KR101590986B1 - 확산 접합을 이용한 전극단자 또는 버스 바의 접합 방법 - Google Patents

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Abstract

전지셀 또는 전지모듈의 전극단자들 상호 간 또는 전극단자를 버스 바와 전기적으로 상호 접합하거나 또는 버스 바들을 전기적으로 상호 접합하는 방법으로서, 접합 예정부가 상호 중첩되도록 지그 내에 전극단자 또는 버스 바를 고정하는 과정, 지그를 진공 챔버에 장착하는 과정, 진공 챔버 내부의 온도를 소정의 온도로 승온 시키는 과정 및 진공 챔버 내부의 진공 및 온도를 일정 시간 유지하여 확산 접합을 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 방법을 제공한다.

Description

확산 접합을 이용한 전극단자 또는 버스 바의 접합 방법 {Method of Bonding Electrode Terminal or Busbar Using Diffusion Bonding}
본 발명은 확산 접합을 이용한 전극단자 또는 버스 바의 접합 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전지셀 또는 전지모듈의 전극단자들 상호 간 또는 전극단자를 버스 바와 전기적으로 상호 접합하거나 또는 버스 바들을 전기적으로 상호 접합하는 방법으로서, 접합 예정부가 상호 중첩되도록 지그 내에 전극단자 또는 버스 바를 고정하는 과정, 지그를 진공 챔버에 장착하는 과정, 진공 챔버 내부의 온도를 소정의 온도로 승온 시키는 과정 및 진공 챔버 내부의 진공 및 온도를 일정 시간 유지하여 확산 접합을 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 방법에 관한 것이다.
이차전지는 모바일 기기의 전원으로 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.
중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
도 1에는 대표적인 파우치형 전지셀의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 도 1의 파우치형 전지셀(10)은 두 개의 전극단자(11, 12)가 서로 대향하여 전지 본체(13)의 상단부와 하단부에 각각 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다. 외장부재(14)는 상하 2 단위로 이루어져 있고, 그것의 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체(도시하지 않음)를 장착한 상태로 상호 접촉 부위인 양측면(14b)과 상단부 및 하단부(14a, 14c)를 부착시킴으로써 전지셀(10)이 만들어진다. 외장부재(14)는 수지층/금속박층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있어서, 서로 접하는 양측면(14b)과 상단부 및 하단부(14a, 14c)에 열과 압력을 가하여 수지층을 상호 융착시킴으로써 부착시킬 수 있으며, 경우에 따라서는 접착제를 사용하여 부착할 수도 있다. 양측면(14b)은 상하 외장부재(14)의 동일한 수지층이 직접 접하므로 용융에 의해 균일한 밀봉이 가능하다. 반면에, 상단부(14a)와 하단부(14c)에는 전극단자(11, 12)가 돌출되어 있으므로 전극단자(11, 12)의 두께 및 외장부재(14) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극단자(11, 12)와의 사이에 필름상의 실링부재(16)를 개재한 상태에서 열융착시킨다.
상기와 같은 전지셀을 다수 개 사용하여 중대형 전지모듈을 구성하는 경우, 이들의 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 전지셀의 전극단자를 용접하여 상호 연결하며, 일반적으로 버스 바를 이용하여 접속시킨다.
한편, 중대형 전지모듈은 전기자동차 등의 동력원으로 사용되는 바, 이러한 디바이스에 내장된 전지모듈은 외부충격, 진동 등에 쉽게 노출되므로 높은 안전성을 가지는 구조가 요구된다. 특히, 전지모듈에서 전지셀의 전극단자와 버스 바 사이 또는 버스 바들을 상호 간에 전기적으로 연결하는 부위가 견고하게 용접되지 않은 경우, 계속적으로 인가되는 진동 등이나 충격에 의해 용접 부위가 분리되어 성능 및 안전성이 크게 저하될 수 있으므로, 이들 간에 우수한 용접성을 필요로 한다.
일반적으로 이를 위해 여러 종류의 용접 방법을 사용하지만, 그 중에서도 초음파 용접을 이용한 방법이 많이 이용되고 있다.
예를 들어, 전극단자 상에 버스 바를 접촉시킨 상태로 배치하고, 초음파 용접기에 의해 가압하며, 이 때, 초음파 진동이 전극단자에 전달되고, 이러한 진동 에너지에 의해 발생되는 마찰 열로 인해 전극단자는 버스 바에 용접된다.
그러나, 이러한 초음파 용접을 이용한 전기적 연결 방법은, 직접 매질에 기계적 하중을 부과하고 진동을 통한 마찰방식을 이용하기 때문에, 용접 부위의 품질 문제와 전지셀들의 내부에 손상을 주는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서는 비접촉 용접 방법인 레이저 용접이 매우 좋은 대안이지만, 이러한 접합 방법은 완벽한 두 접합 금속의 조직적 결합이 되지 않기 때문에 많은 전기저항을 발생시켜 전력 손실이 발생하고, 저항으로 인한 접합부위에 많은 열을 발생시킬 수 있다.
또한, 일부 선행기술에서는 초고압 압출 인발에 의해 이종 금속들을 접합하여 제조하는 방법을 제시하고 있으나, 이러한 접합 방법의 경우, 1000 MPa 정도의 초고압을 필요로 하며, 압출과 인발을 이용하기 때문에 형상과 크기의 제약이 크다는 문제점이 있다. 또한, 압출과 인발로 제조된 재료를 이용하여 2차 가공을 해야 하는 단점을 가지고 있다.
따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전극단자 또는 버스 바의 소재를 탄성 변형 영역 내에서 열과 압력을 가하고 접합면에 발생하는 원자의 확산을 이용하여 고상상태로 접합함으로써, 모재를 용융 시키거나 별도의 접합재를 사용하지 않아, 접합저항을 줄이고 전력 손실과 접합부위의 열 발생을 감소시킬 수 있으며, 이종 금속들 간의 접합부위에서 기계적 강도를 높일 수 있는 접합 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 용접 등의 접합 부위의 부식 발생으로 인한 결함 요인을 감소시킴으로써, 제품의 수율 향상 및 높은 양품률을 확보하면서 제조공정이 용이한 접합 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 접합 방법은, 전지셀 또는 전지모듈의 전극단자들 상호 간 또는 전극단자를 버스 바와 전기적으로 상호 접합하거나 또는 버스 바들을 전기적으로 상호 접합하는 방법으로서,
(a) 접합 예정부가 상호 중첩되도록 지그 내에 전극단자 또는 버스 바를 고정하는 과정;
(b) 지그를 진공 챔버에 장착하는 과정;
(c) 진공 챔버 내부의 온도를 소정의 온도로 승온 시키는 과정; 및
(d) 진공 챔버 내부의 진공 및 온도를 일정 시간 유지하여 확산 접합을 수행하는 과정;
을 포함하는 것으로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 접합 방법은 전극단자 또는 버스 바의 소재를 탄성 변형 영역 내에서 열과 압력을 가하고 접합면에 발생하는 원자의 확산을 이용하여 고상상태로 접합함으로써, 모재를 용융시키거나 별도의 접합재를 사용하지 않으므로, 접합저항을 줄이며 전력 손실과 접합부위의 열 발생을 감소시킬 수 있고, 접합부위의 기계적 강도를 높일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 지그는 접합하고자 하는 소재를 고정하기 위하여 접합 예정부가 중첩된 전극단자 또는 버스 바의 외면에 대응하는 크기를 가진 둘 이상의 부재들을 포함하는 구조일 수 있다. 또한, 상기 지그는 둘 이상의 전극단자 또는 버스 바들을 동시에 고정할 수 있도록 상호간의 간격 조절이 가능한 구조로 장착되어 있는 셋 이상의 부재들을 포함하는 구조일 수 있다.
즉, 다수의 전극단자들 또는 버스 바들을 상호 접합하는 경우에는, 상기 과정(a) 이후에, 전극단자 또는 버스 바가 고정되어 있는 둘 이상의 지그들을 적층하는 과정을 추가로 포함하고, 상기 과정(b) 대신에 적층된 지그들을 진공 챔버에 장착하는 과정이 수행될 수 있다.
상기 전지셀 또는 전지모듈의 전극단자는 전지모듈의 구성을 위해 충적되었을 때 전체 크기를 최소화할 수 있도록 얇은 두께와 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가지는 판상형의 구조일 수 있다.
상기 전지모듈은, 전극단자들이 상단 및 하단에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀들을 포함하고 있는 전지모듈로서, 예를 들어, 전극단자들이 직렬로 상호 연결되어 있고, 상기 전극단자들의 연결부가 절곡되어 적층 구조를 이루고 있는 둘 또는 그 이상의 전지셀들; 및 상기 전극단자 부위를 제외하고 상기 전지셀들의 외면을 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 고강도 셀 커버를 포함하는 것으로 구성될 수 있다. 이러한 전지모듈의 구체적인 예로는, 본 출원인의 한국 등록특허 제0870457호의 모듈을 들 수 있으며, 상기 특허는 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다.
상기 전지셀은, 예를 들어, 양극 단자와 음극 단자의 소재가 다르고 이들을 직렬 또는 병렬 방식으로 연결하도록 접합되는 구조일 수 있다. 그러나, 전지셀이 알루미늄으로 이루어진 양극 단자와 구리로 이루어진 음극단자를 포함하고 있을 때, 이러한 전지셀 다수 개를 직렬로 연결하기 위해 양극 단자와 음극 단자를 용접시키는 경우, 각 전극단자 소재인 알루미늄과 구리의 융점 차이로 인해 일반적으로 용접성이 감소된다. 또한, 상기 버스 바는 접합하고자 하는 버스 바들간의 소재가 다른 구조일 수 있으며, 이러한 경우에도 상기와 마찬가지로 소재들간의 융점 차이로 인해 용접성이 감소되는 문제가 발생할 수 있다.
반면에, 본 발명에 따른 접합 방법은, 앞서 정의한 바와 같이, 탄성 변형 영역 내에서 열과 압력을 가하고 접합면에 발생하는 원자의 확산을 이용하여 고상상태로 접합하는 확산 접합을 수행하는 구조로 이루어져 있으므로, 대면적의 전극단자들을 한번에 용접할 수 있고, 이종 금속간 용접, 즉, 소재가 다른 전지셀의 양극 단자와 음극 단자를 직렬방식으로 연결하기 위한 용접을 할 때에도 전극단자들의 결합력을 향상시킬 수 있으며, 특히, 접합하고자 하는 버스 바들간의 소재가 서로 다른 경우에도 이들의 결합력을 향상시킬 수 있다.
즉, 양극 단자와 음극 단자 및 결합하고자 하는 버스 바의 소재가 다른 경우 및 접합하고자 하는 버스 바들간의 소재가 서로 다른 경우에도, 소재를 용융 시키지 않으므로, 접합면에서의 성분 차이나 조직 특성이 변화하지 않기 때문에 접합 부위의 기계적 강도를 높일 수 있고, 이종 금속들 간의 결합에도 용이하게 사용할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 진공 챔버 내부의 온도 및 유지 시간은 접합하고자 하는 소재의 재질 및 특성에 따라 조절되는 것이 가능하며, 예를 들어, 상기 온도는 접합하고자 하는 소재의 탄성 변형 온도 내에서 조절하는 것이 가능하다. 구체적으로, 상기 온도는 300 내지 800℃ 범위인 것이 바람직하며, 유지 시간은 8 내지 12 시간 범위인 것이 바람직하다.
상기 전극단자 또는 버스 바의 재질은, 예를 들어, 알루미늄, 구리 또는 철을 포함하는 전도성 소재를 사용할 수 있지만, 그것만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 전지셀은 리튬이온 전지 또는 리튬이온 폴리머 전지셀일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe’yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
리튬염 함유 비수계 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
본 발명은 또한, 상기 접합 방법을 사용하여 접합되는 전극단자 및 버스 바를 포함하는 전지모듈을 제공하며, 상기 전지모듈을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle: EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle: HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle: PHEV)로 이루어진 군에서 선택된 전기차; E-bike; E-scooter; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 및 전력저장 장치 등으로부터 선택되는 것일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 접합 방법은 전극단자 또는 버스 바의 소재를 탄성 변형 영역 내에서 열과 압력을 가하고 접합면에 발생하는 원자의 확산을 이용하여 고상상태로 접합함으로써, 모재를 용융 시키거나 별도의 접합재를 사용하지 않아, 접합저항을 줄이고 전력 손실과 접합부위의 열 발생을 감소시킬 수 있으며, 이종 금속들 간의 접합부위에서 기계적 강도를 높일 수 있다.
도 1은 종래의 대표적인 파우치형 전지의 사시도이다;
도 2 내지 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 접합방법의 순서를 나타내는 모식도들이다;
도 4 내지 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 접합방법의 순서를 나타내는 모식도들이다;
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
이들 도면을 참조하여 본 발명의 따른 접합방법을 설명하면, 접합하고자 하는 2 개의 버스 바들(110, 120) 간의 접합 예정부가 상호 중첩되도록 지그(131, 132) 내에 버스 바들(110, 120)을 고정하는 과정, 지그(131, 132)를 진공 챔버(140)에 장착하는 과정, 진공 챔버(140) 내부의 온도를 소정의 온도로 승온시키는 과정, 진공 챔버(140) 내부의 진공 및 온도를 일정 시간 유지하여 확산 접합을 수행하는 과정을 거친다.
구체적으로, 버스 바들(110, 120)은 각각 알루미늄 및 구리로 이루어져 버스 바들(110, 120) 간의 소재가 다르며, 전지모듈의 구성을 위해 충적되었을 때 전체 크기를 최소화할 수 있도록 얇은 두께와 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가지는 판상형 구조로 이루어져 있다.
먼저, 도 2를 참조하면, 버스 바들(110, 120) 간의 접합 예정부가 상호간에 약 50% 범위로 중첩된 상태에서, 중첩된 버스 바들(110, 120)의 외면에 대응하는 크기를 가진 지그(131, 132)에 의해 고정되고, 도 3과 같이 버스 바들(110, 120)이 지그(131, 132)에 의해 고정된 상태에서 진공 챔버(140) 내에 장착되어 약 600℃의 온도로 승온 시킨 후 진공 챔버(140) 내부의 진공 및 온도를 약 10시간 유지하여 확산 접합을 수행한다.
도 4 내지 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 접합 방법의 순서를 나타내는 모식도들이 도시되어 있다.
먼저 도 4를 참조하면, 각각 4 개의 버스 바들(211, 212, 221, 222) 간의 접합 예정부들이 각각 상호 약 50% 범위로 중첩된 상태에서 버스 바들(211, 212, 221, 222)의 외면에 대응하는 크기를 가진 지그(231, 232, 233)에 의해 고정되며, 구체적으로, 지그(231, 232, 233)는 각각 4 개의 버스 바들(211, 212, 221, 222)을 동시에 고정할 수 있도록 상호간의 간격 조절이 가능한 구조로 장착되어 있는 3개의 부재들을 포함하고 있다.
다음으로 도 5와 같이 각각 4 개의 버스 바들(211, 212, 221, 222)이 지그(231, 232, 233)에 의해 고정된 상태에서 진공 챔버(240) 내에 장착되어 약 600℃의 온도로 승온 시킨 후 진공 챔버(240) 내부의 진공 및 온도를 약 10시간 유지하여 확산 접합을 수행한다.
도 2 및 5에 도시된 지그들은 판상형 버스 바들을 고정하기 위하여 둘 또는 셋의 판상형 부재들로 구성되어 있는 것으로 설명되어 있지만, 지그의 크기 및 형태는 적용되는 전극단자 또는 버스 바에 따라 그 크기나 형태가 다양하게 구성되는 것도 가능하다.
본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (17)

  1. 전지셀 또는 전지모듈의 전극단자들 상호 간 또는 전극단자를 버스 바와 전기적으로 상호 접합하거나 또는 버스 바들을 전기적으로 상호 접합하는 방법으로서,
    (a) 접합 예정부가 상호 중첩되도록 지그 내에 전극단자 또는 버스 바를 고정하는 과정;
    (b) 지그를 진공 챔버에 장착하는 과정;
    (c) 진공 챔버 내부의 온도를 소정의 온도로 승온 시키는 과정; 및
    (d) 진공 챔버 내부의 진공 및 온도를 일정 시간 유지하여 확산 접합을 수행하는 과정;
    을 포함하며,
    상기 지그는 접합 예정부가 중첩된 전극단자 또는 버스 바의 외면에 대응하는 크기를 가진 둘 이상의 부재들을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 또는 전지모듈의 전극단자는 판상형 전극단자인 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈은전극단자들이 상단 및 하단에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀들을 포함하고 있는 전지모듈로서,
    전극단자들이 직렬로 상호 연결되고 상기 전극단자들의 연결부가 절곡되어 적층 구조를 이루고 있는 전지셀들; 및
    둘 이상의 단위로 전극단자 부위를 제외한 적층 전지셀들의 외면 전체를 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 셀 커버;
    를 포함하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  4. 제 1 항에서, 상기 전지셀은 양극 단자와 음극 단자의 소재가 다르고 이들을 직렬 또는 병렬 방식으로 연결하도록 접합되는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 전지셀은 알루미늄으로 이루어진 양극 단자 및 구리로 이루어진 음극 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 버스 바는 접합하고자 하는 버스 바들간의 소재가 서로 다른 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 온도 및 유지 시간은 접합하고자 하는 소재의 재질 및 특성에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 온도는 접합하고자 하는 소재의 탄성 변형 온도 내에서 조절되는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 온도는 300 내지 800℃ 범위인 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 유지 시간은 8 내지 12 시간 범위인 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전극단자 또는 버스 바의 재질은 알루미늄, 구리 또는 철을 포함하는 전도성 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 지그는 둘 이상의 전극단자 또는 버스 바들을 동시에 고정할 수 있도록 상호간의 간격 조절이 가능한 구조로 장착되어 있는 셋 이상의 부재들을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(a) 이후에, 전극단자 또는 버스 바가 고정되어 있는 둘 이상의 지그들을 적층하는 과정을 추가로 포함하고, 상기 과정(b) 대신에 적층된 지그들을 진공 챔버에 장착하는 과정이 수행되는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 11 항, 제 13 항 및 제 14 항 중 어느 하나에 따른 접합 방법을 사용하여 접합되는 전극단자 및 버스 바를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  16. 제 15 항에 따른 전지모듈을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 디바이스는 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle: EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle: HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle: PHEV)로 이루어진 군에서 선택된 전기차; E-bike; E-scooter; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 및 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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