 통해 금속이 음극판에서 석출되도록 함으로써, 내부 단락에 의한 누설 전류를 증가시켜 저전압 발현을 가속시킬 수 있다.
상기 석출 유닛(400)은, 이차 전지가 소정 시간 동안 일정한 온도 범위 조건에 놓이도록 할 수 있다. 바람직하게는, 상기 석출 유닛(400)은, 이차 전지를 10시간 내지 14시간 동안, 저온 조건 하에서 보관되도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 석출 유닛(400)은, 이차 전지를 20℃ 이하의 온도 조건에서 12시간 동안 보관되도록 구성될 수 있다. 이러한 시간은, 음극판 측으로 이동된 금속 이온이 환원되어 석출될 수 있는 효율적인 시간이라 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 금속 이물이 정밀하면서도 신속하게 음극판 측에서 석출되도록 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 석출 유닛(400)은, 이차 전지를 15℃ 이하의 저온에서 보관하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 석출 유닛(400)은, 10~15℃의 온도 조건 범위에서 12시간 동안 이차 전지를 보관되도록 구성될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 음극판 측에서의 금속 이온의 석출이 보다 신속하게 이루어질 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 석출 유닛(400)은, 이차 전지를 10℃ 이하의 온도, 보다 낮게는 5℃ 이하의 온도에서 보관하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 금속 이온의 석출 성능이 더욱 증대될 수 있다. 다만, 상기 석출 유닛(400)은, 이차 전지를 0℃ 이상의 온도에서 보관하도록 구성될 수 있다. 이차 전지를 0℃ 미만으로 보관하면, 전해액의 일부가 빙결될 수 있으므로, 상기 석출 유닛(400)은 0℃보다 높은 온도로 이차 전지를 보관할 수 있다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 석출 유닛(400)의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 상기 석출 유닛(400)은, 냉각부(410), 온도 측정부(420), 안착부(430) 및/또는 석출 챔버(440)를 구비할 수 있다.
여기서, 석출 챔버(440)는, 내부에 빈 공간이 형성되어, 그 내부 공간에 이차 전지(110)와 함께, 냉각부(410), 온도 측정부(420), 안착부(430) 등 다른 여러 구성을 수용할 수 있다. 더욱이, 석출 챔버 역시, 저온 유지를 위해 단열 재질로 구성되거나 단열 재질을 구비할 수 있다.
냉각부(410)는, 이차 전지가 위치한 석출 챔버 내부의 온도를 상온보다 낮은 저온으로 유지할 수 있다. 이때, 냉각부로는, 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 냉각 장치가 채용될 수 있다. 예를 들어, 냉각부는, 냉장고나 에어컨 등과 같이, 챔버 내부로 냉풍을 방출하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 냉각부는, 압축기, 응축기, 증발기, 냉매, 팬 등 다양한 구성요소를 구비할 수 있다.
온도 측정부(420)는, 석출 챔버 내부의 온도를 측정함으로써, 석출 챔버 내부의 온도 상태가 원하는 저온 범위를 유지하는지 판단할 수 있다. 만일, 온도 측정부(420)에 의해 석출 챔버 내부의 온도가 정해진 온도 조건보다 높아진 경우, 냉각부로 하여금 석출 챔버 내부를 가열하도록 구성될 수 있다.
안착부(430)는, 석출 챔버 내부에서 이차 전지(110)를 안착시킬 수 있다. 예를 들어, 안착부는, 상부에 이차 전지가 안착되도록 트레이 형태로 구성될 수 있다. 또한, 도 6에서 안착부는, 하나의 이차 전지(110)만을 안착하는 형태로 도시되어 있으나, 이러한 안착부에는 다수의 이차 전지가 안착될 수 있다. 즉, 도 6에서 석출 챔버 내부에는 다수의 이차 전지가 수용될 수 있다.
