KR20190089202A - 스크리닝 방법, 스크리닝 장치 및 2차 전지를 제조하기 위한 방법 - Google Patents

스크리닝 방법, 스크리닝 장치 및 2차 전지를 제조하기 위한 방법 Download PDF

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이사오 우에키
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가부시키가이샤 니혼 마이크로닉스
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Abstract

본 발명에 따른 스크리닝 방법은 시트형 전지(21)를 스크리닝하기 위한 스크리닝 방법으로, 시트형 전지(21)를 충전 및 방전함으로써 시트형 전지(21)의 충전/방전 파형을 획득하는 충전/방전 파형 획득 단계(S11), 충전/방전 파형에 기초하여 시트형 전지의 방전 동안 시간 경과에 따른 방전 전압의 변동을 평가하는 단계(S12), 충전/방전 파형에 기초하여 시트형 전지의 충전 동안 시간에 따른 충전 전압의 변동을 평가하는 단계(S13), 충전/방전 파형에 기초하여 시트형 전지의 충전 효율을 평가하는 단계(S14), 충전/방전 파형에 기초하여 시트형 전지의 충전의 종료시의 전류 값을 평가하는 단계(S15), 및 단계(S12 내지 S15)의 평가 결과에 기초하여 시트형 전지(21)를 스크리닝하는 스크리닝 단계(S16)를 포함한다.

Description

스크리닝 방법, 스크리닝 장치 및 2차 전지를 제조하기 위한 방법
본 발명은 단위 전지의 스크리닝을 위한 기술에 관한 것이다.
특허 문헌1 내지 특허 문헌 3은 2차 전지를 개시한다. 특허 문헌 1 내지 특허 문헌 3에 개시된 각각의 2차 전지는 제1 전극, n-형 금속 산화물 반도체 층, 충전 층, p-형 금속 산화물 반도체 층 및 제2 전극이 기판에 적층된 적층 구조를 갖는다.
특허 문헌1: 국제특허공개 No. 2013/065093 특허 문헌2: 국제특허공개 No. 2013/161926 특허 문헌3: 국제특허공개 No 2013/161927
또한, 특허 문헌 2 및 특허 문헌 3은 복수의 전지가 사용되지만 전지를 서로 결합하여 사용한다. 예를 들어, 특허 문헌 2 및 특허 문헌 3에서는 시트형 전지를 적층함으로써 필요한 용량을 갖는 전지가 제조된다.
복수의 시트형 전지가 결합될 때, 서로 결합될 준비가 된 복수의 시트형 전지가 스크리닝(즉, 선별(sorted out))되고, 예를 들어 일정 용량 또는 더 큰 용량을 가진 시트형 전지만 실제로 적층되어 결합된 전지끼리의 용량의 변동이 줄어든다. 그러므로 시트형 전지를 적절하게 스크리닝한 이후에 2차 전지를 제조하는 기술을 개발하는 것이 요구된다.
본 실시예는 위에서 언급한 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 스크리닝 방법, 스크리닝 장치 및 시트형 전지를 적절하게 스크리닝할 수 있는 2차 전지를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
실시예에 따른 스크리닝 방법은 단위 전지를 스크리닝하기 위한 스크리닝 방법으로, 단위 전지를 충전 및 방전함으로써 단위 전지의 충전/방전 파형을 획득하는 충전/방전 파형 획득 단계; 충전/방전 파형에 기초하여 단위 전지에서 방전하는 동안 시간 경과에 따른 방전 전압의 변동을 평가하는 제1 단계; 충전/방전 파형에 기초하여 단위 전지에서 충전하는 동안 시간 경과에 따른 충전 전압의 변동을 평가하는 제2 단계; 충전/방전 파형에 기초하여 단위 전지의 충전 효율을 평가하는 제3 단계; 충전/방전 파형에 기초하여 단위 전지의 충전의 종료시의 전류 값을 평가하는 제4 단계; 및 제1 단계, 제2 단계, 제3 단계 및 제4 단계의 평가 결과에 기초하여 단위 전지를 스크리닝하는 스크리닝 단계를 포함한다.
위에서 설명된 스크리닝 방법에 있어서, 충전/방전 파형 획득 단계에서, 충전/방전 파형은 단위 전지를 CC-CV(정전류-정전압; Constant Current-Constant Voltage) 방식으로 미리 결정된 시간 동안 충전한 다음, 단위 전지를 CC(정전류; Constant Current) 방식으로 방전함으로써 획득될 수 있다.
위에서 설명된 스크리닝 방법에 있어서, 제1 단계에서, 방전 동안 시간 경과에 따른 방전 전압의 변동은 시간 경과에 따른 방전 전압의 변동이 미리 결정된 방전 전압 임계치 이상인지의 여부에 기초하여 평가될 수 있다.위에서 설명한 스크리닝 방법에 있어서, 제2 단계에서, 충전 동안 시간 경과에 따른 충전 전압의 변동은 시간 경과에 따른 충전 전압의 변동이 미리 결정된 충전 전압 임계치 이상인지의 여부에 기초하여 평가될 수 있다.
위에서 설명한 스크리닝 방법에 있어서, 제4 단계에서, 충전의 종료시의 전류 값은 충전의 종료시의 전류 값이 미리 결정된 전류 임계치 이상인지의 여부에 기초하여 평가될 수 있다.
위에서 설명한 스크리닝 방법에 있어서, 충전/방전 파형은 제1, 제2, 제3 및 제4 단계에서의 평가가 만족되는 단위 전지에 대해 다시 획득될 수 있고, 단위 전지에 대한 복수의 충전/방전 파형 중 방전 시간의 변동이 평가될 수 있으며, 단위 전지는 방전 시간의 변동의 평가 결과에 기초하여 스크리닝될 수 있다.
실시예에 따른 2차 전지를 제조하기 위한 방법은 복수의 단위 전지를 서로 연결함으로써 2차 전지를 제조하기 위한 방법이며, 복수의 단위 전지는 위에서 설명한 스크리닝 방법에 의해 스크리닝된다.
실시예에 따른 스크리닝 장치는 단위 전지를 스크리닝하도록 구성된 스크리닝 장치로서, 단위 전지를 충전 및 방전하도록 구성된 충전기/방전기; 충전기/방전기에 의해 단위 전지를 충전 및 방전함으로써 단위 전지의 충전/방전 파형을 획득하도록 구성된 충전/방전 파형 획득 유닛; 충전/방전 파형에 기초하여 단위 전지의 방전 동안 시간 경과에 따른 방전 전압의 변동을 평가하도록 구성된 방전 전압 평가 유닛; 충전/방전 파형에 기초하여 단위 전지의 충전 동안 시간 경과에 따른 충전 전압의 변동을 평가하도록 구성된 충전 전압 평가 유닛; 충전/방전 파형에 기초하여 단위 전지의 충전 효율을 평가하도록 구성된 충전 효율 평가 유닛; 및 충전/방전 파형에 기초하여 단위 전지의 충전의 종료시의 전류 값을 평가하도록 구성된 전류 값 평가 유닛을 포함한다.
위에서 설명한 스크리닝 장치에 있어서, 충전/방전 파형 획득 유닛은 단위 전지를 CC-CV 방식으로 미리 결정된 시간 동안 충전기/방전기에 의해 충전한 다음에 단위 전지를 CC 방식으로 방전함으로써 충전/방전 파형을 획득할 수 있다.
위에서 설명한 스크리닝 장치에 있어서, 방전 전압 평가 유닛은 시간 경과에 따른 방전 전압의 변동이 미리 결정된 방전 전압 임계치 이상인지의 여부에 기초하여 방전 동안 시간 경과에 따른 방전 전압의 변동을 평가할 수 있다.
