KR102070589B1 - 이차전지의 저전압 발현 소요 시간을 예측하는 방법과 시스템, 및 이를 활용한 이차전지의 에이징 방법 - Google Patents

이차전지의 저전압 발현 소요 시간을 예측하는 방법과 시스템, 및 이를 활용한 이차전지의 에이징 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102070589B1
KR102070589B1 KR1020180025531A KR20180025531A KR102070589B1 KR 102070589 B1 KR102070589 B1 KR 102070589B1 KR 1020180025531 A KR1020180025531 A KR 1020180025531A KR 20180025531 A KR20180025531 A KR 20180025531A KR 102070589 B1 KR102070589 B1 KR 102070589B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
low voltage
secondary battery
time required
predicting
Prior art date
Application number
KR1020180025531A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190105251A (ko
Inventor
김소희
성낙기
배준성
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020180025531A priority Critical patent/KR102070589B1/ko
Priority to US16/288,842 priority patent/US10502794B2/en
Publication of KR20190105251A publication Critical patent/KR20190105251A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102070589B1 publication Critical patent/KR102070589B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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]
    • G01R31/3644—Constructional arrangements
    • G01R31/3648—Constructional arrangements comprising digital calculation means, e.g. for performing an algorithm
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G01R19/16571—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 comparing AC or DC current with one threshold, e.g. load current, over-current, surge current or fault current
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G01R19/16576—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 comparing DC or AC voltage with one threshold
    • 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]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • G01R31/3865—Arrangements for measuring battery or accumulator variables related to manufacture, e.g. testing after manufacture
    • 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]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • G01R31/387—Determining ampere-hour charge capacity or SoC
    • G01R31/388—Determining ampere-hour charge capacity or SoC involving voltage measurements
    • 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]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • 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
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • 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
    • H01M10/049—Processes for forming or storing electrodes in the battery container
    • 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
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/446—Initial charging measures
    • 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
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0438—Processes of manufacture in general by electrochemical processing
    • H01M4/044—Activating, forming or electrochemical attack of the supporting material
    • H01M4/0445—Forming after manufacture of the electrode, e.g. first charge, cycling
    • H01M4/0447—Forming after manufacture of the electrode, e.g. first charge, cycling of complete cells or cells stacks
    • 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]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • 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
    • 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
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • 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
    • H01M10/4285—Testing apparatus
    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 이차전지의 저전압 발현 소요 시간을 예측하는 방법과 시스템, 및 이를 활용한 이차전지의 에이징 방법에 관한 것으로서, (a) 전지 셀의 전압을 입력하고, 전지 셀의 냉동 저항을 측정한 후, 상기 입력된 전압을 측정된 냉동 저항으로 나누어 누설 전류를 계산하는 단계; (b) 저전압 불량을 선별하기 위한 전압 강하의 기준치만큼 강하된 전압과 출하 전압 간의 방전 용량차를 구하는 단계; 및 (c) 상기 방전 용량차를 상기 누설 전류로 나누어 저전압 발현 소요시간을 계산하는 단계를 포함하는 예측방법에 의해, 저전압 발현 소요 시간을 예측하고, 이를 이차전지의 에이징 공정에 이용함으로써, 불필요한 에이징 시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있고, 또한 불량 검출률을 높여 불량 전지의 외부 출하를 미연에 방지할 수 있는 것이다.

Description

이차전지의 저전압 발현 소요 시간을 예측하는 방법과 시스템, 및 이를 활용한 이차전지의 에이징 방법{Method and System for Predicting the Time Required for Low Voltage Expression of a Secondary Battery, and Aging Method of the Secondary Battery Using the Same}
본 발명은 이차전지의 저전압 발현 소요 시간을 예측하는 방법과 시스템, 및 이를 활용한 이차전지의 에이징 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이차전지의 저전압 발현 소요 시간을 예측하고, 이를 에이징 공정에 이용함으로써 불필요한 에이징 시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있고, 또한 불량 전지의 검출률을 높여 줄 수 있는 이차전지의 저전압 발현 소요 시간 예측 방법과 시스템, 및 이를 활용한 이차전지의 에이징 방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가하고 전기 자동차 등의 보급이 확대됨에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 높은 용량과 에너지 밀도를 갖는 리튬 이차전지에 대한 수요가 특히 높다.
