KR20210054703A - 원통형 전지셀의 가스 분석 장치 및 가스 분석 방법 - Google Patents
원통형 전지셀의 가스 분석 장치 및 가스 분석 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20210054703A KR20210054703A KR1020190140671A KR20190140671A KR20210054703A KR 20210054703 A KR20210054703 A KR 20210054703A KR 1020190140671 A KR1020190140671 A KR 1020190140671A KR 20190140671 A KR20190140671 A KR 20190140671A KR 20210054703 A KR20210054703 A KR 20210054703A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- gas
- chamber
- battery cell
- cylindrical battery
- gas analysis
- Prior art date
Links
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 title claims abstract description 85
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 30
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 77
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims abstract description 41
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 25
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 25
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 25
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 14
- 238000007666 vacuum forming Methods 0.000 claims description 10
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 claims description 3
- 238000001994 activation Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4285—Testing apparatus
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
- G01N1/2226—Sampling from a closed space, e.g. food package, head space
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
- H01M10/446—Initial charging measures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
- G01N2030/022—Column chromatography characterised by the kind of separation mechanism
- G01N2030/025—Gas chromatography
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
본 발명의 원통형 전지셀의 가스 분석 장치는, 원통형 전지셀이 수용되고, 밀폐 가능하여 원통형 전지셀의 내부 가스를 포집하는 챔버; 상기 챔버의 내부로 비활성가스를 공급하는 가스공급부; 상기 챔버로부터 유입되는 가스를 분석하는 가스분석부; 상기 가스분석부에 의해 가스 분석이 완료된 후, 상기 가스분석부의 가스를 제거하는 진공펌프; 상기 가스공급부와 상기 챔버의 사이에 개재되어, 상기 가스공급부와 상기 챔버가 연통되도록 하는 제 1 밸브 채널; 및 상기 챔버와 상기 가스분석부 사이에 개재되어, 상기 챔버와 상기 가스분석부가 연통되도록 하는 제 2 밸브 채널을 포함하고, 상기 챔버는, 원통형 전지셀의 전극 단자에 전기적으로 접속하는 충방전/단자를 구비한다.
본 발명의 가스 분석 장치는, 원통형 전지셀의 활성화 공정 시 발생하는 내부 가스의 조성을 실시간으로 분석할 수 있다.
본 발명의 가스 분석 장치는, 원통형 전지셀의 활성화 공정 시 발생하는 내부 가스의 조성을 실시간으로 분석할 수 있다.
Description
본 발명은 원통형 전지셀을 위한 가스 분석 장치 및 가스 분석 방법에 관한 것으로, 충방전 시 발생하는 내부 가스의 압력을 실시간으로 측정할 수 있고, 알고자 하는 특정 사이클 후의 내부 가스의 성분을 분석할 수 있는 가스 분석 장치 및 이를 이용한 가스 분석 방법에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다.
한편, 이와 같은 구조를 가지는 이차전지는 내부 구성 요소 즉, 전극, 활물질, 전해액 등의 전기 화학적인 반응에 의하여 가스가 발생될 수 있는데 이렇게 발생되는 내부 가스는 이차전지의 전기 화학적 반응에 의한 부수물로써 이차전지의 성능 향상, 이차전지의 구조 최적화, 활물질, 전해액 등의 성분 조정을 통한 충방전 효율 제고(提高), 부수물의 최소화를 위한 방안 연구 등을 위하여 정확하고 정밀하게 분석될 필요성이 높다고 할 수 있다.
그러나, 검사의 대상이 되는 객체의 질량이나 성분 등을 분석하는 장치 등은 일반화되어 있다고 할 수 있으나, 이러한 장치는 엄격한 진공환경에만 적용되는 등의 적용상의 제한 사항 내지 한계를 가지고 있어 이차전지에 바로 적용되기 어려운 문제점이 있으며 또한, 충방전 횟수나 온도 등 조건에 따른 가스 분석 장치로서 원통형 전지셀에 적합한 분석 장치를 고안할 필요가 있다.
따라서, 충전 또는 방전 등의 환경 조건에 따른 원통형 전지셀 내부 발생 가스의 성분, 중량 등의 변화에 대한 정확한 프로파일을 분석하여 더욱 안정하고 안정적인 이차전지를 구현하기 위한 기초 데이터를 제공할 수 있도록 장치를 고안할 필요성이 크다고 할 수 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 원통형 전지셀의 특성에 최적화된 구조를 통하여 이차전지 내부 발생 가스의 성분, 중량 등의 변화에 대한 프로파일을 분석할 수 있는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 원통형 전지셀의 가스 분석 장치는, 원통형 전지셀이 수용되고, 밀폐 가능하여 원통형 전지셀의 내부 가스를 포집하는 챔버; 상기 챔버의 내부로 비활성가스를 공급하는 가스공급부; 상기 챔버로부터 유입되는 가스를 분석하는 가스분석부; 상기 가스분석부에 의해 가스 분석이 완료된 후, 상기 가스분석부의 가스를 제거하는 진공펌프; 상기 가스공급부와 상기 챔버의 사이에 개재되어, 상기 가스공급부와 상기 챔버가 연통되도록 하는 제 1 밸브 채널; 및 상기 챔버와 상기 가스분석부 사이에 개재되어, 상기 챔버와 상기 가스분석부가 연통되도록 하는 제 2 밸브 채널을 포함하고, 상기 챔버는, 원통형 전지셀의 전극 단자에 전기적으로 접속하는 충/방전 단자를 구비한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 챔버는, 원통형 전지셀이 수용되는 수용홈을 구비하는 하부 챔버; 및 상기 수용홈의 개구부를 폐쇄하도록 상기 하부 챔버와 분리 가능하게 결합되고, 원통형 전지셀의 탑 캡에 미세 홀을 형성하는 홀 형성 부재를 구비한 상부 챔버를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 본 발명의 가스 분석 장치는, 가스의 압력을 측정하는 압력 측정 부재를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 홀 형성 부재는, 일 측면이 뾰족한 침상 부재; 및 상기 침상 부재의 타 측면과 연결되어 상기 침상 부재를 원통형 전지셀의 방향으로 이동시키는 동작 스위치를 포함한다. 이 때 상기 동작 스위치는, 푸쉬/풀(Push/Pull) 방식을 위해, 내부에 스프링을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 하부 챔버는, 상기 하부 챔버의 수용홈의 둘레를 따라 그 외주면에 형성된 실링 홈을 포함하고, 상기 상부 챔버가 상기 하부 챔버의 수용홈의 개구부를 패쇄할 때, 상기 하부 챔버와 가압 접촉되도록, 상기 실링홈을 따라 삽입되는 실링부재를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 하부 챔버는 적어도 하나 이상의 하부 결합홀을 구비하고, 상기 상부 챔버는, 상기 상부 결합홀과 대응되는 적어도 하나 이상의 상부 결합홀을 구비하며, 상기 하부 결합홀 및 상기 상부 결합홀과 나사 결합되는 결합 볼트를 구비한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가스분석부는, 디이엠에스(DEMS; Differential Electrochemical Mass Spectrometry) 또는 가스크로마토그래피(GC; Gas Chromatography) 이다.
본 발명에 따른 원통형 전지셀의 가스 분석 방법은, 원통형 전지셀을 챔버에 수납한 후, 원통형 전지셀의 상부에 미세 홀을 형성하는 단계(S100); 상기 챔버 내부를 진공 상태가 되도록 하는 진공 형성 단계(S200); 원통형 전지셀에 대해 충/방전을 1 회 내지 수회 반복하는 충방전 단계(S300); 및 상기 충방전 단계에서 발생된 가스를 분석하는 가스 분석 단계(S400)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 진공 형성 단계(S200)는, 비활성가스를 챔버 내부로 유입시키는 단계(S210); 비활성가스의 유입을 차단한 후, 챔버를 진공펌프와 연결하는 단계(S220); 및 상기 진공펌프를 작동하여, 챔버 내부의 기체를 배출시키는 진공 인가 단계(S230)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 미세 홀의 직경은, 0.5 mm 내지 4 mm이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 충방전 단계(S200)는, 충방전 시 발생하는 가스의 압력을 실시간으로 측정하고, 이를 저장하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가스 분석 단계(S400)는, 일정 횟수의 충방전 후, 비활성가스를 챔버에 유입시키는 단계; 및 비활성가스의 유입을 차단한 후, 챔버를 가스분석부로 흘려 보내는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가스 분석 단계(S400) 이후에, 진공펌프를 통해 가스분석부 내부의 기체를 모두 제거한 후, 상기 진공 형성 단계(S200), 충방전 단계(S300) 및 가스 분석 단계(S400)를 반복하는 과정을 더 포함한다.
본 발명의 가스 분석 장치는, 원통형 전지셀의 활성화 공정 시 발생하는 내부 가스의 조성을 실시간으로 분석할 수 있다. 또한 일정 사이클 이후의 내부 가스 분석이 가능한 이점도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 전지셀을 위한 가스 분석 장치의 개념을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예 따른 챔버를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 챔버를 구성하는 상부 챔버 및 하부 챔버가 접하는 면의 정면도이다.
도 4는 상부 챔버가 하부 챔버와 결합되는 면을 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 형성 부재의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시에에 따른, 제 1 밸브 채널 및 제 2 밸브 채널의 모식도이다.
도 7은 본 발명의 가스 분석 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예 따른 챔버를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 챔버를 구성하는 상부 챔버 및 하부 챔버가 접하는 면의 정면도이다.
도 4는 상부 챔버가 하부 챔버와 결합되는 면을 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 형성 부재의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시에에 따른, 제 1 밸브 채널 및 제 2 밸브 채널의 모식도이다.
도 7은 본 발명의 가스 분석 방법의 흐름도이다.
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 안되며, 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 전지셀을 위한 가스 분석 장치의 개념을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 전지셀의 가스 분석 장치(100)는 원통형 전지셀(10)이 수용되고, 밀폐 가능하여 원통형 전지셀의 내부 가스를 포집하는 챔버(110); 상기 챔버의 내부로 비활성가스를 공급하는 가스공급부(120); 상기 챔버로부터 유입되는 가스를 분석하는 가스분석부(130); 상기 가스분석부에 의해 가스 분석이 완료된 후, 상기 가스분석부의 가스를 제거하는 진공펌프(140); 상기 가스공급부와 상기 챔버의 사이에 개재되어, 상기 가스공급부와 상기 챔버가 연통되도록 하는 제 1 밸브 채널(150); 및 상기 챔버와 상기 가스분석부 사이에 개재되어, 상기 챔버와 상기 가스분석부가 연통되도록 하는 제 2 밸브 채널(160)을 포함하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예 따른 챔버를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버는(110), 원통형 전지셀이 수용되는 수용홈(113)을 구비하는 하부 챔버(111); 및 상기 수용홈의 개구부를 폐쇄하도록 상기 하부 챔버와 분리 가능하게 결합되고, 원통형 전지셀의 상부에 미세 홀을 형성하는 홀 형성 부재(미도시)를 구비하는 상부 챔버(112)를 구비하고 있다.
그리고, 상기 상부 챔버(112)는 원통형 전지셀의 양극 단자와 전기적으로 접속되는 충/방전 단자(114)를 구비하고 있으며, 충/방전 단자(114)는 외부의 충방전 장치와 전기적으로 연결되어 있다. 본 발명의 가스 분석 장치는, 측정 대상 전지셀의 특정 사이클에서 발생하는 가스의 조성을 알 수 있도록, 원통형 전지셀을 수용하는 챔버에 충방전 단자를 구비함으로써, 특정 사이클에서의 발생 가스 조성을 실시간으로 파악할 수 있는 효과가 있다.
도 2는 충방전 단자(114)가 상부 챔버에만 구비된 것으로 도시되어 있으나, 충방전 단자는 하부 챔버에도 구비되어 챔버에 수용된 원통형 전지셀의 양극 탭 및 음극 탭과 상기 충방전 단자가 전기적으로 연결되도록 구성되어 있다.
도 3은 도 2의 챔버를 구성하는 상부 챔버 및 하부 챔버가 접하는 면의 정면도를 도시하고 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 챔버(112)는, 상기 충방전 단자(114) 외에 네 개의 상부 결합 홀(115b)을 구비하고 있으며, 상기 하부 챔버(111)는, 원통형 전지셀이 수용되기 위해 수용홈의 개구부(113)와 상기 상부 결합 홀에 대응하는 네 개의 하부 결합 홀(115a)을 구비하고 있다. 상기 상부 결합 홀들 및 하부 결합 홀들을 관통하는 결합 부재를 통해 상부 챔버와 하부 챔버가 결합되어, 원통형 전지셀이 수용된 내부가 밀폐된다.
