KR20230037874A - Jig assembly for secondary battery and secondary battery test system comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a jig assembly for a secondary battery capable of measuring the degree of expansion/contraction of an electrode generated during charging and discharging in real time, and a secondary battery test system including the same. The jig assembly for a secondary battery according to an embodiment of the present invention includes: a lower jig in which a first electrode of a secondary battery is disposed; an upper jig which is spaced apart from the lower jig and in which a second electrode of a secondary battery is disposed; and a transparent housing in which lower and upper surfaces are open, the lower jig and the upper jig are assembled to the lower and upper surfaces, respectively, and a scale unit capable of measuring a change in volume of the first electrode or the second electrode is formed.

Description

이차 전지용 지그 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 테스트 시스템{Jig assembly for secondary battery and secondary battery test system comprising the same}Jig assembly for secondary battery and secondary battery test system including the same Jig assembly for secondary battery and secondary battery test system comprising the same}

본 발명은 충방전 과정에서 발생하는 전극의 팽창/수축 정도를 실시간으로 측정할 수 있는 이차 전지용 지그 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 테스트 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a jig assembly for a secondary battery capable of measuring the degree of expansion/contraction of an electrode generated in a charging/discharging process in real time, and a secondary battery test system including the same.

현재 상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.Currently commercialized secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. It is in the limelight because of its very low self-discharge rate and high energy density.

이러한 리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 원통형 전지캔을 외장재로 구비한다.These lithium secondary batteries mainly use a lithium-based oxide and a carbon material as a positive electrode active material and a negative electrode active material, respectively. A lithium secondary battery includes, as an exterior material, an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate coated with such a positive electrode active material and a negative electrode active material are disposed with a separator interposed therebetween, and a cylindrical battery can sealingly housing the electrode assembly together with an electrolyte solution.

최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐만 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차전지가 전기적으로 연결된다.Recently, secondary batteries have been widely used not only in small devices such as portable electronic devices, but also in medium and large devices such as automobiles and power storage devices. When used in such medium or large-sized devices, a large number of secondary batteries are electrically connected to increase capacity and output.

한편, 리튬이온 전지는 리튬이온이 양극과 음극 사이를 가역적으로 이동하면서 에너지가 저장 및 소모되는 원리를 이용한다.Meanwhile, a lithium ion battery uses a principle in which energy is stored and consumed while lithium ions reversibly move between a positive electrode and a negative electrode.

충전의 경우, 리튬이온이 양극에서 탈리되고 음극에 삽입되어 저장되는데, 리튬이온이 삽입되는 경우, 음극의 격자 구조가 커지면서 리튬이온을 저장하게 된다. 격자 구조가 커짐에 따라, 전극의 팽창과 수축이 발생하고 이러한 과정은 전지에 응력(stress)을 가하는 인자가 된다.In the case of charging, lithium ions are desorbed from the positive electrode and inserted into the negative electrode to be stored. When lithium ions are inserted, the lattice structure of the negative electrode increases and the lithium ions are stored. As the lattice structure increases, expansion and contraction of the electrode occur, and this process becomes a factor that applies stress to the battery.

화학적 성질(chemistry)에 따라 음극의 팽창 정도가 달라서, 해당 팽창 정도가 어느 정도인지를 파악하고 이로 인한 리스크를 설계 측면에서 반영해야 한다.The degree of expansion of the negative electrode differs depending on the chemical properties (chemistry), so it is necessary to determine the degree of expansion and reflect the resulting risk in terms of design.

실제로 전극의 충방전 과정에 따른 부피 변화를 실시간으로 측정할 수 있다면, 전지의 설계 측면에서 큰 방향성을 제시할 수 있게 된다.In fact, if the volume change according to the charging and discharging process of the electrode can be measured in real time, it will be possible to suggest a great direction in terms of battery design.

그러나, 현재 전지의 충방전을 수행한 후, 이를 분해하여 전극의 두께 변화를 측정하는데, 이 과정에서 전극이 외부 환경에 노출되고, 또한 시간 경과에 따라 부풀게 되어 측정값에 대한 신뢰도가 떨어지게 되는 문제가 있다.However, after the current battery is charged and discharged, it is disassembled to measure the thickness change of the electrode. In this process, the electrode is exposed to the external environment and also swells over time, a problem in which the reliability of the measured value is lowered. there is

대한민국 공개특허 제10-2015-0045242호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2015-0045242

본 발명은 충방전 과정에서 발생하는 전극의 팽창/수축 정도를 실시간으로 측정할 수 있는 이차 전지용 지그 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 테스트 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a jig assembly for a secondary battery capable of measuring the degree of expansion/contraction of an electrode generated in a charging/discharging process in real time, and a secondary battery test system including the same.

본 발명의 실시예에 따른 이차 전지용 지그 조립체는,A jig assembly for a secondary battery according to an embodiment of the present invention,

이차 전지의 제1 전극이 배치되는 하부 지그; 상기 하부 지그와 이격 형성되며, 이차 전지의 제2 전극이 배치되는 상부 지그; 및 하면과 상면이 개방되며, 상기 하부 지그와 상기 상부 지그가 각각 상기 하면 및 상면에 조립되고, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극의 부피 변화를 측정할 수 있는 눈금부가 형성된 투명 하우징;을 포함한다.a lower jig in which a first electrode of a secondary battery is disposed; an upper jig spaced apart from the lower jig and in which a second electrode of a secondary battery is disposed; and a transparent housing having lower and upper surfaces open, wherein the lower jig and the upper jig are assembled to the lower and upper surfaces, respectively, and a scale portion capable of measuring a change in volume of the first electrode or the second electrode is formed. do.

본 발명의 실시예에 따른 이차 전지용 지그 조립체에 있어서, 상기 하부 지그는, 순차로 적층 형성된 제1 하부 플레이트, 하부 탄성 플레이트, 제2 하부 플레이트를 포함하며, 상기 제1 하부 플레이트와 제2 하부 플레이트는 금속 재질로 형성되고, 상기 하부 탄성 플레이트는 탄성을 가진 재질로 형성될 수 있다.In the jig assembly for a secondary battery according to an embodiment of the present invention, the lower jig includes a first lower plate, a lower elastic plate, and a second lower plate sequentially stacked, the first lower plate and the second lower plate. is formed of a metal material, and the lower elastic plate may be formed of a material having elasticity.

본 발명의 실시예에 따른 이차 전지용 지그 조립체에 있어서, 상기 하부 지그는, 상기 제1 하부 플레이트 및 상기 하부 탄성 플레이트를 관통하여 상기 제2 하부 플레이트와 연결되도록 형성되는 하부 조임나사를 포함하며, 상기 하부 조임나사의 회전에 의해 상기 하부 탄성 플레이트는 팽창되면서 상기 투명 하우징의 내면에 압착될 수 있다.In the jig assembly for a secondary battery according to an embodiment of the present invention, the lower jig includes a lower tightening screw formed to penetrate the first lower plate and the lower elastic plate and be connected to the second lower plate, The lower elastic plate may be compressed to the inner surface of the transparent housing while being expanded by rotation of the lower tightening screw.

본 발명의 실시예에 따른 이차 전지용 지그 조립체에 있어서, 상기 상부 지그는 순차로 적층 형성된 제1 상부 플레이트, 상부 탄성 플레이트, 제2 상부 플레이트와, 상기 제1 상부 플레이트를 관통하여 형성된 전해액 유동구를 포함하고, 상기 제1 상부 플레이트와 제2 상부 플레이트는 금속 재질로 형성되고, 상기 상부 탄성 플레이트는 탄성을 가진 재질로 형성될 수 있다.In the jig assembly for a secondary battery according to an embodiment of the present invention, the upper jig includes a first upper plate, an upper elastic plate, and a second upper plate sequentially stacked, and an electrolyte flow hole formed through the first upper plate. And, the first upper plate and the second upper plate may be formed of a metal material, and the upper elastic plate may be formed of a material having elasticity.

본 발명의 실시예에 따른 이차 전지용 지그 조립체에 있어서, 상기 상부 지그는 상기 제1 상부 플레이트 및 상기 상부 탄성 플레이트를 관통하여 상기 제2 상부 플레이트와 연결되도록 형성되는 상부 조임나사를 포함하며, 상기 상부 조임나사의 회전에 의해 상기 상부 탄성 플레이트는 팽창되면서 상기 투명 하우징의 내면에 압착될 수 있다.In the jig assembly for a secondary battery according to an embodiment of the present invention, the upper jig includes an upper tightening screw formed to penetrate the first upper plate and the upper elastic plate and connect to the second upper plate, The upper elastic plate may be compressed to the inner surface of the transparent housing while being expanded by rotation of the tightening screw.

본 발명의 실시예에 따른 이차 전지용 지그 조립체에 있어서, 상기 투명 하우징은 광투과도가 70% 이상인 유리로 형성될 수 있다.In the jig assembly for a secondary battery according to an embodiment of the present invention, the transparent housing may be formed of glass having a light transmittance of 70% or more.

본 발명의 실시예에 따른 이차 전지용 지그 조립체에 있어서, 상기 눈금부는 상기 투명 하우징의 외측면에 형성될 수 있다.In the jig assembly for a secondary battery according to an embodiment of the present invention, the graduated portion may be formed on an outer surface of the transparent housing.

본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 테스트 시스템은,A secondary battery test system according to an embodiment of the present invention,

내부에 전극 조립체가 배치되며, 전극의 부피 변화를 측정할 수 있는 눈금부가 형성된 이차 전지용 지그 조립체; 상기 전극 조립체에 대해 충방전 과정을 수행하는 충방전기; 및 상기 눈금부의 눈금을 독출하는 측정장치;를 포함한다.a jig assembly for a secondary battery in which an electrode assembly is disposed and a graduation portion capable of measuring a volume change of the electrode is formed; a charge/discharger performing a charge/discharge process on the electrode assembly; and a measuring device for reading the scale of the scale unit.

본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 테스트 시스템에 있어서, 상기 이차 전지용 지그 조립체는 이차 전지의 제1 전극이 배치되는 하부 지그; 상기 하부 지그와 이격 형성되며, 이차 전지의 제2 전극이 배치되는 상부 지그; 하면과 상면이 개방되며, 상기 하부 지그와 상기 상부 지그가 각각 상기 하면 및 상면에 조립되고, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극의 부피 변화를 측정할 수 있는 상기 눈금부가 형성된 투명 하우징;을 포함할 수 있다.In the secondary battery test system according to an embodiment of the present invention, the secondary battery jig assembly includes a lower jig in which a first electrode of a secondary battery is disposed; an upper jig spaced apart from the lower jig and in which a second electrode of a secondary battery is disposed; A transparent housing having lower and upper surfaces open, the lower jig and the upper jig being assembled to the lower and upper surfaces, respectively, and having the graduation part capable of measuring the change in volume of the first electrode or the second electrode; can do.

본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 테스트 시스템에 있어서, 상기 측정장치는 고분해능 광학 현미경 또는 머신 비전 카메라일 수 있다.In the secondary battery test system according to an embodiment of the present invention, the measurement device may be a high-resolution optical microscope or a machine vision camera.

기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Other specific details of implementations according to various aspects of the present invention are included in the detailed description below.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 외부 환경에 영향 받지 않고, 전지 내부 환경을 유지하면서 전극의 부피 변화를 측정할 수 있으므로, 측정값에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, since the volume change of the electrode can be measured while maintaining the internal environment of the battery without being affected by the external environment, reliability of the measured value can be improved.

또한, 이차 전지용 지그 조립체를 한번 사용한 후, 세척하여 재사용이 가능하므로, 비용을 절감할 수 있다.In addition, since the jig assembly for a secondary battery can be reused by washing after using it once, cost can be reduced.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 지그 조립체가 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 지그 조립체가 도시된 분해 사시도이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 지그 조립체를 조립하는 과정이 도시된 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 지그 조립체를 포함하는 이차 전지 테스트 시스템이 도시된 도면이다.
도 9는 측정장치에 의해 측정된 눈금 변화의 일 예가 도시된 도면이다.1 is a perspective view illustrating a jig assembly for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view illustrating a jig assembly for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
3 to 7 are views illustrating a process of assembling a jig assembly for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a secondary battery test system including a jig assembly for secondary batteries according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating an example of scale change measured by a measuring device.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments will be exemplified and described in detail in the detailed description. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and includes all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지용 지그 조립체를 설명한다.Terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as 'include' or 'having' are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded. Hereinafter, a jig assembly for a secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 지그 조립체가 도시된 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 지그 조립체가 도시된 분해 사시도이다.1 is a perspective view showing a jig assembly for a secondary battery according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view showing a jig assembly for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 지그 조립체(100)는, 하부 지그(110), 상부 지그(120), 투명 하우징(130), 눈금부(140)를 포함한다.As shown in FIGS. 1 and 2 , the jig assembly 100 for a secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a lower jig 110, an upper jig 120, a transparent housing 130, and a scale unit 140. ).

하부 지그(110)는 제1 하부 플레이트(111), 하부 탄성 플레이트(112), 제2 하부 플레이트(113), 하부 개스킷(114), 하부 조임나사(115)를 포함한다.The lower jig 110 includes a first lower plate 111 , a lower elastic plate 112 , a second lower plate 113 , a lower gasket 114 , and a lower fastening screw 115 .

제1 하부 플레이트(111), 하부 탄성 플레이트(112), 제2 하부 플레이트(113)가 상방향으로 순차로 적층되어 형성된다. 이들 플레이트(111 ~ 113)들은 투명 하우징(130)의 하면과 대응하는 형성으로 형성된다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이 투명 하우징(130)이 직육면체 형상인 경우, 이들 플레이트(111 ~ 113)들은 직사각형 형상으로 형성된다.The first lower plate 111, the lower elastic plate 112, and the second lower plate 113 are sequentially stacked in an upward direction. These plates 111 to 113 are formed to correspond to the lower surface of the transparent housing 130 . For example, as shown in the drawing, when the transparent housing 130 has a rectangular parallelepiped shape, these plates 111 to 113 are formed in a rectangular shape.

제1 하부 플레이트(111)와 제2 하부 플레이트(113)는 전기전도성이 있는 금속 재질로 형성된다. 예를 들어, 스테인레스(일명, SUS)일 수 있다.The first lower plate 111 and the second lower plate 113 are formed of an electrically conductive metal material. For example, it may be stainless (aka SUS).

하부 탄성 플레이트(112)는 제1 하부 플레이트(111)와 제2 하부 플레이트(113) 사이에 개재되며, 탄성을 가진 재질로 형성된다. 예를 들어, 고무일 수 있다.The lower elastic plate 112 is interposed between the first lower plate 111 and the second lower plate 113 and is formed of a material having elasticity. For example, it may be rubber.

하부 개스킷(114)은 이차 전지의 전극 상에 배치되어, 이차 전지의 양극 및 음극 간의 갭(gap)을 유지하여 쇼트(short)를 방지한다. 하부 개스킷(114)은 내부가 개방된 형태로 형성될 수 있다. 하부 개스킷(114)은 전해액에 대한 내부식성 및 절연성을 갖는 재질로 형성된다. 예를 들어, 폴리프로필렌(PP, polypropylene)일 수 있다.The lower gasket 114 is disposed on the electrode of the secondary battery to maintain a gap between the positive electrode and the negative electrode of the secondary battery to prevent a short circuit. The lower gasket 114 may be formed with an open inside. The lower gasket 114 is formed of a material having corrosion resistance and insulation against electrolyte. For example, it may be polypropylene (PP).

또한, 하부 개스킷(114)는 투명 하우징(130)의 눈금부(140)가 마련된 일측으로 일부가 개방된 형태를 가질 수 있다. 하부 개스킷(114)은 눈금부(140)가 마련되는 일측으로 일부가 개방된 형태를 가짐으로써 전지의 충방전 시 양극과 음극의 내부 단락을 방지할 수 있으면서, 하부에 배치되는 전극의 수축 및/또는 팽창을 보다 정밀하게 관측할 수 있다.In addition, the lower gasket 114 may have a shape in which a portion of the transparent housing 130 is opened to one side where the scale 140 is provided. The lower gasket 114 has a partially open shape to one side where the graduations 140 are provided, thereby preventing internal short circuit between the positive electrode and the negative electrode during charging and discharging of the battery, while shrinking and / Alternatively, the expansion can be observed more precisely.

하부 조임나사(115)는 제1 하부 플레이트(111)의 하면에 형성된다. 하부 조임나사(115)는 제1 하부 플레이트(111), 하부 탄성 플레이트(112)를 관통하여 제2 하부 플레이트(113)와 연결되도록 형성된다.The lower tightening screw 115 is formed on the lower surface of the first lower plate 111 . The lower tightening screw 115 penetrates the first lower plate 111 and the lower elastic plate 112 to be connected to the second lower plate 113 .

하부 조임나사(115)를 일방향으로 회전시키면, 제1 하부 플레이트(111)와 제2 하부 플레이트(113)가 근접하게 되면서, 하부 탄성 플레이트(112)를 수직 방향으로 가압한다. 수직 방향으로 가압된 하부 탄성 플레이트(112)는 수평 방향으로 팽창하면서 투명 하우징(130)의 내면에 압착되어, 기밀성을 유지할 수 있게 한다.When the lower tightening screw 115 is rotated in one direction, the first lower plate 111 and the second lower plate 113 come into close proximity and press the lower elastic plate 112 in a vertical direction. The lower elastic plate 112 pressed in the vertical direction expands in the horizontal direction and is pressed against the inner surface of the transparent housing 130 to maintain airtightness.

상부 지그(120)는 제1 상부 플레이트(121), 상부 탄성 플레이트(122), 제2 상부 플레이트(123), 상부 개스킷(124), 상부 조임나사(125), 전해액 유동구(126, 127)를 포함한다.The upper jig 120 includes a first upper plate 121, an upper elastic plate 122, a second upper plate 123, an upper gasket 124, an upper clamping screw 125, and electrolyte flow ports 126 and 127. include

제1 상부 플레이트(121), 상부 탄성 플레이트(122), 제2 상부 플레이트(123), 상부 개스킷(124, gasket)이 하방향으로 순차로 적층되어 형성된다. 이들 플레이트(121 ~ 123)들은 투명 하우징(130)의 상면과 대응하는 형성으로 형성된다.A first upper plate 121, an upper elastic plate 122, a second upper plate 123, and an upper gasket 124 are sequentially stacked in a downward direction. These plates 121 to 123 are formed to correspond to the upper surface of the transparent housing 130 .

제1 상부 플레이트(121)와 제2 상부 플레이트(123)는 전기전도성이 있는 금속 재질로 형성된다. 예를 들어, 스테인레스(일명, SUS)일 수 있다.The first upper plate 121 and the second upper plate 123 are formed of an electrically conductive metal material. For example, it may be stainless (aka SUS).

상부 탄성 플레이트(122)는 제1 상부 플레이트(121)와 제2 상부 플레이트(123) 사이에 개재되며, 탄성을 가진 재질로 형성된다. 예를 들어, 고무일 수 있다.The upper elastic plate 122 is interposed between the first upper plate 121 and the second upper plate 123 and is formed of a material having elasticity. For example, it may be rubber.

상부 개스킷(124)은 이차 전지의 전극 상에 배치되어, 이차 전지의 양극 및 음극 간의 갭(gap)을 유지하여 쇼트(short)를 방지한다. 상부 개스킷(124)은 내부가 개방된 형태로 형성될 수 있다. 상부 개스킷(124)은 전해액에 대한 내부식성 및 절연성을 갖는 재질로 형성된다. 예를 들어, 폴리프로필렌(PP, polypropylene)일 수 있다.The upper gasket 124 is disposed on the electrode of the secondary battery to maintain a gap between the positive electrode and the negative electrode of the secondary battery to prevent a short circuit. The upper gasket 124 may be formed with an open inside. The upper gasket 124 is formed of a material having corrosion resistance and insulation against electrolyte. For example, it may be polypropylene (PP).

또한, 상부 개스킷(124)는 투명 하우징(130)의 눈금부(140)가 마련된 일측으로 일부가 개방된 형태를 가질 수 있다. 상부 개스킷(114)은 눈금부(140)가 마련되는 일측으로 일부가 개방된 형태를 가짐으로써 하부 개스킷(114)과 마찬가지로 전지의 충방전 시 양극과 음극의 내부 단락을 방지할 수 있으면서, 하부에 배치되는 전극의 수축 및/또는 팽창을 보다 정밀하게 관측할 수 있다.In addition, the upper gasket 124 may have a shape in which a portion of the transparent housing 130 is opened to one side where the scale 140 is provided. The upper gasket 114 has a partially open shape to one side where the graduations 140 are provided, so that, like the lower gasket 114, an internal short circuit between the positive and negative electrodes can be prevented during charging and discharging of the battery, while at the bottom Contraction and/or expansion of the electrode to be disposed can be more precisely observed.

상부 조임나사(125)는 제1 상부 플레이트(121)의 상면에 형성된다. 상부 조임나사(125)는 제1 상부 플레이트(121), 상부 탄성 플레이트(122)를 관통하여 제2 상부 플레이트(123)와 연결되도록 형성된다.The upper tightening screw 125 is formed on the upper surface of the first upper plate 121 . The upper tightening screw 125 penetrates the first upper plate 121 and the upper elastic plate 122 to be connected to the second upper plate 123 .

상부 조임나사(125)를 일방향으로 회전시키면, 제1 상부 플레이트(121)와 제2 상부 플레이트(123)가 근접하게 되면서, 상부 탄성 플레이트(122)를 수직 방향으로 가압한다. 수직 방향으로 가압된 상부 탄성 플레이트(122)는 수평 방향으로 팽창하면서 투명 하우징(130)의 내면에 압착되어, 기밀성을 유지할 수 있게 한다.When the upper tightening screw 125 is rotated in one direction, the first upper plate 121 and the second upper plate 123 come close to each other and press the upper elastic plate 122 in the vertical direction. The upper elastic plate 122 pressed in the vertical direction expands in the horizontal direction and is pressed against the inner surface of the transparent housing 130 to maintain airtightness.

전해액 유동구(126, 127)는 제1 상부 플레이트(121), 상부 탄성 플레이트(122), 제2 상부 플레이트(123) 등을 관통하여 형성될 수 있다. 설계에 따라 제1 상부 플레이트(121)만을 관통하여 형성될 수도 있다.The electrolyte flow ports 126 and 127 are It may be formed through the first upper plate 121, the upper elastic plate 122, the second upper plate 123, and the like. Depending on the design, it may be formed through only the first upper plate 121 .

전해액 유동구(126, 127)는 상부 지그(120)와 투명 하우징(130) 결착 후, 추가로 전해액을 주입하는 통로가 될 수 있다. 또한, 전해액 유동구(126, 127)는 과다 투입된 전해액과, 충방전 활성화시 발생하는 가스가 배출되는 통로가 될 수 있다. 과다 투입된 전해액 및 가스 배출 후, 전해액 유동구(126, 127)는 마개에 의해 막혀서 밀봉될 수 있다. 설계에 따라, 두 전해액 유동구(126, 127) 중 어느 하나는 전해액 유입용으로 사용하고, 나머지 하나는 전해액 및 가스 배출용으로 사용할 수 있다.The electrolyte flow ports 126 and 127 may serve as passages through which electrolyte is additionally injected after the upper jig 120 and the transparent housing 130 are connected. In addition, the electrolyte flow ports 126 and 127 may serve as passages through which excess electrolyte and gas generated during charge/discharge activation are discharged. After the excess electrolyte and gas are discharged, the electrolyte flow holes 126 and 127 may be blocked and sealed with stoppers. Depending on the design, one of the two electrolyte flow ports 126 and 127 may be used for electrolyte inflow and the other may be used for electrolyte and gas discharge.

투명 하우징(130)은 하면과 상면이 개방된 형상으로 형성된다. 투명 하우징(130)의 하부에는 하부 지그(110)가 조립 결합되고, 투명 하우징(130)의 상부에는 상부 지그(120)가 조립 결합된다. 이로써, 하부 지그(110)와 상부 지그(120)와 투명 하우징(130)은 전극 조립체(음극/분리막/양극)와 전해질을 수용할 수 있는 밀폐 형상을 구축할 수 있다. 전술한 하부/상부 탄성 플레이트(112, 122)는 하부/상부 조임나사(115, 125)의 회전에 의해 팽창되면서 투명 하우징(130)의 내면에 압착되어, 기밀성을 유지할 수 있게 한다.The transparent housing 130 is formed in a shape with open lower and upper surfaces. The lower jig 110 is assembled and coupled to the lower part of the transparent housing 130, and the upper jig 120 is assembled and coupled to the upper part of the transparent housing 130. As a result, the lower jig 110, the upper jig 120, and the transparent housing 130 can build a sealed shape capable of accommodating the electrode assembly (cathode/separator/anode) and the electrolyte. The above-described lower/upper elastic plates 112 and 122 are expanded by rotation of the lower/upper tightening screws 115 and 125 and pressed against the inner surface of the transparent housing 130 to maintain airtightness.

투명 하우징(130)은 외부에서 전극의 부피 변화를 관찰할 수 있도록 하기 위해, 소정의 광투과도를 갖는 물질로 형성된다. 예를 들어, 투명 하우징(130)은 광투과도가 70% 이상, 구체적으로는 75% 이상, 80% 이항 또는 85% 이상인 유리로 형성될 수 있다. 본 발명은 지그 조립체에 구비되는 하우징을 상기와 같이 소정의 광투과도를 갖도록 함으로써 하우징 내부에 모사된 전지 시스템의 충방전 시 각 성분의 변화를 실시간으로 관측할 수 있다.The transparent housing 130 is formed of a material having a predetermined light transmittance so that the volume change of the electrode can be observed from the outside. For example, the transparent housing 130 may be formed of glass having a light transmittance of 70% or more, specifically 75% or more, 80% binomial, or 85% or more. In the present invention, by making the housing provided in the jig assembly have a predetermined light transmittance as described above, changes in each component during charging and discharging of the battery system simulated inside the housing can be observed in real time.

투명 하우징(130)에는 눈금부(140)가 형성된다. 눈금부(140)에는 전극의 부피 변화를 측정하기 위한 소정 단위 간격의 눈금이 형성된다. 눈금부(140)의 위치는 특별히 한정되지 않으나 투명 하우징(130)의 외측면일 수 있다. 물론, 내측면에 형성될 수도 있으나, 전해질에 의해 부식될 우려가 있으므로, 외측면인 것이 바람직하다.A graduation part 140 is formed in the transparent housing 130 . Scales are formed at predetermined unit intervals to measure the change in volume of the electrode on the scale unit 140 . The position of the graduation part 140 is not particularly limited, but may be the outer surface of the transparent housing 130 . Of course, it may be formed on the inner surface, but since there is a risk of corrosion by the electrolyte, it is preferable that the outer surface.

다음, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 지그 조립체를 조립하는 과정에 대해 설명한다. 도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 지그 조립체를 조립하는 과정이 도시된 도면이다.Next, a process of assembling a jig assembly for a secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 7 . 3 to 7 are views illustrating a process of assembling a jig assembly for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 순차 적층된 제1 하부 플레이트(111), 하부 탄성 플레이트(112), 제2 하부 플레이트(113) 상에 제1 전극(E1)을 배치하고, 제1 전극(E1) 위에 하부 개스킷(114)을 배치한다. 제1 전극(E1)은 음극일 수 있으나, 양극인 것을 배제하는 것은 아니다.First, as shown in FIG. 3, a first electrode E1 is disposed on the sequentially stacked first lower plate 111, lower elastic plate 112, and second lower plate 113, and the first electrode Place the lower gasket 114 over (E1). The first electrode E1 may be a cathode, but it is not excluded that it is an anode.

다음, 투명 하우징(130)의 하부에 하부 지그(110)를 결착한다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 하부 조임나사(115)를 일방향으로 회전하여 하부 탄성 플레이트(112)를 수평 방향으로 팽창시켜서 투명 하우징(130)의 내면에 압착되도록 한다.Next, the lower jig 110 is attached to the lower part of the transparent housing 130 . At this time, as shown in FIG. 4 , the lower clamping screw 115 is rotated in one direction to inflate the lower elastic plate 112 in a horizontal direction so as to be pressed against the inner surface of the transparent housing 130 .

다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 하부 지그(110)가 결착된 투명 하우징(130) 내부로 전해액을 주입한다.Next, as shown in FIG. 5 , electrolyte is injected into the transparent housing 130 to which the lower jig 110 is attached.

다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 순차 적층된 제1 상부 플레이트(121), 상부 탄성 플레이트(122), 제2 상부 플레이트(123) 상에 제2 전극(E2)을 배치하고, 제2 전극(E2) 위에 상부 개스킷(124)을 배치한다. 제2 전극(E2)은 양극일 수 있으나, 음극인 것을 배제하는 것은 아니다. 추가로, 상부 개스킷(124) 상에 분리막(S)을 배치한다. 여기서, "상에"라는 표현은 도 6의 상하를 뒤집을 때, 용이하게 이해될 수 있다.Next, as shown in FIG. 6, a second electrode E2 is disposed on the sequentially stacked first upper plate 121, upper elastic plate 122, and second upper plate 123, and the second electrode Place top gasket 124 over (E2). The second electrode E2 may be an anode, but it is not excluded that it is a cathode. Additionally, a separator (S) is disposed on the upper gasket 124 . Here, the expression "on" can be easily understood when the upper and lower sides of FIG. 6 are reversed.

다음, 투명 하우징(130)의 상부에 상부 지그(120)를 결착한다. 이때, 상부 조임나사(125)를 일방향으로 회전하여 상부 탄성 플레이트(122)를 수평 방향으로 팽창시켜서 투명 하우징(130)의 내면에 압착되도록 한다.Next, the upper jig 120 is attached to the top of the transparent housing 130 . At this time, the upper clamping screw 125 is rotated in one direction to expand the upper elastic plate 122 in a horizontal direction so as to be pressed against the inner surface of the transparent housing 130 .

다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 전극 조립체를 완전히 함침시키기 위해, 어느 하나의 전해액 유동구(126)로 다시 전해액을 주입한다. 이때, 과다하게 투입된 전해액 및 충방전 활성화시 발생하는 가스는 다른 전해액 유동구(127)를 통해 배출될 수 있다.Next, as shown in FIG. 7 , the electrolyte is injected again through one of the electrolyte flow ports 126 to completely impregnate the electrode assembly. In this case, the excessively injected electrolyte and the gas generated when charging and discharging are activated may be discharged through another electrolyte flow port 127 .

이와 같이, 조립이 완성된 이차 전지용 지그 조립체를 포함하여, 도 8에 도시된 바와 같은 이차 전지 테스트 시스템을 구축한다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 지그 조립체를 포함하는 이차 전지 테스트 시스템이 도시된 도면이다.In this way, a secondary battery test system as shown in FIG. 8 is constructed, including the assembled secondary battery jig assembly. 8 is a diagram illustrating a secondary battery test system including a jig assembly for secondary batteries according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 테스트 시스템은, 이차 전지용 지그 조립체(100), 충방전기(200), 측정장치(300)를 포함한다.Referring to FIG. 8 , a secondary battery test system according to an embodiment of the present invention includes a secondary battery jig assembly 100 , a charger/discharger 200 , and a measuring device 300 .

이차 전지용 지그 조립체(100)는 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명되었으므로, 반복 설명은 생략한다.Since the jig assembly 100 for a secondary battery has been described with reference to FIGS. 1 to 7 , repeated description will be omitted.

충방전기(200)는 이차 전지용 지그 조립체(100) 내에 배치된 전극 조립체에 대해 충전/방전 과정을 수행한다. The charger/discharger 200 performs a charging/discharging process on the electrode assembly disposed in the jig assembly 100 for a secondary battery.

측정장치(300)는 이차 전지용 지그 조립체(100)의 눈금부(140)의 눈금을 독출한다. 측정장치(300)는 고분해능을 가진 광학 현미경일 수 있다. 또한, 측정장치(300)는 카메라, 특히 머신 비전 카메라일 수 있다. 머신 비전 카메라는, 고성능 카메라, 이미지 프로세서, 소프트웨어 등을 포함하는 것으로, 이미지를 획득한 후, 획득한 이미지를 이미지 프로세서, 소프트웨어가 수행 작업의 목적에 맞게 영상 처리, 영상 분석 과정을 거쳐 눈금 독출을 수행한다.The measuring device 300 reads the scale of the scale part 140 of the jig assembly 100 for a secondary battery. The measuring device 300 may be an optical microscope with high resolution. Also, the measuring device 300 may be a camera, in particular a machine vision camera. A machine vision camera includes a high-performance camera, an image processor, software, etc. After acquiring an image, the image processor and software perform image processing and image analysis according to the purpose of the task to perform the graduation reading. carry out

도 9는 측정장치(300)에 의해 측정된 눈금 변화의 일 예가 도시된 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 테스트 시스템은, 측정하고자 하는 전극을 하부 지그(110)에 배치시키고, 충방전기(200)로 충방전을 수행하면서, 하부 지그(110)에 배치된 전극이 최초 상태(도 9의 (a) 참조) 대비 어느 정도 부피 변화(도 9의 (b), (c) 참조)하는 지를 관찰할 수 있다. 9 is a diagram showing an example of scale change measured by the measuring device 300. Referring to FIG. As shown in FIG. 9 , in the secondary battery test system according to an embodiment of the present invention, the electrode to be measured is placed on the lower jig 110 and the charge/discharger 200 is used to charge and discharge the lower jig. It can be observed how much the volume change (see FIG. 9 (b), (c)) of the electrode disposed at 110 compared to the initial state (see FIG. 9 (a)).

하부 지그(110)에 음극이 배치되는 경우, 리튬 석출이 어느 시점에 발생하는 지를 관찰할 수 있다. 또한, 사용자는 부피 변화(두께 변화)를 기반으로 충전 또는 방전의 정도를 계산할 수 있다.When the negative electrode is disposed on the lower jig 110, it can be observed at what point lithium precipitation occurs. In addition, the user can calculate the degree of charge or discharge based on the volume change (thickness change).

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 테스트 시스템에 의하면, 외부 환경에 영향 받지 않고, 전지 내부 환경을 유지하면서 측정할 수 있으므로, 측정값에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 또한, 이차 전지용 지그 조립체를 한번 사용한 후, 세척하여 재사용이 가능하므로, 비용을 절감할 수 있다.As described above, according to the secondary battery test system according to an embodiment of the present invention, since measurement can be performed while maintaining the internal environment of the battery without being affected by the external environment, reliability of the measured value can be improved. In addition, since the jig assembly for a secondary battery can be reused by washing after using it once, cost can be reduced.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.Although one embodiment of the present invention has been described above, those skilled in the art can add, change, delete, or add components within the scope not departing from the spirit of the present invention described in the claims. The present invention can be variously modified and changed by the like, and this will also be said to be included within the scope of the present invention.

100 : 이차 전지용 지그 조립체
110 : 하부 지그
111 : 제1 하부 플레이트 112 : 하부 탄성 플레이트
113 : 제2 하부 플레이트 114 : 하부 개스킷
115 : 하부 조임나사
120 : 상부 지그
121 : 제1 상부 플레이트 122 : 상부 탄성 플레이트
123 : 제2 상부 플레이트 124 : 상부 개스킷
125 : 상부 조임나사
130 : 투명 하우징
140 : 눈금부
200 : 충방전기
300 : 측정장치100: jig assembly for secondary batteries
110: lower jig
111: first lower plate 112: lower elastic plate
113: second lower plate 114: lower gasket
115: lower tightening screw
120: upper jig
121: first upper plate 122: upper elastic plate
123: second upper plate 124: upper gasket
125: upper tightening screw
130: transparent housing
140: graduation part
200: charger and discharger
300: measuring device

Claims (10)

이차 전지의 제1 전극이 배치되는 하부 지그;
상기 하부 지그와 이격 형성되며, 이차 전지의 제2 전극이 배치되는 상부 지그; 및
하면과 상면이 개방되며, 상기 하부 지그와 상기 상부 지그가 각각 상기 하면 및 상면에 조립되고, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극의 부피 변화를 측정할 수 있는 눈금부가 형성된 투명 하우징;
을 포함하는, 이차 전지용 지그 조립체.
a lower jig in which a first electrode of a secondary battery is disposed;
an upper jig spaced apart from the lower jig and in which a second electrode of a secondary battery is disposed; and
a transparent housing having lower and upper surfaces open, wherein the lower and upper jigs are assembled to the lower and upper surfaces, respectively, and a scale portion capable of measuring a change in volume of the first electrode or the second electrode is formed;
Containing, a jig assembly for a secondary battery.
 제1항에 있어서,
상기 하부 지그는,
순차로 적층 형성된 제1 하부 플레이트, 하부 탄성 플레이트, 제2 하부 플레이트를 포함하며,
상기 제1 하부 플레이트와 제2 하부 플레이트는 금속 재질로 형성되고,
상기 하부 탄성 플레이트는 탄성을 가진 재질로 형성되는,
이차 전지용 지그 조립체.
According to claim 1,
The lower jig,
It includes a first lower plate, a lower elastic plate, and a second lower plate that are sequentially stacked,
The first lower plate and the second lower plate are formed of a metal material,
The lower elastic plate is formed of a material having elasticity,
Jig assembly for secondary batteries.
 제2항에 있어서,
상기 하부 지그는,
상기 제1 하부 플레이트 및 상기 하부 탄성 플레이트를 관통하여 상기 제2 하부 플레이트와 연결되도록 형성되는 하부 조임나사를 포함하며,
상기 하부 조임나사의 회전에 의해 상기 하부 탄성 플레이트는 팽창되면서 상기 투명 하우징의 내면에 압착되는,
이차 전지용 지그 조립체.
According to claim 2,
The lower jig,
And a lower fastening screw formed to penetrate the first lower plate and the lower elastic plate and be connected to the second lower plate,
As the lower elastic plate expands by the rotation of the lower tightening screw, it is pressed against the inner surface of the transparent housing.
Jig assembly for secondary batteries.
 제1항에 있어서,
상기 상부 지그는,
순차로 적층 형성된 제1 상부 플레이트, 상부 탄성 플레이트, 제2 상부 플레이트와, 상기 제1 상부 플레이트를 관통하여 형성된 전해액 유동구를 포함하고,
상기 제1 상부 플레이트와 제2 상부 플레이트는 금속 재질로 형성되고,
상기 상부 탄성 플레이트는 탄성을 가진 재질로 형성되는,
이차 전지용 지그 조립체.
According to claim 1,
The upper jig,
Including a first upper plate, an upper elastic plate, a second upper plate, and an electrolyte flow hole formed through the first upper plate, which are sequentially stacked,
The first upper plate and the second upper plate are formed of a metal material,
The upper elastic plate is formed of a material having elasticity,
Jig assembly for secondary batteries.
 제4항에 있어서,
상기 상부 지그는,
상기 제1 상부 플레이트 및 상기 상부 탄성 플레이트를 관통하여 상기 제2 상부 플레이트와 연결되도록 형성되는 상부 조임나사를 포함하며,
상기 상부 조임나사의 회전에 의해 상기 상부 탄성 플레이트는 팽창되면서 상기 투명 하우징의 내면에 압착되는,
이차 전지용 지그 조립체.
According to claim 4,
The upper jig,
And an upper tightening screw formed to penetrate the first upper plate and the upper elastic plate and be connected to the second upper plate,
As the upper elastic plate expands by the rotation of the upper tightening screw, it is pressed against the inner surface of the transparent housing.
Jig assembly for secondary batteries.
 제5항에 있어서,
상기 투명 하우징은 광투과도가 70% 이상인 유리로 형성되는 이차 전지용 지그 조립체.
According to claim 5,
The transparent housing is a jig assembly for a secondary battery formed of glass having a light transmittance of 70% or more.
 제1항에 있어서,
상기 눈금부는 상기 투명 하우징의 외측면에 형성되는 이차 전지용 지그 조립체.
According to claim 1,
The scale portion is a jig assembly for a secondary battery formed on an outer surface of the transparent housing.
 내부에 전극 조립체가 배치되며, 전극의 부피 변화를 측정할 수 있는 눈금부가 형성된 이차 전지용 지그 조립체;
상기 전극 조립체에 대해 충방전 과정을 수행하는 충방전기; 및
상기 눈금부의 눈금을 독출하는 측정장치;
를 포함하는 이차 전지 테스트 시스템.
a jig assembly for a secondary battery in which an electrode assembly is disposed and a graduation portion capable of measuring a volume change of the electrode is formed;
a charge/discharger performing a charge/discharge process on the electrode assembly; and
a measuring device that reads a scale of the scale unit;
A secondary battery test system comprising a.
 제8항에 있어서,
상기 이차 전지용 지그 조립체는,
이차 전지의 제1 전극이 배치되는 하부 지그;
상기 하부 지그와 이격 형성되며, 이차 전지의 제2 전극이 배치되는 상부 지그; 및
하면과 상면이 개방되며, 상기 하부 지그와 상기 상부 지그가 각각 상기 하면 및 상면에 조립되고, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극의 부피 변화를 측정할 수 있는 상기 눈금부가 형성된 투명 하우징;
을 포함하는 이차 전지 테스트 시스템.
According to claim 8,
The jig assembly for the secondary battery,
a lower jig in which a first electrode of a secondary battery is disposed;
an upper jig spaced apart from the lower jig and in which a second electrode of a secondary battery is disposed; and
a transparent housing having lower and upper surfaces open, the lower jig and the upper jig being assembled to the lower and upper surfaces, respectively, and having the scale portion capable of measuring a change in volume of the first electrode or the second electrode;
A secondary battery test system comprising a.
 제8항에 있어서,
상기 측정장치는 고분해능 광학 현미경 또는 머신 비전 카메라인 이차 전지 테스트 시스템.According to claim 8,
The measuring device is a high-resolution optical microscope or a machine vision camera secondary battery test system.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150045242A (en) 2013-10-18 2015-04-28 주식회사 엘지화학 Safety experimental system for the secondary battery and transparent jig applied for the same

Patent Citations (1)

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