KR102395248B1 - 배터리 분리막 손상 검출장치 및 검출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분리막 손상 검출장치를 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 분리막 검출장치는 양극판, 분리막, 음극판의 스택 구조로 형성된 전극조립체를 가압하면서 전압을 인가하여 양극판과 음극판의 일시적 단락을 유도함으로써 이차전지의 분리막 손상 여부를 검출하는 분리막 손상 검출장치로서, 상기 전극조립체에 전압을 인가하고 누설전류를 감지하는 단락 측정유닛; 및 상기 전극조립체의 적어도 일면을 구름 가압하거나 상기 전극조립체의 적어도 일면 중 미리 지정된 영역을 순차적으로 가압하게 마련되는 가압 지그를 포함할 수 있다.

Description

배터리 분리막 손상 검출장치 및 검출방법{Apparatus for detecting a defect of battery separator and Detecting method using the same}

본 발명은 배터리 분리막 손상 검출장치 및 검출방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가압 방식으로 전극간 일시적 단락을 유도하고 전압을 인가해서 분리막 손상 여부 및 손상 위치를 검출할 수 있는 분리막 손상 검출장치 및 이를 이용한 분리막 손상 여부 검출방법에 관한 것이다.

최근 친환경 에너지원으로서 이차전지에 대한 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기 방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.

리튬 이차전지는, 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 전극조립체와, 전극조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.

상기 리튬 이차전지를 구성하는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체는 그것의 구조에 따라 크게 젤리-롤형(권취형), 스택형(적층형) 및 이들의 혼합 형태인 스택/폴딩형으로 구분될 수 있다.

젤리-롤형 전극조립체는, 집전체로 사용되는 금속 호일에 전극 활물질 등을 코팅하고 건조 및 프레싱한 후, 소망하는 폭과 길이의 밴드 형태로 재단하고 분리막을 사용하여 음극과 양극을 격막한 후 나선형으로 감아 제조된다. 젤리-롤형 전극조립체는 원통형 전지에는 적합하다. 스택형 전극조립체는 다수의 양극 및 음극 단위체들을 순차적으로 적층한 구조로서, 각형의 형태를 얻기가 용이하다. 그리고 스택/폴딩형 전극조립체는 일정한 단위 크기의 양극/분리막/음극 구조의 풀셀(full cell) 또는 양극/분리막/음극/분리막/양극 구조의 바이셀(bi-cell)을 긴 길이의 연속적인 분리막 필름을 이용하여 폴딩하여 제조된다.

이와 같이 제조된 전극조립체는 불량 검사과정을 거친 다음 전해액과 함께 외장재에 밀봉 수납된다. 종래 전극조립체의 불량 여부 판정 방법의 일예로서, Hi-pot 테스트 장비(6)를 이용하여 양극과 음극에 고전압을 인가하여 전극조립체에 흐르는 누설 전류량을 측정하는 방법이 있다.

예컨대, 도 1에 도시한 바와 같이, 전압을 인가했을 때 양극판(3)과 음극판(5) 사이의 분리막(4)이 손상(찢김/접힘)되어 있을 경우, 손상 부위(공기층)에 아크가 발생하고 누설 전류가 검출될 수 있다. 이때, 상기 누설 전류가 정상 범위를 넘어가면 분리막에 손상이 있는 것으로 불량으로 판정한다. 이와 같이, 전극조립체를 전지케이스에 패키징하거나 패키징 후 활성화시키는 공정 이전에 분리막의 이상 여부를 미리 검출하면 추가 공정에 따른 로스(loss)를 줄일 수 있다.

한편, 분리막 손상 여부를 검사할 때, 이론적으로 기체 절연 파괴 전압보다 고체 절연 파괴 전압이 높으므로, 분리막의 절연 파괴 전압보다는 낮은 전압을 인가한다. 그러나 너무 낮은 전압을 인가하면 분리막 불량 검출력이 떨어지고 적정 수준이상의 전압을 인가하면 정상 분리막 부위도 절연 파괴되어 양품을 불량으로 만드는 리스크가 따른다. 이에 대한 보완방안으로 전압을 낮추고 판형의 가압 플레이트를 사용해 전극 조립체를 면 가압해 양극판과 음극판 간의 거리를 최대한 가깝게 함으로써 양극판과 음극판의 일시적 단락을 유도할 수 있는 방법이 사용되고 있다.

