KR20080077424A - Secondary battery and method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 전해액 주입홀 마개가 용접된 상태를 내려다 본 사진이다.FIG. 1 is a photograph of a conventional electrolyte injection hole stopper welded down. FIG.
도 2는 본 발명에 따른 실시예를 설명하기 위한 폐경로 고속회전형 레이져 용접장치와 본 발명에 따른 이차전지의 구성도이다.2 is a block diagram of a closed path high-speed rotary laser welding device for explaining an embodiment according to the present invention and a secondary battery according to the present invention.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 분해 사시도이다.3 is an exploded perspective view of a rechargeable battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전해액 주입홀 마개가 폐경로 고속 회전식 레이져 용접된 상태를 내려다 본 사진이다.Figure 4 is a photograph of the electrolyte injection hole stopper according to an embodiment of the present invention looking down the state of the high-speed rotary laser welded menopause.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전해액 주입홀에 결합된 전해액 주입홀 마개의 단면을 절개하여 본 사진이다.5 is a photograph of a cross section of an electrolyte injection hole stopper coupled to an electrolyte injection hole according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6는 종래의 전해액 주입홀에 결합된 전해액 주입홀 마개의 단면을 절개하여 본 사진이다.6 is a photograph of a cross section of a conventional electrolyte injection hole stopper coupled to an electrolyte injection hole.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법의 순서도이다.7 is a flow chart of a secondary battery manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100; 전극조립체 110; 양극판100;
120; 음극판 130; 세퍼레이터120;
140; 양극탭 150; 음극탭140;
200; 캔 300; 캡 조립체200; Can 300; Cap assembly
310; 캡 플레이트 311; 전해액 주입홀310;
312; 전해액 주입홀 마개 313; 안전벤트(Safety vent)312; Electrolyte
314; 폐경로 고속 회전식 레이져 용접부 315; 매끄러운 면314; Menopausal high speed
316; 방사형 무늬 317; 비딩부316; Radial pattern 317; Beading part
318; 원형 테두리 320; 전극단자318;
330; 절연 가스킷 340; 터미널 플레이트330;
350; 절연 플레이트 360; 절연 케이스350;
410; 원통형 프리즘 420; 모터410;
421; 모터축 430; 레이져 조사부421;
440; 집광 렌즈 450; 단방향 투과 거울440;
460; 제 2 거울 470; 화상카메라460;
480; 레이져용접 헤드 500; 종래의 레이져 용접부위480;
510; 기공(Blow hole) 520; 비딩부510; Blow
SB; 이차 전지SB; Secondary battery
본 발명은 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이차전지에 형성된 전해액 주입홀을 밀봉하는 전해액 주입홀 마개를 용접하는 것에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery and a method for manufacturing the same, and more particularly, to welding an electrolyte injection hole plug for sealing an electrolyte injection hole formed in the secondary battery.
셀루라폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화된 휴대용 전기/전자장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 따라서, 휴대용 전기/전자 장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 상기 전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충/방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 또한, 이차전지는 고밀도에너지와 고출력을 필요로 하는 하이브리드 자동차 배터리용으로도 각광받고 있으며 연구개발 및 제품생산 중에 있다.Compact and lightweight portable electric / electronic devices such as cell phones, notebook computers and camcorders are actively developed and produced. Therefore, portable electric / electronic devices have a battery pack built therein so that they can be operated even in a place where no separate power source is provided. In consideration of economic aspects, the battery pack has recently adopted a rechargeable battery capable of charging / discharging. In addition, secondary batteries are in the spotlight for hybrid car batteries that require high-density energy and high power, and are under development and production.
이차전지에는 대표적으로, 니켈-카드뮴(Ni-Cd)전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 이차 전지 등이 있다. Typical secondary batteries include nickel-cadmium (Ni-Cd) batteries, nickel-hydrogen (Ni-MH) batteries, lithium (Li) batteries, and lithium ion (Li-ion) secondary batteries.
특히, 리튬 이온 이차 전지는 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 작동 전압이 약 3배나 높다. 또한, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 널리 사용되고 있다. 상기 리튬 이차 전지는 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해질의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.In particular, lithium ion secondary batteries have about three times higher operating voltage than nickel-cadmium batteries or nickel-hydrogen batteries, which are widely used as power sources for portable electronic equipment. In addition, it is widely used in view of high energy density per unit weight. The lithium secondary battery uses a lithium oxide as a positive electrode active material and a carbon material as a negative electrode active material. In general, a battery is classified into a liquid electrolyte battery and a polymer electrolyte battery according to the type of electrolyte. A battery using a liquid electrolyte is called a lithium ion battery, and a battery using a polymer electrolyte is called a lithium polymer battery. Moreover, although a lithium secondary battery is manufactured in various shapes, typical shapes include cylindrical shape, square shape, and pouch type.
일반적인 이차 전지의 제조과정을 설명하면, 우선, 양극 활물질이 형성된 양극집전체에 양극탭이 연결된 양극판, 음극 활물질이 형성된 음극집전체에 음극탭이 연결된 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되어 있는 세퍼레이터를 적층 한 후, 이를 권취하여 전극 조립체를 제조한다. 그리고, 전극조립체를 압착하여 각형이나 타원형 기둥형태를 만든 후에, 전극조립체 외부표면에 마감테이프를 부착하고 캔에 넣은 후, 캔의 개구부를 캡 조립체로 밀봉한다. 그런 다음 캡 조립체의 전해액 주입홀에 전해액을 주입하고, 전해액 주입홀 마개로 밀봉한다. 그리고 나서, 전해액 주입홀에 전해액 주입홀 마개로 밀봉한 후, 전해액 주입홀 마개 주변에 레이져 용접을 실시하여 밀폐한다.Referring to a general manufacturing process of a secondary battery, first, a positive electrode plate having a positive electrode tab connected to a positive electrode current collector on which a positive electrode active material is formed, a negative electrode plate having negative electrode tabs connected to a negative electrode current collector on which a negative electrode active material is formed, and a separator interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate After laminating, it is wound up to manufacture an electrode assembly. After the electrode assembly is pressed to form a square or elliptical pillar shape, a finishing tape is attached to the outer surface of the electrode assembly and placed in a can, and then the opening of the can is sealed with a cap assembly. Then, the electrolyte is injected into the electrolyte injection hole of the cap assembly and sealed with an electrolyte injection hole stopper. Then, the electrolyte injection hole is sealed with an electrolyte injection hole stopper, and then laser welded around the electrolyte injection hole stopper to seal it.
이때, 전해액 주입홀 마개 주변을 용접하는 과정에서 전해액 주입홀 마개와 전해액 주입홀 사이에 형성된 틈은 모세관 현상으로 전해액이 흘러나오게 된다. 이렇게 흘러나온 전해액은 레이져 용접의 열로 인해 증발함과 동시에 도 1에서 보는 바와 같이 레이져 용접부위에서 기포가 발생하여 기공(510)을 형성함으로 인해, 전해액이 누수 되거나 용접부위가 취약해져 충격에 약해지는 문제가 발생한다.At this time, the gap formed between the electrolyte injection hole stopper and the electrolyte injection hole in the process of welding the periphery of the electrolyte injection hole stopper flows out of the electrolyte by a capillary phenomenon. Electrolyte flowed out as described above evaporates due to the heat of laser welding and bubbles are generated at the laser welding site to form
상기한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 기술적과제는 전해액 주입홀을 밀봉시키는 전해액 주입홀 마개의 주변을 용접할 때, 전해액의 기포가 발생하는 것을 방지함과 동시에 용접부위를 강화시키는 것을 목적으로 한다.The technical problem of the present invention for solving the above problems is to prevent the generation of bubbles in the electrolyte when welding the periphery of the electrolyte injection hole stopper for sealing the electrolyte injection hole, and at the same time to strengthen the welding site. .
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차전지는 양극탭이 접속된 양극판과 음극탭이 접속된 음극판 및 세퍼레이터를 적층하여 권취한 전극조립체; 일단부가 개구되어 상기 전극조립체를 수용하는 캔; 및 상면에는 전해액 주입홀이 형성되고 상기 캔의 개구부를 마감하는 캡플레이트 및 상기 전해액 주입홀을 밀봉하는 전 해액 주입홀 마개를 포함하는 캡조립체를 구비하며, 상기 전해액 주입홀 마개의 상부면 전반이 용융되고, 상기 전해액 주입홀의 상부 원주부가 용융되며, 상기 전해액 주입홀 마개의 용융된 상부면과 상기 전해액 주입홀의 용융된 원주부가 결합되어 폐경로 고속회전식 레이져 용접부가 형성된 것을 특징으로 한다.A secondary battery of the present invention for achieving the above object is an electrode assembly wound by stacking a positive electrode plate connected to the positive electrode tab, the negative electrode plate connected to the negative electrode tab and the separator; A can open at one end to receive the electrode assembly; And a cap assembly having an electrolyte injection hole formed on an upper surface thereof and a cap plate closing the opening of the can and an electrolyte injection hole stopper sealing the electrolyte injection hole, wherein an entire upper surface of the electrolyte injection hole stopper is formed. Melt, the upper circumferential portion of the electrolyte injection hole is melted, the molten upper surface of the electrolyte injection hole stopper and the molten circumference of the electrolyte injection hole is combined, characterized in that the high-speed rotary laser welding portion of the closed path.
