KR102198882B1 - 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치, 가스 포집 시스템 및 가스 포집 방법 - Google Patents

이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치, 가스 포집 시스템 및 가스 포집 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치, 가스 포집 시스템 및 가스 포집 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 작업자가 원하는 구간 별로 포집할 수 있도록 한 가스 포집 장치, 가스 포집 시스템, 및 가스 포집 방법에 관하여 설명하고 있다.

Description

이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치, 가스 포집 시스템 및 가스 포집 방법{An apparatus for sampling gas generated within a secondary cell, a system thereof, and a method thereof}
본 출원은 2017.10.26. 출원된 한국특허출원 10-2017-0140218호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치, 가스 포집 시스템 및 가스 포집 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 분석자가 원하는 구간 별로 포집할 수 있도록 한 가스 포집 장치, 가스 포집 시스템 및 가스 포집 방법에 관한 것이다.
종래의 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법으로는, 이차 전지를 밀폐된 공간에 넣고 진공감압 후 이차 전지에 구멍을 뚫어 확산시킨 후 시료를 채취하거나 이차 전지 외부에 지그(jig)를 연결하여 이차 전지에 구멍을 뚫은 후 가스를 포집하였다. 이와 관련한 종래기술은 K.Kumai et al., J. of Power Souces 81-82(1999) 715-719 및 대한민국등록특허공보 제10-1590395호가 있다.
한편, 종래의 진공감압 후 이차 전지에 구멍을 뚫어 확산시킨 후 시료를 채취하는 방식은 진공 상태에서 내부 가스를 포집하여 측정하는 방식이므로, 시료의 오염문제나 정확한 시료 채취가 어려운 점이 있다.
또한, 종래의 지그를 이용한 방식은, 이차 전지 발화 시 또는 온도 상승 시에 지그가 손상될 우려가 있고, 이차 전지의 표면에 구멍을 뚫으면 이차 전지의 내부의 내용물이 손상될 우려가 있다. 또한, 지그가 차지하는 공간으로 인하여 이차 전지에 기타 장비를 적용하는 것에 어려움이 있다.
이러한 종래 기술의 어려움을 해결하기 위하여, 지그를 사용하지 않고도 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 직접적으로 포집할 수 있는 장치, 시스템 및 방법이 요구된다. 또한, 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 작업자가 원하는 구간(충전 구간, 시간, 공정, SOC(state of charge), 온도, 등)별로 포집할 수 있도록 하며, 이차 전지의 발화/폭발 및 이차 전지 상승에 따른 위험으로부터 작업자의 안정성을 확보할 수 있도록 하는 장치, 시스템 및 방법이 요구된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 장치에 있어서:
상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집할 수 있는 적어도 하나의 가스 포집부;
상기 적어도 하나의 가스 포집부에 연결된 메인 개폐부로서, 상기 가스 포집 장치는 상기 이차 전지에 관 또는 튜브로 연결되고, 상기 메인 개폐부는 상기 가스 포집 장치의 상기 관 또는 튜브로의 연결을 개폐하는, 상기 메인 개폐부;
상기 메인 개폐부와 상기 관 또는 튜브 사이에 위치하고 상기 이차 전지의 내부의 가스량 증감에 따른 압력 변화를 감지할 수 있는 제 1 압력 센서;
상기 적어도 하나의 가스 포집부에 연결되고 상기 장치의 내부의 압력 변화를 감지할 수 있는 제 2 압력 센서를 포함하고,
상기 가스 포집 장치는 상기 이차 전지에 상기 관 또는 튜브로 연결되어 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집하는 가스 포집 장치는 적어도 하나의 가스 포집부 개폐부를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 가스 포집부 개폐부 각각은 상기 적어도 하나의 가스 포집부 각각에 연결되어 상기 가스 포집부 각각을 개폐하고, 상기 가스 포집부 개폐부는 상기 가스 포집부와 상기 메인 개폐부 사이 및 상기 가스 포집부와 상기 제 2 압력 센서 사이에 위치할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집하는 가스 포집 장치는:
상기 가스 포집 장치의 내부 및 상기 이차 전지의 내부의 간섭 가스를 제거할 수 있는 진공 펌프에 연결될 수 있고;
상기 진공 펌프와의 연결을 개폐할 수 있는 진공 펌프 개폐부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집하는 가스 포집 장치에 있어서, 상기 가스 포집부 및 상기 가스 포집부 개폐부의 쌍은 복수 개이고, 상기 가스 포집부 개폐부의 개폐를 각각 제어하여 상기 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 원하는 구간 별로 상이한 가스 포집부에 포집할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집하는 가스 포집 장치에 있어서, 상기 가스 포집부는 관 형상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집하는 가스 포집 장치에 있어서, 상기 가스 포집부의 재질은 스테인리스 스틸, 테플론, 금속, 플라스틱 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집하는 가스 포집 장치에 있어서, 상기 가스 포집부의 내부 공간의 부피는 1 ml 내지 1000 ml 일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집하는 가스 포집 장치에 있어서, 상기 가스 포집부 개폐부는 볼 밸브일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른, 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템은:
상술한 가스 포집 장치;
상기 가스 포집 장치와 상기 이차 전지를 연결하는 상기 관 또는 튜브;
상기 가스 포집 장치의 내부 및 상기 이차 전지의 내부의 간섭 가스를 제거할 수 있는 진공 펌프; 및
상기 메인 개폐부의 개폐를 제어할 수 있는 제어 장치를 포함하고,
상기 이차 전지는 방폭 챔버 내부에 위치하고, 상기 가스 포집 장치, 상기 진공 펌프, 및 상기 제어 장치는 상기 방폭 챔버 외부에 위치할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른, 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템은:
상술한 가스 포집 장치;
상기 가스 포집 장치와 상기 이차 전지를 연결하는 상기 관 또는 튜브; 및
상기 가스 포집 장치의 내부 및 상기 이차 전지의 내부의 간섭 가스를 제거할 수 있는 진공 펌프를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템을 이용하여, 상기 가스 포집 장치에 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법은:
상기 이차 전지와 상기 가스 포집 장치를 상기 관 또는 튜브로 연결하는 단계; 및
상기 제어 장치로 상기 메인 개폐부 개폐를 조절하여, 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템을 이용하여, 상기 가스 포집 장치에 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법은:
상기 이차 전지와 상기 가스 포집 장치를 상기 관 또는 튜브로 연결하는 단계; 및
상기 제어 장치로 상기 메인 개폐부 개폐 및 상기 가스 포집부 개폐부를 각각 조절하여, 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템을 이용하여, 상기 가스 포집 장치에 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법은:
상기 이차 전지와 상기 가스 포집 장치를 상기 관 또는 튜브로 연결하는 단계; 및
상기 제어 장치로 상기 메인 개폐부 개폐, 상기 가스 포집부 개폐부, 및 상기 진공 펌프 개폐부를 각각 조절하여, 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템을 이용하여, 상기 가스 포집 장치에 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법은:
상기 이차 전지와 상기 가스 포집 장치를 상기 관 또는 튜브로 연결하는 단계; 및
상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 지그를 사용하지 않고도 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 작업자가 원하는 구간(충전 구간, 시간, 공정, SOC, 온도, 등)별로 직접적으로 포집할 수 있고, 이차 전지의 과충전, 발화/폭발 및 이차 전지 상승에 따른 위험으로부터 작업자의 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 시스템(1)의 개념도를 도시한다.
도 2a는 도 1에 따른 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치(10)를 예시적으로 구현한 경우의 도면을 도시하고, 도 2b는 도 2a의 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치(10)의 구성요소 일부를 도시한다.
도 3a는 도 1에 따른 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치(10)를 사용하는 경우에서 원하는 가스 포집 구간을 예시적으로 보여주는 그래프이고, 도 3b는 도 3a의 실험예에서 원하는 구간 별 포집된 가스의 조성 및 함량 분석 결과를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치, 시스템 및 포집 방법을 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치(10)를 포함하는 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 시스템(1)의 개념도를 도시하고, 도 2a는 도 1에 따른 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치(10)를 예시적으로 구현한 경우의 도면을 도시하고, 도 2b는 도 2a의 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치(10)의 구성요소 일부를 도시한다.
먼저 도 1을 참조하면, 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 시스템(1)은 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치(10), 이차 전지(20), 이차 전지(20)와 가스 포집 장치(10)를 연결하는 관 또는 튜브(30), 진공 펌프(40), 및 제어 장치(미도시)를 포함한다. 이차 전지(20)의 예로서는 리튬 이차 전지, 전고체 이차 전지, 리튬 메탈 이차 전지 등이 있다.
이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치(이하, '가스 포집 장치'라 한다)(10)는 가스 포집부(100), 가스 포집부 개폐부(110), 메인(main) 개폐부(120), 연결 부재(130), 제 1 압력 센서(140), 제 2 압력 센서(150), 및 진공 펌프 개폐부(160)를 포함한다.
가스 포집부(100)는 이차 전지(20, 도 2a 참조)로부터 원하는 구간 동안에 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집할 수 있다. 가스 포집부(100)는 소정의 부피를 갖는 관 형상일 수 있지만, 본 발명은 도 1에 도시된 형상에 한정되지 않고 내부에 가스를 포집할 수 있는 공간을 구비할 수 있는 범위 내에서 다양한 변형, 변경이 가능하다. 가스 포집부 개폐부(110)의 재질은 스테인리스 스틸, 테플론, 금속, 플라스틱 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 포집부(100)의 가스를 포집할 수 있는 내부 공간의 부피는 예를 들어 1 ml 내지 1000 ml 일 수 있다. 가스 포집 장치(10)는 가스 포집부(100)에 연결되고 가스 포집부(100)를 개폐하는 가스 포집부 개폐부(110)를 추가로 포함할 수 있다. 가스 포집부 개폐부(110)는 예를 들면 다이아프램 밸브(diaphragm valve), 볼 밸브(ball valve), 또는 니들 밸브(needle valve), 등일 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 가스 포집부(100)를 개폐(onen/close)할 수 있는 밸브 등의 개폐 부재들로 다양한 변형, 변경이 가능하다.
본 발명에 따른 가스 포집 장치(10)는 적어도 하나의 가스 포집부(100)를 포함할 수 있다. 도 2a에 도시한 바와 같이, 복수 개의 가스 포집부들(1001, 1002, ... 100n) 및 각각의 가스 포집부(100)에 연결된 가스 포집부 개폐부들(1101, 1102, ... 110n)을 포함할 수도 있어서, 원하는 구간 별로, 예를 들면 이차 전지(20)의 충전 구간 별로 이차 전지(20)에서 발생하는 가스를 구분하여 각각의 가스 포집부들(1001, 1002, ... 100n)에 저장할 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면, 이차 전지(20)의 첫 번째 충전 구간(초기 충전 구간)에는 제 1 가스 포집부 개폐부(1101)를 개방하고 나머지 가스 포집부 개폐부들(1002, ... 100n)은 폐쇄하여 제 1 가스 포집부(1001)에만 이차 전지(20)의 첫 번째 충전 구간에서 발생하는 가스를 포집하고, 이차 전지(20)의 두 번째 충전 구간에는 제 1 가스 포집부 개폐부(1101)를 폐쇄하고 제 2 가스 포집부 개폐부(1102)만을 개방하여 제 2 가스 포집부(1002)에만 이차 전지(20)의 두 번째 충전 구간에서 발생하는 가스를 포집하고, 이차 전지(20)의 마지막 충전 구간에는 제 n의 가스 포집부 개폐부(110n)만 개방하여 제 n의 가스 포집부(100n)에만 이차 전지(20)의 마지막 충전 구간에서 발생하는 가스를 포집할 수 있다. 본 발명은 상술한 것에 한정되지 않고, 각 충전 구간이나, 공정 단계에 맞추어 개방되는(즉, 가스가 포집되는) 가스 포집부(100)의 개수를 조절할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 가스 포집부 개폐부(110)의 개폐를 작업자가 직접 조절할 수도 있지만, 적어도 하나의 가스 포집부 개폐부(110)가 제어 장치(미도시)에 연결되어 작업자가 원격으로 가스 포집부 개폐부(110)를 개폐할 수도 있고 제어 장치에 작업자가 미리 설정한 대로 가스 포집부 개폐부(110)의 개폐가 자동으로 제어될 수도 있다.
