KR20230095312A - 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치 및 이를 이용한 분석 방법 - Google Patents
저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치 및 이를 이용한 분석 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 저전압 불량 전지 셀의 이물 위치 검출 장치는, 누설 전류 측정을 위해, 평가 대상 전지 셀의 양극 및 음극 상에 각 배치되는 제 1 측정 전극 및 제 2 측정 전극; 누설 전류를 측정하는 전류 측정기; 및 측정된 누설 전류 데이터를 처리하는 데이터 처리부를 포함하고, 상기 제 1,2 측정 전극은 각각, 좌표 정보가 부여된 복수의 단위 전극들이 집합된 구조이고,상기 전류 측정기는, 동일한 좌표 정보를 가지며 전기적으로 연결된 제 1 측정 전극의 단위 전극과, 제 2 측정 전극을 통해 흐르는 누설 전류를 측정하며, 상기 데이터 처리부는, 누설 전류 데이터로부터, 누설 전류가 큰 단위 전극의 좌표 정보를 통해 이물의 위치를 확인한다.
이에 따라 본 발명의 검출 장치는, 이물 위치 검출의 업무 로드를 대폭 경감시키면서도, 이물 위치를 정확하게 검출할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 검출 장치는, 이물 위치 검출의 업무 로드를 대폭 경감시키면서도, 이물 위치를 정확하게 검출할 수 있다.
Description
저전압 전지 셀에서, 이물질의 위치를 정확하게 확인 가능한 분석 장치 및 이를 이용하여 저전압 전지 셀의 이물질을 분석하는 방법에 관한 것이다.
화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격이 상승하고, 환경오염에 대한 관심이 증폭되면서 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있고, 특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차 전지와 파우치형 이차 전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차 전지에 대한 수요가 높다.
이차 전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는데, 대표적으로는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막에 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell) 등의 단위셀들을 권취한 구조의 스택-폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
또한 이차 전지는 전극조립체가 전지 용기에 수납된 상태에서 액체 전해질인 전해액을 주입하고, 전지 용기를 실링함으로써 제조된다.
제조가 완료된 이차 전지는 조립 공정, 제조 공정 또는 사용 중에 다양한 원인에 의하여 다양한 불량이 발생할 수 있다. 이 중 제조가 완료된 전지가 자가방전율 이상의 전압강하 거동을 보이는 현상을 저전압이라 한다.
이러한 저전압 불량 현상은 대표적으로 전지 내부에 위치하는 이물(異物)에 기인한 경우가 많은데, 대표적으로 양극 내 금속 이물이 존재하게 되면 금속 이물은 음극에서 덴드라이트(dendrite)로 성장하게 되고, 이러한 덴드라이트는 이차 전지의 내부 단락(쇼트)을 야기한다. 결과적으로 이차 전지의 내부 단락은 이차 전지의 고장, 손상, 발화 등의 원인이 된다.
이러한 저전압 불량을 야기하는 이물질의 종류를 파악하기 위해서는, 저전압 불량 전지 셀에서, 이물질을 샘플링하여 FE-SEM-EDS로 이미지 및 원소 분석을 하게 된다. 종래에는 저전압을 야기하는 이물질을 샘플링하기 위해, 저전압 전지 셀에서 모노셀 단위로, 개방회로전압(OCV)을 모니터링하여, 전압 강하량이 자가 방전량을 초과하는 모노셀을 선별해, 해당 모노셀과 그에 이웃하는 모노셀에 대해 육안으로 이물을 확인하고, 샘플링하였다. 그런데 이 같은 종래의 방법은, 육안으로 이물을 찾아야 하므로, 많은 시간이 소요되고, 이에 따라 장시간 수행에 따른 분석 피로도가 누적되며, 실제 누설 전류를 유발하는 이물 발견 확률이 낮은 문제가 있었다.
또한, 이물질을 샘플링하는 다른 방법으로, 하이팟(HI-POT) 검사가 있는데, 하이팟 검사는, 액체 질소 하에서 전해액을 냉동시킨 후, 고전압을 인가해, 잠재된 단락 위치에 전류를 집중시킴으로서 버닝(Burning)을 유발하고, 전지 셀을 분해하여 번트(burnt)된 모노셀 위치를 확인한 후에, 이를 샘플링하는 방법으로, 고전압 인가에 의한 폭발력에 의해, 샘플링된 시편의 정보 손실 우려가 크다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 목시 검사에 의한 이물질의 위치 탐색 시, 장시간 소요에 따른 분석 피로도의 문제와 이물 발견 확률이 높은 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치 및 검출 방법을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치는, 누설 전류 측정을 위해, 평가 대상 전지 셀의 양극 및 음극 상에 각 배치되는 제 1 측정 전극 및 제 2 측정 전극; 누설 전류를 측정하는 전류 측정기; 및 측정된 누설 전류 데이터를 처리하는 데이터 처리부를 포함하고, 상기 제 1,2 측정 전극은 각각, 좌표 정보가 부여된 복수의 단위 전극들이 집합된 구조이고, 상기 전류 측정기는, 동일한 좌표 정보를 가지며 전기적으로 연결된 제 1 측정 전극의 단위 전극과, 제 2 측정 전극을 통해 흐르는 누설 전류를 측정하며, 상기 데이터 처리부는, 누설 전류 데이터로부터, 누설 전류가 큰 단위 전극의 좌표 정보를 통해 이물의 위치를 확인한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치는, 제 1 지그 및 제 2 지그를 더 포함하고, 상기 제 1,2 지그는, 이들의 사이에, 상기 제 1,2 측정 전극 및 평가 대상 전지 셀의 적층체를 개재한 상태에서, 상기 적층체를 양면에서 가압한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 전지 셀은 저전압 불량이 확인된 모노셀로서, 양극/분리막/음극 구조의 모노셀이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 단위 전극들은 가로 및 세로 방향으로 행렬을 이루어 정렬되어 있어, 행렬에 따른 좌표 정보를 가진다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 단위 전극들은, 체적 및 형상이 모두 동일하고, 직육면체 또는 정육면체 형상이다.
본 발명의 일 실시예에서, 동일한 좌표 정보를 가지는 제 1 측정 전극의 단위 전극과, 제 2 측정 전극의 단위 전극은 하나의 전류 회로를 구성하고, 상기 전류 측정기는, 상기 좌표 정보의 개수에 대응하는 전류 회로들의 각 누설 전류를 동시에 측정한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 좌표 정보의 개수에 대응하는 복수의 전류 회로들이 구성하는 인쇄 회로 기판(PCB)을 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 인쇄 회로 기판은 연성 인쇄 회로 기판(FPCB)이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치는, 누설 전류를 증폭하는 증폭기를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치는, 상기 제 1 측정 전극의 단위 전극과 제 2 측정 전극의 단위 전극이 이루는 전류 회로에 외부 전력을 인가하는 전원을 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 방법은, 복수의 모노셀을 포함하는 전지 셀에서, 저전압을 야기한 모노셀을 선별하는 저전압 모노셀 선별 단계; 및 상기 이물 위치 검출 장치를 이용하여, 선별된 저전압 모노셀의 누설 전류를 측정해, 이물 위치를 특정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 저전압 모노셀 선별 단계는, 저전압 전지 셀의 음극 부위를 개방해, 음극 탭 용접부를 절단하고, 각 음극 사이에 절연 필름을 삽입하는 절연 필름 삽입 단계; 각 음극의 초기 개방회로전압(OCV1)을 측정하는 초기 전압 측정 단계; 저전압 전지 셀을 가압하는 가압 단계; 및 시간의 경과에 따라 각 음극의 개방회로전압을 모니터링하여, 저전압 모노 셀을 선별하는 선별 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 저전압 불량 전지 셀의 이물 분석 방법은, 복수의 모노셀을 포함하는 전지 셀에서, 저전압을 야기한 모노셀을 선별하는 저전압 모노셀 선별 단계; 제 1 항에 따른 검출 장치를 이용하여, 선별된 저전압 모노셀의 누설 전류를 측정해, 이물 위치를 특정하는 단계; 및 상기 특정된 이물 위치 주변을 샘플링하여, 이물의 종류를 분석하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치 및 검출 방법은, 좌표 정보를 가지는 복수의 단위 전극들을 통해, 누설 전류를 측정하고, 누설 전류가 큰 단위 전극의 좌표 정보로부터, 이물의 위치를 신속하고도 정확하게 찾을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치의 상부도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 모노셀 선별 단계의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 분석 장치에 의해 측정된 누설 전류를 출력한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치의 상부도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 모노셀 선별 단계의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 분석 장치에 의해 측정된 누설 전류를 출력한 도면이다.