그러나 이처럼 종래 전극 조립체에 전압 인가와 동시에 면 가압하는 방식의 경우, 가압 플레이트의 편평도 등에 따라 셀 단위 면적당 받는 압력이 다르게 작용하여 적정 전압을 인가해도 검출력에 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 분리막 불량 검출시 분리막 손상 부위의 위치를 알 수 있으면 불량 발생 원인을 파악하여 추후 이를 개선하는데 유용한 자료로 활용할 수 있으나 종래 분리막 손상 검출 장치 또는 방법으로는 분리막 손상 여부를 판정하는데 그치고 있다.

일본특허 공개번호 제2001-236985호 (2001.08.31) PANASONIC CORP.

본 발명은 상기와 같은 기술적 배경을 고려하여 창안된 것으로서, 낮은 전압으로 기존보다 분리막 불량 검출력을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 분리막 손상 여부와 함께 그 손상 위치를 파악할 수 있는 분리막 손상 검출장치 및 이를 이용한 분리막 손상 검출방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 일 측면에 따른 분리막 손상 검출장치는 양극판, 분리막, 음극판의 스택 구조로 형성된 전극조립체를 가압하면서 전압을 인가하여 양극판과 음극판의 일시적 단락을 유도함으로써 이차전지의 분리막 손상 여부를 검출하는 분리막 손상 검출장치로서, 상기 전극조립체에 전압을 인가하고 누설전류를 감지하는 단락 측정유닛; 및 상기 전극조립체의 적어도 일면을 구름 가압하거나 상기 전극조립체의 적어도 일면 중 미리 지정된 영역을 순차적으로 가압하게 마련되는 가압 지그를 포함할 수 있다.

상기 가압 지그는, 상기 전극조립체의 가로 방향에 따른 한쪽 가장자리에서 그 반대쪽 가장자리까지 일정한 압력으로 상기 전극조립체의 적어도 일면을 구름 가압하는 제1 롤러를 포함할 수 있다.

상기 가압 지그는, 상기 제1 롤러의 구름 방향에 교차하는 방향으로 상기 전극조립체의 적어도 일면을 구름 가압하는 제2 롤러를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 롤러 및 상기 제2 롤러의 구름 가압시 상기 단락 측정유닛을 통해 감지된 누설전류의 발생 시간에 기초하여 분리막 손상 위치를 산출하는 디펙트 위치 산출부를 더 포함할 수 있다.

상기 가압 지그는, 상기 전극조립체의 일면에 직교하는 방향에서 상기 전극조립체의 적어도 일면 중 서로 다른 영역을 독립적으로 가압하는 다수의 부분 가압판들을 구비하고, 상기 전극조립체의 양쪽 가장자리 영역과 중심 영역을 순차적 또는 선택적으로 가압할 수 있다.

상기 다수의 부분 가압판들은, 상기 양쪽 가장자리 영역에 대응하는 에지 가압판과, 상기 중심 영역에 대응하는 센터 가압판을 포함할 수 있다.

상기 에지 가압판은, 상기 전극조립체의 가장자리 중에서 가운데 영역에 대응하는 제1 에지 가압판과, 상기 전극조립체의 가장자리 중에서 코너 영역에 대응하는 제2 에지 가압판을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 이차전지의 분리막 손상 여부를 검출하는 방법은, (a) 양극판, 분리막, 음극판의 스택 구조로 형성된 전극조립체를 준비하는 단계; (b) 상기 전극조립체에 단락 측정유닛을 연결하는 단계; 및 (c) 상기 전극조립체에 미리 설정된 전압을 인가하고 상기 전극조립체의 적어도 일면을 가압하면서 누설 전류를 감지하는 단계를 포함하며, 상기 (c) 단계에서, 상기 전극조립체의 적어도 일면을 구름 가압하거나 상기 전극조립체의 적어도 일면 중 미리 지정된 영역을 순차적 또는 선택적으로 가압할 수 있다.

상기 (c) 단계는, 상기 전극조립체의 한쪽 가장자리에서 그 반대쪽 가장자리까지 일정한 압력으로 가로 및 세로 방향으로 상기 전극조립체를 각각 1회씩 2회 구름 가압할 수 있다.

