KR20200053784A - 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 시스템 및 그 방법 - Google Patents

전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전지셀의 전극 탭 접힘 불량을 판별하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 일 실시예에 따른 전지셀의 전극 탭 접힘 불량을 판별하는 방법은, 로트(Lot)를 구성하는 복수 개의 전지셀의 용량을 산출하는 단계; 상기 로트를 구성하는 상기 복수 개의 전지셀에 대한 용량 대표값을 산출하는 단계; 상기 용량 대표값으로부터 상기 전지셀의 전극 탭 접힘에 대한 상대하한 기준값을 도출하는 단계; 및 상기 상대하한 기준값 미만의 용량을 나타내는 상기 전지셀을 전극 탭 접힘 불량으로 판별하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DISCRIMINATING DEFECTIVE FOLDED ELECTRODE TABS OF BATTERY CELL}
본 발명은 전지셀의 전극 탭 접힘 불량을 판별하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
충방전이 가능한 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등을 포함하여 고출력 대용량이 요구되는 디바이스의 동력원으로서 주목 받고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
이러한 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하며, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극 조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체 등을 들 수 있다.
이차전지는 전지케이스에 양극, 음극 및 이들 사이에 개재되는 분리막으로 이루어진 전극 조립체와 전해액이 함께 수납된 구조로, 전기화학적 반응에 기반한 디바이스이므로 환경 요인에 민감할 수 밖에 없으며, 작은 부품들이 한정된 작은 공간에서 정교하게 탑재 및 연결되는 일련의 과정을 거쳐 제조되므로 일부 장치의 오차 발생, 일부 작업자의 업무 미숙 등에 의해서도 제품 품질이 저하될 수 있다. 또한, 대량 생산 체계에 의한 이차전지의 제조과정에서는 공정 상의 작은 하자에 의해 심각한 불량 발생이 초래될 수 있다.
이에 따라 매 제조공정 단계 및/또는 완성품 제조 후, 이차전지의 검사가 면밀히 이루어져야 한다. 이러한 검사는 이차전지의 생산과정에서 가장 중요한 것 중의 하나로서 소망하는 성능과 안정성 등을 제공하는지 여부를 확인하는 품질 관리 측면에서 중요하다. 여기서, 품질 관리는 이차전지가 제대로 충방전 성능을 가지고 있는지를 잘 판단하여 양품을 생산하는 한편, 불량품을 선별해 내는 것이다. 이러한 품질 관리가 잘 이루어짐으로써 고품질의 이차전지를 생산할 수 있다.
한편, 이차전지는 적용되는 디바이스에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양한 형태와 성능을 가진 전지셀로 제조되고 있다. 일반적으로, 이차전지의 용량은 고객 요구 용량 기준에 맞게 필요한 마진이 반영되어 정해진다. 이는 필수적으로 달성해야 할 용량을 판정하는 데 있어 합리적이고 경제적이나, 로트(Lot) 내 산포 이상치를 선별함에 있어서 로트의 용량 중심치가 상한에 치우쳐져 있을 경우, 이상치 또한 요구 용량 기준을 만족하여 양품 판정을 받을 수 있다는 한계가 있다.
또한, 전지의 고용량화에 따른 원재료의 고로딩화 및 슬림한 타입 또는 다양한 디자인 트렌드로 인하여 부자재 최소화가 불가피하다. 이로 인하여 특히 바이셀 스택형 구조의 전극 조립체를 전지 케이스 내부에 조립하는 전지팩 조립 공정에서 전극 탭 접힘 등 불량이 발생하는 위험이 증대되었으나, 전지팩 조립 공정 내 발생하는 불량인 전극 탭 접힘 등을 선별하는 데에는 어려움이 있다. 또한, 전지팩이 정밀한 조립공정을 통해 대량 생산 체계로 제조되는 특성으로 인해, 생산라인의 작은 하자를 확인하기 용이하지 않다는 점과, 제품의 하자 또는 품질의 저하 문제가 실질적으로 제품을 디바이스 등에 사용 후에나 확인이 가능하다는 점 등에서 원인을 찾을 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 전지셀의 조립 불량 중에서도 전극 탭 접힘에 대한 불량을 판별하기 위한 시스템 및 이를 이용한 판별 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 방법은 로트(Lot)를 구성하는 복수 개의 전지셀의 용량을 산출하는 단계; 상기 로트를 구성하는 상기 복수 개의 전지셀에 대한 용량 대표값을 산출하는 단계; 상기 용량 대표값으로부터 상기 전지셀의 전극 탭 접힘에 대한 상대하한 기준값을 도출하는 단계; 및 상기 상대하한 기준값 미만의 용량을 나타내는 상기 전지셀을 전극 탭 접힘 불량으로 판별하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 용량 대표값을 산출하는 단계에서, 상기 용량 대표값은 상기 용량의 평균값, 중위수 또는 최빈수일 수 있다.
또한, 상기 상대하한 기준값을 도출하는 단계에서, 상기 전지셀의 전극 조립체를 기준으로 내부에서 발생하는 상기 전극 탭 접힘에 대한 상기 상대하한 기준값은 하기 수학식 1에 의해 도출될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
상기 수학식 1에서, 상기 Rli은 상기 상대하한 기준값, 상기 Rc는 상기 용량 대표값, 상기 Ne는 상기 전지셀의 전극 개수, 상기 Nt는 상기 탭 접힘으로 인해 반응하지 않는 전극 개수이다.
또한, 상기 상대하한 기준값을 도출하는 단계에서, 상기 전지셀의 전극 조립체를 기준으로 최외각에서 발생하는 상기 전극 탭 접힘에 대한 상기 상대하한 기준값은 하기 수학식 2에 의해 도출될 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002
상기 수학식 2에서, 상기 Rlo은 상기 상대하한 기준값, 상기 Rc는 상기 용량 대표값, 상기 Ne는 상기 전지셀의 전극 개수, 상기 Nt는 상기 탭 접힘으로 인해 반응하지 않는 전극 개수이다.
한편, 상기 상대하한 기준값을 도출하는 단계 이전에, 상기 전지셀의 전극 개수를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전극 개수는 양극의 개수 또는 음극의 개수이거나, 양극 및 음극의 개수일 수 있다.
또한, 상기 전지셀의 전극 조립체는 음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 C 타입 바이셀과 양극/분리막/음극/분리막/양극 구조의 A 타입 바이셀이 교대로 적층되되, 최외각 양단부에는 각각 상기 C 타입 바이셀이 배치되는 구조일 수 있다.
또한, 상기 전지셀의 전극 개수를 산출하는 단계는, 상기 C 타입 바이셀의 개수를 산출하는 단계; 및 상기 C 타입 바이셀의 개수로부터 상기 전지셀의 전극 개수를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 C 타입 바이셀의 개수는 하기 수학식 3에 의해 도출될 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00003
상기 수학식 3에서, 상기 Nc는 상기 C 타입 바이셀의 개수, 상기 Nb는 상기 전극 조립체의 전체 바이셀 개수이다.
또한, 상기 전지셀의 전극 개수는 하기 수학식 4에 의해 도출될 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00004
상기 수학식 4에서, 상기 Ne는 상기 전지셀의 전극 개수, 상기 Nc는 상기 C 타입 바이셀의 개수이다.
한편, 상기 전지셀의 전극 조립체 외면을 형성하는 최외각 전극인 최상층 전극 및 최하층 전극은 극성이 서로 동일할 수 있다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 시스템은 로트를 구성하는 복수 개의 전지셀의 용량을 산출하는 용량 산출부; 상기 로트를 구성하는 상기 복수 개의 전지셀에 대한 용량 대표값을 산출하는 용량 대표값 산출부; 상기 용량 대표값으로부터 상기 전지셀의 전극 탭 접힘에 대한 상대하한 기준값을 도출하는 상대하한 기준값 도출부; 및 상기 도출된 상대하한 기준값 미만의 용량을 나타내는 상기 전지셀을 전극 탭 접힘 불량으로 판별하는 판별부를 포함할 수 있다.
상기 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 시스템은 상기 전지셀의 전극 조립체 개수를 입력받는 입력부를 더 포함할 수도 있다.
또, 상기 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 시스템은 상기 전지셀의 전극 개수를 산출하는 전극 개수 산출부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 시스템은 상기 산출된 전지셀의 용량, 상기 산출된 용량 대표값, 상기 도출된 상대하한 기준값, 상기 입력된 전극 조립체 개수 및 상기 산출된 전극 개수를 저장하는 저장부를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 전지셀의 불량 판별 조건을 로트별로 상대 적용하여 로트별 용량 대표값 변동에 따른 상대하한 기준값 미만 외 불량발생을 최소화할 수 있고, 기존 양품 판정 영역의 불량품 제거가 가능한 이점이 있어, 전지셀의 불량을 선별하는데 있어서 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
또한, 전지셀의 설계상 특징에 따라 상대하한 기준값을 도출할 수 있으며, 전극 조립체의 내부 또는 최외각에서 발생하는 전극 탭 접힘 등 불량에 따른 용량 감소 수준을 계산할 수 있어, 전극 탭 접힘에 따른 불량품 판별이 가능한 효과가 있다.
도 1은 전극 조립체의 예시적인 구조에 대한 모식도이다.
도 2는 도 1의 전극 조립체 조립 시 발생하는 전극 탭 접힘을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 실시예 1에 따른 용량 히스토그램이다.
도 6은 실시예 2에 따른 용량 히스토그램이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 시스템에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 시스템은 용량 산출부(110), 용량 대표값 산출부(120), 상대하한 기준값 산출부(130) 및 불량 판별부(140)를 포함할 수 있다.
용량 산출부(110)는 로트(Lot)를 구성하는 복수 개의 전지셀(200)의 용량을 산출할 수 있다. 이때, 전지셀의 용량은 개방전압(open circuit voltage, OCV) 및 방전전압을 측정하여 산출할 수 있으며, 이외 통상의 방법을 이용하여 산출할 수 있으며, 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
용량 대표값 산출부(120)는 로트를 구성하는 복수 개의 전지셀의 용량에 대한 대표값을 산출할 수 있다. 일반적으로 로트는 복수 개의 전지셀을 모아놓은 집합체로서, 재료, 부품 또는 제품 등의 단위체 또는 단위량을 어떤 목적을 가지고 모은 것을 의미한다. 예를 들어, 어떤 1종의 제품을 정리해서 가량 100개를 1단위로 하여 생산 지령이나 제조를 하였을 때, 이 100개를 생산 로트라 하고 100개라는 정리된 수량 단위를 로트 사이즈라고 한다. 전지셀을 생산할 때 미리 정한 로트 단위로 구성하여 제조할 수 있다.
이때, 용량 대표값은 전지셀의 용량에 대한 평균값, 중위수 또는 최빈수일 수 있으며, 요구 용량 기준에 맞게 원하는 대표값으로 자유롭게 선택 가능하다.
상대하한 기준값 산출부(130)는 용량 대표값으로부터 전지셀의 전극 탭 접힘에 대한 상대하한 기준값을 산출할 수 있다. 상대하한 기준값은 로트별 용량 대표값에 따라 이론적 용량 감소 수준을 계산한 것으로, 이는 전극 탭 접힘 등 불량에 따른 용량 감소 수준을 계산할 것이라 할 수 있다. 즉, 상대하한 기준값은 로트를 구성하는 복수 개의 전지셀의 용량, 용량 대표값 등에 따라 다르게 설정될 수 있으며, 전지셀이 정상 또는 불량으로 판단되기 위한 용량을 의미할 수 있다.
여기서, 상대하한 기준값은 용량 대표값뿐 아니라, 전지셀의 전극 개수로부터 산출할 수 있다. 이에, 본 발명의 시스템은 전지셀의 전극 조립체 개수를 입력 받는 입력부(150) 및 전지셀의 전극 개수를 산출하는 전극 개수 산출부(160)를 더 포함할 수 있다. 입력부(150)로부터 입력 받은 전지셀의 전극 조립체 개수는 전극 개수 산출부(160)에 입력되고, 이로부터 전지셀의 전극 개수를 산출할 수 있다. 또한, 입력부(150)에는 전지셀의 전극 조립체 구조도 입력할 수 있으며, 전극 조립체의 구조 및 개수로부터 전극 개수 산출부(160)는 보다 정확하게 전지셀의 전극 개수를 산출할 수 있다.
불량 판별부(140)는 도출된 상대하한 기준값에 따라 전지셀의 불량을 판별할 수 있다. 이때, 전지셀 각각의 용량과 상대하한 기준값을 비교하여 전지셀의 불량 여부를 판별할 수 있다. 구체적으로, 전지셀 각각의 용량이 상대하한 기준값 미만일 경우 해당 전지셀을 불량으로 판별할 수 있으며, 불량으로 판별된 전지셀은 제품성이 떨어지므로 추후에 별도로 분리되는 과정을 거칠 수도 있다.
한편, 본 발명의 시스템은 저장부(170)를 더 포함할 수 있으며, 저장부(170)는 산출된 전지셀의 용량, 산출된 용량 대표값, 도출된 상대하한 기준값, 입력된 전극 조립체 개수, 산출된 전극 개수 등을 저장할 수 있다. 이러한 저장부는 예를 들어, RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 플래시 메모리 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 시스템은 불량 판별 조건을 로트별로 상대 적용함으로써, 로트별 용량 대표값 변동에 따른 상대하한 기준값 미만 외 불량발생을 최소화할 수 있고, 기존 양품 판정 영역의 불량품 제거가 가능한 이점이 있어, 더욱 정확한 불량 판별이 가능하도록 할 수 있다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 방법에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 방법은 전지셀의 용량 산출 단계(S110), 로트별 전지셀의 용량 대표값 산출 단계(S120), 로트별 전지셀의 상대하한 기준값 도출 단계(S130) 및 전지셀을 불량으로 판별하는 단계(S140)를 포함할 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 시스템이 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 전지셀의 용량 산출 단계(S110)는 로트를 구성하는 복수 개의 전지셀의 용량을 산출하는 단계일 수 있다. 복수 개의 전지셀의 용량은 개방전압 및 방전전압을 측정하여 산출할 수 있다.
이어서, 전지셀의 용량 대표값 산출 단계(S120)는 전지셀의 용량 산출 단계(S110)에서 산출된 복수 개의 전지셀의 용량에 대한 대표값을 산출하는 단계일 수 있다. 이때, 용량 대표값은 전지셀의 용량에 대한 평균값, 용량 산포에 따른 중위수 또는 최빈수일 수 있으며, 요구 용량 기준에 맞게 원하는 대표값으로 자유롭게 선택 가능하다.
그 후, 상대하한 기준값 도출 단계(S130)는 산출된 용량 대표값으로부터 전지셀의 전극 탭 접힘에 대한 상대하한 기준값을 도출하는 단계일 수 있다. 이러한 상대하한 기준값은 전극 탭 접힘에 따른 전지셀의 불량을 판별하기 위한 기준값을 의미한다.
이때, 상대하한 기준값은 전극 탭 접힘이 발생하는 위치에 따라 도출되는 값이 달라지게 된다. 먼저, 전지셀의 전극 조립체를 기준으로 내부에서 발생하는 전극 탭 접힘에 대한 상대하한 기준값은 하기 수학식 1에 의해 도출될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00005
수학식 1에서, Rli은 상대하한 기준값, Rc는 용량 대표값, Ne는 전지셀의 전극 개수, Nt는 탭 접힘 발생으로 인해 반응하지 않는 전극 개수이다.
또한, 전지셀의 전극 조립체를 기준으로 최외각에서 발생하는 전극 탭 접힘에 대한 상대하한 기준값은 하기 수학식 2에 의해 도출될 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00006
수학식 2에서, Rlo은 상대하한 기준값, Rc는 용량 대표값, Ne는 전지셀의 전극 개수, Nt는 탭 접힘 발생으로 인해 반응하지 않는 전극 개수이다.
즉, 상대하한 기준값은 전기화학적 반응에 참여하는 전극의 용량을 계산하여 로트별 용량 대표값 기준 용량 상대하한 기준을 적용한 것으로, 반응 참여 전극의 수에서 전극 탭 접힘 또는 끊김으로 인해 반응에 참여하지 않는 전극 예상수를 제외한 용량 대표값 기준 상대하한 값이다. 예를 들어, 탭 접힘이 전극(양극 또는 음극) 중 1장에서 발생할 경우, 상호 작용하는 상대편 음극 또는 양극이 모두 반응하지 않게 되기 때문에 1장의 탭 접힘 발생으로 인해 반응하지 않는 전극 개수(Nt)는 2장이 되며, 이를 수학식 1 또는 2에 대입함으로써 상대하한 기준값을 도출할 수 있다. 또한, 서로 인접하지 않는 양극 탭 또는 음극 탭이 2장 접힌 경우에는 탭 접힘 발생으로 인해 반응하지 않는 전극 개수(Nt)는 4장이 되며, 서로 인접한 양극 탭 및 음극 탭이 모두 접힌 경우에는 탭 접힘 발생으로 인해 반응하지 않는 전극 개수(Nt)는 3장이 된다.
또한, 수학식 1 및 2의 상대하한 기준값은 양극 및 음극 모두의 개수를 합한 전극 개수를 기준으로 산출한 것이다. 반면, 전지셀의 양극 개수 또는 음극 개수를 각각 대입함으로써, 양극 탭 또는 음극 탭 접힘에 대한 상대하한 기준값을 각각 도출할 수도 있으며, 이에 대해서는 추후 상세하게 설명하기로 한다.
한편, 본 발명에서 사용하는 전지셀의 전극 조립체는 도 1에 도시된 바와 같이, 음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 C 타입 바이셀(10, 13, 14)과 양극/분리막/음극/분리막/양극 구조의 A 타입 바이셀(11, 12)이 교대로 적층되되, 최외각 양단부에는 각각 C 타입 바이셀(13, 14)이 배치된 구조일 수 있다. 이때, 전극 조립체 외면을 형성하는 최외각 전극인 최상층 전극 및 최하층 전극은 극성이 서로 동일할 수 있으며, 도면에서는 최외각 전극으로 음극을 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
전술한 바이셀은 번갈아 중첩되어 있고, 각각의 중첩부에는 폴딩 분리막 시트(20)가 개재되어 있다. 또한, 폴딩 분리막 시트(20)는 바이셀을 감쌀 수 있는 단위길이를 갖고, 단위길이마다 내측으로 꺾여서 중앙의 바이셀(10)로부터 시작되어 최외각의 바이셀(14)까지 연속하여 각각의 바이셀을 감싸는 구조로 바이셀의 중첩부에 개재될 수 있다. 이러한 폴딩 분리막 시트(20)의 말단부는 열융착하거나 접착 테이프(25) 등을 붙여서 마무리할 수 있다. 이후, 전극 조립체는 전지 케이스 내부에 조립하는 전지팩 조립 공정을 거쳐 전지셀 완성품이 제조될 수 있다.
최근, 전지의 고용량화에 따른 원재료의 고로딩화 및 슬림한 타입 또는 다양한 디자인 트렌드로 인하여 부자재 최소화가 불가피한 바, 이로 인하여 전지팩 조립 공정에서 도 2에 도시된 바와 같이 전극 탭 접힘(F) 등 불량이 발생하며, 특히 바이셀 구조의 전극 조립체를 조립하는 공정에서 전술한 불량이 발생하는 위험이 증대되었다. 그러나, 종래에는 전지팩 조립 공정 내 발생하는 불량인 전극 탭 접힘을 선별하는 데에는 어려움이 있었다. 이에, 본 발명에 따른 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 방법은 바이셀 구조의 전지셀에 유용하게 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 풀셀 구조의 전지셀에도 적용될 수 있다.
한편, 상대하한 기준값 도출 단계(S130) 이전에, 전지셀의 전극 개수를 산출하는 단계(S150)를 수행할 수 있으며, 산출된 전극 개수 및 용량 대표값으로부터 상대하한 기준값을 도출할 수 있다. 전극 개수는 양극의 개수 또는 음극의 개수이거나, 양극 및 음극 모두의 개수를 의미한다.
예를 들어, 도 1에 도시된 C 타입 바이셀 및 A 타입 바이셀의 교대로 적층된 전극 조립체를 포함하는 전지셀의 전극 개수를 산출하는 단계(S150)는, C 타입 바이셀의 개수를 산출하는 단계 및 C 타입 바이셀의 개수로부터 전지셀의 전극 개수를 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, C 타입 바이셀의 개수는 하기 수학식 3에 의해 도출될 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00007
수학식 3에서, Nc는 C 타입 바이셀의 개수, Nb는 전극 조립체의 전체 바이셀 개수이다.
또한, 전지셀의 전극 개수는 하기 수학식 4에 의해 도출될 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00008
수학식 4에서, Ne는 전지셀의 전극 개수, Nc는 상기 C 타입 바이셀의 개수이다.
또한, 수학식 4는 양극 및 음극 모두의 전극 개수를 산출한 것으로, 양극의 수 또는 음극의 수만을 산출할 수도 있다. 구체적으로, 양극의 수는 하기 수학식 5에 의해 산출될 수 있고, 음극의 수는 하기 수학식 6에 의해 산출될 수 있다. 이는 도 1에 도시된 바와 같이 전극 조립체 외면을 형성하는 최외각 전극인 최상층 전극 및 최하층 전극이 음극인 경우에 한정되는 것이다.
[수학식 5]
Figure pat00009
수학식 5에서, N'e는 전지셀의 양극 개수, Nc는 상기 C 타입 바이셀의 개수이다.
[수학식 6]
Figure pat00010
수학식 6에서, N''e는 전지셀의 음극 개수, Nc는 상기 C 타입 바이셀의 개수이다.
이와 같은 전지셀의 음극 개수를 수학식 1 및 2에 각각 대입함으로써, 내부 또는 최외각 음극 탭 접힘에 대한 상대하한 기준값을 각각 도출할 수 있다. 이때, 탭 접힘 발생으로 인해 반응하지 않는 전극 개수(Nt)는 탭 접힘 발생으로 인해 반응하지 않는 음극, 즉 탭 접힘이 발생된 음극 개수로 대입하면 될 것이다.
반면, 전지셀의 전극 조립체를 기준으로 내부에서 발생하는 양극 탭 접힘에 대한 상대하한 기준값은 수학식 5에 의해 도출된 양극 개수를 하기 수학식 7에 대입함으로써 도출할 수 있다.
[수학식 7]
Figure pat00011
수학식 7에서, R'li은 상대하한 기준값, Rc는 용량 대표값, N'e는 전지셀의 양극 개수, N't는 탭 접힘 발생으로 인해 반응하지 않는 양극 개수이다.
한편, 양극/분리막/음극 구조의 풀셀(full cell)이 교대로 적층된 전극 조립체를 포함하는 전지셀의 경우에는 풀셀 기준 양극 및 음극이 하나씩 포함됨에 따라, 전극의 개수는 전극 조립체의 풀셀 개수에 따라 단순 산출할 수 있다.
마지막으로, 전지셀을 불량으로 판별하는 단계(S140)는 상대하한 기준값 미만의 용량을 나타내는 전지셀을 전극 탭 접힘 불량으로 판별하는 단계일 수 있다. 이때, 전지셀의 용량 산출 단계(S110)에서 산출된 전지셀의 용량을 로트별 전지셀의 상대하한 기준값 도출 단계(S130)에서 도출된 상대하한 기준값과 비교하여 전지셀의 전극 탭 접힘 불량을 판별할 수 있다. 구체적으로, 전지셀의 용량이 상대하한 기준값 미만인 경우 전극 탭 접힘 불량으로 판별(S141)할 수 있고, 상대하한 기준값 이상인 경우에는 정상으로 판별(S142)할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 방법은 전극 조립체의 설계/구조상 특징에 따라 상대하한 기준값을 도출할 수 있으며, 전극 조립체의 내부 또는 최외각에서 발생하는 전극 탭 접힘 등 불량에 따른 용량 감소 수준을 계산할 수 있어, 전극 탭 접힘에 따른 불량품 판별이 가능하여 불량품 판별력을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다, 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
로트 A(17,130개의 전지셀, C 타입 바이셀/A 타입 바이셀/C 타입 바이셀/A 타입 바이셀/C 타입 바이셀 구조)의 용량 상대하한 기준값을 도출하였으며, 이때 수학식 1을 이용하였고, 음극 기준으로 산출하였다. 또한, Rc는 용량 산포에 따른 중위수, Nt는 탭 접힘 발생 음극 개수인 1로 하였다. 또한, 전지셀의 음극 개수는 수학식 3 및 6을 이용하여 산출하였다. 로트 A의 용량 히스토그램은 도 5에 도시하였다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 도출된 용량 상대하한 기준값(Rli)은 6,125mAh이며, 용량이 상대하한 기준값 미만인 전지셀(D)은 전극 탭 접힘 불량으로 판별하였다.
[실시예 2]
로트 B(28,701개의 전지셀, C 타입 바이셀/A 타입 바이셀/C 타입 바이셀/A 타입 바이셀/C 타입 바이셀 구조)의 용량 상대하한 기준값을 도출하였으며, 이때 수학식 1 및 2를 각각 이용하였고, 음극 기준으로 산출하였다. 또한, Rc는 용량 산포에 따른 중위수, Nt는 탭 접힘 발생 음극 개수인 1로 하였다. 또한, 전지셀의 음극 개수는 수학식 3 및 6을 이용하여 산출하였다. 로트 B의 용량 히스토그램은 도 6에 도시하였다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 전극 조립체를 기준으로 내부에서 발생하는 전극 탭 접힘에 대한 용량 상대하한 기준값(Rli)은 56,741mAh이고, 최외각에서 발생하는 전극 탭 접힘에 대한 용량 상대하한 기준값(Rlo)은 57,686mAh이며, 용량이 Rlo 미만인 전지셀(D')은 최외각 전극 탭 접힘 불량으로 판별하였다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
110: 용량 산출부
120: 용량 대표값 산출부
130: 상대하한 기준값 산출부
140: 불량 판별부
150: 입력부
160: 전극 개수 산출부
170: 저장부

Claims (15)

  1. 로트(Lot)를 구성하는 복수 개의 전지셀의 용량을 산출하는 단계;
    상기 로트를 구성하는 상기 복수 개의 전지셀에 대한 용량 대표값을 산출하는 단계;
    상기 용량 대표값으로부터 상기 전지셀의 전극 탭 접힘에 대한 상대하한 기준값을 도출하는 단계; 및
    상기 상대하한 기준값 미만의 용량을 나타내는 상기 전지셀을 전극 탭 접힘 불량으로 판별하는 단계를 포함하는 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용량 대표값을 산출하는 단계에서, 상기 용량 대표값은 상기 용량의 평균값, 중위수 또는 최빈수인 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상대하한 기준값을 도출하는 단계에서,
    상기 전지셀의 전극 조립체를 기준으로 내부에서 발생하는 상기 전극 탭 접힘에 대한 상기 상대하한 기준값은 하기 수학식 1에 의해 도출되는 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 방법.
    [수학식 1]
    Figure pat00012

    상기 수학식 1에서, Rli은 상기 상대하한 기준값, Rc는 상기 용량 대표값, Ne는 상기 전지셀의 전극 개수, Nt는 상기 탭 접힘으로 인해 반응하지 않는 전극 개수이다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상대하한 기준값을 도출하는 단계에서,
    상기 전지셀의 전극 조립체를 기준으로 최외각에서 발생하는 상기 전극 탭 접힘에 대한 상기 상대하한 기준값은 하기 수학식 2에 의해 도출되는 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 방법.
    [수학식 2]
    Figure pat00013

    상기 수학식 2에서, Rlo은 상기 상대하한 기준값, Rc는 상기 용량 대표값, Ne는 상기 전지셀의 전극 개수, Nt는 상기 탭 접힘 발생으로 인해 반응하지 않는 전극 개수이다.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상대하한 기준값을 도출하는 단계 이전에, 상기 전지셀의 전극 개수를 산출하는 단계를 더 포함하는 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전극 개수는 양극의 개수 또는 음극의 개수이거나, 양극 및 음극의 개수인 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 전지셀의 전극 조립체는 음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 C 타입 바이셀과 양극/분리막/음극/분리막/양극 구조의 A 타입 바이셀이 교대로 적층되되, 최외각 양단부에는 각각 상기 C 타입 바이셀이 배치되는 구조인 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전지셀의 전극 개수를 산출하는 단계는,
    상기 C 타입 바이셀의 개수를 산출하는 단계; 및 상기 C 타입 바이셀의 개수로부터 상기 전지셀의 전극 개수를 산출하는 단계를 포함하는 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 C 타입 바이셀의 개수는 하기 수학식 3에 의해 도출되는 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 방법.
    [수학식 3]
    Figure pat00014

    상기 수학식 3에서, Nc는 상기 C 타입 바이셀의 개수, Nb는 상기 전극 조립체의 전체 바이셀 개수이다.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 전지셀의 전극 개수는 하기 수학식 4에 의해 도출되는 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 방법.
    [수학식 4]
    Figure pat00015

    상기 수학식 4에서, Ne는 상기 전지셀의 전극 개수, Nc는 상기 C 타입 바이셀의 개수이다.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전지셀의 전극 조립체 외면을 형성하는 최외각 전극인 최상층 전극 및 최하층 전극은 극성이 서로 동일한 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 방법.
  12. 로트(Lot)를 구성하는 복수 개의 전지셀의 용량을 산출하는 용량 산출부;
    상기 로트를 구성하는 상기 복수 개의 전지셀에 대한 용량 대표값을 산출하는 용량 대표값 산출부;
    상기 용량 대표값으로부터 상기 전지셀의 전극 탭 접힘에 대한 상대하한 기준값을 도출하는 상대하한 기준값 도출부; 및
    상기 도출된 상대하한 기준값 미만의 용량을 나타내는 상기 전지셀을 전극 탭 접힘 불량으로 판별하는 판별부를 포함하는 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전지셀의 전극 조립체 개수를 입력받는 입력부를 더 포함하는 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 전지셀의 전극 개수를 산출하는 전극 개수 산출부를 더 포함하는 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 시스템.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산출된 전지셀의 용량, 상기 산출된 용량 대표값, 상기 도출된 상대하한 기준값, 상기 입력된 전극 조립체 개수 및 상기 산출된 전극 개수를 저장하는 저장부를 더 포함하는 전지셀의 전극 탭 접힘 불량 판별 시스템.
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