KR20200144269A - Device and Method for Testing Characteristics of Electrode - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an electrode test apparatus comprising a three-electrode battery cell equipped with a positive electrode, a negative electrode, and a reference electrode, and to an electrode property test method using the same. When using the apparatus of the present invention, the solution resistance and thus the decrease in reproducibility, problems in the electrode properties in the conventional three-electrode cell, are greatly improved. In addition, unlike the conventional three-electrode cell to be manufactured in a glove box, it can be manufactured simply in a dry room, and it is possible to shorten the manufacturing time of the apparatus conventionally taking 1 to 2 days to within 1 hour, significantly shorter than that.

Description

전극 테스트 장치 및 이를 이용한 전극 특성 테스트 방법{Device and Method for Testing Characteristics of Electrode}Electrode test device and electrode characteristic test method using the same {Device and Method for Testing Characteristics of Electrode}

본 발명은 이차전지용 전극 특성 테스트를 위한 장치 및 이를 이용한 전극 테스트 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for testing electrode characteristics for a secondary battery and an electrode test method using the same.

화석연료의 에너지 가격이 상승하고, 환경오염에 대한 관심이 증폭되면서 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있고, 특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있다.As energy prices of fossil fuels rise and interest in environmental pollution increases, the demand for eco-friendly alternative energy sources is becoming an indispensable factor for future life. In particular, as technology development and demand for mobile devices increase. Accordingly, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing.

대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.Typically, in terms of the shape of the battery, there is a high demand for prismatic secondary batteries and pouch-type secondary batteries that can be applied to products such as mobile phones with a thin thickness. In terms of materials, lithium-ion batteries with high energy density, discharge voltage, and output stability, There is high demand for lithium secondary batteries such as lithium ion polymer batteries.

최근에는 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가 낮은 제조비, 적은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있으며, 사용량도 점차적으로 증가하고 있다.Recently, a pouch-type battery having a structure in which a stack-type or stack/folding-type electrode assembly is embedded in a pouch-type battery case of an aluminum laminate sheet has attracted a lot of attention due to low manufacturing cost, low weight, and easy shape transformation. Is also gradually increasing.

파우치형 전지셀은 양극, 분리막, 음극을 적층하여 제조되는 스택형 또는 스택-폴딩형 전극조립체가 수납된다. 각각의 양극 및 음극은 전극 탭들에 의하여 전기적으로 연결되고, 전극 탭들에 외부로 인출되는 전극 리드가 연결된다.The pouch-type battery cell accommodates a stack-type or stack-folding electrode assembly manufactured by stacking a positive electrode, a separator, and a negative electrode. Each of the positive and negative electrodes is electrically connected by electrode tabs, and electrode leads drawn out to the outside are connected to the electrode tabs.

상기 전극 탭 및 전극 리드가 연결된 전극조립체를 파우치 형태의 전지케이스에 수납한 다음 전해액을 주입하고. 전극 리드의 일부가 외부로 노출된 상태에서 전지케이스를 밀봉하여 파우치형 전지셀을 제조한다.The electrode assembly to which the electrode tab and the electrode lead are connected is accommodated in a pouch-shaped battery case, and then an electrolyte is injected. A pouch-type battery cell is manufactured by sealing the battery case while a part of the electrode lead is exposed to the outside.

한편, 파우치형 전지셀의 전지케이스는 파우치 형태로 이루어져 가공이 용이하여, 전극조립체의 크기나 형태에 따른 제약이 적으며, 전지셀 내부 공간을 효율적으로 사용할 수 있다. 따라서, 파우치형 전지셀은 에너지 밀도가 높으며, 다양한 형태로 가공이 가능하여, 최근에는 다양한 형태로 이루어진 자동차 전지에도 사용되고 있다.On the other hand, the battery case of the pouch-type battery cell is formed in a pouch shape to facilitate processing, so that there are few restrictions according to the size or shape of the electrode assembly, and the space inside the battery cell can be efficiently used. Accordingly, the pouch-type battery cell has high energy density and can be processed in various forms, and has recently been used in automobile batteries in various forms.

한편, 새로운 전지셀의 개발, 제조된 전지셀의 성능 확인 등을 위해, 전극의 전위, 출력, 용량을 측정한다. 이는 전극의 개발 단계에서 수행될 수도 있고, 양산화된 전극의 품질 감별을 위해 수행될 수 있다.Meanwhile, in order to develop a new battery cell and check the performance of the manufactured battery cell, the potential, output, and capacity of the electrode are measured. This may be performed in the electrode development stage, or may be performed for quality discrimination of mass-produced electrodes.

일반적으로 전극의 성능 테스트는 이미 제반 특성, 예를 들어 전극 전위나 전극저항이 알려져 있어 정확한 특성 측정을 가능하게 하는 순수 리튬 전극과 특성 측정의 대상이 되는 전극이 조합된 코인셀(coin cell)을 제조한 후, 이를 반복적으로 충방전 하면서, 전극의 수명 특성, 출력 특성 그리고 용량 특성 등을 측정한다.In general, the performance test of an electrode is performed using a coin cell that combines a pure lithium electrode and an electrode that is the object of the characteristic measurement, which enables accurate characteristic measurement because all characteristics such as electrode potential or electrode resistance are already known. After manufacturing, it is repeatedly charged and discharged, and the life characteristics, output characteristics, and capacity characteristics of the electrode are measured.

이처럼, 새로운 전지셀의 개발, 제조된 전지셀의 성능 확인 등을 위해 전지의 전극전위(electrode potential)를 측정한다. 전극전위의 측정에는 기준 전극(reference electrode), 작업전극(working electrode) 및 보조전극(potential electrode)으로 구성된 3 전극계 전극전위 측정방법이 주로 사용되고 있다.In this way, the electrode potential of the battery is measured in order to develop a new battery cell and check the performance of the manufactured battery cell. In measuring the electrode potential, a three-electrode electrode potential measurement method consisting of a reference electrode, a working electrode and a potential electrode is mainly used.

기준 전극은 전지를 구성하고 있는 전극이나 전기분해가 일어나고 있는 전극의 전위를 측정하기 위하여 당해 전극과 조합하여 전극전위 측정용 전지회로를 만드는데 사용하는 전극으로서, 전극전위의 상대 값을 측정할 때 전위의 기준이 된다.The reference electrode is an electrode used to make a battery circuit for measuring electrode potential by combining it with the electrode to measure the potential of an electrode constituting a battery or an electrode in which electrolysis is taking place. When measuring the relative value of the electrode potential, the potential It becomes the standard of

이러한 기준 전극을 파우치형(pouch type)의 리튬 이차전지에 적용할 경우, 일반적으로 셀을 조립하는 과정에서 양극과 음극 사이에 기준 전극을 넣는다. 이 경우 실험 초기에 제작해야 하므로 충방전이 사이클의 진행된 Fresh 셀의 측정이 어렵고 또한 Li@Cu(LTO/Cu)를 사용하기 ‹š문에 고품질의 제작이 필요하고 제조방법이 까다롭다는 단점이 있다.When such a reference electrode is applied to a pouch type lithium secondary battery, in general, a reference electrode is inserted between a positive electrode and a negative electrode during the cell assembly process. In this case, since it has to be produced at the beginning of the experiment, it is difficult to measure the fresh cell that has progressed in the charge/discharge cycle, and it is difficult to use Li@Cu (LTO/Cu). Therefore, it is necessary to produce high quality and the manufacturing method is difficult. have.

이런 단점을 해결하기 위한 종래의 또다른 3전극셀 측정방법은 Li@Ni 기준 전극을 사용하며 기준 전극을 양극과 음극 사이가 아닌 외부에 두는 것으로, 이는 충방전 사이클이 진행된 셀과 Li@Ni 기준 전극을 사용할 수 있다는 장점이 있다. 그런데 이러한 3전극셀 측정방법의 경우, 용액의 웨팅(wetting)과 기준 전극의 위치에 따라 기준 전극과 상대 전극 사이에 존재하는 전해액에 의한 저항이 크게 작용한다. 따라서, 용액 저항을 최소화할 수 있는 기준 전극 위치 및 전해액 웨팅이 중요하다. 또한 종래의 3전극셀 방법은 밀봉 과정에서 전해액 혹은 기준 전극의 위치를 제어하기가 어려우므로 재현성이 매우 떨어지는 문제가 있다.Another conventional three-electrode cell measurement method to solve this disadvantage is to use a Li@Ni reference electrode and place the reference electrode outside, not between the anode and the cathode, which is based on Li@Ni and the cell that has undergone a charge/discharge cycle. There is an advantage that an electrode can be used. However, in the case of such a three-electrode cell measurement method, resistance by the electrolyte existing between the reference electrode and the counter electrode acts greatly depending on the wetting of the solution and the position of the reference electrode. Therefore, it is important to position the reference electrode to minimize solution resistance and to wet the electrolyte. In addition, in the conventional three-electrode cell method, it is difficult to control the position of the electrolyte or the reference electrode during the sealing process, and thus, there is a problem in that reproducibility is very poor.

따라서, 종래의 3전극셀을 이용한 전극 테스트 방법에서 발생하는 상기 문제점들을 개선한 새로운 테스트 방법이 요구되고 있는 실정이다.Accordingly, there is a need for a new test method that improves the above problems occurring in the conventional electrode test method using a three-electrode cell.

한국공개특허 제2016-0047743호Korean Patent Publication No. 2016-0047743 한국공개특허 제2013-0128030호Korean Patent Publication No. 2013-0128030

본 발명은 종래 3전극셀을 이용한 전극 특성 측정방법에서 문제되었던 전해액 저항으로 인한 재현성 저하 문제를 개선하고, 제조가 간단하며 제조 시간도 짧은 전극 테스트 장치 및 이를 이용한 전극 특성 테스트 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to improve the problem of reducing reproducibility due to electrolyte resistance, which was a problem in the method of measuring electrode characteristics using a conventional three-electrode cell, and to provide an electrode test apparatus that is simple to manufacture and has a short manufacturing time, and an electrode characteristic test method using the same. To do.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 전극 테스트 장치는 전지셀; 전지셀을 삽입할 수 있는 전지셀 삽입부가 형성되어 있는 장착부재; 및In order to achieve the above object, the electrode test apparatus according to the present invention includes a battery cell; A mounting member having a battery cell insertion portion into which a battery cell is inserted; And

상기 장착부재를 덮어 밀봉할 수 있는 커버부재;를 포함할 수 있다.It may include; a cover member capable of covering and sealing the mounting member.

이때, 상기 전지셀에는 양극 탭, 음극 탭 및 기준 전극이 구비되어 있으며,At this time, the battery cell is provided with a positive electrode tab, a negative electrode tab, and a reference electrode,

상기 전지셀 삽입부는 장착부재 상에 형성되어 장착 부재와 평행한 방향으로 전지셀을 삽입할 수 있도록 일면이 개방되어 있는 것을 특징으로 한다.The battery cell insertion portion is formed on the mounting member, and one surface is opened to insert the battery cell in a direction parallel to the mounting member.

한편, 상기 전지셀은 내부의 전극조립체 일측 단부가 외부에 노출되어 있는 노출부가 구비되어 있으며, 노출부를 통해 노출된 전극조립체 측면에 기준 전극이 배치됨으로써, 상기 전지셀은 양극, 음극 및 기준 전극을 포함하는 3전극셀의 구조를 이루게 된다.Meanwhile, the battery cell is provided with an exposed portion in which one end of the electrode assembly is exposed to the outside, and a reference electrode is disposed on the side of the electrode assembly exposed through the exposed portion, so that the battery cell has a positive electrode, a negative electrode, and a reference electrode. A structure of a three-electrode cell is formed.

상기 삽입부에는 전해액이 주입되어 있으며, 삽입부에 주입된 전해액에 상기 전지셀의 노출부가 함침된다. 이때, 함침된 전지셀 노출부의 전극조립체 측면에 기준 전극이 배치되어 기준 전극의 일부도 전해액에 함침되어 있으므로, 기준 전극을 상대 전극으로 하여 이온 교환이 이루어지게 된다. An electrolyte solution is injected into the insertion portion, and the exposed portion of the battery cell is impregnated with the electrolyte solution injected into the insertion portion. At this time, since the reference electrode is disposed on the side of the electrode assembly of the exposed portion of the impregnated battery cell, and a part of the reference electrode is also impregnated with the electrolyte, ion exchange is performed using the reference electrode as a counter electrode.

한편, 상기 기준 전극을 상기 전극조립체 노출부의 일 측면에 대면하여 배치시킴으로써, 기준 전극과 양극 및 음극 활물질과의 거리를 최소한으로 줄일 수 있다. 이에 따라 전해액의 저항 또한 최소화할 수 있다.Meanwhile, by arranging the reference electrode to face one side of the exposed portion of the electrode assembly, the distance between the reference electrode and the positive and negative active materials may be reduced to a minimum. Accordingly, resistance of the electrolyte can also be minimized.

상기 전극조립체와 대면하는 기준 전극은 전극조립체의 측면에 가깝게 배치되나, 전극조립체가 직접 접촉할 경우 전지셀 내부에서 단락이 발생하게 된다. 따라서, 활물질과의 거리를 최소화하면서도, 단락 발생을 방지하기 위하여 전극조립체의 측면과 대면하는 기준 전극의 일면 상에 절연막이 구비할 수 있다. 이때, 상기 절연막은 절연 특성을 가지는 고분자막을 사용하는 것이 바람직하며, 다공성 고분자막 특히 분리막과 동일한 소재를 사용하는 경우 이온교환이 원활하여 가장 바람직하다.The reference electrode facing the electrode assembly is disposed close to the side of the electrode assembly, but when the electrode assembly directly contacts, a short circuit occurs inside the battery cell. Accordingly, in order to minimize the distance to the active material and prevent the occurrence of a short circuit, an insulating film may be provided on one surface of the reference electrode facing the side surface of the electrode assembly. In this case, it is preferable to use a polymer membrane having insulating properties as the insulating layer, and when using the same material as the porous polymer membrane, particularly the separator, ion exchange is smooth and thus the most preferable.

이‹š, 상기 기준 전극은 당업계에 공지된 기준 전극의 제조방법에 따라 다양한 형태로 제조가 가능하나, 니켈 소재의 금속 박막을 리튬 금속으로 감아 둘러싸는 형태로 기준 전극을 제작하여 사용하는 것이 공정이 간단하고 비용을 절감할 수 있으므로 바람직하다. 또한 장수명 테스트 등과 같이 실험 용도에 따라 기준 전극으로서 LTO@Ni 전극 등을 사용할 수도 있다.In this case, the reference electrode can be manufactured in various forms according to the manufacturing method of a reference electrode known in the art, but it is recommended to manufacture and use a reference electrode in a form of wrapping a metal thin film made of nickel with lithium metal. It is preferable because the process is simple and cost can be reduced. In addition, LTO@Ni electrodes may be used as a reference electrode depending on the purpose of the experiment, such as a long life test.

한편, 상기 삽입부는 장착부재 상에서 이동이 가능한 형태로 제조될 수 있다. 전지셀은 용도 및 적용될 디바이스에 따라 여러 가지 형태 및 크기로 제조될 수 있는데, 삽입부를 이동 가능한 형태로 제조하는 경우 전지셀이 장착되는 장착 부재의 내부 공간 크기를 조절할 수 있으므로, 장치의 추가 제작 없이 다양한 전지셀에 적용이 가능하다.On the other hand, the insertion portion may be manufactured in a form that can be moved on the mounting member. The battery cell can be manufactured in various shapes and sizes depending on the use and the device to be applied. In the case of manufacturing the insert in a movable form, the size of the internal space of the mounting member in which the battery cell is mounted can be adjusted. It can be applied to various battery cells.

상기 장착부재는 전지셀의 형태에 대응하는 형상의 홈이 형성되어 있을 수 있다. 전지셀에 구비된 양극 탭, 음극 탭, 기준 전극은 외부로 돌출되어 있으며, 본 발명의 전극 테스트 장치는 일측 단부가 외부로 노출되어 있으므로, 전지셀 내부의 전해액이 손실될 가능성도 있다. 따라서, 전지셀의 형태에 대응하는 홈을 장착부재에 형성하여 전지셀을 장착하면, 전지셀을 더욱 안정된 상태로 장착하여 고정할 수 있으며, 외부 충격에 의한 단락을 방지할 수 있고, 전해액 손실을 감소시킬 수 있다.The mounting member may have a groove having a shape corresponding to the shape of the battery cell. The positive electrode tab, the negative electrode tab, and the reference electrode provided in the battery cell protrude to the outside, and since one end of the electrode test apparatus of the present invention is exposed to the outside, there is a possibility that the electrolyte solution inside the battery cell may be lost. Therefore, if the battery cell is mounted by forming a groove corresponding to the shape of the battery cell in the mounting member, the battery cell can be mounted and fixed in a more stable state, and a short circuit due to external shock can be prevented, and loss of electrolyte solution can be reduced. Can be reduced.

또한 상기 장착부재 및 커버부재는 절연성이면서 전해액과 반응성이 없는 소재로 제작하여, 전극 조립체와 직접 접촉하는 부위에서 단락 혹은 부식이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the mounting member and the cover member are made of a material that is insulative and not reactive with the electrolyte so that short circuit or corrosion does not occur at a site in direct contact with the electrode assembly.

구체적으로, 상기 장착 부재 및 커버 부재는 폴리테트라플루오로에틸렌 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 사용하는 것이 바람직하며, 폴리테트라플루오로에틸렌 소재는 가공성이 우수하며, 폴리에틸렌은 기계적 강도가 높아 안정성이 높은 장점이 있다.Specifically, it is preferable to use one selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene and polyethylene as the mounting member and the cover member, and the polytetrafluoroethylene material has excellent processability, and the polyethylene has high mechanical strength and thus stability. This has a high advantage.

상기 커버부재를 장착부재 상에 덮음으로써, 본 발명의 전극 테스트 장치를 밀봉을 할 수 있다. 그런데, 전극 특성 테스트를 하기 위해서는 양극 탭, 음극 탭 및 기준 전극이 충방전 장치와 연결되어야 하는데, 따라서, 커버부재에 관통하는 전도성 물질로 이루어진 복수 개의 연결부재들을 커버부재에 구비하여, 외부 장치와 양극 탭, 음극 탭 및 기준 전극을 전기적으로 연결하는 것이 가능하다.By covering the cover member on the mounting member, the electrode testing device of the present invention can be sealed. However, in order to test the electrode characteristics, the positive electrode tab, the negative electrode tab, and the reference electrode must be connected to the charging/discharging device. Therefore, a plurality of connecting members made of a conductive material penetrating the cover member are provided in the cover member, It is possible to electrically connect the positive electrode tab, the negative electrode tab and the reference electrode.

한편, 상기 장착부재와 커버부재를 폴리테르타플루오로에틸렌으로 제작하는 경우, 기계적 강성이 다소 저하되며, 밀봉 상태 유지가 어려울 수 있다. 따라서, 기계적 강도 및 안정성을 더욱 높이고 밀봉상태를 유지하기 위하여, 상기 장착부재와 커버부재의 외면에 면접하는 지지부재를 추가로 더 포함할 수 있다. 이때, 지지부재는 기계적 강도가 우수한 소재를 사용하는 것이 바람직하며, 장착부재와 커버부재가 절연성 소재로 이루어져 있으므로, 금속 소재로 제작하여도 무방하다.On the other hand, when the mounting member and the cover member are made of polytertafluoroethylene, mechanical stiffness is somewhat lowered, and it may be difficult to maintain a sealed state. Therefore, in order to further increase mechanical strength and stability and maintain a sealed state, a support member for interviewing the outer surfaces of the mounting member and the cover member may be further included. At this time, it is preferable to use a material having excellent mechanical strength as the support member, and since the mounting member and the cover member are made of an insulating material, it may be made of a metal material.

한편, 본 발명의 전극 특성 테스트 방법은 다음과 같은 단계로 이루어질 수 있다.On the other hand, the electrode characteristic test method of the present invention may consist of the following steps.

파우치형 전지셀을 제조하는 단계;Manufacturing a pouch-type battery cell;

니켈 박막을 리튬 금속으로 감싸 기준전극을 제조하는 단계;Manufacturing a reference electrode by wrapping the nickel thin film with lithium metal;

파우치형 전지셀의 전지케이스를 파단하여 전극조립체의 일측 단부를 노출시키는 단계; Breaking the battery case of the pouch-type battery cell to expose one end of the electrode assembly;

상기 기준 전극을 노출된 전극조립체의 측면에 배치하는 단계;Placing the reference electrode on the exposed side of the electrode assembly;

상기 전지셀을 수납할 수 있는 장착부재를 준비하는 단계;Preparing a mounting member capable of accommodating the battery cell;

상기 장착부재 상에 전지셀의 일측 단부를 삽입하기 위한 삽입부를 형성하는 단계;Forming an insertion part for inserting one end of the battery cell on the mounting member;

상기 삽입부에 전지셀의 노출된 일측 단부를 삽입하는 단계;Inserting the exposed end of the battery cell into the insertion part;

상기 삽입부의 내부 공간에 전해액을 주입하는 단계;Injecting an electrolyte into the inner space of the insertion part;

상기 장착부재를 밀봉부재로 밀봉하는 단계;Sealing the mounting member with a sealing member;

상기 전지셀에 대한 충방전을 수행하여 양극 또는 음극의 특성을 측정하는 단계.Measuring characteristics of a positive electrode or a negative electrode by performing charging and discharging of the battery cell.

본 발명의 전극 테스트 방법은 종래의 전극 테스트용 3전극 전지셀과는 달리, 전해액 저항에 의한 오차가 거의 발생하지 않으므로, 정밀한 전극 특성 재현이 가능하다. 또한 상기 전극 테스트에 이용되는 본 발명의 전극 테스트 장치는 제조 시간이 종래의 3전극셀에 비해 짧으며, 전해액 누출 등의 문제가 발생하지 않고, 통상적인 드라이 룸에서 조작 가능하므로 테스트가 간편하다는 장점이 있다.Unlike the conventional three-electrode battery cell for electrode testing, the electrode testing method of the present invention hardly generates an error due to electrolyte resistance, and thus precise electrode characteristics can be reproduced. In addition, the electrode testing device of the present invention used for the electrode test has an advantage that the manufacturing time is shorter than that of the conventional three-electrode cell, does not cause problems such as electrolyte leakage, and can be operated in a normal dry room, so that the test is simple. There is this.

도 1은 종래의 전극 테스트용 3전극 전지셀의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 2는 종래의 전극 테스트용 3전극 전지셀의 또다른 일례를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 의한 전극 테스트 장치의 구조를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 또다른 일 실시형태에 의한 전극 테스트 장치의 구조를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 또다른 일 실시형태에 의한 전극 테스트 장치를 모식적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 또다른 일 실시형태에 의한 전극 테스트 장치에 있어서, 전지셀 크기에 따라 장치의 내부 공간을 조절 가능한 수납부의 작동 원리를 도시한 것이다.
도 7은 종래 방법의 3전극셀을 이용하여 전극 특성 테스트를 실시한 실험 결과를 그래프로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 의한 전극 테스트 장치를 이용하여 전극 특성 테스트를 실시한 실험 결과를 그래프로 도시한 것이다.
1 is a schematic diagram showing an example of a conventional three-electrode battery cell for electrode testing.
2 is a schematic diagram showing another example of a conventional three-electrode battery cell for electrode testing.
3 shows a structure of an electrode test apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 shows the structure of an electrode testing apparatus according to another embodiment of the present invention.
5 schematically shows an electrode test apparatus according to another embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an operating principle of a storage unit capable of adjusting an internal space of the device according to the size of a battery cell in the electrode testing apparatus according to another embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the experimental results of conducting an electrode characteristic test using a three-electrode cell of a conventional method.
8 is a graph showing the experimental results of conducting an electrode characteristic test using the electrode test apparatus according to the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시형태들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can add various changes and have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form disclosed, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용된 용어들은 이해를 돕기 위한 것이며, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성요소가 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.In describing each drawing, similar reference numerals are used for similar elements. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown to be enlarged than actual for clarity of the present invention. The terms used to describe various components are provided to aid understanding, and the components should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, a first component may be referred to as a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, a second component may be named as a first component. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 발명의 명세서 전체에서 사용되는, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. As used throughout the specification of the present invention, terms such as "include" or "have" are intended to designate the existence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or a combination thereof described in the specification. It is to be understood that the possibility of the presence or addition of other features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, or any further features, is not excluded in advance.

또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 발명의 명세서에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.Further, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the case where the other part is "directly above", but also the case where there is another part in the middle. Conversely, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be "under" another part, this includes not only the case where the other part is "directly below", but also the case where there is another part in the middle. In addition, in the specification of the present invention, the term "above" may include a case where it is disposed not only above but also below.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 전극 테스트 장치는 전지셀; 전지셀을 삽입할 수 있는 전지셀 삽입부가 형성되어 있는 장착부재; 및In order to achieve the above object, the electrode test apparatus according to the present invention includes a battery cell; A mounting member having a battery cell insertion portion into which a battery cell is inserted; And

상기 장착부재를 덮어 밀봉할 수 있는 커버부재;를 포함할 수 있다.It may include; a cover member capable of covering and sealing the mounting member.

상기 장착 부재에는 전지셀이 장착되어 고정되며, 전지셀을 장착한 상태에서 전해액이 주입되고, 이후 장착부재 상에 커버부재를 덮어 밀봉하게 된다. 따라서, 커버부재와 장착부재는 상호 간 고정 및 밀봉을 위한 결합부재나 밀봉부재를 추가로 더 포함할 수 있다.A battery cell is mounted and fixed to the mounting member, an electrolyte is injected while the battery cell is mounted, and then the cover member is covered and sealed on the mounting member. Accordingly, the cover member and the mounting member may further include a coupling member or a sealing member for fixing and sealing each other.