상기 2회 구름 가압시 상기 단락 측정유닛에서 감지된 누설전류 발생 시간을 기초로 분리막 손상 위치를 산출하는 (d) 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 기존 면 가압 방식 대비 구름 가압 또는 부분 가압 방식을 적용하여 셀 단위 면적당 작용하는 압력을 균일하게 증가시켜 낮은 전압으로도 분리막 불량 검출력을 향상시킬 수 있다.

또한, 분리막 불량 감지시 롤러의 이동속도와 이동시간 정보를 이용해 분리막 손상 위치를 탐지하여 추후 분리막 불량 원인을 없애는데 기여할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래기술에 따른 분리막 불량 여부 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 손상 검출장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤러를 이용한 구름 가압 방법을 설명하기 위한 참고도들이다.
도 5는 도 3 및 도 4의 제1 롤러 및 제2 롤러의 이동시간에 따른 누설전류를 예시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 손상 검출방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가압 지그 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 8 및 도 9는, 도 7의 가압 지그를 이용한 분리막 손상 여부 검출과정을 설명하기 위한 도면들이다.

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 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하에서 설명하는 본 발명에 따른 분리막 손상 검출장치(1)는, 예컨대 일정한 단위 크기의 양극(음극)/분리막/음극(양극) 구조의 풀셀(full cell), 양극(음극)/분리막/음극(양극)/분리막/양극(음극) 구조의 바이셀(bi-cell) 또는 이들을 반복적으로 적층하여 구성한 전극조립체(2)에서 상기 분리막의 손상 여부를 검출하는데 사용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 분리막 손상 검출장치(1)는 파우치형 이차전지의 조립공정 과정에서 전극조립체(2)의 불량 여부를 검출하는 것을 목적으로 한다.

그러나 본 발명의 권리범위가 이에 반드시 국한되어야 하는 것은 아니다. 분리막 손상 검출장치(1)는 조립 공정 이후의 단계, 예컨대 포메이션 공정 전/후 또는 에이징 공정 전/후 과정에서 이차전지의 분리막 손상 여부를 검사하는데 활용될 수도 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 손상 검출장치(1)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 분리막 손상 검출장치(1)는 전극조립체(2)에 미리 설정한 전압을 인가하고 누설전류를 감지하기 위한 단락 측정유닛(10)과, 전극조립체(2)를 구름 가압하는 가압 지그(20), 그리고 디펙트 위치 산출부(30)를 포함한다.

단락 측정유닛(10)은, 절연물에 일정 전압을 인가하여 누설되는 누설전류 또는 절연저항을 측정하여 상기 절연물의 절연 양부를 판정하는 구성요소이다. 상기 단락 측정유닛(10)으로는 절연저항 측정기 또는 Hi-Pot Test 장비가 채용될 수 있다.

단락 측정유닛(10)은 가압 지그(20)를 사용하기 전에 +핀(12a)과 양극판의 양극탭(3a) 부분 그리고 -핀(12b)과 음극판의 음극탭(5a) 부분을 접촉시켜 전극조립체(2)에 연결한다.

절연물은 어느 정도의 전압까지 그 절연성을 유지하다가 그보다 전압이 증가하게 되면 절연성을 상실하여 절연파괴를 일으킨다. 이때 그 절연물의 전압을 절연 파괴 전압이라고 한다. 일반적으로 고체보다 기체의 절연 파괴 전압이 낮다.

따라서 분리막의 찢김, 천공 이외에도 접힘 등으로 양극판과 음극판이 공기층을 사이에 두고 직접 마주하게 되는 분리막 손상 부위(공기층)는 정상 부위보다 절연 파괴 전압이 낮아진다. 다시 말하면, 특히 양극판과 음극판의 단락 위험성이 분리막 손상 부위에서 높다.

이를 고려하여 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 손상 여부 검출장치(1)는 분리막 검사과정에서 리스크를 줄이면서 불량 분리막에 대한 검출력을 높일 수 있도록 전극 조립체(2)를 구름 가압 방식으로 가압하여 분리막 손상 부위(D)에서 양극판과 음극판 간의 일시적 단락을 유도하여 낮은 전압을 인가해도 분리막 손상 여부(D)를 검출할 수 있게 구성된다.

