JP2023540084A - 二次電池の溶接方法及び溶接装置、ならびに、二次電池溶接工程のモニタリング方法と装置 - Google Patents

Abstract

【要約】本発明は、下部缶の内側にレーザを照射することができる二次電池の溶接方法及び溶接装置、ならびに、溶接がなされる間に溶接状態を確認することができる二次電池溶接工程のモニタリング方法及び装置に関する。本発明による溶接装置は、電極組立体のセンターホールにレーザを照射し、電極タブを下部缶に溶接するレーザ照射装置、及びレーザ照射時に電極組立体を保護するジグを含んでなり、本発明によるモニタリング装置は、ジグとレーザ照射装置を含み、この際、前記レーザ照射装置は、溶接用レーザ照射装置と照明用レーザ照射装置及びイメージセンサを含む。このとき、前記溶接用レーザと照明用レーザは、センターホールの上側から垂直方向に照射される。

Description

本出願は、２０２０年９月１０日付け韓国特許出願第１０－２０２０－０１１６４３２号、２０２０年９月１１日付け韓国特許出願第１０－２０２０－０１１７２１３号、２０２０年９月１１日付け韓国特許出願第１０－２０２０－０１１７２１４号、２０２１年９月８日付け韓国特許出願第１０－２０２１－０１１９６５３号に基づいた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、二次電池の溶接方法及び溶接装置に関し、より詳細には、レーザを用いて電極組立体の電極タブを下部缶に溶接し、ただし、レーザを下部缶の内側に照射することで、より詳細には、デフォーカシング（ｄｅｆｏｃｕｓｉｎｇ）がなされるように照射して溶接することにより、前記下部缶の外観の変形を防止し、溶接強度及び溶接効率性を増大させることができる二次電池の溶接方法と溶接装置、ならびに、溶接がなされるとき、溶接状態を確認及びモニタリングすることができる二次電池溶接工程のモニタリング方法及び装置に関する。

通常、コイン型電池、ボタン型電池などにも通用されるボタン型電池は、薄いボタン又はボタンの形状を有し、リモコン、時計、玩具、コンピュータ部品などのいくつかの機器で広く用いられている。

このようなボタン型電池は、主に再充電が不可能な一次電池として製造されていたが、最近、小型化機器の開発に合わせて充放電が可能な二次電池としても広く製造されている。

そして、ボタン型二次電池は、円筒状又はパウチ型二次電池のように、ケース内に電極組立体と電解質が内蔵されて繰り返し充放電が可能な構造を有する。

特に、ボタン型二次電池は、構造がより単純で缶の高さが遥かに低いという違いはあるが、金属で製造された缶の内部にジェリーロール型電極組立体が搭載されるという点で円筒状二次電池と構造的に類似する。

一方、ボタン型二次電池は、電極組立体が上部缶と下部缶が結合されてなる缶に内蔵される形態で製造される。

前記電極組立体は、分離膜、負極、分離膜、正極が積層された状態で巻芯から巻き取られて製造される。よって、前記巻芯が除去された後、中心にセンターホールが形成された構造を有し、上側と下側のそれぞれに電極タブが突出されるように製造される。通常、前記電極タブが下部缶に取り付けられたとき、上側に位置する電極タブは正極タブであり、下側に位置するのが負極タブである。すなわち、前記上部缶と下部缶は、電極組立体が内蔵されると結合されて密封され、ただし、互いに電気的に絶縁され、上部缶は正極タブと連結されて正極となり、下部缶は負極タブと連結されて負極となる。

一方、従来のボタン型二次電池の組立工程において、電極タブを下部缶に溶接する姿が示された図１に示されているように、従来、電極タブ２ａのうち負極タブの溶接は、センターホール２ｂに負極タブが位置するように電極組立体２が下部缶３に搭載された状態で、前記センターホール２ｂにジグ１を下部缶３の内部底面に密着させた後、前記下部缶３を引っくり返して外部からレーザを照射して溶接がなされていた。

しかし、このように外部で溶接がなされる方式は、相対的に負極タブより厚い下部缶３が溶融されて接合がなされるので、下部缶３の材質及び厚さに応じてレーザ溶接が制限されることがあり、前記下部缶３の外部表面に溶接跡が残ることとなるので、商品性が低下するという問題があった。

併せて、溶接がなされる間に正常な溶接がなされるか否かを確認及びモニタリングする必要があった。

したがって、本発明は、下部缶の内側にレーザを照射し、前述したような従来の問題点を解決することができる二次電池の溶接方法及び溶接装置を提供することに主な目的がある。

また、溶接が完了した後、又は、溶接がなされる間に溶接状態を確認することができる二次電池溶接工程のモニタリング方法及び装置を提供することにまた他の目的がある。

前述したような目的を達成するための本発明は、電極タブ（特に、正極タブと負極タブのうち負極タブ）を下部缶の底面に溶接する溶接装置と溶接方法、ならびに、溶接がなされるとき、これをモニタリングできる二次電池溶接工程のモニタリング方法及び装置を提供する。

本発明による溶接装置は、下部缶にセンターホールが形成された電極組立体が取り付けられると、前記電極組立体の電極タブを前記下部缶の内部底面に溶接する二次電池の溶接装置であって、パイプ状を有して前記電極組立体のセンターホールに進入することができる直径を有する挿入部及び前記挿入部の終端で円盤状を有するように直径が拡張された取り付け部を備えるジグ；及び前記挿入部のホール（ｈｏｌｅ）にレーザを照射するレーザ照射装置；を含み、センターホール内に電極タブが置かれるように前記電極組立体が下部缶に取り付けられた状態で、前記レーザが前記ジグの前記挿入部のホールを通過し、前記下部缶の内部底面と電極タブの接触地点に照射されることにより溶接がなされることを特徴とする。

前記下部缶は、下側は内部底面により閉鎖され、上側は開口された円筒状を有し、前記取り付け部は、下部缶に搭載された電極組立体のセンターホールに挿入部が結合されたとき、下部缶の上に取り付けられ得るように前記下部缶の直径よりさらに大きい直径を有する。

前記ジグの挿入部が電極タブを下部缶の内部底面に密着させて取り付け部が下部缶の上に取り付けられるとき、前記挿入部の高さ（ｈ）は５ｍｍ以下であり、前記挿入部に形成されたホールの内径は０．２５から１．５ｍｍの範囲に形成される。

より詳細には、前記挿入部の高さ（ｈ）は５ｍｍ以下であり、前記挿入部に形成されたホールの内径は０．５３から１．５ｍｍの範囲に形成される。

そして、前記下部缶は、高さ（ｈ）を直径（ｄ）で割ったときの値が、０．３５から０．６の範囲の値を有するように高さ（ｈ）と直径（ｄ）の大きさが定まる。

前記挿入部の長さ方向に沿って形成されたホールは、取り付け部が形成された側が最も大きい直径を有し、その反対側に行くほど直径が漸次的に小さくなる形状を有する。

前記取り付け部は、枠部分が相対的により高く形成され、中心のホールに向かって漸次的に低くなる形状を有する。

前記取り付け部は、挿入部がセンターホールに進入したとき、前記下部缶の上端が挟まれるように一側面に凹溝が形成される。

前記挿入部がセンターホールに進入したとき、前記挿入部は、電極タブを下部缶の内部底面に密着させることができる長さを有する。

前記ジグは、金属材で製造され、前記電極組立体と向かい合うようになる取り付け部の下面及び挿入部の表面には、電気を絶縁する絶縁層がコーティングされる。

このとき、前記絶縁層は、ジグより熱伝導性が低い材質で製造される。

一方、前記レーザは、下部缶の内部底面と電極タブの接触地点に到達する前に焦点が形成されたデフォーカシング（ｄｅｆｏｃｕｓｉｎｇ）された状態で照射されてよい。

そして、本発明による溶接方法は、下部缶にセンターホールが形成された電極組立体が取り付けられると、前記電極組立体の電極タブを前記下部缶の内部底面に溶接する二次電池の溶接方法であって、前記電極組立体のセンターホール内に電極タブが置かれるように前記下部缶に電極組立体を取り付ける電極組立体取り付けステップ；円盤状の取り付け部と前記取り付け部から垂直に延長されてパイプ状を有する挿入部を含むジグを電極組立体の上に挿入部がセンターホールに進入するように取り付けるジグ取り付けステップ；及び前記挿入部の内側ホールにレーザを照射し、前記電極タブを下部缶の内部底面に溶接する溶接ステップ；を含むことを特徴とする。

前記溶接ステップにおいて照射されるレーザは、ＩＲ波長のパルスレーザである。

前記ジグ取り付けステップにおいて、前記挿入部の終端は、電極タブを下部缶の内部底面に密着させる。

前記ジグの挿入部が電極タブを下部缶の内部底面に密着させて取り付け部が下部缶の上に取り付けられるとき、前記挿入部の高さ（ｈ）は５ｍｍ以下であり、前記挿入部に形成されたホールの内径は０．２５ｍｍ～１．５ｍｍの範囲、より詳細には、０．５３ｍｍ～１．５ｍｍの範囲に形成され、前記溶接ステップにおいて、下部缶の内部底面と電極タブは、１つの地点で溶接部位が形成されるように溶接がなされる。

前記下部缶は、高さ（ｈ）を直径（ｄ）で割ったときの値が、０．３５から０．６の範囲の値を有するように高さ（ｈ）と直径（ｄ）の大きさが定まる。

前記溶接ステップにおいて、前記レーザは、下部缶の内部底面と電極タブの接触地点に到達する前に焦点が形成されたデフォーカシング（ｄｅｆｏｃｕｓｉｎｇ）された状態で照射される。

このとき、前記溶接ステップにおいて、レーザの焦点は、挿入部の最上端と最下端内で３分の１となる地点と３分の２となる地点の間に形成される。そして、この場合、前記溶接ステップにおいて照射されるレーザは、準連続波動レーザ（ｑｕａｓｉ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ ｌａｓｅｒ）、パルスレーザ（Ｐｕｌｓｅ ｌａｓｅｒ）、連続波変調（ＣＷ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）レーザのうちの１つである。

本発明による溶接工程のモニタリング装置は、下部缶にセンターホールが形成された電極組立体が取り付けられると、前記電極組立体の電極タブを前記下部缶に溶接する二次電池溶接工程のモニタリング装置であって、パイプ状を有して前記電極組立体のセンターホールに進入することができる直径を有する挿入部を備えるジグ及び前記挿入部のホール（ｈｏｌｅ）にレーザを照射するレーザ照射装置を含み、前記レーザ照射装置は、センターホール内に電極タブが置かれるように電極組立体が前記下部缶内に取り付けられた状態で溶接用レーザをフォーカシングレンズを介して挿入部のホール内部に照射し、電極タブと下部缶の接触地点を溶接する溶接用レーザ照射装置；照明用レーザを前記フォーカシングレンズを介して挿入部のホール内部に照射する照明用レーザ照射装置；及び反射された照明用レーザを受光するイメージセンサ；を含み、前記溶接用レーザと照明用レーザは、センターホールの上側から垂直方向に照射されることを特徴とする。

前記溶接用レーザは、第１ダイクロイックミラーから反射されてフォーカシングレンズを通過し、前記照明用レーザは、第２ダイクロイックミラーから反射されてフォーカシングレンズを通過する。

前記第１ダイクロイックミラーと第２ダイクロイックミラーのそれぞれは、レーザの一部は反射させて一部は透過させるようにセッティングされ、前記溶接用レーザは、第１ダイクロイックミラーから反射されてフォーカシングレンズに照射され、照明用レーザは、第１ダイクロイックミラーを透過してフォーカシングレンズに照射される。

溶接地点から反射された照明用レーザの光源は、第１ダイクロイックミラーを透過した後、第２ダイクロイックミラーを透過してイメージセンサに到達する。

前記溶接用レーザ照射装置は、溶接用レーザを発光する溶接用レーザ発振器；前記溶接用レーザ発振器から発光された溶接用レーザが進行方向に移動するときは通過させて戻るときは遮断させる第１光絶縁体；前記第１光絶縁体を通過した溶接用レーザを通過させて平行にする第１コリメータ；を含む。

前記照明用レーザ照射装置は、照明用レーザを発光する照明用レーザ発振器；前記照明用レーザ発振器から発光された照明用レーザが進行方向に移動するときは通過させて戻るときは遮断させる第２光絶縁体；前記第２光絶縁体を通過した照明用レーザを通過させて平行にする第２コリメータ；を含む。

前記照明用レーザは、前記フォーカシングレンズを通過して挿入部のホールの内径より直径が小さく形成される。

前記溶接用レーザが照射されるときは照明用レーザの照射は中断され、前記照明用レーザが照射されるときは溶接用レーザの照射は中断される。

前記ジグは、挿入部の終端で円盤状を有するように直径が拡張された取り付け部を備える。

本発明による溶接工程のモニタリング方法は、下部缶にセンターホールが形成された電極組立体が取り付けられると、前記電極組立体の電極タブを前記下部缶に溶接する二次電池溶接工程のモニタリング方法であって、センターホール内に電極タブが置かれるように電極組立体を前記下部缶内に取り付ける電極組立体取り付けステップ；パイプ状を有する挿入部を含むジグを前記挿入部がセンターホールに進入するように取り付けるジグ取り付けステップ；溶接用レーザをフォーカシングレンズを介して挿入部のホール（ｈｏｌｅ）に照射し、電極タブと下部缶の接触地点を溶接する溶接ステップ；及び照明用レーザを前記フォーカシングレンズを介して挿入部のホール内部に照射して反射されたレーザをイメージセンサが受光するセンシングステップ；を含み、前記溶接用レーザと照明用レーザは、センターホールの上側から垂直方向に照射される。

本発明で提供されるまた他の二次電池溶接工程のモニタリング方法は、下部缶にセンターホールが形成された電極組立体が取り付けられると、前記電極組立体の電極タブを前記下部缶に溶接する二次電池溶接工程のモニタリング方法であって、センターホール内に電極タブが置かれるように電極組立体を前記下部缶内に取り付ける電極組立体取り付けステップ；パイプ状を有する挿入部を含むジグを前記挿入部がセンターホールに進入するように取り付けるジグ取り付けステップ；レーザをフォーカシングレンズを介して挿入部のホール（ｈｏｌｅ）に照射し、電極タブと下部缶の接触地点を溶接する溶接ステップ；及び溶接地点から反射されたレーザをイメージセンサが受光するセンシングステップ；を含み、前記センシングステップでは、レーザの出力を調節して挿入部のホールに照射して反射されたレーザをイメージセンサが受光することを特徴とする。

前記のような構成を有する本発明は、下部缶の内側にレーザが照射されて電極タブ（負極タブ）の溶接がなされるので、下部缶に溶接跡を残さずに商品性を向上させることができる。

前記ジグは、取り付け部が下部缶の上に取り付けられ得るので、レーザの安定的な照射が可能であり、溶接時に発生する異物が電極組立体に浸透する問題、及びレーザの照射による熱により発生し得る損傷の影響を防止することができる。また、前記取り付け部が挿入部に取り付けられると、挿入部の動きは断続されるので安定的な溶接が可能である。より詳細には、本願のジグは、取り付け部が下部缶の直径よりさらに大きく形成されるので、スパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）による影響を抑制することができる。すなわち、レーザ溶接の特性上、溶接中にはスパッタが発生する蓋然性が大きく、このようなスパッタは、下部缶と電極タブが溶融されて金属粒子状に飛散されるものであって、電極組立体の内部に浸透されることがある。そして、このような金属粒子は、電極組立体の内部で飛び散りつつショートを誘発することもあり得る。本願のジグは、このような金属粒子の浸透を防止するために提供されたものであって、取り付け部が下部缶よりさらに大きい直径を有することによって金属粒子の浸透を効率的に防止することができる。

本発明においては、溶接がなされる地点の数に応じて挿入部ホールの内径が変わることがあり、これにより下部缶内における電極組立体の体積を最大化させることができる。

例えば、溶接地点が１個所であるとき挿入部に形成されたホールの内径は０．２５から１．５ｍｍの範囲に制限されると、電極組立体の体積は、下部缶の内部容積の１００％近くまで増大され得るため、充放電容量を増大させることができる。反対に、溶接地点が３個所であるとき、前記ホールの内径は０．５３から１．５ｍｍの範囲に制限され（電極組立体のセンターホールの直径の増大により）、電極組立体の体積は減少するのに伴って電極組立体の体積は下部缶の内部容積の９７％まで減少するが、溶接強度を増大させることができる。

また、本発明で提供されるジグは、挿入部の長さ方向に沿って形成されたホールが、取り付け部が形成された側が最も大きい直径を有し、その反対側に行くほど直径が漸次的に小さくなる形状を有するように形成されるので、溶接される地点の範囲を精巧に限定することができる。

そして、前記ジグは、取り付け部の枠部分が相対的により高く形成され、中心のホールに向かって漸次的に低くなる形状を有するように形成されるので、レーザの溶接時にともに提供されるガスを容易に排出することができる。

併せて、前記ジグは、挿入部がセンターホールに進入したとき、取り付け部の下面に前記下部缶の上端が挟まれるように一側面に凹溝が形成され、ジグが固定された状態で安定的な溶接がなされ得る。

そして、取り付け部の下面及び挿入部の表面には、電気を絶縁する絶縁層がコーティングされるので、レーザ照射時に発生する熱から電極組立体を保護することができる。

また、本発明では、ジグの挿入部に形成された内部ホール内で焦点が形成されるようにデフォーカシングされた状態でレーザが照射されるので、ジグに進入するレーザの最大内径を減らすことができる。これにより、ジグ、特に挿入部の直径を減らすことができ、反対給付で電極組立体の体積を増加させ（電極組立体のセンターホールの内径を減らし）二次電池の容量を増大させることができる。また、レーザがデフォーカシングされた状態で照射されるのに伴い、スパッタの発生をより効率的に抑制するか最小化することができる。すなわち、デフォーカシングを介してレーザが到達する地点の面積と溶接される地点の温度を調節することができるので、焦点の高さを調節して溶接状況に応じてスパッタの発生を抑制又は最小化することができる。

本発明において、レーザのデフォーカシングがなされるとき、焦点は、挿入部の最上端と最下端内において３分の１となる地点と３分の２となる地点の間に形成されるので、レーザの横断面の直径を最小化できる。

本発明においては、電極タブの溶接がなされるとき、照明用レーザが溶接用レーザと同一に垂直方向に照射されることにより、溶接状態をより確実に確認及びモニタリングすることができる。すなわち、垂直方向に照明用レーザが照射されるので、陰影区域が発生しないという効果がある。

併せて、本発明においては、別途の照明用レーザ照射装置がなくとも溶接用レーザ照射装置の出力調節を介して溶接用レーザを照明用レーザとして使用するので、溶接装置をよりコンパクトに製造することができ、構造を単純化させることができる。

従来のボタン型二次電池の組立工程において、外部からレーザを照射して電極タブを下部缶に溶接する姿が示された断面図である。 本発明の第１実施形態に係るボタン型二次電池の組立工程において、下部缶の内部にレーザを照射して電極タブ（電極タブのうち負極タブ）を下部缶に溶接する姿が示された断面図である。 下部缶、電極組立体、ジグが分解された姿が示された斜視図である。 相対的にさらに大きい高さと直径を有する円筒状電池のキャンドルと本発明のボタン型電池の下部缶が透視された姿であって、１点溶接時に要求されるジグに形成されたホールの内径、及び複数点溶接時に要求されるジグに形成されたホールの内径を示した図である。 電極タブにレーザが照射される姿を拡大して示した図である。 本発明によるジグの幾多の変形例が示された図である。 本発明の変形例が適用されたジグの縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係るボタン型二次電池の組立工程において、下部缶の内部にレーザを照射し、電極タブ（電極タブのうち負極タブ）を下部缶に溶接する姿、及び焦点が形成される姿が示された図である。 第２実施形態に係るボタン型二次電池の組立工程において、下部缶、電極組立体、ジグが分解された姿が示された図である。 電極組立体の高さ（ｈ）に比べてのレーザの焦点が形成される高さ（ｚ）を概略的に示した図である。 本発明の第３実施形態に係る好ましい実施形態に係る二次電池溶接工程のモニタリング装置の構成が単純化されて示された図である。 図１１の図において、レーザの反射可能な経路を点線で追加して示した図である。

以下、図に基づき、本発明に対して、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は、幾多の異なる形態に具現されてよく、ここで説明する実施形態に限定されない。

本発明を明確に説明するために、説明と関係ない部分は省略し、明細書全体に亘って同一又は類似の構成要素に対しては、同一の参照符号を付す。
また、本明細書及び特許請求の範囲で用いられた用語や単語は、通常的かつ辞典的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自身の発明を最良の方法で説明するために、用語の概念を適宜定義することができるとの原則に即し、本発明の技術的思想に適合する意味と概念として解釈されなければならない。

本発明は、下部缶３の内側（電極組立体が搭載される側）にレーザを照射して下部缶の外観に溶接跡を残さずに溶接工程の効率性を増大させることができる二次電池の溶接方法及び溶接装置、ならびに、二次電池の溶接工程がなされるとき、溶接状態をモニタリングする方法と装置に関する。以下、図を参照しつつ、本発明の実施形態をより詳細に説明する。

第１実施形態
本実施形態では、下部缶３の内側にレーザを照射して溶接がなされる溶接方法と溶接装置を提供する。

本発明で提供される溶接方法は、下部缶３にセンターホール２ｂが形成された電極組立体２が取り付けられると、前記電極組立体２の電極タブ２ａ（ここで、電極タブは負極タブである）を前記下部缶３の内部底面に溶接する溶接方法であって、電極組立体取り付けステップ、ジグ取り付けステップ、溶接ステップを含むことを特徴とする。

図２は、本発明によるボタン型二次電池の組立工程において、下部缶３の内部にレーザを照射して電極タブ２ａを前記下部缶３に溶接する姿が示された断面図であり、図３は、下部缶３、電極組立体２、ジグ１０が分解された姿が示された斜視図である。

前記電極組立体取り付けステップにおいては、電極組立体２が下部缶３内に取り付けられる。前記電極組立体２は、従来の構造のように、分離膜、負極、分離膜、正極が積層された状態で巻芯から巻き取られて製造され、前記巻芯が除去された後、中心にセンターホール２ｂが形成された構造を有する。そして、上側と下側のそれぞれに電極タブ（上側には正極タブ、下側には負極タブ）が突出されるように製造される。

したがって、前記電極組立体２は、下側に位置した負極タブが下部缶３の内部底面に当接するように下部缶３に搭載される。前記電極組立体２が下部缶３に取り付けられたとき、負極タブである電極タブ２ａは、電極組立体２のセンターホール２ｂ内に位置するように取り付けられる。

そして、電極組立体２が下部缶３に取り付けられた状態でジグ取り付けステップが進められる。本実施形態で提供されるジグ１０は、円盤状の取り付け部１１と前記取り付け部１１の中心から垂直に延長され、パイプ状を有する挿入部１２を含んでなり、前記挿入部１２の内部から長さ方向に沿って形成されたホール１３は、取り付け部１１及び挿入部１２を貫通して上下に開通された構造を有する。

前記ジグ１０は、電極組立体２の上から下に取り付けられ、挿入部１２は、電極組立体２のセンターホール２ｂに進入する。前記ジグ１０の取り付け部１１は、下部缶３の直径よりさらに大きい直径を有するので下部缶３の上端の上に据置され、このとき、挿入部１２の終端は、負極タブを下部缶３の内部底面に密着させる。

そして、前記ジグ１０が下部缶３に取り付けられた状態で、前記挿入部１２の内側にホール１３を介してレーザを照射し、前記電極タブを下部缶３の内部底面に溶接する溶接ステップがなされる。

このとき照射されるレーザは、ＩＲ波長のパルスレーザであってよく、このとき、ＩＲ波長は（図５に示された姿を有することができるように）１０６０ｎｍ～１０８０ｎｍであってよく、好ましくは１０７０ｎｍであってよい。

図４は、相対的にさらに大きい高さと直径を有する円筒状電池のキャンドル（図４において右側１つを除いた左側２つ）と本発明のボタン型電池の下部缶３が透視された姿であって、１点溶接時に要求されるジグ１０に形成されたホール１３の内径、及び複数点溶接時に要求されるジグに形成されたホール１３の内径を示した図である。

図４を参照すると、本発明において照射されるレーザは、焦点でレーザの横断面の直径が最も小さくなるように（焦点で集められるように）照射され、この際、前記焦点は電極タブ（負極タブ）に形成されるように照射される。

したがって、電極タブから遠くなるほど、レーザの横断面の直径は徐々に増大される。例えば、図４において１点溶接がなされるとき、同一規格のレーザを照射する場合、６５ｍｍの高さを有する円筒状電池（１８６５０規格の電池）と７０ｍｍの高さを有する円筒状電池（２１７００規格の電池）のキャンドルは、それぞれ３．２５ｍｍ、３．５ｍｍの内径を有するホールが要求される。

このとき、１８６５０規格の電池缶の外径は１８ｍｍであり、２１７００規格の電池缶の外径は２１ｍｍであり、レーザの通過するホールは、電極組立体のセンターホール（または、ジグが挿入される場合、ジグに形成されたホールの内径）となる。前記センターホールは、製造方式の限界のため、円筒状の形態に製造するしかないため、レーザ干渉を避けるためにセンターホールの直径を減らして電極組立体の容量を増大させることには限界がある。よって、１８６５０規格の電池と２１７００規格の電池のそれぞれは、レーザが通過するセンターホールの体積ほど体積が減り、センターホールが形成されていなかったときの体積に比べてそれぞれ９６．７％、９７．２％に最大体積の大きさが制限される。

一方、本願のボタン型電池の下部缶３は、高さ（ｈ）が５ｍｍであり、直径（外径）（ｄ）が１１ｍｍであるとき、レーザが通過するホール１３の内径は、０．２５ｍｍ～１．５ｍｍが要求される。これは、ジグ挿入部１２の内径の大きさが０．２５ｍｍ～１．５ｍｍであることが要求されるということを意味する。

すなわち、高さが大きい缶を溶接させるときより、本発明においては、下部缶の高さを下げることにより、要求されるホール１３の内径を大幅に縮小することができる。よって、電極組立体２に形成されるセンターホール２ｂの内径は減少し得るため、前記電極組立体２は、センターホール２ｂが形成されていなかったときの体積に比べて９８．１％～９９．９％の体積まで増大され得る。

本発明は、エネルギーを作る部分の体積が９８．１％～９９．９％の体積まで増大され得るジグ挿入部１２の内径の大きさを作ることが目的なので、挿入部の厚さは十分に薄いものと考えられる。

特に、レーザ焦点を移動させて複数点溶接がなされるときは、電極組立体センターホールはさらに大きい直径を有さなければならない。例えば、１８６５０規格の電池と２１７００規格の電池は、複数点溶接がなされるとき、ホールの内径は３．２５ｍｍから６．９９ｍｍに、３．５ｍｍから７．５３ｍｍにそれぞれ増大されなければならず、この場合、センターホールが形成されていなかったときの体積に比べてそれぞれ８４．９％、８７．１％に体積が制限される。

しかし、本願の構造では、複数点溶接を行うとしても、ホールの直径は下限が０．２５ｍｍから０．５３ｍｍに上昇するが、この場合も、センターホールが形成されていなかったときの体積に比べて９８．１％から９９．７％の体積を確保することができる。

これは、電極タブにレーザが照射される姿を拡大して示した図５に示されているように、レーザの外郭線が曲線に照射されるからである。すなわち、電極タブ２ａに照射されるレーザの横断面（Ｗｏ）は、一定の高さ（Ｚ）まではその横断面（Ｗｏ）が急激に増加することはないが、それ以上では横断面がさらに大きく形成されるので、レーザが照射されるホールの直径は、缶又は下部缶３の高さに伴ってさらに大きく増加しなければならない。

したがって、本発明においては、電極組立体及びジグの損傷がなく、レーザの干渉が発生しないようにジグ１０の大きさが一定範囲に制限される。

すなわち、前記溶接ステップにおいて、下部缶３の内部底面と電極タブ２ａは、１つの地点で溶接部位が形成されるように溶接がなされるとき（１点溶接がなされるとき）、前記ジグの挿入部１２が電極タブ２ａを下部缶３の内部底面に密着させて取り付け部１１が下部缶３の上に取り付けられるとき、前記挿入部の高さ（ｈ）は５ｍｍ以下であり、前記挿入部に形成されたホール１３の内径は０．２５ｍｍ～１．５ｍｍに形成される。

そして、前記溶接ステップにおいて、下部缶３の内部底面と電極タブ２ａは、３つの地点で溶接部位が形成されるように溶接がなされるとき（複数点溶接がなされるとき）、前記ジグ１０の挿入部１２が電極タブ２ａを下部缶３の内部底面に密着させて取り付け部１１が下部缶３の上に取り付けられるとき、前記挿入部の高さ（ｈ）は５ｍｍ以下であり、前記挿入部１２に形成されたホール１３の内径は０．５３ｍｍ～１．５ｍｍに形成される。

前記表１、２を参照すると、本発明による下部缶の直径が１１ｍｍで高さが５ｍｍであるとき、１点溶接がなされる場合、挿入部１２のホール１３の内径は最小０．２５ｍｍに定められ得る。この場合、０．２５ｍｍよりさらに小さくなると、レーザとジグ１０の間に干渉が発生して溶接が不可能となり得る。したがって、１点溶接時に使用可能体積の最大値は、直径が０．２５ｍｍであるとき９９．９％で得ることができる。

併せて、複数点溶接がなされる場合、挿入部１２のホール１３の内径は最小０．５３ｍｍに定められ得る。この場合も、０．５３ｍｍよりさらに小さくなると、レーザとジグ１０の間に干渉が発生して溶接が不可能となり得る。したがって、複数点溶接時に使用可能体積の最大値は、直径が０．５３ｍｍであるとき９９．７％で得ることができる。

一方、ボタン型二次電池で顕著に差が発現される基準である量産基準を満たすためには、下部缶３内部の使用可能体積は最小９８％以上でなければならない。

１点溶接の場合、前記表１を参照すると、前記ホール１３の内径が１．５ｍｍであるとき使用可能体積は９８．１％であり、これを超過すると９８％未満、すなわち、９６．７％に急激に低下する。よって、本発明による溶接方法において、挿入部に形成されたホールの内径は、１点溶接の場合、０．２５から１．５ｍｍの範囲に限定されることが必要である。

そして、複数点溶接の場合も、前記表２を参照すると、前記ホールの内径が１．５ｍｍであるとき使用可能体積は９８．１％であり、これを超過すると９８％未満、すなわち、９６．７％に急激に低下する。よって、本発明による溶接方法において、挿入部に形成されたホールの内径は、複数点溶接の場合、０．５３から１．５ｍｍの範囲に制限されることが必要である。

一方、本発明で提供される下部缶は、高さ（ｈ）を直径（ｄ）で割ったときの値（すなわち、ｈ／ｄ）が、０．３５から０．６の範囲の値を有するように高さ（ｈ）と直径（ｄ）の大きさが定まる。例えば、直径が１１ｍｍであり高さが５であるとき、前記値は０．４５であり、前記範囲を満たす。このような比率範囲の値で最も効率的な電池が具現され得る。

併せて、本実施形態においては、下部缶３にセンターホール２ｂが形成された電極組立体２が取り付けられると、前記電極組立体２の電極タブ２ａを前記下部缶３の内部底面に溶接する二次電池の溶接装置を追加的に提供する。

図を参照すると、本発明の溶接装置は、ジグ１０、レーザ照射装置２０を含む。

前記ジグ１０は、パイプ状を有し、前記電極組立体２のセンターホール２ｂに進入することができる直径を有する挿入部１２、及び前記挿入部１２の終端で円盤状を有するように直径が拡張された取り付け部１１を備え、前記取り付け部１１は、下部缶３よりさらに大きい直径を有し、前記挿入部１２は、取り付け部１１が下部缶３の上端に取り付けられたとき、電極組立体２のセンターホール２ｂで電極タブ２ａを下部缶３の内部底面に加圧することができる長さを有する。また、前記挿入部１２内に形成されたホール１３は、取り付け部１１を貫通して上下に開通するように構成される。

そして、前記レーザ照射装置２０は、前記挿入部１２のホール１３にレーザを照射するように構成され、ただし、前記電極タブ２ａで焦点が形成され得るようにレーザを照射する。

したがって、センターホール２ｂ内に電極タブ２ａが置かれるように前記電極組立体２が下部缶３に取り付けられた状態で、前記レーザが前記ジグ１０の前記挿入部１２を通過し、前記下部缶３の内部底面と電極タブ２ａの接触地点に照射されることにより溶接がなされる。

一方、本実施形態において、前記下部缶３は、下側は内部底面により閉鎖され、上側は開口された円筒状を有する。

そして、前記で説明したように、電極組立体２の体積損失を最大限抑制することができるように、本実施形態に係るジグ１０は、前記ジグ１０の挿入部１２が電極タブ２ａを下部缶３の内部底面に密着させて取り付け部１１が下部缶３の上に取り付けられるとき、前記挿入部の高さ（ｈ）は５ｍｍ以下であり、前記挿入部に形成されたホールの内径は０．２５から１．５ｍｍの範囲に形成される。

または、前記ジグ１０の挿入部１２が電極タブ２ａを下部缶３の内部底面に密着させて取り付け部１１が下部缶３の上に取り付けられるとき、前記挿入部１２の高さ（ｈ）は５ｍｍ以下であり、前記挿入部１２に形成されたホールの内径は０．５３から１．５ｍｍの範囲に形成される（複数の溶接部位が形成される場合）。

併せて、本発明によるジグ１０の幾多の変形例が示された図６に示されているように、本実施形態で提供されるジグ１０は、円筒状の挿入部１２の上端に円盤状の取り付け部１１が結合された一般的な構造（ａ）の他にも幾多の追加的な構造を有することができる。

すなわち、前記ジグ１０は、挿入部１２の長さ方向に沿って形成されたホール１３は、取り付け部１１が形成された側が最も大きい直径を有し、その反対側に行くほど直径が漸次的に小さくなる形状（ｂ）を有することができる。

そして、前記取り付け部１１は、枠部分が相対的により高く形成され、中心のホール１３に向かって漸次的に低くなる形状（ｃ）、すなわち、取り付け部１１に楔形溝１４が形成された形状を有することができる。

また、前記取り付け部１１は、挿入部１２がセンターホール２ｂに進入したとき、前記下部缶３の上端が挟まれるように一側面に凹溝１５が形成された構造（ｄ）を有することができる。

（ｂ）のような形状を有するジグは、溶接される地点の範囲を精巧に限定することができ、（ｃ）のような構成を有するジグは、レーザ溶接時にともに提供されるガスの流れを容易にすることができ、（ｄ）のような構成を有するジグは、下部缶３に固定された状態で安定的な溶接がなされ得る。

図７は、本発明の変形例が適用されたジグの縦断面図である。図７に示されているように、前記ジグ１０は、電極組立体２と向かい合うようになる取り付け部１１の下面及び挿入部１２の表面には電気を絶縁する絶縁層１６がコーティングされてよい。前記絶縁層１６は、ジグ１０より熱伝導性が低い材質で製造されてよい。したがって、溶接により熱が発生するとき、電極組立体に伝達される熱を遮断して電極組立体の熱害を防止することができる。

前記のような構成を有する本発明の第１実施形態においては、下部缶の内側にレーザが照射されて電極タブ（負極タブ）の溶接がなされるので、下部缶３に溶接跡を残さずに商品性を向上させることができる。

前記ジグ１０は、取り付け部１１が下部缶３の上に取り付けられ得るので、レーザの安定的な照射が可能であり、溶接時に発生する異物が電極組立体２に浸透する問題、及びレーザの照射による熱によって発生し得る損傷の影響を防止することができる。

本発明では、溶接がなされる地点の数に応じて挿入部１２のホール１３の内径が変わってよく、これにより下部缶３内における電極組立体２の体積を最大化させることができる。例えば、溶接地点が１個所であるとき、挿入部１２に形成されたホール１３の内径は０．２５から１．５ｍｍ以下に制限されると、電極組立体２の体積は、下部缶３の内部容積の１００％近くまで増大され得るので、充放電容量を増大させることができる。逆に、溶接地点が複数の個所であるとき、前記ホール１３の内径は０．５３から１．５ｍｍの範囲に制限され（電極組立体のセンターホールの直径の増大により）、電極組立体の体積は減少されるのに伴って電極組立体の体積は下部缶の内部容積の９７％まで減少されるが、溶接強度を増大させることができる。

また、本発明で提供されるジグ１０は、挿入部１２の長さ方向に沿って形成されたホールが、取り付け部が形成された側が最も大きい直径を有し、その反対側に行くほど直径が漸次的に小さくなる形状を有するように形成されるので、溶接される地点の範囲を精巧に限定することができる。

そして、前記ジグは、取り付け部の枠部分が相対的により高く形成され、中心のホールに向かって漸次的に低くなる形状を有するように形成されるので、レーザ溶接時にともに提供されるガスを容易に排出することができる。

併せて、前記ジグは、挿入部がセンターホールに進入したとき、取り付け部の下面に前記下部缶の上端が挟まれるように一側面に凹溝が形成されるので、ジグが固定された状態で安定的な溶接がなされ得る。

第２実施形態
本実施形態では、下部缶３の内側にデフォーカシングがなされるようにレーザを照射して溶接がなされる溶接方法及び溶接装置を提供する。

本実施形態で提供される溶接方法は、下部缶３にセンターホール２ｂが形成された電極組立体２が取り付けられると、前記電極組立体２の電極タブ２ａを前記下部缶３の内部底面に溶接する二次電池の溶接方法であって、第１実施形態と同様に電極組立体取り付けステップ、ジグ取り付けステップ及び溶接ステップを含む。

図８は、本発明によるボタン型二次電池の組立工程において、下部缶の内部にレーザを照射して電極タブ（電極タブのうち負極タブ）を下部缶に溶接する姿、及び焦点が形成される姿が示されている図であり、図９は、下部缶、電極組立体、ジグが分解された姿が示されている図であり、図１０は、電極組立体の高さ（ｈ）に比べてのレーザの焦点が形成される高さ（ｚ）を概略的に示した図である。

図を参照すると、前記電極組立体取り付けステップとジグ取り付けステップは、第１実施形態と同一に行われる。

すなわち、電極組立体取り付けステップにおいては、電極組立体２が下部缶３内に取り付けられ、電極組立体２が下部缶３に取り付けられた状態でジグ取り付けステップが進められる。

本実施形態で提供されるジグ１０もまた、第１実施形態と同一又は類似の構造を有する。すなわち、円盤状の取り付け部１１と、前記取り付け部１１の中心から垂直に延長されてパイプ状を有する挿入部１２とを含むジグ１０が提供される。このとき、前記挿入部１２の内部で長さ方向に沿って形成された挿入部１２のホール１３は、取り付け部１１及び挿入部１２を貫通して上下に開通された構造を有し、このようなジグ１０は、電極組立体の上に挿入部１２がセンターホール２ｂに進入するように取り付けられる。

そして、前記ジグ１０の挿入部１２がセンターホール２ｂに進入した状態で、前記挿入部１２の内部ホール１３を介してレーザが照射され、前記電極タブ２ａを下部缶３の内部底面に溶接する溶接ステップが行われる。

このとき照射されるレーザは、ビームが途切れることなく持続的に発生する連続波レーザ、又は発光自体が短時間のみ持続するパルスレーザの選択が可能な準連続波動レーザ（ｑｕａｓｉ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ ｌａｓｅｒ）、パルスレーザ（Ｐｕｌｓｅ ｌａｓｅｒ）、連続波変調（ＣＷ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）レーザのうち選択された１つであってよい。

このうち、準連続波動レーザは、出力の柔軟性及びレーザ波長の調節が可能なことから、電極タブ２ａと下部缶３の間の溶接に用いられ得る。そして、前記溶接ステップ（Ｓ３０）において、下部缶３の内部底面と電極タブ２ａは、複数の地点で個別的に溶接がなされ得る。

一方、本実施形態で提供される溶接ステップにおいて、前記レーザは、下部缶３の内部底面と電極タブ２ａの接触地点に到達する前に焦点が形成されたデフォーカシング（ｄｅｆｏｃｕｓｉｎｇ）された状態で照射される。

すなわち、溶接のために照射されるレーザは、発光地点で最も大きい横断面状の直径を有して焦点で最も小さい直径を有するように（焦点で集められるように）照射され、この際、前記焦点で集められた後、漸次的に直径が増大される状態で溶接地点である電極タブ２ａに到達するように照射される。よって、レーザの焦点は、電極タブに到達する前にジグ内で形成されるようにデフォーカシングされた状態で照射される。

デフォーカシング（ｄｅｆｏｒｃｕｓｉｎｇ）の辞典的な意味は、正確に焦点が合わない状態であり、「＋」デフォーカシングは、焦点が対象物の前に形成される状態、「－」デフォーカシングは、焦点が対象物の後に形成される状態を意味する。よって、本発明におけるレーザは、図８、９に示されているように、「＋」デフォーカシング状態で照射がなされる。

このとき、レーザの焦点は、挿入部１２の最上端と最下端内で３分の１となる地点と３分の２となる地点の間に形成される。好ましくは、挿入部１２の内部ホールの中間となる位置、すなわち、図１０において、電極組立体の高さがｈであるとき、焦点が形成される地点の高さをｚとすると、ｈ＝２ｚとなる位置で焦点が形成されることが好ましい（このとき、図１０に示されているように、電極組立体は、取り付け部の底面に当接するか近接するように高さがｈに形成され、取り付け部は厚さが無視できる程度に十分薄いものとみなされる）。

そして、ｚは、１／３ｈ≦ｚ≦２／３ｈとなる範囲に形成されてよい。

参考として、図１０に表示されたｈとｚは、挿入部１２の高さと電極組立体２の高さが同一の場合であることを仮定したものであるが、挿入部１２の高さが電極組立体２の高さよりさらに大きい場合であれば、挿入部の大きさにより焦点が形成される高さｚはさらに増大され得るが、焦点の高さが電極組立体の高さを超えてはならない。

このように、「＋」デフォーカシング状態でレーザが照射されるため、ジグ１０に進入するレーザの横断面の直径は、溶接部位にフォーカシングされる場合よりさらに小さくなることがある。すなわち、溶接部位にフォーカシングされるとすれば、干渉を避けるために挿入部１２の内部ホール１３の内径はさらに大きくなるべきであるが、「＋」デフォーカシングされて焦点がｚだけ上に上がった状態では、挿入部１２に進入する地点でレーザの横断面直径が縮小され、挿入部１２の内部ホール１３の内径も小さくなることがあり、これにより、ジグ１０の大きさも小さくなり得る。図９に示されているように、焦点に集められるレーザは楔形状に照射されるので、電極タブ２ａに焦点が形成されるためには、レーザとの干渉を避けるためにジグ挿入部の内部ホールの直径は増加しなければならず、このような内部ホールの直径の増加により、電極組立体２のセンターホール２ｂの大きさも大きくならなければならないので、電極組立体２の全体容量は制限され得る。

したがって、本実施形態に係る溶接方法は、さらに小さい大きさの電極組立体の溶接も可能にすることができ、センターホール２ｂの大きさを最小化して電極組立体２の容量を増大させることができる。

一方、前記ジグ１０は金属材で製造されるため、十分な剛性及び耐熱性を有し、電極組立体２のセンターホール２ｂに進入する挿入部１２は、十分薄い厚さを有するように製造され得る。

併せて、本実施形態では、下部缶３にセンターホール２ｂが形成された電極組立体２が取り付けられると、前記電極組立体２の電極タブ２ａを前記下部缶３の内部底面に溶接する二次電池の溶接装置を追加的に提供する。

図を参照すると、本発明の溶接装置は、ジグ１０、レーザ照射装置２０を含む。

前記ジグ１０は、パイプ状を有してセンターホール２ｂに進入することができる直径を有する挿入部１２でのみ形成されてもよく、または、パイプ状を有して電極組立体２のセンターホール２ｂに進入することができる直径を有する前記挿入部１２、及び前記挿入部１２の終端で円盤状を有するように直径が拡張された取り付け部１１を含むように形成されてもよい。

そして、前記レーザ照射装置２０は、前記挿入部１２のホール１３にレーザを照射するように構成され、ただし、前記ジグ１０の挿入部１２内で溶接地点に到達する前に焦点が形成されるようにレーザを照射する。

すなわち、センターホール２ｂ内に電極タブ２ａが置かれるように前記電極組立体２が下部缶３に取り付けられた状態で、前記レーザが前記挿入部１２の内部ホール１３を通過し、前記下部缶３の内部底面と電極タブ２ａの接触地点に照射されることにより溶接がなされ、この際、前記レーザ照射装置２０は、下部缶３の内部底面と電極タブ２ａの接触地点に到達する前に焦点が形成された「＋」デフォーカシングされた状態でレーザを照射する。

したがって、「＋」デフォーカシングがなされるように、前記レーザ照射装置２０は、焦点の形成高さを調節できるように上昇下降が可能な滑走装置（図示せず）と結合されてよい。前記滑走装置は、焦点の位置調節のために前記レーザ照射装置２０を上昇下降させることができるのみならず、複数の溶接地点が形成されるように左右前後の方向にも滑走させるように構成されてよい。

前記のような構成を有する本発明は、下部缶３の内側でレーザを照射して負極タブを溶接するので、下部缶の外部表面に溶接跡を残さずに商品性を向上させることができる。

特に、本発明では、ジグの挿入部１２に形成された内部ホール１３内で焦点が形成されるようにデフォーカシングされた状態でレーザが照射されるので、ジグに進入するレーザの最大内径を減らすことができる。これにより、ジグ、特に挿入部１２の直径を減らすことができ、反対給付で電極組立体の体積を増加させて（センターホールの大きさを減らし）二次電池の容量を増大させることができる。

前記取り付け部が挿入部に取り付けられると挿入部の動きは断続されるので、安定的な溶接が可能である。

本発明で、レーザのデフォーカシングがなされるとき、焦点は、（取り付け部が十分薄いものと仮定することができるとき）挿入部の最上端と最下端内で３分の１となる地点と３分の２となる地点との間に形成され、レーザの横断面直径を最小化できる。

第３実施形態
本実施形態では、二次電池の溶接工程のモニタリング装置及び方法を提供する。

図１１は、本発明の好ましい実施形態に係る二次電池の溶接工程のモニタリング装置の構成が単純化されて示されている図であり、図１２は、図１１の図において、レーザの反射可能な経路を点線で追加して示した図である。ただし、図の線が重なることを避けるために、電極組立体２とジグ１０は図１１と図１２から省略され、下部缶３のみ示されている。

図１１、図１２を参照すると、本発明のモニタリング装置は、以前の実施形態で説明されたジグ１０及び前記レーザ照射装置２０を含む。

このとき、前記ジグ１０は、取り付け部１１が削除された構造、すなわち、パイプ状を有して前記電極組立体のセンターホールに進入することができる直径を有する挿入部１２のみ備えるように提供されてよく、前記挿入部１２と取り付け部１１の全部を備えるように提供されてもよい。

そして、本実施形態において、前記挿入部のホール（ｈｏｌｅ）にレーザを照射するレーザ照射装置２０は、溶接用レーザ照射装置５０、照明用レーザ照射装置６０、イメージセンサ４０を含んでなる。

前記モニタリング装置で溶接とモニタリングが進められるとき、下部缶３には電極組立体２が内蔵され、電極タブ２ａは、下部缶３の内側底面に当接した状態で提供される。

したがって、前記溶接用レーザ照射装置５０は、センターホール２ｂ内に電極タブ２ａが置かれるよう、電極組立体２が前記下部缶３内に取り付けられた状態で溶接用レーザ（Ｙ）を照射することができる。

前記溶接用レーザ照射装置５０は、溶接用レーザ（Ｙ）をフォーカシングレンズ３０を介してセンターホール２ｂの内部に（より正確には、ジグ挿入部のホール内部に）照射して電極タブ２ａと下部缶３の接触地点を溶接する。

前記溶接用レーザ照射装置５０は、溶接用レーザ（Ｙ）を発光する溶接用レーザ発振器５１、前記溶接用レーザ発振器５１から発光した溶接用レーザ（Ｙ）が進行方向に移動するときは通過させ、戻るときは遮断させる第１光絶縁体５４、前記第１光絶縁体５４を通過した溶接用レーザ（Ｙ）を通過させて平行にする第１コリメータ５２、前記第１コリメータ５２を通過した溶接用レーザ（Ｙ）をフォーカシングレンズ３０に反射させる第１ダイクロイックミラー５３を含む。

前記溶接用レーザ発振器５１は、適正な出力の溶接用レーザ（Ｙ）を発光させ、発光した溶接用レーザ（Ｙ）は第１光絶縁体５４に照射される。前記第１光絶縁体５４はファラデーアイソレータ（Ｆａｒａｄａｙ ｉｓｏｌａｔｏｒ）であって、一方向のみにレーザを伝送させるように構成される。

すなわち、前記第１光絶縁体５４は、前記溶接用レーザ発振器５１から発光した溶接用レーザ（Ｙ）が進行方向に移動するときは通過させ、（第１ダイクロイックミラーにより一部が）戻るときは遮断させる。前記ファラデーアイソレータの詳細な内部構造は公知の技術なので、ここで詳細な説明は省略する。

前記第１光絶縁体５４を通過した溶接レーザ（Ｙ）は、第１コリメータ５２に照射される。前記第１コリメータ５２は、溶接用レーザ（Ｙ）の直径が一定に維持されるように（放射形方向への）発散を抑制させ、集束させて平行にする。すなわち、レーザは発光時に発散する特徴があるが、前記第１コリメータ５２は、溶接用レーザ（Ｙ）の発散を抑制させることができるよう、複数の光学レンズの組み合わせを介してこのような機能を提供することができる。

前記第１コリメータ５２を通過した溶接用レーザ（Ｙ）は、第１ダイクロイックミラー５３に照射される。前記第１ダイクロイックミラー５３は、レーザの特性により一部は反射させて一部は透過させることができ、ただし、相対的に高い出力を有する溶接用レーザ（Ｙ）は全体を反射させるように製造される。

前記第１ダイクロイックミラー５３から反射された溶接用レーザ（Ｙ）は、溶接地点に向かって照射され、ただし、照射される経路中にフォーカシングレンズ３０を通過して電極タブと下部缶が当接する溶接部位に焦点が形成されるように集められた状態で照射がなされる。

一方、相対的に溶接用レーザ（Ｙ）より低出力で照射される照明用レーザ（Ｌ）を照射する前記照明用レーザ照射装置６０も、前記溶接用レーザ照射装置５０と類似の構成を有するようになされる。

すなわち、前記照明用レーザ照射装置６０は、照明用レーザ（Ｌ）を発光する照明用レーザ発振器６１、前記照明用レーザ発振器６１から発光した照明用レーザ（Ｌ）が進行方向に移動するときは通過させて戻るときは遮断させる第２光絶縁体６４、前記第２光絶縁体６４を通過した照明用レーザ（Ｌ）を通過させて平行にする第２コリメータ６２、前記第２コリメータ６２を通過した照明用レーザ（Ｙ）をフォーカシングレンズ３０に反射させ、ただし、溶接部位から反射された照明用レーザ（Ｙ）は透過されるよう、前記照明用レーザ（Ｙ）の一部は反射させて一部は透過させる第２ダイクロイックミラー６３を含む。

前記照明用レーザ発振器６１は、できるだけ溶接の品質には影響を及ぼさず、ただし、イメージセンサ４０には十分な光量を提供することができる出力を有する程度に照明用レーザ（Ｌ）を発光させ、発光した照明用レーザ（Ｌ）は第２光絶縁体６４に照射される。

前記第２光絶縁体６４は、第１光絶縁体５４のようにファラデーアイソレータ（Ｆａｒａｄａｙ ｉｓｏｌａｔｏｒ）であって、一方向のみに照明用レーザ（Ｌ）を伝送させるように構成されてよい。

前記第２光絶縁体６４を通過した照明用レーザ（Ｌ）は、第２コリメータ６２に照射される。前記第２コリメータ６２も、第１コリメータ５２のように、照明用レーザ（Ｌ）の直径が一定に維持されるように発散を抑制させ、集束させて平行にする。

前記第２コリメータ６２を通過した照明用レーザ（Ｌ）は、第２ダイクロイックミラー６３に照射される。前記第２ダイクロイックミラー６３は、照明用レーザ（Ｌ）の一部は反射させて一部は透過させることができるようになされる。

前記第２ダイクロイックミラー６３から反射された照明用レーザ（Ｌ）は、溶接地点に向かって照射される。このとき、前記第１ダイクロイックミラー５３は、照明用レーザ（Ｌ）全体又はほぼ大部分を透過させる。前記第１ダイクロイックミラー５３を通過した照明用レーザ（Ｌ）は、フォーカシングレンズ３０を通過して溶接部位に到達する。このとき、フォーカシングレンズ３０に到達する前の照明用レーザ（Ｌ）は、センターホールの内径よりさらに大きい直径を有してもよいが、前記フォーカシングレンズ３０を通過しながらジグ挿入部のホールの内径より直径がさらに小さく形成された状態で溶接部位に到達する。そして、溶接部位から反射された照明用レーザ（Ｌ）は、前記フォーカシングレンズ３０を通過しながら直径が本来の大きさに復元され得る。

前記溶接部位から反射された照明用レーザ（Ｌ）は、フォーカシングレンズ３０、第１ダイクロイックミラー５３、第２ダイクロイックミラー６３を透過してイメージセンサ４０に到達することができる。このとき、溶接部位から反射された照明用レーザ（Ｌ）の光源は、反射され損失される量よりイメージセンサ４０に透過される量が増大されるように、フォーカシングレンズ３０、第１ダイクロイックミラー５３、第２ダイクロイックミラー６３はチューニングされてよい。例えば、溶接用レーザ（Ｙ）と照明用レーザ（Ｌ）は、出力及び／または波長などのようなレーザの特性が異なるので、溶接用レーザ（Ｙ）が出入するときの透過及び反射率と、照明用レーザ（Ｌ）が出入するときの透過及び反射率とが異なるようにチューニングされてよい。

すなわち、照明用レーザ照射装置６０から発光した照明用レーザ（Ｌ）は、溶接用レーザ照射装置５０に含まれている第１ダイクロイックミラー５３及びフォーカシングレンズ３０を透過してイメージセンサ４０に反射されるので、本発明のレーザ照射装置２０においては、前記溶接用レーザ（Ｙ）と照明用レーザ（Ｌ）は、センターホール２ｂ（さらに正確にはジグ挿入部のホール）の上側から垂直方向に照射されてよい。

したがって、本発明の装置において、前記第１ダイクロイックミラー５３は、溶接用レーザ（Ｙ）が全体又は大部分を反射させ、ただし、照明用レーザ（Ｌ）は全体又は大部分を透過させるようにセッティングされ、前記第２ダイクロイックミラー６３は、照明用レーザ（Ｌ）の一部は反射させて一部は透過させるように構成されるので、溶接地点から反射された照明用レーザ（Ｌ）の少なくとも一部はイメージセンサ４０に到達することができる。

一方、レーザの出力や特性に応じて、前記照明用レーザ（Ｌ）と溶接用レーザ（Ｙ）は同時に照射されてもよい。しかし、レーザ間の干渉を避けるために、前記溶接用レーザ（Ｙ）が照射されるときは照明用レーザ（Ｌ）の照射は中断され、前記照明用レーザ（Ｌ）が照射されるときは溶接用レーザ（Ｙ）の照射は中断されてよい。

より詳細には、照明用レーザ（Ｌ）と溶接用レーザ（Ｙ）の照射は同時に進められてもよいが、干渉の影響を避けることができるよう、溶接用レーザ（Ｙ）が継続的に照射され、ただし、一定周期を置いて照明用レーザ（Ｌ）が照射される間、溶接用レーザ（Ｙ）の照射が中断されてよい。

併せて、本実施形態においては、二次電池の溶接工程のモニタリング方法をさらに提供する。

本実施形態に係るモニタリング方法は、下部缶３にセンターホール２ｂが形成された電極組立体２が取り付けられると、前記電極組立体２の電極タブ２ａを前記下部缶３の内側底面に溶接する二次電池の溶接工程のモニタリング方法であって、電極組立体取り付けステップ、ジグ取り付けステップ、溶接ステップ、センシングステップを含む。

前記電極組立体取り付けステップにおいては、センターホール２ｂ内に電極タブ２ａが置かれるように電極組立体２が前記下部缶３内に取り付けられる。すなわち、図１１、図１２に示されているように、電極組立体２が上方へ露出するように下部缶３内に電極組立体２が取り付けられ、このとき、電極組立体２の電極タブ２ａと下部缶３の内部底面は当接した状態であり、電極組立体２の中央に形成されたセンターホール２ｂには、電極タブ２ａと下部缶３が当接した地点が上方へ露出した状態である。

前述したように、下部缶３に電極組立体２が取り付けられた状態で提供されると、パイプ状を有する挿入部を含むジグを、前記挿入部がセンターホールに進入するように取り付けるジグ取り付けステップがなされた後に溶接ステップが進められる。

前記溶接ステップにおいては、挿入部のホール上で溶接用レーザ（Ｙ）をフォーカシングレンズ３０を介して挿入部のホール内部に照射することで電極タブ２ａと下部缶３の接触地点を溶接する。

前記溶接ステップで照射される溶接用レーザ（Ｙ）は、フォーカシングレンズ３０を介して溶接地点で、又は、溶接地点から若干上に（＋デフォーカシング状態）焦点が合わせられるのが好ましい。ただし、照射時に溶接用レーザ（Ｙ）が電極組立体２に損傷を与えないように照射される。このとき、前記電極組立体２を溶接用レーザ（Ｙ）から保護するために、前記で説明したように、前記ジグ１０は、挿入部１２の上端に取り付け部１１が結合された構造を有することができる。

そして、溶接がなされる間に、または、溶接がなされた後に溶接状態を確認するためにセンシングステップがなされる。前記センシングステップにおいては、照明用レーザ（Ｌ）を前記フォーカシングレンズ３０を介してセンターホール２ｂの内部に照射し、反射された照明用レーザ（Ｌ）をイメージセンサ４０が受光して光学的に溶接品質を確認することができる。

前記イメージセンサ４０は、受光された照明用レーザ（Ｌ）データを演算及び処理して溶接部分の情報をイメージとして提供することができ、提供されたイメージは、別途のディスプレイ装置又はデジタル信号などに変換され、生産工程を全体的に制御する作業者又は中央コンピュータなどに送信することができる。

このとき、センシングステップで照射される照明用レーザ（Ｌ）は、電極組立体２内側の溶接地点を確認することができるよう、照明用レーザ（Ｌ）は、前記溶接用レーザ（Ｙ）のようにセンターホール２ｂの上側から垂直方向に照射される。

一方、本発明のモニタリング方法は、照明用レーザ照射装置６０がなくとも、溶接用レーザ照射装置５０だけでも具現することができる。すなわち、下部缶３にセンターホール２ｂが形成された電極組立体２が取り付けられて溶接がなされるとき、又は、溶接が完了した後、前記溶接用レーザ（Ｙ）の出力を照明用レーザ（Ｌ）の出力に合わせて下げるか変換させて照明用レーザ（Ｌ）として用いることができる。

この場合は、別途の照明用レーザ照射装置６０が要求されず、溶接用レーザ照射装置５０の１つでもモニタリングが可能である。

前記のような構成を有する本発明は、下部缶３の内側で電極タブ２ａの溶接がなされるので、外観品質を向上させることができる。そして、電極タブ２ａの溶接がなされるとき、照明用レーザ（Ｌ）が溶接用レーザ（Ｙ）と同一に垂直方向に照射されることにより、溶接状態をより確実に確認及びモニタリングすることができる。

併せて、本発明では、別途の照明用レーザ照射装置６０がなくとも、溶接用レーザ照射装置５０の出力調節を介して溶接用レーザ（Ｙ）を照明用レーザ（Ｌ）として用いることで、溶接装置をよりコンパクトに製造することができて構造を単純化させることができる。

以上、本発明は、たとえ限定された実施形態と図によって説明されたとしても、本発明はこれによって限定されず、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者により、本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な実施が可能である。

２ 電極組立体
３ 下部缶
１０ ジグ
１１ 取り付け部
１２ 挿入部
１３ ホール
２０ レーザ照射装置
３０ フォーカシングレンズ
４０ イメージセンサ
５０ 溶接用レーザ照射装置
５１ 溶接用レーザ発振器
５２ 第１コリメータ
５３ 第１ダイクロイックミラー
５４ 第１光絶縁体
６０ 照明用レーザ照射装置
６１ 照明用レーザ発振器
６２ 第２コリメータ
６３ 第２ダイクロイックミラー
６４ 第２光絶縁体

Claims (33)

1. 下部缶にセンターホールが形成された電極組立体が取り付けられると、前記電極組立体の電極タブを前記下部缶の内部底面に溶接する二次電池の溶接装置であって、
   パイプ状を有して前記電極組立体のセンターホールに進入することができる直径を有する挿入部及び前記挿入部の終端で円盤状を有するように直径が拡張された取り付け部を備えるジグ；及び
   前記挿入部のホールにレーザを照射するレーザ照射装置；を含み、
   前記センターホール内に前記電極タブが置かれるように前記電極組立体が前記下部缶に取り付けられた状態で、前記レーザが前記ジグの前記挿入部のホールを通過し、前記下部缶の内部底面と前記電極タブの接触地点に照射されることにより溶接がなされる、二次電池の溶接装置。
2. 前記下部缶は、下側は内部底面により閉鎖され、上側は開口された円筒状を有し、
   前記取り付け部は、前記下部缶に搭載された前記電極組立体のセンターホールに前記挿入部が結合されたとき、前記下部缶の上に取り付けられ得るように前記下部缶の直径よりさらに大きい直径を有する、請求項１に記載の二次電池の溶接装置。
3. 前記ジグの前記挿入部が前記電極タブを前記下部缶の内部底面に密着させて前記取り付け部が前記下部缶の上に取り付けられるとき、前記挿入部の高さ（ｈ）は５ｍｍ以下であり、前記挿入部に形成されたホールの内径は０．２５から１．５ｍｍの範囲に形成されている、請求項２に記載の二次電池の溶接装置。
4. 前記ジグの前記挿入部が前記電極タブを前記下部缶の内部底面に密着させて前記取り付け部が前記下部缶の上に取り付けられるとき、前記挿入部の高さ（ｈ）は５ｍｍ以下であり、前記挿入部に形成されたホールの内径は０．５３から１．５ｍｍの範囲に形成されている、請求項２に記載の二次電池の溶接装置。
5. 前記下部缶は、高さ（ｈ）を直径（ｄ）で割ったときの値が、０．３５から０．６の範囲の値を有するように前記高さ（ｈ）と前記直径（ｄ）の大きさが定まる、請求項２に記載の二次電池の溶接装置。
6. 前記挿入部の長さ方向に沿って形成されたホールは、前記取り付け部が形成された側が最も大きい直径を有し、その反対側に行くほど直径が漸次的に小さくなる形状を有するように形成されている、請求項２に記載の二次電池の溶接装置。
7. 前記取り付け部は、枠部分が相対的により高く形成され、中心のホールに向かって漸次的に低くなる形状を有するように形成されている、請求項２に記載の二次電池の溶接装置。
8. 前記取り付けは、挿入部がセンターホールに進入したとき、前記下部缶の上端が挟まれるように一側面に凹溝が形成されている、請求項２に記載の二次電池の溶接装置。
9. 前記挿入部がセンターホールに進入したとき、前記挿入部は、前記電極タブを前記下部缶の内部底面に密着させることができる長さを有する、請求項２に記載の二次電池の溶接装置。
10. 前記ジグは、金属材で製造されている、請求項２に記載の二次電池の溶接装置。
11. 前記電極組立体と向かい合うようになる前記取り付け部の下面及び前記挿入部の表面には、電気を絶縁する絶縁層がコーティングされている、請求項１０に記載の二次電池の溶接装置。
12. 前記絶縁層は、ジグより熱伝導性が低い材質で製造されている、請求項１１に記載の二次電池の溶接装置。
13. 前記レーザは、前記下部缶の内部底面と前記電極タブの接触地点に到達する前に焦点が形成されたデフォーカシングされた状態で照射される、請求項１に記載の二次電池の溶接装置。
14. 下部缶にセンターホールが形成された電極組立体が取り付けられると、前記電極組立体の電極タブを前記下部缶の内部底面に溶接する二次電池の溶接方法であって、
    前記電極組立体のセンターホール内に電極タブが置かれるように前記下部缶に電極組立体を取り付ける電極組立体取り付けステップ；
    円盤状の取り付け部と前記取り付け部から垂直に延長されてパイプ状を有する挿入部を含むジグを前記電極組立体の上に前記挿入部が前記センターホールに進入するように取り付けるジグ取り付けステップ；及び
    前記挿入部の内側ホールにレーザを照射し、前記電極タブを前記下部缶の内部底面に溶接する溶接ステップ；を含む、二次電池の溶接方法。
15. 前記溶接ステップにおいて照射されるレーザは、ＩＲ波長のパルスレーザである、請求項１４に記載の二次電池の溶接方法。
16. 前記ジグ取り付けステップにおいて、前記挿入部の終端は、電極タブを下部缶の内部底面に密着させる、請求項１４に記載の二次電池の溶接方法。
17. 前記ジグの挿入部が前記電極タブを前記下部缶の内部底面に密着させて前記取り付け部が前記下部缶の上に取り付けられるとき、前記挿入部の高さ（ｈ）は５ｍｍ以下であり、前記挿入部に形成されたホールの内径は０．２５ｍｍ～１．５ｍｍの範囲に形成され、
    前記溶接ステップにおいて、前記下部缶の内部底面と前記電極タブは、１つの地点で溶接部位が形成されるように溶接がなされる、請求項１４に記載の二次電池の溶接方法。
18. 前記ジグの挿入部が前記電極タブを前記下部缶の内部底面に密着させて前記取り付け部が前記下部缶の上に取り付けられるとき、前記挿入部の高さ（ｈ）は５ｍｍ以下であり、前記挿入部に形成されたホールの内径は０．５３ｍｍ～１．５ｍｍの範囲に形成され、
    前記溶接ステップにおいて、前記下部缶の内部底面と前記電極タブは、複数の地点で溶接部位が形成されるように溶接がなされる、請求項１４に記載の二次電池の溶接方法。
19. 前記下部缶は、高さ（ｈ）を直径（ｄ）で割ったときの値が、０．３５から０．６の範囲の値を有するように高さ（ｈ）と直径（ｄ）の大きさが定まる、請求項１４に記載の二次電池の溶接方法。
20. 前記溶接ステップにおいて、前記レーザは、下部缶の内部底面と電極タブの接触地点に到達する前に焦点が形成されたデフォーカシングされた状態で照射される、請求項１４に記載の二次電池の溶接方法。
21. 前記溶接ステップにおいて、レーザの焦点は、挿入部の最上端と最下端内で ３分の１となる地点と３分の２となる地点の間に形成される、請求項２０に記載の二次電池の溶接方法。
22. 前記溶接ステップにおいて照射されるレーザは、準連続波動レーザ、パルスレーザ、連続波変調レーザのうちの１つである、請求項２０に記載の二次電池の溶接方法。
23. 下部缶にセンターホールが形成された電極組立体が取り付けられると、前記電極組立体の電極タブを前記下部缶に溶接する二次電池溶接工程のモニタリング装置であって、
    パイプ状を有して前記電極組立体のセンターホールに進入することができる直径を有する挿入部を備えるジグ及び前記挿入部のホールにレーザを照射するレーザ照射装置を含み、
    前記レーザ照射装置は、
    前記センターホール内に電極タブが置かれるように前記電極組立体が前記下部缶内に取り付けられた状態で溶接用レーザをフォーカシングレンズを介して前記挿入部のホール内部に照射し、前記電極タブと前記下部缶の接触地点を溶接する溶接用レーザ照射装置；
    照明用レーザを前記フォーカシングレンズを介して前記挿入部のホール内部に照射する照明用レーザ照射装置；及び
    反射された前記照明用レーザを受光するイメージセンサ；を含み、
    前記溶接用レーザと前記照明用レーザは、前記センターホールの上側から垂直方向に照射される、二次電池溶接工程のモニタリング装置。
24. 前記溶接用レーザは、第１ダイクロイックミラーから反射されて前記フォーカシングレンズを通過し、前記照明用レーザは、第２ダイクロイックミラーから反射されて前記フォーカシングレンズを通過する、請求項２３に記載の二次電池溶接工程のモニタリング装置。
25. 前記第１ダイクロイックミラーと前記第２ダイクロイックミラーのそれぞれは、レーザの一部は反射させて一部は透過させるようにセッティングされ、
    前記溶接用レーザは、前記第１ダイクロイックミラーから反射されて前記フォーカシングレンズに照射され、前記照明用レーザは、前記第１ダイクロイックミラーを透過して前記フォーカシングレンズに照射される、請求項２４に記載の二次電池溶接工程のモニタリング装置。
26. 溶接地点から反射された照明用レーザの光源は、第１ダイクロイックミラーを透過した後、第２ダイクロイックミラーを透過してイメージセンサに到達する、請求項２５に記載の二次電池溶接工程のモニタリング装置。
27. 前記溶接用レーザ照射装置は、
    溶接用レーザを発光する溶接用レーザ発振器；
    前記溶接用レーザ発振器から発光された溶接用レーザが進行方向に移動するときは通過させて戻るときは遮断させる第１光絶縁体；
    前記第１光絶縁体を通過した溶接用レーザを通過させて平行にする第１コリメータ；を含む、請求項２４に記載の二次電池溶接工程のモニタリング装置。
28. 前記照明用レーザ照射装置は、
    照明用レーザを発光する照明用レーザ発振器；
    前記照明用レーザ発振器から発光された照明用レーザが進行方向に移動するときは通過させて戻るときは遮断させる第２光絶縁体；
    前記第２光絶縁体を通過した照明用レーザを通過させて平行にする第２コリメータ；を含む、請求項２４に記載の二次電池溶接工程のモニタリング装置。
29. 前記照明用レーザは、前記フォーカシングレンズを通過して挿入部のホールの内径より直径が小さく形成される、請求項２３に記載の二次電池溶接工程のモニタリング装置。
30. 前記溶接用レーザが照射されるときは前記照明用レーザの照射は中断され、前記照明用レーザが照射されるときは前記溶接用レーザの照射は中断される請求項２３に記載の二次電池溶接工程のモニタリング装置。
31. 前記ジグは、挿入部の終端で円盤状を有するように直径が拡張された取り付け部を備える、請求項２３に記載の二次電池溶接工程のモニタリング装置。
32. 下部缶にセンターホールが形成された電極組立体が取り付けられると、前記電極組立体の電極タブを前記下部缶に溶接する二次電池溶接工程のモニタリング方法であって、
    センターホール内に電極タブが置かれるように電極組立体を前記下部缶内に取り付ける電極組立体取り付けステップ；
    パイプ状を有する挿入部を含むジグを前記挿入部が前記センターホールに進入するように取り付けるジグ取り付けステップ；
    溶接用レーザをフォーカシングレンズを介して前記挿入部のホールに照射し、前記電極タブと前記下部缶の接触地点を溶接する溶接ステップ；及び
    照明用レーザを前記フォーカシングレンズを介して前記挿入部のホール内部に照射して反射されたレーザをイメージセンサが受光するセンシングステップ；を含み、
    前記溶接用レーザと前記照明用レーザは、前記センターホールの上側から垂直方向に照射される、二次電池溶接工程のモニタリング方法。
33. 下部缶にセンターホールが形成された電極組立体が取り付けられると、前記電極組立体の電極タブを前記下部缶に溶接する二次電池溶接工程のモニタリング方法であって、
    センターホール内に電極タブが置かれるように電極組立体を前記下部缶内に取り付ける電極組立体取り付けステップ；
    パイプ状を有する挿入部を含むジグを前記挿入部が前記センターホールに進入するように取り付けるジグ取り付けステップ；
    レーザをフォーカシングレンズを介して挿入部のホールに照射し、前記電極タブと前記下部缶の接触地点を溶接する溶接ステップ；及び
    溶接地点から反射された前記レーザをイメージセンサが受光するセンシングステップ；を含み、
    前記センシングステップにおいては、前記レーザの出力を調節して前記挿入部のホールに照射して反射された前記レーザを前記イメージセンサが受光する、二次電池溶接工程のモニタリング方法。

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