WO2019083207A1 - 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치, 가스 포집 시스템 및 가스 포집 방법 - Google Patents

이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치, 가스 포집 시스템 및 가스 포집 방법

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secondary battery
gas collecting
collecting
opening
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김수현
안정애
최낙희
박지혜
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a gas collecting device for collecting gas generated in the interior of a secondary battery by an analyst in a desired section, a gas collecting device for collecting gas generated by the gas collecting device, A collection system and a gas collection method.
  • the conventional method of extracting a hole after piercing a hole in a secondary battery after vacuum decompression is a method of collecting and measuring the internal gas in a vacuum state, so that there is a problem of contamination of the sample and difficulty in obtaining an accurate sample.
  • At least one gas collecting unit capable of collecting gas generated in the secondary battery
  • a main opening / closing part connected to the at least one gas collecting part, wherein the gas collecting device is connected to the secondary battery by a tube or a tube, and the main opening and closing part opens / closes the connection of the gas collecting device to the tube or tube, A main opening / closing part;
  • a first pressure sensor located between the main opening and closing part and the tube or tube and capable of sensing a change in pressure due to an increase or decrease in the amount of gas in the secondary battery;
  • a second pressure sensor connected to the at least one gas trap and capable of sensing a change in pressure inside the device
  • the gas collecting device is connected to the secondary battery by the tube or the tube to collect gas generated in the secondary battery in the gas collecting part.
  • the gas collecting apparatus may further include at least one gas collecting portion opening and closing portion, wherein each of the at least one gas collecting portion opening and closing portions is connected to each of the at least one gas collecting portion, And the gas collecting portion opening / closing portion may be located between the gas collecting portion and the main opening / closing portion, and between the gas collecting portion and the second pressure sensor.
  • the trapping gas collecting apparatus includes:
  • a plurality of pairs of the gas collecting portion and the gas collecting portion opening and closing portion are provided, and the opening and closing of the gas collecting portion opening / Can be collected in different gas collecting sections for each desired section.
  • the gas collecting section may be in the form of a tube.
  • the material of the gas trapping unit may include at least one selected from the group consisting of stainless steel, Teflon, metal, plastic, and combinations thereof .
  • the volume of the internal space of the gas collecting unit may be 1 ml to 1000 ml.
  • the gas collecting portion opening and closing portion may be a ball valve.
  • a gas collection system for collecting gas generated in a secondary battery of a secondary battery
  • a vacuum pump capable of removing an interfering gas inside the gas collecting apparatus and inside the secondary battery
  • control device capable of controlling opening and closing of the main opening / closing part
  • the secondary battery is located inside the explosion-proof chamber, and the gas collection device, the vacuum pump, and the control device may be located outside the explosion-proof chamber.
  • a gas collection system for collecting gas generated in a secondary battery of a secondary battery
  • a vacuum pump capable of removing interfering gas inside the gas collecting device and inside the secondary battery.
  • the present invention it is possible to directly collect the gas generated in the secondary battery without using a jig for each desired section (charging section, time, process, SOC, temperature, etc.) / There is an advantage that the stability of the operator can be secured from the danger due to the explosion and the rise of the secondary battery.
  • FIG. 1 shows a conceptual diagram of an internally generated gas capturing system 1 of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a view showing a case where the internal generation gas collecting apparatus 10 of the secondary battery according to FIG. 1 is exemplarily implemented
  • FIG. 2B is a view showing a configuration of the internal generation gas collecting apparatus 10 of the secondary battery of FIG. ≪ / RTI >
  • FIG. 3A is a graph exemplarily showing a desired gas capturing period in the case of using the internal generated gas capturing apparatus 10 of the secondary battery according to FIG. 1, and FIG. 3B is a graph showing an example of a captured gas capturing period Of the present invention.
  • At least one gas collecting unit capable of collecting gas generated in the secondary battery
  • a main opening / closing part connected to the at least one gas collecting part, wherein the gas collecting device is connected to the secondary battery by a tube or a tube, and the main opening and closing part opens / closes the connection of the gas collecting device to the tube or tube, A main opening / closing part;
  • a first pressure sensor located between the main opening and closing part and the tube or tube and capable of sensing a change in pressure due to an increase or decrease in the amount of gas in the secondary battery;
  • a second pressure sensor connected to the at least one gas trap and capable of sensing a change in pressure inside the device
  • the gas collecting device is connected to the secondary battery by the tube or the tube to collect gas generated in the secondary battery in the gas collecting part.
  • the gas collecting apparatus may further include at least one gas collecting portion opening and closing portion, wherein each of the at least one gas collecting portion opening and closing portions is connected to each of the at least one gas collecting portion, And the gas collecting portion opening / closing portion may be located between the gas collecting portion and the main opening / closing portion, and between the gas collecting portion and the second pressure sensor.
  • the trapping gas collecting apparatus includes:
  • a plurality of pairs of the gas collecting portion and the gas collecting portion opening and closing portion are provided, and the opening and closing of the gas collecting portion opening / Can be collected in different gas collecting sections for each desired section.
  • the gas collecting section may be in the form of a tube.
  • the material of the gas trapping unit may include at least one selected from the group consisting of stainless steel, Teflon, metal, plastic, and combinations thereof .
  • the volume of the internal space of the gas collecting unit may be 1 ml to 1000 ml.
  • the gas collecting portion opening and closing portion may be a ball valve.
  • a gas collection system for collecting gas generated in a secondary battery of a secondary battery
  • a vacuum pump capable of removing an interfering gas inside the gas collecting apparatus and inside the secondary battery
  • control device capable of controlling opening and closing of the main opening / closing part
  • the secondary battery is located inside the explosion-proof chamber, and the gas collection device, the vacuum pump, and the control device may be located outside the explosion-proof chamber.
  • a gas collection system for collecting gas generated in a secondary battery of a secondary battery
  • a vacuum pump capable of removing interfering gas inside the gas collecting device and inside the secondary battery.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of an internal generation gas capturing system 1 of a secondary battery including an internal generation gas capturing apparatus 10 of a secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 2B shows a part of the constituent elements of the internally generated gas collecting apparatus 10 of the secondary battery of Fig. 2A.
  • an internal generated gas collection system 1 of a secondary battery includes an internal generated gas collection device 10, a secondary battery 20, a secondary battery 20, and a gas collection device 10 A pipe or tube 30 for connection, a vacuum pump 40, and a control device (not shown).
  • the secondary battery 20 include a lithium secondary battery, a full solid secondary battery, and a lithium metal secondary battery.
  • a gas collecting apparatus 10 for collecting internal gas of a secondary battery includes a gas collecting unit 100, a gas collecting unit opening and closing unit 110, a main opening and closing unit 120, 130, a first pressure sensor 140, a second pressure sensor 150, and a vacuum pump opening and closing unit 160.
  • the gas collecting unit 100 can collect the gas generated in the secondary battery during a desired interval from the secondary battery 20 (see FIG. 2A).
  • the gas collecting unit 100 may have a tubular shape having a predetermined volume, the present invention is not limited to the shape shown in FIG. 1, but may be modified in various forms within a range capable of having a space capable of collecting gas therein. , And can be changed.
  • the material of the gas trapping unit opening and closing unit 110 may include at least one selected from the group consisting of stainless steel, Teflon, metal, plastic, and combinations thereof.
  • the volume of the internal space that can collect the gas of the collecting part 100 may be, for example, 1 ml to 1000 ml.
  • the gas collecting device 10 may further include a gas collecting part opening and closing part 110 connected to the gas collecting part 100 and opening and closing the gas collecting part 100.
  • the gas trapping portion opening and closing portion 110 may be, for example, a diaphragm valve, a ball valve, or a needle valve, but the present invention is not limited thereto and the gas trapping portion 100 Closing members such as a valve that can open and close the valve (not shown).
  • the gas collecting apparatus 10 may include at least one gas collecting unit 100. As shown in FIG. 2A, the plurality of gas collecting units 100 1 , 100 2 ,... 100 n and the gas collecting unit opening / closing units 110 1 , 110 2 ,. 110 n to divide the gas generated in the secondary battery 20 by a desired interval, for example, a charging interval of the secondary battery 20, and divides the gas collecting units 100 1 , 100 2 , ..., 100 n ). More specifically, for example, in the first charging section (initial charging section) of the secondary battery 20, the first gas collecting portion opening / closing portion 110 1 is opened and the remaining gas collecting portion opening / closing portions 100 2 , ...
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the number of the gas collecting units 100 that are opened in accordance with the charging period or the process steps (that is, the gas is collected) can be adjusted.
  • At least one gas collector opening / closing unit 110 can be manually opened or closed, at least one gas collector opening / closing unit 110 is connected to a controller (not shown) so that the operator can remotely control the gas collector opening / The opening and closing of the gas collecting portion opening and closing portion 110 may be automatically controlled as previously set by the operator in the control device.
  • the gas collecting apparatus 10 includes a main opening / closing part 120 connected to at least one gas collecting part 100.
  • the main opening and closing part 120 is connected to the secondary battery 20 through a pipe or tube 30 to be described later and can open or close the connection of the gas collecting device 10 to the pipe or the tube 30.
  • the main opening and closing part 120 may be, for example, a valve or may be, for example, a diaphragm valve, a ball valve, or a needle valve, It is possible to make various modifications and changes with the opening / closing members having the onen / close function.
  • the main opening and closing part 120 is connected to at least one gas collecting part opening and closing part 110.
  • a connecting member 130 may be further provided between the gas collecting unit 100 and the main opening and closing unit 120 to connect the gas collecting unit 100 and the main opening and closing unit 120 have.
  • the connecting member 130 may connect a plurality of gas collecting units 100 1 , 100 2 , ..., 100 n . Further, the gas collecting portion opening / closing portion 110, a second pressure sensor 150, etc., which will be described later, may be positioned on the connecting member 130.
  • the connecting member 130 may be a tube, a tube, a nipple, a stainless tubing, a teflon tubing, a nut, a ferrule, a union, As shown in FIG.
  • the main opening / closing part 120 may be connected to a tube or tube 30 directly connected to the secondary battery 20. That is, the tube or tube 30 directly connects the secondary battery 20 and the gas collecting device 10, so that the gas generated inside the secondary battery 20 flows through the pipe or tube 30 to the gas collecting device 10).
  • the secondary battery 20 may have a port for allowing the tube or the tube 30 to be installed directly on the secondary battery 20. It is sufficient that the port of the secondary battery 20 that can connect the pipe or the tube 30 can connect the pipe or the tube 30 to the secondary battery 20.
  • the first pressure sensor 140 may be connected to a portion where the main opening / closing part 120 is connected to the pipe or tube 30, or between the pipe or the tube 30. The pressure change due to the increase or decrease in the amount of gas generated in the secondary battery 20 can be confirmed by the first pressure sensor 140.
  • a second pressure sensor 150 may be connected between the main opening / closing part 120 and the gas collecting part 100. The second pressure sensor 150 can confirm the pressure change inside the gas collecting apparatus 10.
  • the gas collecting part opening and closing part 110 is connected to the gas collecting part 100
  • the main opening and closing part 120 and the gas collecting part opening and closing part 110 second pressure sensor 150 can be connected.
  • the second pressure sensor 150 may be positioned on the connecting member 130 as shown in FIG. 2A.
  • the gas collecting apparatus 10 further includes a vacuum pump 40 capable of removing the interior of the secondary battery 20 and the gas (interfering gas or unnecessary gas, etc.) inside the gas collecting apparatus 10 .
  • the vacuum pump 40 may be connected to the gas collecting unit 100.
  • a vacuum pump 40 may be connected to the gas collecting part opening and closing part 110.
  • the connecting member 130 is connected to the gas collecting unit 100 and / or the gas collecting unit opening and closing unit 110
  • a vacuum pump 40 may be connected to the connecting member 130.
  • the gas collecting apparatus 10 may further include a vacuum pump opening and closing unit 160 for opening and closing the connection between the gas collecting apparatus 10 and the vacuum pump 40 at a portion connected to the vacuum pump 40.
  • the vacuum pump opening / closing unit 160 may be positioned at the front end of the vacuum pump 40.
  • the vacuum pump opening and closing part 160 may be, for example, a valve or may be a diaphragm valve, a ball valve, or a needle valve, for example, It is possible to make various modifications and changes with the opening / closing members having the onen / close function.
  • the operator can connect the gas collecting apparatus 10 of Figs. 1 and 2A to the secondary battery 20 through the pipe or tube 30 to connect the gas collecting unit opening / closing unit 110 and /
  • the operator can collect the gas generated in the secondary battery according to a desired interval (charging interval, time, process, SOC, temperature, etc.) by adjusting the main opening / closing part 120 and / or the vacuum pump opening / closing part 160.
  • the gas generated in the secondary battery 20 and collected in the gas trapping unit 100 can be used by the operator for qualitative and quantitative analysis using GC / FID, TCD, MSD, and the like.
  • opening and closing of the gas collecting portion opening and closing portion 110, the main opening and closing portion 120, and the vacuum pump opening and closing portion 160, respectively, may be controlled remotely by a control device (not shown).
  • the secondary battery 20 is installed inside the explosion-proof chamber and the gas collecting device 10 is installed outside the explosion-proof chamber to directly charge the secondary battery 20 when the secondary battery is charged, discharged, overcharged, Researcher contact can be minimized. Therefore, the safety of the researcher and the gas collecting apparatus 10 can be ensured due to the risk of ignition / explosion of the secondary battery and temperature rise of the secondary battery. Further, as described above, since the control unit can remotely control the gas collecting unit opening / closing unit 110 and / or the main opening / closing unit 120 and / or the vacuum pump opening / closing unit 160, the safety of the researcher can be further secured .
  • the port of the secondary battery 20 and the gas collecting device 10 are directly connected to the tube or tube 30 (step 1).
  • Direct connection means that the secondary battery 20 and the gas collecting device 10 are connected without using a jig or the like.
  • the secondary battery 20 can be installed inside the explosion-proof chamber, and the gas collecting device 10 can be installed outside the explosion-proof chamber.
  • the step of directly connecting the secondary battery 20 of step 1 and the gas collecting apparatus 10 to the tube or tube 30 includes mounting the main opening and closing part 120 to the tube or tube 30 Step 1a).
  • the main opening / closing unit 120 may be connected to one gas collecting unit 100 and connected to the pipe or tube 30.
  • the respective gas collecting units 100 1 , 100 2 , ... 100 n are connected to the main opening and closing unit 120 You can connect.
  • a connection member 130 may be connected between the gas collecting part 100 (100 1 , 100 2 , ... 100 n ) and the main opening / closing part 120.
  • the step of directly connecting the secondary battery 20 and the gas collecting apparatus 10 to the pipe or tube 30 in the step 1 includes the step of attaching the gas collecting unit opening and closing unit 110 to the gas collecting unit 100 (Step 1b).
  • the gas collecting part opening and closing part 110 can be mounted on one gas collecting part 100.
  • the plurality of gas collection unit (100 1, 100 2, ... 100 n) are necessary in the case, each of the gas collecting unit for opening and closing each of the gas collection unit (100 1, 100 2, ... 100 n) (110 1 , 110 2 , ... 110 n ).
  • the step of directly connecting the secondary battery 20 of step 1 and the gas collecting apparatus 10 to the tube or tube 30 includes the step of connecting the gas collecting unit 100 with the vacuum pump 40 (Step 1c).
  • the vacuum pump 40 may further include a vacuum pump opening and closing unit 160 between the gas collecting unit 100 and the vacuum pump 40.
  • Steps 1a to 1c are not related to the order. That is, any one of the steps 1a to 1c may be performed first, and the other one of the steps 1a to 1c may be performed, and the remaining one step may be performed.
  • the gas collecting unit 100 collects the gas generated in the secondary battery 20 by controlling opening and closing of the gas collecting unit opening / closing unit 110, the main opening / closing unit 120, and the vacuum pump opening / closing unit 160 Step 2).
  • the gas generated inside the secondary battery 20 can be collected by the operator for a desired interval (charging section, time, process, SOC, temperature, etc.).
  • the opening and closing of the gas collecting portion opening and closing portion 110, the main opening and closing portion 120, and the vacuum pump opening and closing portion 160, respectively, may be controlled by the control device as described above.
  • the control device can be installed far away from the explosion-proof chamber in which the secondary battery 20 is placed to ensure the safety of the operator.
  • the step of collecting the gas of the step 2 in the gas collecting part 100 may further include a step of vacuum decompressing the gas collecting part 100 by adjusting the opening and closing of the vacuum pump opening and closing part 160 (step 2a) .
  • FIG. 3A shows an exemplary gas trapping period in the case of using the gas trapping apparatus 10 according to FIG. That is, it indicates the desired gas trapping intervals and the voltage and temperature of the secondary battery in each section when the gas generated in the secondary battery is collected for each desired SOC interval (corresponding to the charging time).
  • the dotted line in FIG. 3A represents desired SOC intervals as SOC intervals.
  • FIG. 3B is a graph illustrating the results of analyzing the composition and content of the collected gas by the desired section in the experimental example of FIG. 3A.
  • the results of the qualitative and quantitative analysis of the gas collected by the SOC sections are shown.
  • a collecting gas by SOC range in the experiment of Figure 3a for example by using the GC / FID, TCD, hydrocarbon (hydrocarbon) (C1 ⁇ C3) and gas (H 2, CO 2, CO, O 2, N 2 ).
  • the results are shown in Fig.
  • connection is intended to encompass the fact that it may be connected directly between components, but may also be connected between components via other components.

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Abstract

본 발명은 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치, 가스 포집 시스템 및 가스 포집 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 작업자가 원하는 구간 별로 포집할 수 있도록 한 가스 포집 장치, 가스 포집 시스템, 및 가스 포집 방법에 관하여 설명하고 있다.

Description

이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치, 가스 포집 시스템 및 가스 포집 방법
본 출원은 2017.10.26. 출원된 한국특허출원 10-2017-0140218호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치, 가스 포집 시스템 및 가스 포집 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 분석자가 원하는 구간 별로 포집할 수 있도록 한 가스 포집 장치, 가스 포집 시스템 및 가스 포집 방법에 관한 것이다.
종래의 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법으로는, 이차 전지를 밀폐된 공간에 넣고 진공감압 후 이차 전지에 구멍을 뚫어 확산시킨 후 시료를 채취하거나 이차 전지 외부에 지그(jig)를 연결하여 이차 전지에 구멍을 뚫은 후 가스를 포집하였다. 이와 관련한 종래기술은 K.Kumai et al., J. of Power Souces 81-82(1999) 715-719 및 대한민국등록특허공보 제10-1590395호가 있다.
한편, 종래의 진공감압 후 이차 전지에 구멍을 뚫어 확산시킨 후 시료를 채취하는 방식은 진공 상태에서 내부 가스를 포집하여 측정하는 방식이므로, 시료의 오염문제나 정확한 시료 채취가 어려운 점이 있다.
또한, 종래의 지그를 이용한 방식은, 이차 전지 발화 시 또는 온도 상승 시에 지그가 손상될 우려가 있고, 이차 전지의 표면에 구멍을 뚫으면 이차 전지의 내부의 내용물이 손상될 우려가 있다. 또한, 지그가 차지하는 공간으로 인하여 이차 전지에 기타 장비를 적용하는 것에 어려움이 있다.
이러한 종래 기술의 어려움을 해결하기 위하여, 지그를 사용하지 않고도 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 직접적으로 포집할 수 있는 장치, 시스템 및 방법이 요구된다. 또한, 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 작업자가 원하는 구간(충전 구간, 시간, 공정, SOC(state of charge), 온도, 등)별로 포집할 수 있도록 하며, 이차 전지의 발화/폭발 및 이차 전지 상승에 따른 위험으로부터 작업자의 안정성을 확보할 수 있도록 하는 장치, 시스템 및 방법이 요구된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 장치에 있어서:
상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집할 수 있는 적어도 하나의 가스 포집부;
상기 적어도 하나의 가스 포집부에 연결된 메인 개폐부로서, 상기 가스 포집 장치는 상기 이차 전지에 관 또는 튜브로 연결되고, 상기 메인 개폐부는 상기 가스 포집 장치의 상기 관 또는 튜브로의 연결을 개폐하는, 상기 메인 개폐부;
상기 메인 개폐부와 상기 관 또는 튜브 사이에 위치하고 상기 이차 전지의 내부의 가스량 증감에 따른 압력 변화를 감지할 수 있는 제 1 압력 센서;
상기 적어도 하나의 가스 포집부에 연결되고 상기 장치의 내부의 압력 변화를 감지할 수 있는 제 2 압력 센서를 포함하고,
상기 가스 포집 장치는 상기 이차 전지에 상기 관 또는 튜브로 연결되어 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집하는 가스 포집 장치는 적어도 하나의 가스 포집부 개폐부를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 가스 포집부 개폐부 각각은 상기 적어도 하나의 가스 포집부 각각에 연결되어 상기 가스 포집부 각각을 개폐하고, 상기 가스 포집부 개폐부는 상기 가스 포집부와 상기 메인 개폐부 사이 및 상기 가스 포집부와 상기 제 2 압력 센서 사이에 위치할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집하는 가스 포집 장치는:
상기 가스 포집 장치의 내부 및 상기 이차 전지의 내부의 간섭 가스를 제거할 수 있는 진공 펌프에 연결될 수 있고;
상기 진공 펌프와의 연결을 개폐할 수 있는 진공 펌프 개폐부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집하는 가스 포집 장치에 있어서, 상기 가스 포집부 및 상기 가스 포집부 개폐부의 쌍은 복수 개이고, 상기 가스 포집부 개폐부의 개폐를 각각 제어하여 상기 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 원하는 구간 별로 상이한 가스 포집부에 포집할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집하는 가스 포집 장치에 있어서, 상기 가스 포집부는 관 형상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집하는 가스 포집 장치에 있어서, 상기 가스 포집부의 재질은 스테인리스 스틸, 테플론, 금속, 플라스틱 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집하는 가스 포집 장치에 있어서, 상기 가스 포집부의 내부 공간의 부피는 1 ml 내지 1000 ml 일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집하는 가스 포집 장치에 있어서, 상기 가스 포집부 개폐부는 볼 밸브일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른, 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템은:
상술한 가스 포집 장치;
상기 가스 포집 장치와 상기 이차 전지를 연결하는 상기 관 또는 튜브;
상기 가스 포집 장치의 내부 및 상기 이차 전지의 내부의 간섭 가스를 제거할 수 있는 진공 펌프; 및
상기 메인 개폐부의 개폐를 제어할 수 있는 제어 장치를 포함하고,
상기 이차 전지는 방폭 챔버 내부에 위치하고, 상기 가스 포집 장치, 상기 진공 펌프, 및 상기 제어 장치는 상기 방폭 챔버 외부에 위치할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른, 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템은:
상술한 가스 포집 장치;
상기 가스 포집 장치와 상기 이차 전지를 연결하는 상기 관 또는 튜브; 및
상기 가스 포집 장치의 내부 및 상기 이차 전지의 내부의 간섭 가스를 제거할 수 있는 진공 펌프를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템을 이용하여, 상기 가스 포집 장치에 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법은:
상기 이차 전지와 상기 가스 포집 장치를 상기 관 또는 튜브로 연결하는 단계; 및
상기 제어 장치로 상기 메인 개폐부 개폐를 조절하여, 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템을 이용하여, 상기 가스 포집 장치에 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법은:
상기 이차 전지와 상기 가스 포집 장치를 상기 관 또는 튜브로 연결하는 단계; 및
상기 제어 장치로 상기 메인 개폐부 개폐 및 상기 가스 포집부 개폐부를 각각 조절하여, 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템을 이용하여, 상기 가스 포집 장치에 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법은:
상기 이차 전지와 상기 가스 포집 장치를 상기 관 또는 튜브로 연결하는 단계; 및
상기 제어 장치로 상기 메인 개폐부 개폐, 상기 가스 포집부 개폐부, 및 상기 진공 펌프 개폐부를 각각 조절하여, 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템을 이용하여, 상기 가스 포집 장치에 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법은:
상기 이차 전지와 상기 가스 포집 장치를 상기 관 또는 튜브로 연결하는 단계; 및
상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 지그를 사용하지 않고도 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 작업자가 원하는 구간(충전 구간, 시간, 공정, SOC, 온도, 등)별로 직접적으로 포집할 수 있고, 이차 전지의 과충전, 발화/폭발 및 이차 전지 상승에 따른 위험으로부터 작업자의 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 시스템(1)의 개념도를 도시한다.
도 2a는 도 1에 따른 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치(10)를 예시적으로 구현한 경우의 도면을 도시하고, 도 2b는 도 2a의 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치(10)의 구성요소 일부를 도시한다.
도 3a는 도 1에 따른 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치(10)를 사용하는 경우에서 원하는 가스 포집 구간을 예시적으로 보여주는 그래프이고, 도 3b는 도 3a의 실험예에서 원하는 구간 별 포집된 가스의 조성 및 함량 분석 결과를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 장치에 있어서:
상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집할 수 있는 적어도 하나의 가스 포집부;
상기 적어도 하나의 가스 포집부에 연결된 메인 개폐부로서, 상기 가스 포집 장치는 상기 이차 전지에 관 또는 튜브로 연결되고, 상기 메인 개폐부는 상기 가스 포집 장치의 상기 관 또는 튜브로의 연결을 개폐하는, 상기 메인 개폐부;
상기 메인 개폐부와 상기 관 또는 튜브 사이에 위치하고 상기 이차 전지의 내부의 가스량 증감에 따른 압력 변화를 감지할 수 있는 제 1 압력 센서;
상기 적어도 하나의 가스 포집부에 연결되고 상기 장치의 내부의 압력 변화를 감지할 수 있는 제 2 압력 센서를 포함하고,
상기 가스 포집 장치는 상기 이차 전지에 상기 관 또는 튜브로 연결되어 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집하는 가스 포집 장치는 적어도 하나의 가스 포집부 개폐부를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 가스 포집부 개폐부 각각은 상기 적어도 하나의 가스 포집부 각각에 연결되어 상기 가스 포집부 각각을 개폐하고, 상기 가스 포집부 개폐부는 상기 가스 포집부와 상기 메인 개폐부 사이 및 상기 가스 포집부와 상기 제 2 압력 센서 사이에 위치할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집하는 가스 포집 장치는:
상기 가스 포집 장치의 내부 및 상기 이차 전지의 내부의 간섭 가스를 제거할 수 있는 진공 펌프에 연결될 수 있고;
상기 진공 펌프와의 연결을 개폐할 수 있는 진공 펌프 개폐부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집하는 가스 포집 장치에 있어서, 상기 가스 포집부 및 상기 가스 포집부 개폐부의 쌍은 복수 개이고, 상기 가스 포집부 개폐부의 개폐를 각각 제어하여 상기 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 원하는 구간 별로 상이한 가스 포집부에 포집할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집하는 가스 포집 장치에 있어서, 상기 가스 포집부는 관 형상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집하는 가스 포집 장치에 있어서, 상기 가스 포집부의 재질은 스테인리스 스틸, 테플론, 금속, 플라스틱 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집하는 가스 포집 장치에 있어서, 상기 가스 포집부의 내부 공간의 부피는 1 ml 내지 1000 ml 일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 포집하는 가스 포집 장치에 있어서, 상기 가스 포집부 개폐부는 볼 밸브일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른, 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템은:
상술한 가스 포집 장치;
상기 가스 포집 장치와 상기 이차 전지를 연결하는 상기 관 또는 튜브;
상기 가스 포집 장치의 내부 및 상기 이차 전지의 내부의 간섭 가스를 제거할 수 있는 진공 펌프; 및
상기 메인 개폐부의 개폐를 제어할 수 있는 제어 장치를 포함하고,
상기 이차 전지는 방폭 챔버 내부에 위치하고, 상기 가스 포집 장치, 상기 진공 펌프, 및 상기 제어 장치는 상기 방폭 챔버 외부에 위치할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른, 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템은:
상술한 가스 포집 장치;
상기 가스 포집 장치와 상기 이차 전지를 연결하는 상기 관 또는 튜브; 및
상기 가스 포집 장치의 내부 및 상기 이차 전지의 내부의 간섭 가스를 제거할 수 있는 진공 펌프를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템을 이용하여, 상기 가스 포집 장치에 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법은:
상기 이차 전지와 상기 가스 포집 장치를 상기 관 또는 튜브로 연결하는 단계; 및
상기 제어 장치로 상기 메인 개폐부 개폐를 조절하여, 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템을 이용하여, 상기 가스 포집 장치에 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법은:
상기 이차 전지와 상기 가스 포집 장치를 상기 관 또는 튜브로 연결하는 단계; 및
상기 제어 장치로 상기 메인 개폐부 개폐 및 상기 가스 포집부 개폐부를 각각 조절하여, 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템을 이용하여, 상기 가스 포집 장치에 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법은:
상기 이차 전지와 상기 가스 포집 장치를 상기 관 또는 튜브로 연결하는 단계; 및
상기 제어 장치로 상기 메인 개폐부 개폐, 상기 가스 포집부 개폐부, 및 상기 진공 펌프 개폐부를 각각 조절하여, 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템을 이용하여, 상기 가스 포집 장치에 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법은:
상기 이차 전지와 상기 가스 포집 장치를 상기 관 또는 튜브로 연결하는 단계; 및
상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하는 단계를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치, 시스템 및 포집 방법을 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치(10)를 포함하는 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 시스템(1)의 개념도를 도시하고, 도 2a는 도 1에 따른 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치(10)를 예시적으로 구현한 경우의 도면을 도시하고, 도 2b는 도 2a의 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치(10)의 구성요소 일부를 도시한다.
먼저 도 1을 참조하면, 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 시스템(1)은 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치(10), 이차 전지(20), 이차 전지(20)와 가스 포집 장치(10)를 연결하는 관 또는 튜브(30), 진공 펌프(40), 및 제어 장치(미도시)를 포함한다. 이차 전지(20)의 예로서는 리튬 이차 전지, 전고체 이차 전지, 리튬 메탈 이차 전지 등이 있다.
이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치(이하, '가스 포집 장치'라 한다)(10)는 가스 포집부(100), 가스 포집부 개폐부(110), 메인(main) 개폐부(120), 연결 부재(130), 제 1 압력 센서(140), 제 2 압력 센서(150), 및 진공 펌프 개폐부(160)를 포함한다.
가스 포집부(100)는 이차 전지(20, 도 2a 참조)로부터 원하는 구간 동안에 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집할 수 있다. 가스 포집부(100)는 소정의 부피를 갖는 관 형상일 수 있지만, 본 발명은 도 1에 도시된 형상에 한정되지 않고 내부에 가스를 포집할 수 있는 공간을 구비할 수 있는 범위 내에서 다양한 변형, 변경이 가능하다. 가스 포집부 개폐부(110)의 재질은 스테인리스 스틸, 테플론, 금속, 플라스틱 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 포집부(100)의 가스를 포집할 수 있는 내부 공간의 부피는 예를 들어 1 ml 내지 1000 ml 일 수 있다. 가스 포집 장치(10)는 가스 포집부(100)에 연결되고 가스 포집부(100)를 개폐하는 가스 포집부 개폐부(110)를 추가로 포함할 수 있다. 가스 포집부 개폐부(110)는 예를 들면 다이아프램 밸브(diaphragm valve), 볼 밸브(ball valve), 또는 니들 밸브(needle valve), 등일 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 가스 포집부(100)를 개폐(onen/close)할 수 있는 밸브 등의 개폐 부재들로 다양한 변형, 변경이 가능하다.
본 발명에 따른 가스 포집 장치(10)는 적어도 하나의 가스 포집부(100)를 포함할 수 있다. 도 2a에 도시한 바와 같이, 복수 개의 가스 포집부들(100 1, 100 2, ... 100 n) 및 각각의 가스 포집부(100)에 연결된 가스 포집부 개폐부들(110 1, 110 2, ... 110 n)을 포함할 수도 있어서, 원하는 구간 별로, 예를 들면 이차 전지(20)의 충전 구간 별로 이차 전지(20)에서 발생하는 가스를 구분하여 각각의 가스 포집부들(100 1, 100 2, ... 100 n)에 저장할 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면, 이차 전지(20)의 첫 번째 충전 구간(초기 충전 구간)에는 제 1 가스 포집부 개폐부(110 1)를 개방하고 나머지 가스 포집부 개폐부들(100 2, ... 100 n)은 폐쇄하여 제 1 가스 포집부(100 1)에만 이차 전지(20)의 첫 번째 충전 구간에서 발생하는 가스를 포집하고, 이차 전지(20)의 두 번째 충전 구간에는 제 1 가스 포집부 개폐부(110 1)를 폐쇄하고 제 2 가스 포집부 개폐부(110 2)만을 개방하여 제 2 가스 포집부(100 2)에만 이차 전지(20)의 두 번째 충전 구간에서 발생하는 가스를 포집하고, 이차 전지(20)의 마지막 충전 구간에는 제 n의 가스 포집부 개폐부(110 n)만 개방하여 제 n의 가스 포집부(100 n)에만 이차 전지(20)의 마지막 충전 구간에서 발생하는 가스를 포집할 수 있다. 본 발명은 상술한 것에 한정되지 않고, 각 충전 구간이나, 공정 단계에 맞추어 개방되는(즉, 가스가 포집되는) 가스 포집부(100)의 개수를 조절할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 가스 포집부 개폐부(110)의 개폐를 작업자가 직접 조절할 수도 있지만, 적어도 하나의 가스 포집부 개폐부(110)가 제어 장치(미도시)에 연결되어 작업자가 원격으로 가스 포집부 개폐부(110)를 개폐할 수도 있고 제어 장치에 작업자가 미리 설정한 대로 가스 포집부 개폐부(110)의 개폐가 자동으로 제어될 수도 있다.
또한, 가스 포집 장치(10)는 적어도 하나의 가스 포집부(100)에 연결되는 메인 개폐부(120)를 포함한다. 메인 개폐부(120)는 후술할 관 또는 튜브(30)를 통해 이차 전지(20)에 연결되고, 가스 포집 장치(10)의 관 또는 튜브(30)으로의 연결을 개방하거나 폐쇄할 수 있다. 메인 개폐부(120)는 예를 들어 밸브일 수 있고, 또는 예를 들어 다이아프램 밸브(diaphragm valve), 볼 밸브(ball valve), 또는 니들 밸브(needle valve), 등일 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 개폐(onen/close)기능을 갖는 개폐 부재들로 다양한 변형, 변경이 가능하다. 상술한 바와 같이, 가스 포집부(100)에 가스 포집부 개폐부(110)가 연결된 경우에는, 적어도 하나의 가스 포집부 개폐부(110)에 메인 개폐부(120)가 연결된다. 또한, 도 2a에 도시된 바와 같이, 가스 포집부(100)와 메인 개폐부(120) 사이에는, 가스 포집부(100)와 메인 개폐부(120)를 연결하는 연결 부재(130)를 더 포함할 수도 있다. 연결 부재(130)는 복수 개의 가스 포집부들(100 1, 100 2, ... 100 n)을 연결할 수도 있다. 또한, 연결 부재(130)에 가스 포집부 개폐부(110), 후술할 제 2 압력 센서(150) 등이 위치할 수 있다. 연결 부재(130)는 관, 튜브, 니플(nipple), 스테인리스 튜빙(Sus tubing), 테플론 튜빙(teflon tubing), 너트(nut), 페럴(ferrule), 유니온(union) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
메인 개폐부(120)에는 이차 전지(20)에 직접적으로 연결되는 관 또는 튜브(30)가 연결될 수 있다. 즉, 관 또는 튜브(30)는 이차 전지(20)와 가스 포집 장치(10)를 직접적으로 연결하여, 이차 전지(20) 내부에서 발생되는 가스가 관 또는 튜브(30)를 통해 가스 포집 장치(10)로 이동한다. 이차 전지(20)에 가스 포집 장치(10)를 연결할 때, 지그(jig)를 사용하지 않는다. 이차 전지(20)는 관 또는 튜브(30)를 이차 전지(20)에 직접적으로 설치할 수 있도록 하는 포트(port)를 구비할 수 있다. 관 또는 튜브(30)를 연결할 수 있도록 이차 전지(20)에 구비될 수 있는 포트는, 이차 전지(20)를 관 또는 튜브(30)를 연결할 수 있는 것이면 충분하다.
메인 개폐부(120)와 관 또는 튜브(30)가 연결되는 부분 또는 관 또는 튜브(30)의 중간에 제 1 압력 센서(140)가 연결될 수 있다. 제 1 압력 센서(140)로 이차 전지(20)의 내부에서 발생하는 가스량의 증감에 따른 압력 변화를 확인할 수 있다. 또한, 메인 개폐부(120)와 가스 포집부(100) 사이에 제 2 압력 센서(150)가 연결될 수 있다. 제 2 압력 센서(150)로 가스 포집 장치(10)의 내부의 압력 변화를 확인할 수 있다. 가스 포집부(100)에 가스 포집부 개폐부(110)가 연결된 경우에는, 메인 개폐부(120)와 가스 포집부 개폐부(110) 제 2 압력 센서(150)가 연결될 수 있다. 가스 포집 장치(10)가 연결 부재(130)를 더 포함하는 경우에는, 도 2a에 도시된 바와 같이 연결 부재(130)에 제 2 압력 센서(150)가 위치할 수도 있다.
또한, 가스 포집 장치(10)는 이차 전지(20)의 내부 및 가스 포집 장치(10)의 내부의 가스(간섭 가스 또는 불필요한 가스, 등)를 제거할 수 있는 진공 펌프(40)를 더 포함할 수 있다. 진공 펌프(40)는 가스 포집부(100)에 연결될 수 있다. 가스 포집부(100)에 가스 포집부 개폐부(110)가 연결된 경우에는, 가스 포집부 개폐부(110)에 진공 펌프(40)가 연결될 수 있다. 가스 포집부(100) 및/또는 가스 포집부 개폐부(110)에 연결 부재(130)가 연결된 경우에는, 연결 부재(130)에 진공 펌프(40)가 연결될 수 있다. 가스 포집 장치(10)는 진공 펌프(40)와 연결되는 부분에, 가스 포집 장치(10)와 진공 펌프(40)와의 연결을 개폐하는 진공 펌프 개폐부(160)를 더 포함할 수 있다. 또는, 진공 펌프(40)의 전단에 진공 펌프 개폐부(160)를 위치시킬 수도 있다. 진공 펌프 개폐부(160)는 예를 들어 밸브일 수 있고, 또는 예를 들어 다이아프램 밸브(diaphragm valve), 볼 밸브(ball valve), 또는 니들 밸브(needle valve) 등일 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 개폐(onen/close)기능을 갖는 개폐 부재들로 다양한 변형, 변경이 가능하다.
본 발명에 따르면, 상술한 바와 같이, 작업자는 도 1 및 도 2a의 가스 포집 장치(10)를 이차 전지(20)에 관 또는 튜브(30)로 연결하여 가스 포집부 개폐부(110) 및/또는 메인 개폐부(120) 및/또는 진공 펌프 개폐부(160)를 조절하여 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 작업자가 원하는 구간(충전 구간, 시간, 공정, SOC, 온도, 등)별로 포집할 수 있다. 이차 전지(20) 내부에서 발생하여 가스 포집부(100)에 포집된 가스는 작업자가 GC/FID, TCD, MSD 등을 이용하여 정성 및 정량 분석에 이용될 수 있다. 이 때, 가스 포집부 개폐부(110), 메인 개폐부(120), 및 진공 펌프 개폐부(160)의 각각 개폐는 제어 장치(미도시)에 원격으로 의하여 제어될 수도 있다.
또한, 이차 전지(20)는 방폭 챔버의 내부에 설치하고, 가스 포집 장치(10)는 방폭 챔버의 외부에 설치하여, 이차 전지의 충방전, 과충전, 고온 노출 적용 이차 전지에 대한 가스 포집 시 직접적인 연구원 접촉을 최소화할 수 있다. 따라서, 이차 전지 발화/폭발 및 이차 전지 온도 상승의 위험으로부터 연구원과 가스 포집 장치(10)의 안전성을 확보할 수 있다. 추가로, 상술한 바와 같이, 제어 장치로 가스 포집부 개폐부(110) 및/또는 메인 개폐부(120) 및/또는 진공 펌프 개폐부(160)를 원격으로 제어할 수 있으므로, 연구원의 안전성을 더욱 확보할 수 있다.
이하, 본 발명에 따르면, 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 시스템을 이용하여 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 방법을 제공할 수 있다.
먼저, 이차 전지(20)의 포트와 가스 포집 장치(10)를 관 또는 튜브(30)로 직접적으로 연결한다(단계 1). 직접적으로 연결한다는 의미는 이차 전지(20)와 가스 포집 장치(10) 사이를 지그(jig) 등을 사용하지 않고 연결한다는 의미이다. 이 때, 이차 전지(20)는 방폭 챔버 내부에 설치될 수 있고, 가스 포집 장치(10)는 방폭 챔버 외부에 설치될 수 있다.
단계 1의 이차 전지(20)와 가스 포집 장치(10)를 관 또는 튜브(30)로 직접적으로 연결하는 단계는, 관 또는 튜브(30)에 메인 개폐부(120)를 장착하는 단계를 포함한다(단계 1a). 하나의 가스 포집부(100)만이 필요한 경우에는, 하나의 가스 포집부(100)에 메인 개폐부(120)를 연결하여 관 또는 튜브(30)에 연결할 수도 있다. 또한, 복수 개의 가스 포집부(100 1, 100 2, ... 100 n)들이 필요한 경우에는, 각각의 가스 포집부(100 1, 100 2, ... 100 n)를 메인 개폐부(120)에 연결할 수 있다. 추가적으로, 가스 포집부(100; 100 1, 100 2, ... 100 n)와 메인 개폐부(120) 사이를 연결 부재(130)로 연결할 수도 있다.
또한, 단계 1의 이차 전지(20)와 가스 포집 장치(10)를 관 또는 튜브(30)로 직접적으로 연결하는 단계는, 가스 포집부(100)에도 가스 포집부 개폐부(110)를 장착하는 단계를 포함할 수 있다(단계 1b). 하나의 가스 포집부(100)만이 필요한 경우에는, 하나의 가스 포집부(100)에 가스 포집부 개폐부(110)를 장착할 수 있다. 또한, 복수 개의 가스 포집부(100 1, 100 2, ... 100 n)들이 필요한 경우에는, 각각의 가스 포집부(100 1, 100 2, ... 100 n)에 각각의 가스 포집부 개폐부(110 1, 110 2, ... 110 n)를 연결할 수 있다.
또한, 단계 1의 이차 전지(20)와 가스 포집 장치(10)를 관 또는 튜브(30)로 직접적으로 연결하는 단계는, 가스 포집부(100)를 진공 펌프(40)와 연결하는 단계를 포함할 수 있다(단계 1c). 가스 포집부(100)와 진공 펌프(40) 사이에 진공 펌프 개폐부(160)를 더 포함할 수 있다.
단계 1a 내지 단계 1c는 순서에 관계 없다. 즉, 단계 1a 내지 단계 1c 중 어느 하나의 단계를 먼저 수행한 다음, 단계 1a 내지 단계 1c 중 다른 하나의 단계를 수행하고, 나머지 하나의 단계를 수행할 수 있다.
다음, 가스 포집부 개폐부(110), 메인 개폐부(120), 및 진공 펌프 개폐부(160)의 각각 개폐를 조절하여 이차 전지(20) 내부에서 발생하는 가스를 가스 포집부(100)에 포집한다(단계 2). 이 때, 이차 전지(20) 내부에서 발생하는 가스를 작업자가 원하는 구간(충전 구간, 시간, 공정, SOC, 온도, 등)별로 포집할 수 있다. 또한, 가스 포집부 개폐부(110), 메인 개폐부(120), 및 진공 펌프 개폐부(160)의 각각 개폐는 상술한 바와 같이, 제어 장치에 의하여 제어될 수도 있다. 제어 장치는 이차 전지(20)가 놓여진 방폭 챔버로부터 멀리 설치하여 작업자의 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 단계 2의 가스를 가스 포집부(100)에 포집하는 단계는 진공 펌프 개폐부(160)의 개폐를 조절하여 가스 포집부(100)를 진공감압하는 단계(단계 2a)를 더 포함할 수 있다.
실험예
도 3a는 도 1에 따른 가스 포집 장치(10)를 사용하는 경우에서 원하는 가스 포집 구간을 예시적으로 보여준다. 즉, 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 원하는 SOC 구간별로(충전시간에 대응) 포집할 때의 원하는 가스 포집 구간들과 각 구간에서의 이차 전지의 전압과 온도를 나타낸다. 도 3a의 점선은, 원하는 가스 포집 구간들로서, SOC 구간들을 구분하여 나타낸다.
도 3b는 도 3a의 실험예에서 원하는 구간 별 포집된 가스의 조성 및 함량 분석 결과를 예시적으로 보여준다. SOC 구간별(100 ~ 125, 125 ~ 127, 127 ~ 129, 129 ~ 131, 131~ 133, 133 ~ 135, 135 ~ 136, 136 ~ 137)로 포집한 가스를 정성 및 정량 분석한 결과를 나타낸다. 구체적으로는, 도 3a의 실험예에서 SOC 구간별로 포집한 가스를 GC/FID, TCD를 이용하여, 탄화 수소(hydrocarbon)(C1 ~ C3) 및 가스(H 2, CO 2, CO, O 2, N 2)에 대해 정량 분석한 결과를 보여준다.
본 발명의 명세서에서, "연결"이라는 용어는 구성요소들 간에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 구성요소들 간에 다른 구성요소를 경유하여 연결되어 있을 수도 있음을 포함하는 의미이다.
상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야에서의 통상의 기술자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구 범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
[부호의 설명]
1: 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 시스템
10: 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치
20: 이차 전지
30: 관 또는 튜브
40: 진공 펌프
100: 가스 포집부
110: 가스 포집부 개폐부
120: 메인 개폐부
130: 연결 부재
140: 제 1 압력 센서
150: 제 2 압력 센서
160: 진공 펌프 개폐부

Claims (18)

  1. 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 장치에 있어서:
    상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집할 수 있는 적어도 하나의 가스 포집부;
    상기 적어도 하나의 가스 포집부에 연결된 메인 개폐부로서, 상기 가스 포집 장치는 상기 이차 전지에 관 또는 튜브로 연결되고, 상기 메인 개폐부는 상기 가스 포집 장치의 상기 관 또는 튜브로의 연결을 개폐하는, 상기 메인 개폐부;
    상기 메인 개폐부와 상기 관 또는 튜브 사이에 위치하고 상기 이차 전지의 내부의 가스량 증감에 따른 압력 변화를 감지할 수 있는 제 1 압력 센서;
    상기 적어도 하나의 가스 포집부에 연결되고 상기 장치의 내부의 압력 변화를 감지할 수 있는 제 2 압력 센서를 포함하고,
    상기 가스 포집 장치는 상기 이차 전지에 상기 관 또는 튜브로 연결되어 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집할 수 있는 것을 특징으로 하는, 가스 포집 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 가스 포집부 개폐부를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 가스 포집부 개폐부 각각은 상기 적어도 하나의 가스 포집부 각각에 연결되어 상기 가스 포집부 각각을 개폐하고,
    상기 가스 포집부 개폐부는 상기 가스 포집부와 상기 메인 개폐부 사이 및 상기 가스 포집부와 상기 제 2 압력 센서 사이에 위치하는, 가스 포집 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 포집부 및 상기 가스 포집부 개폐부의 쌍은 복수 개이고,
    상기 가스 포집부 개폐부의 개폐를 각각 제어하여 상기 이차 전지의 내부에서 발생하는 가스를 원하는 구간 별로 상이한 가스 포집부에 포집할 수 있는, 가스 포집 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 포집 장치는:
    상기 가스 포집 장치의 내부 및 상기 이차 전지의 내부의 간섭 가스를 제거할 수 있는 진공 펌프에 연결될 수 있고;
    상기 진공 펌프와의 연결을 개폐할 수 있는 진공 펌프 개폐부를 더 포함하는, 가스 포집 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 포집부는 관 형상인, 가스 포집 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 포집부의 재질은 스테인리스 스틸, 테플론, 금속, 플라스틱 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는, 가스 포집 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 포집부의 내부 공간의 부피는 1 ml 내지 1000 ml인, 가스 포집 장치.
  8. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 가스 포집부 개폐부는 다이아프램 밸브(diaphragm valve), 볼 밸브, 또는 니들 밸브(needle valve)인, 가스 포집 장치.
  9. 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템에 있어서:
    제 1 항에 따른 가스 포집 장치;
    상기 가스 포집 장치와 상기 이차 전지를 연결하는 상기 관 또는 튜브;
    상기 가스 포집 장치의 내부 및 상기 이차 전지의 내부의 간섭 가스를 제거할 수 있는 진공 펌프; 및
    상기 메인 개폐부의 개폐를 제어할 수 있는 제어 장치를 포함하고,
    상기 이차 전지는 방폭 챔버 내부에 위치하고,
    상기 가스 포집 장치, 상기 진공 펌프, 및 상기 제어 장치는 상기 방폭 챔버의 외부에 위치하는, 가스 포집 시스템.
  10. 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템에 있어서:
    제 2 항 또는 제 3 항에 따른 가스 포집 장치;
    상기 가스 포집 장치와 상기 이차 전지를 연결하는 상기 관 또는 튜브;
    상기 가스 포집 장치의 내부 및 상기 이차 전지의 내부의 간섭 가스를 제거할 수 있는 진공 펌프; 및
    상기 메인 개폐부 및 상기 가스 포집부 개폐부의 개폐를 각각 제어할 수 있는 제어 장치를 포함하고,
    상기 이차 전지는 방폭 챔버 내부에 위치하고,
    상기 가스 포집 장치, 상기 진공 펌프, 및 상기 제어 장치는 상기 방폭 챔버 외부에 위치하는, 가스 포집 시스템.
  11. 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템에 있어서:
    제 4 항에 따른 가스 포집 장치;
    상기 가스 포집 장치와 상기 이차 전지를 연결하는 상기 관 또는 튜브;
    상기 가스 포집 장치의 내부 및 상기 이차 전지 내부의 간섭 가스를 제거할 수 있는 진공 펌프; 및
    상기 메인 개폐부, 상기 가스 포집부 개폐부, 및 상기 진공 펌프 개폐부의 개폐를 각각 제어할 수 있는 제어 장치를 포함하고,
    상기 이차 전지는 방폭 챔버 내부에 위치하고,
    상기 가스 포집 장치, 상기 진공 펌프, 및 상기 제어 장치는 상기 방폭 챔버 외부에 위치하는, 가스 포집 시스템.
  12. 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템에 있어서:
    제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 가스 포집 장치;
    상기 가스 포집 장치와 상기 이차 전지를 연결하는 상기 관 또는 튜브; 및
    상기 가스 포집 장치의 내부 및 상기 이차 전지의 내부의 간섭 가스를 제거할 수 있는 진공 펌프를 포함하는, 가스 포집 시스템.
  13. 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템에 있어서:
    제 4 항에 따른 가스 포집 장치;
    상기 가스 포집 장치와 상기 이차 전지를 연결하는 상기 관 또는 튜브; 및
    상기 가스 포집 장치의 내부 및 상기 이차 전지의 내부의 간섭 가스를 제거할 수 있는 진공 펌프를 포함하는, 가스 포집 시스템.
  14. 제 9 항에 따른 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템을 이용하여, 상기 가스 포집 장치에 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법에 있어서:
    상기 이차 전지와 상기 가스 포집 장치를 상기 관 또는 튜브로 연결하는 단계; 및
    상기 제어 장치로 상기 메인 개폐부 개폐를 조절하여, 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하는 단계를 포함하는, 가스 포집 방법.
  15. 제 10 항에 따른 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템을 이용하여, 상기 가스 포집 장치에 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법에 있어서:
    상기 이차 전지와 상기 가스 포집 장치를 상기 관 또는 튜브로 연결하는 단계; 및
    상기 제어 장치로 상기 메인 개폐부 및 상기 가스 포집부 개폐부의 개폐를 각각 조절하여, 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하는 단계를 포함하는, 가스 포집 방법.
  16. 제 11 항에 따른 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템을 이용하여, 상기 가스 포집 장치에 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법에 있어서:
    상기 이차 전지와 상기 가스 포집 장치를 상기 관 또는 튜브로 연결하는 단계; 및
    상기 제어 장치로 상기 메인 개폐부 개폐, 상기 가스 포집부 개폐부, 및 상기 진공 펌프 개폐부를 각각 조절하여, 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하는 단계를 포함하는, 가스 포집 방법.
  17. 제 12 항에 따른 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템을 이용하여, 상기 가스 포집 장치에 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법에 있어서:
    상기 이차 전지와 상기 가스 포집 장치를 상기 관 또는 튜브로 연결하는 단계; 및
    상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하는 단계를 포함하는, 가스 포집 방법.
  18. 제 13 항에 따른 이차 전지의 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 시스템을 이용하여, 상기 가스 포집 장치에 상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방법에 있어서:
    상기 이차 전지와 상기 가스 포집 장치를 상기 관 또는 튜브로 연결하는 단계; 및
    상기 이차 전지 내부에서 발생하는 가스를 상기 가스 포집부에 포집하는 단계를 포함하는, 가스 포집 방법.
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