이를테면 도 2와 같이, 전극조립체(2)를 가압 지그(20)로 구름 가압하여 구름 방향에 따라 순차적으로 양극판/분리막/음극판 간의 거리를 최대한 가깝게 하면서 저전압을 인가해 특정 위치에서의 양극판과 음극판 간의 단락 여부로 불량 분리막을 판정한다.

상기 가압 지그(20)로는 원통 형상의 롤러가 채용될 수 있다. 롤러형 가압 지그(20)는 롤링하면서 전극조립체(2)의 상면 및/또는 하면에 접촉된 자리를 선 가압할 수 있다. 그러므로 종래기술에 따른 면 가압 방식의 지그 대비 동일한 힘으로 셀 단위 면적당 받는 압력을 증가시켜 분리막 손상 부위의 일시적 단락을 유발시키는데 더 유리할 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤러를 이용한 구름 가압 방법을 설명하기 위한 참고도들이다.

보다 구체적으로, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 지그(20)는 제1 롤러(21)와 제2 롤러(22)를 포함한다.

제1 롤러(21)는 전극조립체(2)의 폭에 대응하는 길이를 가지고, 제2 롤러(22)는 전극조립체(2)의 길이에 대응하는 길이를 가져 가로 또는 세로 방향으로 전극조립체(2)의 일면 전체 면적을 구름 가압할 수 있게 마련될 수 있다.

이를테면, 상기 제1 롤러(21)는, 도 3과 같이, 가로 방향으로 전극조립체(2)의 한쪽 가장자리에서 그 반대쪽 가장자리까지 미리 설정한 압력으로 전극조립체(2)의 상면을 구름 가압할 수 있게 마련된다. 본 실시예는 전극조립체(2)의 하면을 정반의 작업대(23) 위에 반듯하게 놓고 하나의 제1 롤러(21)로 전극조립체(2)의 구름 가압하는 방식을 채용하였으나, 변형예로서 전극조립체(2)의 상면과 하면을 2개의 제1 롤러(21)로 동시에 구름 가압하는 방식을 채용해도 좋다.

이와 같은 제1 롤러(21)의 구름 가압 작용으로, 전극조립체(2)를 구성하는 양극판/분리막/음극판은 압축되어 서로 간의 거리가 제1 롤러(21)의 구름 방향에 따라 순차적으로 가까워지게 된다. 따라서 미리 설정된 전압을 인가한 상태에서 제1 롤러(21)가 분리막이 손상된 위치(D)를 구를 때, 해당 위치에서 양극판과 음극판 간의 단락이 용이하게 유도되어 누설전류가 감지될 수 있다. 물론, 제1 롤러(21)가 분리막 손상이 없는 부분을 구를 때는 저전압을 인가하기 때문에 분리막의 절연성이 그대로 유지되므로 누설전류가 감지되지 않는다.

한편, 본 발명에 따른 분리막 손상 검출장치(1)는 분리막 검사의 신뢰성을 높이고 분리막 손상 위치(D)를 더 정확하게 파악하기 위해 제2 롤러(22)를 더 포함할 수 있다.

제2 롤러(22)는, 도 4와 같이, 상기 제1 롤러(21)의 구름 방향에 교차하는 방향, 즉 세로방향(+Y축 방향)으로 전극조립체(2)의 한쪽 가장자리에서 그 반대쪽 가장자리까지 미리 설정한 압력으로 전극조립체(2)의 상면을 구름 가압할 수 있게 마련된다.

이와 같이, 전압을 인가하고 제1 및 제2 롤러(21,22)를 사용해 전극조립체(2)를 2회 구름 가압하여 분리막 손상 여부를 재차 확인함으로써 검출력을 높일 수 있다. 즉, 제1 롤러(21)에 의한 구름 가압 과정에서 누설전류를 감지하지 못하더라도, 제2 롤러(22)의 구름 가압 과정에서 누설전류를 감지할 수도 있다. 이때, 효과적인 검사를 위해 제2 롤러(22)의 가압력은 제1 롤러(21)의 가압력보다 높을 수 있다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 롤러(22)를 사용하여 제1 롤러(21)와 교차하는 방향으로 전극조립체(2)를 구름 가압함으로써 분리막 손상 위치(D) 좌표를 도출할 수 있다.

