KR20210103764A - 전지 내부가스 포집 장치 - Google Patents

전지 내부가스 포집 장치 Download PDF

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KR20210103764A
KR20210103764A KR1020200018333A KR20200018333A KR20210103764A KR 20210103764 A KR20210103764 A KR 20210103764A KR 1020200018333 A KR1020200018333 A KR 1020200018333A KR 20200018333 A KR20200018333 A KR 20200018333A KR 20210103764 A KR20210103764 A KR 20210103764A
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이경미
홍성원
안정애
윤희순
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 전지 내부가스 포집 장치에 관한 것으로, 구체적으로는, 이차전지의 규격 및 형상에 상관없이 전지 내부의 가스를 쉽게 포집할 수 있는 전지 내부가스 포집 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 전지 내부가스 포집 장치는 상하방향으로 연장되고 하단부가 전지 케이스를 뚫어 상기 전지 케이스 내부로 하측 일부가 삽입되는 니들부; 상기 니들부의 상부와 결합되며 상기 니들부의 회전 운동 및 직선 운동을 위한 회전 구동력 및 선형 구동력을 상기 니들부에 전달하는 펀칭부; 하단부가 상기 전지 케이스의 일면에 밀착되고 상기 니들부 및 상기 몸통부를 내부에 수용하는 실린더부를 포함하고, 상기 니들부의 하부에는 상기 전지 케이스 내부에 삽입되어 상기 전지 케이스 내부에서 발생하는 가스를 흡입하는 흡입구가 마련되며, 상기 니들부의 상부에는 상기 흡입구에서 흡입되는 상기 가스를 배출하는 배출구가 마련되고, 상기 니들부의 내부에는 상기 흡입구와 상기 배출구를 연결하는 제1 유로가 마련되는 것일 수 있다.

Description

전지 내부가스 포집 장치{APPARATUS FOR COLLECTING CELL INTERNAL GAS}
본 발명은 전지 내부가스 포집 장치에 관한 것으로, 구체적으로는, 이차전지의 규격 및 형상에 상관없이 전지 내부의 가스를 쉽게 포집할 수 있는 전지 내부가스 포집 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 방전과 역방향인 충전 과정을 통하여 반복 사용이 가능한 전지이며, 그 종류로는 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 리튬-금속 전지, 리튬-이온(Li-ion) 전지 및 리튬-이온 폴리머 전지(Li-ion Polymer Battery) 등이 있다. 이러한 이차전지 중 높은 에너지밀도와 전압을 가지고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
리튬 이차전지 내에서 반응에 따라 수소, 산소, 질소, 일산화탄소, 이산화탄소, CnH2n -2 (n=2~5), CnH2n (n=2~5), CnH2n +2(n=1~5)인 탄화수소 및 기타 유기가스종 등의 다양한 종류의 가스가 발생할 수 있다.
또한, 리튬 이차전지는 거듭된 충방전 진행에 따라 전해질 분해에 의한 다량의 가스가 발생하면서 퇴화되며, 이 양상은 전지의 설계 및 사용 형태에 따라 다르게 나타난다. 따라서 전지 내부 발생 가스를 분석하여 전지의 퇴화 메커니즘을 유추하는 것이 전지의 개발과정에서 필수적으로 수행되어야 한다.
또한, 리튬이온전지의 작동 시에 다양한 가스가 발생하며 발생가스의 조성 및 함량에 대한 정보는 전지소재의 개발, 전지제조공정 최적화, 전지 불량 원인의 파악 등에 있어 유용하게 이용된다. 이를 위해서는 이차전지 내부 발생 가스를 포집하는 기술 개발이 중요하다.
종래에는 이차전지에서 발생하는 가스를 포집하기 위해서 이차전지를 밀폐된 공간에 넣고 진공 감압 후 이차전지에 구멍을 뚫어, 이차전지를 수용한 밀폐 공간 내부로 발생 가스를 확산시킨 후 시료를 채취하였다. 따라서, 이차전지 외부 전체를 감싸서 이차전지를 수용하는 밀폐공간을 형성하는 지그(jig)가 필요하며, 이러한 지그는 다양한 목적(EV, ESS, 핸드폰 등)으로 출시되는 이차전지의 타입 별로 해당 규격 및 형상에 맞는 형태가 요구되었다. 즉, 이차전지는 면적, 두께 등의 규격이 다양하기 때문에 종래의 가스 포집 장치에서는 검사 대상 이차전지의 형상 및 규격의 변경될 때마다 지그의 교체가 필요했다.
또한, 밀폐 공간을 형성한 후 밀폐 공간에 형성되어 있던 시료 가스 이외의 기체를 제거하기 위해서, 별도의 장치로 진공 펌프, 불활성 기체 주입 장치 등이 필요했다.
특히, 전지 케이스가 가요성 소재로 마련되는 파우치형 전지의 경우, 비이상적 반응에 의한 가스 발생으로 스웰링(swelling) 현상이 발생할 수 있으며, 스웰링 현상이 발생한 전지는 제한적인 지그 크기로는 분석이 불가능한 경우가 있다.
스웰링 현상이 발생한 전지의 경우, 전지를 지그 또는 챔버 등의 별도의 밀폐공간에 수용시키지 않고, 가스타이트실린지(gas tight syringe)를 이용하여 전지 내부의 가스를 포집할 수 있다. 이때, 가스타이트실린지의 주사바늘을 전지 케이스를 관통시켜, 전지 케이스 내부로 삽입시키는 과정에서 주사바늘을 삽입시키는 힘의 조절이 어려워 주사바늘이 전극에 접촉하면서, 주사바늘과 전극이 통전될 수 있기 때문에 실험자의 안전을 위협할 수 있다.
또한, 가스타이트실린지 이용시 가스타이트실리지가 흔들리면서 높은 확률로 가스 누출이 발생할 수 있다.
한국공개특허 제10-2018-0047280호에는 '이차전지 발생가스 포집장치 및 포집방법'에 관한 기술이 개시되어 있다.
한국공개특허 제10-2018-0047280호
본 발명은 전지 내부가스 포집 장치에 관한 것으로, 구체적으로는, 이차전지의 규격 및 형상에 상관없이 전지 내부의 가스를 쉽게 포집할 수 있는 전지 내부가스 포집 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 전지 내부가스 포집 장치는 상하방향으로 연장되고 하단부가 전지 케이스를 뚫어 상기 전지 케이스 내부로 하측 일부가 삽입되는 니들부; 상기 니들부의 상부와 결합되며 상기 니들부의 회전 운동 및 직선 운동을 위한 회전 구동력 및 선형 구동력을 상기 니들부에 전달하는 펀칭부; 하단부가 상기 전지 케이스의 일면에 밀착되고 상기 니들부 및 상기 몸통부를 내부에 수용하는 실린더부를 포함하고, 상기 니들부의 하부에는 상기 전지 케이스 내부에 삽입되어 상기 전지 케이스 내부에서 발생하는 가스를 흡입하는 흡입구가 마련되며, 상기 니들부의 상부에는 상기 흡입구에서 흡입되는 상기 가스를 배출하는 배출구가 마련되고, 상기 니들부의 내부에는 상기 흡입구와 상기 배출구를 연결하는 제1 유로가 마련되는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 내부가스 포집 장치의 상기 펀칭부는 상하방향으로 연장되는 원통형상으로 마련되며 상기 니들부의 상단부가 내부에 수용되는 제1 몸통부와, 상하방향으로 연장되는 원통형상으로 마련되며 상기 제1 몸통부의 상단부에 하단부가 결합되는 제2 몸통부와, 상기 제2 몸통부의 상단부에 결합되고 상기 제2 몸통부의 상하방향에 수직한 단면의 면적보다 상하방향에 수직한 단면의 면적이 더 넓은 헤드부를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 내부가스 포집 장치의 상기 실린더부에는 상하방향으로 상기 실린더부를 관통하는 관통홀이 마련되고, 상기 관통홀에 상기 펀칭부가 삽입되는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 내부가스 포집 장치의 상기 관통홀은 상기 실린더부의 상단부에서 하부로 일정높이까지 연장되는 제1 관통홀과, 상기 제1 관통홀의 하단부에 상단부가 연결되고 하부로 연장되는 제2 관통홀을 포함하고, 상기 제1 몸통부는 상기 제1 관통홀과 상기 제2 관통홀에 걸쳐서 위치하며, 상기 제2 몸통부는 상기 제1 관통홀에 하단부가 삽입되는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 내부가스 포집 장치에서 상기 제2 몸통부의 외경은 상기 제1 몸통부의 외경보다 더 크며, 상기 제1 몸통부의 외주면은 상기 제2 관통홀의 내측 벽에 밀착되고, 상기 제2 몸통부의 외주면은 상기 제1 관통홀의 내측 벽에 밀착되는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 내부가스 포집 장치에서 상기 제1 몸통부의 외주면과 상기 제1 관통홀의 내측 벽은 서로 이격되어 가스 수용 영역을 형성하고, 상기 배출구는 상기 제1 몸통부의 내부에 위치하며, 상기 제1 몸통부에는 상기 배출구에서 배출된 상기 가스가 상기 가스 수용 영역으로 전달하는 제2 유로가 마련되는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 내부가스 포집 장치에서 상기 실린더부의 외측 면에는 외부의 가스 분석 시스템과 연결되는 가스 포집관이 마련되고, 상기 실린더부에는 상기 가스 수용 공간과 상기 가스 포집관을 연결하여 상기 가스를 전달하는 제3 유로가 마련되는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 내부가스 포집 장치에서 상기 제2 몸통부의 외주면에는 밀폐 부재인 오링(O-ring)이 삽입되는 삽입홈이 마련되는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 내부가스 포집 장치에서 상기 제2 유로는 복수로 마련되는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 내부가스 포집 장치에서 상기 헤드부가 하측 방향으로 가압되면 상기 니들부의 하단부가 상기 실린더부의 하단부보다 더 하측으로 돌출되는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 내부가스 포집 장치에서 상기 관통홀의 내주면에는 상기 제1 몸통부의 하단부와 접촉하여 상기 제1 몸통부의 하측으로의 이동을 제한하는 스토퍼가 마련되는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 내부가스 포집 장치에서 상기 니들부의 하단부는 하측으로 향할수록 외경이 좁아지도록 원뿔형상으로 마련되고, 상기 원뿔형상의 표면에는 상기 전지 케이스를 절단하는 블레이드가 마련되는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 내부가스 포집 장치는 끈 형상으로 양단부가 상기 실린더부의 외주면에 결합되는 탄성소재인 고정부를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 내부가스 포집 장치에서 상기 고정부는 복수로 마련되는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 내부가스 포집 장치는 니들부의 회전 운동에 의해 전지 케이스에 구멍을 형성한 후, 니들부가 전지 케이스 내부에 정밀한 컨트롤에 의해 삽입되고, 안전사고를 방지할 수 있다.
본 발명의 전지 내부가스 포집 장치는 전지의 일면에만 접촉하여 전지 내부가스를 포집하는 것으로, 전지 케이스의 면적 중 국소면적에만 접촉하기 때문에, 전지가 스웰링 현상 등으로 비정적인 형상으로 변형되더라도 전지 내부가스 포집이 가능하다.
또한, 본 발명의 전지 내부가스 포집 장치는 전지가 장치와 결합되지 않는 노출면적을 가지고 있고, 이러한 노출면적을 이용해서 다양한 분석을 위한 악세서리 부품을 연결할 수 있다.
본 발명의 전지 내부가스 포집 장치는 별도의 챔버에서 가스를 확산시키는 과정이 필요 없이, 전지 케이스 내부의 가스를 바로 포집하는 것으로 가스의 확산 공간이 작아져, 이차전지에서 발생하는 가스를 더 작은 공간에서 포집할 수 있기 때문에, 고농도의 가스를 포집함으로써, 분석의 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 전지 내부가스 포집 장치는 전지 케이스의 일면에만 단단하게 고정되기 때문에 분석 도중 이차전지의 형상 및 크기가 변하더라도 장치의 교체 없이 가스 포집을 원활하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 전지 내부가스 포집 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면을 나타내는 단면도이다.
도 3은 니들부를 나타내는 사시도이다.
도 4는 니들부의 다른 실시양태를 나타내는 사시도이다.
도 5은 전지와 결합된 본 발명의 전지 내부가스 포집 장치를 나타내는 단면도이다.
도 6는 도 2의 B-B 단면을 나타내는 단면도이다.
도 7은 스토퍼가 마련되는 전지 내부가스 포집 장치를 나타내는 단면도이다.
도 8은 스토퍼가 마련되는 전지 내부가스 포집 장치의 다른 실시양태를 나타내는 단면도이다.
