WO2020153570A1 - 혼 및 용접 장치 - Google Patents

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WO2020153570A1
WO2020153570A1 PCT/KR2019/012818 KR2019012818W WO2020153570A1 WO 2020153570 A1 WO2020153570 A1 WO 2020153570A1 KR 2019012818 W KR2019012818 W KR 2019012818W WO 2020153570 A1 WO2020153570 A1 WO 2020153570A1
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projection
horn
electrode
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박정수
안창범
박일환
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a horn and a welding device, and more particularly, to a horn and a welding device capable of improving the welding power of laser welding performed after ultrasonic welding.
  • types of secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, lithium ion batteries, and lithium ion polymer batteries.
  • These secondary batteries are not only small-sized products such as digital cameras, P-DVDs, MP3Ps, cell phones, PDAs, portable game devices, power tools, and e-bikes, but also large-sized products that require high output such as electric vehicles or hybrid vehicles and surplus power generation It is also applied to power storage devices that store power or renewable energy and power storage devices for backup.
  • an electrode active material slurry is applied to a positive electrode current collector and a negative electrode current collector to prepare a positive electrode and a negative electrode, and is stacked on both sides of a separator to form a predetermined electrode assembly. To form. Then, the electrode assembly is stored in the battery case, and the electrolyte is injected and sealed.
  • the electrode assembly includes an electrode tab.
  • the electrode tab protrudes to the outside of the electrode assembly, and serves as a path through which electrons can move between the inside and outside of the electrode assembly.
  • These electrode tabs protrude from a plurality of electrodes, respectively, and are connected to each other outside the electrode assembly. In this case, when connecting a plurality of electrode tabs, ultrasonic welding using a horn and anvil may be used.
  • the electrode assembly also includes an electrode lead. The electrode lead is connected to the electrode tab to supply electricity generated inside the electrode assembly to the outside. At this time, laser welding may be used when connecting the electrode tab and the electrode lead.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a welding surface 311 of a conventional horn 31, and FIG. 2 is a side view of a conventional horn 31.
  • a plurality of electrode tabs to be welded to each other are stacked and seated on an welding surface (not shown) of the anvil, and then the welding surface 311 of the horn 31 ) To apply pressure to the electrode tabs.
  • a protrusion forming portion 313 in which a plurality of sharply protruding protrusions 312 are continuously arranged in a regular rule is formed on the welding surface 311 of the horn 31. do.
  • the horn 31 applies pressure to the plurality of electrode tabs, recessed patterns are formed on the surface of the electrode tab in a shape corresponding to the protrusion 312. Then, a plurality of electrode tabs are welded to each other by applying ultrasonic waves.
  • the electrode tab and the electrode lead are overlapped to perform laser welding.
  • the patterns are formed with very little or no gap between them.
  • the energy of the laser was dispersed by the pattern on the surface of the electrode tab. Therefore, there has been a problem that the welding power of laser welding is lowered.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a horn and a welding device capable of improving the welding power of laser welding performed after ultrasonic welding.
  • the horn according to the embodiment of the present invention for solving the above problems is formed by a plurality of protrusions formed in a row in at least one row protruding from the welding surface, a plurality of protrusions each forming a pattern forming portion on the electrode tab of the secondary battery Forming part; And a protrusion non-formation part disposed between the plurality of protrusion formation parts, the protrusion not formed, and the welding surface is exposed to the outside, and forming a pattern non-formation part on the electrode tab, and the width of the protrusion non-formation part. Silver is larger than the width of the projection.
  • the width of the protrusion non-formation part may be smaller than twice the width of the protrusion.
  • the protrusion forming portion includes a first protrusion forming portion and a second protrusion forming portion, and the first protrusion forming portion may include a plurality of the protrusions arranged in a row in a plurality of rows.
  • the second protrusion forming part, the first protrusion forming part, and a plurality of the protrusions may be arranged parallel to each other.
  • the protrusion forming part may further include a third protrusion forming part in which the second protrusion forming part and a plurality of the protrusions are arranged in parallel.