부연하면, 제1 롤러(21)와 제2 롤러(22)는 이동속도가 미리 세팅될 수 있고, 이들에 의한 구름 가압과정에서 누설전류가 감지되는 시간 또한, 도 5와 같이, 측정 가능하다. 따라서 분리막 손상 위치는 상기 제1 롤러(21)와 제2 롤러(22)의 이동속도와 누설전류 감지시간 정보를 기초로 다음 수식으로 도출할 수 있다.

1: 분리막 손상 X축 좌표: Xn = V₁× T₂

2: 분리막 손상 Y축 좌표: Yn = V₂× T₁

(V₁: 제1 롤러(21) 이동속도, T₂: 제1 롤러(21) 사용시 누설전류 감지 시간, V₂: 제2 롤러(22) 이동속도, T₁: 제2 롤러(22) 사용시 누설전류 감지 시간, X축 원점 : 제1 롤러(21)의 구름 가압 시작점, Y축 원점: 제2 롤러(22)의 구름 가압 시작점)

또한, 본 발명에 따른 분리막 손상 검출장치(1)는, 적어도 한 곳 이상의 분리막 손상 위치(D)를 산출하기 위한 디펙트 위치 산출부(30)를 더 포함할 수 있다.

상기 디펙트 위치 산출부(30)는 제1 및 제2 롤러(21,22) 그리고 단락 측정유닛(10)으로부터 제1 및 제2 롤러(21,22)의 이동속도와 누설전류 감지 시간 정보를 수신하고 상술한 수식으로 분리막 손상 위치(D)를 연산하여 사용자가 볼 수 있게 디스플레이에 표시하는 역할을 담당할 수 있다.

이러한 디펙트 위치 산출부(30)에 의하면, 분리막 손상이 많아 정보 값이 늘어나도 정확하고 빠르게 손상 위치를 연산하여 디스플레이에 표시함으로써 분리막의 손상 위치를 시각적으로 빠르게 파악할 수 있다.

이하에서는 도 2 내지 도 5와 함께 도 6을 참조하여, 분리막 손상 여부 검출방법을 간략하게 알아본다.

우선, 검사 챔버 내에 위치한 작업대(23)에 검사 대상 전극조립체(2)를 로딩한다(S10).

그 다음, 단락 측정유닛(10)의 +핀(12a)과 -핀(12b)을 각각 양극판의 양극탭(3a) 부분과 음극판의 음극탭(5a) 부분에 연결한다(S20). 이때, 도 2와 같이, 상기 +핀(12a)과 -핀(12b)은 막대 형상으로 상하로 포개져 있는 복수의 양극탭(3a)들과 복수의 음극탭(5a)들을 일체로 수직으로 눌러주는 방식으로 상기 양극탭(3a)들과 음극탭(5a)들 모두와 전기적 접촉될 수 있다.

그 다음, 미리 설정된 전압을 인가하고 제1 롤러(21)를 사용하여 전극조립체(2)의 상면을 가로방향으로 구름 가압한다. 상기 제1 롤러(21)의 구름 가압 과정에서 일정 수치 이상의 누설전류가 감지되지 않으면 해당 전극조립체(2)의 분리막을 양품으로 판정하고, 일정 수치 이상의 누설전류가 감지되면 해당 전극조립체(2)의 분리막은 손상이 있는 것으로 불량으로 판정한다(S30). 그리고 분리막 불량 판정시 제1 롤러(21)의 이동속도와 누설전류 감지 시간은 디펙트 위치 산출부(30)에 저장될 수 있다.

그 다음, 제2 롤러(22)를 이용하는 분리막 손상 여부 검사는 1차 검사에서 분리막이 불량으로 판정되고 분리막의 손상 위치를 정확히 파악하고자 할 경우와, 1차 검사에서 분리막이 양품으로 판정되더라도 제1 롤러(21)의 구름 가압력 부족 등으로 검사상 착오가 있었거나, 그 외 재차 확인이 필요한 경우에 추가로 수행할 수 있다. 따라서 1차 검사시 분리막이 양품으로 판정되고 특별한 이유가 없으면 제2 롤러(22)를 이용하는 2차 검사는 생략할 수도 있다.

반면 상술한 바와 같이, 분리막 손상 위치를 정확히 파악할 필요가 있을 경우, 제2 롤러(22)를 사용하여 전극조립체(2)의 상면을 세로방향으로 구름 가압한다. 이때, 제2 롤러(22)의 이동속도와 제2 롤러(22)의 구름 가압에 따른 누설전류 감지 시간이 디펙트 위치 산출부(30)에 저장된다.

