KR102610475B1 - Laser welding method of dissimilar metals of secondary battery cap assembly - Google Patents

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Abstract

이차전지 캡 어셈블리의 이종 금속 레이저 용접방법의 일 실시예는, 구리 소재로 이루어진 리벳 터미널 용접부와, 상기 리벳 터미널 용접부 아래에 적층되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어진 리벳 플레이트 용접부를 레이저 용접하는 이차전지 캡 어셈블리의 이종 금속 레이저 용접방법으로서, 상기 리벳 터미널 용접부와 상기 리벳 플레이트 용접부가 상하로 적층된 상태에서, 상기 리벳 터미널 용접부 상에 레이저 빔을 조사하여 상기 리벳 터미널 용접부의 상면으로부터 하방향으로 상기 리벳 터미널 용접부에 설정된 제1깊이를 갖는 제1용접부를 형성하는 1차 레이저 용접 단계; 상기 1차 레이저 용접 단계에서 형성된 상기 제1용접부의 범위 내에서 레이저 빔을 조사하여 상기 리벳 터미널 용접부를 수직으로 경유하여 상기 리벳 터미널 용접부와 상기 리벳 플레이트 용접부의 경계면으로부터 상기 리벳 플레이트 용접부의 상부에 설정된 제2깊이를 갖는 제2용접부를 형성하여 상기 리벳 터미널 용접부와 상기 리벳 플레이트 용접부를 결합하는 2차 레이저 용접 단계를 포함한다.One embodiment of the dissimilar metal laser welding method of the secondary battery cap assembly involves laser welding a rivet terminal welding portion made of copper and a rivet plate welding portion made of aluminum or aluminum alloy material laminated below the rivet terminal welding portion. A dissimilar metal laser welding method of an assembly, in which the rivet terminal weld portion and the rivet plate weld portion are stacked vertically, and a laser beam is radiated onto the rivet terminal weld portion to move downward from the upper surface of the rivet terminal weld portion to the rivet terminal. A first laser welding step of forming a first welded portion having a first depth set in the welded portion; A laser beam is irradiated within the range of the first weld formed in the first laser welding step to vertically pass through the rivet terminal weld and set on the upper part of the rivet plate weld from the boundary surface of the rivet terminal weld and the rivet plate weld. It includes a secondary laser welding step of forming a second weld having a second depth and joining the rivet terminal weld and the rivet plate weld.

Description

이차전지 캡 어셈블리의 이종 금속 레이저 용접방법{Laser welding method of dissimilar metals of secondary battery cap assembly}Laser welding method of dissimilar metals of secondary battery cap assembly}

본 발명은 이차전지 캡 어셈블리의 이종 금속 레이저 용접방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이차전지의 캡 어셈블리를 구성하는 구리 소재로 이루어진 리벳 터미널과 알루미늄 소재로 이루어진 리벳 플레이트를 레이저 용접에 의해 결합하는 이차전지 캡 어셈블리의 이종 금속 레이저 용접방법에 관한 것이다.The present invention relates to a dissimilar metal laser welding method for a secondary battery cap assembly, and more specifically, to a secondary battery cap assembly in which a rivet terminal made of copper and a rivet plate made of aluminum that constitute the cap assembly of a secondary battery are joined by laser welding. This relates to a dissimilar metal laser welding method for a battery cap assembly.

일반적으로 이차전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 배터리 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 배터리 셀이 수십 개 연결된 대용량 전지의 경우 전기 자전거, 전기 스쿠터, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 사용되고 있다.In general, secondary batteries are batteries that can be charged and discharged, unlike primary batteries that cannot be recharged. Low-capacity batteries in which one battery cell is packaged in a pack are used in small, portable electronic devices such as mobile phones and camcorders. Large-capacity batteries with dozens of cells connected are used as a power source for driving motors such as electric bicycles, electric scooters, hybrid cars, and electric cars.

이차전지는 각형, 원통형 및 파우치형 등의 형상으로 구성될 수 있으며, 양극판 및 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터를 개재하여 형성된 전극조립체와, 전해액을 함께 케이스에 수용하고, 케이스 양단에 캡 어셈블리를 결합하여 구성된다. Secondary batteries can be configured in shapes such as square, cylindrical, and pouch-shaped. The electrode assembly formed by interposing an insulating separator between the positive and negative electrode plates, and the electrolyte are accommodated in a case, and cap assemblies are attached to both ends of the case. It is composed.

상기 캡 어셈블리는 리벳 터미널과 리벳 플레이트를 포함하여 구성된다. The cap assembly includes a rivet terminal and a rivet plate.

상기 리벳 터미널은 구리 소재로 이루어지고, 상기 리벳 플레이트는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어지며 상호 결합되어 전기적으로 연결되며 케이스의 개구부를 밀폐함으로써 전해액이 외부로 누설되지 않도록 케이스의 기밀이 유지되도록 한다.The rivet terminal is made of a copper material, and the rivet plate is made of an aluminum or aluminum alloy material and is electrically connected by being interconnected. The opening of the case is sealed to maintain the airtightness of the case so that the electrolyte does not leak to the outside.

종래에는 상기 구리 소재로 이루어진 리벳 터미널과 상기 알루미늄 소재로 이루어진 리벳 플레이트를 겹치도록 배치하고, 열을 가하면서 압력을 가해 압착하는 마찰 용접에 의해 구리와 알루미늄의 이종 재질 금속을 상호 용접하는 방식을 적용하였다.Conventionally, the rivet terminal made of the copper material and the rivet plate made of the aluminum material are arranged to overlap each other, and a method of welding dissimilar metals of copper and aluminum is applied by friction welding in which pressure is applied and pressed while applying heat. did.

이와 같은 마찰 용접에 의해 이종 재질의 금속을 용접하는 경우, 리벳 터미널로 가공될 모재와, 리벳 플레이트를 각각의 지그로 파지한 상태에서 마찰 용접을 수행하게 되며, 마찰 용접이 완료된 후에는 리벳 터미널로 가공될 모재를 절삭 가공하여 리벳 터미널 형상으로 가공하게 된다. When welding metals of different materials by friction welding, friction welding is performed while the base material to be processed into the rivet terminal and the rivet plate are held by respective jigs. After friction welding is completed, the rivet terminal is The base material to be processed is cut and processed into the shape of a rivet terminal.

이 경우 리벳 터미널 모재로부터 절삭되어 버려지게 되는 재료의 낭비가 발생하고, 마찰 용접 공정 이외에 절삭 공정 및 후처리 공정이 추가됨에 따라서 공정수가 많아져 공정시간이 지연될 뿐만 아니라, 마찰 용접면의 용접 품질의 불완전성으로 인하여 이차전지의 장시간 사용시 리벳 터미널과 리벳 플레이트의 용접면에서의 접합 상태가 제대로 유지되지 않아 전기 전도 성능이 불안정해지고 전해액이 누설됨에 따라서 이차전지의 내구성이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.In this case, there is a waste of material that is cut from the rivet terminal base material and discarded, and as cutting and post-processing processes are added in addition to the friction welding process, the number of processes increases and the process time is delayed, and the welding quality of the friction welding surface is increased. Due to the imperfection of the secondary battery, when the secondary battery is used for a long time, the joint state of the welded surface of the rivet terminal and the rivet plate is not properly maintained, causing unstable electrical conduction performance and leakage of electrolyte, which reduces the durability of the secondary battery.

이차전지와 관련된 선행기술은 대한민국 등록특허 제10-0949329호에 공개되어 있다.Prior art related to secondary batteries is disclosed in Republic of Korea Patent No. 10-0949329.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 이종 금속 재질로 이루어진 이차전지의 리벳 터미널과 리벳 플레이트를 레이저 용접으로 결합하는 경우 용접 불량을 방지하고 용접 품질을 향상시킬 수 있는 이차전지 캡 어셈블리의 이종 금속 레이저 용접방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention was developed to solve the above-mentioned problems, and is a secondary battery cap that can prevent welding defects and improve welding quality when combining the rivet terminal and rivet plate of a secondary battery made of different metal materials by laser welding. The purpose is to provide a method for laser welding dissimilar metals in assemblies.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 이차전지 캡 어셈블리의 이종 금속 레이저 용접방법은, 구리 소재로 이루어진 리벳 터미널 용접부와, 상기 리벳 터미널 용접부 아래에 적층되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어진 리벳 플레이트 용접부를 레이저 용접하는 이차전지 캡 어셈블리의 이종 금속 레이저 용접방법으로서, 상기 리벳 터미널 용접부와 상기 리벳 플레이트 용접부가 각각 횡방향으로 배치되며 상하로 적층된 상태에서, 상기 리벳 터미널 용접부 상에 레이저 빔을 조사하여 상기 리벳 터미널 용접부의 상면으로부터 하방향으로 상기 리벳 터미널 용접부에 설정된 제1깊이를 갖는 제1용접부를 형성하는 1차 레이저 용접 단계; 상기 1차 레이저 용접 단계에서 형성된 상기 제1용접부의 범위 내에서 레이저 빔을 조사하여 상기 리벳 터미널 용접부를 수직으로 경유하여 상기 리벳 터미널 용접부와 상기 리벳 플레이트 용접부의 경계면으로부터 상기 리벳 플레이트 용접부의 상부에 설정된 제2깊이를 갖는 제2용접부를 형성하여 상기 리벳 터미널 용접부와 상기 리벳 플레이트 용접부를 결합하는 2차 레이저 용접 단계; 를 포함하되, 상기 리벳 터미널 용접부는 상기 리벳 터미널의 외주면에서 반경방향 외측으로 소정 길이 돌출된 제1플랜지부로 이루어지고, 상기 리벳 플레이트 용접부는 상기 리벳 터미널의 외주면 둘레에 위치하며 상기 제1플랜지부와 계단 형태로 접촉되며 상하로 적층되도록 상기 리벳 플레이트의 내주면에서 반경방향 내측으로 소정 길이 돌출된 제2플랜지부로 이루어져, 상기 제1플랜지부의 저면과 상기 제2플랜지부의 상면이 맞닿고, 상기 제1플랜지부의 측방향으로 돌출된 단부면과 상기 리벳 플레이트의 측면이 맞닿으며, 상기 제2플랜지부의 측방향으로 돌출된 단부면과 상기 리벳 터미널의 측면이 맞닿고, 상기 1차 레이저 용접 단계에서는 레이저 빔이 포지티브 디포커싱 상태로 조사되며 상대적으로 넓은 범위에서 레이저 용접이 이루어지고, 상기 2차 레이저 용접 단계에서는 레이저 빔이 저스트 포커싱 상태로 조사되며 상대적으로 좁은 범위에서 레이저 용접이 이루어지며, 상기 제2용접부의 제2깊이는, 상기 리벳 플레이트 용접부를 구성하는 알루미늄 소재의 열변형에 의한 기화 현상을 최소화 하면서 상기 리벳 터미널 용접부를 구성하는 구리와 상기 리벳 플레이트 용접부를 구성하는 알루미늄의 이종 금속 간에 레이저 용접에 의한 견고한 결합이 가능한 최소 깊이로 설정된 것을 특징으로 한다.The dissimilar metal laser welding method of the secondary battery cap assembly of the present invention for realizing the above-described purpose includes a rivet terminal weld portion made of copper material, and a rivet plate made of aluminum or aluminum alloy material laminated below the rivet terminal weld portion. A dissimilar metal laser welding method of a secondary battery cap assembly for laser welding a welded portion, wherein the rivet terminal welded portion and the rivet plate welded portion are each arranged laterally and stacked up and down, and a laser beam is irradiated on the rivet terminal welded portion. A first laser welding step of forming a first welded portion having a set first depth in the rivet terminal welded portion in a downward direction from the upper surface of the rivet terminal welded portion; A laser beam is irradiated within the range of the first weld formed in the first laser welding step to vertically pass through the rivet terminal weld and set on the upper part of the rivet plate weld from the boundary surface of the rivet terminal weld and the rivet plate weld. A secondary laser welding step of forming a second welding portion having a second depth to join the rivet terminal welding portion and the rivet plate welding portion; Including, wherein the rivet terminal welding portion consists of a first flange portion protruding radially outward from the outer peripheral surface of the rivet terminal by a predetermined length, and the rivet plate welding portion is located around the outer peripheral surface of the rivet terminal and the first flange portion. It consists of a second flange part protruding radially inward from the inner peripheral surface of the rivet plate by a predetermined length so as to be stacked up and down in contact with the step shape, so that the bottom surface of the first flange part is in contact with the upper surface of the second flange part, The laterally protruding end surface of the first flange part is in contact with the side surface of the rivet plate, the laterally protruding end surface of the second flange part is in contact with the side surface of the rivet terminal, and the first laser In the welding step, the laser beam is irradiated in a positive defocusing state and laser welding is performed in a relatively wide range. In the second laser welding step, the laser beam is irradiated in a just focusing state and laser welding is performed in a relatively narrow range. , the second depth of the second weld portion is a dissimilar metal of copper constituting the rivet terminal weld portion and aluminum constituting the rivet plate weld portion while minimizing vaporization phenomenon due to thermal deformation of the aluminum material constituting the rivet plate weld portion. It is characterized by being set to the minimum depth that allows for solid joining by laser welding.

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상기 1차 레이저 용접 단계와 상기 2차 레이저 용접 단계에서 레이저 빔의 입열량은, 레이저 빔이 조사되는 초점거리, 레이저 빔의 출력, 및 레이저 빔의 용접 속도 중 적어도 하나 이상에 의해 결정될 수 있다.The heat input amount of the laser beam in the first laser welding step and the second laser welding step may be determined by at least one of the focal distance at which the laser beam is irradiated, the output of the laser beam, and the welding speed of the laser beam.

삭제delete

상기 레이저 빔의 용접조건을 설정함에 있어서, 레이저 빔의 입열량은 레이저 빔의 출력과 용접 속도를 곱한 값으로 산출되고, 동일한 입열량을 갖는 복수의 출력과 용접 속도을 갖는 복수의 군들 중에서 상기 용접 속도가 큰 값을 갖는 군을 선택할 수 있다.In setting the welding conditions of the laser beam, the heat input amount of the laser beam is calculated as the product of the output of the laser beam and the welding speed, and the welding speed is selected from a plurality of groups having a plurality of outputs and welding speeds with the same heat input amount. You can select a group with a large value.

상기 1차 레이저 용접 단계 전에, 상기 리벳 터미널의 하단부에 형성된 코킹부를 상기 리벳 플레이트의 내주면에 형성된 코킹부 홈 측으로 절곡시켜 코킹 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다.Before the first laser welding step, the step of bending and caulking the caulking portion formed at the lower end of the rivet terminal toward the caulking portion groove formed on the inner peripheral surface of the rivet plate may be further included.

본 발명에 따른 이차전지 캡 어셈블리의 이종 금속 레이저 용접방법에 의하면, 이차전지 캡 어셈블리를 구성하는 구리 소재의 리벳 터미널과 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재의 리벳 플레이트를 상하로 적층한 상태에서, 리벳 터미널 용접부에 상대적으로 넓은 범위의 제1용접부를 형성하는 1차 레이저 용접을 수행한 후에, 리벳 터미널 용접부의 제1용접부를 수직으로 경유하여 리벳 플레이트 상부의 소정 깊이까지 좁은 범위의 제2용접부를 형성하는 2차 레이저 용접을 수행함으로써, 리벳 터미널과 리벳 플레이트 접합면에서의 용접 불량을 방지하고 용접 품질을 향상시킬 수 있다.According to the dissimilar metal laser welding method of the secondary battery cap assembly according to the present invention, the rivet terminal made of copper and the rivet plate made of aluminum or aluminum alloy, which constitute the secondary battery cap assembly, are stacked vertically, and the rivet terminal welded portion is After performing primary laser welding to form a first weld in a relatively wide range, secondary welding is performed to form a second weld in a narrow range through the first weld in the rivet terminal weld vertically to a predetermined depth on the upper part of the rivet plate. By performing laser welding, welding defects can be prevented and welding quality can be improved at the joint surface of the rivet terminal and rivet plate.

또한, 1차 레이저 용접 단계에서는 포지티브 디포커싱 상태로 레이저를 조사하여 용접부를 예열하고, 2차 레이저 용접 단계에서는 저스트 포커싱 상태로 레어저를 조사함으로써, 레이저 용접에 필요한 소모 전력을 줄일 수 있다.Additionally, in the first laser welding step, the laser is irradiated in a positive defocusing state to preheat the welding area, and in the second laser welding step, the laser is irradiated in a just focusing state, thereby reducing the power consumption required for laser welding.

또한, 레이저 용접을 1차와 2차로 구분하여 수행함으로써 알루미늄 소재로 이루어진 리벳 플레이트의 열변형 및 이에 따른 기화 현상을 줄일 수 있고, 용접 깊이의 정확한 제어가 가능해져 용접 품질을 향상시킬 수 있다.In addition, by performing laser welding separately into primary and secondary stages, thermal deformation and subsequent vaporization of the rivet plate made of aluminum can be reduced, and welding quality can be improved by accurately controlling the welding depth.

또한, 본 발명에 의하면, 종래의 마찰 용접에 의한 이종 금속의 용접 방법과 비교하여, 리벳 터미널 형상이 완성된 상태에서 레이저 용접이 수행되므로, 종래 리벳 터미널의 절삭에 따른 재료 낭비의 문제를 발생시키지 않으며, 공정수를 줄여 공정시간 단축에 따른 제품 생산성을 제고할 수 있다.In addition, according to the present invention, compared to the conventional friction welding method of welding dissimilar metals, laser welding is performed in a state in which the rivet terminal shape is completed, thus eliminating the problem of material waste due to cutting of the conventional rivet terminal. Also, by reducing the number of processes, product productivity can be improved by shortening the process time.

또한, 리벳 터미널의 하단부에 형성된 코킹부를 리벳 플레이트의 내주면에 형성된 코킹부 홈 측으로 절곡시켜 코킹 결합함으로써 리벳 터미널과 리벳 플레이트 간에 보다 견고한 결합이 가능하다.In addition, a more robust connection between the rivet terminal and the rivet plate is possible by bending and caulking the caulking portion formed at the lower end of the rivet terminal toward the caulking groove formed on the inner peripheral surface of the rivet plate.

도 1은 본 발명이 적용되는 이차전지의 사시도,
도 2는 도 1의 평면도,
도 3은 도 2의 A-A 선을 따르는 단면도 및 캡 어셈블리의 확대도,
도 4는 본 발명의 이차전지 캡 어셈블리를 구성하는 리벳 터미널과 리벳 플레이트의 사시도,
도 5은 도 4의 평면도,
도 6은 도 5의 B-B 선을 따르는 단면도,
도 7은 본 발명의 이차전지 캡 어셈블리의 이종 금속 레이저 용접방법의 순서도,
도 8은 본 발명의 이차전지 캡 어셈블리의 이종 금속 레이저 용접방법에서 리벳 터미널과 리벳 플레이트가 코킹 결합된 모습을 보여주는 도면,
도 9는 본 발명의 이차전지 캡 어셈블리의 이종 금속 레이저 용접방법에서 1차 레이저 용접이 이루어지는 상태를 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 발명의 이차전지 캡 어셈블리의 이종 금속 레이저 용접방법에서 2차 레이저 용접이 이루어지는 상태를 설명하기 위한 도면.
1 is a perspective view of a secondary battery to which the present invention is applied;
Figure 2 is a plan view of Figure 1;
Figure 3 is a cross-sectional view along line AA of Figure 2 and an enlarged view of the cap assembly;
Figure 4 is a perspective view of the rivet terminal and rivet plate constituting the secondary battery cap assembly of the present invention;
Figure 5 is a plan view of Figure 4;
Figure 6 is a cross-sectional view along line BB in Figure 5;
7 is a flowchart of the dissimilar metal laser welding method of the secondary battery cap assembly of the present invention;
Figure 8 is a view showing a rivet terminal and a rivet plate being caulked together in the dissimilar metal laser welding method of the secondary battery cap assembly of the present invention;
9 is a view for explaining the state in which primary laser welding is performed in the dissimilar metal laser welding method of the secondary battery cap assembly of the present invention;
10 is a diagram illustrating a state in which secondary laser welding is performed in the dissimilar metal laser welding method of the secondary battery cap assembly of the present invention.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the structure and operation of a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

먼저, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명이 적용되는 이차전지(100)의 개략적인 구성을 설명한다. First, the schematic configuration of the secondary battery 100 to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 1 to 6.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는, 케이스(110)와, 그 상부와 하부에 각각 결합되는 캡 어셈블리(100A)를 포함하여 구성된다.The secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention includes a case 110 and a cap assembly 100A coupled to the upper and lower portions of the case 110, respectively.

상기 케이스(110)는 대략 직육면체 형상으로 이루어지고, 그 상부와 하부는 개구된 형상으로 이루어지며, 케이스(110)의 내부에는 전극조립체(미도시됨)와 전해액(미도시됨)이 수용되는 공간이 형성되어 있다.The case 110 is roughly rectangular in shape, and its upper and lower parts are open, and the inside of the case 110 is a space where an electrode assembly (not shown) and an electrolyte (not shown) are accommodated. This is formed.

상기 전극조립체는, 제1 전극판과 제2 전극판 및 이들 사이를 전기적으로 절연하는 세퍼레이터를 포함하며, 상기 제1 전극판과 제2 전극판 및 세퍼레이터가 순차로 배치되며 복수의 층으로 적층된 구조로 구성될 수 있다. The electrode assembly includes a first electrode plate, a second electrode plate, and a separator that electrically insulates them, and the first electrode plate, the second electrode plate, and the separator are arranged sequentially and stacked in a plurality of layers. It can be composed of a structure.

상기 제1 전극판과 제2 전극판은 서로 다른 극성, 즉 양극과 음극, 또는 음극과 양극으로 작용할 수 있으며, 상기 제1 전극판이 양극으로 작용하는 경우에는 알루미늄 재질로 구성될 수 있고, 상기 제2 전극판이 음극으로 작용하는 경우에는 구리 재질로 구성될 수 있다.The first electrode plate and the second electrode plate may have different polarities, that is, act as an anode and a cathode, or a cathode and an anode. When the first electrode plate acts as an anode, it may be made of aluminum. 2 When the electrode plate acts as a cathode, it may be made of copper.

일 실시예로, 도 1에 도시된 방향을 기준으로, 케이스(110)의 상부에 결합되는 캡 어셈블리(100A)는 음극으로 작용하고, 케이스(110)의 하부에 결합되는 캡 어셈블리(미도시됨)는 양극으로 작용하며, 다수개의 이차전지(100)가 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.In one embodiment, based on the direction shown in FIG. 1, the cap assembly 100A coupled to the upper part of the case 110 acts as a cathode, and the cap assembly (not shown) coupled to the lower part of the case 110 ) acts as an anode, and a plurality of secondary batteries 100 may be connected in series or parallel.

이하, 상기 이차전지(100)의 상부에 결합되는 캡 어셈블리(100A)의 구성을 중심으로 설명하며, 이하의 구성은 이차전지(100)의 하부에 결합되는 캡 어셈블리에도 극성을 달리할 뿐이며 기타 구성은 유사한 구조로 구성될 수 있다.Hereinafter, the description will focus on the configuration of the cap assembly (100A) coupled to the upper part of the secondary battery 100. The following configuration only changes the polarity of the cap assembly coupled to the lower part of the secondary battery 100 and other configurations. may be composed of a similar structure.

상기 캡 어셈블리(100A)는, 캡 플레이트(120), 리벳 터미널(130), 터미널 플레이트(140), 인슐레이터(150), 리벳 플레이트(160), 아이솔레이터(170) 및 실링부재(180)를 포함하여 구성될 수 있다.The cap assembly 100A includes a cap plate 120, a rivet terminal 130, a terminal plate 140, an insulator 150, a rivet plate 160, an isolator 170, and a sealing member 180. It can be configured.

상기 캡 플레이트(120)는 케이스(110)의 상부에 형성된 개구부를 밀봉하여 케이스(110) 내부에 수용된 전해액이 외부로 누설되지 않도록 기밀을 유지하기 위한 구성이다. The cap plate 120 is configured to seal the opening formed at the top of the case 110 to maintain airtightness so that the electrolyte contained within the case 110 does not leak to the outside.

상기 리벳 터미널(130)은 구리 소재로 이루어지고 이차전지(100)의 음극으로 작용하며, 양측으로 이격된 위치에 한 쌍으로 구비된 제1 리벳 터미널(130-1)과 제2 리벳 터미널(130-2)로 구성될 수 있다.The rivet terminal 130 is made of a copper material and acts as a negative electrode of the secondary battery 100, and the first rivet terminal 130-1 and the second rivet terminal 130 are provided in pairs at spaced apart positions on both sides. -2) It can be composed of:

상기 리벳 터미널(130)은 캡 플레이트(120)를 관통하며 결합될 수 있다. 상기 리벳 터미널(130)의 상단부(131)는 캡 플레이트(120)의 상측으로 돌출되어 이차전지(100)의 외부로 노출되도록 구비된다. 상기 리벳 터미널(130)의 하부 외주면에는 반경방향 외측으로 소정 길이 돌출된 제1플랜지부(132)로 이루어진 리벳 터미널 용접부(132)가 형성되어 있다. 상기 리벳 터미널 용접부(132)의 하측으로 리벳 터미널(130)의 하단부에는 하방향으로 소정 길이 돌출된 코킹부(133)가 형성되어 있다.The rivet terminal 130 may penetrate and be coupled to the cap plate 120. The upper end 131 of the rivet terminal 130 protrudes upward from the cap plate 120 and is exposed to the outside of the secondary battery 100. A rivet terminal weld portion 132 consisting of a first flange portion 132 that protrudes outward in the radial direction by a predetermined length is formed on the lower outer peripheral surface of the rivet terminal 130. Below the rivet terminal welding portion 132, a caulking portion 133 is formed at the lower end of the rivet terminal 130 and protrudes downward by a predetermined length.

상기 터미널 플레이트(140)는 상기 한 쌍의 제1 리벳 터미널(130-1)과 제2 리벳 터미널(130-2)의 상부를 지지하며 상호 전기적으로 연결하기 위한 구성이다.The terminal plate 140 supports the upper portions of the pair of first rivet terminals 130-1 and second rivet terminals 130-2 and is configured to electrically connect them to each other.

상기 인슐레이터(150)는 터미널 플레이트(140)와 캡 플레이트(120) 사이를 절연시킴으로써 누설 전류를 차단하는 기능을 한다.The insulator 150 functions to block leakage current by insulating between the terminal plate 140 and the cap plate 120.

상기 리벳 플레이트(160)는 상기 전극조립체의 음극과 상기 리벳 터미널(130)을 전기적으로 연결하기 위한 구성이며, 구리에 비해 재료비가 저렴한 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 구성되어 있다.The rivet plate 160 is configured to electrically connect the cathode of the electrode assembly to the rivet terminal 130, and is made of aluminum or aluminum alloy material, which is less expensive than copper.

상기 리벳 플레이트(160)에는 상기 리벳 터미널(130)이 관통하는 구멍이 형성되어 있고, 상기 구멍의 내주면에서 반경방향 내측으로 소정 길이 돌출된 제2플랜지부(161)로 이루어진 리벳 플레이트 용접부(161)가 형성되어 있다.A hole through which the rivet terminal 130 passes is formed in the rivet plate 160, and a rivet plate weld portion 161 consisting of a second flange portion 161 protruding radially inward by a predetermined length from the inner peripheral surface of the hole. is formed.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 리벳 플레이트 용접부(161)는 상기 리벳 터미널(130)의 외주면 둘레에 위치하며 상기 리벳 터미널 용접부(132)와 계단 형태로 접촉되며 상하로 적층된 구조로 구비된다. 즉, 상기 구리 소재로 이루어진 리벳 터미널 용접부(132)가 상층에 위치하고, 그 하층으로 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어진 리벳 플레이트 용접부(161)가 적층된 구조로 배치된다. 따라서, 상기 리벳 터미널 용접부(132)의 저면과 상기 리벳 플레이트 용접부(161)의 상면은 상하로 맞닿도록 배치된다. Referring to FIGS. 4 to 6, the rivet plate weld portion 161 is located around the outer circumferential surface of the rivet terminal 130, contacts the rivet terminal weld portion 132 in a step shape, and is provided in a vertically stacked structure. . That is, the rivet terminal weld portion 132 made of the copper material is located in the upper layer, and the rivet plate weld portion 161 made of aluminum or aluminum alloy material is disposed in a stacked structure below it. Accordingly, the bottom surface of the rivet terminal welding portion 132 and the upper surface of the rivet plate welding portion 161 are arranged to contact each other vertically.

이와 같이 리벳 터미널 용접부(132)와 리벳 플레이트 용접부(161)가 계단 형상으로 맞닿으며 적층 구조로 구비됨으로써, 리벳 터미널(130)은 별도의 구성 없이도 리벳 플레이트(160) 상에 지지된 상태에서 후술하는 레이저 용접이 수행된다.In this way, the rivet terminal welding portion 132 and the rivet plate welding portion 161 are in contact with each other in a step shape and are provided in a laminated structure, so that the rivet terminal 130 is supported on the rivet plate 160 without a separate configuration, as described later. Laser welding is performed.

상기 리벳 플레이트(160)에 형성된 구멍의 내주면에는 상기 리벳 터미널(131)의 하단부에 형성된 코킹부(133)가 절곡되어 코킹 결합되기 위한 코킹부 홈(162)이 형성되어 있다. 도 3과 도 6에는 상기 코킹부(133)가 코킹부 홈(162)에 코킹 결합되기 전의 모습이 나타나 있고, 도 10에는 상기 코킹부(133)가 절곡되어 코킹부 홈(162)에 코킹 결합된 모습이 나타나 있다.On the inner peripheral surface of the hole formed in the rivet plate 160, the caulking portion 133 formed at the lower end of the rivet terminal 131 is bent and a caulking portion groove 162 is formed for caulking. 3 and 6 show the caulking portion 133 before being caulked into the caulking groove 162, and in FIG. 10, the caulking portion 133 is bent and caulked into the caulking groove 162. It appears.

상기 아이솔레이터(170)는 캡 플레이트(120)와 리벳 플레이트(160) 사이를 절연하기 위한 구성이고, 상기 실링부재(180)는 리벳 터미널(130)과 캡 플레이트(120) 사이에 개재되어 전해액의 누설을 방지하는 기능을 한다.The isolator 170 is configured to insulate between the cap plate 120 and the rivet plate 160, and the sealing member 180 is interposed between the rivet terminal 130 and the cap plate 120 to prevent electrolyte leakage. It functions to prevent.

이하, 도 7 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 이차전지 캡 어셈블리의 이종 금속 레이저 용접방법을 설명한다.Hereinafter, the dissimilar metal laser welding method of the secondary battery cap assembly of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 10.

본 발명의 이차전지 캡 어셈블리의 이종 금속 레이저 용접방법은, 구리 소재로 이루어진 리벳 터미널 용접부(132)와, 상기 리벳 터미널 용접부(132) 아래에 적층되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어진 리벳 플레이트 용접부(161)를 레이저 용접하는 방법으로서, 리벳 터미널(130)과 리벳 플레이트(160)를 코킹 결합하는 단계(S1), 리벳 터미널 용접부(132)를 1차 용접하는 단계(S2)와, 리벳 터미널 용접부(132)와 리벳 플레이트 용접부(161)를 2차 용접하는 단계(S3)를 포함한다. The dissimilar metal laser welding method of the secondary battery cap assembly of the present invention includes a rivet terminal welding portion 132 made of copper, and a rivet plate welding portion 161 made of aluminum or aluminum alloy material laminated below the rivet terminal welding portion 132. ) as a method of laser welding, including the step of caulking the rivet terminal 130 and the rivet plate 160 (S1), the step of first welding the rivet terminal weld portion 132 (S2), and the rivet terminal weld portion 132. ) and a step (S3) of secondary welding the rivet plate weld portion 161.

먼저, 도 8에 도시된 바와 같이, 레이저 용접에 앞서 상기 리벳 터미널(130)의 하단부에 형성된 코킹부(133)를 상기 리벳 플레이트(160)의 내주면에 형성된 코킹부 홈(162) 측으로 절곡시켜 코킹 변형부(133a)를 형성하는 코킹 결합 단계(S1)를 포함할 수 있다.First, as shown in FIG. 8, prior to laser welding, the caulking portion 133 formed at the lower end of the rivet terminal 130 is bent toward the caulking portion groove 162 formed on the inner peripheral surface of the rivet plate 160 for caulking. It may include a caulking bonding step (S1) to form the deformation portion 133a.

이와 같은 코킹 결합 단계에 의하면, 리벳 터미널(130)의 하단부에 형성된 코킹부(133)를 리벳 플레이트(160)의 내주면에 형성된 코킹부 홈(162) 측으로 절곡시켜 코킹 결합함으로써 리벳 터미널(130)과 리벳 플레이트(160)를 보다 견고하게 결합할 수 있다.According to this caulking coupling step, the caulking portion 133 formed at the lower end of the rivet terminal 130 is bent toward the caulking portion groove 162 formed on the inner peripheral surface of the rivet plate 160 and caulked, thereby forming the rivet terminal 130 and the rivet terminal 130. The rivet plate 160 can be combined more firmly.

도 9와 도 10을 참조하면, 본 발명의 레이저 용접은 상층에 위치하는 구리 소재의 리벳 터미널 용접부(132)와, 그 하층에 적층되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재의 리벳 플레이트 용접부(161)를 1차로 예열 용접한 후에 2차로 메인 용접하는 단계로 수행된다.Referring to Figures 9 and 10, the laser welding of the present invention primarily involves the rivet terminal welding portion 132 made of copper located on the upper layer and the rivet plate welding portion 161 made of aluminum or aluminum alloy material laminated on the lower layer. After preheat welding, it is performed as a second main welding step.

주지된 바와 같이 구리의 녹는점은 1084℃, 알루미늄의 녹는점은 660℃이며, 상층의 구리 소재와 하층의 알루미늄의 이종(異種) 금속을 녹여 레이저 용접하기 위해서는 상기 녹는점 이상의 입열량을 갖는 레이저 빔을 조사하여 금속을 용융 상태로 조성해야 한다.As is well known, the melting point of copper is 1084°C and that of aluminum is 660°C. In order to melt and laser weld dissimilar metals such as the upper layer copper material and the lower layer aluminum, a laser with a heat input exceeding the melting point is required. The metal must be formed into a molten state by irradiating the beam.

레이저 용접을 위한 레이저 용접장치(200)는 레이저 빔(210)이 조사되는 초점거리, 출력, 용접 속도의 설정이 가능하며, 상하 방향으로 승강되는 높이를 조정함으로써 용접부(W1,W2)에 조사되는 레이저 빔(210)의 초점 조절이 가능하도록 구성되어 있다. The laser welding device 200 for laser welding can set the focal length, output, and welding speed at which the laser beam 210 is irradiated, and adjusts the height of the up and down movement to irradiate the welding portions W1 and W2. It is configured to enable focus control of the laser beam 210.

도 9를 참조하면, 레이저 빔(210)이 한 지점에 수렴되는 초점(212)을 기준으로 할 때, 레이저 용접장치(200)로부터 상기 초점(212)까지 사이 영역의 레이저 빔은 입열량이 상대적으로 높은 네거티브 디포커싱(Negative defocusing) 레이저 빔(211)이고, 상기 초점(212)을 지난 그 아래 영역의 레이저 빔은 입열량이 상대적으로 낮은 포지티브 디포커싱(Positive defocusing) 레이저 빔(213)이다.Referring to FIG. 9, based on the focus 212 where the laser beam 210 converges to one point, the laser beam in the area between the laser welding device 200 and the focus 212 has a relative heat input amount. It is a high negative defocusing laser beam 211, and the laser beam in the area below the focus 212 is a positive defocusing laser beam 213 with a relatively low heat input.

도 10을 참조하면, 상기 레이저 빔의 초점(212)과 레이저 조사면이 일치되는 경우는 저스트 포커싱(Just focusing) 레이저 빔(214)으로서, 이는 이상적인 포커킹 상태이며, 최적의 용접 품질을 얻을 수 있는 상태이다.Referring to FIG. 10, when the focus 212 of the laser beam and the laser irradiation surface coincide, it is a just focusing laser beam 214, which is an ideal focusing state and can obtain optimal welding quality. It is in a state of being.

도 9에 도시된 1차 레이저 용접 단계에서는 용접장치(200)가 기준높이보다 상승 이동된 상태로 위치하고, 상기 리벳 터미널 용접부(132) 상에는 입열량이 상대적으로 낮은 제1 입열량을 갖는 포지티브 디포커싱 상태의 레이저 빔(213)을 원주방향을 따라 이동하며 조사하여 상기 리벳 터미널 용접부(132)의 상면으로부터 하방향으로 상기 리벳 터미널 용접부(132)에 설정된 제1깊이를 갖는 제1용접부(W1)를 형성하게 된다. In the first laser welding step shown in FIG. 9, the welding device 200 is positioned in a state that is moved upward from the reference height, and positive defocusing has a first heat input amount that is relatively low on the rivet terminal welding portion 132. The laser beam 213 is irradiated while moving in the circumferential direction to form a first welded portion W1 having a first depth set in the rivet terminal welded portion 132 in a downward direction from the upper surface of the rivet terminal welded portion 132. is formed.

여기서, 상기 기준높이는 레이저 빔(210)의 초점(212)과 용접부가 동일 높이 선상에 위치할 때의 레이저 용접장치(200)의 높이로 정의될 수 있다.Here, the reference height may be defined as the height of the laser welding device 200 when the focus 212 of the laser beam 210 and the welding portion are located on the same height line.

도 10에 도시된 2차 레이저 용접 단계에서는 레이저 용접장치(200)가 기준높이에 위치한 상태에서, 상기 1차 레이저 용접 단계에서 형성된 제1용접부(W1)의 범위 내에서 2차로 중첩 용접되며 상기 저스크 포커싱 상태의 레이저 빔(214)을 원주방향을 따라 이동하며 조사하여 상기 리벳 터미널 용접부(132)를 수직으로 경유하여 리벳 터미널 용접부(132)와 리벳 플레이트 용접부(161)의 경계면으로부터 상기 리벳 플레이트 용접부(161)의 상부에 설정된 제2깊이를 갖는 제2용접부(W2)를 형성하게 된다. In the second laser welding step shown in FIG. 10, with the laser welding device 200 located at the reference height, a second overlap welding is performed within the range of the first weld portion W1 formed in the first laser welding step, and the low The laser beam 214 in a laser focusing state is irradiated while moving along the circumferential direction to vertically pass through the rivet terminal weld portion 132 and form the rivet plate weld portion from the boundary between the rivet terminal weld portion 132 and the rivet plate weld portion 161. A second welded portion (W2) having a second depth set at the upper part of (161) is formed.

레이저 빔의 입열량은, 레이저 빔이 조사되는 초점거리, 레이저 빔의 출력, 및 레이저 빔의 용접 속도 중 적어도 하나 이상에 의해 결정될 수 있다.The heat input amount of the laser beam may be determined by at least one of the focal distance at which the laser beam is irradiated, the output of the laser beam, and the welding speed of the laser beam.

상기 레이저 빔의 용접조건을 설정함에 있어서, 레이저 빔의 입열량(E)은 레이저 빔의 출력(x)과 용접 속도(y)를 곱한 값으로 산출될 수 있다. 동일한 에너지의 입열량(E)이 산출되는 레이저 빔의 출력(x)과 용접 속도(y)의 조합은 다양한 군들의 경우의 수가 존재할 수 있는데, 용접 품질을 향상시키기 위해서는 레이저 용접시 용융물이 튀는 현상(Spatter)을 억제할 수 있도록 상기 동일한 에너지의 입열량을 갖는 복수의 군들 중에서 용접 속도가 큰 값을 갖는 군을 선택함이 바람직하다.In setting the welding conditions of the laser beam, the heat input amount (E) of the laser beam can be calculated as the product of the output (x) of the laser beam and the welding speed (y). The combination of the output (x) of the laser beam and the welding speed (y), which produces the same amount of heat input (E), can exist in various groups. In order to improve welding quality, the phenomenon of melt splashing during laser welding is possible. In order to suppress spatter, it is preferable to select a group with a high welding speed among the plurality of groups having the same amount of heat input.

상기 1차 레이저 용접 단계에서의 레이저 빔의 출력과 상기 2차 레이저 용접 단계에서의 레이저 빔의 출력은 용접이 진행되는 단계에 따라서 입열량이 가변되도록 제어될 수 있다.The output of the laser beam in the first laser welding step and the output of the laser beam in the second laser welding step may be controlled so that the amount of heat input varies depending on the stage of welding.

즉, 상기 1차 레이저 용접 단계에서는 포지티브 디포커싱 상태에서 레이저 빔을 조사함으로써 리벳 터미널 용접부(132)에 상대적으로 넓은 영역의 범위를 갖는 제1용접부(W1)를 형성하고, 1차 레이저 용접이 완료된 후에는 연속적으로 저스트 포커싱 상태로 상대적으로 좁은 영영의 범위에서 레이저 빔을 조사하여 제1용접부(W1)가 형성된 범위 내에서 중접되며 제1용접부(W1)보다 심도가 깊은 제2용접부(W2)를 형성하게 된다. That is, in the first laser welding step, the first welded portion W1 having a relatively wide area is formed in the rivet terminal welded portion 132 by irradiating the laser beam in a positive defocusing state, and the first laser welded portion is completed. Afterwards, the laser beam is continuously irradiated in a relatively narrow area in a just focusing state to create a second weld (W2) that is overlapped within the range where the first weld (W1) is formed and is deeper than the first weld (W1). is formed.

상기 제2용접부(W2)의 심도는 도 10에 도시된 바와 같이 상기 리벳 플레이트 용접부(161)의 상면으로부터 하방향으로 설정된 제2깊이를 갖도록 형성하되, 상기 제2깊이는 알루미늄 소재의 열변형에 의한 기화 현상을 최소화 하면서 구리와 알루미늄의 이종 금속 간에 레이저 용접에 의한 견고한 결합이 가능한 최소 깊이로 설정됨이 바람직하다.As shown in FIG. 10, the depth of the second welded portion W2 is formed to have a second depth set downward from the upper surface of the rivet plate welded portion 161, and the second depth is determined by thermal deformation of the aluminum material. It is desirable to set the depth to the minimum that allows for solid bonding between dissimilar metals such as copper and aluminum by laser welding while minimizing vaporization phenomenon.

이와 같이 1차 레이저 용접 단계에서는 포지티브 디포커싱 상태로 레이저 빔(213)을 조사하여 용접부를 예열하고, 2차 레이저 용접 단계에서는 저스트 포커싱 상태로 레어저 빔(214)을 조사함으로써, 레이저 용접에 필요한 소모 전력을 줄이면서도 최적의 용접품질을 얻을 수 있다.In this way, in the first laser welding step, the laser beam 213 is irradiated in a positive defocusing state to preheat the welding area, and in the second laser welding step, the laser beam 214 is irradiated in a just focusing state to produce the necessary energy for laser welding. Optimal welding quality can be achieved while reducing power consumption.

만일, 금속 소재의 예열을 위한 1차 레이저 용접 단계를 거치지 않고, 리벳 터미널 용접부(132)와 리벳 플레이트 용접부(161)를 저스트 포커싱 상태만으로 용접하는 경우를 상정하면, 이 경우에는 예열 단계를 거치지 않으므로 1차 레이저 용접과 2차 레이저 용접 단계로 구분하여 레이저 용접을 실시하는 경우에 비하여 금속의 용융을 위하여 더 많은 입열량에 대응하는 전력이 소요되고, 큰 에너지의 입열량으로 레이저 빔을 조사하게 되므로 녹는점이 상대적으로 낮은 알루미늄 소재의 열변형 및 기화를 억제하도록 용접 깊이를 정확하게 제어하기 어려워짐에 따라서 용접 품질이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.If we assume that the rivet terminal welding portion 132 and the rivet plate welding portion 161 are welded only in a just focusing state without going through the first laser welding step for preheating the metal material, in this case, the preheating step is not performed. Compared to the case of performing laser welding by dividing it into the first and second laser welding stages, more power corresponding to the heat input is required to melt the metal, and the laser beam is irradiated with a large amount of heat input. As it becomes difficult to accurately control the welding depth to suppress thermal deformation and vaporization of aluminum materials with relatively low melting points, the problem of deteriorating welding quality occurs.

이에 반해, 본 발명에서는 구리 소재로 이루어진 리벳 터미널 용접부(132)를 넓은 범위에서 예열하며 제1용접부(W1)를 형성하는 1차 레이저 용접 단계와, 제1용접부(W1)의 범위 내에서 상대적으로 좁은 범위 내에서 보다 깊은 심도를 갖는 제2용접부(W2)를 형성하는 2차 레이저 용접 단계로 구분하여 레이저 용접을 순차로 수행하도록 구성함으로써, 레이저 용접을 위해 필요한 전력 에너지를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 레이저 용접이 진행되는 단계에 따라서 입열량을 조절함으로써 용접 깊이를 제어하기가 용이해짐에 따라 알루미늄 소재로 이루어진 리벳 플레이트의 열변형 및 이에 따른 기화 현상을 줄일 수 있어 용접 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.On the other hand, in the present invention, the first laser welding step of preheating the rivet terminal welding portion 132 made of copper material over a wide range to form the first welding portion W1, and relatively welding within the range of the first welding portion W1. By configuring laser welding to be performed sequentially by dividing into secondary laser welding stages that form a second welding area (W2) with a deeper depth within a narrow range, not only can the power energy required for laser welding be reduced, but also the laser welding stage can be performed sequentially. As it becomes easier to control the welding depth by adjusting the amount of heat input according to the stage of welding, the thermal deformation of the rivet plate made of aluminum and the resulting vaporization phenomenon can be reduced, which has the advantage of improving welding quality. .

또한, 본 발명에 의한 레이저 용접방법에 의하면, 종래의 마찰 용접에 의한 이종 금속의 용접 방법과 비교하여, 리벳 터미널 형상이 완성된 상태에서 레이저 용접이 수행되므로, 종래 리벳 터미널 모재의 절삭 가공에 따른 재료 낭비의 문제를 발생시키지 않으며, 공정수를 줄여 공정시간 단축에 따른 제품 생산성을 제고할 수 있는 장점이 있다.In addition, according to the laser welding method according to the present invention, compared to the welding method of dissimilar metals by conventional friction welding, laser welding is performed in a state in which the rivet terminal shape is completed, so it is suitable for cutting processing of the conventional rivet terminal base material. It does not cause the problem of material waste and has the advantage of improving product productivity by reducing the process time by reducing the number of processes.

전술한 바와 같이 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.As described above, the present invention has been described in detail with preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be modified in various ways within the scope of the claims, the detailed description of the invention, and the accompanying drawings. It is possible to implement this, and this also belongs to the present invention.

100 : 이차전지 100A : 캡 어셈블리
110 : 케이스 120 : 캡 플레이트
121 : 전해액 주입구 130 : 리벳 터미널
130-1 : 제1 리벳 터미널 130-2 : 제2 리벳 터미널
131 : 리벳 터미널의 상단부 132 : 리벳 터미널 용접부(제1플랜지부)
133 : 코킹부 133a : 코킹 변형부
140 : 터미널 플레이트 150 : 인슐레이터
160 : 리벳 플레이트 161 : 리벳 플레이트 용접부(제2플랜지부)
162 : 코킹부 홈 170 : 아이솔레이터
180 : 실링부재 200 : 레이저 용접장치
210 : 레이저 빔 211 : 네거티브 디포커싱 레이저 빔
212 : 초점 213 : 포지티브 디포커싱 레이저 빔
214 : 저스트 포커싱 레이저 빔 W1 : 제1용접부
W2 : 제2용접부
100: Secondary battery 100A: Cap assembly
110: case 120: cap plate
121: Electrolyte injection port 130: Rivet terminal
130-1: first rivet terminal 130-2: second rivet terminal
131: Upper part of rivet terminal 132: Rivet terminal welding part (first flange part)
133: caulking portion 133a: caulking deformation portion
140: terminal plate 150: insulator
160: Rivet plate 161: Rivet plate welding portion (second flange portion)
162: Caulk groove 170: Isolator
180: sealing member 200: laser welding device
210: Laser beam 211: Negative defocusing laser beam
212: Focus 213: Positive defocusing laser beam
214: Just focusing laser beam W1: First welding part
W2: 2nd weld zone

Claims (6)

구리 소재로 이루어진 리벳 터미널 용접부와, 상기 리벳 터미널 용접부 아래에 적층되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어진 리벳 플레이트 용접부를 레이저 용접하는 이차전지 캡 어셈블리의 이종 금속 레이저 용접방법으로서,
상기 리벳 터미널 용접부와 상기 리벳 플레이트 용접부가 각각 횡방향으로 배치되며 상하로 적층된 상태에서, 상기 리벳 터미널 용접부 상에 레이저 빔을 조사하여 상기 리벳 터미널 용접부의 상면으로부터 하방향으로 상기 리벳 터미널 용접부에 설정된 제1깊이를 갖는 제1용접부를 형성하는 1차 레이저 용접 단계;
상기 1차 레이저 용접 단계에서 형성된 상기 제1용접부의 범위 내에서 레이저 빔을 조사하여 상기 리벳 터미널 용접부를 수직으로 경유하여 상기 리벳 터미널 용접부와 상기 리벳 플레이트 용접부의 경계면으로부터 상기 리벳 플레이트 용접부의 상부에 설정된 제2깊이를 갖는 제2용접부를 형성하여 상기 리벳 터미널 용접부와 상기 리벳 플레이트 용접부를 결합하는 2차 레이저 용접 단계;
를 포함하되,
상기 리벳 터미널 용접부는 상기 리벳 터미널의 외주면에서 반경방향 외측으로 소정 길이 돌출된 제1플랜지부로 이루어지고,
상기 리벳 플레이트 용접부는 상기 리벳 터미널의 외주면 둘레에 위치하며 상기 제1플랜지부와 계단 형태로 접촉되며 상하로 적층되도록 상기 리벳 플레이트의 내주면에서 반경방향 내측으로 소정 길이 돌출된 제2플랜지부로 이루어져, 상기 제1플랜지부의 저면과 상기 제2플랜지부의 상면이 맞닿고, 상기 제1플랜지부의 측방향으로 돌출된 단부면과 상기 리벳 플레이트의 측면이 맞닿으며, 상기 제2플랜지부의 측방향으로 돌출된 단부면과 상기 리벳 터미널의 측면이 맞닿고,
상기 1차 레이저 용접 단계에서는 레이저 빔이 포지티브 디포커싱 상태로 조사되며 상대적으로 넓은 범위에서 레이저 용접이 이루어지고,
상기 2차 레이저 용접 단계에서는 레이저 빔이 저스트 포커싱 상태로 조사되며 상대적으로 좁은 범위에서 레이저 용접이 이루어지며,
상기 제2용접부의 제2깊이는, 상기 리벳 플레이트 용접부를 구성하는 알루미늄 소재의 열변형에 의한 기화 현상을 최소화 하면서 상기 리벳 터미널 용접부를 구성하는 구리와 상기 리벳 플레이트 용접부를 구성하는 알루미늄의 이종 금속 간에 레이저 용접에 의한 견고한 결합이 가능한 최소 깊이로 설정된 것을 특징으로 하는 이차전지 캡 어셈블리의 이종 금속 레이저 용접방법.
A dissimilar metal laser welding method for a secondary battery cap assembly in which a rivet terminal weld made of a copper material and a rivet plate weld made of an aluminum or aluminum alloy material laminated below the rivet terminal weld are laser welded,
In a state in which the rivet terminal welding portion and the rivet plate welding portion are arranged laterally and stacked vertically, a laser beam is irradiated on the rivet terminal welding portion to set the rivet terminal welding portion in a downward direction from the upper surface of the rivet terminal welding portion. A first laser welding step of forming a first weld having a first depth;
A laser beam is irradiated within the range of the first weld formed in the first laser welding step to vertically pass through the rivet terminal weld and set on the upper part of the rivet plate weld from the boundary surface of the rivet terminal weld and the rivet plate weld. A secondary laser welding step of forming a second welding portion having a second depth to join the rivet terminal welding portion and the rivet plate welding portion;
Including,
The rivet terminal welding portion consists of a first flange portion that protrudes radially outward by a predetermined length from the outer peripheral surface of the rivet terminal,
The rivet plate welding portion is located around the outer peripheral surface of the rivet terminal and is in contact with the first flange portion in a step shape, and consists of a second flange portion that protrudes radially inward by a predetermined length from the inner peripheral surface of the rivet plate to be stacked up and down, The bottom surface of the first flange part and the upper surface of the second flange part are in contact with each other, the laterally protruding end surface of the first flange part is in contact with the side surface of the rivet plate, and the lateral direction of the second flange part is in contact with each other. The protruding end surface is in contact with the side of the rivet terminal,
In the first laser welding step, the laser beam is irradiated in a positive defocusing state and laser welding is performed in a relatively wide range,
In the second laser welding step, the laser beam is irradiated in a just-focused state and laser welding is performed in a relatively narrow range,
The second depth of the second weld portion is determined by minimizing the vaporization phenomenon caused by thermal deformation of the aluminum material constituting the rivet plate weld portion and between the dissimilar metals of copper constituting the rivet terminal weld portion and aluminum constituting the rivet plate weld portion. A dissimilar metal laser welding method for a secondary battery cap assembly, characterized in that it is set to the minimum depth capable of solid joining by laser welding.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 1차 레이저 용접 단계와 상기 2차 레이저 용접 단계에서 레이저 빔의 입열량은, 레이저 빔이 조사되는 초점거리, 레이저 빔의 출력, 및 레이저 빔의 용접 속도 중 적어도 하나 이상에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 이차전지 캡 어셈블리의 이종 금속 레이저 용접방법.
According to paragraph 1,
In the first laser welding step and the second laser welding step, the heat input amount of the laser beam is determined by at least one of the focal distance at which the laser beam is irradiated, the output of the laser beam, and the welding speed of the laser beam. A dissimilar metal laser welding method for a secondary battery cap assembly.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 레이저 빔의 용접조건을 설정함에 있어서, 레이저 빔의 입열량은 레이저 빔의 출력과 용접 속도를 곱한 값으로 산출되고, 동일한 입열량을 갖는 복수의 출력과 용접 속도을 갖는 복수의 군들 중에서 상기 용접 속도가 큰 값을 갖는 군을 선택하는 것을 특징으로 하는 이차전지 캡 어셈블리의 이종 금속 레이저 용접방법.
According to paragraph 1,
In setting the welding conditions of the laser beam, the heat input amount of the laser beam is calculated as the product of the output of the laser beam and the welding speed, and the welding speed is selected from a plurality of groups having a plurality of outputs and welding speeds with the same heat input amount. A dissimilar metal laser welding method for a secondary battery cap assembly, characterized in that a group having a large value is selected.
제1항에 있어서,
상기 1차 레이저 용접 단계 전에, 상기 리벳 터미널의 하단부에 형성된 코킹부를 상기 리벳 플레이트의 내주면에 형성된 코킹부 홈 측으로 절곡시켜 코킹 결합하는 단계를 더 포함하는 이차전지 캡 어셈블리의 이종 금속 레이저 용접방법.
According to paragraph 1,
Before the first laser welding step, the dissimilar metal laser welding method of the secondary battery cap assembly further includes the step of bending and caulking the caulking portion formed at the lower end of the rivet terminal toward the caulking portion groove formed on the inner peripheral surface of the rivet plate.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2022144424A (en) * 2021-03-19 2022-10-03 株式会社アイシン Manufacturing method for rotary electric machine stator
KR102483312B1 (en) * 2022-06-23 2022-12-30 주식회사 블루캡캔 Welding method of secondary battery cap plate assembly
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