KR102291156B1 - 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치 및 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사방법 - Google Patents
파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치 및 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전극 탭의 폭 방향으로 이동하는 전극 손상 검사기의 이동 속도를 서로 다르게 함으로써, 전기 탭의 폭을 따라 서로 다른 크기로 발생하여 전기 탭의 폭 방향으로 이동하면서 측정하고자 하는 유도 기전력의 크기에 영향을 주는 맴돌이전류의 간섭을 최소로 할 수 있는 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치 및 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사 방법을 제안하는 것에 있다. 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사방법은, 판정기준면적 설정단계 및 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사단계를 수행한다.
Description
본 발명은 파우치형 2차 전지의 전극 손상 여부를 검사하는 검사장치에 관한 것으로, 특히, 전극 탭의 폭 방향으로 이동하는 전극 손상 검사기의 이동 속도를 서로 다르게 함으로써, 전기 탭의 폭을 따라 서로 다른 크기로 발생하여 전기 탭의 폭 방향으로 진행하면서 측정하고자 하는 유도 기전력의 크기에 영향을 주는 맴돌이전류의 간섭을 최소로 할 수 있는 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치 및 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사 방법에 관한 것이다.
충전 가능한 2차 전지는 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용된다. 특히, 대기 오염 발생의 주범이 되는 화석연료인 가솔린이나 디젤 등을 사용하는 차량을 대체하는 하이브리드 자동차, 플러그-인 하이브리드 전기 자동차 및 전기자동차 등의 동력원으로 주목받고 있다. 이외에도 고출력이 요구되는 파워 툴(power tool), 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter), 전기 골프 카트(electric golf cart) 및 전력 저장용 시스템에도 사용되고 있다.
2차 전지는 전해액의 종류에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 및 리튬 폴리머 전지 등으로 구분할 수 있으며, 외형에 따라 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지고 구분될 수 있다. 이들 중 형태의 변형이 용이하고 중량이 작은 파우치형 전지에 관심이 집중되고 있다.
2차 전지는 복수의 전극들과 분리막으로 구성된 전극 조립체가 비수계 전해액과 함께 전지 케이스에 내장된 상태에서, 전지케이스가 밀봉된 구조를 기본으로 하며, 전극조립체에 형성된 복수의 전극 탭이 전극 리드로 결합하고, 이 전극 리드가 전지케이스 내부로부터 외부로 돌출된 구조로 이루어진다. 전극 리드와 전극 탭은 니켈, 알루미늄, 구리, 납과 같은 전기전도성의 금속 소재로 이루어지는데, 용접이나 솔더링 등의 방법으로 전극 리드와 전극 탭을 결합한다.
전극조립체는 복수의 양극 전극 및 음극 전극을 쌓아 놓은 형태를 가진다. 각 전극에 형성되는 복수의 탭은 한 장의 전극 리드와의 전기적으로 연결된다. 복수의 전극 탭이 전극 리드와 용접될 때 전극 탭에 가해지는 장력에 의해 인장이 발생하면서 15㎛ 정도로 두께가 매우 얇은 전극 탭에 크랙(Crack)이 생기거나 찢어지는 현상이 발생하게 된다.
이외에도 다양한 원인으로 전극 탭에 손상이 발생하게 되는데, 손상에 대해서는 X선 검사나 컴퓨터 단층촬영과 같이 검사 방식이 가능한데, 이러한 방식은 한편으로는 상당한 비용을 발생하게 되며, 다른 한편으로는 파우치형 2차 전기 한 개당 약 15분(minutes) 정도의 검사시간이 소요되기 때문에 양산 라인의 검사기로는 실용화가 선정되기에는 단점이 많다.
따라서, 전극 탭의 폭 방향으로 이동하면서 유도 기전력의 크기를 측정하고, 측정된 유도 기전력의 크기(진폭)로부터 전극 탭의 손상 여부를 판정하는 기술이 제안되었다. 예를 들어, 약 50㎜의 두께는 가지는 전극 탭의 양쪽 끝단에서 유도되는 기전력과 중앙부분에서 유도되는 기전력은 차이가 있는데, 이는 전극 탭에서 발생하는 맴돌이 전류(Eddy Current) 때문이다.