그 다음, 디펙트 위치 산출부(30)에서 상기 제1 롤러(21)와 제2 롤러(22)의 이동속도와 누설전류 감지 시간 정보를 기초로 손상된 분리막 부위의 개수와 그 위치를 연산하여 이를 디스플레이(미도시)에 표시할 수 있다(S40).

이상과 같은 구조와 작용을 갖는 본 실시예에 따르면, 종래 면 가압 방식의 지그 대비 동일한 가압력으로 셀 단위 면적당 받는 압력을 균일하게 증가시켜 저전압으로도 분리막 손상 부위의 일시적 단락을 유도하고 효과적으로 분리막 손상 여부를 검출할 수 있다. 나아가, 분리막 불량 검출시 롤러의 이동속도와 누설전류 감지시간 정보를 이용해 분리막 손상 위치를 정확히 산출할 수 있다.

이처럼 분리막 손상 위치의 빈도를 파악하면 어떤 공정에서 어떤 원인에 의해 분리막이 손상되었는지 추정하고 이를 효과적으로 개선하여 그 불량 원인을 없앨 수 있다.

예컨대, 분리막의 손상 빈도가 가장자리 또는 코너 영역에서 높게 관측되면 바이셀을 폴딩할 때 사용하는 그립퍼(미도시)에 문제가 있는 것을 추정하고 이를 정비하거나 교체할 수 있다. 상기 그립퍼는 폴딩시 바이셀의 가장자리를 잡고 바이셀을 폴딩하는데, 그립퍼의 응력 또는 그립퍼에서 떨어져 나간 이물이 분리막의 찢김, 손상 원인일 가능성이 높기 때문이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가압 지그(20) 구성을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 8 및 도 9는, 도 7의 가압 지그(20)를 이용한 분리막 손상 여부 검출과정을 설명하기 위한 도면들이다.

이하에서는, 이들 도면들을 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리막 손상 검출장치(1)를 설명하기로 한다. 전술한 실시예와 동일한 부재 번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.

본 실시예에 따른 가압 지그(20)는 전극조립체(2)의 적어도 일면 중 미리 지정된 영역을 순차적으로 가압할 수 있게 마련된다. 즉 전술한 실시예의 가압 지그(20)는 전극조립체(2)를 구름 가압하는 롤러로 구성된 반면, 본 실시예의 가압 지그(20)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 구역별로 분리되어 독립적으로 구동하는 다수의 부분 가압판(25, 26)들로 구성될 수 있다. 그리고 본 실시예와 같이, 단락 측정유닛(10)의 +핀(13a)과 -핀(13b)은 다수의 전극탭들과 안정적 접촉을 위해 집게형으로 대체될 수도 있다.

상기 다수의 부분 가압판(25, 26)들은 전극조립체(2)의 일면에 직교하는 방향에서 전극조립체(2)의 적어도 일면 중 서로 다른 영역, 예컨대 전극조립체(2)의 양쪽 가장자리 영역과 중심 영역을 순차적 또는 선택적으로 가압하도록 작동한다.

보다 구체적으로, 상기 다수의 부분 가압판(25, 26)들은 상기 전극조립체(2)의 양쪽 가장자리 영역에 대응하는 에지 가압판(25)과, 상기 전극조립체(2)의 중심 영역에 대응하는 센터 가압판(26)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 에지 가압판(25)은 분리막 가장자리 중 가운데 영역에 대응하는 제1 에지 가압판(25a)과, 분리막의 가장자리 중 코너 영역에 대응하는 제2 에지 가압판(25b,25c)을 포함할 수 있다.

에지 가압판(25)들은, 분리막 손상 여부 검사시, 전극조립체(2)의 가장자리 및 코너 영역을 부분 가압할 수 있고, 센터 가압판(26)은 상기 에지 가압판(25)들과 독립적으로 전극조립체(2)의 넓은 센터 영역을 부분 가압할 수 있다.

이러한 본 실시예의 가압 지그(20) 구성과 작동에 의하게 되면, 예컨대, 도 8에 도시한 바와 같이, 전압을 인가하고 에지 가압판(25)을 작동한 상태에서 누설전류가 감지되면 분리막 손상 여부와 그 손상 위치를 동시에 파악할 수 있다.

