WO2023101245A1 - 배터리 내부 단락 유발 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 내부 단락 유발 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2023101245A1
WO2023101245A1 PCT/KR2022/017491 KR2022017491W WO2023101245A1 WO 2023101245 A1 WO2023101245 A1 WO 2023101245A1 KR 2022017491 W KR2022017491 W KR 2022017491W WO 2023101245 A1 WO2023101245 A1 WO 2023101245A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
separator
internal short
opening
battery
electrode assembly
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/017491
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
박진수
조종현
이한솔
장영익
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to EP22899620.3A priority Critical patent/EP4243193A1/en
Priority to CN202280007921.3A priority patent/CN116569377A/zh
Publication of WO2023101245A1 publication Critical patent/WO2023101245A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for causing an internal short circuit in a battery. More specifically, it relates to an apparatus and method for inducing an internal short circuit in a battery including a separator cover covering an opening of the separator so as to obtain a certain effect of causing a short circuit by being accurately controlled during a battery internal short circuit test.
  • an electrode mixture containing an electrode active material is applied to the surface of a current collector to form a positive electrode and a negative electrode, and an electrode assembly is formed by interposing a separator therebetween, and then a cylindrical or prismatic metal can or aluminum laminate sheet It is mounted inside a pouch-type case and is manufactured by injecting or impregnating a liquid electrolyte into the electrode assembly or using a solid electrolyte.
  • Secondary batteries are also classified according to the structure of the electrode assembly of the cathode/separator/cathode structure.
  • a jelly-like structure in which long sheet-shaped cathodes and cathodes are wound with a separator interposed therebetween.
  • the electrode generates current through the exchange of ions
  • the anode and the cathode constituting the electrode are made of a structure in which an electrode active material is applied to an electrode current collector made of metal.
  • the cathode has a structure in which a carbon-based active material is coated on an electrode plate made of copper or aluminum, and the cathode has a structure in which an electrode plate made of aluminum or the like is coated with an active material made of LiCoO2, LiMnO2, or LiNiO2.
  • an electrode mixture including an electrode active material is applied to an electrode current collector made of a long metal sheet in one direction.
  • the separator is positioned between the positive electrode and the negative electrode of the battery to insulate and maintain the electrolyte to provide a passage for ion conduction.
  • the secondary battery is a rechargeable battery manufactured using a material in which a plurality of repetitions of oxidation-reduction process between current and material are possible.
  • a reduction reaction is performed on the material by current, power is charged and the material is oxidized.
  • the reaction is performed, power is discharged, and electricity is generated as such charge-discharge is repeatedly performed.
  • Lithium secondary batteries have a problem of low safety, while having excellent electrical characteristics.
  • lithium secondary batteries generate heat and gas due to decomposition reactions of active materials and electrolytes, which are battery components, during abnormal operating conditions such as overcharge, overdischarge, exposure to high temperatures, and electrical short circuits, resulting in high temperature and high pressure. The condition of further accelerates the decomposition reaction, and eventually causes ignition or explosion.
  • the third method uses a method of punching a hole in the separator and pressurizing the battery internal short circuit induction device, but there is a problem in that it is difficult to obtain consistent experimental results as the internal short circuit does not occur at once and the internal short circuit resistance varies over time.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 2020-0053782
  • Patent Document 2 Korean Patent Publication No. 2021-0077512
  • the present invention is to solve the above problems, and to provide a battery internal short circuit inducing device and method including a separator cover covering the separator opening to obtain a certain short circuit inducing effect by being precisely controlled during the battery internal short circuit experiment. do.
  • An electrode assembly including a positive electrode 110, a negative electrode 120, and a separator 130 interposed between the positive electrode and the negative electrode; a movable pressing unit 150 positioned above the electrode assembly; a support unit 160 positioned under the electrode assembly to support the electrode assembly in a fixed position; and a pulling unit 170 that pulls the separator cover to remove it from the electrode assembly.
  • the separator may be a battery internal short-circuit inducing device in which one or more openings 131 are formed.
  • a conductive material 132 may be interposed in the opening.
  • the average diameter of the opening may be 10 ⁇ m to 2 mm.
  • separator cover 140 interposed between the separator and the positive and/or negative electrodes; may be included.
  • the separator cover may completely cover the opening in contact with the electrode.
  • the conductive material may be a metal piece having the same shape and size as the planar shape and size of the opening, or a metal powder that can be filled in the opening.
  • the present invention provides an electrode assembly comprising a separator interposed between an anode and a cathode and a separator cover interposed between the separator and the anode; disposing the electrode assembly between a support unit and a press unit; pulling the separation membrane cover using a pulling unit; and pressing the electrode assembly with the pressing unit.
  • the separator may be a method of causing an internal short circuit in a battery in which at least one opening is formed, and a conductive material is interposed in the opening.
  • the conductive material may be a metal piece or metal powder having the same shape and size as the planar shape and size of the opening.
  • the pulling unit may remove the stacked separator cover in a direction orthogonal to the stacking direction when the internal short circuit of the battery occurs.
  • the device and method for causing a short circuit in a battery have the effect of precisely contacting the metal pieces when the separator is removed and pressurized.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a separator cover interposed on one side of an open separator according to an embodiment of a device for inducing short circuit inside a battery of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a separator cover covering one surface of a conductive material filled in an opening of a separator according to an embodiment of a battery internal short-circuit inducing device of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a battery internal short-circuit induction device including a pressurizing unit, a support unit, and a separator cover pulling unit according to an embodiment of the battery internal short-circuit inducing device of the present invention.
  • Figure 4 is an upper view showing the position change of the separator cover according to the driving of the pulling unit according to an embodiment of the battery internal short-circuit induction device of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a separator cover interposed on one side of an open separator according to an embodiment of a device for inducing short circuit inside a battery of the present invention.
  • the internal short-circuit test is a test that evaluates resistance to internal short-circuit among battery safety tests, and simulates a short circuit between the positive and negative electrodes inside the battery.
  • a fully charged evaluation battery is first prepared, an internal short circuit is generated, and the behavior of the battery is evaluated.
  • the battery is discharged and the voltage decreases, and tests are conducted until the voltage decreases below a certain value to evaluate whether or not there is a rupture, voltage, temperature, etc. of the battery.
  • an oxidation-reduction reaction occurs as lithium ions move between the negative electrode and the positive electrode.
  • an aluminum plate and a copper plate are installed at the part where the internal short-circuit induction device is installed. Lithium ions could not move due to the plate, so an unreacted region was formed. Due to the unreacted region, battery performance such as capacity is reduced compared to conventional batteries, and it is difficult to accurately simulate the behavior of a battery when an internal short circuit occurs, so there is a problem in that the accuracy of safety evaluation is reduced.
  • the opening capable of inducing internal shorting can have various shapes, but may be a hole shape, a circular shape, or an opening having various shapes in terms of adhesive stability and structural stability.
  • An outer periphery of the opening further includes an adhesive layer for adhering to the electrode.
  • the adhesive layer may be formed on a portion where the outer periphery contacts the separator, and one or more layers may be formed on the opening.
  • the adhesive includes polyvinylidene fluoride (PVDF), silver paste, and the like, and is designed to enable conduction between the internal short-circuit induction device and the electrode without affecting the properties of the separator and the electrode in which the opening of the internal short-circuit induction device is formed. If it is, there is no particular limitation on the type of chemical substance. In addition, the chemical has an opening
  • PVDF is a material used as a binder for electrodes, and has the advantage of having excellent chemical resistance and good mechanical, thermal, and electrical properties, which are advantages of fluoropolymers.
  • silver paste can be used as an adhesive for internal short circuit inductors to achieve adhesion and electrical connection of internal short circuit inductors.
  • An outer periphery of the opening may be in close contact with the electrode and may not form an adhesive layer with the separator cover.
  • the battery internal short-circuit induction device includes an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode;
  • the separator may be a battery internal short circuit inducing device having one or more openings formed therein.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a separator cover covering one surface of a conductive material filled in an opening of a separator according to an embodiment of a battery internal short-circuit inducing device of the present invention.
  • the battery internal short-circuit inducing device consists of a separate separator combined with a separator with holes and a piece of copper metal, which is a conductive material, inside the battery, a device unit for pressurizing from the outside of the battery, and a removal unit for removing the separator cover. It can be.
  • the piece of metal may be in the form of a disk or may take the form of nickel powder.
  • a conductive material may be interposed in the opening.
  • the average diameter of the opening may be 10 ⁇ m to 2 mm.
  • the size of the opening formed in the separator is less than 10 ⁇ m, the lithium ion permeability is reduced and the reaction region cannot be sufficiently formed, and when the pore size exceeds 2 mm, the volume of the separator is excessively reduced and the structure of the separator is weakened. As a result, the internal short-circuit effect through the opening cannot be sufficiently supported, and can be easily damaged by external factors.
  • the average diameter of the opening may be 0.3 to 2 cm, more preferably 0.3 to 1.5 cm.
  • the diameter of the opening is within the above range, the structure of the internal short-circuit inducing device is difficult to be destroyed even when the electrode assembly receives an external force, and an internal short-circuit can be effectively generated.
  • the diameter of the opening is less than 0.3 cm, the size of the internal short-circuit inducing device is too small, so a short circuit occurs in a small area, and as a result, the effect of the short circuit may not be sufficient. If the diameter of the opening exceeds 2 cm, the electrode assembly As the external force is applied, the internal short-circuit induction device 200 can be easily bent or deformed and destroyed.
  • separator cover interposed between the separator and the positive and/or negative electrodes; may be included.
  • the separator cover may be made of the same material as the separator.
  • the separator cover may have a conductivity equal to or lower than that of the separator.
  • the thickness of the separator cover may be equal to or smaller than that of the separator.
  • the thickness may be 10 ⁇ m to 500 ⁇ m. Outside the above thickness range, it may not be easy to remove the separator cover.
  • the separator cover may completely cover the opening in contact with the electrode.
  • a movable pressing unit positioned above the electrode assembly; a support unit positioned below the electrode assembly to support the electrode assembly in a fixed position; and a pulling unit pulling the separator cover to remove it from the electrode assembly.
  • a movable pressing unit positioned above the electrode assembly; a support unit positioned below the electrode assembly to support the electrode assembly in a fixed position; and a pulling unit pulling the separator cover to remove it from the electrode assembly.
  • One embodiment of the pulling unit may be in the form of towing.
  • the separation membrane cover When the separation membrane cover is connected to one end of the towing unit and the towing unit is driven at the time of removal, the separation membrane cover can be pulled and removed.
  • One embodiment of the pulling unit may form a removal rod on one side of the rotating motor.
  • the removal rod formed on one side may strike the separation membrane cover and remove the membrane cover by pulling it.
  • the pulling unit may be in the form of a roller.
  • the conductive material may be a metal piece having the same shape and size as the planar shape and size of the opening, or a metal powder that can be filled in the opening.
  • the conductive material may be a metal material that does not react with components such as an electrolyte and has good electrical conductivity, preferably one selected from the group consisting of aluminum, copper, and titanium, and more preferably aluminum or copper. can be
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a battery internal short-circuit induction device including a pressurizing unit, a support unit, and a separator cover pulling unit according to an embodiment of the battery internal short-circuit inducing device of the present invention.
  • the present invention provides an electrode assembly comprising a separator interposed between an anode and a cathode and a separator cover interposed between the separator and the anode; disposing the electrode assembly between a support unit and a press unit; pulling the separation membrane cover using a pulling unit; and pressing the electrode assembly with the pressing unit.
  • the separator may be a method of causing an internal short circuit in a battery in which at least one opening is formed, and a conductive material is interposed in the opening.
  • the conductive material may be a metal piece or metal powder having the same shape and size as the planar shape and size of the opening.
  • Figure 4 is an upper view showing the position change of the separator cover according to the driving of the pulling unit according to an embodiment of the battery internal short-circuit induction device of the present invention.

Abstract

본 발명은 배터리 내부단락 실험시 정확하게 제어되어 일정한 단락 유발 효과를 얻도록 분리막 개구를 덮는 분리막덮개를 포함하는 배터리 내부 단락 유발 장치 및 방법에 관한 발명이다.

Description

배터리 내부 단락 유발 장치 및 방법
본 출원은 2021년 12월 01일자 한국 특허 출원 제2021-0170013호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본원 발명은 배터리 내부 단락 유발 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 배터리 내부단락 실험시 정확하게 제어되어 일정한 단락 유발 효과를 얻도록 분리막 개구를 덮는 분리막덮개를 포함하는 배터리 내부 단락 유발 장치 및 방법에 관한 것이다.
화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격이 상승하고, 환경오염에 대한 관심이 증폭되면서 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있고, 특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
일반적으로, 이차전지는 집전체의 표면에 전극활물질을 포함하는 전극 합제를 도포하여 양극과 음극을 구성하고 그 사이에 분리막을 개재하여 전극조립체를 만든 후, 원통형 또는 각형의 금속 캔이나 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 내부에 장착하고, 상기 전극조립체에 주로 액체 전해질을 주입 또는 함침시키거나 고체 전해질을 사용하여 제조된다.
또한 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리막 시트로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
한편, 전극은 이온의 교환을 통해서 전류를 발생시키는데, 전극을 이루는 양극 및 음극은 금속으로 이루어진 전극 집전체에 전극 활물질이 도포된 구조로 이루어진다.
일반적으로 음극은 구리 또는 알루미늄 등으로 이루어진 전극판에 탄소계 활물질이 도포된 구조로 이루어지고, 양극은 알루미늄 등으로 이루어진 전극판에 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2 등으로 이루어진 활물질이 코팅된 구조로 이루어진다.
이렇게 양극 또는 음극을 제조하기 위해 한쪽 방향으로 긴 금속시트로 이루어진 전극 집전체에 전극 활물질을 포함하는 전극 합제를 도포한다.
분리막은 전지의 양극과 음극 사이에 위치하여 절연을 시키며, 전해액을 유지시켜 이온전도의 통로를 제공한다.
이러한 이차전지는 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.
리튬 이차전지는 우수한 전기적 특성을 가지고 있음에 반해 안전성이 낮다는 문제점을 가지고 있다. 예를 들어, 리튬 이차전지는 과충전, 과방전, 고온에의 노출, 전기적 단락 등 비정상적인 작동 상태에서 전지 구성요소들인 활물질, 전해질 등의 분해반응이 유발되어 열과 가스가 발생하고 이로 인해 초래된 고온 고압의 조건은 상기 분해반응을 더욱 촉진하여 급기야 발화 또는 폭발을 초래하기도 한다.
또한 전지에 내부단락이 발생한 경우에도 그 안전성을 확보하는 것이 매우 중요하며, 이를 위해서는 내부단락이 발생했을 때의 전지의 안전성을 올바르게 평가하는 것이 중요하다. 리튬 이온 이차전지 등의 전지의 안전성 항 목으로서 내부단락시의 발열거동을 평가하는 전지 평가 시험이, 예를 들면, 리튬 전지를 위한 UL규격(UL1642), 전지 공업회로부터의 지침(SBA G1101-1997 리튬 이차전지 안전성 평가 기준 가이드 라인) 등으로 제정되어 있다. 종래에는 내부 단락을 유도하기 위해 발열체를 넣고 발열체에 의해 내부 발열을 시키는 방식, 내부의 분리막을
미리 뚫어 놓고 그 부분에 화학 약품 처리를 해서 일정한 온도에서 녹게 하는 방식, 일정한 형태의 금속물질을 집어넣고 외력을 가하여 분리막을 찢어 내부 단락을 유도하는 방식, 분리막에 구멍을 내어 가압하는 방식이 있었다. 그러나 첫 번째 방법의 경우 셀내부의 발열체 및 외부 발열원으로 인해 실제 사용하는 제품과 형태가 달라지게 되며, 두 번째 방법의 경우 실제 사용하는 분리막에 변형을 줘야 하고 분리막이 파손된 부분에 화학 처리를 함으로 인해 기존 제품과 특성이 달라질 수 있고 셀 내부 화학 작용에 의한 부반응으로 인해 원하는 반응이 발생하지 않을 수 있다는 문제가 있었다. 세번째 방법은 배터리 내부단락 유도장치는 분리막에 구멍을 내고 가압하는 방식을 사용하였으나, 한번에 내부 단락이 발생하지 않고 시간에 따라 내부 단락 저항이 달라지면서 일관된 실험결과를 얻기 힘든 문제가 있다.
따라서, 배터리 내부단락 유도시 일관되고 일정한 내부단락 저항을 도출하기 위하여 개구가 형성된 분리막을 덮는 분리막 덮개를 포함하는 배터리 내부단락 유도 장치 및 방법에 기술은 개시된 바 없다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1)한국공개특허공보 제2020-0053782호
(특허문헌 2)한국공개특허공보 제2021-0077512호
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 배터리 내부단락 실험시 정확하게 제어되어 일정한 단락 유발 효과를 얻도록 분리막 개구를 덮는 분리막덮개를 포함하는 배터리 내부 단락 유발 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 내부 단락 유도 장치는 양극(110), 음극(120), 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막(130)을 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체의 상부에 위치하는 이동이 가능한 가압유닛(150); 상기 전극조립체의 하부에 위치하여 위치 고정된 상태로 상기 전극조립체를 지지하는 지지유닛(160); 및 상기 분리막 덮개를 상기 전극조립체에서 제거하기 위해 잡아당기는 당김유닛(170); 를 포함하고, 상기 분리막은 하나 이상의 개구(131)가 형성되어 있는 배터리 내부 단락 유발 장치일 수 있다.
또한, 상기 개구에는 전도성 물질(132)이 개재될 수 있다.
또한, 상기 개구의 평균 직경은 10㎛내지 2㎜일 수 있다.
또한, 상기 분리막과 상기 양극 및/또는 음극 사이에 개재되는 분리막덮개(140);를 포함할 수 있다.
또한, 상기 분리막덮개는 상기 전극에 접하는 상기 개구를 완전히 덮을 수 있다.
또한, 상기 전도성 물질은 상기 개구의 평면상 형태 및 크기와 동일한 형태 및 크기로 이루어진 금속 조각 또는 개구에 채워질 수 있는 금속파우더일 수 있다.
또한, 본 발명은 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되고, 상기 분리막과 상기 양극 사이에 개재되는 분리막 덮개를 포함하는 전극조립체를 준비하는 단계; 상기 전극조립체를 지지유닛과 가압유닛 사이에 배치하는 단계; 당김유닛을 이용하여 상기 분리막 덮개를 잡아당기는 단계; 및 상기 가압유닛으로 상기 전극조립체를 가압하는 단계; 를 포함하고, 상기 분리막은 적어도 하나 이상의 개구가 형성되어 있고, 상기 개구에는 전도성 물질이 개재되어 있는 배터리 내부 단락 유발 방법일 수 있다.
또한, 상기 전도성 물질은 상기 개구의 평면상 형태 및 크기와 동일한 형태 및 크기로 이루어진 금속 조각, 또는 금속 파우더일 수 있다.
또한, 상기 당김유닛은 상기 배터리 내부 단락 유발시 적층된 상기 분리막덮개를 적층방향과 직교하는 방향으로 상기 분리막 덮개를 제거할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 배터리 내부 단락 유발장치 및 방법은 분리막을 제거하고 가압을 할 때 금속 조각이 정확하게 접촉하는 효과가 있다.
또한, 전도성물질인 니켈 가루 형태의 금속을 개구에 삽입할 경우, 가루형태로 분리막 개구를 채우기가 용이하고 전기전도도가 높아 내부 단락 저항 모사에 유리한 효과가 있다.
또한, 특정 SOC에서 전극 간 단락 감지가 가능하고, 전지 분해 없이 실제 전지 구동상태에서의 전지 단락을 발생시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 초기 상태뿐만 아니라 퇴화 후 내부 단락유도가 가능하여 전지의 안정성 평가를 효율적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 배터리 내부 단락 유도장치의 일실시예에 따른 개구된 분리막의 일면에 개재된 분리막 덮개를 개시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 배터리 내부 단락 유도장치의 일실시예에 따른 분리막의 개구부에 채워진 전도성물질의 일면을 덮고 있는 분리막 덮개를 개시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 배터리 내부 단락 유도장치의 일실시예에 따른 가압유닛, 지지유닛 및 분리막덮개 당김유닛을 포함하는 배터리 내부 단락 유도장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 배터리 내부 단락 유도장치의 일실시예에 따른 당김유닛의 구동에 따른 분리막덮개의 위치변경을 나타낸 상부도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 수단을 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다.
또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 본 발명을 보다 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 배터리 내부 단락 유도장치의 일실시예에 따른 개구된 분리막의 일면에 개재된 분리막 덮개를 개시한 단면도이다.
내부단락 시험이란 전지의 안전성 시험 중에서도 내부 단락에 대한 내성을 평가하는 시험으로, 전지 내부에서 양극과 음극이 단락하는 경우로 모의한 시험이다. 내부단락 시험에서는 먼저 만충전시킨 평가 전지를 준비하고, 내부 단락을 발생시키고 전지의 거동을 평가한다. 일반적으로 내부 단락이 발생하면 전지가 방전되어 전압이 감소하며, 일정 수치 이하로 전압이 감소할 때까지 시험을 하여 파열 유무, 배터리의 전압, 온도 등을 평가하게 된다.
리튬이온 이차전지에서는 음극과 양극 간에 리튬 이온이 이동하면서 발생하는 산화 환원 반응이 발생하지만, 상기와 같이 종래의 내부단락 유도장치가 설치된 전지의 경우 상기 내부단락 유도장치가 설치된 부분에서 알루미늄 판 및 구리 판으로 인하여 리튬 이온의 이동이 불가능하여 미반응 영역이 형성되었다. 상기 미반응 영역으로 인하여, 기존 전지에 비해 용량 등 전지 성능이 감소하고, 내부 단락 발생시 정확한 전지의 거동을 모사하기 어려워서 안전성 평가의 정확성이 감소하는 문제점이 있었다.
내부 단락을 유도할 수 있는 개구는 여러가지 형태가 가능하지만 접착안정성 및 구조적 안정성 측면에서 구멍형태일 수 있으며, 원형일 수 있으며, 다양한 형태를 가지고 개구를 형성할 수 있다.
상기 개부 외주변은 전극과 밀착되기 위한 접착층을 더 포함한다. 상기 접착층은 상기 외주변이 분리막과 접촉되는 부분에 형성될 수 있으며, 상기 개구에 1개 층 이상이 형성될 수 있다.
상기 접착제는 폴리불화비닐리덴(PVDF), 실버 페이스트 등이 있으며, 상기 내부단락 유도장치의 개구가 형성된 분리막, 전극의 성질에 영향을 부지 않고, 상기 내부단락 유도장치와 전극 간의 통전이 가능하도록 설계된 것이라면 화학물질의 종류에 특별한 제한은 존재하지 않는다. 또한 상기 화학물질은 개구가
전극과 접촉할 경우 내부 단락을 발생시키기 위해 개구와 전극 간의 전기적 연결을 저해하지 않는 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 화학물질 중 PVDF는 전극의 바인더로 사용되는 물질이며, 불소 수지의 장점인 뛰어난 내약품성과 양호한 기계적·열적·전기적 특성을 가지고 있다는 장점이 있다. 또한 내부단락 유도장치의 접착제로서 실버 페이스트를 사용하여 내부단락 유도장치의 접착 및 전기적 연결을 달성할 수 있다
상기 개구의 외주변은 전극과는 밀착되고 상기 분리막덮개와는 접착층을 형성하지 않을 수 있다.
배터리 내부 단락 유도 장치는 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극조립체; 상기 분리막은 하나 이상의 개구가 형성되어 있는 배터리 내부 단락 유발 장치일 수 있다.
도 2는 본 발명의 배터리 내부 단락 유도장치의 일실시예에 따른 분리막의 개구부에 채워진 전도성물질의 일면을 덮고 있는 분리막 덮개를 개시한 단면도이다.
상기 배터리 내부 단락 유도 장치는 구멍이 형성된 분리막과 결합된 별도의 분리막 그리고 전도성 물질인 구리 금속 조각이 배터리 내부에 구성되고, 배터리 외부에서 가압하기 위한 장치 유닛 그리고 분리막덮개를 제거하기 위한 제거 유닛으로 구성될 수 있다.
상기 금속조각은 원판 형태이거나 니켈 가루 형태를 취할 수 있다.
또한, 상기 개구에는 전도성 물질이 개재될 수 있다.
또한, 상기 개구의 평균 직경은 10μm 내지 2mm일 수 있다.
상기 분리막에 형성되는 개구의 크기가 10㎛ 미만일 경우 리튬 이온 투과도가 감소하여 반응 영역이 충분히 형성될 수 없으며, 기공의 크기가 2mm 를 초과할 경우 분리막의 부피가 지나치게 감소하여 분리막의 구조가 약화되는 결과 상기 개구를 통한 내부단락 효과가 충분히 지지될 수 없고, 외부의 요인에 의해 쉽게 손상될 수 있다.
또한 상기 개구의 평균 직경은 0.3 내지 2cm일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 1.5cm일 수 있다. 상기 개구의 직경이 상기 범위 이내일 경우 상기 내부단락 유도장치가 전극조립체가 외력을 받아도 구조가 파괴되기 어려우며, 효과적으로 내부단락을 발생시킬 수 있다.
상기 개구의 직경이 0.3cm 미만일 경우 상기 내부단락 유도장치의 크기가 지나치게 작아서 좁은 면적에서 단락이 발생하며 그 결과 단락의 효과가 충분하지 않을 수 있으며, 상기 개구의 직경이 2cm를 초과할 경우 전극조립체가 외력을 받음에 따라 내부단락 유도장치(200)가 쉽게 구부러지거나 변형되어 파괴될 수 있다.
또한, 상기 분리막과 상기 양극 및/또는 음극 사이에 개재되는 분리막덮개;를 포함할 수 있다.
분리막 덮개는 분리막과 같은 재질일 수 있다.
분리막 덮개는 전도성이 분리막보다 같거나 낮을 수 있다.
상기 분리막덮개의 두께는 상기 분리막보다 같거나 작을 수 있다. 상기 두께는 10㎛ 내지 500㎛일 수 있다. 상기 두께 범위를 벗어나면 분리막덮개 제거가 용이하지 않을 수 있다.
또한, 상기 분리막덮개는 상기 전극에 접하는 상기 개구를 완전히 덮을 수 있다.
또한, 상기 전극조립체의 상부에 위치하는 이동이 가능한 가압유닛; 상기 전극조립체의 하부에 위치하여 위치 고정된 상태로 상기 전극조립체를 지지하는 지지유닛; 및 상기 분리막 덮개를 상기 전극조립체에서 제거하기 위해 잡아당기는 당김유닛; 를 포함할 수 있다.
당김유닛의 일 실시예는 토잉(Towing) 형태일 수 있다. 상기 토잉유닛의 일측단에 분리막덮개를 연결하고 제거 시점에 토잉유닛을 구동하면 분리막덮개를 당겨서 제거할 수 있다.
당김유닛의 일 실시예는 회전하는 모터의 일측에 제거봉을 형성할 수 있다. 제거시점에 상기 모터가 구동하게되면 일측에 형성된 제거봉이 상기 분리막덮개를 가격하면서 분리막덮개를 당겨 제거할 수 있다.
상기 당김유닛은 롤러형태일 수 있다.
또한, 상기 전도성 물질은 상기 개구의 평면상 형태 및 크기와 동일한 형태 및 크기로 이루어진 금속 조각 또는 개구에 채워질 수 있는 금속파우더일 수 있다.
상기 전도성 물질은 전해액 등의 성분과 반응하지 않고, 전기 전도성이 좋은 금속 소재일 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄, 구리, 티탄을 포함하는 군에서 선택되는 1종일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 알루미늄 또는 구리일 수 있다.
도 3은 본 발명의 배터리 내부 단락 유도장치의 일실시예에 따른 가압유닛, 지지유닛 및 분리막덮개 당김유닛을 포함하는 배터리 내부 단락 유도장치의 단면도이다.
또한, 본 발명은 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되고, 상기 분리막과 상기 양극 사이에 개재되는 분리막 덮개를 포함하는 전극조립체를 준비하는 단계; 상기 전극조립체를 지지유닛과 가압유닛 사이에 배치하는 단계; 당김유닛을 이용하여 상기 분리막 덮개를 잡아당기는 단계; 및 상기 가압유닛으로 상기 전극조립체를 가압하는 단계; 를 포함하고, 상기 분리막은 적어도 하나 이상의 개구가 형성되어 있고, 상기 개구에는 전도성 물질이 개재되어 있는 배터리 내부 단락 유발 방법일 수 있다.
또한, 상기 상기 전도성 물질은 상기 개구의 평면상 형태 및 크기와 동일한 형태 및 크기로 이루어진 금속 조각 또는 금속 파우더일 수 있다.
도 4는 본 발명의 배터리 내부 단락 유도장치의 일실시예에 따른 당김유닛의 구동에 따른 분리막덮개의 위치변경을 나타낸 상부도면이다.
도 4의 (a)는 분리막의 개구를 덮고 있는 분리막 덮개를 개시한 도면이고, (b)는 당김유닛에 의하여 분리막의 개구에서 제거된 분리막 덮개를 개시한 도면이다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술 사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
(부호의 설명)
100: 내부단락 유도장치
110: 양극
120: 음극
130: 분리막
131: 개구
132: 전도성물질
140: 분리막덮개
150: 가압유닛
160: 지지유닛
170: 당김유닛

Claims (10)

  1. 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극조립체;
    상기 전극조립체의 상부에 위치하는 이동이 가능한 가압유닛;
    상기 전극조립체의 하부에 위치하여 위치 고정된 상태로 상기 전극조립체를 지지하는 지지유닛; 및
    상기 분리막 덮개를 상기 전극조립체에서 제거하기 위해 잡아당기는 당김유닛;를 포함하고,
    상기 분리막은 하나 이상의 개구가 형성되어 있는 배터리 내부 단락 유발 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개구에는 전도성 물질이 개재되어 있는 배터리 내부 단락 유발 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 개구의 평균 직경은 10㎛ 내지 2mm 배터리 내부 단락 유발 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분리막과 상기 양극 및/또는 음극 사이에 개재되는 분리막덮개;를 포함하는 배터리 내부 단락 유발 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 분리막덮개는 상기 전극에 접하는 상기 개구를 완전히 덮는 배터리 내부 단락 유발 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 분리막덮개의 두께는 분리막 보다 얇은 배터리 내부 단락 유발 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 전도성 물질은 상기 개구의 평면상 형태 및 크기와 동일한 형태 및 크기로 이루어진 금속 조각 또는 개구에 채워질 수 있는 금속파우더인 배터리 내부 단락 유발 장치.
  8. 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되고, 상기 분리막과 상기 양극 사이에 개재되는 분리막 덮개를 포함하는 전극조립체를 준비하는 단계;
    상기 전극조립체를 지지유닛과 가압유닛 사이에 배치하는 단계;
    당김유닛을 이용하여 상기 분리막 덮개를 잡아당기는 단계; 및
    상기 가압유닛으로 상기 전극조립체를 가압하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 분리막은 적어도 하나 이상의 개구가 형성되어 있고,
    상기 개구에는 전도성 물질이 개재되어 있는 배터리 내부 단락 유발 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전도성 물질은 상기 개구의 평면상 형태 및 크기와 동일한 형태 및 크기로 이루어진 금속 조각, 또는 금속 파우더인 배터리 내부 단락 유발 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 당김유닛은 상기 배터리 내부 단락 유발시 적층된 상기 분리막덮개를 적층방향과 직교하는 방향으로 상기 분리막 덮개를 제거하는 배터리 내부 단락 유발 방법.
PCT/KR2022/017491 2021-12-01 2022-11-08 배터리 내부 단락 유발 장치 및 방법 WO2023101245A1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22899620.3A EP4243193A1 (en) 2021-12-01 2022-11-08 Device and method for inducing internal short circuit in battery
CN202280007921.3A CN116569377A (zh) 2021-12-01 2022-11-08 用于电池的内部短路引发设备和方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210170013A KR20230082260A (ko) 2021-12-01 2021-12-01 배터리 내부 단락 유발 장치 및 방법
KR10-2021-0170013 2021-12-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023101245A1 true WO2023101245A1 (ko) 2023-06-08

Family

ID=86612729

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2022/017491 WO2023101245A1 (ko) 2021-12-01 2022-11-08 배터리 내부 단락 유발 장치 및 방법

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4243193A1 (ko)
KR (1) KR20230082260A (ko)
CN (1) CN116569377A (ko)
WO (1) WO2023101245A1 (ko)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130209841A1 (en) * 2010-10-27 2013-08-15 Alliance For Sustainable Energy, Llc Passive Safety Device and Internal Short Tested Method for Energy Storage Cells and Systems
JP2018113230A (ja) * 2017-01-13 2018-07-19 日本電気株式会社 電池の内部短絡試験法と内部短絡試験装置
KR20200053782A (ko) 2018-11-09 2020-05-19 주식회사 엘지화학 전지의 내부단락 유도장치, 이를 포함하는 전지 및 전지의 내부단락을 통한 안전성 평가방법
JP2020149937A (ja) * 2019-03-15 2020-09-17 株式会社半導体エネルギー研究所 二次電池の作製方法、保護回路の動作確認システム、及びマイクロショートを意図的に発生させる二次電池
CN212379542U (zh) * 2020-04-07 2021-01-19 深圳市迪斯普设备有限公司 一种锂离子电池加工用冷热压短路测试装置
KR20210017178A (ko) * 2019-08-07 2021-02-17 주식회사 엘지화학 내부 단락 유도를 위한 전기화학소자 및 이를 이용한 안전성 평가방법
KR20210077512A (ko) 2019-12-17 2021-06-25 주식회사 엘지에너지솔루션 내부 단락 평가용 전지 셀 및 이를 이용한 전지 셀의 내부 단락 평가 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130209841A1 (en) * 2010-10-27 2013-08-15 Alliance For Sustainable Energy, Llc Passive Safety Device and Internal Short Tested Method for Energy Storage Cells and Systems
JP2018113230A (ja) * 2017-01-13 2018-07-19 日本電気株式会社 電池の内部短絡試験法と内部短絡試験装置
KR20200053782A (ko) 2018-11-09 2020-05-19 주식회사 엘지화학 전지의 내부단락 유도장치, 이를 포함하는 전지 및 전지의 내부단락을 통한 안전성 평가방법
JP2020149937A (ja) * 2019-03-15 2020-09-17 株式会社半導体エネルギー研究所 二次電池の作製方法、保護回路の動作確認システム、及びマイクロショートを意図的に発生させる二次電池
KR20210017178A (ko) * 2019-08-07 2021-02-17 주식회사 엘지화학 내부 단락 유도를 위한 전기화학소자 및 이를 이용한 안전성 평가방법
KR20210077512A (ko) 2019-12-17 2021-06-25 주식회사 엘지에너지솔루션 내부 단락 평가용 전지 셀 및 이를 이용한 전지 셀의 내부 단락 평가 방법
CN212379542U (zh) * 2020-04-07 2021-01-19 深圳市迪斯普设备有限公司 一种锂离子电池加工用冷热压短路测试装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN116569377A (zh) 2023-08-08
EP4243193A1 (en) 2023-09-13
KR20230082260A (ko) 2023-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013069953A1 (ko) 신규한 구조의 전지셀
WO2010044554A1 (ko) 안전성이 향상된 캡 어셈블리 및 이를 포함하고 있는 원통형 이차전지
WO2012050343A2 (ko) 신규한 구조의 캡 어셈블리 및 이를 포함하고 있는 원통형 전지
WO2012086855A1 (ko) 다방향성 리드-탭 구조를 가진 리튬 이차전지
WO2014017864A1 (ko) 이차전지
CN112687964A (zh) 电化学装置
WO2018128283A1 (ko) 내부의 온도를 측정할 수 있는 전지셀
WO2012074218A2 (ko) 전지셀 제조 장치
WO2018174370A1 (ko) 전극 조립체 및 그 제조방법
WO2016056764A1 (ko) 양 방향으로 권취되어 있는 전극조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
JP2018085245A (ja) 電池用短絡試験装置及び電池の短絡試験方法
WO2015080380A1 (ko) 단락 방지 수단을 포함하고 있는 전지셀
WO2011118961A2 (ko) 이차 전지 및 이에 채용되는 커버 조립체
WO2022071759A1 (ko) 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스
WO2018147616A1 (ko) 원통형 리튬 이차전지
KR20040092531A (ko) 이차전지의 전극 조립체
WO2019103392A1 (ko) 최외곽 전극의 구조 및 집전체의 재질에 의해 사용 안전성이 향상된 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 갖는 리튬이온 이차전지
WO2021101027A1 (ko) 전극 조립체 및 그의 제조 방법
WO2021010792A1 (ko) 원통형 전지 및 원통형 전지 제조 방법
WO2021033959A1 (ko) 원통형 전지
WO2018038448A1 (ko) 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
WO2023101245A1 (ko) 배터리 내부 단락 유발 장치 및 방법
WO2020111533A1 (ko) 전기 저항 용접 장치 및 이를 이용한 전지 제조 방법
WO2019088524A1 (ko) 이차 전지 및 이차 전지용 절연판
WO2021153922A1 (ko) 이차전지 및 이차전지의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202280007921.3

Country of ref document: CN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022899620

Country of ref document: EP

Effective date: 20230608

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22899620

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1