또한, 상기 폐경로 고속회전식 레이져 용접부는 상기 전해액 주입홀 마개의 중앙을 기준으로 원형 테두리가 회전하여 방사형 무늬를 형성할 수 있다.In addition, the closed path high-speed rotary laser welding unit may form a radial pattern by rotating a circular border around the center of the electrolyte injection hole stopper.
또한, 상기 폐경로 고속회전식 레이져 용접부의 직경은 상기 전해액 주입홀의 직경 보다 80% 내지 100% 크게 형성될 수 있다.In addition, the diameter of the closed path high-speed rotary laser welding portion may be formed to 80% to 100% larger than the diameter of the electrolyte injection hole.
한편, 본 발명의 따른 이차전지 제조방법은 전해액 주입홀 마개의 중앙부에 레이져 용접헤드를 근접시키는 레이져용접헤드 근접단계; 및 경사면이 형성된 원통형 프리즘을 통과하여 굴절된 레이져를 집광렌즈로 집광함과 동시에 상기 원통형 프리즘을 회전시켜 전해액 주입홀 마개의 중앙을 기준으로 하여 원형 경로를 고속으로 이동해가며 레이져를 조사하는 레이져 조사단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the secondary battery manufacturing method according to the present invention comprises a laser welding head proximity step of approaching the laser welding head in the center of the electrolyte injection hole stopper; And a laser irradiation step of irradiating the laser while moving the circular path at a high speed based on the center of the electrolyte injection hole plug by rotating the cylindrical prism by condensing the laser refracted through the cylindrical prism having the inclined surface with the condenser lens. Characterized in that it comprises a.
또한, 상기 레이져용접헤드 근접단계는 화상 카메라를 이용하여 상기 전해액 주입홀 마개의 위치를 확인할 수 있다.In addition, in the laser welding head proximity step, the position of the electrolyte injection hole stopper may be checked using an image camera.
또한, 상기 레이져 조사단계는 상기 전해액 주입홀 마개의 주변에 질소 분위기를 형성하여 진행할 수 있다.In addition, the laser irradiation step may proceed by forming a nitrogen atmosphere around the electrolyte injection hole stopper.
또한, 상기 레이져 조사단계는 상기 원형 프리즘의 원주면과 연결된 모터를 600rpm 내지 7000rpm 회전시켜 가며 상기 레이져를 0.5초 내지 2초 동안 조사할 수 있다.In addition, the laser irradiation step may rotate the motor connected to the circumferential surface of the circular prism 600rpm to 7000rpm while irradiating the laser for 0.5 seconds to 2 seconds.
또한, 상기 레이져 조사단계는 상기 레이져를 상기 조사시간 동안 불연속적으로 조사할 수 있다.In addition, the laser irradiation step may irradiate the laser discontinuously during the irradiation time.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이차전지에 사용되는 폐경로 고속 회전식 레이져 용접장치를 설명하겠다. First, with reference to Figure 2 will be described a closed path high-speed rotary laser welding apparatus used in a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
