KR20150066990A - 리튬 이온 이차전지 제조를 위한 레이저 용접장치 및 레이저 용접방법 - Google Patents

리튬 이온 이차전지 제조를 위한 레이저 용접장치 및 레이저 용접방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저빔으로부터 각 부품의 손상을 최소화하면서 리튬 이온 이차전지를 구성하는 금속 부품을 자동으로 연속 용접할 수 있는 리튬 이온 이차전지 제조를 위한 레이저 용접장치 및 레이저 용접방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 레이저 용접장치는, 리튬 이온 이차전지를 구성하는 제 1 금속 부품과 제 2 금속 부품을 용접하기 위한 것으로, 바닥벽과 바닥벽의 가장자리에 기립 배치되는 복수의 측벽과 제 1 금속 부품과 제 2 금속 부품이 가결합된 금속 가조립체를 수용할 수 있도록 바닥벽과 복수의 측벽에 의해 구획 형성되되 일부분이 개방된 용접실을 갖는 쉴드와, 용접실에 수용되는 금속 가조립체의 1 금속 부품과 제 2 금속 부품 사이의 접촉부에 레이저빔을 조사하는 레이저빔 조사기와, 용접실에 산소를 투입하기 위한 산소 투입기를 포함한다.

Description

리튬 이온 이차전지 제조를 위한 레이저 용접장치 및 레이저 용접방법{Laser welding apparatus and laser welding method for manufacturing lithium-ion secondary battery}
본 발명은 리튬 이온 이차전지 제조용 레이저 용접장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저빔으로부터 각 부품의 손상을 최소화하면서 리튬 이온 이차전지를 구성하는 금속 부품을 자동으로 연속 용접할 수 있는 리튬 이온 이차전지 제조를 위한 레이저 용접장치 및 레이저 용접방법에 관한 것이다.
이차전지는 이온화 경향의 차이가 큰 두 전극의 전해질을 통한 가역적 산화 환원반응에 따른 전자의 이동 현상을 이용하는 에너지 저장장치이다. 여러 이차전지 가운데 에너지 밀도가 가장 우수한 리튬 이온 이차전지는 탄소계 음극, 유기전해질 그리고 리튬산화물 양극으로 구성되는 것이 일반적이다.
리튬 이온 이차전지는 화학반응을 이용하여 충전 시에는 양극재료에서 리튬이온이 빠져 나와서 전해질을 통하여 층상구조를 이루는 탄소계 음극으로 이동하고, 방전 과정은 충전 과정의 역으로 진행된다. 즉, 리튬 이온 이차전지는 양극과 음극을 오고 가는 원리를 이용하여 충방전을 여러 번 할 수 있는 대표적인 이차전지 기술이다.
리튬 이온 이차전지는 기존의 충방전이 가능한 이차전지보다 2∼3배 정도 더 높은 에너지 밀도를 가지고 있다. 또한 자가 방전이나 기억 효과가 다른 배터리보다 적기 때문에 노트북, 디지털 카메라, 핸드폰과 같은 전자기기에서 광범위하게 사용되는 큰 성공을 거두고 있다.
최근에 들어서는 화석 연료 고갈, 이산화탄소 감소 목적으로 전기자동차와 신재생 에너지의 에너지 저장장치 기능이 있는 스마트 그리드가 큰 관심을 받으면서, 리튬 이온 이차전지는 이와 같은 응용 수단의 에너지 저장장치의 후보로 떠오르고 있다. 하지만 전기자동차나 스마트 그리드의 원활하고 효율적인 사용을 위해서는 기존의 리튬 이온 이차전지의 5배 정도의 에너지 밀도와 출력 밀도 그리고 개선된 안정성이 요구되며, 이에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
이러한 리튬 이온 이차전지는 견고한 밀폐 구조를 필요로 하기 때문에, 구성 부품을 용접 결합하는 것이 일반적이다. 리튬 이온 이차전지의 구성 부품을 용접하는 기술은 공개특허공보 제2003-0058009호(2003. 07. 07 공개), 등록특허공보 제0284034호(2000. 04. 06 공개), 등록특허공보 제0624898호(2006. 06. 02 공개) 등에 개시되어 있다.
그런데 리튬 이온 이차전지의 구성 부품에 대한 종래 레이저 용접방법은 소재 특성상 고출력이 요구되며, 레이저 출력 한계로 인한 동작 에러가 발생하거나, 용접 헤드, 광 파이버, 지그 등 용접장치의 구성 부품이 파손되거나, 용접 품질이 떨어지는 문제가 발생하기 쉽다. 또한 종래 레이저 용접방법은 리튬 이온 이차전지의 구성 부품에 대한 용접이 제조 라인 상의 조립 지그 상에서 이루어지는 것이 일반적이며, 이 경우 레이저 용접 시 용접 슬래그(slag)가 제조 라인 중으로 비산되고, 지그 이송 레일에 슬래그가 끼이는 문제가 발생하기 쉽다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 리튬 이온 이차전지의 구성 부품을 구성 부품의 이송 경로에서 벗어난 위치에 마련된 쉴드로 운반하고 쉴드에 산소를 공급하면서 레이저빔을 조사함으로써, 저출력으로 용접이 가능하고, 용접 슬래그의 발생량을 줄이면서 용접 품질을 향상시킬 수 있는 리튬 이온 이차전지 제조를 위한 레이저 용접장치 및 레이저 용접방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 레이저 용접장치는, 리튬 이온 이차전지를 구성하는 제 1 금속 부품과 제 2 금속 부품을 용접하기 위한 것으로, 바닥벽과 상기 바닥벽의 가장자리에 기립 배치되는 복수의 측벽과 상기 제 1 금속 부품과 상기 제 2 금속 부품이 가결합된 금속 가조립체를 수용할 수 있도록 상기 바닥벽과 상기 복수의 측벽에 의해 구획 형성되되 일부분이 개방된 용접실을 갖는 쉴드와, 상기 용접실에 수용되는 상기 금속 가조립체의 상기 제 1 금속 부품과 상기 제 2 금속 부품 사이의 접촉부에 레이저빔을 조사하는 레이저빔 조사기와, 상기 용접실에 산소를 투입하기 위한 산소 투입기를 포함한다.
상기 복수의 측벽 중 어느 하나에는 레이저빔 조사창이 마련되고, 상기 레이저빔 조사기는 상기 레이저빔 조사창을 통해 상기 용접실에 수용되는 상기 금속 가조립체에 레이저빔을 조사할 수 있다.
본 발명에 의한 레이저 용접장치는, 상기 금속 가조립체를 이송하기 위한 이송 레일과, 상기 이송 레일에 의해 이송되는 상기 금속 가조립체를 상기 용접실로 운반하는 운반장치를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 레이저 용접방법은, 리튬 이온 이차전지를 구성하는 제 1 금속 부품과 제 2 금속 부품을 용접하기 위한 것으로, (a) 바닥벽과, 상기 바닥벽의 가장자리에 기립 배치되는 복수의 측벽과, 상기 바닥벽과 상기 복수의 측벽에 의해 구획 형성되되 일부분이 개방된 용접실을 갖는 쉴드 내부의 상기 용접실에 상기 제 1 금속 부품과 상기 제 2 금속 부품이 가결합된 금속 가조립체를 수용하는 단계와, (b) 상기 용접실에 산소를 투입하는 단계와, (c) 상기 용접실에 산소를 투입하면서 상기 용접실에 수용되는 상기 금속 가조립체의 상기 제 1 금속 부품과 상기 제 2 금속 부품 사이의 접촉부에 레이저빔을 조사하는 단계를 포함한다.
상기 (c) 단계에서, 상기 복수의 측벽 중 어느 하나에 마련된 레이저빔 조사창을 통해 상기 용접실에 수용되는 상기 금속 가조립체에 레이저빔을 조사할 수 있다.
본 발명에 의한 레이저 용접방법은 상기 (a) 단계 이전에, 상기 제 1 금속 부품과 상기 제 2 금속 부품을 가결합하여 상기 금속 가조립체를 만드는 단계와, 상기 금속 가조립체를 이송 레일을 통해 상기 쉴드 쪽으로 이송하는 단계와, 운반장치를 이용하여 상기 이송 레일에 의해 이송되는 상기 금속 가조립체를 상기 용접실로 운반하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 레이저 용접장치는 리튬 이온 이차전지를 구성하는 제 1 금속 부품과 제 2 금속 부품이 가결합된 금속 가조립체를 금속 가조립체를 이송시키기 위한 이송 레일에서 벗어난 위치에 별도로 설치된 쉴드 내부로 운반하고, 부분적으로 개방된 쉴드 내부의 용접실에서 금속 가조립체의 용접부위에 레이저빔을 조사하여 레이저 용접을 수행하므로, 레이저 용접 시 발생하는 슬래그가 대부분 쉴드 내로 떨어지게 된다. 따라서 레이저 용접 시 발생하는 슬래그가 이송 레일 등 다른 공정 장치로 유입되어 고장이 발생하는 문제를 줄일 수 있다. 그리고 금속 가조립체를 지그에 놓인 상태에서 레이저 용접하는 종래 기술에 비해 지그가 레이저빔에 의해 손상되는 문제가 발생하지 않는다.
또한 본 발명에 의한 레이저 용접장치는 용접실로 운반된 금속 가조립체에 레이저빔을 조사할 때 용접실에 산소를 투입함으로써, 저출력의 레이저빔으로 양호한 용접 품질을 얻을 수 있다. 이와 같이, 저출력의 레이저빔으로 레이저 용접을 수행하면, 운전 비용을 줄일 수 있고, 레이저 조사기를 오류없이 안정적으로 운전하여 안정적인 용접이 가능하고, 용접 시 금속 부품의 열 손상이나 균열 발생을 줄일 수 있다. 그리고 용접 시 슬래그 발생량을 줄임으로써 용접 품질을 향상시킬 수 있다. 또한 레이저 조사기를 고출력을 운전하면 용접 헤드나 광 파이버 등 레이저 조사기의 구성 부품이 파손되는 문제가 발생할 수 있으나, 용접 시 산소 투입을 통해 레이저 조사기를 저출력으로 운전하면 레이저 조사기의 파손을 줄이고 레이저 조사기의 사용 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 리튬 이온 이차전지 제조를 위한 레이저 용접장치의 용접 대상물인 리튬 이온 이차전지를 구성하는 캡 어셈블리를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 리튬 이온 이차전지 제조를 위한 레이저 용접장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 리튬 이온 이차전지 제조를 위한 레이저 용접장치의 쉴드 및 운반장치를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 리튬 이온 이차전지 제조를 위한 레이저 용접장치를 이용하여 도 1에 나타낸 캡 어셈블리를 구성하는 집전체와 터미널 연결단자를 용접하는 방법을 나타낸 것이다.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에 대하여 아래에서와 같이, 실시 가능한 예를 들어 설명하나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 리튬 이온 이차전지 제조를 위한 레이저 용접장치의 용접 대상물인 리튬 이온 이차전지를 구성하는 캡 어셈블리를 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 리튬 이온 이차전지 제조를 위한 레이저 용접장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 일실시예에 의한 리튬 이온 이차전지 제조를 위한 레이저 용접장치(20)는 리튬 이온 이차전지를 구성하는 두 개의 금속 부품을 레이저빔을 이용하여 용접하는 것이다. 본 발명의 일실시예에 의한 레이저 용접장치(20)의 용접 대상물은 리튬 이온 이차전지를 구성하되 서로 직접 결합되는 두 개의 금속 부품이다. 도 1에 도시된 것과 같이, 리튬 이온 이차전지를 구성하는 캡 어셈블리(10)는 캡 플레이트(11)와, 이에 연결되는 한 쌍의 집전체(12)와, 집전체(12)에 결합되는 터미널 연결단자(13) 및 씰 개스킷(14), 집전체(12)와 연결되도록 캡 플레이트(11)에 결합되는 한 쌍의 터미널 어셈블리(15)를 포함한다. 이하에서, 본 발명의 일실시에에 의한 레이저 용접장치(20)의 작용을 설명함에 있어서, 용접 대상물이 되는 두 개의 금속 부품은 도 1에 도시된 캡 어셈블리(10)를 구성하는 복수의 구성 부품 중에서 집전체(12)와 이에 접촉하는 터미널 연결단자(13)인 것으로 한다.
도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 레이저 용접장치(20)는, 집전체(12)와 터미널 연결단자(13)이 가결합된 금속 가조립체(이하, '집전체 가조립체'라 한다, 16)를 이송하기 위한 이송 레일(21)과, 이송 레일(21)에 의해 이송되는 집전체 가조립체(16)를 운반하기 위한 운반장치(23)와, 이송 레일(21)에 의한 집전체 가조립체(16)의 이송 경로로부터 벗어난 위치에 배치되는 쉴드(24)와, 쉴드(24) 내에 수용되는 집전체 가조립체(16)에 레이저빔을 조사하기 위한 레이저빔 조사기(30)와, 쉴드(24) 내에 산소를 투입하기 위한 산소 투입기(34)를 포함한다. 이러한 레이저 용접장치(20)는 캡 어셈블리 조립 라인 또는 리튬 이온 이차전지 조립 라인 중에 배치될 수 있다.
이송 레일(21)에는 지그(22)가 적재되고, 지그(22)에는 집전체(12)와 터미널 연결단자(13)이 가결합된 집전체 가조립체(16)가 안착된다. 집전체 가조립체(16)는 지그(22)에 안착되어 이송 레일(21)에 의해 연속적으로 쉴드(24)가 배치된 용접 위치로 이송된다. 지그(22)에 안착되어 용접 위치로 이송되어 온 집전체 가조립체(16)는 운반장치(23)에 의해 쉴드(24)로 운반된다.
운반장치(23)는 지그(22)에 안착된 집전체 가조립체(16)를 잡아 쉴드(24) 내부로 운반하고, 쉴드(24) 내에서 레이저빔 조사기(30)에 의해 집전체(12)와 터미널 연결단자(13)이 용접 결합 완료된 집전체 조립체를 다른 위치 또는 지그(22)로 운반한다. 운반장치(23)로는 집전체 가조립체(16)를 진공압으로 흡착하는 구조의 것이나, 집전체 가조립체(16)를 기구적으로 클램핑하는 것 등 다양한 구조의 것이 이용될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 쉴드(24)는 집전체 가조립체(16)의 집전체(12)와 터미널 연결단자(13)이 용접되는 이송 경로에서 벗어난 별도의 작업 공간을 제공하기 위한 것으로, 운반장치(23)에서 벗어난 위치에 설치된다. 이러한 쉴드(24)는 바닥벽(25)과, 바닥벽(25)의 가장자리에 기립 배치되는 복수의 측벽(26)과, 바닥벽(25)과 복수의 측벽(26)에 의해 구획 형성되는 용접실(27)을 포함한다. 용접실(27)에서 집전체 가조립체(16)에 레이저빔이 조사되어 집전체 가조립체(16)가 용접될 때, 집전체 가조립체(16)에서 발생하는 슬래그(S;도 4 참조)는 쉴드(24)의 바닥벽(25)이나 복수의 측벽(26)에 의해 막혀 대부분이 용접실(27)을 벗어나지 못하고 바닥벽(25)으로 떨어지게 된다.
쉴드(24)는 네 개의 측면 중 하나의 측면과 상면이 개방된 열린 구조로 이루어져, 쉴드(24) 내부의 용접실(27) 역식 일부분이 개방된 구조를 갖는다. 쉴드(24)를 구성하는 복수의 측벽(26) 중에서 어느 하나에는 레이저빔 조사기(30)로부터 조사되는 레이저빔이 통과할 수 있는 레이저빔 조사창(28)이 마련된다.
도면에는 쉴드(24)가 일측면 및 상면이 개방된 사각 박스 형태로 이루어진 것으로 나타냈으나, 쉴드(24)의 형상이나 개방 구조는 도시된 것 이외의 다양한 다른 구조로 변경될 수 있다. 그리고 레이저빔 조사창(28)의 형태나 설치 개수도 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.
운반장치(23)에 의해 집전체 가조립체(16)가 쉴드(24) 내부로 운반되면, 레이저빔 조사기(30)가 작동하여 쉴드(24) 내부의 집전체 가조립체(16)를 레이저 용접하게 된다. 도 3에 도시된 것과 같이, 레이저빔 조사기(30)는 쉴드(24)의 레이저빔 조사창(28)을 통해 쉴드(24) 내부에 수용되는 집전체 가조립체(16)에 레이저빔을 조사하여 집전체 가조립체(16)를 레이저 용접한다. 레이저 용접은 레이저가 조사된 금속면에서 고압증기의 발생에 의해 용융금속 내에 키홀(key hole)이 생기고, 이 키홀 내에서 레이저빔 에너지 흡수가 이루어지면서 재료 내부로 열에너지 분산이 발생하여 용접이 이루어지는 용접 방법이다.
레이저빔 조사기(30)는 레이저빔을 발생하는 레이저빔 발진기(미도시)와, 레이저빔 발진기에서 발생하는 레이저빔을 안내하는 광 파이버(31)와, 레이저빔을 용접실(27)에 수용된 집전체 가조립체(16)를 향해 조사하기 위해 광 파이버(31)의 끝단에 구비되는 용접 헤드(32)를 포함한다. 물론, 집전체 가조립체(16)에 레이저빔을 조사하기 위한 레이저빔 조사기(30)의 구체적인 구조는 다양하게 변경될 수 있다.
산소 투입기(34)는 쉴드(24)의 용접실(27) 내에서 집전체 가조립체(16)가 레이저빔에 의해 용접되는 동안, 용접실(27) 내에 산소를 투입한다. 집전체 가조립체(16)가 레이저 용접되는 동안 용접실(27)에 산소를 투입하면 레이저빔 조사기(30)를 저출력으로 작동시켜도 집전체 가조립체(16)에 대한 용접 작업을 원활하게 수행할 수 있고, 양호한 용접 품질을 얻을 수 있다.
실제 사용예를 예를 들면, 구리 소재 부품과 다른 구리 소재 부품을 레이저용접할 때, 소재 특성상 3kW 이상의 고출력 레이저빔이 요구된다. 이 경우, 레이저빔의 출력 한계로 인한 공정 중단 등의 에러가 발생한다. 반면, 동일한 구리 소재 부품들에 대한 레이저 용접 시, 산소를 0.4±0.1kPa 정도의 압력으로 쉴드 내에 공급하는 경우 2 ~ 2.5kW의 저출력으로 용접이 가능하다.
산소 투입기(34)는 산소를 발생하는 산소 발생기(미도시)와, 산소 발생기에서 발생하는 산소를 안내하는 산소 공급관(35)과, 산소 공급관(35)의 끝단에 결합되어 그 끝단이 쉴드(24)의 용접실(27)을 향하는 산소 공급 노즐(36)을 포함한다. 물론, 산소 투입기(34)의 구체적인 구성은 도시된 것으로 한정되지 않으며, 쉴드(24)의 용접실(27)로 산소를 투입할 수 있는 다양한 다른 구조로 변경될 수 있다. 그리고 도면에는 산소 투입기(34)가 쉴드(24)의 개방된 상부를 통해 용접실(27)에 산소를 투입하는 것으로 나타냈으나, 산소 투입기(34)는 쉴드(24)의 개방된 일측면이나 레이저빔 조사창(28) 등을 통해 용접실(27)에 산소를 투입할 수 있다.
이하에서는, 도 2 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 리튬 이온 이차전지 제조를 위한 레이저 용접장치(20)를 이용하여 캡 어셈블리(10)를 구성하는 집전체(12)와 터미널 연결단자(13)을 용접하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 2에 도시된 것과 같이, 집전체(12)와 터미널 연결단자(13)을 가결합하여 집전체 가조립체(16)를 만들고, 이를 지그(22)에 장착하여 이송 레일(21)을 통해 쉴드(24)가 설치된 용접 위치로 이송한다. 집전체(12)와 터미널 연결단자(13)은 끼움 결합 등 다양한 방법을 통해 서로 가결합될 수 있다. 지그(22)에 장착된 집전체 가조립체(16)가 용접 위치에 도달하면, 운반장치(23)로 지그(22)에 놓인 집전체 가조립체(16)를 잡아 쉴드(24)의 용접실(27)로 운반한다.
도 4에 도시된 것과 같이, 운반장치(23)로 집전체 가조립체(16)를 용접실(27)로 운반한 후에도 운반장치(23)로 집전체 가조립체(16)를 홀딩한 상태를 유지하여 집전체 가조립체(16)의 집전체(12)와 터미널 연결단자(13) 사이의 접촉부분을 쉴드(24)의 레이저빔 조사창(28) 높이에 위치시킨다. 이후, 산소 투입기(34)를 이용하여 용접실(27)에 산소를 공급하면서 레이저빔 조사기(30)를 작동시킨다. 레이저빔 조사기(30)의 용접 헤드(32)에서 출사되는 레이저빔은 쉴드(24)의 레이저빔 조사창(28)을 통해 용접실(27) 내의 집전체(12)와 터미널 연결단자(13) 사이의 접촉부분에 조사됨으로써, 집전체(12)와 터미널 연결단자(13)을 레이저 용접하게 된다. 용접실(27)로의 산소 투입에 의해 저출력의 레이저빔으로도 집전체(12)와 터미널 연결단자(13)을 양호한 용접 품질로 용접할 수 있다. 레이저빔에 의한 레이저 용접 시, 집전체(12)와 터미널 연결단자(13) 사이의 용접부위에서 떨어지는 슬래그(S)는 쉴드(24)의 바닥벽(25) 및 측벽(26)에 의해 막혀 쉴드(24) 대부분이 외부로 벗어나지 못하고 바닥벽(25)으로 떨어진다.
계속해서, 쉴드(24) 내에서 레이저빔에 의한 집전체(12)와 터미널 연결단자(13)의 용접이 완료되면, 집전체(12)와 터미널 연결단자(13)이 용접 결합된 집전체 조립체를 운반장치(23)로 쉴드(24) 외부로 배출한다. 이때, 집전체 조립체를 이송 레일(21)에 장착된 지그(22) 위로 운반하여 이송 레일(21)을 통해 집전체 조립체를 다음 제조 공정이나, 언로딩 위치로 이송시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의한 레이저 용접장치(20)는 리튬 이온 이차전지를 구성하는 제 1 금속 부품(집전체(12))과 제 2 금속 부품(터미널 연결단자(13))이 가결합된 금속 가조립체(집전체 가조립체(16))를 금속 가조립체를 이송시키기 위한 이송 레일(21)에서 벗어난 위치에 별도로 설치된 쉴드(24) 내부로 운반하고, 부분적으로 개방된 쉴드(24) 내부의 용접실(27)에서 금속 가조립체의 용접부위에 레이저빔을 조사하여 레이저 용접을 수행하므로, 레이저 용접 시 발생하는 슬래그(S)가 대부분 쉴드(24) 내로 떨어지게 된다. 따라서 레이저 용접 시 발생하는 슬래그(S)가 이송 레일(21) 등 다른 공정 장치로 유입되어 고장이 발생하는 문제를 줄일 수 있다. 그리고 금속 가조립체를 지그(22)에 놓인 상태에서 레이저 용접하는 종래 기술에 비해 지그(22)가 레이저빔에 의해 손상되는 문제가 발생하지 않는다.
또한 본 발명에 의한 레이저 용접장치(20)는 용접실(27)로 운반된 금속 가조립체에 레이저빔을 조사할 때 용접실(27)에 산소를 투입함으로써, 저출력의 레이저빔으로 양호한 용접 품질을 얻을 수 있다. 이와 같이, 저출력의 레이저빔으로 레이저 용접을 수행하면, 운전 비용을 줄일 수 있고, 레이저빔 조사기(30)를 오류없이 안정적으로 운전하여 안정적인 용접이 가능하고, 용접 시 금속 부품의 열 손상이나 균열 발생을 줄일 수 있다. 그리고 용접 시 슬래그 발생량을 줄임으로써 용접 품질을 향상시킬 수 있다. 또한 레이저빔 조사기(30)를 고출력으로 운전하면 용접 헤드(32)나 광 파이버(31) 등 레이저빔 조사기(30)의 구성 부품이 파손되는 문제가 발생할 수 있으나, 용접 시 산소 투입을 통해 레이저빔 조사기(30)를 저출력으로 운전하면 레이저빔 조사기(30)의 파손을 줄이고 레이저빔 조사기(30)의 사용 수명을 향상시킬 수 있다.
한편, 앞에서는 본 발명에 의한 레이저 용접장치(20)의 작용을 설명하기 위해 용접 대상물로 리튬 이온 이차전지의 캡 어셈블리를 구성하는 집전체(12)와 이에 접촉하는 터미널 연결단자(13)을 예를 들어 설명하였으나, 본 발명에 의한 레이저 용접장치(20)의 용접 대상물은 집전체(12)와 이에 접촉하는 터미널 연결단자(13)로 한정되지 않는다. 즉, 본 발명에 의한 레이저 용접장치(20)는 리튬 이온 이차전지를 구성하는 금속 부품들 중에서 상호 접촉하는 다양한 제 1 금속 부품과 제 2 금속 부품을 용접하는데 이용될 수 있다.
10 : 캡 어셈블리 12 : 집전체
13 : 터미널 연결단자 16 : 집전체 가조립체
20 : 레이저 용접장치 21 : 이송 레일
22 : 지그 23 : 운반장치
24 : 쉴드 25 : 바닥벽
26 : 측벽 27 : 용접실
28 : 레이저빔 조사창 30 : 레이저빔 조사기
31 : 광 파이버 32 : 용접 헤드
34 : 산소 투입기 35 : 산소 공급관
36 : 산소 공급 노즐

Claims (6)

  1. 리튬 이온 이차전지를 구성하는 제 1 금속 부품과 제 2 금속 부품을 용접하기 위한 레이저 용접장치에 있어서,
    바닥벽과, 상기 바닥벽의 가장자리에 기립 배치되는 복수의 측벽과, 상기 제 1 금속 부품과 상기 제 2 금속 부품이 가결합된 금속 가조립체를 수용할 수 있도록 상기 바닥벽과 상기 복수의 측벽에 의해 구획 형성되되 일부분이 개방된 용접실을 갖는 쉴드;
    상기 용접실에 수용되는 상기 금속 가조립체의 상기 제 1 금속 부품과 상기 제 2 금속 부품 사이의 접촉부에 레이저빔을 조사하는 레이저빔 조사기; 및
    상기 용접실에 산소를 투입하기 위한 산소 투입기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 측벽 중 어느 하나에는 레이저빔 조사창이 마련되고, 상기 레이저빔 조사기는 상기 레이저빔 조사창을 통해 상기 용접실에 수용되는 상기 금속 가조립체에 레이저빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 가조립체를 이송하기 위한 이송 레일; 및
    상기 이송 레일에 의해 이송되는 상기 금속 가조립체를 상기 용접실로 운반하는 운반장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접장치.
  4. 리튬 이온 이차전지를 구성하는 제 1 금속 부품과 제 2 금속 부품을 용접하기 위한 레이저 용접방법에 있어서,
    (a) 바닥벽과, 상기 바닥벽의 가장자리에 기립 배치되는 복수의 측벽과, 상기 바닥벽과 상기 복수의 측벽에 의해 구획 형성되되 일부분이 개방된 용접실을 갖는 쉴드 내부의 상기 용접실에 상기 제 1 금속 부품과 상기 제 2 금속 부품이 가결합된 금속 가조립체를 수용하는 단계;
    (b) 상기 용접실에 산소를 투입하는 단계; 및
    (c) 상기 용접실에 산소를 투입하면서 상기 용접실에 수용되는 상기 금속 가조립체의 상기 제 1 금속 부품과 상기 제 2 금속 부품 사이의 접촉부에 레이저빔을 조사하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 복수의 측벽 중 어느 하나에 마련된 레이저빔 조사창을 통해 상기 용접실에 수용되는 상기 금속 가조립체에 레이저빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이전에,
    상기 제 1 금속 부품과 상기 제 2 금속 부품을 가결합하여 상기 금속 가조립체를 만드는 단계;
    상기 금속 가조립체를 이송 레일을 통해 상기 쉴드 쪽으로 이송하는 단계; 및
    운반장치를 이용하여 상기 이송 레일에 의해 이송되는 상기 금속 가조립체를 상기 용접실로 운반하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접방법.
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