또한, 가스 포집 장치(10)는 적어도 하나의 가스 포집부(100)에 연결되는 메인 개폐부(120)를 포함한다. 메인 개폐부(120)는 후술할 관 또는 튜브(30)를 통해 이차 전지(20)에 연결되고, 가스 포집 장치(10)의 관 또는 튜브(30)으로의 연결을 개방하거나 폐쇄할 수 있다. 메인 개폐부(120)는 예를 들어 밸브일 수 있고, 또는 예를 들어 다이아프램 밸브(diaphragm valve), 볼 밸브(ball valve), 또는 니들 밸브(needle valve), 등일 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 개폐(onen/close)기능을 갖는 개폐 부재들로 다양한 변형, 변경이 가능하다. 상술한 바와 같이, 가스 포집부(100)에 가스 포집부 개폐부(110)가 연결된 경우에는, 적어도 하나의 가스 포집부 개폐부(110)에 메인 개폐부(120)가 연결된다. 또한, 도 2a에 도시된 바와 같이, 가스 포집부(100)와 메인 개폐부(120) 사이에는, 가스 포집부(100)와 메인 개폐부(120)를 연결하는 연결 부재(130)를 더 포함할 수도 있다. 연결 부재(130)는 복수 개의 가스 포집부들(1001, 1002, ... 100n)을 연결할 수도 있다. 또한, 연결 부재(130)에 가스 포집부 개폐부(110), 후술할 제 2 압력 센서(150) 등이 위치할 수 있다. 연결 부재(130)는 관, 튜브, 니플(nipple), 스테인리스 튜빙(Sus tubing), 테플론 튜빙(teflon tubing), 너트(nut), 페럴(ferrule), 유니온(union) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
메인 개폐부(120)에는 이차 전지(20)에 직접적으로 연결되는 관 또는 튜브(30)가 연결될 수 있다. 즉, 관 또는 튜브(30)는 이차 전지(20)와 가스 포집 장치(10)를 직접적으로 연결하여, 이차 전지(20) 내부에서 발생되는 가스가 관 또는 튜브(30)를 통해 가스 포집 장치(10)로 이동한다. 이차 전지(20)에 가스 포집 장치(10)를 연결할 때, 지그(jig)를 사용하지 않는다. 이차 전지(20)는 관 또는 튜브(30)를 이차 전지(20)에 직접적으로 설치할 수 있도록 하는 포트(port)를 구비할 수 있다. 관 또는 튜브(30)를 연결할 수 있도록 이차 전지(20)에 구비될 수 있는 포트는, 이차 전지(20)를 관 또는 튜브(30)를 연결할 수 있는 것이면 충분하다.
메인 개폐부(120)와 관 또는 튜브(30)가 연결되는 부분 또는 관 또는 튜브(30)의 중간에 제 1 압력 센서(140)가 연결될 수 있다. 제 1 압력 센서(140)로 이차 전지(20)의 내부에서 발생하는 가스량의 증감에 따른 압력 변화를 확인할 수 있다. 또한, 메인 개폐부(120)와 가스 포집부(100) 사이에 제 2 압력 센서(150)가 연결될 수 있다. 제 2 압력 센서(150)로 가스 포집 장치(10)의 내부의 압력 변화를 확인할 수 있다. 가스 포집부(100)에 가스 포집부 개폐부(110)가 연결된 경우에는, 메인 개폐부(120)와 가스 포집부 개폐부(110) 제 2 압력 센서(150)가 연결될 수 있다. 가스 포집 장치(10)가 연결 부재(130)를 더 포함하는 경우에는, 도 2a에 도시된 바와 같이 연결 부재(130)에 제 2 압력 센서(150)가 위치할 수도 있다.
또한, 가스 포집 장치(10)는 이차 전지(20)의 내부 및 가스 포집 장치(10)의 내부의 가스(간섭 가스 또는 불필요한 가스, 등)를 제거할 수 있는 진공 펌프(40)를 더 포함할 수 있다. 진공 펌프(40)는 가스 포집부(100)에 연결될 수 있다. 가스 포집부(100)에 가스 포집부 개폐부(110)가 연결된 경우에는, 가스 포집부 개폐부(110)에 진공 펌프(40)가 연결될 수 있다. 가스 포집부(100) 및/또는 가스 포집부 개폐부(110)에 연결 부재(130)가 연결된 경우에는, 연결 부재(130)에 진공 펌프(40)가 연결될 수 있다. 가스 포집 장치(10)는 진공 펌프(40)와 연결되는 부분에, 가스 포집 장치(10)와 진공 펌프(40)와의 연결을 개폐하는 진공 펌프 개폐부(160)를 더 포함할 수 있다. 또는, 진공 펌프(40)의 전단에 진공 펌프 개폐부(160)를 위치시킬 수도 있다. 진공 펌프 개폐부(160)는 예를 들어 밸브일 수 있고, 또는 예를 들어 다이아프램 밸브(diaphragm valve), 볼 밸브(ball valve), 또는 니들 밸브(needle valve) 등일 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 개폐(onen/close)기능을 갖는 개폐 부재들로 다양한 변형, 변경이 가능하다.
본 발명에 따르면, 상술한 바와 같이, 작업자는 도 1 및 도 2a의 가스 포집 장치(10)를 이차 전지(20)에 관 또는 튜브(30)로 연결하여 가스 포집부 개폐부(110) 및/또는 메인 개폐부(120) 및/또는 진공 펌프 개폐부(160)를 조절하여 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 작업자가 원하는 구간(충전 구간, 시간, 공정, SOC, 온도, 등)별로 포집할 수 있다. 이차 전지(20) 내부에서 발생하여 가스 포집부(100)에 포집된 가스는 작업자가 GC/FID, TCD, MSD 등을 이용하여 정성 및 정량 분석에 이용될 수 있다. 이 때, 가스 포집부 개폐부(110), 메인 개폐부(120), 및 진공 펌프 개폐부(160)의 각각 개폐는 제어 장치(미도시)에 원격으로 의하여 제어될 수도 있다.
또한, 이차 전지(20)는 방폭 챔버의 내부에 설치하고, 가스 포집 장치(10)는 방폭 챔버의 외부에 설치하여, 이차 전지의 충방전, 과충전, 고온 노출 적용 이차 전지에 대한 가스 포집 시 직접적인 연구원 접촉을 최소화할 수 있다. 따라서, 이차 전지 발화/폭발 및 이차 전지 온도 상승의 위험으로부터 연구원과 가스 포집 장치(10)의 안전성을 확보할 수 있다. 추가로, 상술한 바와 같이, 제어 장치로 가스 포집부 개폐부(110) 및/또는 메인 개폐부(120) 및/또는 진공 펌프 개폐부(160)를 원격으로 제어할 수 있으므로, 연구원의 안전성을 더욱 확보할 수 있다.
이하, 본 발명에 따르면, 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 시스템을 이용하여 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 방법을 제공할 수 있다.
먼저, 이차 전지(20)의 포트와 가스 포집 장치(10)를 관 또는 튜브(30)로 직접적으로 연결한다(단계 1). 직접적으로 연결한다는 의미는 이차 전지(20)와 가스 포집 장치(10) 사이를 지그(jig) 등을 사용하지 않고 연결한다는 의미이다. 이 때, 이차 전지(20)는 방폭 챔버 내부에 설치될 수 있고, 가스 포집 장치(10)는 방폭 챔버 외부에 설치될 수 있다.
단계 1의 이차 전지(20)와 가스 포집 장치(10)를 관 또는 튜브(30)로 직접적으로 연결하는 단계는, 관 또는 튜브(30)에 메인 개폐부(120)를 장착하는 단계를 포함한다(단계 1a). 하나의 가스 포집부(100)만이 필요한 경우에는, 하나의 가스 포집부(100)에 메인 개폐부(120)를 연결하여 관 또는 튜브(30)에 연결할 수도 있다. 또한, 복수 개의 가스 포집부(1001, 1002, ... 100n)들이 필요한 경우에는, 각각의 가스 포집부(1001, 1002, ... 100n)를 메인 개폐부(120)에 연결할 수 있다. 추가적으로, 가스 포집부(100; 1001, 1002, ... 100n)와 메인 개폐부(120) 사이를 연결 부재(130)로 연결할 수도 있다.
또한, 단계 1의 이차 전지(20)와 가스 포집 장치(10)를 관 또는 튜브(30)로 직접적으로 연결하는 단계는, 가스 포집부(100)에도 가스 포집부 개폐부(110)를 장착하는 단계를 포함할 수 있다(단계 1b). 하나의 가스 포집부(100)만이 필요한 경우에는, 하나의 가스 포집부(100)에 가스 포집부 개폐부(110)를 장착할 수 있다. 또한, 복수 개의 가스 포집부(1001, 1002, ... 100n)들이 필요한 경우에는, 각각의 가스 포집부(1001, 1002, ... 100n)에 각각의 가스 포집부 개폐부(1101, 1102, ... 110n)를 연결할 수 있다.
또한, 단계 1의 이차 전지(20)와 가스 포집 장치(10)를 관 또는 튜브(30)로 직접적으로 연결하는 단계는, 가스 포집부(100)를 진공 펌프(40)와 연결하는 단계를 포함할 수 있다(단계 1c). 가스 포집부(100)와 진공 펌프(40) 사이에 진공 펌프 개폐부(160)를 더 포함할 수 있다.
단계 1a 내지 단계 1c는 순서에 관계 없다. 즉, 단계 1a 내지 단계 1c 중 어느 하나의 단계를 먼저 수행한 다음, 단계 1a 내지 단계 1c 중 다른 하나의 단계를 수행하고, 나머지 하나의 단계를 수행할 수 있다.
다음, 가스 포집부 개폐부(110), 메인 개폐부(120), 및 진공 펌프 개폐부(160)의 각각 개폐를 조절하여 이차 전지(20) 내부에서 발생하는 가스를 가스 포집부(100)에 포집한다(단계 2). 이 때, 이차 전지(20) 내부에서 발생하는 가스를 작업자가 원하는 구간(충전 구간, 시간, 공정, SOC, 온도, 등)별로 포집할 수 있다. 또한, 가스 포집부 개폐부(110), 메인 개폐부(120), 및 진공 펌프 개폐부(160)의 각각 개폐는 상술한 바와 같이, 제어 장치에 의하여 제어될 수도 있다. 제어 장치는 이차 전지(20)가 놓여진 방폭 챔버로부터 멀리 설치하여 작업자의 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 단계 2의 가스를 가스 포집부(100)에 포집하는 단계는 진공 펌프 개폐부(160)의 개폐를 조절하여 가스 포집부(100)를 진공감압하는 단계(단계 2a)를 더 포함할 수 있다.
실험예
도 3a는 도 1에 따른 가스 포집 장치(10)를 사용하는 경우에서 원하는 가스 포집 구간을 예시적으로 보여준다. 즉, 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 원하는 SOC 구간별로(충전시간에 대응) 포집할 때의 원하는 가스 포집 구간들과 각 구간에서의 이차 전지의 전압과 온도를 나타낸다. 도 3a의 점선은, 원하는 가스 포집 구간들로서, SOC 구간들을 구분하여 나타낸다.
도 3b는 도 3a의 실험예에서 원하는 구간 별 포집된 가스의 조성 및 함량 분석 결과를 예시적으로 보여준다. SOC 구간별(100 ~ 125, 125 ~ 127, 127 ~ 129, 129 ~ 131, 131~ 133, 133 ~ 135, 135 ~ 136, 136 ~ 137)로 포집한 가스를 정성 및 정량 분석한 결과를 나타낸다. 구체적으로는, 도 3a의 실험예에서 SOC 구간별로 포집한 가스를 GC/FID, TCD를 이용하여, 탄화 수소(hydrocarbon)(C1 ~ C3) 및 가스(H2, CO2, CO, O2, N2)에 대해 정량 분석한 결과를 보여준다.
본 발명의 명세서에서, "연결"이라는 용어는 구성요소들 간에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 구성요소들 간에 다른 구성요소를 경유하여 연결되어 있을 수도 있음을 포함하는 의미이다.
상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야에서의 통상의 기술자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구 범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 시스템
10: 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치
20: 이차 전지
30: 관 또는 튜브
40: 진공 펌프
100: 가스 포집부
110: 가스 포집부 개폐부
120: 메인 개폐부
130: 연결 부재
140: 제 1 압력 센서
150: 제 2 압력 센서
160: 진공 펌프 개폐부

Claims (18)

  1. 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 장치에 있어서:
    상기 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 복수의 가스 포집부;
    적어도 하나의 가스 포집부에 연결된 메인 개폐부로서, 상기 가스 포집 장치는 상기 이차 전지에 관 또는 튜브로 연결되고, 상기 메인 개폐부는 상기 가스 포집 장치의 상기 관 또는 튜브로의 연결을 개폐하는, 상기 메인 개폐부;
    상기 메인 개폐부와 상기 관 또는 튜브 사이에 위치하고 상기 이차 전지의 내부의 가스량 증감에 따른 압력 변화를 감지할 수 있는 제 1 압력 센서;
    상기 적어도 하나의 가스 포집부에 연결되고 상기 장치의 내부의 압력 변화를 감지할 수 있는 제 2 압력 센서; 및
    상기 복수의 가스 포집부와 상기 메인 개폐부 사이에 상기 복수의 가스 포집부와 상기 메인 개폐부를 연결하는 연결 부재를 포함하고,
    상기 연결 부재에 상기 제2 압력 센서 및 진공 펌프가 연결되며,
    상기 연결 부재는 관, 튜브, 니플(nipple), 스테인리스 튜빙(Sus tubing), 테플론 튜빙(teflon tubing), 너트(nut), 페럴(ferrule), 유니온(union) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서의 적어도 하나를 포함하고,
    상기 가스 포집 장치는 상기 이차 전지에 상기 관 또는 튜브로 연결되어 상기 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하며,
    상기 이차전지에는 상기 이차 전지와 상기 관 또는 튜브의 연결을 위한 포트가 구비되고,
    상기 복수의 가스 포집부 각각에 연결되어 상기 가스 포집부 각각을 개폐하는 복수의 가스 포집부 개폐부를 더 포함하며,
    상기 이차 전지의 상태 변화에 따라 정의되는 복수의 가스 포집 구간마다 다른 상기 가스 포집부 개폐부가 개방되며,
    상기 이차 전지의 상태 변화로서 상기 가스 포집 구간의 각 경계를 결정하는 변수는 상기 이차 전지의 온도, 전압, SOC, 충전시간 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가스 포집 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 포집부 개폐부는 상기 가스 포집부와 상기 메인 개폐부 사이 및 상기 가스 포집부와 상기 제 2 압력 센서 사이에 위치하는, 가스 포집 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 포집 장치는:
    상기 가스 포집 장치의 내부 및 상기 이차 전지의 내부의 간섭 가스를 제거할 수 있는 진공 펌프에 연결될 수 있고;
    상기 진공 펌프와의 연결을 개폐할 수 있는 진공 펌프 개폐부를 더 포함하는, 가스 포집 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 포집부는 관 형상인, 가스 포집 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 포집부의 재질은 스테인리스 스틸, 테플론, 금속, 플라스틱 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는, 가스 포집 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 포집부의 내부 공간의 부피는 1 ml 내지 1000 ml인, 가스 포집 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 포집부 개폐부는 다이아프램 밸브(diaphragm valve), 볼 밸브, 또는 니들 밸브(needle valve)인, 가스 포집 장치.
  9. 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템에 있어서:
    제 1 항에 따른 가스 포집 장치;
    상기 가스 포집 장치와 상기 이차 전지를 연결하는 상기 관 또는 튜브;
    상기 가스 포집 장치의 내부 및 상기 이차 전지의 내부의 간섭 가스를 제거할 수 있는 진공 펌프; 및
    상기 메인 개폐부의 개폐를 제어할 수 있는 제어 장치를 포함하고,
    상기 이차 전지는 방폭 챔버 내부에 위치하고,
    상기 가스 포집 장치, 상기 진공 펌프, 및 상기 제어 장치는 상기 방폭 챔버의 외부에 위치하는, 가스 포집 시스템.
  10. 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템에 있어서:
    제 2 항에 따른 가스 포집 장치;
    상기 가스 포집 장치와 상기 이차 전지를 연결하는 상기 관 또는 튜브;
    상기 가스 포집 장치의 내부 및 상기 이차 전지의 내부의 간섭 가스를 제거할 수 있는 진공 펌프; 및
    상기 메인 개폐부 및 상기 가스 포집부 개폐부의 개폐를 각각 제어할 수 있는 제어 장치를 포함하고,
    상기 이차 전지는 방폭 챔버 내부에 위치하고,
    상기 가스 포집 장치, 상기 진공 펌프, 및 상기 제어 장치는 상기 방폭 챔버 외부에 위치하는, 가스 포집 시스템.
  11. 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템에 있어서:
    제 4 항에 따른 가스 포집 장치;
    상기 가스 포집 장치와 상기 이차 전지를 연결하는 상기 관 또는 튜브;
    상기 가스 포집 장치의 내부 및 상기 이차 전지의 내부의 간섭 가스를 제거할 수 있는 진공 펌프; 및
    상기 메인 개폐부, 상기 가스 포집부 개폐부, 및 상기 진공 펌프 개폐부의 개폐를 각각 제어할 수 있는 제어 장치를 포함하고,
    상기 이차 전지는 방폭 챔버 내부에 위치하고,
    상기 가스 포집 장치, 상기 진공 펌프, 및 상기 제어 장치는 상기 방폭 챔버 외부에 위치하는, 가스 포집 시스템.
  12. 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템에 있어서:
    제 1 항 또는 제 2 항에 따른 가스 포집 장치;
    상기 가스 포집 장치와 상기 이차 전지를 연결하는 상기 관 또는 튜브; 및
    상기 가스 포집 장치의 내부 및 상기 이차 전지의 내부의 간섭 가스를 제거할 수 있는 진공 펌프를 포함하는, 가스 포집 시스템.
  13. 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템에 있어서:
    제 4 항에 따른 가스 포집 장치;
    상기 가스 포집 장치와 상기 이차 전지를 연결하는 상기 관 또는 튜브; 및
    상기 가스 포집 장치의 내부 및 상기 이차 전지의 내부의 간섭 가스를 제거할 수 있는 진공 펌프를 포함하는, 가스 포집 시스템.
  14. 제 9 항에 따른 가스 포집 시스템을 이용하여, 상기 가스 포집 장치에 상기 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법에 있어서:
    상기 이차 전지와 상기 가스 포집 장치를 상기 관 또는 튜브로 연결하는 단계; 및
    상기 제어 장치로 상기 메인 개폐부 개폐를 조절하여, 상기 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하는 단계를 포함하는, 가스 포집 방법.
  15. 제 10 항에 따른 가스 포집 시스템을 이용하여, 상기 가스 포집 장치에 상기 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법에 있어서:
    상기 이차 전지와 상기 가스 포집 장치를 상기 관 또는 튜브로 연결하는 단계; 및
    상기 제어 장치로 상기 메인 개폐부 및 상기 가스 포집부 개폐부의 개폐를 각각 조절하여, 상기 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하는 단계를 포함하는, 가스 포집 방법.
  16. 제 11 항에 따른 가스 포집 시스템을 이용하여, 상기 가스 포집 장치에 상기 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법에 있어서:
    상기 이차 전지와 상기 가스 포집 장치를 상기 관 또는 튜브로 연결하는 단계; 및
    상기 제어 장치로 상기 메인 개폐부 개폐, 상기 가스 포집부 개폐부, 및 상기 진공 펌프 개폐부를 각각 조절하여, 상기 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하는 단계를 포함하는, 가스 포집 방법.
  17. 제 12 항에 따른 가스 포집 시스템을 이용하여, 상기 가스 포집 장치에 상기 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법에 있어서:
    상기 이차 전지와 상기 가스 포집 장치를 상기 관 또는 튜브로 연결하는 단계; 및
    상기 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하는 단계를 포함하는, 가스 포집 방법.
  18. 제 13 항에 따른 가스 포집 시스템을 이용하여, 상기 가스 포집 장치에 상기 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법에 있어서:
    상기 이차 전지와 상기 가스 포집 장치를 상기 관 또는 튜브로 연결하는 단계; 및
    상기 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하는 단계를 포함하는, 가스 포집 방법.
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