KR20220114908A - 전해액 주액 전의 전극 조립체 불량 검사장치 및 불량 검사방법 - Google Patents

전해액 주액 전의 전극 조립체 불량 검사장치 및 불량 검사방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 전해액을 주액하기 전의 전극 조립체의 불량검사장치는, 상기 전극 조립체의 양극과 음극에 소정 전압을 인가하여 전극 조립체의 쇼트를 검출하는 쇼트검사기; 상기 쇼트검사기와 전기적으로 연결되어 상기 전극 조립체의 전압 및 전류를 시간에 걸쳐 측정하는 멀티미터; 및 상기 멀티미터와 연결되어 멀티미터로부터 측정되는 전압 및 전류의 변화를 모니터링하고, 일정 시간에 따른 전압 및 전류의 변화 데이터로부터 상기 전극 조립체의 불량의 종류를 판별하는 불량 판별부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전해액을 주액하기 전의 전극 조립체 불량검사방법은, 전극 조립체의 양극과 음극에 소정 전압을 인가하여 상기 전극 조립체의 전압 및 전류를 시간에 따라 측정하는 단계; 및 일정 시간에 따른 전압 및 전류의 변화 데이터로부터 가성불량, 브리지불량, 스팟불량 중 적어도 하나의 불량의 종류를 판별하는 단계를 포함한다.

Description

전해액 주액 전의 전극 조립체 불량 검사장치 및 불량 검사방법{ELECTRODE CELL ASSEMBLY DEFECT INSPECTION DEVIEC AND DEFECT INSPECTION METHOD BEFORE ELECTROLYTE INJECTION}
본 발명은 전극 조립체 불량 검사장치 및 불량 검사방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 전극 조립체에 전해액을 주액하기 전의 전극 조립체의 불량의 종류를 판별할 수 있는 전극 조립체 불량 검사장치 및 불량 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. 전극 조립체를 제조하는 방법은 이와 같은 구조에 따라 조금씩 달라진다.
상기 전극 조립체는 케이스에 수납되며, 이차전지는 케이스의 형태에 따라 각형, 코인형, 원통형, 파우치형 등으로 분류될 수 있다. 다음으로, 케이스에 전해액을 주액하는 공정이 수행된다. 즉, 리튬 이차전지는 전극 조립체를 전지 케이스 내부에 수납한 상태에서 전해액을 주입한 후 밀봉하여 제조된다.
한편, 상기 전극 조립체는 불량 검사과정을 거친 후 전해액이 주액되어 외장재에 밀봉 수납된다. 전해액 주액 전의 불량 검사방법으로서, 전극 조립체의 쇼트 상태를 검출하는 쇼트 검사가 수행된다. 전극 조립체의 양극과 음극은, 전해액 주입 전에는 양극과 음극 사이의 분리막에 의해 전기적으로 절연되어 있다. 그러나, 제조공정 중에 어떤 원인으로 이 절연이 파괴되어 양극과 음극이 도통되는 쇼트가 발생할 수 있다. 이러한 쇼트가 발생한 불량 전극 조립체는 생산 수율을 떨어트리므로 쇼트검사기로 검출하여 제조라인에서 배제한다.
도 1은 종래의 쇼트검사기(20)의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 1의 전극 조립체(10)는 케이스(4)에 전극 조립체(10)가 수납되어 있으며 전해액이 케이스(4)에 주액되지 않은 것이다. 상기 전극 조립체(10)는 양극(1)-분리막(2)-음극(3)으로 구성되며, 상기 양극(1)과 음극(3)의 탭(단자)(1a,3a)에 쇼트검사기(20)가 전기적으로 연결된다. 쇼트검사기는 소정의 전원을 구비하고 있어, 상기 전원으로부터 소정 전압을 전극 조립체(10)에 인가하여 전극 조립체의 쇼트 상태를 검출한다.
그러나, 종래의 쇼트검사기는 전극 조립체(10)에 일정 전압을 인가하여 검출되는 전극 조립체(10)의 전압 또는 전류의 특정 시점의 크기만을 검출하고, 그 크기값과 설정값을 대비하여 양품(PASS)인지 불량(FAIL)인지를 판정하였다. 예컨대, 전류값이 설정값보다 낮으면 쇼트검사기(20)의 표지판(21)에 PASS, 설정값보다 높은 과전류가 흐르면 쇼트가 발생한 FAIL(불량)로 나타내었다. 하지만, 종래의 쇼트검사기(20)는 불량을 발견할 수는 있으나, 그 불량의 원인까지 구체적으로 파악하지 못하였다. 불량 발생이 반복적으로 일어나는 것을 방지하기 위해서는 불량의 원인을 파악하여 그 원인을 제거하여야 하며, 또한 전극 조립체의 연구 개발을 위해서도 불량의 종류를 특정할 필요가 있다.
특히, 실제 제품 불량이 아닌 회로 단선이나 핀(Pin) 접촉 이상 등에 의한 가성불량은 종래의 쇼트검사기로 검출하기 어려웠다. 정상 전극 조립체가 설비 이상에 의하여 불량으로 판정된다면, 생산 수율을 감소시키는 요인이 된다. 혹은, 비정상 전극 조립체가 설비 이상에 의하여 정상으로 판정된다면, 이는 실제로 전극 조립체를 미검사한 결과가 되어 검사 정확성을 떨어트리는 결과가 된다.
또한, 쇼트 발생으로 전류가 측정상한값을 초과하여 하이페일(High Fail)로 쇼트검사기에서 판정되는 진성불량도 여러 가지 종류가 있다. 예컨대, 전극에 탈리가 발생하여 탈리된 부분이 브리지(bridge)와 같이 양극과 음극을 연결하여 쇼트가 발생하는 브리지불량이나 분리막에 스팟(spot) 형상의 구멍이 발생하여 양극-음극의 절연이 파괴되는 스팟불량을 종래의 쇼트검사기로는 구분하기 힘들다.
이상의 불량의 종류를 검출하기 위해서는, 전극 조립체의 전압이나 전류의 변화를 구체적으로 분석할 필요가 있지만, 종래의 쇼트검사기는 전극 조립체의 전압 또는 전류의 특정 시점의 크기만을 산출하여 양품(PASS)/불량(FAIL)만을 판정하고, 전압이나 전류의 시간에 따른 변화를 측정하기 곤란하다.
따라서, 이차전지의 전해액 주액 전에 전극 조립체의 쇼트 내지 불량의 원인을 검사할 수 있는 불량 검사기술의 개발이 필요하다.
대한민국 등록특허공보 제10-1775213호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 만들어진 것으로서, 전해액 주액 전의 전극 조립체의 불량의 종류를 효과적으로 판별할 수 있는 전극 조립체 불량 검사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 종래의 쇼트검사기로 판별할 수 없었던 가성불량, 브리지불량, 스팟불량을 검출할 수 있는 전극 조립체의 불량 검사방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 전해액을 주액하기 전의 전극 조립체의 불량검사장치는, 상기 전극 조립체의 양극과 음극에 소정 전압을 인가하여 전극 조립체의 쇼트를 검출하는 쇼트검사기; 상기 쇼트검사기와 전기적으로 연결되어 상기 전극 조립체의 전압 및 전류를 시간에 걸쳐 측정하는 멀티미터; 및 상기 멀티미터와 연결되어 멀티미터로부터 측정되는 전압 및 전류의 변화를 모니터링하고, 일정 시간에 따른 전압 및 전류의 변화 데이터로부터 상기 전극 조립체의 불량의 종류를 판별하는 불량 판별부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로서, 상기 멀티미터는 디지털 멀티미터인 것이 바람직하다.
바람직한 예로서, 상기 불량 판별부는 상기 쇼트검사기와 연결되어 쇼트검사기로부터 쇼트 검출에 관한 정보를 전달받을 수 있다.
하나의 예로서, 상기 불량 판별부는, 전압과 전류의 파형을 대조하여 가성불량 전극 조립체를 검출할 수 있다.
구체적으로, 상기 불량 판별부는 전압의 파형이 정상 파형일 때 전류 파형에 피크가 존재하지 않는 경우 가성불량으로 판정할 수 있다.
다른 예로서 상기 불량 판별부는, 전압의 파형이 정상 파형일 때 전극 조립체의 크기에 따라 정해지는 전류 파형의 피크가 일정 크기 이하일 경우 가성불량으로 판정할 수 있다.
다른 실시예로서, 상기 불량 판별부는, 쇼트 검사기에서 하이페일(high fail)로 판정된 불량 전극 조립체의 일정 시간에 따른 전압 및 전류의 변화 데이터로부터 브리지불량 및 스팟불량의 전극 조립체를 검출할 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 불량 판별부는, 브리지불량 전극 조립체 및 스팟불량 전극 조립체의 최대전압 통계 분포 곡선이 최초로 서로 겹치는 지점의 최대전압인 임계 최대전압보다 낮은 최대전압을 가지는 전극 조립체를 브리지불량으로 판정할 수 있다.
또한, 상기 불량 판별부는, 브리지불량 전극 조립체 및 스팟불량 전극 조립체의 최대전압 통계 분포 곡선이 최초로 서로 겹치는 지점의 최대전압인 임계 최대전압보다 높은 최대전압을 가지는 전극 조립체를 스팟불량으로 판정할 수 있다.
본 발명의 다른 측면으로서 전해액을 주액하기 전의 전극 조립체 불량검사방법은, 전극 조립체의 양극과 음극에 소정 전압을 인가하여 상기 전극 조립체의 전압 및 전류를 시간에 따라 측정하는 단계; 및 일정 시간에 따른 전압 및 전류의 변화 데이터로부터 가성불량, 브리지불량, 스팟불량 중 적어도 하나의 불량의 종류를 판별하는 단계를 포함한다.
구체적인 예로서 상기 불량 검사방법은, 상기 전극 조립체의 전압의 파형이 정상 파형일 때 전류 파형에 피크가 존재하지 않는 경우 가성불량으로 판정할 수 있다.
다른 예로서, 상기 불량 검사방법은 상기 전극 조립체의 전압의 파형이 정상 파형일 때 전극 조립체의 크기에 따라 정해지는 전류 파형의 피크가 일정 크기 이하일 경우 가성불량으로 판정한다.
다른 실시예로서, 상기 전극 조립체 불량 검사방법은, 상기 전극 조립체로부터 측정된 최대전류값이 설정된 상한값을 초과할 때, 상기 전극 조립체의 일정 시간에 걸친 전압의 변화 데이터로부터 브리지불량 및 스팟불량의 전극 조립체를 검출할 수 있다.
구체적인 예로서, 브리지불량 전극 조립체 및 스팟불량 전극 조립체의 최대전압 통계 분포 곡선이 최초로 서로 겹치는 지점의 최대전압인 임계 최대전압보다 낮은 최대전압을 가지는 전극 조립체를 브리지불량으로 판정하고, 상기 임계 최대전압보다 높은 최대전압을 가지는 전극 조립체를 스팟불량으로 판정할 수 있다.
본 발명에 의하면, 전해액 주액 전의 전극 조립체에 대하여 가성불량을 정확하게 판정할 수 있어 생산 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 브리지불량, 스팟불량 등의 진성불량의 종류를 파악하여 불량의 원인을 효과적으로 특정할 수 있다.
도 1은 종래의 쇼트검사기의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 전극 조립체 불량 검사장치의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 3은 도 2의 쇼트검사기에 의한 양부 판정결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 정상 전극 조립체의 전압-전류 파형 그래프이다.
도 5는 본 발명의 전극 조립체 불량 검사장치로 측정한 정상 전극 조립체와 가성불량 전극 조립체의 전압-전류 파형을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 브리지불량과 스팟불량의 최대전압을 각 불량의 빈도수에 따라 나타낸 그래프이다.
도 7은 브리지불량과 스팟불량의 최대전압을 각 불량의 빈도수에 따라 나타낸 다른 실시예의 그래프이다.
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 전극 조립체 불량 검사장치는 전해액을 주입하기 전의 전극 조립체를 대상으로 한다. 전해액을 주액하기 전의 전극 조립체란, 라미네이션 공정에 의하여 양극-분리막-음극이 적층되어 셀 단위로 커팅된 전극 셀 조립체의 경우, 전극 셀 조립체가 스택된 스택형 전극 조립체의 경우, 또는 전극 셀 조립체가 분리막에 의하여 폴딩된 폴딩형 전극 조립체의 경우, 또는 분리막에 의하여 스택 및 폴딩된 스택-폴딩형 전극 조립체의 경우, 및 전극 셀 조립체가 케이스에 수납되었으나 아직 전해액이 주액되기 전단계의 패키징 셀의 경우를 모두 포함한다. 따라서, 본 발명의 검사대상이 되는 전극 조립체는 반드시 케이스에 수납되는 것을 요하는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 전극 조립체 불량 검사장치의 구성을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 전극 조립체의 불량검사장치(100)는, 상기 전극 조립체(10)의 양극(1)과 음극(3)에 소정 전압을 인가하여 전극 조립체(10)의 쇼트를 검출하는 쇼트검사기(20); 상기 쇼트검사기(20)와 전기적으로 연결되어 상기 전극 조립체(10)의 전압 및 전류를 시간에 걸쳐 측정하는 멀티미터(30); 및 상기 멀티미터(30)와 연결되어 멀티미터로부터 측정되는 전압 및 전류의 변화를 모니터링하고, 일정 시간에 따른 전압 및 전류의 변화 데이터로부터 상기 전극 조립체(10)의 불량의 종류를 판별하는 불량 판별부(40)를 포함한다.
도 2의 검사장치(100)는, 설명의 편의를 위하여 전극 조립체(10) 내지 전지 셀의 크기를 쇼트검사기(20), 멀티미터(30) 및 불량 판별부(40)에 비하여 과장되게 크게 도시한 것이다.
