KR20240127630A - 이차전지의 석출 리튬 검출 장치 및 검출 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 이차전지의 석출 리튬 검출 장치는, 초분광 검출기에 의해 획득한 초분광 영상을 석출 리튬의 고유 스펙트럼 정보에 기반하여 분석해, 석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 표시하도록 구성된다.
Description
본 발명은 초분광 영상 분석을 이용하여 이차전지에서 석출된 리튬을 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
근래에는, 노트북, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전동카트, 전동 휠체어, 전동 자전거 등의 수요도 늘어남에 따라 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한 최근에는 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 전 세계적으로 하이브리드 전기 자동차(HEV)와 전기 자동차(EV)에 대한 수요가 점차 증가하고 있다. 이에 따라 HEV나 EV의 핵심적 부품인 차량용 이차전지에 보다 많은 관심과 연구가 집중되고 있다.
이러한 고성능 이차전지, 그리고 차량용 이차전지로는 리튬이온 이차전지가 가장 현실적인 기술이다. 리튬이온 이차전지는 음극과 양극에서 리튬이온의 삽입과 탈리를 반복하면서 전지 작용을 한다. 이들 전극 사이에 리튬이온은 이동하나 전자는 이동하지 못하는 리튬염 함유 전해질이 있다.
이와 같은 이차전지는 고용량화, 고밀도화 측면에서 많은 연구가 진행되고 있지만 수명과 안전성 향상 측면도 중요하다. 이를 위해서는 전극 표면에서 전해액과의 분해반응 억제가 필요하고, 과충전/방전이 되지 않도록 해야 한다.
특히 음극 표면에 리튬이 석출되지 않도록 할 필요, 이른바 리튬-플레이팅(Li-plating)을 방지할 필요가 있다. 리튬이 석출되면 전해액과의 부반응, 이차전지의 운동역학적 균형(kinetic balance) 변경 등을 초래하여 용량 손실 등 이차전지 퇴화의 원인이 되고 이차전지의 수명에도 영향을 끼치며 과충전 조정기능을 상실하는 안전상 문제가 있기 때문이다. 따라서, 제조된 이차전지에서 리튬이 석출되었는지 여부를 확인할 필요가 있다.
활성화 공정이 완료된 이차전지에서 리튬이 석출되었는지 여부를 확인하기 위해, 기존에는 이차전지를 분해하고, 분해된 이차전지를 카메라로 촬영하여 수득한 영상 이미지에서 목시 검사를 진행하였다. 종래의 영상 이미지 분석 방법은, 그레이(gray) 레벨의 차이로 리튬 금속을 검출하였기 때문에, 전해액의 웨팅 정도, 탈리된 전극 이물질, 분리막 변색 등의 요인들에 의해, 오판정이 이루어질 수 있었고, 이로 인해 작업자에 따라 리튬 석출 영역의 판정에 차이가 발생하였다.
활성화 공정을 완료한 이차전지에 대해 리튬이 석출된 영역을 검출함에 있어서, 이러한 오판정을 일으킬 수 있는 요인들을 배제하여, 작업자에 따른 판정 편차를 최소화할 수 있는 기술 개발이 필요하다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 오판정을 일으킬 수 있는 요인들을 배제하여, 석출된 리튬 성분만을 검출 가능한 검출 장치 및 검출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 대상물에 조명을 조사하는 조명부; 대상물에 조사된 조명의 반사광으로부터 초분광 영상을 획득하기 위한 카메라를 포함하는 초분광 검출기; 초분광 검출기에 의해 획득한 초분광 영상을 분석하고, 분석 결과에 기반하여 석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 표시하도록 구성된 초분광 영상 처리부; 및 상기 초분광 영상 처리부의 영상 분석 결과에 기반하여, 석출 리튬의 면적을 산출하도록 구성된 데이터 처리부를 포함하는 이차전지의 석출 리튬 검출 장치가 제공된다.
하나의 구체적 예에서, 상기 초분광 영상 처리부는, 초분광 검출기에 의해 획득한 초분광 영상을 분석하는 초분광 영상 분석부; 및 영상 분석부에 의한 분석 결과에 기반하여, 석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 표시하는 초분광 영상 표시부를 포함할 수 있다.
하나의 구체적 예에서, 상기 데이터 처리부는, 상기 석출 리튬이 식별되는 초분광 영상에서, 석출 리튬이 점유하는 면적 및 면적 비율을 산출하고, 이를 출력하도록 구성될 수 있다.
하나의 구체적 예에 따른 이차전지의 석출 리튬 검출 장치는, 상기 데이터 처리부에 의해 산출된 석출 리튬의 면적 비율이, 기준값을 초과하는 경우에 대상물을 불량으로 판정하도록 구성된 판정부를 더 포함할 수 있다.
하나의 구체적 예에서, 상기 조명부는, 400nm 내지 1000 nm 범위의 파장을 가지는 광을 조사하도록 구성될 수 있다.
하나의 구체적 예에 따른 이차전지의 석출 리튬 검출 장치는, 초분광 검출기에 의한 초분광 영상의 획득 시, 암실 환경을 제공하는 암실 프레임을 더 포함할 수 있다.
하나의 구체적 예에서, 상기 고정부는, 대상물이 안착되고, 대상물과 대면하는 부위의 적어도 일부에 타공홀이 다수 형성된 거치대; 및 상기 타공홀을 통해 진공을 인가해 대상물이 거치대에 흡착되도록 하는 진공 인가부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 대상 리튬 이차전지를 분해하여, 초분광 영상 분석에 적합하도록 시료를 제작하는 시료 제작 과정; 제작된 시료에 대해 광을 조사하여 초분광 영상을 획득하는 과정; 석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 추출하기 위하여, 획득한 초분광 영상을 분석하는 과정; 및 석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 디스플레이하는 과정을 포함하는 이차전지의 석출 리튬 검출 방법이 제공된다.
하나의 구체적 예에 따른 이차전지의 석출 리튬 검출 방법은, 석출 리튬에 대한 고유 스펙트럼 정보를 수집하고, 이를 입력하는 과정을 더 포함할 수 있다.
하나의 구체적 예에서, 상기 석출 리튬에 대한 고유 스펙트럼 정보를 수집하고 입력하는 과정은, 석출 리튬이 분포하는 부위의 스펙트럼 데이터와, 석출 리튬이 분포하지 않는 부위의 스펙트럼 데이터를 수집하는 과정; 및 최적 파장을 선정하는 과정을 포함할 수 있다.
하나의 구체적 예에 따른 이차전지의 석출 리튬 검출 방법은, 석출 리튬에 대한 분포가 표시된 초분광 영상에서, 석출 리튬이 점유하는 면적 및 면적 비율을 산출하는 과정을 더 포함할 수 있다.
하나의 구체적 예에 따른 이차전지의 석출 리튬 검출 방법은, 석출 리튬이 점유하는 면적의 비율이 기준값을 초과하는 경우에 대상 이차전지를 불량으로 판정하는 판정 과정을 더 포함할 수 있다.
하나의 구체적 예에서, 상기 시료 제작 과정은, 하나의 분리막 상에, 하나의 양극 또는 음극이 적층된 낱장의 전극 단위로 전극조립체를 분해하는 과정을 포함할 수 있다.
하나의 구체적 예에서, 상기 초분광 영상을 획득하는 과정은, 400nm 내지 1000 nm 범위의 파장을 가지는 광을 조사하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 석출 리튬 검출 장치 및 방법은, 초분광 검출기에 의해 획득한 초분광 영상으로부터, 리튬 성분의 고유 스펙트럼만을 분리하여 검출할 수 있어, 전해액 웨팅 정도, 탈리된 전극 이물 및 분리막의 변색 여부에 영향을 받지 않아, 석출 리튬의 검출 정확성이 향상된 효과를 가진다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 석출 리튬 검출 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 대상물에서 석출 리튬의 고유 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 석출 리튬 검출 방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 도시한 도면이다.
도 3은 대상물에서 석출 리튬의 고유 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 석출 리튬 검출 방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 도시한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
<제1 실시예>
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 리튬 이차전지에서 석출된 리튬을 검출하기 위한 이차전지의 석출 리튬 검출 장치가 제공된다. 도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 석출 리튬 검출 장치(이하 '석출 리튬 검출 장치'라 함)를 개략적으로 도시한 도면이다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 석출 리튬 검출 장치(100)는, 조명부(110), 초분광 검출기(120), 초분광 영상 처리부(130) 및 데이터 처리부(140)를 포함한다.
초분광 카메라를 이용한 초분광 영상 기술은, 환경, 국방, 헬스케어, 식품, 농업, 머신 비전, 지질 및 광물 분야 등에서 적용되는 기술이다. 초분광 영상 기술은 이미지 픽셀마다 세분화된 대역의 스펙트럼 정보를 얻어 특정 대상이나 물질을 보다 쉽게 식별하고 발견할 수 있게 한다.
본 발명에 따른 석출 리튬 검출 장치는, 초분광 검출기에 의해 획득한 초분광 영상으로부터, 리튬 성분의 고유 스펙트럼만을 분리하여 검출할 수 있어, 전해액 웨팅 정도, 탈리된 전극 이물 및 분리막의 변색 여부에 영향을 받지 않아, 석출 리튬의 검출 정확성이 향상된 효과를 가진다.
또한, 초분광 영상으로부터 석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 디스플레이하고, 석출 리튬의 면적 비율을 자동으로 연산하는 일련의 과정이 자동화되어 작업 편의성을 향상시킬 수 있다.
상기 조명부(110)는 대상물(10)에 조명을 조사하는 역할을 한다.
여기서 대상물은 분해된 리튬 이차전지일 수 있고, 구체적으로는 리튬 이차전지를 구성하는 전지케이스 내부의 전극조립체를 분해하여 수득한 시료일 수 있다. 상기 시료는, 양극과 음극의 사이에 분리막이 개재된 상태로 양/음극이 다수 적층된 구조의 전극조립체를 낱장 단위로 분해해 하나의 분리막 상에, 하나의 양극 또는 음극이 적층된 구조의 전극 단위일 수 있다.
상기 조명부(110)는, 대상물(10)과 대상물 내의 석출 리튬(1)의 형태, 모양 등을 구별할 수 있게 하고, 초분광 영상을 획득할 수 있도록 가시광선 및 적외선 영역의 파장, 특히 400nm 내지 1000 nm 범위의 파장을 가지는 광을 조사하도록 구성될 수 있다.
도 3은 대상물에서 석출 리튬의 고유 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 도 3을 참조하면, 450nm 내지 700nm의 파장 범위에서 리튬 금속(Li)과 분리막(sep)의 스펙트럼 차이가 있으나, 900nm 내지 1000nm의 파장 범위에서는 리튬 금속(Li)과 분리막(sep)의 스펙트럼 패턴이 변하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 이러한 파장에 따른 스펙트럼 변화를 비율로 나타내면, 리튬 금속이 분포하는 부위와 그 외의 부위의 뚜렷한 구분이 가능하게 된다.
일 실시예로, 조명부(110)는 VIS-NIR LED와 같은 특수 조명이나 할로겐 램프를 이용하여 구성될 수 있다. 이와 같이 구성된 조명부(110)는 대상물(10)과 석출 리튬(1)의 검출 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
그리고 조명부(110)는, 대상물(10) 전체에 고르게 조명을 조사하기 위해, 도 2에 도시한 바와 같이, 복수의 조명으로 구성될 수 있다.
초분광 검출기(120)는, 대상물(10)에 조사된 조명의 반사광으로부터 초분광 영상을 획득하는 역할을 한다.
초분광 검출기(120)는, 초분광 영상을 획득 가능한 것이라면 그 형태에 제한이 없으며, 대상물(10) 및 석출 리튬(1)의 초분광 영상을 획득할 수 있는 카메라(121)를 포함한다.
이와 같은 구성의 초분광 검출기(120)는 입사되는 빛을 분광시켜 영상의 각 화소에 해당하는 대상물의 연속적이고 좁은 파장역으로 수십에서 수백 개의 분광 정보를 취득한다. 또한 파장대별로 분할된 이미지와 스펙트럼 정보를 포함하는 초분광 영상을 획득할 수 있고, 초분광 영상은 파장대별로 분할된 이미지와 스펙트럼 정보를 포함하기 때문에, 초분광 영상을 분석하면, 석출 리튬의 고유 스펙트럼 정보에 의해 대상물(10)에서 석출 리튬(1)이 식별되는 초분광 영상을 표시할 수 있다.
일 실시예로, 초분광 검출기(120)는, 카메라(121), 디텍터(122), 분광기(123) 및 렌즈(124)를 포함할 수 있다.
초분광 영상 처리부(130)는, 초분광 검출기(120)에 의해 획득한 초분광 영상을 분석하고, 분석 결과에 기반하여 석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 표시하도록 구성된다.
일 실시예로, 초분광 영상 처리부(130)는, 초분광 검출기에 의해 획득한 초분광 영상을 분석하는 초분광 영상 분석부(131); 및 초분광 영상 분석부에 의한 분석 결과에 기반하여, 석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 표시하는 초분광 영상 표시부(132)를 포함할 수 있다.
초분광 영상 분석부(131)는 컴퓨터와 같은 프로세서일 수 있고, 기 입력된 알고리즘 또는 소프트웨어에 따라 초분광 영상을 처리하여 리튬 물질의 고유 스펙트럼에 의해 석출 리튬의 식별이 가능한 초분광 영상을 추출하도록 구성될 수 있다.
초분광 검출기(120)가 획득하는 대상물의 초분광 영상은, 석출 리튬 외에 분리막, 전극 등 다양한 물질의 스펙트럼 정보를 포함하고 있고, 석출 리튬을 검출하기 위해, 초분광 영상 분석부(131)는, 석출 리튬의 고유 스펙트럼 정보가 입력되고 저장될 수 있다.
이에 따라, 초분광 영상 분석부(131)는, 대상물에 대한 초분광 영상에서, 석출 리튬의 고유 스펙트럼 정보를 선별해, 석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 추출할 수 있다.
초분광 영상 표시부(132)는, 석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 디스플레이할 수 있는 것이라면 그 수단에 특별한 제한이 없으며, 일 예로 화상 모니터를 예시할 수 있다.
데이터 처리부(140)는, 상기 초분광 영상 처리부(130)의 영상 분석 결과에 기반하여, 석출 리튬의 면적을 산출하도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 데이터 처리부(140)는, 상기 석출 리튬이 식별되는 초분광 영상에서, 석출 리튬이 점유하는 면적 및 면적 비율을 산출하고, 이를 출력하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 석출 리튬의 면적 및 면적 비율이 자동으로 산출되어, 작업자가 용이하게 리튬의 석출 정도를 용이하게 파악할 수 있다.
데이터 처리부(140)는, 초분광 영상 처리부(120)와 연결될 수 있으며, 초분광 영상 처리부(120)에 의한 초분광 영상 분석 결과에 기반해 석출 리튬이 점유하는 면적 및 면적 비율을 산출할 수 있다.
또한 본 발명의 석출 리튬 검출 장치(100)는, 데이터 처리부(140)에 의해 산출된 석출 리튬의 면적 비율이, 기준값을 초과하는 경우에 대상물을 불량으로 판정하도록 구성된 판정부(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 대상물의 불량 여부의 판단을 자동화할 수 있다.
본 발명의 석출 리튬 검출 장치(100)는, 대상물(10)을 고정하도록 구성된 고정부(150)와, 초분광 검출기(120)에 의한 초분광 영상의 획득 시, 암실 환경을 제공하는 암실 프레임(160)을 더 포함할 수 있다.
암실 프레임(160)에 의해 암실 환경이 조성된 상태에서, 카메라(121)가 대상물(10)을 촬영하는 경우, 조명부(110) 외의 외부 광에 의한 간섭을 배제할 수 있으므로, 초분광 검출기(120)에 의해 획득된 초분광 영상의 편차가 발생하지 않을 수 있어, 검출 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정부(150)를 개략적으로 도시하고 있다. 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 고정부(150)는, 대상물(10)이 안착되고, 대상물(10)과 대면하는 부위의 적어도 일부에 타공홀(151a)이 다수 형성된 거치대(151); 및 상기 타공홀(151a)을 통해 진공을 인가해 대상물(10)이 거치대(151)에 흡착되도록 하는 진공 인가부(152)를 포함할 수 있다.
초분광 검출기(120)에 의한 초분광 영상의 획득 시, 대상물(10)의 위치가 고정되어 있지 않은 경우에, 초분광 영상의 편차가 발생할 수 있으나, 이러한 구성의 고정부(150)는, 대상물(10)이 진공 흡착력에 의해 거치대(151)에 고정되게 하므로, 초분광 영상의 편차 발생을 최소화할 수 있다.
<제2 실시예>
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 리튬 이차전지에서 석출된 리튬을 검출하기 위한 이차전지의 석출 리튬 검출 방법(이하 '석출 리튬 검출 방법'이라 함)이 제공된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 석출 리튬 검출 방법의 순서도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 석출 리튬의 검출 방법은 리튬 이차전지에서 석출된 리튬을 검출하기 위한 방법으로서, 대상 리튬 이차전지를 분해하여, 초분광 영상 분석에 적합하도록 시료를 제작하는 시료 제작 과정(S10); 제작된 시료에 대해 광을 조사하여 초분광 영상을 획득하는 과정(S20); 석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 추출하기 위하여, 획득한 초분광 영상을 분석하는 과정(S30); 및 석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 디스플레이하는 과정(S40)을 포함한다.
본 발명에 따른 석출 리튬 검출 방법은, 초분광 검출기에 의해 획득한 초분광 영상으로부터, 리튬 성분의 고유 스펙트럼만을 분리하여 검출할 수 있어, 전해액 웨팅 정도, 탈리된 전극 이물 및 분리막의 변색 여부에 영향을 받지 않아, 석출 리튬의 검출 정확성이 향상된 효과를 가진다.
본 발명에 따른 석출 리튬의 검출 방법은, 대상물의 외관을 카메라로 촬영하여 획득한 초분광 영상 분석에 기반하고, 석출 리튬은 이차전지의 내부에 존재하므로, 본 발명은 이차전지의 분해를 필요로 한다. 리튬 이차전지는 일반적으로, 전지케이스 내에 전극조립체를 수납하고 전해액을 밀봉함으로써 제조되는데, 석출 리튬은 음극 또는 양극, 특히 음극에서 잘 관찰된다. 따라서 밀봉된 전지를 분해하여, 전극조립체를 꺼내어 시료를 제작하는 과정이 필요하다.
시료 제작 과정(S10)은, 석출 리튬이 포함되는 초분광 영상을 획득하기 위하여, 전극조립체를 낱장의 전극 단위로 분해하는 과정이다. 즉, 양극과 음극의 사이에 분리막이 개재된 상태로 양/음극이 다수 적층된 구조의 전극조립체를 분해하여, 하나의 분리막 상에, 하나의 양극 또는 음극이 적층된 낱장의 전극으로 만들어 시료를 제작한다.
초분광 영상을 획득하는 과정(S20)은, 제작된 시료의 초분광 영상을 획득하기 위하여, 제작된 시료에 대해 광을 조사하고, 상기 초분광 검출기와 같은 장치를 이용해 초분광 영상을 획득하는 과정이다.
제작된 시료에 대해 광을 조사할 때에, 대상물과 대상물 내의 석출 리튬의 형태, 모양 등을 구별할 수 있게 하고, 초분광 영상을 획득할 수 있도록 가시광선 및 적외선 영역의 파장, 특히 400nm 내지 1000 nm 범위의 파장을 가지는 광을 조사하는 것이 바람직하다.
그리고 대상물 전체에 고르게 조명을 조사하기 위해, 도 2에 도시한 바와 같이, 복수의 조명을 이용해 광을 조사하는 것이 바람직하고, 카메라로 제작된 시료를 촬영할 때에, 자연광에 의한 영향을 배제하기 위해, 암실 환경에서 촬영하는 것이 바람직하다.
초분광 영상을 분석하는 과정(S30)은, 획득한 초분광 영상을 분석하여, 석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 추출하는 과정일 수 있다.
석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 추출하기 위해, 본 발명의 석출 리튬 검출 방법은, 선행적으로 석출 리튬에 대한 고유 스펙트럼 정보를 수집하고, 이를 입력하는 과정(S50)을 더 포함할 수 있다.
초분광 검출기가 획득하는 시료의 초분광 영상에는, 석출 리튬 외에 분리막, 전극 등 다양한 물질의 스펙트럼 정보가 담겨 있는데, 석출 리튬을 검출하기 위해서는 리튬 성분에 대한 고유 스펙트럼 정보가 필요하다.
따라서 본 발명의 방법에 따라 석출 리튬을 검출하기 이전에, 선행적으로 석출 리튬에 대한 고유 스펙트럼 정보를 수집하고, 초분광 영상을 분석하는 과정(S30)에서 수집된 정보를 이용해 석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 획득할 수 있다.
상기 석출 리튬에 대한 고유 스펙트럼 정보를 수집하고 입력하는 과정(S50)은, 시료에서 석출 리튬이 분포하는 부위의 스펙트럼 데이터와, 석출 리튬이 분포하지 않는 부위의 스펙트럼 데이터를 수집하는 과정(S51); 및 최적 파장을 선정하는 과정(S52)을 포함할 수 있다. 이때 최적 파장의 신뢰도를 높이기 위해 시료는 많은 것이 바람직하다. 10개 이상, 바람직하게는 100개 이상의 시료에 대해, 상기 스펙트럼 데이터를 수집하고, 최적 파장을 선정할 수 있다.
최적 파장을 선정하는 과정(S52)은, 시료에서 석출 리튬이 분포하는 부위와 그 외의 부위를 높은 정확도로 식별하기 위한 파장을 선정하는 과정이다. 초분광 영상의 분석 정확도를 높이기 위해, 최적 파장의 선정은, 두 개의 파장 조합을 산출하는 과정일 수 있다.
하나의 파장의 분광 영상만으로는 렌즈와 시료 표면의 불균일한 거리로 인해 발생하는 불균일 반사 특성을 최소화하기가 쉽지 않다. 이를 해결하기 위해 두 개의 파장의 영상을 이용한 비율 영상을 이용하면, 불균일한 거리 차이에 의해 발생하는 광 세기의 영향을 줄일 수 있다. 비율 영상 구성에 이용될 최적 파장을 선정하기 위하여, 시료에서 석출 리튬의 부위와 이를 제외한 부위에서 스펙트럼 데이터를 각각 추출한 후, 모든 두 파장의 조합들의 비율 값이 석출 리튬과 그 외의 그룹에 어떻게 분포되는가를 분산 분석법(ANOVA)에 의한 F값을 비교함으로써 최적 파장 조합을 산출할 수 있다. F값이 클수록 두 그룹의 분리 정도가 크다는 것을 나타내므로, 전체 조합에서 두 그룹의 F값이 최대가 되는 파장비를 최적 파장비로 선정할 수 있다. 그리고 최적 파장비를 이용하여 파장 비를 계산한 후, 석출 리튬 부위와 그 외의 부위를 가장 높은 정확도로 구분할 수 있는 문턱값을 산출할 수 있다.
하나의 구체적 예에서, 초분광 영상을 분석하는 과정(S30)은, 위와 같은 과정으로 선정된 문턱값을 이용하여 영상을 만들고, 영상에서 노이즈를 제거하는 과정을 포함할 수 있다.
석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 디스플레이하는 과정(S40)은, 상기 초분광 영상을 분석하는 과정(S30)에 따른 분석 결과의 적어도 일부를 출력 화면을 통해 디스플레이하는 과정일 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 도시하고 있다. 도 6을 참조하면, 파란색 및 붉은색은 석출 리튬을 나타내고, 검은색은 분리막을 나타낸다. 이와 같이 본 발명에 따라 디스플레이되는 초분광 영상은, 석출 리튬의 고유 스펙트럼 정보에 의해 석출 리튬과 그 외의 물질을 높은 정확도로 구분하는 초분광 영상을 제공하여, 종래 기술의 한계를 극복할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 석출 리튬 검출 방법은, 석출 리튬에 대한 분포가 표시된 초분광 영상에서, 석출 리튬이 점유하는 면적 및 면적 비율을 산출하는 과정(S60)을 더 포함할 수 있다.
석출 리튬이 점유하는 면적 및 면적 비율은, 시료에 대한 초분광 영상에서 석출 리튬의 영역의 픽셀 수에 기반하여 산출될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 석출 리튬 검출 방법은, 석출 리튬이 점유하는 면적의 비율이 기준값을 초과하는 경우에 대상 이차전지를 불량으로 판정하는 판정 과정을 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 석출 리튬 검출 장치 및 방법을 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로, 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.
100: 석출 리튬 검출 장치
110: 조명부
120: 초분광 검출기
130: 초분광 영상 분석부
140: 데이터 처리부
10: 대상물
1: 석출 리튬
110: 조명부
120: 초분광 검출기
130: 초분광 영상 분석부
140: 데이터 처리부
10: 대상물
1: 석출 리튬
Claims (14)
- 리튬 이차전지에서 석출된 리튬을 검출하기 위한 장치로서,
대상물에 조명을 조사하는 조명부;
대상물에 조사된 조명의 반사광으로부터 초분광 영상을 획득하기 위한 카메라를 포함하는 초분광 검출기;
초분광 검출기에 의해 획득한 초분광 영상을 분석하고, 분석 결과에 기반하여 석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 표시하도록 구성된 초분광 영상 처리부; 및
상기 초분광 영상 처리부의 영상 분석 결과에 기반하여, 석출 리튬의 면적을 산출하도록 구성된 데이터 처리부를 포함하는 이차전지의 석출 리튬 검출 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 초분광 영상 처리부는,
초분광 검출기에 의해 획득한 초분광 영상을 분석하는 초분광 영상 분석부; 및
영상 분석부에 의한 분석 결과에 기반하여, 석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 표시하는 초분광 영상 표시부를 포함하는 이차전지의 석출 리튬 검출 장치.
- 청구항 2에 있어서,
상기 데이터 처리부는,
상기 석출 리튬이 식별되는 초분광 영상에서, 석출 리튬이 점유하는 면적 및 면적 비율을 산출하고, 이를 출력하도록 구성된 이차전지의 석출 리튬 검출 장치.
- 청구항 3에 있어서,
상기 데이터 처리부에 의해 산출된 석출 리튬의 면적 비율이, 기준값을 초과하는 경우에 대상물을 불량으로 판정하도록 구성된 판정부를 더 포함하는 이차전지의 석출 리튬 검출 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 조명부는,
400nm 내지 1000 nm 범위의 파장을 가지는 광을 조사하도록 구성된 이차전지의 석출 리튬 검출 장치.
- 청구항 1에 있어서,
대상물을 고정하도록 구성된 고정부;
초분광 검출기에 의한 초분광 영상의 획득 시, 암실 환경을 제공하는 암실 프레임을 더 포함하는 이차전지의 석출 리튬 검출 장치.
- 청구항 6에 있어서,
상기 고정부는,
대상물이 안착되고, 대상물과 대면하는 부위의 적어도 일부에 타공홀이 다수 형성된 거치대; 및
상기 타공홀을 통해 진공을 인가해 대상물이 거치대에 흡착되도록 하는 진공 인가부를 포함하는 이차전지의 석출 리튬 검출 장치.
- 리튬 이차전지에서 석출된 리튬을 검출하기 위한 방법으로서,
대상 리튬 이차전지를 분해하여, 초분광 영상 분석에 적합하도록 시료를 제작하는 시료 제작 과정;
제작된 시료에 대해 광을 조사하여 초분광 영상을 획득하는 과정;
석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 추출하기 위하여, 획득한 초분광 영상을 분석하는 과정; 및
석출 리튬이 식별되는 초분광 영상을 디스플레이하는 과정을 포함하는 이차전지의 석출 리튬 검출 방법.
- 청구항 8에 있어서,
석출 리튬에 대한 고유 스펙트럼 정보를 수집하고, 이를 입력하는 과정을 더 포함하는 이차전지의 석출 리튬 검출 방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 석출 리튬에 대한 고유 스펙트럼 정보를 수집하고 입력하는 과정은,
석출 리튬이 분포하는 부위의 스펙트럼 데이터와, 석출 리튬이 분포하지 않는 부위의 스펙트럼 데이터를 수집하는 과정; 및 최적 파장을 선정하는 과정을 포함하는 이차전지의 석출 리튬 검출 방법.
- 청구항 8에 있어서,
석출 리튬에 대한 분포가 표시된 초분광 영상에서, 석출 리튬이 점유하는 면적 및 면적 비율을 산출하는 과정을 더 포함하는 이차전지의 석출 리튬 검출 방법.
- 청구항 11에 있어서,
석출 리튬이 점유하는 면적의 비율이 기준값을 초과하는 경우에 대상 이차전지를 불량으로 판정하는 판정 과정을 더 포함하는 이차전지의 석출 리튬 검출 방법.
- 청구항 8에 있어서,
상기 시료 제작 과정은,
하나의 분리막 상에, 하나의 양극 또는 음극이 적층된 낱장의 전극 단위로 전극조립체를 분해하는 과정을 포함하는 이차전지의 석출 리튬 검출 방법.
- 청구항 8에 있어서,
상기 초분광 영상을 획득하는 과정은,
400nm 내지 1000 nm 범위의 파장을 가지는 광을 조사하는 과정을 포함하는 이차전지의 석출 리튬 검출 방법.
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| KR1020230020606A KR20240127630A (ko) | 2023-02-16 | 2023-02-16 | 이차전지의 석출 리튬 검출 장치 및 검출 방법 |
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| KR20170023583A (ko) | 2015-08-24 | 2017-03-06 | 주식회사 엘지화학 | 리튬 석출 탐지 방법, 이를 이용한 이차전지 충전 방법과 장치 및 이차전지 시스템 |
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