폐경로 고속 회전식 레이져 용접장치는 원통형 프리즘(410), 모터(420), 레이져 조사부(430), 집광렌즈(440), 단방향 투과거울(450)과, 제 2 거울(460) 및, 화상카메라(470)를 포함하여 형성된다. The closed path high speed rotary laser welding device includes a
먼저, 원통형 프리즘(410)은 일 단부에 경사면이 형성되어, 원통형 프리즘(410)을 통과하게끔 레이져 조사부(430)에 의해 레이져를 투과시킬 수 있는데, 투과된 레이져는 원통형 프리즘(410)의 경사면이 형성된 일 단부를 통과하게 되어 굴절된다. 이때, 굴절된 레이져를 형성하는 원통형 프리즘(410)을 회전시키면 원형 또는 타원형 등의 닫힌 조사 경로를 형성하게 된다. 또한 이때, 원통형 프리즘(410)의 회전속도를 조절하면, 레이져가 조사되는 조사경로를 주기적으로 회전하면서 레이져가 조사될 수 있다. 또한, 경사면의 각도를 조절하고, 경사면에 굴곡부를 형성하면, 레이져의 조사경로는 원형 또는 타원형에 한정되지 않고, 다양한 폐곡선 형태의 조사경로를 형성할 수 있다. 즉, 다양한 폐경로를 형성할 수 있다. 이러한 역할을 하는 원통형 프리즘(410)의 재질은 레이져의 파장에 대한 투과율이 좋 음과 동시에 일반적으로 많이 쓰이는 유리, 암염, 수정 또는 플라스틱등이 사용될 수 있으며, 본 발명에서 원통형 프리즘(410)의 재질을 한정하는 것을 아니다.First, the
모터(420)는 원통형 프리즘(410)의 원주면에 결합되어 원통형 프리즘(410)을 회전시킨다. 이러한 모터(420)는 직류모터나 교류모터가 모터 컨트롤러와 함께 사용될 수 있으며, 그 제어방식은 PWM(Pulse Width Moduration) 방식으로 듀티비(Duty Ratio)를 조절하여 사용할 수 있다. 또한, 모터는 스테핑모터가 모터 컨트롤러와 함께 사용될 수 있으며, 그 제어방식은 유니폴러 또는 바이폴러 구동 방식으로 주파수를 가변해 가면서 펄스를 송출해 스테핑모터를 구동시킬 수 있다. 하지만 본 발명에서 모터(420)의 종류나 구동방식을 한정하는 것은 아니다.The
레이져 조사부(430)는 원형 프리즘(410)에 레이져를 조사한다. 이러한 레이져 조사부(430)는 이산화 탄소 레이져(CO2 Laser)나 앤디 야그 레이져(Nd YAG Laser)의 방식의 매질과 그에 따른 발진기로 레이져를 조사할 수 있으며, 본 발명에서 그 조사방식을 한정하는 것은 아니다.The
집광렌즈(440)는 원통형 프리즘(410)을 통과한 레이져를 집광시킨다. 이러한 집광렌즈(440)는 유리나 플라스틱등의 재질로 형성되어 집광렌즈(440)에 입사된 빛을 모을 수 있다.The
단방향 투과 거울(450)은 원통형 프리즘(410)을 통과한 레이져를 반사시켜 집광렌즈(440)에 조사한다. 또한, 단방향 투과 거울(450)은 레이져의 파장만을 반사시키고, 다른 파장은 통과시켜 화상카메라(470)에 의해 용접부위의 시야를 확보 할 수 있게 한다. 이러한 단방향 투과 거울(450)의 표면에는 광학필터가 더 부착되어 레이져는 통과되지 못하게 하고 다른 파장은 통과시켜 용접부위의 시야를 확보하게 할 수 있다.The
제 2 거울(460)은 단방향 투과거울(450)에 촬영 상을 투과시키고, 투과된 촬영상을 반사시킨다. The
화상카메라(470)는 제 2 거울(460)에 반사된 촬영상을 화상처리한다. The
상기한 구성을 가지는 폐경로 고속 회전식 레이져 용접장치의 구동방식은 광원인 레이져를 원통형 프리즘(410)에 통과시켜 굴절시킨 후, 원통형 프리즘(410)을 고속으로 회전시켜 가며 조사하는 방식으로서, 보다 구체적으로는 먼저, 일측에 경사면이 형성된 원통형 프리즘(410)에, 발산되어 낮은 에너지 밀도를 가지는 레이져를 통과시켜 굴절시킨다. 이때, 도면에 도시된 레이져 굴절된 각도는 이해를 돕기 위해 과장되어 도시하였다. 도시된 바와 같이 굴절됨과 동시에 발산된 레이져는 집광렌즈(440)에 의해 발산된 광 에너지를 집적하여 광 에너지의 밀도를 조절한다. 이때, 투과 거울(450)과 제 2 거울(460) 및 화상카메라(470)를 이용하여 미세한 용접부위를 확대한 후, 정확한 측정부위를 확인하여 레이져를 조사하게 된다. 이러한 방식은 레이져가 조사되는 부위에 광에너지를 집중적으로 조사함과 동시에 레이져 용접 장치(미도시)를 이동하는 종래의 방식과는 달리, 경사면이 형성된 원통형 프리즘(410)에 의해 굴절된 레이져를 형성하고, 원통형 프리즘(410)을 고속으로 회전시켜 조사부위의 원형 폐경로를 따라 반복적으로 회전해가며 조사부위 전체에 균일한 에너지로 레이져를 조사할 수 있게끔 하여, 그로 인해 레이져가 조사되는 폐 경 로 부위 전반이 전체적으로 균일하게 용융된 용접부위를 형성하게 한다.The driving method of the menopausal high-speed rotary laser welding device having the above-described configuration is a method of irradiating and rotating the
도 3를 참조하면, 이러한 폐경로 고속 회전식 레이져 용접장치를 이용하여 제조된 본 발명의 이차전지(SB)는 전극조립체(100)와 캔(200) 및 캡조립체(300)를 포함하여 형성될 수 있다.Referring to FIG. 3, the secondary battery (SB) of the present invention manufactured using such a closed path high speed rotary laser welding device may be formed including an
먼저, 전극조립체(100)는 양극탭(140)이 접속된 양극판(1110)과 음극탭(150)이 접속된 음극판(120) 및 세퍼레이터(130)를 적층한 후, 권취하여 형성될 수 있다.First, the
양극판(110)은 양극집전체와 양극 활물질층으로 이루어져 있다. 양극 활물질층은 리튬을 포함하고 있는 층상화합물과, 결합력을 향상시키는 바인더, 전도성을 향상시키는 도전재로 이루어질 수 있다. 양극 집전체는 일반적으로 알루미늄이 사용되며 양극활물질층에서 발생하는 전하의 이동 통로가 되고 양극활물질층을 지지하는 역할을 하게 된다. 양극활물질층은 양극집전체의 넓은 면들에 부착되어 있으며 양극판(110)의 일측단에는 양극활물질층이 형성되지 않은 양극무지부(미도시)가 형성되어 있으며, 양극무지부에는 양극탭(140)이 접합된다. The
음극판(120)은 음극집전체와 음극 활물질층으로 이루어져 있다. 음극활물질층은 탄소를 함유하며 일반적으로 많이 쓰이는 하드 카본과, 혹은 흑연, 활물질입자 사이의 결합력을 향상시키는 바인더로 이루어질 수 있다. 음극 집전체는 일반적으로 구리가 사용되며 음극활물질층에 발생하는 전하의 이동 통로가 되고 음극활물질층을 지지하는 역할을 하게 된다. 음극활물질층은 음극판(113)의 넓은 면에 형성되어 있는데 이때, 음극판(120)의 일측단에 음극활물층이 형성되지 않은 음극무지 부(미도시)가 형성되어 있다. 음극무지부에는 음극탭(150)이 접합된다.The
세퍼레이터(130)는 양극판(110)과 음극판(120)의 사이에 개재되어 양극판(110)과 음극판(120)을 절연하고 양극판(110)과 음극판(120)의 전하들은 통과시킨다. 일반적으로 세퍼레이터(130)의 재질은 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)을 사용하지만 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 세퍼레이터는(130)는 전해질을 포함할 수도 있으며 액상이나 겔 형태로 구성될 수 있다. The
캔(200)은 일 단부가 개구되어 전극조립체(100)를 수용할 수 있다. 이때, 캔(200)은 전해질을 수용한다. 이러한 캔(200)의 형상은 전극조립체(100)의 형태를 고려하여, 각형 또는 트랙(track)형의 형상으로 형성된다. 이러한 형상의 캔(200)은 전극조립체(100)의 상부에 절연케이스(360)를 수용한 후, 캔(200)의 개구부에 캡플레이트(131)를 덮고 용접 등의 방법에 의해 결합 된다. 캔(200)의 재질은 주로 알루미늄이 사용되나 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. One end of the
캡조립체(300)는 상면에 안전벤트(313, Safety vent)와 전해액 주입홀(311)을 밀봉한 전해액 주입홀 마개(312)가 형성되어 양극탭(140)에 전기적으로 접속되고 캔(200)의 개구부를 마감하는 캡플레이트(310), 캡 플레이트(310)의 중앙홀에 안착되며 음극탭(150)과 전기적으로 연결되는 전극단자(320), 전극단자(320)의 몸통부를 감싸 전극단자(320)와 캡플레이트(310)를 절연시키는 절연가스킷(330), 양극탭(140)과 음극탭(150)을 돌출시키는 홀을 구비하며 전극조립체(100)의 상부에 안착되어 전극조립체(100)의 상면을 절연시키는 절연케이스(360), 전극단자(320)의 단부가 압착되어 고정되기 위한 홀을 제공하는 터미널 플레이트(340), 터미널플레 이트(340)와 캡플레이트(310)를 절연시키며 절연플레이트(350)를 포함하여 형성된다. 이때, 절연가스킷(330), 절연케이스(360) 및 절연플레이트(350)는 폴리 프로필렌 수지나 폴리 에틸렌 수지 등의 절연물질로 형성될 수 있으며, 전극단자(320))와 캡플레이트(310) 및 터미널 플레이트(340)는 전도성 금속인 알루미늄이나 알루미늄을 포함하는 합금 또는 니켈이나 니켈을 포함하는 합금 등의 전도성 금속 재질로 형성될 수 있다. 하지만 본 발명에서 캡 조립체(300)의 재질을 한정하는 것은 아니다.The
한편, 도 4와 도 5를 참조하면, 상기한 이차전지에 형성된 본 발명의 따른 폐경로 고속 회전식 레이져 용접부(314)는 전해액 주입홀 마개(312)의 상부면 전반이 용융되고, 전해액 주입홀(311)의 상부 원주부가 용융되며, 전해액 주입홀 마개(312)의 용융된 상부면과 전해액 주입홀(311)의 용융된 원주부가 결합되어 형성된다. 먼저, 도 1에 도시된 종래의 전해액 주입홀 마개가 용접된 용접부위(500)를 보면, 이러한 용접 부위(500)는 레이져 용접 장치를 이용하여 레이져를 조사함과 동시에 용접부위의 경로를 따라 레이져 용접장치를 이동시켜 용접부위(500)를 형성한 상태이다. 이때, 종래의 용접부위(500)의 일부에는 전해액이 증발되어 기공(510)을 하고 있다. 이러한 문제를 해결한 도 2의 고속 회전식 레이져 용접부(314)는 폐경로 고속 회전식 레이져 용접 장치에 의해 형성되는데, 폐경로 고속 회전식 레이져 용접 장치의 원형 프리즘(410)을 회전시켜 전해액 주입홀 마개(312)의 중앙을 기준으로 원형 경로를 형성하면서, 매우 빠르게 회전하여 레이져를 조사하게 되면, 도 4의 사진에 도시된 폐경로 고속회전식 레이져 용접부(314)가 형성된 다. 이때, 폐경로 고속회전식 레이져 용접부(314)는 매우 빠르게 회전하면서 조사되는 레이져에 의해 도 5에서 보는 바와 같이 전해액 주입홀 마개(312)의 상부면 전반이 용융됨과 동시에, 전해액 주입홀 마개(312)와 캡플레이트(310)가 맞닿은 부위에서 새어 나오는 전해액을 계속적으로 증발시켜 기공이 형성되지 않게 한다.Meanwhile, referring to FIGS. 4 and 5, in the closed path high-speed rotary
도 4를 참조하면, 폐경로 고속 회전식 레이져 용접부(314)의 원주부에는 매끄러운 면(315)이 형성될 수 있다. 이러한 매끄러운 면(315)은 전해액 주입홀 마개(312)와 캡 플레이트(310)의 경계면을 집중적으로 조사하는 종래의 레이져 용접 방식을 이용하여 형성된 도 1의 우둘 투둘한 비딩부(520)와는 달리, 그 곡률의 변화가 매우 완만하고 매끄럽게 형성된다. 이는 종래의 레이져용접을 실시하였을 때 발생하는 비딩부(520)의 돌출되는 부위를 연마하여 매끄럽게 형성한 후, 레이져 용접이 잘 형성되어 있는지 확인할 필요가 없어지게 되므로, 제조시간이 단축될 수 있는 이점이 있다.Referring to FIG. 4, a
또한, 폐경로 고속회전식 레이져 용접부(314)의 원주부는 그을음이 형성될 수 있다. 이는 전해액을 주입한 후 전해액 주입홀의 주변에 형성된 전해액 잔존물이나 전해액 주입홀 마개(312)를 압입시에 모세관 현상에 의해 흘러나온 전해액을 증발시키기 위해서, 폐경로 고속회전식 레이져 용접을 이용하여 전해액을 서서히 증발시키면, 전해액 주입홀 마개(312)의 주변에 형성된 매끄러운 면(315)은 검게 그을리게 된다.In addition, soot may be formed in the circumference of the closed path high speed
또한, 폐경로 고속 회전식 레이져 용접부(314)의 중앙부는 중앙을 기준으로 원형 테두리(318)가 회전하여 방사형 무늬(316)를 형성할 수 있는데, 전해액 주입 홀 마개의 중앙을 기준으로 원형 경로를 고속으로 이동해가며 레이져를 조사하면, 전해액 주입홀 마개(312)의 상면에는 폐경로 고속 회전식 레이져 용접에 의해 방사형 무늬(316)가 형성된다. 이러한 방사형 무늬(316)는 원형 프리즘의 일정한 회전속도에 의해 형성될 수 있다.In addition, the center of the menopausal high-speed rotary
도 5를 참조하면, 폐경로 고속회전식 레이져 용접부(314)의 직경은 전해액 주입홀(311)의 직경 보다 80% 내지 100% 크게 형성될 수 있다. 도 6을 참조하여 종래의 전해액 주입홀 마개(312)가 용접된 부위를 살펴보면, 이러한 용접부위는 전해액 주입홀 마개(312)와 전해액 주입홀(311)이 맞닿는 원주부에 레이져 초점을 맞추어 용접하게 된다. 이때 조사되는 레이져의 직경은 전해액 주입홀 마개(312)의 중심을 넘지 않고 형성되어 있다. 만약 전해액 주입홀 마개(312)의 중심부을 넘어 레이져가 조사되면, 레이져 장치를 회전시킬 때, 레이져가 조사되는 부위 가운데 중심 부위에서는 중첩부위가 형성되고, 레이져가 중첩되어 조사되는 곳은 과융융되어 용접불량이 발생 된다. 그로 인해 종래의 용접방법에 의해 형성된 용접부위의 직경은 전해액 주입홀(311)의 직경보다 대략 30%정도만 크게 형성되었다. 그러나 도 5의 폐경로 고속회전식 레이져 용접부(314)는 마개의 상면 전반을 용융시켜, 용융된 마개 상면의 일부가 흘러내리고, 그로 인해 전해액 주입홀(311)의 직경보다, 80% 내지 100%가량 크게 형성될 수 있다.Referring to FIG. 5, the diameter of the closed path high-speed rotary
한편, 도 7을 참조하면, 상기한 폐경로 고속회전식 레이져 용접부를 형성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지 제조방법은 전해액 주입홀의 중앙부에 레이져 용접헤드를 근접시키는 레이져용접헤드 근접단계(S1); 및 경사면이 형성된 원통형 프 리즘을 통과하여 굴절된 레이져를 집광렌즈로 집광함과 동시에 상기 원통형 프리즘을 회전시켜 전해액 주입홀 마개의 중앙을 기준으로 하여 원형 경로를 고속으로 이동해가며 레이져를 조사하는 레이져 조사단계(S2)를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, with reference to Figure 7, the secondary battery manufacturing method according to the present invention for forming the above-described closed path high-speed laser welding portion is a laser welding head proximity step of approaching the laser welding head in the center of the electrolyte injection hole (S1); And condensing the laser beam refracted through the cylindrical prism with the inclined surface with the condenser lens, and rotating the cylindrical prism to move the circular path at a high speed based on the center of the electrolyte injection hole stopper. It characterized in that it comprises a step (S2).
도 2를 참조하면, 레이져용접헤드 근접단계(S1)는 전해액 주입홀 마개(312)의 중앙부에 레이져 용접헤드(480)를 근접시키게 된다. 이때, 전해액 주입홀 마개(312)는 전해액 주입홀(312)에 압입되어 있는 상태이다. 이부분에서 도 2는 상세한 설명을 하기 위한 구성도로서, 실제 구성 요소들의 비율과는 차이가 있을 수 있음을 양지하기 바란다.Referring to FIG. 2, in the laser welding head proximate step S1, the
그리고 나서, 레이져 조사단계(S2)는 경사면이 형성된 원통형 프리즘(410)을 통과하여 굴절된 낮은 에너지 밀도를 가지는 레이져를 집광렌즈(440)로 집광함과 동시에 원통형 프리즘(410)을 회전시켜 전해액 주입홀 마개(312)의 중앙을 기준으로 하여 원형 경로를 고속으로 이동해가며 레이져를 조사할 수 있다. 이러한 원통형 프리즘(410)에 발산된 낮은 에너지 밀도를 가지는 레이져를 조사하면, 단파장인 레이져는 낮은 에너지 밀도를 가짐과 동시에 굴절되고, 굴절된 레이져는 회전하는 원통형 프리즘(410)에 의해 원형의 경로상을 고속으로 이동해가며 조사된다. 이때 원통형 프리즘(410)의 원주면에는 직류나 교류로 구동되는 모터(420)의 구동축(421)의 단부에 연결된 기어나 밸트 또는 마찰자등이 원통형 프리즘(410)의 원주면에 맞닿게 되고, 모터(420)의 회전에 의해 원통형 프리즘(410)을 고속회전시킬 수 있다. 이러한 방법으로 굴절된 레이져를 집광렌즈(440)에 통과시켜 레이져의 에너지 밀도를 높게 조절하고, 전해액 주입홀 마개(312)의 중앙을 기준으로 원형 경 로를 고속으로 이동해가며 레이져를 조사하면, 캡 플레이트(310)와 결합된 전해액 주입홀 마개(312)의 주변이 용융되어 접합된다.Then, the laser irradiation step (S2) condenses the laser having a low energy density refracted by passing through the
이러한 단계들(S1)(S2)을 거치면, 전해액 주입홀 마개(312)와 그 주변에 형성된 전해액은 서서히 증발하여 전해액이 누수될 수 있는 기공을 형성하지 않고, 전해액 주입홀 마개(312)의 주변은 매우 매끄러운 폐경로 고속 회전식 레이져 용접부(314)를 형성할 수 있게 된다.After these steps (S1) (S2), the electrolyte
또한, 레이져용접헤드 근접단계(S1)에서는 화상카메라(470)를 이용하여 전해액 주입홀 마개(312)의 위치를 확인할 수 있다. 화상카메라(470)를 사용하는 이유는 압입된 전해액 주입홀 마개(312)의 직경이 1mm내외로 형성되어 매우 작기 때문에, 이렇듯 크기가 작은 전해액 주입홀 마개(312)의 원주부를 미세하게 용융시키기 위해서는 화상카메라(470)를 설치하여 전해액 주입홀 마개(312)의 위치를 확인하여 확대한 후, 폐경로 고속회전식 레이져 용접을 실시해야 한다. 이때, 전해액 주입홀 마개(312)의 위치를 측정하면서, 단방향 투과 거울(450)을 사용하여 레이져의 조사경로와 화상카메라(470)의 시야가 겹치게 형성하여 전해액 주입홀 마개(312)의 위치를 확인할 수 있다. 이때, 화상카메라(470)는 단방향 투과 거울(450)에 투과된 전해액 주입홀 마개의 위치를 반사 거울(460)을 통하여 확인할 수 있다.In addition, in the laser welding head proximate step S1, the position of the electrolyte
또한, 레이져 조사단계(S2)에서는 전해액 주입홀 마개(312)의 주변에 질소 분위기를 형성하여 진행할 수 있다. 전해액 주입홀 마개(312)의 주변에 질소 분위기를 형성하면 전해액 주입홀 마개(312)의 주변에 묻은 전해액을 더욱 빨리 증발시킬 수 있다.In addition, in the laser irradiation step (S2) it can proceed by forming a nitrogen atmosphere around the electrolyte
또한, 레이져 조사단계(S2)에서는 원통형 프리즘(410)을 회전시켜 레이져를 조사할 수 있으며 이때, 레이져를 조사하는 시간은 0.5초 내지 2초 동안 조사할 수 있다. 원통형 프리즘(410)의 측면과 연결된 모터(420)의 회전속도를 600rpm 내지 7000rpm으로 조절하면, 레이져는 1초 동안 전해액 주입홀 마개(312)의 중앙을 기준으로 한 원형 경로를 대략 10번 내지 100번가량 이동하며 조사되는데. 이때, 전해액 주입홀 마개(312)의 두께와 캡 플레이트(310)의 두께를 고려하여 모터(410)의 회전속도와 조사시간을 조절하면, 좋은 성형성을 가지는 폐경로 고속 회전식 레이져 용접부(314)를 형성할 수 있다.In addition, in the laser irradiation step (S2) it is possible to irradiate the laser by rotating the
이때, 원통형 프리즘(410)의 회전속도를 빠르게 하고 레이져를 불연속적으로 점 조사하여 짧은 시간에 여러 번 레이져용접을 실시할 수 있다. 이는 전해액이 급속히 증발할 때 발생하는 기포를 형성하지 않게끔 불연속적으로 레이져를 점 조사하여 전해액을 서서히 증발시키기 위함이다.At this time, by increasing the rotational speed of the
본 발명은 상술한 특정의 실시예나 도면에 기재된 내용에 그 기술적 사상이 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 본 발명의 청구범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the technical spirit of the specific embodiments or drawings described above, and those skilled in the art without departing from the gist of the invention claimed in the claims Various modifications are possible, of course, and such changes are within the scope of the claims of the present invention.
본 발명의 이차전지는 전해액 주입홀 마개의 주변에 폐경로 고속회전식 레이져 용접부를 형성하여 전해액이 누수되는 것을 방지하는 효과가 있다.The secondary battery of the present invention has the effect of preventing the leakage of the electrolyte by forming a closed path high-speed rotary laser welding around the electrolyte injection hole stopper.
또한, 폐경로 고속회전식 레이져 용접부를 형성하여 용접부위가 강화되는 효과가 있다.In addition, there is an effect that the welded portion is strengthened by forming a closed path high-speed rotary laser welded portion.
본 발명의 이차전지 제조방법은 용접부위가 좋은 성형성을 가지는 폐경로 고속회전식 레이져 용접부를 형성하는 효과가 있다.The secondary battery manufacturing method of the present invention has the effect of forming a closed path high-speed rotary laser welding portion having a good formability of the welded portion.
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