위에서 설명한 스크리닝 장치에 있어서, 충전 전압 평가 유닛은 시간 경과에 따른 충전 전압의 변동이 미리 결정된 충전 전압 임계치 이상인지의 여부에 기초하여 충전 동안 시간 경과에 따른 충전 전압의 변동을 평가할 수 있다.
위에서 설명한 스크리닝 장치에 있어서, 전류 값 평가 유닛은 충전의 종료시의 전류 값이 미리 결정된 전류 임계치 이상인지의 여부에 기초하여 충전의 종료시의 전류 값을 평가할 수 있다.
위에서 설명한 스크리닝 장치에 있어서, 방전 전압 평가 유닛, 충전 전압 평가 유닛, 충전 효율 평가 유닛 및 전류 값 평가 유닛에서의 평가가 만족되는 단위 전지에 대해, 충전/방전 파형 획득 유닛은 충전기/방전기에 의해 단위 전지를 충전 및 방전함으로써 충전/방전 파형을 다시 획득할 수 있고, 단위 전지에 대한 복수의 충전/방전 파형 중 방전 시간의 변동이 평가될 수 있으며, 단위 전지는 방전 시간의 변동의 평가 결과에 기초하여 스크리닝될 수 있다.
스크리닝 방법, 스크리닝 장치 및 시트형 전지를 적절하게 스크리닝할 수 있는 2차 전지를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 실시예에 따른 시트형 전지 및 이를 위한 스크리닝 장치를 도시한다.
도 2는 스크리닝 장치의 퍼스널 컴퓨터의 제어 구성을 도시하는 블록도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 스크리닝 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 4는 방전 전압의 평가를 설명하기 위한 충전/방전 파형을 도시하는 그래프이다.
도 5는 충전 전압의 평가를 설명하기 위한 충전/방전 파형을 도시하는 그래프이다.
도 6은 충전 및 방전 효율의 평가를 설명하기 위한 충전/방전 파형을 도시하는 그래프이다.
도 7은 충전 전류의 평가를 설명하기 위한 충전/방전 파형을 도시하는 그래프이다.
도 8은 방전 시간의 변동을 설명하기 위한 충전/방전 파형을 도시하는 그래프이다.
도 9는 방전 시간의 변동을 설명하기 위한 충전/방전 파형을 도시하는 그래프이다.
도 10은 평가를 위한 임계치가 입력되는 스크린을 도시한다.
도 11은 시트형 전지를 서로 결합함으로써 제조된 2차 전지를 도시한다.
이하, 본 발명에 따른 실시예가 도면을 참조하여 설명된다. 다음의 설명은 본 발명에 따른 양호한 실시예를 보여주기 위해 제공되며, 본 발명의 범위는 아래에 도시된 실시예로 제한되지 않아야 한다. 다음의 설명에서, 동일한 기호가 할당된 구성 요소/구조는 실질적으로 서로 동일하다.
본 실시예에 따른 2차 전지 및 2차 전지의 스크리닝 장치는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명될 것이다. 도 1은 시트형 전지(21) 및 시트형 전지의 스크린 장치(50)의 구성을 도시한다. 도 2는 스크린 장치(50)의 퍼스널 컴퓨터(51)의 제어 구성을 도시하는 블록도이다.
스크리닝 장치(50)는 단위 셀로서 기능을 하는 시트형 전지(21)에 충전/방전 테스트를 수행함으로써 스크리닝을 실행한다. 구체적으로는, 동일한 충전/방전 테스트는 복수의 시트형 전지(21)에 대하여 수행된다. 그 다음에, 각각의 시트형 전지(21)에 대해 실행된 충전/방전 테스트의 결과가 이미 결정된 조건을 만족하는지의 여부가 결정된다. 그 다음에, 충전/방전 테스트의 결과에 기초하여, 각각의 시트형 전지(21)의 합격/불합격(pass/fail)이 결정된다.
예를 들어, 스크리닝 장치(50)는 각각의 시트형 전지(21)에 대해 충전/방전 테스트를 수행함으로써 각각의 시트형 전지(21)의 충전/방전 파형을 획득한다. 스크리닝 장치(50)는 획득된 충전/방전 파형이 양호한 품질을 갖는 것으로 미리 결정된 조건을 만족하는 시트형 전지(21)와, 획득된 충전/방전 파형이 불량한 품질을 갖는 것으로 미리 결정된 조건을 만족하지 않은 시트형 전지(21)를 결정한다. 따라서, 사용자는 양호한 품질을 갖는 것으로 결정되는 시트형 전지(21)만을 사용하여 2차 전지를 제조한다. 즉, 2차 전지는 양호한 품질을 갖는 것으로 결정된 시트형 전지(21)를 병렬 또는 직렬로 연결함으로써 완성된다. 불량한 품질을 갖는 것으로 결정된 시트형 전지(21)는 폐기되거나 재검사되는 등으로 처리된다.
도 1에서, 시트형 전지(21)는 n-형 산화물 반도체 층(13), 충전 층(14), p-형 산화물 반도체 층(16) 및 제2 전극(17)이 이러한 순서로 기판(11)에 적층되는 적층형 구조를 갖는다.
기판(11)은 금속과 같은 전도성 재료 등으로 형성되고, 제1 전극으로서 기능을 한다. 본 실시예에서, 기판(11)은 음극(negative electrode)으로서 기능을 한다. 기판(11)으로서, 예를 들어 알루미늄 시트와 같은 금속 포일 시트가 사용될 수 있다.
또한, 절연 재료로 이루어진 기판(11)을 준비하고 기판(11)에 제1 전극을 형성하는 것도 가능하다. 즉, 기판(11)은 제1 전극을 포함하는 한 어떠한 구조라도 가질 수 있다. 기판(11) 상에 제1 전극을 형성하는 경우, 크롬(Cr) 또는 티타늄(Ti)과 같은 금속 재료가 제1 전극의 재료로서 사용될 수 있다. 제1 전극을 위한 재료로서, 알루미늄(Al), 은(Ag) 등을 포함하는 합금 필름이 사용될 수도 있다. 기판(11) 상에 제1 전극을 형성하는 경우, 제1 전극은 나중에 설명하게 되는 제2 전극(17)이 형성되는 것과 동일한 방법으로 형성될 수 있다.
기판(11) 상에는 n-형 산화물 반도체 층(13)이 형성된다. n-형 산화물 반도체 층(13)은 n-형 산화물 반도체 재료(제2의 n-형 산화물 반도체 재료)를 포함하도록 형성된다. n-형 산화물 반도체 층(13)으로서, 예를 들어, 티타늄 이산화물(TiO2), 주석 산화물(SnO2), 아연 산화물(ZnO) 등이 사용할 수 있다. 예를 들어, n-형 산화물 반도체 층(13)은 스퍼터링 또는 증착에 의해 기판(11) 상에 형성될 수 있다. n-형 산화물 반도체 층(13)을 위한 재료로서, 바람직하게는 티타늄 이산화물(TiO2)이 사용된다.
n-형 반도체 층(13) 상에는 충전 층(14)이 형성된다. 충전 층(14)은 절연 재료와 n-형 산화물 반도체 재료를 혼합함으로써 얻어진 혼합물로 형성된다. 예를 들면, 충전 층(14)의 n-형 산화물 반도체 재료(제1의 n-형 산화물 반도체 재료)로서, n-형 산화물 반도체의 미립자가 사용될 수 있다. n-형 산화물 반도체는 자외선 광을 이용한 방사에 의해 광 여기 구조로 변경되고, 이에 의해 충전 기능을 갖는 층이 된다. 충전 층(14)의 절연 재료로서, 실리콘 수지가 사용될 수 있다. 예를 들어, 절연 재료로서, 실리콘 산화물과 같은 실록산 결합(siloxane bonding)에 의해 형성된 주 골격을 갖는 실리콘 화합물(실리콘)을 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 충전 층(14)은 티타늄 이산화물이 제1의 n-형 산화물 반도체 재료로서 사용되는 산화물 실리콘 및 티타늄 이산화물로 형성된다. 위에서 설명한 재료 이외에도, 주석 산화물(SnO2) 또는 아연 산화물(ZnO)이 충전 층(14)을 위해 사용될 수 있는 n-형 산화물 반도체 재료로서 바람직하다. 또한, 티타늄 이산화물, 주석 산화물 및 아연 산화물 중 두 개 또는 전부를 조합함으로써 형성되는 재료를 사용하는 것도 가능하다.
충전 층(14)의 제조 단계가 설명된다. 우선, 티타늄 산화물, 주석 산화물 및 아연 산화물의 전구체와 실리콘 오일의 혼합물에 용매를 혼합함으로써 코팅액이 준비된다. 지방산 티타늄과 실리콘 오일을 용매에 혼합함으로써 코팅액이 준비된다. 그 다음에, 코팅 액이 스피닝 코팅 방법 또는 슬릿 코팅 방법에 의해 n-형 산화물 반도체 층(13)에 도포된다. 코팅 필름을 건조 및 소성시킴으로써 n-형 산화물 반도체 층(13)에 충전 층(14)이 형성될 수 있다. 전구체의 예로서, 티타늄 산화물의 전구체인 티타늄 스테아레이트(titanium stearate)가 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 티타늄 산화물, 주석 산화물 및 아연 산화물은 금속 산화물의 전구체인 지방족 산염을 분해함으로써 형성된다. 건조 및 소성된 충전 층(14)은 UV(자외선; Ultra-Violet) 광의 방사에 의해 UV 경화될 수 있다.
티타늄 산화물, 주석 산화물, 아연 산화물 등의 경우, 산화물 반도체의 미립자가 전구체를 대신하여 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 혼합 용액은 티타늄 산화물 또는 아연 산화물의 나노 입자를 실리콘 오일과 혼합함으로써 형성된다. 또한, 혼합 용액에 용매를 혼합함으로써 코팅액이 형성된다. 이러한 코팅액은 스피닝 코팅 방법 또는 슬릿 코팅 방법에 의해 n-형 산화물 반도체 층(13)에 도포된다. 코팅 필름에 건조, 소성 및 UV 방사를 실행함으로써 충전 층(14)이 형성될 수 있다.
충전 층(14)에 포함된 제1의 n-형 산화물 반도체를 위한 재료와, n-형 산화물 반도체 층(13)에 포함된 제2의 n-형 산화물 반도체를 위한 재료는 서로 동일하거나 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, n-형 산화물 반도체 층(13)에 포함된 n-형 산화물 반도체를 위한 재료가 주석 산화물인 경우, 충전 층(14)에 포함된 n-형 산화물 반도체를 위한 재료는 주석 산화물 또는 주석 산화물 이외의 n-형 산화물 반도체 재료일 수 있다.
충전 층(14) 상에는 p-형 산화물 반도체 층(16)이 형성된다. p-형 산화물 반도체 층(16)은 p-형 산화물 반도체 재료를 포함하도록 형성된다. p-형 산화물 반도체 층(16)을 위한 재료로서, 니켈 산화물(NiO), 구리 알루미늄 산화물(CuAlO2) 등을 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어, p-형 산화물 반도체 층(16)은 400 nm의 두께를 갖는 니켈 산화물 필름이다. p-형 반도체 층(16)은 증착 또는 스퍼터링과 같은 필름 형성 방법에 의해 충전 층(14)에 형성된다.
제2 전극(17)은 전도성 필름으로 형성될 수 있다. 또한, 제2 전극(17)의 재료로서, 크롬(Cr) 또는 구리(Cu) 등의 금속 재료가 사용될 수 있다. 다른 금속 재료의 예는 알루미늄(Al)을 포함하는 은(Ag) 합금을 포함한다. 그 형성 방법의 예는 스퍼터링, 이온 도금, 전자 빔 증착, 진공 증착 및 화학 증기 증착과 같은 기상 필름 형성 방법(vapor-phase film formation)을 포함한다. 또한, 금속 전극은 전기 도금 방법(electroplating method), 무전해 도금 방법(electro-less plating method) 등에 의해 형성될 수 있다. 도금에 사용되는 금속으로서, 일반적으로 구리, 구리 합금, 니켈, 알루미늄, 은, 금, 아연, 주석 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(17)은 300 nm의 두께를 갖는 Al 필름이다.
시트형 전지(21)는 다른 층을 포함할 수 있다. 시트형 전지(21)는 고체-상태 전지이다. 시트형 전지(21)는 또한 단위 전지라고도 불릴 수 있다. 즉, 각각의 단위 전지로서 기능을 하는 복수의 시트형 전지(21)를 서로 조합하여 2차 전지가 제조된다.
위의 설명에서, n-형 산화물 반도체 층(13)은 충전 층(14) 아래에 배치되고, p-형 산화물 반도체 층(16)은 충전 층(14) 위에 배치된다. 그러나, n-형 산화물 반도체 층(13) 및 p-형 산화물 반도체 층(16)은 반대로 배치될 수 있다. 즉, n-형 산화물 반도체 층(13)이 충전 층(14) 위에 배치될 수 있고, p-형 산화물 반도체 층(16)이 충전 층(14) 아래에 배치될 수 있다. 이 경우, 기판(11)은 양극으로서 역할을 하고, 제2 전극(17)은 음극으로서 역할을 한다. 즉, 충전 층(14)이 n-형 산화물 반도체 층(13) 및 p-형 산화물 반도체 층(16) 사이에 개재되어 있는 한, n-형 산화물 반도체 층(13) 및 p-형 산화물 반도체 층(16) 중 하나가 충전 층(14) 위에 배치될 수 있다. 다시 말해서, 시트형 전지(21)는 제1 전극(기판(11)), 제1 전도성 산화물 반도체 층(n-형 산화물 반도체 층(13) 또는 p-형 산화물 반도체 층(16)), 충전 층(14), 제2 전도성 반도체 층(p-형 산화물 반도체 층(16) 또는 n-형 산화물 반도체 층(13)) 및 제2 전극(17)의 순서로 적층되어 있는 한, 임의의 구조를 가질 수 있다.
또한, 시트형 전지(21)는 제1 전극(기판(11)), 제1 전도성 산화물 반도체 층(n-형 산화물 반도체 층(13) 또는 p-형 산화물 반도체 층(16)), 충전 층(14), 제2 전도성 반도체 층(p-형 산화물 반도체 층(16) 또는 n-형 산화물 반도체 층(13)) 및 제2 전극(17) 이외에 다른 층(들)을 포함할 수 있다.
다음은, 시트형 전지(21)에 연결된 스크리닝 장치(50)의 구성이 도 1 및 도 2를 참조하여 되풀이 설명된다. 스크리닝 장치(50)는 충전기/방전기(61) 및 퍼스널 컴퓨터(이하, PC라고 지칭함)(51)를 포함한다. PC(51)는 충전/방전 파형 획득 유닛(52), 방전 전압 평가 유닛(53), 방전 시간 평가 유닛(54), 충전 전압 평가 유닛(56), 충전 효율 평가 유닛(57), 전류 값 평가 유닛(58), 및 결정 유닛(59)을 포함한다.
