KR20220169787A - 미세 진동을 이용한 전극 탭 단선 검출 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전극 탭 단선 검출 장치에 관한 것으로, 전지셀의 일측에서 전지셀 내부를 향해 소정의 파형을 갖는 미세 진동을 인가하는 적어도 한 개의 미세 진동 발생기; 전지셀 내부를 통과한 미세 진동을 수신하여, 수신된 미세 진동의 파형을 측정하는 적어도 한 개의 파형 측정기; 및 미세 진동 발생기에서 인가된 미세 진동의 파형과 파형 측정기에서 수신된 미세 진동의 파형을 비교 분석하여 전극 탭의 단선 발생 여부를 검출하는 검출부; 를 포함한다.
Description
본 발명은 전극 탭 단선 검출 장치에 관한 것으로, 상세하게는 미세 진동을 이용하여 전극 탭의 단선을 검출하는 장치에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류되며, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
상기 양극 및 음극은 각각 양극 집전체 및 음극 집전체에 양극 활물질을 포함하는 양극 슬러리 및 음극 활물질을 포함하는 음극 슬러리를 도포한 후, 이를 건조 및 압연하여 형성된다.
한편, 상기 전극 조립체에는 전지셀과 외부와의 연결을 위하여 일측에 전극 탭이 형성되며, 상기 전극 탭에는 전극 리드가 용접된다. 전극 리드는 전지 케이스의 외부로 인출된다.
그런데, 전극의 제조 공정 및 전극 조립체의 조립 공정 중에는 유지부와 무지부의 연신율 차이, 용접에 의한 물리적 외력 등의 이유로 전극 탭에 균열로 인한 단선이 발생할 수 있고, 나아가 이 같은 균열은 저전압 불량을 야기한다. 종래에는 이러한 균열을 검출하기 위해 X-레이 검사법 또는 와전류 검사법 등을 사용했다. 그러나 이와 같이 X-레이 또는 와전류를 사용하여 측정하는 방법은 전극 탭에서 발생한 균열의 길이가 미세할 경우 이를 검출하기 어렵다는 문제가 있다.
따라서, 간단한 구조를 가지면서도 전극 탭 부분에서의 단선 발생을 정확하게 검출할 수 있는 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 전극 탭 부분에 발생하는 균열로 인한 단선을 정확하게 검출할 수 있는 전극 탭 단선 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 일측 또는 양측에 각각 적어도 하나 이상의 전극 탭들이 형성된 전극 조립체가 전지 케이스 내에 수납되고, 상기 전극 탭이 전지 케이스의 외부로 인출된 전극 리드에 연결된 구조를 갖는 전지셀에 대한 전극 탭 단선 검출 장치에 관한 것으로서, 상기 전극 탭 단선 검출 장치는 전지셀의 일측에서 전지셀 내부를 향해 소정의 파형을 갖는 미세 진동을 인가하는 적어도 한 개의 미세 진동 발생기; 전지셀 내부를 통과한 미세 진동을 수신하여, 수신된 미세 진동의 파형을 측정하는 적어도 한 개의 파형 측정기; 및 미세 진동 발생기에서 인가된 미세 진동의 파형과 파형 측정기에서 수신된 미세 진동의 파형을 비교 분석하여 전극 탭의 단선 발생 여부를 검출하는 검출부; 를 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 미세 진동 발생기는, 미세 진동의 파형을 결정하는 신호를 출력하는 함수 발생기; 및 상기 함수 발생기로부터 신호를 전달받아 결정된 파형대로 물리적인 미세 진동을 인가하는 바이브레이터를 포함할 수 있다.
상기 미세 진동 발생기는 전극 리드에 연결되어, 전극 리드를 통해 전지셀 내부를 향하여 미세 진동을 인가할 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 미세 진동 발생기는 양극 리드에 미세 진동을 인가하는 제1 미세 진동 발생기; 및 음극 리드에 미세 진동을 인가하는 제2 미세 진동 발생기를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제1 미세 진동 발생기 및 제2 미세 진동 발생기는 동시에 또는 교대로 미세 진동을 인가할 수 있다.
상기 파형 측정기는 전지셀의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 각각 적어도 한 개 이상이 위치할 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 파형 측정기는 전지셀을 길이 방향으로 이등분하는 중심선과 양극 탭 사이 영역에 위치하여, 양극 리드에 인가된 미세 진동을 수신하는 적어도 한 개의 제1 파형 측정기; 및 전지셀을 길이 방향으로 이등분하는 중심선과 음극 탭 사이 영역에 위치하여, 음극 리드에 인가된 미세 진동을 수신하는 적어도 한 개의 제2 파형 측정기; 를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 제1 파형 측정기는 전극 조립체의 양극 탭이 연결된 가장자리 영역에 위치하며, 상기 제2 파형 측정기는 전극 조립체의 음극 탭이 연결된 가장자리 영역에 위치할 수 있다.
하나의 예에서, 상기 제1 파형 측정기는 전지셀의 상면과 하면에서 전지 케이스에 접촉하되, 전지셀을 폭 방향으로 이등분하는 중심선을 기준으로 대칭을 이루도록 전지셀의 폭 방향을 따라 배열될 수 있다.
다른 하나의 예에서, 상기 제1 파형 측정기는 전지셀의 폭 방향 양측 단부에 위치할 수 있다.
또한, 하나의 예에서, 상기 제2 파형 측정기는 전지셀의 상면과 하면에서 전지 케이스에 접촉하되, 전지셀을 폭 방향으로 이등분하는 중심선을 기준으로 대칭을 이루도록 전지셀의 폭 방향을 따라 배열될 수 있다.
또한, 다른 하나의 예에서, 상기 제2 파형 측정기는 전지셀의 폭 방향 양측 단부에 위치할 수 있다.
상기 검출부는 파형 측정기에서 수신된 미세 진동의 파형에 왜곡이 발생한 경우 전극 탭에 단선이 발생한 것으로 판정할 수 있다.
또한, 상기 검출부는 다수 개의 파형 측정기에서 검출된 미세 진동의 파형 차이를 종합하여 전극 탭에 발생한 단선의 위치 및 크기를 예측할 수 있다
한편, 상기 검출부는 인가된 미세 진동의 파형과 수신된 미세 진동의 파형의 차이가 하기 조건 중 적어도 하나를 만족할 경우 전지셀을 양품으로 판정할 수 있다.
[조건 1]
인가된 미세 진동의 파형과 수신된 미세 진동의 파형이 나타내는 피크의 면적 변화율이 10% 이내이다.
[조건 2]
인가된 미세 진동의 파형과 수신된 미세 진동의 파형이 나타내는 피크의 진폭 및 주파수의 변화율이 10% 이내이다.
또한, 본 발명은 전극 탭 단선 검출 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 전극 탭 단선 검출 방법은 전극 탭의 일 측에서 미세 진동 발생기를 통해 전지셀의 내부로 미세 진동을 인가하는 단계; 전지셀 내부를 통과한 미세 진동을 파형 측정기를 통해 수신하여, 수신된 미세 진동의 파형을 측정하는 단계; 및 미세 진동 발생기에서 인가된 미세 진동의 파형과 파형 측정기에서 수신된 미세 진동의 파형을 검출부를 통해 비교 분석하여 전극 탭의 단선 발생 여부를 검출하는 단계; 를 포함한다.
또한, 본 발명은 전지셀을 제공한다.
상기 전지셀은 일측 또는 양측에 각각 적어도 하나 이상의 전극 탭들이 형성된 전극 조립체가 전지 케이스 내에 수납되고, 상기 전극 탭이 전지 케이스의 외부로 인출된 전극 리드에 연결된 구조이며, 전극 탭의 일 측에서 전지셀의 내부로 미세 진동을 인가하고, 전지셀 내부를 통과한 미세 진동을 수신하였을 때, 하기 조건 중 적어도 하나를 만족할 수 있다.
[조건 1]
인가된 미세 진동의 파형과 수신된 미세 진동의 파형이 나타내는 피크의 면적 변화량이 10% 이내이다.
[조건 2]
인가된 미세 진동의 파형과 수신된 미세 진동의 파형이 나타내는 피크의 진폭의 변화량이 10% 이내이다.
본 발명은 전극 리드에 미세 진동을 인가하여 검출되는 미세 진동의 파형을 비교 분석함으로써 전극 탭 부분에 발생하는 균열로 인한 단선을 정확하게 검출할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 검출 방법에 의해, 전극 탭 부분의 단선 발생이 최소화된 전지셀을 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 전지셀의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전극 탭 단선 검출 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전극 탭 단선 검출 장치의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 탭 단선 검출 장치의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 탭 단선 검출 장치의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 6은 단선이 발생한 전지셀 또는 정상 전지셀의 파형 변화를 예시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 전극 탭 단선 검출 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전극 탭 단선 검출 장치의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 탭 단선 검출 장치의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 탭 단선 검출 장치의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 6은 단선이 발생한 전지셀 또는 정상 전지셀의 파형 변화를 예시한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 “상에” 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
한편, 본 출원에서, 전지셀의 “길이 방향”이란 전극 탭이 인출된 방향(x축 방향)을 의미하며, “폭 방향”이란 상기 길이 방향에 수직한 방향을 의미한다.
이하 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
본 발명에 따른 전극 탭 단선 검출 장치는 전지셀의 일측에서 전지셀 내부를 향해 소정의 파형을 갖는 미세 진동을 인가하는 적어도 한 개의 미세 진동 발생기; 전지셀 내부를 통과한 미세 진동을 수신하여, 수신된 미세 진동의 파형을 측정하는 적어도 한 개의 파형 측정기; 및 미세 진동 발생기에서 인가된 미세 진동의 파형과 파형 측정기에서 수신된 미세 진동의 파형을 비교 분석하여 전극 탭의 단선 발생 여부를 검출하는 검출부; 를 포함한다.
앞서 설명한 바와 같이, 종래에는 전극 탭의 단선 검출을 위해 X-레이를 이용한 CT 검사법 또는 와전류 검사법 등을 사용했다. 그러나 X-레이 또는 와전류를 사용하여 측정하는 방법은 측정 시간이 오래 걸리고, 전극 탭에서 발생한 균열의 길이가 미세할 경우 이를 검출하기 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은 전극 리드에 미세 진동을 인가하여 검출되는 미세 진동의 파형을 비교 분석함으로써 전극 탭 부분에 발생하는 균열로 인한 단선을 정확하게 검출할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 분리막 손상 검출 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 전지셀의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 전지셀(1)은 일측 또는 양측에 각각 적어도 하나 이상의 전극 탭(30, 40)들이 형성된 전극 조립체(20)가 전지 케이스(10) 내에 수납되고, 상기 전극 탭(30, 40)이 전지 케이스(10)의 외부로 인출된 전극 리드(31, 41)에 연결된 구조이다. 예를 들어, 상기 전극 리드(31, 41)는 양극 리드(31) 및 음극 리드(41)를 포함하는데, 양극 리드(31) 및 음극 리드(41)는 전지 케이스(10)에서 서로 반대 방향으로 인출될 수 있으나, 그 구조가 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전극 조립체 및 이를 구성하는 요소들에 관한 내용은 통상의 기술자에게 공지되어 있는 사항이므로 자세한 설명을 생략한다.
한편, 상기 전지 케이스(10)는 전지의 포장을 위한 외장재로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 원통형, 각형 또는 파우치형이 사용될 수 있으나, 상세하게는 파우치형 전지 케이스가 사용될 수 있다. 파우치형 전지 케이스는 통상적으로 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있으며, 밀봉을 위한 내부 실란트층, 물질의 침투를 방지하는 금속층, 및 케이스의 최외곽을 이루는 외부 수지층으로 구성될 수 있다. 이하 전지 케이스에 대한 구체적인 내용은 통상의 기술자에게 공지된 사항이므로 자세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 전극 탭 단선 검출 장치의 구성을 나타낸 블록도이며, 도 3은 본 발명에 따른 전극 탭 단선 검출 장치의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전극 탭 단선 검출 장치(100)는 미세 진동 발생기(110), 파형 측정기(120) 및 검출부(130)를 포함한다.
먼저, 미세 진동 발생기(110)는 전지셀(100)의 일측에서 전지셀(100)과 접촉하며, 전지셀(100) 내부를 향해 소정의 파형을 갖는 미세 진동을 인가한다. 상기 미세 진동 발생기(110)는 전지셀(100)에 적어도 하나 이상 접촉한 상태로 배치될 수 있다.
구체적으로, 상기 미세 진동 발생기(110)는 물리적으로 미세한 진동을 발생시킬 수 있으며, 미세 진동의 파형을 결정하는 신호를 출력하는 함수 발생기(111); 및 상기 함수 발생기(111)로부터 신호를 전달받아 결정된 파형대로 물리적인 미세 진동을 인가하는 바이브레이터(112)를 포함할 수 있다. 일반적으로 미세 진동을 발생시키는 방법으로는 전술한 바와 같은 바이브레이터를 사용하는 방법 외에 초음파를 통해 진동을 인가하는 방법 등이 있으나, 초음파를 인가하는 경우 파형의 조절 및 미세 진동을 원하는 경로를 따라 인가하는 것이 어렵고, 장비의 조절이 어려우며, 미세한 단선 발생 시 검출이 어렵다는 문제가 있다. 이에 비해 본 발명은 미세하게 진동하는 바이브레이터를 사용함으로써, 원하는 파형으로 미세 진동을 쉽게 발생시킬 수 있으며, 후술하는 바와 같이 전극 리드를 통해 전극 탭에 직접 미세 진동을 인가함으로써 미세 균열에 대한 검출력을 향상시킬 수 있다.
상기 함수 발생기(111)는 미세 진동의 파형을 결정하는 신호(진동 신호)를 출력하며, 예를 들어 정현파, 구형파, 삼각파, 톱니파 등의 파형에 따라 전압 형태의 신호를 출력할 수 있다. 또한, 미세 진동 발생기는 증폭기를 더 포함하는바, 함수 발생기에서 변환된 신호는 증폭기 등을 거쳐서 증폭되고, 바이브레이터로 전달됨으로써 바이브레이터가 소정의 파형으로 미세 진동을 인가할 수 있다.
상기 바이브레이터(112)로는, 예를 들어 쉐이커(Shaker)와 임펄스 햄머(Impulse hammer) 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 쉐이커는 통상 전자기력을 이용해 가진하며 평가 대상 전지셀의 전극 리드에 직접 부착되어 미세 진동을 인가한다. 이 경우 장치가 작고 제어 피드백을 이용해 힘 크기도 쉽게 조절할 수 있는 장점을 가지고 있다. 임펄스 햄머는 그 머리부분에 (두드리는 부분의 반대쪽) 힘 변환기를 가지고 있으며 대상 구조물을 두드려서 충격함수의 힘을가하게 된다.
한편, 상기 미세 진동의 진폭 및 주파수는 전지셀의 크기에 따라서 적절히 설정될 수 있으며, 예를 들어, 진폭은 1 내지 100㎛, 1 내지 50㎛ 또는 1 내지 20㎛의 범위일 수 있고, 주파수는 1 내지 500Hz, 1 내지 300Hz 또는 1 내지 200Hz의 범위일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3을 참조하면, 상기 미세 진동 발생기(110)는 전극 리드(31, 41)에 연결된다. 도 1과 같이 전극 리드(31, 41)는 전극 탭(30, 40)에 용접되어 전극 조립체(20)와 전기적으로 연결되어 있는 구조이므로, 미세 진동 발생기(110)를 전극 리드에 연결함으로써 전극 리드에 인가된 미세 진동이 전극 리드를 경유하여 전극 탭으로 전달되며, 이로써 전극 탭에 직접적으로 미세 진동을 인가하여 단선 여부를 검출할 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 상기 미세 진동 발생기(110)는 양극 리드(31)에 미세 진동을 인가하는 제1 미세 진동 발생기(110a) 및 음극 리드(41)에 미세 진동을 인가하는 제2 미세 진동 발생기(110b)를 포함할 수 있다. 양극 리드(31) 및 음극 리드(41)에 각각 미세 진동을 인가함으로써 양극 탭(30) 및 음극 탭(40)의 단선 발생 여부를 검출할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 미세 진동 발생기(110a) 및 제2 미세 진동 발생기(110b)는 동시에 또는 교대로 미세 진동을 인가할 수 있다.
미세 진동 발생기(110)가 전극 리드(31, 41)를 통해 전지셀 내부를 향하여 미세 진동을 인가하면, 상기 미세 진동은 전극 리드(31, 41) 및 전극 리드(31, 41)에 용접된 전극 탭(30, 40)을 경유하여 파형 측정기(120)로 수신된다. 상기 파형 측정기(120)는 전지셀(1) 내부를 통과한 미세 진동을 수신하여, 수신된 미세 진동의 파형을 측정한다. 상기 파형 측정기(120)는 수신된 미세 진동을 다시 전기적인 신호로 변환기(미도시) 및 변환된 신호를 디지털 신호로 변환하는 디지털 신호 처리기(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 변환기는 예를 들어 물질이 물리적인 힘이나 가속을 받으면 이에 비례하여 전기적 신호가 발생하는 피에조 현상을 또는 스트레인을 받으면 전기 저항이 변화하는 현상을 이용할 수 있다.
상기 파형 측정기(120)는 변환된 신호를 적절히 조정하는 신호 분석기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 신호 분석기는 아날로그 형태의 전기적 신호를 디지털 신호로 변환한 후 푸리에 변환 등의 과정을 거쳐 주파수 영역에서의 특징들로 가공된다.
상기 파형 측정기(120)는 적어도 한 개 이상이 존재할 수 있으며, 전지셀(1)의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 위치할 수 있고, 상세하게는 전지셀(1)의 상면 및 하면에 모두 위치할 수 있다. 상기 파형 측정기(120)는 전지 케이스(10)의 외면에 부착될 수 있다. 파형 측정기를 다수 개 구비함으로써 단선 검출력을 향상시킬 수 있고, 후술하는 바와 같이 단선의 크기 및 위치 등을 예측할 수 있다.
상기 파형 측정기(120)는 양극 탭(30)을 거쳐 수신되는 미세 진동과 음극 탭(40)을 거쳐 수신되는 미세 진동을 별도로 구분하여 수신한다. 구체적으로, 파형 측정기(120)는 양극 리드(31)에 인가된 미세 진동을 수신하는 적어도 한 개의 제1 파형 측정기(120a) 및 음극 리드(41)에 인가된 미세 진동을 수신하는 적어도 한 개의 제2 파형 측정기(120b)를 포함한다. 상기 제1 파형 측정기(120a)는 제2 파형 측정기(120b)에 비해 양극 리드(31)에 가까운 곳에 위치하고, 제2 파형 측정기(120b)는 상대적으로 음극 리드(41)에 가까운 곳에 위치하는데, 구체적으로 제1 파형 측정기(120a)는 전지셀(1)을 길이 방향으로 이등분하는 중심선(A)과 양극 탭(30) 사이 영역에 위치하며, 제2 파형 측정기(120b)는 전지셀(1)을 길이 방향으로 이등분하는 중심선(A)과 음극 탭(40) 사이 영역에 위치한다.
더욱 상세하게는 상기 제1 파형 측정기(120a)는 전극 조립체(20)의 양극 탭(30)이 연결된 가장자리 영역에 위치하며, 상기 제2 파형 측정기(120b)는 전극 조립체(20)의 음극 탭(40)이 연결된 가장자리 영역에 위치할 수 있다. 파형 측정기(120)를 검출 대상 전극 탭과 최대한 가깝게 위치시킴으로써, 전극 리드를 통해 인가된 미세 진동이 전극 탭을 통과한 직후 파형 측정기에 수신될 수 있으므로, 전극 탭의 단선이 아닌 다른 원인에 의해 미세 진동에 간섭이 일어나는 것을 최대한 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 탭 단선 검출 장치의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 4를 도 3과 함께 참조하면, 상기 제1 파형 측정기(120a)는 전지셀(1)의 상면과 하면에서 전지 케이스(10)에 접촉하되, 전지셀(1)의 폭 방향을 따라 일정하게 배열될 수 있다. 상세하게는, 전지셀(1)을 폭 방향으로 이등분하는 중심선(B)을 기준으로 대칭을 이루도록 전지셀(1)의 폭 방향을 따라 배열될 수 있다. 도 4에는 제1 파형 측정기(120a)가 전지셀(1)의 중심부 및 전지셀(1)의 폭 방향 양측 단부에 위치하는 것을 도시하였다.
또한, 제2 파형 측정기(120b)는 전지셀(1)의 상면과 하면에서 전지 케이스(10)에 접촉하되, 전지셀(1)의 폭 방향을 따라 일정하게 배열될 수 있다. 상세하게는, 전지셀(1)을 폭 방향으로 이등분하는 중심선(B)을 기준으로 대칭을 이루도록 전지셀(1)의 폭 방향을 따라 배열될 수 있다. 마찬가지로, 도 4에는 제2 파형 측정기(120b)가 전지셀(1)의 중심부 및 전지셀(1)의 폭 방향 양측 단부에 위치하는 것을 도시하였다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 탭 단선 검출 장치의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 파형 측정기(110a)는 전지셀(1)의 폭 방향 양측 단부에 위치할 수 있다. 마찬가지로, 상기 제2 파형 측정기(110b)는 전지셀의 폭 방향 양측 단부에 위치할 수 있다. 이는 전극 탭에 발생하는 균열이 일반적으로 폭 방향 가장자리에서 시작되므로, 파형 측정기를 전지셀의 폭 방향 단부에 위치시킬 경우 가장자리 부분의 균열을 거친 미세 진동을 바로 수신하여 전극 탭의 폭 방향 가장자리에서 발생한 단선을 정확하게 검출하기 위함이다. 이 경우, 도 3 및 도 5를 참조하면, 전지셀(1)의 상면 및 하면의 폭 방향 양측 단부에 총 4개의 제1 파형 측정기(120a)가 위치할 수 있으며, 제2 파형 측정기(120b) 또한 전지셀(1)의 상면 및 하면의 폭 방향 양측 단부에 총 4개 위치하는바, 총 8개의 파형 측정기가 사용될 수 있다. 이 때, 도 3과 같이 다수 개의 파형 측정기를 전지셀의 폭 방향을 따라 배열하더라도, 전지셀의 폭 방향 양측 단부에 파형 측정기를 위치시킬 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 상기 검출부(130)는 미세 진동 발생기(110)에서 인가된 미세 진동의 파형과 파형 측정기(120)에서 수신된 미세 진동의 파형을 비교 분석하여 전극 탭의 단선 발생 여부를 검출한다. 이를 위해, 상기 검출부(130)는 인가된 미세 진동의 파형과 수신된 미세 진동의 파형을 시각적으로 관측 가능하도록 출력할 수 있는 관측 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 관측 장치는 다양한 유형을 채택 가능하며, 예를 들어 오실로스코프를 사용할 수 있다.
도 6은 단선이 발생한 전지셀 또는 정상 전지셀의 파형 변화를 예시한 것이다.
본 발명에서, 상기 검출부는 파형 측정기에서 수신된 미세 진동의 파형에 왜곡이 발생한 경우 전극 탭에 단선이 발생한 것으로 판정할 수 있다. 예를 들어, 도 6과 같이 구형파(사각파) 형태의 파형을 갖는 미세 진동을 인가하였을 때, 정상인 경우(a) 파형 측정기를 통해 수신된 미세 진동은 전극 리드 및 전극 탭을 따라 전달되는 과정에서 진폭의 차이가 발생할 수는 있으나 그 파형의 형태는 일정하게 유지된다. 이에 비해, 전극 탭에 단선이 발생한 경우(b), 파형 자체가 기존 인가된 사각파 형태에서 왜곡이 된다. 이를 통해 전극 탭에 발생한 단선 검출 여부를 용이하게 알 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 단선 검출 장치는 파형 측정기를 다수 개 구비하므로, 다수 개의 파형 측정기에 수신된 미세 진동의 파형 차이를 각각 분석하여 종합함으로써 전극 탭에 발생한 단선의 위치 및 크기를 예측할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 단선 검출 장치는 파형의 왜곡 정도가 기설정된 범위 이내인 전지셀을 판별함으로써, 전극 탭 부위에 단선 발생이 없는 양품 전지셀을 선정할 수 있다.
본 발명에 따른 단선 검출 장치는 인가된 미세 진동의 파형과 수신된 미세 진동의 파형의 차이가 하기 조건 중 적어도 하나를 만족할 경우 전지셀을 양품으로 판정할 수 있다.
[조건 1]
인가된 미세 진동의 파형과 수신된 미세 진동의 파형이 나타내는 피크의 면적 변화율이 10% 이내이다.
[조건 2]
인가된 미세 진동의 파형과 수신된 미세 진동의 파형이 나타내는 피크의 진폭 및 주파수의 변화율이 10% 이내이다.
더욱 상세하게는, 상기 피크의 면적 변화율은 8% 이내, 5% 이내 또는 3% 이내일 수 있고, 피크의 진폭 및 주파수의 변화율은 8% 이내, 5% 이내 또는 3% 이내일 수 있다.
본 발명에서, 전극 리드에 인가된 미세 진동은 전극 리드, 전극 리드와 전극 탭 사이 용접부, 전극 탭 및 전극 조립체를 통과하여 파형 측정기에 도달한다. 이 과정에서 미세 진동의 에너지가 일부 손실될 수 있으며, 또한 전극 리드에 연결된 다수 개의 전극 탭으로 미세 진동의 에너지가 분산됨에 따라 파형 측정기에 도달하는 미세 진동의 에너지는 인가된 미세 진동에 비해 에너지가 감소한다.
이에 따라, 파형 측정기에 수신된 미세 진동의 파형은 전극 리드에 인가된 미세 진동의 파형에 비해 피크의 크기에서 일부 차이가 날 수 있다. 따라서, 상기와 같은 미세 진동의 에너지 감소분을 고려하여, 인가된 미세 진동의 파형과 수신된 미세 진동의 파형이 나타내는 피크의 면적 변화율이 10% 이내이거나, 인가된 미세 진동의 파형과 수신된 미세 진동의 파형이 나타내는 피크의 진폭 및 주파수의 변화율이 10% 이내일 경우 단선이 발생하지 않은 양품으로 판정할 수 있는 것이다. 전극 탭에 단선이 발생한 경우, 미세 진동이 단선 발생 지점을 지나치면서 파형에 왜곡이 발생하게 되며, 피크의 형태가 변형됨에 따라 피크의 면적, 또는 진폭 및 주파수가 크게 변화하게 된다.
또한, 본 발명은 전극 탭 단선 검출 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 전극 탭 단선 검출 방법은 전극 탭의 일 측에서 미세 진동 발생기를 통해 전지셀의 내부로 미세 진동을 인가하는 단계; 전지셀 내부를 통과한 미세 진동을 파형 측정기를 통해 수신하여, 수신된 미세 진동의 파형을 측정하는 단계; 및 미세 진동 발생기에서 인가된 미세 진동의 파형과 파형 측정기에서 수신된 미세 진동의 파형을 검출부를 통해 비교 분석하여 전극 탭의 단선 발생 여부를 검출하는 단계; 를 포함할 수 있다. 상기 미세 진동 발생기, 파형 측정기 및 검출기에 대한 설명은 전술한 바와 동일하다.
구체적으로, 상기 미세 진동을 인가하는 단계에서, 상기 미세 진동 발생기는, 미세 진동의 파형을 결정하는 신호를 출력하는 함수 발생기; 및 상기 함수 발생기로부터 신호를 전달받아 결정된 파형대로 물리적인 미세 진동을 인가하는 바이브레이터를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 미세 진동은 전극 리드를 통해 인가될 수 있으며, 상기 미세 진동 발생기는 양극 리드에 미세 진동을 인가하는 제1 미세 진동 발생기; 및 음극 리드에 미세 진동을 인가하는 제2 미세 진동 발생기를 포함할 수 있다. 상기 제1 미세 진동 발생기 및 제2 미세 진동 발생기는 동시에 또는 교대로 미세 진동을 인가할 수 있다.
상기 파형 측정기는 전지셀의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 각각 적어도 한 개 이상이 위치할 수 있으며, 전지셀을 길이 방향으로 이등분하는 중심선과 양극 탭 사이 영역에 위치하여, 양극 리드에 인가된 미세 진동을 수신하는 적어도 한 개의 제1 파형 측정기; 및 전지셀을 길이 방향으로 이등분하는 중심선과 음극 탭 사이 영역에 위치하여, 음극 리드에 인가된 미세 진동을 수신하는 적어도 한 개의 제2 파형 측정기; 를 포함할 수 있다.
상기 제1 파형 측정기는 전극 조립체의 양극 탭이 연결된 가장자리 영역에 위치하며, 상기 제2 파형 측정기는 전극 조립체의 음극 탭이 연결된 가장자리 영역에 위치할 수 있다. 아울러, 제1 파형 측정기 및 제2 파형 측정기는 전지셀의 상면과 하면에서 전지 케이스에 접촉하되, 전지셀을 폭 방향으로 이등분하는 중심선을 기준으로 대칭을 이루도록 전지셀의 폭 방향을 따라 배열될 수 있으며, 더욱 상세하게는 전지셀의 폭 방향 양측 단부에 위치할 수 있다.
한편, 상기 검출부는 파형 측정기에서 수신된 미세 진동의 파형에 왜곡이 발생한 경우 전극 탭에 단선이 발생한 것으로 판정할 수 있으며, 다수 개의 파형 측정기에서 검출된 미세 진동의 파형 차이를 종합하여 전극 탭에 발생한 단선의 위치 및 크기를 예측할 수 있다.
또한, 전극 탭의 단선 발생 여부를 검출하는 단계에서, 인가된 미세 진동의 파형과 수신된 미세 진동의 파형의 차이가 하기 조건 중 적어도 하나를 만족할 경우 전지셀을 양품으로 판정할 수 있다.
[조건 1]
인가된 미세 진동의 파형과 수신된 미세 진동의 파형이 나타내는 피크의 면적 변화율이 10% 이내이다.
[조건 2]
인가된 미세 진동의 파형과 수신된 미세 진동의 파형이 나타내는 피크의 진폭 및 주파수의 변화율이 10% 이내이다.
더욱 상세하게는, 상기 피크의 면적 변화율은 8% 이내, 5% 이내 또는 3% 이내일 수 있고, 피크의 진폭 및 주파수의 변화율은 8% 이내, 5% 이내 또는 3% 이내일 수 있다.
또한, 본 발명은 전지셀을 제공한다.
상기 전지셀은 일측 또는 양측에 각각 적어도 하나 이상의 전극 탭들이 형성된 전극 조립체가 전지 케이스 내에 수납되고, 상기 전극 탭이 전지 케이스의 외부로 인출된 전극 리드에 연결된 구조이며, 전극 탭의 일 측에서 전지셀의 내부로 미세 진동을 인가하고, 전지셀 내부를 통과한 미세 진동을 수신하였을 때, 하기 조건 중 적어도 하나를 만족할 수 있다.
[조건 1]
인가된 미세 진동의 파형과 수신된 미세 진동의 파형이 나타내는 피크의 면적 변화량이 10% 이내이다.
[조건 2]
인가된 미세 진동의 파형과 수신된 미세 진동의 파형이 나타내는 피크의 진폭의 변화량이 10% 이내이다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 장치 및 방법에 의해 크기의 단선을 검출함으로써 육안으로 확인할 수 없는 미세한 크기의 단선이 발생하지 않은 전지셀을 제조할 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.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 자명하다.
1: 전지셀
10: 전지 케이스
20: 전극 조립체
30: 양극 탭
31: 양극 리드
40: 음극 탭
41: 음극 리드
100: 전극 탭 단선 검출 장치
110: 미세 진동 발생기
110a: 제1 미세 진동 발생기
110b: 제2 미세 진동 발생기
111: 함수 발생기
112: 바이브레이터
120: 파형 측정기
120a: 제1 파형 측정기
120b: 제2 파형 측정기
130: 검출부
10: 전지 케이스
20: 전극 조립체
30: 양극 탭
31: 양극 리드
40: 음극 탭
41: 음극 리드
100: 전극 탭 단선 검출 장치
110: 미세 진동 발생기
110a: 제1 미세 진동 발생기
110b: 제2 미세 진동 발생기
111: 함수 발생기
112: 바이브레이터
120: 파형 측정기
120a: 제1 파형 측정기
120b: 제2 파형 측정기
130: 검출부
Claims (17)
- 일측 또는 양측에 각각 적어도 하나 이상의 전극 탭들이 형성된 전극 조립체가 전지 케이스 내에 수납되고, 상기 전극 탭이 전지 케이스의 외부로 인출된 전극 리드에 연결된 구조를 갖는 전지셀에 대한 전극 탭 단선 검출 장치에 있어서,
전지셀의 일측에서 전지셀 내부를 향해 소정의 파형을 갖는 미세 진동을 인가하는 적어도 한 개의 미세 진동 발생기;
전지셀 내부를 통과한 미세 진동을 수신하여, 수신된 미세 진동의 파형을 측정하는 적어도 한 개의 파형 측정기; 및
미세 진동 발생기에서 인가된 미세 진동의 파형과 파형 측정기에서 수신된 미세 진동의 파형을 비교 분석하여 전극 탭의 단선 발생 여부를 검출하는 검출부; 를 포함하는 전극 탭 단선 검출 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 미세 진동 발생기는,
미세 진동의 파형을 결정하는 신호를 출력하는 함수 발생기; 및
상기 함수 발생기로부터 신호를 전달받아 결정된 파형대로 물리적인 미세 진동을 인가하는 바이브레이터를 포함하는 전극 탭 단선 검출 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 미세 진동 발생기는 전극 리드에 연결되어, 전극 리드를 통해 전지셀 내부를 향하여 미세 진동을 인가하는 전극 탭 단선 검출 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 미세 진동 발생기는 양극 리드에 미세 진동을 인가하는 제1 미세 진동 발생기; 및 음극 리드에 미세 진동을 인가하는 제2 미세 진동 발생기를 포함하는 전극 탭 단선 검출 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 제1 미세 진동 발생기 및 제2 미세 진동 발생기는 동시에 또는 교대로 미세 진동을 인가하는 전극 탭 단선 검출 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 파형 측정기는 전지셀의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 각각 적어도 한 개 이상이 위치하는 전극 탭 단선 검출 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 파형 측정기는 전지셀을 길이 방향으로 이등분하는 중심선과 양극 탭 사이 영역에 위치하여, 양극 리드에 인가된 미세 진동을 수신하는 적어도 한 개의 제1 파형 측정기; 및
전지셀을 길이 방향으로 이등분하는 중심선과 음극 탭 사이 영역에 위치하여, 음극 리드에 인가된 미세 진동을 수신하는 적어도 한 개의 제2 파형 측정기; 를 포함하는 전극 탭 단선 검출 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 제1 파형 측정기는 전극 조립체의 양극 탭이 연결된 가장자리 영역에 위치하며,
상기 제2 파형 측정기는 전극 조립체의 음극 탭이 연결된 가장자리 영역에 위치하는 전극 탭 단선 검출 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 제1 파형 측정기는 전지셀의 상면과 하면에서 전지 케이스에 접촉하되, 전지셀을 폭 방향으로 이등분하는 중심선을 기준으로 대칭을 이루도록 전지셀의 폭 방향을 따라 배열되는 전극 탭 단선 검출 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 제1 파형 측정기는 전지셀의 폭 방향 양측 단부에 위치하는 전극 탭 단선 검출 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 제2 파형 측정기는 전지셀의 상면과 하면에서 전지 케이스에 접촉하되, 전지셀을 폭 방향으로 이등분하는 중심선을 기준으로 대칭을 이루도록 전지셀의 폭 방향을 따라 배열되는 전극 탭 단선 검출 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 제2 파형 측정기는 전지셀의 폭 방향 양측 단부에 위치하는 전극 탭 단선 검출 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 검출부는 파형 측정기에서 수신된 미세 진동의 파형에 왜곡이 발생한 경우 전극 탭에 단선이 발생한 것으로 판정하는 전극 탭 단선 검출 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 검출부는 다수 개의 파형 측정기에서 검출된 미세 진동의 파형 차이를 종합하여 전극 탭에 발생한 단선의 위치 및 크기를 예측하는 전극 탭 단선 검출 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 검출부는, 인가된 미세 진동의 파형과 수신된 미세 진동의 파형의 차이가 하기 조건 중 적어도 하나를 만족할 경우 전지셀을 양품으로 판정하는 전극 탭 단선 검출 장치.
[조건 1]
인가된 미세 진동의 파형과 수신된 미세 진동의 파형이 나타내는 피크의 면적 변화율이 10% 이내이다.
[조건 2]
인가된 미세 진동의 파형과 수신된 미세 진동의 파형이 나타내는 피크의 진폭 및 주파수의 변화율이 10% 이내이다.
- 전극 탭의 일 측에서 미세 진동 발생기를 통해 전지셀의 내부로 미세 진동을 인가하는 단계;
전지셀 내부를 통과한 미세 진동을 파형 측정기를 통해 수신하여, 수신된 미세 진동의 파형을 측정하는 단계; 및
미세 진동 발생기에서 인가된 미세 진동의 파형과 파형 측정기에서 수신된 미세 진동의 파형을 검출부를 통해 비교 분석하여 전극 탭의 단선 발생 여부를 검출하는 단계; 를 포함하는 전극 탭 단선 검출 방법.
- 일측 또는 양측에 각각 적어도 하나 이상의 전극 탭들이 형성된 전극 조립체가 전지 케이스 내에 수납되고, 상기 전극 탭이 전지 케이스의 외부로 인출된 전극 리드에 연결된 구조이며,
전극 탭의 일 측에서 전지셀의 내부로 미세 진동을 인가하고, 전지셀 내부를 통과한 미세 진동을 수신하였을 때, 하기 조건 중 적어도 하나를 만족하는 전지셀.
[조건 1]
인가된 미세 진동의 파형과 수신된 미세 진동의 파형이 나타내는 피크의 면적 변화량이 10% 이내이다.
[조건 2]
인가된 미세 진동의 파형과 수신된 미세 진동의 파형이 나타내는 피크의 진폭의 변화량이 10% 이내이다.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210080318A KR20220169787A (ko) | 2021-06-21 | 2021-06-21 | 미세 진동을 이용한 전극 탭 단선 검출 장치 |
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| KR20220169787A true KR20220169787A (ko) | 2022-12-28 |
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ID=84538433
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20220169787A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102023739B1 (ko) | 2019-04-17 | 2019-09-20 | 주식회사 엘지화학 | 와전류를 이용한 전지셀 내부의 균열 검사 방법 및 검사 장치 |
-
2021
- 2021-06-21 KR KR1020210080318A patent/KR20220169787A/ko active Search and Examination
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