도 9은 고정부가 마련되는 전지 내부가스 포집 장치를 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 전지 내부가스 포집 장치가 전지에 고정된 상태를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
본 발명의 설명에 있어서, 유의하여야 할 점은 용어 "중심", "상", "하" "좌", "우", "수직", "수평", "내측", "외측" 등이 지시한 방위 또는 위치 관계는 도면에서 나타낸 방위 또는 위치 관계, 또는 평소에 본 발명 제품을 사용할 시 배치하는 방위 또는 위치관계에 기초한 것이고, 본 발명의 설명과 간략한 설명을 위한 것일 뿐, 표시된 장치 또는 소자가 반드시 특정된 방위를 가지고 특정된 방위로 구성되거나 조작되어야 하는 것을 제시 또는 암시하는 것이 아니므로 본 발명을 제한하는 것으로 이해해서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 전지 내부가스 포집 장치를 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 A-A 단면을 나타내는 단면도이다. 도 3은 니들부(100)를 나타내는 사시도이다. 도 4는 니들부(100)의 다른 실시양태를 나타내는 사시도이다. 도 5은 전지와 결합된 본 발명의 전지 내부가스 포집 장치를 나타내는 단면도이다. 도 6는 도 2의 B-B 단면을 나타내는 단면도이다. 도 7은 스토퍼(316)가 마련되는 전지 내부가스 포집 장치를 나타내는 단면도이다. 도 8은 스토퍼(316)가 마련되는 전지 내부가스 포집 장치의 다른 실시양태를 나타내는 단면도이다. 도 9은 고정부(400)가 마련되는 전지 내부가스 포집 장치를 나타내는 사시도이다. 도 10은 본 발명의 전지 내부가스 포집 장치가 전지에 고정된 상태를 나타내는 단면도이다.
이하, 도 1 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 전지 내부가스 포집 장치를 상세히 설명한다.
본 발명의 전지 내부가스 포집 장치는 가요성의 케이스를 가지는 파우치형 전지에 적용될 수 있다. 파우치형 전지는 전지 내부에서 발생하는 가스의 양에 따라 스웰링 현상이 발생하여, 외형이 변하게 되며, 본 발명의 전지 내부가스 포집 장치는 변형된 전지 케이스(1)에 안정적으로 가스 포집을 할 수 있는 장치이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전지 내부가스 포집 장치는 니들부(100), 펀칭부(200), 실린더부(300)를 포함할 수 있다.
니들부(100)는 상하방향으로 연장되고 하단부가 전지 케이스(1)를 뚫어 상기 전지 케이스(1) 내부로 하측 일부가 삽입될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 니들부(100)의 하부에는 전지 케이스(1) 내부에 삽입되어 전지 케이스(1) 내부에서 발생하는 가스를 흡입하는 흡입구(110)가 마련되며, 니들부(100)의 상부에는 흡입구(110)에서 흡입되는 가스를 배출하는 배출구(120)가 마련되고, 니들부(100)의 내부에는 흡입구(110)와 배출구(120)를 연결하는 제1 유로(130)가 마련될 수 있다.
니들부(100)는 하단부가 뾰족하게 형성되고, 상하방향으로 연장될 수 있다. 니들부(100)의 내부에는 니들부(100)의 길이방향으로 연장되는 제1 유로(130)가 마련되며, 제1 유로(130)의 하부에는 흡입구(110)가 마련되고, 제1 유로(130)의 상부에는 배출구(120)가 마련될 수 있다. 흡입구(110)와 배출구(120)는 니들부(100)의 측벽에 형성될 수 있다.
니들부(100)의 배출구(120)가 펀칭부(200)의 내부에 위치하도록 니들부(100)와 펀청부는 결합될 수 있다. 니들부(100)의 흡입구(110)는 니들부(100)의 하단부가 전지 케이스(1)에 삽입될 때, 전지 케이스(1) 내부에 위치하도록 형성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 니들부(100)의 하단부는 하측으로 향할수록 외경이 좁아지도록 원뿔형상으로 마련되고, 원뿔형상의 표면에는 전지 케이스(1)를 절단하는 블레이드(101)가 마련될 수 있다. 블레이드(101)는 니들부(100)의 하단부의 표면에 돌출되어 형성되는 것으로서 나사산의 형상일 수 있다. 즉, 니들부(100)의 하단부는 스크류 형상일 수 있다.
니들부(100)는 니들부(100)의 길이방향을 회전축으로 회전하며 전지 케이스(1)에 접촉할 수 있다. 니들부(100)의 회전력에 의해서 블레이드(101)는 전지 케이스(1)를 분쇄 또는 절단하여 전지 케이스(1)에 구멍을 형성할 수 있다. 즉, 본 발명의 전지 내부가스 포집 장치는 니들부(100)의 회전 운동에 의해 전지 케이스(1)에 구멍을 형성한 후, 니들부(100)가 전지 케이스(1) 내부에 정밀한 컨트롤에 의해 삽입될 수 있다. 단순히 전지 케이스(1)의 면에 수직한 방향의 힘으로만 전지 케이스(1)에 구멍을 뚫을 경우, 미세한 조정이 어려울 수 있다. 예를 들어, 직선 운동으로 전지 케이스(1)에 구멍을 형성할 경우, 전지 케이스(1)에 구멍이 형성되는 시점에서 니들부(100)의 직선 운동에 대해 저항이 급격하게 적어지고, 니들부(100)가 과도하게 전지 케이스(1) 내부로 삽입되어, 니들부(100)가 전지의 전극과 접촉될 수 있다. 본 발명의 전지 내부가스 포집 장치는 니들부(100)가 회전 운동과 직선 운동을 동시함으로써, 안정적으로 전지 케이스(1)에 구멍을 형성하면서 전지 케이스(1) 내부로 삽입될 수 있다.
니들부(100)는 내화확성 및 내열성의 강성 소재로 마련될 수 있으며, 예를 들어, 텅스텐 또는 스테인리스 스틸의 재질로 마련될 수 있다. 본 발명의 전지 내부가스 포집 장치에서 전지에 발생한 가스를 니들부(100)에 마련되는 제1 유로(130)을 통해 외부의 가스 분석 시스템으로 전달되기 때문에 니들부(100)는 내화확성 및 내열성이 우수한 소재가 마련되는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 일반적인 파우치 전지는 Al 파우치로 전지 케이스가 마련되기 때문에 니들부(100)는 Al 파우치를 뚫을 수 있는 단단한 소재로 마련되는 것이 바람직할 수 있다.
펀칭부(200)는 니들부(100)의 상부와 결합되며 니들부(100)의 회전 운동 및 직선 운동을 위한 회전 구동력 및 선형 구동력을 니들부(100)에 전달할 수 있다. 니들부(100)는 펀칭부(200)에 대해서 상대적인 위치가 일정하도록 완전하게 고정될 수 있다. 따라서, 펀칭부(200)가 회전 운동 및 직선 운동을 하게 되면 니들부(100) 또한 펀칭부(200)와 함께 회전 운동 및 직선 운동을 할 수 있다.
도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 펀칭부(200)는 상하방향으로 연장되는 원통형상으로 마련되며 니들부(100)의 상단부가 내부에 수용되는 제1 몸통부(210)와, 상하방향으로 연장되는 원통형상으로 마련되며 제1 몸통부(210)의 상단부에 하단부가 결합되는 제2 몸통부(220)와, 제2 몸통부(220)의 상단부에 결합되고 제2 몸통부(220)의 상하방향에 수직한 단면의 면적보다 상하방향에 수직한 단면의 면적이 더 넓은 헤드부(230)를 포함할 수 있다. 즉, 펀칭부(200)는 [제1 몸통부(210)]-[제2 몸통부(220)]-[헤드부(230)] 순으로 결합된 것일 수 있다.
제1 몸통부(210)의 하단부에는 탄성 소재의 제1 격막부(214)가 결합될 수 있다. 제1 격막부(214)는 디스크 형상으로 마련되며, 후술할 실린더부(300)에 마련되는 관통홀(310)의 내측 벽에 가장자리가 밀착될 수 있다. 제1 격막부(214)에는 니들부(100)가 관통되고, 니들부(100)를 펀칭부(200)에 더 단단하게 고정할 수 있다. 제1 격막부(214)는 고무 소재로 마련되며, 밀폐 수단으로 사용될 수도 있다. 니들부(100)의 흡입구(110)는 제1 격막부(214)보다 하부에 위치하며, 배출구(120)는 제1 격막부(214)보다 상부에 위치할 수 있다.
헤드부(230)는 디스크 형상으로 형성되며, 헤드부(230)의 면이 제2 몸통부(220)의 길이방향에 수직하게 되도록 헤드부(230)와 제2 몸통부(220)는 결합될 수 있다. 니들부(100)를 전지 케이스(1) 내부로 삽입할 때, 사용자는 헤드부(230)를 조작하여 니들부(100)에 힘을 전달할 수 있다. 헤드부(230)의 직경은 충분히 큰 크기로 형성되기 때문에 사용자는 적은 힘으로 니들부(100)를 회전시킬 수 있으며, 니들부(100)의 회전량을 미세하게 조절할 수 있다.
헤드부(230)가 하측 방향으로 가압되면 니들부(100)의 하단부가 실린더부(300)의 하단부보다 더 하측으로 돌출되고, 니들부(100)의 하단부가 전지 케이스(1) 내부로 삽입될 수 있다.
실린더부(300)는 하단부가 전지 케이스(1)의 일면에 밀착되고 니들부(100) 및 몸통부를 내부에 수용하는 실린더부(300)를 포함할 수 있다.
실린더부(300)에는 상하방향으로 상기 실린더부(300)를 관통하는 관통홀(310)이 마련되고, 관통홀(310)에 펀칭부(200)가 삽입될 수 있다. 예를 들어, 실린더부(300)는 상하방향으로 연장되는 원통형상의 관일 수 있다.
관통홀(310)은 실린더부(300)의 상단부에서 하부로 일정높이까지 연장되는 제1 관통홀(311)과, 제1 관통홀(311)의 하단부에 상단부가 연결되고 하부로 연장되는 제2 관통홀(312)과, 제2 관통홀(312)의 하단부에 상단부가 연결되고 실리더부(300)의 하단부까지 연장되는 제3 관통홀(313)을 포함할 수 있다.
제1 몸통부(210)는 제1 관통홀(311)과 상기 제2 관통홀(312)에 걸쳐서 위치하며, 제2 몸통부(220)는 제1 관통홀(312)에 하단부가 삽입될 수 있다. 제1 관통홀(311)의 내경은 제2 관통홀(312)의 상부 측 내경보다 크게 마련될 수 있다. 제3 관통홀(313)의 내경은 제2 관통홀(312)의 하부 측의 내경보다 크게 마련될 수 있다.
제2 몸통부(220)의 외경은 제1 몸통부(210)의 외경보다 더 크게 마련될 수 있다. 구체적으로, 제1 몸통부(210)의 외경은 제2 관통홀(312)의 상부 측 내경과 동일하게 형성될 수 있다. 제2 몸통부(220)의 외경은 제2 관통홀(312)의 상부 측 내경보다 크고, 제1 관통홀(311) 의 내경보다 작거나 같을 수 있다.
따라서, 제1 몸통부(210)의 외주면은 상기 제2 관통홀(312)의 내측 벽에 밀착되고, 제2 몸통부(220)의 외주면은 제1 관통홀(311)의 내측 벽에 밀착될 수 있다.
제3 관통홀(313)에는 전지 케이스(1)의 표면에 접착되는 제2 격막부(314)가 삽입될 수 있다. 제2 격막부(314)는 디스크 형상으로 마련되는 고무 소재의 밀폐 수단일 수 있다. 파우치형 전지의 전지 케이스(1)의 경우, 과도하게 팽창된 전지 케이스(1)에 니들부(100)를 바로 관통시키면, 니들부(100)로 관통되는 부위가 찢어지며 전지 케이스(1)가 폭발할 수 있다. 따라서, 폭발 등의 위험을 방지하는 동시에 기밀성을 높이기 위해서 제2 격막부(314)를 전지 케이스(1)에 접착시키고, 제2 격막부(314)가 접착된 전지 케이스(1)의 면에 실린더부(300)의 하단부를 밀착시킨 상태에서 니들부(100)로 전지 케이스(1)에 구멍을 뚫을 수 있다. 이때, 실린더부(300)의 하단부가 전지 케이스(1)에 밀착되면서 제2 격막부(314)는 제3 관통홀(313)에 삽입될 수 있다.
관통홀(310)의 입구와 전지 케이스(1)가 바로 대면할 경우, 가스 포집 시 관통홀(310) 내부 압력과 전지 케이스(1) 내부 압력이 달라지면, 전지 케이스(1)가 관통홀(310)로부터 밀리거나 관통홀(310)에 흡입되어 기밀성이 악화되는 현상이 발생할 수 있다. 제2 격막부(314)는 관통홀(310)의 내부 영역과 전지 케이스(1)가 바로 대면하는 것을 막아 상기와 같은 현상을 방지할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1 몸통부(210)의 외주면과 제1 관통홀(311)의 내측 벽은 서로 이격되어 가스 수용 영역을 형성할 수 있다. 니들부(100)의 배출구(120)는 제1 몸통부(210)의 내부에 위치하며, 제1 몸통부(210)에는 배출구(120)에서 배출된 가스가 가스 수용 영역으로 전달하는 제2 유로(211)가 마련될 수 있다. 제2 유로(211)는 제1 몸통부(210)의 중심에서 제1 몸통부(210)의 길이방향에 수직한 방향으로 형성될 수 있다. 제2 유로(211)는 복수로 마련되며, 제1 몸통부(210)의 길이방향에 수직한 제1 몸통부(210)의 단면상에서 방사대칭으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 유로(211)는 4개로 마련될 수 있다.
제2 몸통부(220)의 외주면에는 밀폐 부재인 오링(O-ring)이 삽입되는 삽입홈(221)이 마련될 수 있다. 오링은 단일 또는 복수로 마련되며, 삽입홈(221) 또한 오링의 개수와 대응되도록 단일 또는 복수로 마련될 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 관통홀(310)의 내주면에는 제1 몸통부(210)의 하단부와 접촉하여 제1 몸통부(210)의 하측으로의 이동을 제한하는 스토퍼(316)가 마련될 수 있다. 니들부(100)가 과도하게 전지 케이스(1)에 삽입될 경우 전지의 전극과 접촉하여 문제가 발생할 수 있다. 또는, 제1 몸통부(210)가 필요 이상으로 하측으로 이동할 경우 제2 관통홀(312)의 내측 벽에 의해서 제2 유로(211)의 출구가 가려질 수 있다. 따라서, 본 발명의 전지 내부가스 포집 장치는 스토퍼(316)을 마련하여 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있다. 구체적으로, 스토퍼(316)는 제2 관통홀(312)의 내측 벽에서 돌출된 단턱으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 관통홀(312)의 상단부에서 스토퍼(316)까지의 거리는 제1 몸통부(210)의 하단부에서 제2 유로(211)의 출구까지의 거리보다 짧을 수 있다.
실린더부(300)의 외측 면에는 외부의 가스 분석 시스템과 연결되는 가스 포집관(330)이 마련되고, 실린더부(300)에는 가스 수용 공간(315)과 가스 포집관(330)을 연결하여 가스를 전달하는 제3 유로(320)가 마련될 수 있다. 구체적으로, 제3 유로(320)는 실린더부(300)의 측벽을 관통하여 형성할 수 있다. 가스 분석 시스템은 압력계, 진공 펌프라인, 성분 분석 디바이스, 매니폴드 등을 포함할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전지 내부가스 포집 장치는 끈 형상으로 양단부가 상기 실린더부(300)의 외주면에 결합되는 탄성소재인 고정부(400)를 더 포함할 수 있다. 고정부(400)는 복수로 마련될 수 있다. 고정부(400)는 복원력을 가지는 탄성소재로 고무 재질로 마련될 수 있다. 파우치형 전지의 경우 일반적으로 전지 케이스(1)는 알루미늄 파우치로 마련되며, 고무의 경우 알루미늄 파우치와 높은 마찰력을 가지기 때문에 안정적으로 본 발명의 전지 내부가스 포집 장치가 고정부(400)에 의해 전지에 고정될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전지 내부가스 포집 장치는 고정부(400) 없이 실린더부(300)의 하단부에 접착제(410)를 도포하여 실린더부(300)의 하단부를 전지 케이스(1)에 접착시켜 전지 케이스(1)에 고정될 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1...전지 케이스 100...니들부
101...블레이드 110...흡입구
120...배출구 130...제1 유로
200...펀칭부 210...제2 몸통부
211...제2 유로 214...제1 격막부
220...제1 몸통부 221...삽입홈
230...헤드부 300...실린더부
310...관통홀 311...제1 관통홀
312...제2 관통홀 313...제3 관통홀
314...제2 격막부 315...가스 수용 공간
316...스토퍼 320...제3 유로
330...가스 포집관 400...고정부
410...접착제

Claims (14)

  1. 상하방향으로 연장되고 하단부가 전지 케이스를 뚫어 상기 전지 케이스 내부로 하측 일부가 삽입되는 니들부;
    상기 니들부의 상부와 결합되며 상기 니들부의 회전 운동 및 직선 운동을 위한 회전 구동력 및 선형 구동력을 상기 니들부에 전달하는 펀칭부;
    하단부가 상기 전지 케이스의 일면에 밀착되고 상기 니들부 및 상기 몸통부를 내부에 수용하는 실린더부를 포함하고,
    상기 니들부의 하부에는 상기 전지 케이스 내부에 삽입되어 상기 전지 케이스 내부에서 발생하는 가스를 흡입하는 흡입구가 마련되며,
    상기 니들부의 상부에는 상기 흡입구에서 흡입되는 상기 가스를 배출하는 배출구가 마련되고,
    상기 니들부의 내부에는 상기 흡입구와 상기 배출구를 연결하는 제1 유로가 마련되는 것인 전지 내부가스 포집 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펀칭부는,
    상하방향으로 연장되는 원통형상으로 마련되며 상기 니들부의 상단부가 내부에 수용되는 제1 몸통부와,
    상하방향으로 연장되는 원통형상으로 마련되며 상기 제1 몸통부의 상단부에 하단부가 결합되는 제2 몸통부와,
    상기 제2 몸통부의 상단부에 결합되고 상기 제2 몸통부의 상하방향에 수직한 단면의 면적보다 상하방향에 수직한 단면의 면적이 더 넓은 헤드부를 포함하는 것인 전지 내부가스 포집 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 실린더부에는 상하방향으로 상기 실린더부를 관통하는 관통홀이 마련되고,
    상기 관통홀에 상기 펀칭부가 삽입되는 것인 전지 내부가스 포집 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 관통홀은,
    상기 실린더부의 상단부에서 하부로 일정높이까지 연장되는 제1 관통홀과,
    상기 제1 관통홀의 하단부에 상단부가 연결되고 하부로 연장되는 제2 관통홀을 포함하고,
    상기 제1 몸통부는 상기 제1 관통홀과 상기 제2 관통홀에 걸쳐서 위치하며,
    상기 제2 몸통부는 상기 제1 관통홀에 하단부가 삽입되는 것인 전지 내부가스 포집 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 몸통부의 외경은 상기 제1 몸통부의 외경보다 더 크며,
    상기 제1 몸통부의 외주면은 상기 제2 관통홀의 내측 벽에 밀착되고,
    상기 제2 몸통부의 외주면은 상기 제1 관통홀의 내측 벽에 밀착되는 것인 전지 내부가스 포집 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 몸통부의 외주면과 상기 제1 관통홀의 내측 벽은 서로 이격되어 가스 수용 영역을 형성하고,
    상기 배출구는 상기 제1 몸통부의 내부에 위치하며,
    상기 제1 몸통부에는 상기 배출구에서 배출된 상기 가스가 상기 가스 수용 영역으로 전달하는 제2 유로가 마련되는 것인 전지 내부가스 포집 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 실린더부의 외측 면에는 외부의 가스 분석 시스템과 연결되는 가스 포집관이 마련되고,
    상기 실린더부에는 상기 가스 수용 공간과 상기 가스 포집관을 연결하여 상기 가스를 전달하는 제3 유로가 마련되는 것인 전지 내부가스 포집 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2 몸통부의 외주면에는 밀폐 부재인 오링(O-ring)이 삽입되는 삽입홈이 마련되는 것인 전지 내부가스 포집 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제2 유로는 복수로 마련되는 것인 전지 내부가스 포집 장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 헤드부가 하측 방향으로 가압되면 상기 니들부의 하단부가 상기 실린더부의 하단부보다 더 하측으로 돌출되는 것인 전지 내부가스 포집 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 관통홀의 내주면에는 상기 제1 몸통부의 하단부와 접촉하여 상기 제1 몸통부의 하측으로의 이동을 제한하는 스토퍼가 마련되는 것인 전지 내부가스 포집 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 니들부의 하단부는 하측으로 향할수록 외경이 좁아지도록 원뿔형상으로 마련되고,
    상기 원뿔형상의 표면에는 상기 전지 케이스를 절단하는 블레이드가 마련되는 것인 전지 내부가스 포집 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    끈 형상으로 양단부가 상기 실린더부의 외주면에 결합되는 탄성소재인 고정부를 더 포함하는 것인 전지 내부가스 포집 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 고정부는 복수로 마련되는 것인 전지 내부가스 포집 장치.
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