충전/방전 파형 획득 유닛(52), 방전 전압 평가 유닛(53), 방전 시간 평가 유닛(54), 충전 전압 평가 유닛(56), 충전 효율 평가 유닛(57), 전류 값 평가 유닛(58), 및 결정 유닛(59)은 CPU(Central Processing Unit; 중앙 처리 유닛), 메모리와 같은 기록 매체, 키보드와 같은 입력 디바이스, 모니터 등을 포함하는 PC(51)에 의해 구현될 수 있다. 메모리에 저장된 컴퓨터 프로그램을 실행함으로써, PC(51)는 방전 전압 평가 유닛(53), 방전 시간 평가 유닛(54), 충전 전압 평가 유닛(56), 충전 효율 평가 유닛(57) 및 전류 값 평가 유닛(58)의 평가 프로세스와, 결정 유닛(59)의 결정 프로세스를 수행한다. 이러한 평가 및 결정 프로세스는 나중에 설명될 것이다.
충전기/방전기(61)는 시트형 전지(21)를 충전 및 방전한다. 구체적으로, 충전기/방전기(61)는 CC-CV(정전류-정전압) 방식으로 미리 결정된 시간 동안 시트형 전지(21)를 충전하고, 그 다음에 CC(정전류) 방식으로 시트형 전지(21)를 방전한다. CC-CV 충전 시, 먼저, 정전류 충전이 수행된다. 그 다음에, 충전 전압이 미리 결정된 전압에 도달할 때, 전압은 미리 결정된 전압으로 고정되고, 따라서 정전압 충전이 수행된다. CC 방법에서, 방전은 정전류로 실행된다. 충전기/방전기(61)는 충전 및 방전 동안 전압 및 전류를 제어 및 측정한다.
충전/방전 파형 획득 유닛(52)은 충전기/방전기(61)에 의한 실행된 충전/방전 테스트에서 충전/방전 파형을 획득한다. 즉, 충전/방전 파형 획득 유닛(52)은 충전 또는 방전 동안 측정된 전압 또는 전류에 따라 전압 파형 및 전류 파형을 획득한다. 충전/방전 파형 획득 유닛(52)은 충전/방전 전류 및 충전/방전 전압을 시간과 연관시키고 이를 메모리 등에 저장한다. 충전기/방전기(61)는 하나의 시트형 전지(21) 마다 복수의 횟수로 충전 및 방전을 실행할 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 이러한 경우, 충전/방전 파형 획득 유닛(52)은 하나의 시트형 전지(21) 마다 복수의 충전/방전 파형을 획득한다.
방전 전압 평가 유닛(53)은 방전 동안 방전 전압을 평가한다. 방전 시간 평가 유닛(54)은 충전/방전 파형에서 방전 시간의 변동을 평가한다. 충전 전압 평가 유닛(56)은 충전 동안 충전 전압을 평가한다. 충전 효율 평가 유닛(57)은 충전/방전 파형에 기초하여 충전 효율을 평가한다. 전류 값 평가 유닛(58)은 충전의 종료시의 전류 값을 평가한다. 방전 전압 평가 유닛(53), 방전 시간 평가 유닛(54), 충전 전압 평가 유닛(56), 충전 효율 평가 유닛(57) 및 전류 값 평가 유닛(58)에 의해 이루어진 평가는 나중에 설명될 것이다.
결정 유닛(59)은 충전 전압 평가 유닛(53), 방전 시간 평가 유닛(54), 충전 전압 평가 유닛(56), 충전 효율 평가 유닛(57), 충전 효율 평가 유닛(56) 및 전류 값 평가 유닛(58)에 의해 이루어진 평가에 기초하여 시트형 전지(21)의 합격/불합격을 결정한다. 즉, 충전의 종료시의 방전 전압, 방전 시간, 충전 전압, 충전 효율 및 전류 값 모두의 평가에 대하여 만족한 결과가 얻어질 때, 결정 유닛(59)은 시트형 전지(21)가 양호한 품질을 갖는 것으로 결정한다. 대안적으로, 충전의 종료시의 방전 전압, 방전 시간, 충전 전압, 충전 효율 및 전류 값 중 적어도 하나의 평가에 대해 만족한 결과가 얻어지지 않을 때, 결정 유닛(59)은 시트형 전지(21)를 불량한 품질을 갖는 것으로 결정한다. 위에서 설명한 바와 같이, 스크리닝 장치(50)는 위에서 설명한 바와 같이 획득된 충전/방전 파형에 기초하여 시트형 전지(21)의 스크리닝을 수행한다.
다음은, 스크린 장치(50)에 의해 수행되는 스크리닝 방법이 도 3 내지 도 9를 참조하여 설명될 것이다. 도 3은 본 실시예에 따른 스크리닝 방법을 도시하는 흐름도이다. 도 4 내지 도 9는 시트형 전지(21)에서 수행된 각각의 평가를 설명하기 위한 충전/방전 파형이다. 도 4 내지 도 7은 시간 경과에 따른 충전/방전 전압의 변화와 시간 경과에 따른 충전/방전 전류의 변화를 도시한다. 도 8 및 도 9는 시간 경과에 따른 충전/방전 전압의 변화을 도시한다.
위에서 설명한 바와 같이, 충전기/방전기(61)는 미리 결정된 시간 동안 시트형 전지(21)에 대해 CC-CV 충전을 먼저 수행한 다음 CC 방전을 수행한다. 예를 들어, 충전기/방전기(61)가 충전/방전을 수행할 때, 즉 한 세트의 CC-CV 충전 및 CC 방전을 수행할 때. 충전/방전 파형 획득 유닛(52)은 한 세트의 충전/방전 파형을 획득한다(아래에 설명되는 흐름도에서 (S11)을 참조).
예를 들어, 충전기/방전기(61)는 2.7 V 및 50 mA라는 충전 설정 하에서 30초의 충전 시간 동안 시트형 전지(21)를 충전할 수 있다. 이 경우, 충전기/방전기(61)는 전압이 2.7 V에 도달할 때까지 시트형 전지(21)를 50 mA의 정전류로 충전하고, 시트형 전지의 전압이 2.7 V에 도달할 때, 충전기/방전기(61)는 전류를 감소시키고 시트형 전지(21)를 2.7 V의 정전압에서 충전한다. 방전 시, 충전기/방전기(61)는 전지 잔량이 0 %가 될 때까지 시트형 전지(21)를 정전류로 방전한다.
먼저, 시트형 전지(21)가 준비된다(S10). 구체적으로, 단계(S10)에서, 도 1 등에 도시된 적층 구조를 각각 갖는 복수의 시트형 전지(21)가 준비된다. 다음에, 충전기/방전기(61)는 각각의 시트형 전지(21)에 대해 충전/방전 테스트를 실행하고, 충전/방전 파형 획득 유닛(52)은 시트형 전지(21)의 충전/방전 파형을 획득한다(S11). 구체적으로, 단계(S11)에서, 충전기/방전기(61)는 하나의 시트형 전지(21) 마다 1회 충전 및 방전을 실행한다. 이렇게 함으로써, 충전/방전 파형 획득 유닛(52)은 하나의 시트형 전지(21) 마다 하나의 충전/방전 파형을 획득한다. 예를 들면, 전압 값 및 전류 값이 각각의 충전/방전 파형에서 1초마다 획득된다고 가정한다.