본 발명은 케이스(4)에 수납되거나 수납되지 않은 전해액 주액 전의 전극 조립체(10)에 소정 전압을 인가하는 쇼트검사기(20)를 포함한다. 상기 쇼트검사기(20)는 소정의 전원을 구비하고 있어 상기 전원으로 전극 조립체(10)의 양극(1)과 음극(3)에 소정 전압을 가하여 전극 조립체(10)의 쇼트 상태를 검출한다. 상기 쇼트검사기(20)는 전극 조립체(10)의 종류나 크기 등에 따라 설정된 소정 전압을 가하고, 이 전압 인가에 의하여 전극 조립체로부터 측정되는 전류/전압을 측정하여 양품(PASS) 및 불량(FAIL) 여부를 판정한다.
도 3은 도 2의 쇼트검사기에 의한 양부 판정결과를 나타낸 그래프이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 쇼트검사기(20)에 의하여 불량유형으로서 하이페일(high fail)이 36개가 검출된 예가 나타나 있다. 하이페일이란 전극 조립체(10)에 쇼트가 발생하여 전류값이 쇼트검사기(20)의 측정한계치를 넘거나 혹은 설정된 전류 상한치를 초과하였을 때의 불량을 말한다. 하지만, 상기 쇼트검사기(20)로는 전극 조립체의 양부판정만을 할 수 있을 뿐, 구체적인 불량의 종류를 식별할 수 없다. 이는 쇼트검사기(20)에서 측정되는 전류나 전압값이 설정된 특정시점의 값으로서 양부를 결정하도록 설정되어 있기 때문이며, 설령 다른 시점의 전류/전압값을 측정할 수 있다 하더라도 쇼트검사기(20)로 측정되는 해당 수치 데이터들은 기기의 특성상 보존되지 않고 휘발되어 버리기 때문이다. 따라서, 쇼트검사기(20)로는 구체적인 불량의 종류, 특히 핀 접촉 불량 등의 가성불량을 판별하기 어렵다.
본 발명의 검사장치(100)는 전극 조립체(10)의 시간에 따른 전압 및 전류의 변화를 측정하기 위하여 상기 쇼트검사기(20)와 전기적으로 연결된 멀티미터(30)를 포함한다. 멀티미터(30)는 전원을 구비하고 있지 않으므로, 독자적으로 전극 조립체(10)에 전압을 인가할 수는 없다. 하지만, 멀티미터(30)를 쇼트검사기(20)의 단자에 전기적으로 연결하면, 멀티미터(30)가 쇼트검사기(20)를 통하여 상기 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결되는 형태가 된다. 따라서, 쇼트검사기(20)에서 휘발되어서 보존되지 않는 전압 및 전류 수치도 상기 멀티미터(30)를 통하여 연속적으로 측정될 수 있다. 멀티미터(30)로서 전압, 전류, 저항 등을 용이하게 측정할 수 있는 디지털 멀티미터(DMM)를 채용할 수 있다.
본 발명의 불량 검사장치(100)는 또한, 상기 멀티미터(30)와 연결되어 멀티미터(30)로부터 측정되는 전압 및 전류의 변화를 모니터링하고, 일정 시간에 따른 전압 및 전류의 변화 데이터로부터 상기 전극 조립체(10)의 불량의 종류를 판별하는 불량 판별부(40)를 포함한다. 상기 불량 판별부(40)는 멀티미터(30)로부터 측정되는 시간에 따른 전압 및 전류값들을 시간에 따라 모니터링하고, 그 변화를 그래프나 파형으로 시각적으로 표출할 수 있다. 이를 위하여, 상기 불량 판별부(40)는 멀티미터로부터의 전압 및 전류 데이터를 저장하는 저장부, 상기 데이터의 시간에 따른 변화를 그래프나 파형의 시각정보로 변환하는 변환부, 및 일정 시간에 따른 전압 및 전류의 변화 데이터로부터 전극 조립체의 불량의 종류를 판정하는 판정부를 구비하고 있다. 상기 데이터 변환이나 불량 판정을 위하여 상기 불량 판별부(40)는 소정의 소프트웨어(LAP VIEW)를 구비하고 있다. 또한, 본 발명의 검사장치(100)는 상기 전압 및 전류 데이터의 시간에 따른 변화 그래프나 파형의 시각정보를 디스플레이하는 디스플레이부(50)를 구비할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 멀티미터(30)를 쇼트검사기(20)에 연결함으로써 종래의 쇼트검사기를 이용하여 측정하기 곤란하였던 시간에 따른 전압 및 전류값들을 측정할 수 있고, 또한 상기 멀티미터(30)를 특별히 개발된 소프트웨어를 탑재한 불량 판별부(40)에 연결하여 전극 조립체(10)의 전압 및 전류 변화를 연속적으로 모니터링할 수 있도록 하고 있다. 본 발명은 전기공학분야에서 통상적으로 사용되는 저렴한 가격의 멀티미터를 검사장치의 일부로 하고 소정 소프트웨어의 불량 판별부로 불량의 종류를 판별하도록 하고 있으므로, 오실로스코프나 임펄스 시험기와 같은 고가의 테스트기를 채용하지 않고도 저렴한 비용으로 전극 조립체(10)의 불량을 검사할 수 있다.
본 발명의 불량 판별부(40)는, 일정 시간에 걸친 전압의 변화 뿐만 아니라 전류의 변화까지 함께 고려하여 불량의 종류를 판별할 수 있다. 불량의 종류, 전극 조립체(10) 내지 전극 조립체가 채용되는 전지 셀의 종류, 크기 등에 따라 불량을 판별할 수 있는 전압, 전류 변화의 적용 시간(예컨대 수백 내지 수천 밀리세컨드)은 달라질 수 있다.
본 발명의 전해액을 주입하기 전의 전극 조립체 불량 검사방법은, 전극 조립체의 양극과 음극에 소정 전압을 인가하여 상기 전극 조립체의 전압 및 전류를 시간에 따라 측정하는 단계; 및 일정 시간에 따른 전압 및 전류의 변화 데이터로부터 가성불량, 브리지불량, 스팟불량 중 적어도 하나의 불량의 종류를 판별하는 단계를 포함한다.
본 발명 검사방법에 의하면, 먼저 전극 조립체의 양극과 음극에 소정 전압을 인가하여 상기 전극 조립체의 전압 및 전류를 시간에 따라 측정한다. 상기 전압의 인가는 도 2와 같이 쇼트검사기(20)로 할 수 있다. 또한, 전극 조립체의 전압 및 전류를 시간에 따라 측정하는 것은 상기 쇼트검사기에 연결된 디지털멀티미터에 의하여 행할 수 있다. 상술한 바와 같이, 종래의 쇼트검사기에 디지털멀티미터를 연결하는 것 만으로, 별도의 전원이나 장치를 부가하지 않고도 전극 조립체의 전압 및 전류의 시간에 따른 변화를 측정할 수 있다.
다음에, 본 발명의 검사방법은 일정시간에 따른 전압 및 전류의 변화 데이터로부터 가성불량, 브리지불량, 스팟불량 중 적어도 하나의 불량의 종류를 판별하는 단계를 포함한다. 본 발명은 전압이나 전류 중 어느 하나의 데이터가 아닌 전압 및 전류의 데이터를 모두 고려하여 불량의 종류를 판별한다.
이하에서는, 본 발명에 의한 전극 조립체 불량 검사과정을 보다 구체적으로 설명한다.
(제1 실시형태)
먼저, 본 발명에 의하여 가성불량의 전극 조립체를 검출하는 경우를 설명한다.
본 발명에 의하면, 전압과 전류의 파형을 대조하여 가성불량의 전극 조립체를 검출할 수 있다. 가성불량 파형의 파악을 위하여, 먼저 정상 전극 조립체의 전압 및 전류 파형을 설명한다.
도 4는 정상 전극 조립체의 일정 시간(2200msec)에 걸친 전압-전류 파형 그래프이다. 상기 전압-전류의 파형은 내셔널 인스트루먼트(National Instruments) 사의 DMM-4065에 의하여 측정한 데이터를 기초로 작성된 것이다(이하, 동일).
도시된 바와 같이, 정상 전극 조립체의 전압의 파형은 예컨대, 쇼트검사기로 일정 전압을 가하였을 경우, 전극 조립체의 종류에 따라 정해지는 일정한 값으로 상승한 뒤 소정 시간 후 감소하게 된다. 전해액이 주액되기 전의 전극 조립체는 일종의 커패시터가 되므로, 전극 조립체에 전압을 인가하면 양극과 음극에 해당 극성의 전하가 모여 도 4와 같이 일정 값의 전압(도 4에서는 50V)이 전극 조립체로부터 측정된다. 이 때, 전류는 도 4와 같이 일정 피크값을 나타낸 뒤, 0에 가까운 값에 수렴하게 된다. 전해액이 주액되어 있지 않으므로, 절연저항이 무한대에 가깝게 되기 때문에 전류의 값은 0에 근접한다.
도 5는 본 발명의 전극 조립체 불량 검사장치(100)로 측정한 정상 전극 조립체와 가성불량 전극 조립체의 전압-전류 파형을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 5(a)는 도 4와 유사한 정상 전극 조립체의 전압-전류 파형이다. 최대전압이 101.65V라는 점 외에는 도 4와 유사한 전압 파형을 보인다. 또한, 전류 파형도 피크 전류가 5.62mA라는 것 외에는 0에 가까와지는 형태를 보인다. 반면, 도 5(b)의 가성불량의 전극 조립체는 전류의 파형이 상이하다. 가성불량은 회로 단선이나 핀 접촉불량에 의한 불량이다. 따라서, 가성불량의 경우 전압의 파형은 정상 전극 조립체의 파형(정상 파형)과 거의 동일하지만(최대전압이 101.4V), 전류의 파형에서 피크가 존재하지 않는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 검사방법에 따르면 전극 조립체의 전압의 파형이 정상 파형일 때, 전류 파형에 피크가 존재하지 않는 경우 가성불량으로 판정한다. 이러한 전압 및 전류의 파형은 본 발명의 검사장치(100)의 불량 판별부(40)에 의하여 모니터링된 전압 및 전류의 변화 데이터로부터 추출할 수 있다(상술한 소프트웨어 LAP VIEW 참조).
또한, 본 발명 검사장치(100)의 불량 판별부(40)는, 전극 조립체의 전압의 파형이 정상 파형일 때, 전류 파형에 피크가 존재하지 않는 경우 가성불량으로 판정한다.
한편, 전극 조립체의 종류에 따라서는, 전류 파형에 피크가 존재하더라도 정상 전극 조립체의 피크보다 작은 경우가 있다. 예컨대, 핀 접촉 불량의 가성불량의 경우라 하더라도, 완전히 전류가 흐르지 않는 것이 아니라 접촉 상태에 따라서 전류 파형에 작은 피크가 측정될 수 있다. 따라서, 전류 파형에 피크가 존재하지 않는 경우 외에도 그 피크가 설정된 일정 크기 이하인 경우에도 가성불량으로 볼 수 있다.
따라서, 본 발명의 검사방법의 한 예에 따르면 전극 조립체의 전압의 파형이 정상 파형일 때, 전류 파형의 피크가 일정 크기 이하인 경우 가성불량으로 판정할 수 있다.
또한, 본 발명 검사장치(100)의 불량 판별부(40)는, 전극 조립체의 전압의 파형이 정상 파형일 때, 전류 파형의 피크가 일정 크기 이하인 경우 가성불량으로 판정한다.
한편, 본 발명의 검사장치(100) 등으로 모니터링한 전압 및 전류의 파형에 있어서, 전류의 파형이 가성불량의 파형과 동일한 경우라 하더라도, 전압 파형이 정상 파형과 상이한 경우 가성불량으로 판정하지 않는다.
(제2 실시형태)
본 발명에 의하면, 종래의 쇼트검사기로는 측정할 수 없었던 브리지불량과 스팟불량을 검출할 수 있다.
브리지불량은 전극에 탈리가 발생하여 탈리된 부분이 브리지(bridge)와 같이 양극과 음극을 연결하여 쇼트가 발생하는 불량을 말하고, 스팟불량이란 분리막에 스팟(spot) 형상의 구멍이 발생하여 양극-음극의 절연이 파괴되는 불량을 말한다.
양극-음극의 절연이 파괴되면 전극 조립체에서 측정된 전류값이 쇼트검사기의 측정 한계치를 넘거나 설정된 전류 상한치를 초과하게 된다. 이를 하이페일(high fail)이라 한다. 종래의 쇼트검사기는 이러한 하이페일은 측정할 수 있지만, 하이페일 중 어떤 것이 브리지불량인지 혹은 스팟불량인지 판별할 수 없었다.
본 발명의 불량 검사방법은, 전극 조립체에 일정 전압을 인가하였을 때 전극 조립체로부터 측정된 최대전류값이 설정된 상한값을 초과할 때, 상기 전극 조립체의 일정 시간에 걸친 전압의 변화 데이터로부터 브리지불량 및 스팟불량의 전극 조립체를 검출할 수 있다.
상기 최대전류값의 상한값은 쇼트검사기(20)에서 하이페일로 판정되는 설정값일 수 있다. 전극 조립체의 최대전류값에 관한 정보를 얻기 위하여 본 발명 검사장치(100)의 불량 판별부(40)는 상기 쇼트검사기(20)와 연결되어 이로부터 쇼트 검출에 관한 정보를 전달받을 수 있다. 즉, 본 발명의 불량 검사장치(100)는, 예컨대 쇼트검사기(20)로부터 전류에 관한 정보를 받고, 멀티미터(30)의 전압 데이터로부터 브리지불량 및 스팟불량을 검출할 수 있다. 또는 멀티미터(30)로부터 측정된 전압 및 전류 데이터로부터 브리지불량 및 스팟불량을 검출할 수 있다.
