KR20230000877A - 분리막 통기도 검사장치 및 이를 이용한 분리막 통기도 검사방법 - Google Patents
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Abstract
본원발명은 검사 대상체가 위치하는 지지부, 상기 검사 대상체에 빛을 조사하는 발광부, 상기 발광부에서 조사한 빛 중 상기 검사 대상체에서 반사되는 빛의 광량을 감지하는 감지부를 포함하고, 상기 검사 대상체는 최외각의 양면 중 적어도 일면에 분리막이 부가되며, 상기 발광부에서 조사한 빛 중 상기 분리막에서 반사되는 빛의 광량을 감지하는 분리막 통기도 검사장치 및 이를 이용한 분리막 통기도 검사 장치에 대한 것이다.
Description
본원발명은 분리막 통기도 검사장치 및 이를 이용한 분리막 통기도 검사방법에 관한 것이다. 구체적으로, 이미 전극과 라미네이션 된 분리막의 통기도를 라미네이션 된 상태 그대로 측정할 수 있는 분리막 통기도 검사장치 및 이를 이용한 분리막 통기도 검사방법에 관한 것이다.
리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막으로 구성되는 전극조립체와 전해질로 구성될 수 있다. 상기 양극 및 상기 음극은 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 활물질로 사용하고, 상기 리튬 이온의 삽입 및 탈리에 따른 산화 환원 반응에 의해 충전과 방전이 이루어질 수 있다.
상기 분리막은 상기 양극과 상기 음극을 전기적으로 절연시켜서 단락을 방지하고, 높은 기공도를 바탕으로 리튬 이온을 투과시켜 이온전도도를 확보하는 것이 주요 기능이다.
리튬 이차전지용 분리막에 요구되는 특성으로는 우수한 통기도, 낮은 열수축성, 높은 천공 강도 등이 있다. 고용량, 고출력 리튬 이차전지에 대한 수요가 늘어남에 따라, 분리막을 통과하는 리튬 이온의 이동 속도를 높일 수 있는 통기도에 대한 기준이 높아지고 있다.
분리막은 폴리올레핀 계열의 소재로서 다공성 구조로 이루어진 분리막 기재, 및 상기 분리막 기재 상에 형성된 추가 기능을 부여하기 위한 코팅층으로 구성될 수 있다.
분리막의 통기도는 분리막의 특성 검사의 주요 항목에 해당한다. 상기 분리막 기재와 코팅층을 포함하는 분리막의 통기도가 소정의 기준을 벗어나는 경우 리튬 이차전지용 분리막으로 사용하기 어려운 것으로 분류될 수 있다.
종래에는 분리막의 통기도를 확인하기 위해서 분리막 자체만을 사용해야만 했다. 전극과 분리막을 적층하여 전극조립체를 제조하고, 상기 전극조립체에 라미네이션 공정을 진행한 경우라면, 상기 전극조립체에서 분리막을 다시 분리하여 통기도를 검사해야 한다.
이와 같은 과정은 분리막을 전극조립체에서 분리하는 별도의 과정이 필요하며, 분해된 전극조립체를 다시 조립하여 사용할 수 없는 비가역적 방법이고, 모든 전극조립체에 대한 전수 조사를 실시할 수 없어서 샘플링 검사를 적용할 수밖에 없는 한계가 있다.
전극조립체 일부 샘플에 대해서 간헐적 비가역적 파괴 검사를 수행하므로 문제 발생에 대해서 실시간으로 대응하지 못한다는 단점도 있다.
특허문헌 1은 봉투형 세퍼레이터의 불량 판정 방법에 대한 것으로, 봉투형으로 가공한 세퍼레이터를 이송 컨베이어로 다음 공정으로 이송할 때, 상기 봉투형 세퍼레이터의 폭 크기 및 길이의 크기를 광섬유 센서로 검출하여 불량 여부를 판정하는 방법을 개시한다.
특허문헌 1은 봉투형으로 가공한 세퍼레이터를 접은 상태에서 한쪽 면이 다른 쪽 면에 대해 완전히 중첩되지 않고 어긋나게 접혔는지 여부를 확인하기 위하여 광섬유 센서를 사용하는 방법만을 개시하고 있다.
특허문헌 2는 세퍼레이터 원단을 형성하는 형성 공정과 상기 형성 공정에 의해 형성한 세퍼레이터 원단에 존재하는 결함을 검출하는 결함 검출 공정과, 상기 세퍼레이터 원단의 폭 방향에 있어서의 상기 결함의 위치 정보를 포함하는 결함 정보를 기록하는 결함 정보 기록 공정을 포함하는 세퍼레이터의 제조 방법에 대한 것이다.
특허문헌 2는 광원과 검출기 사이에 세퍼레이터 원단을 두도록 배치하고, 광원으로부터 세퍼레이터 원단의 표면과 이면에 수직인 방향으로 출사되어 세퍼레이터 원단을 투과한 투과광을 검출기가 검출함으로써, 세퍼레이터 원단에 존재하는 결함을 검사하는 방법을 개시한다. 특허문헌 2의 방법은 라미네이션이 완료된 전극조립체를 구성하는 분리막의 통기도를 측정하기 위한 방법과는 무관하다.
이와 같이 이미 전극과 분리막이 적층되어 라미네이션 공정이 진행된 전극조립체의 분리막의 통기도를 실시간으로 전수 조사하여 공정의 신뢰성 및 효율을 높일 수 있는 기술은 아직까지 제시되지 않았다.
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 전극과 분리막이 적층되어 라미네이션 공정이 진행된 전극조립체에서 분리막을 분리하지 않더라도 분리막의 통기도를 실시간으로 전수 검사할 수 있는 분리막 통기도 검사장치 및 이를 이용한 분리막 통기도 검사방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원발명은, 검사 대상체가 위치하는 지지부, 상기 검사 대상체에 빛을 조사하는 발광부, 및 상기 발광부에서 조사한 빛 중 상기 검사 대상체에서 반사되는 빛의 광량을 감지하는 감지부를 포함하는 분리막 통기도 검사장치에 있어서, 상기 검사 대상체는 최외각의 양면 중 적어도 일면에 분리막이 부가되며, 상기 발광부에서 조사한 빛 중 상기 분리막에서 반사되는 빛의 광량을 감지할 수 있다.
상기 감지부는, 상기 발광부가 조사한 빛 중 상기 분리막에서 반사되는 빛의 광량을 감지하여 상기 분리막의 통기도를 검사할 수 있다.
상기 분리막의 통기도를 검사하는 것은, 미리 진행된 선행 검사를 통해서 검사 대상체의 분리막에서 반사되는 빛의 광량과 상기 분리막의 통기도와의 상관관계를 파악하고, 이를 통해서 해당 검사 대상체의 분리막에서 반사되는 빛의 광량으로부터 상기 해당 검사 대상체의 분리막의 통기도를 추산하는 것일 수 있다.
상기 발광부와 상기 감지부 위치를 조절하는 위치 조절부를 더 포함할 수 있다.
상기 발광부와 상기 감지부가 하나의 부속 내에 모두 배치되어 있을 수 있다.
상기 발광부는 조사되는 광원의 파장을 조절하거나, 상기 광원을 교체할 수 있는 것일 수 있다.
상기 검사 대상체를 상기 발광부 하부로 이송하는 이송부를 더 포함할 수 있다.
본원발명은 상기 분리막 통기도 검사장치를 이용한 분리막 통기도 검사방법을 제공하는 바, 구체적으로, (a) 검사 대상체를 분리막 통기도 검사장치의 지지부 상에 위치시키는 단계, (b) 발광부에서 빛을 조사한 후 상기 검사 대상체에서 반사되어 되돌아오는 빛을 감지부에서 검출하는 단계. 및 (c) 상기 감지부에서 감지된 빛의 광량에 의해 분리막의 통기도 불량 여부를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 검사 대상체는 최외각의 양면 중 적어도 일면에 분리막이 부가되며, 상기 발광부에서 조사한 빛 중 상기 분리막에서 반사되는 빛의 광량을 감지하여 상기 분리막의 통기도를 검사할 수 있다.
또한, 상기 (a) 단계 이전에, 상기 검사 대상체와 동일/유사한 1개 이상의 다른 검사 대상체의 분리막에서 반사되는 빛의 광량을 측정하고, 상기 다른 검사 대상체에서 분리막을 분리하여 상기 분리된 분리막의 통기도를 직접 측정하여, 상기 다른 검사 대상체의 분리막에서 반사되는 빛의 광량과 상기 분리된 분리막의 통기도를 근거로 하는 캘리브레이션 자료를 준비하는 단계가 선행될 수 있다.
이때 상기 다른 검사 대상체에서 분리막을 분리하여 상기 분리된 분리막의 통기도를 직접 측정할 때 코팅층이 부가되어 있는 분리막의 통기도를 측정하거나, 코팅층이 제거된 폴리올레핀 기재만의 통기도를 측정할 수 있다.
상기 캘리브레이션 자료를 준비하는 단계는 정기적 또는 간헐적으로 반복하여 진행될 수 있다.
또한, 추가로 진행되는 캘리브레이션 자료는 종래의 캘리브레이션 자료를 대체하거나 종래의 캘리브레이션 자료에 부가될 수 있다.
상기 캘리브레이션 결과를 통하여, 분리막의 불량 판단 기준이 되는 반사된 빛의 광량 범위를 설정할 수 있다.
상기 분리막의 불량 판단 기준이 되는 반사된 빛의 광량 범위는, 추가적으로 진행되는 캘리브레이션에 의해서 변동될 수 있다.
본원발명은 또한, 상기 과제의 해결 수단을 다양하게 조합한 형태로도 제공이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원발명은 전극조립체에서 분리막을 분리하지 않은 상태로 빛을 조사하여 해당 분리막의 상태를 실시간으로 간접적으로 추산할 수 있다. 본원발명에 따른 방법은 비파괴 검사로서 제품의 손상이 없고, 통기도를 측정한 샘플을 공정에서 별도로 분리할 필요가 없다.
분리막에서 반사된 빛을 감지하는 방법을 통해 통기도를 간접적으로 실시간 모니터링을 할 수 있는 바, 이상이 발생하기 전에 발생 가능한 불량에 대한 선제적 조치를 취할 수 있다.
또한, 제조되는 모든 전극조립체에 대한 전수 검사를 진행할 수 있으므로, 완제품에서의 불량율을 현저히 낮출 수 있다.
도 1은 제1실시예에 따른 분리막 통기도 검사장치의 사시도이다.
도 2는 검사 대상체인 전극조립체의 수직 단면도이다.
도 3은 본원발명의 실시예에 따른 빛의 광량과 분리막의 통기도 간의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 4 및 5는 각각 비교예 1 및 비교예 2에 따른 빛의 광량과 분리막의 통기도 간의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 제2실시예에 따른 분리막 통기도 검사장치의 사시도이다.
도 7은 제3실시예에 따른 분리막 통기도 검사장치의 사시도이다.
도 2는 검사 대상체인 전극조립체의 수직 단면도이다.
도 3은 본원발명의 실시예에 따른 빛의 광량과 분리막의 통기도 간의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 4 및 5는 각각 비교예 1 및 비교예 2에 따른 빛의 광량과 분리막의 통기도 간의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 제2실시예에 따른 분리막 통기도 검사장치의 사시도이다.
도 7은 제3실시예에 따른 분리막 통기도 검사장치의 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명에 대한 설명으로 한정되지 않는다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.
또한, 모든 수치 범위는 명확하게 제외한다는 기재가 없는 한, 양 끝의 값과 그 사이의 모든 중간값을 포함한다.
본원발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 1은 제1실시예에 따른 분리막 통기도 검사장치의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 제1실시예에 다른 분리막 통기도 검사장치는 검사 대상체가 위치하는 지지부(200), 검사 대상체에 빛을 조사하는 발광부(310), 및 발광부(310)에서 조사한 빛 중 상기 검사 대상체에서 반사되는 빛의 광량을 감지하는 감지부(320)를 포함하고, 상기 검사 대상체는 최외각의 양면 중 적어도 일면에 분리막(130)이 부가되며, 발광부(310)에서 조사한 빛 중 분리막(130)에서 반사되는 빛의 광량을 감지할 수 있다.
또한, 감지부(320)에서 감지한 빛의 광량을 숫자로 표시하는 표시부(330)를 더 포함할 수 있다.
상기 검사 대상체로서 전극조립체(100)가 해당될 수 있으며, 전극조립체(100)는 발광부(310)에 인접한 위치에서 발광부(310)와 멀어지는 방향으로 분리막(130), 제1전극(110), 분리막(130) 및 제2전극(120)이 순차적으로 적층된 형태이다. 따라서, 발광부(310)에서 조사한 빛이 전극조립체(100)의 최상단에 위치하는 분리막(130)에서 반사되고, 반사된 빛이 감지부(320)에서 감지되어 광량이 측정되는 과정을 통해, 분리막의 통기도가 간접적으로 측정될 수 있다.
상기 분리막 통기도 검사장치를 구성하는 발광부와 감지부는 종래에 광센서로 사용가능한 것이라면 특별히 한정되지 않는 바, 예를 들어, 광화이버 센서 또는 비전(vision) 센서를 사용할 수 있다.
도 1에서는 발광부의 후단에 감지부가 배치된 형태를 도시하고 있으나, 상기 발광부와 상기 감지부는 하나의 부속 내에 모두 배치되는 구조로 이루어질 수 있으며, 도 1에 도시된 형태로 한정되지 않는다. 예를 들어, 발광부와 감지부가 동일 평면 상에 나란히 배치된 일체형으로 이루어진 구조일 수 있다.
또한, 발광부는 조사되는 광원의 파장을 조절할 수 있는 바, 가시광선, 자외선, 적외선 등에서 선택될 수 있다. 발광부에서 조사하지 않은 가시광선이 발광부에서 조사된 가시광선과 함께 감지부에 입사되어 감도가 떨어지는 것을 방지하기 위하여, 가시광선을 제외한 다른 파장의 빛을 조사할 수 있으며, 바람직하게는 자외선, 적외선, 레이저를 사용할 수 있다.
상기 발광부는 광원을 교체할 수 있는 형태일 수 있으며, 여러가지 빛을 동시에 또는 순차로 조사할 수 있는 형태일 수 있다.
도 2는 검사 대상체인 전극조립체의 수직 단면도이다.
도 2를 참조하면, 검사 대상체로서 전극조립체의 수직 단면도를 도시하고 있다. (a)와 (b)의 전극조립체는 서로 다른 극성을 갖는 제1전극(110), 제2전극(120)과 분리막(130)을 포함하는 모노셀(150)이고, 제1전극(110)과 제2전극(120) 사이에 개재된 분리막(130) 이외에, (a) 전극조립체는 제1전극(110)의 상부에 분리막(130)이 더 위치하는 구조이며, (b) 전극조립체는 제1전극(110)의 상부와 제2전극(120)의 하부에 분리막(130)이 더 위치하는 구조이다.
(c)와 (d) 전극조립체는 제2전극(120)의 상하 각각에 제1전극(110)이 적층되고, 제1전극(110)과 제2전극(120) 사이에 분리막(130)이 개재된 바이셀(160)이다. 제1전극(110)과 제2전극(120) 사이에 개재된 분리막(130) 이외에, (c) 전극조립체는 최상단 전극의 상면에 분리막(130)이 더 위치하는 구조이고, (d) 전극조립체는 전극조립체의 최상단 전극의 상면과 최하단 전극의 하면에 분리막(130)이 더 위치하는 구조이다.
상기 제1전극과 제2전극 각각은 양극 및 음극 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 제1전극이 양극인 경우 상기 제2전극은 음극이고, 상기 제1전극이 음극인 경우, 상기 제2전극은 양극일 수 있다.
(e) 전극조립체는 긴 시트 형태의 분리막 상에 상기 모노셀(150) 및/또는 바이셀(160)이 이격되어 배치된 상태에서 권취된 형태의 스택/폴딩형 전극조립체이다.
이와 같이 본원발명의 검사 대상체는 최외각 상면과 하면 중 적어도 어느 하나에 분리막이 배치된 전극조립체일 수 있는 바, 발광부의 빛이 상기 분리막에 조사되고, 상기 분리막에서 반사된 빛은 감지부로 입사될 수 있다. 따라서, 상기 감지부는 상기 발광부가 조사한 빛 중 상기 분리막에서 반사되는 빛의 광량을 감지하여 상기 분리막의 통기도를 검사할 수 있다.
상기 분리막의 통기도를 검사하는 것은, 미리 진행된 선행 검사를 통해서 검사 대상체의 분리막에서 반사되는 빛의 광량과 분리막의 통기도와의 상관관계를 파악하고, 이를 통해서 해당 검사 대상체의 분리막에서 반사되는 빛의 광량으로부터 상기 해당 검사 대상체의 분리막의 통기도를 추산하는 것일 수 있다.
본원발명에서는 통기도와 광량과의 상관관계를 조사하기 위해서 정상 및 불량의 통기도를 갖는 분리막을 별도로 제조하여 측정하였다.
<실시예>
분리막을 제조하기 위하여, 폴리프로필렌 소재로 이루어진 다공성 구조의 분리막 기재의 양면에 Al2O3 무기물 입자와 PVDF 바인더를 포함하는 코팅 슬러리를 코팅하고 건조하였다.
니켈 망칸 코발트계 양극활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 양극 합제를 알루미늄 박막 포일의 양면에 코팅하고 건조하여 양극을 제조하였다.
흑연계 음극활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 음극 합제를 구리 박막 포일의 양면에 코팅하고 건조하여 음극을 제조하였다.
상기 분리막, 상기 음극, 상기 분리막, 및 상기 양극을 적층하여 음극의 양면에 분리막이 배치된 도 2 (a)와 같은 형태의 모노셀을 제조하였다.
상기 모노셀에서 최외측에 있는 분리막에 광조사를 하는 것을 실시예로 하였다.
<비교예 1>
상기 실시예에서 제조된 모노셀에서 최외측에 있는 양극을 향해 광조사하는 것을 비교예 1로 하였다.
<비교예 2>
상기 실시예에서 제조된 분리막, 양극, 분리막, 음극, 분리막, 및 양극을 적층하여 도 2 (c)와 같은 형태의 바이셀을 제조하였다.
상기 바이셀에서 최외측에 있는 양극을 향해 광조사하는 것을 비교예 2로 하였다.
<광량 측정>
상기 실시예, 비교예 1 및 비교예 2의 셀들을 지지부 상에 배치하고 마스킹 지그로 덮어서 상기 셀들 표면의 평탄도를 확보하고, 상기 마스킹 지그의 구멍을 통해 노출된 부분에 센서를 이용하여 광조사하고 반사되는 광량을 측정하였다.
상기 센서는 Omron社의 E3NX-FA 모델인 광화이버 센서를 사용하였다. 상기 센서를 사용하여 측정하는 값, 즉 수치는 절대적인 측정치가 아니며, 센서의 민감도를 조절하여 변경할 수 있는 상대적인 값이다. 하나의 장치에 대해서 동일/유사한 시료를 측정하는 경우 동일한 조건에서 미리 진행된 선행 검사를 통해서 검사 대상체의 분리막에서 반사되는 빛의 광량과 분리막의 통기도와의 상관관계를 파악하고, 이를 통해서 해당 검사 대상체의 분리막에서 반사되는 빛의 광량으로부터 상기 해당 검사 대상체의 분리막의 통기도를 추산할 수 있기 때문에 광량의 절대값이 아닌 상대값을 동일한 조건에서 사용할 경우에 일관성 있는 결과를 도출할 수 있다. 본원발명에 따른 실시예 및 비교예의 도면에 기재된 Senser Value는 이러한 값을 나타낸다.
<분리막의 통기도 측정>
상기 실시예의 모노셀에서 광량을 측정한 분리막을 모노셀에서 분리하여 통기도 측정을 위한 분리막을 준비하였다.
상기 비교예 1의 모노셀에서 광량을 측정한 양극을 제거하고, 상기 제거된 양극에 접착되었던 분리막을 모노셀에서 분리하여 통기도 측정을 위한 분리막을 준비하였다.
상기 비교예 2의 바이셀에서 광량을 측정한 양극을 제거하고, 상기 제거된 양극에 접착되었던 분리막을 바이셀에서 분리하여 통기도 측정을 위한 분리막을 준비하였다.
이와 같이 준비된 분리막은 분리막 기재에 코팅층이 형성된 상태인 바, 상기 분리막에서 코팅층을 제거하고 상기 분리막 기재를 아세톤으로 세척한 후 건조하였다.
상기 분리막 기재를 통기도 측정 장치의 중공 형태의 상하 팁에 고정하고 상기 상하 팁에 인가되는 설정 차압을 통하여 100 cc의 공기가 분리막 기재를 통과하는 데에 걸리는 시간을 측정하여 통기도를 구했다.
상기 통기도 측정 장비는 Asahi Seiko社의 EG01-55-1MR 모델을 사용하였다.
도 3은 상기 실시예 분리막의 측정 결과를 포함한 빛의 광량과 분리막의 통기도 간의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
실시예에서 광량 측정 대상은 분리막 기재에 코팅층이 형성된 분리막으로서, 상기 코팅층으 형성된 분리막에 광조사를 하는 반면, 통기도 측정 대상은 상기 코팅층이 제거된 분리막 기재인 점에서, 광량과 통기도 측정 대상은 상이하다. 그러나, 본원발명에서는 상기 코팅층의 유무가 광조사 결과와 통기도 측정 결과에 유의미한 영향을 주지 않고 동일한 수준의 결과가 나오는 것으로 관리되고 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 결과를 전제로 하여 실험이 진행되었으며, 도 3에 도시한 바와 같이 빛의 광량과 분리막의 통기도는 상관관계가 있음을 확인할 수 있다.
도 3을 참조하면, 4개의 광도 측정 장치(Ex 1 ~ Ex 4)를 이용하여 통기도가 정상인 분리막과 통기도가 불량인 분리막의 광도를 측정하였다. 광도를 측정한 대상은 분리막/음극/분리막/양극이 적층되어 구성된 모노셀이며, 음극과 결합된 최외측 분리막의 외면에 대해 광조사하여 반사된 빛의 광량을 측정하였다. 통기도의 단위는 sec/100cc이고 빛의 광량은 0~9999의 범위 내에서 sensor에서 가지는 무차원 단위를 갖는다.
도 3의 그래프들은, 대체로 통기도가 높을수록 빛의 광량이 줄어드는 관계에 있는 것을 나타내고 있다. 통기도가 약 300 sec/100cc 보다 높게 측정되어 불량으로 판정된 분리막들은 LSL(Lower Specification Limit)을 기준으로 빛의 광량이 낮게 측정되는 것을 알 수 있다. 제품을 제조할 때 불량 기준보다 다소 상향된 조건에서 제품을 제조하며 이와 같은 광량 기준을 그래프에서 LCL(Lower Control Limit)로 표시하였다. 통기도가 정상인 분리막들은 대부분 LCL을 기준으로 광량이 높게 측정되고 있으며, 정상 분리막들의 광량은 적어도 LCL및 LSL 광량 이상이다.
이와 같이, 통기도가 불량인 분리막들과 정상인 분리막들에 광조사하여 빛의 광량을 측정한 결과는, 빛의 광량과 통기도의 상관관계를 2차 함수로 그린 추세선과 83% 이상의 상관도(R2)가 있는 것을 확인할 수 있는 바, 빛의 광량과 통기도는 매우 높은 상관관계가 있는 것을 보여준다. 따라서, 전극조립체가 조립된 상태에서 분리막을 분리하지 않더라도, 상기 분리막 표면에 광조사하는 방법을 통해 간접적으로 분리막의 통기도의 불량 여부를 확인할 수 있다.
도 3의 경우 각각의 장치마다 다를 수 있지만, 단위셀의 최외측 분리막에 광조사 했을 때 반사된 빛의 광량이 LSL 기준 광량 이하인 분리막은 모두 통기도가 불량인 것으로 나타났다. 본원발명에 따른 장치 및 방법을 공정에 적용한 결과 6개월 이상의 운전에서 LSL 기준 광량 이하인 분리막들은 모두 통기도가 실제 기준값 이하인 것으로 나타났다. 따라서, 광량과 통기도 상관관계를 이용하여 분리막의 통기도를 추산하는 방법은 매우 신뢰도가 높은 기술임을 확인하였다.
도 4 및 도 5는 각각 비교예 1(Comp. Ex 1) 및 비교예 2(Comp. Ex 2)에 대한 빛의 광량과 분리막의 통기도 간의 상관관계를 나타내는 그래프이다. Comp. Ex 1-1은 비교예 1에 대해서 첫 번째 광도 측정 장치를 사용한 것을 나타낸다.
실시예와 달리 비교예 1 및 비교예 2는 최외측에 있는 전극을 향해 광조사가 진행된 경우인 바, 광량이 캘리브레이션을 통해 미리 결정한 LSL 보다 높게 측정된 경우라도 통기도는 매우 높게 측정된 결과를 포함하고 있다. 구체적으로, 비교예 1 및 비교예 2의 경우에는 통기도가 불량인 경우라도 LSL 보다 높은 광량을 갖는 것으로 나타나기도 하는 바, LSL을 기준으로 분리막 통기도의 불량 여부가 명확하게 구별되지 않는다.
즉 비교예 1 및 비교예 2는 불량과 불량이 아닌 경우에 대해서 명확하게 구분을 하지 못하는 문제점이 있다.
빛의 광량과 통기도의 상관관계를 2차 함수로 그린 추세선에 대한 상관도(R2)가 비교예 2의 장치 Comp. Ex 2-2를 제외하고는 80% 보다 낮게 나타나고 있는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 전극에서 반사된 빛의 광량과 분리막 자체의 통기도의 상관관계가 낮은 것을 알 수 있다.
이와 같이, 최외각에 전극이 배치되는 경우에는, 빛의 광량과 통기도의 상관관계가 낮게 나타나고 있는 바, 본원발명에 따른 분리막 통기도 검사장치 및 분리막 통기도 검사방법을 이용하더라도 분리막 통기도의 불량 여부를 명확하게 구분하기 어려운 것을 확인할 수 있다.
다만, 비교예의 경우 실시예에 대비하여 상관관계가 낮아 불량 판단에는 적용할 수 없지만, 전체적인 경향은 실시예와 유사한 바, 정확한 판별보다는 보조적인 검사 수단으로는 활용이 가능하다.
도 6은 제2실시예에 따른 분리막 통기도 검사장치의 사시도이다.
도 6을 참조하면, 제2실시예에 따른 분리막 통기도 검사장치는 도 1에 도시된 분리막 통기도 검사장치에서 발광부와 감지부의 위치를 조절할 수 있는 위치 조절부(400)가 더 포함된 형태이다. 도 6에서는 도 1에 도시된 표시부가 생략되어 있지만, 선택적으로 도 6에 도시된 제2실시예에서도 표시부를 포함할 수 있음은 물론이다.
도 6의 위치 조절부(400)는 발광부(310)와 전극조립체(100) 상면의 거리를 조절할 수 있도록 발광부(310) 및 감지부(320)를 y축 방향으로 이동 가능한 형태일 수 있다.
도 7은 제3실시예에 따른 분리막 통기도 검사장치의 사시도이다.
도 7을 참조하면, 제3실시예에 따른 분리막 통기도 검사장치는 도 6에 도시된 제2실시예에 따른 분리막 통기도 검사장치에서 검사 대상체를 발광부(310) 하부로 이송하는 이송부(500)를 더 포함하는 형태이다.
전극과 분리막이 적층되어 라미네이션된 전극조립체들(100)은 이송부(500)에 일정한 간격으로 배치되어 분리막 통기도 검사장치를 통과할 수 있다. 이송부(500)는 전극조립체들(100)이 배치되는 이송플레이트(510) 및 전극조립체들(100)이 배치된 이송플레이트(510)를 주행방향(A)으로 이송시키는 이송롤(520)을 포함한다. 이송롤(520)의 개수는 도 7에 도시된 것으로 한정되지 않으며, 필요에 따라, 그 크기 및 개수를 선택적으로 적용할 수 있다.
발광부에서 조사되는 빛은 거리가 멀어짐에 따라 퍼지기 때문에 가능하면 발광부와 측정하고자 하는 분리막의 거리가 일정하고 수평인 것이 바람직하다. 이를 위해서 측정하고자 하는 분리막과 발광부 사이의 거리를 조절하는 수단과 분리막의 표면을 평탄화 할 수 있는 추가의 지그가 부가될 수 있다.
도 1, 도 6 및 도 7에 도시된 제1실시예 내지 제3실시예에 따른 분리막 통기도 검사장치는, 선택적으로, 지지부 상에 위치하는 검사 대상체의 상면에 부가되는 마스킹 지그를 더 포함할 수 있다. 상기 마스킹 지그는 상기 검사 대상체의 일부가 노출되도록 개구가 형성되어 있고, 발광부에서 조사된 빛은 상기 개구를 통해 검사 대상체로 조사될 수 있다.
상기 분리막 통기도 검사장치를 이용하여 분리막 통기도를 검사하는 방법으로서, 구체적으로, (a) 검사 대상체를 분리막 통기도 검사장치의 지지부 상에 위치시키는 단계, (b) 발광부에서 빛을 조사한 후 상기 검사 대상체에서 반사되어 되돌아오는 빛을 감지부에서 검출하는 단계, 및 (c) 상기 감지부에서 감지된 빛의 광량에 의해 분리막의 통기도 불량 여부를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 검사 대상체는 전극조립체로서 최외각의 양면 중 적어도 일면에 분리막이 부가되며, 상기 발광부에서 조사한 빛 중 상기 분리막에서 반사되는 빛의 광량을 감지하여 상기 분리막의 통기도를 검사할 수 있다.
본원발명에 따른 분리막 통기도 검사방법은, 상기 (a) 단계 이전에, 상기 검사 대상체와 동일/유사한 1개 이상의 다른 검사 대상체의 분리막에서 반사되는 빛의 광량을 측정하고, 상기 다른 검사 대상체에서 분리막을 분리하여 상기 분리된 분리막의 통기도를 직접 측정하여, 상기 다른 검사 대상체의 분리막에서 반사되는 빛의 광량과 상기 분리된 분리막의 통기도를 근거로 하는 캘리브레이션 자료를 준비하는 단계가 선행될 수 있다.
즉, 본원발명은 전극조립체에서 분리된 분리막의 통기도를 직접 측정하고, 상기 분리막을 분리하기 전에 전극조립체의 최외각에 분리막이 부착된 상태에서 분리막에 조사한 빛이 반사되어 감지부에 입사한 빛의 광량을 측정하여, 상기 빛의 광량과 분리막의 통기도를 근거로 캘리브레이션 자료를 준비하는 과정이 상기 (a) 단계 이전에 선행된다.
이와 같이 얻은 캘리브레이션 자료에 근거하여, 분리막의 불량 판단 기준이 되는 반사된 빛의 광량 범위를 설정할 수 있는 바, 이후 과정에서는 측정된 빛의 광량이 정상 범위를 벗어나거나, 불량 범위에 해당하는 경우에 불량 분리막으로 판정될 수 있다.
따라서, 본원발명에 따른 분리막 통기도 검사방법을 사용하는 경우에는, 전체 분리막을 전극조립체에서 분리하지 않는 비파괴 방법을 통해 분리막의 통기도를 확인할 수 있고, 분리막의 통기도가 정상인지 여부를 간접적인 방법을 사용하여 실시간으로 확인할 수 있다.
다만, 광센서를 통한 빛의 광량은 온도 및 습도 등 다양한 원인들의 영향을 받을 수 있으며, 본원발명은 분리막의 통기도 불량 범위를 간접적으로 확인하는 점을 고려할 때, 상기 캘리브레이션 자료를 준비하는 단계는 정기적 또는 간헐적으로 반복하여 진행되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 캘리브레이션 자료를 준비하는 단계는 24시간을 주기로 진행되도록 설정될 수 있으며, 추가로 진행되는 캘리브레이션 자료는 종래의 캘리브레이션 자료를 대체하거나, 또는 종래의 캘리브레이션 자료에 부가될 수 있는 바, 업데이트 되는 캘리브레이션 자료에 따라 분리막의 통기도 정상 여부가 판정될 수 있다.
즉, 상기 분리막의 불량 판단 기준이 되는 반사된 빛의 광량 범위는, 추가적으로 진행되는 캘리브레이션에 의해서 변동될 수 있다.
이와 같이, 본원발명은 반복적으로 캘리브레이션 되는 자료에 근거하여 분리막의 통기도를 간접적으로 측정할 수 있다. 본원발명에 따른 방법은 비파괴 검사로서 전극조립체가 손상되지 않는바, 다음 공정에 적용할 수 있고, 모든 전극조립체에 대한 조사가 이루어질 수 있는 바, 분리막의 불량율을 현저히 감소시킬 수 있다.
본원발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100: 전극조립체
110: 제1전극
120: 제2전극
130: 분리막
150: 모노셀
160: 바이셀
200: 지지부
310: 발광부
320: 감지부
330: 표시부
400: 위치 조절부
500: 이송부
510: 이송플레이트
520: 이송롤
110: 제1전극
120: 제2전극
130: 분리막
150: 모노셀
160: 바이셀
200: 지지부
310: 발광부
320: 감지부
330: 표시부
400: 위치 조절부
500: 이송부
510: 이송플레이트
520: 이송롤
Claims (13)
- 검사 대상체가 위치하는 지지부;
상기 검사 대상체에 빛을 조사하는 발광부; 및
상기 발광부에서 조사한 빛 중 상기 검사 대상체에서 반사되는 빛의 광량을 감지하는 감지부;
를 포함하는 분리막 통기도 검사장치에 있어서,
상기 검사 대상체는 최외각의 양면 중 적어도 일면에 분리막이 부가되며,
상기 발광부에서 조사한 빛 중 상기 분리막에서 반사되는 빛의 광량을 감지하는 분리막 통기도 검사장치. - 제1항에 있어서,
상기 감지부는, 상기 발광부가 조사한 빛 중 상기 분리막에서 반사되는 빛의 광량을 감지하여 상기 분리막의 통기도를 검사하는 분리막 통기도 검사장치. - 제2항에 있어서,
상기 분리막의 통기도를 검사하는 것은, 미리 진행된 선행 검사를 통해서 검사 대상체의 분리막에서 반사되는 빛의 광량과 상기 분리막의 통기도와의 상관관계를 파악하고, 이를 통해서 해당 검사 대상체의 분리막에서 반사되는 빛의 광량으로부터 상기 해당 검사 대상체의 분리막의 통기도를 추산하는 것인 분리막 통기도 검사장치. - 제1항에 있어서,
상기 발광부와 상기 감지부 위치를 조절하는 위치 조절부를 더 포함하는 분리막 통기도 검사장치. - 제1항에 있어서,
상기 발광부와 상기 감지부가 하나의 부속 내에 모두 배치되어 있는 분리막 통기도 검사장치. - 제1항에 있어서,
상기 발광부는 조사되는 광원의 파장을 조절하거나, 상기 광원을 교체할 수 있는 분리막 통기도 검사장치. - 제1항에 있어서,
상기 검사 대상체를 상기 발광부 하부로 이송하는 이송부를 더 포함하는 분리막 통기도 검사장치. - (a) 검사 대상체를 분리막 통기도 검사장치의 지지부 상에 위치시키는 단계;
(b) 발광부에서 빛을 조사한 후 상기 검사 대상체에서 반사되어 되돌아오는 빛을 감지부에서 검출하는 단계; 및
(c) 상기 감지부에서 감지된 빛의 광량에 의해 분리막의 통기도 불량 여부를 판단하는 단계;
를 포함하는 분리막 통기도 검사방법에 있어서,
상기 검사 대상체는 최외각의 양면 중 적어도 일면에 분리막이 부가되며,
상기 발광부에서 조사한 빛 중 상기 분리막에서 반사되는 빛의 광량을 감지하여 상기 분리막의 통기도를 검사하는 분리막 통기도 검사방법. - 제8항에 있어서,
상기 (a) 단계 이전에,
상기 검사 대상체와 동일/유사한 1개 이상의 다른 검사 대상체의 분리막에서 반사되는 빛의 광량을 측정하고, 상기 다른 검사 대상체에서 분리막을 분리하여 상기 분리된 분리막의 통기도를 직접 측정하여, 상기 다른 검사 대상체의 분리막에서 반사되는 빛의 광량과 상기 분리된 분리막의 통기도를 근거로 하는 캘리브레이션 자료를 준비하는 단계가 선행되는 분리막 통기도 검사방법. - 제9항에 있어서,
상기 캘리브레이션 자료를 준비하는 단계는 정기적 또는 간헐적으로 반복하여 진행되는 분리막 통기도 검사방법. - 제10항에 있어서,
추가로 진행되는 캘리브레이션 자료는 종래의 캘리브레이션 자료를 대체하거나 종래의 캘리브레이션 자료에 부가되는 분리막 통기도 검사방법. - 제9항에 있어서,
상기 캘리브레이션 결과를 통하여, 분리막의 불량 판단 기준이 되는 반사된 빛의 광량 범위를 설정하는 분리막 통기도 검사방법. - 제12항에 있어서,
상기 분리막의 불량 판단 기준이 되는 반사된 빛의 광량 범위는, 추가적으로 진행되는 캘리브레이션에 의해서 변동되는 분리막 통기도 검사방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000215870A (ja) | 1999-01-21 | 2000-08-04 | Furukawa Battery Co Ltd:The | 袋状セパレ―タの良否判定方法 |
| KR20170066430A (ko) | 2014-10-10 | 2017-06-14 | 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 | 세퍼레이터 원단의 제조 방법, 세퍼레이터의 제조 방법, 세퍼레이터 원단, 및 세퍼레이터 원단 제조 장치 |
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2021
- 2021-06-26 KR KR1020210083532A patent/KR20230000877A/ko active Search and Examination
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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