KR102084563B1 - 전극 탭들의 용접 부위를 정밀하게 설정하여 용접 신뢰성을 향상할 수 있는 용접 방법 - Google Patents

전극 탭들의 용접 부위를 정밀하게 설정하여 용접 신뢰성을 향상할 수 있는 용접 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극 탭의 적어도 일부가 상호 중첩되도록, 전극 탭들을 상하로 배열하여 탭 배열체를 형성시키는 과정; 전극 탭들이 중첩되어 있는 면들과 그 대향 면을 제외한 탭 배열체의 측면들 중에서, 적어도 둘 이상의 측면들로 광을 조사하는 과정; 각 전극 탭들의 단부로부터 반사되는 광을 통해, 전극 탭들이 서로 중첩되어 있지 않은 단차의 평면상 형태를 스캐닝 하는 과정; 상기 스캐닝 된 결과를 기준으로, 단차를 제외한 전극 탭들의 중첩 부위만을 스캐닝 하는 과정; 상기 중첩 부위 내에서, 용접 범위를 설정하는 과정; 및 상기 용접 범위 내에서만 용접을 수행하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.

Description

전극 탭들의 용접 부위를 정밀하게 설정하여 용접 신뢰성을 향상할 수 있는 용접 방법 {Welding Method Capable of Improving Welding-Reliability through Accurate Definition about Welding Portion of Electrode Tabs}
본 발명은 전극 탭들의 용접 부위를 정밀하게 설정하여 용접 신뢰성을 향상할 수 있는 용접 방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 특히, 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 갖는 리튬 이차전지에 대해 많은 연구 및 상용화가 이루어 지고 있다.
일반적으로 이차전지는 전극과 분리막이 적층된 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장된 구조로 이루어져 있다. 전극조립체를 구성하는 전극은 외부와의 연결뿐만 아니라, 전극조립체로서 각 전극들간 전기적 연결을 위하여, 전극의 무지부 중 일부분인 전극 탭들 간 결합과 이 전극 탭들과 전극 리드간 결합이 필요하다.
상기한 결합에는, 전극 탭들, 또는 전극 탭들과 전극 리드 등의 용접 모재들을 서로 중첩시킨 상태로 이들에 레이저, 전류 초음파 등의 에너지를 인가하여 용융 접합시키는 용접이 사용될 수 있다.
특히 레이저를 이용한 용접은, 용접 시간이 짧고 공고한 접합을 가능하게 하는 이유로 자동화 공정에서 널리 사용되고 있다.
다만, 레이저 용접은 레이저의 정밀한 조준이 요구되는 바, 용접 모재들의 미 겹침 부위로 레이저가 조사되는 것을 방지하기 위한 비전 검사(Vision Test)가 선행되고, 비전 검사를 토대로 설정된 부위에 레이저가 조사될 수 있다.
비전 검사는 서로 겹쳐있는 용접 모재들의 상면과 하면에 광(光)을 조사하여, 이들의 경계면을 확인한 후, 레이저가 조사될 부위를 설정하는 검사이며, 이와 같이 설정된 조사 부위에 레이저가 자동적으로 조사되면서 레이저 용접이 수행될 수 있다.
이에 도 1과 도 2에는 종래 기술에 따른 비전 검사 방식에 대한 모식도와 그 결과에 대한 사진이 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 상호 겹쳐져있는 전극 탭들(1)의 상면과 하면으로 광이 조사되며, 반사되는 광을 센서가 인식하여 겹쳐진 전극 탭들(1)의 경계 부위를 확인하고, 겹쳐진 형태를 센서가 인식한다.
그러나, 동종 소재로 구성된 전극 탭의 경우, 광 반사 정도가 동일하여, 도 2에서와 같이, 전극 탭들이 단차를 이루는 경계가 명확하게 구분되지 않는 바, 이 같은 결과 하에서는 레이저 조사 부위가 전극 탭들이 서로 겹쳐 있는 부위로 설정되지 않거나 일측으로 편향되도록 설정될 수 있어 레이저 용접이 소망하는 형태로 수행되지 않는 문제점이 있다.
이와는 달리, 상이한 소재로 구성된 전극 탭들이라 할지라도 색상이 매우 유사하거나 표면 거칠기가 매우 유사한 경우에는 광 반사 정도에 차이가 없게 되어, 마찬가지로 전극 탭들이 단차를 이루는 경계가 명확하게 구분되지 않는 문제점이 있다.
따라서, 상술한 문제점들을 일거에 해소할 수 있는 기술의 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 전극 탭들이 중첩되어 있는 상태에서, 이들의 측면 방향에서 광을 조사하여 금속의 표면 상태나 반사 정도에 관계 없이 중첩된 경계를 명확하게 구분할 수 있고, 이에 따라 레이저 조사 부위를 정밀하게 설정할 수 있는 용접 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은,
복수의 극판들로부터 돌출된 전극 탭들을 용접하는 방법으로서,
전극 탭의 적어도 일부가 상호 중첩되도록, 전극 탭들을 상하로 배열하여 탭 배열체를 형성시키는 과정;
상기 전극 탭들이 중첩되어 있는 면들과 그 대향 면을 제외한 탭 배열체의 측면들 중에서, 적어도 둘 이상의 측면들로 광을 조사하는 과정;
각 전극 탭들의 단부로부터 반사되는 광을 통해, 전극 탭들이 서로 중첩되어 있지 않은 단차의 평면상 형태를 스캐닝 하는 과정;
상기 스캐닝 된 결과를 기준으로, 단차를 제외한 전극 탭들의 중첩 부위만을 스캐닝 하는 과정;
상기 중첩 부위 내에서, 용접 범위를 설정하는 과정; 및
상기 용접 범위 내에서만 용접을 수행하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 단차의 형태를 스캐닝 하는 과정은,
(i) 제 1 측면으로 입사된 광이 제 1 측면에 위치한 전극 탭 각각의 단부에서 반사되면서, 제 1 측면에서의 전극 탭들 간 제 1 경계 형태가 인식되는 과정; 및
(ii) 상기 제 1 측면과 상이한 방향에 위치하는 n개(n은 1이상)의 측면으로 입사된 광이 n개의 측면 각각에 위치한 전극 탭의 단부에서 반사되면서 n개의 측면들 각각에서의 전극 탭들 간 경계 형태가 n개 인식되는 과정;
을 포함하고,
어느 하나의 경계 형태를 기준으로, 나머지 경계 형태들이 평면적으로 조합되면서 단차들이 형성하는 평면상 형태가 스캐닝 되고, 전극 탭들의 중첩 부위가 추가로 스캐닝 될 수 있다.
또한, 상기 스캐닝 된 단차들의 평면상 형태에서, 단차들이 형성할 수 있는 평면 형태들 중에서, 평면적이 가장 넓은 부위가 전극 탭들의 중첩 부위로 스캐닝 될 수 있다.
일반적으로 동종 소재의 전극 탭들이 겹쳐있는 경우, 표면적이 넓은 상면과 하면으로부터 반사되는 광은, 서로 다른 전극 탭들일지라도 반사 정도가 동일하고, 전극 탭들간 미세 간격이 상면과 하면에는 형성되지 않아 전극 탭들의 경계에서도 광이 반사되며, 이를 인식한 센서에는 경계가 형성하는 음영이 거의 형성되지 않는다.
그러나, 본 발명에 따른 용접 방법은, 종래의 비전 검사와는 달리, 전극 탭들간 미세 간격이 형성되어 있는 측면으로 광을 조사하는 바, 각 전극 탭들의 경계 단부로부터 광이 반사되되, 상기 미세 간격에서는 광이 반사되지 않아 동종 소재로 구성된 전극 탭들의 경계가 음영으로 명확하게 인식될 수 있는 장점이 있다.
따라서, 본 발명에서는 전극 탭들이 동종 소재라 할지라도, 반사 정도에 관계 없이 전극 탭들의 경계를 명확하게 구분할 수 있으며, 각 측면들에서 스캐닝된 경계들이 평면적으로 조합되면서 단차의 위치와 형태가 명확하게 스캐닝 될 수 있고, 이에 따라 단차를 제외한 전극 탭들의 겹침 부위에만 용접 부위로 설정될 수 있다.
또한, 상술한 이점은, 동일하거나 유사한 색상을 가지는 전극 탭들이 겹쳐있는 경우 및 표면 거칠기가 거의 유사한 전극 탭들이 겹쳐있는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 n은 2이고, 제 1 측면과 제 2 측면이 서로에 대해 연장되어 있으며;
제 3 측면은 제 1 측면 또는 제 2 측면과 서로에 대해 연장되어 있을 수 있다.
상기 경계 형태는 직선들이 상하로 평행하게 위치한 형태이고, 상기 직선들이 인접한 경계 형태의 직선들에 연결되면서 단차의 형태가 스캐닝 될 수 있다.
상기 광을 조사하는 과정은, 경개 형태가 왜곡되지 않도록, 전극 탭 배열체의 수직 단면에 대해 수직으로 광을 조사할 수 있으나, 경우에 따라서는 전극 탭 배열체의 수직 단면에 대해 1도 내지 10도의 각도로 광을 조사하여, 경계 형태를 포함하되, 전극 탭들의 상면 또는 하면의 일부도 인식되도록 조사될 수 있다.
상기 용접 범위는 중첩 부위의 총 면적 대비 50% 내지 100%에서 설정될 수 있으며, 상기 설정된 용접 범위에서, 용접 개시 점을 추가로 설정할 수 있다.
본 발명에서, 용접은 레이저 용접일 수 있으며, 상기 탭 배열체가 전극 탭들의 배열 구조를 고정시키는 레이저 용접용 지그에 고정된 상태로 스캐닝 될 수 있다.
상기 지그는 탭 배열체에 광을 조사하는 광원을 포함하고 있을 수 있으며 그에 따라 본 발명에 따른 방법은, 탭 배열체가 지그에 고정된 상태에서, 레이저 조사 부위 설정과 함께, 레이저로 용접될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 용접 방법은, 종래의 비전 검사와는 달리, 전극 탭들간 미세 간격이 형성되어 있는 측면으로 광을 조사하는 바, 각 전극 탭들의 경계 단부로부터 광이 반사되되, 상기 미세 간격에서는 광이 반사되지 않아 동종 소재로 구성된 전극 탭들의 경계가 음영으로 명확하게 인식될 수 있는 장점이 있다.
이에 본 발명에서는 전극 탭들이 동종 소재라 할지라도, 반사 정도에 관계 없이 전극 탭들의 경계를 명확하게 구분할 수 있으며, 각 측면들에서 스캐닝 된 경계들이 평면적으로 조합되면서 단차의 위치와 형태가 명확하게 구분 될 수 있고, 이에 따라 단차를 제외한 전극 탭들의 겹침 부위에만 용접 부위로 설정될 수 있다.
또한, 상술한 이점은, 동일하거나 유사한 색상을 가지는 전극 탭들이 겹쳐있는 경우 및 표면 거칠기가 거의 유사한 전극 탭들이 겹쳐있는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 1과 도 2는 종래 기술에 따른 비전 검사 방식에 대한 모식도와 그 결과에 대한 사진이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 용접 방법의 흐름도이다;
도 4 내지 도 6은 본 발명의 용접 방식을 형태적으로 나타낸 모식도들이다;
도 7는 본 발명의 방법에 따라 탭 배열체의 형태가 스캐닝 된 실제 사진이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 용접 방법의 흐름도가 도시되어 있다. 또한, 도 4 내지 도 6에는 본 발명의 용접 방식을 형태적으로 나타낸 모식도들이 도시되어 있다.
이들 도면을 함께 참조하면, 본 발명에 따른 방법은, 과정(101)에서, 제 1 전극 탭(12)과 제 2 전극 탭(14)이, 이들의 일부가 상호 중첩되는 형태로 상하 배열하여 탭 배열체(10)를 형성한다.
이후, 과정(102)에서는 전극 탭들이 중첩되어 있는 면들과 그 대향 면을 제외한 탭 배열체(10)의 서로 연장되어 있는 제 1 측면(21), 제 2 측면(22), 제 3 측면(23) 각각에 제 1 광, 제 2 광, 제 3 광을 조사한다.
이때, 과정(103)에서는, 제 1 측면(21)으로 입사된 제 1 광이 제 1 측면(21)에 위치한 전극 탭 각각의 단부에서 반사되면서, 도 5에서와 같이, 제 1 측면(21)에서의 전극 탭들 간 제 1 경계 형태(31)가 인식된다.
또한, 제 2 측면(22)으로 입사된 제 2 광이 제 2 측면(22)에 위치한 전극 탭 각각의 단부에서 반사되면서, 도 5에서와 같이, 제 2 측면(22)에서의 전극 탭들 간 제 2 경계 형태(32)가 인식된다.
마찬가지로, 제 3 측면(23)으로 입사된 제 3 광이 제 3 측면(23)에 위치한 전극 탭 각각의 단부에서 반사되면서, 도 5에서와 같이, 제 3 측면(23)에서의 전극 탭들 간 제 3 경계 형태(33)가 인식된다.
이처럼 인식된 경계 형태들(31, 32, 33)은 직선들이 상하로 평행하게 위치하는 형태로 이루어져 있다.
이후 과정(104)에서는 어느 하나의 경계 형태를 기준으로, 인접한 경계 형태의 직선들에 연결되면서 단차의 형태가 스캐닝 될 수 있다.
구체적으로, 제 1 경계 형태(31)에서 제 1 전극 탭(12)과 제 2 전극 탭(14)이 단차를 이루고 있는 부위에서, 각 직선의 모서리들(41, 42)이 제 2 경계 형태(32)에서 제 1 경계 형태(31)에 인접하고 있는 각 직선의 모서리들(51a, 52a)과 상호 연결되면서 도 6의 a에서와 같은 평면 형태로 스캐닝 된다.
또한, 제 2 경계 형태(32)에서 제 3 경계 형태(33)에 인접하고 있는 각 직선의 모서리들(51b, 52b)이 제 3 경계 형태(33)에서 제 2 경계 형태(32)에 인접하고 있는 각 직선의 모서리들(61, 62)이 상호 연결되면서, 도 6의 b에서와 같은 평면 형태로 스캐닝 된다.
상기와 같이, 스캐닝 된 단차들의 평면상 형태에서, 단차들이 형성할 수 있는 평면 형태들(81, 82, 83, 70) 중에서, 평면적이 가장 넓은 부위(70)가 전극 탭들의 중첩 부위(70)로 스캐닝 된다.
과정(105)에서는 중첩 부위(70)의 대략 중심부에 용접 개시 점(72)을 마킹하고, 용접 개시 점(72)을 중심으로 중첩 부위(70)의 총 면적 대비 대략 70%에서 용접 범위(74)가 설정되며, 이 상태에서 과정(106)으로 진행하여, 용접 개시 점(72)을 중심으로 레이저 용접이 수행된다.
도 7에는 본 발명의 방법에 따라 탭 배열체의 형태가 스캐닝 된 실제 사진이 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 방법에서는 단차들이 선들로 명확하게 구분되며, 그에 따라 실제 용접될 부위를 설정하기 용이한 장점이 있으며, 특히, 평면임에도 불구하고, 중첩된 전극 탭들에 의해 가려진 경계 형태들이 스캐닝 되는 점에서 탭들의 중첩 형태를 정확하게 판단할 수 있는 이점이 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (12)

  1. 복수의 극판들로부터 돌출된 전극 탭들을 용접하는 방법으로서,
    전극 탭의 적어도 일부가 상호 중첩되도록, 전극 탭들을 상하로 배열하여 탭 배열체를 형성시키는 과정;
    상기 전극 탭들이 중첩되어 있는 면들과 그 대향 면을 제외한 탭 배열체의 측면들 중에서, 적어도 둘 이상의 측면들로 광을 조사하는 과정;
    각 전극 탭들의 단부로부터 반사되는 광을 통해, 전극 탭들이 서로 중첩되어 있지 않은 단차의 평면상 형태를 스캐닝 하는 과정;
    상기 스캐닝 된 결과를 기준으로, 단차를 제외한 전극 탭들의 중첩 부위만을 스캐닝 하는 과정;
    상기 중첩 부위 내에서, 용접 범위를 설정하는 과정; 및
    상기 용접 범위 내에서만 용접을 수행하는 과정;
    을 포함하고,
    상기 단차의 형태를 스캐닝 하는 과정은,
    (i) 제 1 측면으로 입사된 광이 제 1 측면에 위치한 전극 탭 각각의 단부에서 반사되면서, 제 1 측면에서의 전극 탭들 간 제 1 경계 형태가 인식되는 과정; 및
    (ii) 상기 제 1 측면과 상이한 방향에 위치하는 n개(n은 1이상)의 측면으로 입사된 광이 n개의 측면 각각에 위치한 전극 탭의 단부에서 반사되면서 n개의 측면들 각각에서의 전극 탭들 간 경계 형태가 n개 인식되는 과정;
    을 포함하고,
    어느 하나의 경계 형태를 기준으로, 나머지 경계 형태들이 평면적으로 조합되면서 단차들이 형성하는 평면상 형태가 스캐닝 되고, 전극 탭들의 중첩 부위가 추가로 스캐닝 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 스캐닝 된 단차들의 평면상 형태에서, 단차들이 형성할 수 있는 평면 형태들 중에서, 평면적이 가장 넓은 부위가 전극 탭들의 중첩 부위로 스캐닝 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 n은 2이고, 제 1 측면과 제 2 측면이 서로에 대해 연장되어 있으며;
    제 3 측면은 제 1 측면 또는 제 2 측면과 서로에 대해 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 경계 형태는 직선들이 상하로 평행하게 위치한 형태이고, 상기 직선들이 인접한 경계 형태의 직선들에 연결되면서 단차의 형태가 스캐닝 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 광을 조사하는 과정은, 전극 탭 배열체의 수직 단면에 대해 수직으로 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 광을 조사하는 과정은, 전극 탭 배열체의 수직 단면에 대해 1도 내지 10도의 각도로 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 용접 범위는 중첩 부위의 총 면적 대비 50% 내지 100%에서 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 설정된 용접 범위에서, 용접 개시 점을 추가로 설정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 용접은 레이저 용접인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 탭 배열체가 전극 탭들의 배열 구조를 고정시키는 지그에 고정된 상태로 스캐닝 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 지그는 탭 배열체에 광을 조사하는 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.






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