KR20220100422A - 용접장치, 이를 이용한 용접방법 및 상기 용접방법에 의해 제조된 전극조립체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 복수의 양극들과 복수의 음극들 사이에 분리막이 개재되도록 적층된 전극조립체, 상기 전극조립체에서 돌출된 전극 탭들의 인장력을 낮추기 위한 회전형 가이드, 상기 전극 탭들을 상부에 배치하는 앤빌, 및 상기 앤빌 상에 배치된 전극 탭들에 초음파를 인가하는 혼을 포함하는 전극조립체 제조용 용접장치, 이를 이용한 용접방법 및 상기 용접방법에 의해 제조된 전극조립체에 대한 것이다.
Description
본원발명은 용접장치, 이를 이용한 용접방법 및 상기 용접방법에 의해 제조된 전극조립체에 대한 것이다. 구체적으로, 스택형 전극조립체에서 전극 탭들에 가해지는 인장력이 낮아지도록 상기 전극 탭들을 정렬하고, 상기 전극 탭들을 용접하기 위한 용접장치, 이를 이용한 용접방법 및 상기 용접방법에 의해 제조된 전극조립체에 대한 것이다.
화석연료의 사용에 따라 환경 오염 문제가 가속화되는 것을 방지하기 위하여, 에너지원을 원자력, 태양광, 수력, 풍력 등으로 대체하기 위한 연구가 집중적으로 진행되고 있다.
화석연료를 대체할 수 있는 에너지원으로 이차전지가 제시되고 있는 바, 상기 이차전지는 지속적인 충방전으로 반복 사용이 가능하며 이산화탄소 배출량을 크게 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 태양광, 수력, 풍력 등으로 생산된 유휴 전력을 저장하고, 과부하시에는 저장된 에너지를 사용할 수 있는 에너지 저장 시스템(EES)에도 상기 이차전지를 전력 저장 수단으로 사용함으로써, 전력 운영을 최적화할 수 있다.
상기 이차전지 가운데, 리튬 이차전지는 무게가 가볍고, 에너지 밀도가 높으며 고출력의 에너지원으로 사용할 수 있기 때문에, 이에 대한 수요가 증가하고 있다.
상기 리튬 이차전지는 양극에서 이동한 리튬 이온이 음극에 가역적으로 삽입 및 탈리되는 과정에서 충전과 방전이 이루어지며, 상기 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되도록 적층되어 전극조립체를 구성하게 된다.
상기 전극조립체는 전해질과 함께 전지케이스에 수용되어 리튬 이차전지를 구성하는 바, 상기 전지케이스의 형태에 따라 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지셀, 금속 소재의 각형 또는 원통형 전지케이스를 포함하는 각형 전지셀 또는 원통형 전지셀로 구분될 수 있다. 이들 가운데, 파우치형 전지셀은 형태 변형이 자유롭고 에너지 밀도가 높은 특징으로 인해 다양한 디바이스의 에너지원으로 활용되고 있다.
상기 전극조립체는 하나 이상의 양극과 하나 이상의 음극 사이에 분리막이 개재되어 적층된 형태로 이루어질 수 있고, 상기 양극과 음극은 외측으로 돌출된 양극 탭 및 음극 탭을 포함한다.
이와 같이 돌출된 전극 탭들을 용접하는 과정을 프리 웰딩(pre-welding)이라 하는데, 상기 프리 웰딩 과정을 통해 전극 탭 다발이 형성되며, 상기 전극 탭 다발에 전극 리드를 결합하여 전극 단자로 사용할 수 있다.
상기 전극 탭 다발을 구성하기 위해 전극 탭들을 정렬하는 과정에서, 상기 전극 탭들이 팽팽하게 당겨진 상태에서 용접이 이루어지는 경우에는, 상기 전극 탭에 작은 충격이 인가되더라도 전극 탭이 쉽게 파단될 수 있다.
따라서, 상기 전극 탭들의 안전성을 향상시키기 위한 기술 개발을 위해 다양한 시도가 이루어지고 있다.
이와 관련하여, 특허문헌 1은 전극 탭들을 모아 용접하는 프리 웰딩 공정 전에, 상기 전극 탭들이 용접되는 부분에서 전극조립체 측에 한 쌍의 로드를 위치시키고, 상기 한 쌍의 로드를 상호 마주 보는 방향으로 이동시켜 상기 전극 탭들의 양측에 밀착시키는 로드 공정을 포함하는 전극조립체 제조방법을 개시한다. 그러나, 특허문헌 1은 프리 웰딩 공정의 용접시 발생되는 분진이 전극조립체로 이동하는 것을 방지하기 위한 목적으로 한 쌍의 로드를 사용하고 있다
또한 특허문헌 1의 로드 공정에서 전극 탭들이 연신되는 방향으로 인장력이 인가될 수 있으므로, 전극 탭들의 안전성이 저해될 수 있다.
특허문헌 2는 전극 탭들이 형성된 전극판들을 구비하는 전극조립체를 준비하고, 상기 전극조립체의 단부로부터 이격 거리가 전극조립체 두께의 1/5 이내인 지점에서 전극 탭들을 가이드 지그에 의해 상하 방향으로 압착시키는 과정, 상기 가이드 지그에 의해 압착된 전극 탭들에서, 상기 가이드 지그가 위치하는 부위와 인접한 부분에 용접부를 형성하도록 프리 웰딩하는 과정 등을 포함하는 전지셀 제조방법을 개시한다.
특허문헌 2는 프리 웰딩 전 단계에서, 가이드 지그를 이용하여 전극 탭들을 압착시키는 과정을 포함하고 있으나, 상기 과정은 전극 탭들 용접부의 사공간을 효과적으로 감소시키기 위한 것으로, 전극 탭들의 손상을 방지할 수 있는 과정을 개시하지는 못하고 있다.
이에, 전극 탭 다발을 형성하기 위한 프리 웰딩 과정에서 전극 탭들에 가해지는 인장력을 완화시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 전극 탭들이 용접되어 전극 탭 다발을 형성한 전극조립체에서, 상기 전극 탭들이 느슨한 상태가 되도록 변형함으로써 용접부까지 연장된 전극 탭들의 길이를 증가시킨 상태로 용접부를 형성할 수 있는 용접장치, 이를 이용한 용접방법 및 상기 용접방법에 의해 제조된 전극조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원발명은, 전극조립체 제조용 용접장치로서, 복수의 양극들과 복수의 음극들 사이에 분리막이 개재되도록 적층된 전극조립체, 상기 전극조립체에서 돌출된 전극 탭들의 인장력을 낮추기 위한 회전형 가이드, 상기 전극 탭들을 상부에 배치하는 앤빌, 및 상기 앤빌 상에 배치된 전극 탭들에 초음파를 인가하는 혼을 포함할 수 있다.
상기 회전형 가이드는, 상기 전극 탭들의 상부에 위치하는 제1회전형 가이드, 및 상기 전극 탭들의 하부에 위치하는 제2회전형 가이드를 포함하고, 상기 제1회전형 가이드와 제2회전형 가이드는 서로 가까워지거나, 서로 멀어지도록 이동하는 형태로 이루어질 수 있다.
상기 제1회전형 가이드와 제2회전형 가이드는 롤러 형태로 이루어진 회전부를 포함하고, 상기 회전부의 회전축은 상기 전극 탭의 폭과 평행한 형태일 수 있다.
상기 제1회전형 가이드와 제2회전형 가이드는 상기 회전부가 일측 끝단에 결합된 본체부를 더 포함할 수 있다.
상기 본체부는 절곡부를 포함하고, 상기 절곡부를 기준으로 상기 본체부가 절곡된 상태이거나, 또는 상기 절곡부에 있는 회전 축을 기준으로 회전이 가능한 형태일 수 있다.
상기 전극 탭들을 전극조립체 방향으로 밀어줄 수 있도록, 상기 제1회전형 가이드의 회전부와 제2회전형 가이드의 회전부는 서로 반대 방향으로 회전할 수 있다.
상기 회전부의 회전력은 자기장에 의한 척력에 의해 부여될 수 있다.
상기 회전형 가이드에 의해 상기 전극 탭들이 정렬된 상태에서 상기 혼에 초음파가 인가될 수 있다.
본 발명은, 또한, 상기 용접장치를 이용한 용접방법을 제공한다. 구체적으로, 상기 용접방법은, (a) 전극조립체를 준비하는 단계, (b) 회전형 가이드가 전극 탭들을 밀착시키면서 상기 전극조립체 방향으로 밀어주는 단계, (c) 상기 전극 탭들에서 용접부 외측 부분을 제거하는 단계, 및 (d) 상기 전극 탭들의 용접부를 혼과 엔빌 사이에 배치하고 용접하는 단계를 포함하고, 상기 회전형 가이드는 상기 전극 탭들의 상부에 위치하는 제1회전형 가이드, 및 상기 전극 탭들의 하부에 위치하는 제2회전형 가이드를 포함할 수 있다.
상기 단계(b)는, 상기 제1회전형 가이드와 상기 제2회전형 가이드가 서로 가까워지도록 이동한 상태에서 상기 전극 탭들을 상기 전극조립체 방향으로 밀어주는 과정으로 진행될 수 있다.
상기 단계(b)는, 상기 제1회전형 가이드와 상기 제2회전형 가이드가 서로 가까워지도록 이동하면서 상기 전극 탭들을 상기 전극조립체 방향으로 밀어주는 과정으로 진행될 수 있다.
상기 전극 탭들을 전극조립체 방향으로 밀어줄 수 있도록, 상기 제1회전형 가이드의 회전부와 제2회전형 가이드의 회전부는 서로 반대 방향으로 회전할 수 있다.
상기 단계(b)를 통해, 상기 전극 탭들이 느슨한 상태로 정렬이 될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 용접방법에 의해 제조된 전극조립체를 제공한다.
구체적으로, 상기 전극조립체는 복수의 양극들과 복수의 음극들 사이에 분리막이 개재되도록 적층되어 있고, 상기 복수의 양극들과 복수의 음극들은 외측으로 돌출된 전극 탭들을 포함하며, 각각의 전극 탭은 전극판과 연결되는 제1지점, 및 용접부가 시작되는 제2지점을 포함하고, 상기 전극 탭의 상기 제1지점에서 상기 제2지점까지의 길이는, 상기 제1지점에서 상기 제2지점을 연결한 최단 길이 보다 긴 형태일 수 있다.
본원발명은 또한, 상기 과제의 해결 수단을 다양하게 조합한 형태로도 제공이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원발명은 회전형 가이드를 사용하여 전극 탭들을 정렬하기 때문에, 전극 탭들의 인장력이 낮은 상태로 프리 웰딩을 진행할 수 있다.
상기 회전형 가이드에 의해 전극 탭이 느슨한 상태로 프리 웰딩이 진행되기 때문에, 충방전에 의해 전극조립체의 두께 변화가 있더라도 전극 탭들이 팽팽한 상태가 되는 것을 방지 또는 지연시킬 수 있다.
또한, 전극 탭들에 외력이 인가하여 전극 탭들이 변형되더라도, 상기 전극 탭들이 파단되기까지 필요한 길이를 추가로 확보하는 효과가 있다.
이와 같이, 전극에서 연장된 전극 탭들의 용접부까지의 길이를 증가시킬 수 있는 바, 전극 탭들이 파단되어 단선이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본원발명에 따른 전극조립체, 용접장치의 측면도이다.
도 2는 제1실시예에 따른 회전형 가이드의 사시도이다.
도 3은 제2실시예에 따른 회전형 가이드의 사시도이다.
도 4는 제3실시예에 따른 회전형 가이드의 사시도이다.
도 5는 제4실시예에 따른 회전형 가이드의 사시도이다.
도 6은 본원발명에 따른 용접방법의 순서를 나타내고 있다.
도 7은 회전형 가이드들이 가까워지도록 이동한 상태에서 전극 탭들을 전극조립체 방향으로 밀어주는 과정을 나타내는 측면도이다.
도 8은 회전형 가이드들이 가까워지도록 이동하면서 전극 탭들을 전극조립체 방향으로 밀어주는 과정을 나타내는 측면도이다.
도 2는 제1실시예에 따른 회전형 가이드의 사시도이다.
도 3은 제2실시예에 따른 회전형 가이드의 사시도이다.
도 4는 제3실시예에 따른 회전형 가이드의 사시도이다.
도 5는 제4실시예에 따른 회전형 가이드의 사시도이다.
도 6은 본원발명에 따른 용접방법의 순서를 나타내고 있다.
도 7은 회전형 가이드들이 가까워지도록 이동한 상태에서 전극 탭들을 전극조립체 방향으로 밀어주는 과정을 나타내는 측면도이다.
도 8은 회전형 가이드들이 가까워지도록 이동하면서 전극 탭들을 전극조립체 방향으로 밀어주는 과정을 나타내는 측면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명에 대한 설명으로 한정되지 않는다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.
본원발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 1은 본원발명에 따른 전극조립체, 용접장치의 측면도이다.
도 1을 참조하면, 본원발명에 따른 용접장치는, 전극조립체 제조용 용접장치로서 복수의 전극 탭들이 두께 방향으로 중첩되도록 배치하여 상기 전극 탭들이 하나의 전극 탭 다발이 되도록 용접하기 위해 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 용접장치는, 복수의 양극(110)들과 복수의 음극(120)들 사이에 분리막(130)이 개재되도록 적층된 전극조립체(100), 전극조립체(100)에서 돌출된 양극 탭(111)들과 음극 탭들의 인장력을 낮추기 위한 회전형 가이드, 전극 탭들을 상부에 배치하는 앤빌(310), 및 앤빌(310) 상에 배치된 전극 탭들에 초음파를 인가하는 혼(320)을 포함할 수 있다.
상기 회전형 가이드는, 상기 전극 탭들의 상부에 위치하는 제1회전형 가이드(210), 및 상기 전극 탭들의 하부에 위치하는 제2회전형 가이드(220)를 포함하고, 제1회전형 가이드(210)와 제2회전형 가이드(220)는 각각 상하 방향으로 이동할 수 있는 형태이다. 따라서, 서로 가까워지거나, 서로 멀어지도록 이동할 수 있다.
제1회전형 가이드(210)와 제2회전형 가이드(220)가 전극 탭을 향해 이동하여 서로 간의 간격이 가장 작은 상태에서, 전극 탭들을 전극조립체 방향으로 밀어주는 방향으로 회전하는 바, 제1회전형 가이드(210)와 제2회전형 가이드(220)는 서로 반대 방향으로 회전한다.
구체적으로, 도 1과 같이, 전극조립체가 좌측에 위치하고 전극 탭들이 우측에 위치하는 경우에는, 제1회전형 가이드(210)는 시계 방향으로 회전하고, 제2회전형 가이드(220)는 반시계 방향으로 회전하면서 전극 탭들을 전극조립체 방향으로 밀어준다.
또는, 전극조립체가 우측에 위치하고 전극 탭들이 좌측에 위치하는 경우에는, 제1회전형 가이드(210)는 반시계 방향으로 회전하고, 제2회전형 가이드(220)는 시계 방향으로 회전하면서 전극 탭들을 전극조립체 방향으로 밀어준다.
전극 탭들을 전극조립체 방향으로 밀어주면 전극 탭이 느슨한 상태가 되는 바, 이와 같이 회전형 가이드에 의해 전극 탭들이 정렬된 상태에서, 혼과 앤빌 사이에 전극 탭들을 배치하고, 혼에 초음파가 인가되면서 프리 웰딩이 진행될 수 있다.
양극(110)은 일측 방향으로 양극 탭(111)들이 돌출되어 있고, 음극(120)은 양극 탭(111)과 반대 방향으로 음극 탭들이 돌출되거나, 또는 양극 탭과 동일한 방향으로 돌출된 형태일 수 있으나, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 음극 탭을 생략하였다.
음극 탭들의 정렬과 회전형 가이드를 이용한 음극 탭의 길이 확보 및 용접에 대한 설명은 본 명세서에 기재된 양극 탭들에 대한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.
양극 탭(111)들은 복수의 양극에서 동일한 위치에 형성되는 바, 두께 방향으로 중첩되도록 정렬될 수 있다. 중첩된 양극 탭(111)들이 양극리드와 결합하기 전에, 양극 탭들을 결합하여 양극 탭 다발을 만드는 프리 웰딩(pre-welding) 과정을 거친다.
도 1에 도시된 전극조립체의 경우, 상기 프리 웰딩을 위한 용접부(140)가 전극조립체(100)의 높이 방향(h) 중심부에서 1개만 형성되기 때문에, 최상단 및 최하단에 위치한 전극의 전극 탭은 용접부(140)까지의 거리가 가장 길어진다. 또한, 이들 최외각 전극 탭들이 팽팽한 상태에서 프리 웰딩이 진행되는 경우에는 파단이 쉽게 일어날 수 있는 문제가 있다.
또한, 충방전이 진행됨에 따라 전극조립체(100)가 팽창되는 과정에서 최외각에 있는 전극 탭들은 용접부(140)까지의 거리가 멀어지면서 더욱 팽팽해질 수 있는 바, 상기 최외각 전극 탭들은 손상 위험이 높은 상태에 있다.
또는, 전지셀의 사용 과정에서 전극 탭 다발과 전극리드 결합부가 전극조립체의 전극들과 멀어지는 방향으로 이동하는 경우에는, 전체 전극 탭들이 팽팽해지는 상태가 되면서 파단의 위험이 증가할 수 있다.
본 발명에 따른 전극 탭 다발에서 용접부의 위치는, 도 1에 도시된 전극조립체와 같이 전극조립체의 높이 방향 중심부에 용접부가 형성되는 경우뿐만 아니라, 전극조립체의 높이 방향 상단 또는 하단에서 용접부가 형성되거나, 전극 탭 다발이 2개 이상 형성되는 경우도 포함한다.
구체적으로, 전극조립체의 높이 방향 상단에 용접부가 형성되는 경우에는 전극조립체의 상단에서 하단으로 갈수록 전극 탭의 길이가 길어질 수 있고, 전극조립체의 높이 방향 하단에 용접부가 형성되는 경우에는 전극조립체의 상단에서 하단으로 갈수록 전극 탭의 길이가 짧아질 수 있다. 그러나, 전극 탭의 길이와 상관없이 전극조립체의 최상부와 최하단에 위치하는 전극 탭들의 인장력이 가장 크게 증가할 수 있고, 길이가 짧은 전극 탭은 길이가 긴 전극 탭 보다 인장력이 더 크게 작용할 수 있다.
이에, 본원발명은 회전형 가이드를 사용하여, 전극 탭들이 중첩되도록 배치한 상태에서, 전극 탭과 전극판이 연결되는 전극 탭의 제1지점(115)과 용접부(140)가 시작되는 전극 탭의 제2지점(116)이 느슨한 상태가 되도록 정렬을 한 후, 프리 웰딩을 진행하는 용접장치 및 용접방법을 제시하고 있다.
이와 같은 용접장치 및 용접방법을 이용하여 제조된 전극조립체에서, 전극 탭의 제1지점(115)에서 제2지점(116)까지의 길이는, 제1지점(115)에서 제2지점(116)을 연결한 최단 길이 보다 긴 형태가 될 수 있다.
도 2는 제1실시예에 따른 회전형 가이드의 사시도를 도시하고 있다.
도 2를 참조하면, 제1회전형 가이드(210)와 제2회전형 가이드(220)는 사이에 전극 탭이 개재된 상태로 배치하고 있다. 도 2는 설명의 편의를 위해 1개의 양극(110) 및 양극 탭(111)을 도시하고 있으나, 도 1에 도시한 바와 같이 전극조립체에서 돌출된 복수의 전극 탭들을 사이에 개재한 상태로 제1회전형 가이드(210)와 제2회전형 가이드(220)가 배치되는 형태를 대신할 수 있다.
제1회전형 가이드(210)와 제2회전형 가이드(220)는 롤러 형태로 이루어진 회전부를 포함하고, 상기 회전부의 회전축(230)은 전극 탭(111)의 폭(W)과 평행하게 배치된다.
제1회전형 가이드(210)는 시계 방향으로 회전하고, 제2회전형 가이드(220)는 반시계 방향으로 회전하면서 양극 탭(111)을 양극(110) 방향으로 밀어준다.
도 3은 제2실시예에 따른 회전형 가이드의 사시도를 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 제1회전형 가이드(410)와 제2회전형 가이드(410)는 서로 가까워지거나 서로 멀어지도록 개별적으로 상하 방향으로 이동 가능한 형태이며, 전극 탭을 전극 방향으로 밀어주는 회전부(411, 421)가 본체부(412, 422)에 결합된 형태이다.
즉, 제1회전형 가이드(410)와 제2회전형 가이드(410)가 상하 방향으로 이동할 수 있도록, 본체부(412, 422)에 구동부가 부가될 수 있고, 본체부(412, 422)의 일측 끝단으로서 전극 탭들과 접촉하는 방향에 회전부(411, 421)가 결합된다.
도 3과 같이 대략 직육면체 형태의 본체부에 회전부가 결합된 형태는, 회전부를 전극 탭 방향으로 더 강하게 밀어준 상태에서, 회전부를 회전시킬 수 있다.
도 4는 제3실시예에 따른 회전형 가이드의 사시도를 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 회전형 가이드는 제1회전형 가이드(510)와 제2회전형 가이드(520)를 포함한다.
제1회전형 가이드(510)와 제2회전형 가이드(520)는 본체부(512, 522)와 회전부(511, 521)를 포함하는 형태이며, 본체부(512, 522)가 절곡가능한 형태이다.
구체적으로, 제1회전형 가이드(510)와 제2회전형 가이드(520)가 전극 탭 다발을 향해 서로 가까워지도록 이동할 때는, 본체부(512, 522)가 측면 상 직선 형태일 수 있고, 본체부(512, 522)가 전극 탭 다발과 접촉한 후에는 절곡부(513, 523)에 있는 회전 축을 기준으로 회전부(511, 521)를 포함하는 본체부(512a, 522a)가 화살표 방향으로 회전할 수 있다.
이와 같이, 회전부는 전극 탭들을 가압하면서 전극 탭이 느슨해지도록 변형시키는 바, 전극 탭들을 용접부와 반대 방향으로 밀어주면서 전극 탭의 제1지점과 전극 탭의 제2지점 간의 길이를 더 길게 확보할 수 있다.
또한, 본체부가 절곡가능한 형태인 경우에는, 전극조립체의 높이 방향에서 용접부가 형성되는 위치에 따라 제1회전형 가이드와 제2회전형 가이드의 회전 각도와 회전 속도를 개별적으로 제어할 수 있고, 특정한 형태의 전극조립체로 사용 대상이 한정되지 않을 수 있다.
또한, 회전부의 회전 운동뿐만 아니라, 전극 탭 다발과 접촉한 후 본체부의 회전에 의해서도 전극 탭들을 전극 방향으로 밀어낼 수 있는 바, 전극 탭들을 느슨해진 상태로 변형시키는 데에 시너지 효과를 기대할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 회전형 가이드는 전극 탭 다발에 접촉하는 부분에서 회전 운동이 일어나지 않는 형태로서, 본체부에 절곡부가 형성되고, 상기 절곡부에 있는 회전 축을 기준으로 회전이 가능한 형태일 수 있다.
구체적으로, 상기 회전형 가이드는 제1회전형 가이드와 제2회전형 가이드를 포함하고, 측면 상 직선형 상태인 제1회전형 가이드와 제2회전형 가이드가 서로 가까워지는 방향으로 전극 탭 다발을 향해 이동하고, 전극 탭 다발과 접촉한 상기 제1회전형 가이드와 제2회전형 가이드의 본체부 일부는 절곡부에 있는 회전 축을 기준으로 전극조립체 방향으로 회전하면서 전극 탭 다발을 전극조립체 방향으로 밀어줄 수 있다.
도 4에 도시된 회전형 가이드에서, 회전부를 포함하는 본체부(512a, 522a)의 회전력은 자기장에 의한 척력에 의해 부여될 수 있는 바, 제1회전형 가이드에서 회전부(511)가 결합된 본체부(512a)와 제2회전형 가이드에서 회전부(521)가 결합된 본체부(522a)에 서로 동일한 극성의 자기장이 형성되어 되고, 이들 사이에 발생하는 척력에 의해 각각 시계 방향과 반시계 방향으로 회전이 이루어질 수 있다.
추가적으로, 제3실시예에 따른 회전형 가이드에서, 회전부가 결합된 본체부(512a, 522a)가 본체부(512b, 522b)를 기준으로 좌측인 +각도로 회전할 뿐 아니라, 우측인 -각도로 회전할 수 있다.
따라서, 본체부(512a, 522a)가 -각도로 회전한 상태에서 전극 탭 다발에 회전부(511, 521)가 접촉하면, 본체부(512a, 522a)가 +각도로 회전하고 회전부(511)는 시계 방향으로 회전부(521)는 반시계 방향으로 회전하게 되는 바, 전극 탭들을 전극조립체 방향으로 밀 수 있다.
도 5는 제4실시예에 따른 회전형 가이드의 사시도를 도시하고 있다.
도 5를 참조하면, 회전형 가이드는 제1회전형 가이드(610)와 제2회전형 가이드(620)를 포함한다.
제1회전형 가이드(610)와 제2회전형 가이드(620)는 본체부(612, 622)와 회전부(611, 621)를 포함하는 형태이며, 본체부(612, 622)는 절곡부(613, 623)를 포함한다.
본체부(612, 622)는 절곡부(613, 623)에서 절곡된 내각(r)이 90도 보다 작은 각도로 절곡된 상태이다. 제1회전형 가이드(610)와 제2회전형 가이드(620)가 전극 탭이 연장된 전극조립체와 용접부 사이에 배치되는 바, 절곡부에서 절곡된 본체부 및 회전부가 전극조립체를 향하는 방향으로 배치된다.
이와 같이 절곡부를 포함하는 회전형 가이드를 사용하는 경우에는, 회전부(611, 621)가 전극 탭 다발과 접촉되면서 회전부의 회전이 시작되는 바, 전극 탭들을 전극조립체 방향으로 밀어낼 수 있다. 또한, 측면 상 직선형의 본체를 포함하는 도 3에 도시된 회전형 가이드와 비교할 때, 전극 탭 다발을 전극조립체 방향으로 더 길게 이동시킬 수 있다.
도 3 내지 도 5에 도시된 회전형 가이드는, 전극조립체가 좌측에 위치하고 전극 탭들이 우측에 위치하는 경우에 회전형 가이드가 적용된 경우를 도시한 것으로서, 제1회전형 가이드의 회전부는 시계 방향으로 회전하고, 제2회전형 가이드의 회전부는 반시계 방향으로 회전하면서 전극 탭(111)을 전극(110) 방향으로 밀어준다.
하나의 구체적인 예에서, 도 6은 본원발명에 따른 용접방법의 순서를 나타내고 있다.
도 6을 참조하면, 본원발명에 따른 용접 방법은, (a) 전극조립체(100)를 준비하는 단계, (b) 회전형 가이드가 전극 탭(111)들을 밀착시키면서 전극조립체(100) 방향으로 밀어주는 단계, (c) 전극 탭(111)들에서 용접부(140) 외측 부분을 제거하는 단계, 및 (d) 전극 탭(111)들의 용접부(140)를 혼(320)과 엔빌(310) 사이에 배치하고 용접하는 단계를 포함하고, 상기 회전형 가이드는 전극 탭(111)들의 상부에 위치하는 제1회전형 가이드(710), 및 전극 탭(111)들의 하부에 위치하는 제2회전형 가이드(720)를 포함할 수 있다.
상기 단계(b)에서 제1회전형 가이드(710)의 회전부는 시계 방향으로 회전하고, 제2회전형 가이드(720)의 회전부는 반시계 방향으로 회전하면서 전극 탭들을 전극조립체 방향으로 밀어주기 때문에 전극 탭들이 팽팽한 상태에서 느슨한 상태로 변형되어 정렬될 수 있다.
도 7은 회전형 가이드들이 가까워지도록 이동한 상태에서 전극 탭들을 전극조립체 방향으로 밀어주는 과정을 나타내는 측면도이다.
도 7을 참조하면, 제1회전형 가이드(210)와 제2회전형 가이드(220)가 서로 가까워지도록 이동한 상태에서 상기 전극 탭들을 상기 전극조립체 방향으로 밀어주는 과정으로 진행될 수 있다.
즉, 제1회전형 가이드(210)와 제2회전형 가이드(220)는 회전부가 회전하지 않은 상태로 전극 탭을 향해 상하 이동하고, 전극 탭을 가압한 상태에서 회전부의 회전이 시작되는 형태일 수 있다.
도 8은 회전형 가이드들이 가까워지도록 이동하면서 전극 탭들을 전극조립체 방향으로 밀어주는 과정을 나타내는 측면도이다.
도 8을 참조하면, 상기 단계(b)는, 제1회전형 가이드(210)와 제2회전형 가이드(220)가 서로 가까워지도록 이동하면서 상기 전극 탭들을 상기 전극조립체 방향으로 밀어주는 과정으로 진행될 수 있다.
즉, 제1회전형 가이드(210)와 제2회전형 가이드(220)는 최외각 전극 탭들과 접촉되면서 회전부의 회전이 시작되고, 제1회전형 가이드(210)와 제2회전형 가이드(220)의 거리가 가장 가까워지도록 전극 탭들을 가압하는 과정에서도 회전부의 회전이 진행될 수 있다.
이와 같은 방법을 사용하는 경우에는, 최외각 전극 탭들이 느슨해지도록 변형시키는 효과를 크게 얻을 수 있다.
본원발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100: 전극조립체
110: 양극
111: 양극 탭
115: 제1지점
116: 제2지점
120: 음극
130: 분리막
140: 용접부
210, 410, 510, 610, 710: 제1회전형 가이드
220, 420, 520, 620, 710: 제2회전형 가이드
230: 회전축
310: 앤빌
320: 혼
411, 421, 511, 521, 611, 621: 회전부
412, 422, 512, 512a, 512b, 522, 522a, 522b, 612, 622: 본체부
513, 523, 613, 623: 절곡부
110: 양극
111: 양극 탭
115: 제1지점
116: 제2지점
120: 음극
130: 분리막
140: 용접부
210, 410, 510, 610, 710: 제1회전형 가이드
220, 420, 520, 620, 710: 제2회전형 가이드
230: 회전축
310: 앤빌
320: 혼
411, 421, 511, 521, 611, 621: 회전부
412, 422, 512, 512a, 512b, 522, 522a, 522b, 612, 622: 본체부
513, 523, 613, 623: 절곡부
Claims (14)
- 전극조립체 제조용 용접장치로서,
복수의 양극들과 복수의 음극들 사이에 분리막이 개재되도록 적층된 전극조립체;
상기 전극조립체에서 돌출된 전극 탭들의 인장력을 낮추기 위한 회전형 가이드;
상기 전극 탭들을 상부에 배치하는 앤빌; 및
상기 앤빌 상에 배치된 전극 탭들에 초음파를 인가하는 혼;
을 포함하는 용접장치. - 제1항에 있어서, 상기 회전형 가이드는,
상기 전극 탭들의 상부에 위치하는 제1회전형 가이드, 및 상기 전극 탭들의 하부에 위치하는 제2회전형 가이드를 포함하고,
상기 제1회전형 가이드와 제2회전형 가이드는 서로 가까워지거나, 서로 멀어지도록 이동하는 형태로 이루어진 용접장치. - 제2항에 있어서, 상기 제1회전형 가이드와 제2회전형 가이드는 롤러 형태로 이루어진 회전부를 포함하고,
상기 회전부의 회전축은 상기 전극 탭의 폭과 평행한 형태인 용접장치. - 제3항에 있어서, 상기 제1회전형 가이드와 제2회전형 가이드는 상기 회전부가 일측 끝단에 결합된 본체부를 더 포함하는 형태인 용접장치.
- 제4항에 있어서, 상기 본체부는 절곡부를 포함하고,
상기 절곡부를 기준으로 상기 본체부가 절곡된 상태이거나, 또는 상기 절곡부에 있는 회전 축을 기준으로 회전이 가능한 형태인 용접장치. - 제3항에 있어서, 상기 전극 탭들을 전극조립체 방향으로 밀어줄 수 있도록, 상기 제1회전형 가이드의 회전부와 제2회전형 가이드의 회전부는 서로 반대 방향으로 회전하는 용접장치.
- 제6항에 있어서, 상기 회전부의 회전력은 자기장에 의한 척력에 의해 부여되는 용접장치.
- 제1항에 있어서, 상기 회전형 가이드에 의해 상기 전극 탭들이 정렬된 상태에서 상기 혼에 초음파가 인가되는 용접장치.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 용접장치를 이용한 용접방법으로서,
(a) 전극조립체를 준비하는 단계;
(b) 회전형 가이드가 전극 탭들을 밀착시키면서 상기 전극조립체 방향으로 밀어주는 단계;
(c) 상기 전극 탭들에서 용접부 외측 부분을 제거하는 단계; 및
(d) 상기 전극 탭들의 용접부를 혼과 엔빌 사이에 배치하고 용접하는 단계;
를 포함하고,
상기 회전형 가이드는 상기 전극 탭들의 상부에 위치하는 제1회전형 가이드, 및 상기 전극 탭들의 하부에 위치하는 제2회전형 가이드를 포함하는 용접방법. - 제9항에 있어서, 상기 단계(b)는, 상기 제1회전형 가이드와 상기 제2회전형 가이드가 서로 가까워지도록 이동한 상태에서 상기 전극 탭들을 상기 전극조립체 방향으로 밀어주는 과정으로 진행되는 용접방법.
- 제9항에 있어서, 상기 단계(b)는, 상기 제1회전형 가이드와 상기 제2회전형 가이드가 서로 가까워지도록 이동하면서 상기 전극 탭들을 상기 전극조립체 방향으로 밀어주는 과정으로 진행되는 용접방법.
- 제9항에 있어서, 상기 전극 탭들을 전극조립체 방향으로 밀어줄 수 있도록, 상기 제1회전형 가이드의 회전부와 제2회전형 가이드의 회전부는 서로 반대 방향으로 회전하는 용접방법.
- 제8항에 있어서, 상기 단계(b)를 통해, 상기 전극 탭들이 느슨한 상태로 정렬이 되는 용접방법.
- 제9항에 따른 용접방법에 의해 제조된 전극조립체에서,
상기 전극조립체는 복수의 양극들과 복수의 음극들 사이에 분리막이 개재되도록 적층되어 있고,
상기 복수의 양극들과 복수의 음극들은 외측으로 돌출된 전극 탭들을 포함하며,
각각의 전극 탭은 전극판과 연결되는 제1지점, 및 용접부가 시작되는 제2지점을 포함하고,
상기 전극 탭의 상기 제1지점에서 상기 제2지점까지의 길이는, 상기 제1지점에서 상기 제2지점을 연결한 최단 길이 보다 긴 형태인 전극조립체.
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