KR20230011760A - 전극탭 접힘 판단 장치 및 판단 방법 - Google Patents

전극탭 접힘 판단 장치 및 판단 방법 Download PDF

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Abstract

전극조립체를 이루는 양극 및 음극 탭의 접힘 여부를 판단하기 위한 장치로서, 전극조립체가 안착되는 안착부; 안착부의 측면에 배치되어 하방으로 이동하며 전극탭의 일단과 접촉하고 전극탭을 구부러뜨린 후 탄성복원시키는 전극탭접촉부; 안착부 상방에 배치되며 탄성복원이 이루어진 전극탭에서 발생하는 하중을 영역별로 감지하는 하중감지부; 및 하중이 감지된 영역에 따라 전극탭의 접힘 여부를 판단하는 판단부;를 포함하는 전극탭 접힘 판단 장치가 소개된다.

Description

전극탭 접힘 판단 장치 및 판단 방법{ELECTRODE TAB FOLD JUDGING APPARATUS AND JUDGING METHOD}
본 발명은 리튬이차전지의 양극, 음극 전극탭의 접힘 여부를 판단하기 위한 장치 및 판단 방법에 관한 것이다.
이차전지는 전기 자동차나 전지 전력 저장 시스템 등의 대용량 전력 저장 전지와 휴대 전화, 캠코더, 노트북 등의 휴대 전자기기의 소형의 고 성능 에너지원으로 사용되고 있다. 휴대 전자기기의 소형화와 장시간 연속 사용을 목표로 부품의 경량화와 저소비 전력화에 대한 연구와 더불어 소형이면서 고용량을 실현할 수 있는 이차전지가 요구되고 있다.
이차전지는 양극, 분리막, 음극이 순차적으로 적층되어 전극조립체를 이루는데, 양극과 음극의 일단, 특히 양극활물질, 음극활물질이 코팅되지 않은 무지부를 각각 양극 탭, 음극 탭이라고 하며 이차전지 외장재의 외부로 노출되는 탭부에는 금속리드가 용접되어 부착된다. 알루미늄, 니켈 등의 금속리드가 주로 이용된다.
한편, 전극조립체의 조립 및 이송 공정 등에서 여러 요인에 의해 전극탭의 접힘이 발생할 수 있다. 전극탭이 접히는 경우 양극 또는 음극 기재와 대면하는 양극 또는 음극 활물질부가 만나 내부 단락이 발생할 수 있고, 전극탭 접힘이 일어난 전극탭 접힘부에 리튬 석출이 과다하게 발생해 전지의 가역용량 및 수명을 감소시키며 나아가 석출된 리튬 수지상에 의해 분리막이 관통되어 내부 단락을 유발할 수 있다.
이에 따라 전극탭의 접힘 여부를 판단할 수 있는 장치 및 방법에 필요한 실정이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2020-0053784 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로,
전극조립체를 이루는 양극 및 음극 탭의 접힘 여부를 판단하기 위한 장치로서, 전극조립체가 안착되는 안착부; 안착부의 측면에 배치되어 하방으로 이동하며 전극탭의 일단과 접촉하고 전극탭을 구부러뜨린 후 탄성복원시키는 전극탭접촉부; 안착부 상방에 배치되며 탄성복원이 이루어진 전극탭에서 발생하는 하중을 영역별로 감지하는 하중감지부; 및 하중이 감지된 영역에 따라 전극탭의 접힘 여부를 판단하는 판단부;를 포함하는 전극탭 접힘 판단 장치와
안착부에 전극조립체를 안착시키는 안착단계; 전극탭접촉부를 하강하여 전극탭의 탄성복원에 의해 발생하는 하중을 감지하는 감지단계; 영역별 하중 발생 여부에 대한 정보를 통해 전극탭의 접힘 여부를 판단하는 판단단계;를 포함하는 전극탭 접힘 판단 방법을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극탭 접힘 판단 장치는 전극조립체를 이루는 양극 및 음극 탭의 접힘 여부를 판단하기 위한 장치로서, 전극조립체가 안착되는 안착부; 안착부의 측면에 배치되어 하방으로 이동하며 전극탭의 일단과 접촉하고 전극탭을 구부러뜨린 후 탄성복원시키는 전극탭접촉부; 안착부 상방에 배치되며 탄성복원이 이루어진 전극탭에서 발생하는 하중을 영역별로 감지하는 하중감지부; 및 하중이 감지된 영역에 따라 전극탭의 접힘 여부를 판단하는 판단부;를 포함한다.
전극탭접촉부의 단면은 윗변이 아랫변보다 긴 사다리꼴의 형태일 수 있다.
전극탭과 접촉하는 전극탭접촉부의 측면에는 복수개의 돌기가 이격되어 형성될 수 있다.
하중감지부는 하중을 감지하는 센서, 센서를 내장하기 위한 하우징을 포함할 수 있다.
하우징의 내부에는 복수의 센서가 이격되어 형성될 수 있다.
판단부는 하중감지부로부터 하중이 발생한 영역에 대한 정보를 수신하고 일부 영역에 대한 하중이 감지되지 않은 경우 전극탭의 접힘이 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극탭 접힘 판단 방법은 안착부에 전극조립체를 안착시키는 안착단계; 전극탭접촉부를 하강하여 전극탭의 탄성복원에 의해 발생하는 하중을 감지하는 감지단계; 영역별 하중 발생 여부에 대한 정보를 통해 전극탭의 접힘 여부를 판단하는 판단단계;를 포함한다.
판단단계에서, 일부 영역에 대한 하중 발생이 감지되지 않은 경우에는 전극탭의 접힘이 있는 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 전극탭 접힘 판단 장치 및 판단 방법에 따르면, 전극탭이 가지는 탄성복원력 및 탄성복원력에 의한 하중을 감지하고, 이를 영역별로 감지함으로써 전극탭의 접힘 여부를 판단하여, 전극탭 접힘에 따른 불량품의 판별이 가능하다는 효과가 있다.
도 1은 전극조립체의 모식도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극탭 접힘 판단 장치.
도 3은 전극탭과 접촉하는 전극탭접촉부의 단면을 도시한 것.
도 4는 정상 전극탭과 접힘 전극탭을 도시한 것.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 전극탭 접힘 판단 장치.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극탭 접힘 판단 방법의 흐름도.
이하, 상술한 목적, 문제점을 해결하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조해 상세하게 설명한다. 한편, 본 발명을 이해하는 데 있어 동일 분야의 공지된 기술에 대한 상세한 설명이 발명의 핵심 내용을 이해하는데 도움이 되지 않는 경우, 그 설명을 생략하기로 하며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며 통상의 기술자에 의해 변경되어 다양하게 실시될 수 있다.
도 1은 전극조립체의 모식도이다. 도 1을 참조하면, 전극조립체를 이루는 양극(10) 및 음극(20)의 일단에는 전극탭(11, 21)이 용접을 통해 부착된다. 전극탭(11, 21)은 양극활물질 또는 음극활물질이 코팅되지 않은 전극(10, 20)의 무지부에 부착된다. 전극탭(11, 21)은 양극(10)에 부착되는 양극탭(11) 및 음극(20)에 부착되는 음극탭(21)으로 이루어지며, 알루미늄, 니켈, 구리 등의 금속 소재로 이루어진다. 양극탭(11) 및 음극탭(21)의 위치는 서로 반대 방향인 것이 일반적이지만, 같은 방향으로 배치될 수도 있다. 이러한 전극탭(11, 21)은 용접 공정, 전극조립체의 조립 공정 또는 완성된 전극조립체의 이송 공정을 거치면서 외부적인 요인에 의해 접힘이 일어날 수 있으며, 접힘에 따른 문제는 앞서 기술한 바 있다.
본 발명은 전극탭이 가지는 탄성복원력 및 그 하중을 측정하여 전극탭의 접힘 여부를 측정하기 위한 장치 및 판단 방법이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극탭 접힘 판단 장치이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전극탭 접힘 판단 장치(1000)는 전극조립체가 안착되는 안착부(100); 안착부(100)의 측면에 배치되어 하방으로 이동하며 전극탭(11, 21)의 일단과 접촉하고 전극탭(11, 21)을 구부러뜨린 후 탄성복원시키는 전극탭접촉부(200); 안착부(100) 상방에 배치되며 탄성복원이 이루어진 전극탭(11, 21)에서 발생하는 하중을 영역별로 감지하는 하중감지부(300); 및 하중이 감지된 영역에 따라 전극탭의 접힘 여부를 판단하는 판단부(400);를 포함한다.
구체적으로 안착부(100)에는 양극탭(11)과 음극탭(21)이 부착된 전극조립체가 안착된다. 양극탭(11) 또는 음극탭(21)은 각각이 전극탭접촉부(200)를 바라보도록 안착부(100)에 안착된다. 이후, 전극탭접촉부(200)가 하강하며 전극탭접촉부(200)의 일단이 전극탭(11, 21)의 일단과 접촉한다. 전극탭접촉부(200)와 접촉한 전극탭(11, 21)은 전극탭접촉부(200)가 하강하는 힘에 의해 구부러진다.
도 3은 전극탭과 접촉하는 전극탭접촉부의 단면을 도시한 것이다. 이를 참조하면, 전극탭접촉부(200)의 측면에는 복수개의 돌기(210)가 이격되어 형성되어 전극탭(11, 21)과 직접 접촉하여 전극탭(11, 21)을 구부러뜨린다. 이때, 돌기(210)는 전극탭(11, 21)과 최소한의 접촉면적을 가지면서도 충분히 접촉시간을 가질 수 있도록 마찰력이 확보되는 고무 소재 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 돌기(210)와 전극탭(11, 21)의 접촉에 의해 전극탭(11, 21)의 구부러짐이 계속되면, 어느 순간 전극탭(11, 21)과 돌기(210)와의 접촉이 떨어지며 전극탭(11, 21)은 전극탭(11, 21)이 가진 탄성복원력에 의해 상승하게된다. 상승한 전극탭(11, 21)은 하중감지부(300)를 직접 혹은 간접적으로 타격하게 된다. 즉, 전극조립체의 가장 상부에 위치한 전극탭은 직접적으로 하중감지부(300)를 타격하며, 그 다음의 전극탭은 상부의 전극탭을 타격하고 가장 상부의 전극탭이 하중감지부(300)를 타격하며 간접적으로 하중감지부에 하중을 전달한다. 이에 따라, 하중감지부에 전해지는 압력은 점차적으로 줄어들 수 있다.
한편, 전극탭접촉부(200)의 단면은 윗변(201)이 아랫변(202)보다 긴 사다리꼴의 형태일 수 있고, 이격 형성된 돌기(210)는 하방으로 갈수록 짧아질 수 있다. 전극탭접촉부(200)의 단면이 윗변(201)과 아랫변(202)의 길이가 같은 직사각형 또는 정사각형인 경우 그 길이에 맞게 본 발명의 실시예보다 상대적으로 길게 형성된 돌기(210)가 전극탭(11, 21)의 일단에 가하는 압력이 전극탭(11, 21)이 가진 탄성한계를 벗어나 작용하게 되면 전극탭(11, 21)이 변형되어 복원되지 않을 수 있고, 접촉시간도 길어져 전극탭(11, 21)이 손상될 수 있기 때문이다. 바람직하게는 가장 긴 윗변(201)은 전극탭의 세로 길이와 길이가 같으며, 아랫변(202)의 길이는 전극탭의 세로 길이의 1/2 수준으로 형성할 수 있다.
한편, 하중감지부(300)에는 전극탭(11, 21)의 탄성복원력에 의한 하중이 전달된다. 하중감지부(300)는 하중을 감지하는 센서(310), 센서(310)를 내장하기 위한 하우징(320)을 포함하며 이루어지고, 하우징(320)의 내부에는 복수의 센서(310)가 이격되어 형성된다. 복수의 센서(310)를 통해 영역별로 감지되는 하중을 측정할 수 있다.
예를 들어, 도 4 (a)와 같이 전극탭(11, 21) 접힘이 일어나지 않은 전극탭(11, 21)이 직, 간접적으로 하중감지부(300)를 타격하는 경우에는 모든 센서(310)에 하중이 감지되지만, 도 4 (b)와 같이 전극탭(11, 21)의 접힘이 일어난 곳에서는 전극탭(11, 21)의 일부만 하중감지부(300)를 직, 간접적으로 타격해 일부 센서(310)에서는 하중이 감지되지 않는다.
한편, 하중감지부(300)의 하우징(320)은 사각의 직육면체의 형상일 수 있으며, 밑면은 직사각형의 형상이며, 밑면 가로 길이는 전극탭의 가로 길이 이상이며, 밑면 세로 길이는 전극탭 세로 길이의 1/2 이상인 것이 바람직하다. 또한 센서(310)는 일정 거리를 이격하여 형성하되, 전극탭(11, 21) 끝단이 위치한 하우징 측에 다수 형성되는 것이 바람직하다. 이는 전극탭(11, 21)의 접힘은 주로 전극탭(11, 21)의 끝단부에서 일어나기 때문이다.
한편, 하중감지부(300)는 감지된 하중을 영역에 대한 정보와 함께 판단부(400)로 송신하고, 판단부(400)는 하중감지부(300)로부터 하중이 발생한 영역에 대한 정보를 수신한다. 판단부(400)는 모든 영역에 대해 하중이 감지된 경우에는 전극탭(11, 21)이 정상인 것으로 판단하지만, 일부 영역에 대한 하중이 감지되지 않은 경우에는 전극탭(11, 21)의 접힘이 있는 것으로 판단한다.
한편, 도 5와 같이 양극탭(11) 및 음극탭(21)이 서로 반대 방향에 위치하는 경우에는 양극탭(11)과 음극탭(21)의 접힘 여부를 동시에 판단할 수 있도록 전극탭 접힘 판단 장치가 쌍으로 이루어져 서로 마주보면서 위치할 수 있고, 양극탭(11) 및 음극탭(21)이 서로 같은 방향에 위치하는 경우에는 전극탭 접힘 판단 장치가 나란히 위치할 수 있다.
또는, 다른 실시예로서 양극탭(11)과 음극탭(21)이 서로 반대 방향에 위치하는 경우 하나의 전극탭 접힘 판단 장치가 양극탭(11) 또는 음극탭(21) 중 어느 하나의 접힘 여부를 판단하고, 안착부(100)가 180도 회전하여 양극탭(11) 또는 음극탭(21) 중 어느 하나의 접힘 여부를 판단할 수 있다.
또한, 양극탭(11)과 음극탭(21)이 서로 같은 방향에 위치하는 경우에는 하나의 전극탭 접힘 판단 장치가 양극탭(11) 또는 음극탭(21) 중 어느 하나의 접힘 여부를 판단하고, 안착부(100) 또는 전극탭접촉부(200) 및 하중감지부(300)가 양극탭(11) 또는 음극탭(21)측으로 이동하여 나머지 전극탭에 대한 접힘 여부를 판단할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극탭 접힘 판단 방법의 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 전극탭 접힘 판단 방법은 안착부에 전극조립체를 안착시키는 안착단계(S100); 전극탭접촉부를 하강하여 전극탭의 탄성복원에 의해 발생하는 하중을 감지하는 감지단계(S200); 영역별 하중 발생 여부에 대한 정보를 통해 전극탭의 접힘 여부를 판단하는 판단단계(S300);를 포함한다. 판단단계(S300)에서, 일부 영역에 대한 하중 발생이 감지되지 않은 경우에는 전극탭의 접힘이 있는 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 안착부
200 : 전극탭접촉부
300 : 하중감지부
400 : 판단부

Claims (8)

  1. 전극조립체를 이루는 양극 및 음극 탭의 접힘 여부를 판단하기 위한 장치로서,
    전극조립체가 안착되는 안착부;
    안착부의 측면에 배치되어 하방으로 이동하며 전극탭의 일단과 접촉하고 전극탭을 구부러뜨린 후 탄성복원시키는 전극탭접촉부;
    안착부 상방에 배치되며 탄성복원이 이루어진 전극탭에서 발생하는 하중을 영역별로 감지하는 하중감지부; 및
    하중이 감지된 영역에 따라 전극탭의 접힘 여부를 판단하는 판단부;를 포함하는 전극탭 접힘 판단 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    전극탭접촉부의 단면은 윗변이 아랫변보다 긴 사다리꼴의 형태인 것을 특징으로 하는 전극탭 접힘 판단 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    전극탭과 접촉하는 전극탭접촉부의 측면에는 복수개의 돌기가 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 전극탭 접힘 판단 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    하중감지부는 하중을 감지하는 센서, 센서를 내장하기 위한 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극탭 접힘 판단 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    하우징의 내부에는 복수의 센서가 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 전극탭 접힘 판단 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    판단부는 하중감지부로부터 하중이 발생한 영역에 대한 정보를 수신하고 일부 영역에 대한 하중이 감지되지 않은 경우 전극탭의 접힘이 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전극탭 접힘 판단 장치.
  7. 안착부에 전극조립체를 안착시키는 안착단계;
    전극탭접촉부를 하강하여 전극탭의 탄성복원에 의해 발생하는 하중을 감지하는 감지단계;
    영역별 하중 발생 여부에 대한 정보를 통해 전극탭의 접힘 여부를 판단하는 판단단계;를 포함하는 전극탭 접힘 판단 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    판단단계에서, 일부 영역에 대한 하중 발생이 감지되지 않은 경우에는 전극탭의 접힘이 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전극탭 접힘 판단 방법.
KR1020210092404A 2021-07-14 2021-07-14 전극탭 접힘 판단 장치 및 판단 방법 KR20230011760A (ko)

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