그리고, 본 발명의 하부 챔버(111)는, 상기 하부 챔버(111)의 수용홈(113)의 둘레를 따라 그 외주면에 형성된 실링 홈(117)을 구비하고 있다. 상기 실링 홈(117)은, 상기 상부 챔버가 상기 하부 챔버의 수용홈의 개구부를 패쇄할 때, 상기 하부 챔버와 가압 접촉되도록 하는 실링부재가 삽입되는 예정 부위이다. 본 발명의 챔버는 상기 실링부재를 포함함으로써, 상부 챔버와 하부 챔버가 결합된 후 원통형 전지셀로부터 발생되는 가스가 상부 챔버와 하부 챔버의 간극을 통해 누출되는 것을 방지할 수 있다.
도 2 및 도 3은, 상기 실링 홈(117)이 하부 챔버에 형성된 것을 예시하였지만, 실링 홈은 상부 챔버(112)에 형성될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 상부 챔버 및 하부 챔버의 결합 사시도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 챔버는, 상부 챔버(112)와 하부 챔버(111)을 결합하기 위하여, 상부 결합 홀(115b) 및 하부 결합 홀(115a)을 관통하는 나사(171) 및 상기 나사의 나사산을 따라 결합되는 볼트(172)를 포함할 수 있다. 상기 나사(171)는 상기 상부 챔버(112)에 형성된 결합 홀(115b) 및 상기 하부 챔버(111)에 형성된 결합 홀(115a)을 순차로 관통하고, 하부 챔버의 결합 홀 하부 측에서 너트(172)에 결합된다. 상기 나사(171)와 상기 너트(172)가 나사-너트 결합되어 상부 챔버와 하부 챔버가 조립되고, 상기 챔버가 밀폐되는 것이다.
한편, 도 4를 참조하면, 상기 상부 챔버(112)는 하부 챔버(111)에 수용된 원통형 전지셀의 탑 캡 부위에 미세 홀을 형성하는 홀 형성 부재(116)를 구비하고 있다. 상기 홀 형성 부재(116)의 위치는, 도 5와 같이 원통형 전지셀의 탑 캡 부위로부터 수직 상승된 위치일 수 있다. 본 발명의 가스 분석 장치를 구성하는 챔버는, 상기 홀 형성 부재를 구비하고 있으므로, 원통형 전지셀을 챔버에 장착한 후, 상부 챔버와 하부 챔버를 결합시켜 밀폐시킨 다음, 상기 홀 형성 부재를 조작해, 원통형 전지셀의 탑 캡 주위에 미세홀을 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 형성 부재(116)의 모식도가 도시되어 있다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 홀 형성 부재(116)는, 일 측면이 뾰족한 침상 부재(116a); 및 상기 침상 부재의 타 측면과 연결되어 상기 침상 부재를 원통형 전지셀의 방향으로 이동시키는 동작 스위치(116b)를 포함하고 있다. 그리고 침상 부재가 상기 동작 스위치에 의해 원통형 전지셀을 향해 하향 이동한 후, 다시 원 위치로 복귀할 수 있도록, 본 발명의 홀 형성 부재는, 내부에 스프링(116c)을 포함한다. 본 발명의 홀 형성 부재는 상기 스프링을 통해서, 동작 스위치를 푸쉬/풀(Push/Pull) 방식으로 원통형 전지셀에 미세 홀을 형성할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 분석 장치는, 충방전 중 발생된 내부 가스의 압력을 실시간으로 측정 가능한 압력 측정 부재를 더 포함할 수 있다. 상기 압력 측정 부재는, 상기 챔버와 상기 가스분석부 사이에 개재될 수 있다. 본 발명의 가스 분석 장치를 통해, 특정 사이클까지 충방전을 반복한 후, 제 2 밸브 채널을 개방하면, 충방전 동안 발생된 가스가 챔버에 의해 포집되어 있다가 상기 밸브 채널의 개방에 의해 가스분석부로 유입된다. 이 때 가스분석부로 유입되는 가스의 압력을 측정함으로써 내부 가스의 압력을 측정할 수 있는 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가스분석부는, 디이엠에스(DEMS; Differential Electrochemical Mass Spectrometry) 또는 가스크로마토그래피(GC; Gas Chromatography) 중의 하나일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 가스 분석 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 가스 분석 방법은, 상기한 가스 분석 장치를 이용하여, 원통형 전지셀의 내부 가스를 분석하는 방법의 흐름도를 나타내고 있다. 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 가스 분석 방법은, 원통형 전지셀을 챔버에 수납한 후, 원통형 전지셀의 상부에 미세 홀을 형성하는 단계(S100); 상기 챔버 내부를 진공 상태가 되도록 하는 진공 형성 단계(S200); 원통형 전지셀에 대해 충/방전을 1 회 내지 수회 반복하는 충방전 단계(S300); 및 상기 충방전 단계에서 발생된 가스를 분석하는 가스 분석 단계(S400)를 포함한다.
상기 미세 홀을 형성하는 단계(S100)는, 원통형 전지셀을 챔버에 수납한 후, 챔버를 밀폐 시킨 후, 챔버에 구비된 미세 홀 형성 부재를 조작하여, 원통형 전지셀의 탑 캡 부위에, 미세 홀을 형성시키는 단계이다. 상기 미세 홀을 통해 활성화 공정 또는 충방전 공정 중에 발생한 가스가 유출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 미세 홀 형성 단계(S100)에서의, 상기 미세 홀의 직경은, 0.1 mm 내지 4 mm일 수 있고, 바람직하게는 0.5 mm 내지 3 mm, 더욱 바람직하게는 1 mm 내지 2 mm 이다. 상기 미세 홀의 직경이 0.5mm 미만인 경우, 내부 가스를 포집하는 데에 너무 많은 시간이 소요될 수 있고, 반대로 4 mm를 초과하는 경우에는, 전해액이 누출될 수 있어 바람직하지 않다.
상기 진공 형성 단계(S200)는, 원통형 전지셀의 충방전 이전에, 챔버 내부가 대기 상태의 공기를 포함하고 있으므로, 챔버 내부를 비활성가스 분위기로 조성하기 위한 단계이다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 진공 형성 단계(S200)는, 비활성가스를 챔버 내부로 유입시키는 단계(S210); 비활성가스의 유입을 차단한 후, 챔버를 진공펌프와 연결하는 단계(S220); 및 상기 진공펌프를 작동하여, 챔버 내부의 기체를 배출시키는 진공 인가 단계(S230)를 포함할 수 있다.
비활성가스를 공급하는 상기 가스공급부와 챔버 사이에 개재된 제 1 밸브 채널을 개방함으로써, 가스공급부의 비활성가스가 챔버 내부로 유입된다. 도 6은 제 1 밸브 채널의 개폐에 따른 공기의 흐름을 나타낸 모식도로서, 이를 참조하면, 왼쪽 도면은, 제 1 밸브 채널을 개방함으로써, 가스공급부의 비활성가스가 제 1 밸브 채널을 통해 이동하는 모습을, 오른쪽 도면은, 제 1 밸브 채널을 폐쇄함으로써, 비활성가스의 흐름이 차단되는 모습을 나타내고 있다.
상기 제 1 밸브 채널의 조작에 의해, 가스공급부로부터 공급된 비활성가스는 챔버 내부를 채우게 된다. 이후 제 1 밸브 채널을 폐쇄함과 동시에 또는 제 1 밸브 채널의 폐쇄 직후에, 제 2 밸브 채널을 개방한다. 그리고 진공펌프와 상기 챔버를 연결하여 진공펌프를 조작해 챔버 내부에 진공을 인가함으로써, 상기 진공펌프가 챔버 내부의 모든 기체를 흡입하도록 한다. 이 같은 작업을 2회 내지 3회 더 수행할 수 있다.