한편, 상기 전지셀에는 양극 탭, 음극 탭 및 기준 전극이 구비되어 있으며,On the other hand, the battery cell is provided with a positive electrode tab, a negative electrode tab, and a reference electrode,

상기 전지셀 삽입부는 장착부재 상에 형성되어 장착 부재와 평행한 방향으로 전지셀을 삽입할 수 있도록 일면이 개방되어 있는 것을 특징으로 한다. 상기 전지셀 삽입부는 전지셀을 수직방향으로 삽입하여 고정할 수 있는 역할 외에도 삽입된 전지셀이 전해액에 함침될 수 있도록 전해액을 저장하는 역할을 한다. 즉, 장착부 및 전지셀 삽입부는 중력에 대하여 수직하는 방향으로 세워져 있으며, 전지셀 삽입부의 상부는 개방된 형태일 수 있다.The battery cell insertion portion is formed on the mounting member, and one surface is opened to insert the battery cell in a direction parallel to the mounting member. The battery cell insertion unit serves to store the electrolyte so that the inserted battery cell can be impregnated with the electrolyte in addition to the role of fixing the battery cell by inserting it in a vertical direction. That is, the mounting portion and the battery cell insertion portion are erected in a direction perpendicular to the gravity, and the upper portion of the battery cell insertion portion may be open.

상기 전지셀은 전해액 함침을 위해 내부의 전극조립체 일측 단부가 외부에 노출되어 있는 노출부가 구비되어 있다. 따라서, 노출부의 전극조립체를 통해 삽입부에 저장된 전해액이 함침된다. 한편, 노출된 전극조립체 측면에 기준 전극이 배치됨으로써, 상기 전지셀은 양극, 음극 및 기준 전극을 포함하는 3전극셀의 구조를 이루게 된다. 상기 기준 전극 또한 일부가 삽입부의 전해액에 함침된 상태이며, 이를 통해 전극조립체와 기준전극은 전해액을 통해 이온 교환이 가능하게 된다.The battery cell is provided with an exposed part in which one end of the electrode assembly inside is exposed to the outside for impregnation of the electrolyte solution. Therefore, the electrolyte stored in the insertion portion is impregnated through the electrode assembly of the exposed portion. On the other hand, by disposing the reference electrode on the exposed side of the electrode assembly, the battery cell forms a three-electrode cell structure including a positive electrode, a negative electrode, and a reference electrode. Part of the reference electrode is also impregnated in the electrolyte solution of the insertion part, and through this, the electrode assembly and the reference electrode can be ion-exchanged through the electrolyte solution.

즉. 전극조립체 일부가 노출되고, 노출된 전극조립체의 측면에 기준 전극이 배치된 전지셀을 전지셀 삽입부에 중력 방향에 대하여 수직으로 삽입하며, 전지셀 을 삽입한 후 전해액을 주입한다. 그에 따라 삽입부에 주입된 전해액에 상기 전지셀 노출부의 전극조립체가 함침되며, 노출된 전극조립체 측면에 배치된 기준 전극의 일부도 전해액에 함침되므로, 기준 전극을 전극조립체 간에 상호 이온 교환이 이루어지게 된다. In other words. Part of the electrode assembly is exposed, and the battery cell with the reference electrode disposed on the side of the exposed electrode assembly is inserted perpendicularly to the direction of gravity in the battery cell insertion part, and the electrolyte is injected after the battery cell is inserted. Accordingly, the electrode assembly of the exposed part of the battery cell is impregnated with the electrolyte injected into the insertion part, and a part of the reference electrode disposed on the side of the exposed electrode assembly is also impregnated with the electrolyte, so that the reference electrode is mutually exchanged between the electrode assemblies. do.

이때, 상기 기준 전극을 상기 전극조립체 노출부의 일 측면에 대면하여 배치되므로, 기준 전극과 양극 및/또는 음극 활물질과의 거리를 최소한으로 줄일 수 있으며, 이에 따라 전해액의 저항에 의한 전극 특성 재현성 저하를 최소화할 수 있다.At this time, since the reference electrode is disposed facing one side of the exposed portion of the electrode assembly, the distance between the reference electrode and the positive electrode and/or negative electrode active material can be reduced to a minimum, thereby reducing electrode characteristic reproducibility due to resistance of the electrolyte. Can be minimized.

다만, 상기 전극조립체와 대면하는 기준 전극이 전극조립체의 측면에 가깝게 배치되므로, 전극조립체가 직접 접촉하여 전지셀 내부에서 단락이 발생하게 될 우려가 있다. 따라서, 활물질과의 거리를 최소화하면서도, 단락 발생을 방지하기 위하여 전극조립체의 측면과 대면하는 기준 전극 사이에 직접 접촉을 물리적으로 차단하는 절연막을 구비할 수 있다.However, since the reference electrode facing the electrode assembly is disposed close to the side surface of the electrode assembly, there is a concern that a short circuit may occur inside the battery cell due to direct contact with the electrode assembly. Accordingly, in order to minimize the distance to the active material and prevent the occurrence of a short circuit, an insulating film may be provided to physically block direct contact between the side surface of the electrode assembly and the reference electrode facing each other.

구체적으로 상기 절연막은 기준 전극의 전극조립체와 대면하는 일면 상에 구비될 수 있다. 이때, 상기 절연막은 절연 특성을 가지는 고분자막을 사용하는 것이 바람직하며, 다공성 고분자막 특히 분리막과 동일한 소재를 사용하는 경우 이온교환이 원활하여 가장 바람직하다.Specifically, the insulating layer may be provided on one surface of the reference electrode facing the electrode assembly. In this case, it is preferable to use a polymer membrane having insulating properties as the insulating layer, and when using the same material as the porous polymer membrane, particularly the separator, ion exchange is smooth and thus the most preferable.

이때, 상기 기준 전극은 당업계에 공지된 기준 전극의 제조방법에 따라 다양한 형태로 제조가 가능하다. 기준 전극의 제조방법으로는 니켈 소재의 금속막에 리튬금속을 감아서 제조하는 방법 또는 구리 와이어에 리튬을 도금하여 제조하는 방법 등이 주로 사용된다. 그런데, 후자의 경우, 기준 전극의 제조 및 기준 전극을 배치하는 작업을 모두 글러브 박스 내에서 작업을 수행해야 하므로 조작성이 떨어진다는 단점이 있다. 반면 니켈 소재의 금속 박막을 리튬 금속으로 감아 둘러싸는 형태로 기준 전극을 제작하는 방법은 드라이 룸 환경에서 용이하게 가능하므로, 본 발명에서는 전자의 방법을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.In this case, the reference electrode may be manufactured in various forms according to a method of manufacturing a reference electrode known in the art. As a method of manufacturing a reference electrode, a method of manufacturing by winding a lithium metal on a metal film made of a nickel material or a method of plating lithium on a copper wire is mainly used. However, in the case of the latter, there is a disadvantage in that operability is inferior since both the manufacturing of the reference electrode and the operation of arranging the reference electrode must be performed within the glove box. On the other hand, since a method of manufacturing a reference electrode in a form of wrapping a metal thin film made of nickel with lithium metal is easily possible in a dry room environment, it is more preferable to use the former method in the present invention.

전지셀은 내부의 전극조립체의 형태나 적용될 디바이스의 종류에 따라 다양한 크기 및 형태로 제조될 수 있다. 따라서, 전지셀에 따라 그때그때 새로운 장치를 제조하여 사용할 수도 있지만, 본 발며의 경우 전지셀이 장착되는 장착부의 내부 공간을 조절함으로써, 전지셀의 크기나 형태에 따른 제약을 극복할 수 있다. 이를 위해 전지셀 삽입부는 장착부재 상에서 이동이 가능한 형태로 제조될 수 있으며, 삽입부의 폭을 충분히 크게 한 후, 상하로 이동 가능하게 제조할 경우 다양한 폭과 높이를 가진 전지셀에 적용할 수 있다. 또한, 'L'자 형태와 같은 특수한 형태의 전지셀도 전지셀 삽입부를 이동시켜 장착 공간을 조정함으로써, 문제 없이 수납이 가능하다. 따라서, 본 발명의 또다른 일 실시형태의 전극 테스트 장치에 의하면 별도의 장치를 추가 제작하는 일 없이 다양한 전지셀을 이용하여 측정하는 것이 가능하다.The battery cell can be manufactured in various sizes and shapes depending on the shape of the electrode assembly inside or the type of device to be applied. Therefore, depending on the battery cell, it is possible to manufacture and use a new device at that time, but in the case of the present invention, by adjusting the internal space of the mounting portion in which the battery cell is mounted, it is possible to overcome the limitation according to the size or shape of the battery cell. To this end, the battery cell insertion unit may be manufactured in a form that is movable on the mounting member, and when the width of the insertion unit is sufficiently enlarged and manufactured to be movable up and down, it can be applied to battery cells having various widths and heights. In addition, battery cells of a special shape such as an'L' shape can be accommodated without problems by moving the battery cell insertion unit to adjust the mounting space. Accordingly, according to the electrode testing device of another embodiment of the present invention, it is possible to measure using various battery cells without additionally manufacturing a separate device.

한편, 상기 장착부재는 전지셀의 형태에 대응하는 형상의 홈이 형성되어 있을 수 있다. 전지셀에 구비된 양극 탭, 음극 탭, 기준 전극은 외부로 돌출되어 있으며, 본 발명의 전극 테스트 장치는 일측 단부가 외부로 노출되어 있으므로, 전지셀 내부의 전해액이 손실될 가능성도 있다. 따라서, 전지셀의 형태에 대응하는 홈을 장착부재에 형성하여 전지셀을 장착하면, 전지셀을 더욱 안정된 상태로 장착하여 고정할 수 있으며, 외부 충격에 의한 단락을 방지할 수 있고, 전해액 손실을 감소시킬 수 있다.Meanwhile, the mounting member may have a groove having a shape corresponding to the shape of the battery cell. The positive electrode tab, the negative electrode tab, and the reference electrode provided in the battery cell protrude to the outside, and since one end of the electrode test apparatus of the present invention is exposed to the outside, there is a possibility that the electrolyte solution inside the battery cell may be lost. Therefore, if the battery cell is mounted by forming a groove corresponding to the shape of the battery cell in the mounting member, the battery cell can be mounted and fixed in a more stable state, and a short circuit due to external shock can be prevented, and loss of electrolyte solution can be reduced. Can be reduced.

또한 상기 장착부재 및 커버부재는 절연성 소재로 제작하여, 전극 조립체와 직접 접촉하는 부위에서 단락이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직한데, 구체적으로, 상기 장착 부재 및 커버 부재는 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 폴리에틸렌 소재를 사용할 수 있다. 폴리테트라플루오로에틸렌 소재는 가공이 매우 용이한 점에서 유리하며, 폴리에틸렌은 기계적 강도가 우수하여 안정성이 높은 장점이 있다.In addition, it is preferable that the mounting member and the cover member are made of an insulating material so that a short circuit does not occur in a portion in direct contact with the electrode assembly. Specifically, the mounting member and the cover member are made of polytetrafluoroethylene or polyethylene. You can use Polytetrafluoroethylene material is advantageous in that it is very easy to process, and polyethylene has an advantage of high stability due to excellent mechanical strength.

상기 커버부재를 장착부재 상에 덮음으로써, 본 발명의 전극 테스트 장치를 밀봉을 할 수 있다. 커버부재를 덮음으로써 양극 탭, 음극 탭, 기준 전극이 모두 상기 전극 테스트 장치 내부에 밀봉되므로, 테스트를 수행하기 위해서는 상기한 양극 탭, 음극 탭, 기준 전극을 외부 장치와 전지적으로 연결할 수 있는 수단이 구비되어야 한다.By covering the cover member on the mounting member, the electrode testing device of the present invention can be sealed. Since the positive electrode tab, the negative electrode tab, and the reference electrode are all sealed inside the electrode testing device by covering the cover member, a means for electrically connecting the positive electrode tab, the negative electrode tab, and the reference electrode to an external device is required to perform a test. It should be equipped.

이를 위해, 상기 커버부재에는 커버부재를 두께 방향으로 관통하는 연결부재가 구비될 수 있다. 이 연결부재들은 전도성 물질로 이루어질 수 있으며, 복수 개 구비되어 장치 내부의 양극 탭, 음극 탭, 기준 전극에 직접 접촉할 수 있으며, 외부의 측정 장치에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 상기 연결부재들의 위치는 양극 탭, 음극 탭, 기준전극의 위치에 대응하여 정해질 수 있다.To this end, the cover member may be provided with a connecting member penetrating the cover member in the thickness direction. These connecting members may be made of a conductive material, are provided in plural, and may directly contact the positive electrode tab, the negative electrode tab, and the reference electrode inside the device, and may be electrically connected to an external measuring device. Accordingly, the positions of the connecting members may be determined corresponding to positions of the positive electrode tab, the negative electrode tab, and the reference electrode.

한편, 장착부재와 밀봉부재로 사용 가능한 폴리테르타플루오로에틸렌의 경우, 기계적 강성이 다소 낮은 편이므로 밀봉 상태 유지가 어려렵거나 안정성이 떨어질 수 있다. 따라서, 기계적 강도 및 안정성을 더욱 높이고 밀봉상태를 유지하기 위하여, 상기 장착부재와 커버부재의 외면에 면접하는 지지부재를 추가로 더 포함할 수 있다. 이때, 지지부재는 기계적 강도가 우수한 소재를 사용하는 것이 바람직하며, 내부의 전지셀과 직접 접촉할 수 있는 장착부재와 커버부재가 모두 절연성 소재로 이루어져 있으므로, 지지부재는 금속 소재로 제작하여도 무방하다.On the other hand, in the case of polytertafluoroethylene, which can be used as a mounting member and a sealing member, mechanical stiffness is rather low, so it may be difficult to maintain the sealed state or stability may be poor. Therefore, in order to further increase mechanical strength and stability and maintain a sealed state, a support member for interviewing the outer surfaces of the mounting member and the cover member may be further included. At this time, it is preferable to use a material having excellent mechanical strength as the support member, and since both the mounting member and the cover member that can directly contact the internal battery cell are made of insulating material, the support member may be made of a metal material. Do.

본 발명의 전극 특성 테스트 방법은 다음과 같다.The electrode characteristic test method of the present invention is as follows.

먼저 파우치 타입의 전지셀을 제조한다. 원하는 크기와 형태의 양극, 음극 및 분리막을 제조한 후 이를 적층하여 전극조립체를 제조한다. 이를 파우치 타입 전지케이스에 수납하고, 전해액을 주입하여 밀봉한다.First, a pouch-type battery cell is manufactured. After preparing a positive electrode, a negative electrode, and a separator having a desired size and shape, the electrode assembly is manufactured by laminating them. It is accommodated in a pouch-type battery case, and an electrolyte is injected to seal it.

다음으로 니켈 박막을 리튬 금속으로 감싸 기준 전극을 제조한다. 기준 전극은 구리 와이어에 리튬 금속을 도금하는 방법으로도 제조할 수 있으나, 이러한 방법은 제조 과정이 까다롭고 시간이 오래 소요되므로 상기한 방법이 더욱 바람직하다. Next, the nickel thin film is wrapped with lithium metal to prepare a reference electrode. The reference electrode can also be manufactured by plating a lithium metal on a copper wire, but this method is more preferable since the manufacturing process is difficult and takes a long time.

상기 전지셀의 파우치형 케이스 하단을 절단하여 내부 전극조립체의 일측 단부를 노출시킨다. 그 다음 상기 제조된 기준 전극을 노출된 전극조립체의 일측 단부 측면에 배치시킨다. 이때, 기준 전극은 전극조립체에 최대한 가깝게 배치되는 것이 바람직하며, 단락을 방지하기 위해 전극조립체와 기준 전극 사이에 절연막을 부가할 수 있다.The bottom of the pouch-shaped case of the battery cell is cut to expose one end of the internal electrode assembly. Then, the prepared reference electrode is placed on one end side of the exposed electrode assembly. In this case, the reference electrode is preferably disposed as close as possible to the electrode assembly, and an insulating layer may be added between the electrode assembly and the reference electrode to prevent a short circuit.

다음으로 장착부재를 준비한다. 장착부재는 상기 전지셀을 준비하는 과정 이전에 미리 준비할 수도 있다. 장착부재에 전지셀을 장착할 수 있는 홈을 형성한 후, 상기 전지셀을 삽입하기 위한 전지셀 삽입부를 형성한다. 전지셀 삽입부는 한 면이 개방된 직육면체의 형태일 수 있으나, 전지셀을 삽입할 수 있고, 전해액 주입이 가능한 것이면 어떠한 형태여도 무방하다. Next, prepare the mounting member. The mounting member may be prepared in advance before the process of preparing the battery cell. After forming a groove in which the battery cell can be mounted on the mounting member, a battery cell insertion part for inserting the battery cell is formed. The battery cell insertion unit may be in the form of a rectangular parallelepiped with one side open, but any shape may be used as long as the battery cell can be inserted and an electrolyte can be injected.

상기 삽입부에 전극조립체가 노출된 전지셀 일측 단부부터 삽입한다. 이후 장착부재를 수직으로 세워, 전지셀이 중력 방향에 대하여 수직으로 서 있도록 한다. 이후 전지셀이 삽입된 삽입부의 여유 공간에 전해액을 주입힌다. 전해액을 주입함으로써, 전극조립체의 노출부와 기준 전극이 함침되어 전기적으로 연결된다. 노출부로부터 전지셀 내부에 있던 전해액이 흘러나와 혼입될 수 있으므로, 이때 삽입부에 주입하는 전해액은 전지셀에 주입된 전해액과 동일한 것으로 하는 것이 바람직하다.Insert the electrode assembly from one end of the battery cell exposed to the insertion part. After that, the mounting member is erected vertically so that the battery cell stands vertically in the direction of gravity. After that, the electrolyte is injected into the free space of the insertion part into which the battery cell is inserted. By injecting the electrolyte, the exposed portion of the electrode assembly and the reference electrode are impregnated and electrically connected. Since the electrolyte inside the battery cell may flow out from the exposed part and be mixed, it is preferable that the electrolyte injected into the insertion part is the same as the electrolyte injected into the battery cell.

마지막으로 밀봉부재를 이용하여 장착부재를 밀봉한다. 이때, 장착부재와 밀봉부재의 소재가 기계적 강도가 약한 것이라면, 별도의 지지부재를 이용하여 강성과 밀봉성을 더욱 높일 수 있다.Finally, the mounting member is sealed using a sealing member. At this time, if the material of the mounting member and the sealing member is weak in mechanical strength, a separate support member may be used to further increase rigidity and sealing properties.

상기 장착부재에 연결부재를 구비하여 측정장치와 양극 탭, 음극 탭, 기준전극을 전기적으로 연결되가 할 수 있다.A connecting member may be provided in the mounting member to electrically connect the measuring device to the positive electrode tab, the negative electrode tab, and the reference electrode.

마지막으로 상기 전지셀의 충방전을 수행하여 양극 또는 음극의 특성을 테스트를 진행한다.Finally, the battery cells are charged and discharged to test the characteristics of the positive or negative electrode.

이하, 도면을 참조하여 종래의 3전극셀과 본 발명의 전극 테스트 장치에 대하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, a conventional three-electrode cell and an electrode test apparatus of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1은 종래의 전극 특성 테스트를 위한 3전극셀(10)을 나타낸 것이다.1 shows a three-electrode cell 10 for a conventional electrode characteristic test.

상기 3전극셀(10)은 전극조립체(11)에 양극 탭(12)과 음극 탭(13) 및 기준 전극(14)를 구비하고 있다. 이는 양극 탭(12)과 음극 탭(13)을 구비한 전극조립체를 먼저 제조한 다음 전극조립체(11)의 상부 또는 하부에 기준 전극(14)을 부착한 다음, 파우치형 전지케이스(15)에 수납하고 전해액을 주입한 후 밀봉하여 제조한다. 이때, 기준 전극(14) 또한 양극 탭(12), 음극 탭(13)과 함께 외부로 인출된다. 이러한 형태의 3전극셀은 기준 전극과 양극, 음극과의 거리가 멀기 때문에 그 사이에 채워진 전해액 저항의 영향을 받는다. 따라서, 전극 특성 측정 시에 재현성이 떨어지는 단점이 있다.The three-electrode cell 10 includes an anode tab 12, a cathode tab 13, and a reference electrode 14 on the electrode assembly 11. This is followed by first manufacturing an electrode assembly including the positive electrode tab 12 and the negative electrode tab 13, and then attaching the reference electrode 14 to the upper or lower portion of the electrode assembly 11, and then to the pouch-type battery case 15. It is prepared by receiving it, injecting the electrolyte, and sealing it. At this time, the reference electrode 14 is also drawn out together with the positive electrode tab 12 and the negative electrode tab 13. The three-electrode cell of this type is affected by the resistance of the electrolyte filled therebetween because the distance between the reference electrode and the anode and the cathode is long. Therefore, there is a disadvantage in that reproducibility is poor when measuring electrode characteristics.

도 2는 종래의 또다른 형태의 전극 특성 테스트를 위한 3전극셀(20)을 나타낸 것이다. 도 1의 3전극셀(10)과 마찬가지로 전극조립체(21)에는 양극 탭(22), 음극 탭(23), 기준 전극(23)이 형성되어 있으며, 기준 전극(23)은 에폭시 레진에 의해 전극조립체(11) 측면에 부착되어 있다. 이 3전극셀(20)은 도 1의 3전극셀(10)과 제조 방법이 다소 상이하다.2 shows a three-electrode cell 20 for testing another type of conventional electrode. Like the three-electrode cell 10 of FIG. 1, the electrode assembly 21 includes an anode tab 22, a cathode tab 23, and a reference electrode 23, and the reference electrode 23 is made of epoxy resin. It is attached to the side of the assembly 11. The three-electrode cell 20 is slightly different from the three-electrode cell 10 of FIG. 1 in a manufacturing method.

먼저 통상적인 양극, 음극, 분리막이 적층된 전극조립체(20)를 제조한 후 파우치형 전지케이스(26)에 수납하고 전해액을 주입하여 밀봉한다. 이후 전지케이스(26)의 측면 일부를 절단한 후 기준 전극(24)을 전극조립체 외부에 부착한다. 부착을 위해 에폭시 레진(25)를 사용하며, 기준 전극(24)은 구리 와이어에 리튬 금속을 도금한 것을 사용한다. 이러한 공정은 먼저 통상적인 전지셀을 제조한 다음 전지케이스(26)를 절개하면서 이루어지기 때문에, 반드시 글로브 박스 내에서 수행되어야 한다. 따라서, 제조 방법이 까다롭고 공정도 1 내지 2일 정도로 오래 걸린다는 단점이 있다.First, an electrode assembly 20 in which a conventional positive electrode, a negative electrode, and a separator are stacked is manufactured, and then stored in a pouch-type battery case 26, and an electrolyte is injected to seal it. Thereafter, a part of the side surface of the battery case 26 is cut and the reference electrode 24 is attached to the outside of the electrode assembly. Epoxy resin 25 is used for attachment, and the reference electrode 24 is a copper wire plated with lithium metal. Since this process is performed by first manufacturing a conventional battery cell and then cutting the battery case 26, it must be performed in a glove box. Therefore, there is a disadvantage in that the manufacturing method is difficult and the process takes as long as 1 to 2 days.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 의한 전극 테스트 장치(100)의 구조를 도시한 것이다. 먼저 본 발명 전극 테스트 장치(100)에 삽입되는 전지셀(110)은 양극 탭(112), 음극 탭(112) 및 기준 전극(113)을 구비하고 있다. 또한, 전지셀(110)의 일측 단부에는 전지케이스가 벗겨져 전극조립체가 노출된 노출부(114)가 형성되어 있으며, 상기 기준 전극(113)은 노출부(114) 하부 측부터 전극조립체 측면에 배치되어 있다. 3 shows a structure of an electrode testing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. First, the battery cell 110 inserted into the electrode testing apparatus 100 of the present invention includes a positive electrode tab 112, a negative electrode tab 112, and a reference electrode 113. In addition, an exposed portion 114 is formed at one end of the battery cell 110 to expose the electrode assembly by removing the battery case, and the reference electrode 113 is disposed on the side of the electrode assembly from the lower side of the exposed portion 114 Has been.

상기 전지셀(110)은 장착부재(120)에 장착되며, 장착부재(120)에는 전지셀을 장착하기 위한 홈이 형성될 수 있다. 한편 상기 장착부재(120)에는 전지셀 삽입부(130)가 형성될 수 있는데, 전지셀 삽입부(130)에 상기 전지셀(110)이 노출부(114)부터 수직방향으로 삽입되며, 전지셀(110)이 삽입되고 난 후 전지셀 삽입부(130)의 여유 공간에는 전해액이 주입되어, 노출부(114)와 기준 전극(113)이 전해액에 함침될 수 있다.The battery cell 110 is mounted on the mounting member 120, and a groove for mounting the battery cell may be formed in the mounting member 120. Meanwhile, a battery cell insertion part 130 may be formed in the mounting member 120, and the battery cell 110 is inserted into the battery cell insertion part 130 in a vertical direction from the exposed part 114, and the battery cell After the 110 is inserted, an electrolyte is injected into the free space of the battery cell insertion unit 130, so that the exposed portion 114 and the reference electrode 113 may be impregnated with the electrolyte.

전지셀(110)을 장착부재(120)에 장착한 후, 그 위에 커버부재(140)를 덮어 밀봉한다. 이때, 커버부재(140)와 장착부재(120)에는 결합력 및 밀봉력을 높이기 위해 별도의 결합부재 또는 밀봉부재를 추가로 더 포함할 수도 있다. 상기 장착부재(140)에는 복수의 연결부재(141)이 형성되어 있는데, 각각의 연결부재(141)들은 커버부재(140)로 장착부재(120)을 덮었을 시, 양극 탭(111), 음극 탭(112), 기준 전극(113)에 직접 접촉하여 외부 장치와 전지적으로 연결해 주는 역할을 한다.After the battery cell 110 is mounted on the mounting member 120, the cover member 140 is covered and sealed thereon. In this case, the cover member 140 and the mounting member 120 may further include a separate coupling member or a sealing member to increase coupling force and sealing force. A plurality of connection members 141 are formed on the mounting member 140, and each of the connection members 141 is provided with a cover member 140 when the mounting member 120 is covered with a positive electrode tab 111 and a negative electrode. It directly contacts the tab 112 and the reference electrode 113 and serves to electrically connect the external device and the battery.

도 4에는 본 발명의 또다른 일 실시형태에 의한 전극 테스트 장치(200)의 구조가 도시되어 있다. 도 4의 또다른 형태의 전극 테스트 장치(200)은 상기한 도 3의 전극 테스트 장치(100)를 더욱 개선한 것으로, 별도의 장치를 제작하지 않고도 형태 및 크기가 상이한 다양한 전지셀을 적용하기 위한 것이다.4 shows a structure of an electrode testing apparatus 200 according to another embodiment of the present invention. Another type of electrode test device 200 of FIG. 4 is a further improvement of the electrode test device 100 of FIG. 3, for applying various battery cells of different shapes and sizes without manufacturing a separate device. will be.

상기 도 3의 전극 테스트 장치(100)와 마찬가지로 도 4의 전극 테스트 장치(200)에 삽입되는 전지셀(210)은 양극 탭(212), 음극 탭(212) 및 기준 전극(213)을 구비하고 있다. 또한, 전지셀(210)의 일측 단부에는 전지케이스가 벗겨져 전극조립체가 노출된 노출부(214)가 형성되어 있으며, 상기 기준 전극(213)은 노출부(214) 하부 측부터 전극조립체 측면에 배치되어 있다. Like the electrode testing device 100 of FIG. 3, the battery cell 210 inserted into the electrode testing device 200 of FIG. 4 includes a positive electrode tab 212, a negative electrode tab 212, and a reference electrode 213. have. In addition, an exposed portion 214 is formed at one end of the battery cell 210 to expose the electrode assembly by peeling the battery case, and the reference electrode 213 is disposed on the side of the electrode assembly from the lower side of the exposed portion 214 Has been.

또한, 상기 전지셀(210)은 장착부재(220)에 장착되며, 장착부재(220)에는 전지셀을 장착하기 위한 홈이 형성될 수 있다. 한편 상기 장착부재(220)에는 전지셀 삽입부(230)가 형성될 수 있는데, 전지셀 삽입부(230)에 상기 전지셀(210)이 노출부(214)부터 수직방향으로 삽입되며, 전지셀(210)이 삽입되고 난 후 전지셀 삽입부(130)의 여유 공간에는 전해액이 주입되어, 노출부(214)와 기준 전극(213)이 전해액에 함침될 수 있다.Further, the battery cell 210 is mounted on the mounting member 220, and a groove for mounting the battery cell may be formed in the mounting member 220. Meanwhile, a battery cell insertion part 230 may be formed in the mounting member 220, and the battery cell 210 is inserted into the battery cell insertion part 230 in a vertical direction from the exposed part 214, and the battery cell After 210 is inserted, an electrolyte is injected into the free space of the battery cell insertion part 130, so that the exposed part 214 and the reference electrode 213 may be impregnated with the electrolyte.

다만, 도 4의 전극 테스트 장치(200)는 전지셀 삽입부(230)가 장착부재(220)와 평행하는 방향으로 이동이 가능하다. 즉, 도 4의 그림을 기준으로 전지셀 삽입부(230)는 상하로 이동이 가능하며, 상방향으로 이동시 전지셀의(210)의 장착 공간이 줄어들며, 하방향으로 이동시 장착 공간이 늘어나게 된다. 따라서, 전지셀의 크기에 따라 별도의 장치를 제작할 필요가 없이, 전지셀 삽입부(220)를 이동하는 것만으로 다양한 전지셀을 적용하는 것이 가능하다. 이를 위해 전지셀 삽입부(230) 슬라이드가 가능한 구조로 장착부재(220) 상에 구비될 수 있으며, 우수한 이동성을 확보하기 위해, 장착부재(220), 전지셀 삽입부(230), 밀봉부재(240)는 유연한 물성을 가지는 폴리테트라플루오로에틸렌으로 이루어진 것일 수 있다.However, in the electrode test apparatus 200 of FIG. 4, the battery cell insertion unit 230 may be moved in a direction parallel to the mounting member 220. That is, the battery cell insertion unit 230 can be moved up and down based on the figure of FIG. 4, and when it is moved upward, the installation space of the battery cell 210 is reduced, and when it is moved downward, the installation space is increased. Therefore, it is not necessary to manufacture a separate device according to the size of the battery cell, and it is possible to apply various battery cells simply by moving the battery cell insertion part 220. To this end, the battery cell insertion unit 230 may be provided on the mounting member 220 in a slidable structure, and in order to secure excellent mobility, the mounting member 220, the battery cell insertion unit 230, and the sealing member ( 240) may be made of polytetrafluoroethylene having flexible physical properties.

도 3과 마찬가지로 도 4의 전극 테스트 장치(200) 또한 전지셀(210)을 장착부재(220)에 장착한 후, 그 위에 커버부재(240)를 덮어 밀봉한다. 이때, 커버부재(240)와 장착부재(220)에는 결합력 및 밀봉력을 높이기 위해 별도의 결합부재 또는 밀봉부재를 추가로 더 포함할 수도 있다. 상기 장착부재(240)에는 복수의 연결부재(141)이 형성되어 있는데, 각각의 연결부재(241)들은 커버부재(240)로 장착부재(220)을 덮었을 시, 양극 탭(211), 음극 탭(212), 기준 전극(213)에 직접 접촉하여 외부 장치와 전지적으로 연결해 주는 역할을 한다.Like FIG. 3, after the electrode test apparatus 200 of FIG. 4 also mounts the battery cell 210 to the mounting member 220, the cover member 240 is covered and sealed thereon. At this time, the cover member 240 and the mounting member 220 may further include a separate coupling member or a sealing member to increase the coupling force and sealing force. A plurality of connection members 141 are formed in the mounting member 240. When the mounting member 220 is covered with a cover member 240, each of the connecting members 241 is a positive electrode tab 211 and a negative electrode. The tab 212 and the reference electrode 213 are in direct contact with each other and are electrically connected to an external device.

다만, 폴리테트라플루오로에틸렌 소재를 이용할 경우, 전체적으로 밀봉성이나 안정성이 저하될 수 있다. 이를 보완하기 위하여, 별도의 지지부재(251, 252)를 사용하여 장치의 안정성과 감께 밀봉 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.However, when a polytetrafluoroethylene material is used, the overall sealing property or stability may be deteriorated. In order to compensate for this, it is possible to further improve the stability and sealing strength of the device by using separate support members 251 and 252.

이처럼 전지셀(210), 장착부재(220), 전지셀 수납부(230), 커버부재(240) 및 지지부재(251, 252)가 모두 결합된 본 발명의 또다른 일 실시형태에 의한 전극 테스트 장치(200)는 도 5의 모식도와 같은 형태가 된다. As such, the electrode test according to another embodiment of the present invention in which the battery cell 210, the mounting member 220, the battery cell receiving part 230, the cover member 240, and the support members 251, 252 are all combined The device 200 has the same shape as the schematic diagram of FIG. 5.

도 5와 도 6을 함께 참조하면, 상기 또다른 일 실시형태에 의한 전극 테스트 장치(200)는 전지셀이 상대적으로 큰 경우와 작은 경우 모두 전지셀 수납부의 위치를 조정함으로써 사용이 가능하다.Referring to FIGS. 5 and 6 together, the electrode test apparatus 200 according to another exemplary embodiment can be used by adjusting the position of the battery cell accommodating portion when the battery cell is relatively large or small.

도 7 및 도 8은 종래 방법의 도 1에 의한 3전극셀과 본 발명의 일 실시예에 의한 전극 테스트 장치(100)를 이용하여 충방전 실험을 진행한 결과를 그래프로 도시한 것이다. 양쪽 구성 요소의 차이를 제외하고, 양극, 음극, 분리막, 전극조립체, 전해액의 종류 등 나머지 조건은 모두 동일하게 하여 진행하였다.7 and 8 are graphs showing results of charging and discharging experiments using the three-electrode cell according to FIG. 1 of the conventional method and the electrode test apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. Excluding the difference between the two components, the remaining conditions such as the anode, the cathode, the separator, the electrode assembly, and the type of electrolyte were all the same.

도 7 및 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 전극 테스트 장치에 의해 측정할 경우, 용액 저항이 낮게 나타나는 것을 알 수 있다.As shown in FIGS. 7 and 8, it can be seen that the solution resistance is low when measured by the electrode testing apparatus of the present invention.

10 : 3전극 전지셀
11 : 전극조립체
12 : 양극 탭
13 : 음극 탭
14 : 기준 전극
15 ; 전지케이스
20 : 3전극 전지셀
21 : 전극조립체
22 : 양극 탭
23 : 음극 탭
24 : 기준 전극
25 : 에폭시 레진
26 : 전지케이스
100 : 전극 테스트 장치
110 : 전지셀
111 : 양극 탭
112 : 음극 탭
113 : 기준 전극
114 : 전극조립체 노출부
120 : 장착부재
130 : 전지셀 삽입부
140 : 커버부재
141 : 연결부재
200 : 전극 테스트 장치.
210 : 전지셀
211 : 양극 탭
212 : 음극 탭
213 : 기준 전극
214 : 전극조립체 노출부
220 : 장착부재
230 : 전지셀 삽입부
240 : 커버부재
241 : 연결부재
251 : 지지부재
252 : 지지부재
10: 3-electrode battery cell
11: electrode assembly
12: anode tab
13: cathode tab
14: reference electrode
15; Battery case
20: 3-electrode battery cell
21: electrode assembly
22: anode tab
23: cathode tab
24: reference electrode
25: epoxy resin
26: battery case
100: electrode test device
110: battery cell
111: anode tab
112: cathode tab
113: reference electrode
114: electrode assembly exposed portion
120: mounting member
130: battery cell insertion part
140: cover member
141: connecting member
200: electrode test device.
210: battery cell
211: anode tab
212: cathode tab
213: reference electrode
214: electrode assembly exposed portion
220: mounting member
230: battery cell insertion part
240: cover member
241: connecting member
251: support member
252: support member

Claims (14)

전지셀;
전지셀을 삽입할 수 있는 전지셀 삽입부가 형성되어 있는 장착부재; 및
상기 장착부재를 덮어 밀봉할 수 있는 커버부재;를 포함하고,
상기 전지셀에는 양극 탭, 음극 탭 및 기준 전극이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 테스트 장치.
Battery cell;
A mounting member having a battery cell insertion portion into which a battery cell is inserted; And
Including; a cover member capable of covering and sealing the mounting member,
The electrode testing apparatus, characterized in that the battery cell is provided with a positive electrode tab, a negative electrode tab, and a reference electrode.
제1항에 있어서,
상기 전지셀은 내부의 전극조립체 일측 단부가 외부에 노출되어 있는 전극조립체 노출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 테스트 장치.
The method of claim 1,
The battery cell electrode testing apparatus, characterized in that it comprises an electrode assembly exposed portion in which one end of the inner electrode assembly is exposed to the outside.
제2항에 있어서,
상기 삽입부에는 전해액이 주입되어 있으며,
상기 전극조립체 노출부가 전해액에 함침되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 테스트 장치.
The method of claim 2,
An electrolyte is injected into the insertion part,
The electrode test apparatus, characterized in that the exposed portion of the electrode assembly is impregnated with an electrolyte.
제2항에 있어서,
상기 기준 전극은 상기 전극조립체 노출부의 일 측면에 대면하여 배치되는 것을 특징으로 하는 전극 테스트 장치.
The method of claim 2,
The reference electrode is an electrode testing apparatus, characterized in that disposed to face the one side of the exposed portion of the electrode assembly.
제4항에 있어서,
상기 전극조립체와 대면하는 기준 전극의 일면 상에 절연막이 구비된 것을 특징으로 하는 전극 테스트 장치.
The method of claim 4,
An electrode testing apparatus, characterized in that an insulating film is provided on one surface of the reference electrode facing the electrode assembly.
제1항에 있어서,
상기 기준 전극은 니켈 소재의 박막을 리튬 금속이 둘러싸고 있는 구조인 것을 특징으로 하는 전극 테스트 장치.
The method of claim 1,
The reference electrode is an electrode testing apparatus, characterized in that the structure surrounding a thin film of a nickel material with lithium metal.
제1항에 있어서,
상기 전지셀 삽입부는 장착부재 상에 형성되어 장착 부재와 평행한 방향으로 전지셀을 삽입할 수 있도록 일면이 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 테스트 장치.
The method of claim 1,
The battery cell insertion part is formed on the mounting member, the electrode testing device, characterized in that one surface is open to insert the battery cell in a direction parallel to the mounting member.
제1항에 있어서,
상기 삽입부는 장착부재 상에서 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 전극 테스트 장치.
The method of claim 1,
The electrode testing device, characterized in that the insertion part is movable on the mounting member.
제1항에 있어서,
상기 장착부재는 전지셀의 형태에 대응하는 형상의 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 테스트 장치.
The method of claim 1,
The electrode testing device, wherein the mounting member has a groove having a shape corresponding to the shape of the battery cell.
제1항에 있어서,
상기 장착부재 및 커버부재는 절연성 소재로 이루어진을 것을 특징으로 하는 전극 테스트 장치.
The method of claim 1,
The electrode testing device, characterized in that the mounting member and the cover member are made of an insulating material.
제1항에 있어서,
상기 장착 부재 및 커버 부재는 폴리테트라플루오로에틸렌 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극 테스트 장치.
The method of claim 1,
The mounting member and the cover member are electrode testing apparatus, characterized in that made of one selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene and polyethylene.
제1항에 있어서,
상기 커버부재에는 커버부재를 관통하는 전도성 물질로 이루어진 복수 개의 연결부재들을 구비하고 있으며,
상기 연결부재들은 장착부재를 커버부재로 덮어 밀봉하였을 시 전지셀의 양극 탭, 음극 탭 및 기준전극에 각각 접촉하는 것을 특징으로 하는 전극 테스트 장치.
The method of claim 1,
The cover member includes a plurality of connecting members made of a conductive material penetrating the cover member,
The connecting members, when the mounting member is covered with a cover member and sealed, contact the positive electrode tab, the negative electrode tab, and the reference electrode of the battery cell, respectively.
제1항에 있어서,
상기 장착부재와 커버부재의 외면에 면접하는 지지부재를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 특정 테스트 장치.
The method of claim 1,
Electrode specific testing device, characterized in that it further comprises a support member for interviewing the outer surface of the mounting member and the cover member.
파우치형 전지셀을 제조하는 단계;
니켈 박막을 리튬 금속으로 감싸 기준전극을 제조하는 단계;
파우치형 전지셀의 전지케이스를 파단하여 전극조립체의 일측 단부를 노출시키는 단계;
상기 기준 전극을 노출된 전극조립체의 측면에 배치하는 단계;
상기 전지셀을 수납할 수 있는 장착부재를 준비하는 단계;
상기 장착부재 상에 전지셀의 일측 단부를 삽입하기 위한 삽입부를 형성하는 단계;
상기 삽입부에 전지셀의 노출된 일측 단부를 삽입하는 단계;
상기 삽입부의 내부 공간에 전해액을 주입하는 단계;
상기 장착부재를 밀봉부재로 밀봉하는 단계;
상기 전지셀에 대한 충방전을 수행하여 양극 또는 음극의 특성을 테스트하는 단계;를 포함하는 전극 특성 테스트 방법.
Manufacturing a pouch-type battery cell;
Manufacturing a reference electrode by wrapping the nickel thin film with lithium metal;
Breaking the battery case of the pouch-type battery cell to expose one end of the electrode assembly;
Placing the reference electrode on the exposed side of the electrode assembly;
Preparing a mounting member capable of accommodating the battery cell;
Forming an insertion part for inserting one end of the battery cell on the mounting member;
Inserting the exposed end of the battery cell into the insertion part;
Injecting an electrolyte into the inner space of the insertion part;
Sealing the mounting member with a sealing member;
Testing the characteristics of the positive electrode or the negative electrode by performing charging and discharging on the battery cell.
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