KR20220149241A - 전지 셀의 못 관통 시험 후처리장치 및 후처리방법 - Google Patents

전지 셀의 못 관통 시험 후처리장치 및 후처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 전지 셀의 못 관통 시험 후처리장치는, 본 발명의 전지 셀의 못 관통 시험 후처리장치는 하나의 예로서, 못 관통 시험 챔버; 상기 못 관통 시험 챔버 내에 설치되고 못 관통 시험 전후의 전지 셀의 무게 를 측정하는 방폭저울; 및 상기 전지 셀과 전기적으로 연결되고 못 관통 시험 후에 상기 전지 셀의 정격용량보다 높은 과전압을 가할 수 있는 충방전기를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예의 못 관통 시험 후처리장치는, 못 관통 시험 챔버; 상기 못 관통 시험 챔버 내에 설치되고 못 관통 시험 전후의 전지 셀의 무게 를 측정하는 방폭저울; 및 못 관통 시험 후에 상기 전지 셀의 잔존 전위를 소모시키기 위하여 상기 전지 셀의 전극 단자들과 전기적으로 연결되어 전기회로를 형성하는 션트 저항 및 전원을 포함한다.
또한, 본 발명은 전지 셀의 못 관통 시험 후처리방법에 관한 것이다.

Description

전지 셀의 못 관통 시험 후처리장치 및 후처리방법{Battery cell nail test post-treatment device and post-treatment method}
본 발명은 전지 셀의 못 관통 시험 후처리장치 및 후처리방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 못 관통 시험 후에 전지 셀의 무게 변화 또는 외관 변화를 안전하게 관찰할 수 있는 못 관통 시험 후처리장치 및 후처리방법에 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.
이러한 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 또한, 리튬 이차전지는, 그 형태에 따라 각형 전지, 파우치형 전지, 원통형 전지로 구분되기도 한다.
새로운 이차전지가 개발되면 상용화를 진행하기 전에 못 관통 시험을 통해 이차전지의 관통 안전성을 검증한다. 못 관통 시험은 이차전지에 미리 준비한 다양한 직경을 가진 뾰족한 금속 못으로 이차전지를 관통시켜 의도적으로 이차전지 내부에 단락을 유발한 후 못의 직경과 관통 속도에 따라 이차전지의 온도나 전압 변화를 측정하고, 이차전지의 발화 여부를 육안으로 확인해보는 시험이다.
한편, 못 관통 시험 후의 전지 셀의 무게 변화는 전지의 위험 레벨(hazard level) 평가에 중요한 요인이므로, 못 관통 시험 후 그 무게를 측정할 필요가 있다. 그리고, 못 관통 시험 후의 전지가 예컨대 파우치형 전지 셀인 경우 파우치 실링부 등에서 공기가 누설되는 벤트 구멍이 생성되는지도 관찰할 필요가 있기 때문에, 못 관통 시험 후의 전지 셀의 외관 변화를 기록할 필요도 있다. 못 관통 시험 후의 전지 셀은 절연 처리 후 보관하거나 폐기스티커를 부착하여 폐기된다. 혹은, 상기 전지 셀을 직접 해체하여 폐기하기도 한다.
그러나, 못 관통 시험 후의 전지 셀은 관통 결함을 구비하고 있는 등 전기적으로 안정되지 않은 상태에 있다. 이로 인하여, 못 관통 시험 후 무게 측정 등을 위하여 전지 셀을 운반하거나, 외관 사진 촬영시 지연 발화되어 폭발할 위험이 있다. 또한, 보관된 전지 셀의 경우에도 지연 발화로 인하여 화재가 발생할 수 있다. 특히, 못 관통 시험 후의 전지 셀을 직접 해체하는 경우, 지연 발화에 의하여 실험자가 부상을 입을 위험이 크다.
이와 같이, 못 관통 시험 후의 전지 셀은 안전상의 문제가 있기 때문에, 시험 후에 곧바로 폐기처분하는 것이 바람직하지만, 고객사의 요구에 따라 위험 레벨 측정을 위하여 무게를 측정하거나 외관 변화를 기록할 필요가 있기 때문에 부득이하게 곧바로 폐기 처분할 수 없는 경우도 있다.
따라서, 못 관통 시험 후의 전지 셀의 무게 측정이나 외관 촬영을 안전하게 행하고 폐기할 수 있는 기술의 개발이 요망된다 하겠다.
대한민국 등록특허공보 제10-1102644호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 만들어진 것으로서, 못 관통 시험 후의 전지 셀의 무게 측정을 안전하게 행할 수 있는 못 관통 시험 후처리장치 및 후처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 못 관통 시험 후 전지 셀의 외관 변화를 안전하게 촬영할 수 있는 못 관통 시험 후처리장치 및 후처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 못 관통 시험 후 무게 측정 및 외관을 촬영한 후 전지 셀을 안전하게 폐기할 수 있는 못 관통 시험 후처리장치 및 후처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 전지 셀의 못 관통 시험 후처리장치는 하나의 예로서, 못 관통 시험 챔버; 상기 못 관통 시험 챔버 내에 설치되고 못 관통 시험 전후의 전지 셀의 무게 를 측정하는 방폭저울; 및 상기 전지 셀과 전기적으로 연결되고 못 관통 시험 후에 상기 전지 셀의 정격용량보다 높은 과전압을 가할 수 있는 충방전기를 포함할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 전지 셀을 지지하며 방폭저울 상에 배치되는 스테이지를 더 포함할 수 있다.
상기 충방전기는 상기 못 관통 시험 챔버 외부에 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예의 전지 셀의 못 관통 시험 후처리장치는, 못 관통 시험 챔버; 상기 못 관통 시험 챔버 내에 설치되고 못 관통 시험 전후의 전지 셀의 무게 를 측정하는 방폭저울; 및 못 관통 시험 후에 상기 전지 셀의 잔존 전위를 소모시키기 위하여 상기 전지 셀의 전극 단자들과 전기적으로 연결되어 전기회로를 형성하는 션트 저항 및 전원을 포함할 수 있다.
상기 후처리장치 역시, 상기 전지 셀을 지지하며 방폭저울 상에 배치되는 스테이지를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 션트 저항 및 전원은 상기 못 관통 시험 챔버 외부에 설치된다.
상기 실시예들의 후처리장치는, 상기 못 관통 시험 챔버 내의 소정 위치에 적어도 1개 이상 설치되어 상기 전지 셀의 외관 변화를 촬영하는 카메라를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면으로서, 전지 셀의 못 관통 시험 후처리방법은, 못 관통 시험 전의 전지 셀의 무게를 측정하는 단계; 못 관통 시험을 행하는 단계; 못 관통 시험 후에 못 관통 시험 챔버 내에 배치된 방폭저울에 의하여 전지 셀의 무게를 측정하여 못 관통 시험 전후의 전지 셀의 무게 변화를 산출하는 단계; 및 전지 셀의 무게 측정 후 상기 못 관통 시험 챔버 내에서 전지 셀이 파괴될 때까지 상기 전지 셀을 가혹 과충전시키는 단계; 를 포함한다.
하나의 예로서, 상기 가혹 과충전은 상기 전지 셀의 과충전 시험 조건보다 높은 전압으로 과충전할 수 있다.
상기 가혹 과충전 후 상기 못 관통 시험 챔버로부터 파괴된 전지 셀을 꺼내어 폐기하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면으로서, 전지 셀의 못 관통 시험 후처리방법은, 못 관통 시험 전의 전지 셀의 무게를 측정하는 단계; 못 관통 시험을 행하는 단계; 못 관통 시험 후에 못 관통 시험 챔버 내에 배치된 방폭저울에 의하여 전지 셀의 무게를 측정하여 못 관통 시험 전후의 전지 셀의 무게 변화를 산출하는 단계; 및 상기 못 관통 시험 후, 상기 전지 셀의 잔존 전위를 소모시키는 단계; 를 포함한다.
구체적인 예로서, 상기 잔존 전위의 소모는 상기 전지 셀의 전극 단자들과 전기적으로 연결되는 션트 저항 및 전원을 포함하는 전기회로를 통전시키는 것에 의하여 행할 수 있다.
예컨대, 상기 전지 셀의 SOC가 30% 이하가 될 때까지 잔존 전위를 소모시킬 수 있다.
상기 실시예들의 후처리방법은, 상기 못 관통 시험 챔버 내의 소정 위치에 적어도 1개 이상 설치된 카메라에 의하여 상기 전지 셀의 외관 변화를 촬영하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 못 관통 시험 전후의 전지 셀의 무게 측정을 안전하게 행할 수 있다. 또한, 못 관통 시험 후 전지 셀의 외관 변화를 안전하게 촬영할 수 있다.
본 발명에 의하면, 못 관통 시험 후 무게 측정 및 외관을 촬영한 후 전지 셀을 안전하게 폐기할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 못 관통 시험 후처리장치를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 못 관통 시험 후처리장치를 나타낸 것이다.
도 3은 도 2의 실시형태의 후처리장치로 후처리할 경우의 전지 셀의 잔존 전위 소모기구를 나타낸 개략도이다
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 못 관통 시험 후처리방법을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 못 관통 시험 후처리방법을 나타낸 것이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 못 관통 시험 후처리장치(100)를 나타낸 것이다.
본 실시형태의 못 관통 시험 후처리장치는, 못 관통 시험 챔버(10); 상기 못 관통 시험 챔버(10) 내에 설치되고 못 관통 시험 전후의 전지 셀(1)의 무게를 측정하는 방폭저울(20); 및 상기 전지 셀과 전기적으로 연결되는 충방전기(30)를 포함한다.
본 발명은 못 관통 시험 후에 전지 셀(1)의 무게 변화를 안전하게 측정할 수 있는 것을 목적으로 하고 있기 때문에, 못 관통 시험 챔버(10)에서 못 관통 시험을 행한 후 전지 셀(1)을 이동시키지 않고 후처리를 행한다. 종래와 같이 시험 챔버(10)로부터 전지 셀(1)을 꺼내어 무게 측정을 행하면 그 이동 과정 중에 전지 셀(1)이 지연 발화할 위험성이 있기 때문이다. 따라서, 본 발명은 못 관통 시험 챔버(10) 내에서 바로 후처리를 한다. 이러한 의미에서 못 관통 시험 챔버(10)가 본 발명의 후처리장치(100)의 일 구성요소가 된다. 못 관통 시험 챔버(10)의 상부에는 못(15)을 전지 셀(1)을 향하여 하강할 수 있는 장치가 구비된다. 즉, 챔버(10) 상부에 승강수단 지지대(11)와, 못 승강수단(12,13)과, 상기 승강수단에 연결되는 가압판(14)이 설치되어 있다. 못 승강수단은 예컨대, 리니어모터 혹은 서보모터인 구동모터(12)와 상기 구동모터(12)에 의하여 직선운동하는 승강축(13)(예컨대, 볼 스크류 또는 실린더기구)으로 구성될 수 있다. 상기 가압판(14)의 하부에는 못(15)이 설치되어 있어 상기 승강수단을 전지 셀(1)을 관통하도록 하강시켜 못 관통시험을 행할 수 있다.
못 관통 시험 전후로 무게 측정을 안전하게 하기 위하여, 본 발명은 못 관통 시험 챔버(10) 내에 방폭저울(20)을 설치한다. 방폭저울(20)은 무게 측정 과정에서 전지 셀이 지연발화하거나 폭발하는 경우에도 손상을 입지 않도록 하는 내압기준을 만족하는 저울이다. 예컨대 파우치형 이차전지의 후처리를 위해서, 메틀로 톨레도 사의 방폭저울(모델명: BBA231-3BB35A/S)을 사용할 수 있다. 상기 모델의 방폭저울은 파우치형 이차전지의 폭발압력을 견딜 수 있다. 다만, 못 관통 시험 후처리를 위한 방폭저울로서 이에 한정되는 것은 아니며, KS 방폭인증을 받은 제품 중에서 해당 이차전지의 조건에 따라서, 적절한 것을 채택하여 사용할 수 있다. 중요한 것은, 못 관통 시험 챔버(10) 내에 방폭저울(20)을 설치함으로써, 못 관통 시험 전후로 전지 셀(1)의 무게 변화를 연속적으로 안전하게 측정할 수 있다는 점이다.
못 관통 시험 전과 후에 걸쳐 전지 셀(1)의 무게가 어느 정도로 변화했느냐 여부는, 전지의 성능 및 안전성을 추정할 수 있는 하나의 파라미터이다. 또한, 못 관통 시험 후에도 소정 시간 동안에는 전지 셀(1)의 무게 변화를 추적할 필요가 있다. 예컨대, 못 관통 시험 후 전지 셀(1)의 실링이 손상되어 가스가 발생한 경우, 전지 셀(1)의 무게가 크게 변화할 수 있다. 방폭저울(20)은 무게 치수를 육안으로 확인할 수 있는 수치판(21)을 구비하고 있으므로, 이로부터 전지 셀의 무게 변화를 연속적으로 또한 실시간으로 확인할 수 있다.
본 발명의 후처리장치는 또한 상기 전지 셀(1)과 전기적으로 연결되는 충방전기(30)를 포함한다. 상기 충방전기(30)는 전지 셀의 탭(1a)에 연결된 충방전지그(32)와 전선(31)으로 연결된다. 도 1과 같이, 상기 충방전기(30)는 못 관통 시험 챔버(10) 외부에 설치되는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 전지 셀(1)의 무게 측정 과정에서 전지 셀이 지연 발화하더라도 충방전기(30)의 손상을 방지할 수 있다. 충방전기(30)는 못 관통 시험 챔버(10) 외부에 설치하고 전선(31), 충방전지그(32)의 연결부재만 챔버(10) 내부에 설치하면 전지 셀 폭발시 충방전지그(32) 등이 손상을 입더라도 해당 부분만 교체하여 후속 실험을 행할 수 있다.
상기 충방전기(30)는 상기 전지 셀(1)과 전기적으로 연결되고 못 관통 시험 후에 그 전지 셀(1)의 정격용량보다 높은 과전압을 가하는 충방전기일 수 있다. 못 관통 시험 후의 전지 셀(1)에 상기 과전압을 가하면 발화가 촉진될 수 있다. 이에 의하여 못 관통 시험에 제공된 전지 셀(1)을 보다 신속하게 처리하여 폐기처리할 수 있다. 더 나아가서, 후술하는 바와 같이, 상기 충방전기(30)는 전지 셀의 안전한 폐기처리를 위한 가혹 과충전을 행할 수 있다.
상기 방폭저울(20) 상에는 전지 셀(1)을 지지하는 스테이지(40)가 설치될 수 있다. 스테이지(40)를 설치하는 이유는, 첫째, 충방전지그(30)나 전선(31) 등 과충전을 위한 연결부재들을 설치할 공간을 제공하고 둘째, 방폭저울(20)을 간접적으로 보호하며 셋째, 전지 셀(1)을 평탄하게 방폭저울(20) 상에 위치하도록 하기 위한 평탄도를 제공하기 위함이다. 상기 스테이지(40)를 지지하기 위하여 상기 챔버(10) 내 양측벽에 소정의 지지부재(T)를 설치할 수 있다. 상기 스테이지(40)는 못(15)이 전지 셀(1)을 관통할 경우 못이 손상되지 않도록 서로 이격된 2개의 판형 플레이트로 이루어질 수 있다. 상기 판형 플레이트 사이에는 못(15)이 이동할 수 있는 공간(S)이 마련된다. 필요에 따라, 못 관통시 상기 전지 셀(1)을 고정하기 이한 클램프(도시하지 않음)를 상기 스테이지(40) 상에 설치할 수 있다. 또한, 방폭저울(20)을 보호하기 위하여 상기 공간(S) 상에 보호판(도시하지 않음)을 설치하는 것도 가능하다.
한편, 전지 셀(1)의 외관 변화를 촬영하기 위하여 카메라(50)를 못 관통 시험 챔버(10) 내의 소정 위치에 적어도 1개 이상 설치할 수 있다. 못 관통 시험 전후에 전지 셀(1)의 외관을 촬영하는 이유는, 예컨대 파우치형 전지 셀에 있어서 실링부가 파괴된 벤트부위의 모양 등을 확인하기 위함이다. 즉, 방폭저울(20)에 의하여 전지 셀(1)의 무게 변화를 측정하여 정량적인 전지 셀의 위험도를 평가하되, 전지 셀의 외관이 구체적으로 어떻게 변하는지를 카메라로 확인함으로써, 전지 셀(1)의 성능 개선을 위한 내외부 구조 개량이나 디자인의 설계변경에 활용할 수 있다.
카메라(50)는 도 1과 같이 전지 셀(1)과 소정거리 이격되게 설치하여 발화나 폭발에 의하여 카메라(50)가 손상되는 것을 방지되도록 한다. 또한, 전지 셀의 외관이 크게 변하는 곳, 예컨대 파우치형 전지의 가스포켓이 형성된 부분에 인접하여 카메라(50)를 설치할 수 있다. 이상을 감안하여, 도 1에서는 전지 셀의 양측부에 카메라(50)가 설치되어 있지만, 설치위치는 이에 한정되는 것은 아니다.
이상과 같이, 본 발명의 전지 셀의 못 관통 시험 후처리장치(100)는 못 관통 시험 챔버(10) 내에서 전지 셀(1)을 이동시키지 않은 상태에서 무게 측정 및 외관을 촬영할 수 있으므로, 전지 셀(1)의 지연발화에 의한 위험성으로부터 실험자들을 안전하게 보호할 수 있다.
또한, 못 관통 시험 챔버(10) 내에서 후술하는 바와 같이, 가혹 과충전에 의하여 전지 셀(1)을 파괴하여 폐기할 수 있으므로, 무게 측정 및 외관 촬영 후 폐기처리까지의 안정성을 더욱 높일 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 못 관통 시험 후처리장치를 나타낸 것이다.
본 실시형태의 못 관통 시험 후처리장치(200)는, 못 관통 시험 챔버(10); 상기 못 관통 시험 챔버(10) 내에 설치되고 못 관통 시험 전후의 전지 셀의 무게를 측정하는 방폭저울(20); 및 못 관통 시험 후에 상기 전지 셀의 잔존 전위를 소모시키기 위하여 상기 전지 셀(1)의 전극 단자(1a)들과 전기적으로 연결되어 전기회로(60)를 형성하는 션트 저항(64) 및 전원(61)을 포함한다. 본 실시형태는 도 1의 실시형태와 달리 전지 셀에 과전압을 가하는 충방전기가 아닌, 전지 셀과 전기회로(60)를 형성하는 션트 저항(64) 및 전원(61)을 구비한 점이 상이하다.
본 실시형태도 못 관통 시험 후에 전지 셀(1)의 무게 변화를 안전하게 측정할 수 있는 것을 목적으로 하고 있기 때문에, 못 관통 시험 챔버(10)에서 못 관통 시험을 행한 후 전지 셀(1)을 이동시키지 않고 후처리를 행한다. 또한, 본 실시형태도 못 관통 시험을 위한 부재(승강수단 지지대(11), 못 승강수단(12,13), 가압판(14) 및 못(15)이 설치되어 있다.
또한, 본 실시형태 역시 방폭저울(20)을 구비하고 있으므로, 못 관통 시험 전후로 전지 셀의 무게 측정을 안전하게 행할 수 있다. 상기 방폭저울(20) 상에 전지 셀(1)을 지지하는 스테이지(40)가 설치되며, 도 1의 실시형태와 마찬가지로 전지 셀(1)의 외관 변화를 촬영하기 위하여 카메라(50)를 못 관통 시험 챔버(10) 내의 소정 위치에 적어도 1개 이상 설치할 수 있다.
도 3은 도 2의 실시형태의 후처리장치로 후처리할 경우의 전지 셀의 잔존 전위 소모기구를 나타낸 개략도이다
도 1의 실시형태는 전지 셀(1)과 전기적으로 연결되는 충방전기(30)로 못 관통 시험 후에 그 전지 셀(1)의 정격용량보다 높은 과전압을 가하여 전지 셀을 후처리하지만, 도 2 및 도 3의 실시형태는 이러한 충방전기를 설치하지 않고 대신 션트 저항(64) 및 전원(61)을 전지 셀에 연결하여 도 3과 같은 전기 회로를 구성하였다. 도 1의 실시형태와 같이, 높은 과전압을 가하여 전지 셀(1)을 예컨대 발화시켜 폐기하는 경우에는, 신속하게 전지 셀을 후처리할 수 있다는 장점이 있지만 못 관통 시험 챔버(10) 내에 전지 셀(1)의 파편이나 잔해가 남을 수 있다. 이 경우 못 관통 시험 챔버(10)에 설치된 구조물, 내장이 일부 손상되거나, 챔버(10)를 일일이 청소하여야 하는 부담이 있다.
하지만, 도 2 및 도 3의 실시형태는 전지 셀에 션트 저항(64)을 연결하여 전지 셀의 잔존전위를 소모시키는 방식으로 후처리를 할 수 있다. 도 3에는 이러한 전기회로(60)가 잘 도시되어 있다. 즉, 전지 셀(1)의 양측 단자(1a)에 전원(61)과 션트 저항(64)을 직렬로 각각 연결하고 이 전기회로를 통전시키면, 못 관통 시험 후에 상기 전지 셀의 잔존전위가 소모되어 전지의 잔존 용량(SOC(State Of Charge))가 낮아진다. 도 3에서 부호 62 및 63은 릴레이 및 전선을 각각 나타낸다. 도 1의 실시형태에 비하여 도 2,3의 실시형태는 못 관통 시험 후의 전지 셀(1)을 안전한 상태, 즉 지연 발화 가능성이 높지 않은 SOC가 낮은 상태로 만들 수 있다. 따라서, 이 경우에는 전지 셀을 발화시키지 않을 수 있어 못 관통 시험 챔버 내부 손상이나 챔버 내부를 청소할 필요 없이 해당 전지 셀을 챔버로부터 꺼내어 폐기할 수 있다. 도 3에서는 전지 셀, 션트 저항, 전원으로 전기회로가 구성된 것을 개략적으로 나타낸 것이지만, 도 2와 같이, 상기 션트 저항 및 전원을 못 관통 시험 챔버 외부에 설치하는 것이 바람직하다. 상기 전기회로를 통전시켜 전지 셀의 잔존전위를 소모시키는 과정에서도 불측의 이유로 인하여 발화나 폭발이 발생할 가능성이 없다고는 할 수 없기 때문에, 션트 저항 및 전원을 보호하기 위하여 챔버 외부에 설치하는 것이 바람직하다. 도 2에서 부호 70은 션트 저항 및 전원을 지지하기 위한 지지대이다.
본 실시형태 역시 무게 측정 및 외관을 촬영할 수 있으므로, 전지 셀(1)의 지연발화에 의한 위험성으로부터 실험자들을 안전하게 보호할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 못 관통 시험 후처리방법을 나타낸 것이다.
본 실시형태의 후처리방법은, (a) 못 관통 시험 전의 전지 셀의 무게를 측정하는 단계; (b) 못 관통 시험을 행하는 단계; (c) 못 관통 시험 후에 못 관통 시험 챔버 내에 배치된 방폭저울에 의하여 전지 셀의 무게를 측정하여 못 관통 시험 전후의 전지 셀의 무게 변화를 산출하는 단계; 및 (d) 전지 셀의 무게 측정 후 상기 못 관통 시험 챔버 내에서 전지 셀이 파괴될 때까지 상기 전지 셀을 가혹 과충전시키는 단계; 를 포함한다.
(a)단계에서 못 관통 시험에 의하여 전지 셀이 받는 영향을 평가하기 위하여, 못 관통 시험 전에 먼저 전지 셀의 무게를 측정한다. 못 관통 시험 전의 무게 측정은 못 관통 시험 챔버 외부 혹은 그 내부에서 행할 수 있다. 다만, 도 1과 같이 방폭저울이 설치된 못 관통 시험 챔버 내에서 무게를 측정하면 못 관통 시험 전후의 전지 셀의 무게 변화를 편리하게 파악할 수 있다.
(b)단계에서, 도 1 및 도 2에 개시된 것과 같은 못 관통시험 부재들을 이용하여 전지 셀의 못 관통 시험을 행한다.
(c)단계에서, 못 관통 시험 후에 못 관통 시험 챔버 내에 설치된 방폭저울에 의하여 전지 셀의 무게를 측정한다. 상기 방폭저울은 못 관통 시험 시의 전지 셀에 의한 발화 등은 물론, 못 관통 시험 후의 전지 셀에 의한 지연발화나 폭발의 충격을 충분히 견딜 수 있다. 또한, 못 관통 시험 후에도 전지 셀은 못 관통 시험 챔버 외부로 유출되지 않고 못 관통 시험 챔버 내에서 방폭저울에 의하여 무게가 측정되므로, 실험자들의 안전이 보장될 수 있다. 못 관통 시험 후 전지 셀의 무게를 측정하면 못 관통 시험에 의하여 무게가 어느 정도 변화하였는지 구체적으로 파악할 수 있다. 이에 의하여 해당 전지 셀의 위험 레벨을 판정할 수 있다. 또한, 못 관통 시험 후 소정 시간 동안 상기 전지 셀의 시간에 따른 무게 변화를 관찰할 수 있다. 전지 셀에 따라서 못 관통 시험 후 현저한 무게 변화를 겪는 경우도 있지만, 일정 시간에 걸쳐 무게가 변화하는 경우도 있기 때문에 못 관통 시험 후 시간에 따른 무게 변화는 전지 셀 성능이나 위험 레벨 평가시 중요한 파라미터가 된다. 한편, 방폭저울(20)에 의한 전지 셀의 무게 측정 전에 방폭저울(20)에서 전지 셀(1)과 함께 측정되는 스테이지(40), 충방전지그(32) 등의 무게는 미리 측정해 두어 전지 셀의 무게 변화 계산시 상수로서 간주할 있다.
(d)단계에서, 전지 셀(1)의 무게 측정 후 상기 못 관통 시험 챔버(10) 내에서 전지 셀이 파괴될 때까지 전지 셀을 가혹 과충전시킨다. 즉, 본 발명은 못 관통 시험 및 못 관통 시험 후의 무게 측정을 모두 못 관통 시험 챔버(10) 내에서 행할 뿐만 아니라, 전지 셀을 못 관통 시험 챔버 내에서 파괴시켜 전지 셀이 지연발화하는 것에 의한 폭발로부터 실험자들을 보호하고 있다. 이러한 가혹 과충전은 상기 전지 셀의 과충전 시험 조건보다 높은 전압으로 행할 수 있다. 예컨대, 5V 이하의 정격용량의 파우치형 전지인 경우, 과충전 시험시 6.3V, 6.4V, 8.3V, 8,5V의 과전압을 가하는 것을 고려할 수 있다. 하지만, 본 발명의 가혹 과충전은 상기 과충전 전압보다 훨씬 높은 20V 또는 그 전후의 과전압으로 전지 파괴시까지 과충전할 수 있다. 가혹 과충전 전압이 높을수록 전지 파괴에 걸리는 시간이 짧아진다. 가혹 과전압의 선택은 못 관통 시험 챔버와 방폭저울의 내구성, 장비 성능이나 환경 등을 고려하여 적절하게 결정할 수 있다.
한편, 이러한 가혹 과충전은, 못 관통 시험 챔버 외부에 배치된 충방전기(30) 에 의하여 행하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 전지 셀(1)과 챔버(10) 외부에 배치된 충방전기(30)와 전선(31)으로 연결하여 가혹 과충전을 행하더라도, 충방전기(30)의 손상을 방지할 수 있다. 못 관통 시험 후로부터 전지 파괴시까지 소요되는 시간은 대략 수시간, 예컨대 2~3시간이 소요될 수 있다.
(e)단계로서, 상기 가혹 과충전 후 상기 못 관통 시험 챔버(10)로부터 파괴된 전지 셀(1)을 꺼내어 폐기할 수 있다. 본 발명은 이와 같이, 못 관통 시험, 무게 측정, 전지 파괴가 모두 못 관통 시험 챔버 내에서 행해지므로, 전지 셀의 지연 발화에 의한 안전사고의 위험성을 없앨 수 있다. 또한, 본 실시형태에서 상기 못 관통 시험 후의 무게 변화 측정 시에 못 관통 시험 챔버(10) 내의 소정 위치에 적어도 1개 이상 설치된 카메라(50)에 의하여 상기 전지 셀의 외관 변화를 촬영하면, 못 관통 시험에 의하여 전지 셀 외관에 미치는 영향을 잘 파악할 수 있다. 카메라(50) 는 전지 셀(1) 의 외관 변화를 잘 촬영할 수 있는 곳, 혹은 전지 셀 외관이 크게 변하는 곳, 예컨대 파우치형 전지의 가스포켓이 형성된 부분에 인접하여 설치할 수 있다. 따라서, 못 관통 시험 챔버(10) 내의 적절한 위치에 적어도 1개 이상 설치하여 외관을 촬영할 수 있다.
한편, 상기 방폭저울(20) 에 의한 전지 셀(1)의 무게는 예컨대 못 관통 시험 챔버(10) 에 관찰 창을 형성하여 상기 관찰 창으로부터 방폭저울(20)의 수치판(21) 을 확인하여 파악할 수 있다. 혹은, 상기 카메라(50)를 상기 방폭저울의 수치판(21) 을 확인할 수 있는 위치에 설치하면, 상기 방폭저울(20)로 측정되는 전지 셀의 무게 변화를 상기 카메라(50)에 의하여 실시간으로 파악할 수 있다.
부가적으로, 상기 방폭저울(20)은 전지 셀(1)이 파괴될 때까지의 무게 및 파 괴 후의 무게도 측정할 수 있다. 또한, 상기 카메라(50)도 전지 셀 파괴시까지의 전지 셀 외관을 촬영할 수 있으므로, 못 관통 시험 후 전지 셀 파괴시까지의 전지 셀의 성상 변화를 보다 명확하게 파악할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 못 관통 시험 후처리방법을 나타낸 것이다.
본 실시형태의 후처리방법은, (a) 못 관통 시험 전의 전지 셀의 무게를 측정하는 단계; (b) 못 관통 시험을 행하는 단계; (c) 못 관통 시험 후에 못 관통 시험 챔버 내에 배치된 방폭저울에 의하여 전지 셀의 무게를 측정하여 못 관통 시험 전후의 전지 셀의 무게 변화를 산출하는 단계; 및 (d)' 상기 못 관통 시험 후, 상기 전지 셀의 잔존 전위를 소모시키는 단계; 를 포함한다.
(a)단계에서 못 관통 시험에 의하여 전지 셀이 받는 영향을 평가하기 위하여, 못 관통 시험 전에 먼저 전지 셀의 무게를 측정하는 단계, (b) 단계에서 못 관통 시험을 행하는 단계, (c) 단계에서 방폭 저울에 의하여 못 관통 시험 전후의 전지 셀의 무게 변화를 산출하는 단계는, 도 4에 도시된 후처리방법과 동일하다.
본 발명의 후처리방법은 (d)' 단계에서, 못 관통 시험 후 전지 셀의 잔존 전위를 소모시키는 단계를 포함한다. 상기 잔존 전위의 소모는, 도 3과 같이 전지 셀의 단자들과 전기적으로 연결되는 션트 저항 및 전원을 포함하는 전기회로를 통전시키는 것에 의하여 행할 수 있다. 예컨대 잔존 전위가 소모되어 전지 셀의 SOC가 30% 이하가 되면, 못 관통 시험 후의 전지 셀이 발화나 폭발할 가능성이 크게 줄어든다.
한편, 상기 션트 저항은 전지의 종류, 전류의 크기를 고려하여 적절하게 결정할 수 있다. 예컨대 전기회로에 통하는 전류가 너무 높은 경우, 전지 셀의 폭발 또는 발화의 위험이 있으므로, 너무 낮은 션트 저항은 바람직하지 않다. 반면, 저항이 너무 크면 SOC를 낮추기 위하여 도달하는 시간이 너무 길어서 후처리 효율성이 떨어진다. 따라서, 위험요소와 효율성을 고려하여 적절한 크기의 션트저항을 선택할 필요가 있다. 하나의 예로서, 25mΩ의 션트 저항을 택할 경우, 전류를 크게 높이지 않으면서도 비교적 신속하게 잔존 전위를 소모시킬 수 있다.
이후, (e)단계로서, 잔존 전위가 소모된 전지 셀(1)을 상기 못 관통 시험 챔버(10)로부터 꺼내어 폐기할 수 있다. 본 실시형태는 이와 같이, 못 관통 시험, 무게 측정, 전지의 잔존 전위 소모가 모두 못 관통 시험 챔버 내에서 행해지므로, 전지 셀의 지연 발화에 의한 안전사고의 위험성을 없앨 수 있다. 또한, 본 실시형태에서 상기 못 관통 시험 후의 무게 변화 측정 시에 못 관통 시험 챔버(10) 내의 소정 위치에 적어도 1개 이상 설치된 카메라(50)에 의하여 상기 전지 셀의 외관 변화를 촬영하면, 못 관통 시험에 의하여 전지 셀 외관에 미치는 영향을 잘 파악할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 전지 셀의 못 관통 시험 후처리장치 및 후처리방법에 의하면, 못 관통 시험 후 전지 셀의 폐기시까지 불안정한 상태의 전지 셀을 못 관통 시험 챔버 내에 위치한 상태로 무게 측정 및 외관을 촬영할 수 있다. 따라서, 고객사에 요구에 의한 못 관통 시험 후의 전지 셀 무게 및 외관 변화를 안전하게 파악할 수 있다.
또한, 무게측정 및 외관 촬영 후에는 못 관통 시험 챔버 내에서 곧바로 전지 셀을 파괴하여 폐기할 수 있으므로, 전지 셀을 안전하게 후처리할 수 있다는 장점이 있다.
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.
1: 전지 셀
1a: 전지 단자
10: 못 관통 시험 챔버
11: 지지대
12: 구동모터
13: 승강축
14: 가압판
15: 관통 못
20: 방폭저울
21: 수치판
30: 충방전기
31: 전선
32: 충방전지그
40: 스테이지
S: 공간
50: 카메라
60: 전기회로
61: 전원
62: 릴레이
63: 전선
64: 션트 저항
70: 지지대
100,200:후처리장치

Claims (16)

  1. 못 관통 시험 챔버;
    상기 못 관통 시험 챔버 내에 설치되고 못 관통 시험 전후의 전지 셀의 무게 를 측정하는 방폭저울; 및
    상기 전지 셀과 전기적으로 연결되고 못 관통 시험 후에 상기 전지 셀의 정격용량보다 높은 과전압을 가할 수 있는 충방전기를 포함하는 전지 셀의 못 관통 시험 후처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전지 셀을 지지하며 방폭저울 상에 배치되는 스테이지를 더 포함하는 전지 셀의 못 관통 시험 후처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충방전기는 상기 못 관통 시험 챔버 외부에 설치되는 전지 셀의 못 관통 시험 후처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 못 관통 시험 챔버 내의 소정 위치에 적어도 1개 이상 설치되어 상기 전지 셀의 외관 변화를 촬영하는 카메라를 더 포함하는 전지 셀의 못 관통 시험 후처리장치.
  5. 못 관통 시험 챔버;
    상기 못 관통 시험 챔버 내에 설치되고 못 관통 시험 전후의 전지 셀의 무게 를 측정하는 방폭저울; 및
    못 관통 시험 후에 상기 전지 셀의 잔존 전위를 소모시키기 위하여 상기 전지 셀의 전극 단자들과 전기적으로 연결되어 전기회로를 형성하는 션트 저항 및 전원을 포함하는 전지 셀의 못 관통 시험 후처리장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전지 셀을 지지하며 방폭저울 상에 배치되는 스테이지를 더 포함하는 전지 셀의 못 관통 시험 후처리장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 션트 저항 및 전원은 상기 못 관통 시험 챔버 외부에 설치되는 전지 셀의 못 관통 시험 후처리장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 못 관통 시험 챔버 내의 소정 위치에 적어도 1개 이상 설치되어 상기 전지 셀의 외관 변화를 촬영하는 카메라를 더 포함하는 전지 셀의 못 관통 시험 후처리장치.
  9. 못 관통 시험 전의 전지 셀의 무게를 측정하는 단계;
    못 관통 시험을 행하는 단계;
    못 관통 시험 후에 못 관통 시험 챔버 내에 배치된 방폭저울에 의하여 전지 셀의 무게를 측정하여 못 관통 시험 전후의 전지 셀의 무게 변화를 산출하는 단계; 및
    전지 셀의 무게 측정 후 상기 못 관통 시험 챔버 내에서 전지 셀이 파괴될 때까지 상기 전지 셀을 가혹 과충전시키는 단계; 를 포함하는 전지 셀의 못 관통 시험 후처리방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가혹 과충전은 상기 전지 셀의 과충전 시험 조건보다 높은 전압으로 과충전하는 전지 셀의 못 관통 시험 후처리방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 가혹 과충전 후 상기 못 관통 시험 챔버로부터 파괴된 전지 셀을 꺼내어 폐기하는 단계를 더 포함하는 전지 셀의 못 관통 시험 후처리방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 못 관통 시험 후의 무게 변화 측정 시에 못 관통 시험 챔버 내의 소정 위치에 적어도 1개 이상 설치된 카메라에 의하여 상기 전지 셀의 외관 변화를 촬영하는 단계를 더 포함하는 전지 셀의 못 관통 시험 후처리방법.
  13. 못 관통 시험 전의 전지 셀의 무게를 측정하는 단계;
    못 관통 시험을 행하는 단계;
    못 관통 시험 후에 못 관통 시험 챔버 내에 배치된 방폭저울에 의하여 전지 셀의 무게를 측정하여 못 관통 시험 전후의 전지 셀의 무게 변화를 산출하는 단계; 및
    상기 못 관통 시험 후, 상기 전지 셀의 잔존 전위를 소모시키는 단계; 를 포함하는 전지 셀의 못 관통 시험 후처리방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 잔존 전위의 소모는 상기 전지 셀의 전극 단자들과 전기적으로 연결되는 션트 저항 및 전원을 포함하는 전기회로를 통전시키는 것에 의하여 행하는 전지 셀의 못 관통 시험 후처리방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 전지 셀의 잔존 용량(SOC)이 30% 이하가 될 때까지 잔존 전위를 소모시키는 전지 셀의 못 관통 시험 후처리방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 못 관통 시험 후의 무게 변화 측정 시에 못 관통 시험 챔버 내의 소정 위치에 적어도 1개 이상 설치된 카메라에 의하여 상기 전지 셀의 외관 변화를 촬영하는 단계를 더 포함하는 전지 셀의 못 관통 시험 후처리방법.
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