WO2020218785A1 - 이차전지 내부가스 포집 장치 - Google Patents

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WO2020218785A1
WO2020218785A1 PCT/KR2020/005195 KR2020005195W WO2020218785A1 WO 2020218785 A1 WO2020218785 A1 WO 2020218785A1 KR 2020005195 W KR2020005195 W KR 2020005195W WO 2020218785 A1 WO2020218785 A1 WO 2020218785A1
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secondary battery
gas
jig
plate
battery case
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PCT/KR2020/005195
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황동국
신원경
송정현
최낙희
안정애
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주식회사 엘지화학
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Publication date
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    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0404—Machines for assembling batteries

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery internal gas collection device, and more specifically, to a secondary battery internal gas collection device capable of easily collecting the gas inside the secondary battery regardless of the standard and shape of the secondary battery.
  • a secondary battery is a battery that can be used repeatedly through a discharge and charging process in the reverse direction that converts chemical energy into electrical energy, and the types include nickel-cadmium (Ni-Cd) batteries, nickel-hydrogen (Ni-MH) batteries. ) Battery, lithium-metal battery, lithium-ion battery, and lithium-ion polymer battery. Among these secondary batteries, lithium secondary batteries having high energy density and voltage, long cycle life, and low self-discharge rate have been commercialized and widely used.
  • a lithium secondary battery deteriorates as a large amount of gas is generated due to electrolyte decomposition according to the repeated charge/discharge process, and this pattern appears differently depending on the design and usage of the battery. Therefore, it is essential to analyze the gas generated inside the battery to infer the deterioration mechanism of the battery.
  • a secondary battery in order to collect the gas generated from the secondary battery, a secondary battery was placed in a closed space, vacuum depressurized, and a hole was made in the secondary battery, and the generated gas was diffused into the closed space containing the secondary battery, and a sample was collected. Therefore, a jig is required to form a closed space for accommodating the secondary battery by covering the entire exterior of the secondary battery, and such a jig is provided for each type of secondary battery released for various purposes (EV, ESS, mobile phone, etc.). A shape suitable for the shape was required. That is, since the secondary battery has various specifications such as area and thickness, in the conventional gas collecting apparatus, it is necessary to replace the jig whenever the shape and specification of the secondary battery to be inspected are changed.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2018-0047280 discloses a technology related to a'secondary battery-generated gas collection device and collection method'.
  • the present invention relates to a secondary battery internal gas collection device, and specifically, to provide a secondary battery internal gas collection device capable of easily collecting the gas inside the secondary battery regardless of the standard and shape of the secondary battery.
  • the secondary battery internal gas collection apparatus of the present invention is a secondary battery internal gas collection apparatus for collecting gas generated from a secondary battery including an electrode assembly and a rigid battery case accommodating the electrode assembly therein, wherein the battery case A pressing jig portion for pressing one surface of the; A sealing part inserted between the pressing jig part and the one surface of the battery case; And a fixing unit for fixing the pressurization jig unit and the battery case with the sealing means inserted between the pressurization jig unit and the battery case, wherein the pressurization jig unit contains the gas generated inside the battery case.
  • a flowing gas collecting pipe may be provided.
  • the apparatus for collecting internal gas of a secondary battery of the present invention can be consistently used for batteries of all sizes regardless of changes in the standard of the secondary battery.
  • the internal gas collecting device of the secondary battery of the present invention does not require a process of diffusing the gas in a separate chamber, and immediately collects the gas inside the battery case, thereby reducing the gas diffusion space, thereby reducing the gas generated from the secondary battery. Since it can be collected in a space, it is possible to increase the efficiency of analysis by collecting a high-concentration gas.
  • the pressurization jig portion of the secondary battery internal gas collection device of the present invention contacts and pressurizes only a local area of the battery case, even if the jig is bonded to the secondary battery, the secondary battery has an exposed area that is not combined with the jig.
  • the exposed area can be used to connect accessory parts for various analysis.
  • the internal gas collecting device of the secondary battery of the present invention securely fixes only one side of the pressurized jig portion and the battery case, even if the shape and size of the secondary battery changes during analysis, gas collection can be smoothly performed without replacing the jig.
  • the apparatus for collecting internal gas of a secondary battery of the present invention even if the apparatus is damaged by ignition of the secondary battery, only the pressurizing jig portion or the sealing portion needs to be replaced, so that the maintenance cost of the apparatus can be reduced.
  • the area of the O-ring is smaller from 2 times to 1000 times compared to the O-rings used in conventional collection devices, so leakage caused by the O-ring is effectively improved. can do.
  • FIG. 1 is a plan view showing a state in which a secondary battery is coupled to an apparatus for collecting internal gas of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating a state in which a secondary battery is not installed in the gas collecting device of the secondary battery of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a perspective view showing an internal gas collecting device for a secondary battery of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing an arrangement relationship of a column part of the apparatus for collecting internal gas of a secondary battery of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a cross-section A-A of FIG. 3.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the flow of gas in the gas collecting device inside the secondary battery of FIG. 1.
  • FIG. 7 is a plan view showing another embodiment of an apparatus for collecting internal gas from a secondary battery according to the present invention.
  • the secondary battery internal gas collection apparatus of the present invention is a secondary battery internal gas collection apparatus for collecting gas generated from a secondary battery including an electrode assembly and a rigid battery case accommodating the electrode assembly therein, wherein the battery case A pressing jig portion for pressing one surface of the; A sealing part inserted between the pressing jig part and the one surface of the battery case; And a fixing unit for fixing the pressurization jig unit and the battery case with the sealing means inserted between the pressurization jig unit and the battery case, wherein the pressurization jig unit contains the gas generated inside the battery case.
  • a flowing gas collecting pipe may be provided.
  • the fixing unit is A support jig portion for supporting the secondary battery by contacting two surfaces, a first plate facing the first surface at a position spaced apart from the first surface, the support jig portion is fixed, and the pressing jig portion is fixed.
  • the second plate includes a jig guide hole into which the support jig portion is inserted so as to be movable in a direction perpendicular from the first surface to the second plate, and the second plate A locking means for fixing the relative position of the support jig portion may be provided.
  • a gas discharge pipe for flowing the gas discharged through the gas collecting pipe to an external analysis device is provided inside the first plate, and the pressurizing jig portion comprises the first plate
  • the gas collection pipe is a gas flow path formed inside the pressurization jig portion, the inlet of the gas collection pipe is formed to face the first surface, and the outlet of the gas collection pipe is an inlet of the gas discharge pipe It may be formed on the contact surface of the first plate and the pressing jig portion to face with.
  • the pillar portion extends in a direction perpendicular to the first surface, is provided in plural, one end of the pillar is coupled to the first plate, and the other end of the pillar is It can be coupled to the second plate.
  • the pillar portion includes a first pillar portion and a second pillar portion, and includes the secondary battery, the first pillar portion, and the second pillar portion, and is parallel to the first surface.
  • a virtual line connecting the first pillar portion and the second pillar portion on a virtual plane may pass through the secondary battery.
  • the first surface of the battery case further includes a punching part for drilling a vent hole for discharging the gas
  • the punching part is the opposite side of the surface of the pressing jig part in contact with the secondary battery.
  • a needle hole may be formed in the pressing jig portion and passing through the inside of the pressing jig portion so that a needle provided in the punching portion protrudes from the surface of the pressing jig portion in contact with the secondary battery.
  • the outlet of the needle hole through which the needle protrudes and the inlet of the gas collection pipe through which the gas is introduced may be formed at the same position.
  • the needle hole is formed through the pressing jig portion to connect a surface of the pressing jig portion facing the battery case and a surface of the pressing jig portion to which the punching portion is coupled, and the The punching part is detachable, and the internal gas of the secondary battery may be collected through the needle hole while the punching part is separated from the pressing jig part.
  • a ventilation hole for discharging gas generated inside the secondary battery is formed on the one surface of the battery case, the sealing part is an O-ring, and the sealing part is the The ventilation hole may be disposed to be located inside the circle formed by the O-ring.
  • the sealing unit may include one or more of silicone rubber, viton, natural rubber, and synthetic rubber as a flexible material.
  • FIG. 1 is a plan view showing a state in which a secondary battery is coupled to an apparatus for collecting internal gas of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating a state in which a secondary battery is not installed in the gas collecting device of the secondary battery of FIG. 1.
  • 3 is a perspective view showing an internal gas collecting device for a secondary battery of FIG. 1.
  • 4 is a conceptual diagram showing an arrangement relationship of a column part of the apparatus for collecting internal gas of a secondary battery of FIG. 5 is a cross-sectional view showing a cross-section A-A of FIG. 3.
  • 6 is a cross-sectional view showing the flow of gas in the gas collecting device inside the secondary battery of FIG. 1.
  • 7 is a plan view showing another embodiment of an apparatus for collecting internal gas from a secondary battery according to the present invention.
  • the secondary battery internal gas collecting device of the present invention is to collect gas generated from the secondary battery 10 including the electrode assembly 11 and a rigid battery case 13 accommodating the electrode assembly 11 therein.
  • the internal gas collecting device for a secondary battery according to the present invention may be made of a hard material as the battery case 13 forming the outer shape has a fixed volume.
  • the battery case 13 may be made of stainless steel, and the shape may be maintained even with a change in internal and external pressure of the battery case 13. Accordingly, when the outer surface of the battery case 13 is pressed with the pressing jig portion 100, the battery case 13 is held up, and the outer surface of the battery case 13 and the pressing jig portion 100 may be in close contact with each other.
  • the secondary battery 10 used in the device of the present invention may have an external shape of, for example, a rectangular or cylindrical hard case.
  • the secondary battery internal gas collection device of the present invention is a pressure jig portion 100 for pressing one surface of the battery case 13, between the pressure jig portion 100 and one surface of the battery case 13 Including a fixing unit for fixing the pressing jig portion 100 and the battery case 13 with the sealing unit 200 inserted into the, and the sealing means inserted between the pressing jig portion 100 and the battery case 13 can do.
  • One surface of the battery case 13 facing the pressing jig portion 100 is defined as a first surface, and the other surface of the battery case 13 facing the first surface is defined as a second surface.
  • the fixing unit has a support jig portion 310 that contacts the second surface to support the secondary battery 10, and the pressure jig portion 100 is fixed and spaced apart from the first surface.
  • the support jig portion 310 is a second surface of the battery case 13 that is pressurized by the pressing jig portion 100, the second surface of which the secondary battery 10 is interposed, and the pressing jig portion 100 is a secondary battery. It may be to apply a force in the opposite direction to the force applied to (10). That is, the secondary battery 10 may be inserted between the pressing jig portion 100 and the supporting jig portion 310 and fixed in place.
  • the pressure jig part 100 and the support jig part 310 are relatively spaced apart from each other, and the gap is adjusted according to the size of the secondary battery 10 to pressurize the secondary battery 10 with the support jig part 100 and the support jig part. Can be fixed between (310).
  • the interval between the pressing jig portion 100 and the supporting jig portion 310 may be adjusted according to the standard of the secondary battery 10. Since the distance between the pressing jig unit 100 and the support jig unit 310 is always constant, the pressing jig unit 100 is connected to the first plate 320. ) May be moved in a direction perpendicular to the first surface, or the support jig portion 310 may be moved in a direction perpendicular to the second plate 330 from the first surface. Since the gas collecting pipe 110, the punching part 400, and the like may be coupled to the pressurizing jig part 100, it may be desirable to move the support jig part 310 to adjust the interval.
  • the second plate 330 includes a jig guide hole 331 into which the support jig portion 310 is inserted so as to move in a direction perpendicular from the first surface to the second plate 330, and a second plate.
  • a locking means 333 for fixing the relative position of the support jig portion 310 with respect to 330 may be provided.
  • the jig guide hole 331 is formed to pass through the second plate 330 in a direction perpendicular to the first surface, and the support jig portion 310 is guided by the jig guide hole 331 and can be moved.
  • the locking means 333 is provided on a side opposite to the surface of the second plate 330 facing the battery case 13, and may fix the support jig portion 310 by tightening the side surface of the support jig portion 310. .
  • the column portion 340 that always fixes the relative distance between the first plate 320 and the second plate 330 at a constant level extends in a direction perpendicular to the first surface, and may be provided in plural.
  • One end of the pillar portion 340 may be coupled to the first plate 320, and the other end of the pillar portion 340 may be coupled to the second plate 330.
  • the pillar portion 340 includes the first pillar portion 341 and the second pillar portion 343, the secondary battery 10, the first pillar portion 341, and the 2 A virtual line connecting the first pillar portion 341 and the second pillar portion 343 on a virtual plane including the pillar portion 343 and parallel to the first surface penetrates the secondary battery 10 It can be. That is, the first pillar portion 341 and the second pillar portion 343 may be disposed with the secondary battery 10 interposed therebetween.
  • the secondary battery 10 is not accommodated in a sealed space, but the jigs are fixed through the pillar portion 340, so that the side of the battery case 13 is open to the outside. I can. That is, since the structure of the entire secondary battery 10 is not covered by the jig, it may be easy to directly couple additional additional equipment (charger and discharger, presser, insulation material, temperature sensor, etc.) to the secondary battery 10. . Therefore, not only the gas at the time when the secondary battery internal gas analysis device of the present invention is connected to the secondary battery 10, but also the gas generated in the secondary battery according to changes over time according to voltage, temperature, or time in real time to the secondary battery 10. Can be collected.
  • additional additional equipment charger and discharger, presser, insulation material, temperature sensor, etc.
  • the secondary battery internal gas collecting device of the present invention may further include a punching unit 400 having a vent hole 15 for discharging gas on the first surface of the battery case 13 have.
  • the punching unit 400 may be coupled to a surface of the pressing jig unit 100 on the opposite side of the surface of the pressing jig unit 100 in contact with the secondary battery 10.
  • the hole 120 may be formed.
  • the punching part 400 has a needle 410 for drilling a ventilation hole 15 in the battery case 13, and the needle 410 is fixed to one end and has a diameter larger than the diameter of the needle 410
  • the body portion 420, a button (not shown) connected to the other end of the body portion 420 to pressurize the body portion 420, and the body portion 420 is pressed so that the needle 410 is inserted into the vent hole 15 ) May include an elastic member (not shown) that provides a restoring force to the body portion 420 and moves the body portion 420 to its original position.
  • a part of the body part 420 is inserted into the needle hole 120 formed in the pressing jig part 100, and the body part 420 may reciprocate along the needle hole 120.
  • the needle hole 120 may be formed to penetrate the pressing jig portion 100 in a direction perpendicular to the surface of the pressing jig portion 100 facing the battery case 13.
  • the diameter of a portion of the needle hole 120 into which the body portion 420 is inserted is formed substantially the same as the diameter of the body portion 420, and sealing between the inner surface of the needle hole 120 and the side of the body portion 420 A member (not shown) may be inserted.
  • a groove into which the sealing member is inserted may be formed in the body portion 420.
  • the needle 410 protrudes through the inlet of the needle hole 120 formed on the surface of the pressing jig portion 100 facing the battery case 13 to form a vent hole 15 in the battery case 13.
  • the inlet of the needle hole 120 formed on the surface of the pressurization jig portion 100 facing the battery case 13 may be the same hole as the inlet of the gas collecting pipe 110, and the needle hole 120 and the gas collecting pipe Some sections of 110 may be shared. That is, the outlet of the needle hole 120 from which the needle 410 protrudes and the inlet of the gas collection pipe 110 through which gas is introduced may be formed at the same position. Since the ventilation hole 15 formed in the battery case 13 is formed by a needle 410 protruding from the inlet of the gas collection pipe 110, the ventilation hole 15 and the gas collection pipe 110 are not separately aligned. You can face the entrance naturally.
  • the pressurization jig unit 100 may be provided with a gas collecting pipe 110 through which gas generated in the battery case 13 flows.
  • the gas collection pipe 110 may be a flow path through which a gas formed in the pressurization jig unit 100 flows.
  • the inlet of the gas collecting pipe 110 may be formed on the surface of the pressurizing jig portion 100 facing the battery case 13. Therefore, the gas discharged from the secondary battery 10 flows into the inlet of the gas collection pipe 110, and the gas introduced into the gas collection pipe 110 is discharged to an external analysis device via the gas collection pipe 110. Can be.
  • a gas discharge pipe 321 may be provided inside the first plate 320 to flow the gas discharged through the gas collection pipe 110 to an external analysis device.
  • the pressurization jig unit 100 includes the first plate 320 and the pressurization jig so that the outlet of the gas collection pipe 110 faces the inlet of the gas discharge pipe 321 while the first plate 320 is in contact with each other. It may be formed on the contact surface of the part 100. Accordingly, the gas discharged through the pressurizing jig unit 100 may be delivered to an external analysis device through the gas discharge pipe 321 formed inside the first plate 320.
  • the gas generated in the electrode assembly 11 may flow to an external analysis device through the gas collection pipe 110 of the pressurization jig unit 100 and the gas discharge pipe 321 of the first plate 320.
  • the gas collecting device inside the secondary battery of the present invention basically collects the gas inside the secondary battery, but on the contrary, by injecting external air into the secondary battery in reverse through the above path, it is possible to analyze the state change of the secondary battery.
  • a fastening portion 321a protruding from the surface of the first plate 320 may be provided at the outlet of the gas discharge pipe 321 to facilitate fastening of a pipe such as a hose.
  • the sealing part 200 may be an O-ring.
  • the sealing part 200 may be disposed such that the ventilation hole 15 is located inside a circle formed by the O-ring.
  • the sealing part 200 is a flexible material and may include at least one of silicone rubber, viton, natural rubber, and synthetic rubber.
  • the sealing part 200 is directly exposed to gas generated from the secondary battery 10, and a material having properties such as corrosion resistance, heat resistance, abrasion resistance, and chemical resistance may be preferable.
  • the punching unit 400 is detachable, and the secondary battery 10 through the needle hole 120 in a state where the punching unit 400 is separated from the pressing jig unit 100. ) It can collect internal gas. Needle hole 120 is a pressing jig portion 100 to connect the surface of the pressing jig portion 100 facing the battery case 13 and the surface of the pressing jig portion 100 to which the punching portion 400 is coupled.
  • the gas of the secondary battery 10 is introduced through the outlet of the needle hole 120 formed on the surface of the pressing jig portion 100 facing the battery case 13, and the punching portion 400 is A pipe, such as a hose connected to an external analysis device, is coupled to the inlet of the needle hole 120 formed on the surface of the pressurization jig unit 100 that has been combined, so that gas can be delivered to the external analysis device.
  • a pipe such as a hose connected to an external analysis device
  • the apparatus for collecting internal gas of a secondary battery of the present invention can be consistently used for batteries of all sizes regardless of changes in the standard of the secondary battery.
  • the internal gas collecting device of the secondary battery of the present invention does not require a process of diffusing the gas in a separate chamber, and immediately collects the gas inside the battery case, thereby reducing the gas diffusion space, thereby reducing the gas generated from the secondary battery. Since it can be collected in a space, it is possible to increase the efficiency of analysis by collecting a high-concentration gas.
  • the pressurization jig portion of the secondary battery internal gas collection device of the present invention contacts and pressurizes only a local area of the battery case, even if the jig is bonded to the secondary battery, the secondary battery has an exposed area that is not combined with the jig.
  • the exposed area can be used to connect accessory parts for various analysis.
  • the internal gas collecting device of the secondary battery of the present invention securely fixes only one side of the pressurized jig portion and the battery case, even if the shape and size of the secondary battery changes during analysis, gas collection can be smoothly performed without replacing the jig.
  • the apparatus for collecting internal gas of a secondary battery of the present invention even if the apparatus is damaged by ignition of the secondary battery, only the pressurizing jig portion or the sealing portion needs to be replaced, so that the maintenance cost of the apparatus can be reduced.
  • the area of the O-ring is smaller from 2 times to 1000 times compared to the O-rings used in conventional collection devices, so leakage caused by the O-ring is effectively improved. can do.

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Abstract

본 발명은 이차전지 내부가스 포집 장치에 관한 것으로, 구체적으로는, 이차전지의 규격 및 형상에 상관없이 이차전지 내부의 가스를 쉽게 포집할 수 있는 이차전지 내부가스 포집 장치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 강성의 전지 케이스를 포함하는 이차전지에서 발생하는 가스를 포집하기 위한 이차전지 내부가스 포집 장치로서, 상기 전지 케이스의 일면을 가압하는 가압 지그부; 상기 가압 지그부와 상기 전지 케이스의 상기 일면 사이에 삽입되는 실링부; 및 상기 가압 지그부와 상기 전지 케이스 사이에 상기 실링 수단이 삽입된 상태로 상기 가압 지그부 및 상기 전지 케이스를 고정하는 고정 유니트를 포함하고, 상기 가압 지그부는 상기 전지 케이스 내부에서 발생되는 상기 가스가 흐르는 가스 포집관이 마련되는 것일 수 있다.

Description

이차전지 내부가스 포집 장치
본 출원은 2019.04.26. 출원된 한국특허출원 10-2019-0049124호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 이차전지 내부가스 포집 장치에 관한 것으로, 구체적으로는, 이차전지의 규격 및 형상에 상관없이 이차전지 내부의 가스를 쉽게 포집할 수 있는 이차전지 내부가스 포집 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 방전과 역방향인 충전 과정을 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 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 유기가스종 등의 다양한 종류의 가스가 발생할 수 있다.
또한, 리튬 이차전지는 거듭된 충방전 진행에 따라 전해질 분해에 의한 다량의 가스가 발생하면서 퇴화되며, 이 양상은 전지의 설계 및 사용 형태에 따라 다르게 나타난다. 따라서 전지 내부 발생 가스를 분석하여 전지의 퇴화 메커니즘을 유추하는 것이 전지의 개발과정에서 필수적으로 수행되어야 한다.
따라서, 이차전지 내에서 발생하는 가스를 포집하여 정확하게 분석하는 것이 매우 중요하다. 리튬이온전지의 작동 시에 다양한 가스가 발생하며 발생가스의 조성 및 함량에 대한 정보는 전지소재의 개발, 전지제조공정 최적화, 전지 불량 원인의 파악 등에 있어 유용하게 이용된다. 이를 위해서는 이차전지 내부 발생 가스를 포집하는 기술 개발이 중요하다.
종래에는 이차전지에서 발생하는 가스를 포집하기 위해서 이차전지를 밀폐된 공간에 넣고 진공 감압 후 이차전지에 구멍을 뚫어, 이차전지를 수용한 밀폐 공간 내부로 발생 가스를 확산시킨 후 시료를 채취하였다. 따라서, 이차전지 외부 전체를 감싸서 이차전지를 수용하는 밀폐공간을 형성하는 지그(jig)가 필요하며, 이러한 지그는 다양한 목적(EV, ESS, 핸드폰 등)으로 출시되는 이차전지의 타입 별로 해당 규격 및 형상에 맞는 형태가 요구되었다. 즉, 이차전지는 면적, 두께 등의 규격이 다양하기 때문에 종래의 가스 포집 장치에서는 검사 대상 이차전지의 형상 및 규격의 변경될 때 마다 지그의 교체가 필요했다.
또한, 밀폐 공간을 형성한 후 밀폐 공간에 형성되어 있던 시료 가스 이외의 기체를 제거하기 위해서, 별도의 장치로 진공 펌프, 불활성 기체 주입 장치 등이 필요했다.
한국공개특허 제10-2018-0047280호에는 '이차전지 발생가스 포집장치 및 포집방법'에 관한 기술이 개시되어 있다.
본 발명은 이차전지 내부가스 포집 장치에 관한 것으로, 구체적으로는, 이차전지의 규격 및 형상에 상관없이 이차전지 내부의 가스를 쉽게 포집할 수 있는 이차전지 내부가스 포집 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 강성의 전지 케이스를 포함하는 이차전지에서 발생하는 가스를 포집하기 위한 이차전지 내부가스 포집 장치로서, 상기 전지 케이스의 일면을 가압하는 가압 지그부; 상기 가압 지그부와 상기 전지 케이스의 상기 일면 사이에 삽입되는 실링부; 및 상기 가압 지그부와 상기 전지 케이스 사이에 상기 실링 수단이 삽입된 상태로 상기 가압 지그부 및 상기 전지 케이스를 고정하는 고정 유니트를 포함하고, 상기 가압 지그부는 상기 전지 케이스 내부에서 발생되는 상기 가스가 흐르는 가스 포집관이 마련될 수 있다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치는 이차전지의 규격의 변화에 상관없이 모든 크기의 전지에 일관성 있게 활용할 수 있다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치는 별도의 챔버에서 가스를 확산시키는 과정이 필요 없이, 전지 케이스 내부의 가스를 바로 포집하는 것으로 가스의 확산 공간이 작아져, 이차전지에서 발생하는 가스를 더 작은 공간에서 포집할 수 있기 때문에, 고농도의 가스를 포집함으로써, 분석의 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치의 가압 지그부는 전지 케이스의 면적 중 국소면적에만 접촉하여 가압하기 때문에, 이차전지에 지그가 결합하더라도, 이차전지는 지그와 결합되지 않는 노출면적을 가지고 있고, 이러한 노출면적을 이용해서 다양한 분석을 위한 악세서리 부품을 연결할 수 있다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치는 가압 지그부와 전지 케이스의 일면만을 단단하게 고정하기 때문에 분석 도중 이차전지의 형상 및 크기가 변하더라도 지그의 교체 없이 가스 포집을 원활하게 할 수 있다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치는 이차전지의 발화로 장치가 손상되더라도 가압 지그부 또는 실링부만을 교체하면 되기 때문에 장치의 유지 비용이 절감될 수 있다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치에 구조에 적용되는 오링의 경우 종래의 포집 장치들에서 사용하는 오링에 비해 그 면적이 적게는 2배에서 많게는 1000배까지 작기 때문에, 오링에 의한 누출을 효과적으로 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 내부가스 포집 장치에 이차전지가 결합된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 이차전지 내부가스 포집 장치에 이차전지가 장착되지 않은 상태를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 1의 이차전지 내부가스 포집 장치를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 1의 이차전지 내부가스 포집 장치의 기둥부의 배치관계를 나타내는 개념도이다.
도 5는 도 3의 A-A 단면을 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 1의 이차전지 내부가스 포집 장치에서 가스의 흐름을 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 이차전지 내부가스 포집 장치의 다른 실시 예를 나타내는 평면도이다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 강성의 전지 케이스를 포함하는 이차전지에서 발생하는 가스를 포집하기 위한 이차전지 내부가스 포집 장치로서, 상기 전지 케이스의 일면을 가압하는 가압 지그부; 상기 가압 지그부와 상기 전지 케이스의 상기 일면 사이에 삽입되는 실링부; 및 상기 가압 지그부와 상기 전지 케이스 사이에 상기 실링 수단이 삽입된 상태로 상기 가압 지그부 및 상기 전지 케이스를 고정하는 고정 유니트를 포함하고, 상기 가압 지그부는 상기 전지 케이스 내부에서 발생되는 상기 가스가 흐르는 가스 포집관이 마련될 수 있다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치에서 상기 전지 케이스의 상기 일면을 제1 면이라 하고, 상기 제 1면과 대면하는 상기 전지 케이스의 타측 면을 제2 면이라고 할 때, 상기 고정 유니트는 상기 제2 면에 접촉하여 상기 이차전지를 지지하는 지지 지그부와, 상기 가압 지그부가 고정되며 상기 제1 면과 이격된 위치에서 상기 제1 면과 대면하는 제1 플레이트와, 상기 지지 지그부가 고정되며 상기 제2 면과 이격된 위치에서 상기 제2 면과 대면하는 제2 플레이트와, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트가 서로 일정거리를 유지하도록 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트에 결합되는 기둥부를 포함할 수 있다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치에서 상기 제2 플레이트에는 상기 지지 지그부가 상기 제2 플레이트에 대해서 상기 제1 면에서 수직한 방향으로 이동이 가능하도록 삽입되는 지그 가이드 홀과, 상기 제2 플레이트에 대한 상기 지지 지그부의 상대적 위치를 고정하는 록킹 수단이 마련될 수 있다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치에서 상기 제1 플레이트의 내부에는 상기 가스 포집관을 통해 배출된 상기 가스를 외부 분석 장치로 흘려 보내기 위한 가스 배출관이 마련되며, 상기 가압 지그부는 상기 제1 플레이트는 접촉하여 결합되고, 상기 가스 포집관은 상기 가압 지그부 내부에 형성된 가스 유로이며, 상기 가스 포집관의 입구는 상기 제1 면에 대면하도록 형성되고, 상기 가스 포집관의 출구는 상기 가스 배출관의 입구와 대면하도록 상기 제1 플레이트와 상기 가압 지그부의 접촉면에 형성될 수 있다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치에서 상기 기둥부는 상기 제1 면에 수직한 방향으로 연장되며, 복수로 마련되고, 상기 기둥부의 일단부는 상기 제1 플레이트에 결합되고, 상기 기둥부의 타단부는 상기 제2 플레이트에 결합될 수 있다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치에서 상기 기둥부는 제1 기둥부 및 제2 기둥부를 포함하고, 상기 이차전지, 상기 제1 기둥부, 및 상기 제2 기둥부를 포함하고 상기 제1면에 평행한 가상의 평면 상에서 상기 제1 기둥부와 상기 제2 기둥부를 연결하는 가상의 선은 상기 이차전지를 관통할 수 있다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치에서 상기 전지 케이스의 제1 면에 상기 가스를 배출하기 위한 통기 구멍을 뚫는 펀칭부를 더 포함하고, 상기 펀칭부는 상기 이차전지에 접하는 상기 가압 지그부의 면의 반대측 상기 가압 지그부의 면에 결합되며, 상기 가압 지그부에는 상기 펀칭부에 마련되는 바늘이 상기 이차전지와 접하는 상기 가압 지그부의 면으로부터 돌출되도록 상기 가압 지그부의 내부를 관통하는 니들홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치에서 상기 바늘이 돌출되는 상기 니들홀의 출구와 상기 가스가 유입되는 상기 가스 포집관의 입구는 같은 위치에 형성될 수 있다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치에서 상기 니들홀은 상기 전지 케이스를 대면하는 상기 가압 지그부의 면과, 상기 펀칭부가 결합되는 상기 가압 지그부의 면을 연결하도록 상기 가압 지그부를 관통하며 형성되고, 상기 펀칭부는 착탈 가능하며, 상기 펀칭부가 상기 가압 지그부로부터 분리된 상태에서 상기 니들홀을 통해 상기 이차전지 내부가스를 포집할 수 있다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치에서 상기 전지 케이스의 상기 일면에는 상기 이차전지 내부에서 발생하는 가스를 배출하기 위한 통기 구멍이 형성되고, 상기 실링부는 오링(O-ring)이며, 상기 실링부는 상기 통기 구멍이 상기 오링이 형성하는 원의 안쪽에 위치하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치에서 상기 실링부는 가요성의 소재로 실리콘 고무, 바이튼, 천연 고무, 및 합성 고무 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
본 발명의 설명에 있어서, 유의하여야 할 점은 용어 "중심", "상", "하" "좌", "우", "수직", "수평", "내측", "외측" 등이 지시한 방위 또는 위치 관계는 도면에서 나타낸 방위 또는 위치 관계, 또는 평소에 본 발명 제품을 사용할 시 배치하는 방위 또는 위치관계에 기초한 것이고, 본 발명의 설명과 간략한 설명을 위한 것일 뿐, 표시된 장치 또는 소자가 반드시 특정된 방위를 가지고 특정된 방위로 구성되거나 조작되어야 하는 것을 제시 또는 암시하는 것이 아니므로 본 발명을 제한하는 것으로 이해해서는 아니 된다.
이하, 도 1 내지 7을 참조하여, 본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치의 구성 및 기능을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 내부가스 포집 장치에 이차전지가 결합된 상태를 나타내는 평면도이다. 도 2는 도 1의 이차전지 내부가스 포집 장치에 이차전지가 장착되지 않은 상태를 나타내는 평면도이다. 도 3은 도 1의 이차전지 내부가스 포집 장치를 나타내는 사시도이다. 도 4는 도 1의 이차전지 내부가스 포집 장치의 기둥부의 배치관계를 나타내는 개념도이다. 도 5는 도 3의 A-A 단면을 나타내는 단면도이다. 도 6은 도 1의 이차전지 내부가스 포집 장치에서 가스의 흐름을 나타내는 단면도이다. 도 7은 본 발명에 따른 이차전지 내부가스 포집 장치의 다른 실시 예를 나타내는 평면도이다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치는 전극 조립체(11)와, 전극 조립체(11)를 내부에 수용하는 강성의 전지 케이스(13)를 포함하는 이차전지(10)에서 발생하는 가스를 포집하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치는 외형을 이루는 전지 케이스(13)가 고정 부피를 가지는 것으로 단단한 재질일 수 있다. 구체적으로, 전지 케이스(13)는 스레인리스강으로 제조될 수 있으며, 전지 케이스(13)의 내외부 압력 변화에도 형상이 유지하는 것일 수 있다. 따라서, 전지 케이스(13)의 외면을 가압 지그부(100)로 가압하면, 전지 케이스(13)가 버티며, 전지 케이스(13)의 외면과 가압 지그부(100)가 밀착될 수 있다. 본 발명의 장치에 사용되는 이차전지(10)는 예를 들어, 각형 또는 원통형 하드 케이스로 외형이 형성되는 것일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치는 전지 케이스(13)의 일면을 가압하는 가압 지그부(100), 가압 지그부(100)와 전지 케이스(13)의 일면 사이에 삽입되는 실링부(200), 및 가압 지그부(100)와 전지 케이스(13) 사이에 실링 수단이 삽입된 상태로 가압 지그부(100) 및 전지 케이스(13)를 고정하는 고정 유니트를 포함할 수 있다.
가압 지그부(100)와 대면하는 전지 케이스(13)의 일면을 제1 면이라 하고, 제 1면과 대면하는 전지 케이스(13)의 타측 면을 제2 면이라고 정의한다.
도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 고정 유니트는 제2 면에 접촉하여 이차전지(10)를 지지하는 지지 지그부(310)와, 가압 지그부(100)가 고정되며 제1 면과 이격된 위치에서 제1 면과 대면하는 제1 플레이트(320)와, 지지 지그부(310)가 고정되며 제2 면과 이격된 위치에서 제2 면과 대면하는 제2 플레이트(330)와, 제1 플레이트(320)와 제2 플레이트(330)가 서로 일정 거리를 유지하도록 제1 플레이트(320) 및 제2 플레이트(330)에 결합되는 기둥부(340)를 포함할 수 있다.
지지 지그부(310)는 가압 지그부(100)가 가압하는 전지 케이스(13)의 제1 면의 반대측 면인 제2 면에서 이차전지(10)를 사이에 두고 가압 지그부(100)가 이차전지(10)에 가하는 힘의 반대 방향으로 힘을 가하는 것일 수 있다. 즉, 이차전지(10)는 가압 지그부(100)와 지지 지그부(310) 사이에 끼워져 정위치에 고정될 수 있다. 가압 지그부(100)와 지지 지그부(310)는 서로 간의 상대적 간격이 조절되며, 이차전지(10) 크기에 따라 간격을 조절하여 이차전지(10)를 가압 지그부(100)와 지지 지그부(310) 사이에 고정할 수 있다.
가압 지그부(100)와 지지 지그부(310) 간의 간격은 이차전지(10)의 규격에 맞춰 조절될 수 있다. 가압 지그부(100)와 지지 지그부(310) 간의 간격 조절은 제1 플레이트(320)와 제2 플레이트(330) 간의 간격이 항상 일정하기 때문에, 가압 지그부(100)를 제1 플레이트(320)에 대해서 제1 면에서 수직한 방향으로 이동시키거나, 지지 지그부(310)를 제2 플레이트(330)에 대해서 제1 면에서 수직한 방향으로 이동시키는 것으로 할 수 있다. 가압 지그부(100)에는 가스 포집관(110), 펀칭부(400) 등이 결합될 수 있기 때문에, 지지 지그부(310)를 이동시켜 간격을 조절하는 것이 바람직할 수 있다.
구체적으로, 제2 플레이트(330)에는 지지 지그부(310)가 제2 플레이트(330)에 대해서 제1 면에서 수직한 방향으로 이동이 가능하도록 삽입되는 지그 가이드 홀(331)과, 제2 플레이트(330)에 대한 지지 지그부(310)의 상대적 위치를 고정하는 록킹 수단(333)이 마련될 수 있다.
지그 가이드 홀(331)은 제1 면에 수직한 방향으로 제2 플레이트(330)를 관통하도록 형성되며, 지지 지그부(310)는 지그 가이드 홀(331)에 의해 가이드되어 이동할 수 있다.
록킹 수단(333)은 전지 케이스(13)와 대면하는 제2 플레이트(330)의 면의 반대측 면에 마련되며, 지지 지그부(310)의 측면을 조여 지지 지그부(310)를 고정할 수 있다.
제1 플레이트(320)와 제2 플레이트(330) 간의 상대적인 거리 항상 일정하게 고정하는 기둥부(340)는 제1 면에 수직한 방향으로 연장되며, 복수로 마련될 수 있다. 기둥부(340)의 일단부는 제1 플레이트(320)에 결합되고, 기둥부(340)의 타단부는 제2 플레이트(330)에 결합될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 기둥부(340)가 제1 기둥부(341) 및 제2 기둥부(343)를 포함할 때, 이차전지(10), 제1 기둥부(341), 및 제2 기둥부(343)를 포함하고 상기 제1면에 평행한 가상의 평면 상에서 제1 기둥부(341)와 제2 기둥부(343)를 연결하는 가상의 선은 상기 이차전지(10)를 관통하는 것일 수 있다. 즉, 제1 기둥부(341)와 제2 기둥부(343)는 이차전지(10)를 사이에 두고 배치될 수 있다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치는 밀폐된 공간에 이차전지(10)가 수납되는 것이 아니라, 기둥부(340)를 통해 지그들을 고정하기 때문에 전지 케이스(13)의 측면은 외부에 개방되어 있을 수 있다. 즉, 이차전지(10)의 전체를 지그가 감싸고 있는 구조가 아니기 때문에, 별도의 추가 장비(충방전기, 압착기, 단열재, 온도 센서 등)를 이차전지(10)에 직접적으로 결합하기 용이할 수 있다. 따라서, 이차전지(10)에 본 발명의 이차전지 내부가스 분석 장치를 연결한 시점의 가스뿐만 아니라, 이차전지(10)에 실시간으로 전압, 온도, 또는 시간 등에 따른 경시 변화 별 이차전지 내 발생 가스를 포집할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치는 전지 케이스(13)의 제1 면에 가스를 배출하기 위한 통기 구멍(15)을 뚫은 펀칭부(400)를 더 포함할 수 있다. 펀칭부(400)는 이차전지(10)에 접하는 가압 지그부(100)의 면의 반대측 가압 지그부(100)의 면에 결합될 수 있다. 가압 지그부(100)에는 펀칭부(400)에 마련되는 바늘(410)이 이차전지(10)와 접하는 가압 지그부(100)의 면으로부터 돌출되도록 가압 지그부(100)의 내부를 관통하는 니들홀(120)이 형성될 수 있다.
구체적으로, 펀칭부(400)는 전지 케이스(13)에 통기 구멍(15)을 뚫는 바늘(410)과, 바늘(410)이 일단부에 고정되며 바늘(410)의 직경보다 더 큰 직경을 가지는 몸통부(420)와, 몸통부(420)의 타단부에 연결되어 몸통부(420)를 가압하는 버튼(미도시)과, 몸통부(420)가 가압되어 바늘(410)이 통기 구멍(15)을 형성한 후 몸통부(420)에 복원력을 제공하여 몸통부(420)를 원래 위치로 이동시키는 탄성 부재(미도시)를 포함할 수 있다. 가압 지그부(100)에 형성된 니들홀(120)에 몸통부(420)의 일부가 삽입되며, 몸통부(420)는 니들홀(120)을 따라 왕복 운동을 할 수 있다. 니들홀(120)은 전지 케이스(13)와 대면하는 가압 지그부(100)의 면에 수직한 방향으로 가압 지그부(100)를 관통하도록 형성될 수 있다. 몸통부(420)가 삽입되는 니들홀(120)의 일부 구간의 직경은 몸통부(420)의 직경과 거의 동일하게 형성되며, 니들홀(120)의 내면과 몸통부(420) 측면 사이에는 실링 부재(미도시)가 삽입될 수 있다. 몸통부(420)에는 실링 부재가 삽입되는 홈이 형성될 수 있다.
전지 케이스(13)와 대면하는 가압 지그부(100)의 면에 형성된 니들홀(120)의 입구로 바늘(410)이 돌출되어 전지 케이스(13)에 통기 구멍(15)을 형성할 수 있다. 전지 케이스(13)와 대면하는 가압 지그부(100)의 면에 형성된 니들홀(120)의 입구는 가스 포집관(110)의 입구와 동일한 구멍일 수 있으며, 니들홀(120)과 가스 포집관(110)의 일부 구간은 공유될 수 있다. 즉, 바늘(410)이 돌출되는 니들홀(120)의 출구와 가스가 유입되는 가스 포집관(110)의 입구는 같은 위치에 형성될 수 있다. 전지 케이스(13)에 형성되는 통기 구멍(15)은 가스 포집관(110)의 입구에서 돌출된 바늘(410)로 형성되기 때문에 별도의 위치 정렬 없이 통기 구멍(15)과 가스 포집관(110)의 입구는 자연스럽게 대면할 수 있다.
가압 지그부(100)는 전지 케이스(13) 내부에서 발생되는 가스가 흐르는 가스 포집관(110)이 마련될 수 있다. 가스 포집관(110)은 가압 지그부(100) 내부에 형성된 가스가 흐르는 유로일 수 있다. 가스 포집관(110)의 입구는 전지 케이스(13)와 대면하는 가압 지그부(100)의 면에 형성될 수 있다. 따라서, 이차전지(10)에서 배출된 가스는 가스 포집관(110)의 입구로 유입되고, 가스 포집관(110)에 유입된 가스는 가스 포집관(110)을 경유해서 외부의 분석 장치로 배출될 수 있다.
일 실시 예로, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 플레이트(320)의 내부에는 가스 포집관(110)을 통해 배출된 가스를 외부 분석 장치로 흘려보내기 위한 가스 배출관(321)이 마련될 수 있다. 가압 지그부(100)는 상기 제1 플레이트(320)는 접촉하여 결합된 상태에서, 가스 포집관(110)의 출구는 가스 배출관(321)의 입구와 대면하도록 제1 플레이트(320)와 가압 지그부(100)의 접촉면에 형성되는 것일 수 있다. 따라서, 가압 지그부(100)를 통해 배출되는 가스는 제1 플레이트(320) 내부 형성된 가스 배출관(321)을 경유해서 외부의 분석 장치로 전달될 수 있다. 즉, 전극 조립체(11)에서 발생한 가스는 가압 지그부(100)의 가스 포집관(110), 제1 플레이트(320)의 가스 배출관(321)을 거쳐서 외부의 분석 장치로 흐를 수 있다. 본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치는 기본적으로 이차전지 내부의 가스를 포집하는 것이지만, 반대로 상기 경로를 통해 역으로 이차전지 내부에 외부 공기를 주입하여, 이차전지의 상태변화를 분석할 수 있다.
가스 배출관(321)의 출구에는 호스 등의 배관의 체결이 용이하도록 제1 플레이트(320) 면에서 돌출된 체결부(321a)가 마련될 수 있다.
실링부(200)는 오링(O-ring)일 수 있다. 실링부(200)는 통기 구멍(15)이 오링이 형성하는 원의 안쪽에 위치하도록 배치되는 것일 수 있다. 실링부(200)는 가요성의 소재로 실리콘 고무, 바이튼, 천연 고무, 및 합성 고무 중 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 실링부(200)는 이차전지(10)에서 발생하는 가스에 직접적으로 노출되는 것으로, 내식성, 내열성, 내마모성, 내화학성 등의 성질을 가지 소재가 바람직할 수 있다. 가요성 소재인 실링부(200)는 가압 지그부(100)로 가압되면, 변형되어 실링부(200)와 가압 지그부(100) 사이의 간극, 실링부(200)와 전지 케이스(13) 사이의 간극이 메워져 실링될 수 있다.
다른 실시 예로, 도 7에 도시된 바와 같이, 펀칭부(400)는 착탈 가능하며, 펀칭부(400)가 가압 지그부(100)로부터 분리된 상태에서 니들홀(120)을 통해 이차전지(10) 내부가스를 포집할 수 있다. 니들홀(120)은 전지 케이스(13)를 대면하는 가압 지그부(100)의 면과, 펀칭부(400)가 결합되는 가압 지그부(100)의 면을 연결하도록 가압 지그부(100)를 관통하며 형성될 수 있고, 전지 케이스(13)와 대면하는 가압 지그부(100)의 면에 형성된 니들홀(120)의 출구로 이차전지(10)의 가스를 유입받으며, 펀칭부(400)가 결합되었던 가압 지그부(100)의 면에 형성된 니들홀(120)의 입구에 외부의 분석 장치와 연결된 호스 등의 배관이 결합되어 가스를 외부의 분석 장치로 전달할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치는 이차전지의 규격의 변화에 상관없이 모든 크기의 전지에 일관성 있게 활용할 수 있다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치는 별도의 챔버에서 가스를 확산시키는 과정이 필요 없이, 전지 케이스 내부의 가스를 바로 포집하는 것으로 가스의 확산 공간이 작아져, 이차전지에서 발생하는 가스를 더 작은 공간에서 포집할 수 있기 때문에, 고농도의 가스를 포집함으로써, 분석의 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치의 가압 지그부는 전지 케이스의 면적 중 국소면적에만 접촉하여 가압하기 때문에, 이차전지에 지그가 결합하더라도, 이차전지는 지그와 결합되지 않는 노출면적을 가지고 있고, 이러한 노출면적을 이용해서 다양한 분석을 위한 악세서리 부품을 연결할 수 있다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치는 가압 지그부와 전지 케이스의 일면만을 단단하게 고정하기 때문에 분석 도중 이차전지의 형상 및 크기가 변하더라도 지그의 교체 없이 가스 포집을 원활하게 할 수 있다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치는 이차전지의 발화로 장치가 손상되더라도 가압 지그부 또는 실링부만을 교체하면 되기 때문에 장치의 유지 비용이 절감될 수 있다.
본 발명의 이차전지 내부가스 포집 장치에 구조에 적용되는 오링의 경우 종래의 포집 장치들에서 사용하는 오링에 비해 그 면적이 적게는 2배에서 많게는 1000배까지 작기 때문에, 오링에 의한 누출을 효과적으로 개선할 수 있다.

Claims (11)

  1. 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 강성의 전지 케이스를 포함하는 이차전지에서 발생하는 가스를 포집하기 위한 이차전지 내부가스 포집 장치로서,
    상기 전지 케이스의 일면을 가압하는 가압 지그부;
    상기 가압 지그부와 상기 전지 케이스의 상기 일면 사이에 삽입되는 실링부; 및
    상기 가압 지그부와 상기 전지 케이스 사이에 상기 실링 수단이 삽입된 상태로 상기 가압 지그부 및 상기 전지 케이스를 고정하는 고정 유니트를 포함하고,
    상기 가압 지그부는 상기 전지 케이스 내부에서 발생되는 상기 가스가 흐르는 가스 포집관이 마련되는 것인 이차전지 내부가스 포집 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전지 케이스의 상기 일면을 제1 면이라 하고, 상기 제 1면과 대면하는 상기 전지 케이스의 타측 면을 제2 면이라고 할 때,
    상기 고정 유니트는,
    상기 제2 면에 접촉하여 상기 이차전지를 지지하는 지지 지그부와,
    상기 가압 지그부가 고정되며 상기 제1 면과 이격된 위치에서 상기 제1 면과 대면하는 제1 플레이트와,
    상기 지지 지그부가 고정되며 상기 제2 면과 이격된 위치에서 상기 제2 면과 대면하는 제2 플레이트와,
    상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트가 서로 일정거리를 유지하도록 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트에 결합되는 기둥부를 포함하는 것인 이차전지 내부가스 포집 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 플레이트에는,
    상기 지지 지그부가 상기 제2 플레이트에 대해서 상기 제1 면에서 수직한 방향으로 이동이 가능하도록 삽입되는 지그 가이드 홀과,
    상기 제2 플레이트에 대한 상기 지지 지그부의 상대적 위치를 고정하는 록킹 수단이 마련되는 것인 이차전지 내부가스 포집 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 플레이트의 내부에는 상기 가스 포집관을 통해 배출된 상기 가스를 외부 분석 장치로 흘려 보내기 위한 가스 배출관이 마련되며,
    상기 가압 지그부는 상기 제1 플레이트는 접촉하여 결합되고,
    상기 가스 포집관은 상기 가압 지그부 내부에 형성된 가스 유로이며,
    상기 가스 포집관의 입구는 상기 제1 면에 대면하도록 형성되고, 상기 가스 포집관의 출구는 상기 가스 배출관의 입구와 대면하도록 상기 제1 플레이트와 상기 가압 지그부의 접촉면에 형성되는 것인 이차전지 내부가스 포집 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 기둥부는 상기 제1 면에 수직한 방향으로 연장되며, 복수로 마련되고,
    상기 기둥부의 일단부는 상기 제1 플레이트에 결합되고, 상기 기둥부의 타단부는 상기 제2 플레이트에 결합되는 것인 이차전지 내부가스 포집 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기둥부는 제1 기둥부 및 제2 기둥부를 포함하고,
    상기 이차전지, 상기 제1 기둥부, 및 상기 제2 기둥부를 포함하고 상기 제1면에 평행한 가상의 평면 상에서 상기 제1 기둥부와 상기 제2 기둥부를 연결하는 가상의 선은 상기 이차전지를 관통하는 것인 이차전지 내부가스 포집 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 전지 케이스의 제1 면에 상기 가스를 배출하기 위한 통기 구멍을 뚫는 펀칭부를 더 포함하고,
    상기 펀칭부는 상기 이차전지에 접하는 상기 가압 지그부의 면의 반대측 상기 가압 지그부의 면에 결합되며,
    상기 가압 지그부에는 상기 펀칭부에 마련되는 바늘이 상기 이차전지와 접하는 상기 가압 지그부의 면으로부터 돌출되도록 상기 가압 지그부의 내부를 관통하는 니들홀이 형성되는 것인 이차전지 내부가스 포집 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 바늘이 돌출되는 상기 니들홀의 출구와 상기 가스가 유입되는 상기 가스 포집관의 입구는 같은 위치에 형성되는 것인 이차전지 내부가스 포집 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 니들홀은 상기 전지 케이스를 대면하는 상기 가압 지그부의 면과, 상기 펀칭부가 결합되는 상기 가압 지그부의 면을 연결하도록 상기 가압 지그부를 관통하며 형성되고,
    상기 펀칭부는 착탈 가능하며,
    상기 펀칭부가 상기 가압 지그부로부터 분리된 상태에서 상기 니들홀을 통해 상기 이차전지 내부가스를 포집하는 것인 이차전지 내부가스 포집 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전지 케이스의 상기 일면에는 상기 이차전지 내부에서 발생하는 가스를 배출하기 위한 통기 구멍이 형성되고,
    상기 실링부는 오링(O-ring)이며,
    상기 실링부는 상기 통기 구멍이 상기 오링이 형성하는 원의 안쪽에 위치하도록 배치되는 것인 이차전지 내부가스 포집 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 실링부는 가요성의 소재로 실리콘 고무, 바이튼, 천연 고무, 및 합성 고무 중 하나 이상을 포함하는 것인 이차전지 내부가스 포집 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200350638A1 (en) * 2018-06-07 2020-11-05 Lg Chem, Ltd. Apparatus for Real-Time Analysis of Gas Generated Inside Secondary Battery

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110612634A (zh) * 2017-11-17 2019-12-24 株式会社Lg化学 用于气体分析的单电池的加压治具和包括该治具的气体分析装置
WO2023085523A1 (ko) * 2021-11-10 2023-05-19 (주)엔에스 이차전지 제조 장치 및 그의 이차전지 리크 검사 방법
KR20230133619A (ko) 2022-03-11 2023-09-19 (주)그리너지 이차전지용 전극 조립체, 이를 포함하는 이차전지 및 이차전지의 제조 방법

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100832245B1 (ko) * 2007-01-31 2008-05-28 오성엘에스티(주) 산업용 배터리 성능 검사용 가스 포집 장치
KR20150062739A (ko) * 2013-11-29 2015-06-08 주식회사 엘지화학 원통형 이차전지의 내부 가스 배출장치 및 이를 이용한 가스 배출방법
KR20150107102A (ko) * 2014-03-13 2015-09-23 주식회사 엘지화학 전지셀의 제조방법 및 전지셀의 가스 제거 장치
KR101590395B1 (ko) * 2015-05-26 2016-02-18 이현철 중대형 2차 전지 가스추출 시스템
KR101634310B1 (ko) * 2015-05-26 2016-07-08 이현철 소형 2차 전지 가스추출 시스템
KR20180047280A (ko) 2016-10-31 2018-05-10 주식회사 엘지화학 이차전지 발생가스 포집장치 및 포집방법

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3963340B2 (ja) 2000-05-19 2007-08-22 財団法人電力中央研究所 ガス測定方法およびこれを利用する装置
CN2901275Y (zh) 2006-02-14 2007-05-16 深圳市比克电池有限公司 锂离子电池密封性检测装置
JP2011003513A (ja) 2009-06-22 2011-01-06 Kobelco Kaken:Kk 安全性評価試験方法およびその試験装置
KR101803527B1 (ko) * 2014-12-31 2017-12-28 주식회사 엘지화학 이차 전지 내부 가스 포집 장치
KR20170001358A (ko) * 2015-06-26 2017-01-04 삼성에스디아이 주식회사 커브드 이차 전지 및 그의 제조 방법
KR102160703B1 (ko) * 2016-10-31 2020-09-28 주식회사 엘지화학 이차전지 발생가스 포집장치 및 포집방법
CN207572483U (zh) 2017-11-20 2018-07-03 东莞市创明电池技术有限公司 一种电池气体收集装置
KR20200004745A (ko) 2018-07-04 2020-01-14 주식회사 엘지화학 자동화된 이차전지 내부 발생가스 포집장치 및 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100832245B1 (ko) * 2007-01-31 2008-05-28 오성엘에스티(주) 산업용 배터리 성능 검사용 가스 포집 장치
KR20150062739A (ko) * 2013-11-29 2015-06-08 주식회사 엘지화학 원통형 이차전지의 내부 가스 배출장치 및 이를 이용한 가스 배출방법
KR20150107102A (ko) * 2014-03-13 2015-09-23 주식회사 엘지화학 전지셀의 제조방법 및 전지셀의 가스 제거 장치
KR101590395B1 (ko) * 2015-05-26 2016-02-18 이현철 중대형 2차 전지 가스추출 시스템
KR101634310B1 (ko) * 2015-05-26 2016-07-08 이현철 소형 2차 전지 가스추출 시스템
KR20180047280A (ko) 2016-10-31 2018-05-10 주식회사 엘지화학 이차전지 발생가스 포집장치 및 포집방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3809512A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200350638A1 (en) * 2018-06-07 2020-11-05 Lg Chem, Ltd. Apparatus for Real-Time Analysis of Gas Generated Inside Secondary Battery
US11626625B2 (en) * 2018-06-07 2023-04-11 Lg Energy Solution, Ltd. Apparatus for real-time analysis of gas generated inside secondary battery

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