분리막의 손상 가능성은 일반적으로 센터 부분보다 가장자리 부분에서 높은 편인 점을 고려하여 에지 가압판(25)으로 전극조립체(2)의 가장자리 부분부터 가압하고 전압을 인가하는 방식으로 1차 검사를 수행할 수 있다. 1차 검사 후 문제가 없으면, 도 9와 같이, 에지 가압판(25)들의 전극조립체(2) 가압을 해제하고 센터 가압판(26)을 작동해 전극조립체(2)의 센터 부분을 가압하고 전압을 인가하는 방식으로 2차 검사를 수행할 수 있다.

본 실시예에서 에지 가압판(25)은 다시 제1 에지 가압판(25a)과 제2 에지 가압판(25b,25c)으로 분리하여 구동할 수 있게 하여 특히 분리막의 가장자리 부분에서의 분리막 손상 위치를 보다 정확하게 파악할 수 있도록 하였다.

또한, 본 실시예의 경우 가압판들이 여러 개로 분리되어 있어, 종래기술에 따른 셀의 전체 면적에 대응하는 하나의 가압판 대비 동일한 구동력으로 셀 단위 면적당 받는 압력을 증가시킬 수 있어 분리막 손상 부위의 일시적 단락 유도가 더 용이해질 수 있다.

한편, 본 실시예에서 디펙트 위치 산출부(30)는, 상기 다수의 부분 가압판(25,26)들의 선택적 작동 정보와, 누설전류 발생 정보를 단락 측정유닛(10)과 가압 지그(20) 설비로부터 전송받아 누설전류 감지시 사용한 부분 가압판(25,26)에 대응하는 분리막 손상 위치를 디스플레이에 표시하도록 구성될 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.

한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

10 : 단락 측정유닛 20 : 가압 지그
21 : 제1 롤러 22 : 제2 롤러
25 : 에지 가압판 26 : 센터 가압판
30 : 디펙트 위치 산출부 D : 분리막 손상 부위

Claims (10)

1. 양극판, 분리막, 음극판의 스택 구조로 형성된 전극조립체를 가압하면서 전압을 인가하여 양극판과 음극판의 일시적 단락을 유도함으로써 이차전지의 분리막 손상 여부를 검출하는 분리막 손상 검출장치로서,
   상기 전극조립체에 전압을 인가하고 누설전류를 감지하는 단락 측정유닛; 및
   상기 전극조립체의 적어도 일면을 구름 가압하게 마련된 가압 지그를 포함하며,
   상기 가압 지그는,
   상기 전극조립체의 가로 방향에 따른 한쪽 가장자리에서 그 반대쪽 가장자리까지 일정한 압력으로 상기 전극조립체의 적어도 일면을 구름 가압하는 제1 롤러; 및
   상기 제1 롤러의 구름 방향에 교차하는 방향으로 상기 전극조립체의 적어도 일면을 구름 가압하는 제2 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막 손상 검출장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 롤러 및 상기 제2 롤러의 구름 가압시 이동속도와, 상기 단락 측정유닛을 통해 감지된 누설전류의 발생 시간에 기초하여 분리막 손상 위치를 산출하는 디펙트 위치 산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막 손상 검출장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 이차전지의 분리막 손상 여부를 검출하는 방법으로서,
   (a) 양극판, 분리막, 음극판의 스택 구조로 형성된 전극조립체를 준비하는 단계;
   (b) 상기 전극조립체에 단락 측정유닛을 연결하는 단계; 및
   (c) 상기 전극조립체에 미리 설정된 전압을 인가하고 상기 전극조립체의 적어도 일면을 롤러로 구름 가압하면서 누설 전류를 감지하는 단계를 포함하며,
   상기 (c) 단계는,
   상기 전극조립체의 한쪽 가장자리에서 그 반대쪽 가장자리까지 일정한 압력으로 가로 및 세로 방향으로 상기 전극조립체를 각각 1회씩 2회 구름 가압하는 것을 특징으로 하는 분리막 손상 검출방법.
9. 삭제
10. 제8항에 있어서,
    상기 2회 구름 가압시 상기 롤러의 이동속도와 상기 단락 측정유닛에서 감지된 누설전류 발생 시간을 기초로 분리막 손상 위치를 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막 손상 검출방법.

Images