KR20230015694A - 전극 탭과 전극리드의 용접 방법 및 상기 용접에 사용되는 레이저 용접 장치 - Google Patents

전극 탭과 전극리드의 용접 방법 및 상기 용접에 사용되는 레이저 용접 장치 Download PDF

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박종인
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은 전지의 전극 탭과 전극리드를 용접하는 방법에 있어서,
(1) 전극 탭 단부와 전극리드 단부를 중첩되게 적층시키는 단계; (2) 상기 적층부의 어느 일면에 레이저를 적용하여 용접을 수행하는 단계; 및 (3) 상기 용접과 함께 실시간으로 용접 상태를 모니터 하면서 키홀 형성용 레이저의 빔의 강도를 실시간으로 조절하는 단계:를 포함하며,
상기 (2) 단계는 (a) 키홀 형성용 레이저 빔과 용접부 스캔용 레이저 빔을 동일한 축을 중심으로 중첩하여 조사하는 단계; 및 (b) 상기 용접부 스캔용 레이저 빔의 반사광을 검출하여 키홀의 3D 영상을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 (3) 단계는 상기 (2) 단계에서 형성된 키홀의 3D 영상으로부터 용접 상태를 확인하고, 키홀 형성용 레이저 빔의 강도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 탭과 전극리드의 용접 방법 및 이에 사용되는 레이저 용접 장치를 제공한다.

Description

전극 탭과 전극리드의 용접 방법 및 상기 용접에 사용되는 레이저 용접 장치{Method of welding an electrode tab and an electrode lead and a laser welding apparatus used for the welding}
본 발명은 전극 탭과 전극리드의 용접 방법 및 상기 용접에 사용되는 레이저 용접 장치에 관한 것이다.
충방전이 가능한 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등을 포함하여 고출력 대용량이 요구되는 디바이스의 동력원으로서 주목 받고 있다.
이러한 디바이스에는 고출력 대용량의 제공을 위해 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.
중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀(단위전지)로서 주로 사용되고 있다.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 적은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
이러한 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 전극조립체들(1)을 이루는 양극판 및 음극판을 외부 디바이스와 전기적으로 연결시키기 위해 다수의 전극 탭들(양극 탭 또는 음극 탭)을 필요로 하고, 이들의 취급을 용이하게 하기 위해 다수의 전극 탭들(2)을 하나의 전극리드(3, 양극리드 또는 음극리드)에 용접시키는 과정에 의해 제조된다. 이 때, 용접은 도 2에 도시된 바와 같은 공정에 의해 초음파 용접 및 레이저 용접이 이루어진다.
상기 레이저 용접 공정은 전극 탭들(2)과 전극리드(3)를 최종적으로 견고하게 용접시키는 공정으로 적용된다. 그러나, 레이저 용접은 전극 탭들(2)과 전극리드(3)의 접합 품질을 균일하게 유지하는 것이 쉽지 않다는 문제를 가지고 있다. 예를 들어, 상기 레이저 용접은 전극 탭과 전극리드를 적층한 상태에서 어느 일면에 레이저를 조사하여 키홀을 형성하고, 상기 키홀을 형성한 물질들을 냉각시키는 방식으로 전극 탭과 전극리드를 결합시킨다. 이 때, 키홀은 조사되는 레이저의 강도 및 전극 탭들(2) 또는 전극리드(3)의 물성에 따라 다른 형태로 형성된다. 따라서, 이러한 조건에 따라 적당한 넓이 및 깊이의 키홀이 형성되지 않는 경우, 용접불량이 발생한다.
그러므로, 전극 탭과 전극리드 간의 용접 품질의 향상을 위하여, 레이저에 의해 형성되는 키홀의 넓이나 깊이를 정밀하게 제어하는 기술이 요구되고 있다.
한국 특허 공개 제10-2014-0056912호
본 발명은, 종래기술의 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 전극 탭과 전극리드의 접합시 키홀의 깊이를 정밀하게 제어함으로써, 용접품질을 향상시키며, 균일한 용접을 가능하게 하는 전극 탭과 전극리드의 용접 방법 및 상기 용접에 사용되는 레이저 용접 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 키홀의 깊이를 자동화 공정에 의해 정밀하게 조절할 수 있어서, 전극 탭과 전극리드의 용접 효율을 향상시킬 수 있는 전극 탭과 전극리드의 용접 방법 및 상기 용접에 사용되는 레이저 용접 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
전지의 전극 탭과 전극리드를 용접하는 방법에 있어서,
(1) 전극 탭 단부와 전극리드 단부를 중첩되게 적층시키는 단계;
(2) 상기 적층부의 어느 일면에 레이저를 적용하여 용접을 수행하는 단계; 및
(3) 상기 용접과 함께 실시간으로 용접 상태를 모니터 하면서 키홀 형성용 레이저의 빔의 강도를 실시간으로 조절하는 단계:를 포함하며,
상기 (2) 단계는
(a) 키홀 형성용 레이저 빔과 용접부 스캔용 레이저 빔을 동일한 축을 중심으로 중첩하여 조사하는 단계; 및
(b) 상기 용접부 스캔용 레이저 빔의 반사광을 검출하여 키홀의 3D 영상을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 (3) 단계는 상기 (2) 단계에서 형성된 키홀의 3D 영상으로부터 용접 상태를 확인하고, 키홀 형성용 레이저 빔의 강도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 탭과 전극리드의 용접 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 (3) 단계에서 키홀의 3D 영상으로부터 용접 상태를 확인하는 과정은 3D 형상으로부터 키홀의 깊이를 측정하고, 측정된 키홀의 깊이를 정상용접의 기준이 되는 키홀의 깊이와 비교하는 과정에 의해 이루어어 질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 측정된 키홀의 깊이를 정상용접의 기준이 되는 키홀의 깊이와 비교하는 과정은 측정된 키홀의 깊이가 정상용접의 기준이 되는 키홀의 깊이 대비 ±10%를 초과하는 경우 불량용접으로 판정하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 용접에 사용되는 레이저 용접 장치는 키홀 형성용 레이저 빔 발진부와 용접부 스캔용 레이저 빔 발진부를 별도로 포함하며,
상기 키홀 형성용 레이저 빔 발진부와 용접부 스캔용 레이저 빔 발진부로부터 발진된 각각의 레이저 빔은 레이저 용접 장치에 구비된 동일한 XY 스캐너를 통과하여 세타 렌즈부를 통하여 동일한 축을 중심으로, 중첩된 전극 탭 단부와 전극리드 단부의 어느 일면에 조사되는 특징을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 용접부 스캔용 레이저 빔은 750 내지 950 nm의 파장을 가질 수 있다.
또한, 본 발명은,
전극 탭과 전극리드의 용접에 사용되는 레이저 용접 장치에 있어서,
키홀 형성용 레이저 빔 발진부와 용접부 스캔용 레이저 빔 발진부를 별도로 구비하며,
상기 키홀 형성용 레이저 빔 발진부와 용접부 스캔용 레이저 빔 발진부로부터 발진된 각각의 레이저 빔을 함께 스캐닝하는 XY 스캐너를 구비하며,
상기 XY 스캐너를 통과한 키홀 형성용 레이저 빔 및 용접부 스캔용 레이저 빔을 동일한 축을 중심으로, 중첩된 전극 탭 단부와 전극리드 단부의 어느 일면에 조사하는 세타 렌즈부를 구비하며,
상기 중첩된 전극 탭 단부와 전극리드 단부의 어느 일면에 조사된 용접부 스캔용 레이저 빔의 반사광을 검출하여, 용접부의 3D 화상을 형성하는 3D 화상 형성 모듈을 구비한 것을 특징으로 하는 전극 탭과 전극리드의 용접에 사용되는 레이저 용접 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 용접부 스캔용 레이저 빔은 700 내지 1000 nm의 파장을 가질 수 있다.
본 발명의 전극 탭과 전극리드의 용접 방법은 전극 탭과 전극리드의 접합시 키홀의 깊이를 정밀하게 제어함으로써, 용접품질을 크게 향상시키며, 균일한 용접을 가능하게 하는 효과를 제공한다.
또한, 키홀의 깊이를 자동화 공정에 의해 정밀하게 조절할 수 있어서, 전극 탭과 전극리드의 용접 효율을 크게 향상시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 레이저 용접 장치는 전극 탭과 전극리드의 접합시 키홀의 깊이를 정밀하게 제어하는 것을 가능하게 하며, 키홀의 깊이를 자동화 공정에 의해 수행할 수 있어서, 용접 효율을 크게 향상시키는 효과를 제공한다.
