KR20220092093A - 이차 전지의 테스트 방법 및 이를 포함하는 이차 전지의 제조 방법 - Google Patents

이차 전지의 테스트 방법 및 이를 포함하는 이차 전지의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제조 공정이 종료된 이차 전지에 레이저를 인가하여 초음파 신호를 발생시키는 것, 상기 초음파 신호를 감지하는 것, 감지된 상기 초음파 신호를 변환하여 디지털 신호를 생성하는 것, 및 상기 디지털 신호를 처리 및 분석하는 것을 포함하는 이차 전지의 테스트 방법 및 이를 포함하는 이차 전지의 제조 방법을 제공한다.

Description

이차 전지의 테스트 방법 및 이를 포함하는 이차 전지의 제조 방법{Testing method of secondary battery and manufacturing method of secondary battery including the same}
본 발명은 이차 전지의 테스트 방법 및 이를 포함하는 이차 전지의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 이차 전지의 제조 공정 중에 발생한 초음파 또는 이차 전지 제조 공정 종료 후 검사용으로 인가된 레이저에 의해 발생한 초음파를 통해 공정의 불량을 검출하는 테스트 방법 및 이를 포함하는 이차 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
레이저가 물질에 조사되면 빛 에너지가 열 에너지로 바뀌게 되며 이로 인한 순간적인 부피의 변화로 인해 진동, 즉 초음파가 발생한다. 이와 같이 레이저로 유도된 초음파는 물질의 특성을 반영하기 때문에, 이를 분석하여 물질 내부 특성을 검사할 수 있다.
한편, 이차 전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능하다는 이점으로 인하여 최근 그 개발 및 사용이 증가하고 있다. 이차 전지는 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체를 파우치 내에 수납한 후 내부에 전해액을 주입함으로써 형성된다.　이차 전지의 전극 조립체를 구성하는 양극 및 음극은 전극 시트 상에 양극재 및 음극재를 도포하여 이루어진다.　이차 전지는 적용되는 디바이스에 맞춰 다양한 성능이 요구되며, 이에 따라 다양한 양극재 및 음극재를 사용한　이차 전지의 개발이 필요하다. 또한, 다양한 이차 전지의 제조 공정 중 발생하는 공정 불량을 검출하는 방법에 대한 연구가 진행되고 있다.
다만, 현재 사용되고 있는 검사 기술인 X-Ray 검사, 파괴 검사 또는 육안 검사 등은 물질 내부의 불량을 고속으로 검사하지 못하는 한계가 있어 신속하고 정확한 비파괴 검사 기술이 필요하다.
본 발명의 일 기술적 과제는 기존 방식으로는 검출할 수 없는 이차 전지의 공정 중 발생하는 내부 및 외부 불량을 신속하고 손쉽게 검출하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 테스트 방법은 제조 공정이 종료된 이차 전지에 레이저를 인가하여 초음파 신호를 발생시키는 것, 상기 초음파 신호를 감지하는 것, 감지된 상기 초음파 신호를 변환하여 디지털 신호를 생성하는 것, 및 상기 디지털 신호를 처리 및 분석하는 것을 포함할 수 있다.
상기 디지털 신호를 처리 및 분석하는 것은 상기 이차 전지의 불량 발생 여부에 따른 차이를 학습시키는 것 또는 불량 발생 시 발생하는 특정 신호를 직접 검출하는 것을 통해 수행될 수 있다.
상기 레이저를 인가하여 상기 초음파 신호를 발생시키는 것은, 레이저 소스에서 상기 레이저를 방출하는 것, 및 상기 레이저 소스로부터 방출된 상기 레이저를 전달부 및 집속부를 통해 상기 이차 전지의 일 부분으로 인가하는 것을 포함할 수 있다.
상기 전달부는 상기 레이저의 경로를 제어하는 것을 통해 레이저 인가 위치를 조정하고, 상기 집속부는 상기 레이저를 집속하고 초점 크기를 제어할 수 있다.
상기 이차 전지는 젤리 롤 형태의 양극 및 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이의 분리막을 포함하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 둘러싸는 캔, 및 상기 캔의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나의 면을 덮는 캡을 포함하고, 상기 레이저는 용접 공정이 수행되는 위치로 정의되는 용접 영역에 인가되고, 상기 용접 공정은 상기 전극 조립체와 상기 캔 사이, 상기 전극 조립체와 상기 캡 사이 및 상기 캔과 상기 캡 사이를 결합시킬 수 있다.
상기 캔은 상면의 지름보다 높이가 큰 원기둥 형상을 갖고, 상기 레이저는 상기 용접 영역들 중 어느 하나에 인가될 수 있다.
상기 레이저는 상기 캡의 가장자리에서 상기 초음파 신호를 발생시킬 수 있다.
상기 캔은 높이보다 상면의 지름이 큰 코인 형상을 갖고, 상기 레이저는 상기 캔의 측벽에 인가될 수 있다.
상기 레이저는 상기 캡의 상면으로 상기 초음파 신호를 발생시킬 수 있다.
상기 이차 전지를 일 방향으로 미리 결정된 시간 간격으로 회전시키는 것 및 상기 레이저를 인가하여 상기 초음파 신호를 발생시키는 것을 반복적으로 수행할 수 있다.
제조 공정이 종료된 상기 이차 전지는 복수로 제공되고, 상기 이차 전지들은 레일을 따라 일 방향으로 이동하며 고정된 테스트 장치에 의해 차례로 테스트될 수 있다.
상기 테스트 장치는 마운트, 상기 마운트에 의해 고정되는 레이저 헤드, 상기 레이저 헤드와 연결되는 광섬유 레이저 및 상기 레이저 헤드의 일 측에 배치된 초음파 센서를 포함하고, 상기 이차 전지들은 상기 레이저 헤드와 상기 레일 사이의 공간으로 이동할 수 있다.
상기 초음파 신호는 인가되는 상기 레이저와 시간적, 공간적으로 동기화될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 테스트 방법은 이차 전지의 제조 공정 중에 발생하는 초음파 신호를 감지하는 것, 감지된 상기 초음파 신호를 변환하여 디지털 신호를 생성하는 것, 및 상기 디지털 신호를 처리 및 분석하는 것을 포함하되, 상기 초음파 신호는 상기 이차 전지의 제조 공정 중의 용접 공정에 의해 발생할 수 있다.
상기 용접 공정은 레이저 용접, 초음파 용접 또는 저항 용접일 수 있다.
상기 디지털 신호를 처리 및 분석하는 것은 상기 이차 전지의 불량 발생 여부에 따른 차이를 학습시키는 것 또는 불량 발생 시 발생하는 특정 신호를 직접 검출하는 것을 통해 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법은 이차 전지를 이루는 서로 다른 구성들을 용접 공정을 통해 결합시키는 것, 상기 용접 공정이 수행되는 용접 영역에 레이저를 인가하여 초음파 신호를 발생시키는 것, 및 상기 초음파 신호를 처리 및 분석하여 상기 이차 전지의 불량 발생 여부를 테스트하는 것을 포함할 수 있다.
상기 이차 전지는 젤리 롤 형태의 양극 및 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이의 분리막을 포함하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 둘러싸는 캔, 및 상기 캔의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나의 면을 덮는 캡을 포함하고, 상기 전극 조립체와 상기 캔 사이, 상기 전극 조립체와 상기 캡 사이 및 상기 캔과 상기 캡 사이는 상기 용접 공정을 통해 결합될 수 있다.
상기 이차 전지를 일 방향으로 미리 결정된 시간 간격으로 회전시키는 것 및 상기 레이저를 인가하여 상기 초음파 신호를 발생시키는 것을 반복적으로 수행할 수 있다.
상기 초음파 신호를 처리 및 분석하여 상기 이차 전지의 불량 발생 여부를 테스트하는 것은 상기 이차 전지의 불량 발생 여부에 따른 차이를 학습시키는 것 또는 불량 발생 시 발생하는 특정 신호를 직접 검출하는 것을 통해 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지의 테스트 방법은 이차 전지의 제조 공정 중에 발생한 초음파 신호 또는 이차 전지 제조 공정 종료 후 검사용으로 인가된 레이저에 의해 발생한 초음파 신호를 처리 및 분석하여 이차 전지의 외부뿐만 아니라 내부의 품질을 검사할 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지의 테스트 방법은 비파괴 방식으로 다수의 이차 전지들에 대한 신속하고 손쉬운 전수 검사를 가능케 하며, 제품 불량에 따른 비용을 줄일 수 있다.
도 1 및 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 이차 전지의 테스트 방법을 설명하기 위한 흐름도들이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 이차 전지의 테스트 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 이차 전지의 테스트 방법을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 이차 전지의 테스트 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 이차 전지의 테스트 방법을 설명하기 위한 확대도로 도 6의 A 부분에 대응된다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 이차 전지의 테스트 방법을 설명하기 위한 도면들로 데이터 처리 및 분석과 관련된 그래프들이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 설명의 편의를 위하여 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 또한 본 명세서에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 영역, 방향, 형상 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 방향, 형상이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역, 방향 또는 형상을 다른 영역, 방향 또는 형상과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에서 제1 부분으로 언급된 부분이 다른 실시예에서는 제2 부분으로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 이차 전지의 테스트 방법 및 이를 포함하는 이차 전지의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이차 전지의 테스트 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 보다 구체적으로, 도 1은 이차 전지 제조 공정 종료 후 인가된 레이저에 의해 발생한 초음파를 통해 공정의 불량을 검출하는 테스트 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 테스트 방법은 이차 전지 제조 공정을 종료하는 것(S11), 제조 공정이 종료된 이차 전지에 레이저를 인가하여 초음파를 발생시키는 것(S12), 레이저 인가에 의해 발생하는 초음파를 감지하는 것(S13), A/D 컨버터를 통해 감지된 초음파 신호를 변환하여 디지털 신호를 생성하는 것(S14), 및 디지털 신호로 이루어진 데이터를 처리 및 분석하는 것(S15)을 포함할 수 있다. 디지털 신호로 이루어진 데이터를 처리 및 분석하는 것(S15)은 이차 전지의 불량 발생 여부에 따른 차이를 학습시키는 것 또는 불량 발생 시 발생하는 특정 신호를 직접 검출하는 것을 통해 수행될 수 있다.
보다 구체적으로, 레이저는 이차 전지의 형태 및 용접 부위에 따라 정해지는 특정한 위치에 인가될 수 있다. 도 4 및 도 5를 참조하여 이차 전지의 형태 및 용접 부위에 따른 레이저 인가 위치 및 초음파 발생 위치에 대하여 상세히 후술한다.
본 발명에 따르면, 인가된 레이저에 의해 발생한 초음파 신호를 처리 및 분석하여 이차 전지의 외부뿐만 아니라 내부의 품질을 검사할 수 있다. 인가된 레이저에 의해 발생한 초음파 신호는 아날로그 신호일 수 있다. 초음파 신호는 인가된 레이저와 시간적, 공간적으로 동기화될 수 있다. 초음파 신호는 A/D 컨버터를 통해 디지털 신호로 변환될 수 있다. 변환된 디지털 신호는 컴퓨터 소프트웨어를 통해 가공될 수 있고, 딥러닝을 통해 처리 및 분석될 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 이차 전지의 테스트 방법은 비파괴 방식으로 다수의 이차 전지들에 대한 신속하고 손쉬운 전수 검사를 가능케 하며, 제품 불량에 따른 비용을 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지의 제조 방법은 도 4 및 도 5를 참조하여 후술하는 캔 및 캡을 용접 공정을 통해 결합시키는 것, 도 1을 참조하여 설명한 것과 같이 용접 공정이 수행되는 용접 영역들에 레이저를 인가하여 초음파 신호를 발생시키는 것 및 초음파 신호를 처리 및 분석하여 이차 전지의 불량 발생 여부를 테스트하는 것을 포함할 수 있다. 초음파 신호를 처리 및 분석하여 이차 전지의 불량 발생 여부를 테스트하는 것은 이차 전지의 불량 발생 여부에 따른 차이를 학습시키는 것 또는 불량 발생 시 발생하는 특정 신호를 직접 검출하는 것을 통해 수행될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 이차 전지의 테스트 방법 중 레이저를 인가하여 초음파를 감지하는 것을 상세히 설명하기 위한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 레이저 소스(10)로부터 레이저가 방출될 수 있다. 레이저 소스(10)로부터 방출된 레이저는 전달부(20) 및 집속부(30)를 통해 타겟(40)으로 인가될 수 있다. 전달부(20)는 레이저의 경로를 제어하는 것을 통해 레이저 인가 위치를 조정할 수 있다. 집속부(30)는 레이저를 집속하고 초점 크기를 제어할 수 있다. 전달부(20) 및 집속부(30)는 목적에 따라 다양한 광학계를 포함할 수 있다. 타겟(40)은 이차 전지의 일 부분일 수 있다. 예를 들어, 타겟(40)은 이차 전지의 용접 부위 중 하나일 수 있다. 초음파 감지부(50)는 인가된 레이저에 의해 타겟(40)으로부터 발생하는 초음파 신호(S)를 감지할 수 있다. 초음파 감지부(50)는 초음파 감지 센서를 포함할 수 있다. 초음파 감지부(50)는 A/D 컨버터로 감지된 초음파 신호(S)를 전달할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 이차 전지의 테스트 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 보다 구체적으로, 도 3은 이차 전지의 제조 공정 중에 발생한 초음파를 통해 공정의 불량을 검출하는 테스트 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 테스트 방법은 이차 전지 제조 공정 중에 초음파가 발생하는 것(S21), 제조 공정 중에 발생한 초음파를 감지하는 것(S22), A/D 컨버터를 통해 감지된 초음파 신호를 변환하여 디지털 신호를 생성하는 것(S23), 및 디지털 신호로 이루어진 데이터를 처리 및 분석하는 것(S24)을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 이차 전지 제조 공정 중 레이저 용접, 초음파 용접, 또는 저항 용접 등에 의해 초음파가 발생할 수 있다. 본 발명에 따르면, 이차 전지 제조 공정 중 다양한 원인으로 발생하는 초음파를 감지 및 분석하여 이차 전지 제조 공정을 실시간으로 관리할 수 있다. 초음파를 감지하여 처리 및 분석하는 과정은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 이차 전지의 테스트 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 4를 참조하면, 이차 전지(100)는 전극 조립체, 캔(110) 및 캡(130)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 캔(110)은 상면의 지름보다 높이가 큰 원기둥 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 캡(130)은 높이보다 상면의 지름이 큰 코인 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 캔(110)의 상면의 지름은 캡(130)의 상면의 지름보다 클 수 있다.
캡(130)은 캔(110)의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나의 면을 덮을 수 있다. 캔(110)이 상면 및 하면이 개방된 파이프 형태를 갖는 경우, 캡(130)은 캔(110)의 상면 및 하면을 모두 덮을 수 있다. 캔(110)이 상면이 개방되고 하면이 닫힌 파이프 형태를 갖는 경우, 캡(130)은 캔(110)의 상면을 덮을 수 있다.
도시되지 않았으나, 캔(110)은 젤리 롤 형태의 양극 및 음극, 양극과 음극 사이의 분리막을 포함하는 전극 조립체를 둘러쌀 수 있다. 다시 말하면, 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체는 캔(110)으로 둘러싸인 내부 공간에 제공될 수 있다. 이에 더하여, 전해액이 양극, 음극 및 분리막과 캔(110) 사이의 공간을 채울 수 있다.
캡(130)은 그의 상면 또는 하면 상에 용접 영역들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 용접 영역들은 캡(130)의 상면으로부터 일정 깊이로 리세스된 영역들일 수 있고, 회전 대칭성(rotational symmetry)을 가질 수 있다. 용접 영역들은 캡(130)의 가장자리에서 오픈(open)될 수 있다. 다만 이는 예시적인 것일 뿐 용접 영역들의 위치 및 형상은 이에 제한되지 않는다. 용접 영역들에 수행되는 용접 공정은 전극 조립체와 캔(110) 사이, 전극 조립체와 캡(130) 사이 및 캔(110)과 캡(130) 사이를 결합시킬 수 있다.
레이저 소스(10)로부터 방출되는 레이저(L)가 상술한 용접 영역들 중 어느 하나에 인가될 수 있다. 예를 들어, 레이저(L)는 용접 영역들 중 어느 하나에서 캡(130)의 중심에 가까운 위치에 인가될 수 있다. 도시되지 않았으나, 레이저 소스(10)와 용접 영역들 사이에 도 2를 참조하여 설명한 전달부(20) 및 집속부(30)에 해당하는 광학계들이 제공될 수 있다.
용접 영역들 중 어느 하나에 인가된 레이저(L)는 캡(130)의 가장자리에서 초음파 신호(S)를 발생시킬 수 있다. 캡(130)에 인접하도록 배치된 초음파 감지부(50)가 초음파 신호(S)를 감지할 수 있다.
레이저 소스(10) 및 초음파 감지부(50)의 위치는 고정된 채로, 전극 조립체, 캔(110) 및 캡(130)을 포함하는 이차 전지(100)를 일 방향으로 회전시킬 수 있다. 이차 전지(100)를 미리 결정된(predetermined) 시간 간격으로 회전시키는 것 및 레이저(L)를 인가하여 초음파 신호(S)를 발생시키는 것이 반복적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 이차 전지(100)는 미리 결정된 시간 간격으로 90도씩 회전할 수 있고, 이에 따라 용접 영역들 각각에 레이저(L)를 인가하고 4개의 초음파 신호(S)를 획득할 수 있다. 다만 이는 예시적인 것일 뿐 획득할 수 있는 초음파 신호(S)의 개수는 용접 영역들의 위치, 용접 영역들의 개수 및 이차 전지(100)의 회전 각도에 따라 달라질 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 이차 전지의 테스트 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 설명의 편의를 위하여, 도 4를 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일한 사항에 대한 설명을 생략한다.
도 5를 참조하면, 이차 전지(200)는 전극 조립체, 캔(210) 및 캡(230)을 포함할 수 있다. 캔(210) 및 캡(230)은 높이보다 상면의 지름이 큰 코인 형상을 가질 수 있다. 캔(210)의 상면의 지름은 캡(230)의 상면의 지름보다 클 수 있다.
캡(230)은 캔(210)의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나의 면을 덮을 수 있다. 캡(230)은 그 하면의 가장자리에 용접 영역(WR)을 포함할 수 있다. 용접 영역(WR)에 수행되는 용접 공정은 전극 조립체와 캔(110) 사이, 전극 조립체와 캡(130) 사이 및 캔(110)과 캡(130) 사이를 결합시킬 수 있다.
레이저 소스(10)로부터 방출되는 레이저(L)가 용접 영역(WR)과 인접하는 캔(210)의 측벽에 인가될 수 있다. 도시되지 않았으나, 레이저 소스(10)와 캔(210)의 측벽 사이에 도 2를 참조하여 설명한 전달부(20) 및 집속부(30)에 해당하는 광학계들이 제공될 수 있다.
캔(210)의 측벽에 인가된 레이저(L)는 캡(230)의 상면으로 초음파 신호(S)를 발생시킬 수 있다. 캡(230)의 상면에 인접하도록 배치된 초음파 감지부(50)가 초음파 신호(S)를 감지할 수 있다.
레이저 소스(10) 및 초음파 감지부(50)의 위치는 고정된 채로, 전극 조립체, 캔(210) 및 캡(230)을 포함하는 이차 전지(200)를 일 방향으로 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 이차 전지(200)는 미리 결정된 시간 간격으로 10도씩 회전할 수 있고, 이에 따라 36개의 초음파 신호(S)를 획득할 수 있다. 다만 이는 예시적인 것일 뿐 획득할 수 있는 초음파 신호(S)의 개수는 이차 전지(200)의 회전 각도에 따라 달라질 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 이차 전지의 테스트 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 이차 전지의 테스트 방법을 설명하기 위한 확대도로 도 6의 A 부분에 대응된다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제조 공정이 종료된 복수의 이차 전지들(100)이 레일(RA)을 따라 이동할 수 있다. 레일(RA)을 따라 이동하는 복수의 이차 전지들(100)은 고정된 테스트 장치(TD)에 의해 차례로 테스트될 수 있다. 테스트 장치(TD)는 마운트(FM), 마운트(FM)에 의해 고정되는 레이저 헤드(LH), 레이저 헤드(LH)와 연결되는 광섬유 레이저(FL) 및 레이저 헤드(LH)의 일 측에 배치된 초음파 센서(SS)를 포함할 수 있다. 레이저 헤드(LH)는 복수의 이차 전지들(100)이 배치된 레일(RA)과 수직 방향으로 중첩되며 이격될 수 있다. 레이저 헤드(LH)와 레일(RA) 사이의 공간으로 복수의 이차 전지들(100)이 이동할 수 있다.
광섬유 레이저(FL)를 통해 방출되는 레이저는 레이저 헤드(LH)를 거쳐 이차 전지들(100) 중 어느 하나의 상면으로 인가될 수 있다. 예를 들어, 레이저는 도 4를 참조하여 설명한 용접 영역들 중 하나로 인가될 수 있고, 레이저 인가에 의해 방생하는 초음파 신호는 용접 영역들과 인접하도록 배치되는 초음파 센서(SS)를 통해 감지될 수 있다. 용접 영역들의 위치 및 형상에 따라 초음파 센서(SS)의 위치는 달라질 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 이차 전지의 테스트 방법을 설명하기 위한 도면들로 데이터 처리 및 분석과 관련된 그래프들이다. 보다 구체적으로, 도 8은 초음파 센서에 의해 감지된 초음파 신호들의 시간에 대한 음향 에너지(acoustic energy)를 설명하기 위한 것이고, 도 9는 처리 및 분석 과정을 거친 초음파 신호들의 진동수(frequency)에 대한 진폭(amplitude)을 설명하기 위한 것이다. 도 8에서 가로 축은 시간을 나타내고 단위는 ㎲이며, 세로 축은 음향 에너지의 상대적인 크기를 나타낸다. 도 9에서 가로 축은 진동수를 나타내고 단위는 MHz이며, 세로 축은 진폭의 상대적인 크기를 나타낸다.
도 8에 도시된 바와 같은 초음파 신호들의 미가공 데이터(raw data)는 A/D 컨버터를 통해 디지털 신호로 변환될 수 있고, 변환된 디지털 신호는 컴퓨터 소프트웨어를 통해 가공될 수 있다. 가공된 신호는 도 9에 도시된 바와 같은 그래프로 나타날 수 있다.
예를 들어, 제1 그래프(G1)는 불량이 없는 이차 전지로부터 발생한 신호를 나타내고, 제2 그래프(G2)는 불량이 발생한 이차 전지로부터 발생한 신호를 나타낸다. 본 발명에 따르면, 불량 발생 여부에 따른 신호의 차이를 학습시킴으로써 이차 전지의 불량 발생 여부가 효과적이고 신속하게 판별될 수 있다. 또한, 이차 전지의 불량 발생 여부는 불량 발생 시에 발생하는 특정 신호를 직접 검출하여 판별할 수도 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (20)

  1. 제조 공정이 종료된 이차 전지에 레이저를 인가하여 초음파 신호를 발생시키는 것;
    상기 초음파 신호를 감지하는 것;
    감지된 상기 초음파 신호를 변환하여 디지털 신호를 생성하는 것; 및
    상기 디지털 신호를 처리 및 분석하는 것을 포함하는 이차 전지의 테스트 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털 신호를 처리 및 분석하는 것은 상기 이차 전지의 불량 발생 여부에 따른 차이를 학습시키는 것 또는 불량 발생 시 발생하는 특정 신호를 직접 검출하는 것을 통해 수행되는 이차 전지의 테스트 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저를 인가하여 상기 초음파 신호를 발생시키는 것은:
    레이저 소스에서 상기 레이저를 방출하는 것; 및
    상기 레이저 소스로부터 방출된 상기 레이저를 전달부 및 집속부를 통해 상기 이차 전지의 일 부분으로 인가하는 것을 포함하는 이차 전지의 테스트 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전달부는 상기 레이저의 경로를 제어하는 것을 통해 레이저 인가 위치를 조정하고,
    상기 집속부는 상기 레이저를 집속하고 초점 크기를 제어하는 이차 전지의 테스트 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이차 전지는:
    젤리 롤 형태의 양극 및 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이의 분리막을 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 둘러싸는 캔; 및
    상기 캔의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나의 면을 덮는 캡을 포함하고,
    상기 레이저는 용접 공정이 수행되는 위치로 정의되는 용접 영역에 인가되고,
    상기 용접 공정은 상기 전극 조립체와 상기 캔 사이, 상기 전극 조립체와 상기 캡 사이 및 상기 캔과 상기 캡 사이를 결합시키는 이차 전지의 테스트 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 캔은 상면의 지름보다 높이가 큰 원기둥 형상을 갖고,
    상기 레이저는 상기 용접 영역들 중 어느 하나에 인가되는 이차 전지의 테스트 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 레이저는 상기 캡의 가장자리에서 상기 초음파 신호를 발생시키는 이차 전지의 테스트 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 캔은 높이보다 상면의 지름이 큰 코인 형상을 갖고,
    상기 레이저는 상기 캔의 측벽에 인가되는 이차 전지의 테스트 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 레이저는 상기 캡의 상면으로 상기 초음파 신호를 발생시키는 이차 전지의 테스트 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 이차 전지를 일 방향으로 미리 결정된 시간 간격으로 회전시키는 것 및 상기 레이저를 인가하여 상기 초음파 신호를 발생시키는 것을 반복적으로 수행하는 이차 전지의 테스트 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    제조 공정이 종료된 상기 이차 전지는 복수로 제공되고,
    상기 이차 전지들은 레일을 따라 일 방향으로 이동하며 고정된 테스트 장치에 의해 차례로 테스트되는 이차 전지의 테스트 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 테스트 장치는 마운트, 상기 마운트에 의해 고정되는 레이저 헤드, 상기 레이저 헤드와 연결되는 광섬유 레이저 및 상기 레이저 헤드의 일 측에 배치된 초음파 센서를 포함하고,
    상기 이차 전지들은 상기 레이저 헤드와 상기 레일 사이의 공간으로 이동하는 이차 전지의 테스트 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 신호는 인가되는 상기 레이저와 시간적, 공간적으로 동기화되는 이차 전지의 테스트 방법.
  14. 이차 전지의 제조 공정 중에 발생하는 초음파 신호를 감지하는 것;
    감지된 상기 초음파 신호를 변환하여 디지털 신호를 생성하는 것; 및
    상기 디지털 신호를 처리 및 분석하는 것을 포함하되,
    상기 초음파 신호는 상기 이차 전지의 제조 공정 중의 용접 공정에 의해 발생하는 이차 전지의 테스트 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 용접 공정은 레이저 용접, 초음파 용접 또는 저항 용접인 이차 전지의 테스트 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 디지털 신호를 처리 및 분석하는 것은 상기 이차 전지의 불량 발생 여부에 따른 차이를 학습시키는 것 또는 불량 발생 시 발생하는 특정 신호를 직접 검출하는 것을 통해 수행되는 이차 전지의 테스트 방법.
  17. 이차 전지를 이루는 서로 다른 구성들을 용접 공정을 통해 결합시키는 것;
    상기 용접 공정이 수행되는 용접 영역에 레이저를 인가하여 초음파 신호를 발생시키는 것; 및
    상기 초음파 신호를 처리 및 분석하여 상기 이차 전지의 불량 발생 여부를 테스트하는 것을 포함하는 이차 전지의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 이차 전지는:
    젤리 롤 형태의 양극 및 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이의 분리막을 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 둘러싸는 캔; 및
    상기 캔의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나의 면을 덮는 캡을 포함하고,
    상기 전극 조립체와 상기 캔 사이, 상기 전극 조립체와 상기 캡 사이 및 상기 캔과 상기 캡 사이는 상기 용접 공정을 통해 결합되는 이차 전지의 제조 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 이차 전지를 일 방향으로 미리 결정된 시간 간격으로 회전시키는 것 및 상기 레이저를 인가하여 상기 초음파 신호를 발생시키는 것을 반복적으로 수행하는 이차 전지의 제조 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 초음파 신호를 처리 및 분석하여 상기 이차 전지의 불량 발생 여부를 테스트하는 것은 상기 이차 전지의 불량 발생 여부에 따른 차이를 학습시키는 것 또는 불량 발생 시 발생하는 특정 신호를 직접 검출하는 것을 통해 수행되는 이차 전지의 제조 방법.
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