KR20220077252A - 분리막 손상 검사지그, 분리막 손상 검사장치 및 검사방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하부에 분리막을 구비한 스택(stack)용 하프셀 또는 모노셀의 분리막 손상 검사지그에 관한 것으로, 하프셀 또는 모노셀이 그 하부 분리막측을 아래로 하여 탑재되며 누설전류 검사장치와 전기적으로 연결되는 통전 플레이트; 및 상기 통전 플레이트의 상부에 위치하여 상기 하프셀 또는 모노셀을 가압하는 가압 플레이트; 를 포함한다.
본 발명은 또한, 상기 검사지그를 포함하는 분리막 손상 검사장치와 이 검사장치에 의한 검사방법에 관한 것이다.

Description

분리막 손상 검사지그, 분리막 손상 검사장치 및 검사방법{SEPARATOR DAMAGE INSPECTION JIG, SEPARATOR DAMAGE INSPECTION DEVICE AND INSPECTION METHOD THEREOF}

본 발명은 하프셀 또는 모노셀의 분리막 손상 검사지그에 관한 것이다. 보다 상세하게는 하부에 분리막을 구비한 스택용 하프셀 또는 모노셀의 분리막 손상을 검사할 수 있는 지그에 관한 것이다.

본 발명은 또한 이 지그를 이용한 하프셀 또는 모노셀의 분리막 손상 검사장치 및 검사방법에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있다. 그 중에서도, 리튬 이차전지는 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수하다는 점에서, 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자 제품들의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.

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

상기 전극 조립체는 불량 검사과정을 거친 후 전해액이 주액되어 외장재에 밀봉 수납된다. 전극 조립체 불량 판정방법의 한 예로서 하이팟(Hi-pot) 검사장치를 이용하여 전극 조립체의 누설전류량을 측정하는 방법이 있다.

도 1(a)는 종래의 양극판(3)/분리막(4)/음극판(5)으로 이루어지는 모노셀(10), 도 (1b)는 상기 모노셀(10)에 대한 누설전류 검사장치의 일례를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 검사장치(6)의 전압을 양극 탭(3a)과 음극 탭(5a)에 인가할 때, 양극판(3)과 음극판(5) 사이의 분리막(4)에 손상(찢김, 접힘 등)이 있을 경우, 손상 부위(공기층)에 아크가 발생하고 누설전류가 검출될 수 있다. 이 누설전류가 정상범위를 벗어나면 분리막에 손상이 있는 것으로 불량으로 판정한다.

한편, 도 3과 같이 다수의 양극 및 음극의 전극 조립체들을 순차적으로 적층한 구조의 스택형 전극조립체는 도 2와 같은 형태의 하프셀(100)과 모노셀(200)을 순차 적층한 구조를 가지고 있다. 즉, 스택용 하프셀(100)은 모노셀(200)의 적층시 최상부에 위치하는 셀로서, 하부 전극과의 접촉을 방지하기 위하여 음극판(130) 하부에 분리막(120)을 구비하고 있다. 그리고, 음극판(130) 상부에는 음극판(130)의 노출을 방지하기 위하여 또 다른 분리막(110)을 구비한 분리막(110)/음극(130)/분리막(120)의 구조를 취하고 있다(도 3(a) 참조). 스택용 모노셀(200)은 모노셀끼리 적층했을 때 상부 전극(음극)과 하부 전극(양극)이 직접 접촉하는 것을 방지하기 위하여 분리막(240)을 하부에 구비한 양극(210)/분리막(220)/음극(230)/분리막(240)의 구조를 취하고 있다(도 3(b) 참조).

또한, 상기 스택용 모노셀의 양극(판)과 음극(판) 사이에 위치한 분리막의 손상 검사는 상기 도 1(b)에 도시된 검사장치로 양/음극의 탭에 전압을 인가하여 누설전류를 검사함으로써 검사할 수 있다. 하지만, 스택용 하프셀의 음극판(130) 상부에 위치한 분리막(110) 및 하부에 위치한 분리막(120)에 대해서는 분리막 상부 또는 하부에 전압을 인가할 전극이 없어 그 분리막 손상 여부를 검사할 수 없었다. 마찬가지로, 상기 스택용 모노셀(200의 하부에 위치한 분리막(240) 역시 음극에 대응되는 다른 전극이 모노셀(200)에 구비되어 있지 않아 상기 검사장치로 분리막 손상 여부를 검사할 수 없었다.

이로 인하여, 종래에는 전극과 분리막을 적층하여 하프셀 또는 모노셀을 제조하는 라미네이션 공정에서는 하프셀 또는 모노셀의 하부에 위치한 분리막 손상 여부를 검출하기 위한 시험(쇼트 시험)을 행할 수 없었다. 상기 하부 분리막 손상 검출 시험은 따라서, 최종 형태인 도 3의 스택 셀(stacked cell)에서 행할 수 밖에 없었다. 즉, 도 3에서는 예컨대 파우치형의 케이스(C) 내에서 하프셀(100) 하부에 다른 전극이 스택되므로, 상하 전극의 사이에 위치한 분리막(120)(원래의 하프셀 하부의 분리막)에 대한 시험을 행할 수 있다. 마찬가지로 스택 셀 중간에 위치한 모노셀(200) 하부의 분리막(240)에 대해서도 하부에 적층된 다른 전극을 이용하여 검사할 수 있었다.

그러나, 스택 셀 단계에서 모노셀, 하프셀과 같은 반제품의 불량 여부를 판단하는 것은 다음과 같은 문제가 있다.

첫째, 스택 셀 단계에서 상기 하부 분리막에 문제가 있다고 판단되는 경우, 반제품의 불량을 확인하기 위하여 스택 공정을 불필요하게 진행함에 따른 공정/수율 상의 로스(loss)가 발생하였다.

둘째, 일부 분리막에 문제가 있을 경우, 문제가 없는 정상제품인 다른 모노셀, 하프셀의 분리막까지 모두 폐기하여야 하는 재료 소모의 문제가 있다.

셋째, 스택 셀 단계에서 모노셀, 하프셀의 분리막 손상 여부를 판단하더라도, 스택 셀의 최상단의 분리막, 최하단의 분리막에 대해서는 여전히 그 손상 여부를 판단할 수 없다.

따라서, 스택 셀 이전의 단계에서도 스택용의 모노셀 및 하프셀의 분리막 손상 여부를 파악할 수 있는 기술의 개발이 요망된다.

대한민국 공개특허공보 제10-2020-0017824호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 만들어진 것으로서, 모노셀 및 하프셀을 스택하지 않은 반제품 제조단계에서 바로 그 분리막의 결함을 검사할 수 있는 분리막 손상 검사지그를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 분리막 손상 검사지그를 포함하는 분리막 손상 검사장치 및 검사방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 하부에 분리막을 구비한 스택(stack)용 하프셀 또는 모노셀의 분리막 손상 검사 지그는, 하프셀 또는 모노셀이 그 하부 분리막측을 아래로 하여 탑재되며 누설전류 검사장치와 전기적으로 연결되는 통전 플레이트; 및 상기 통전 플레이트의 상부에 위치하여 상기 하프셀 또는 모노셀을 가압하는 가압 플레이트; 를 포함한다.

하나의 예로서, 상기 통전 플레이트는 상기 누설전류 검사장치와 전기적으로 연결되는 제1전압 인가 프로브를 구비할 수 있다.

구체적으로, 상기 제1전압 인가 프로브는 상기 통전 플레이트의 코너부에 인접하여 설치될 수 있다.

하나의 예로서, 상기 가압 플레이트는, 상기 누설전류 검사장치와 전기적으로 연결되며 하프셀 또는 모노셀의 분리막 바로 위의 전극 탭에 전압을 인가하는 제2전압 인가 프로브를 구비할 수 있다.

구체적으로, 상기 제2전압 인가 프로브는 상기 가압 플레이트 일측부에 설치된 절연부재에 설치될 수 있다.

하나의 예로서, 상기 통전 플레이트의 길이는 하프셀 또는 모노셀의 전극 탭을 제외한 부분의 길이와 같거나 작은 것이 바람직하다.

또 다른 예로서, 상기 가압 플레이트의 아래에 위치하여 상기 하프셀 또는 모노셀을 가압하기 위한 탄성 가압패드를 더 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 탄성 가압패드에는 관통공들이 격자 형상으로 배열되어 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면으로서, 하부에 분리막을 구비한 스택용 하프셀 또는 모노셀의 분리막 손상 검사장치는, 하프셀 또는 모노셀이 탑재되는 통전 플레이트; 상기 통전 플레이트의 상부에 위치하여 상기 하프셀 또는 모노셀을 가압하는 가압 플레이트; 및 상기 하프셀 또는 모노셀의 하부 분리막 바로 위에 배치된 전극과 상기 통전 플레이트에 전압을 인가하는 누설전류 검사장치; 를 포함하여, 상기 전극과 통전 플레이트 사이의 상기 하부 분리막 손상을 검출할 수 있다.

상기 누설전류 검사장치는, 전압을 인가하기 위한 전원과 누설전류 측정장치를 구비한다.

하나의 예로서, 상기 분리막 손상 검사장치의 상기 통전 플레이트는 상기 누설전류 검사장치와 전기적으로 연결되는 제1전압 인가 프로브를 구비할 수 있다.

또한, 구체적으로 상기 제1전압 인가 프로브는 상기 통전 플레이트의 코너부에 인접하여 설치될 수 있다.

하나의 예로서, 상기 분리막 손상 검사장치의 상기 가압 플레이트는, 상기 누설전류 검사장치와 전기적으로 연결되며 하프셀 또는 모노셀의 분리막 바로 위의 전극 탭에 전압을 인가하는 제2전압 인가 프로브를 구비할 수 있다.

구체적으로, 상기 제2전압 인가 프로브는 상기 가압 플레이트 일측부에 설치된 절연부재에 설치될 수 있다.

상기 제2전압 인가 프로브는 블록 타입인 것이 바람직하다.

하나의 예로서 상기 분리막 손상 검사장치는 상기 가압 플레이트의 아래에 위치하여 상기 하프셀 또는 모노셀을 가압하기 위한 탄성 가압패드를 더 구비할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면으로서, 하부에 분리막을 구비한 스택용 하프셀 또는 모노셀의 분리막 손상 검사방법은, 누설전류 검사장치와 전기적으로 연결되는 통전 플레이트에 하프셀 또는 모노셀을 탑재하는 단계; 및 상기 통전 플레이트의 상부에 위치한 가압 플레이트로 상기 하프셀 또는 모노셀을 가압하는 단계;를 포함하고, 상기 가압하는 단계에서, 상기 하프셀 또는 모노셀의 하부 분리막 바로 위에 배치된 전극과 상기 통전 플레이트에 전압을 인가하여 누설전류를 측정하는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 모노셀 및 하프셀의 반제품 단계에서 하부 분리막 손상 여부의 확인이 가능하다. 따라서, 불량인 반제품에 대해서 종래와 같은 불필요한 스택공정을 진행할 필요가 없다. 이에 따라, 문제가 없는 정상제품까지 폐기하여야 하는 재료 로스의 문제를 예방할 수 있다.

본 발명은 또한, 종래 검사방법으로는 검사할 수 없었던, 스택 셀의 최상단 및 최하단에 위치하게 될 분리막에 대해서도 스택 전 단계에서 그 손상 여부를 확인할 수 있다.

도 1은 종래의 모노셀의 개략 단면도(도 1(a))와 하이팟 검사장치의 개략 구성도(도 1(b)를 나타낸 것이다.
도 2는 종래의 스택용 하프셀과 모노셀의 층 구성을 나타낸 개략단면도로서, 도 2(a)는 하프셀, 도 2(b)는 모노셀의 단면도이다.
도 3은 종래의 하프셀과 모노셀이 전극 케이스 내에서 적층된 스택 셀의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태의 분리막 손상 검사장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시형태의 분리막 손상 검사장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 6 본 발명의 가압 플레이트 하부에 설치되는 탄성 가압패드를 나타내는 개략도이다.

이하, 첨부한 도면과 여러 실시예에 의하여 본 발명의 세부 구성을 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 또한 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니며 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 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.

본 발명의 스택(stack)용 하프셀 또는 모노셀의 분리막 손상 검사 지그는, 하프셀 또는 모노셀이 그 하부 분리막측을 아래로 하여 탑재되며 누설전류 검사장치와 전기적으로 연결되는 통전 플레이트; 및 상기 통전 플레이트의 상부에 위치하여 상기 하프셀 또는 모노셀을 가압하는 가압 플레이트; 를 구비하고 있다.

본 발명의 검사지그에서는, 도 2의 스택용 하프셀과 모노셀의 하부에 위치한 분리막의 검사를 위하여 통전 플레이트를 구비한 것을 특징으로 한다. 상술한 바와 같이, 하프셀은 하나의 전극과 2개의 분리막 외에는 대응되는 다른 전극이 없어, 분리막의 검사를 위한 통전 회로를 구성할 수 없었다. 또한, 모노셀 하부 분리막의 아래에는 대응되는 전극이 없어서 상기 하부 분리막의 검사를 위한 통전 회로를 구성할 수 없었다. 본 발명자들은 예의 검토한 결과, 상기 하부 분리막 검사를 위한 통전 회로를 구성하기 위하여, 별도의 통전 플레이트를 도입하였다. 이 통전 플레이트는 도전성의 플레이트, 예컨대 금속(예를 들어 구리) 플레이트로서 하프셀과 모노셀의 하부 분리막 위의 전극에 대응하는 또 다른 전극으로서의 기능을 수행한다. 즉, 하프셀과 모노셀의 하부 분리막 위의 음극에 대응하는 양극으로서의 기능을 수행한다. 따라서, 상기 음극과 통전 플레이트를 누설전류 검사장치에 전기적으로 연결하면 상기 음극과 통전 플레이트 사이의 분리막에 결함이 있는지 여부를 판단할 수 있다. 하프셀 또는 모노셀의 하부에 위치한 분리막의 결함을 검사하기 위해서 상기 하부 분리막 쪽을 아래로 하여 상기 하프셀 또는 모노셀을 통전 플레이트의 상면에 놓아야 한다. 또한, 상기 통전 플레이트에 전압을 인가하기 위하여 누설전류 검사장치와 상기 통전 플레이트는 전기적으로 연결되어야 한다. 누설전류 검사장치와 통전 플레이트의 전기적 연결방식은 후술하기로 한다.

또한, 본 발명의 분리막 손상 검사지그는 상기 통전 플레이트의 상부에 하프셀 또는 모노셀을 가압하는 가압 플레이트를 구비한 것을 또 다른 특징으로 한다. 상기 가압 플레이트는 2가지의 기능을 수행한다.

먼저, 하프셀 또는 모노셀이 상기 통전 플레이트에 놓여질 경우, 상기 셀들은 통전 플레이트와 밀착하게 결합된 것이 아니므로, 셀과 통전 플레이트 사이에 미세한 공간이 형성된다. 즉 셀과 통전 플레이트의 접촉면을 따라 미세하고 불균일한 공간이 형성되므로, 통전 플레이트에 연결된 누설전류 검사장치에서 측정되는 누설전류의 양도 미세하게 변할 수 있다. 즉, 안정적으로 미세전류를 감지할 수 없게 되는 문제가 있다. 가압 플레이트로 하프셀 또는 모노셀을 위로부터 가압하면 상기 셀과 통전 플레이트 사이가 들뜨지 않게 밀착되어 그 사이의 공간을 제거할 수 있으므로, 누설전류 측정작업을 안정화할 수 있다.

또한, 분리막 손상 여부를 검사할 때, 너무 낮은 전압을 인가하면 분리막 불량 검출력이 떨어지고 적정 수준 이상의 전압을 인가하면 정상 분리막 부위도 절연 파괴되어 양품을 불량으로 만드는 리스크가 따른다. 이에 대한 보완책으로 전압을 낮추고 판형의 가압 플레이트를 사용해 면 가압하여 음극판과 통전 플레이트의 거리를 최대한 가깝게 함으로써 음극판과 통전 플레이트의 일시적 단락을 유도하기 위하여 가압 플레이트를 적용한다. 가압 플레이트로 하프셀 또는 모노셀을 가압했을 때, 분리막에 결함이 있으면 일시적으로 단락이 발생하고 이 때의 누설전류 또는 절연저항을 측정하여 분리막의 손상을 검사할 수 있다.

상기 누설전류 검사장치는 전압을 인가하기 위한 전원과 누설전류 측정장치를 구비하여, 상기 누설전류 측정장치가 누설전류를 측정함으로써, 하프셀 또는 모노셀의 내부 단락 발생 여부를 판별할 수 있어 분리막이 손상된 불량 전지 셀을 검출할 수 있다.

이러한 본 발명의 분리막 손상 검사지그는, 상기 누설전류 검사장치와 전기적으로 연결되어 분리막 손상 검사장치를 구성한다.

본 발명의 분리막 손상 검사지그 및 분리막 손상 검사장치에 관해서는, 도면과 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 자세히 설명하기로 한다.

(제1 실시형태)

도 4는 본 발명의 제1 실시형태의 분리막 손상 검사장치(1000)의 구성을 나타내는 사시도이다. 도 4는, 스택용 하프셀(100)에 대해서 분리막 손상지그 및 검사장치(1000)가 적용된 예를 나타낸 것이다.

도 2(a) 및 도 4의 요부확대도에 나타난 바와 같이, 스택용 하프셀(100)은 분리막(110)-음극(130)-분리막(120)으로 구성되어 있다. 상부 및 하부에 모두 분리막을 구비하고 있으므로, 검사하고자 하는 측의 분리막을 아래에 위치하도록 하여 통전 플레이트(300) 상에 하프셀(100)을 탑재시킨다. 물론, 다른 쪽의 분리막 검사를 행할 경우에는 그 다른 쪽의 분리막을 아래에 위치시켜 통전 플레이트(300) 상에 놓으면 된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 스택 셀의 최상단에 위치하는 하프셀(100)의 상부 및 하부 분리막(110,120)을 스택하기 전에 모두 검사할 수 있다(도 3 참조).

상기 통전 플레이트(300)는 누설전류 검사장치(500)와 전기적으로 연결된다.

누설전류 검사장치(500)는 하프셀(100)에 전압을 인가하는 전원(510)과 누설전류를 측정하는 전류 측정장치(520)를 포함한다. 전원(510)은 전지셀에 전압을 인가하기 위해 전압을 생성하는 전압 생성부와, 전지셀의 전극 리드(탭)와 연결되어 전압 생성부로부터 공급된 전압을 전지셀에 인가하도록 연결하는 접속 단자 등을 구비할 수 있다. 이러한 누설전류 검사장치(500)의 예로서 하이팟 검사장치 등을 들 수 있다.

본 실시예에서 상기 통전 플레이트(300)는 상기 누설전류 검사장치(500)와 연결되는 제1전압 인가 프로브(310)를 구비하고 있다. 즉, 제1전압 인가 프로브(310)는 누설전류 검사장치(500)의 단자와 연결되는 전기적 접점으로서 누설전류 검사장치(500)로부터 인가된 전압을 통전 플레이트(300)에 인가하는 역할을 한다. 혹은 상기 제1전압 인가 프로브(310)는 누설전류 검사장치(500)의 전선과 곧바로 연결되어 누설전류 검사장치(500)로부터의 전압을 통전 플레이트에 곧바로 인가하도록 할 수 있다. 전자보다 후자와 같이 누설전류 검사장치(500)의 별도 접속 단자 없이 제1전압 인가 프로브(310)가 누설전류 검사장치(500)의 접속 단자 역할을 수행하도록 하는 것이 장치 간소화와 검사 자동화의 관점에서 유리하다.

하프셀(100)을 통전 플레이트(300)에 탑재할 때, 상기 제1전압 인가 프로브(310)가 위치한 반대쪽에 하프셀(100)의 음극 탭(131)이 놓여지도록 탑재한다. 상기 하프셀(100)은 음극 외에 양극을 구비하고 있지 않다. 따라서, 양극 탭이 제1전압 인가 프로브(310)와 접촉할 염려는 없다. 하지만, 본 발명의 통전 플레이트(100)는 후술하는 바와 같이, 모노셀(200)의 분리막 검사에도 적용될 수 있는 것이므로, 모노셀(200)의 양극 탭과 접촉을 피할 수 있도록 상기 제1전압 인가 프로브(310)의 위치를 설정할 필요가 있다. 즉, 제1전압 인가 프로브(310)를 통전 플레이트(300)의 코너부에 인접하여 설치하면 모노셀(200)을 검사하는 경우에도 양극 탭과 접촉할 염려가 없다. 또한, 가압 플레이트(400)가 통전 플레이트(100)를 가압하기 때문에, 상기 제1전압 인가 프로브(310)는 가압 플레이트와 대향하는 면의 이면 측의 통전 플레이트(300)에 설치할 필요가 있다. 따라서, 제1전압 인가 프로브(310)는 도 4에 도시된 바와 같이, 통전 플레이트 이면의 코너부에 인접하여 설치될 수 있다. 상기 제1전압 인가 프로브(310)는 높은 전압을 셀에 인가할 수 있는 핀 또는 블록(BLOCK) 타입의 프로브일 수 있다.

상기 가압 플레이트(400)는 상술한 바와 같이, 전지셀과 면 접촉하여 해당 부위를 가압함으로써 내부 단락을 일시적으로 발생시켜 불량을 선별하는 역할을 한다. 가압 플레이트(400)는 도시되지 않은 승강기구와 연결되어 전지셀이 통전 플레이트(300)에 놓여진 후 하강하여 전지셀을 가압할 수 있다. 가압 플레이트(400)는 일정한 압력으로 전지셀의 전체 면적을 눌러주어야 한다.

가압 플레이트(400)가 하프셀(100) 및 통전 플레이트(300) 상에 위치하여 가압할 때, 하프셀(100)의 음극 탭(131)도 상기 누설전류 검사장치(500)와 전기적으로 연결되어야 한다. 상기 음극 탭(131)이 누설전류 검사장치(500)의 단자와 연결되면 누설전류 검사장치(500)로부터 하프셀(100) 및 통전 플레이트(300)에 전압을 인가할 수 있다. 이 때 상기 가압 플레이트(400)가 하프셀(100)을 가압하면서 전압을 인가하면 상기 하프셀(100) 하부의 분리막(120) 손상을 검사할 수 있다.

상기 가압 플레이트(400)에 제2전압 인가 프로브(410)를 설치하면, 하프셀(100)의 전극 탭과 용이하게 전기적으로 연결할 수 있다. 즉, 상기 누설전류 검사장치(500)와 전기적으로 연결(즉, 누설전류 검사장치(500)의 전원과 직접 연결 혹은 누설전류 검사장치(500)의 단자와 연결됨을 의미함)되는 제2전압 인가 프로브(410)를 가압 플레이트(400)에 설치하고 가압 플레이트(400) 하강시에 이 프로브(410)를 하프셀(100)의 전극 탭(131)과 접촉시키면 누설전류 검사장치(500)와 하프셀(100)의 전기적 연결(접촉)을 가압과 동시에 실현시킬 수 있다. 통전 플레이트(300)의 제1전압 인가 프로브(310)와 마찬가지로, 누설전류 검사장치(500)의 별도 접속 단자 없이 제2전압 인가 프로브(410)가 누설전류 검사장치(500)의 접속 단자 역할을 수행하도록 하는 것이 장치 간소화와 검사 자동화의 관점에서 더욱 유리하다.

상기 제2전압 인가 프로브(410)는 전지셀의 탭과 접촉하는 것이므로, 전지셀이 놓여지는 위치에 맞추어 설치하는 것이 좋다. 즉, 가압 플레이트(410)의 일측부 중앙에 위치하도록 설치하여 통전 플레이트(300)에 놓여진 하프셀(100)의 음극 탭(131)과 접촉하도록 한다. 상술한 바와 같이, 가압 플레이트(400)에 직접 제2전압 인가 프로브(410)를 설치하면 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 가압 플레이트(400)를 하강시키면 하프셀(100)의 음극 탭(131)과 제2전압 인가 프로브(410)가 바로 접촉하므로, 통전을 위하여 별도로 음극 탭(131)에 누설전류 검사장치(500)의 단자와 연결하는 작업을 행할 필요가 없다.

둘째, 가압과정과 통전과정을 연계하여 행할 수 있다는 장점이 있다. 가압 플레이트(400)를 하강시켜 가압할 때, 자연스럽게 전지셀(100)과 누설전류 검사장치(500)가 접촉되어 통전 회로가 구성되는 바, 가압과 동시에 바로 혹은 일정 가압 시점에 전압을 인가하여 전지셀을 검사할 수 있다.

셋째, 하프셀(100) 또는 모노셀(200)의 검사과정을 생산라인의 제조공정에서 인라인(in-line) 방식으로 행할 경우, 용이하게 적용할 수 있다. 예컨대, 하프셀(100) 또는 모노셀(200) 등의 전지셀이 컨베이어를 통하여 연속적으로 통전 플레이트(300)에 놓여질 경우, 승강기구에 의하여 가압 플레이트(400)를 하강시키면 전지셀의 가압과 통전 세팅이 동시에 이루어지므로, 누설전류 검사장치(400)의 단자를 전지셀에 연결하기 위한 별도의 이동기구나 로봇이 필요 없다. 따라서, 가압 플레이트(400)의 이동만으로 가압 및 통전 작업을 동시에 행한 후, 가압 플레이트(400)가 상승하면 후속의 공정으로 상기 전지셀을 연속적으로 이동할 수 있으므로 생산 자동화의 적용에 이점이 있다.

가압 플레이트(400)가 전지셀을 가압할 경우, 통전 플레이트(300)는 상대가압면이 되어 전지셀을 지지 가압하는 기능을 일부 수행한다. 혹은 상기 통전 플레이트(300)를 실험 테이블, 혹은 인라인 공정에서의 스테이지 위에 놓을 경우, 상기 통전 플레이트(300), 테이블 면 혹은 스테이지 면이 상기 가압 플레이트(400)의 가압에 대한 상대 가압면이 될 수 있다. 중요한 것은 가압 플레이트(400)의 면적은 상기 전지셀을 충분히 가압할 수 있도록 전지셀을 완전히 덮을 수 있는 크기여야 한다는 것이다.

한편, 상기 통전 플레이트(300)의 크기는 전지셀의 단자부인 전극 탭과의 접촉을 회피할 수 있는 크기로 형성되어야 한다. 예컨대 모노셀(200) 또는 하프셀(100)의 전극 탭과 금속 재질의 통전 플레이트(300)가 접촉하면 가압 통전 전에 단락이 발생할 수 있으므로, 통전 플레이트(300)의 크기, 예컨대 길이는 전지셀의 전극 탭을 제외한 부분의 길이와 같거나 작은 것이 바람직하다. 통전 플레이트(300)가 전지셀의 본체 부분(전극 탭 제외 부분)의 길이와 같을 경우, 가압 플레이트(400)의 상대 가압면으로서의 기능을 충분히 달성할 수 있다. 이 경우 도 4와 같이 통전 플레이트(300)의 폭은 전지셀의 폭보다 커야 한다는 것은 언급할 필요도 없다. 또한, 통전 플레이트(300)의 길이가 전지셀의 본체 부분의 길이보다 약간 작거나 일정 정도 작다 하더라도 가압 플레이트(400)가 상부에 위치하여 전지셀을 가압하므로, 전지셀의 가압에는 큰 영향이 없다. 요컨대 통전 플레이트(300)가 전지셀의 탭에 접촉하는 것을 방지할 수 있을 정도로 그 길이를 설정하는 것이 중요하다.

상기 가압 플레이트(400)의 제2전압 인가 프로브(410)는 높은 전압을 셀에 인가할 수 있는 핀 또는 블록(BLOCK) 타입의 프로브일 수 있다. 다만, 제2전압 인가 프로브(410)는 전지셀의 탭과 접촉하는 부분이므로, 핀 타입으로 할 경우 가압 플레이트(400)의 가압시 날카로운 핀의 끝 부분이 상기 탭에 상처를 남길 수 있으므로, 평평한 접촉면을 가지는 블록 타입의 프로브로 하는 것이 바람직하다.

가압 플레이트(400)를 금속재질로 할 경우, 상기 제2전압 인가 프로브(410)로부터 가압 플레이트(400)로 전류가 인가되는 것을 방지하기 위하여 절연부재를 통하여 제2전압 인가 프로브(400)를 가압 플레이트에 설치할 수 있다. 즉, 비도전성의 절연 브라켓(절연부재)(420)을 상기 가압 플레이트(400) 일측부에 결합하고 이 절연 브라켓(420)에 상기 제2전압 인가 프로브(410)를 설치하여 제2전압 인가 프로브(410)에 인가된 전압이 상기 가압 플레이트(400)로 통전되는 것을 방지할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 가압 플레이트(400)와 통전 플레이트(300) 사이에는 하프셀(100)을 보다 균일하게 가압하기 위한 탄성 가압패드(600)를 설치할 수 있다. 상기 탄성 가압패드(600)는 예컨대 고무재질로 할 수 있다. 가압 플레이트(400)를 탄성 가압패드(600)와 함께 가압하면 하프셀(100)을 상부면으로부터 보다 균일하게 가압할 수 있다. 상기 가압 플레이트(400)를 도전성 플레이트, 예컨대 금속 플레이트로 할 경우에는 상기 탄성 가압패드(600)는 가압 플레이트(400)와 통전 플레이트(300) 사이를 절연하는 기능도 수행한다. 전지셀을 보다 균일하게 가압하기 위하여 상기 탄성 가압패드(600)에는 관통공(610)들이 격자 형상으로 형성된다. 이와 같이, 관통공(610)을 격자 형상으로 배열 형성한 탄성 가압패드(600)로 전지셀을 가압하면 관통공(610)이 형성되지 않은 가압패드에 비하여 보다 우수한 검출 결과가 도출되었다. 이는 상기 관통공(610)을 구비한 가압패드(600)가 셀 및 분리막의 전 표면으로 압력을 고르게 분산할 수 있고, 또한 주로 4개의 코너부에서 발생하는 분리막 손상 검출에 효과적이기 때문인 것으로 파악된다. 상기 가압패드(600)에 관통공(610)을 형성하더라도, 가압패드 자체는 소정 두께를 가지고 있으므로, 상기 가압 플레이트(400)와 통전 플레이트(300)가 직접 접촉하는 일은 없다.

(제2 실시형태)

도 5는 본 발명의 제2 실시형태의 분리막 손상 검사장치(1000)의 구성을 나타내는 사시도이다. 도 5는, 스택용 모노셀(200)에 대해서 분리막 손상지그 및 검사장치(1000)가 적용된 예를 나타낸 것이다.

도 2(b) 및 도 5의 요부확대도에 나타난 바와 같이, 스택공정에 적용하기 위한 모노셀(200)은 스태킹 전의 라미네이션공정에서 양극(210)-분리막(220)-음극(230)-분리막(240)으로 적층 구성되어 있다. 하부의 분리막(240)을 검사하기 위하여 하부 분리막(240)을 아래에 위치하도록 하여 통전 플레이트(300) 상에 모노셀(200)을 탑재시킨다. 따라서, 본 발명에 의하면, 스택 셀의 중간에 도입되는 모노셀(200)의 하부 분리막(240)을 스택하기 전에 모두 검사할 수 있다. 또한, 스택 셀의 최하단에 도입되는 모노셀(200)의 하부 분리막(240)도 스택 전에 검사할 수 있게 된다.

상기 통전 플레이트(300)가 제1전압 인가 프로브(310)에 의하여 상기 누설전류 검사장치(500)와 전기적으로 연결되는 점은 제1 실시형태와 동일하다. 상기 모노셀(200)은 양극 탭(211)이 돌출되어 있으므로, 제1전압 인가 프로브(310)는 상기 양극 탭(211)과 접촉을 피하기 위하여 통전 플레이트(300)의 코너부에 인접하여 설치된다. 또한, 가압 플레이트(400)의 가압을 고려하여, 통전 플레이트(300)의 이면에 제1 전압 인가 프로브(310)를 설치하는 것이 바람직하다. 결과적으로, 본 실시예에서는 제1전압 인가 프로브(310)를 모노셀(200)이 탑재되는 통전 플레이트 면의 이면측 코너부에 인접하여 설치하고 있다. 상기 제1전압 인가 프로브(310)는 높은 전압을 셀에 인가할 수 있는 핀 또는 블록(BLOCK) 타입의 프로브일 수 있다.

본 실시형태에서도 가압 플레이트(400)는 일측부 중앙에 모노셀(100)의 음극 탭(231)과 접촉하는 제2전압 인가 프로브(410)를 구비하고 있다. 상기 가압 플레이트(400)를 도시되지 않은 승강기구에 의하여 모노셀(200) 쪽으로 하강시키면 가압 플레이트(400)의 제2전압 인가 프로브(410)와 모노셀(200)의 음극 탭(231)이 접촉하여 가압 및 통전 기구의 세팅이 완료된다.

가압 플레이트(400) 및 통전 플레이트(300)의 크기에 관한 사항은 제1 실시형태와 동일하므로, 그에 관한 설명은 생략한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에서도 가압 플레이트(400)와 통전 플레이트(300) 사이에 관통공(610)들이 격자 형상으로 배열 형성된 탄성 가압패드(600)를 설치할 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 분리막 손상 검사방법에 관하여 구체적으로 서술한다.

하부에 분리막(120,240)을 구비한 스택용 하프셀(100) 또는 모노셀(200)의 분리막 손상 여부를 검사하기 위하여, 먼저 누설전류 검사장치(500)와 전기적으로 연결되는 통전 플레이트(300)에 하프셀(100) 또는 모노셀(200)을 탑재한다.

이어서 상기 하프셀(100) 또는 모노셀(200)의 상부로부터 가압 플레이트(400)로 상기 하프셀(100) 또는 모노셀(200)을 가압한다.

상기 가압하는 단계에서, 상기 하프셀(100) 또는 모노셀(200)의 하부 분리막 바로 위에 배치된 전극과 상기 통전 플레이트(300)에 전압을 인가하여 누설전류를 측정한다.

상기 누설전류 측정시 상기 통전 플레이트(300)로의 전압 인가는, 통전 플레이트에 설치되고 누설전류 검사장치(500)와 전기적으로 연결되는 제1전압 인가 프로브(310)에 의해 행한다. 또한, 상기 전극으로의 전압 인가는, 가압 플레이트(400)에 설치되고 상기 누설전류 검사장치(500)와 전기적으로 연결되며 하프셀(100) 또는 모노셀(200)의 하부 분리막 바로 위의 전극 탭에 전압을 인가하는 제2전압 인가 프로브(410)에 의해 행한다.

가압 플레이트(400)에 제2전압 인가 프로브(410)를 설치함에 의하여, 하프셀(100) 또는 모노셀(200)의 검사를 자동화하는데 유리하다는 점을 상술하였다. 또한, 통전 플레이트(300)에 제1전압 인가 프로브(310)를 설치함으로써, 하기와 같이 인라인 공정에서 더욱 편리하게 전지셀들을 자동으로 검사할 수 있다.

상기 제2전압 인가 프로브(410)는 상기 절연부재(절연 브라켓(420))을 통하여 상기 가압 플레이트(400)와 전기적으로 절연되게 설치될 수 있다.

또한, 가압 플레이트(400) 아래에 구비된 탄성 가압패드(600)에 의하여 상기 하프셀(100) 또는 모노셀(200)을 보다 균일하게 일정한 압력으로 가압함으로써, 분리막 손상 여부를 보다 효과적으로 검출할 수 있다.

예컨대, 상기 분리막 손상 검사지그로 작업자가 수작업으로 테이블 상에서 분리막 손상 여부를 검사할 수 있다. 즉, 테이블에 놓여진 통전 플레이트(300) 상에 하프셀(100) 또는 모노셀(200)을 올려놓고 상부로부터 가압 플레이트(400)를 가압하여 전지셀의 단락시험을 함으로써 누설전류를 측정할 수 있다. 이 경우 상기 가압 플레이트(400)는 도시하지 않은 상하 승강기구에 연결될 수 있다. 상기 상하 승강기구는 모터의 회전운동을 직선운동으로 변환하는 볼 스크류 기구, 리니어 액츄에이터나, 모터의 직선운동이 가능한 리니어모터, LM가이드나 서보모터, 기타 캠 운동기구 등 공지의 기구를 사용할 수 있다. 이러한 부재는 기계장치 연결기구로서 통상 사용되는 것이므로 구체적인 설명은 생략한다. 작업자는 상하 승강기구의 구동부 작동버튼을 눌러 가압 플레이트(400)를 아래로 하강시키거나 혹은 수동으로 상하 승강기구에 연결된 가압 플레이트(400)를 아래로 하강시켜 통전 플레이트(300) 상의 전지셀(100,200)을 가압할 수 있다.

통전 플레이트 이면 측의 제1 전압 인가 프로브(310)는 상기 가압 플레이트(400) 가압시에 테이블 면과 충돌하여 방해되지 않도록, 테이블 면 상에 소정의 홈(도시하지 않음)을 형성하여 상기 제1 전압 인가 프로브(310)를 상기 홈에 수용되도록 할 수 있다. 따라서, 가압 플레이트(400)를 가압하면 전지셀은 하부의 통전 플레이트 혹은 테이블 면에 상대 지지되어 가압될 수 있다.

또한, 본 발명의 분리막 손상 검사지그 및 이를 포함하는 분리막 손상 검사장치(500)는, 연속적인 인라인 제조공정에서 사용될 수 있다. 예컨대 하프셀(100) 또는 모노셀(200)이 연속적으로 운반되는 컨베이어(도시하지 않음) 상에 상기 지그 및 검사장치가 설치되는 경우를 상정한다. 컨베이어의 중간에 스테이지(도시하지 않음)가 마련되고 이 스테이지 상에 상기 통전 플레이트(300)가 설치될 수 있다. 물론, 스테이지 면 상에는 상기 테이블 면과 같이 통전 플레이트(300)의 제1전압 인가 프로브(310)가 삽입될 수 있는 홈을 구비할 수 있다. 스테이지의 상부에는 상기 가압 플레이트(400)가 설치되고, 상기 가압 플레이트(400)의 제2전압 인가 프로브(410) 및 통전 플레이트(300)의 제1전압 인가 프로브(310)는 누설전류 검사장치(500)에 전기적으로 연결된다. 가압 플레이트(400)는 로봇 혹은 상술한 기계적인 상하 승강기구에 연결된다. 컨베이어로부터 스테이지의 통전 플레이트(300) 상으로 하프셀 또는 모노셀이 옮겨져 탑재되면, 제어부의 지시에 따른 상하 승강기구의 작동으로 자동적으로 가압 플레이트(400)가 전지셀로 하강하여 가압한다. 이 때 가압 플레이트(400)의 제2전압 인가 프로브(410)가 하프셀 또는 모노셀의 하부 분리막 바로 위에 있는 전극(음극)의 탭(131,231)과 접촉하여 통전할 준비가 완료된다. 제어부에 의하여 가압 플레이트(400)가 설정된 소정 압력으로 전지셀을 가압하면 상기 누설전류 검사장치(500)에 의하여 상기 제1,2전압 인가 프로브(310,410)로 소정 전압이 인가되며, 누설전류 검사장치(500)에 포함된 누설전류 측정장치(520)로 누설전류가 검출되어 분리막 불량 내지 전지셀 불량을 검출하게 된다. 검사가 완료된 전지셀은 그리퍼 또는 상하 그리핑 롤러(도시하지 않음)에 의하여 스테이지 상에서 후속 공정의 컨베이어로 이동되어 후속 처리를 행하게 된다. 물론, 불량으로 판별된 전지셀은 후속 공정 컨베이어로 가는 과정에서 별도의 라인으로 이동되어 폐기 처분될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 대응되는 전극(양극)의 기능을 하는 통전 플레이트를 구비함으로써, 종래에는 측정할 수 없었던 하프셀 또는 모노셀의 하부 분리막의 손상 여부를 검출할 수 있다. 또한, 본 발명은 가압 플레이트 및 통전 플레이트 자체에 전압 인가 프로브를 각각 구비하도록 하여, 종래보다 훨씬 편리하게 통전 세팅을 완료하여 검사를 진행할 수 있게 되었다. 특히, 이러한 프로브들에 의하여 분리막 손상 검사과정을 용이하게 자동화할 수 있게 되었다.

이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 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.

100: 하프셀
110: 상부 분리막
120: 하부 분리막
130: 음극판
131: 음극 탭
200: 모노셀
210: 양극판
211: 양극 탭
220: 상부 분리막
230: 음극판
231: 음극 탭
240: 하부 분리막
300: 통전 플레이트
310: 제1전압 인가 프로브
400: 가압 플레이트
410: 제2전압 인가 프로브
420: 절연부재(절연 브라켓)
500: 누설전류 검사장치
510: 전원
520: 누설전류 측정장치
600: 탄성 가압패드
610: 관통공
1000: 분리막 손상 검사장치

Claims (20)

1. 하부에 분리막을 구비한 스택(stack)용 하프셀 또는 모노셀의 분리막 손상 검사 지그로서,
   하프셀 또는 모노셀이 그 하부 분리막측을 아래로 하여 탑재되며 누설전류 검사장치와 전기적으로 연결되는 통전 플레이트; 및
   상기 통전 플레이트의 상부에 위치하여 상기 하프셀 또는 모노셀을 가압하는 가압 플레이트; 를 포함하는 분리막 손상 검사지그.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 통전 플레이트는 상기 누설전류 검사장치와 전기적으로 연결되는 제1전압 인가 프로브를 구비하는 분리막 손상 검사지그.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1전압 인가 프로브는 상기 통전 플레이트의 코너부에 인접하여 설치되는 분리막 손상 검사지그.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 가압 플레이트는, 상기 누설전류 검사장치와 전기적으로 연결되며 하프셀 또는 모노셀의 분리막 바로 위의 전극 탭에 전압을 인가하는 제2전압 인가 프로브를 구비하는 분리막 손상 검사지그.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제2전압 인가 프로브는 상기 가압 플레이트 일측부에 설치된 절연부재에 설치되는 분리막 손상 검사지그.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 통전 플레이트의 길이는 하프셀 또는 모노셀의 전극 탭을 제외한 부분의 길이와 같거나 작은 분리막 손상 검사지그.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 가압 플레이트의 아래에 위치하여 상기 하프셀 또는 모노셀을 가압하기 위한 탄성 가압패드를 더 구비하는 분리막 손상 검사지그.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 탄성 가압패드에는 관통공들이 격자 형상으로 배열되어 형성된 분리막 손상 검사지그.
   
9. 하부에 분리막을 구비한 스택용 하프셀 또는 모노셀의 분리막 손상 검사장치로서,
   하프셀 또는 모노셀이 탑재되는 통전 플레이트;
   상기 통전 플레이트의 상부에 위치하여 상기 하프셀 또는 모노셀을 가압하는 가압 플레이트; 및
   상기 하프셀 또는 모노셀의 하부 분리막 바로 위에 배치된 전극과 상기 통전 플레이트에 전압을 인가하는 누설전류 검사장치; 를 포함하여,
   상기 전극과 통전 플레이트 사이의 상기 하부 분리막 손상을 검출하는 분리막 손상 검사장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 누설전류 검사장치는, 전압을 인가하기 위한 전원과 누설전류 측정장치를 구비한 분리막 손상 검사장치.
    
11. 제9항에 있어서,
    상기 통전 플레이트는 상기 누설전류 검사장치와 전기적으로 연결되는 제1전압 인가 프로브를 구비하는 분리막 손상 검사장치.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 제1전압 인가 프로브는 상기 통전 플레이트의 코너부에 인접하여 설치되는 분리막 손상 검사장치.
    
13. 제9항에 있어서,
    상기 가압 플레이트는, 상기 누설전류 검사장치와 전기적으로 연결되며 하프셀 또는 모노셀의 분리막 바로 위의 전극 탭에 전압을 인가하는 제2전압 인가 프로브를 구비하는 분리막 손상 검사장치.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 제2전압 인가 프로브는 상기 가압 플레이트 일측부에 설치된 절연부재에 설치되는 분리막 손상 검사장치.
    
15. 제13항에 있어서,
    상기 제2전압 인가 프로브는 블록 타입인 분리막 손상 검사장치.
    
16. 제9항에 있어서,
    상기 가압 플레이트의 아래에 위치하여 상기 하프셀 또는 모노셀을 가압하기 위한 탄성 가압패드를 더 구비하는 분리막 손상 검사장치.
    
17. 하부에 분리막을 구비한 스택용 하프셀 또는 모노셀의 분리막 손상 검사방법으로서,
    누설전류 검사장치와 전기적으로 연결되는 통전 플레이트에 하프셀 또는 모노셀을 탑재하는 단계; 및
    상기 통전 플레이트의 상부에 위치한 가압 플레이트로 상기 하프셀 또는 모노셀을 가압하는 단계;를 포함하고,
    상기 가압하는 단계에서, 상기 하프셀 또는 모노셀의 하부 분리막 바로 위에 배치된 전극과 상기 통전 플레이트에 전압을 인가하여 누설전류를 측정하는 단계를 더 포함하는 분리막 손상 검사방법.
    
18. 제17항에 있어서,
    상기 통전 플레이트로의 전압 인가는, 통전 플레이트에 설치되고 누설전류 검사장치와 전기적으로 연결되는 제1전압 인가 프로브에 의해 행해지고,
    상기 전극으로의 전압 인가는, 가압 플레이트에 설치되고 상기 누설전류 검사장치와 전기적으로 연결되며 하프셀 또는 모노셀의 분리막 바로 위의 전극 탭에 전압을 인가하는 제2전압 인가 프로브에 의해 행해지는 분리막 손상 검사방법.
    
19. 제18항에 있어서,
    상기 제2전압 인가 프로브는 상기 가압 플레이트와 전기적으로 절연되게 상기 가압 플레이트에 설치되는 분리막 손상 검사방법.
    
20. 제19항에 있어서,
    상기 가압 플레이트 아래에 탄성 가압패드가 구비되고, 상기 가압 플레이트 및 탄성 가압패드의 가압에 의하여 상기 하프셀 또는 모노셀이 가압되는 분리막 손상 검사방법.

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