상기 석출 유닛(400)의 안착부(430)는, 상기 도 5에서 설명된 가속화 유닛(300)의 안착부(330)와 마찬가지로 이동 가능한 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 상기 안착부는 석출 유닛(400)의 내부나 외부로 하나 이상의 이차 전지를 이동시킬 수 있다.
상기 설명한 바와 같이, 상기 석출 유닛(400)은, 이차 전지를 소정 시간 동안 저온 조건에서 보관되도록 구성되는데, 보관 시간이 종료되는 대로, 저온 조건이 해제되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 석출 유닛(400)은, 소정 시간이 종료되는 것을 알려주는 타이머를 더 포함할 수 있다. 그리고, 타이머에 의해 미리 정해진 시간의 종료가 고지되면, 상기 냉각부의 냉각은 중단되거나, 상기 안착부는 이동하여 상기 석출 챔버 외부로 이차 전지를 이동시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 가속화 유닛(300)과 상기 석출 유닛(400)은 적어도 일부 구성요소가 공통되게 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 도 5의 실시예에 구비된 가속화 유닛(300)의 가속화 챔버(340)는, 곧 도 6의 실시예에 구비된 석출 유닛(400)의 석출 챔버(440)일 수 있다. 즉, 하나의 공통된 챔버가, 가속화 챔버가 될 수도 있고, 석출 챔버가 되도록 구성될 수 있다.
이 경우, 챔버 내부에는 가열부(310)와 냉각부(410)가 모두 구비되도록 구성될 수 있다. 따라서, 소정 시간 동안은 가열부(310)가 동작하여 가속화 단계가 수행되도록 하고, 그 이후 소정 시간 동안은 냉각부(410)가 동작하여 석출 단계가 수행되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 도 5의 실시예에 구비된 가속화 유닛(300)의 온도 측정부(320)는, 도 6의 실시예에 구비된 석출 유닛(400)의 온도 측정부(420)일 수 있다. 이 경우, 하나의 공통된 온도 측정부는, 가열부(310)가 동작하는 경우에는 적절한 고온 조건, 이를테면 60℃~80℃의 온도 조건을 유지하는지 측정하고, 냉각부(410)가 동작하는 경우에는 적절한 저온 조건, 이를테면 15℃~20℃의 온도 조건을 유지하는지 측정할 수 있다.
그리고, 도 5의 실시예에 구비된 가속화 유닛(300)의 안착부(330)는, 도 6의 실시예에 구비된 석출 유닛(400)의 안착부(430)일 수 있다. 이 경우, 하나의 공통된 안착부는, 이차 전지가 안착된 채로 가열부(310)가 동작할 때부터 냉각부(410)가 동작할 때에도 계속해서 챔버 내부에 위치할 수 있다. 그리고, 이온화 유닛(200)에 의해 이차 전지의 충전이 수행되면, 이차 전지를 안착시켜 챔버 내부로 이동시키고, 냉각부(420)의 동작이 완료되어 석출 유닛(400)에 의한 저온 보관 단계가 완료되면 챔버 외부로 이차 전지가 이동되도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 도 5의 실시예와 같이, 가속화 유닛(300)에 가속화 챔버(340)가 구비되는 구성에서는, 상기 이온화 유닛(200)이 가속화 챔버 내부에 구비될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 가속화 챔버 내부에서 이온화 유닛(200)에 의한 전지의 충전이 이루어진 후, 전지가 이동할 필요 없이, 곧바로 전지의 고온 보관이 이루어질 수 있으므로, 보다 신속하고 효율적인 이차 전지의 저전압 불량 검사가 수행될 수 있다.
더욱이, 상기 설명된 일 실시예와 같이, 가속화 유닛(300)이 이차 전지를 고온 보관하면서 이차 전지의 충전을 수행하는 경우, 이온화 유닛(200)의 충전부를 이용할 수 있다. 그러므로, 가속화 유닛(300)에 별도의 충전 장치를 구비할 필요가 없어, 보다 경제적이면서도 구조가 간단한 검사 장치의 구현이 가능해진다.
