KR20240002116A - 파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법 - Google Patents

파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파우치로 밀봉되는 전극에 존재하는 균열이나 용접상태에 대한 불량을 정확히 검출하여 수율을 높일 수 있는 파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법을 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 전극탭 가용접 공정; 전극탭 본용접 공정; 및 패킹 공정을 포함하는 파우치형 이차전지의 제조방법에 이용되며, 제1균열상태 검사단계; 제2균열상태 검사단계; 용접상태 검사단계; 및 제3균열상태 검사단계를 포함한다. 제1균열상태 검사단계는 전극탭 가용접 공정에서 발생된 전극탭의 제1균열상태를 제1균열상태를 검사한다. 제2균열상태 검사단계는 전극탭 본용접 공정에서 발생된 전극탭의 제2균열상태를 검사한다. 용접상태 검사단계는 전극탭 본용접 공정 이후에 전극탭의 용접상태를 검사한다. 제3균열상태 검사단계는 패킹 공정 이후 패킹 공정에서 발생된 전극탭의 제3균열상태를 검사하되, 측정된 제3균열상태 측정신호와 전극탭 본용접 공정 이후 미리 수행된 용접상태 측정신호의 차이값을 산출하고, 산출된 차이값과 제3균열상태 기준신호를 비교하여 전극탭의 제3균열상태를 검사한다.

Description

파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법{NON-DESTRUCTIVE INSPECTION METHOD FOR POUCH-TYPE BATTERY}
본 발명은 파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법에 관한 것으로, 상세하게는 파우치로 밀봉되는 전극에 존재하는 균열이나 용접상태에 대한 불량을 정확히 검출하여 수율을 높일 수 있는 파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법에 관한 것이다.
이차전지는 전지의 형상 면에서 얇은 두께로 우수한 점유공간을 가지는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성을 가지는 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 가지는 구조에 따라서 분류되기도 하는데, 대표적으로는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 젤리롤(권취형) 전극조립체와, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체 등이 있다.
최근에는 스택형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장한 구조의 스택-파우치형 이차전지가 많은 관심을 모으고 있으며, 이러한 스택-파우치형 이차전지는 우수한 점유공간과, 효율적인 제조비용과, 적은 중량 및 용이한 형태 변형 등을 이유로 사용량이 점차 증가하고 있다.
도 1은 스택-파우치형 이차전지를 나타낸 예시도이다.
기본적으로 이차전지는 크게 극판제조 공정, 조립 공정 및 화성 공정 등을 포함하는 일련의 과정을 거쳐 제조된다. 즉, 활물질과 바인더 및 가소제 등을 혼합한 물질을 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극판 및 음극판을 제조하고, 이를 분리막의 양측에 적층함으로써 소정 형상의 전극조립체(11)를 형성하며, 이후 전극조립체(11)의 양극판 및 음극판에서 연장된 복수의 전극탭(12)에 전극리드(13)를 용접하여 연결하고, 이후 전극조립체(11)를 파우치(14)에 삽입하여 패킹하고, 이후 전해액을 주입 후 밀봉하여서 완성된다.
여기서, 이차전지 제조 공정 즉, 전극조립체(11)에서 연장된 전극탭(12)에 전극리드(13)를 용접하여 연결하고, 이를 파우치(14)에 삽입하여 패킹하는 과정 중에는 활물질이 도포된 전극 유지부 영역과 활물질이 도포되지 않은 전극 무지부 영역 간의 연신율 차이와, 용접에 의한 물리적 외력 등의 이유로 인하여, 전극탭(12) 영역에서 균열(Crack)이 발생되거나, 벤딩 영역에서는 접히는 등 정렬상태에 불량이 발생되거나, 용접상태(용접강도)에 불량이 발생될 수 있다.
이처럼 전극탭(12) 영역에서 발생되는 균열이나 용접상태 불량은 저전압 불량을 야기하게 되는데, 이로 인하여 조립 공정 완료 후 출하 전에 전극탭(12) 영역에 대한 균열이나 용접상태 불량을 검출하는 검사 공정이 요구된다.
도 2는 종래 이차전지의 비파괴 검사방법을 설명하기 위하여 이차전지 제조방법을 나타낸 블록 흐름도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 이차전지 제조방법은 전극조립체 제작 공정(S11), 전극탭 가용접 공정(S12), 전극탭 본용접 공정(S13), 패킹 공정(S14), 용접상태 및 균열상태 검사 공정(S15)을 포함한다.
즉, 분리막의 양측에 양극판 및 음극판을 적층하여 전극조립체(11)를 제작한다. <전극조립체 제작 공정(S11)>
이후, 전극조립체(11)로부터 연장된 전극탭(12)들에 전극리드(13)를 연결하기 위하여, 전극조립체(11)로부터 연장된 복수의 전극탭(12)을 가용접(Pre welding)하여 정렬한다. <전극탭 가용접 공정(S12)>
이후, 정렬된 복수의 전극탭(12)에 전극리드(13)를 본용접(Main welding)하여 연결한다. <전극탭 본용접 공정(S13)>
이후, 전극리드(13)의 일부를 외부로 노출시킨 상태에서 전극탭(12)을 포함한 전극조립체(11)를 파우치(14)에 수납하여 패킹한다. <패킹 공정(S14)>
이후, 비접촉 센서를 이용하여 상술한 제조 공정 시 전극탭(12) 영역에 발생될 수 있는 균열상태 및 용접상태를 측정하고, 측정된 측정신호를 바탕으로 해당 이차전지(10)의 불량품을 걸려내고 양품만을 출하하게 된다. <용접상태 및 균열상태 검사 공정(S15)>
여기서, 기본적으로 상기와 같이 패킹 공정(S14)을 완료한 후 전극탭(12) 영역에 대한 균열상태 및 용접상태를 검사하는 과정에서는 검사 대상인 전극탭(12) 영역이 파우치(14)로 가려져 있기 때문에, 비접촉 센서에서 수신되는 측정신호의 강도가 상대적으로 약해 균열상태 및 용접상태(용접강도)에 대한 정밀한 측정이 이루어질 수 없는 문제가 있다.
또한, 상기와 같이 패킹 공정(S14)을 완료한 다음 출하 전 파우치(14)로 가려진 전극탭(12) 영역에 대한 균열상태 및 용접상태를 검사하는 과정에서 균열상태를 측정하기 위한 균열상태 측정신호와 용접상태를 측정하기 위한 용접상태 측정신호가 서로 복합적으로 측정될 수 있는데, 이 경우 해당 전극탭(12) 영역에서 측정된 측정신호로부터 균열상태에 의한 불량인지 용접상태(용접강도)에 의한 불량인지가 명확히 검출되지 못하는 오검(미검 혹은 과검)이 발생되는 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 제2019-0107933호 (2019.09.23. 공개)
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는 파우치로 밀봉된 전극탭 영역에 존재하는 균열 및 용접상태에 대한 불량을 오검 없이 정확히 검출하여 파우치형 이차전지의 수율을 크게 높일 수 있는 파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법은 전극조립체로부터 연장된 복수의 전극탭을 가용접하여 정렬하는 전극탭 가용접 공정; 가용접된 상기 전극탭에 전극리드를 본용접하여 연결하는 전극탭 본용접 공정; 상기 전극탭 및 상기 전극조립체를 파우치에 패킹하는 패킹 공정을 포함하는 파우치형 이차전지의 제조방법에 이용되며, 상기 전극탭 가용접 공정 이후에 수행되며, 상기 전극탭 가용접 공정에서 발생된 상기 전극탭의 제1균열상태를 측정하고, 측정된 제1균열상태 측정신호와 제1균열상태 기준신호를 비교하여, 상기 전극탭의 제1균열상태를 검사하는 제1균열상태 검사단계; 상기 전극탭 본용접 공정 이후에 수행되며, 상기 전극탭 본용접 공정에서 발생된 상기 전극탭의 제2균열상태를 측정하고, 측정된 제2균열상태 측정신호와 제2균열상태 기준신호를 비교하여, 상기 전극탭의 제2균열상태를 검사하는 제2균열상태 검사단계; 및 상기 전극탭 본용접 공정 이후에 수행되며, 상기 전극탭의 용접상태를 측정하고, 측정된 용접상태 측정신호와 용접상태 기준신호를 비교하여, 상기 전극탭의 용접상태를 검사하는 용접상태 검사단계를 포함한다.
이때, 상기 패킹 공정 이후에 수행되며, 상기 패킹 공정에서 발생된 상기 전극탭의 제3균열상태를 측정하고, 측정된 제3균열상태 측정신호와 제3균열상태 기준신호를 비교하여, 상기 전극탭의 제3균열상태를 검사하는 제3균열상태 검사단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3균열상태 검사단계는 상기 용접상태 검사단계에서 미리 획득된 상기 용접상태 측정신호와 상기 제3균열상태 측정신호의 차이값을 산출하고, 상기 차이값이 상기 제3균열상태 기준신호로부터 허용오차범위 이내이면 양품으로 판단할 수 있다.
이때, 상기 용접상태 측정신호는 상기 전극탭을 투과한 투과신호일 수 있고, 상기 제3균열상태 측정신호는 상기 파우치 및 상기 전극탭을 투과한 투과신호일 수 있다.
또한, 상기 전극탭 본용접 공정 이후에 수행되며, 상기 전극탭의 정렬상태를 측정하고, 측정된 정렬상태 측정신호와 정렬상태 기준신호를 비교하여, 상기 전극탭의 정렬상태를 검사하는 정렬상태 검사단계를 더 포함할 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법에 있어서, 상기 제1균열상태 측정신호 및 상기 제2균열상태 측정신호는 상기 전극탭에서 반사되는 반사신호일 수 있고, 상기 용접상태 측정신호 및 상기 정렬상태 측정신호는 상기 전극탭을 투과한 투과신호일 수 있다.
본 발명에 따르면, 전극탭 가용접 공정 이후 전극탭 영역에 존재하는 균열상태를 1차로 검사하고, 전극탭 본용접 공정 이후 전극탭 영역에 존재하는 균열상태 및 용접상태를 2차로 검사하여, 패킹 공정 전 파우치가 없는 상태에서 용접 공정이 완료된 전극탭 영역에 대한 균열 및 용접상태에 따른 불량 여부를 정확히 검출해낼 수 있다.
본 발명에 따르면, 파우치 패킹 공정 이후 파우치에 가려진 전극탭 영역에 존재하는 균열상태를 최종적으로 검사하되, 앞서 미리 측정된 용접상태 측정신호와 새롭게 측정된 균열상태 측정신호로부터 산출된 차이값을 균열 판단기준으로 이용함으로써, 패킹 공정 이후 균열상태 검사단계에서 파우치 및 용접부에 의하여 균열상태 판단 시 변별력이 저하되는 것을 해소하고, 최종 출하되는 이차전지의 전극탭 영역에 대하여 균열, 정렬 및 용접상태에 대한 불량 여부를 오검 없이 정확히 검수하여 이차전지의 수율을 크게 높일 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 스택-파우치형 이차전지를 나타낸 예시도이다.
도 2는 종래 이차전지 비파괴 검사방법을 설명하기 위하여 이차전지의 제조방법을 나타낸 블록 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법을 설명하기 위하여 이차전지의 제조방법을 나타낸 블록 흐름도이다.
도 4는 도 3의 제1균열상태 검사단계에서 제1균열상태 측정신호의 획득 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 도 3의 제2균열상태 검사단계에서 제2균열상태 측정신호의 획득 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 도 3의 용접상태 검사단계에서 용접상태 측정신호 또는 정렬상태 검사단계에서 정렬상태 측정신호의 획득 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 도 3의 제3균열상태 검사단계에서 제3균열상태 측정신호의 획득 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 도 3의 용접상태 검사단계 시 정상 용접된 전극탭에서 측정된 용접상태 측정신호와 용접상태 기준신호를 비교하여 나타낸 도면이다.
도 9는 도 3의 용접상태 검사단계 시 불량(용접강도 불량) 용접된 전극탭에서 측정된 용접상태 측정신호와 용접상태 기준신호를 비교하여 나타낸 일 예이다.
도 10은 도 3의 용접상태 검사단계 시 불량(용접강도 비대칭 불량) 용접된 전극탭에서 측정된 용접상태 측정신호와 용접상태 기준신호를 비교하여 나타낸 다른 예이다.
이하 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용될 수 있으며 이에 따른 부가적인 설명은 생략될 수 있다.
우선 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법은 비파괴 검사 공정을 이용하여 이차전지(10)의 제조 공정에서 파우치(14)의 내부에 존재하는 전극탭(12) 영역에 대한 균열상태 및 용접상태를 오검 없이 정확히 검출하여, 이차전지(10)의 수율을 크게 높일 수 있도록 한 것이다.
대상이 되는 이차전지(10)는 스택-파우치형 이차전지(10)에 한정되지 않고, 다양한 구조 및 형상을 가지는 이차전지에는 모두 적용될 수 있으며, 이하에서는 설명의 편의상 스택형 전극조립체(11)와 파우치(14)를 가지는 스택-파우치형 이차전지(10)를 예로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법을 설명하기 위하여 이차전지의 제조방법을 나타낸 블록 흐름도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법은 제1균열상태 검사단계(S110), 제2균열상태 검사단계(S120), 용접상태 검사단계(S130)를 포함할 수 있다.
제1균열상태 검사단계(S110)는 전극탭 가용접 공정(S12) 이후에 수행될 수 있으며, 전극탭 가용접 공정(S12)에서 발생된 전극탭(12)의 제1균열상태를 측정하고, 측정된 제1균열상태 측정신호와 미리 설정된 제1균열상태 기준신호를 비교하여, 전극탭(12)의 제1균열상태를 검사하는 단계일 수 있다.
구체적으로, 제1균열상태 검사단계(S110)에 앞서 수행되는 전극탭 가용접 공정(S12)은 전극조립체 제작 공정(S11)을 통하여 미리 제작된 전극조립체(11)로부터 연장된 복수의 전극탭(12)을 가용접(Pre welding)하여 정렬하는 공정이다. 즉, 전극조립체(11)의 음극판 혹은 양극판에서 연장되는 복수의 전극탭(12)을 초음파나 레이저로 가용접(W1)하여 정렬한다. 전극탭 가용접 공정(S12)을 통하여 복수의 전극탭(12)은 벤딩되면서 가용접된 자유단부가 적층된 상태로 마련될 수 있다. 이처럼 전극탭 가용접 공정(S12)을 거치면서 벤딩 및 적층되는 전극탭(12) 영역에는 제1균열이 발생될 수 있다.
제1균열상태 검사단계(S110)에서는 검사 대상인 이차전지 또는 비접촉식 센서를 상대 이동시키면서 전극탭(12) 영역에 대한 제1균열상태 측정신호를 획득할 수 있다. 여기서 이용되는 비접촉식 센서로는 반사형 와전류 센서가 사용될 수 있다. 도 4를 참조하면, 반사형 와전류 센서(21)는 이차전지(10)의 일측에 발신부 및 수신부가 비접촉 형태로 배치될 수 있으며, 발신부는 전극탭(12)을 향하여 발신신호를 발신하고 수신부는 전극탭(12)에서 반사된 반사신호(CS1)를 수신한다. 즉, 발신신호가 전극탭(12)에서 반사되는 과정에서 전극탭(12)에 존재하는 제1균열상태에 따라 변형되는 반사신호(CS1)가 제1균열상태 측정신호에 해당할 수 있다.
제1균열상태 검사단계(S110)에서 획득되는 제1균열상태 측정신호의 측정범위(CA1)는 전극탭(12)의 전체 영역 즉, 전극조립체(11)에 연결되어 벤딩되는 일단부에서 가용접(W1)되어 적층된 자유단부까지의 전체 영역일 수 있다. 물론 제1균열상태 측정신호의 측정범위(CA1)는 전극탭(12)의 가용접(W1)되어 적층된 자유단부의 일부 영역일 수도 있다. 이러한 제1균열상태 측정신호의 측정범위(CA1)는 이용되는 반사형 와전류 센서의 종류 및 사양에 따라 달라질 수 있음은 물론이며, 상대적으로 넓은 검사 영역을 가지는 반사형 와전류 센서를 1회 스캐닝하여 전극탭(12)의 전체 영역에 대한 제1균열상태 측정신호를 한번에 획득할 수 있고, 상대적으로 좁은 검사 영역을 가지는 반사형 와전류 센서를 여러 차례 스캐닝하여 전극탭(12)의 전체 영역에 대한 제1균열상태 측정신호를 여러 번에 걸쳐 획득할 수도 있다.
제1균열상태 검사단계(S110)에서 제1균열상태 측정신호가 측정되면, 측정된 제1균열상태 측정신호와 미리 설정된 제1균열상태 기준신호를 비교하여, 전극탭(12) 영역에 대한 제1균열상태를 검사할 수 있다. 제1균열상태 기준신호는 가용접(W1) 수행 후 균열이 전혀 없는 전극탭(12)에서 측정된 기준신호에 해당한다. 예컨대, 제1균열상태 측정신호가 제1균열상태 기준신호로부터 허용오차범위를 벗어나면 해당 전극탭(12)은 균열에 의한 불량으로 판단할 수 있고, 제1균열상태 측정신호가 제1균열상태 기준신호로부터 허용오차범위 내에 있으면 해당 전극탭(12)은 양품으로 판단할 수 있으며, 양품으로 판단된 대상만을 다음 공정으로 공급한다.
제2균열상태 검사단계(S120)는 전극탭 본용접 공정(S13) 이후에 수행될 수 있으며, 전극탭 본용접 공정(S13)에서 발생된 전극탭(12)의 제2균열상태를 측정하고, 측정된 제2균열상태 측정신호와 미리 설정된 제2균열상태 기준신호를 비교하여, 전극탭(12)의 제2균열상태를 검사하는 단계일 수 있다.
구체적으로, 제2균열상태 검사단계(S120)에 앞서 수행되는 전극탭 본용접 공정(S13)은 가용접된 전극탭(12)에 전극리드(13)를 본용접(Main welding)하여 연결하는 공정이다. 즉, 복수의 전극탭(12)에 전극리드(13)를 초음파나 레이저로 본용접(W2)하여 연결한다. 이처럼 전극탭 본용접 공정(S13)을 거치면서 전극탭(12) 영역에는 제2균열이 발생될 수 있다.
제2균열상태 검사단계(S120)는 앞서 설명한 제1균열상태 검사단계(S110)와 실질적으로 동일하게 수행될 수 있다. 즉, 검사 대상인 이차전지 또는 비접촉식 센서를 상대 이동시키면서 전극탭(12) 영역에 대한 제2균열상태 측정신호를 획득할 수 있다. 여기서 이용되는 비접촉식 센서로 반사형 와전류 센서가 사용될 수 있다. 도 5를 참조하면, 반사형 와전류 센서(22)는 이차전지(10)의 일측에 발신부 및 수신부가 비접촉 형태로 배치될 수 있으며, 발신부는 전극탭(12)을 향하여 발신신호를 발신하고 수신부는 전극탭(12)에서 반사된 반사신호(CS2)를 수신한다. 즉, 발신신호가 전극탭(12)에서 반사되는 과정에서 전극탭(12)에 존재하는 제2균열상태에 따라 변형되는 반사신호(CS2)가 제2균열상태 측정신호에 해당할 수 있다. 앞서 제1균열상태 검사단계(S110)에서 이용된 반사형 와전류 센서(21)와 제2균열상태 검사단계(S120)에서 이용된 반사형 와전류 센서(22)는 동일한 센서일 수 있다.
제2균열상태 검사단계(S120)에서 획득되는 제2균열상태 측정신호의 측정범위(CA2) 역시 전극탭(12)의 전체 영역 즉, 전극조립체(11)에 연결되어 벤딩되는 일단부에서 전극리드(13)와 본용접(W2)되는 자유단부까지의 전체 영역일 수 있다. 물론 제2균열상태 측정신호의 측정범위(CA2)는 전극탭(12)의 본용접(W2)된 자유단부의 일부 영역일 수도 있다. 상대적으로 넓은 검사 영역을 가지는 반사형 와전류 센서를 1회 스캐닝하여 전극탭(12)의 전체 영역에 대한 제2균열상태 측정신호를 한번에 획득할 수 있고, 상대적으로 좁은 검사 영역을 가지는 반사형 와전류 센서를 여러 차례 스캐닝하여 전극탭(12)의 전체 영역에 대한 제2균열상태 측정신호를 여러 번에 걸쳐 획득할 수도 있다.
제2균열상태 검사단계(S120)에서 제2균열상태 측정신호가 측정되면, 측정된 제2균열상태 측정신호와 미리 설정된 제2균열상태 기준신호를 비교하여, 전극탭(12) 영역에 대한 제2균열상태를 검사할 수 있다. 제2균열상태 기준신호는 본용접(W2) 수행 후 균열이 전혀 없는 전극탭(12)에서 측정된 기준신호에 해당한다. 예컨대, 제2균열상태 측정신호가 제2균열상태 기준신호로부터 허용오차범위를 벗어나면 해당 전극탭(12)은 균열에 의한 불량으로 판단할 수 있고, 제2균열상태 측정신호가 제2균열상태 기준신호로부터 허용오차범위 내에 있으면 해당 전극탭(12)은 양품으로 판단할 수 있으며, 양품으로 판단된 대상만을 다음 공정으로 공급한다.
용접상태 검사단계(S130)는 전극탭 본용접 공정(S13) 이후에 수행될 수 있으며, 전극탭(12)의 용접상태를 측정하고, 측정된 용접상태 측정신호와 미리 설정된 용접상태 기준신호를 비교하여, 전극탭(12)의 용접상태를 검사하는 단계일 수 있다. 여기서 용접상태는 용접강도를 의미할 수 있다.
구체적으로, 용접상태 검사단계(S130)는 앞서 설명한 제2균열상태 검사단계(S120) 다음에 수행되거나, 제2균열상태 검사단계(S120) 이전에 수행될 수 있고, 제2균열상태 검사단계(S120)와 동시에 수행될 수도 있다.
용접상태 검사단계(S130)는 검사 대상인 이차전지 또는 비접촉식 센서를 상대 이동시키면서 전극탭(12) 영역에 대한 용접상태 측정신호를 획득할 수 있다. 여기서, 이용되는 비접촉식 센서로는 투과형 와전류 센서가 사용될 수 있다. 도 6을 참조하면, 투과형 와전류 센서(23)는 이차전지(10)의 일측에 발신부가 비접촉 형태로 배치되고 이차전지(10)의 타측에 수신부가 비접촉 형태로 배치될 수 있으며, 발신부는 전극탭(12)을 향하여 발신신호를 발신하고 수신부는 전극탭(12)을 통과한 투과신호(WS)를 수신한다. 즉, 발신신호가 전극탭(12)을 통과하는 과정에서 전극탭(12)의 용접부위(W1,W2)가 가지는 용접강도 조건에 따라 변형되는 투과신호(WS)가 용접상태 측정신호에 해당할 수 있다.
용접상태 검사단계(S130)에서 획득되는 용접상태 측정신호의 측정범위(WA) 역시 전극탭(12)의 전체 영역일 수 있다. 물론 용접상태 측정신호의 측정범위(WA)는 전극탭(12)의 용접부위(W1,W2)가 존재하는 자유단부의 일부 영역일 수도 있다. 상대적으로 넓은 검사 영역을 가지는 투과형 와전류 센서를 1회 스캐닝하여 전극탭(12)의 전체 영역에 대한 용접상태 측정신호를 한번에 획득할 수 있고, 상대적으로 좁은 검사 영역을 가지는 투과형 와전류 센서를 여러 차례 스캐닝하여 전극탭(12)의 전체 영역에 대한 용접상태 측정신호를 여러 번에 걸쳐 획득할 수도 있다.
용접상태 검사단계(S130)에서 용접상태 측정신호가 측정되면, 측정된 용접상태 측정신호와 미리 설정된 용접상태 기준신호를 비교하여, 전극탭(12) 영역에 대한 용접상태를 검사할 수 있다. 용접상태 기준신호는 전극탭(12) 및 전극리드(13)를 연결하는 용접부위(W1,W2)가 적정의 용접강도를 가지는 상태에서 측정된 기준신호에 해당한다. 예컨대, 용접상태 측정신호가 용접상태 기준신호로부터 허용오차범위를 벗어나면 해당 전극탭(12)의 용접상태는 불량으로 판단할 수 있고, 용접상태 측정신호가 용접상태 기준신호로부터 허용오차범위 내에 있으면 해당 전극탭(12)의 용접상태는 양품으로 판단할 수 있으며, 양품으로 판단된 대상만을 다음 공정으로 공급한다.
도 8은 도 3의 용접상태 검사단계 시 정상 용접된 전극탭에서 측정된 용접상태 측정신호와 용접상태 기준신호를 비교하여 나타낸 도면이다.
도 8 (a)에서와 같이, 용접상태 검사단계(S130)에서 검사 대상인 이차전지 혹은 와전류 센서를 D1 방향으로 상대 이동시키면서 전극탭(12)의 용접부위(W)를 측정하면, 도 8 (b)에서와 같이, 전극탭(12)의 용접부위(W)에 대한 위치별 용접상태 측정신호(WMS)를 획득할 수 있다. 여기서, 용접상태 측정신호(WMS) 및 용접상태 기준신호(WSS)가 일치되면 전극탭(12)의 용접상태는 정상으로 판단할 수 있다.
도 9는 도 3의 용접상태 검사단계 시 불량(용접강도 불량) 용접된 전극탭에서 측정된 용접상태 측정신호와 용접상태 기준신호를 비교하여 나타낸 일 예이다.
도 9에서와 같이, 용접상태 검사단계(S130)에서는 용접상태 기준신호(WSS)의 중심선(CL) 상에 위치하는 중심값(WSSc)과, 용접상태 측정신호(WMS)의 중심선(CL) 상에 위치하는 중심값(WMSc)을 비교하여, 전극탭(12)의 용접부위(W)에 대한 용접강도의 불량 여부를 판단해낼 수 있다. 즉, 용접상태 측정신호(WMS)의 중심값(WMSc)이 용접상태 기준신호(WSS)의 중심값(WSSc)으로부터 허용오차범위(OKS1) 이내이면 전극탭(12)의 용접강도는 정상으로 판단할 수 있고, 도시된 바와 같이 용접상태 측정신호(WMS)의 중심값(WMSc)이 용접상태 기준신호(WSS)의 중심값(WSSc)으로부터 허용오차범위(OKS1)를 벗어나면 전극탭(12)의 용접강도는 불량으로 판단할 수 있다.
도 10은 도 3의 용접상태 검사단계 시 불량(용접강도 비대칭 불량) 용접된 전극탭에서 측정된 용접상태 측정신호와 용접상태 기준신호를 비교하여 나타낸 다른 예이다.
도 10에서와 같이, 용접상태 검사단계(S130)에서는 용접상태 기준신호(WSS)의 중심선(CL)을 기준으로 구획되는 용접상태 측정신호(WMS)의 좌측신호영역(WMS1)과 우측신호영역(WMS2)의 대칭 여부를 비교하여, 전극탭(12)의 용접부위(W)에 대한 용접강도의 불량 여부를 판단해낼 수도 있다. 즉, 좌측신호영역(WMS1)과 우측신호영역(WMS2)의 비대칭에 의한 용접상태 측정신호(WMS)와 용접상태 기준신호(WSS)의 차이값(A1)이 용접상태 기준신호(WSS)로부터 허용오차범위(OKS2) 이내이면 전극탭(12)의 용접부위(W)는 정상의 용접강도 및 대칭 상태를 유지하는 것으로 판단할 수 있고, 도시된 바와 같이 용접상태 측정신호(WMS)와 용접상태 기준신호(WSS)의 차이값(A1)이 용접상태 기준신호(WSS)로부터 허용오차범위(OKS2)를 벗어나면 전극탭(12)의 용접부위(W)는 비대칭되어 불량의 용접강도를 가지는 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 용접상태 측정신호(WMS)와 용접상태 기준신호(WSS)의 차이값(A1)은 도시된 좌측신호영역(WMS1) 및 우측신호영역(WMS2)의 전체 면적에 해당하는 용접상태 측정신호(WMS)의 적분값의 증감 정도일 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법은 정렬상태 검사단계(S140)를 더 포함할 수 있다.
정렬상태 검사단계(S140)는 전극탭 본용접 공정(S13) 이후에 수행될 수 있으며, 전극탭(12)의 정렬상태를 측정하고, 측정된 정렬상태 측정신호와 미리 설정된 정렬상태 기준신호를 비교하여, 전극탭(12)의 정렬상태를 검사하는 단계일 수 있다.
구체적으로, 전극탭 가용접 공정(S12) 및 전극탭 본용접 공정(S13)을 거치면서 전극탭(12) 영역에는 접히거나 들뜸 등의 정렬상태 불량이 발생될 수 있다. 예컨대, 전극조립체(11)에 연결되는 전극탭(12)의 벤딩 영역에는 접히는 영역이 발생될 수 있고, 용접부위(W1,W2)에는 들뜨는 영역이 발생될 수 있다.
정렬상태 검사단계(S140)는 앞서 설명한 용접상태 검사단계(S130) 다음에 수행되거나, 용접상태 검사단계(S130) 이전에 수행될 수 있고, 용접상태 검사단계(S130)와 동시에 수행될 수도 있다. 그리고 정렬상태 검사단계(S140)는 용접상태 검사단계(S130)와 실질적으로 동일한 방식으로 수행될 수 있다. 정렬상태 검사단계(S140)에서 이용된 투과형 와전류 센서는 앞서 설명한 용접상태 검사단계(S130)에서 이용된 투과형 와전류 센서(23)와 동일한 센서일 수 있다.
정렬상태 검사단계(S140)에서 정렬상태 측정신호가 측정되면, 측정된 정렬상태 측정신호와 미리 설정된 정렬상태 기준신호를 비교하여, 전극탭(12)의 접힘, 들뜸 등의 정렬상태를 검사할 수 있다. 정렬상태 기준신호는 본용접(W2) 수행 후 접히거나 들뜨지 않고 바르게 정렬된 전극탭(12)에서 측정된 기준신호에 해당한다. 예컨대, 정렬상태 측정신호가 정렬상태 기준신호로부터 허용오차범위를 벗어나면 해당 전극탭(12)의 정렬상태는 불량으로 판단할 수 있고, 정렬상태 측정신호가 정렬상태 기준신호로부터 허용오차범위 내에 있으면 해당 전극탭(12)의 정렬상태는 양품으로 판단할 수 있으며, 양품으로 판단된 대상만을 다음 공정으로 공급한다.
한편, 본 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법은 제3균열상태 검사단계(S150)를 더 포함할 수 있다.
제3균열상태 검사단계(S150)는 패킹 공정(S14) 이후에 수행될 수 있으며, 패킹 공정(S14)에서 발생된 전극탭(12)의 제3균열상태를 측정하고, 측정된 제3균열상태 측정신호와 미리 설정된 제3균열상태 기준신호를 비교하여, 전극탭(12)의 제3균열상태를 검사하는 단계일 수 있다.
구체적으로, 제3균열상태 검사단계(S150)에 앞서 수행되는 패킹 공정(S14)은 전극탭(12)을 포함한 전극조립체(11)를 파우치(14)에 패킹하는 공정이다. 즉, 전극리드(13)의 일부를 외부로 노출시킨 상태에서 전극탭(12)을 포함한 전극조립체(11)를 파우치(14)에 수납하여 패킹하고, 밀봉을 위해 전극리드(13)와 파우치(14) 사이에 실런트 등을 이용한 접착 공정을 수행하게 된다. 이러한 패킹 공정(S14) 과정에서도 전극탭(12) 영역에 제3균열이 발생될 수 있다. 다시 말해, 패킹 공정(S14) 과정에서는 앞서 수행된 용접상태에 대한 변화는 존재하지 않고 균열만이 발생될 수 있다.
제3균열상태 검사단계(S150)는 앞서 설명한 용접상태 검사단계(S130)와 실질적으로 동일하게 수행될 수 있다. 즉, 검사 대상인 이차전지 또는 비접촉식 센서를 상대 이동시키면서 전극탭(12) 영역에 대한 제3균열상태 측정신호를 획득할 수 있다. 여기서 이용되는 비접촉식 센서로는 투과형 와전류 센서가 사용될 수 있다. 도 7을 참조하면, 투과형 와전류 센서(24)는 이차전지(10)의 일측에 발신부가 비접촉 형태로 배치되고 이차전지(10)의 타측에 수신부가 비접촉 형태로 배치될 수 있으며, 발신부는 파우치(14)에 가려진 전극탭(12)을 향하여 발신신호를 발신하고 수신부는 파우치(14) 및 전극탭(12)을 차례로 통과한 투과신호(CS3)를 수신한다. 즉, 발신신호가 파우치(14) 및 전극탭(12)을 차례로 통과하는 과정에서 전극탭(12)에 존재하는 제3균열상태에 따라 변형되는 투과신호(CS3)가 제3균열상태 측정신호에 해당할 수 있다. 제3균열상태 검사단계(S150)에서 이용된 투과형 와전류 센서(24)는 앞서 설명한 용접상태 검사단계(S130) 및 정렬상태 검사단계(S140)에서 이용된 투과형 와전류 센서(23)는 동일한 센서일 수 있다.
한편, 제3균열상태 검사단계(S150)는 파우치(14)에 가려진 전극탭(12)을 검사 영역으로 하기 때문에, 제3균열상태 검사단계(S150)에서 파우치(14)가 있는 전극탭(12)을 통과한 후 측정된 제3균열상태 측정신호와, 용접상태 검사단계(S130)에서 파우치(14)가 없는 전극탭(12)만을 통과한 후 측정된 용접상태 측정신호는 서로 미세한 차이를 가지기는 하지만 기본적으로 유사한 신호패턴을 가지게 된다.
그리고, 용접상태 측정신호와 유사한 신호패턴을 가지게 되는 제3균열상태 측정신호에는 파우치(14) 및 용접부위(W1,W2)에 의하여 변화되는 측정신호들이 복합적으로 획득되기 때문에, 제3균열상태 검사단계(S150)에서 측정된 제3균열상태 측정신호만을 전극탭(12)에 존재하는 제3균열에 의한 불량 여부를 검사하는 판단 기준으로 사용하기에는 변별력이 떨어진다.
이에 본 실시예에 따른 제3균열상태 검사단계(S150)는 측정된 제3균열상태 측정신호와 미리 설정된 제3균열상태 기준신호를 비교하되, 용접상태 검사단계(S130)에서 파우치(14)가 없는 상태에서 미리 측정되었던 용접상태 측정신호와 새롭게 측정된 제3균열상태 측정신호의 차이값을 산출하고, 산출된 차이값과 제3균열상태 기준신호를 비교하여, 최종 출하전 전극탭(12)의 균열에 의한 불량 여부를 검출해낼 수 있다. 예컨대, 용접상태 측정신호와 제3균열상태 측정신호의 차이값이 제3균열상태 기준신호로부터 허용오차범위 이내이면 전극탭(12)은 균열에 의한 불량이 없는 양품으로 판단할 수 있고, 용접상태 측정신호와 제3균열상태 측정신호의 차이값이 제3균열상태 기준신호로부터 허용오차범위를 벗어나면 전극탭(12)은 균열에 의한 불량품으로 판단할 수 있다.
여기서, 용접상태 측정신호와 제3균열상태 측정신호의 차이값, 제3균열상태 기준신호, 및 허용오차범위는 각각 수치화 정보로 제공될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 패킹 공정(S14) 이후 수행되는 제3균열상태 검사단계(S150)에서 앞서 용접상태 검사단계(S130)에서 미리 측정된 용접상태 측정신호를 활용하여, 이 용접상태 측정신호와 제3균열상태 측정신호의 차이값을 출하 전 최종 전극탭(12)의 균열상태를 검사하는 판단기준으로 함으로써, 최종 출하되는 이차전지(10)의 전극탭(12)에 대한 균열, 정렬 및 용접상태 중 적어도 하나 이상에 의한 제품의 불량을 정확히 검출해낼 수 있다.
한편, 제3균열상태 검사단계(S150)는 유사한 신호패턴을 가지는 용접상태 검사단계(S130)와 마찬가지, 제3균열상태 기준신호의 중심선 상에 위치하는 중심값과 제3균열상태 측정신호의 중심선 상에 위치하는 중심값을 비교하거나, 제3균열상태 기준신호의 중심선을 기준으로 구획되는 제3균열상태 측정신호의 좌측신호영역과 우측신호영역의 대칭 여부를 비교함으로써, 전극탭(12)에 형성된 제3균열의 대칭 여부나 균열 상태(부분 균열 혹은 완전 균열)를 보다 정확히 판단해낼 수도 있다. (도 9 및 도 10 참조)
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법은 전극탭 가용접 공정 이후 전극탭 영역에 존재하는 균열상태를 1차로 검사하고, 전극탭 본용접 공정 이후 전극탭 영역에 존재하는 균열상태 및 용접상태를 2차로 검사하여, 패킹 공정 전 파우치가 없는 상태에서 용접 공정이 완료된 전극탭 영역에 대한 균열 및 용접상태에 따른 불량 여부를 정확히 검출해낼 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법은 파우치 패킹 공정 이후 파우치에 가려진 전극탭 영역에 존재하는 균열상태를 최종적으로 검사하되, 앞서 미리 측정된 용접상태 측정신호와 새롭게 측정된 균열상태 측정신호로부터 산출된 차이값을 균열 판단기준으로 이용함으로써, 패킹 공정 이후 균열상태 검사단계에서 균열상태 판단 시 변별력이 저하되는 문제를 해소하고, 최종 출하되는 이차전지의 전극탭 영역에 대하여 균열, 정렬 및 용접상태 중 적어도 하나 이상에 의한 불량 여부를 오검 없이 정확히 검수하여 이차전지의 수율을 크게 높일 수 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
10: 이차전지
11: 전극조립체
12: 전극탭
13: 전극리드
14: 파우치

Claims (6)

  1. 전극조립체로부터 연장된 복수의 전극탭을 가용접하여 정렬하는 전극탭 가용접 공정; 가용접된 상기 전극탭에 전극리드를 본용접하여 연결하는 전극탭 본용접 공정; 상기 전극탭 및 상기 전극조립체를 파우치에 패킹하는 패킹 공정을 포함하는 파우치형 이차전지의 제조방법에 이용되며,
    상기 전극탭 가용접 공정 이후에 수행되며, 상기 전극탭 가용접 공정에서 발생된 상기 전극탭의 제1균열상태를 측정하고, 측정된 제1균열상태 측정신호와 제1균열상태 기준신호를 비교하여, 상기 전극탭의 제1균열상태를 검사하는 제1균열상태 검사단계;
    상기 전극탭 본용접 공정 이후에 수행되며, 상기 전극탭 본용접 공정에서 발생된 상기 전극탭의 제2균열상태를 측정하고, 측정된 제2균열상태 측정신호와 제2균열상태 기준신호를 비교하여, 상기 전극탭의 제2균열상태를 검사하는 제2균열상태 검사단계; 및
    상기 전극탭 본용접 공정 이후에 수행되며, 상기 전극탭의 용접상태를 측정하고, 측정된 용접상태 측정신호와 용접상태 기준신호를 비교하여, 상기 전극탭의 용접상태를 검사하는 용접상태 검사단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패킹 공정 이후에 수행되며, 상기 패킹 공정에서 발생된 상기 전극탭의 제3균열상태를 측정하고, 측정된 제3균열상태 측정신호와 제3균열상태 기준신호를 비교하여, 상기 전극탭의 제3균열상태를 검사하는 제3균열상태 검사단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3균열상태 검사단계는,
    상기 용접상태 검사단계에서 미리 획득된 상기 용접상태 측정신호와 상기 제3균열상태 측정신호의 차이값을 산출하고, 상기 차이값이 상기 제3균열상태 기준신호로부터 허용오차범위 이내이면 양품으로 판단하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 용접상태 측정신호는 상기 전극탭을 투과한 투과신호이며,
    상기 제3균열상태 측정신호는 상기 파우치 및 상기 전극탭을 투과한 투과신호인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극탭 본용접 공정 이후에 수행되며, 상기 전극탭의 정렬상태를 측정하고, 측정된 정렬상태 측정신호와 정렬상태 기준신호를 비교하여, 상기 전극탭의 정렬상태를 검사하는 정렬상태 검사단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1균열상태 측정신호 및 상기 제2균열상태 측정신호는 상기 전극탭에서 반사되는 반사신호이며,
    상기 용접상태 측정신호 및 상기 정렬상태 측정신호는 상기 전극탭을 투과한 투과신호인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 비파괴 검사방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20190107933A (ko) 2018-03-13 2019-09-23 삼성에스디아이 주식회사 배터리 셀의 리크 검사 장치 및 리크 검사 방법

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KR20190107933A (ko) 2018-03-13 2019-09-23 삼성에스디아이 주식회사 배터리 셀의 리크 검사 장치 및 리크 검사 방법

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