일반적으로 리튬 이차전지는 음극, 양극 및 분리막으로 구성되는 전극 조립체를 제조하여 전지 케이스에 내장하고, 상기 전극 조립체에 전해액을 주입하여 제조하는데, 이와 같이 제조된 리튬 이차전지는 소정의 충방전을 실시하여 전지를 활성화시켜 주어야 전지로서 기능을 할 수 있게 되는 바, 이러한 공정을 포메이션(formation) 공정 또는 활성화 공정이라고 한다. 또한, 이차전지는 추가로 에이징(aging) 공정 및 불량 선별 공정을 거친 후에 출하되는데, 에이징 공정은 전해액이 전극의 빈 공간으로 들어가서 안정된 전해액 채널을 형성하도록 시간 여유를 주는 숙성 공정이다.
이차전지는 다공질의 절연 필름(분리막)에 의해 양극과 음극의 접촉이 방지되어 단락이 발생되지 않도록 제조되지만, 전지의 제조 공정 중에 여러 가지 원인에 의해 절연이 제대로 유지되지 않게 될 수 있고, 이에 따라 전지의 내부 단락이 발생할 수 있게 된다. 리튬이온 전지는 양극과 음극이 단락되면 발화, 폭발로 연결될 수 있고, 아주 미소하게 단락되어 있는 경우에도 이온이 이동하고 전류가 흐르게 되는데. 흔히 이러한 상태를 소프트 쇼트 또는 마이크로 쇼트(micro short)라고 한다.
소프트 쇼트에 의해 저전압 불량이 유발되는데, 소프트 쇼트 전지는 하드 쇼트 전지에 비해 그것이 발현하는데 상대적으로 오랜 시간이 걸리는 경우가 많으며, 또한 단락 상태나 정도 등에 따라 그것의 발현 시간이 상당히 차이가 나기도 한다.
최근 이차전지의 불량을 선별하기 위해 활성화 공정 시 이차전지의 저전압 불량을 선별하는 방식이 사용되고 있다. 그러나, 활성화 공정 시에는 정상으로 판정되었으나, 활성화 공정이 종료된 후 이차전지가 배터리 팩에 입고되는 시점까지의 보관 기간을 거치면서 추가적으로 이차전지의 불량이 발생할 수 있다. 또한, 저전압 불량으로 판정되어야 할 제품이 정상 제품으로 잘못 판정되어 배터리 팩에 함께 투입되는 문제가 발생할 수 있다. 특히, 소프트 쇼트에 의한 저전압 불량은 전지 제조 후 에이징 공정을 거쳐 전압 변동폭을 측정하여 선별해 내지만, 단기간 내에 이를 선별해 내기에는 어려움이 많으며, 소정 기간 내에 저전압 불량이 발현되지 않아 선별하지 못한다면 외부로 출하되어 사외 불량 발생으로 연결되게 된다.
종래의 불량 선별 공정에서는, 양품과 불량품의 전압 강하 차이 등을 활용하였지만, 저전압 발현 시간이 오래 걸리는 경우에는 불량을 제대로 검출해 낼 수 없는 문제가 있었다. 그렇다고 하여, 저전압 불량이 발현될 때까지 장기간 에이징 공정을 수행하는 것은 생산성을 저하시키게 되어 바람직하지 않다.
따라서, 저전압 발현 소요 시간을 예측할 수 있어 이를 에이징 단계, 특히 출하 에이징 단계에 활용한다면, 불필요한 에이징 시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있고, 또한 불량 검출률을 높여 불량 전지의 외부 출하를 미연에 방지할 수 있게 되어 바람직할 것이다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점 및 상황을 고려하여, 전지셀의 저전압 발현 소요 시간을 예측하는 방법 및 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 저전압 발현 소요 시간의 예측 방법을 이용함으로써 이차전지의 에이징 공정 기간을 단축하여 생산성을 향상시키고, 또한 불량 선별 공정에서 불량 검출률을 높여 줄 수 있는 이차전지의 에이징 방법을 제공하는 것을 추가의 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 출원의 발명자들은 여러 측면에서 다각도로 연구를 거듭한 끝에, 전지 셀을 냉동시킨 상태에서 측정한 냉동 저항이 전지 셀 내의 쇼트부만의 저항과 관련이 있다는 것을 찾아내고, 이에 기초하여 본 발명을 완성하게 된 것이다.
따라서, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지의 저전압 발현 소요 시간의 예측 방법은,
(a) 하기 단계(a-1) 내지 단계(a-3)를 포함하는, 누설 전류를 구하는 단계:
(a-1) 전지 셀의 전압을 입력하는 서브-단계;
(a-2) 상기 서브-단계(a-1)의 전에, 후에 또는 이와 병행하여, 전지 셀을 냉동시킨 상태에서 냉동 저항을 측정하는 서브-단계; 및
(a-3) 입력된 전압을 측정된 냉동 저항으로 나누어 누설 전류를 계산하는 서브-단계;
(b) 상기 단계(a)의 전에, 후에 또는 이와 병행하여 수행하는 하기 단계(b-1) 및 단계(b-2)를 포함하는, 방전 용량차를 구하는 단계:
(b-1) 저전압 불량을 선별하기 위한 전압 강하의 기준치를 설정하는 단계; 및
(b-2) 출하 전압과 이로부터 상기 기준치만큼 강하된 전압 간의 방전 용량차를 구하는 단계;
(c) 상기 방전 용량차를 상기 누설 전류로 나누어 저전압 발현 소요시간을 계산하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 서브-단계(a-2)에서의 냉동 저항은 전지 셀을 액체 질소 내에서 약 10 내지 30분 동안 보관한 후 측정하면 바람직하다.
구체적인 일 실시형태에서, 상기 서브-단계(b-2)에서의 방전 용량차는 정상 전지셀의 활성화 공정 중 만방전 전압 프로파일을 이용하여 구할 수 있다.
구체적인 일 실시형태에서, 상기 (a-1) 단계에서의 전압은, 출하 전압일 수 있다.
구체적인 일 실시형태에서, 상기 (a-1) 단계에서의 전압은, 에이징 공정을 시작하기 전의 OCV(Open circuit voltage)일 수 있다.
구체적인 일 실시형태에서, 상기 (a-1) 단계에서의 전압은, 출하 에이징 공정을 시작하기 전의 OCV(Open circuit voltage)일 수 있다.
구체적인 일 실시형태에서, 상기 (c)의 저전압 발현 소요시간은 하기 수학식 1 및 수학식 2에 의해 도출된다.
<수학식 1>
Il = Ei / Rf
(상기 식에서, Il는 누설 전류(A)를, Ei는 전압(V)을, Rf는 냉동 저항(Ω)을 나타낸다.)
<수학식 2>
T = Cd / Il
(상기 식에서는 T는 저전압 발현 소요시간(hr)을, Cd는방전 용량차(mAh)를, Il는 누설 전류(mA)를 나타낸다.)
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이차전지의 저전압 발현 소요 시간의 예측 시스템은,
계측부, 저장부 및 연산부를 포함하되,
상기 계측부는, 전지셀의 전압 측정부, 및 전지셀의 냉동 저항 측정부를 포함하고,
상기 저장부는, 전압값 저장부, 냉동 저항값 저장부, 및 저전압 불량의 전압 강하 기준치 저장부를 포함하며,
상기 연산부는, 누설전류 연산부, 방전 용량차 연산부, 및 전압강하 소요시간 연산부
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또다른 실시형태에 따른 이차전지의 에이징 방법은,
소정의 기간 동안 이차전지를 에이징하는 방법에 있어서, 상기 소정의 기간은 본 발명의 상기 예측방법을 이용하여 예측한 저전압 발현 소요시간과 동일하거나 이보다 긴 것을 특징으로 한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 저전압 불량을 검출하는 방법은, 상기 에이징 방법을 이용하여 에이징을 종료한 이후, 전지의 전압 또는 저항을 측정하여 저전압 불량을 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 예측방법을 이용하여 이차전지의 저전압 발현 소요 시간을 예측할 수 있고, 이를 에이징 공정에 이용함으로써 이차전지의 에이징 공정 기간을 단축하여 생산성을 향상시키고, 또한 불량 선별 공정에서 불량 검출률을 높여 불량 전지의 외부 출하를 미연에 방지할 수 있는 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지의 저전압 발현 소요 시간의 예측 방법의 바람직한 공정 순서의 일례를 나타낸 순서도이다.
도 2a는 정상 전지셀의 활성화 공정 중 만방전 전압 프로파일의 일례를 나타낸 차트이다.
도 2b는 도 2a의 그래프 중 회색으로 표시된 일부분을 확대한 차트이다.
도 3은 본 발명에 따른 이차전지의 저전압 발현 소요 시간의 예측 시스템의 바람직한 전체 구성을 나타낸 개략도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하면서 더욱 구체적으로 설명한다. 이하에서 기재하는 구체적인 사항이나 도면의 내용은 본 발명의 실시형태를 예시하는 것에 불과하므로, 본 발명은 이러한 기재 사항이나 내용에 한정되는 것으로 이해되어서는 아니될 것이다.
먼저, 본 발명에서 사용하는 용어에 대해 설명한다, 본 발명에서의 '출하 전압(V)'은 리튬 이차전지가 공장에서 생산되어 출하될 때의 초기 충전전압을 의미한다.
한편, 본 발명에서 “단계(a)”, “서브-단계(a-1)” 등에서와 같이 'a', 'a-1' 등의 용어를 사용하지만, 이들 용어는 공정 단계 등을 서로 구별하여 본 발명을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위하여 사용된 것임을 이해하여야 하며, 또한 이러한 용어들에 의해 본 발명의 범위가 부당하게 축소 해석되어서는 아니될 것이다.
본 발명은 그 양태의 하나로서 이차전지의 저전압 발현 소요 시간의 예측 방법을 제공하는 바, 본 예측 방법은 (a) 전지 셀의 누설 전류를 구하는 단계; (b) 전지 셀의 방전 용량차를 구하는 단계; 및 (c) 상기 방전 용량차를 상기 누설 전류로 나누어 저전압 발현 소요시간을 계산하는 단계를 포함하는 바, 상기 단계(a) 및 (b)는 그 순서에 구애됨이 없이 임의의 순서로 수행할 수 있으며, 또한 동시에 병행하여 수행할 수도 있다.
구체적으로, 상기 누설 전류를 구하는 단계(a)는, (a-1) 전지 셀의 전압을 입력하는 서브-단계; (a-2) 상기 단계의 전에, 후에 또는 이와 병행하여, 전지 셀을 냉동시킨 상태에서 냉동 저항을 측정하는 서브-단계; 및 (a-3) 상기 입력된 전압을 상기 측정된 냉동 저항으로 나누어 누설 전류를 계산하는 서브-단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 저전압 발현 소요 시간을 예측하는 방법은 기존의 불량 검출공정 시에 활용할 수 있으며, 최종 단계까지 불량 선별이 되지 않은 양품과 불량품의 선별이 어려운 만큼, 출하 에이징 공정의 진행 시에 본 발명의 저전압 발현 소요 시간을 예측하는 방법을 활용할 경우, 효율적으로 불량 전지를 선별할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에서 전지 셀의 전압을 입력하는 단계(a-1)의 전압은, 에이징 공정을 시작하기 전 측정한 전지의 OCV 일 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에서 전지 셀의 전압을 입력하는 단계(a-1)의 전압은, 출하 에이징 공정을 시작하기 전 측정한 전지의 OCV일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시에에서, 전지 셀의 전압을 측정하는 대신, 제조 공정의 레시피에 따라 기 설정된 출하 전압을 입력할 수도 있다.
상기 방전 용량차를 구하는 단계(b)는, (b-1) 저전압 불량을 선별하기 위한 전압 강하의 기준치를 설정하는 단계; 및 (b-2) 측정된 전압과 이로부터 상기 기준치만큼 강하된 전압 간의 방전 용량차를 구하는 단계를 포함할 수 있다. 방전 용량차는 정상 셀의 방전 전압 프로파일을 활용하여 구할 수 있으며, 정상 셀의 방전 전압 프로파일의 일례를 도 2a, 2b에 도시하였다.
본 발명에 따른 이차전지의 저전압 발현 소요 시간의 예측 방법의 바람직한 공정 순서의 일례가 도 1에 순서도로서 도시되어 있는 바, 이를 참조하면, 전지 셀의 전압 및 냉동 저항을 측정하고(S10, S20), 입력된 전압과 측정된 냉동 저항을 하기 수학식 1에 대입하여 누설 전류를 구하는 한편(S30), 저전압 불량을 선별하기 위한 전압 강하의 기준치를 설정하고(S40), 이 기준치만큼 강하된 전압과 입력된 전압 간의 방전 용량차를 구한다(S50). 이와 같이 누설 전류와 방전 용량차를 구한 다음, 하기 수학식 2에 의해 저전압 발현 소요 시간을 구한다(S60).
<수학식 1>
Il = Ei / Rf
(상기 식에서, Il는 누설 전류(A)를, Ei는 전압(V)을, Rf는 냉동 저항(Ω)을 나타낸다.)
<수학식 2>
T = Cd / Il
(상기 식에서는 T는 저전압 발현 소요시간(hr)을, Cd는 방전 용량차(mAh)를, Il는 누설 전류(mA)를 나타낸다.)
상기 서브-단계(a-2)에서는 전지 셀을 냉동시켜 저항을 측정하는 바, 이는 셀 내부의 쇼트부만의 저항을 측정하기 위한 것이다. 전지 셀을 냉동시킨 상태에서 저항을 측정하게 되면, 양품 셀의 경우 전해액의 이온전도도가 거의 zero 상태가 되어 절연체의 물성을 보이기 때문에, 저항이 overflow되고, 만약 금속 이물에 의해 분리막 내부 쇼트가 있을 경우 양/음극 사이에 저항체가 형성되어 전도체의 물성을 보이기 때문에, 측정된 저항값은 실질적으로 셀 내의 쇼트 부분의 저항으로 볼 수 있는 것이다.
구체적인 일 실시형태에서, 상기 서브-단계(a-2)에서의 냉동 저항은 전지 셀을 액체 질소 내에서 약 10 내지 30분 동안, 바람직하게는 15 내지 25분 동안, 가장 바람직하게는 양품 셀 냉동 후 저항 값이 오버플로우(overflow)되는 시간 동안 보관한 후 측정할 수 있다. 상기 보관 시간이 10분 미만이면, 셀이 충분히 냉동되지 않아 바람직하지 않을 수 있으나, 셀의 종류에 따라 냉동시간은 적절한 값으로 선택할 수 있다.
상기 서브-단계(b-1)에서의 저전압 불량의 선별 기준은 품질 관리 기준에 따라 다를 수 있으며, 기준 스펙(spec) 이상의 전압 강하가 일어난다면 저전압 불량으로 보아 선별하여 제거하는 것이 바람직하다.
상기 서브-단계(b-2)에서 구하는 방전 용량차는 출하 전압과 이로부터 저전압 불량으로 보는 값만큼 강하된 전압 사이의 방전 용량 차를 의미하는 것으로, 정상 전지셀의 만방전 전압 프로파일을 이용하여 구할 수 있다.
도 2a, 2b는 정상 전지셀의 만방전 전압 프로파일의 일례를 나타낸 차트이다. 이 차트에서 전압이 A 지점에서 B 지점으로 강하되는 경우, 두 전압에서의 방전용량 차(mAh)를 구하고, 이를 상기 수학식 1에 의해 계산된 누설전류(mA)로 나누면 전압 강하 소요시간을 구할 수 있다.
또한, 본 발명은 다른 양태의 하나로서 이차전지의 저전압 발현 소요 시간의 예측 시스템을 제공하는 바, 본 예측 시스템의 바람직한 전체 구성이 도 3에 개략적으로 도시되어 있는 바, 이를 참조하면, 본 발명의 예측 시스템은 계측부(100), 저장부(200) 및 연산부(300)를 포함한다.
상기 계측부(100)는, 전지 셀의 출하 전압을 측정하기 위한 전압 측정부(110), 및 전지 셀을 냉동시킨 상태에서 냉동 저항을 측정하기 위한 냉동 저항 측정부(120)를 포함하고, 상기 저장부(200)는, 측정된 출하 전압을 저장하기 위한 전압값 저장부(210), 측정된 냉동 저항을 저장하기 위한 냉동 저항값 저장부(220), 및 저전압 불량을 선별하기 위해 설정된 전압 강하의 기준치를 저장하기 위한 전압 강하 기준치 저장부(230)를 포함하며, 상기 연산부(300)는, 측정된 출하 전압 및 측정된 냉동 저항을 이용하여 누설 전류를 산출하는 누설전류 연산부(310), 출하 전압과 이로부터 상기 기준치만큼 강하된 전압 간의 방전 용량차를 산출하기 위한 방전 용량차 연산부(320), 및 상기 방전 용량차 및 상기 누설 전류를 이용하여 저전압 발현 소요시간을 산출하는 전압강하 소요시간 연산부(330)를 포함한다.
본 발명은 또한 다른 양태의 하나로서 이차전지의 에이징 방법을 제공하는 바, 본 에이징 방법은 소정의 기간 동안 이차전지를 에이징하는 방법에 있어서, 상기 소정의 기간은 본 발명의 상기 예측방법을 이용하여 예측한 저전압 발현 소요시간과 같거나 이보다 길게 하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기간 동안 행하여 에이징 공정을 완료되면 전압, 저항 등을 측정하여 저전압과 같은 불량 전지를 선별해 내면 된다.
한편, 본 발명에서 수행하는 에이징 방법 그 자체는 당업계에 공지되어 있으며, 공지된 구체적인 방법이나 조건 중에서 특별히 제한 없이 채용하여 적용할 수 있는 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 에이징 방법에서는, 이차전지의 저전압 발현 소요 기간을 사전에 예측하고, 예측된 기간과 거의 동일하거나 이보다 조금 긴 시간 동안 에이징 공정을 수행함으로써, 저전압 발현 기간이 상대적으로 짧은 경우, 불필요한 에이징 공정 기간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있고, 또한 저전압 발현 기간이 상대적으로 긴 경우, 후속의 불량 선별 공정에서 불량 전지가 선별되지 않고 외부로 출하되는 것을 미연에 방지하여 출하후 불량 발생을 방지해 줄 수 있는 효과를 나타낸다.
이와 같은 효과는 리튬이온 전지가 다른 전지에 비해 상대적으로 긴 화성(formation & aging) 기간을 필요로 하는 점에 비추어 볼 때 그 기술적 의미가 매우 크다고 할 것이다.
한편, 이상에서 바람직한 실시형태나 구체적인 예를 들면서 본 발명을 상세히 설명하였지만, 본 발명은 이러한 내용으로 한정되지 않음은 물론이며, 또한 상기한 내용에 기초하여 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 여러 가지 다른 형태로의 변형, 구성요소 등의 대체, 추가적인 구성요소의 부가 등을 할 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다.
100: 계측부
110: 전압 측정부
120: 냉동 저항 측정부
200: 저장부
210: 전압값 저장부
220: 냉동 저항값 저장부
230: 전압 강하 기준치 저장부
300: 연산부
310: 누설전류 연산부
320: 방전 용량차 연산부
330: 전압강하 소요시간 연산부

Claims (10)

  1. 이차전지의 저전압 발현 소요 시간을 예측하는 방법으로서,
    (a) 하기 단계(a-1) 내지 단계(a-3)를 포함하는, 누설 전류를 구하는 단계:
    (a-1) 전지 셀의 전압을 입력하는 서브-단계;
    (a-2) 상기 서브-단계(a-1)의 전에, 후에 또는 이와 병행하여, 전지 셀을 냉동시킨 상태에서 냉동 저항을 측정하는 서브-단계; 및
    (a-3) 입력된 전압을 측정된 냉동 저항으로 나누어 누설 전류를 계산하는 서브-단계;
    (b) 상기 단계(a)의 전에, 후에 또는 이와 병행하여 수행하는 하기 단계(b-1) 및 단계(b-2)를 포함하는, 방전 용량차를 구하는 단계:
    (b-1) 저전압 불량을 선별하기 위한 전압 강하의 기준치를 설정하는 단계; 및
    (b-2) 입력된 전압과 이로부터 상기 기준치만큼 강하된 전압 간의 방전 용량차를 구하는 단계;
    (c) 상기 방전 용량차를 상기 누설 전류로 나누어 저전압 발현 소요시간을 계산하는 단계
    를 포함하고,
    상기 (a-1) 단계에서의 전압은, 에이징 공정을 시작하기 전의 OCV(Open circuit voltage)이고,
    상기 서브-단계(a-2)에서의 냉동 저항은 전지 셀을 액체 질소 내에서 10분 내지 30분 동안 보관한 후 측정하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 저전압 발현 소요 시간의 예측방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브-단계(b-2)에서의 방전 용량차는 정상 전지셀의 활성화 공정 중 만방전 전압 프로파일을 이용하여 구하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 저전압 발현 소요 시간의 예측방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a-1) 단계에서의 전압은, 출하 전압인 것을 특징으로 하는 이차전지의 저전압 발현 소요 시간의 예측방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 에이징 공정은 출하 에이징 공정인 것을 특징으로 하는 이차전지의 저전압 발현 소요 시간의 예측방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c)의 저전압 발현 소요시간은 하기 수학식 1 및 수학식 2에 의해 도출되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 저전압 발현 소요 시간의 예측방법.
    <수학식 1>
    Il = Ei / Rf
    (상기 식에서, Il는 누설 전류(A)를, Ei는 전압(V)을, Rf는 냉동 저항(Ω)을 나타낸다.)

    <수학식 2>
    T = Cd / Il
    (상기 식에서는 T는 저전압 발현 소요시간(hr)을, Cd는방전 용량차(mAh)를, Il는 누설 전류(mA)를 나타낸다.)
  8. 삭제
  9. 소정의 기간 동안 이차전지를 에이징하는 방법에 있어서,
    상기 소정의 기간은 제 1 항에 기재된 이차전지의 저전압 발현 소요 시간의 예측방법을 이용하여 예측한 저전압 발현 소요시간과 동일하거나 이보다 긴 것을 특징으로 이차전지의 에이징 방법.

  10. 삭제
KR1020180025531A 2018-03-05 2018-03-05 이차전지의 저전압 발현 소요 시간을 예측하는 방법과 시스템, 및 이를 활용한 이차전지의 에이징 방법 KR102070589B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180025531A KR102070589B1 (ko) 2018-03-05 2018-03-05 이차전지의 저전압 발현 소요 시간을 예측하는 방법과 시스템, 및 이를 활용한 이차전지의 에이징 방법
US16/288,842 US10502794B2 (en) 2018-03-05 2019-02-28 Method and system for predicting the time required for low voltage expression of a secondary battery, and aging method of the secondary battery using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180025531A KR102070589B1 (ko) 2018-03-05 2018-03-05 이차전지의 저전압 발현 소요 시간을 예측하는 방법과 시스템, 및 이를 활용한 이차전지의 에이징 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190105251A KR20190105251A (ko) 2019-09-17
KR102070589B1 true KR102070589B1 (ko) 2020-01-29

Family

ID=67768572

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180025531A KR102070589B1 (ko) 2018-03-05 2018-03-05 이차전지의 저전압 발현 소요 시간을 예측하는 방법과 시스템, 및 이를 활용한 이차전지의 에이징 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10502794B2 (ko)
KR (1) KR102070589B1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110687467A (zh) * 2019-11-13 2020-01-14 珠海冠宇电池有限公司 一种锂电池漏电流的检测方法
CN111426909B (zh) * 2020-04-02 2022-04-19 江苏能电科技有限公司 电缆老化检测方法、装置、计算机设备及存储介质
CN111679201B (zh) * 2020-06-30 2022-06-14 重庆长安新能源汽车科技有限公司 一种动力电池包内短路的检测方法
US11656287B2 (en) 2020-11-05 2023-05-23 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery defect screening device and method
KR102638015B1 (ko) * 2020-11-05 2024-02-20 삼성에스디아이 주식회사 전지 불량 선별 장치 및 방법
CN112748349B (zh) * 2020-12-30 2023-01-06 广汽埃安新能源汽车有限公司 电池漏液判定方法、装置、电子设备及存储介质
CN113118056A (zh) * 2021-04-16 2021-07-16 奇瑞商用车（安徽）有限公司 一种锂电池梯次利用筛选方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003045500A (ja) 2001-07-26 2003-02-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池の検査方法および検査装置
JP2011069775A (ja) * 2009-09-28 2011-04-07 Nissan Motor Co Ltd 二次電池検査方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5541489A (en) * 1994-12-15 1996-07-30 Intel Corporation Smart battery power availability feature based on battery-specific characteristics
JP2000133319A (ja) * 1998-10-23 2000-05-12 Toshiba Battery Co Ltd アルカリ二次電池の検査方法
US6359419B1 (en) 2000-12-27 2002-03-19 General Motors Corporation Quasi-adaptive method for determining a battery's state of charge
JP2002243813A (ja) 2001-02-16 2002-08-28 Nissan Motor Co Ltd 二次電池の電池容量劣化演算装置
US20060122655A1 (en) * 2004-12-02 2006-06-08 Wilson Greatbatch High-energy battery power source with low internal self-discharge for implantable medical use
JP5172579B2 (ja) 2008-10-02 2013-03-27 パナソニック株式会社 円筒形電池の検査方法
JP2010086885A (ja) * 2008-10-02 2010-04-15 Sr:Kk 使用済み電池の保管容器
KR101161511B1 (ko) 2010-08-02 2012-06-29 한국전력공사 전력 품질 측정 장치 및 이를 이용한 순간전압강하 평가 방법
JP5746856B2 (ja) 2010-12-24 2015-07-08 日立オートモティブシステムズ株式会社 バッテリーモジュールの製造方法
KR20130021991A (ko) * 2011-08-24 2013-03-06 현대모비스 주식회사 군집화 기법을 이용한 차량용 배터리의 방전시간을 예측하는 장치 및 그 방법
JP2014063628A (ja) 2012-09-21 2014-04-10 Jfe Steel Corp バッテリー電源の劣化予兆検知方法および装置
CN103197196A (zh) * 2013-04-08 2013-07-10 内蒙古稀奥科镍氢动力电池有限公司 一种低温检测电池微短路的方法
KR101802002B1 (ko) * 2013-10-30 2017-11-27 주식회사 엘지화학 이차전지 저전압 불량률 조기 감지 시스템 및 그 방법
KR101800050B1 (ko) 2013-10-30 2017-11-21 주식회사 엘지화학 이차전지 저전압 불량 조기 감지 시스템 및 그 방법
KR102009636B1 (ko) 2013-11-29 2019-08-13 한국전지연구조합 셀의 성능 측정방법
JP2016090399A (ja) 2014-11-05 2016-05-23 日本電信電話株式会社 短絡検出方法、短絡検出システムおよび短絡電流値算出方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003045500A (ja) 2001-07-26 2003-02-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池の検査方法および検査装置
JP2011069775A (ja) * 2009-09-28 2011-04-07 Nissan Motor Co Ltd 二次電池検査方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10502794B2 (en) 2019-12-10
US20190271746A1 (en) 2019-09-05
KR20190105251A (ko) 2019-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102070589B1 (ko) 이차전지의 저전압 발현 소요 시간을 예측하는 방법과 시스템, 및 이를 활용한 이차전지의 에이징 방법
US11940501B2 (en) Method and apparatus for diagnosing low voltage of secondary battery cell
US20200209313A1 (en) Apparatus and method for detecting battery cell failure due to unknown discharge current
KR101288647B1 (ko) 2 차 배터리 테스트기, 2 차 배터리 테스트 방법 및 2 차 배터리 제조 방법
CN108160531B (zh) 一种电池自放电分选方法
KR101802002B1 (ko) 이차전지 저전압 불량률 조기 감지 시스템 및 그 방법
KR101779245B1 (ko) 이차 전지의 불량 검출 시스템 및 검출 방법
JP6090093B2 (ja) 二次電池の検査方法及び検査装置
KR101800050B1 (ko) 이차전지 저전압 불량 조기 감지 시스템 및 그 방법
KR101769182B1 (ko) 이차 전지의 전해액 함침 불량을 검출하는 방법
JP2018190706A (ja) バッテリセルの半製品を試験する方法
US11609260B2 (en) Method for inspecting insulation of a secondary battery
JP6044835B2 (ja) 二次電池の検査方法および検査装置
US20220278540A1 (en) Battery charge and discharge control device and method
KR102043645B1 (ko) 이차전지의 불량 검출을 위한 저전압 발현 수준 연산 시스템 및 검출 방법
JP5880972B2 (ja) 二次電池の検査方法
JP6760213B2 (ja) 二次電池の製造方法
KR102649550B1 (ko) 전기화학 임피던스 분광법을 활용한 배터리 화성 공정
JP7501546B2 (ja) バッテリ検査方法およびバッテリ検査システム
US20240241188A1 (en) Apparatus and method for detecting defective battery cell
JP5928815B2 (ja) 非水電解質二次電池の製造方法
KR20230107023A (ko) 저전압 불량 검출방법 및 이에 따른 저전압 불량 검출시스템
JP2024068875A (ja) 全固体電池の検査方法
JP2005108952A (ja) 電気二重層コンデンサの検査方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant