WO2024090724A1 - 전지 불량 고속 검사 방법 - Google Patents

전지 불량 고속 검사 방법 Download PDF

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WO2024090724A1
WO2024090724A1 PCT/KR2023/010458 KR2023010458W WO2024090724A1 WO 2024090724 A1 WO2024090724 A1 WO 2024090724A1 KR 2023010458 W KR2023010458 W KR 2023010458W WO 2024090724 A1 WO2024090724 A1 WO 2024090724A1
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WO
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battery
inspection method
defect inspection
set frequency
speed
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PCT/KR2023/010458
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허연혁
이은주
손기현
신두현
황교현
김혁
나균일
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health

Definitions

  • the present invention relates to a high-speed battery defect inspection method, and more specifically, to a high-speed battery defect inspection method that determines battery defects within a short time by predicting the deterioration characteristics of a battery formed by stacking a plurality of monocells.
  • Products such as ESS and vehicle batteries that are shipped and installed with low-voltage defective cells may show significant instability in performance in the long term and reduce product reliability.
  • HPCD high pressure current detection
  • the present invention relates to a high-speed battery defect inspection method, and specifically, to provide a high-speed battery defect inspection method that predicts the deterioration characteristics of a battery formed by stacking a plurality of monocells and determines battery failure within a short time.
  • the set frequency may be selected from frequencies when the imaginary part resistance, which is the imaginary part value of the impedance to be analyzed, is greater than 0.
  • the high-speed battery defect inspection method of the present invention can detect low-voltage defective batteries in a short period of time, and may be capable of inspecting thousands to tens of thousands of batteries per second.
  • the high-speed battery defect inspection method of the present invention enables non-destructive testing of finished batteries and can be applied to batteries in mass production lines and already produced batteries.
  • the high-speed battery defect inspection method of the present invention dramatically reduces inspection time compared to conventional methods, and may be able to determine defects even in uninspected batteries.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a high-speed battery defect inspection method of the present invention.
  • Figure 2 is a graph showing a general Nyquist diagram.
  • Figure 3 is a graph comparing the impedance values of a normal battery and a defective battery.
  • Figure 4 is a block diagram showing another embodiment of the high-speed battery defect inspection method of the present invention.
  • Figure 5 is a block diagram showing set frequency steps.
  • the set frequency may be selected from frequencies when the imaginary part resistance, which is the imaginary part value of the impedance to be analyzed, is greater than 0.
  • the set frequency may be 10 -2 kHz to 7 MHz.
  • the battery to be analyzed may include a plurality of monocells.
  • It may further include a set frequency calculation step (s20) of calculating the set frequency based on the plurality of reference impedances.
  • the reference battery may have a dOCV of 300 mV or more or 3 sigma or more.
  • the set frequency calculation step (s20) includes a variable separation step (s21) of separating the plurality of reference impedances into Z SR , which is a real part value, and Z SI , which is an imaginary part value, and the Z It may include a function fitting step (s22) of obtaining a relational expression f for SR and the Z SI , and a set frequency acquisition step (s23) of obtaining the set frequency based on the relational expression.
  • Equation 1 the relational expression f may be fitted by Equation 1 below.
  • the set frequency may be selected from frequencies that satisfy Equation 2 below for a section in which Z SI has a value greater than 0. .
  • the ⁇ is 0.0 to 0.2.
  • ⁇ may be 0.
  • the battery to be analyzed is judged to be a defective battery. It could be.
  • the battery activation method of the present invention includes:
  • It may include a defect selection step of performing the high-speed battery defect inspection method of claim 1 using the activation target battery as the analysis target battery and finally selecting defective batteries.
  • the battery activation method of the present invention includes:
  • It may further include a pre-testing step of pre-inspecting the activation target battery by performing the high-speed battery defect inspection method of claim 1 using the activation target battery as the analysis target battery.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a high-speed battery defect inspection method of the present invention.
  • Figure 2 is a graph showing a general Nyquist diagram.
  • Figure 3 is a graph comparing the impedance values of a normal battery and a defective battery.
  • Figure 4 is a block diagram showing another embodiment of the high-speed battery defect inspection method of the present invention.
  • Figure 5 is a block diagram showing set frequency steps.
  • the set frequency may be selected from frequencies when the imaginary part resistance, which is the imaginary part value of the impedance to be analyzed, is greater than 0.
  • the battery to be analyzed may include a plurality of monocells.
  • the monocell may be a unit cell with different types of electrodes located on both sides of the outermost shell when one or more anodes and one or more cathodes are stacked with a separator in between to form an electrode assembly.
  • a monocell may be a unit cell having an electrode assembly that is stacked in the order of anode, separator, and cathode.
  • a monocell may be a unit cell having an electrode assembly that is stacked in the following order: anode-separator-cathode-separator-anode-separator-cathode.
  • the positive electrode may be one in which a positive electrode active material is applied to a positive electrode current collector.
  • the negative electrode may be one in which a negative electrode active material is applied to a negative electrode current collector.
  • the separator may be an insulator through which ions can pass.
  • the set frequency may be 10 -2 kHz to 7 MHz.
  • the set frequency In the case of a low-voltage defective battery, it has an impedance value that is different from that of a good battery at high frequencies, and in particular, there is a difference in the real component of the impedance value.
  • a graph on the complex plane as shown in FIG. 2 can be obtained.
  • the Nyquist diagram as shown in FIG. 2 can be obtained by expressing the imaginary part multiplied by (-) and the real part value as coordinates.
  • the high-speed battery defect inspection method of the present invention may be able to determine low-voltage defects in the battery at high speed based on the real part value on the second quadrant of the graph in FIG. 2.
  • Figure 3 is a graph showing impedance spectroscopy measurement results for 15 batteries.
  • the five graphs A_1, A_2, A_3, A_4, and A_5 are graphs for normal batteries
  • the five graphs E_1, E_2, E_3, E_4, and E_5 are graphs for grade E defective batteries, L_1, L_2.
  • L_3, L_4, and L_5 are graphs for L-class defective batteries.
  • a grade E defective cell may be a defective cell that exhibits a decrease in absolute OCV.
  • An L-class defective cell may be a defective cell that exhibits a relative OCV reduction.
  • the graphs of the EIS measurement values of the low-voltage defective batteries overlap each other regardless of the defective grade, but the graph of the normal battery behaves differently from the graph of the defective batteries. represents. Specifically, at a measured impedance value of about 10 kHz, it appears in area A for normal batteries, and in area B for grade E defective batteries and grade L defective batteries. In the case of class E defective batteries and class L defective batteries, it can be seen that the real part has a maximum value in the B area. Therefore, in the impedance measurement step (s30) to be analyzed, the set frequency may be a frequency selected from 10 -2 kHz to 7 MHz.
  • the set frequency may be a frequency selected from 10 -1 kHz to 10 2 kHz. In the frequency range of 10 -2 kHz to 7 MHz, the real part resistance value of a low-voltage defective battery abnormally increases, and this can be used to determine that it is a low-voltage defective battery.
  • the high-speed battery defect inspection method of the present invention before the analysis target impedance measurement step (s30),
  • It may further include a set frequency calculation step (s20) of calculating the set frequency based on the plurality of reference impedances.
  • the high-speed battery defect inspection method of the present invention performs the reference impedance measurement step (s10) and the set frequency calculation step (s20) before the analysis object impedance measurement step (s30), thereby determining the optimal set frequency for accurately detecting low-voltage defective batteries. can be obtained.
  • the reference battery may have a delta open circuit voltage (dOCV) of 300 mV or more or 3 sigma or more.
  • dOCV delta open circuit voltage
  • the reference battery which is a low-voltage defective battery, can be obtained as a battery that was inspected as a defective battery during the mass production process or as a battery that was subject to defective conditions such as electrode folding and defective active material application area.
  • the reference impedance measurement step (s10) may be performed using impedance spectroscopy (EIS). Accordingly, it is possible to obtain a reference impedance value corresponding to each of a plurality of frequency values.
  • EIS impedance spectroscopy
  • the set frequency calculation step (s20) includes a variable separation step (s21) of separating the plurality of reference impedances into Z SR , which is a real part value, and Z SI , which is an imaginary part value, and the Z SR and It may include a function fitting step (s22) of obtaining the relational expression f for the Z SI , and a set frequency acquisition step (s23) of obtaining the set frequency based on the relational expression.
  • Equation 1 Equation 1 below.
  • the relational expression f can be obtained in the form of a function with Z SR , a real part value, as a dependent variable and Z SI , an imaginary part value, as an independent variable.
  • the set frequency may be selected from frequencies that satisfy Equation 2 below for a section in which Z SI has a value greater than 0.
  • the ⁇ is a real number between 0.0 and 0.2.
  • ⁇ can be determined by considering tolerances in the standard battery standard, capacity, electrode material material, and structure.
  • ⁇ may be determined by considering the deviation value of the reference impedance value obtained for a plurality of reference batteries.
  • ⁇ may be 0.
  • the frequency when the value obtained by differentiating the relational expression f with Z SI is 0 can be obtained as the set frequency.
  • the frequency value when the relational expression f has the maximum value can be obtained as the set frequency.
  • the battery to be analyzed may be judged to be a defective battery.
  • the relational equation f may have a maximum value for a set frequency and the real part resistance value may have an abnormally large value. According to an experimental example described later, it can be seen that the real resistance value of the low-voltage defective battery is more than twice the real resistance value of the normal defective battery at the set frequency. Therefore, when the real resistance is 30% or more or 50% or more of the Z SI value that satisfies Equation 2, the battery to be analyzed may be determined to be a low-voltage defective battery.
  • the battery activation method applying the high-speed battery defect inspection method of the present invention includes:
  • It may include a defect selection step of performing the high-speed battery defect inspection method of the present invention using the activation target battery as the analysis target battery to finally select the defective battery.
  • the cell to be activated prepared in the activated cell secretion step may be a cell that has completed the packaging process.
  • the time required to inspect batteries for defects before shipping can be significantly reduced.
  • the battery activation method of the present invention performs a high-speed battery defect inspection method of the present invention between the activation battery preparation step and the charging and discharging step, using the activation target battery as the analysis target cell to pre-inspect the activation target battery. It may further include an inspection step.
  • the battery activation method of the present invention can initially select defective batteries before the charging/discharging process and the aging process, thereby preventing the charging/discharging process and aging process from being performed on the defective batteries, and secondaryly selecting defective batteries after the aging process. By screening, defective cells that may occur during the SEI layer formation process can be removed again.
  • the real resistance values of five good batteries were measured to be 500 ⁇ , 480 ⁇ , 470 ⁇ , 490 ⁇ , and 520 ⁇ at a frequency of 10kHz, which corresponds to the set frequency
  • the real part resistance values of five grade E defective batteries were measured to be 500 ⁇ , 480 ⁇ , 470 ⁇ , 490 ⁇ , and 520 ⁇ , respectively, at a frequency of 10kHz, which corresponds to the set frequency
  • the negative resistance values were measured to be 1160 ⁇ , 1140 ⁇ , 1110 ⁇ , 1130 ⁇ , and 1110 ⁇ , respectively, and the real partial resistance values of the five L-class defective cells were 1120 ⁇ , 1070 ⁇ , 1150 ⁇ , 1140 ⁇ , and 1170 ⁇ , respectively, at a frequency of 10kHz, which corresponds to the set frequency. It was measured.
  • the low-voltage defective battery has a real resistance value that is more than twice as large as that of the normal battery at the set frequency.
  • the high-speed battery defect inspection method of the present invention can detect low-voltage defective batteries in a short period of time, and may be capable of inspecting thousands to tens of thousands of batteries per second.
  • the high-speed battery defect inspection method of the present invention enables non-destructive testing of finished batteries and can be applied to batteries in mass production lines and already produced batteries.
  • the high-speed battery defect inspection method of the present invention dramatically reduces inspection time compared to conventional methods, and may be able to determine defects even in uninspected batteries.

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Abstract

본 발명은 전지 불량 고속 검사 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 복수의 모노셀이 적층되어 형성되는 전지의 퇴화 특성을 예측하여 전지의 불량을 단시간 내에 판단하는 전지 불량 고속 검사 방법을 제공하기 위한 것이다. [대표도] 도 1.

Description

전지 불량 고속 검사 방법
본 출원은 2022.10.28 출원된 한국특허출원 10-2022-0140870호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 불량 고속 검사 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 복수의 모노셀이 적층되어 형성되는 전지의 퇴화 특성을 예측하여 전지의 불량을 단시간 내에 판단하는 전지 불량 고속 검사 방법에 관한 것이다.
복수의 모노셀이 적층되어 있는 중대형 전지의 경우, 내부의 일부의 모노셀이 원인을 알 수 없는 저전압 불량 현상(특정 모노셀의 전위가 감소하는 현상)을 나타내고, 전체 셀의 용량이 퇴화하는 불량현상이 발생하는 문제가 있다.
저전압 불량 셀이 출하되어 장착된 ESS, 차량 배터리 등의 제품은 장기적으로 성능에 현저한 불안정성을 나타내고, 제품에 대한 신뢰도를 감소시킬 수 있다.
종래에는 전지 출하 단계에서 저전압 불량 전지를 검출하기 위한 전지 전압 추적을 수행하였다. 전지 전압 추적의 경우 일반적으로 2주 이상의 장시간이 소요되었다. 더하여, 저전압 불량의 주요 원인을 분리막의 접힘 현상으로 간주하여 수행하는 HPCD(high pressure current detection) 검사법이 있지만, HPCD 검사법으로는 검출 불가능한 한계가 존재하였다.
따라서, 기존의 검사법들로 저전압 불량 셀을 검출하는 동시에 단시간에 전수 조사 가능한 검사법이 필요하다.
본 발명은 전지 불량 고속 검사 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 복수의 모노셀이 적층되어 형성되는 전지의 퇴화 특성을 예측하여 전지의 불량을 단시간 내에 판단하는 전지 불량 고속 검사 방법을 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 전지 불량 고속 검사 방법은,
분석 대상 전지에 설정 주파수의 교류 전류를 인가하여 상기 분석 대상 전지 임피던스인 분석 대상 임피던스를 획득하는 분석 대상 임피던스 측정 단계(s30);
상기 분석 대상 임피던스에서 실수부 값을 실수부 저항으로 추출하는 실수부 저항 추출 단계(s40); 및
상기 실수부 저항을 근거로 상기 분석 대상 전지의 불량을 판단하는 불량 판단 단계(s50)를 포함하고,
상기 설정 주파수는 상기 분석 대상 임피던스의 허수부 값인 허수부 저항이 0보다 클 때의 주파수 중에서 선택되는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법은 단시간에 저전압 불량 전지를 검출해낼 수 있는 것으로, 초당 수천에서 수만 개의 전지에 대해 검사가 가능한 것일 수 있다.
본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법은 완성된 전지에 대해서 비파괴 검사가 가능한 것으로, 양산 라인의 전지 및 기 생산된 전지에 적용 가능한 것일 수 있다.
본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법은 종래의 방법 대비, 검사 시간이 획기적으로 줄어들며, 미검되었던 전지들에 대해서도 불량을 판단할 수 있는 것일 수 있다.
도 1은 본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법을 나타내는 블록도이다.
도 2는 일반적인 나이퀴스트 선도를 나타내는 그래프이다.
도 3은 정상 전지와 불량 전지의 임피던스 값을 비교한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법의 다른 실시 양태를 나타내는 블록도이다.
도 5는 설정 주파수 단계를 나타내는 블록도이다.
본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법은,
분석 대상 전지에 설정 주파수의 교류 전류를 인가하여 상기 분석 대상 전지 임피던스인 분석 대상 임피던스를 획득하는 분석 대상 임피던스 측정 단계(s30);
상기 분석 대상 임피던스에서 실수부 값을 실수부 저항으로 추출하는 실수부 저항 추출 단계(s40); 및
상기 실수부 저항을 근거로 상기 분석 대상 전지의 불량을 판단하는 불량 판단 단계(s50)를 포함하고,
상기 설정 주파수는 상기 분석 대상 임피던스의 허수부 값인 허수부 저항이 0보다 클 때의 주파수 중에서 선택되는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법에서, 상기 설정 주파수는 10-2kHz 내지 7MHz인 것일 수 있다.
본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법에서, 상기 분석 대상 전지는 복수의 모노셀을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법은,
상기 분석 대상 임피던스 측정 단계(s30) 이전에,
기준 전지에 주파수를 가변하면서 교류 전류를 인가하여 복수의 주파수에 대한 복수의 기준 임피던스를 획득하는 기준 임피던스 측정 단계(s10);
상기 복수의 기준 임피던스를 근거로 상기 설정 주파수를 산출하는 설정 주파수 산출 단계(s20)를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법에서, 상기 기준 전지는 dOCV가 300mV 이상 또는 3 sigma 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법에서, 상기 설정 주파수 산출 단계(s20)는, 상기 복수의 기준 임피던스를 실수부 값인 ZSR와 허수부 값인 ZSI로 분리하는 변수 분리 단계(s21)와, 상기 ZSR와 상기 ZSI에 대한 관계식 f를 획득하는 함수 피팅 단계(s22)와, 상기 관계식을 근거로 상기 설정 주파수를 획득하는 설정 주파수 획득 단계(s23)를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법의 상기 함수 피팅 단계(s22)에서, 상기 관계식 f는 하기의 수학식 1로 피팅되는 것일 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2023010458-appb-img-000001
.
본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법의 상기 설정 주파수 획득 단계(s23)에서, 상기 설정 주파수는 상기 ZSI가 0보다 큰 값을 가지는 구간에 대해서 하기 수학식 2를 만족하는 주파수 중에서 선택되는 것일 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2023010458-appb-img-000002
상기 ε은 0.0 내지 0.2이다.
본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법의 상기 설정 주파수 단계에서, 상기 ε은 0인 것일 수 있다.
본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법의 상기 불량 판단 단계(s50)에서, 상기 실수부 저항이 상기 수학식 2를 만족하는 ZSI 값에 대해서 30% 이상일 때의 상기 분석 대상 전지는 불량 전지로 판단하는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 활성화 방법은,
조립 공정을 통해 활성화 대상 전지를 준비하는 활성화 전지 준비 단계;
상기 활성화 대상 전지를 충전 또는 방전하는 충방전 단계;
상기 설정 온도 및 설정 습도에서 상기 활성화 대상 전지를 일정시간 보관하여 상기 활성화 대상 전지를 안정화시키는 안정화 단계; 및
상기 활성화 대상 전지를 상기 분석 대상 전지로 하여 제1항의 전지 불량 고속 검사 방법을 수행하여 최종적으로 불량 전지를 선별하는 불량 선별 단계를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 활성화 방법은,
상기 활성화 전지 준비 단계와 상기 충방전 단계 사이에,
상기 활성화 대상 전지를 분석 대상 전지로 하여 제1항의 전지 불량 고속 검사 방법을 수행하여 상기 활성화 대상 전지를 사전 검사하는 사전 검사 단계를 더 포함하는 것일 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.
도 1은 본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법을 나타내는 블록도이다. 도 2는 일반적인 나이퀴스트 선도를 나타내는 그래프이다. 도 3은 정상 전지와 불량 전지의 임피던스 값을 비교한 그래프이다. 도 4는 본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법의 다른 실시 양태를 나타내는 블록도이다. 도 5는 설정 주파수 단계를 나타내는 블록도이다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법에 대해서 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법은,
분석 대상 전지에 설정 주파수의 교류 전류를 인가하여 상기 분석 대상 전지 임피던스인 분석 대상 임피던스를 획득하는 분석 대상 임피던스 측정 단계(s30);
상기 분석 대상 임피던스에서 실수부 값을 실수부 저항으로 추출하는 실수부 저항 추출 단계(s40); 및
상기 실수부 저항을 근거로 상기 분석 대상 전지의 불량을 판단하는 불량 판단 단계(s50)를 포함하고,
상기 설정 주파수는 상기 분석 대상 임피던스의 허수부 값인 허수부 저항이 0보다 클 때의 주파수 중에서 선택되는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법에서 분석 대상 전지는 복수의 모노셀을 포함하는 것일 수 있다.
상기 모노셀은, 1개 이상의 양극과 1개 이상의 음극이 분리막을 사이에 두고 적층되어 전극 조립체를 형성할 때, 최 외각의 양면에 위치한 전극의 종류가 다른 유닛셀일 수 있다. 예를 들어, 모노셀은 양극-분리막-음극 순으로 적층되는 구조의 전극 조립체를 가지는 유닛셀일 수 있다. 다른 예를 들어, 모노셀은 양극-분리막-음극-분리막-양극-분리막-음극 순으로 적층되는 구조의 전극 조립체를 가지는 유닛셀일 수 있다.
양극은 양극 집전체에 양극 활물질이 도포된 것일 수 있다.
음극은 음극 집전체에 음극 활물질이 도포된 것일 수 있다.
분리막은 이온이 통과 가능한 절연체일 수 있다.
분석 대상 임피던스 측정 단계(s30)에서 상기 설정 주파수는 10-2kHz 내지 7MHz인 것일 수 있다. 저전압 불량 전지의 경우, 고주파 주파수에서 정상 전지와 다른 임피던스 값을 가지며, 특히, 임피던스 값 중 실수 성분에서 차이를 보인다.
전지에 대해서 임피던스 분광법(EIS)을 수행하면 도 2와 같은 복소평면 상의 그래프를 획득할 수 있다. 구체적으로, 각 주파수에 해당하는 임피던스의 값에서, 허수부에 (-)를 곱한 값과 실수부 값을 좌표로 표시하여 도 2와 같은 나이퀴스트 선도를 획득할 수 있다. 본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법은 도 2의 그래프 중 2사분면 상의 실수부 값을 근거로 전지의 저전압 불량을 고속으로 판별할 수 있는 것일 수 있다.
도 3은 15개의 전지에 대한 임피던스 분광법 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 도 3에서 A_1, A_2, A_3, A_4 및 A_5의 5개의 그래프는 정상 전지에 대한 그래프이고, E_1, E_2, E_3, E_4 및 E_5의 5개의 그래프는 E 등급 불량 전지에 대한 그래프이며, L_1, L_2, L_3, L_4 및 L_5의 5개의 그래프는 L 등급 불량 전지에 대한 그래프이다. E 등급 불량 전지는 절대적 OCV 감소를 나타내는 불량 전지일 수 있다. L 등급 불량 전지는 상대적 OCV 감소를 나타내는 불량 전지일 수 있다. 도 3에서 불량 등급에 상관없이 저전압 불량 전지(E 등급 불량 전지 및 L 등급 불량 전지)들의 EIS 측정 값들에 대한 그래프들은 서로 오버랩되는 것을 볼 수 있지만, 정상 전지의 그래프는 불량 전지들의 그래프와 다른 거동을 나타낸다. 구체적으로, 약 10kHz의 측정된 임피던스 값에서 정상 전지의 경우 A영역에 나타나고, E 등급 불량 전지 및 L 등급 불량 전지의 경우 B영역에서 나타난다. E 등급 불량 전지 및 L 등급 불량 전지의 경우 B영역에서 실수부 값에 대해서 극대값을 가짐을 볼 수 있다. 따라서, 분석 대상 임피던스 측정 단계(s30)에서 상기 설정 주파수는 10-2kHz 내지 7MHz 중에서 선택되는 주파수일 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 설정 주파수는 10-1kHz 내지 102kHz 중에서 선택되는 주파수일 수 있다. 10-2kHz 내지 7MHz의 주파수 영역대에서 저전압 불량 전지는 실수부 저항 값이 비정상적으로 증가하고, 이를 이용하여 저전압 불량 전지임을 판별할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법은, 상기 분석 대상 임피던스 측정 단계(s30) 이전에,
기준 전지에 주파수를 가변하면서 교류 전류를 인가하여 복수의 주파수에 대한 복수의 기준 임피던스를 획득하는 기준 임피던스 측정 단계(s10);
상기 복수의 기준 임피던스를 근거로 상기 설정 주파수를 산출하는 설정 주파수 산출 단계(s20)를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법은 분석 대상 임피던스 측정 단계(s30) 이전에 기준 임피던스 측정 단계(s10) 및 설정 주파수 산출 단계(s20)를 수행함으로써, 저전압 불량 전지 정확하게 검출할 수 있는 최적의 설정 주파수를 획득할 수 있다.
상기 기준 임피던스 측정 단계(s10)에서, 저전압 불량 전지로서, 상기 기준 전지는 dOCV(delta open circuit voltage)가 300mV 이상 또는 3 sigma 이상인 것일 수 있다. 저전압 불량 전지인 기준 전지는 양산 과정에서 불량 전지로 검사된 전지 또는 전극 접힘, 활물질 도포 영역 불량 등과 같은 불량 조건을 인가한 전지로서 획득될 수 있다.
상기 기준 임피던스 측정 단계(s10)는 임피던스 분광법(EIS)으로 수행될 수 있다. 따라서, 복수의 주파수 값 각각에 해당하는 기준 임피던스 값을 획득할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 설정 주파수 산출 단계(s20)는, 상기 복수의 기준 임피던스를 실수부 값인 ZSR와 허수부 값인 ZSI로 분리하는 변수 분리 단계(s21)와, 상기 ZSR와 상기 ZSI에 대한 관계식 f를 획득하는 함수 피팅 단계(s22)와, 상기 관계식을 근거로 상기 설정 주파수를 획득하는 설정 주파수 획득 단계(s23)를 포함하는 것일 수 있다.
상기 함수 피팅 단계(s22)에서, 상기 관계식 f는 하기의 수학식 1로 피팅되는 것일 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2023010458-appb-img-000003
.
즉, 함수 피팅 단계(s22)에서, 관계식 f는 실수부 값인 ZSR을 종속변수로 하고, 허수부 값인 ZSI을 독립변수로 하는 함수형태로 획득될 수 있다.
상기 설정 주파수 획득 단계(s23)에서, 상기 설정 주파수는 상기 ZSI가 0보다 큰 값을 가지는 구간에 대해서 하기 수학식 2를 만족하는 주파수 중에서 선택되는 것일 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2023010458-appb-img-000004
.
상기 ε은 0.0 내지 0.2의 실수이다. 예를 들어, ε은 기준 전지의 규격, 용량, 전극재의 소재, 구조 등이 가지는 공차를 고려하여 결정될 수 있다. 다른 예를 들어, ε은 복수의 기준 전지에 대해서 획득되는 기준 임피던스 값의 편차 값을 고려하여 결정될 수 있다.
상기 설정 주파수 단계에서, 상기 ε은 0인 것일 수 있다. 즉, 관계식 f을 ZSI로 미분한 값이 0일 때의 주파수를 설정 주파수로 획득할 수 있다. 더 구체적으로, 관계식 f가 극대값을 가질 때의 주파수 값을 설정 주파수로 획득할 수 있다.
상기 불량 판단 단계(s50)에서, 상기 실수부 저항이 상기 수학식 2를 만족하는 ZSI 값에 대해서 30% 이상일 때의 상기 분석 대상 전지는 불량 전지로 판단하는 것일 수 있다. 저전압 불량 전지를 상술한 바와 같이, 관계식 f는 설정 주파수에 대해서 극대값을 가지면서, 실수부 저항 값이 비정상적으로 큰 값을 가질 수 있다. 후술되는 실험예에 의하면, 설정 주파수에서 저전압 불량 전지의 실수부 저항 값은 정상 불량 전지의 실수부 저항 값보다 2배 이상 큰 것을 볼 수 있다. 따라서, 상기 실수부 저항이 상기 수학식 2를 만족하는 ZSI 값에 대해서 30% 이상 또는 50% 이상일 때, 분석 대상 전지는 저전압 불량 전지로 판별될 수 있다.
본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법을 적용하는 전지 활성화 방법은,
조립 공정을 통해 활성화 대상 전지를 준비하는 활성화 전지 준비 단계;
상기 활성화 대상 전지를 충전 또는 방전하는 충방전 단계;
상기 설정 온도 및 설정 습도에서 상기 활성화 대상 전지를 일정시간 보관하여 상기 활성화 대상 전지를 안정화시키는 안정화 단계; 및
상기 활성화 대상 전지를 상기 분석 대상 전지로 하여 본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법을 수행하여 최종적으로 불량 전지를 선별하는 불량 선별 단계를 포함하는 것일 수 있다.
활성화 전지 분비 단계에서 준비되는 활성화 대상 전지는 패키징 공정까지 완료된 전지일 수 있다.
본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법을 전지 활성화 공정에 적용하여, 전지가 출하 전에 불량 검사로 소요되는 시간을 대폭 감소시킬 수 있다.
본 발명의 전지 활성화 방법은 상기 활성화 전지 준비 단계와 상기 충방전 단계 사이에, 상기 활성화 대상 전지를 분석 대상 전지로 하여 본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법을 수행하여 상기 활성화 대상 전지를 사전 검사하는 사전 검사 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 전지 활성화 방법은 충방전 공정 및 에이징 공정 전에 불량 전지를 1차로 선별하여, 불량 전지에 대해서 충방전 공정 및 에이징 공정이 수행되는 것을 방지할 수 있고, 에이징 공정 이후에 2차로 불량 전지를 선별하여, SEI 층 형성 과정 등에서 발생할 수 있는 불량 전지를 다시 제거할 수 있다.
실험예
활성화 공정이 완료된 100Ah급 전지 15개를 준비하였다. 이들 중 5개는 정상 전지이고, 5개는 E 등급 불량 전지이며, 5개는 L 등급 불량 전지이다.
15개의 전지에 대해서 EIS를 수행하였으며, 도 3과 같은 결과를 획득하였다.
정상 전지 5개는 설정 주파수에 해당하는 10kHz의 주파수에서 실수부 저항 값이 각각 500μΩ, 480μΩ, 470μΩ, 490μΩ 및 520μΩ으로 측정되었고, E 등급 불량 전지 5개는 설정 주파수에 해당하는 10kHz의 주파수에서 실수부 저항 값이 각각 1160μΩ, 1140μΩ, 1110μΩ, 1130μΩ 및 1110μΩ으로 측정되었으며, L 등급 불량 전지 5개는 설정 주파수에 해당하는 10kHz의 주파수에서 실수부 저항 값이 각각 1120μΩ, 1070μΩ, 1150μΩ, 1140μΩ 및 1170μΩ으로 측정되었다.
즉, 저전압 불량 전지는 설정 주파수에서 정상 전지와 비교하여 두배 이상 큰 값의 실수부 저항 값이 측정됨을 볼 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 전지 불량 고속 검사 방법은 단시간에 저전압 불량 전지를 검출해낼 수 있는 것으로, 초당 수천에서 수만 개의 전지에 대해 검사가 가능한 것일 수 있다.
본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법은 완성된 전지에 대해서 비파괴 검사가 가능한 것으로, 양산 라인의 전지 및 기 생산된 전지에 적용 가능한 것일 수 있다.
본 발명의 전지 불량 고속 검사 방법은 종래의 방법 대비, 검사 시간이 획기적으로 줄어들며, 미검되었던 전지들에 대해서도 불량을 판단할 수 있는 것일 수 있다.

Claims (12)

  1. 분석 대상 전지에 설정 주파수의 교류 전류를 인가하여 상기 분석 대상 전지 임피던스인 분석 대상 임피던스를 획득하는 분석 대상 임피던스 측정 단계(s30);
    상기 분석 대상 임피던스에서 실수부 값을 실수부 저항으로 추출하는 실수부 저항 추출 단계(s40); 및
    상기 실수부 저항을 근거로 상기 분석 대상 전지의 불량을 판단하는 불량 판단 단계(s50)를 포함하고,
    상기 설정 주파수는 상기 분석 대상 임피던스의 허수부 값인 허수부 저항이 0보다 클 때의 주파수 중에서 선택되는 것인 전지 불량 고속 검사 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 설정 주파수는 10-2kHz 내지 7MHz인 것인 전지 불량 고속 검사 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분석 대상 전지는 복수의 모노셀을 포함하는 것인 전지 불량 고속 검사 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분석 대상 임피던스 측정 단계(s30) 이전에,
    기준 전지에 주파수를 가변하면서 교류 전류를 인가하여 복수의 주파수에 대한 복수의 기준 임피던스를 획득하는 기준 임피던스 측정 단계(s10);
    상기 복수의 기준 임피던스를 근거로 상기 설정 주파수를 산출하는 설정 주파수 산출 단계(s20)를 더 포함하는 것인 전지 불량 고속 검사 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기준 전지는 dOCV가 300mV 이상 또는 3 sigma 이상인 것인 전지 불량 고속 검사 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 설정 주파수 산출 단계(s20)는,
    상기 복수의 기준 임피던스를 실수부 값인 ZSR와 허수부 값인 ZSI로 분리하는 변수 분리 단계(s21)와,
    상기 ZSR와 상기 ZSI에 대한 관계식 f를 획득하는 함수 피팅 단계(s22)와,
    상기 관계식을 근거로 상기 설정 주파수를 획득하는 설정 주파수 획득 단계(s23)를 포함하는 것인 전지 불량 고속 검사 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 함수 피팅 단계(s22)에서,
    상기 관계식 f는 하기의 수학식 1로 피팅되는 것인 전지 불량 고속 검사 방법:
    [수학식 1]
    Figure PCTKR2023010458-appb-img-000005
    .
  8. 제7항에 있어서,
    상기 설정 주파수 획득 단계(s23)에서,
    상기 설정 주파수는 상기 ZSI가 0보다 큰 값을 가지는 구간에 대해서 하기 수학식 2를 만족하는 주파수 중에서 선택되는 것인 전지 불량 고속 검사 방법:
    [수학식 2]
    Figure PCTKR2023010458-appb-img-000006
    ,
    상기 ε은 0.0 내지 0.2이다.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 설정 주파수 단계에서,
    상기 ε은 0인 것인 전지 불량 고속 검사 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 불량 판단 단계(s50)에서,
    상기 실수부 저항이 상기 수학식 2를 만족하는 ZSI 값에 대해서 30% 이상일 때의 상기 분석 대상 전지는 불량 전지로 판단하는 것인 전지 불량 고속 검사 방법.
  11. 조립 공정을 통해 활성화 대상 전지를 준비하는 활성화 전지 준비 단계;
    상기 활성화 대상 전지를 충전 또는 방전하는 충방전 단계;
    상기 설정 온도 및 설정 습도에서 상기 활성화 대상 전지를 일정시간 보관하여 상기 활성화 대상 전지를 안정화시키는 안정화 단계; 및
    상기 활성화 대상 전지를 상기 분석 대상 전지로 하여 제1항의 전지 불량 고속 검사 방법을 수행하여 최종적으로 불량 전지를 선별하는 불량 선별 단계를 포함하는 것인 전지 활성화 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 활성화 전지 준비 단계와 상기 충방전 단계 사이에,
    상기 활성화 대상 전지를 분석 대상 전지로 하여 제1항의 전지 불량 고속 검사 방법을 수행하여 상기 활성화 대상 전지를 사전 검사하는 사전 검사 단계를 더 포함하는 것인 전지 활성화 방법.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103884995A (zh) * 2014-03-13 2014-06-25 清华大学 一种二次电池的阻抗测量系统和阻抗测量方法
KR20140080342A (ko) * 2012-12-20 2014-06-30 포스코에너지 주식회사 2차 전지의 특성 측정장치 및 방법
CN104914312A (zh) * 2015-06-18 2015-09-16 哈尔滨工业大学 一种计算交流阻抗谱弛豫时间分布的方法
KR20220039452A (ko) * 2020-09-22 2022-03-29 주식회사 엘지에너지솔루션 저전압 불량 전지셀의 검출 방법
KR20220093842A (ko) * 2020-12-28 2022-07-05 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140080342A (ko) * 2012-12-20 2014-06-30 포스코에너지 주식회사 2차 전지의 특성 측정장치 및 방법
CN103884995A (zh) * 2014-03-13 2014-06-25 清华大学 一种二次电池的阻抗测量系统和阻抗测量方法
CN104914312A (zh) * 2015-06-18 2015-09-16 哈尔滨工业大学 一种计算交流阻抗谱弛豫时间分布的方法
KR20220039452A (ko) * 2020-09-22 2022-03-29 주식회사 엘지에너지솔루션 저전압 불량 전지셀의 검출 방법
KR20220093842A (ko) * 2020-12-28 2022-07-05 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치 및 방법

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