KR101852665B1 - 이차전지 셀의 퇴화 분석을 위한 시메트리 셀 제작 키트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차전지 셀의 퇴화 분석을 위한 시메트리 셀 제작 키트에 있어서, 상호 대향하도록 배치된 한 쌍의 제1 전극부재; 상기 한 쌍의 제1 전극부재의 안쪽면에 각각 배치된 한 쌍의 제1 전극측 분리막; 상기 한 쌍의 제1 전극측 분리막 사이에 놓이고 상기 제1 전극과는 극성이 반대인 제2 전극부재; 및 상기 한 쌍의 제1 전극측 분리막 사이에서 상기 제2 전극부재를 감싸도록 배치되고, 상기 한 쌍의 제1 전극측 분리막 사이의 공간으로부터 외부로 이동 가능하게 설치된 제2 전극측 분리막;을 포함하고, 상기 제2 전극측 분리막의 양단 중 적어도 일단이 당겨짐에 따라 상기 제2 전극부재가 상기 한 쌍의 제1 전극부재 사이의 공간으로부터 제거되어 상기 제1 전극부재의 시메트리 셀이 제공되는 것을 특징으로 하는 시메트리 셀 제작 키트을 개시한다.

Description

이차전지 셀의 퇴화 분석을 위한 시메트리 셀 제작 키트{SYMMETRY CELL FABRICATION KIT FOR ANALYSIS OF CELL DEGENERATION}

본 발명은 이차전지 셀 제작 키트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이차전지용 셀의 퇴화 분석을 위한 전극 시메트리(Symmetry) 셀을 제작할 수 있는 구조를 가진 셀 제작 키트에 관한 것이다.

이차전지는 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 캔 타입 이차전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치(Pouch)에 내장되어 있는 파우치 타입 이차전지로 분류될 수 있다.

일반적으로 전기 차량 또는 에너지 저장원 등에 적용되는 배터리는 고용량 환경에 적합하도록 통상적으로 단위 이차전지 셀(cell)이 복수개 집합된 팩 형태로 사용된다.

배터리 팩을 구성하는 복수개의 이차전지 셀은 사용 시간이 경과됨에 따른 본질적인 특성 또는 제조 환경의 차이, 시스템 적용의 다원성 등에 기인하여 전지들 간의 용량(capacity) 성능의 차이가 발생하게 되고 이는 충방전에 의한 해당 이차전지 셀의 단자 전압의 차이 또는 SOC(State Of Charge)차이를 발생시키게 된다.

이러한 차이는 쿨롱 효율(Coulombic efficiency) 등에 기인하는 전지들의 개별적인 동작 상태의 차이들로부터 발생되거나 물리적 구성 등에 의한 내부 저항의 차등적 변화 등으로 발생될 수 있는데, 이와 같이 상대적인 전기적 특성의 차이를 가지는 복수개 이차전지 셀이 하나의 배터리 팩으로서 구동하는 경우 성능이 저하된 특정 이차전지 셀에 의하여 배터리 팩 전체의 충전 또는 방전 능력이 제한되는 문제점이 발생하게 된다.

이러한 본질적인 특성에 의하여 배터리 팩을 구성하는 복수개 이차전지 셀마다 서로 다른 프로파일을 가지게 되어 이차전지 셀의 퇴화 여부, 퇴화된 정도 등이 서로 다른 특성을 가지게 되므로, 양질의 이차전지 셀을 제조하기 위해서는 셀에 대한 퇴화분석이 바람직하게 요구된다.

이차전지의 셀 퇴화분석과 관련된 기술은 예컨대, 한국등록특허공보 제10-1293635호, 일본공개특허공보 제2013-80703호에 게재되어 있다.

한국등록특허공보 제10-1293635호는 이차전지 셀의 퇴화 상태를 효과적으로 반영하여, 배터리 팩의 특성을 나타내는 다양한 파라미터를 더욱 실효성 있게 생성 하여 운용 제어함으로써, 배터리 팩의 성능 저하를 최소화시키고 배터리 팩이 장착되는 전기 차량 등이 더욱 안전하게 운용되도록 유도할 수 있는 이차전지 셀의 퇴화 정도를 반영한 배터리 팩의 관리 장치와 방법 및 이를 이용한 배터리 팩을 제안하고 있다.

일본공개특허공보 제2013-80703호는 어쿠스틱 이미션(Acoustic emission) 기술을 사용해 축전지의 내부 상태를 판정하는 방법에 관한 것으로서, 축전지와 같은 전력저장용의 제1 전기화학시스템과 같은 종류의 제2 전기화학시스템의 다양한 내부 상태에 대해서의 어쿠스틱 이미션 응답을 측정 및 처리하고, 음향 신호 모집단에 공통되는 파라미터 중의 적어도 하나로 제2 시스템의 소여의 내부 상태와의 관계를 교정함으로써 소여의 내부 상태의 음향 서명을 결정하고, 제1 전기화학시스템으로부터의 어쿠스틱 이미션 응답을 결정해, 소여의 내부 상태의 음향 서명에 특유인 1개 또는 2 이상의 파라미터를 검출함으로써, 제1 전기화학시스템의 내부 상태가 추정되는 어쿠스틱 이미션에 의해서 축전지의 내부상태를 진단하는 방법 및 시스템을 개시하고 있다.

한편, 통상적으로 이차전지 셀의 퇴화 분석법은 두 장의 음극판이 대칭으로 배치된 구조를 가진 음극 시메트리 셀을 제작하는 과정을 포함하는데, 상기 음극 시메트리 셀은 셀이 퇴화한 이후에 음극들 사이에 배치된 양극을 분리함으로써 제작된다.

그런데, 종래기술에 의하면 양극을 제거하는 과정에서 음극 표면에 손상이 많이 발생하는 문제가 있으므로 이에 대한 개선이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 음극 시메트리 셀의 제작 시 음극 표면에 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 구조를 가진 이차전지 셀의 퇴화 분석을 위한 셀 제작 키트를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 셀 퇴화분석 시 음극 시메트리 셀 제작을 위한 양극 제거 공정을 자동화할 수 있는 구조를 가진 이차전지 셀의 퇴화 분석을 위한 셀 제작 키트를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 이차전지 셀의 퇴화 분석을 위한 시메트리 셀 제작 키트에 있어서, 상판 및 하판과 이들을 연결하는 측면 지지부를 가진 고정 하우징; 상기 고정 하우징의 상기 상판과 하판에 각각 설치되어 상호 대향하도록 배치된 한 쌍의 제1 전극부재; 상기 한 쌍의 제1 전극부재의 안쪽면에 각각 배치된 한 쌍의 제1 전극측 분리막; 상기 한 쌍의 제1 전극측 분리막 사이에 놓이고 상기 제1 전극과는 극성이 반대인 제2 전극부재; 상기 한 쌍의 제1 전극측 분리막 사이에서 상기 제2 전극부재를 감싸도록 배치되고, 상기 한 쌍의 제1 전극측 분리막 사이의 공간으로부터 외부로 이동 가능하게 설치된 제2 전극측 분리막; 및 상기 고정 하우징의 일측에 고정되고, 회전축에는 상기 제2 전극측 분리막의 양단 중 적어도 일단을 끌어당겨서 상기 제2 전극측 분리막을 권취할 수 있는 보빈이 장착된 모터;를 포함하고, 상기 한 쌍의 제1 전극부재는 음극이고, 상기 제2 전극부재는 양극이고, 상기 한 쌍의 제1 전극부재는 서로 대향하는 한쪽면에만 활물질층이 구비되고, 상기 제2 전극부재는 양면에 활물질층이 구비되고, 상기 제2 전극측 분리막은, 상기 한 쌍의 제1 전극측 분리막 사이에 위치한 상태에서 상기 제2 전극부재의 양면을 덮는 동시에 상기 제2 전극부재의 일단을 감싸고 양단이 상기 제2 전극부재의 타단 바깥쪽에 위치하도록 배치되고, 상기 제2 전극측 분리막의 양단 중 적어도 일단이 상기 모터의 회전력에 의해 당겨짐에 따라 상기 제2 전극부재가 상기 한 쌍의 제1 전극부재 사이의 공간으로부터 제거되어 상기 제1 전극부재의 시메트리 셀이 제공되는 것을 특징으로 하는 시메트리 셀 제작 키트를 제공한다.

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상기 제1 전극측 분리막에 있어서 상기 제1 전극부재를 향하는 면에는 세라믹 코팅층이 존재하고 그 반대면에는 세라믹 코팅층이 존재하지 않는 것이 바람직하다.

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본 발명에 따른 시메트리 셀 제작 키트는 상기 고정 하우징의 외부를 감싸서 밀봉하는 알루미늄 파우치;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 시메트리 셀의 제작 시 한 쌍의 전극 사이에 위치한 다른 극성의 전극을 분리막으로 감싼 상태에서 당겨서 분리함으로써 전극 표면의 손상을 방지할 수 있다.

또한, 모터를 이용하여 분리막을 잡아당김으로써 시메트리 셀 제작을 위한 전극 제거 공정을 자동화할 수 있으므로 편리하고 효율적으로 셀 퇴화분석을 수행할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시메트리 셀 제작 키트의 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 일부 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시메트리 셀 제작 키트의 구성을 도시한 단면도이며, 도 2는 도 1에서 고정 하우징 내부에 대한 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시메트리 셀 제작 키트는 한 쌍의 제1 전극부재(10)와, 상기 한 쌍의 제1 전극부재(10)의 안쪽면에 각각 배치된 제1 전극측 분리막(15)과, 상기 한 쌍의 제1 전극부재(10) 사이에 분리 가능하게 위치하는 제2 전극부재(20)와, 상기 제2 전극부재(20)의 제거를 위해 상기 제2 전극부재(20)를 감싸도록 배치되는 제2 전극측 분리막(25)을 포함한다.

제1 전극부재(10)와 제2 전극부재(20)는 금속 포일(Foil)에 통상의 전극 활물질이 도포되어 형성되고, 서로 반대의 극성을 갖도록 구성된다. 바람직하게, 제1 전극부재(10)는 구리 포일(10a)의 표면에 제1 전극 활물질층으로서 음극 활물질층(10b)이 형성된 구조에 의해 이차전지 셀의 음극을 제공하고, 제2 전극부재(20)는 알루미늄 포일(20a)에 제2 전극 활물질층으로서 양극 활물질층(20b)이 형성된 구조에 의해 이차전지 셀의 양극을 제공한다.

제1 전극부재(10)는 한 쌍이 마련되어 소정 형상의 고정 하우징(30)의 상,하부에 각각 하나씩 상호 대향하도록 배치된다. 한 쌍의 제1 전극부재(10)에 있어서 서로 대향하는 한쪽면, 즉 안쪽의 면에는 각각 음극 활물질층(10b)이 구비된다.

고정 하우징(30)은 상판(30a) 및 하판(30b)과 이들 사이에 개재된 측면 지지부(30c)를 가진 구조물로 이루어지는 것이 바람직하다. 고정 하우징(30)의 형상은 도면에 도시된 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능함은 물론이다.

제1 전극측 분리막(15)은 상기 한 쌍의 제1 전극부재(10)에 각각 형성된 음극 활물질층(10b)을 덮도록 제1 전극부재(10)에 라미네이션(Lamination) 된다.

제1 전극측 분리막(15)에 있어서 상기 제1 전극부재(10)를 향하는 면에는 세라믹 코팅층(16)이 존재하고 그 반대면에는 세라믹 코팅층이 존재하지 않는 것이 표면 손상 방지 측면에서 바람직하다. 이때, 후술하는 제2 전극측 분리막(25)은 양면에 모두 세라믹 코팅층(16)이 존재하지 않는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 세라믹 코팅층(16)은 공지의 안전성강화분리막(Safety-reinforcing separators, SRS)에 의해 제공되는 것이 바람직하다. SRS 기술은 예컨대, 폴리올레핀 계열 소재의 분리막 원단에 세라믹층을 코팅해 열적, 기계적 강도를 현저히 향상시켜 내부단락 등을 방지하는 기술이다.

제2 전극부재(20)는 상기 한 쌍의 제1 전극부재(10) 사이에 배치되었다가 제1 전극부재(10)의 시메트리 셀 형성 시 상기 한 쌍의 제1 전극부재(10) 사이의 공간으로부터 제거된다.

제2 전극측 분리막(25)은 상기 한 쌍의 제1 전극측 분리막(15) 사이에서 제2 전극부재(20)를 전체적으로 감싸도록 배치된다. 구체적으로, 제2 전극측 분리막(25)은 한 쌍의 제1 전극측 분리막(15) 사이에 위치한 상태에서 제2 전극부재(20)의 양면을 덮는 동시에 제2 전극부재(20)의 일단을 감싸도록 배치된다. 또한, 제2 전극측 분리막(25)은 그 양단이 제2 전극부재(20)의 타단 바깥쪽에 위치하도록 배치된다.

제2 전극측 분리막(25)은 상기 한 쌍의 제1 전극측 분리막(15) 사이의 공간으로부터 외부로 이동 가능하게 설치된다. 제2 전극측 분리막(25)이 상기 한 쌍의 제1 전극측 분리막(15) 사이의 공간으로부터 외부로 이동함에 따라 제2 전극부재(20)는 제2 전극측 분리막(25)에 의해 외부로 당겨져서 제거되므로 제1 전극부재(10)의 시메트리 셀이 형성될 수 있다. 즉, 제2 전극측 분리막(25)은 제2 전극부재(20)의 분리막을 제공하는 동시에 제2 전극부재(20)를 당겨서 이동시키는 역할을 하게 된다.

제2 전극측 분리막(25)은 그 길이방향 양단 중 적어도 일단이 고정 하우징(30)에 설치된 소정의 모터(40)에 의해 당겨져서 권취되도록 설치되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 모터(40)는 고정 하우징(30)의 일측에 고정되고, 그 회전축에는 제2 전극측 분리막(25)을 권취할 수 있는 보빈(Bobbin)(41)이 장착된다.

시메트리 셀 제작 키트는 셀이 외부 공기와 접촉하는 것을 차단하도록 전체적으로 알루미늄 파우치(미도시)에 의해 밀봉되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 알루미늄 파우치는 고정 하우징(30)의 전체 외부를 긴밀히 감싸고, 구리 포일(10a)과 알루미늄 포일(20a)에 각각 연결되는 제1 전극리드(50,51) 및 제2 전극리드(52)는 상기 알루미늄 파우치의 외부로 인출된다.

상기와 같은 구성을 가진 시메트리 셀 제작 키트는 셀 퇴화 후에 모터(40)를 작동시켜 제2 전극부재(20)를 한 쌍의 제1 전극부재(10) 사이의 공간으로부터 제거하여 한 쌍의 제1 전극부재(10)로 이루어진 시메트리 셀을 제작한다.

모터(40)의 작동 시 제2 전극측 분리막(25)은 적어도 그 일단이 모터(40)의 보빈(41)에 권취됨에 따라 한 쌍의 제1 전극부재(10) 사이의 공간 외부로 끌어당겨지게 되고 이와 동시에 제2 전극부재(20)가 한 쌍의 제1 전극부재(10) 사이의 공간으로부터 제거된다. 여기서, 제2 전극측 분리막(25)의 타단은 소정의 보빈에 감겨있는 것이 바람직하다.

제2 전극부재(20)는 한 쌍의 제1 전극부재(10) 사이의 공간에서 제거될 때 제2 전극측 분리막(25)에 의해 감싸인 구조를 유지하므로 제1 전극부재(10)의 표면에 대한 손상이 방지될 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10: 제1 전극부재 15: 제1 전극측 분리막
16: 세라믹 코팅층 20: 제2 전극부재
25: 제2 전극측 분리막 30: 고정 하우징
40: 모터 41: 보빈
50,51: 제1 전극리드 52: 제2 전극리드

Claims (7)

1. 이차전지 셀의 퇴화 분석을 위한 시메트리 셀 제작 키트에 있어서,
   상판 및 하판과 이들을 연결하는 측면 지지부를 가진 고정 하우징;
   상기 고정 하우징의 상기 상판과 하판에 각각 설치되어 상호 대향하도록 배치된 한 쌍의 제1 전극부재;
   상기 한 쌍의 제1 전극부재의 안쪽면에 각각 배치된 한 쌍의 제1 전극측 분리막;
   상기 한 쌍의 제1 전극측 분리막 사이에 놓이고 상기 제1 전극과는 극성이 반대인 제2 전극부재;
   상기 한 쌍의 제1 전극측 분리막 사이에서 상기 제2 전극부재를 감싸도록 배치되고, 상기 한 쌍의 제1 전극측 분리막 사이의 공간으로부터 외부로 이동 가능하게 설치된 제2 전극측 분리막; 및
   상기 고정 하우징의 일측에 고정되고, 회전축에는 상기 제2 전극측 분리막의 양단 중 적어도 일단을 끌어당겨서 상기 제2 전극측 분리막을 권취할 수 있는 보빈이 장착된 모터;를 포함하고,
   상기 한 쌍의 제1 전극부재는 음극이고, 상기 제2 전극부재는 양극이고,
   상기 한 쌍의 제1 전극부재는 서로 대향하는 한쪽면에만 활물질층이 구비되고, 상기 제2 전극부재는 양면에 활물질층이 구비되고,
   상기 제2 전극측 분리막은, 상기 한 쌍의 제1 전극측 분리막 사이에 위치한 상태에서 상기 제2 전극부재의 양면을 덮는 동시에 상기 제2 전극부재의 일단을 감싸고 양단이 상기 제2 전극부재의 타단 바깥쪽에 위치하도록 배치되고,
   상기 제2 전극측 분리막의 양단 중 적어도 일단이 상기 모터의 회전력에 의해 당겨짐에 따라 상기 제2 전극부재가 상기 한 쌍의 제1 전극부재 사이의 공간으로부터 제거되어 상기 제1 전극부재의 시메트리 셀이 제공되는 것을 특징으로 하는 시메트리 셀 제작 키트.
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4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 전극측 분리막에 있어서 상기 제1 전극부재를 향하는 면에는 세라믹 코팅층이 존재하고 그 반대면에는 세라믹 코팅층이 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 시메트리 셀 제작 키트.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 고정 하우징의 외부를 감싸서 밀봉하는 알루미늄 파우치;를 더 포함하는 시메트리 셀 제작 키트.

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