또한, 상기 가속화 유닛(300)의 가속화 동작과 상기 석출 유닛(400)의 석출 동작 사이에는 다른 동작이 수행되지 않는 것이 좋다. 즉, 이차 전지에 대해서는 상기 가속화 유닛(300)의 동작이 종료한 후, 최대한 신속하게 석출 유닛(400)의 동작이 수행되도록 하는 것이 좋다.
바람직하게는, 상기 석출 유닛(400)은, 상기 가속화 유닛(300)의 동작 종료 후 10분 이내에, 상기 이차 전지를 20℃ 이하의 저온에서 보관하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 상기 석출 유닛(400)은, 상기 가속화 유닛(300)의 동작 종료 후 5분 이내에, 상기 이차 전지를 10℃ 이하의 저온에서 보관하도록 구성될 수 있다.
이 경우, 이차 전지는 60℃ 이상의 고온 조건에 놓였다가 10분 이내에 20℃ 이하의 저온 조건으로 놓이게 될 수 있다. 즉, 이차 전지는 짧은 시간 내에 급격한 온도 변화를 경험할 수 있게 된다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 이차 전지 내부의 음극판 측에서 금속 이온의 환원이 보다 용이해지며, 금속이 보다 고밀도로 석출될 수 있다. 따라서, 검출 유닛(500)에 의한 검출 성능이 보다 향상될 수 있다.
상기 가속화 유닛(300)의 고온 보관 동작 및 상기 석출 유닛(400)의 저온 보관 동작은 상온 에이징 전에 수행될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, SEI 필름의 생성 전에 금속 이물 이온화의 가속화 및 금속 석출이 보다 원활하게 이루어질 수 있다.
상기 검출 유닛(500)은, 이차 전지의 불량을 검출하는 구성요소이다. 상기 검출 유닛(500)은, 상기 석출 유닛(400)의 동작이 종료한 후 동작할 수 있다. 즉, 상기 검출 유닛(500)은, 석출 유닛(400)에 의한 금속 이물의 환원 및 석출이 이루어지면, 이차 전지에 대한 불량 검출 동작을 수행할 수 있다.
바람직하게는, 상기 검출 유닛(500)은, 소정 시간 경과에 따른 이차 전지의 전압 변화량을 측정할 수 있다. 그리고, 상기 검출 유닛(500)은, 이와 같이 측정된 전압 변화량을 기준 변화량과 비교하여 이차 전지의 저전압 불량을 판단할 수 있다. 즉, 상기 검출 유닛(500)은, 측정된 전압 변화량이 기준 변화량보다 큰 경우, 해당 이차 전지에 대하여 저전압 불량임을 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 검출 유닛(500)은, 초기 전압으로서 상기 석출 유닛(400)의 동작이 종료되는 대로 이차 전지의 개방 회로 전압(OCV)을 측정할 수 있다. 그리고, 상기 검출 유닛(500)은, 2차 전압으로서, 소정 시간 경과 후, 이를테면 1일 내지 30일의 시간이 경과한 후 해당 이차 전지의 개방 회로 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 상기 검출 유닛(500)은, 초기 전압과 2차 전압 사이의 전압차를 전압 변화량으로 보고, 이러한 전압 변화량을 기준 변화량과 비교 판단할 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 상기 검출 유닛(500)은, 전압 변화량이 10mV이고, 해당 시간에서의 기준 변화량이 5mV인 경우, 전압 변화량이 기준 변화량보다 크므로, 이러한 이차 전지는 저전압 불량으로 판단한다.
다른 예로, 상기 검출 유닛(500)은, 이차 전지의 전압(OCV)을 여러 시간에 걸쳐 주기적 또는 비주기적으로 측정할 수 있다. 그리고, 상기 검출 유닛(500)은, 이차 전지의 측정된 단위 시간당 전압의 기울기를 측정하여, 측정된 전압 기울기를 기준 기울기와 비교하는 방식으로 이차 전지의 저전압 불량을 판단할 수 있다.