도 1은 일반적인 전극조립체의 사시도이며,
도 2는 전지의 전극 탭과 전극리드를 용접하는 일반적인 방법을 모식적으로 도시한 것이며,
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따르는 레이저 용접 장치를 모식적으로 도시한 것이며,
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따르는 레이저 용접 장치의 레이저 빔 조사 형태를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 사용되는 XY 스캐너의 일 실시형태 및 그의 작동 메커니즘을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따르는 레이저 용접시 형성되는 키홀의 형태 및 그로부터 측정된 키홀의 깊이를 나타내는 그래프를 도시한 것이며,
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따르는 레이저 용접 장치와 이의 작동에 따라 제공되는 키홀의 화상을 도시한 도면이다.
도 8은 종래의 레이저 용접 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 실시예 1 내지 4에서 실시된 용접결과를 나타낸 도면이다.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결된다, 구비된다, 또는 설치된다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 설치될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결된다, 구비된다, 또는 설치된다"라고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 이웃하는"과 "∼에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 전극 탭과 전극리드의 용접 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 전지의 전극 탭과 전극리드를 용접하는 일반적인 방법을 모식적으로 도시한 것이며, 도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따르는 레이저 용접 장치를 모식적으로 도시한 것이며, 도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따르는 레이저 용접 장치의 레이저 빔 조사 형태를 모식적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르는 전극 탭과 전극리드의 용접 방법은, 전지의 전극 탭과 전극리드를 용접하는 방법에 있어서,
(1) 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 탭(72) 단부와 전극리드(74) 단부를 중첩되게 적층시키는 단계;
(2) 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 적층부의 어느 일면에 레이저를 적용하여 용접을 수행하는 단계; 및
(3) 상기 용접과 함께 실시간으로 용접 상태를 모니터 하면서 키홀 형성용 레이저의 빔의 강도를 실시간으로 조절하는 단계:를 포함하며,
상기 (2) 단계는
(a) 키홀 형성용 레이저 빔(도 3, 12)과 용접부 스캔용 레이저 빔(도 3, 22)을 동일한 축을 중심으로 중첩하여 조사하는 단계; 및
(b) 상기 용접부 스캔용 레이저 빔의 반사광을 검출하여 키홀의 3D 화상을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 (3) 단계는 상기 (2) 단계에서 형성된 키홀의 3D 화상으로부터 용접 상태를 확인하고, 키홀 형성용 레이저 빔(12)의 강도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 (3) 단계에서 키홀의 3D 화상으로부터 용접 상태를 확인하는 과정은, 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 3D 화상으로부터 키홀의 깊이를 측정하고, 측정된 키홀의 깊이를 정상용접의 기준이 되는 키홀의 깊이와 비교하는 과정에 의해 이루어진다. 이 때, 도 7에 도시된 바와 같이, 키홀의 3차원 화상을 형성하여 이용하는 것도 가능하다.
구체적으로, 본 발명의 전극 탭과 전극리드의 용접 방법은 도 3과 같은 레이저 용접 장치를 사용하여, 전극탭과 전극리드의 접합부에, 도 4에 도시된 바와 같이, 키홀 형성용 레이저 빔(12)과 용접부 스캔용 레이저 빔(22)을 동일한 축을 중심으로 중첩하여 조사하며, 상기 조사된 용접부 스캔용 레이저 빔(22)의 반사광을 3D 화상 형성용 모듈(60)로 검출하여, 도 6 및/또는 도 7에 도시된 바와 같은 그래프나 3D 화상을 형성하고, 이를 이용하여 키홀의 깊이를 측정한 후, 상기에서 얻은 키홀의 깊이 데이터를 정상용접의 기준이 되는 키홀의 깊이와 비교하고, 이 결과에 따라 키홀 형성용 레이저 광의 세기를 조절하는 방식으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 측정된 키홀(80)의 깊이를 정상용접의 기준이 되는 키홀의 깊이와 비교하는 과정은 측정된 키홀의 깊이가 정상용접의 기준이 되는 키홀의 깊이 대비 ±10%를 초과하는 경우 불량용접으로 판정하는 과정을 포함한다. 그러나, 상기 불량용접 판정의 기준이 되는 수치범위는 용접부의 사이즈, 정밀도 등을 고려하여 적절히 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 용접에 사용되는 레이저 용접 장치(100)는 키홀 형성용 레이저 빔 발진부(10)와 용접부 스캔용 레이저 빔 발진부(20)를 별도로 포함하며,
상기 키홀 형성용 레이저 빔 발진부(10)와 용접부 스캔용 레이저 빔 발진부(20)로부터 발진된 각각의 레이저 빔은 레이저 용접 장치(100)에 구비된 동일한 XY 스캐너(도 7)를 통과하여 레이저 세타 렌즈부(50)를 통하여 동일한 축을 중심으로, 중첩된 전극 탭 단부와 전극리드 단부의 어느 일면에 조사된다.
상기 XY 스캐너로는 이 분야에 공지된 장치가 제한없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같은 형태의 스캐너가 사용될 수 있다. 상기 XY 스캐너는 도 8에 도시된 바와 같은 일반적인 레이저 용접 장치에 구비되어 있으며, 본 발명에서도 이러한 형태로 구비된 XY 스캐너에 키홀 형성용 레이저 빔과 용접부 스캔용 레이저 빔을 동시에 인입시켜 전극탭과 전극리드의 용접에 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 용접부 스캔용 레이저 빔은 750 nm 내지 950 nm, 바람직하게는 800 nm 내지 900 nm의 파장을 갖는다. 용접부 스캔용 레이저 빔(22)이 상기와 같은 파장을 갖는 경우 키홀 형성용 레이저 빔(12)과 간섭없이 키홀의 전체 부분에 조사되어 키홀을 정밀하게 스캔할 수 있는 데이터를 3D 화상 형성 모듈(60)에 제공할 수 있으므로 바람직하다.
구체적으로, 상기 750 nm 내지 950 nm의 용접부 스캔용 레이저 빔(22)이 키홀에 조사되어 반사되는 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 이 반사광을 3D 화상 형성 모듈(60)이 검출하고, 상기 검출된 반사광 데이터를 사용하여 키홀(80)의 3D 화상을 형성한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 키홀 형성용 레이저 빔은 1000 nm 내지 1100 nm 파장이 사용될 수 있으며, 1050 nm 내지 1080 nm의 파장이 바람직하게 사용된다. 상술한 범위의 파장이 사용되는 경우, 상기 용접부 스캔용 레이저 빔(22)와 간섭없이 효과적으로 키홀을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 키홀 형성용 레이저 빔은 키홀 형성시만 ON 상태로 유지되며, 상기 용접부 스캔용 레이저 빔은 계속해서 ON 상태로 유지된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르는 전극 탭과 전극리드의 용접에 사용되는 레이저 용접 장치(100)는, 전극 탭과 전극리드의 용접에 사용되는 레이저 용접 장치에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 키홀 형성용 레이저 빔 발진부(10)와 용접부 스캔용 레이저 빔 발진부(20)를 별도로 구비하며,
상기 키홀 형성용 레이저 빔 발진부(10)와 용접부 스캔용 레이저 빔 발진부(20)로부터 발진된 각각의 레이저 빔을 함께 스캐닝하는 XY 스캐너(30)를 구비하며,
상기 XY 스캐너(30)를 통과한 키홀 형성용 레이저 빔(12) 및 용접부 스캔용 레이저 빔(22)을 동일한 축을 중심으로, 중첩된 전극 탭(72) 단부와 전극리드(74) 단부의 어느 일면에 조사하는 세타 렌즈부(50)를 구비하며,
상기 중첩된 전극 탭 단부와 전극리드 단부의 어느 일면에 조사된 용접부 스캔용 레이저 빔(22)의 반사광을 검출하여, 용접부의 3D 화상을 형성하는 3D 화상 형성 모듈(60)을 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 전극 탭과 전극리드의 용접에 사용되는 레이저 용접 장치(100)에는 위의 전극 탭과 전극리드의 용접에서 설명된 레이저 용접 장치에 관한 내용이 모두 적용될 수 있으므로, 아래에서 중복되는 내용은 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 용접부 스캔용 레이저 빔은 750 nm 내지 9500 nm, 바람직하게는 800 nm 내지 900 nm의 파장을 갖는다. 용접부 스캔용 레이저 빔(22)이 상기와 같은 파장을 갖는 경우 키홀 형성용 레이저 빔(12)와 간섭없이 키홀의 전체 부분에 조사되어 키홀을 정밀하게 스캔할 수 있는 데이터를 3D 화상 형성 모듈(60)에 제공할 수 있으므로 바람직하다.
구체적으로, 상기 750 nm 내지 950 nm의 용접부 스캔용 레이저 빔(22)이 키홀(80)에 조사되어 반사되는 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 이 반사광을 3D 화상 형성 모듈(60)이 검출하고, 상기 검출된 반사광 데이터를 사용하여 키홀(80)의 3D 화상을 형성한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 키홀 형성용 레이저 빔은 1000 nm 내지 1100 nm 파장이 사용될 수 있으며, 1050 nm 내지 1080 nm의 파장이 바람직하게 사용된다. 상술한 범위의 파장이 사용되는 경우, 상기 용접부 스캔용 레이저 빔(22)와 간섭없이 효과적으로 키홀을 형성할 수 있다.
상기에서 3D 화상 형성 모듈(60)에는 이 분야에서 사용되고 있는 공지의 구성이 그대로 적용될 수 있다. 그러므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 레이저 용접 장치는 중앙연산처리부를 더 포함할 수 있다. 상기 중앙연산처리부는 용접부 스캔용 레이저 빔의 반사광이 상기 3D 화상 모듈에 구비된 디텍터에 의해 검출되고, 상기 검출된 데이터에 의해 3D 화상이 형성된 경우, 상기 검출 데이터 또는 3D 화상 데이터로부터 키홀의 깊이를 계산하고, 상기 계산결과를 별도로 저장된 정상상태의 키홀 깊이와 비교연산하여 이 결과에 따라 키홀 형성용 레이저 빔 발진기의 출력을 조정하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 상기 검출된 데이터 및 3D 화상 데이터를 사용하여 그래프, 3D 화상 등을 형성하고, 이를 디스플레이부에 의해 디스플레이하는 기능도 수행할 수 있다.
본 발명의 레이저 용접 장치에 있어서, 상기에서 특정된 구성을 제외한 구성은 이 분야에 공지된 구성이 제한없이 채용될 수 있다.
실시예 1.
700W 레이저 용접기를 사용하여 양극 탭(Al)과 전극리드에 대한 비관통 용접을 본 발명의 방법으로 실시하였다. 상기 용접 중 측정된 키홀의 깊이와 실제 용접부의 깊이 차이를 비교하여 도 9에 나타내었다.
도 9에서 확인된 바와 같이, 본 발명의 용접과정에서 측정된 키홀의 깊이와 실제 용접부의 깊이 차이는 최대 5% 이하인 것으로 확인되었다.
실시예 2.
1200W 레이저 용접기를 사용하여 양극 탭(Al)과 전극리드에 대한 관통용접을 본 발명의 방법으로 실시하였다. 상기 용접 중 측정된 키홀의 깊이와 실제 용접부의 깊이 차이를 비교하여 도 10에 나타내었다.
도 10에서 확인된 바와 같이, 본 발명의 용접과정에서 측정된 키홀의 깊이와 실제 용접부의 깊이 차이는 최대 8% 이하인 것으로 확인되었다.
실시예 3.
1100W 레이저 용접기를 사용하여 음극 탭(CU)과 전극리드에 대한 비관통용접을 본 발명의 방법으로 실시하였다. 상기 용접 중 측정된 키홀의 깊이와 실제 용접부의 깊이 차이를 비교하여 도 11에 나타내었다.
도 11에서 확인된 바와 같이, 본 발명의 용접과정에서 측정된 키홀의 깊이와 실제 용접부의 깊이 차이는 최대 10% 이하인 것으로 확인되었다.
실시예 4.
1500W 레이저 용접기를 사용하여 음극 탭(CU)과 전극리드에 대한 관통용접을 본 발명의 방법으로 실시하였다. 상기 용접 중 측정된 키홀의 깊이와 실제 용접부의 깊이 차이를 비교하여 도 12에 나타내었다.
도 12에서 확인된 바와 같이, 본 발명의 용접과정에서 측정된 키홀의 깊이와 실제 용접부의 깊이 차이는 최대 10% 이하인 것으로 확인되었다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련되어 설명되었지만,
발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
1: 전극조립체 2, 72: 전극탭
3, 74: 전극리드
10: 키홀 형성용 레이저 빔 발진부
12: 키홀 형성용 레이저 빔
20: 용접부 스캔용 레이저 빔 발진부
22: 용접부 스캔용 레이저 빔
30: XY 스캐너 40: 헤드부
50: 세타 렌즈부 60: 3D 화상 형성 모듈
80: 키홀 100: 레이저 용접 장치

Claims (7)

  1. 전지의 전극 탭과 전극리드를 용접하는 방법에 있어서,
    (1) 전극 탭 단부와 전극리드 단부를 중첩되게 적층시키는 단계;
    (2) 상기 적층부의 어느 일면에 레이저를 적용하여 용접을 수행하는 단계; 및
    (3) 상기 용접과 함께 실시간으로 용접 상태를 모니터 하면서 키홀 형성용 레이저의 빔의 강도를 실시간으로 조절하는 단계:를 포함하며,
    상기 (2) 단계는
    (a) 키홀 형성용 레이저 빔과 용접부 스캔용 레이저 빔을 동일한 축을 중심으로 중첩하여 조사하는 단계; 및
    (b) 상기 용접부 스캔용 레이저 빔의 반사광을 검출하여 키홀의 3D 영상을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 (3) 단계는 상기 (2) 단계에서 형성된 키홀의 3D 영상으로부터 용접 상태를 확인하고, 키홀 형성용 레이저 빔의 강도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 탭과 전극리드의 용접 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (3) 단계에서 키홀의 3D 영상으로부터 용접 상태를 확인하는 과정은 3D 형상으로부터 키홀의 깊이를 측정하고, 측정된 키홀의 깊이를 정상용접의 기준이 되는 키홀의 깊이와 비교하는 과정에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극 탭과 전극리드의 용접 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 측정된 키홀의 깊이를 정상용접의 기준이 되는 키홀의 깊이와 비교하는 과정은 측정된 키홀의 깊이가 정상용접의 기준이 되는 키홀의 깊이 대비 ±10%를 초과하는 경우 불량용접으로 판정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 탭과 전극리드의 용접 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용접에 사용되는 레이저 용접 장치는 키홀 형성용 레이저 빔 발진부와 용접부 스캔용 레이저 빔 발진부를 별도로 포함하며,
    상기 키홀 형성용 레이저 빔 발진부와 용접부 스캔용 레이저 빔 발진부로부터 발진된 각각의 레이저 빔은 레이저 용접 장치에 구비된 동일한 XY 스캐너를 통과하여 세타 렌즈부를 통하여 동일한 축을 중심으로, 중첩된 전극 탭 단부와 전극리드 단부의 어느 일면에 조사되는 것을 특징으로 하는 전극 탭과 전극리드의 용접 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 용접부 스캔용 레이저 빔은 750 내지 950 nm의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 전극 탭과 전극리드의 용접 방법.
  6. 전극 탭과 전극리드의 용접에 사용되는 레이저 용접 장치에 있어서,
    키홀 형성용 레이저 빔 발진부와 용접부 스캔용 레이저 빔 발진부를 별도로 구비하며,
    상기 키홀 형성용 레이저 빔 발진부와 용접부 스캔용 레이저 빔 발진부로부터 발진된 각각의 레이저 빔을 함께 스캐닝하는 XY 스캐너를 구비하며,
    상기 XY 스캐너를 통과한 키홀 형성용 레이저 빔 및 용접부 스캔용 레이저 빔을 동일한 축을 중심으로, 중첩된 전극 탭 단부와 전극리드 단부의 어느 일면에 조사하는 세타 렌즈부를 구비하며,
    상기 중첩된 전극 탭 단부와 전극리드 단부의 어느 일면에 조사된 용접부 스캔용 레이저 빔의 반사광을 검출하여, 용접부의 3D 화상을 형성하는 3D 화상 형성 모듈을 구비한 것을 특징으로 하는 전극 탭과 전극리드의 용접에 사용되는 레이저 용접 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 용접부 스캔용 레이저 빔은 700 내지 1000 nm의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 전극 탭과 전극리드의 용접 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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