KR20210037902A - 이차전지의 초음파 용접 시스템 및 이를 이용한 이차전지의 제조방법 - Google Patents

이차전지의 초음파 용접 시스템 및 이를 이용한 이차전지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

이차전지의 초음파 용접 시스템 및 이를 이용한 이차전지의 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 이차전지의 초음파 용접 시스템은 이차 전지의 전극 조립체로부터 연장되는 전극탭과, 전극리드를 상호 용접 접합하기 위한 이차전지의 초음파 용접 시스템으로서, 앤빌과 혼 사이에 공급되는 상기 전극탭과 전극리드를 상호 압착하여 초음파 용접을 통해 용접접합을 수행하는 용접장치, 및 상기 앤빌과 혼 사이에 상기 전극리드를 공급하도록 수직 또는 수평 방향으로 이동 가능하게 구성되는 공급장치를 포함한다.

Description

이차전지의 초음파 용접 시스템 및 이를 이용한 이차전지의 제조방법{ULTRASONIC WELDING SYSTEM OF SECONDARY BATTERY AND MANUFACTURING METHOD OF SECONDARY BATTERY USING THE SAME}
본 발명은 이차전지의 초음파 용접 시스템 및 이를 이용한 이차전지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차전지의 용접품질을 향상시킬 수 있는 이차전지의 초음파 용접 시스템 및 이를 이용한 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.
충,방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다.
또한, 상기 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 행결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에서는 고출력 대용량의 필요성으로 인해 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지모듈 또는 상기 전지모듈들 다수개를 전기적으로 연결한 전지팩이 사용된다.
상기 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.
한편, 다수의 전지셀들로 구성된 전지모듈 또는 전지팩을 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전기자동차 등과 같이 자동차용 전지로 사용하기 위해서는 요구되는 전지의 용량에 따라 다향한 형태의 단위전지를 연결한 전지팩을 구성하는 것이 매우 중요하다.
즉, 동일한 형태의 전지모듈 내에서 다양한 형태의 전기적 직령/병렬 연결을 가지는 구조는 높은 경쟁력을 가질 수 있다.
이때, 상기 전기셀들의 전기적인 연결은 상기 전기셀들의 각 스택과 리드단자가 초음파 용접장치에 의해 초음파 용접됨으로써 가능하다.
종래 기술에 따른 초음파 용접장치는 혼(horn), 상기 혼과 마주보게 위치하는 앤빌(anvil)과, 컴퓨터의 제어 신호에 따라 혼에 선택적으로 진동을 가하는 초음파 액추에이터로 구성된다.
상기와 같은 구성에 의하여, 각 리드단자와 스택을 용접하기 위해서는, 각 리드단자와 스택을 적층시켜서 상기 혼과 앤빌 사이에 위치시킨 후, 초음파 액추에이터를 작동시킨다.
이에, 상기 혼이 리드단자 및 스택을 진동 가압하면, 상기 리드단자와 스택 사이에서 발생되는 마찰열에 의해 상기 리드단자와 스택이 용접될 수 있다.
그러나, 종래 기술에 따른 초음파 용접장치는 상기 스택이 절곡되어 상기 리드단자와 접촉되는 부분에 손상이 일어나며 찢어지는 문제점이 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 전극탭의 상부에 전극리드를 위치시켜 접합함으로써, 상기 혼으로부터 전극탭에 직접적인 초음파를 가하지 않으므로 상기 전극탭의 손상을 최소화할 수 있는 이차전지의 초음파 용접 시스템 및 이를 이용한 이차전지의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 이차 전지의 전극 조립체로부터 연장되는 전극탭과, 전극리드를 상호 용접 접합하기 위한 이차전지의 초음파 용접 시스템으로서, 앤빌과 혼 사이에 공급되는 상기 전극탭과 전극리드를 상호 압착하여 초음파 용접을 통해 용접접합을 수행하는 용접장치, 및 상기 앤빌과 혼 사이에 상기 전극리드를 공급하도록 수직 또는 수평 방향으로 이동 가능하게 구성되는 공급장치를 포함하는 이차전지의 초음파 용접 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 상기 용접장치는 상기 전극탭이 안착되어 상기 전극탭의 하부를 지지하는 앤빌, 및 상기 앤빌의 상부에 대응하여 배치되고, 상기 전극탭의 상부로 공급되는 상기 전극리드를 상기 전극탭 측으로 가압하며 초음파 용접을 수행하는 혼을 포함할 수 있다.