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.
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 본 발명에 따른 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치의 상부도이다. 이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치(100)는, 누설 전류 측정을 위해, 평가 대상 전지 셀(10)의 양극(11) 및 음극(12) 상에 각 배치되는 제 1 측정 전극(110) 및 제 2 측정 전극(120); 누설 전류를 측정하는 전류 측정기(150); 및 측정된 누설 전류 데이터를 처리하는 데이터 처리부(160)를 포함한다.
제 1 측정 전극(110)과 제 2 측정 전극(120)의 사이에는 전지 셀(10)이 개재되고, 제 1 측정 전극(110)은 상기 전지 셀(10)의 양극(11)에, 제 2 측정 전극(120)은 전지 셀(10)의 음극(12)에 각각 대면한다.
상기 전지 셀은, 모노셀(monocell)일 수 있으며, 이러한 모노셀은 양극/분리막/음극 구조를 가진다. 본 발명의 이물 위치 검출 장치는, 저전압 불량 전지 셀에서 이물의 위치를 찾기 위한 것이므로, 상기 모노셀은 저전압 불량이 확인된 모노셀이다.
제 1 측정 전극(110)과 제 2 측정 전극(120)은, 전기적으로 연결되어 있고, 이들 사이에 개재된 저전압 전지 셀과 직접 접촉함에 따라, 저전압 전지 셀에 누설 전류가 유발될 경우, 제 1 측정 전극과 제 2 측정 전극에 누설 전류가 흐르게 된다. 그리고, 상기 전류 측정기(160)는 제 1 측정 전극과 제 2 측정 전극을 통해 흐르는 누설 전류를 측정한다.
저전압 전지 셀에서 누설 전류를 유발하는 이물질의 위치를 검출하기 위해, 상기 제 1 측정 전극(110)과 제 2 측정 전극(120)은, 각각 좌표 정보가 부여된 복수의 단위 전극들(111,121)이 집합된 구조를 가진다. 제 1 단위 전극을 구성하는 복수의 단위 전극들(111)은, 가로 방향(X축 방향) 및 세로 방향(Y축 방향)을 따라 행렬을 이루어 정렬되어 있어, 행렬에 따른 좌표 정보를 가진다. 이에 따라 좌표 정보는, 제 1 측정 전극과 제 2 측정 전극에서 이물의 위치 정보를 징표하는 것이다.
도 2를 참조하면, 제 1 측정 전극(110)은, 세로 방향(Y축 방향)을 및 가로 방향(X축 방향)을 따라, 복수의 단위 전극들(111)이 행렬을 이루어 배열되어 있고, 제 2 측정 전극(120) 역시 마찬가지로, 세로 방향(Y축 방향)을 및 가로 방향(X축 방향)을 따라, 복수의 단위 전극들(121)이 행렬을 이루어 배열되어 있다.
구체적으로, 제 1 측정 전극을 구성하는 단위 전극들(111)은 세로 방향을 따라 a, b, c, d 의 행을 이루고, 가로 방향을 따라 1,2,3...10 열을 이루며, a 행 1열에 위치한 단위 전극에게는, a1의 좌표 정보를, d 행 10 열에 위치한 단위 전극에게는 d10의 좌표 정보가 부여된다. 제 2 측정 전극을 구성하는 단위 전극들(121)에게 좌표 정보가 부여되는 방식은 위와 동일하다.
그리고, 동일한 좌표 정보를 가지는 제 1 측정 전극의 단위 전극과, 제 2 측정 전극의 단위 전극은 전기적으로 연결되어, 하나의 전류 회로를 구성하게 되고, 전류 측정기는 동일한 좌표 정보를 가지는 제 1 측정 전극의 단위 전극과, 제 2 측정 전극의 단위 전극을 통해 흐르는 누설 전류를 측정한다.
구체적으로, 제 1 측정 전극의 a1의 단위 전극과 제 2 측정 전극의 a1의 단위 전극이 짝을 이루어, 전기적으로 연결되고, 제 1 측정 전극의 b1의 단위 전극과 제 2 측정 전극의 b2의 단위 전극이 짝을 이루어 전기적으로 연결되어 있으며, 도 2에는 모두 도시 하지 않았지만, 나머지 좌표 정보가 부여된 단위 전극들도 이러한 방식으로 짝을 이루어 전기적으로 연결되어 있다. 이에 따라, 좌표 정보의 갯수에 대응하는 복수의 전류 회로들이 구성되고, 전류 측정기는, 이들 복수의 전류 회로에 각 흐르는 누설 전류를 동시에 측정하여, 좌표 정보에 따른 누설 전류 측정이 가능하게 된다.
이러한 좌표 정보에 따라, 이물의 위치를 찾아야 하므로, 좌표 정보가 부여된 복수의 단위 전극들은, 체적 및 형상이 모두 동일한 것이 바람직하다. 단위 전극들의 체적 및 형상이 서로 동일하지 않으면, 이들 요소에 의해 누설 전류가 영향을 받으므로, 누설 전류의 단순 비교를 통한 이물 위치를 검출하기 어려울 수 있기 때문이다.
상기 데이터 처리부(160)는, 상기 전류 측정기가 측정한 누설 전류 데이터로부터, 누설 전류가 큰 단위 전극의 좌표 정보를 통해, 이물의 위치를 확인한다.
도 5는 본 발명의 분석 장치에 의해 측정된 누설 전류를 출력한 도면이다. 데이터 처리부(160)는 전류 측정기(150)가 측정한 복수의 누설 전류 값을, 좌표 정보에 따라 처리하여, 도 5와 같이 출력할 수 있고, 이에 따라 누설 전류가 큰 좌표 정보를 확인해, 해당 좌표 정보의 위치에 이물이 있는 것으로 판단할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치는, 검사 대상이 되는 저전압 전지 셀에서, 좌표 정보가 부여된 단위 전극을 통하여, 누설 전류를 유발하는 위치를 정확하게 검출할 수 있으므로, 종래의 목시 검사를 통한 이물 위치 검사 방법과 대비하여, 의심되는 이물을 찾거나, 의심되는 위치에 대한 여러 샘플링 시, 업무 부하를 획기적으로 개선하면서도, 시간 및 분석 정확도가 획기적으로 향상되는 효과가 있다.
하나의 구체적 예에서, 본 발명의 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치는, 제 1 지그(130) 및 제 2 지그(140)를 더 포함하고, 상기 제 1,2 지그(130, 140)는, 이들(130, 140)의 사이에, 상기 제 1,2 측정 전극(110, 120) 및 평가 대상 전지 셀(10)의 적층체를 개재한 상태에서, 상기 적층체를 양면에서 가압한다.
상기 제 1,2 측정 전극(110, 120) 및 평가 대상 전지 셀(10)의 적층체를 양면 가압하는 것은, 누설 전류를 최대한 유발 시키기 위함이다. 상기 적층체를 가압하게 되면, 가압에 의해 이물이 있는 위치에서 양극과 음극이 통전되고, 평가 대상 전지 셀은, 전압을 유지하기 위해, 전류를 필요로 하게 되므로, 누설 전류가 발생하는 것이다. 그리고 이렇게 발생한 누설 전류는, 양극 및 음극에 접촉하고 있는 제 1,2 측정 전극을 통해, 흐르게 되어 전류 측정기를 통해 누설 전류의 측정이 가능하다.
하나의 구체적 예에서, 본 발명에 따른 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치는, 누설 전류를 증폭하는 증폭기를 더 포함할 수 있다. 이는 누설 전류값이 낮은 경우에, 누설 전류 값의 변별력을 높이기 위함이다.
또한 다른 구체적 예에 따른 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치는, 상기 제 1 측정 전극의 단위 전극과 제 2 측정 전극의 단위 전극이 이루는 전류 회로에 외부 전력을 인가하는 전원을 포함할 수 있다. 이 역시 누설 전류값이 낮을 때에 누설 전류 값의 변별력을 높이기 위해 추가하는 것이다.
하나의 구체적 예에서, 본 발명에 따른 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치는, 상기 좌표 정보의 개수에 대응하는 전류 회로들이 집합된 인쇄 회로 기판(PCB; Printed Circuit Board)을 포함할 수 있다. 이에 따라 제 1 측정 전극의 단위 전극들과 제 2 측정 전극의 단위 전극들의 전기적 연결을 위한 전선이 불필요하고, 이들 회로가 안정화 되며, 균일성과 신뢰성이 높아진다. 그리고 상기 인쇄 회로 기판은, 연성 인쇄 회로 기판(FPCB; Flexibe Printed Circuit Board)일 수 있다. 연성 인쇄 회로 기판은 3차원 배선이 가능하고 소형화와 경량화가 가능한 이점이 있다.
이하 본 발명에 따른 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 방법의 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 방법은, 복수의 모노셀을 포함하는 전지 셀에서, 저전압을 야기한 모노셀을 선별하는 저전압 모노셀 선별 단계(S10); 및 제 상기 이물 위치 검출 장치를 이용하여, 선별된 저전압 모노셀의 누설 전류를 측정해, 이물 위치를 특정하는 단계(S20)를 포함한다.
스택형 또는 스택/폴딩형 전지 셀은, 양극/분리막/음극 구조를 가지는 모노셀이 복수 적층된 구조를 가지는바, 상기 저전압 모노셀 선별 단계(S10)는, 저전압 전지 셀에 있어서, 이물이 위치한 모노셀을 선별하는 단계이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따는 모노셀 선별 단계의 순서도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 모노셀 선별 단계(S10)는, 저전압 전지 셀의 음극 부위를 개방해, 음극 탭 용접부를 절단하고, 각 음극 사이에 절연 필름을 삽입하는 절연 필름 삽입 단계(S11); 각 음극의 초기 개방회로전압(OCV1)을 측정하는 초기 전압 측정 단계(S12); 저전압 전지 셀을 가압하는 가압 단계(S13); 및 시간의 경과에 따라 각 음극의 개방회로전압을 모니터링하여, 저전압 모노 셀을 선별하는 선별 단계(S14)를 포함한다.
상기 절연 필름을 삽입 단계(S11)는, 복수의 모노셀에서, 개별 모노셀 단위로 개방회로전압(OCV)을 측정하기 위해, 모노셀과 모노셀 사이를 절연하는 절연 필름을 삽입하는 것이다.
초기 전압 측정 단계(S12)는, 전압 강하량 비교를 위해 측정하는 것이다. 저전압 전지 셀은, 전압 강하량이 자가 방전량을 초과하는 전지 셀로서, 시간의 경과에 따라, 전압 강하량이 큰 전지 셀을 저전압 모노셀로 선별하는데, 전압 강하량의 비교를 위해, 초기 전압을 측정하여 기록하고, 이후 시간의 경과에 따라 전압과의 차이(전압 강하량)를 계산하여 저전압 모노셀을 선별한다. 이때 모든 음극에 대해 개방회로전압을 측정한다.
초기 개방회로전압을 측정한 후에는, 전지 셀을 가압하는 가압 단계(S13)를 수행한다. 상기 가압 단계는 전압 강하를 가속화하기 위한 것이다. 상기 가압 수단은, 전압 강하를 가속화할 수 있는 것이라면, 특별히 한정되지 아니하고, 구체적 일례로서, 전지셀의 양면을 가압할 수 있는 한 쌍의 가압 플레이트를 포함하는 가압 지그일 수 있다. 상기 가압 단계에서 전해액이 누출될 수 있으므로, 가압 단계를 진행하기 전해 전지를 밀폐할 수 있는 포장재에 넣어 밀봉하는 것이 바람직하다. 이러한 포장재로는, 전해액의 누액을 방지할 수 있는 소재라면 특별히 한정되지 아니하며, 구체적으로는 비닐 포장재일 수 있다.
상기 선별 단계(S14)는, 시간의 경과에 따라 각 음극의 개방회로전압을 측정하면서, 전압 강하량을 계산해, 전압 강하량이 크게 나타나는 음극을 포함하는 모노셀을 저전압 전지 셀로서 선별하는 단계이다.
이렇게, 저전압 전지 셀에서, 저전압을 야기한 모노셀을 선별한 후에는, 상기 모노셀에 대하여, 전술한 이물 위치 검출 장치를 이용해, 누설 전류를 측정함으로써, 누설 전류를 발생시키는 이물의 위치를 확인하는 단계(S20)를 수행한다.
전술한 이물 위치 검출 장치는, 누설 전류를 측정하기 위한 제 1 측정 전극 및 제 2 측정 전극이 각각, 좌표 정보가 부여된 복수의 단위 전극들이 집합된 구조이고, 동일 좌표를 가지는 제 1 측정 전극과 제 2 측정 전극이 구성하는 전류 회로에 대해 누설 전류를 측정해, 누설 전류가 크게 나타나는 좌표 정보에 따라 이물의 위치를 검출하므로, 본 발명에 따른 이물 위치 검출 방법은 저전압을 야기하는 이물의 위치를 신속하고도 정확하게 검출하는 효과가 있다.
이하 본 발명에 따른 저전압 전지 셀의 이물 분석방법에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 저전압 전지 셀의 이물 분석 방법(S30)은, 복수의 모노셀을 포함하는 전지 셀에서, 저전압을 야기한 모노셀을 선별하는 저전압 모노셀 선별 단계(S31); 제 1 항에 따른 검출 장치를 이용하여, 선별된 저전압 모노셀의 누설 전류를 측정해, 이물 위치를 특정하는 단계(S32); 및 상기 특정된 이물 위치 주변을 샘플링하여, 이물의 종류를 분석하는 단계(S33)를 포함한다.
상기 모노셀 선별 단계(S31) 및 이물 위치를 특정하는 단계(S32)의 구체적 내용은 앞서 전술하였으므로, 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
상기 이물의 종류를 분석하는 단계(S33)은, 특정된 이물 위치 주변을 샘플링하여, 샘플링한 시편으로 이물의 종류를 분석하는 단계로, 구체적으로는 FE-SEM-EDS 분석 방법을 이용할 수 있다. 여기서 샘플링은, 특정된 이물이 포함되도록 시편을 제작하는 것을 의미한다.
FE-SEM-EDS 분석 방법은, 고해상도 및 고배율, 저손상 표면분석을 위해 활용하는 장비를 이용해, 미세구조분석, morphology, 단면분석, 입도분석 등이 가능하며, EDS 장비로 미지시료의 정성, 정량분석이 가능하다. 본 발명의 분석 방법은, 샘플링된 시편에 저전압을 야기한 이물질이 포함될 확률이 매우 높기 때문에, 분석 정화도가 향상되는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10: 전지 셀(모노셀)
100: 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치
110: 제 1 측정 전극
120: 제 2 측정 전극
130: 제 1 지그
140: 제 2 지그
150: 전류 측정기
160: 데이터 처리부
170: 인쇄 회로 기판
111, 121: 단위 전극
a1~a10, b1~b10, c1~c10, d1~d10: 좌표 정보
100: 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치
110: 제 1 측정 전극
120: 제 2 측정 전극
130: 제 1 지그
140: 제 2 지그
150: 전류 측정기
160: 데이터 처리부
170: 인쇄 회로 기판
111, 121: 단위 전극
a1~a10, b1~b10, c1~c10, d1~d10: 좌표 정보
Claims (13)
- 누설 전류 측정을 위해, 평가 대상 전지 셀의 양극 및 음극 상에 각 배치되는 제 1 측정 전극 및 제 2 측정 전극;
누설 전류를 측정하는 전류 측정기; 및
측정된 누설 전류 데이터를 처리하는 데이터 처리부를 포함하고,
상기 제 1,2 측정 전극은 각각, 좌표 정보가 부여된 복수의 단위 전극들이 집합된 구조이고,
상기 전류 측정기는, 동일한 좌표 정보를 가지며 전기적으로 연결된 제 1 측정 전극의 단위 전극과, 제 2 측정 전극을 통해 흐르는 누설 전류를 측정하며,
상기 데이터 처리부는, 누설 전류 데이터로부터, 누설 전류가 큰 단위 전극의 좌표 정보를 통해 이물의 위치를 확인하는 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 지그 및 제 2 지그를 더 포함하고,
상기 제 1,2 지그는, 이들의 사이에, 상기 제 1,2 측정 전극 및 평가 대상 전지 셀의 적층체를 개재한 상태에서, 상기 적층체를 양면에서 가압하는 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지 셀은 저전압 불량이 확인된 모노셀로서, 양극/분리막/음극 구조의 모노셀인, 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 단위 전극들은 가로 및 세로 방향으로 행렬을 이루어 정렬되어 있어, 행렬에 따른 좌표 정보를 가지는 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 단위 전극들은, 체적 및 형상이 모두 동일하고, 직육면체 또는 정육면체 형상인 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치.
- 제 1 항에 있어서, 동일한 좌표 정보를 가지는 제 1 측정 전극의 단위 전극과, 제 2 측정 전극의 단위 전극은 하나의 전류 회로를 구성하고,
상기 전류 측정기는, 상기 좌표 정보의 개수에 대응하는 전류 회로들의 각 누설 전류를 동시에 측정하는 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치.
- 제 6 항에 있어서, 상기 좌표 정보의 개수에 대응하는 복수의 전류 회로들이 구성하는 인쇄 회로 기판(PCB)을 더 포함하는 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판은 연성 인쇄 회로 기판(FPCB)인 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치.
- 제 1 항에 있어서, 누설 전류를 증폭하는 증폭기를 더 포함하는 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 측정 전극의 단위 전극과 제 2 측정 전극의 단위 전극이 이루는 전류 회로에 외부 전력을 인가하는 전원을 더 포함하는 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 장치.
- 복수의 모노셀을 포함하는 전지 셀에서, 저전압을 야기한 모노셀을 선별하는 저전압 모노셀 선별 단계; 및
제 1 항에 따른 검출 장치를 이용하여, 선별된 저전압 모노셀의 누설 전류를 측정해, 이물 위치를 특정하는 단계를 포함하는 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 저전압 모노셀 선별 단계는,
저전압 전지 셀의 음극 부위를 개방해, 음극 탭 용접부를 절단하고, 각 음극 사이에 절연 필름을 삽입하는 절연 필름 삽입 단계;
각 음극의 초기 개방회로전압(OCV1)을 측정하는 초기 전압 측정 단계;
저전압 전지 셀을 가압하는 가압 단계; 및
시간의 경과에 따라 각 음극의 개방회로전압을 모니터링하여, 저전압 모노 셀을 선별하는 선별 단계를 포함하는 저전압 전지 셀의 이물 위치 검출 방법.
- 복수의 모노셀을 포함하는 전지 셀에서, 저전압을 야기한 모노셀을 선별하는 저전압 모노셀 선별 단계;
제 1 항에 따른 검출 장치를 이용하여, 선별된 저전압 모노셀의 누설 전류를 측정해, 이물 위치를 특정하는 단계; 및
상기 특정된 이물 위치 주변을 샘플링하여, 이물의 종류를 분석하는 단계를 포함하는 저전압 불량 전지 셀의 이물 분석 방법.
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Legal Events
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| A201 | Request for examination |