따라서, 전극 탭의 손상 여부를 검사할 때에는, 전극 탭의 폭의 진행방향에 따라 서로 다른 맴돌이 전류에 의해 영향을 받는 유도 기전력의 차이를 감안하여야 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전극 탭의 폭 방향으로 이동하는 전극 손상 검사기의 이동 속도를 서로 다르게 함으로써, 전기 탭의 폭을 따라 서로 다른 크기로 발생하여 전기 탭의 폭 방향으로 이동하면서 측정하고자 하는 유도 기전력의 크기에 영향을 주는 맴돌이전류의 간섭을 최소로 할 수 있으며, 실제로 손상이 가장 많이 발생하는 전기 탭의 양쪽 가장자리에서의 검사를 정밀하게 할 수 있는 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치 및 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사 방법을 제안하는 것에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치는, 파우치형 시트케이스에 밀봉된 상태로 내장되는 복수의 전극조립체, 상기 복수의 전극조립체의 전극 탭과 전기적으로 연결되고 상기 시트케이스의 외부로 연장되는 전극 리드를 포함하는 2차 전지의 전극 손상을 검사하는 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치로써, 전극 손상 검사기, 검사기 이동 제어기 및 손상 판정기를 포함한다. 상기 전극 손상 검사기는 상기 전극 탭의 상부 또는 하부에서 상기 전극 탭의 하부 또는 상부 방향으로 유도되는 유도 기전력을 측정한다. 상기 검사기 이동 제어기는 상기 전극 손상 검사기를 미리 설정한 최적 이동 속도로 상기 전극 탭의 폭 방향으로 이동시킨다. 상기 손상 판정기는 상기 전극 손상 검사기에서 측정한 유도 기전력 신호를 가공하여 얻은 측정분포면적과 미리 설정한 판정기준면적을 비교하여 상기 전극 탭의 손상 여부를 판정한다. 상기 최적 이동 속도는, 상기 전기 탭의 양측에서 중앙부로 갈수록 이동속도가 증가하도록 설정된다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사 방법은, 청구항 제2항에 기재된 상기 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치를 이용하여 파우치형 2차 전지의 전극의 손상을 검사하는 방법으로서, 판정기준면적 설정단계 및 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사단계를 수행한다.
상기 판정기준면적 설정단계에서는 상기 파우치형 2차 전지의 전극 손상의 판정의 기준이 되는 판정기준면적을 설정한다. 상기 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사단계에서는 시료가 되는 파우치형 2차 전지의 전극 탭에서 측정한 유도 기전력에 대응하는 측정분포곡선으로부터 연산하여 얻은 측정분포면적을 상기 판정기준면적과 비교하여 시료의 정상 및 불량을 판정한다.
특히, 상기 판정기준면적 설정단계에서는, 유도 기전력 측정 단계, 측정결과 판단단계, 판정기준 설정단계 및 이동 속도 변경단계를 수행한다.
상기 유도 기전력 측정 단계에서는 상기 전극 손상 검사기가 시료의 전극 탭의 폭 방향으로 선정된 이동 속도로 이동하면서 유도 기전력을 측정한다. 상기 측정결과 판단단계에서는 상기 유도 기전력 측정 단계에서 측정한 유도 기전력의 진폭이 미리 설정한 기준 범위에 포함되는가를 판단한다. 상기 판정기준 설정단계에서는 상기 측정결과 판단단계에서의 판단 결과 상기 유도 기전력 측정 단계에서 측정한 유도 기전력의 진폭이 미리 설정한 범위에 포함되는 경우에는 상기 유도 기전력 측정 단계에서 적용한 상기 전극 손상 검사기의 이동 속도를 최적 이동속도로 설정하고, 상기 유도 기전력 측정 단계에서 측정한 유도 기전력에 대응하는 측정분포곡선을 정규분포식 연산을 활용하여 계산한 결과를 판정기준면적으로 설정한다. 상기 이동 속도 변경단계에서는 상기 측정결과 판단단계에서의 판단 결과 상기 유도 기전력 측정 단계에서 측정한 유도 기전력의 진폭이 미리 설정한 범위에 포함되지 않는 경우에는 상기 전극 손상 검사기의 이동 속도를 변경한 후 상기 유도 기전력 측정 단계를 수행한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치 및 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사방법은, 전극 탭의 폭 방향으로 이동하는 전극 손상 검사기의 이동 속도를 서로 다르게 함으로써, 한편으로는 전기 탭의 폭을 따라 서로 다른 크기로 발생하여 전기 탭의 폭 방향으로 진행하면서 측정하고자 하는 유도 기전력의 크기에 영향을 주는 맴돌이전류의 간섭을 최소로 할 수 있고 다른 한편으로는 전기 탭의 양쪽 끝 부분에서의 검사를 정밀하게 할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치의 일 실시 예를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치를 이용하여 수행하는 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사방법을 나타낸다.
도 3은 파우치형 2차 전지의 전극 탭의 폭 방향으로 전극 손상 검사기를 일정한 속도로 이동하면서 측정한 측정분포곡선을 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사방법을 구성하는 이동속도 사전 설정단계를 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치 및 검사방법을 이용하여 검사의 대상이 되는 파우치형 2차 전지의 판정 방법을 설명한다.
도 6은 저주파 전류를 이용하여 파우치형 2차 전지의 전극 탭의 폭 방향으로 전극 손상 검사기를 일정한 속도로 이동하면서 측정한 측정분포곡선을 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치를 이용하여 수행하는 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사방법을 나타낸다.
도 3은 파우치형 2차 전지의 전극 탭의 폭 방향으로 전극 손상 검사기를 일정한 속도로 이동하면서 측정한 측정분포곡선을 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사방법을 구성하는 이동속도 사전 설정단계를 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치 및 검사방법을 이용하여 검사의 대상이 되는 파우치형 2차 전지의 판정 방법을 설명한다.
도 6은 저주파 전류를 이용하여 파우치형 2차 전지의 전극 탭의 폭 방향으로 전극 손상 검사기를 일정한 속도로 이동하면서 측정한 측정분포곡선을 설명한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치의 일 실시 예를 나타낸다.
도 1a는 본 발명에 따른 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치와 테이블의 상부에 위치하는 파우치형 2차 전지의 사시도이며, 도 1b는 도 1a의 절단 평면(A)에서의 단면도를 각각 나타내며, 도 1c는 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치의 구성을 각각 나타낸다.
도 1a를 참조하면, 테스트 보조용 테이블(60) 위에는 검사의 대상이 되는 파우치형 2차 전지(10)가 놓여 있고, 파우치형 2차 전지(10)의 일 측면(도 1a에서는 우측)에 위치하는 본 발명에 따른 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치(100)가 파우치형 2차 전지(10)를 구성하는 전극 탭(25)을 따라 도면의 좌측 상부에서 우측 하부 방향(점선 화살표 참조)으로 이동하면서 전극 탭(25)의 손상 여부를 검사한다는 것을 알 수 있다. 여기서 전극 탭(25)의 손상 여부는, 실제로는 후술하는 용접 부분의 불량 여부가 될 것이다.
도 1을 참조하면, 파우치형 2차 전지(10)는 전극 조립체(20), 시트케이스(30) 및 전극 리드(40)로 구성된다는 것을 알 수 있다.
전극 조립체(20)는 파우치형 2차 전지(10)의 가장자리에 설치된 복수의 양극 판(21)과 복수의 음극 판(22) 그리고 양극 판(21)과 음극 판(22) 사이에 각각 위치하는 분리막(23)으로 구성된다. 복수의 양극 판(21) 각각의 일 측의 종단 일정 영역(25a, 이하 제1 전극 탭)은 오버랩된 상태로 용접(WD)되어 서로 전기적으로 연결되며, 복수의 음극 판(22)의 각각의 일 측의 종단(미도시)의 일정 영역(25b, 제2 전극 탭; 미도시)도 오버랩된 상태로 용접되어 서로 전기적으로 연결된다.
복수의 양극 판(21), 복수의 음극 판(22) 및 복수의 분리막(23)이 순서대로 쌓여 있는 구조이므로, 전극 탭(25a, 25b)은 각각의 전극 판(21, 22)의 종단이 일정 각도 절곡 한 후 이들을 한 묶음으로 용접하는 것이 바람직하다. 도 1b를 참조하면, 전극 탭(25a, 25b)에는 분리막(23)이 없다는 것을 알 수 있다.
전극 탭(25a, 25b)은 전극 리드(40)와 전기적으로 결합하는데, 설명의 편의를 위해 양극 판(21)의 전극 탭(25a)과 결합하는 전극 리드의 부재 번호는 40a, 음극 판(22)의 전극 탭(25b)과 결합하는 전극 리드의 부재번호는 40b라고 가정한다. 전극 조립체(20)는 시트케이스(30)의 내부에 밀봉 상태로 내장되는 것이 바람직하다. 도 1b에는 전극 조립체(20)를 구성하는 2개의 전극 리드(40a, 40b)의 일부는 시트케이스(30)의 내부에 위치하고 나머지 일부는 시트케이스(30)의 외부로 돌출하여 위치하도록 한 실시 예가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치(100)는, 전극 손상 검사기(110), 검사기 이동 제어기(120), 손상 판정기(130) 및 제어기(140)를 구비한다는 것을 알 수 있다.
전극 손상 검사기(110)는 전극 탭(25)의 상부 또는 하부에서 전극 탭(25)의 하부 또는 상부 방향으로 유도되는 유도 기전력을 측정한다. 설명의 편의를 위해 양극 전극 탭(25a)의 전극 손상을 검사하는 것에 대해서만 설명하고, 이 설명을 음극 전극 탭(25b)의 전극 손상을 검사하는 방식의 설명으로 갈음한다.
전극 손상 검사기(110)는 전극 탭(25a)의 상부에 위치하여 자기장을 생성하여 전극 탭(25a)의 하부방향으로 전송하는 송신부(110a)와 전극 탭(25a)의 하부에 위치하여 송신부(110a)에서 전송하여 전극 탭(25a)을 관통한 자기장으로부터 유도되는(전자기 유도 현상) 유도기전력을 측정하는 수신부(110b)로 구성한다.
본 발명에서 사용하고자 하는 자기유도 방식은 본 발명에서 제안하는 기술이 아니고, 종래에 사용되고 있는 것을 채용한 것이므로, 여기서는 자세하게 설명하지 않는다.
검사기 이동 제어기(120)는 전극 손상 검사기(110)의 이동 속도를 가변하는 기능을 수행한다. 전극 손상 검사기(110)는 전극 탭(25b)의 폭을 따라 이동하면서 유도 기전력을 측정하는데, 도 1b를 참고하면 전극 탭(25a)의 좌측 상부방향에서 우측 하부방향(점선 화살표)으로 이동한다.
전극 탭(25a)에서는 맴돌이전류(Eddy Current)가 발생한다. 맴돌이전류는 전극 탭(25a)에서의 위치에 따라 크기가 서로 다르며 전자기유도현상을 방해하는 요소가 된다. 따라서, 맴돌이전류의 크기가 큰 곳과 작은 곳에서 측정한 유도 기전력의 크기 즉 유도 기전력 신호의 진폭이 서로 다르게 되는 문제점이 있다는 것에 대해서는 이미 설명하였다.
본 발명에서는 검사 대상(이하 시료)이 되는 파우치형 2차 전지(10)의 전자 탭(25)에서의 유도 기전력을 측정할 때 맴돌이전류에 의해 발생하는 문제점을 개선하기 위하여, 전극 손상 검사기(110)가 이동하는 경로에 따른 맴돌이전류의 크기를 사전에 측정하고, 맴돌이전류의 크기를 구간별로 구분하며, 각각의 구간에 대해 최적의 이동 속도를 설정한 후, 전극 손상 검사기(110)의 이동 속도를 설정한 값에 따라 제어함으로써, 시료의 검사 시 맴돌이전류에 영향을 최소한으로 할 수 있도록 하는 검사장치 및 검사방법을 제안한다. 예를 들면, 전극 손상 검사기(110)의 속도를 맴돌이전류에 의해 유도 기전력이 작아지는 구간에서는 다른 부분에서의 이동속도보다 빠르게 하여 맴돌이전류가 유도 기전력에 미치는 영향을 최소로 하는 것이다. 실제 제품의 특성을 보면, 전극 탭(25)의 양끝 부분에서 불량이 많이 발생하고 중간부분에서는 불량이 작게 발생하므로, 전극 탭(25)의 양끝 부분에서의 검사시간이 중간 부분에서의 검사시간에 비해 길도록 하는 것이 바람직하다.