  • the protrusion non-formation part a first protrusion unformed part formed between the first protrusion formation part and the second protrusion formation part; And a second protrusion unformed portion formed between the second protrusion forming portion and the third protrusion forming portion.
  • the protrusion may have a square truncated shape.
  • the protrusion, the side of the bottom surface may be arranged parallel to the side of the welding surface.
  • the protrusion, the side of the top surface may be more than half of the side of the bottom surface.
  • the protrusion, the upper side may be 2/3 or more of the lower side.
  • the welding apparatus for solving the above problems is formed by arranging a plurality of protrusions formed in a row in at least one row, each protruding from the welding surface, a plurality of each forming a pattern forming portion on the electrode tab of the secondary battery It includes a projection forming portion, and a plurality of projection forming portion disposed between the projection forming portion, the projection is unformed and the welding surface is exposed to the outside, forming a pattern unformed portion on the electrode tab, the A horn in which the width of the protrusion non-formed portion is larger than the width of the protrusion; An anvil that welds the electrode tab with the horn, in contact with each other with the electrode tab interposed therebetween; And a laser generating unit that generates a laser to irradiate the laser to the pattern unformed portion when the electrode tab overlaps with the electrode lead.
  • the protrusion forming portion includes a first protrusion forming portion and a second protrusion forming portion, wherein the first protrusion forming portion, a plurality of the protrusions are arranged in a plurality of rows, the second protrusion forming portion, the The first protrusion forming portion and the plurality of protrusions may be arranged in parallel with each other.
  • the protrusion forming part may further include a third protrusion forming part in which the second protrusion forming part and a plurality of the protrusions are arranged in parallel.
  • the protrusion non-formation part a first protrusion unformed part formed between the first protrusion formation part and the second protrusion formation part; And a second protrusion unformed portion formed between the second protrusion forming portion and the third protrusion forming portion.
  • a protrusion non-formation part is formed between the plurality of protrusion formation parts of the horn, and ultrasonic welding is performed, a plurality of pattern formation parts and a pattern formation part are formed on the electrode tab, and laser welding is performed through the pattern formation part, so that the energy of the laser is It can be prevented from being dispersed can improve the welding power of the laser welding.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a welding surface of a conventional horn.
  • FIG. 2 is a side view of a conventional horn.
  • FIG. 3 is an assembly diagram of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a state in which a welding apparatus according to an embodiment of the present invention ultrasonically welds an electrode tab.
  • FIG. 5 is a schematic view showing a welding surface of a horn according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a side view of a horn according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of a projection according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 8 is a schematic view showing a state in which a welding apparatus according to an embodiment of the present invention performs laser welding of an electrode tab and an electrode lead.
  • FIG. 9 is a schematic view showing a welding surface of a horn according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an assembly diagram of a secondary battery 1 according to an embodiment of the present invention.
  • a slurry obtained by mixing an electrode active material, a binder, and a plasticizer is applied to a positive electrode current collector and a negative electrode current collector to prepare a positive electrode and a negative electrode, This is stacked on both sides of a separator to form an electrode assembly 10 of a predetermined shape, and then the electrode assembly 10 is inserted into the battery case 13 and sealed after injection of the electrolyte.
  • Electrode assembly (Electrode Assembly, 10), as shown in Figure 3, includes an electrode tab (Electrode Tab, 11).
  • the electrode tab 11 is connected to the positive electrode and the negative electrode of the electrode assembly 10, respectively, and protrudes to the outside of the electrode assembly 10, and becomes a path through which electrons can move between the inside and the outside of the electrode assembly 10. .
  • the current collector of the electrode assembly 10 is composed of a portion to which the electrode active material is applied and a terminal portion to which the electrode active material is not applied, that is, a non-coated portion.
  • the electrode tab 11 may be formed by cutting the uncoated portion or by connecting a separate conductive member to the uncoated portion by ultrasonic welding or the like. 3, the electrode tabs 11 may protrude side by side in the same direction from one side of the electrode assembly 10, but are not limited thereto and may protrude in different directions.
  • An electrode lead 12 is connected to the electrode tab 11 of the electrode assembly 10 by laser welding or the like. