JP7776210B2 - 分離膜の熱収縮率評価装置および評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、２０２２年９月２２日付で韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０－２０２２－０１１９７１５号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本発明に含まれる。

本発明は、電池の基礎素材の一つである分離膜の熱収縮率を容易に評価できる分離膜の熱収縮率評価装置および評価方法に関する。

一般的に、分離膜は、電池エネルギーを蓄える電池の基礎素材の一つである。このような分離膜は、正極と負極との間に位置して物理的に両極の接触を遮断し、サイズの小さいリチウムイオンのみ選別的に通過させて電気エネルギーを安全に用いるのに欠かせない。

最近、大容量の電池を用いた車両および設備で火災が発生することがあり、その安定性がさらに重要になっている。これによって、分離膜の安全基準も強化されている。

前記分離膜の安定性を評価する項目の一つである分離膜の熱収縮率評価項目は、分離膜が熱によって収縮する程度を評価する方法である。

具体的には、従来の熱収縮率の測定方法は、特定の温度と時間で分離膜試料を収縮させた後、作業者が定規（Ｒｕｌｅｒ）を用いて収縮した程度を直接測定している。

しかし、前記のような従来の熱収縮率評価法は、単純に分離膜試料の長さを測る概念で正確度と信頼度が低下し、評価速度が非常に遅いという短所がある。特に、分離膜試料が収縮した後には、内角が９０゜の四角形態を保持できない場合、収縮率を測定するのに困難がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためのものであって、分離膜の熱収縮率を容易に評価できる分離膜の熱収縮率評価装置および評価方法を提供することを目的とする。

上記の目的を実現するための、本発明による分離膜の熱収縮率評価装置は、評価対象の分離膜試料が置かれる据置台と、前記分離膜試料の上面または底面の少なくとも一方の面に向かって光を照射する照明部と、前記分離膜試料を撮影する撮影部と、前記撮影部で撮影されたイメージを介して、前記分離膜試料の第１及び第２方向別の長さを測定した測定値を熱収縮する前の基準値と比較して、前記分離膜試料の収縮の程度を判断する評価部と、を含むことができる。

この場合、前記分離膜試料は、前記分離膜試料の枠境界を示す複数の点のうち四角形を構成する少なくとも４個の基準点が設定されたことを含むことができる。

また、前記分離膜試料は、四角形状に形成され、前記基準点は、前記分離膜試料の頂点であってもよい。

また、前記評価部は、前記４個の基準点のうち前記分離膜試料の平面中心部から前記第２方向であるＹ軸方向に最も近接して配置された２個の基準点を選択し、前記選択された２個の基準点をそれぞれ通る平行な仮想の水平線を形成して、前記仮想の水平線間の範囲で前記第１方向であるＸ軸方向の分離膜試料の長さを測定できるように設定される第１測定範囲と、前記４個の基準点のうち前記分離膜試料の平面中心部から前記Ｘ軸方向に最も近接して配置された２個の基準点を選択し、前記選択された２個の基準点をそれぞれ通る平行な仮想の垂直線を形成して、前記仮想の垂直線間の範囲で前記Ｙ軸方向の分離膜試料の長さを測定できるように設定される第２測定範囲と、において前記分離膜試料の収縮の程度を判断するものであることができる。

また、前記評価部は、前記第１測定範囲および第２測定範囲内で測定される複数の長さのうち最も短い長さを測定値として選択することができる。

また、前記評価部は、前記撮影されたイメージの明るさまたはグレースケールの差を利用して前記分離膜試料を認識することができる。

また、前記照明部は、前記据置台の下側に備えられ、前記分離膜試料の底面に向かって光を照射する第１照明部と、前記据置台の上側に備えられ、前記分離膜試料の上面に向かって光を照射する第２照明部と、を含むことができる。

また、前記第１照明部は、前記据置台の内部に一体に挿入されて、前記据置台の全面積に向かって光を照射することができる。

また、前記撮影部は、前記据置台の上側に備えられる。

一方、本発明による分離膜の熱収縮率評価方法は、評価対象の分離膜試料を所定寸法の基準値で裁断し、前記裁断された分離膜試料の上面に少なくとも４個の基準点を設定する第１ステップと、前記分離膜試料を所定温度で所定時間熱を加えて収縮させる第２ステップと、前記収縮した分離膜試料を据置台の上面に載せた後、前記分離膜試料のイメージを撮影する第３ステップと、前記撮影されたイメージに基づいて、前記４個の基準点のうち前記分離膜試料の平面中心部からＹ軸方向に最も近接して配置された２個の前記基準点を選択し、前記選択された２個の基準点をそれぞれ通る平行な仮想の水平線を形成して、前記仮想の水平線間の範囲で前記Ｘ軸方向の前記分離膜試料の長さを測定する第４ステップと、前記撮影されたイメージに基づいて、前記４個の基準点のうち前記分離膜試料の平面中心部から前記Ｘ軸方向に最も近接して配置された２個の前記基準点を選択し、前記選択された２個の基準点をそれぞれ通る平行な仮想の垂直線を形成して、前記仮想の垂直線間の範囲で前記Ｙ軸方向の前記分離膜試料の長さを測定する第５ステップと、前記測定されたＸ、Ｙ軸方向の長さ測定値を基準値と比較して、熱収縮率を計算する第６ステップと、を含むことができる。

この場合、前記第４ステップおよび前記第５ステップにおいて、前記測定されたＸ、Ｙ軸方向の長さのうち最も短い長さを測定値として選択することができる。

以上のような構成の本発明による分離膜の熱収縮率評価装置および評価方法は、好ましくは四角形状を構成する分離膜試料に設定された４個の基準点を基準としてＸ、Ｙ軸方向に第１、第２測定範囲をそれぞれ設定し、その測定範囲内で分離膜試料の最も短い長さをそれぞれ測定した測定値を基準値と比較する方式により、熱収縮率を測定することで、より正確なデータを得ることができるという長所がある。

本発明による分離膜の熱収縮率評価装置を示す全体概略図である。 本発明による分離膜の熱収縮率評価装置の概略斜視図である。 本発明による熱収縮する前と後の分離膜試料を示す平面図である。 本発明による評価部で分離膜試料のＸ軸方向の収縮率を測定する原理を示す図である。 本発明による評価部で分離膜試料のＸ軸方向の収縮率を測定する原理を示す図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の具体的な実施例に対する構成および作用を詳細に説明する。

ここで、各図面の構成要素について参照符号を付すにあたり、同一の構成要素に限っては、たとえ他の図面上に表示されてもできるだけ同一の符号で表記されていることに留意しなければならない。

図１は、本発明による分離膜の熱収縮率評価装置を示す全体概略図であり、図２は、本発明による分離膜の熱収縮率評価装置の概略斜視図である。

図１および図２を参照すれば、本発明の好ましい一実施例による分離膜の熱収縮率評価装置１００は、据置台１１０と、照明部１２０と、撮影部１４０と、評価部１５０とを含むことができる。

このような本発明の構成について具体的に説明すれば、次の通りである。

まず、前記据置台１１０は、評価対象の分離膜試料１が上面に置かれる板体に形成される。このような据置台１１０は、後述の照明部１２０により分離膜試料１の境界を容易に把握できるように透明または半透明材質で形成される。もちろん、これに限定されるものではなく、多様に変更適用可能である。

図３を参照すれば、前記据置台１１０に置かれる分離膜試料１は、収縮の程度を容易に測定できるように、一例として、四角形状（５ｃｍ×５ｃｍ）に形成され、前記据置台１１０の上面には、熱によって収縮した状態の分離膜試料１が置かれる。

すなわち、前記分離膜試料１の収縮前のサイズの基準値Ｒは、定型化された四角形状であってもよいし、これによって、前記熱収縮率評価装置１００により収縮後の分離膜試料１の特定方向の長さを測定することで、収縮の程度を評価することができる。より具体的な収縮評価方法については後述する。

また、前記分離膜試料１の上面には、試料の枠境界を示す複数の点のうち四角形を構成する少なくとも４個の基準点Ｐ１～Ｐ４が設定される。この場合、本発明では、説明の便宜のために、分離膜試料１が熱収縮する前と後の基準点Ｐ１～Ｐ４が同一の位置（頂点）に形成された場合の一例を挙げて図示および説明する。もちろん、これに限定されるものではなく、前記基準点Ｐ１～Ｐ４は、四角形の頂点ではない、多様な形状において分離膜試料１の上面に形成された所定の位置にマーク形態で表示されてもよい。

前記照明部１２０は、分離膜試料１の上面または底面の少なくとも一方の面に向かって光を照射することができる。

一例として、図２を参照すれば、前記照明部１２０は、据置台１１０の下側に備えられて、前記分離膜試料１の底面に向かって光を照射する第１照明部１２１を含むことができる。

好ましくは、前記第１照明部１２１は、据置台１１０の内部に一体に挿設されて、前記据置台１１０の全面積に向かって光を照射することができる。

他の例として、前記照明部１２０は、据置台１１０の上側に備えられて、前記分離膜試料１の上面に向かって光を照射する第２照明部１２２を含むことができる。

この場合、前記第２照明部１２２は、据置台１１０の直上部に少なくとも１つ設けられるか、前記据置台１１０の上部両側に対称に一対設けられて、前記分離膜試料１に向かって斜めに光を照射することができる。この場合、本発明では、第２照明部１２２の具体的な配置構造について限定しない。

前記撮影部１４０は、分離膜試料１を撮影するものであり、一例として、前記撮影部１４０は、据置台１１０の上面に置かれた分離膜試料１の直上部に離隔配置される。このような撮影部１４０は、前記第１照明部１２１および第２照明部１２２により光の照射された分離膜試料１を撮影することができる。

前記評価部１５０は、撮影部１４０で撮影されたイメージを介して、分離膜試料１の熱収縮率を測定するものであり、このような評価部１５０は、分離膜試料１の上面に設定された基準点Ｐ１～Ｐ４を基準として分離膜試料１の第１及び第２方向別の長さを測定した測定値Ｌ１、Ｌ２を熱収縮する前の基準値Ｒ（図３参照）と比較して、収縮の程度を判断することができる。

この場合、前記評価部１５０は、撮影されたイメージの明るさまたはグレースケール（Ｇｒａｙ ｓｃａｌｅ）の差を利用して分離膜試料１を認識することができる。

また、前記評価部１５０は、分離膜試料１の第１方向であるＸ軸方向の長さを測定する第１測定範囲ｄ１（図４参照）と、分離膜試料１の第２方向であるＹ軸方向の長さを測定する第２測定範囲ｄ２（図５）とを設定することができる。

具体的には、図４を参照すれば、前記第１測定範囲ｄ１は、分離膜試料１の上面に設定された４個の基準点のうち分離膜試料１の平面中心部からＹ軸方向に最も近接して配置された２個の基準点Ｐ１、Ｐ３を選択し、前記選択された２個の基準点Ｐ１、Ｐ３をそれぞれ通る平行な仮想の水平線ｈ１、ｈ２を形成することができる。そして、前記仮想の水平線ｈ１、ｈ２間の第１測定範囲ｄ１でＸ軸方向の分離膜試料１の長さＬ１を測定することができる。この場合、前記評価部１５０では、第１測定範囲ｄ１内で測定される複数の長さＬ１のうち最も短い長さを測定値Ｌ１として選択することができる。

図５を参照すれば、前記第２測定範囲ｄ２は、分離膜試料１の上面に設定された４個の基準点Ｐ１～Ｐ４のうち分離膜試料１の平面中心部からＸ軸方向に最も近接して配置された２個の基準点Ｐ２、Ｐ４を選択し、前記選択された２個の基準点Ｐ２、Ｐ４をそれぞれ通る平行な仮想の垂直線ｖ１、ｖ２を形成することができる。そして、前記仮想の垂直線ｖ１、ｖ２間の第２測定範囲ｄ２でＹ軸方向の分離膜試料１の長さＬ２を測定することができる。この場合、前記評価部１５０では、前記第１測定範囲ｄ１の場合と同じく、第２測定範囲ｄ２内で測定される複数の長さＬ２のうち最も短い長さを測定値Ｌ２として選択することができる。

以下、以上のような本発明による分離膜の熱収縮率評価装置１００を用いた分離膜の熱収縮率評価過程について説明する。

まず、評価対象の分離膜試料を所定寸法の基準値Ｒで裁断し、裁断された分離膜試料１の上面に少なくとも４個の基準点Ｐ１～Ｐ４を設定する（図３参照）。

そして、前記裁断された分離膜試料１を所定温度で所定時間熱を加えて収縮させる。

その後、収縮した分離膜試料１を据置台１１０の上面に載せた後、撮影部１４０により分離膜試料１のイメージを撮影する（図２参照）。

評価部１５０では、前記撮影されたイメージに基づいて、４個の基準点Ｐ１～Ｐ４のうち分離膜試料１の平面中心部からＹ軸方向に最も近接して配置された２個の基準点Ｐ１、Ｐ３を選択する。そして、前記選択された２個の基準点Ｐ１、Ｐ３をそれぞれ通る平行な仮想の水平線ｈ１、ｈ２を形成して、前記仮想の水平線ｈ１、ｈ２間の第１測定範囲ｄ１内でＸ軸方向の分離膜試料１の長さＬ１を測定する（図４参照）。

これとともに、評価部１５０では、前記撮影されたイメージに基づいて、４個の基準点Ｐ１～Ｐ４のうち分離膜試料１の平面中心部からＸ軸方向に最も近接して配置された２個の基準点Ｐ２、Ｐ４を選択する。そして、前記選択された２個の基準点Ｐ２、Ｐ４をそれぞれ通る平行な仮想の垂直線ｖ１、ｖ２を形成して、前記仮想の垂直線ｖ１、ｖ２間の第２測定範囲ｄ２内でＹ軸方向の分離膜試料の長さＬ２を測定する（図５参照）。

この場合、前記評価部１５０では、第１測定範囲ｄ１および第２測定範囲ｄ２でそれぞれ測定された長さのうち最も短い長さをＸ、Ｙ軸方向それぞれの測定値Ｌ１、Ｌ２として選択することができる。

その後、最終的に、前記測定されたＸ、Ｙ軸方向の長さ測定値Ｌ１、Ｌ２を基準値Ｒ（図３参照）と比較して、熱収縮率を計算する。

以上のような構成の本発明による分離膜の熱収縮率評価装置１００は、四角形状を構成する分離膜試料１に設定された４個の基準点Ｐ１～Ｐ４を基準としてＸ、Ｙ軸方向に第１、第２測定範囲ｄ１、ｄ２をそれぞれ設定し、その測定範囲内で分離膜試料１の最も短い長さをそれぞれ測定した測定値Ｌ１、Ｌ２を基準値Ｒと比較する方式により、熱収縮率を測定することで、より正確なデータを得ることができる。

以上、本発明を特定の具体的な実施例を挙げて図示および説明したが、本発明は上記の実施例に限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で多様な変更と修正が可能であることはもちろんである。

１：分離膜試料、Ｌ１、Ｌ２：測定値
Ｐ１～Ｐ４：基準点、Ｒ：基準値
ｄ１：第１測定範囲、ｄ２：第２測定範囲
ｈ１、ｈ２：仮想の水平線、ｖ１、ｖ２：仮想の垂直線
１００：熱収縮率評価装置、１１０：据置台
１２０：照明部、１２１：第１照明部
１２２：第２照明部、１４０：撮影部
１５０：評価部

Claims (9)

1. 評価対象の分離膜試料が置かれる据置台と、
   前記分離膜試料の上面または底面の少なくとも一方の面に向かって光を照射する照明部と、
   前記分離膜試料を撮影する撮影部と、
   前記撮影部で撮影されたイメージを介して、前記分離膜試料の第１及び第２方向別の長さを測定した測定値を熱収縮する前の基準値と比較して、前記分離膜試料の収縮の程度を判断する評価部と、を含み、
   前記分離膜試料には、
   前記分離膜試料の枠境界を示す複数の点のうち四角形を構成する少なくとも４個の基準点が設定されており、
   前記評価部は、
   前記４個の基準点のうち前記分離膜試料の平面中心部から前記第２方向であるＹ軸方向に最も近接して配置された２個の基準点を選択し、前記選択された２個の基準点をそれぞれ通る平行な仮想の水平線を形成して、前記仮想の水平線間の範囲で前記第１方向であるＸ軸方向の分離膜試料の長さを測定できるように設定される第１測定範囲と、
   前記４個の基準点のうち前記分離膜試料の平面中心部から前記Ｘ軸方向に最も近接して配置された２個の基準点を選択し、前記選択された２個の基準点をそれぞれ通る平行な仮想の垂直線を形成して、前記仮想の垂直線間の範囲で前記Ｙ軸方向の分離膜試料の長さを測定できるように設定される第２測定範囲と、
   において前記分離膜試料の収縮の程度を判断するものである、分離膜の熱収縮率評価装置。
2. 前記分離膜試料は、四角形状に形成され、
   前記基準点は、前記分離膜試料の頂点であることを特徴とする、請求項１に記載の分離膜の熱収縮率評価装置。
3. 前記評価部は、
   前記第１測定範囲および第２測定範囲内で測定される複数の長さのうち最も短い長さを測定値として選択するものである、請求項１に記載の分離膜の熱収縮率評価装置。
4. 前記評価部は、
   前記撮影されたイメージの明るさまたはグレースケールの差を利用して前記分離膜試料を認識するものである、請求項１に記載の分離膜の熱収縮率評価装置。
5. 前記照明部は、
   前記据置台の下側に備えられ、前記分離膜試料の底面に向かって光を照射する第１照明部と、
   前記据置台の上側に備えられ、前記分離膜試料の上面に向かって光を照射する第２照明部と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の分離膜の熱収縮率評価装置。
6. 前記第１照明部は、
   前記据置台の内部に一体に挿入されて、前記据置台の全面積に向かって光を照射することを特徴とする、請求項５に記載の分離膜の熱収縮率評価装置。
7. 前記撮影部は、
   前記据置台の上側に備えられることを特徴とする、請求項１に記載の分離膜の熱収縮率評価装置。
8. 評価対象の分離膜試料を所定寸法の基準値で裁断し、前記裁断された分離膜試料の上面に少なくとも４個の基準点を設定する第１ステップと、
   前記分離膜試料を所定温度で所定時間熱を加えて収縮させる第２ステップと、
   前記収縮した分離膜試料を据置台の上面に載せた後、前記分離膜試料のイメージを撮影する第３ステップと、
   前記撮影されたイメージに基づいて、前記４個の基準点のうち前記分離膜試料の平面中心部からＹ軸方向に最も近接して配置された２個の前記基準点を選択し、前記選択された２個の基準点をそれぞれ通る平行な仮想の水平線を形成して、前記仮想の水平線間の範囲でＸ軸方向の前記分離膜試料の長さを測定する第４ステップと、
   前記撮影されたイメージに基づいて、前記４個の基準点のうち前記分離膜試料の平面中心部から前記Ｘ軸方向に最も近接して配置された２個の前記基準点を選択し、前記選択された２個の基準点をそれぞれ通る平行な仮想の垂直線を形成して、前記仮想の垂直線間の範囲で前記Ｙ軸方向の前記分離膜試料の長さを測定する第５ステップと、
   前記測定されたＸ、Ｙ軸方向の長さ測定値を基準値と比較して、熱収縮率を計算する第６ステップと、を含む分離膜の熱収縮率評価方法。
9. 前記第４ステップおよび前記第５ステップにおいて、
   前記測定されたＸ、Ｙ軸方向の長さのうち最も短い長さを測定値として選択するものである、請求項８に記載の分離膜の熱収縮率評価方法。