다음으로, 방전 전압 평가 유닛(53)은 방전 동안에 시간에 따른 방전 전압의 변화를 평가한다(S12). 단계(S12)에서, 방전 전압 평가 유닛(53)은 방전 동안에 전압이 상승했는지 여부를 평가한다. 도 4는 방전 전압의 상승을 포함하는 충전/방전 파형을 도시한다. 도 4에서, 전압은 방전 동안에 포인트(C1)에서 상승한다.
구체적으로, 단계(S12)에서, 방전 전압 평가 유닛(53)은 방전 동안에 서로 다른 타이밍에서 전압 값을 서로 비교하고, 비교 결과에 기초하여, 방전 전압에서 상승의 여부를 평가한다. 즉, 방전 전압 평가 유닛(53)은 방전 전압의 거동(behavior)에 기초하여 비정상(abnormality)의 유무를 검출한다.
방전 전압 평가 유닛(53)은 시간 경과에 따른 방전 전압의 변동이 미리 결정된 방전 전압 임계치(이하, 방전 전압 임계치(Vth1)라고 지칭함) 이상인지의 여부에 기초하여 시간에 따른 방전 전압의 변동을 평가한다. 구체적으로, 예를 들어, 임의의 타이밍에서의 전압 값(이하, 전압 값(V2)이라고 지칭함)과 방전 동안에 임의의 타이밍 직전의 타이밍에서의 전압 값(이하, 전압(V2)이라고 지칭함) 사이의 차이 값(V2-V1)은 시간에 따른 방전 전압의 변동에 대응한다. 방전 전압의 차이 값(V2-V1)이 방전 전압 임계치(Vth1) 이상일 때, 방전 전압 평가 유닛(53)은 방전 전압이 상승했다고 결정한다. 다른 한편, 두 전압 값(V2 및 V1) 사이의 차이 값(V2-V1)이 방전 전압 임계치(Vth1)보다 낮을 때, 방전 전압 평가 유닛(53)은 방전 전압이 상승하지 않았다고 결정한다. 이러한 방식으로, 방전 전압 평가 유닛(53)은 두 개의 연속된 타이밍에서 방전 전압 사이의 차이 값에 기초하여 시간에 따른 방전 전압의 변동을 평가한다.
방전 전압 평가 유닛(53)은 차이 값(V2-V1)이 방전 동안에 방전 전압 임계치(Vth1) 이상인 적어도 하나의 포인트가 존재할 때, 방전 동안에 전압이 상승했다고 결정한다. 도 4에서, 예를 들어, 방전 전압은 포인트(C1)에서 상승했다. 위에서 설명한 바와 같이, 방전 전압 평가 유닛(53)은 차이 값(V2-V1)과 방전 전압 임계치(Vth1) 사이의 비교 결과에 기초하여 비정상의 유무를 검출한다. 방전 전압 임계치(Vth1)는 양의 값이고 예를 들어, 0.02 V로 설정될 수 있다는 것을 유의한다.
다음에, 충전 전압 평가 유닛(56)은 시트형 전지(21)의 충전 동안에 시간에 따른 충전 전압의 변화를 평가한다(S13). 구체적으로, 충전 전압 평가 유닛(56)은 충전 동안에 전압이 떨어졌는지의 여부를 평가한다. 도 5는 충전 전압의 떨어짐을 포함하는 충전/방전 파형을 나타낸다. 도 5에서, 전압은 충전 동안에 포인트(D1)에서 떨어진다. 충전 전압 평가 유닛(56)은 충전 동안에 상이한 타이밍에서 전압 값을 서로 비교하고, 비교 결과에 기초하여, 충전 전압의 강하의 여부를 평가한다. 즉, 충전 전압 평가 유닛(56)은 충전 전압의 거동에 기초하여 비정상의 유무를 검출한다.
충전 전압 평가 유닛(56)은 시간 경과에 따른 충전 전압의 변동이 충전 전압 임계치(Vth2) 이상인지의 여부에 기초하여 시간에 따른 충전 전압의 변동을 평가한다. 구체적으로, 예를 들면, 임의의 타이밍에서의 전압 값(이하, 전압 값(V3)이라 지칭함)과 충전 동안에 임의의 타이밍 직후의 타이밍에서의 전압 값(이하, 전압 값(V4)이라고 지칭함) 사이의 차이 전압 값(V3-V4)은 시간에 따른 충전 전압의 변동에 대응한다. 충전 전압의 차이 값(V3-V4)이 충전 전압 임계치(이하, 충전 전압 임계치(Vth2)라고 지칭함) 이상일 때, 충전 전압 평가 유닛(56)은 충전 전압이 떨어졌다고 결정한다. 다른 한편, 두 전압 값(V3 및 V4)의 차이 값(V3-V4)이 충전 전압 임계치(Vth2) 미만일 때, 충전 전압 평가 유닛(56)은 충전 전압이 떨어지지 않았다고 결정한다. 위에서 설명한 바와 같이, 충전 전압 평가 유닛(56)은 두 개의 연속된 타이밍에서 충전 전압 사이의 차이 값에 기초하여 충전 동안 시간에 따른 충전 전압의 변화를 평가한다.
충전 전압 평가 유닛(56)은 값(V3-V4)이 충전 동안 충전 전압 임계치(Vth2) 이상인 적어도 하나의 포인트가 존재할 때 충전 동안 전압이 떨어졌다고 결정한다. 도 5에서, 예를 들어, 충전 전압은 포인트(D1)에서 떨어졌다. 위에서 설명한 바와 같이, 충전 전압 평가 유닛(56)은 차이 값(V3-V4)과 충전 전압 임계치(Vth2) 사이의 비교 결과에 기초하여 비정상의 유무를 검출한다. 충전 전압 임계치(Vth2)는 양의 값이고 예를 들어 0.1V로 설정될 수 있다는 것을 유의한다.
다음으로, 충전 효율 평가 유닛(57)은 충전/방전 파형에 기초하여 충전 효율을 평가한다(S14). 그 다음에, 충전 효율 평가 유닛(57)은 시트형 전지(21)의 충전 효율이 효율 임계치보다 높거나 낮은지를 결정한다. 다음으로, 도 6을 참조하여 충전 효율을 계산하는 방법이 상세히 설명된다.
<충전에 필요한 전기 에너지>
각각의 타이밍에서 충전 전압과 충전 전류의 곱이 충전된 전력이다. 또한, 충전 기간(도 6의 충전 기간(P1))에 걸쳐 시간에 대해 충전된 전력을 적산함으로써 얻어진 값이 충전에 필요한 전기 에너지이다.
<충전에 의해 얻은 전기 에너지>
각각의 타이밍에서의 방전 전압과 방전 전류의 곱이 방전 전력이다. 또한, 방전 기간(도 6의 방전 기간(P2))에 걸쳐 시간에 대해 방전된 전력을 적산함으로써 얻어진 값이 방전에 의해 얻어진 전기 에너지이다.
<충전 효율>
충전 효율은 수식 "(방전에 의해 얻어진 전기 에너지)/(충전에 필요한 전기 에너지)"에 의해 계산된다.
충전 효율 평가 유닛(57)은 위에서 설명한 바와 같이 충전/방전 파형에 기초하여 충전에 필요한 전기 에너지 및 방전에 의해 얻어진 전기 에너지로부터 계산된 전기 에너지를 획득함으로써 충전 효율(E)을 계산한다. 그 다음에, 충전 효율 평가 유닛(57)은 계산된 충전 효율과 효율 임계치(Eth)를 비교한다. 충전 효율 평가 유닛(57)은 충전 효율(E)이 효율 임계치(Eth) 이상일 때 충전 효율이 높은 것으로 결정하고, 충전 효율(E)이 효율 임계치(Eth) 미만일 때 충전 효율이 낮은 것으로 결정한다. 효율 임계치(Eth)는 예를 들어 80 %로 설정될 수 있다. 충전 효율 평가 유닛(57)은 충전 효율에 기초하여 비정상의 유무를 검출한다.
다음으로, 전류 값 평가 유닛(58)은 충전/방전 파형에 기초하여 충전의 종료시의 전류 값을 평가한다(S15). 예를 들어, 충전 시간이 30초인 경우에, 전류 값 평가 유닛(58)은 충전의 시작 30초 이후에 충전 전류 값을 충전의 종료시의 전류 값(I)으로서 획득한다(도 7 참조). 즉, 충전의 종료시의 전류 값(I)은 정전압 충전의 최종 타이밍에서 획득한 전류 값이다. 그 다음, 전류 값 평가 유닛(58)은 전류 값(I)을 전류 임계치(Ith)와 비교하고, 전류 값(I)이 전류 임계치(Ith) 이하일 때 정상이라고 결정하고 전류 값(I)이 전류 임계치(Ith)를 초과할 때 비정상이라고 결정한다. 위에서 설명한 바와 같이, 전류 값 평가 유닛(58)은 전류 값(I)과 전류 임계치(Ith) 사이의 비교 결과에 기초하여 비정상의 유무를 검출한다.
다음으로, 결정 유닛(59)은 시트형 전지가 위에서 설명한 평가 결과에 기초하여 양호한 품질을 갖는지를 결정한다(S16). 구체적으로, 결정 유닛(59)은 방전 전압 평가 유닛(53), 방전 시간 평가 유닛(54), 충전 전압 평가 유닛(56), 충전 효율 평가 유닛(57) 및 전류 값 평가 유닛(58)에 의해 평가된 항목 중 적어도 하나에서 비정상이 검출되는 시트형 전지가 불량한 품질을 갖는 것으로 결정한다((S16)에서 "아니오"). 그 다음에, 스크리닝 장치(50)는 시트형 전지가 비정상이라는 정보를 PC의 모니터 스크린에 출력한다(S17). 비정상을 출력한 후에, 프로세스는 종료한다.
결정 유닛(59)은 방전 전압 평가 유닛(53), 방전 시간 평가 유닛(54), 충전 전압 평가 유닛(56), 충전 효율 평가 유닛(57) 및 전류 값 평가 유닛(58)에 의해 평가된 모든 항목에 합격한 시트형 전지(58)를 양호한 품질을 갖는 것으로 결정한다(S16에서 "예").
단계(S16)에서 시트형 전지가 양호한 품질을 갖는 것으로 결정될 때, 충전/방전 파형 획득 유닛(52)은 충전/방전 파형을 다시 획득한다(S18). 여기서, 단계(S12)와 마찬가지로, 충전기/방전기(61)는 CC-CV 충전 및 CC 방전을 수행하고, 충전/방전 파형 획득 유닛(52)은 충전/방전 파형을 획득한다. 이와 같은 방식으로, 시트형 전지(21)에 대해 제2 충전/방전 파형이 획득된다. 단계(S11 및 S18)를 통해, 하나의 시트형 전지(21)에 대해 복수의 충전/방전 파형이 획득된다. 단계(S18)에서, 충전/방전 파형 획득 유닛(52)은 복수의 충전/방전 파형을 획득할 수 있다.
방전 시간 평가 유닛(54)은 충전/방전 파형의 방전 시간을 평가한다(S19). 구체적으로, 방전 시간 평가 유닛(54)은 단계(S11 및 S18)에서 획득한 복수의 충전/방전 파형에 대해 방전 시간을 계산한다. 그 다음, 방전 시간 평가 유닛(54)은 하나의 시트형 전지(21)에 대해 복수의 충전/방전 파형 중 방전 시간의 변동을 평가한다.
방전 시간 평가 유닛(54)에 의해 수행된 평가는 도 8 및 도 9를 참조하여 설명될 것이다. 도 8은 방전 시간의 변동이 큰 경우의 전압 파형을 도시하고, 도 9는 방전 시간의 변동이 작은 경우의 전압 파형을 도시한다. 도 8 및 도 9는 각각 세 개의 충전/방전 파형을 도시한다. 도 8에 도시된 충전/방전 파형이 획득되는 시트형 전지(21)는 샘플(A)이라고 지칭하고, 도 9에 도시된 충전/방전 파형이 획득된 시트형 전지(21)는 샘플(B)이라고 지칭한다. 샘플(A 및 B)은 상이한 샘플(상이한 시트형 전지(21))이다.
도 8에 도시된 세 개의 충전/방전 파형에서 방전 시간은 A1 내지 A3으로 표시되고, 도 9에 도시된 세 개의 방전 시간은 B1 내지 B3으로 표시된다. 방전 시간(A1 내지 A3) 및 방전 시간(B1 내지 B3) 각각은 방전이 종료된 시간, 즉 방전으로 인해 전지 잔량이 0 %가 된 시간에 대응한다는 것을 알아야 한다. 즉, CC 방전으로 인해 전압이 0 V가 된 시간은 방전이 종료된 시간으로 정의된다.
방전 시간(A1 내지 A3) 사이의 차이가 크기 때문에, 방전 시간 평가 유닛(54)은 샘플(A)을 방전 시간의 변동이 큰 단위 전지로서 평가한다. 방전 시간(B1 내지 B3) 사이의 차이가 작기 때문에, 방전 시간 평가 유닛(54)은 샘플(B)을 방전 시간의 변동이 작은 단위 전지로서 평가한다. 방전 시간의 변동을 평가하기 위해, 최대 방전 시간과 최소 방전 시간의 차이, 또는 방전 시간의 표준 편차가 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 방전 시간 평가 유닛(54)은 방전 시간의 변동에 기초하여 비정상의 유무를 검출한다.
그 다음, 결정 유닛(59)은 방전 시간에 기초하여 시트형 전지가 양호한 품질인지의 여부를 결정한다(S20). 결정 유닛(59)은 방전 시간의 변동이 큰 시트형 전지(21)가 불량한 품질을 갖는 것으로 결정한다(S20에서 "아니오"). 스크린 장치(50)는 시트형 전지가 비정상이라는 정보를 PC의 모니터 스크린에 출력한다(S17). 비정상을 출력한 후에, 프로세스가 종료된다. 결정 유닛(59)은 방전 시간의 변동이 작은 시트형 전지(21)가 양호한 품질을 갖는 것으로 결정한다(S20에서 "예"). 그 다음에, 스크리닝 장치(50)는 시트형 전지가 정상이라는 것을 PC의 모니터 스크린에 출력한다(S21). 정상을 출력한 후에, 프로세스가 종료된다.
위에서 설명한 바와 같이, 방전 전압 평가 유닛(53), 방전 시간 평가 유닛(54), 충전 전압 평가 유닛(56), 충전 효율 평가 유닛(57) 및 전류 값 평가 유닛(58)은 충전/방전 파형의 비정상을 검출한다. 그 다음, 결정 유닛(59)은 비정상적인 충전/방전 파형이 얻어지는 시트형 전지(단위 전지)(21)가 불량한 품질을 갖는 것으로 결정한다. 이렇게 함으로써, 시트형 전지의 합격/불합격이 적절히 결정될 수 있다. 즉, 충전 효율, 충전 파형 또는 방전 파형에 불규칙성이 있는 시트형 전지(21)는 적절히 배제될 수 있다. 시트형 전지(21)가 네 개의 항목에 기초하여 스크리닝 되기 때문에, 스크리닝은 적절히 수행될 수 있다.
또한, 방전 전압 평가 유닛(53), 충전 전압 평가 유닛(56), 충전 효율 평가 유닛(57), 및 전류 평가 유닛(58)에 의해 이루어진 평가가 만족되었던 시트형 전지(21)에 대해 단계(S18)에서 충전/방전 파형이 다시 획득된다. 다시 말해, 적어도 하나의 평가 항목이 만족스럽지 않은 시트형 전지(21)에 대해서는 충전/방전 파형이 다시 획득되지 않는다. 따라서, 불필요한 충전 및 방전 테스트를 회피할 수 있고, 이에 의해 보다 효율적으로 스크리닝을 수행할 수 있다. 말할 필요도 없이, (S11)에서 복수의 충전/방전 파형을 획득할 수 있고, 이에 의해 방전 전압 평가 유닛(53), 충전 전압 평가 유닛(56), 충전 효율 평가 유닛(57) 및 전류 값 평가 유닛(58)에 의한 평가와 함께 방전 시간 평가 유닛(54)에 의해 평가를 수행할 수 있다.
방전 전압 임계치(Vth1), 충전 전압 임계치(Vth2), 효율 임계치(Eth) 및 전류 임계치(Ith)는 사용자에 의해 설정될 수 있다는 것을 알아야 한다. 예를 들어, 스크리닝 장치(50)는 도 10에 도시된 설정 윈도우(70)를 모니터에 디스플레이한다. 그런 다음에 사용자는 키보드, 마우스 등과 같은 입력 디바이스를 사용하여 각각의 임계치를 입력한다.
예를 들어, 입력 필드(71)에서는 0.02 V가 충전 전압 임계치(Vth1)로서 입력된다. 입력 필드(72)에서는 80 %가 효율 임계치(Eth)로서 입력된다. 입력 필드(73)에서는 30 ㎃가 전류 임계치(Ith)로서 입력된다. 입력 필드(74)에서는 0.1 V가 충전 전압 임계치로서 입력된다. 스크리닝 장치(50)는 사용자에 의해 입력한 값을 판독하여 임계치로서 설정한다. 그 다음, 임계치에 기초하여 시트형 전지의 합격/불합격이 결정된다. 말할 필요도 없이, 위에서 설명한 전류 값, 전압 값, 효율 값 등은 예일뿐이며, 위에서 설명한 값으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 시트형 전지(21)의 크기 및 적층 구조에 따라 적절한 임계치가 설정될 수 있다.
다음으로, 사용자는 순응하는 항목으로서 선택된 시트형 전지(21)만을 사용하여 2차 전지를 제조한다. 즉, 사용자는 불량한 품질을 갖는 것으로 결정된 시트형 전지(21)를 배제한다. 양호한 품질을 갖는 복수의 시트형 전지(21)는 서로 연결된다. 도 11은 다섯 개의 시트형 전지(다섯 개의 단위 전지)(21)를 포함하는 2차 전지(30)를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 2차 전지(30)는 복수의 시트형 전지(21)가 적층된 셀 시트이다.
도 11에서, 각각의 시트형 전지(21)가 단위 전지(211) 또는 단위 전지(212)로서 도시된다. 복수의 시트형 전지(21) 사이에서, 그 아래에 기판(11)이 배치되고 그 위에 제2 전극(17)이 배치되어 단위 전지(212)로서 도시된다. 또한, 복수의 시트형 전지(21) 사이에서, 그 위에 기판(11)이 배치되고 그 아래에 제2 전극(17)이 배치되어 단위 전지(212)로서 도시된다.
2차 전지(30)는 음극 단자(32)와 양극 단자(33)를 포함한다. 복수의 시트형 전지(21)는 음극 단자(32) 및 양극 단자(33)를 통해 병렬로 연결된다. 음극 단자(32)는 시트형 전지(21)의 각각의 기판(음극)에 연결된다. 양극 단자(33)는 시트형 전지(21)의 각각의 제2 전극(양극)(17)에 연결된다. 또한, 단위 전지(211 및 212)는 교대로 적층된다. 양극 단자(33)는 단위 전지(211)의 제2 전극(17)과 단위 전지(212)의 제2 전극(17) 사이에 배치된다. 음극 단자(32)는 단위 전지(211)의 기판(11)과 단위 전지(212)의 기판(11) 사이에 배치된다.
적층된 단위 전지(211 및 212) 사이에서, 최외층(도 11에서 최상층 및 최하층)에 위치된 것들의 경우, 기판(11)이 외측에 위치될 때, 그 위에 음극 단자(32)가 적층된다. 또한, 제2 전극(17)이 외측에 위치될 때, 그 위에 양의 단자(33)가 적층된다. 양극 단자(33) 및 음극 단자(32)는 2차 전지가 충전될 때 충전 장치에 연결된다. 또한, 이들 단자는 2차 전지가 방전될 때(2차 전지가 사용될 때), 부하로서 작용하는 전기 기기에 연결된다.
도 11은 다섯 개의 시트형 전지(21)를 포함하는 2차 전지(30)를 나타낸다. 그러나, 2차 전지(30)는 여섯 개 이상의 시트형 전지(21)를 포함할 수 있거나 적어도 두 개 또는 네 개의 시트형 전지를 포함할 수 있다. 즉, 2차 전지(30)에서, 복수의 시트형 전지(21)가 병렬로 연결된다. 위에서 설명한 바와 같이, 복수의 시트형 전지(21)를 연결함으로써 대용량을 갖는 2차 전지(30)를 제조할 수 있다. 물론, 각각의 단자는 도 11에 도시된 구조로 제한되지 않는다.
본 실시예에 따른 2차 전지(30)를 제조하기 위한 방법에서, 2차 전지(30)는 위에서 설명한 스크리닝 방법에서 양호한 품질을 갖는 것으로 평가된 시트형 전지를 적층함으로써 제조된다. 즉, 2차 전지(30)는 양호한 품질을 갖는 시트형 전지(21)만을 서로 연결함으로써 제조된다. 그 결과, 2차 전지(30)를 구성하는 각각의 시트형 전지(21)는 모든 평가 항목 중 어떤 항목이든 비정상이 없다. 즉, 2차 전지(30)는 충전 전압, 방전 전압, 충전 효율, 충전 전류 및 방전 시간의 평가 중 어느 평가이든 비정상이 없는 시트형 전지(21)를 사용하여 형성된다. 그러므로 단위 전지 간의 성능의 변동이 있는 단위 전지(시트형 전지(21))를 포함하지 않는 2차 전지(30)를 제조할 수 있다.
이렇게 함으로써, 2차 전지(30)의 수율을 개선하는 것이 가능하다. 따라서, 높은 생산성을 갖는 고성능 2차 전지(30)를 제조할 수 있다. 안정적인 2차 전지(30)를 제조하는 것이 가능하다. 또한, 스크리닝은 복수의 평가 조건을 조합함으로써 수행된다. 따라서, 평가를 위해 임계치를 적절하게 설정하는 것이 가능하다.
방전 시간 평가 유닛(54)에 의한 평가는 필수적인 것이 아니라는 것을 알아야 한다. 즉, 결정부(59)는 적어도 네 개의 평가 항목에 기초하여, 즉 방전 전압 평가 유닛(53), 충전 전압 평가 유닛(56), 충전 효율 평가 유닛(57) 및 전류 값 평가 유닛(58)에 기초하여 합격/불합격 결정을 내릴 수 있다. 방전 시간 평가 유닛(54)에 의한 평가가 수행되지 않는 경우에, 충전/방전 테스트는 하나의 시트형 전지(하나의 단위 전지)(21)에 대해 단지 한번만 실행될 수 있다. 이 경우, 단계(S18 내지 S20)는 생략될 수 있다. 방전 전압 평가 유닛(53), 충전 전압 평가 유닛(56), 충전 효율 평가 유닛(57) 및 전류 값 평가 유닛(58)에 의한 평가의 순서에관해서는 특정한 제한은 없다. 예를 들어, 도 3에서 단계(S12 내지 S15)의 순서는 서로 바뀔 수 있다. 또한, 이들 단계 중 두 개 이상의 단계가 병행하여 수행될 수 있다.
위의 설명에서, 스크리닝 장치(50)는 하나의 시트형 전지(21)가 하나의 단위 전지로서 사용된다는 가정하에 스크리닝을 수행한다. 그러나, 단위 전지는 시트형 전지(21)로 제한되지 않는다. 예를 들어, 복수의 시트형 전지(21)가 적층된 셀 시트가 단위 전지로서 사용될 수 있다.
위에서 본 개시내용에 따른 실시예에 대해 설명되었지만, 본 개시내용은 본 개시내용의 목적 및 장점을 실질적으로 손상시키지 않는 여러 변형예를 또한 포함한다. 또한, 위에서 설명한 실시예는 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 사용되어서는 안된다.
본 출원은 2016년 11월 30일자로 출원된 일본 특허 출원 제2016-232479 호의 우선권의 이익에 기초하고 우선권의 이익을 주장하며, 그 개시내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.
11: 기판(제1 전극)
13: n-형 산화물 반도체 층
14: 충전 층
16: p-형 산화물 반도체 층
17: 제2 전극
21: 시트형 전지
30: 2차 전지
32: 음극 단자
33: 양극 단자
50: 스크리닝 장치
51: PC
52: 충전/방전 파형 획득 유닛
53: 방전 전압 평가 유닛
54: 방전 시간 평가 유닛
56: 충전 전압 평가 유닛
57: 충전 효율 평가 유닛
58: 전류 값 평가 유닛
59: 결정 유닛
61: 충전기/방전기

Claims (13)

  1. 단위 전지를 스크리닝하기 위한 스크리닝 방법으로서,
    상기 단위 전지를 충전 및 방전함으로써 상기 단위 전지의 충전/방전 파형을 획득하는 충전/방전 파형 획득 단계;
    상기 충전/방전 파형에 기초하여 상기 단위 전지에서 방전하는 동안 시간 경과에 따른 방전 전압의 변동을 평가하는 제1 단계;
    상기 충전/방전 파형에 기초하여 상기 단위 전지에서 충전하는 동안 시간 경고에 따른 충전 전압의 변동을 평가하는 제2 단계;
    상기 충전/방전 파형에 기초하여 상기 단위 전지의 충전 효율을 평가하는 제3 단계;
    상기 충전/방전 파형에 기초하여 상기 단위 전지의 충전의 종료시의 전류 값을 평가하는 제4 단계; 및
    상기 제1 단계, 제2 단계, 제3 단계 및 제4 단계의 평가 결과에 기초하여 상기 단위 전지를 스크리닝하는 스크리닝 단계를 포함하는, 스크리닝 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충전/방전 파형 획득 단계에서, 상기 충전/방전 파형은 상기 단위 전지를 CC-CV(Constant Current-Constant Voltage, 정전류-정전압) 방식으로 미리 결정된 시간 동안 충전하고, 상기 단위 전지를 CC(Constant Current, 정전류) 방식으로 방전함으로써 획득되는, 스크리닝 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 단계에서, 상기 방전 동안 시간 경과에 따른 방전 전압의 변동은 시간 경과에 따른 방전 전압의 변동이 미리 결정된 방전 전압 임계치 이상인지의 여부에 기초하여 평가되는, 스크리닝 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 단계에서, 상기 충전 동안 시간 경과에 따른 충전 전압의 변동은 시간 경과에 따른 충전 전압의 변동이 미리 결정된 충전 전압 임계치 이상인지의 여부에 기초하여 평가되는, 스크리닝 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제4 단계에서, 상기 충전의 종료시의 전류 값은 상기 충전의 종료시의 전류 값이 미리 결정된 전류 임계치 이상인지의 여부에 기초하여 평가되는, 스크리닝 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충전/방전 파형은 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 단계에서의 평가가 만족스러운 단위 전지에 대해 다시 획득되고,
    상기 단위 전지에 대한 복수의 충전/방전 파형 중 방전 시간의 변동이 평가되며,
    상기 단위 전지는 방전 시간의 변동의 평가 결과에 기초하여 스크리닝되는, 스크리닝 방법.
  7. 2차 전지를 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 2차 전지는 복수의 단위 전지를 서로 연결함으로써 제조되고, 복수의 단위 전지는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 스크리닝 방법에 의해 스크리닝되는, 2차 전지 제조 방법.
  8. 단위 전지를 스크리닝하도록 구성된 스크리닝 장치로서,
    상기 단위 전지를 충전 및 방전하도록 구성된 충전기/방전기;
    상기 충전기/방전기에 의해 상기 단위 전지를 충전 및 방전함으로써 상기 단위 전지의 충전/방전 파형을 획득하도록 구성된 충전/방전 파형 획득 유닛;
    상기 충전/방전 파형에 기초하여 상기 단위 전지의 방전 동안 시간 경과에 따른 방전 전압의 변동을 평가하도록 구성된 방전 전압 평가 유닛;
    상기 충전/방전 파형에 기초하여 상기 단위 전지의 충전 동안 시간 경과에 따른 충전 전압의 변동을 평가하도록 구성된 충전 전압 평가 유닛;
    상기 충전/방전 파형에 기초하여 상기 단위 전지의 충전 효율을 평가하도록 구성된 충전 효율 평가 유닛; 및
    상기 충전/방전 파형에 기초하여 상기 단위 전지의 충전의 종료시의 전류 값을 평가하도록 구성된 전류 값 평가 유닛을 포함하는, 스크리닝 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 충전/방전 파형 획득 유닛은 상기 단위 전지를 CC-CV 방식으로 미리 결정된 시간 동안 상기 충전기/방전기에 의해 충전하고, 상기 단위 전지를 CC 방식으로 방전함으로써 상기 충전/방전 파형을 획득하는, 스크리닝 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 방전 전압 평가 유닛은 시간 경과에 따른 방전 전압의 변동이 미리 결정된 방전 전압 임계치 이상인지의 여부에 기초하여 상기 방전 동안 시간 경과에 따른 방전 전압의 변동을 평가하는, 스크리닝 장치.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충전 전압 평가 유닛은 시간 경과에 따른 충전 전압의 변동이 미리 결정된 충전 전압 임계치 이상인지의 여부에 기초하여 상기 충전 동안 시간 경과에 따른 충전 전압의 변동을 평가하는, 스크리닝 장치.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류 값 평가 유닛은 상기 충전의 종료시의 전류 값이 미리 결정된 전류 임계치 이상인지의 여부에 기초하여 상기 충전의 종료시의 전류 값을 평가하는, 스크리닝 장치.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방전 전압 평가 유닛, 상기 충전 전압 평가 유닛, 상기 충전 효율 평가 유닛 및 상기 전류 값 평가 유닛에서의 평가가 만족스러운 단위 전지에 대해, 상기 충전/방전 파형 획득 유닛이 상기 충전기/방전기에 의해 상기 단위 전지를 충전 및 방전함으로써 충전/방전 파형을 다시 획득하고,
    상기 단위 전지에 대한 복수의 충전/방전 파형 중 방전 시간의 변동이 평가되고,
    상기 단위 전지가 방전 시간의 변동의 평가 결과에 기초하여 스크리닝되는, 스크리닝 장치.
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