브리지불량의 경우 쇼트검사기에 의해 전압을 인가해도 크게 전압이 오르지 않기 때문에, 스팟불량보다 최대전압이 크지 않다. 하지만, 측정 전극 조립체 내지 전지 셀의 개수가 많아지면, 스팟불량의 최대전압이 브리지불량의 최대전압보다 반드시 큰 것만은 아니다. 브리지불량의 경우 탈리되는 전극 부분의 저항에 따라 최대전압의 변동폭이 크기 때문이다. 따라서, 전압의 크기만으로 일의적으로 브리지불량과 스팟불량을 판별하기 곤란한 경우가 있다.
본 실시형태에서는, 이를 고려하여 통계적인 접근방법으로 브리지불량과 스팟불량을 구별하는 것을 특징으로 한다.
즉, 먼저 전극 조립체로부터 측정된 최대 전류값이 설정된 상한값(예컨대 쇼트검사기에서 하이페일로 판정될 정도의 전류값)을 초과하는지 여부를 판단한다.
최대 전류값이 상한값을 초과할 때, 전극 조립체의 브리지불량과 스팟불량의 최대전압 통계 분포 곡선을 참조한다.
도 6은 브리지불량과 스팟불량의 최대전압을 각 불량의 빈도수에 따라 나타낸 그래프이다.
도 6의 그래프는 쇼트검사기 19073(모델명 N2.1)의 검사 전압을 50V로 하였을 때의 하이페일 불량으로 판정된 폴딩 공정의 전극 조립체 164개에 관하여 상기 DMM-4065에 의하여 측정한 최대전압 데이터를 기초로 작성된 것이다. 도 6에서 X축은 최대전압의 크기, Y축은 해당 최대전압을 가지는 전극 조립체 내지 전지 셀의 개수를 나타낸다.
도 6(a)에 도시된 바와 같이, 스팟불량의 최대전압이 브리지불량의 최대전압이 대체적으로 크지만 전극 조립체에 따라 그 반대의 경우도 존재함을 알 수 있다. 하지만, 도 6(b)와 같이, 브리지불량 전극 조립체의 최대전압을 연결한 최대전압 통계 분포곡선과 스팟불량 전극 조립체의 최대전압을 연결한 최대전압 통계 분포곡선이 최초로 만나는 지점(도 6의 화살표 참조) 좌우에 대부분의 브리지불량과 스팟불량이 존재함을 알 수 있다. 따라서, 양 불량의 최대전압 통계 분포곡선이 최초로 만나는 지점의 최대전압(도 6에서 15V)을 임계 최대전압이라 칭하였을 때, 이 임계 최대전압보다 낮은 최대전압을 가지는 전극 조립체를 브리지불량이라 판정하고, 반대로 상기 임계 최대전압보다 높은 최대전압을 가지는 전극 조립체를 스팟불량으로 판정할 수 있다.
즉, 본 발명 불량 검사장치(100)의 불량 판별부(40)는 예컨대 저장부 또는 다른 데이터베이스에 입력되어 있는 브리지불량과 스팟불량의 최대전압 통계 분포곡선으로부터 결정된 임계 최대전압과 멀티미터 등에 의하여 일정 시간 동안 측정된 전극 조립체의 시간에 따른 전압 중 최대전압을 비교하여 브리지불량 또는 스팟불량을 판별할 수 있다.
도 7은 브리지불량과 스팟불량의 최대전압을 각 불량의 빈도수에 따라 나타낸 다른 실시예의 그래프이다. 도 7은 쇼트검사기 19073(모델명 E52)의 검사 전압을 200V로 하였을 때의 하이페일 불량으로 판정된 폴딩 공정의 전극 조립체 54개에 관하여 상기 DMM-4065에 의하여 측정한 최대전압 데이터를 기초로 작성된 것이다.
본 실시예에서도 양 불량의 최대전압 통계 분포곡선이 최초로 만나는 지점의 최대전압인 임계 최대전압(55V)을 중심으로 브리지불량이 좌측(낮은 최대전압)으로, 스팟불량이 우측(높은 최대전압)으로 치우치는 경향성을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 전극 조립체의 일정 시간에 따른 전압 및 전류의 변화 데이터로부터 브리지불량 및 스팟불량의 전극 조립체를 용이하게 검출할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 양극
1a: 양극 탭(단자)
2: 분리막
3: 음극
3a: 음극 탭(단자)
4: 케이스
10: 전극 조립체
20: 쇼트검사기
21: 표지판
30: 멀티미터
40: 불량 판별부
50: 디스플레이부
100: 전극 조립체 불량 검사장치

Claims (15)

  1. 전해액을 주액하기 전의 전극 조립체의 불량검사장치로서,
    상기 전극 조립체의 양극과 음극에 소정 전압을 인가하여 전극 조립체의 쇼트를 검출하는 쇼트검사기;
    상기 쇼트검사기와 전기적으로 연결되어 상기 전극 조립체의 전압 및 전류를 시간에 걸쳐 측정하는 멀티미터; 및
    상기 멀티미터와 연결되어 멀티미터로부터 측정되는 전압 및 전류의 변화를 모니터링하고, 일정 시간에 따른 전압 및 전류의 변화 데이터로부터 상기 전극 조립체의 불량의 종류를 판별하는 불량 판별부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 불량 검사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 멀티미터는 디지털 멀티미터인 전극 조립체 불량 검사장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 불량 판별부는 상기 쇼트검사기와 연결되어 쇼트검사기로부터 쇼트 검출에 관한 정보를 전달받는 전극 조립체 불량 검사장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 불량 판별부는, 전압과 전류의 파형을 대조하여 가성불량 전극 조립체를 검출하는 전극 조립체 불량 검사장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 불량 판별부는, 전압의 파형이 정상 파형일 때 전류 파형에 피크가 존재하지 않는 경우 가성불량으로 판정하는 전극 조립체 불량 검사장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 불량 판별부는, 전압의 파형이 정상 파형일 때 전극 조립체의 크기에 따라 정해지는 전류 파형의 피크가 일정 크기 이하일 경우 가성불량으로 판정하는 전극 조립체 검사장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 불량 판별부는, 쇼트 검사기에서 하이페일(high fail)로 판정된 불량 전극 조립체의 일정 시간에 따른 전압 및 전류의 변화 데이터로부터 브리지불량 및 스팟불량의 전극 조립체를 검출하는 전극 조립체 검사장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 불량 판별부는, 브리지불량 전극 조립체 및 스팟불량 전극 조립체의 최대전압 통계 분포 곡선이 최초로 서로 겹치는 지점의 최대전압인 임계 최대전압보다 낮은 최대전압을 가지는 전극 조립체를 브리지불량으로 판정하는 전극 조립체 불량 검사장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 불량 판별부는, 브리지불량 전극 조립체 및 스팟불량 전극 조립체의 최대전압 통계 분포 곡선이 최초로 서로 겹치는 지점의 최대전압인 임계 최대전압보다 높은 최대전압을 가지는 전극 조립체를 스팟불량으로 판정하는 전극 조립체 불량 검사장치.
  10. 전해액을 주액하기 전의 전극 조립체 불량검사방법으로서,
    상기 전극 조립체의 양극과 음극에 소정 전압을 인가하여 상기 전극 조립체의 전압 및 전류를 시간에 따라 측정하는 단계; 및
    일정 시간에 따른 전압 및 전류의 변화 데이터로부터 가성불량, 브리지불량, 스팟불량 중 적어도 하나의 불량의 종류를 판별하는 단계를 포함하는 전극 조립체 불량 검사방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 전압의 파형이 정상 파형일 때 전류 파형에 피크가 존재하지 않는 경우 가성불량으로 판정하는 전극 조립체 불량 검사방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 전압의 파형이 정상 파형일 때 전극 조립체의 크기에 따라 정해지는 전류 파형의 피크가 일정 크기 이하일 경우 가성불량으로 판정하는 전극 조립체 불량 검사방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 전극 조립체로부터 측정된 최대전류값이 설정된 상한값을 초과할 때, 상기 전극 조립체의 일정 시간에 걸친 전압의 변화 데이터로부터 브리지불량 및 스팟불량의 전극 조립체를 검출하는 전극 조립체 불량 검사방법.
  14. 제13항에 있어서,
    브리지불량 전극 조립체 및 스팟불량 전극 조립체의 최대전압 통계 분포 곡선이 최초로 서로 겹치는 지점의 최대전압인 임계 최대전압보다 낮은 최대전압을 가지는 전극 조립체를 브리지불량으로 판정하는 전극 조립체 불량 검사방법.
  15. 제13항에 있어서,
    브리지불량 전극 조립체 및 스팟불량 전극 조립체의 최대전압 통계 분포 곡선이 최초로 서로 겹치는 지점의 최대전압인 임계 최대전압보다 높은 최대전압을 가지는 전극 조립체를 스팟불량으로 판정하는 전극 조립체 불량 검사방법.
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