用于检测二次电池中的缺陷的设备和方法

技术领域

本申请要求于2022年4月27日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2022-0052003的优先权和权益，该韩国专利申请的全部内容以引用方式并入本文中。

本发明涉及检测二次电池中的缺陷的设备和方法。具体地，本发明涉及向卷芯(jelly-roll)施加电压并且识别是否发生卷芯内部短路的用于检测二次电池中的缺陷的设备和方法。

背景技术

与一次电池不同，二次电池可以是可再充电的并且具有小尺寸和大容量。近年来，对二次电池进行了积极的研究和开发。随着技术的发展和对移动设备的需求的增加，对作为能量源的可再充电电池的需求正在迅速增加。

根据袋的形状，二次电池被分为硬币型电池、圆柱电池、棱角型电池(angularbattery)和袋型电池。在二次电池中，安装在袋中的电极组件是具有通过堆叠电极和隔膜而制成的结构并且可以被充电和放电的电力产生元件。

电极组件可以被大致分为卷芯型电极组件、堆叠型电极组件以及堆叠/折叠型电极组件，所述卷芯型电极组件通过在涂覆有活性材料的片状正极和片状负极之间插置隔膜并且缠绕堆叠件而制成，所述堆叠型电极组件通过将多个正极和负极顺序堆叠成隔膜被插置在多个正极和负极之间的状态而制成，所述堆叠/折叠型电极组件通过使用长分离膜缠绕堆叠型单元电芯而制成。

在电极组件中，隔膜用于将正极与负极电绝缘，并且防止发生内部短路。

然而，在制造电极组件或制造包括电极组件的二次电池的过程中，隔膜被撕裂、损坏和折叠，从而使电极之间局部接触。在这种情况下，电极之间的接触造成低电压缺陷、火灾、爆炸等问题。

然而，在相关技术中存在的问题在于，在检测电极组件中的缺陷时，难以精确地识别电极之间的局部检测部分。

发明内容

技术问题

本发明致力于解决相关技术中的问题，并且本发明的目的是提供一种用于检测二次电池中的缺陷的设备和方法，该设备和方法根据诸如电极接头的厚度和位置这样的变量来降低二次电池的缺陷率。

技术方案

本发明的实施方式提供了一种用于检测二次电池中的缺陷的设备，所述二次电池包括具有第一电极接头和第二电极接头的卷芯以及缠绕在所述卷芯的最外周上的电极未涂覆部分，该设备包括：第一接触单元，所述第一接触单元被配置为与所述第一电极接头和所述第二电极接头中的任一个接触；第二接触单元，所述第二接触单元被配置为与所述电极未涂覆部分的至少一部分接触，并且通过在所述卷芯的中心的方向上移动而与所述卷芯接触；以及检查单元，所述检查单元被配置为通过与所述第一电极接头和所述第二电极接头电接触测量所述卷芯的电流、电压和电阻中的一个或更多个来检测所述卷芯是否有缺陷。

在本发明的实施方式中，该设备还可以包括：第一位置调节单元，所述第一位置调节单元被配置为调节所述第一接触单元的位置，使得所述第一接触单元与所述第一电极接头和所述第二电极接头中的任一个接触或分离；以及第二位置调节单元，所述第二位置调节单元被配置为调节所述第二接触单元的位置，使得所述第二接触单元与所述电极未涂覆部分接触或分离。

在本发明的实施方式中，所述第一接触单元可以设置成夹持所述第一电极接头或所述第二电极接头的钳子的形式。

在本发明的实施方式中，所述第二接触单元可以包括：主体；以及第二接触部，所述第二接触部设置在所述主体的一个表面上，并且被配置为与所述电极未涂覆部分接触。

在本发明的实施方式中，所述第二接触部可以包括板形状。

在本发明的实施方式中，所述第二接触部可以具有平坦表面、凹面或其组合。

在本发明的实施方式中，所述第二接触单元可以按压所述卷芯以与所述卷芯接触。

在本发明的实施方式中，所述第二接触单元可以以0.1MPa或更小的压力按压所述卷芯或者与所述卷芯接触。

在本发明的实施方式中，所述第二接触单元可以与所述卷芯接触，使得所述卷芯的直径减小超过基于所述卷芯的直径的0％至基于所述卷芯的直径的10％或更少。

在本发明的实施方式中，所述第二接触部的与所述电极未涂覆部分接触的接触表面可以包括具有导电性的材料。。

在本发明的实施方式中，所述接触表面可以包括铁、镍、不锈钢或其混合物。

在本发明的实施方式中，所述第二接触部可以被可分离地安装在所述主体上。

在本发明的实施方式中，所述设备还可以包括：电源单元，所述电源单元被配置为向所述第一接触单元和所述第二接触单元施加测试电压。

在本发明的实施方式中，所述设备还可以包括：控制单元，所述控制单元被配置为存储所述卷芯的电流、电压和电阻中的一个或更多个的参考值，并且通过将所述参考值与由所述检查单元测量的数据进行比较来确定所述卷芯的缺陷。

在本发明的实施方式中，所述设备还可以包括：安装部，所述安装部被配置为安装所述卷芯。

在本发明的实施方式中，所述安装部可以包括：第三接触部，所述第三接触部被配置为与所述卷芯接触；以及安装部主体，所述安装部主体被配置为支承所述第三接触部。

本发明的另一实施方式提供了一种检测二次电池中的缺陷的方法，所述二次电池包括具有第一电极接头和第二电极接头的卷芯以及缠绕在所述卷芯的最外周上的电极未涂覆部分，该方法包括以下步骤：第一接触步骤，所述第一接触步骤使第一接触单元与所述第一电极接头或所述第二电极接头接触；第二接触步骤，所述第二接触步骤使第二接触单元的至少一部分与所述电极未涂覆部分接触；以及检查步骤，所述检查步骤通过与所述第一电极接头和所述第二电极接头电接触测量所述卷芯的电流、电压和电阻中的一个或更多个来检测所述卷芯中的缺陷。

在本发明的实施方式中，所述方法还可以包括：向所述卷芯施加测试电压的步骤。

在本发明的实施方式中，在所述检查步骤中，通过将测量值与参考值进行比较来确定所述卷芯中的缺陷。

有益效果

根据本发明的实施方式的用于检测二次电池中的缺陷的设备和方法，可以根据诸如电极接头的厚度和位置这样的变量来降低二次电池的缺陷率。

附图说明

图1是例示了根据本发明的实施方式的用于检测二次电池中的缺陷的设备的前视图。

图2是例示了根据本发明的第二接触单元的截面图。

图3是例示了根据本发明的安装部的截面图。

[附图标记和符号的说明]

100：用于检测缺陷的设备

10：第一接触单元

10a：支承部

10b：第一接触部

11：第一位置调节单元

11a：第二移动部

11b：第一移动部

11c：汽缸

20：第二接触单元

21：主体

22：第二接触部

23：第二位置调节单元

30：安装部

31：安装部主体

32：第三接触部

具体实施方式

提供本发明的详细描述是为了向本领域的普通技术人员完整地解释本发明。在整个说明书中，除非有相反的明确描述，否则当一个部件“包括(包含)”另一部件或“特征在于”具有特定结构和特定形状时，这意味着可以包括其它部件、结构和形状，而不是排他性的。

本发明可以进行各种修改并且可以有各种实施方式，并且将在详细描述中详细地描述具体实施方式。然而，对实施方式的描述并不旨在限制本发明的内容，而是应该理解，本发明将要涵盖落入本发明的精神和技术范围内的所有修改形式、等同物和替代形式。

下文中，将参考附图详细地描述本发明。然而，附图旨在例示性地描述本发明，并且本发明的范围不受附图的限制。

图1是例示了根据本发明的实施方式的用于检测二次电池中的缺陷的设备100的前视图。

用于检测二次电池中的缺陷的设备100用于检测二次电池中所包括的卷芯中的缺陷，并且该设备包括第一接触单元10、第二接触单元20和检查单元(未例示)。

应用于本发明的用于检测缺陷的设备100的卷芯可以包括第一电极接头和第二电极接头，并且设置成使电极未涂覆部分缠绕在所述卷芯的最外周上的形式。更详细地，卷芯可以包括：通过事先顺序地缠绕第一电极、第一隔膜、第二电极和第二隔膜而制成的前体以及缠绕在前体最外周一次的电极未涂覆部分。因此，当前体的半径为r时，前体的周长可以为2πr，并且电极未涂覆部分的长度可以为2πr或更大。

第一接触单元10的至少一部分可以与第一电极接头和第二电极接头中的任一个接触。在这种情况下，接触意味着与第一电极接头或第二电极接头的电连接。

第一接触单元10可以包括支承部10a和第一接触部10b。第一接触部10b可以与第一电极接头或第二电极接头接触，并且设置成能够夹持第一电极接头或第二电极接头的形式。例如，第一接触部10b可以设置成钳子或指状物的形式。支承部10a可以从外部接收电力并且操作第一接触部10b。换句话说，支承部10a可以从外部或者从下面将要描述的第一位置调节单元11接收电力，并且移动第一接触部10b使得第一接触部10b夹持第一电极接头或第二电极接头。

第一接触单元10和第二接触单元20可以抓住不同的电极接头。具体地，因为根据本发明负极未涂覆部分缠绕在卷芯的最外周上，所以第一接触单元10可以在夹持正极接头的同时与正极接头接触，并且第二接触单元20可以与负极未涂覆部分接触。

例如，在第一电极接头是正极接头并且第二电极接头是负极接头的情况下，第一接触单元10可以夹持第一电极接头。在第一电极接头是负极接头并且第二电极接头是正极接头的情况下，第一接触单元10可以夹持第二电极接头。

因为第二接触单元20与负极未涂覆部分接触，所以可以在不损坏电极组件的情况下检测电极组件中的缺陷。

根据本发明的用于检测二次电池中的缺陷的设备100还可以包括第一位置调节单元11。第一位置调节单元11可以调节第一接触单元10的位置，使得第一接触单元10可以与第一电极接头和第二电极接头中的任一个接触。

第一位置调节单元11可以将第一接触单元10在一个或更多个方向上移动。例如，第一位置调节单元11可以将第一接触单元10在第一和第二方向上移动。在这种情况下，第一方向可以是与第一电极接头或第二电极接头突出的方向平行的方向。另外，第二方向可以是与第一方向垂直的方向。

第一位置调节单元11可以包括：第一移动部11b，其被配置为将第一接触单元10在第一方向上移动；以及第二移动部11a，其被配置为将第一接触单元10在第二方向上移动。第二移动部11a可以接收来自外部的电力，并且将第一接触单元10在第二方向上移动。

例如，第一移动部11b可以包括轨道，并且驱动部(未例示)可以设置在第二移动部11a的联接到轨道的一个表面上，并且被配置为沿着轨道移动。

另选地，第一移动部11b可以联接到汽缸11c，并且借助于汽缸的移动将第一接触单元10在第一方向上移动。在这种情况下，第二移动部11a可以通过螺纹联接等被固定地联接到第一移动部11b的一个表面。

第二接触单元20可以与电极未涂覆部分的至少一部分接触。根据本发明，电极未涂覆部分缠绕在卷芯的最外周上，使得电极未涂覆部分可以通过与壳体的内壁直接接触而电连接到壳体的内壁。

因此，即使第二接触单元20与电极未涂覆部分的部分接触而不与第一电极接头或第二电极接头接触，根据本发明的第二接触单元20也可以向卷芯施加电力。另外，根据本发明的用于检测二次电池中的缺陷的设备100不夹持负极接头，从而使得可以防止在检测二次电池中的缺陷时由于与负极接头接触引起的缺陷而发生可变情况。另外，缺陷检测可以不受电极接头的厚度和位置的影响。

图2是例示了根据本发明的第二接触单元20的截面图。第二接触单元20可以包括主体21和第二接触部22。第二接触部22可以包括与电极未涂覆部分接触的接触表面。第二接触部22可以在主体21的方向上距接触表面具有预定高度。

第二接触部22可单独地联接到主体21。即，第二接触部22可以联接到主体21的一个表面或者与其分离。因此，在第二接触单元20的接触表面被污染或损坏并且第二接触单元20不能向卷芯传输电流的情况下，可以仅分离和更换第二接触部22。

联接方法不受特别限制，只要第二接触部22可以与第二接触单元20的主体21分离即可。然而，主体21和第二接触部22可以通过螺纹联接或配合可分离地联接。

第二接触部22可以包括板形状。例如，第二接触部22可以具有平坦表面、弯曲表面或其组合。

在这种情况下，弯曲表面可以具有与卷芯的外部形状对应的凹曲形状。例如，在卷芯具有圆柱形形状的情况下，与第二接触单元20接触的卷芯的截面可以具有凸形，并且第二接触单元20的接触表面的截面可以具有可以与卷芯的凸形截面相配合的凹形。

第二接触单元20的曲率可以等于与第二接触单元20接触的卷芯的表面曲率。另选地，与卷芯的表面相比，第二接触单元20可以具有更大的曲率。

另选地，第二接触单元20的曲率半径可以等于卷芯的曲率半径或者大于卷芯的曲率半径。

在实施方式中，型号2170可以用作卷芯，并且型号2170是直径为20mm至21mm的卷芯。在这种情况下，第二接触单元20的曲率半径可以比卷芯的曲率半径大0.02mm至0.1mm。

第二接触单元20可以通过与卷芯的接触表面将从外部电源施加的电压传输到卷芯。因此，第二接触单元20的接触表面可以包括导电材料。例如，导电材料可以包括金属材料，并且金属材料可以包括铁、镍、不锈钢等。

另外，主体21可以包括非导电材料或半导体材料。

根据本发明的用于检测二次电池中的缺陷的设备100还可以包括第二位置调节单元23。第二位置调节单元23可以调节第二接触单元20的位置，使得第二接触单元20和电极未涂覆部分可以彼此接触或分离。

第二位置调节单元23可以将第二接触单元20在一个或更多个方向上移动。具体地，第二位置调节单元23可以仅在一个方向上移动。例如，第二接触单元20可以与卷芯的没有第一电极接头和第二电极接头的侧表面接触，并且在卷芯的中心的方向和与卷芯的中心的方向相反的方向上移动。

第二位置调节单元23可以包括第二汽缸，第二汽缸联接到第二接触单元20的主体21并且被配置为将第二接触单元20在与卷芯的中心轴线垂直的方向上移动。在第二位置调节单元23中，第二汽缸的活塞杆设置在与卷芯的中心轴线垂直的方向上，并且第二接触单元20联接到螺杆的设置在活塞杆中的一个表面，并且被配置为沿着活塞杆移动。因此，第二位置调节单元23可以借助于螺杆将第二接触单元20向上或向下移动。

第二接触单元20可以通过在卷芯方向的方向上向下移动而与卷芯接触。在这种情况下，第二位置调节单元23可以包括压力调节部(未例示)，该压力调节部能够调节当第二接触单元20与卷芯接触时要施加到卷芯的压力。

因此，第二接触单元20可以电连接到卷芯而不与卷芯接触，或者用力对卷芯施压达到卷芯不会因压力调节部而受损的程度。

例如，压力调节部可以将由第二接触单元20施加到卷芯的压力调节为0.1MPa或更小。另选地，压力调节部可以对卷芯施压，使得卷芯的直径减小超过基于卷芯的直径的0％至基于卷芯的直径的10％或更少。

压力调节部可以将第二接触单元的压力控制在以上提到的范围内，从而可以使对卷芯的损坏和破坏最小化。

根据本发明的用于检测二次电池中的缺陷的设备100还可以包括被配置为安装卷芯的安装部30。安装部30可以设置在面对第二接触单元20的位置处。可以设置一个或更多个安装部30。

安装部30的与卷芯接触的接触表面可以设置成平坦表面和弯曲表面中的任一个的形式。在安装部30的接触表面是弯曲表面的情况下，该弯曲表面可以形成为与安装在安装部30的接触表面上的卷芯配合。

另外，安装部30可以在第二接触单元20的方向和与第二接触单元20的方向相反的方向上移动。因此，用于检测二次电池中的缺陷的设备100可以通过将安装部30向上或向下移动来使第二接触单元20与卷芯接触。

安装部30的接触表面可以包括导电材料和半导体材料中的任一种。例如，导电材料可以包括金属材料，并且金属材料可以包括铁、镍、不锈钢等。

图3是例示了根据本发明的安装部30的截面图。安装部30可以包括第三接触部32，第三接触部包括接触表面。即，安装部30可以包括安装部主体31和与安装部主体31的一个表面联接的第三接触部32。第三接触部32可以与安装部主体31分离或者与其联接。

安装部30可以设置为一对安装部30。另选地，单个安装部可以在卷芯的纵向方向上延伸。在这种情况下，卷芯的纵向方向意指连接卷芯的第一电极接头和第二电极接头在其突出的两个相对端部的直线的长度。

检查单元可以在与第一电极接头和第二电极接头电接触的同时检测卷芯中的缺陷。即，检查单元可以通过测量卷芯的电流、电压和电阻中的一个或更多个来检测卷芯中的缺陷。

根据本发明的用于检测二次电池中的缺陷的设备100还包括被配置为向第一接触单元10和第二接触单元20施加测试电力的电源单元(未例示)。电源单元向第一接触单元10和第二接触单元20供应卷芯充电和放电所需的电力。

在这种情况下，检查单元可以测量接收电力的卷芯的电流、电压和电阻中的一个或更多个。

例如，用于检测二次电池中的缺陷的设备100可以在因外部电源对卷芯的过度充电而导致短路的情况下测量直通电流、电压和电阻。当在卷芯中隔膜短路时，正极和负极没有绝缘，并且在过度充电时在卷芯中出现过电流。出于这个原因，卷芯的容量可以随着卷芯的电流值的增大而降低。另外，在包括内部短路的卷芯的情况下，随着卷芯的容量减小，直通电流和电压可以在过度充电时减小。

因此，在二次电池有缺陷的情况下，检查单元可以测量各自的值低于预先存储在下面将要描述的控制单元(未例示)中的参考值的电流和电压。

卷芯的正极和负极需要用隔膜绝缘。当隔膜短路时，由于正极与负极彼此接触并且过电流流动，可能发生着火和爆炸。

检查单元还可以测量温度，以检测卷芯中的着火和爆炸。例如，检查单元可以包括具有热电偶的数据记录器。

根据本发明的用于检测二次电池中的缺陷的设备100还可以包括被配置为存储参考值或者从外部接收参考值的控制单元，参考值用于与由检查单元测量的卷芯的电流、电压和电阻进行比较。控制单元通过将参考值与由所述检查单元测量的测量值进行比较来确定缺陷。

参考值可以包括当向作为没有诸如短路这样的缺陷的好产品的卷芯供应电力时测量的电流、电压和电阻中的一个或更多个的值。在这种情况下，施加到作为好产品的卷芯的电力可以与在测量二次电池中的缺陷时施加到卷芯的电力相同。

根据本发明的检测二次电池中的缺陷的方法包括第一接触步骤S10、第二接触步骤S20和检查步骤S30。

第一接触步骤S10是通过移动第一接触单元使第一电极接头或第二电极接头与第一接触单元接触的步骤。

例如，第一接触步骤S10可以包括：通过接收来自外部的电力来操作第一接触单元的一对钳子或指状物从而增加所述一对钳子或指状物之间的距离的步骤；通过感测第一电极接头或第二电极接头的位置来调节第一接触单元的位置的步骤；以及通过减小一对钳子或指状物之间的距离来利用钳子或指状物夹持第一电极接头或第二电极接头的步骤。

第二接触步骤S20是使第二接触单元的至少一部分与电极未涂覆部分接触的步骤。

例如，第二接触步骤S20可以包括：移动第二接触单元的步骤；以及当第二接触单元与电极未涂覆部分接触时停止第二接触单元的移动的步骤。

检查步骤S30是通过使检查单元与第一电极接头和第二电极接头电接触测量卷芯的电流、电压和电阻中的一个或更多个来检测卷芯中的缺陷的步骤。

根据本发明的用于检测二次电池中的缺陷的方法还可以包括向卷芯施加测试电压的步骤。

在检查步骤S30中，当通过测试电压操作卷芯时，可以测量卷芯的电流、电压和电阻中的任一个。

例如，检查步骤S30可以包括：使检查单元与第一电极接头和第二电极接头接触的步骤；测量被施加测试电压的卷芯的电流、电压和电阻中的一个或更多个的步骤；以及通过比较测量值与参考值来确定卷芯中的缺陷的步骤。

在这种情况下，可以预先存储参考值，或者可以从外部发送与参考值相关的数据。

当所测量的电流和电压等于或小于参考值或者所测量的电阻等于或大于参考值时，二次电池被确定为有缺陷。当所测量的电流、电压和电阻等于参考值时，二次电池可以被确定为好产品。

关于应用于用于检测二次电池中的缺陷的设备和方法的相同部件，可以用对设备的描述来取代对方法的描述。

虽然以上已参考示例性实施方式描述了本发明，但本领域的技术人员可以理解，在不脱离权利要求中公开的本发明的精神和范围的情况下，可以以各种方式修改和改变本发明。