또한, 상기 앤빌은 상기 전극탭과 접촉되는 상면에 일정패턴으로 이루어진 하부 용접면이 형성될 수 있다.
또한, 상기 앤빌에는 상기 공급장치로부터 공급되는 상기 전극리드를 클램핑하여 상기 전극탭의 상부에 고정하는 고정부재가 상기 하부 용접면에 대응하는 일측에 장착될 수 있다.
또한, 상기 고정부재는 상기 앤빌의 하부 성형면과 대응하는 위치에 지지부가 형성되고, 상기 지지부의 상부에 실린더의 작동에 의해 상,하 방향으로 구동하는 이동부가 구성되며, 상기 이동부의 작동에 의해 상기 지지부와의 사이에 전극리드를 고정할 수 있다.
또한, 상기 혼은 상기 전극탭과 접촉되는 하면에 일정패턴으로 이루어진 상부 용접면이 형성될 수 있다.
또한, 상기 용접장치는 상기 전극탭이 상기 앤빌의 상부 용접면에 정위치 되면, 상기 상부 용접면의 외측에서 상기 전극탭을 상하로 고정하는 푸셔수단을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 공급장치는 상기 전극리드를 클램핑한 상태로, 상기 앤빌과 혼 측으로 이어진 가이드 레일을 따라 슬라이드 이동하도록 구성되는 클램핑부, 상기 가이드 레일 상에 끼워지는 메인 브라켓의 일측에 설치되고, 선단에 장착된 상기 클램핑부를 수직 방향으로 이동시키는 수직 액추에이터, 및 상기 메인 브라켓의 타측에 설치되고, 상기 메인 브라켓을, 상기 클램핑부와 함께 수평 방향으로 이동시키는 수평 액추에이터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 클램핑부는 상기 수직 액추에이터에 연결된 실린더의 작동에 의해 가까워지거나 멀어지는 방향으로 왕복 이동되면서, 상기 전극리드를 클램핑하는 한 쌍의 핑거부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수직 액추에이터는 상기 메인 브라켓에 설치된 상태로, 상기 클램핑부와 연결되고, 실린더 작동에 의해 상기 클램핑부를 수직 방향으로 슬라이드 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 수평 액추에이터는 일측 선단이 상기 가이드 레일과 인접하게 배치된 가이드 플레이트에 고정되고, 타측 선단이 상기 메인 브라켓에 연결되어 상기 클램핑부와 함께 메인 브라켓을 상기 가이드 레일을 따라 이동하도록 구성되는 리니어 가이드를 포함할 수 있다.
그리고 본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 상기한 이차전지의 초음파 용접 장치를 이용하여 이차전지를 제조하는 이차전지의 제조방법으로서, 앤빌과 혼 사이에 전극탭을 정위치시키는 제1단계, 상기 전극탭의 상부에 전극리드를 공급하는 제2단계, 상기 앤빌의 일측에 배치되는 고정부재를 통해 상기 전극리드를 고정시키는 제3단계, 및 상기 앤빌에 대하여 혼을 하강하여 초음파 용접을 진행하는 제4단계를 포함하는 이차전지의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 제1단계는 상기 전극탭이 앤빌의 하부 용접면에 정위치 되도록 안착시키는 단계, 및 상기 앤빌의 하부 용접면의 외측에서 푸셔수단을 통해 상기 전극탭의 상,하부를 가압하여 고정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2단계는 공급장치의 클램핑부의 한 쌍의 핑거부재 사이에 전극리드를 공급하는 단계, 수평 액추에이터를 통해 전극탭의 상부로 전극리드를 이동시키는 단계, 및 수직 액추에이터를 통해 상기 전극리드를 하강시켜 전극탭과 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수평 액추에이터는 리니어 가이드의 작동에 의해 가이드 레일을 따라 상기 클램핑부를 수평 방향으로 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 수직 액추에이터는 실린더의 작동에 의해 상기 클램핑부를 수직 방향으로 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 제3단계는 상기 고정부재의 이동부를 하강시켜 상기 전극리드를 고정시키는 단계일 수 있다.
또한, 상기 제4단계는 상기 앤빌의 하부 용접면과 상기 혼의 상부 용접면 사이에 개재된 상기 전극탭과 전극리드에 초음파 액추에이터의 작동에 의해 초음파를 가하여 용접 접합하는 단계일 수 있다.
또한, 상기 제4단계 이후에, 상기 전극탭과 전극리드의 일부가 파우치 외장재의 외부로 일부 노출된 상태로, 전극 조립체와 파우치 외장재를 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이차전지의 초음파 용접 시스템 및 이를 이용한 이차전지의 제조방법은 전극탭의 상부에 전극리드를 위치시켜 접합함으로써, 상기 혼으로부터 전극탭에 직접적인 초음파를 가하지 않으므로 상기 전극탭의 손상을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지의 초음파 용접 시스템 및 이를 이용한 이차전지의 제조방법은 푸셔수단을 적용함으로써, 용접 시, 상기 전극탭의 일측이 찢어지는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라, 내구성이 향상되고, 용접 강도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이차전지의 초음파 용접 시스템을 이용하여 제조된 이차전지의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이차전지의 초음파 용접 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이차전지의 초음파 용접 시스템에 적용되는 용접장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이차전지의 초음파 용접 시스템에 적용되는 공급장치의 일측 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이차전지의 초음파 용접 시스템에 적용되는 공급장치의 타측 구성도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 이차전지의 초음파 용접 시스템을 이용한 이차전지의 제조방법을 순서대로 나타낸 공정도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이차전지의 초음파 용접 시스템을 이용하여 제조된 이차전지의 구성도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 이차전지의 초음파 용접 시스템을 이용하여 제조된 이차전지는 파우치형 이차전지를 예로 들어 설명한다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(1)는 전극 조립체(3)와, 상기 전극 조립체(3)로부터 연장되는 복수매의 전극탭(5)과, 상기 전극탭(5)에 용접되어 결합된 전극리드(7)와, 상기 전극 조립체(3)를 수용하는 파우치 외장재(9)를 포함하여 구성된다.
상기 전극 조립체(3)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형, 젤리-롤형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어질 수 있다.
상기 전극탭(5)은 전극 조립체(3)의 각 극판으로부터 연장되고, 상기 전극리드(7)는 각 극판으로부터 연장된 복수매의 전극탭(5)과 용접에 의해 각각 전기적으로 연결된다.
또한, 상기 전극탭(5)과 전극리드(7)는 전기적으로 연결된 상태로, 상기 파우치 외장재(9)의 외부로 일부 노출된 형태로 결합된다.
상기 파우치 외장재(9)는 알루미늄 라미네이트 시트와 같은 연포장재로 이루어지는 것이 일반적이며, 상기 전극 조립체(3)를 수용할 수 있는 내부공간이 형성된다.
또한, 상기 전극탭(5)과 전극리드(7)를 용합할 때, 열영향부(HAZ: Heat-Affected Zone)가 양호하고 얇은 금속박의 용접에 용이한 초음파 용접 기법이 주로 사용된다.
상기 초음파 용접은 10kHz ~ 75kHz의 초음파 진동을 발생시키고, 금속 간의 초음파 진동 마찰열을 통해 금속을 용접하는 기법이다.
즉, 상기 전극탭(5)과 전극리드(7)가 서로 접촉된 상태에서 본 발명의 실시 예에 따른 용접장치(10)에 의해 초음파 진동이 가해지면, 상기 전극탭(5)과 전극리드(7) 간의 접촉면에서 마찰열이 발생하고, 이러한 마찰열로 인해 상기 전극탭(5)과 전극리드(7)가 서로 용접되는 것이다.
이를 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 이차전지의 초음파 용접 시스템은 용접장치(10)와 공급장치(100)를 포함하여 구성된다.
, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이차전지의 초음파 용접 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이차전지의 초음파 용접 시스템에 적용되는 용접장치의 구성도이다.
설명에 앞서, 통상적으로 자동차 업계에서는 차체 길이 방향을 T 방향, 차폭 방향을 L 방향, 차체의 높이 방향을 H 방향이라고 한다.
그러나 본 발명의 실시 예에서는 상기와 같은 LTH 방향을 기준방향으로 설정하지 않고, 도면을 기준으로 하여 x축과 y축을 수평 방향, z축을 수직 방향으로 설정하기로 한다.
상기와 같은 기준방향의 정의는 상대적인 의미로서, 본 시스템의 기준위치 또는 조립 부품의 기준위치 등에 따라서 그 방향이 달라질 수 있으므로, 상기한 기준방향이 본 실시 예의 기준방향으로 반드시 한정되는 것은 아니다.
도 2와 도 3을 참조하면, 상기 용접장치(10)는 앤빌(20), 혼(30), 상기 혼(30)과 연결되는 초음파 액추에이터(35), 및 푸셔수단(41)을 포함한다.
상기 앤빌(20)은 상기 전극 조립체(3)로부터 연장된 전극탭(5)이 안착되어 상기 전극탭(5)의 하부를 지지한다.
이때, 상기 전극 조립체(3)는 상기 앤빌(20)의 일측에 구성되는 안착 테이블(21)에 위치한다.
이러한 앤빌(20)은 상기 전극탭(5)과 접촉되는 상면에 일정패턴으로 이루어지는 하부 용접면(23)이 형성된다.
이때, 상기 하부 용접면(23)은 일정패턴을 가질 수 있다.
즉, 상기 하부 용접면(23)은 마찰면적을 넓히기 위해, 일정패턴으로 돌출된 면으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 앤빌(20)에는 공급되는 전극리드(7)를 클램핑하여 상기 전극탭(5)의 상부에 고정하는 고정부재가 설치된다.
상기 고정부재는 상기 하부 용접면(23)에 대응하여 설치될 수 있다.
즉, 상기 고정부재는 상기 앤빌(20)의 하부 성형면과 대응하는 위치에 지지부(27)가 형성되고, 상기 지지부(27)의 상부에 상,하 방향으로 구동하는 이동부(29)가 형성된다.
이러한 고정부재는 상기 이동부(29)가 실린더(C1)의 작동에 의해 상,하 방향으로 구동하면서 상기 지지부(27)와의 사이에 전극리드(7)를 개재하여 고정할 수 있다.
그리고 상기 혼(30)은 상기 앤빌(20)의 상부에 대응하여 프레임(31)을 통해 설치된다.
상기 혼(30)은 상,하 방향으로 이동 가능하게 형성되며, 상기 전극탭(5)과 전극리드(7)가 각각 공급되어 상호 접촉되면, 상부에 위치한 전극리드(7)를 전극탭(5) 측으로 가압하면서 초음파 용접을 수행하는 역할을 한다.
상기 혼(30)은 초음파 액추에이터(35)와 연결되어 상기 초음파 액추에이터(35)를 통해 초음파가 발생되도록 구성된다.
이러한 혼(30)은 상기 앤빌(20)과 마찬가지로, 상기 전극리드(7)와 접촉되는 하면에 일정패턴으로 이루어진 상부 용접면(33)이 형성된다.
이때, 상기 상부 용접면(33)도 일정패턴을 가질 수 있다.
즉, 상기 상부 용접면(33)은 상기 전극리드(7)와의 마찰면적을 넓히기 위해, 일정패턴으로 돌출된 면으로 이루어질 수 있다.
그리고 상기 푸셔수단(41)은 상기 안착테이블과 앤빌(20) 사이에 구성되어 상기 전극 조립체(3)로부터 연장된 전극탭(5)을 초음파 용접 시, 마찰 등에 의해 찢어지지 않도록 고정하는 역할을 한다.
상기 푸셔수단(41)은 상호 멀어지거나 가까워지는 방향으로 구동하는 한 쌍의 푸셔단(41)을 포함하며, 상기 푸셔단(41)은 양측의 실린더(C2)에 의해 상,하 방향으로 구동하도록 구성될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 용접장치(10)의 인접한 위치에, 상기 용접장치(10)로 전극리드(7)를 공급하는 공급장치(100)가 구성된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이차전지의 초음파 용접 시스템에 적용되는 공급장치의 일측 구성도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이차전지의 초음파 용접 시스템에 적용되는 공급장치의 타측 구성도이다.
도 4와 도 5를 참조하면, 상기 공급장치(100)는 클램핑부(110), 수직 액추에이터(120), 및 수평 액추에이터(130)를 포함한다.
먼저, 상기 공급장치(100)는 가이드 레일(101)을 따라 수평 방향으로 이동하도록 구성된다.
이때, 상기 가이드 레일(101)은 선단이 상기 용접장치(10)의 측으로 이어지도록 배치된다.
이러한 가이드 레일(101) 상에 메인 브라켓(103)이 끼워져 상기 가이드 레일(101)을 따라 수평 방향으로 슬라이드 이동 가능하도록 구성된다.
상기 클램핑부(110)는 상기 메인 브라켓(103)의 선단부, 즉, 상기 용접장치(10) 측의 진행방향 선단부에 구성된다.
상기 클램핑부(110)는 전극리드(7)를 클램핑하여 상기 용접장치(10)로 공급하는데, 실린더(C3)의 작동에 의해 한 쌍의 핑거부재(111)가 서로 가까워지거나 멀어지는 방향으로 왕복 이동하면서 상기 전극리드(7)를 클램핑하도록 구성될 수 있다.
즉, 상기 실린더의 구동축에 한 쌍의 핑거부재(111)가 연결되어 상기 전극리드(7)를 클램핑 또는 언클램핑하도록 구성된다.
이때, 상기 실린더는 상기 메인 브라켓(103)에 설치된 수직 액추에이터(120)에 연결 브라켓(121)을 통해 장착된다.
또한, 상기 수직 액추에이터(120)는 상기 메인 브라켓(103)의 일측에 장착되고, 상기 연결 브라켓(121)을, 상기 클램핑부(110)와 함께, 수직 방향으로 이동시키도록 구성된다.
예를 들어, 상기 수직 액추에이터(120)는 에어 실린더일 수 있다.
그리고 상기 메인 브라켓(103)의 타측에는 수평 액추에이터(130)가 연결되는데, 상기 수평 액추에이터(130)는 상기 메인 브라켓(103)을 상기 가이드 레일(101)을 따라 수평 방향으로 이동시키도록 구성된다.
좀더 상세하게, 상기 수평 액추에이터(130)는 일측 선단이 상기 가이드 레일(101)과 인접하게 배치된 가이드 플레이트(131)에 고정되고, 타측 선단이 상기 메인 브라켓(103)에 연결된다.
예를 들어, 상기 수평 액추에이터(130)는 리니어 가이드를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 공급장치(100)는 가이드 레일(101) 상에 메인 브라켓(103)이 끼워지고, 상기 메인 브라켓(103)의 일측에 수직 액추에이터(120)가 장착된 상태로, 타측에 수평 액추에이터(130)가 장착되며, 상기 수직 액추에이터(120)에 연결 브라켓(121)을 통해 클램핑부(110)가 장착되는 구조로 이루어진다.
이러한 이차전지의 초음파 용접 시스템을 이용하여 이차전지를 제조하는 방법은 다음과 같다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 이차전지의 초음파 용접 시스템을 이용한 이차전지의 제조방법을 순서대로 나타낸 공정도이다.
도 6을 참조하면, 앤빌(20)과 혼(30) 사이에 전극탭(5)을 정위치시킨다.
상기 전극 조립체(3)가 안착 테이블(21)에 안착된 상태로 상기 전극탭(5)이 앤빌(20)의 하부 용접면(23)에 정위치된다.
이때, 상기 전극탭(5)이 초음파 용접 시, 찢어지지 않도록 하기 위해 상기 하부 용접면(23)으로부터 일정거리 떨어진 위치에서 푸셔수단(41)을 통해 상기 전극탭(5)을 상,하부에서 가압한다.
도 7을 참조하면, 상기 전극탭(5)의 상부에 전극리드(7)를 공급하기 위하여, 먼저, 클램핑부(110)의 한 쌍의 핑거부재(111) 사이에 전극리드(7)를 공급한다.
수평 액추에이터(130)를 통해 상기 전극탭(5)의 상부로 전극리드(7)를 클램핑한 클램핑부(110)를 이동시킨다.
이어서 수직 액추에이터(120)를 통해 상기 클램핑부(110)를 하강시켜 상기 전극탭(5)과 전극리드(7)를 접촉시킨다.
도 8을 참조하면, 상기 앤빌(20)의 일측에 배치되는 고정부재의 이동부(29)를 하강시켜 상기 전극리드(7)를 움직이지 않도록 고정시킨다.
도 9를 참조하면, 상기 혼(30)이 하강 작동하고, 상기 앤빌(20)의 하부 용접면(23)과 상기 혼(30)의 상부 용접면(33) 사이에 개재된 전극탭(5)과 전극리드(7)에 초음파 액추에이터(35)의 작동에 의해 초음파를 가하여 상호 용접 접합한다.
마지막으로, 전극 조립체(3)와 파우치 외장재(9)를 결합하는데, 상호 용접된 상기 전극탭(5)과 전극리드(7)의 일부가 상기 파우치 외장재(9)의 외부로 노출된 상태로, 상호 결합한다.
따라서, 본 발명의 이차전지의 초음파 용접 시스템 및 이를 이용한 이차전지의 제조방법은 전극탭(5)의 상부에 전극리드(7)를 위치시켜 접합함으로써, 상기 혼(30)으로부터 전극탭(5)에 직접적인 초음파를 가하지 않으므로 상기 전극탭(5)의 손상을 최소화할 수 있다.
더불어, 본 발명의 이차전지의 초음파 용접 시스템 및 이를 이용한 이차전지의 제조방법은 푸셔수단(41)을 적용함으로써, 용접 시, 상기 전극탭(5)의 일측이 찢어지는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라, 내구성이 향상되고, 용접 강도를 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 이차전지 3: 전극 조립체
5: 전극탭 7: 전극리드
9: 파우치 외장재 10: 용접장치
20: 앤빌 21: 안착 테이블
23: 하부 용접면 25: 고정부재
27: 지지부 29: 이동부
30: 혼 31: 프레임
33: 상부 용접면 35: 초음파 액추에이터
40: 푸셔수단 41: 푸셔단
100: 공급장치 101: 가이드 레일
103: 메인 브라켓 110: 클램핑부
111: 핑거부재 120: 수직 액추에이터
121: 연결 브라켓 130: 수평 액추에이터
131: 가이드 플레이트

Claims (19)

  1. 이차 전지의 전극 조립체로부터 연장되는 전극탭과, 전극리드를 상호 용접 접합하기 위한 이차전지의 초음파 용접 시스템으로서,
    앤빌과 혼 사이에 공급되는 상기 전극탭과 전극리드를 상호 압착하여 초음파 용접을 통해 용접접합을 수행하는 용접장치; 및
    상기 앤빌과 혼 사이에 상기 전극리드를 공급하도록 수직 또는 수평 방향으로 이동 가능하게 구성되는 공급장치;
    를 포함하는 이차전지의 초음파 용접 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용접장치는
    상기 전극탭이 안착되어 상기 전극탭의 하부를 지지하는 앤빌; 및
    상기 앤빌의 상부에 대응하여 배치되고, 상기 전극탭의 상부로 공급되는 상기 전극리드를 상기 전극탭 측으로 가압하며 초음파 용접을 수행하는 혼;
    을 포함하는 이차전지의 초음파 용접 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 앤빌은
    상기 전극탭과 접촉되는 상면에 일정패턴으로 이루어진 하부 용접면이 형성되는 이차전지의 초음파 용접 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 앤빌에는
    상기 공급장치로부터 공급되는 상기 전극리드를 클램핑하여 상기 전극탭의 상부에 고정하는 고정부재가 상기 하부 용접면에 대응하는 일측에 장착되는 이차전지의 초음파 용접 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고정부재는
    상기 앤빌의 하부 성형면과 대응하는 위치에 지지부가 형성되고, 상기 지지부의 상부에 실린더의 작동에 의해 상,하 방향으로 구동하는 이동부가 구성되며, 상기 이동부의 작동에 의해 상기 지지부와의 사이에 전극리드를 고정하는 이차전지의 초음파 용접 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 혼은
    상기 전극탭과 접촉되는 하면에 일정패턴으로 이루어진 상부 용접면이 형성되는 이차전지의 초음파 용접 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 용접장치는
    상기 전극탭이 상기 앤빌의 하부 용접면에 정위치 되면, 상기 하부 용접면의 외측에서 상기 전극탭을 상하로 고정하는 푸셔수단을 더 포함하는 이차전지의 초음파 용접 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 공급장치는
    상기 전극리드를 클램핑한 상태로, 상기 앤빌과 혼 측으로 이어진 가이드 레일을 따라 슬라이드 이동하도록 구성되는 클램핑부;
    상기 가이드 레일 상에 끼워지는 메인 브라켓의 일측에 설치되고, 선단에 장착된 상기 클램핑부를 수직 방향으로 이동시키는 수직 액추에이터; 및
    상기 메인 브라켓의 타측에 설치되고, 상기 메인 브라켓을, 상기 클램핑부와 함께 수평 방향으로 이동시키는 수평 액추에이터;
    를 포함하는 이차전지의 초음파 용접 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 클램핑부는
    상기 수직 액추에이터에 연결된 실린더의 작동에 의해 가까워지거나 멀어지는 방향으로 왕복 이동되면서, 상기 전극리드를 클램핑하는 한 쌍의 핑거부재를 포함하는 이차전지의 초음파 용접 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 수직 액추에이터는
    상기 메인 브라켓에 설치된 상태로, 상기 클램핑부와 연결되고, 실린더 작동에 의해 상기 클램핑부를 수직 방향으로 슬라이드 이동시키는 이차전지의 초음파 용접 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 수평 액추에이터는
    일측 선단이 상기 가이드 레일과 인접하게 배치된 가이드 플레이트에 고정되고, 타측 선단이 상기 메인 브라켓에 연결되어 상기 클램핑부와 함께 메인 브라켓을 상기 가이드 레일을 따라 이동하도록 구성되는 리니어 가이드를 포함하는 이차전지의 초음파 용접 시스템.
  12. 청구항 제1항 내지 제11항에 기재된 이차전지의 초음파 용접 시스템을 이용하여 이차전지를 제조하는 이차전지의 제조방법으로서,
    앤빌과 혼 사이에 전극탭을 정위치시키는 제1단계;
    상기 전극탭의 상부에 전극리드를 공급하는 제2단계;
    상기 앤빌의 일측에 배치되는 고정부재를 통해 상기 전극리드를 고정시키는 제3단계; 및
    상기 앤빌에 대하여 혼을 하강하여 초음파 용접을 진행하는 제4단계;
    를 포함하는 이차전지의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1단계는
    상기 전극탭이 앤빌의 하부 용접면에 정위치 되도록 안착시키는 단계; 및
    상기 하부 용접면의 외측에서 푸셔수단을 통해 상기 전극탭의 상,하부를 가압하여 고정하는 단계;
    를 포함하는 이차전지의 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2단계는
    공급장치의 클램핑부의 한 쌍의 핑거부재 사이에 전극리드를 공급하는 단계;
    수평 액추에이터를 통해 전극탭의 상부로 전극리드를 이동시키는 단계; 및
    수직 액추에이터를 통해 상기 전극리드를 하강시켜 전극탭과 접촉시키는 단계;
    를 포함하는 이차전지의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 수평 액추에이터는
    리니어 가이드의 작동에 의해 가이드 레일을 따라 상기 클램핑부를 수평 방향으로 이동시키는 이차전지의 제조방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 수직 액추에이터는
    실린더의 작동에 의해 상기 클램핑부를 수직 방향으로 이동시키는 이차전지의 제조방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제3단계는
    상기 고정부재의 이동부를 하강시켜 상기 전극리드를 고정시키는 단계인 이차전지의 제조방법.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 제4단계는
    상기 앤빌의 하부 용접면과 상기 혼의 상부 용접면 사이에 개재된 상기 전극탭과 전극리드에 초음파 액추에이터의 작동에 의해 초음파를 가하여 용접 접합하는 단계인 이차전지의 제조방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 제4단계 이후에, 상기 전극탭과 전극리드의 일부가 파우치 외장재의 외부로 일부 노출된 상태로, 전극 조립체와 파우치 외장재를 결합하는 단계를 더 포함하는 이차전지의 제조방법.
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