KR20160133382A - 3 전극 셀 제작 키트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상호 대향하게 일정거리 이격 배치된 제1 지그 및 제2 지그; 상기 제1 지그와 상기 제2 지그의 내측면에 각각 마련되고 극성이 서로 반대인 제1 전극부재 및 제2 전극부재; 상기 제1 전극부재와 상기 제2 전극부재 위에 각각 라미네이션된 제1 분리막 및 제2 분리막; 상기 제1 지그와 상기 제2 지그가 상호 벌어진 상태를 유지하도록 지지하는 탄성부재; 및 상기 탄성부재의 지지 작용에 의해 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막 사이에 형성된 간극에 삽입되는 제3 전극부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3 전극 셀 제작 키트를 개시한다.

Description

3 전극 셀 제작 키트{THREE ELECTRODE CELL FABRICATION KIT}

본 발명은 3 전극 셀 제작 키트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전지 실험을 위한 3 전극 셀의 제작 시 셀 내부에 전극을 삽입하는 구조가 개선된 3 전극 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 전지에 대한 특성 실험이 바람직하게 요구된다.

일반적으로, 전지의 개발, 제조된 전지의 성능 확인 등을 목적으로 전지의 전극전위(electrode potential)를 측정한다. 전극전위의 측정에는 기준전극(reference electrode), 작업전극(working electrode) 및 보조전극(potential electrode)으로 구성된 3 전극계 전극전위 측정방법이 주로 사용되고 있다. 이와 관련된 기술은 특허문헌 1에 게재되어 있다.

특허문헌 1은 젤리-롤의 양극과 음극의 전위차를 정확하기 측정하기 위한 3전극계 전압 측정지그로서, 장착부, 양극 측정부, 음극 측정부 및 기준전극 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3전극계 전압 측정지그를 개시하고 있다.

한편, 통상적으로 3 전극 셀은 이미 제작된 셀에 리튬 메탈(Li metal)을 삽입함으로써 제작되는데, 이러한 제작 기술은 셀 내부에 리튬 메탈을 삽입하는 작업이 어려울 뿐만 아니라 셀을 이루는 전극 표면에 손상이 많이 발생하는 문제가 있으므로 이에 대한 개선이 요구된다.

특허문헌 1: 한국공개특허공보 제2013-0128030호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 3 전극 셀의 제작 시 셀의 손상을 방지할 수 있도록 전극을 편리하고 안전하게 삽입할 수 있는 구조를 가진 3 전극 셀 제작 키트를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 상호 대향하게 일정거리 이격 배치된 제1 지그 및 제2 지그; 상기 제1 지그와 상기 제2 지그의 내측면에 각각 마련되고 극성이 서로 반대인 제1 전극부재 및 제2 전극부재; 상기 제1 전극부재와 상기 제2 전극부재 위에 각각 라미네이션된 제1 분리막 및 제2 분리막; 상기 제1 지그와 상기 제2 지그가 상호 벌어진 상태를 유지하도록 지지하는 탄성부재; 및 상기 탄성부재의 지지 작용에 의해 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막 사이에 형성된 간극에 삽입되는 제3 전극부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3 전극 셀 제작 키트를 제공한다.

상기 탄성부재는 상기 제1 지그와 상기 제2 지그를 서로 이격시키는 방향으로 탄성 바이어스하도록 설치된 코일 스프링인 것이 바람직하다.

상기 코일 스프링은 상기 제1 전극부재와 상기 제2 전극부재의 전극쌍을 사이에 두고 양편에 대칭되게 배치되고, 상기 코일 스프링의 양단은 각각 상기 제1 지그와 상기 제2 지그에 연결될 수 있다.

상기 제3 전극부재는 리튬 메탈인 것이 바람직하다.

상기 제1 전극부재는 구리 포일과 상기 구리 포일에 단면 코팅된 음극 활물질층을 구비하고, 상기 제2 전극부재는 알루미늄 포일과 상기 알루미늄 포일에 단면 코팅된 양극 활물질층을 구비할 수 있다.

상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막에 있어서, 상기 음극 활물질층과 상기 양극 활물질층을 향하는 면에는 세라믹 코팅층이 존재하고 그 반대면에는 세라믹 코팅층이 존재하지 않는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 3 전극 셀 제작 키트는 상기 제1 지그 및 상기 제2 지그의 외부를 감싸서 밀봉하는 알루미늄 파우치;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 지그 및 탄성부재의 어셈블리에 의해 일정 간극을 유지하는 셀 전극들 사이에 리튬 메탈 등과 같은 전극이 삽입되는 구조에 의해 셀에 대한 손상이 방지될 수 있다.

또한, 지그에 대한 탄성부재의 지지 작용에 의해 벌어진 상태를 유지하는 셀 내부에 리튬 메탈 등의 전극을 삽입하도록 구성되므로 편리하게 3 전극 셀을 제작할 수 있는 장점이 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 3 전극 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 3 전극 셀 제작 키트의 구성을 도시한 단면도이며, 도 2는 도 1의 일부 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3 전극 셀 제작 키트는 상호 대향하게 이격 배치된 제1 지그(100) 및 제2 지그(101)와, 제1 지그(100)와 제2 지그(101)의 내측면에 각각 구비된 제1 전극부재(102) 및 제2 전극부재(103)와, 제1 전극부재(102)와 제2 전극부재(103)에 각각 라미네이션(Lamination)된 제1 분리막(104) 및 제2 분리막(106)과, 제1 지그(100)와 제2 지그(101) 사이에 개재된 탄성부재(108)와, 탄성부재(108)의 지지 작용에 의해 상기 제1 분리막(104)과 상기 제2 분리막(106) 사이에 형성된 간극(G)에 삽입되는 제3 전극부재(109)를 포함한다.

제1 지그(100)와 제2 지그(101)는 각각 플레이트 구조로 형성되어 판상의 전극부재들(102,103)을 지지한다. 제1 지그(100)와 제2 지그(101)는 상호 대향하고 미리 정해진 일정거리만큼 서로 이격되도록 배치된다.

제1 전극부재(102)는 일면이 제1 지그(100)의 안쪽면에 고정되는 구리 포일(102a)과, 구리 포일(102a)의 타면에 단면 코팅된 음극 활물질층(102b)을 구비하여 이차전지 셀의 음극을 제공한다.

제2 전극부재(103)는 제1 전극부재(102)와는 반대의 극성을 갖는 것으로서, 일면이 제1 지그(100)의 안쪽면에 고정되는 알루미늄 포일(103a)과, 알루미늄 포일(103a)의 타면에 단면 코팅된 양극 활물질층(103b)을 구비하여 이차전지 셀의 양극을 제공한다.

제1 분리막(104)과 제2 분리막(106)은 각각 제1 전극부재(102)와 제2 전극부재(103) 위에 라미네이션된다. 제1 분리막(104) 및 상기 제2 분리막(106)에 있어서, 음극 활물질층(102b)과 양극 활물질층(103b)을 향하는 면에는 세라믹 코팅층(105,107)이 존재하고 그 반대면에는 세라믹 코팅층이 존재하지 않는 것이 표면 손상 방지 측면에서 바람직하다. 여기서, 세라믹 코팅층(105,107)은 공지의 안전성강화분리막(Safety-reinforcing separators, SRS) 코팅 기술에 의해 제공되는 것이 바람직하다. SRS 기술은 예컨대, 폴리올레핀 계열 소재의 분리막 원단에 세라믹층을 코팅해 열적, 기계적 강도를 현저히 향상시켜 내부단락 등을 방지하는 기술이다.

탄성부재(108)는 제1 지그(100)와 제2 지그(101)를 서로 이격시키는 방향으로 탄성 바이어스하는 역할을 하는 것으로서, 바람직하게 코일 스프링의 구조로 이루어진다. 탄성부재(108)는 제1 전극부재(102)와 제2 전극부재(103)의 전극쌍을 사이에 두고 좌우 양편에 대칭되게 배치된다. 탄성부재(108)를 이루어는 코일 스프링의 양단은 각각 제1 지그(100)와 제2 지그(101)에 연결되어 제1 지그(100)와 제2 지그(101)가 상호 벌어진 상태를 유지하도록 지지한다. 제1 지그(100)와 제2 지그(101)가 상호 벌어진 상태를 유지함에 따라 제1 분리막(104)과 상기 제2 분리막(106) 사이에는 간극(G)이 형성된다.

제3 전극부재(109)는 제1 분리막(104)과 상기 제2 분리막(106) 사이의 간극(G)에 삽입되어 제1 전극부재(102) 및 제2 전극부재(103)와 함께 3 전극 셀 구조를 이룬다. 제3 전극부재(109)로는 리튬 메탈이 채용되는 것이 바람직하다. 대안으로, 제3 전극부재(109)로는 주석(Sn), 리튬티탄산화물(LTO) 또는 백금(Pt) 등이 채용되는 것도 가능하다.

3 전극 셀 제작 키트는 셀이 외부 공기와 접촉하는 것을 차단하도록 전체적으로 알루미늄 파우치(110)에 의해 밀봉되는 것이 바람직하다. 이때, 알루미늄 파우치(110)는 제1 지그(100) 및 상기 제2 지그(101)의 전체 외부를 긴밀히 감싸서 밀봉하고, 3 전극에 각각 대응되는 소정의 리드부는 알루미늄 파우치(110)의 외부로 인출될 수 있다.

상기와 같은 구성을 가진 3 전극 셀 제작 키트는, 바람직하게 리튬 메탈에 해당하는 제3 전극부재(109)를 제1 분리막(104)과 상기 제2 분리막(106) 사이의 간극(G)에 삽입함으로써 편리하게 3 전극 셀을 제작할 수 있다.

제1 분리막(104)과 상기 제2 분리막(106)은 제1 지그(100)와 제2 지그(101)에 고정된 제1 전극부재(102)와 제2 전극부재(103)에 각각 라미네이션 되므로, 제1 전극부재(102)와 제2 전극부재(103) 사이에는 두 장의 분리막(104,106)이 존재하게 된다.

또한, 제1 지그(100)와 제2 지그(101)는 탄성부재(108)에 의해 상호 벌어진 상태를 유지하므로, 제1 분리막(104)과 상기 제2 분리막(106) 사이에는 정해진 치수의 간극(G)이 형성된다.

제3 전극부재(109)는 제1 분리막(104)과 상기 제2 분리막(106) 사이의 간극(G)에 삽입됨으로써 용이하게 셀 사이에 배치될 수 있다. 이와 같이 제3 전극부재(109)의 삽입이 원활히 이루어짐에 따라 셀에 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.

100: 제1 지그 101: 제2 지그
102: 제1 전극부재 103: 제2 전극부재
104: 제1 분리막 106: 제2 분리막
105,107: 세라믹 코팅층 108: 탄성부재
109: 제3 전극부재 110: 알루미늄 파우치
G: 간극

Claims (7)

1. 3 전극 셀 제작 키트에 있어서,
   상호 대향하게 일정거리 이격 배치된 제1 지그 및 제2 지그;
   상기 제1 지그와 상기 제2 지그의 내측면에 각각 마련되고 극성이 서로 반대인 제1 전극부재 및 제2 전극부재;
   상기 제1 전극부재와 상기 제2 전극부재 위에 각각 라미네이션된 제1 분리막 및 제2 분리막;
   상기 제1 지그와 상기 제2 지그가 상호 벌어진 상태를 유지하도록 지지하는 탄성부재; 및
   상기 탄성부재의 지지 작용에 의해 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막 사이에 형성된 간극에 삽입되는 제3 전극부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3 전극 셀 제작 키트.
2. 제1항에 있어서,
   상기 탄성부재는 상기 제1 지그와 상기 제2 지그를 서로 이격시키는 방향으로 탄성 바이어스하도록 설치된 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 3 전극 셀 제작 키트.
3. 제2항에 있어서,
   상기 코일 스프링은 상기 제1 전극부재와 상기 제2 전극부재의 전극쌍을 사이에 두고 양편에 대칭되게 배치되고,
   상기 코일 스프링의 양단은 각각 상기 제1 지그와 상기 제2 지그에 연결된 것을 특징으로 하는 3 전극 셀 제작 키트.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제3 전극부재는 리튬 메탈인 것을 특징으로 하는 3 전극 셀 제작 키트.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 전극부재는 구리 포일과 상기 구리 포일에 단면 코팅된 음극 활물질층을 구비하고,
   상기 제2 전극부재는 알루미늄 포일과 상기 알루미늄 포일에 단면 코팅된 양극 활물질층을 구비한 것을 특징으로 하는 3 전극 셀 제작 키트.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막에 있어서, 상기 음극 활물질층과 상기 양극 활물질층을 향하는 면에는 세라믹 코팅층이 존재하고 그 반대면에는 세라믹 코팅층이 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 3 전극 셀 제작 키트.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 지그 및 상기 제2 지그의 외부를 감싸서 밀봉하는 알루미늄 파우치;를 더 포함하는 3 전극 셀 제작 키트.

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