상기 검출 유닛(500)은, 본원 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 OCV 측정 기술을 통해 상기 이차 전지의 전압을 측정할 수 있다.
또 다른 예로, 상기 검출 유닛(500)은, 이차 전지의 누설 전류를 직접 측정함으로써, 이차 전지의 불량을 검출할 수 있다. 즉, 상기 이온화 유닛(200), 가속화 유닛(300) 및 석출 유닛(400)에 의해 음극판에서 금속이 고밀도로 석출되어 내부 단락이 발생하면 누설전류가 발생 내지 증가할 수 있는데, 상기 검출 유닛(500)은, 이러한 누설 전류를 직접 측정함으로써 이차 전지의 불량을 검출할 수 있다.
예를 들어, 상기 검출 유닛(500)은, 이차 전지의 양 단자(전극 리드)에 전위를 인가하여 흐르는 전류를 측정함으로써, 정상 전지 대비 누설 전류가 큰 전지를 불량으로 선별할 수 있다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 유닛(500)의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7을 참조하면, 상기 검출 유닛(500)은, 판단부(410), 탐침부(420) 및/또는 디스플레이부(430)를 구비할 수 있다. 여기서, 탐침부(420)는, 이차 전지(110)의 전극 리드에 접촉 가능하게 구성되어 이차 전지의 개방 회로 전압을 측정하도록 구성될 수 있다. 그리고, 판단부(410)는, 탐침부(420)에 의해 개방 회로 전압이 측정되면, 측정된 전압이 기준값, 이를테면 기준 변화량 내지 기준 기울기와 비교하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 판단부(410)는, 이러한 기준값을 저장하기 위한 메모리를 구비할 수 있다. 그리고, 판단부(410)는, 비교 결과에 따라 이차 전지가 저전압 불량인지를 검출할 수 있다. 상기 디스플레이부(430)는, 판단부(410)의 판단 결과에 따라, 이차 전지가 저전압 불량으로 검출되었는지 여부를 LCD 창이나 램프 등을 통해 시각적으로 표시할 수 있다.
본 발명은 이러한 검출 유닛(500)의 특정 구성에 의해 제한되지 않으며, 다양한 형태 및 방식으로, 이차 전지의 전압 내지 전압 변화량이 측정될 수 있다.
한편, 상기 검출 유닛(500)은, 석출 유닛(400)의 내부에 포함되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 검출 유닛(500)은 석출 챔버의 내부에 위치할 수 있다. 이 경우, 석출 챔버에 의한 저온 보관 기간이 끝나면, 이차 전지가 이동될 필요 없이, 석출 챔버 내의 온도가 소정 온도, 이를테면 상온으로 상승한 후, 곧바로 검출 유닛(500)에 의한 불량 검출 동작이 수행될 수 있다.
특히, 석출 유닛(400)과 가속화 유닛(300)이 하나의 챔버로 구현된 경우, 상기 검출 유닛(500) 역시 이러한 챔버 내부에 구비될 수 있다. 그리고, 이 경우, 이온화 유닛(200)도 하나의 챔버 내에 구비될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 하나의 챔버 내에서, 충전에 의한 금속 이물의 이온화 동작, 고온 보관에 의한 이온 가속화 동작, 저온 보과네 의한 금속 석출 동작 및 이차 전지의 불량 검출 동작이 모두 이루어질 수 있다. 따라서, 전지의 이동에 필요한 구성이나 시간, 노력 등이 감소되어, 이차 전지의 저전압 불량 검사가 신속하고 경제적으로 이루어질 수 있다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 저전압 불량 검사 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다. 일례로, 도 8의 각 동작은, 상기 본 발명에 따른 이차 전지의 저전압 불량 검사 장치의 각 구성요소가 수행할 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지의 저전압 불량 검사 방법은, 양극판, 음극판, 세퍼레이터 및 전해액이 전지 케이스 내에 수납된 이차 전지를 제조하는 단계(S110), 상기 제조된 이차 전지를 충전하여 금속 이물을 이온화시키는 단계(S120), 상기 충전된 이차 전지를 60℃ 이상의 고온에서 보관하여 상기 이온화를 가속화시키는 단계(S130), 상기 가속화 단계 후, 상기 이차 전지를 20℃ 이하의 저온에서 보관하여 상기 이온화된 금속 이물을 환원시켜 석출시키는 단계(S140) 및 상기 석출 단계 후, 상기 이차 전지의 불량을 검출하는 단계(S150)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 불량 검출 단계(S150)는, 소정 시간 경과에 따른 상기 이차 전지의 전압 변화량을 측정하고 기준 변화량과 비교하여 측정된 전압 변화량이 기준 변화량보다 큰 경우 상기 이차 전지의 저전압 불량으로 판단하는 형태로 수행될 수 있다.
또한, 상기 석출 단계(S140)는, 상기 이차 전지를 15℃ 이하의 저온에서 보관하는 형태로 수행될 수 있다.
또한, 상기 가속화 단계(S130) 및 상기 석출 단계(S140)는, 상기 이차 전지를 해당 온도에서 10시간 내지 14시간 동안 보관하는 형태로 수행될 수 있다.
또한, 상기 석출 단계(S140)는, 상기 가속화 단계(S130)의 수행이 종료된 후, 10분 이내에 수행될 수 있다.
또한, 상기 이온화 단계(S120)는, 상기 S110 단계에서 제조된 이차 전지를 3.6V 이상의 충전 전압으로 충전하는 형태로 수행될 수 있다.
또한, 상기 이온화 단계(S120)는, 상기 S110 단계에서 제조된 이차 전지의 SOC가 30% 이상이 되도록 상기 이차 전지를 충전하는 형태로 수행될 수 있다.
또한, 상기 가속화 단계(S130)는, 고온 보관 중 적어도 일부 시간 동안 이차 전지에 대하여 충전 및/또는 방전이 수행되는 형태로 구성될 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 실시예 및 비교예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
4개의 이차 전지를 다음과 같은 형태로 모두 동일하게 제조하였다. 먼저, 알루미늄 집전체와 LiNiMnCoO2를 양극재로 이용하여 양극판을 제조하고, 구리 집전체와 그라파이트를 음극재로 이용하여 음극판을 제조하였다. 그리고, 양극판과 음극판을 세퍼레이터를 사이에 두고 적층시킨 후, 전해액과 함께 파우치 외장재 내부에 수납하였다. 이때, 전해액으로는 LiPF6 1.0M 및 EC/EMC가 이용되도록 하였다. 이와 같이 동일한 형태로 구성된 이차 전지를 4개 제조하였다. 이때, 각 전지마다 금속 이물로서 평균 입경 150um인 환형 구리 조각이 양극판과 세퍼레이터 사이에 1개 투입되도록 하였다. 그리고, 각 이차 전지에 대하여 25℃의 온도 조건에서 1일 동안 보관되도록 하였다.
이후, 각 이차 전지에 대하여 3.6V의 충전 전압으로 SOC 30%가 될 때까지 충전되도록 하였다. 그리고 나서, 충전된 이차 전지를 가속화 챔버 내부로 이동시켜 이차 전지가 60℃의 온도 조건에서 12시간 동안 보관되도록 하였다.
그리고 나서, 4개의 이차 전지를 다시 저온에서 12시간 동안 보관하는 공정을 수행하였는데, 이때 4개의 이차 전지에 대한 온도 조건은 모두 달리하였다. 그리고, 그 온도 조건은 다음과 같다.
( 비교예 1) 하나의 이차 전지에 대해서는, 30℃의 온도 조건에서 12시간 동안 보관되도록 하였다.
( 비교예 2) 다른 하나의 이차 전지에 대해서는, 25℃의 온도 조건에서 12시간 동안 보관되도록 하였다.
( 실시예 1) 또 다른 하나의 이차 전지에 대해서는, 10℃의 온도 조건에서 12시간 동안 보관되도록 하였다.
( 실시예 2) 또 다른 하나의 이차 전지에 대해서는, 4℃의 온도 조건에서 12시간 동안 보관되도록 하였다.
그리고 나서, 4개의 이차 전지에 대하여, 각각 상온(25℃)에서 시간에 따른 전압 변화를 측정하였다. 이와 같이 측정된 결과에 대해서는, 도 9에 도시되도록 하였다.
도 9를 참조하면, 4개의 시료 각각의 초기 전압은 3.64V~3.66V로 대략 비슷하게 측정되고 있다. 하지만, 시간이 흐를수록 비교예와 실시예의 전압 변화 형태에 큰 차이를 보임을 알 수 있다.
즉, 비교예 1 및 2의 경우, 65시간이 지날 때까지 대략 비슷한 정도로 완만한 기울기를 보이며 전압이 감소하고 있다. 반면, 실시예 1 및 2의 경우, 시간이 흐름에 따라 비교예보다 큰 폭으로 감소한다.
따라서, 본 발명의 이러한 실험 결과에 의하면, 본 발명과 같이 충전 및 고온 보관 후, 다시 20℃ 이하, 특히 10℃ 이하의 온도에서 보관될 때 전압 강하율이 더욱 높아짐을 알 수 있다. 그러므로, 본 발명의 구성에 의하면, 보다 빠른 시간 내에 보다 정확하게, 금속 이물에 의한 이차 전지의 저전압 불량 가능성을 검사할 수 있다.
특히, 실시예 2의 경우, 충전 및 고온 보관 후 저온에서 보관될 때, 저온 온도가 4℃인데, 저온 온도가 30℃ 및 25℃인 비교예 1 및 2는 물론이고, 저온 온도가 10℃인 실시예 1에 비해서도 전압 강하율이 우수함을 알 수 있다. 그러므로, 석출 유닛(400)에 의한 저온 보관 온도가 5℃ 이하인 경우 더욱 우수한 불량 검출 성능을 가질 수 있다는 것을 예측할 수 있다.
또한, 비교예 1 및 2, 그리고 실시예 1 및 2의 이차 전지에 대하여, 분해 후 음극판 표면에 석출된 금속 이물을 250배 광학 현미경으로 관찰하고, 촬영된 이미지를 도 10 내지 도 13에 도시하였다. 보다 구체적으로는, 비교예 1 및 비교예 2에 대한 이미지는 도 10 및 도 11에, 실시예 1 및 실시예 2에 대한 이미지는 도 12 및 도 13에 도시되도록 하였다.
도 10 내지 도 13의 결과를 보더라도, 실시예 1(도 12) 및 실시예 2(도 13)의 이차 전지가 비교예 1(도 10) 및 비교예 2(도 11)의 이차 전지에 비해, 음극판에서 석출된 구리의 전착 밀도가 더욱 높아짐을 알 수 있다. 특히, 도 13에 도시된 실시예 2의 이차 전지는, 구리의 전착 밀도가 매우 높다는 것을 명확하게 알 수 있다.
그러므로, 이러한 광학 현미경 촬영 결과만 보더라도, 본 발명에 따른 이차 전지의 저전압 검출 기술에 의할 때, 양극판에 금속 이물이 포함된 경우, 이러한 금속 이물의 신속하면서도 많은 전착을 유도하여, 금속 이물에 의한 이차 전지의 저전압 불량 가능성을 신속하고 정확하게 검사할 수 있다는 것을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 전지 제조 유닛
200: 이온화 유닛
300: 가속화 유닛
400: 석출 유닛
500: 검출 유닛

Claims (9)

  1. 이차 전지를 충전하여 금속 이물을 이온화시키는 이온화 유닛;
    상기 이온화 유닛에서 충전된 이차 전지를 60℃ 이상의 고온에서 보관하여 상기 이온화를 가속화시키는 가속화 유닛;
    상기 가속화 유닛에 의해 가속화가 수행된 이차 전지를 15℃ 이하의 저온에서 보관하여, 상기 가속화 유닛에 의해 산화된 금속 이온에 대하여 확산을 억제시켜 결정 성장을 유도함으로써, 상기 가속화 유닛에 의해 이온화된 금속 이물이 환원되어 석출되도록 하는 석출 유닛; 및
    상기 석출 유닛에 의한 금속 이물 석출 후, 상기 이차 전지의 불량을 검출하는 검출 유닛
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 저전압 불량 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검출 유닛은, 소정 시간 경과에 따른 상기 이차 전지의 전압 변화량을 측정하고, 측정된 전압 변화량을 기준 변화량과 비교하여, 측정된 전압 변화량이 기준 변화량보다 큰 경우 상기 이차 전지의 저전압 불량으로 판단하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 저전압 불량 검사 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가속화 유닛 및 상기 석출 유닛은, 상기 이차 전지를 해당 온도에서 10시간 내지 14시간 동안 보관하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 저전압 불량 검사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 석출 유닛은, 상기 가속화 유닛의 동작 종료 후 10분 이내에, 상기 이차 전지를 15℃ 이하의 저온에서 보관하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 저전압 불량 검사 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이온화 유닛은, 상기 이차 전지를 3.6V 이상의 충전 전압으로 충전하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 저전압 불량 검사 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이온화 유닛은, 상기 이차 전지의 SOC가 30% 이상이 되도록 상기 이차 전지를 충전하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 저전압 불량 검사 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가속화 유닛은, 고온 보관 중에 상기 이차 전지의 충전 또는 방전을 수행하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 저전압 불량 검사 장치.
  9. 이차 전지를 충전하여 금속 이물을 이온화시키는 단계;
    상기 충전된 이차 전지를 60℃ 이상의 고온에서 보관하여 상기 이온화를 가속화시키는 단계;
    상기 가속화 단계 후, 상기 이차 전지를 15℃ 이하의 저온에서 보관하여, 상기 가속화 단계에서 산화된 금속 이온에 대하여 확산을 억제시켜 결정 성장을 유도함으로써, 상기 가속화 단계에서 이온화된 금속 이물이 환원되어 석출되도록 하는 단계; 및
    상기 석출 단계 후, 상기 이차 전지의 불량을 검출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 저전압 불량 검사 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102391533B1 (ko) * 2018-10-05 2022-04-28 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지 셀의 저전압 진단 방법 및 장치
KR102508117B1 (ko) * 2019-01-03 2023-03-09 주식회사 엘지에너지솔루션 저전압 검출력이 향상된 이차전지의 활성화 방법
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KR20210031336A (ko) * 2019-09-11 2021-03-19 주식회사 엘지화학 배터리 진단 장치 및 방법
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KR20230114348A (ko) * 2022-01-25 2023-08-01 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 이차전지의 저전압 불량 검사방법 및 리튬 이차전지의 제조방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013118048A (ja) 2011-12-01 2013-06-13 Toyota Motor Corp 二次電池の製造方法
JP2015122160A (ja) 2013-12-20 2015-07-02 トヨタ自動車株式会社 二次電池の製造方法
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101501435B1 (ko) * 2012-05-31 2015-03-11 주식회사 엘지화학 우수한 고온 성능의 중대형 전지팩

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013118048A (ja) 2011-12-01 2013-06-13 Toyota Motor Corp 二次電池の製造方法
JP2015122160A (ja) 2013-12-20 2015-07-02 トヨタ自動車株式会社 二次電池の製造方法
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