손상 판정기(130)는 전극 손상 검사기(110)를 구성하는 수신부(110b)에서 측정한 유도 기전력을 이용하여 검사 대상이 되는 파우치형 2차 전지의 전극의 손상 여부를 판정한다. 예를 들면, 손상 판정기(130)는 수신부(11b)로부터 전송받은 유도 기전력 진폭신호의 측정분포곡선으로부터 측정분포면적을 연산하여 얻고, 측정분포면적을 미리 저장해 놓은 판정기준면적과 비교하여, 해당 파우치형 2차 전지의 전극의 손상 여부를 판정한다.
제어기(140)는 판정기준면적을 설정하는 과정 및 실제 측정하는 과정에 대응하여, 전극 손상 검사기(110), 검사기 이동 제어기(120) 및 손상 판정기(130)의 동작을 제어한다.
먼저, 판정기준면적을 설정하는 과정에 대해 설명한다.
판정기준면적은 판정기준곡선을 정규분포식 연산을 활용하여 계산할 수 있다. 마찬가지로 측정분포면적도 측정분포곡선을 정규분포식 연산을 활용하여 계산할 수 있다.
판정기준면적은 실제 측정된 측정분포면적의 특징과 비교하여 파우치형 2차 전지의 전극의 손상 여부를 판정하는 기준이 되는 면적으로, 전극 손상 검사기(110)의 각 이동 구간에서의 최적의 이동 속도와 밀접한 관련이 있다. 즉, 정상으로 판정된 파우치형 2차 전지에 대해 전극 손상 검사기(110)의 각 이동 구간에서의 최적의 이동 속도로 진행하면서 측정하여 얻은 측정분포면적이 바로 판정기준면적의 대상이 된다. 검사의 신뢰성을 높이기 위해서는 복수의 정상 시료를 이용하여 얻은 각각의 판정기준면적의 평균치를 실제의 검사에 사용되는 판정기준면적으로 설정하는 것이 바람직하다. 이렇게 설정된 판정기준면적은 손상 판정기(130)가 파우치형 2차 전지의 전극 손상 여부를 판정하는데 사용되게 될 것이다. 판정기준면적을 얻는 과정에 대해서는 후술한다.
검사의 대상이 되는 파우치형 2차 전지(10)의 전극 탭(25)의 측정분포면적을 측정하는 과정은 판정기준면적을 측정하는 과정과 동일하며, 각 시료로부터 측정되는 유도 기전력을 이용하여 얻은 측정분포곡선을 정규분포식 연산을 활용하여 얻은 측정분포면적과 미리 설정해 놓은 판정기준면적을 비교하여 해당 시료의 정상 및 불량을 결정하면 될 것이다.
이하의 설명에서는, 먼저, 본 발명에 따른 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치를 이용하여 파우치형 2차 전지를 구성하는 전극 탭의 표면을 검사하는 방법에 대해서 설명한다.
전극 탭(25)의 표면을 검사하기 위해서는, 전극 탭(25)의 하부 또는 상부 방향으로 유도되는 유도 기전력을 생성하는 전류 신호의 주파수가 고주파수 신호를 사용하여야 한다. 반대로. 전극 탭(25)의 내부를 검사하기 위해서는, 전극 탭(25)의 하부 또는 상부 방향으로 유도되는 유도 기전력을 생성하는 전류 신호의 주파수가 상기 고주파수 신호에 비해 낮은 저주파수 신호를 사용하여야 한다. 이러한 차이는 측정분포곡선의 중간 부분에서의 신호의 형태에 차이를 발생하며, 이에 대해서는 후술한다.
도 2는 본 발명에 따른 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치를 이용하여 수행하는 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사방법을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사방법(200)은, 크게 판정기준면적 설정 단계(210) 및 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사단계(250)를 수행한다.
판정기준면적 설정 단계(210)에서는 파우치형 2차 전지의 전극 손상의 판정의 기준이 되는 판정기준면적을 설정하며, 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사단계(250)에서는 시료가 되는 파우치형 2차 전지의 전극 탭(25)에서 측정한 유도 기전력에 대응하는 측정분포곡선으로부터 연산하여 얻은 측정분포면적을 비교하여 시료의 정상 및 불량을 판정한다.
판정기준면적 설정 단계(210)는,
전극 손상 검사기(110)가 시료의 전극 탭(25)의 폭 방향으로 선정된 이동 속도로 이동하면서 유도 기전력을 측정하는 유도 기전력 측정 단계(211);
유도 기전력 측정 단계(211)에서 측정한 유도 기전력의 진폭이 미리 설정한 기준 범위에 포함되는가를 판단하는 측정결과 판단단계(212);
측정결과 판단단계(212)에서의 판단 결과 유도 기전력 측정 단계(211)에서 측정한 유도 기전력의 진폭이 미리 설정한 범위에 포함되는 경우(Yes)에는 유도 기전력 측정 단계(211)에서 적용한 전극 손상 검사기(110)의 이동 속도를 최적 이동속도로 설정하고, 유도 기전력 측정 단계(211)에서 측정한 유도 기전력에 대응하는 측정분포곡선을 정규분포식 연산을 활용하여 계산한 결과를 판정기준면적으로 설정하도록 하는 판정기준 설정단계(213)를 수행한 후 판정기준면적 설정단계(210)를 종료하고 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사단계(250)를 수행하도록 한다.
측정결과 판단단계(212)에서의 판단 결과 유도 기전력 측정 단계(211)에서 측정한 유도 기전력의 진폭이 미리 설정한 범위에 포함되지 않는 경우(No)에는 전극 손상 검사기(110)의 이동 속도를 변경한 후 유도 기전력 측정 단계(211)를 수행하도록 하는 이동 속도 변경단계(214)를 수행한다.
파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사단계(250)에서는 기준설정단계(213)에서 설정한 최적 이동 속도에 따라 전극 손상 검사기(110)를 이동시키면서 측정 및 연산한 측정분포면적을 기준설정단계(213)에서 설정한 판정기준면적과 비교한 결과에 따라 시료(파우치형 2차 전지)의 전극 탭의 손상 여부를 검사한다.
도 3은 파우치형 2차 전지의 전극 탭의 폭 방향으로 전극 손상 검사기를 일정한 속도로 이동하면서 측정한 측정분포곡선을 설명한다.
도 3의 상부에 도시된 도면은 본 발명에 따른 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치(100)가 파우치형 2차 전지(10)의 전극 탭(25)의 좌측에서 우측(화살표)으로 이동하면서 유도 기전력을 측정한 과정을 설명하고, 도 3의 하부에 도시된 도면은 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치(100)를 구성하는 전극 손상 검사기(110)가 측정한 유도 기전력의 진폭을 각각 나타낸다.
유도 기전력의 진폭의 크기는 전극 탭(25)의 양측 끝단(좌측과 우측) 부분에서는 거의 동일한 크기(B1, B3)를 갖지만, 중앙부분(B2)으로 갈수록 줄어들어 전극 탭(25)의 폭의 중앙 지점에서 가장 작은 진폭을 가진다는 것을 확인할 수 있다. 이는 앞에서 언급한 것과 같이 전극 탭(25)의 중앙부분으로 갈수록 맴돌이전류의 크기가 증가하기 때문이다. 상술한 바와 같이, 중앙부분으로 갈수록 진폭의 크기가 작아지는 것은 유도 기전력을 생성하는데 사용되는 신호의 주파수가 높기 때문이다.
도 3에서 신호의 하부에 칠해진 빗금의 면적이 바로 측정분포면적 또는 판정기준면적이다.
이하에서는, 전극 손상 검사기(110)의 이동속도를 전극 탭(25)의 양쪽 가장자리 부분에서는 동일하게 하고, 전극 탭(25)의 중앙지점으로 갈수록 이동속도를 줄여 맴돌이전류의 크기가 유도 기전력의 발생에 주는 영향을 최소한으로 하는 전극 손상 검사기(110)의 구간 이동 속도를 설정하는 과정을 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사방법을 구성하는 이동속도 사전 설정단계를 설명한다.
도 4를 참조하면, 파우치형 2차 전지의 전극 탭의 폭 방향으로 전극 손상 검사기를 진행 시간에 따라 서로 다른 속도로 이동하면서 측정한 측정분포곡선을 통해 전극 손상 검사기의 이동 속도의 최적 조건을 설정할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
도 4a는 전극 손상 검사기가 일정한 속도록 이동하면서 측정하여 얻은 측정분포곡선을 나타내며, 도 4b는 전극 탭의 폭의 양쪽 가장자리를 이동할 때의 속도에 비해 전극 탭의 중앙 부분을 이동할 때의 속도를 상대적으로 빠른 속도로 하였을 때 얻은 측정분포곡선을 나타내며, 도 4c는 도 4b에 비해 중앙부분의 속도를 더 느리게 한 예이다.
도 4a ~ 도 4c를 참조하면, 양 측면의 진폭의 크기와 중앙 부분의 진폭의 크기의 차이가 전극 탭(25)의 중앙부분에서의 이동속도를 증가시킴에 따라 줄어드는 것(d0 > d1 > d2)을 알 수 있다. 도 4a ~ 도 4c에 도시된 과정을 통해, 전극 손상 검사기(110)의 최적 이동 속도를 설정하는 과정에 대해서는 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
판정기준면적을 설정할 때에, 양 측면의 진폭의 크기와 중앙 부분의 진폭의 크기의 차이를 미리 설정해 놓았다고 가정할 때, 진폭의 크기의 차이가 설정된 크기에 비해 적을 때에는 판정기준면적을 설정하기에 충분하다고 판단할 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치 및 검사방법을 이용하여 검사의 대상이 되는 파우치형 2차 전지의 판정 방법을 설명한다.
도 5a는 설정된 판정기준곡선을 나타내고, 도 5b는 임의의 파우치형 2차 전지를 검사하여 얻은 측정분포곡선의 일 태양을 나타내며, 도 5c는 양품으로 판정되는 경우를 나타내고, 도 5d는 불량으로 판정되는 경우를 각각 나타낸다.
도 5a를 참조하면 판정기준곡선의 최대 지점과 최소 지점을 경계로 하는 사각형을 가정할 때, 판정기준곡선의 하부와 사각형이 이루는 면적으로 판정기준면적(RA)이라고 가정한다. 도 5b를 참조하면 측정분포곡선의 최대 지점과 최소 지점을 경계로 하는 사각형을 가정할 때, 측정분포곡선의 하부와 사각형이 이루는 면적을 측정분포면적(DA)이라고 가정한다. 판정기준면적 및 측정분포면적은 판정기준곡선 및 측정분포곡선을 정규분포식 연산을 통해 쉽게 계산할 수 있다.
도 5c를 참조하면, 측정분포면적(실선의 하부면적)이 판정기준면적(전선의 하부면적)에 비해 넓으며, 이때에는 해당 파우치형 2차 전지는 양품으로 판정한다.
도 5d를 참조하면, 측정분포면적(실선의 하부면적)이 판정기준면적(점선의 하부면적)에 비해 좁으며, 이때에는 해당 파우치형 2차 전지는 불량품으로 판정한다.
도 6은 저주파 전류를 이용하여 파우치형 2차 전지의 전극 탭의 폭 방향으로 전극 손상 검사기를 일정한 속도로 이동하면서 측정한 측정분포곡선을 설명한다.
도 3에 도시된 진폭 그래프와 비교할 때, 도 6에 도시된 곡선은, 저주파 전류를 이용하였기 때문에, 측정분포곡선의 중간 부분이 양쪽 가장자리 부분에 비해 높게 나타난 것을 알 수 있다. 이러한 현상은 상술한 바와 같이, 전극 탭(25)의 중간부분에서 강하게 발생하는 맴돌이전류에 의한 것이다.
