KR101569269B1 - 유도 가열 방식의 다중 금속 박판 접합 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 박판을 접합하는 방법 및 장치와 이를 이용한 배터리 전극 탭 접합 방법 및 장치에 대한 것으로서 특히 PUSH PULL 방식의 회로를 채택하는 한편 고온압착을 통한 금속 박판간 융착을 충분하게 일으켜 인장강도를 향상시켜 종래보다 간단한 공정에 의하더라도 효과적으로 접합할 수 있는 것이다.

Description

유도 가열 방식의 다중 금속 박판 접합 장치 및 방법{Multi foil jointing appratus and method of induced heating type}
본 발명은 전극 탭을 형성하는 금속 박판을 접합하는 방법 및 장치에 대한 것으로서 특히 PUSH PULL 방식의 회로를 채택하는 한편 고온압착을 통한 금속 박판간 융착을 충분하게 일으켜 인장강도를 향상시켜 종래보다 간단한 공정에 의하더라도 효과적으로 접합할 수 있는 것이다.
최근 PDA, 휴대폰, 캠코더 등의 휴대용 전자기기들은 에너지 밀도가 높으며, 재충전이 가능한 이차 전지를 주 전원을 사용한다.
이러한, 이차 전지는 전원 공급 시간, 사이즈, 무게 등의 요인으로 인하여 휴대용 전자기기의 휴대성과 이동성을 결정하는데 매우 중요한 요소로서 인식되고 있으며, 상기 이차 전지로는 니켈-아연 전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 작동 전압이 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 널리 사용되고 있다.
한편, 상술한 이차 전지는 전극 조립체를 알루미늄 등의 재질로 이루어진 캔에 수용하고, 캔을 캡 조립체로 마감한 후, 캔 내부에 전해액을 주입하고 밀봉함으로써 형성되는 베어 셀에 보호회로기판을 연결하여 사용된다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 캔에 수용되는 전극 조립체(10)는 아노드(12), 캐소드(11) 및 두 극판 사이에 개재되는 세퍼레이터(13)가 적층 및 권취되어 롤 형상을 가지게 된다.
상기 아노드(12)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되는 양극 집전체에 양극 활물질이 도포되어 형성되며, 캐소드(11)는 구리 또는 구리 합금으로 형성되는 음극 집전체에 음극 활물질이 도포되어 형성된다.
이때, 상기 아노드(120) 및 캐소드(11)에는 활물질이 도포되지 않는 무지부가 형성되며, 각각의 무지부에는 전극 조립체를 외부와 전기적으로 연결하기 위한 전극 탭(14)이 접합된다.
이러한 전극 탭(14)은 두께가 얇은 금속 박판 형태로서 이를 접합하기 위해서용접을 하는 기술이 사용되었다.
그러나, 이러한 용접 기술을 사용하는 경우 상술한 바와 같이 두께가 얇은 금속 박판을 용접하는 관계로 모재의 심각한 손상을 유발하며, 아울러 용접이 이루어진다 하여도 접합부의 산화 및 이격부위의 표면산화로 인하여 접착 후 전극과 탭간의 접촉저항의 증가 등의 이차적 문제를 해결하기 어려운 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 초음파 융착을 이용하는 기술이 제안되고 있다. 그러나 이러한 종래 기술의 경우도 음파 융착의 특성상 실시적으로 무한정 구리박막(동포일)을 융착시킬 수 없는 문제가 있으며 그 수량도 현재 0.01mm 동 포일을 50장 내외로 융착이 가능하나 접촉면의 완벽한 융착이 이루어지지 않는 경우가 많아 접촉저항의 증가로 인한 도전률 저하로 배터리의 발열 및 효율저하의 원인이 된다.
아울러 외부 전극탭의 경우는 상대적으로 두꺼운 0.2mm 내외의 동, 니켈, 알루미늄 판재를 적층하는 형태로 제작하는데, 기계적 요소를 적용하여 접착하는 결과 공정, 탭 이외의 접속기구로 인한 부피증가 등이 문제가 되고 있다.
또한, 테이프를 이용하여 접착하는 방법이 제안되고 있으나 보다 많은 박판을 접착하기 어렵고 공정 또한 용이하지 않은 문제점이 있다.
이상 설명한 바와 같은 이차 전지의 전극 탭 및 이에 대한 기술은 널리 알려진 것으로서 특히 아래의 선행특허 문헌에 자세히 기재되어 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
일본 공개 특허 제2006-172807호 한국 등록 특허 제0228581호 한국 등록 특허 제0462780호 한국 등록 특허 제0819183호 한국 공개 특허 제2012-0076020호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 종래의 탭 접착방식과는 달리 고온압착을 통한 금속 박판간 융착을 충분하게 일으켜 종래의 기술보다 인장강도를 늘리고 아울러 적층 수량을 기존의 기술에서 달성했던 것보다 월등히 높도록 접착되도록 하는 한편 유도 코일에 전원 공급을 위한 PUSH PULL 회로를 채택하여 종래보다 간단하고도 효과적으로 융착하는 방법 및 장치를 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다수 개의 금속 박판(T)을 유도 가열 방식에 의해 상호 접합하는 장치로서, 상기 다수 개의 금속 박판(T) 양측에 배치되어 상기 금속 박판(T)을 가압하는 압착부(120)와, 상기 압착부(120)를 감싸는 유도 코일(110) 및 상기 유도 코일(110)에 전원을 공급하는 회로부(CI)와, 상기 압착부(120)를 전후진 시키는 구동부(130) 및 상기 구동부(130)에 연결되어 상기 구동부(130)를 제어하는 제어부(CON)를 포함하되, 상기 회로부(CI)는 상기 유도 코일(110)의 일 측단에 각각 연결되는 제1MOSFET(M1) 및 제2MOSFET(M2)를 포함하여, 상기 제1MOSFET(M1) 및 제2MOSFET(M2)에 상보적인 펄스 신호를 인가하여 상기 압착부(120)를 동시에 가열하는 유도 가열 방식의 다중 금속 박판 접합 장치에 일 특징이 있다.
이때, 상기 압착부(120), 구동부(130) 그리고 유도 코일(110)을 수용하는 챔버(180)와, 상기 챔버(180) 일 측에 배치되어 불활성 가스를 상기 챔버(180) 내부에 주입하는 불활성 가스 공급부(140)와, 상기 챔버(180) 일 측에 배치되어 상기 유도 코일(110)을 냉각하는 냉각부(150)를 포함하는 것도 가능하다.
또한, 상기 챔버(180) 일 측에 형성되어 상기 주입된 불활성 가스가 배출되는 배출 배관(182)을 포함하고, 상기 냉각부(150)는 다수 개 유도 코일(110) 내부에 냉각수를 주입 순환시키는 순환관(153)과 상기 냉각수가 저장되는 냉각수 저장조(151)를 포함하며, 상기 챔버(180) 일 측에 배치되는 제어부(CON)에 의해 상기 유도 코일(110)에 전원을 공급하거나 상기 구동부(130)를 제어하는 것도 가능하다.
또한, 상기 챔버(180) 일 측에 배치되는 전원 공급부(160)를 포함하여, 상기 전원 공급부(160)에 연결되는 전선(V)이 상기 유도 코일(110)에 연결되어 전원이 인가됨과 동시에, 상기 유도 코일(110) 내부에 냉각수가 주입되는 것도 가능하다.
또한, 본 발명은 상기 접합 장치를 포함하여 배터리의 전극 탭을 접합하는 유도 가열 방식의 배터리 전극 탭 접합 장치에 또 다른 특징이 있다.
또한, 본 발명은 상기 접합 장치를 이용하여 다수 개의 금속 박판을 접합하는 방법으로서, 상기 다수 개의 금속 박판(T)을 유도 가열 방식에 의해 상호 접합하는 유도 가열 방식의 다중 금속 박판 접합 방법에 또 다른 특징이 있다.
이때, 상기 압착부(120)를 예비가열하고 나서 상기 압착부(120)를 다수 개의 금속 박판(T)에 압착하며 그 후에 상기 압착부(120)를 급속 가열하여 상기 다수 개의 금속 박판(T)을 상호 접합하는 것도 가능하다.
또한, 챔버(180) 내부에 불활성 가스를 주입하는 단계(S110)와, 유도 코일(110) 내부에 냉각수를 주입, 순환하는 단계(S120)와, 상기 압착부(120)를 유도 코일(110) 내부에 진입한 후 상기 압착부(120)를 예비 가열하는 단계(S140)와, 상기 압착부(120)를 상기 금속 박판(T)에 압착한 후 상기 압착부(120)를 고속 가열하는 단계(S160)와, 상기 압착부(120)를 상기 다수 개의 금속 박판에 추가적으로 압착하여 상기 다수 개의 금속 박판을 상호 융착하는 단계(S170)를 포함하는 것도 가능하다.
또한, 상기 융착 단계(S170) 수행 후 상기 압착부(120)를 상기 금속 박판(T)으로부터 이탈하는 단계(S180)와, 상기 압착부(120)를 다시 예비 가열하는 단계(S190)를 더 포함하는 것도 가능하다.
또한, 상기 압착부(120)를 예비 가열하는 단계(S140) 수행 후 일정 시간 대기하는 단계(S150)를 더 포함하는 것도 가능하다.
또한, 상기 융착 단계(S170) 수행 후 일정 시간 대기하는 단계(S100A)를 더 포함하는 것도 가능하다.
또한, 상기 압착부(120)를 다시 예비 가열하는 단계(S190) 수행 후 일정 시간 대기하는 단계(S100B)와, 상기 압착부(120)사이에 금속 박판이 재 진입하는 것을 대기하는 단계(S100C)를 더 포함하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 배터리의 전극 탭을 접합하는 유도 가열 방식의 배터리 전극 탭 접합 방법에 또 다른 특징이 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다라는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 의해 고온압착을 통한 금속 박판간 융착을 충분하게 일으켜 종래의 기술보다 인장강도를 늘리고 적층 수량을 기존의 기술에서 달성했던 것보다 월등히 높도록 접착되는 효과가 있다.
또한, 상술한 본 발명에 의해 금속 박판과 압착부를 가열하여 비교적 종래보다 간단한 공정에 효과적으로 융착할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 배터리 제조 과정을 설명하는 개념도,
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합 장치를 설명하는 개념도,
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 PUSH PULL 방식의 회로도를 설명하는 개념도,
도 3a는 본 발명에 의해 접합되기 전 및 접합된 후를 도시한 사진
도 4는 본 발명에 의해 접합된 금속 박판을 인장 시험한 것을 도시한 사진
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 접합 장치를 설명하는 개념도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합 방법을 설명하는 순서도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, "제1", "제2", "일 측면", "타 측면"등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 상세히 설명하기로 한다.
첨부된 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합 장치를 설명하는 개념도, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 PUSH PULL 방식의 회로도를 설명하는 개념도, 도 3a는 본 발명에 의해 접합되기 전 및 접합된 후를 도시한 사진이며, 도 4는 본 발명에 의해 접합된 금속 박판을 인장 시험한 것을 도시한 사진이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 접합 장치를 설명하는 개념도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합 방법을 설명하는 순서도이다.
본 발명은 상술한 바와 같이 다수 개의 금속 박판(T)을 유도 가열 방식에 의해 상호 접합하는 장치(100)이다.
상기 유도 가열 방식이라고 하는 것은 널리 알려진 바와 같이 전류가 유도 코일에 인가될 때 상기 유도 코일 내부에 위치하는 바아가 가열되는 것을 말한다.
즉, 상기 유도 가열 방식은 수십에서 수백kHz의 주파수에서 구동되며 유도 코에서 발생되는 자속이 피가열체에, 특히 금속에 대해여 쇄교함으로 발생되는 에디커런트에 의한 주울열과 자구의 빠른 회전에 따른 운동에너지에 의하여 발열을 유도하는 것으로 강자성을 띄는 철의 경우는 매우 쉽게 용융 가능한 1800도 이상의 온도까지 상승시킬 수 있는 특징을 가진다.
본 발명에서는 이러한 유도 가열 방식을 이용하여 금속 박판을 접합하는 것으로서, 종래 기술인 초음파 융착과 같은 국소가열에서는 획득하기 어려운 금속용융점 이상의 온도로 접촉점을 가열하여 접합하는 것이다.
또한, 가열된 압착부가 적층 전극에 가하는 적절한 압력에 따라서 접착 정도가 높아지며, 이는 적층하여 접합하고자 하는 금속의 종류, 단위 층의 두께, 적층량에 따라서 다름으로 다양한 최적화를 통한 실시 예를 프로그램화 하여 적용할 수 있다.
이를 위한 본 발명의 접합 장치(100)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 다수 개의 금속 박판(T) 양측에 배치되어 상기 금속 박판(T)을 가압하는 압착부(120)와, 상기 압착부(120)를 감싸는 유도 코일(110)과, 상기 압착부(120)를 전후진 시키는 구동부(130)와, 상기 구동부(130)에 연결되어 상기 구동부(130)를 제어하는 제어부(CON)와 상기 유도 코일(110)에 연결되어 전원을 공급하는 회로부(CI)를 포함한다.
즉, 상기 유도 코일(110) 내부에 위치하는 압착부(120)가 상술한 바와 같은 가열 유도 방식에 의해 가열된 후 상기 금속 박판(T) 양 측에서 가압, 융착하여 상기 금속 박판(T)을 접합하는 것이다.
한편, 상기 회로부(CI)는 도 2b에 도시된 바와 같이 PUSH PULL 방식의 회로이다. 이러한 본 발명의 회로부(CI)는 상기 유도 코일(110)의 일 측단에 각각 연결되는 제1MOSFET(M1) 및 제2MOSFET(M2)를 포함하여, 상기 제1MOSFET(M1) 및 제2MOSFET(M2)에 상보적인 펄스 신호를 인가하여 상기 압착부(120)를 동시에 가열하게 된다.
즉, 상기 제1MOSFET(M1)이 PUSH를 하고 제2MOSFET(M2)이 PULL을 하되 상호 상보적인 펄스 신호 예를 들어 상기 제1MOSFET(M1)에는 high신호를 인가하고 제2MOSFET(M2)에는 low신호를 인가하게 되는 것이다.
이때, 상기 MOSFET은 널리 알려진 바와 같이 metal oxide semiconductor field effect transistor 로서 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터를 말하며, 이러한 회로부(CI)에 의해 상기 유도 코일(110)을 보다 효율적으로 가열할 수 있다.
이상 설명한 본 발명에 의하면, 상술한 바와 같이 1800도 이상의 온도까지 상승시킬 수 있어 종래 기술에서는 국소가열에서는 획득하기 어려운 금속용융점 이상의 온도를 본 발명에서는 확보 가능하여, 이를 이용해 접촉점을 가열하여 접합하는 것이며, 이를 이용하여 상술한 바와 같이 다수 개의 금속 박판으로 이루어진 배터리 탭을 접합할 수 있다.
즉, 도 3a에 도시된 바와 접합 전 상태인 전극 탭의 금속 박판이 본 발명에 의해 도 3b에 도시된 바와 같이 접합된다.
이 때, 중간의 둥근 원이 융착점이 되며, 본 도 3a 및 도 3b의 경우 120장의 금속 박판을 적층한 후 접합한 것이다.
또한, 도 4의 경우 0.1mm두께의 동판 8장을 적층한 후 본 발명에 의해 접합한 것으로서 인장력 테스트한 것을 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의해 접합한 후 인장력을 테스트하기 위해 상하방향으로 당긴 경우 융착점(가운데 둥근 원 부분)은 손상되지 않고 주변부가 인장에 의해 찢어질 정도로 완벽하게 융착된 것을 확인할 수 있다.
이때. 상기 동판이 바로 배터리의 전극 탭에 사용되는 것으로서 이와 같은 사실로 볼 때, 본 발명에 의한 경우 종래보다 배터리 전극 탭을 용이하고도 견고하게 접합할 수 있음을 확인할 수 있다.
즉, 이상 설명한 바와 같은 본 발명에 의해 고온압착을 통한 금속 박판간 융착을 충분하게 일으켜 종래의 기술보다 인장강도를 늘리고 적층 수량을 기존의 기술에서 달성했던 것보다 월등히 높도록 접착할 수 있는 효과가 있음을 확인할 수 있다.
또한, 상술한 본 발명에 의해 금속 박판과 압착부를 가열하여 비교적 종래보다 간단한 공정에 효과적으로 융착할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있음을 확인할 수 있다.
한편, 상기 압착부(120)는 상술한 바와 같이 상기 다수 개의 금속 박판(T) 양측에 배치되어 상기 금속 박판(T)을 가압하여 접합하기 위한 것으로서 도시된 바와 같이 원통 형상일 수 있다.
다만, 이는 본 발명을 설명하기 위한 일 예에 불과한 것이며, 상기 압착부(120)가 다수 개의 금속 박판(T)을 가압하여 접합하는 한 상기 압착부(120)가 다른 형상을 가지는 경우라도 모두 본 발명의 범주에 속함은 당연하다.
또한, 상기 구동부(130)의 경우 상기 압착부(120)를 전 후진하도록 하는 것으로 예를 들어 유압 또는 공압 실린더와 상기 실린더에 배치되는 실린더 로드를 포함할 수 있으며, 이는 널리 알려진 기술인 관계로 자세한 설명과 도시는 생략한다.
또한, 상기 제어부(CON)의 경우 상기 구동부(130)를 제어하거나 유도 코일(110)에 전원을 공급하는 것으로서 이 역시 널리 알려진 구성인 관계로 자세한 설명과 도시는 생략한다.
한편, 본 발명의 접합 장치(100)의 경우 도 5에 도시된 바와 같이 상기 압착부(120), 구동부(130) 그리고 유도 코일(110)을 수용하는 챔버(180)를 더 포함하되, 상기 챔버(180) 일 측에 배치되어 불활성 가스를 상기 챔버(180) 내부에 주입하는 불활성 가스 공급부(140)를 더 포함하는 것도 가능하다.
즉, 본 발명에 의한 경우 압착부(120)에서 상당한 고온이 발생하므로 냉각될 때 대기 중의 산소에 의한 금속 박판의 표면에 부식이 발생할 수 있으며, 이를 방지하기 위해 상술한 바와 같이 챔버(180) 내부에 불활성 가스를 주입하여 산소를 희박하게 만들고 이에 의해 산화에 의한 부식을 방지하는 것이다.
한편, 상기 불활성 가스는 예를 들어 질소 등을 이용할 수 있으며, 상기 불활성 가스 공급부(140)는 도시된 바와 같이 상기 불활성 가스를 저장하는 저장 탱크(141)과 상기 저장 탱크(141)에 일 측이 연결되고 타 측은 상기 챔버(180)에 연결되어 상기 불활성 가스를 챔버(180)내부로 주입하는 공급 배관(152)을 포함할 수 있다.
한편, 도시된 바와 같이 상기 챔버(180) 일 측에 배치되어 상기 유도 코일을 냉각하는 냉각부(150)를 포함하는 것도 가능하다.
이는 널리 알려진 바와 같이 유도 가열 시 유도 코일(110)에 자체 발열이 되며 이에 의한 유도 코일(110) 손상을 방지하기 위한 것이다.
이때, 상기 냉각부(150)는 수냉식 또는 공냉식 어느 것이라도 적용가능하며, 도 5에 도시된 바와 같이 냉각수를 유도 코일(110) 내부에 주입하는 방식도 가능하다.
이를 위해 상기 냉각부(150)는 다수 개 유도 코일(110) 내부에 냉각수를 주입 순환시키는 순환관(153)과 상기 냉각수가 저장되는 냉각수 저장조(151)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 냉각수 저장조(151)에 저장된 냉각수를 순환관(153)을 통해 유도 코일(110) 내부에 냉각수를 주입, 순환시켜 유도 코일(110)을 냉각할 수 있으며, 이 때 상기 냉각수를 순환시키기 위한 펌프(도시되지 않음)가 설치됨은 당연하다.
한편, 상술한 바와 같이 배터리 전극 탭이 되는 다수 개의 금속 박판(T)을 접합하는 압착부(120)는 상기 구동부(130)에 의해 전후진되며, 상기 구동부(130)는 상기 챔버(180) 일 측에 배치되는 제어부(CON)에 의해 제어될 수 있다.
한편, 상기 제어부(CON)는 도시된 바와 같이 챔버(180) 외부에 배치되거나 혹은 챔버(180) 내부에 배치되는 것도 가능하다.
또한, 상기 제어부(CON)에 의해 상기 유도 코일(110)에 전원을 공급하는 것도 가능하고 도시된 바와 같이 별도의 전원 공급부(160)를 통해 유도 코일(110)에 전원을 공급하는 것도 가능하다.
이때, 상기 유도 코일(110)에 전원을 공급하기 위해서 상기 전원 공급부(160)에 연결되는 전선(V)이 상기 유도 코일(110)에 연결되어 전원이 인가되는 것도 가능하며, 이와 동시에 상기 유도 코일(110) 내부에 냉각수가 주입되어 냉각되도록 하는 것도 가능하다.
한편, 상기 챔버(180) 내부로 주입된 불활성 가스는 상기 챔버(180) 일 측에 형성되는 배출 배관(182)을 통해 챔버(180) 외부로 배출될 수 있으며 이를 위해 펌프(도시되지 않음)가 사용될 수 있음은 물론이다. 또한, 상기 챔버(180)의 경우 도시된 바와 같이 내부가 비어있는 육면체 형상으로서 일 측면에 상기 배출 배관(182)이 형성되고, 타 측면에 상기 불활성 가스 공급부(140)의 공급 배관(142)이 설치되며 주위 공기와 밀폐되는 챔버 본체(181)를 포함하는 것으로 가능하다.
또한, 상기 순환관(153) 및 이와 연결되는 유도 코일(110)이 상기 챔버 본체(181) 내부에 설치되는 별도의 하우징(170) 내부에 내장되는 것도 가능하며, 이 때 상기 제어부(CON)가 상기 하우징(170) 내부의 유도 코일(110)에 연결되어 전원을 공급하는 것도 가능하고, 도시된 바와 같이 별도의 전원 공급부(160)에 의해 상기 유도 코일(110)에 전원을 공급하는 것도 가능하다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 접합 장치(100)에 의해 다수 개의 금속 박판의 융착을 충분하게 일으켜 종래의 기술보다 인장강도를 늘리고 적층 수량을 기존의 기술에서 달성했던 것보다 월등히 높도록 접합할 수 있다.
또한, 상술한 본 발명에 의해 금속 박판과 압착부를 가열하여 비교적 종래보다 간단한 공정에 효과적으로 융착할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있으며, 이러한 본 발명의 장치(100)를 이용하여 배터리의 전극 탭을 접합하여 접합 품질과 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 접합 장치(100)를 이용하여 다수 개의 금속 박판을 접합하는 방법으로서, 상기 다수 개의 금속 박판(T)을 유도 가열 방식에 의해 상호 접합하는 것이다.
즉, 종래의 초음파 방식이나 용접 등의 방식이 아닌 유도 가열 방식에 의해 금속 박판에 열을 가하여 접합하는 것으로서 이러한 본 발명에 의해 상술한 바와 같이 1800도 이상의 온도까지 상승시킬 수 있어 종래 기술에서는 국소가열에서는 획득하기 어려운 금속용융점 이상의 온도를 본 발명에서는 확보 가능하여, 이를 이용해 접촉점을 가열하여 접합하는 것이며, 이를 이용하여 상술한 바와 같이 다수 개의 금속 박판으로 이루어진 배터리 탭을 접합할 수 있다.
특히, 상기 압착부(120)를 예비가열하고 나서 상기 압착부(120)를 다수 개의 금속 박판(T)에 압착하며 그 후에 상기 압착부(120)를 급속 가열하여 상기 다수 개의 금속 박판(T)을 상호 접합하는 것도 가능하다.
즉, 상기 압착부(120)가 유도 가열에 의해 온도가 상승하더라도 상기 금속 박판의 온도는 상기 압착부(120)의 온도보다 낮으므로 바로 압착하면 효율이 떨어질 수 있다.
이를 방지하기 위해 상기 압착부(120)를 일정 온도가 되도록 예비 가열하고 나서 상기 압착부(120)를 금속 박판(T)에 압착한 후 상기 압착부(120)를 융착 온도로 급속 가열하는 것이다.
이러한 방법에 의한 경우 모재-즉, 금속 박판-의 온도와 압착부의 온도가 균등해져서 가열 효율 및 융착 효율이 우수해 진다.
한편, 상기 급속 가열 온도는 상술한 바와 같이 융착시 도달하는 통상적인 온도를 말하며 상기 예비 가열 온도는 상기 급속 가열 온도보다는 낮게 할 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 방법(S100)을 도 5 및 도 6을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
우선, 챔버(180) 내부에 불활성 가스를 주입하는 단계(S110, 이하 제1단계라 함)와, 유도 코일(110) 내부에 냉각수를 주입, 순환하는 단계(S120, 이하 제2단계라 함)를 수행한다.
상기 제1단계(S110)에서 챔버(180) 내부에 불활성 가스를 주입하기 위해 앞서 설명한 불활성가스 공급부(140)를 사용할 수 있으며 이는 상기 제어부(CON)에 의해 제어될 수 있다.
또한, 상기 제2단계(S120)에서 냉각수는 상술된 냉각부(150)에 의해 상기 유도 코일(110) 내부에 냉각수를 주입할 수 있으며 이 역시 상기 제어부(CON)에 의해 제어될 수 있다.
이후, 상기 압착부(120)를 유도 코일(110) 내부에 진입한 후 상기 압착부(120)를 예비 가열하는 단계(S140, 이하 제4단계라 함)를 수행한다.
이때, 상기 제4단계(S140)에서 압착부(120)를 구동부(130)에 의해 전진 구동하여 상기 압착부(120)를 상기 유도 코일(110) 내부에 진입하도록 할 수 있으며, 이는 상술한 바와 같이 제어부(CON)에 의해 제어될 수 있다.
이후, 상기 압착부(120)를 예비 가열하게 되며, 이에 대해서는 앞서 설명된 관계로 중복되는 설명은 생략한다.
상기 제4단계(S140) 수행 후, 상기 예비 가열된 압착부(120)를 상기 금속 박판(T)에 압착한 후 상기 압착부(120)를 고속 가열하는 단계(S160, 이하 제6단계라 함)를 수행한다.
상기 제6단계(S160)에서 예비 가열된 압착부(120)를 금속 박판(T)에 압착하여 고속 가열하면 금속 박판(T)의 온도와 압착부(120)의 온도가 균등해져서 가열 효율 및 융착 효율이 우수해 진다.
한편, 상기 예비 가열 또는 급속 가열은 상기 유도 코일(120)에 공급되는 전류 량을 제어함에 의해 선택가능하며 이를 위해 도 7에 도시된 바와 같이 좌측 유도 코일(110,110-1) 및 우측 유도 코일(110,110-2)을 동기화시키면서 상기 유도 코일(110)에 인가되는 전류량을 제어하는 회로(200)에 의해 구동 가능하다.
한편, 상술한 회로는 상기 유도 코일(120)에 전류 공급 량을 제어하는 일 예에 불과한 것으로서 상술한 바와 같이 유도 코일(110)에 전류 공급을 제어하여 온도를 제어할 수 있는 회로이면 모두 본 발명의 범주에 속함은 당연하다.
상기 제6단계(S160) 수행 후, 상기 압착부(120)를 상기 다수 개의 금속 박판(T)에 추가적으로 압착하여 상기 다수 개의 금속 박판(T)을 상호 융착하는 단계(S170, 이하 제7단계라 함)를 수행한다.
즉, 제6단계(S160)에서 일차 융착한 후 제7단계(S170)에 의해 추가적으로 압착부(120)를 더 전진시킨 후 융착하여 보다 완벽한 접합 상태를 얻을 수 있다.
이때, 상기 융착 단계(S170) 수행 후 상기 압착부(120)를 상기 금속 박판(T)으로부터 이탈하는 단계(S180, 이하 제8단계라 함)와, 상기 압착부(120)를 다시 예비 가열하는 단계(S190, 이하 제9단계라 함)를 더 포함하는 것도 가능하다.
즉, 일차적으로 금속 박판(T)을 융착한 후 다른 금속 박판(T)을 융착하기 위해 상기 압착부(120)를 상기 금속 박판(T)으로부터 이탈하여 융착된 금속 박판(T)을 빼낸다. 이 때, 상기 압착부(120)가 냉각될 수 있으므로 상기 압착부(120)를 제9단계(S190)에 의해 다시 예비 가열하는 것이다.
이때, 상기 제8단계(S180)에 의해 상기 압착부(120)는 상술된 바와 같이 금속 박판(T)으로부터 이탈되며 제9단계(S190)수행 시 상기 압착부(120)가 원래의 위치 즉, 유도 코일(110) 내부로 복귀되어 예비 가열된다.
한편, 상기 제4단계(S140)에 의해 상기 압착부(120)를 예비 가열한 후 제6단계(S160) 수행 전, 일정 시간 대기하는 단계(S150, 이하 제5단계라 함)를 수행하는 것도 가능하다.
이는, 상기 제5단계(S150)에 의해 상기 압착부(120)의 온도가 적절한 예비 가열 온도에 도달하도록 하기 위함이다.
또한, 유사하게 상기 제7단계(S170) 수행 후, 시간 대기하는 단계(S100A)를 더 포함하여 융착을 위한 압착부(120) 온도가 적절 온도에 도달하도록 하는 것도 가능하다.
또한, 상기 제8단계(S180)에 의해 압착부(120)를 이탈시킨 후 제9단계(S190)에 의해 다시 예비 가열하고 나서, 일정 시간 대기하는 단계(S100B)를 수행한 후, 상기 압착부(120)사이에 금속 박판이 재 진입하는 것을 대기하는 단계(S100C)를 더 포함하는 것도 가능하다.
즉, 상기 단계(S100B)에 의해 예비 가열되는 온도가 적정 온도에 이를 수 있도록 함과 동시에 융착된 금속 박판을 이출할 수 있으며, 이 후 접합 대상이 되는 새로운 금속 박판이 진입하는 것을 대기하는 단계(S100C)를 수행하여 상기 접합 대상이 되는 새로운 금속 박판의 접합을 보다 용이하게 할 수 있다.
이상 설명된 본 발명에 의해 배터리의 전극 탭으로 사용되는 금속 박판을 접합하여 상술한 바와 같은 배터리의 전극 탭을 접합할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상을 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.
100 : 접합 장치 110 : 유도 코일
120 : 압착부 130 : 구동부
140 : 불활성 가스 공급부 150 : 냉각부
160 : 전원 공급부 170 : 하우징
180 : 챔버

Claims (14)

  1. 배터리 전극 탭을 형성하는 다수 개의 금속 박판(T)을 유도 가열 방식에 의해 상호 접합하는 장치로서,
    상기 다수 개의 금속 박판(T) 양측에 배치되어 상기 금속 박판(T)을 가압하는 압착부(120)와,
    상기 압착부(120)를 감싸는 유도 코일(110) 및 상기 유도 코일(110)에 전원을 공급하는 회로부(CI)와,
    상기 압착부(120)를 전후진 시키는 구동부(130) 및 상기 구동부(130)에 연결되어 상기 구동부(130)를 제어하는 제어부(CON)를 포함하되,
    상기 회로부(CI)는 상기 유도 코일(110)의 일 측단에 각각 연결되는 제1MOSFET(M1) 및 제2MOSFET(M2)를 포함하여, 상기 제1MOSFET(M1) 및 제2MOSFET(M2)에 상보적인 펄스 신호를 인가하여 상기 압착부(120)를 동시에 가열하고,
    상기 압착부(120), 구동부(130) 그리고 유도 코일(110)을 수용하는 챔버(180)와, 상기 챔버(180) 일 측에 배치되어 불활성 가스를 상기 챔버(180) 내부에 주입하는 불활성 가스 공급부(140)와, 상기 챔버(180) 일 측에 배치되어 냉각수로 상기 유도 코일(110)을 냉각하는 냉각부(150)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 방식의 다중 금속 박판 접합 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 챔버(180) 일 측에 형성되어 상기 주입된 불활성 가스가 배출되는 배출 배관(182)을 포함하고,
    상기 냉각부(150)는 다수 개 유도 코일(110) 내부에 냉각수를 주입 순환시키는 순환관(153)과 상기 냉각수가 저장되는 냉각수 저장조(151)를 포함하며,
    상기 챔버(180) 일 측에 배치되는 제어부(CON)에 의해 상기 유도 코일(110)에 전원을 공급하거나 상기 구동부(130)를 제어하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 방식의 다중 금속 박판 접합 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 챔버(180) 일 측에 배치되는 전원 공급부(160)를 포함하여,
    상기 전원 공급부(160)에 연결되는 전선(V)이 상기 유도 코일(110)에 연결되어 전원이 인가됨과 동시에,
    상기 유도 코일(110) 내부에 냉각수가 주입되는 것을 특징으로 하는 유도 가열 방식의 다중 금속 박판 접합 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 기재된 접합 장치를 이용하여 배터리 전극 탭을 형성하는 다수 개의 금속 박판을 접합하는 방법으로서,
    상기 다수 개의 금속 박판(T)을 유도 가열 방식에 의해 상호 접합하는 것을 특징으로 하되,
    챔버(180) 내부에 불활성 가스를 주입하는 단계(S110)와,
    유도 코일(110) 내부에 냉각수를 주입, 순환하는 단계(S120)와,
    상기 압착부(120)를 유도 코일(110) 내부에 진입한 후 상기 압착부(120)를 예비 가열하는 단계(S140)와,
    상기 압착부(120)를 상기 금속 박판(T)에 압착한 후 상기 압착부(120)를 고속 가열하는 단계(S160)와,
    상기 압착부(120)를 상기 다수 개의 금속 박판에 추가적으로 압착하여 상기 다수 개의 금속 박판을 상호 융착하는 단계(S170)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 방식의 다중 금속 박판 접합 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 융착 단계(S170) 수행 후 상기 압착부(120)를 상기 금속 박판(T)으로부터 이탈하는 단계(S180)와,
    상기 압착부(120)를 다시 예비 가열하는 단계(S190)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 방식의 다중 금속 박판 접합 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 압착부(120)를 예비 가열하는 단계(S140) 수행 후 일정 시간 대기하는 단계(S150)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 방식의 다중 금속 박판 접합 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 융착 단계(S170) 수행 후 일정 시간 대기하는 단계(S100A)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 방식의 다중 금속 박판 접합 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 압착부(120)를 다시 예비 가열하는 단계(S190) 수행 후 일정 시간 대기하는 단계(S100B)와,
    상기 압착부(120)사이에 금속 박판이 재 진입하는 것을 대기하는 단계(S100C)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 방식의 다중 금속 박판 접합 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
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