위와 같이 챔버 내부를 진공 분위기를 형성한 다음에 충방전 단계(S200)를 수행한다. 원통형 전지셀의 양극 탭 및 음극 탭은 챔버의 충방전 단자에 전기적으로 연결되어 있고, 상기 충방전 단자는 외부의 충방전 장치와 연결되어 있는바, 외부의 충방전 장치를 조작함으로써, 원통형 전지셀을 충방전 할 수 있다. 상기 충방전 시 원통형 전지셀 내부는, 전극과 전해질의 화학반응 및 부반응에 의해 다량의 가스가 발생한다. 이때, 발생되는 가스를 포집하기 위해서, 챔버는 외부로부터 격리되어야 하므로, 충방전 중에는, 챔버와 연결되어 있는 제 1 밸브 채널 및 제 2 밸브 채널을 패쇄하여, 챔버 내부에 가스가 포집되도록 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 챔버는 압력 센서를 더 구비할 수 있다. 충방전 단계에서 충방전 사이클이 진행됨에 따라, 가스가 발생하고 압력이 상승하는데, 챔버 내부에 압력 센서가 있으면, 충방전 시 발생하는 가스의 압력을 실시간으로 측정하고, 이를 저장하여 사이클 횟수에 따른 압력을 데이터화 할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시에에서, 상기 챔버는 내부에 온도 센서 및 온도 조절 장치를 더 구비할 수 있다. 챔버 내부에 온도 센서 및 온도 조절 장치가 있으면, 챔버 내부의 온도를 조절할 수 있고, 온도에 따른 가스 압력을 측정하고 이를 데이터화 할 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가스 분석 단계(S400)는, 일정 횟수의 충방전 후, 비활성가스를 챔버에 유입시키는 단계; 및 비활성가스의 유입을 차단한 후, 챔버를 가스분석부로 흘려 보내는 단계를 포함할 수 있다.
일정 사이클 후 발생된 가스의 조성을 분석하고자 하는 경우, 상기 제 1 밸브 채널을 개방하여, 가스공급부의 비활성가스가 챔버 내부로 유입되도록 한다. 일정 시간 동안 개방한 후, 제 1 밸브 채널을 폐쇄하여 챔버 내부로 비활성가스가 더 이상 유입되지 못하도록 차단한다. 그리고 제 2 밸브 채널을 개방하여, 챔버 내부의 가스를 가스분석부로 흘려 보낸다. 가스분석부를 통해 내부 가스를 구성하는 질량 별 원소를 분석할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가스 분석 단계(S400) 이후에, 진공펌프를 통해 가스분석부 내부의 기체를 모두 제거한 후, 상기 진공 형성 단계(S200), 충방전 단계(S300) 및 가스 분석 단계(S400)를 반복하는 과정을 더 포함할 수 있다.
100: 가스 분석 장치
110: 챔버
120: 가스공급부
130: 가스분석부
140: 진공펌프
150: 제 1 밸브 채널
160: 제 2 밸브 채널
111: 하부 챔버
112: 상부 챔버
113: 수용홈
114: 충방전단자
115a: 하부 결합홀
115b: 상부 결합홀
116: 홀 형성 부재
116a: 침상 부재
116b: 동작 스위치
116c: 스프링
117: 실링홈
171: 볼트
172: 너트
110: 챔버
120: 가스공급부
130: 가스분석부
140: 진공펌프
150: 제 1 밸브 채널
160: 제 2 밸브 채널
111: 하부 챔버
112: 상부 챔버
113: 수용홈
114: 충방전단자
115a: 하부 결합홀
115b: 상부 결합홀
116: 홀 형성 부재
116a: 침상 부재
116b: 동작 스위치
116c: 스프링
117: 실링홈
171: 볼트
172: 너트
Claims (15)
- 원통형 전지셀이 수용되고, 밀폐 가능하여 원통형 전지셀의 내부 가스를 포집하는 챔버;
상기 챔버의 내부로 비활성가스를 공급하는 가스공급부;
상기 챔버로부터 유입되는 가스를 분석하는 가스분석부;
상기 가스분석부에 의해 가스 분석이 완료된 후, 상기 가스분석부의 가스를 제거하는 진공펌프;
상기 가스공급부와 상기 챔버의 사이에 개재되어, 상기 가스공급부와 상기 챔버가 연통되도록 하는 제 1 밸브 채널; 및
상기 챔버와 상기 가스분석부 사이에 개재되어, 상기 챔버와 상기 가스분석부가 연통되도록 하는 제 2 밸브 채널을 포함하고,
상기 챔버는, 원통형 전지셀의 전극 단자에 전기적으로 접속하는 충/방전 단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀의 가스 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 챔버는,
원통형 전지셀이 수용되는 수용홈을 구비하는 하부 챔버; 및
상기 수용홈의 개구부를 폐쇄하도록 상기 하부 챔버와 분리 가능하게 결합되고, 원통형 전지셀의 탑 캡에 미세 홀을 형성하는 홀 형성 부재를 구비하는 상부 챔버를 포함하는 원통형 전지셀의 가스 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서, 가스의 압력을 측정하는 압력 측정 부재를 더 포함하는 원통형 전지셀의 가스 분석 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 홀 형성 부재는,
일 측면이 뾰족한 침상 부재; 및 상기 침상 부재의 타 측면과 연결되어 상기 침상 부재를 원통형 전지셀의 방향으로 이동시키는 동작 스위치를 포함하는 원통형 전지셀의 가스 분석 장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 동작 스위치는,
푸쉬/풀(Push/Pull) 방식을 위해, 내부에 스프링을 포함하는 원통형 전지셀의 가스 분석 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 하부 챔버는, 상기 하부 챔버의 수용홈의 둘레를 따라 그 외주면에 형성된 실링 홈을 포함하고,
상기 상부 챔버가 상기 하부 챔버의 수용홈의 개구부를 패쇄할 때, 상기 하부 챔버와 가압 접촉되도록, 상기 실링홈을 따라 삽입되는 실링부재를 포함하는 원통형 전지셀의 가스 분석 장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 하부 챔버는 적어도 하나 이상의 하부 결합홀을 구비하고,
상기 상부 챔버는, 상기 상부 결합홀과 대응되는 적어도 하나 이상의 상부 결합홀을 구비하며,
상기 하부 결합홀 및 상기 상부 결합홀과 나사 결합되는 결합 볼트를 구비하는 원통형 전지셀의 가스 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가스분석부는, 디이엠에스(DEMS; Differential Electrochemical Mass Spectrometry) 또는 가스크로마토그래피(GC; Gas Chromatography) 인 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀의 가스 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 충/방전 단자와 전기적으로 연결되어 원통형 전지셀을 충/방전하는 충/방전부를 더 포함하는 원통형 전지셀의 가스 분석 장치.
- 제 1 항에 따른 가스 분석 장치를 이용하여, 원통형 전지셀의 내부 가스를 분석하는 방법으로서,
원통형 전지셀을 챔버에 수납한 후, 원통형 전지셀의 상부에 미세 홀을 형성하는 단계(S100);
상기 챔버 내부를 진공 상태가 되도록 하는 진공 형성 단계(S200);
원통형 전지셀에 대해 충/방전을 1 회 내지 수회 반복하는 충방전 단계(S300); 및
상기 충방전 단계에서 발생된 가스를 분석하는 가스 분석 단계(S400)를 포함하는 원통형 전지셀의 내부 가스 분석 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 진공 형성 단계(S200)는,
비활성가스를 챔버 내부로 유입시키는 단계(S210)
비활성가스의 유입을 차단한 후, 챔버를 진공펌프와 연결하는 단계(S220); 및
상기 진공펌프를 작동하여, 챔버 내부의 기체를 배출시키는 진공 인가 단계(S230)를 포함하는 원통형 전지셀의 내부 가스 분석 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 미세 홀 형성 단계(S100)에서, 상기 미세 홀의 직경은, 0.5 내지 4 mm인 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀의 내부 가스 분석 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 충방전 단계(S200)는,
충방전 시 발생하는 가스의 압력을 실시간으로 측정하고, 이를 저장하는 것을 포함하는 원통형 전지셀의 내부 가스 분석 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 가스 분석 단계(S400)는,
일정 횟수의 충방전 후, 비활성가스를 챔버에 유입시키는 단계; 및
비활성가스의 유입을 차단한 후, 챔버를 가스분석부로 흘려 보내는 단계를 포함하는 원통형 전지셀의 내부 가스 분석 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 가스 분석 단계(S400) 이후에,
진공펌프를 통해 가스분석부 내부의 기체를 모두 제거한 후, 상기 진공 형성 단계(S200), 충방전 단계(S300) 및 가스 분석 단계(S400)를 반복하는 과정을 더 포함하는 원통형 전지셀의 내부 가스 분석 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190140671A KR20210054703A (ko) | 2019-11-06 | 2019-11-06 | 원통형 전지셀의 가스 분석 장치 및 가스 분석 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190140671A KR20210054703A (ko) | 2019-11-06 | 2019-11-06 | 원통형 전지셀의 가스 분석 장치 및 가스 분석 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210054703A true KR20210054703A (ko) | 2021-05-14 |
Family
ID=75915398
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190140671A KR20210054703A (ko) | 2019-11-06 | 2019-11-06 | 원통형 전지셀의 가스 분석 장치 및 가스 분석 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20210054703A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024071614A1 (ko) * | 2022-09-26 | 2024-04-04 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 가스 포집 장치 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160072571A (ko) | 2014-12-15 | 2016-06-23 | 주식회사 엘지화학 | 이차전지용 가스 분석장치 및 그를 이용한 가스 분석방법 |
| KR20180047359A (ko) | 2016-10-31 | 2018-05-10 | 주식회사 엘지화학 | 이차전지용 가스분석장치 |
-
2019
- 2019-11-06 KR KR1020190140671A patent/KR20210054703A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160072571A (ko) | 2014-12-15 | 2016-06-23 | 주식회사 엘지화학 | 이차전지용 가스 분석장치 및 그를 이용한 가스 분석방법 |
| KR20180047359A (ko) | 2016-10-31 | 2018-05-10 | 주식회사 엘지화학 | 이차전지용 가스분석장치 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024071614A1 (ko) * | 2022-09-26 | 2024-04-04 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 가스 포집 장치 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102268398B1 (ko) | 이차전지용 가스분석장치 | |
| US11196100B2 (en) | Apparatus and method for collecting gas | |
| KR101760401B1 (ko) | 이차전지용 가스 분석장치 및 그를 이용한 가스 분석방법 | |
| KR101550754B1 (ko) | 엑스선 회절분석이 가능한 투과슬릿을 가진 인시추 코인셀과 그 홀더 | |
| KR102160703B1 (ko) | 이차전지 발생가스 포집장치 및 포집방법 | |
| CN110320476A (zh) | 用于原位检测液态电池产气的模拟电池装置 | |
| KR102256488B1 (ko) | 이차전지용 가스측정장치 | |
| KR20120050667A (ko) | 이차전지 내부 발생 가스의 실시간 분석 장치 | |
| JP5557298B2 (ja) | 観察用セル及びリチウムイオン電池観察システム | |
| WO2018060281A1 (en) | Electrochemical cell testing device | |
| KR20170083214A (ko) | 코인셀을 이용한 내부 가스 발생량 측정 장치 | |
| KR102397294B1 (ko) | 이차전지 내부가스 포집 장치 | |
| CN110412013B (zh) | 一种适于扣式电池原位光学测试装置 | |
| KR20190132906A (ko) | 충방전 겸용 이차전지 발생가스 포집장치 및 포집방법 | |
| KR20210054703A (ko) | 원통형 전지셀의 가스 분석 장치 및 가스 분석 방법 | |
| KR20210032219A (ko) | 이차전지 제조방법 및 이차전지 | |
| KR20190119500A (ko) | 이차전지 발생가스 포집장치 및 포집방법 | |
| CN113376243A (zh) | 全自动多通道电池质谱分析系统 | |
| CN211652674U (zh) | 一种原位收集锂离子电池产气的装置 | |
| KR102440486B1 (ko) | 빅데이터 기반 이차 전지 활성화 시스템 및 이를 이용한 이차 전지의 활성화 방법 | |
| KR102337139B1 (ko) | 인시츄 셀 | |
| US10777853B2 (en) | Apparatus for measuring variation in thickness of electrode of secondary battery and secondary battery with the same mounted therein | |
| CN110661048A (zh) | 一种液体电池效率检测装置及其检测方法 | |
| EP4087010A1 (en) | Battery cell jig comprising spacer, apparatus comprising same for measuring volume of battery cell, and method for measuring volume of battery cell using same | |
| WO2020009451A1 (ko) | 가스 포집 장치 및 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal |