KR20230082358A - 전극탭 용접장치 및 용접방법 - Google Patents
전극탭 용접장치 및 용접방법 Download PDFInfo
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Abstract
전극탭 용접장치가 개시된다. 본 발명의 전극탭 용접장치는, 전극 및 분리막을 적층하여 제조된 전극 조립체의 전극탭과 전극리드의 용접부위에 레이저를 조사하여 용접하는 것으로서, 상기 전극탭과 전극리드의 용접부위를 향해 제1 불활성가스를 분사하는 제1 불활성가스 분사부; 및 상기 제1 불활성가스 분사부의 측방에 위치하며, 상기 전극탭과 전극리드의 용접부위의 폭 방향을 기준으로 일측 가장자리부터 타측 가장자리를 향해 제2 불활성가스를 분사함으로써, 상기 제2 불활성가스가 상기 용접부위의 상면을 따라 상기 일측 가장자리부터 상기 타측 가장자리를 향해 유동하도록 하는 제2 불활성가스 분사부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 전극탭과 전극리드의 용접부위의 폭 방향을 기준으로 일측 가장자리부터 타측 가장자리를 향해 제2 불활성가스를 분사하여 제2 불활성가스가 용접부위의 상면을 따라 일측 가장자리부터 타측 가장자리를 향해 유동하도록 함으로써, 레이저 웰딩포인트(용접 비드)의 표면 조도를 향상시키고 버(burr) 발생을 방지하여 안정적인 품질 확보를 가져올 수 있다.
Description
본 발명은 전극 및 분리막을 적층하여 제조된 전극 조립체의 전극탭과 전극리드의 용접부위에 레이저를 조사하여 용접하는 전극탭 용접장치 및 용접방법에 관한 것이다.
모바일 기기, 전기차, 하이브리드 자동차, 전력저장 장치, 무정전 전원 장치 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
일반적으로, 이차전지(secondary battery)라 함은 충전과 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 특히 리튬 이차전지는 그 작동 전압이 높아 기존의 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기 분야뿐만 아니라, 무정전 전원공급장치, 전기 자전거, 전동 휠체어, 전기 자동차 등의 고출력 및 대용량을 요구하는 분야에 이르기까지 점점 그 사용범위가 확대되고 있는 추세이다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물을 양극 활물질로 사용하고, 탄소재를 음극 활물질로 사용하는데, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와 고분자 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지로 분류되며, 또한, 전극 조립체를 수용하는 캔의 형상에 따라 원통형과, 각형, 파우치형으로 구분된다.
파우치형 이차전지의 전극 조립체는 적층된 극판 본체로부터 돌출되는 전극탭을 구비하며, 전극탭에 이차전지의 전극 단자 역할을 위한 전극리드를 용접하였다.
종래, 전극탭은 초음파 융착법이나 리벳 공법에 의해 전극리드와 연결되었으나, 초음파 융착법은 극판의 적층수, 집전체 호일 두께 및 전극 탭의 두께가 증가함에 따라 융착 작업시 발생되는 과열 또는 진동으로 인해 분리막이 변형되거나 극판이 쉽게 손상되는 문제점이 있었고, 리벳 공법의 경우 복수의 공정단계를 거치기 때문에 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
이를 보완하기 위해, 현재 레이저 조사를 이용한 용접법이 적용되고 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여 레이저 용접을 통해 전극탭과 전극리드의 용접부위에 용접 비드(레이저 웰딩포인트)를 형성하는 원리와 레이저 용접법을 적용했을 경우의 문제점을 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 레이저 조사를 통해 용접하고자 하는 용접부위에 키홀(key hole)이 형성되면 키홀 내면에 용융부가 형성됨과 더불어 주변 영역으로 금속 증기와 금속 스패터가 비산하게 된다. 종래에는 이와 같이 용접부위 표면과 주변으로 비산되는 금속 스패터와 증기로 인해 용접이 완료되면 용접부위 표면에 용융부가 돌출되는 현상이 발생하였다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 용접비드(레이저 웰딩포인트)의 표면으로 용융부가 돌출하여 버(burr)가 발생하고 표면 조도가 거칠게 형성되는 상황이 발생하였다.
한편, 용접이 완료되면 전극탭과 전극리드의 용접 부위를 커버하도록 별도의 절연테이프 부착작업이 이루어지는데, 전술한 바와 같이 거친 표면과 버(burr)에 의해 절연테이프의 일부분이 찢어지거나 스크래치가 발생하였으며, 이와 같은 절연테이프의 손상은 이차전지 제품을 실제 적용한 상태에서 주변 전자기기와의 사이에 쇼트를 발생시키는 커다란 위험문제를 초래하게 되었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 레이저 조사를 통해 용접부위에 형성되는 복수의 용접포인트의 표면을 매끄럽게 형성하고 버(burr) 발생을 억제하여 제품불량 발생을 저감하고 안정적인 품질 확보를 가져올 수 있는 전극탭 용접장치 및 용접방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 및 분리막을 적층하여 제조된 전극 조립체의 전극탭과 전극리드의 용접부위에 레이저를 조사하여 용접하는 것으로서, 상기 전극탭과 전극리드의 용접부위를 향해 제1 불활성가스를 분사하는 제1 불활성가스 분사부; 및 상기 제1 불활성가스 분사부의 측방에 위치하며, 상기 전극탭과 전극리드의 용접부위의 폭 방향을 기준으로 일측 가장자리부터 타측 가장자리를 향해 제2 불활성가스를 분사함으로써, 상기 제2 불활성가스가 상기 용접부위의 상면을 따라 상기 일측 가장자리부터 상기 타측 가장자리를 향해 유동하도록 하는 제2 불활성가스 분사부를 포함하는 전극탭 용접장치가 제공된다.
상기 제2 불활성가스 분사부는 상기 제2 불활성가스를 상기 용접부위의 상면을 향해 경사진 방향으로 분사할 수 있다.
상기 전극탭과 전극리드를 하측에서 지지하는 하부 지그; 및 상기 전극탭과 전극리드를 상측에서 지지하는 상부 지그를 더 포함하고, 상기 제1 불활성가스 분사부와 제2 불활성가스 분사부는 상기 상부 지그에 마련되며, 상기 상부 지그에는 상기 제2 불활성가스가 상기 용접부위의 상면을 향해 경사진 방향으로 분사되도록 상기 제2 불활성가스의 분사 가이드면으로서 경사면이 마련될 수 있다.
상기 제2 불활성가스 분사부는 상기 상부 지그에 대해 경사진 상태로 설치되되, 경사진 설치각도를 가변적으로 조절 가능하도록 마련될 수 있다.
상기 상부 지그에는 원호형의 가이드홈이 마련되고, 상기 제2 불활성가스 분사부는 상기 가이드홈을 따라 이동 가능하도록 마련된 가이드돌기를 가질 수 있다.
상기 제1 및 제2 불활성가스 분사부는 상기 제1 및 제2 불활성가스를 동시에 분사하되, 상기 제2 불활성가스 분사부를 통한 제2 불활성가스 최종 분사압력이 상기 제1 불활성가스 분사부를 통한 제1 불활성가스 최종 분사압력보다 일정이상 큰 것이 바람직하다.
상기 제1 불활성가스 분사부는 제1 불활성가스 분사노즐을 포함하고, 상기 제2 불활성가스 분사부는 제2 불활성가스 분사노즐을 포함하되, 상기 제2 불활성가스 분사노즐의 분사단 개구는 상기 제1 불활성가스 분사노즐의 분사단 개구보다 작게 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전극 및 분리막을 적층하여 제조된 전극 조립체의 전극탭과 전극리드의 용접부위에 레이저를 조사하여 용접하는 것으로서, (a) 상기 전극탭과 전극리드의 용접부위를 향해 제1 불활성가스를 분사하는 단계; 및 (b) 상기 전극탭과 전극리드의 용접부위의 폭 방향을 기준으로 일측 가장자리부터 타측 가장자리를 향해 제2 불활성가스를 분사함으로써, 상기 제2 불활성가스가 상기 용접부위의 상면을 따라 상기 일측 가장자리부터 상기 타측 가장자리를 향해 유동하도록 하는 단계를 포함하는 전극탭 용접방법이 제공된다.
상기 (a)단계와 (b)단계는 동시에 이루어질 수 있다.
상기 (b)단계에서 상기 제2 불활성가스는 상기 용접부위의 상면을 향해 경사진 방향으로 분사될 수 있다.
상기 (b)단계에서 상기 용접부위의 상면을 향한 상기 제2 불활성가스의 분사각도는 가변적으로 조절할 수 있다.
상기 (a)단계와 (b)단계는 각각 제1 불활성가스 분사노즐과 제2 불활성가스 분사노즐을 통해 이루어지고, 상기 제2 불활성가스 분사노즐의 최종 분사압력이 상기 제1 불활성가스 분사노즐의 최종 분사압력보다 일정이상 큰 것이 바람직하다.
상기에서 설명한 본 발명의 전극탭 용접장치 및 용접방법에 의하면, 전극탭과 전극리드의 용접부위의 폭 방향을 기준으로 일측 가장자리부터 타측 가장자리를 향해 제2 불활성가스를 분사하여 제2 불활성가스가 용접부위의 상면을 따라 일측 가장자리부터 타측 가장자리를 향해 유동하도록 함으로써, 레이저 웰딩포인트(용접 비드)의 표면 조도를 향상시키고 버(burr) 발생을 방지하여 안정적인 품질 확보를 가져올 수 있다.
또한, 제2 불활성가스의 최종 노즐 분사압력이 제1 불활성가스의 최종 노즐 분사압력보다 일정이상 크게 적용됨으로써, 용접부위의 폭 방향을 기준으로 제2 불활성가스 분사노즐로부터 상대적으로 최대 이격된 부분, 즉 타측 가장자리 근방에 레이저 웰딩포인트를 형성시킬 때에도 제2 불활성가스가 일측 가장자리부터 타측 가장자리 까지 원활하게 유동하도록 할 수 있다.
또한, 용접부위 표면에 대한 제2 불활성가스의 분사 각도를 가변적으로 조절 가능하도록 마련됨으로써, 용접부위의 폭 변경에 따른 가스 분사각도 조절이 필요할 경우 유연하게 대응할 수 있다.
도 1은 레이저 용접을 통해 용접 비드가 형성되는 과정을 나타내는 도면,
도 2는 종래 레이저 용접을 통해 형성된 용접비드(레이저 웰딩포인트)의 확대 사진,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전극탭 용접장치를 측방에서 바라본 도면,
도 4는 도 3을 정면에서 바라본 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전극탭 용접장치를 통해 용접이 이루어지는 용접부위를 상측에서 하측으로 바라본 것으로서, 제2 불활성가스의 유동 방향을 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전극탭 용접장치를 통해 형성된 용접비드(레이저 웰딩포인트)의 확대 사진,
도 7은 도 4의 변형예를 나타내는 도면,
도 8은 도 4에서 제2 불활성가스 분사노즐의 분사각도가 조절된 상태를 나타내는 도면,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전극탭 용접방법을 통해 용접이 이루어지는 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 레이저 용접을 통해 형성된 용접비드(레이저 웰딩포인트)의 확대 사진,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전극탭 용접장치를 측방에서 바라본 도면,
도 4는 도 3을 정면에서 바라본 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전극탭 용접장치를 통해 용접이 이루어지는 용접부위를 상측에서 하측으로 바라본 것으로서, 제2 불활성가스의 유동 방향을 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전극탭 용접장치를 통해 형성된 용접비드(레이저 웰딩포인트)의 확대 사진,
도 7은 도 4의 변형예를 나타내는 도면,
도 8은 도 4에서 제2 불활성가스 분사노즐의 분사각도가 조절된 상태를 나타내는 도면,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전극탭 용접방법을 통해 용접이 이루어지는 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극탭 용접장치는 전극 및 분리막을 적층하여 제조된 전극 조립체의 전극탭과 전극리드의 용접부위에 레이저를 조사하여 용접하는 것으로서, 레이저 조사를 통해 용접부위에 형성되는 복수의 레이저 웰딩포인트(용접 비드)의 표면을 매끄럽게 형성하고 버(burr) 발생을 억제하여 제품불량 발생을 저감하고 안정적인 품질 확보를 가져올 수 있다.
이하, 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전극탭 용접장치는 전극 및 분리막을 적층하여 제조된 전극 조립체의 전극탭(10)과 전극리드(20)의 용접부위에 레이저를 조사하여 용접하는 것으로서, 하부 지그(100), 상부 지그(200), 레이저 조사부(300), 제1 불활성가스 분사부(400) 및 제2 불활성가스 분사부(500)를 포함한다.
먼저, 도면에 도시한 바와 같이, 전극탭 용접은 전극탭(10)과 전극리드(20)가 하부 지그(100)와 상부 지그(200) 사이에서 고정된 상태로 이루어진다.
하부 지그(100)는 전극탭(10)과 전극리드(20)를 하측에서 지지하며, 상부 지그(200)는 하부 지그(100)의 상측에 위치하여 하부 지그(100)에 접근됨으로써 전극탭(10)과 전극리드(20)를 상측에서 지지할 수 있다. 하부 지그(100)에는 전극탭(10)과 전극리드(20)가 안착되는 안착면(미도시)이 마련되고, 상부 지그(200)에는 상기 안착면(미도시)에 안착된 전극탭과 전극리드를 상측에서 하측으로 가압하는 가압면(미도시)이 마련된다.
또한, 하부 지그(100)와 상부 지그(200)는 별도 구동부에 상하 승강 가능하도록 이루어지고, 이에 대한 구조 및 방법은 당업자에게 자명한바 구체적인 설명은 생략한다.
다음, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 레이저 조사부(300)는 전극탭(10)과 전극리드(20)가 중첩된 부분에 레이저를 조사하여 복수의 도트 형상의 레이저 웰딩포인트(310)를 형성하면서 전극탭과 전극리드를 서로 연결하는 것이다. 이러한 레이저 조사부(300)는 상부 지그(200)에 고정되거나 상부 지그(200)와 별도로 마련될 수 있으며, 상부 지그(200)의 승하강시 동시에 승하강이 이루어진다. 레이저 조사부(300)로부터 조사되는 레이저는 광섬유 레이저(fiber laser)일 수 있으며, 레이저 조사부(300)는 별도 구동부에 의해 상부 지그(200)의 전후 및 좌우 방향을 따라 왕복 이동할 수 있다.
다음, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 불활성가스 분사부(400)는 전극탭(10)과 전극리드(20)의 용접부위(600)를 향해 제1 불활성가스를 분사한다.
본 발명의 실시예에서, 제1 불활성가스 분사부(400)는 상부 지그(200)에 마련되며, 제1 불활성가스를 공급하는 제1 불활성가스 공급부(미도시)로부터 공급경로를 통해 공급된 제1 불활성가스를 용접부위를 향해 최종 분사하는 제1 불활성가스 분사노즐(410)을 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 제1 불활성가스 분사노즐(410)은 용접부위(600)의 상측에서 용접부위(600) 상면 전체를 향해 제1 불활성가스를 분사함으로써, 도 4에 도시한 바와 같이, 상부 지그(200)와 하부 지그(100) 사이에 형성되는 사이공간(210)에 제1 불활성가스를 충진시킬 수 있다.
덧붙이자면, 레이저 조사에 의해 전극탭(10)과 전극리드(20)에 키홀(key hole)이 형성되면서 금속 증기, 금속 스패터 등과 같은 분진이 발생하게 되며, 이러한 분진과 불꽃 발생을 최소화하도록 제1 불활성가스가 공급된다. 제1 불활성가스는 주변의 산소를 차단하면서 반응성이 작아 전극탭(10), 전극리드(20)와 새로운 반응을 하지 않으며, 질소(N2), 헬륨(He) 또는 아르곤(Ar) 등을 포함할 수 있다.
한편, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 일 예로 용접부위(600)에 2열을 이루는 복수의 레이저 웰딩포인트(310)를 순차적으로 형성할 때, 제1 불활성가스 분사부(400)는 초기 레이저 웰딩포인트(310)를 형성하기 전부터 마지막 레이저 웰딩포인트를 형성하기까지 지속적으로 불활성가스를 공급한다. 아래에서 다시 설명하겠지만, 제1 불활성가스 분사노즐(410)의 분사단 개구는 일정이상 크게 확장된 상태로 마련되어 용접부위(600) 전체에 대해 불활성가스를 동시에 분사 가능하다.
다음, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 제2 불활성가스 분사부(500)는 마찬가지로 전극탭(10)과 전극리드(20)의 용접부위(600)를 향해 제2 불활성가스를 분사하며, 제2 불활성가스는 제1 불활성가스와 동일하거나 상이할 수 있으며 질소(N2), 헬륨(He) 또는 아르곤(Ar) 등을 포함할 수 있다.
여기서, 제2 불활성가스 분사부(500)는 상부 지그(200)에 마련되되 제1 불활성가스 분사부(400)의 측방에 위치하며, 제2 불활성가스를 공급하는 제2 불활성가스 공급부(미도시)로부터 공급경로를 통해 공급된 제2 불활성가스를 용접부위를 향해 최종 분사하는 제2 불활성가스 분사노즐(510)을 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 제1 불활성가스 공급부(미도시)와 제2 불활성가스 공급부(미도시)는 동일할 수 있고, 구체적으로 불활성가스가 저장된 탱크(미도시), 탱크(미도시)와 제1 불활성가스 분사노즐(410)과 제2 불활성가스 분사노즐(510) 사이를 연결하는 가스공급경로(미도시)를 통해 제1 불활성가스 분사노즐(410)과 제2 불활성가스 분사노즐(510)을 통해 불활성가스가 동시에 분사될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제2 불활성가스 분사노즐(510)은 용접부위(600)의 상측에서 용접부위(600)를 향해 제2 불활성가스를 분사함으로써, 상부 지그(200)와 하부 지그(100) 사이에 형성되는 사이공간(210)에 제2 불활성가스를 충진시킬 수 있다.
구체적으로, 도 5에 도시한 바와 같이, 제2 불활성가스 분사부(500)는 전극탭(10)과 전극리드(20)의 용접부위(600)의 폭(W) 방향을 기준으로 일측 가장자리(610)부터 타측 가장자리(620)를 향해 제2 불활성가스를 분사한다.
즉, 제2 불활성가스 분사부(500)는 제2 불활성가스 분사노즐(510)을 통해 분사된 제2 불활성가스가 용접부위(600)의 상면(630)을 따라 일측 가장자리(610)부터 타측 가장자리(620)를 향해 유동하도록 불활성가스를 분사한다.
한편, 전술한 바와 같이 레이저 용접 과정 중 키홀(KEY HOLE)이 형성되면서 키홀 주변, 즉 레이저 웰딩포인트(310) 주변에 금속 증기, 금속 스패터 등과 같은 분진이 발생하게 되는데, 본 발명은 제2 불활성가스 분사부(500)를 통해 레이저 웰딩포인트(310) 주변에 형성되는 분진을 측방으로 블로잉(blowing)하여 신속하게 제거할 수 있는바, 종래에 비해 레이저 웰딩포인트(310)의 표면 조도를 향상시키고 버(burr) 발생을 방지할 수 있다.
도 6에는 제1 및 제2 불활성가스 분사가 적용된 상태에서 레이저 용접이 완료된 레이저 웰딩포인트(310) 확대사진이 개시되어 있다. 사진을 보면, 레이저 웰딩포인트(310)의 상면 표면 조도가 종래에 비해 월등히 향상된 것을 확인할 수 있고 버(burr) 또한 발생하지 않음을 확인할 수 있다.
부연하자면, 레이저 웰딩포인트(310)를 기준으로 상측에서 하측으로 분사되는 제1 불활성가스와 달리 측방에서 분사되는 제2 불활성가스는 용접부위(600) 표면을 따라 유동하면서 쉴딩(shielding) 효과를 상승시켜 레이저 조사에 의해 키홀(key hole) 내에서 용융된 전극탭(10)과 전극리드(20)의 용융 부분이 용접부위(600) 표면으로부터 상측으로 돌출되는 것을 억제함으로써, 표면 조도를 향상시키고 버 발생 방지효과를 월등히 증대시킬 수 있다.
따라서, 용접이 완료된 후 전극탭과 전극리드의 용접 부위를 커버하도록 별도의 절연테이프 부착작업을 진행할 때, 절연테이프가 종래와 같이 찢어지거나 손상되는 현상이 발생하는 것을 최대한 방지하여 제품 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 도 5에 도시한 바와 같이, 제2 불활성가스 분사부(500)는 전극탭(10)과 전극리드(20)의 용접부위(600)의 폭(W) 방향을 기준으로 일측 가장자리(610)부터 타측 가장자리(620)를 향해 제2 불활성가스를 측방으로 분사함과 더불어, 용접부위(600)의 상면을 향해 경사진 방향으로 분사한다.
구체적으로, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 제2 불활성가스 분사노즐(510)은 상부 지그(200)에 경사진 상태로 설치되며, 상부 지그(200)에는 제2 불활성가스가 용접부위(600)의 상면을 향해 경사진 방향으로 분사되도록 제2 불활성가스의 분사 가이드면으로서 경사면(220)이 마련된다.
여기서, 제2 불활성가스 분사노즐(510)은 경사면(220)에 대략 나란한 상태로 설치될 수 있고, 이 경우 노즐로부터 분사된 제2 불활성가스는 경사면(220)을 따라 일측 가장자리(610)로 유동하고, 이어서 용접부위(600)의 표면을 따라 타측 가장자리(620)를 향해 유동하게 되며, 이러한 측방 유동에 의해 레이저 웰딩포인트(310)의 표면 조도를 향상시키고 버 발생을 방지할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에서, 경사면(220)은 제2 불활성 가스가 더욱 월활하게 용접부위(600)의 표면을 따라 유동하도록 제2 불활성가스의 유동 방향을 가이드할 수 있다.
추가적으로, 도 7에 도시한 바와 같이, 제2 불활성가스 분사노즐(510)로부터 분사된 가스가 일차적으로 경사면(220)을 따라 유동한 후 용접부위(600) 표면을 따라 원활하게 유동하도록, 경사면(220)과 용접부위(600) 표면이 연결되는 모서리 부위에는 일정이상의 곡률을 갖는 라운드면(230)이 마련되는 것이 마련되는 것이 바람직하다. 이러한 라운드면(230)은 제2 불활성가스의 일부분이 용접부위 표면을 따라 유동하지 못하고 주변으로 용접부위(600) 상측공간을 향해 유동하는 것을 최대한 방지하고, 가스의 대부분이 용접부위(600) 표면을 따라 유동하도록 보완해줌으로써 결국 레이저 웰딩포인트(310)의 표면 조도 향상과 버 발생 방지 효과를 증대할 수 있다.
한편, 제1 불활성가스와 제2 불활성가스는 제1 불활성가스 분사노즐(410)과 제2 불활성가스 분사노즐(510)을 동시에 분사되며, 제2 불활성가스 분사부(500)를 통한 제2 불활성가스 최종 분사압력이 제1 불활성가스 분사부(400)를 통한 제1 불활성가스 최종 분사압력보다 일정이상 큰 것이 바람직하다.
덧붙이자면, 제1 불활성가스는 용접부위(600) 전체 영역에 대해 동시에 분사되는바, 예를 들어 용접부위(600)의 폭(W) 방향을 기준으로 제2 불활성가스 분사노즐(510)로부터 상대적으로 최대 이격된 부분, 즉 상기 타측 가장자리(620) 근방에 레이저 웰딩포인트(310)를 형성시킬때 제1 불활성가스 분사압력이 제2 불활성가스 분사압력보다 크다면 제2 불활성가스가 일측 가장자리(610)부터 타측 가장자리(620) 까지 원활하게 유동하기 힘든 상황이 발생할 수 있다. 즉, 제1 불활성가스 분사부(400)로부터 분사된 제1 불활성가스가 일종의 에어 커튼 역할을 하여 제2 불활성가스의 유동을 방해하는 상황이 발생할 수 있다.
이를 방지하여 레이저 웰딩포인트(310)가 일측 가장자리(610)부터 타측 가장자리(620) 방향으로 순차적으로 형성되는 과정에, 제2 불활성가스가 각각의 레이저 웰딩포인트로 원활하게 유동하도록 제2 불활성가스의 최종 분사압력이 제1 불활성가스의 최종 분사압력보다 일정이상 큰 것이 바람직하다.
이를 구현하기 위해, 본 발명의 실시예에서, 제2 불활성가스 분사노즐(510)의 분사단 개구는 제1 불활성가스 분사노즐(410)의 분사단 개구보다 일정이상 작게 형성된다.
부연하자면, 제1 불활성가스 분사노즐(410)과 제2 불활성가스 분사노즐(510)의 가스 유입구 측으로 불활성가스가 동일 유량과 유속으로 공급되더라도 전술한 바와 같이 제2 불활성가스 분사노즐(510)의 분사단 개구가 작게 형성됨으로써, 제2 불활성가스의 최종 분사압력은 제1 불활성가스의 최종 분사압력보다 일정이상 큰 상태로 형성될 수 있다.
도 4 및 도 8에 도시한 바와 같이, 제2 불활성가스 분사부(500), 구체적으로 제2 불활성가스 분사노즐(510)은 상부 지그(200)에 대해 경사진 상태로 설치되되, 경사진 설치각도를 가변적으로 조절 가능하도록 마련된다.
용접부위(600)의 폭(W)은 이차전지 셀의 사이즈 및 고객사의 요청에 따라 다양하게 변동 가능한 바, 상기 폭(W)의 증감 변동에 대응하거나 작업 과정중 필요에 따라 제2 불활성가스의 유동 방향(용접부위 표면에 대한 분사 각도)을 조절할 필요가 발생할 수 있다.
이를 위해, 도 4 및 도 8에 도시한 바와 같이, 제2 불활성가스 분사노즐(510)은 경사 설치각도를 가변적으로 조절 가능하도록 마련되고, 구체적으로 상부 지그(200)에는 원호형의 가이드홈(240)이 마련되고, 제2 불활성가스 분사노즐(510)은 가이드홈(240)을 따라 이동 가능하도록 마련된 가이드돌기(250)를 가질 수 있다.
작업자는 가이드돌기(250)를 가이드홈(240)을 따라 적절한 위치로 이동시킨 후, 별도 고정너트(미도시) 등을 체결하여 가이드돌기(250)를 이동불가하도록 구속할 수 있으며, 이에 따라 제2 불활성가스 분사노즐(510)의 경사 각도를 조절하여 사용할 수 있다. 여기서, 가이드홈은 가이드홀로 대체 가능하며, 가이드홈 또는 가이드홀이 마련된 별도 브래킷이 상부 지그에 결합될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 전극탭 용접방법을 설명한다.
도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전극탭 용접방법은 전극 및 분리막을 적층하여 제조된 전극 조립체의 전극탭(10)과 전극리드(20)의 용접부위에 레이저를 조사하여 용접하는 것으로서, (a) 전극탭(10)과 전극리드(20)의 용접부위를 향해 제1 불활성가스를 분사하는 단계(S100), (b) 전극탭(10)과 전극리드(20)의 용접부위(600)의 폭(W) 방향을 기준으로 일측 가장자리(610)부터 타측 가장자리(620)를 향해 제2 불활성가스를 분사함으로써, 제2 불활성가스가 용접부위(600)의 상면을 따라 일측 가장자리(610)부터 타측 가장자리(620)를 향해 유동하도록 하는 단계(S200)를 포함한다.
용접부위(600)의 용접이 이루어지는 과정을 설명하면, 도 9에 도시한 바와 같이, 먼저 상부 지그(200)와 하부 지그(100)가 이격된 상태에서 그 사이로 전극탭(10)과 전극리드(20)를 공급한다.
이어서, 상부 지그(200)와 하부 지그(100)를 접근시켜 전극탭(10)과 전극리드(20)를 상하 방향에서 압착 고정하며, 이후 전술한 바와 같이 용접하고자 하는 용접부위(600)를 향해 제1 불활성가스와 제2 불활성가스를 공급한다.
이와 같이 불활성가스가 공급되는 상태에서, 레이저 조사부(300)를 통해 용접부위로 레이저를 조사하여 순차적으로 복수의 레이저 웰딩포인트(310)를 형성한다. 용접작업이 완료되면, 상부 지그(200)와 하부 지그(100)가 각각 상하 방향으로 이동하며 용접이 완료된 전극탭(10)과 전극리드(20)는 별도의 로봇암이나 캐리어 등에 의해 파지된 상태로 후공정으로 이송된다.
본 발명의 실시예에서, S100 단계와 S200 단계는 동시에 이루어지며, 전술한 바와 같이 제2 불활성가스 분사노즐(510)의 최종 분사압력이 제1 불활성가스 분사노즐(410)의 최종 분사압력보다 일정이상 크게 형성됨으로써, 제2 불활성가스는 원활하게 용접부위(600)의 타측 가장자리(620) 근방에 형성되는 레이저 웰딩포인트(310)로도 전달 가능하다. 관련하여 보다 구체적인 설명은 전술하였으므로 이하 생략한다.
S200 단계에서, 도 4에 도시한 바와 같이, 제2 불활성가스는 용접부위(600)의 상면을 향해 경사진 방향으로 분사되며, 필요시 용접부위의 상면을 향한 제2 불활성가스의 분사각도는 가변적으로 조절될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 전극탭
20: 전극리드
100: 하부 지그 200: 상부 지그
220: 경사면 230: 라운드면
240: 가이드홈 250: 가이드돌기
300: 레이저 조사부 310: 레이저 웰딩포인트
400: 제1 불활성가스 분사부 410: 제1 불활성가스 분사노즐
500: 제2 불활성가스 분사부 510: 제2 불활성가스 분사노즐
600: 용접부위 610: 일측 가장자리
620: 타측 가장자리 630: 상면
100: 하부 지그 200: 상부 지그
220: 경사면 230: 라운드면
240: 가이드홈 250: 가이드돌기
300: 레이저 조사부 310: 레이저 웰딩포인트
400: 제1 불활성가스 분사부 410: 제1 불활성가스 분사노즐
500: 제2 불활성가스 분사부 510: 제2 불활성가스 분사노즐
600: 용접부위 610: 일측 가장자리
620: 타측 가장자리 630: 상면
Claims (12)
- 전극 및 분리막을 적층하여 제조된 전극 조립체의 전극탭과 전극리드의 용접부위에 레이저를 조사하여 용접하는 것으로서,
상기 전극탭과 전극리드의 용접부위를 향해 제1 불활성가스를 분사하는 제1 불활성가스 분사부; 및
상기 제1 불활성가스 분사부의 측방에 위치하며, 상기 전극탭과 전극리드의 용접부위의 폭 방향을 기준으로 일측 가장자리부터 타측 가장자리를 향해 제2 불활성가스를 분사함으로써, 상기 제2 불활성가스가 상기 용접부위의 상면을 따라 상기 일측 가장자리부터 상기 타측 가장자리를 향해 유동하도록 하는 제2 불활성가스 분사부를 포함하는 전극탭 용접장치. - 제1항에 있어서,
상기 제2 불활성가스 분사부는 상기 제2 불활성가스를 상기 용접부위의 상면을 향해 경사진 방향으로 분사하는 것을 특징으로 하는 전극탭 용접장치. - 제1항에 있어서,
상기 전극탭과 전극리드를 하측에서 지지하는 하부 지그; 및
상기 전극탭과 전극리드를 상측에서 지지하는 상부 지그를 더 포함하고,
상기 제1 불활성가스 분사부와 제2 불활성가스 분사부는 상기 상부 지그에 마련되며, 상기 상부 지그에는 상기 제2 불활성가스가 상기 용접부위의 상면을 향해 경사진 방향으로 분사되도록 상기 제2 불활성가스의 분사 가이드면으로서 경사면이 마련되는 것을 특징으로 하는 전극탭 용접장치. - 제3항에 있어서,
상기 제2 불활성가스 분사부는 상기 상부 지그에 대해 경사진 상태로 설치되되, 경사진 설치각도를 가변적으로 조절 가능하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 전극탭 용접장치. - 제4항에 있어서,
상기 상부 지그에는 원호형의 가이드홈이 마련되고, 상기 제2 불활성가스 분사부는 상기 가이드홈을 따라 이동 가능하도록 마련된 가이드돌기를 갖는 것을 특징으로 하는 전극탭 용접장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 불활성가스 분사부는 상기 제1 및 제2 불활성가스를 동시에 분사하되, 상기 제2 불활성가스 분사부를 통한 제2 불활성가스 최종 분사압력이 상기 제1 불활성가스 분사부를 통한 제1 불활성가스 최종 분사압력보다 일정이상 큰 것을 특징으로 하는 전극탭 용접장치. - 제6항에 있어서,
상기 제1 불활성가스 분사부는 제1 불활성가스 분사노즐을 포함하고, 상기 제2 불활성가스 분사부는 제2 불활성가스 분사노즐을 포함하되,
상기 제2 불활성가스 분사노즐의 분사단 개구는 상기 제1 불활성가스 분사노즐의 분사단 개구보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 전극탭 용접장치. - 전극 및 분리막을 적층하여 제조된 전극 조립체의 전극탭과 전극리드의 용접부위에 레이저를 조사하여 용접하는 것으로서,
(a) 상기 전극탭과 전극리드의 용접부위를 향해 제1 불활성가스를 분사하는 단계; 및
(b) 상기 전극탭과 전극리드의 용접부위의 폭 방향을 기준으로 일측 가장자리부터 타측 가장자리를 향해 제2 불활성가스를 분사함으로써, 상기 제2 불활성가스가 상기 용접부위의 상면을 따라 상기 일측 가장자리부터 상기 타측 가장자리를 향해 유동하도록 하는 단계를 포함하는 전극탭 용접방법. - 제8항에 있어서,
상기 (a)단계와 (b)단계는 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극탭 용접방법. - 제8항에 있어서,
상기 (b)단계에서 상기 제2 불활성가스는 상기 용접부위의 상면을 향해 경사진 방향으로 분사되는 것을 특징으로 하는 전극탭 용접방법. - 제8항에 있어서,
상기 (b)단계에서 상기 용접부위의 상면을 향한 상기 제2 불활성가스의 분사각도는 가변적으로 조절 가능한 것을 특징으로 하는 전극탭 용접방법. - 제8항에 있어서,
상기 (a)단계와 (b)단계는 각각 제1 불활성가스 분사노즐과 제2 불활성가스 분사노즐을 통해 이루어지고,
상기 제2 불활성가스 분사노즐의 최종 분사압력이 상기 제1 불활성가스 분사노즐의 최종 분사압력보다 일정이상 큰 것을 특징으로 하는 전극탭 용접방법.
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| CN116586851B (zh) * | 2023-07-17 | 2023-11-21 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 结构件及其制备方法、电池单体、电池及用电设备 |
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