상술한 바와 같이, 파우치형 2차 전지의 전극 탭의 검사 시 중간 부분에서의 검사 속도를 더 빠르게 하면 할수록 높게 나타난 곡선이 평평한 방향으로 이동하는 점은 도 5에서의 설명과 동일하므로, 여기서는 자세하게 설명하지 않는다. 도 5의 곡선의 양쪽 가장자리를 잇는 가상의 선을 축으로 180° 회전시키면 저주파 전류를 사용한 검사시의 측정분포곡선을 얻을 수 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.
110: 전극 손상 검사기
110a: 송신부 110b: 수신부
120: 검사기 이동 제어기
130: 손상 판정기
140: 제어기
110a: 송신부 110b: 수신부
120: 검사기 이동 제어기
130: 손상 판정기
140: 제어기
Claims (4)
- 파우치형 시트케이스에 밀봉된 상태로 내장되는 복수의 전극조립체, 상기 복수의 전극조립체의 전극 탭과 전기적으로 연결되고 상기 시트케이스의 외부로 연장되는 전극 리드를 포함하는 2차 전지의 전극 손상을 검사하는 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치로써,
상기 전극 탭의 상부 또는 하부에서 상기 전극 탭의 하부 또는 상부 방향으로 유도되는 유도 기전력을 측정하는 전극 손상 검사기;
상기 전극 손상 검사기를 미리 설정한 최적 이동 속도로 상기 전극 탭의 폭 방향으로 이동시키는 검사기 이동 제어기; 및
상기 전극 손상 검사기에서 측정한 유도 기전력 신호를 가공하여 얻은 측정분포면적과 미리 설정한 판정기준면적을 비교하여 상기 전극 탭의 손상 여부를 판정하는 손상 판정기; 를 포함하며,
상기 최적 이동 속도는, 상기 전극 탭의 양측에서 중앙부로 갈수록 이동속도가 증가하도록 설정되는 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치. - 제1항에서,
상기 검사기 이동 제어기 및 상기 손상 판정기의 동작을 제어하는 제어기; 를
더 포함하는 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치.
- 제2항에 기재된 상기 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사장치를 이용하여 파우치형 2차 전지의 전극의 손상을 검사하는 방법으로서,
상기 파우치형 2차 전지의 전극 손상의 판정의 기준이 되는 판정기준면적을 설정하는 판정기준면적 설정단계; 및
시료가 되는 파우치형 2차 전지의 전극 탭에서 측정한 유도 기전력에 대응하는 측정분포곡선으로부터 연산하여 얻은 측정분포면적을 상기 판정기준면적과 비교하여 시료의 정상 및 불량을 판정하는 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사단계; 를 수행하며,
상기 판정기준면적 설정단계에서는,
상기 전극 손상 검사기가 시료의 전극 탭의 폭 방향으로 선정된 이동 속도로 이동하면서 유도 기전력을 측정하는 유도 기전력 측정 단계;
상기 유도 기전력 측정 단계에서 측정한 유도 기전력의 진폭이 미리 설정한 기준 범위에 포함되는가를 판단하는 측정결과 판단단계;
상기 측정결과 판단단계에서의 판단 결과 상기 유도 기전력 측정 단계에서 측정한 유도 기전력의 진폭이 미리 설정한 범위에 포함되는 경우에는 상기 유도 기전력 측정 단계에서 적용한 상기 전극 손상 검사기의 이동 속도를 최적 이동속도로 설정하고, 상기 유도 기전력 측정 단계에서 측정한 유도 기전력에 대응하는 측정분포곡선을 정규분포식 연산을 활용하여 계산한 결과를 판정기준면적으로 설정하도록 하는 판정기준 설정단계; 및
상기 측정결과 판단단계에서의 판단 결과 상기 유도 기전력 측정 단계에서 측정한 유도 기전력의 진폭이 미리 설정한 범위에 포함되지 않는 경우에는 상기 전극 손상 검사기의 이동 속도를 변경한 후 상기 유도 기전력 측정 단계를 수행하도록 하는 이동 속도 변경단계; 를 수행하는
파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사방법. - 제3항에서, 상기 최적 이동 속도는,
상기 전극 탭의 양측에서 중앙부로 갈수록 이동속도가 증가하도록 설정되는 파우치형 2차 전지의 전극 손상 검사방법.
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |