JP2023515855A - 溶接不良の検査方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、溶接不良の検査方法に関するものであって、電極組立体に形成された電極タブに電極リードを溶接して電極組立体のサンプルを製造するステップと、上記電極組立体のサンプルに対して、電極タブと電極リードとの間の溶接部分の引張強度、ねじり強度および剥離強度を測定するステップと、引張強度、ねじり強度および剥離強度と溶接不良の有無との相関関係を導出するステップと、溶接不良の有無を判定するための、引張強度、ねじり強度および剥離強度に対する基準値を導出するステップとを含む。

Description

本出願は２０２０年０８月２１日付の韓国特許出願第１０－２０２０－０１０５３４０号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、溶接不良の検査およびそれを含む二次電池の製造方法に関するものである。
最近、充放電が可能な二次電池は、ワイヤレスモバイル機器のエネルギー源として広く使用されている。また、二次電池は、化石燃料を用いる既存のガソリン車、ディーゼル車などに起因する大気汚染などを解決するための方案として提示されている電気自動車、ハイブリッド電気自動車などのエネルギー源としても注目を浴びている。したがって、二次電池を用いるアプリケーションの種類は二次電池の長所により非常に多様化しており、今後は今よりも多くの分野と製品に二次電池が適用されることが予想される。
このような二次電池は、電極と電解液の構成によってリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、リチウムポリマー電池などに分類されることもあり、その中で、電解液の漏液の可能性が少なく、製造が容易なリチウムイオンポリマー電池の使用量が増えている。一般に、二次電池は、電池ケースの形状によって、電極組立体が円筒形または角形の金属缶に内蔵されている円筒形電池および角形電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースに内蔵されているパウチ型電池とに分類される。そして、電池ケースに内蔵される電極組立体は、正極、負極、及び上記正極と上記負極との間に介在された分離膜構造からなる充放電が可能な発電素子であって、活物質が塗布された長いシート状の正極と負極との間に分離膜を介在して巻取したゼリーロール型と、所定のサイズの多数の正極と負極が分離膜に介在された状態で順次に積層されたスタック型とに分類される。
上記正極及び負極はそれぞれ、正極集電体及び負極集電体に正極活物質を含む正極スラリー及び負極活物質を含む負極スラリーを塗布した後、それを乾燥及び圧延して形成される。このとき、上記正極スラリーおよび負極スラリーには、活物質が集電体から脱離されることを防止するために、少量のバインダーが添加される。
一方、上記正極及び上記負極には外部との電気的な連結のために正極タブ及び負極タブが形成され、正極タブ及び負極タブにはそれぞれ正極リード及び負極リードが連結される。このとき、正極タブと正極リードおよび負極タブと負極リードは、溶接を通じて接合され得る。このとき、タブとリードとの間に溶接不良が発生し得るので、溶接不良を検出するための溶接不良の検査を行うことになる。
このような溶接不良の検査は、一般的に、タブとリードとの間の溶接部分の溶接強度を測定するが、主として、タブとリードとの間の溶接部分の引張強度を測定することになる。具体的には、タブとリードが反対方向に引張されるときに発生する引張強度を測定する。
しかし、引張強度のみでは、あらゆる場合の溶接不良および間欠的に発生する弱いレベルの溶接不良の全てを検出し難い。
したがって、上記のような弱いレベルの溶接不良を全て検出し得る溶接不良の検査方法に対する開発が必要であるのが実情である。
本発明は、上記のような課題を解決するために案出されたものであって、弱いレベルの溶接不良を全て検出することで、溶接の信頼性及び正確性が向上された溶接不良の検査方法を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態において、溶接不良の検査方法は、電極組立体に形成された電極タブに電極リードを溶接して電極組立体のサンプルを製造するステップと、上記電極組立体のサンプルに対して、電極タブと電極リードとの間の溶接部分の引張強度、ねじり強度および剥離強度を測定するステップと、引張強度、ねじり強度および剥離強度と溶接不良の有無との相関関係を導出するステップと、溶接不良の有無を判定するための、引張強度、ねじり強度、および剥離強度に対する基準値を導出するステップとを含む。
具体的な例において、上記引張強度、ねじり強度および剥離強度を測定するステップは、電極組立体のサンプルを３セット用意し、引張強度、ねじり強度および剥離強度のうちのいずれか一つを、それぞれのセット毎に測定するステップを含む。
上記引張強度、ねじり強度および剥離強度は、上記電極リードの端を固定する第１グリッパー、および上記電極組立体を固定する第２グリッパーを含む測定装置によって測定される。
このとき、上記第１グリッパーは、上記電極リードに所定方向への力を加えて、溶接部分を破断させる。
一方、本発明の一実施形態において、引張強度、ねじり強度および剥離強度と溶接不良の有無との相関関係を導出するステップは、上記電極タブと電極リードとの間の溶接部分の引張強度、ねじり強度及び剥離強度と溶接不良の有無との関係をデータベース化する過程を含む。
このとき、上記基準値は、データベースから導出される。
本発明の他の実施形態において、溶接不良の検査方法は、電極タブと電極リードとの間の溶接部分の溶接方法を異ならせて、電極タブと電極リードとの間の溶接部分の引張強度、ねじり強度および剥離強度を測定し、溶接方法別に引張強度、ねじり強度および剥離強度と溶接不良の有無との相関関係を導出するステップをさらに含む。
このとき、本発明に係る溶接不良の検査方法は、溶接不良の有無を判定するための基準値を溶接方法別に導出するステップをさらに含む。
上記溶接方法は超音波溶接またはレーザー溶接であり得る。
本発明に係る溶接不良の検査方法は、上記相関関係から溶接不良の発生原因を判断し、発生原因をデータベース化するステップをさらに含む。
また、本発明に係る溶接不良の検査方法は、電極組立体の溶接不良を判定するステップをさらに含む。
このとき、上記溶接不良を判定するステップは、電極タブに電極リードを溶接して検査対象としての電極組立体を３セット製造し、引張強度、ねじり強度及び剥離強度のうちのいずれか一つを、それぞれのセットごとに測定し、上記測定された値と基準値とを比較して不良の有無を判断する過程を含む。
このとき、上記不良の有無を判断する過程は、引張強度、ねじり強度、剥離強度のうちの２種について、測定された値と基準値とを比較する過程を含む。
また、上記不良の有無を判断する過程は、引張強度、ねじり強度及び剥離強度について、の測定された値と基準値とを比較する過程を含む。
また、本発明は上述したような溶接不良の検査方法を含む二次電池の製造方法を提供する。
本発明に係る溶接不良の検査方法は、引張強度、ねじり強度及び剥離強度と溶接不良の有無との相関関係を確認し、それを標準化することで、全ての溶接工程に適用し得るという長所がある。
さらに、溶接強度に関し、引張強度の他に異なる種類の強度テストを並行して測定し、そこから不良を判定する基準値を導出することで、弱いレベルの溶接不良を全て検出することができ、溶接の信頼性及び正確性が向上され得る。
本発明の一実施形態に係る溶接不良の検査方法の手順を示したフローチャートである。 本発明に係る溶接不良の検査方法における引張強度を測定する方法を示した概略図である。 本発明に係る溶接不良の検査方法におけるねじり強度を測定する方法を示した概略図である。 本発明に係る溶接不良の検査方法における剥離強度を測定する方法を示した概略図である。 本発明の他の実施形態に係る溶接不良の検査方法の手順を示したフローチャートである。
以下、本発明について詳細に説明する。その前に、本明細書および特許請求の範囲で使用された用語や単語は、通常的または辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者が彼自身の発明を最良の方法で説明するために用語の概念を適切に定義し得るという原則に立脚して、本発明の技術的思想に合致する意味と概念として解釈されるべきである。
本出願において、「含む」や「有する」などの用語は、本明細書に記載の特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはそれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、１つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部分品またはそれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないものとして理解されるべきである。また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あるとする場合、これは他の部分の「真上に」ある場合のみならず、その中間に別の部分がある場合も含む。逆に、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「下に」あるとする場合、これは他の部分の「真下に」ある場合のみならず、その中間に別の部分がある場合も含む。また、本出願において「上に」配置されるということは、上部のみならず下部に配置される場合も含むものであり得る。
以下、本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る溶接不良の検査方法の手順を示したフローチャートである。
図１を参照すると、本発明の一実施形態において、溶接不良の検査方法は、電極組立体に形成された電極タブに電極リードを溶接して電極組立体のサンプルを製造するステップ（Ｓ１０）と、上記電極組立体のサンプルに対して、電極タブと電極リードとの間の溶接部分の引張強度、ねじり強度および剥離強度を測定するステップ（Ｓ２０）と、引張強度、ねじり強度および剥離強度と溶接不良の有無との相関関係を導出するステップ（Ｓ３０）と、溶接不良の有無を判定するための、引張強度、ねじり強度および剥離強度に対する基準値を導出するステップとを含む。
上述のように、一般的な溶接不良の検査では、タブとリードとの間の溶接部分の引張強度を測定した。しかし、このような引張強度の検査のみでは一方向に対する溶接強度のみを把握し得るので、あらゆる場合の溶接不良および間欠的に発生する弱いレベルの溶接不良を全て検出し難いという問題がある。
本発明に係る溶接不良の検査方法は、溶接強度を把握するための引張強度、ねじり強度および剥離強度と溶接不良の有無との相関関係を確認し、その相関関係を基に標準化することで、全ての溶接工程に適用し得るという長所がある。
さらに、溶接強度に関して、引張強度の他に異なる種類の強度テストを並行して測定し、そこから不良判定の基準値を導出することで、弱いレベルの溶接不良を全て検出することができ、溶接の信頼性及び正確性が向上され得る。
以下、本発明に係る溶接不良検査方法の各ステップについて、詳細に説明する。
一方、本発明の明細書において、溶接強度とは、電極タブと電極リードとの間の溶接部分の強度であって、引張強度、ねじり強度および剥離強度を通称する用語である。
＜電極組立体のサンプルの製造＞
本発明に係る溶接不良の検査方法において、電極組立体のサンプルは、電極組立体に形成された電極タブに電極リードを溶接して製造される。
このとき、電極組立体は、正極、分離膜及び負極が交互に積層されたものであって、正極及び負極はそれぞれ、集電体に電極活物質を含む電極スラリーが塗布された後、乾燥及び圧延過程を経て、活物質層が形成された構造であり得る。
上記集電体は正極集電体または負極集電体であってもよく、上記電極活物質は正極活物質または負極活物質であってもよい。また、上記電極スラリーは、電極活物質の他に導電材及びバインダーをさらに含み得る。
本発明において、正極集電体の場合、一般的に３～５００μｍの厚さで作る。このような正極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発することなく、高い導電性を有するものであれば特に制限されない。例えば、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、またはアルミニウムやステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したものなどが使用され得る。集電体は、その表面に微細な凹凸を形成して正極活物質の接着力を高めることもでき、フィルム、シート、箔、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など、多様な形態が可能である。
負極集電体用シートの場合、一般的に３～５００μｍの厚さで作られる。このような負極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発せずに導電性を有するものであれば、特に制限されるものではない。例えば、銅、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、銅やステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したもの、アルミニウム－カドミウム合金などが使用され得る。また、正極集電体と同様に、表面に微細な凹凸を形成して負極活物質の結合力を強化させることもでき、フィルム、シート、箔、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など多様な形態で使用され得る。
本発明において正極活物質は、電気化学的反応を起こし得る物質であって、リチウム遷移金属酸化物として、２以上の遷移金属を含む。例えば、１以上の遷移金属で置換されたリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ２）などの層状化合物、１またはそれ以上の遷移金属で置換されたリチウムマンガン酸化物、化学式ＬｉＮｉ１-yＭyＯ２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂ、Ｃｒ、ＺｎまたはＧａであり、上記元素のうちの少なくとも１つ以上の元素を含み、０.０１≦y≦０.７である）で表現されるリチウムニッケル系酸化物、Ｌｉ１+zＮｉ１/３Ｃｏ１/３Ｍｎ１/３Ｏ２、Ｌｉ１+zＮｉ０.４Ｍｎ０.４Ｃｏ０.２Ｏ２などのように、Ｌｉ１+zＮｉbＭｎcＣｏ１-(b+c+d)ＭdＯ(２-e)Ａe (ここで、－０.５≦z≦０.５、０.１≦ｂ≦０.８、０.１≦ｃ≦０.８、０≦ｄ≦０.２、０≦ｅ≦０.２、ｂ＋ｃ＋ｄ＜１であり、Ｍ＝Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＳｉまたはＹであり、Ａ＝Ｆ、ＰまたはＣｌである）で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、化学式Ｌｉ１+xＭ１-yＭ'yＰＯ４-zＸz(ここで、Ｍ＝遷移金属、好ましくはＦｅ、Ｍｎ、ＣｏまたはＮｉ、Ｍ'＝Ａｌ、ＭｇまたはＴｉ、Ｘ＝Ｆ、ＳまたはＮであり、０．５≦ｘ≦＋０．５、０≦ｙ≦０．５、０≦ｚ≦０．１である）で表されるオリビン系リチウム金属ホスフェート等が挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。
負極活物質は、例えば、難黒鉛化炭素、黒鉛系炭素などの炭素；ＬｉｘＦｅ２Ｏ３（０≦ｘ≦１）、ＬｉｘＷＯ２（０≦ｘ≦１）、ＳｎｘＭｅ１－ｘＭｅ’ｙＯｚ（Ｍｅ：Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｇｅ；Ｍｅ’：Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期表の１族、２族、３族元素、ハロゲン；０＜ｘ≦１；１≦ｙ≦３；１≦ｚ≦８）などの金属複合酸化物；リチウム金属；リチウム合金；珪素系合金；スズ系合金；ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＰｂＯ、ＰｂＯ２、Ｐｂ２Ｏ３、Ｐｂ３Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ５、ＧｅＯ、ＧｅＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ４、Ｂｉ２Ｏ５などの金属酸化物；ポリアセチレンなどの導電性高分子；Ｌｉ－Ｃｏ－Ｎｉ系材料などが使用し得る。
上記導電材は、通常、正極活物質を含む混合物全体の重量を基準にして１～３０重量％で添加される。このような導電材は、当該電池に化学的変化を誘発せずに導電性を有するものであれば特に限定されるものではない。例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック、炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維、フッ化炭素、アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末、酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー、酸化チタンなどの導電性金属酸化物、ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などが使用され得る。
上記バインダーは、活物質と導電材等の結合と集電体に対する結合に助力する成分であって、通常、正極活物質を含む混合物全体の重量を基準にして１～３０重量％で添加される。このようなバインダーの例としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、デンプン、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン－プロピレン－ジエンテルポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブチレンゴム、フッ素ゴム、多様な共重合体などが挙げられる。
一方、上記分離膜は、正極と負極との間に介在され、高いイオン透過度と機械的強度を有する絶縁性の薄い薄膜が用いられる。分離膜の気孔の直径は、一般的に０．０１～１０μｍであり、厚さは一般的に５～３００μｍである。このような分離膜としては、例えば、耐化学性及び疎水性のポリプロピレン等のオレフィン系ポリマーと、ガラス繊維またはポリエチレンなどで作られたシートや不織布などが用いられる。
電極組立体において、電極の一側には電極タブが形成され、上記電極タブは正極タブまたは負極タブであり得る。上記正極タブ及び負極タブにはそれぞれ、正極リードと負極リードが連結される。上記正極リードおよび負極リードは、電池ケースの外部に引出されて、外部と電気的に連結される端子として役割を果たす。このとき、上記正極リードおよび負極リードはそれぞれ、正極タブおよび負極タブとの溶接によって接合され得る。溶接方法としては、公知のものを用いることができ、例えば、超音波溶接またはレーザー溶接を使用し得る。
＜溶接強度の測定＞
電極組立体のサンプルが製造されると、上記電極組立体のサンプルに対して、電極タブと電極リードとの間の溶接部分の溶接強度、即ち、引張強度、ねじり強度および剥離強度を測定する。本発明に係る溶接不良の検査方法において、溶接強度は外力の方向によって２種類以上が測定され得る。
すなわち、本発明に係る溶接不良の検査方法は、溶接不良を判断する判断基準として、引張強度の他に引張強度とは異なる方向の外力を加えながら測定されるねじり強度及び剥離強度を追加することで、弱いレベルの溶接不良を全て検出し得る。また、溶接の信頼性および正確性が向上され得る。
上記引張強度、ねじり強度および剥離強度を測定するステップは、電極組立体のサンプルを３セット用意し、引張強度、ねじり強度および剥離強度のうちのいずれか一つを、それぞれのセットごとに測定する過程を含む。
後述するように、引張強度、ねじり強度および剥離強度は、電極タブに対して一定の方向に外力を加えて電極タブと電極リードとの間の溶接部分を破断させて測定する破壊検査であって、一種類の溶接強度に対する測定を完了した電極組立体のサンプルに対して、異なる種類の溶接強度を測定することは難しい。そのため、電極組立体のサンプルを３セット用意した後、引張強度、ねじり強度および剥離強度のうちのいずれか一つを、それぞれのセットごとに測定する。このとき、１つのセットは少なくとも１つの電極組立体のサンプルを含み、１つのセットは２つ以上の電極組立体のサンプルを含み得る。このとき、１つのセットが２つ以上の電極組立体のサンプルを含む場合、２つの電極組立体のサンプルの溶接強度の平均を、該セットの溶接強度として定めることができる。
一方、上記引張強度、ねじり強度および剥離強度は、同じ形態の測定装置を用いて行い得る。
図２は、本発明に係る溶接不良の検査方法における引張強度を測定する方法を示す概略図であり、図３は、本発明に係る溶接不良の検査方法におけるねじり強度を測定する方法を示す概略図である。そして、図４は、本発明に係る溶接不良の検査方法における剥離強度の測定する方法を示す概略図である。
図２～図４を参照すると、電極組立体１００は、上述したように、正極１１１、負極１１２及び分離膜１１３が交互に積層された構造であり、一側に正極タブ又は負極タブのうちのいずれか一つである電極タブ１２０が形成され、上記電極タブに電極リード１３０が溶接を通じて接合された構造である。
一方、上記測定装置２００は、上記電極リードの端を固定する第１グリッパー２１０、および上記電極組立体を固定する第２グリッパー２２０を含む。
具体的には、第２グリッパー２２０は電極組立体１００を固定する。上記第２グリッパー２２０は、電極組立体１００を両面から加圧するように、電極組立体１００と接する面に一対の加圧プレートが形成された構造であり得る。上記一対の加圧プレートは、間隔の調節を通じて電極組立体を適切に加圧し、固定させることができる。
第１グリッパー２１０は、電極リード１３０の端を固定し得るように電極リード１３０が収容され得る空間が形成されている構造であり得る。例えば、電極リードと接する面に一対の加圧プレートが形成される構造であり得る。この場合、加圧プレートは、その間の間隔を適切に調節して電極リードを固定させることができる。本発明において、上記第１グリッパー２１０及び第２グリッパー２２０は、電極組立体及び電極リードを固定し得るのであれば、その形態に具体的な制限は存在しない。
このとき、上記第１グリッパー２１０は、上記電極リードに所定の方向へと力を加えて溶接部分を破断させる。
図２を参照すると、上記第１グリッパー２１０は、電極リード１３０が引出された方向と平行するように電極リード１３０を引っ張ることで、電極リード１３０と電極タブ１２０との間の溶接部分に引張力を加えることができる。第１グリッパー２１０は、上記溶接部分が破断されるときまで電極リード１３０を引っ張ることができ、破断されるときに溶接部分が受ける力を溶接部分の引張強度として定義し得る。破断されるときに溶接部分が受ける力は、公知の測定機器等を用いて測定し得る。
図３を参照すると、上記第１グリッパー２１０は、電極リードの幅方向の中心部分を回転軸として回転することで、電極リード１３０と電極タブ１２０との間の溶接部分にねじる力を印加し得る。第１グリッパー２１０は、上記溶接部が破断されるときまで回転し、破断されるときに溶接部分が受ける力を溶接部分のねじり強度として定義し得る。同様に破断されるときに溶接部分が受ける力は公知の測定機器等を用いて測定し得る。
図４を参照すると、上記第１グリッパー２１０は、電極タブ１２０または電極リード１３０が引出された方向に対して９０度となる垂直方向から力を加えながら、電極タブ１２０から電極リード１３０を剥ぎ取るように力を加えることができる。第１グリッパー２１０は、上記溶接部分が破断されるときまで力を加えることができ、破断されるときに溶接部分が受ける力を溶接部分の剥離強度として定義し得る。同様に破断されるときに溶接部分が受ける力は公知の測定機器等を用いて測定し得る。
上記溶接強度の測定は、複数の電極組立体のサンプルに対して、それぞれ測定され得る。また、後述するように、溶接方法を変えた電極組立体のサンプルに対して測定し得る。
＜溶接不良の有無との相関関係を導出＞
電極組立体のサンプルに対して、引張強度、ねじり強度および剥離強度が測定されると、上記引張強度、ねじり強度および剥離強度と溶接不良の有無との相関関係を導出する。ここで、相関関係とは、引張強度、ねじり強度および剥離強度の数値に応じた溶接不良の有無が示す傾向性を意味する。
具体的には、溶接不良の有無との相関関係を導出するステップは、上記電極タブと電極リードとの間の溶接部分の引張強度、ねじり強度及び剥離強度と溶接不良の有無との関係をデータベース化する過程を含む。これは、上述のように、引張強度、ねじり強度および剥離強度に対する溶接不良の有無の傾向性を把握するためである。そのために、複数の電極組立体のサンプルを製作した後、それぞれの引張強度、ねじり強度および剥離強度を測定し、それをメモリなどの保存システムに蓄積することができ、そのようなデータベースは表またはグラフなどの視覚データとして記録され得る。このとき、測定の正確度のために、できるだけ多く数の電極組立体のサンプルに対する引張強度、ねじり強度および剥離強度を測定することが望ましい。
一方、溶接不良の有無は、電極リードと電極タブとの間の溶接部分に実際の不良が発生したか否かを意味する。例えば、溶接部分の外観または溶接部分の表面状態などを観察することで、決定され得る。
＜基準値の導出＞
上記引張強度、ねじり強度および剥離強度と溶接不良の有無との相関関係を導出し、そこから上記溶接不良の有無を判定するための基準値を導出する。この基準値は上記データベースから導出される。また、引張強度、ねじり強度および剥離強度のそれぞれに対する全ての基準値が導出される。
具体的には、上記データベースには、溶接状態が不良として判定された電極組立体のサンプルの引張強度、ねじり強度及び剥離強度と、溶接状態が良好であると判定された電極組立体のサンプルの引張強度、ねじり強度及び剥離強度との測定値が保存されている。ここで、例えば、溶接状態が良好であると判定された電極組立体のサンプルの引張強度、ねじり強度および剥離強度の測定値のうちの最小値を、基準値とし得る。
すなわち、本発明に係る溶接不良の検査方法は、引張強度、ねじり強度及び剥離強度と溶接不良の有無との相関関係を確認し、それを標準化することで、全ての溶接工程に適用され得るという長所がある。
さらに、溶接強度に関して、引張強度の他に異なる種類の強度テストを並行して測定し、そこから不良を判断するための基準値を導出することで、弱いレベルの溶接不良を全て検出することができ、溶接の信頼性および正確性が向上され得る。
一方、本発明の他の実施形態において、溶接不良の検査方法は、電極タブと電極リードとの間の溶接部分の溶接方法を異ならせて、電極タブと電極リードとの間の溶接部分の引張強度、ねじり強度および剥離強度を測定し、溶接方法別に引張強度、ねじり強度および剥離強度と溶接不良の有無との相関関係を導出するステップを含む。また、上記溶接不良の検査方法は、溶接不良の有無に対する基準値を溶接方法別に導出するステップをさらに含む。
図５は、本発明の他の実施形態に係る溶接不良の検査方法の手順を示したフローチャートである。
すなわち、図５を参照すると、溶接不良の検査方法は、電極組立体に形成された電極タブに電極リードを溶接して電極組立体のサンプルを製造するステップ（Ｓ２０）と、上記電極組立体のサンプルに対して、溶接方法を異なるようにして電極タブと電極リードとの間の溶接部分の引張強度、ねじり強度および剥離強度を測定するステップ（Ｓ２１）と、上記引張強度、ねじり強度および剥離強度との溶接不良の有無との相関関係を導出するステップ（Ｓ２２）と、溶接方法別に溶接不良の有無を判定するための基準値を導出するステップ（Ｓ２３）とを含む。
一方、上記溶接方法としては、例えば、レーザー溶接または超音波溶接が挙げられる。
すなわち、本発明は、溶接不良の有無を判定するための基準値を導出する過程において、上記基準値を溶接方法によって細部化することで、溶接方法に応じて変わり得る溶接強度のバラツキを反映し得る。
ここで、溶接不良の検査方法における各ステップは、上述したのと同一である。具体的には、ある１種類の溶接方法を用いて３セットの電極組立体のサンプルを用意した後、引張強度、ねじり強度または剥離強度のうちのいずれか一つを、それぞれのセットごとに測定する。また、溶接方法を変えて同じ過程を繰り返す。
このとき、上記測定装置は、上記電極リードの端を固定する第１グリッパー、および上記電極組立体を固定する第２グリッパーを含み得る。
一方、溶接強度が測定されると、そこから溶接方法別の引張強度、ねじり強度及び剥離強度と溶接不良の有無との相関関係を導出する。このとき、上記溶接方法に係る引張強度、ねじり強度及び剥離強度から溶接不良の発生原因を判断し、発生原因をデータベース化するステップをさらに含み得る。そのために、複数の電極組立体のサンプルを溶接方法を変えて製作した後、それぞれの引張強度、ねじり強度および剥離強度を測定し、その測定値をメモリなどの保存システムに保存し得る。このようなデータベースは表またはグラフなどの視覚データで記録され得る。また、上記基準値は、このようなデータベースから導出され得る。基準値を導出する具体的な過程は、例えば、上述したものと同一であり得る。
また、本発明に係る溶接不良の検査方法は、上記相関関係から溶接不良の発生原因を判断し、発生原因をデータベース化するステップをさらに含む。溶接方法が異なる場合、溶接不良が発生する原因も相違する。そのため、本発明は、溶接方法及び溶接不良の原因による引張強度、ねじり強度及び剥離強度をデータベース化し、溶接不良の発生時に溶接不良の原因を探す参考試料として活用し得る。
このように溶接不良の有無に対する基準値が確保されると、それに基づいて実際の電極組立体の溶接不良を判定するステップが行われる。
上記溶接不良を判定するステップは、電極タブに電極リードを溶接して検査対象となる電極組立体を３セット製造し、引張強度、ねじり強度及び剥離強度のうちのいずれか一つを、セットごとにそれぞれ測定し、上記測定値と基準値とを比較して不良の有無を判断する過程を含む。
具体的には、上記電極組立体の製造方法及び引張強度、ねじり強度及び剥離強度を測定する方法は、上述の方法と同一である。引張強度、ねじり強度および剥離強度は、上述したような測定装置によって測定され得る。また、一つのセットごとに互いに異なる種類の溶接強度を測定すし得る。
引張強度、ねじり強度および剥離強度が測定されると、それを基準値と比較して不良の有無を判断する。このとき、不良の有無を判断する過程は、引張強度、ねじり強度、剥離強度のうち２種について測定値と基準値とを比較する過程を含む。この場合、例えば、引張強度、ねじり強度、剥離強度のうちのいずれか２種について測定値と基準値とを比較し、２種の測定値の何れも基準値を満たす場合、電極組立体を良品として判定し得る。この場合、良品として判定される電極組立体は、同じ工程ラインで製造された電極組立体であり得る。
また、他の一例において、上記不良の有無を判断する過程は、引張強度、ねじり強度及び剥離強度について、測定値と基準値とを比較する過程を含む。この場合、例えば、引張強度、ねじり強度、剥離強度の全てに対する測定値と基準値とを比較し、引張強度、ねじり強度、剥離強度の全てに対する測定値が基準値を満たす場合、電極組立体を良品として判定し得る。上述したのと同様に、良品として判定される電極組立体は、同じ工程ラインで製造された電極組立体であり得る。
また、本発明は、上述した溶接不良の検査方法を含む二次電池の製造方法を提供する。
具体的には、上記二次電池は、電池ケース内に正極、分離膜および負極が交互に積層された構造の電極組立体が収容されて製造される。このとき、上記正極、負極および分離膜は、上述の電極組立体のサンプルと同じものを用いることができる。また、上記電極組立体は、上述したような溶接不良の検査方法に従って検査を行ったときに、良品として判定されたものを使用し得る。
一方、上記電池ケースは、電池を包装するための外装材として使用されるものであれば、特に限定されない。円筒形、角形またはパウチ型が使用され得るが、詳細にはパウチ型の電池ケースが使用され得る。同様に、電池ケースに関する内容は通常の技術者に公知されているので、詳細な説明は省略する。
電池ケースに電極組立体が収容されると、電解液を注入して電池ケースを密封した後に活性化工程を経ることで、二次電池が製造される。
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明に開示された図面は、本発明の技術思想を限定するものではなく説明するためのものであり、このような図面によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は特許請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等の範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものとして解釈されるべきである。
なお、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が用いられたが、このような用語は説明の便宜のためのものであり、対象となる物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは自明である。
１００: 電極組立体
１１１: 正極
１１２: 負極
１１３：分離膜
１２０: 電極タブ
１３０: 電極リード
２００: 測定装置
２１０：第１グリッパー
２２０：第２グリッパー

Claims (15)

  1. 電極組立体に形成された電極タブに電極リードを溶接して電極組立体のサンプルを製造するステップと、
    前記電極組立体のサンプルに対して、前記電極タブと前記電極リードとの間の溶接部分の引張強度、ねじり強度および剥離強度を測定するステップと、
    引張強度、ねじり強度および剥離強度と溶接不良の有無との相関関係を導出するステップと、
    溶接不良の有無を判定するための、引張強度、ねじり強度および剥離強度に対する基準値を導出するステップとを含む、溶接不良の検査方法。
  2. 前記引張強度、ねじり強度及び剥離強度を測定するステップは、
    前記電極組立体のサンプルを３セット用意し、
    引張強度、ねじり強度および剥離強度のうちのいずれか一つを、それぞれのセット毎に測定する過程を含む、請求項１に記載の溶接不良の検査方法。
  3. 前記引張強度、ねじり強度及び剥離強度は、
    前記電極リードの端を固定する第１グリッパー、および
    前記電極組立体を固定する第２グリッパーを含む測定装置によって測定される、請求項１又は２に記載の溶接不良の検査方法。
  4. 前記第１グリッパーは、前記電極リードに所定方向への力を加えて前記溶接部分を破断させる、請求項３に記載の溶接不良の検査方法。
  5. 前記引張強度、ねじり強度および剥離強度と溶接不良の有無との相関関係を導出するステップは、
    前記電極タブと前記電極リードとの間の前記溶接部分の引張強度、ねじり強度及び剥離強度と溶接不良の有無との関係を、データベース化する過程を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の溶接不良の検査方法。
  6. 前記基準値は、前記データベースから導出される、請求項５に記載の溶接不良の検査方法。
  7. 前記電極タブと前記電極リードとの間の前記溶接部分の溶接方法を異ならせて、前記電極タブと前記電極リードとの間の前記溶接部分の引張強度、ねじり強度および剥離強度を測定し、溶接方法別に引張強度、ねじり強度および剥離強度と溶接不良の有無との相関関係を導出するステップを更に含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の溶接不良の検査方法。
  8. 溶接不良の有無を判定するための前記基準値を溶接方法別に導出するステップをさらに含む、請求項７に記載の溶接不良の検査方法。
  9. 前記溶接方法は、超音波溶接またはレーザー溶接である、請求項７又は８に記載の溶接不良の検査方法。
  10. 前記相関関係から溶接不良の発生原因を判断し、前記発生原因をデータベース化するステップをさらに含む、請求項７から９のいずれか一項に記載の溶接不良の検査方法。
  11. 前記電極組立体の溶接不良を判定するステップをさらに含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の溶接不良の検査方法。
  12. 前記溶接不良を判定するステップは、
    前記電極タブに前記電極リードを溶接して、検査対象となる前記電極組立体を３セット製造し、
    引張強度、ねじり強度、剥離強度のうちのいずれか一つを、それぞれのセット毎に測定し、
    前記測定された値と前記基準値とを比較して不良の有無を判断する過程を含む、請求項１１に記載の溶接不良の検査方法。
  13. 前記不良の有無を判断する過程は、
    引張強度、ねじり強度、剥離強度のうちの２種について、前記測定された値と前記基準値とを比較する過程を含む、請求項１２に記載の溶接不良の検査方法。
  14. 前記不良の有無を判断する過程は、
    引張強度、ねじり強度および剥離強度について、前記測定された値と前記基準値とを比較する過程を含む、請求項１２に記載の溶接不良の検査方法。
  15. 請求項１から１４のいずれか一項に記載の溶接不良の検査方法を含む、二次電池の製造方法。
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