WO2020009451A1

WO2020009451A1 - 가스 포집 장치 및 방법

Info

Publication number: WO2020009451A1
Application number: PCT/KR2019/008091
Authority: WO
Inventors: 홍성원; 안정애; 이주용; 이경미; 송정현; 최낙희
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2018-07-04
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2020-01-09

Abstract

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에서는 자동차형 전지 모바일 기기, 전동공구 등의 에너지원으로 개발되고 있는 이차전지에서 발생하는 가스를 자동으로 포집하는 장치를 제공하기 위한 것으로서, 복수 개의 이차전지의 내부에서 발생하는 가스를 자동으로 포집하고 이를 분석장치에 자동으로 주입하여 분석할 수 있도록 하는 장치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치는 복수 개의 이차전지들이 각각 장착될 수 있는 복수 개의 전지 홀더들; 상기 복수 개의 전지 홀더들이 놓인 전지 홀더 트레이; 복수 개의 이차전지들 중 분석 대상이 되는 이차전지의 일면에 수직한 방향으로 이동하여 분석 대상이 되는 상기 이차전지의 상기 일면에 결합 및 결합해제 될 수 있는 포집부; 및 상기 포집부 내에서 분석 대상이 되는 상기 이차전지의 상기 일면에 수직한 방향으로 이동하여 상기 포집부에 고정된 상기 이차전지의 상기 일면에 펀칭할 수 있는 펀칭부를 포함하고, 상기 전지 홀더 트레이는 상기 이차전지의 상기 일면이 상기 포집부와 대면할 수 있도록 회전하는 것일 수 있다.

Description

가스 포집 장치 및 방법

본 출원은 2018.07.04. 출원된 한국특허출원 10-2018-0077665호, 2019.04.30. 출원된 한국특허출원 10-2019-0056805호 및 2019.06.25. 출원된 한국특허출원 10-2019-0075688호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며,

해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.

본 발명은 가스 포집 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 자동화된 이차전지 내부 발생가스 포집 장치로 복수 개의 이차전지들에서 발생하는 가스를 포집하여 분석할 수 있도록 한 포집 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이차전지는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 방전과 역방향인 충전과정을 통하여 반복 사용이 가능한 전지이며, 그 종류로는 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 리튬-금속 전지, 리튬-이온(Li-ion) 전지 및 리튬-이온 폴리머 전지(Li-ion Polymer Battery) 등이 있다. 이러한 이차전지 중 높은 에너지밀도와 전압을 가지고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있고, 리튬 이차전지에는 폴리머형 전지, 원형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등이 포함된다.

그러나, 종래의 리튬 이차전지는 고온에서 노출되었을 때 발화/폭발할 위험성이 있다. 또한, 과충전, 외부단락, 침상(nail) 관통, 국부적 손상(local crush) 등에 의해 짧은 시간 내에 큰 전류가 흐르게 될 경우에도, IR 발열에 의해 전지가 가열되면서 발화/폭발의 위험성이 있다. 한 예로서, 전해액 전극 사이의 반응 결과, 가스가 발생하여 전지 내압이 상승하게 되어, 일정 압력 이상에서 리튬 이차전지가 폭발하거나 벤트(vent) 현상이 발생할 수 있다.

리튬 이차전지 내에서 반응에 따라 수소, 산소, 질소, 일산화탄소, 이산화탄소, C _nH _2n _-2 (n=2~5), C _nH _2n (n=2~5), C _nH _2n ₊₂(n=1~5)인 탄화수소 및 기타 유기가스 종 등의 다양한 종류의 가스가 발생할 수 있다. 이산화탄소 등과 같은 내부 발생가스는 조건에 따라 충전되면서 다시 원래의 물질로 돌아갈 수 있는 가역적인 것도 있지만 대개는 전지 내에서 기체 상태로 남아 내압을 높이고, 전지가 부풀어 오르도록 하는 스웰링 현상을 유발시킨다. 스웰링이 일어난 전지는 두께가 커져 전지가 장착되도록 설계된 전자전기 기기에 잘 장착될 수 없거나, 불룩하게 튀어나온 외관 때문에 불량으로 판단되어 상품으로서의 가치를 잃게 된다.

따라서, 이차전지 내에서 발생하는 가스를 포집하여 정확하게 분석하는 것이 매우 중요하다. 리튬이온전지의 작동시에 다양한 가스가 발생하며 발생가스의 조성 및 함량에 대한 정보는 전지소재의 개발, 전지제조공정 최적화, 전지 불량원인의 파악 등에 있어 유용하게 이용된다.

우선, 도 1은 종래의 이차전지 발생가스 포집 장치(1)가 매니폴드부(10)에 연결된 상태를 나타낸다. 도 1을 참조할 때, 종래의 이차전지 발생가스 포집 장치(1)는 이차전지 내부의 가스분석을 위해 이차전지 발생가스 포집 장치(1)의 지그 내부에 한 개의 이차전지만을 장착하여 가스를 포집하여, 매니폴드부(10)와 연결된 가스분석장치(13)를 통해 분석된다.

즉, 매니폴드부(10)의 진공펌프(11)는 이차전지 발생가스 포집 장치(100)의 미리 설정된 위치에 연결되어, 이차전지가 장착된 이차전지 발생가스 포집 장치(100)를 진공상태로 형성한다. 이후, 펀칭부를 통해 이차전지를 뚫어 가스를 포집한 후 가스분석장치(13)를 통해 가스를 분석하게 된다.

가스분석장치(13)는 질량분석기나 크로마토그래피에 의해 분석되는 것으로, 이에 한정되지 않고 가스분석의 정확성 또는 정밀성을 높이기 위해 다른 분석장치나 방법들이 사용될 수 있음은 물론이다.

한편, 종래의 전지 내 발생가스 포집하는 방법은 밀폐된 지그 안에 1가지 종류의 전지를 넣고 사람이 직접 펀칭하여 포집하는 방법을 적용하였으나, 보다 많은 개수의 전지들에서 발생하는 가스를 보다 효율적으로 신속하게 포집할 수 있는 장치가 요구된다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에서는 자동차형 전지 모바일 기기, 전동공구 등의 에너지원으로 개발되고 있는 이차전지에서 발생하는 가스를 자동으로 포집하는 장치를 제공하기 위한 것으로서, 복수 개의 이차전지의 내부에서 발생하는 가스를 자동으로 포집하고 이를 분석장치에 자동으로 주입하여 분석할 수 있도록 하는 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치는 복수 개의 이차전지들이 각각 장착될 수 있는 복수 개의 전지 홀더들; 상기 복수 개의 전지 홀더들이 놓인 전지 홀더 트레이; 복수 개의 이차전지들 중 분석 대상이 되는 이차전지의 일면에 수직한 방향으로 이동하여 분석 대상이 되는 상기 이차전지의 상기 일면에 결합 및 결합해제 될 수 있는 포집부; 및 상기 포집부 내에서 분석 대상이 되는 상기 이차전지의 상기 일면에 수직한 방향으로 이동하여 상기 포집부에 고정된 상기 이차전지의 상기 일면에 펀칭할 수 있는 펀칭부를 포함하고, 상기 전지 홀더 트레이는 상기 이차전지의 상기 일면이 상기 포집부와 대면할 수 있도록 회전하는 것일 수 있다.

본 발명의 자동화된 이차전지 발생가스 포집 방법은 본 발명의 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치에서 수행되는 것일 수 있다.

본 발명의 자동화된 이차전지 발생가스 포집 방법은 상기 전지 홀더 트레이가 회전하여 분석 대상인 이차전지를 상기 포집부와 대면하는 위치로 이동시키는 단계; 상기 포집부가 상기 이차전지의 상기 일면에 접근하여 결합하는 단계; 상기 포집부의 내부를 진공 상태로 형성하는 단계; 상기 펀칭부로 상기 이차전지의 상기 일면을 펀칭하는 단계; 상기 이차전지의 내부 발생가스를 포집하는 단계; 질소 가스를 주입하여 상기 이차전지를 상기 포집부로부터 분리시키는 단계; 및 상기 포집부가 상기 이차전지로부터 이격되고 다음 분석 대상인 이차전지를 상기 포집부와 대면하는 위치로 이동시키는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 자동화된 이차전지 발생가스 포집 방법은 제 1 실린더의 회전동력으로, 상기 제 1 실린더에 연결된 상기 로터에 의하여 상기 전지 홀더 트레이가 회전하여 분석 대상이 되는 상기 이차전지를 상기 포집부와 대면하는 위치로 이동시키는 단계; 제 2 실린더의 선형 동력으로, 상기 포집부가 상기 이차전지의 접근하여 상기 이차전지의 상기 일면에 결합하는 단계; 상기 포집부의 내부를 진공 상태로 형성하는 단계; 제 3 실린더의 회전동력으로, 상기 제 3 실린더에 연결된 상기 크랭크에 의하여 상기 펀칭부가 선형 이동하여, 상기 펀칭부로 상기 이차전지의 상기 일면을 펀칭하는 단계; 상기 이차전지의 내부 발생가스를 포집하는 단계; 질소 가스를 주입하여 상기 이차전지를 상기 포집부로부터 분리시키는 단계; 및 상기 제 2 실린더의 선형 동력으로 상기 포집부가 상기 이차전지로부터 이겨되고, 상기 로터에 의하여 상기 전지 홀더 트레이가 회전하여 다음 분석 대상인 이차전지를 상기 포집부와 대면시키는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 하나의 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치로도, 복수 개의 이차전지들에서 발생하는 가스를 채취하여 실시간으로 분석함에 있어서, 보다 효율적이고 간편하고 신속하게 채취하여 분석할 수 있도록 한 장점이 있다.

도 1은 종래의 이차전지 발생가스 포집 장치의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치의 정면도이다.

도 3은 홀더 트레이를 나타내는 정면도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치의 정면도이다.

도 5는 펀칭부를 나타내는 정면도이다.

도 6은 펀칭부와 크랭크를 나타내는 정면도이다.

도 7은 각각 도 2에 따른 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치의 작동 방식을 나타낸다.

본 발명의 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치는 상기 포집부에 연결되고 선형 운동을 위한 동력을 제공하는 제 2 실린더; 상기 전지 홀더 트레이에 연결되어 상기 전지 홀더 트레이를 회전시키는 로터; 상기 로터에 연결되고 회전동력을 제공하는 제 1 실린더; 상기 펀칭부에 연결된 크랭크; 및 상기 크랭크에 연결되고 회전동력을 제공하는 제 3 실린더를 더 포함하고, 상기 크랭크는 상기 제 3 실린더의 회전동력을 상기 펀칭부의 선형 운동을 위한 동력으로 변환하는 것일 수 있다.

본 발명의 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치에서 상기 포집부는 상기 전지 홀더 트레이의 상부에 위치하고, 상기 이차전지 또는 상기 전지 홀더는 상기 포집부와 상기 전지 홀더 트레이의 사이 위치하는 것일 수 있다.

본 발명의 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치에서 상기 포집부는: 상기 포집부의 하단부에 위치한 전지 홀더 수용부로서, 내부 공간에 상기 전지 홀더를 수용할 수 있는 상기 전지 홀더 수용부; 상기 전지 홀더 수용부 위에 상기 전지 홀더 수용부와 일체로 형성되고 기둥 형상인 전지 발생가스 수용부로서, 내부 공간에 상기 이차전지의 내부에서 발생하는 가스를 수용할 수 있는 상기 전지 발생가스 수용부; 상기 전지 홀더 수용부와 상기 이차전지의 상기 일면이 접촉할 수 있는 부분에 구비된 밀폐 부재로서, 상기 전지 발생가스 수용부와 상기 이차전지의 상기 일면으로 이루어진 공간을 밀폐할 수 있는 상기 밀폐 부재; 상기 전지 발생가스 수용부의 측면에 구비된 전지 발생가스 배출구로서, 상기 이차전지의 상기 일면에서 상기 전지 발생가스 수용부로 나오는 상기 이차전지의 내부 발생가스가 매니폴드부 또는 가스 분석 장치로 이동할 수 있도록 된 상기 전지 발생가스 배출구; 및 상기 전지 발생가스 수용부의 측면에 구비되고 진공펌프를 연결할 수 있도록 된 진공 펌프 연결부;를 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치에서 상기 펀칭부는: 상기 크랭크에 연결된 펀칭부 로드(rod); 및 상기 펀칭부 로드의 하단부에 연결된 펀칭 니들을 포함하고, 상기 크랭크의 회전으로 인한 펀칭부 로드의 이동으로, 상기 펀칭 니들이 상기 전지 발생가스 수용부를 통해 이동하여, 상기 펀칭 니들이 상기 이차전지의 상기 일면에 구멍을 낼 수 있는 것일 수 있다.

본 발명의 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치에서 상기 펀칭부는, 상기 펀칭부 로드의 상단부에 연결된 스프링을 더 포함하고, 상기 크랭크가 회전하여 상기 펀칭 니들을 하강시킬 때에, 수축된 스프링의 복원력으로 상기 펀칭 니들을 고속으로 이동시켜 상기 이차전지의 상기 일면을 펀칭할 수 있는 것일 수 있다.

본 발명의 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치에서 상기 이차전지는 원통형 전지, 각형 전지, 코인셀 전지 및 파우치형 전지 중 어느 하나인 것일 수 있다.

본 발명의 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치에서 상기 포집부는, 상기 전지 발생가스 수용부의 측면에 구비되고 질소 가스 공급부를 연결할 수 있도록 된 질소 가스 연결부를 더 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치는 분석 대상이 되는 상기 이차전지의 내부 발생가스의 포집이 완료되면, 상기 포집부는 상기 이차전지의 상기 일면과 이격되어 상기 이차전지의 상기 일면으로부터 결합해제되고, 상기 전지 홀더 트레이가 회전하여 다음 분석 대상이 되는 이차전지의 일면과 상기 포집부가 대면하는 것일 수 있다.

본 발명의 자동화된 이차전지 발생가스 포집 방법은 상기 제 1 실린더의 회전동력으로, 상기 제 1 실린더에 연결된 상기 로터에 의하여 상기 전지 홀더 트레이가 회전하여 분석 대상이 되는 상기 이차전지를 상기 포집부와 대면하는 위치로 이동시키는 단계; 상기 제 2 실린더의 선형 동력으로, 상기 포집부가 상기 이차전지의 접근하여 상기 이차전지의 상기 일면에 결합하는 단계; 상기 포집부의 내부를 진공 상태로 형성하는 단계; 상기 제 3 실린더의 회전동력으로, 상기 제 3 실린더에 연결된 상기 크랭크에 의하여 상기 펀칭부가 선형 이동하여, 상기 펀칭부로 상기 이차전지의 상기 일면을 펀칭하는 단계; 상기 이차전지의 내부 발생가스를 포집하는 단계; 질소 가스를 주입하여 상기 이차전지를 상기 포집부로부터 분리시키는 단계; 및 상기 제 2 실린더의 선형 동력으로 상기 포집부가 상기 이차전지로부터 이겨되고, 상기 로터에 의하여 상기 전지 홀더 트레이가 회전하여 다음 분석 대상인 이차전지를 상기 포집부와 대면시키는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.

본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 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 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치의 정면도이다. 도 3은 홀더 트레이를 나타내는 정면도이다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치의 정면도이다. 도 5는 펀칭부를 나타내는 정면도이다. 도 6은 펀칭부와 크랭크를 나타내는 정면도이다. 도 7은 각각 도 2에 따른 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치의 작동 방식을 나타낸다.

우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치(100)도 도 1의 매니폴드부(10)와 연결되어 가스분석장치(13)를 통해 분석될 수 있다. 또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치(100)가 매니폴드부(10)와 연결되지 않고 직접적으로 가스 분석 장치에 연결될 수도 있다. 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치(100)에 의하면, 매니폴드부(10)에 가스를 포집하지 않고도 직접적으로 가스 분석 장치에 연결되어 복수 개의 전지들에서 발생하는 가스를 각각 실시간으로 분석할 수 있으며, 매니폴드부(10)에 가스를 포집하지 않고도 분석할 수 있으므로 시료의 희석 없이 바로 분석할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치는 복수 개의 이차전지(20)들이 각각 장착될 수 있는 복수 개의 전지 홀더들, 복수 개의 전지 홀더들이 놓인 전지 홀더 트레이(130), 복수 개의 이차전지(20)들 중 분석 대상이 되는 이차전지(20)의 일면에 수직한 방향으로 이동하여 분석 대상이 되는 이차전지(20)의 일면에 결합 및 결합해제 될 수 있는 포집부(170), 및 포집부(170) 내에서 분석 대상이 되는 상기 이차전지(20)의 일면에 수직한 방향으로 이동하여 포집부(170)에 고정된 이차전지(20)의 일면에 펀칭할 수 있는 펀칭부(190)를 포함할 수 있다.

도 2를 참조할 때, 본 발명에 따른 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치(100)의 구성요소들은 하우징(미도시)에 장착된다. 하우징은 다층구조로 되어 있고 각 층에 구성요소들이 장착될 수 있다. 하우징은 예를 들어 제 1 층부(111), 및 제 2 층부(112)의 다층구조로 이루어질 수 있고, 상면부(미도시) 및 하면부(미도시)를 포함할 수 있다. 제 1 층부(111)는 하우징의 상면부 아래 위치하며, 제 2 층부(112)는 제 1 층부(111) 아래에 위치하고, 하우징의 저면으로 하면부가 마련될 수 있다.

본 발명의 하우징의 다층구조에 관한 구성은 상술한 바에 한정되지 않고, 후술할 본 발명의 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치(100)의 각 구성요소들의 배치의 변경 등에 따라 다양한 변형, 변경이 가능하다.

하우징의 중심부, 예를 들어 제 1 층부(111)와 제 2 층부(112) 사이에는 복수 개의 전지들(20)이 각각 놓일 수 있는 복수 개의 전지 홀더들(120) 및 복수 개의 전지 홀더들(120)이 상면에 장착된 전지 홀더 트레이(130)가 구비된다. 전지 홀더(120)의 상면에는 전지(20)가 장착될 수 있도록 오목부(미도시)를 구비할 수 있으며, 장착된 전지(20)가 이탈되지 않도록 오목부의 형상은 전지(20)의 형상과 일치할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 전지 홀더 트레이(130)의 하면의 중심부에는 로터(140)가 연결되어 있고 로터(140)의 하단부에 연결된 제 1 실린더(160)가 연결되어 있다. 제 1 실린더(160)의 회전 동력으로 로터(140)가 회전하고, 그에 따라 전지 홀더 트레이(130)가 회전할 수 있다. 또한, 제1 실린더(160)의 하단부는 하우징에 고정되어 있을 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 전지 홀더 트레이(130)의 하면에는 적어도 하나의 롤러(150)가 위치한다. 롤러(150)의 상면에는 전지 홀더 트레이(130)의 하면이 접촉할 수 있다. 그에 따라, 로터(140)에 의해 전지 홀더 트레이(130)가 회전될 때, 롤러(150)에 의해 전지 홀더 트레이(130)가 보다 원활하게 회전될 수 있다. 또한, 롤러(150)의 하면은 하우징, 예를 들어 제 2 층부(112)에 고정될 수 있다. 그에 따라, 롤러(150)는 또한 전지 홀더 트레이(130)를 지지하는 역할을 하며 전지 홀더 트레이(130)의 수평을 유지할 수 있도록 한다. 또한, 후술할 포집부(170)가 전지(20)를 펀칭하게 되면 순간적으로 트레이(130)의 얼라이먼트(alignment)가 틀어지거나 트레이(130)가 기울어지는 상황이 발생할 수도 있으므로, 하나 이상의 롤러(150)는 포집부(170)와 상하방향으로 일직선 상에 위치해야 하며, 그에 따라 전지(20)를 펀칭할 때에 트레이(130)를 포함하여 전반적으로 얼라이먼트(alignment)를 잡아주는 역할을 한다. 롤러(150)는 한 개로 구비될 수 있지만, 복수 개로 구비되는 것이 보다 바람직하다. 예를 들어, 롤러(150)는 3개로 마련되며, 3점 지지로 전지 홀더 트레이(130)의 면을 안정적으로 지지할 수 있다.

한편, 전지 홀더 트레이(130)의 위에는 이차전지 내부 발생가스를 포집하기 위한 포집부(170)가 위치할 수 있다. 본 발명에 따른 포집부(170)는, 내부에 전지(20)를 수용하는 것이 아니라, 전지(20)의 상면에 결합되어 전지(20)의 상면을 밀폐한 후 전지(20) 내부에서 발생하는 가스를 포집한다. 전지(20)는 예를 들면, 캔 타입으로 이루어진, 원통형 전지, 각형 전지, 코인셀 전지, 파우치형 전지일 수 있다.

포집부(170)는 제 2 실린더(180)에 의하여 상하 이동할 수 있고 그에 따라 전지(20)의 상면에 결합되었다가 결합 및 해제될 수 있다. 또는, 다른 실시예로, 포집부(170)는 제 2 실린더(180)에 의하여 좌우 이동할 수 있고 그에 따라 전지(20)의 측면에 결합되었다가 결합 및 해제될 수 있다. 제 2 실린더(180)은 포집부(170)이 선형 운동을 할 수 있도록 포집부(170)에 선형의 구동력을 제공하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로는, 예를 들면, 포집부(170)는 하우징의 제 1 층부(111) 하면에 장착되고 제 1 층부(111)의 상면에는 제 2 실린더(180)가 연결되어 있을 수 있다. 그에 따라, 제 2 실린더(180)의 상하 운동의 동력에 의하여 제 1 층부(111)가 상하이동하면 제 1 층부(111)의 하면에 장착된 포집부(170)가 상하이동할 수 있다. 전지(20)의 상면은 전지(20)의 면들 중 포집부(170)와 대면하는 전지(20)의 일면을 의미할 수 있다.

즉, 포집부(170)는 전지 홀더 트레이(130)의 상부에 위치하고, 전지(20) 또는 전지 홀더(120)는 포집부(170)와 전지 홀더 트레이(130)의 사이 위치할 수 있다. 포집부(170)는 포집부의 상부에 마련되는 제 2 실린더(180)로부터 선형 운동을 위한 동력을 전달받아 전지(20)에 접근 또는 이격될 수 있다. 전지 홀더 트레이(130)는 전지 홀더 트레이(130)의 하부에 마련되는 제 1 실린더(160)로부터 회전 동력을 전달받아 상부에서 하부로 연장되는 길이방향을 회전축으로 회전할 수 있다. 이차 전지(20)를 장착한 복수의 전지 홀더(120)들은 전지 홀더 트레이(130)의 회전 중심으로부터 동일한 거리에 배치될 수 있다. 즉, 전지 홀더(120)은 전지 홀더 트레이(130)의 회전 중심을 중심으로 하는 가상의 원의 원주를 따라 배치될 수 있다. 전지 홀더(120)는 가상의 원의 원주 상에서 동일 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 따라서, 제 1 실린더(160)의 1회 회전량은 전지 홀더 트레이(130)에 형성된 전지 홀더(120)의 개수 분의 360°일 수 있다. 전지 홀더(120)는 전지 홀더 트레이(130)에 동일 각도 간격을 가지고 방사 대칭으로 배치될 수 있다. 제 1 실린더(160)가 1회 회전할 때마다 순차적으로 전지를 포집부(170)의 하부에 위치시킬 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 포집부(170)는 포집부(170)의 하단부에 전지 홀더 수용부(171)를 포함한다. 전지 홀더 수용부(171)의 내부 공간은 전지 홀더(120)의 형상과 일치하고 전지 홀더(120)를 수용할 수 있다.

또한, 포집부(170)는 내부 공간에 전지(20)의 내부 발생가스를 수용할 수 있는 전지 발생가스 수용부(172)를 포함한다. 전지 발생가스 수용부(172)는 전지 홀더 수용부(171) 위에 위치하고 기둥 형상이고 내부가 빈 공간으로서, 내부 공간에 후술할 펀칭부(190)의 펀칭부 로드(192) 및 펀칭 니들(193)이 상하이동할 수 있다. 전지 홀더 수용부(171)와 전지 발생가스 수용부(172)는 일체로 형성되어 있다. 상술한 바와 같이, 제 2 실린더(180)에 의하여 포집부(170)가 아래로 이동하면, 전지 홀더 수용부(171) 내에 전지 홀더(120)가 수용되고 전지 발생가스 수용부(172)의 하단부에는 전지(20)의 상면이 결합될 수 있다. 전지 발생가스 수용부(172)의 하단부의 둘레(전지 홀더 수용부(171)와 전지(20)의 상면이 닿는 부분)에는 밀폐 부재(173)가 구비되어 있어 전지 발생가스 수용부(172)와 전지(20)의 상면을 밀폐할 수 있도록 한다. 밀폐 부재(173)는 예를 들면, O-링일 수 있다.

전지 발생가스 수용부(172)의 측면에는 전지 발생가스 배출구(174)가 구비되어 있어, 전지(20)의 상면에서 전지 발생가스 수용부(172)로 나오는 전지 내부 발생가스가 매니폴드부(10)로 이동될 수 있도록 할 수 있다. 전지 발생가스 배출구(174)에는 개폐밸브(미도시)가 장착될 수 있다.

또한, 전지 발생가스 수용부(172)의 측면에는, 전지 발생가스 수용부(172)의 내부를 진공으로 형성할 수 있도록 진공펌프(11)를 연결할 수 있는 진공펌프 연결부(175) 및 전지 발생가스 수용부(172)의 내부에 질소 가스를 공급할 수 있는 질소 가스 연결부(176)를 포함한다. 본 발명의 도면들에서는 진공펌프 연결부(175) 및 질소 가스 연결부(176)를 공통으로 사용하는 경우를 도시하고 있다. 다시 말하면, 전지 발생가스 수용부(172)의 측면에 개폐밸브를 구비하여 나의 개구부(175, 176)에 진공펌프(미도시)를 연결하여 전지 발생가스 수용부(172) 내부를 진공 상태로 형성하였다가 질소 가스 공급부(미도시)를 연결하여 전지 발생가스 수용부(172) 내부에 질소 가스를 공급하는 방식으로 구현할 수도 있고, 전지 발생가스 수용부(172)의 측면에 하나의 개구부(175, 176)에 T형 커넥터(미도시)를 연결한 다음 T형 커넥터에 진공펌프와 질소 가스 공급부를 각각 연결하는 방식으로 구현할 수도 있고, 또는 도면에 도시된 바와 다르게 전지 발생가스 수용부(172)의 측면에 두 개의 개구부로서 진공펌프 연결부(175) 및 질소 가스 연결부(176)를 각각 구비할 수도 있는 등 다양한 변형, 변경이 가능하다. 진공펌프 연결부(175) 및 질소 가스 연결부(176) 각각에는 개폐밸브(미도시)가 장착될 수 있다.

포집부(170)에는 또한 전지(20)의 상면을 펀칭할 수 있는 펀칭부(190)가 구비된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 펀칭부(190)는 크랭크(200)에 의하여 상하 이동할 수 있다. 제 3 실린더(210)가 회전하여 제 3 실린더(210)에 연결된 크랭크(200)를 회전시킨다. 크랭크(200)의 회전에 의하여, 커넥팅 로드(201)를 통하여 크랭크에 연결된 펀칭부(190)를 수직방향으로 이동(상하이동)하도록 한다. 즉, 크랭크(200)에 의하여 제 3 실린더(210)의 회전 동력은 펀칭부(190)를 상하로 왕복운동 할 수 있는 직선 동력으로 전환될 수 있다. 보다 구체적으로는, 커넥팅 로드(201)는 크게 크랭크(200)와 연결되는 제 1 부분(201a)과 펀칭부(190)와 연결되는 제 2 부분(201b)으로 구성되어 있을 수 있다. 제 1 부분(201a)은 타원 또는 원 형상의 디스크일 수 있다. 크랭크(200)의 회전축은 제 1 부분(201a)의 면에 수직하도록 연결되고, 제 1 부분(201a)의 중심에서 이격되어 연결될 수 있다. 제 2 부분(201b)의 일단부는 펀칭부(190)에 고정되며, 제 2 부분(201b)의 타단부는 제 1 부분(201a)의 원주에 접촉하여 미끄러질 수 있다. 크랭크(200)에 고정된 커넥팅 로드(201)의 제 1 부분(201a)이 회전하면서 커넥팅 로드(201)의 제 2 부분(201b)을 밀어내고 그에 따라 펀칭부(190)가 직선운동을 하여 전지(20)에 구멍을 뚫게 된다. 경우에 따라서는, 커넥팅 로드(201)의 제 1 부분(201a)와 제 2 부분(201b)이 일체로 형성된 것으로 제작될 수도 있다. 도 7의 (a) 및 (c)는 펀칭부(190)가 상승한 경우를 도시하고, 도 7의 (b)는 펀칭부(190)가 하강한 경우를 도시한다.

제 3 실린더(210)는 예를 들어 제 3 실린더 고정 부재(211)를 통하여 제 1 층부(111)의 하면에 지지되어 있을 수 있다.

보다 구체적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 펀칭부(190)의 펀칭부 로드(192)는 크랭크(200)의 커넥팅 로드(201)에 연결된다. 펀칭부 로드(192)의 하단부에는 펀칭 니들(193)이 연결되어 있어, 크랭크(200)의 회전으로 인한 펀칭부 로드(192)의 상하이동으로 펀칭 니들(193)이 상하이동하게 된다. 또한, 펀칭부 로드(192)와 펀칭 니들(193)은 전지 발생가스 수용부(172) 내부를 통해 상하이동하여, 펀칭 니들(193)이 전지(20)의 상면으로 이동할 수 있다. 그에 따라, 전지(20)의 상면으로 펀칭부(190)가 아래로 이동하여 펀칭 니들(193)로 전지(20)의 상면에 구멍을 낸 후에 펀칭부(190)가 위로 이동하게 되면, 전지(20)의 상면의 구멍으로부터 전지 발생가스 수용부(172) 내부로 전지(20)의 내부 발생가스가 이동하게 된다. 펀칭부 로드(192)의 둘레에는 O-링 등의 밀폐 부재(195)가 구비되어 있어 전지(20)의 내부 발생가스가 펀칭부 로드(192)에 연결된 스프링(194)으로는 이동하지 않는다. 펀칭부 로드(192)의 밀폐 부재(195)는 복수로 마련될 수 있다. 복수로 마련된 펀칭부 로드(192)의 밀폐 부재(195)는 펀칭부 로드(195)의 길이 방향을 따라 서로 일정거리가 이격되어 배치될 수 있다. 전지 발생가스 수용부(172)는 펀칭부 로드(192)의 둘레의 밀폐 부재(195)와 전지(20)의 상면에 접촉하는 밀폐 부재(173)로 외부와 차단되는 밀폐된 공간일 수 있다. 즉, 두 위치의 밀폐 부재(173, 195)들은 가스가 외부로 누출되는 것을 막고, 전지 발생가스 수용부(172)에 가스가 포집될 수 있도록 할 수 있다.

펀칭부 로드(192)의 상단부에는 스프링(194)이 연결되어 있어, 크랭크(200)가 회전하여 펀칭 니들(193)을 하강시킬 때에 수축된 스프링(194)의 복원력으로 펀칭 니들(193)을 빠르게 하강시킬 수 있다. 따라서, 순간적으로 펀칭 니들(193)로 전지(20)의 상면을 펀칭할 수 있다. 또한, 스프링(194)에 의하여 펀칭 니들(193)의 상하 이동거리를 제한할 수 있도록 한다.

다음은, 도 7을 참조하여, 도 2의 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치(100)의 작동 방법에 관하여 설명한다.

먼저, 전지 홀더 트레이(130)가 회전하여 분석 대상인 전지(20)를 포집부(170) 아래에 위치시키는 단계를 수행한다. 즉, 전지 홀더 트레이(130)가 회전하여 분석하고자 하는 전지(20)가 포집부(170) 아래에 정위치된다.

다음, 제 2 실린더(180)에 의해 포집부(170)가 하강하여 전지(20)의 상면에 결합하는 단계를 수행한다. 즉, 제 2 실린더(180)에 의해 포집부(170)가 하강하여 전지(20)의 상면에 정확히 고정되고 밀폐 부재(173)에 의하여 전지(20)의 상면이 밀폐된다.

다음, 전지 발생가스 수용부(172) 내부를 진공 상태로 형성하는 단계(도 7의 (a))를 수행한다. 즉, 진공펌프(11)가 연결된 진공 펌프 연결부(175)의 개폐 밸브를 열어 전지 발생가스 수용부(172) 내부를 진공 상태로 형성한다. 이때, 펀칭부(190)는 상승된 상태일 수 있다.

다음, 크랭크(200)의 회전으로 펀칭 니들(193)을 하강시켜 전지(20)의 상면을 펀칭하는 단계(도 7의 (b))를 수행한다. 즉, 제 3 실린더(210)에 의하여 크랭크(200)가 회전하고 크랭크(200)가 회전하면서 펀칭 니들(193)이 빠르게 하강하면서 스프링(194)의 힘과 함께 강하게 전지(20)의 상면을 펀칭한다. 이 때, 크랭크(200)의 회전과 함께 수축되었던 스프링(194)의 복원력이 더해져 펀칭 니들(193)이 빠르게 하강할 수 있다. 펀칭하는 단계에서는 전지 발생가스 배출구(174), 진공펌프 연결부(175) 및 질소 가스 연결부(176)의 밸브들은 모두 폐쇄된 상태일 수 있다.

다음, 전지(20)의 내부 발생가스를 포집하는 단계(도 7의 (c))를 수행한다. 즉, 크랭크(200)가 회전하면서 펀칭 니들(193)이 상승하여 원래 상태로 돌아가게 되며, 이 때에는 스프링(194)이 수축하므로, 펀칭 니들(193)이 상승하는 속도는 펀칭 니들(193)이 하강하는 속도보다 느리게 된다. 펀칭 니들(193)이 상승하면, 전지(20)의 상면의 펀칭된 구멍으로부터 전지(20)의 내부 발생가스가 전지 발생가스 수용부(172) 내부로 이동하고, 전지 발생가스 배출구(174)를 통하여 포집된다.

다음, 질소 가스를 주입하여 전지(20)를 포집부(170)로부터 분리시키는 단계를 수행한다. 즉, 전지(20)의 내부 발생가스의 포집이 완료되면, 질소 가스 연결부(176)의 개폐 밸브가 개방되어 전지 발생가스 수용부(172) 내부로 질소 가스가 주입되고, 주입되는 질소 가스의 압력에 의하여 밀폐 부재(173)에 밀착되었던 전지(20)가 분리된다.

다음, 제 2 실린더(180)에 의해 포집부(170)가 상승하고 다음 분석 대상인 전지(20)를 포집부(170) 아래에 위치시키는 단계를 수행한다. 즉, 제 2 실린더(180)에 의해 포집부(170)가 상승한 다음, 전지 홀더 트레이(130)가 회전하여 다음 분석 대상인 전지(20)가 포집부(170)의 정아래에 위치하게 되고, 다음 분석 대상인 전지(20)에 대하여도 상술한 바와 같이 동일한 과정이 수행된다.

앞서 살펴본 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 '당업자'라 한다)가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시 예일 뿐, 전술한 실시 예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.

Claims

복수 개의 이차전지들이 각각 장착될 수 있는 복수 개의 전지 홀더들;

상기 복수 개의 전지 홀더들이 놓인 전지 홀더 트레이;

복수 개의 이차전지들 중 분석 대상이 되는 이차전지의 일면에 수직한 방향으로 이동하여 분석 대상이 되는 상기 이차전지의 상기 일면에 결합 및 결합해제 될 수 있는 포집부; 및

상기 포집부 내에서 분석 대상이 되는 상기 이차전지의 상기 일면에 수직한 방향으로 이동하여 상기 포집부에 고정된 상기 이차전지의 상기 일면에 펀칭할 수 있는 펀칭부를 포함하고,

상기 전지 홀더 트레이는 상기 이차전지의 상기 일면이 상기 포집부와 대면할 수 있도록 회전하는, 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 포집부에 연결되고 선형 운동을 위한 동력을 제공하는 제 2 실린더;

상기 전지 홀더 트레이에 연결되어 상기 전지 홀더 트레이를 회전시키는 로터;

상기 로터에 연결되고 회전동력을 제공하는 제 1 실린더;

상기 펀칭부에 연결된 크랭크; 및

상기 크랭크에 연결되고 회전동력을 제공하는 제 3 실린더를 더 포함하고,

상기 크랭크는 상기 제 3 실린더의 회전동력을 상기 펀칭부의 선형 운동을 위한 동력으로 변환하는, 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치.
제2항에 있어서,

상기 포집부는 상기 전지 홀더 트레이의 상부에 위치하고,

상기 이차전지 또는 상기 전지 홀더는 상기 포집부와 상기 전지 홀더 트레이의 사이 위치하는, 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 포집부는:

상기 포집부의 하단부에 위치한 전지 홀더 수용부로서, 내부 공간에 상기 전지 홀더를 수용할 수 있는 상기 전지 홀더 수용부;

상기 전지 홀더 수용부 위에 상기 전지 홀더 수용부와 일체로 형성되고 기둥 형상인 전지 발생가스 수용부로서, 내부 공간에 상기 이차전지의 내부에서 발생하는 가스를 수용할 수 있는 상기 전지 발생가스 수용부;

상기 전지 홀더 수용부와 상기 이차전지의 상기 일면이 접촉할 수 있는 부분에 구비된 밀폐 부재로서, 상기 전지 발생가스 수용부와 상기 이차전지의 상기 일면으로 이루어진 공간을 밀폐할 수 있는 상기 밀폐 부재;

상기 전지 발생가스 수용부의 측면에 구비된 전지 발생가스 배출구로서, 상기 이차전지의 상기 일면에서 상기 전지 발생가스 수용부로 나오는 상기 이차전지의 내부 발생가스가 매니폴드부 또는 가스 분석 장치로 이동할 수 있도록 된 상기 전지 발생가스 배출구; 및

상기 전지 발생가스 수용부의 측면에 구비되고 진공펌프를 연결할 수 있도록 된 진공 펌프 연결부;

를 포함하는, 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 펀칭부는:

상기 크랭크에 연결된 펀칭부 로드(rod); 및

상기 펀칭부 로드의 하단부에 연결된 펀칭 니들을 포함하고,

상기 크랭크의 회전으로 인한 펀칭부 로드의 이동으로, 상기 펀칭 니들이 상기 전지 발생가스 수용부를 통해 이동하여, 상기 펀칭 니들이 상기 이차전지의 상기 일면에 구멍을 낼 수 있는, 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 펀칭부는, 상기 펀칭부 로드의 상단부에 연결된 스프링을 더 포함하고,

상기 크랭크가 회전하여 상기 펀칭 니들을 하강시킬 때에, 수축된 스프링의 복원력으로 상기 펀칭 니들을 고속으로 이동시켜 상기 이차전지의 상기 일면을 펀칭할 수 있는, 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 이차전지는 원통형 전지, 각형 전지, 코인셀 전지 및 파우치형 전지 중 어느 하나인, 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 포집부는, 상기 전지 발생가스 수용부의 측면에 구비되고 질소 가스 공급부를 연결할 수 있도록 된 질소 가스 연결부를 더 포함하는, 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치.
제 1 항에 있어서,

분석 대상이 되는 상기 이차전지의 내부 발생가스의 포집이 완료되면, 상기 포집부는 상기 이차전지의 상기 일면과 이격되어 상기 이차전지의 상기 일면으로부터 결합해제되고, 상기 전지 홀더 트레이가 회전하여 다음 분석 대상이 되는 이차전지의 일면과 상기 포집부가 대면하는, 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치에서 수행되는 이차전지 발생가스 포집방법에 있어서:

상기 전지 홀더 트레이가 회전하여 분석 대상인 이차전지를 상기 포집부와 대면하는 위치로 이동시키는 단계;

상기 포집부가 상기 이차전지의 상기 일면에 접근하여 결합하는 단계;

상기 포집부의 내부를 진공 상태로 형성하는 단계;

상기 펀칭부로 상기 이차전지의 상기 일면을 펀칭하는 단계;

상기 이차전지의 내부 발생가스를 포집하는 단계;

질소 가스를 주입하여 상기 이차전지를 상기 포집부로부터 분리시키는 단계; 및

상기 포집부가 상기 이차전지로부터 이격되고 다음 분석 대상인 이차전지를 상기 포집부와 대면하는 위치로 이동시키는 단계;

를 포함하는, 자동화된 이차전지 발생가스 포집방법.
제 2 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 자동화된 이차전지 발생가스 포집 장치에서 수행되는 이차전지 발생가스 포집방법에 있어서:

상기 제 1 실린더의 회전동력으로, 상기 제 1 실린더에 연결된 상기 로터에 의하여 상기 전지 홀더 트레이가 회전하여 분석 대상이 되는 상기 이차전지를 상기 포집부와 대면하는 위치로 이동시키는 단계;

상기 제 2 실린더의 선형 동력으로, 상기 포집부가 상기 이차전지의 접근하여 상기 이차전지의 상기 일면에 결합하는 단계;

상기 포집부의 내부를 진공 상태로 형성하는 단계;

상기 제 3 실린더의 회전동력으로, 상기 제 3 실린더에 연결된 상기 크랭크에 의하여 상기 펀칭부가 선형 이동하여, 상기 펀칭부로 상기 이차전지의 상기 일면을 펀칭하는 단계;

상기 이차전지의 내부 발생가스를 포집하는 단계;

질소 가스를 주입하여 상기 이차전지를 상기 포집부로부터 분리시키는 단계; 및

상기 제 2 실린더의 선형 동력으로 상기 포집부가 상기 이차전지로부터 이겨되고, 상기 로터에 의하여 상기 전지 홀더 트레이가 회전하여 다음 분석 대상인 이차전지를 상기 포집부와 대면시키는 단계;

를 포함하는, 자동화된 이차전지 발생가스 포집방법.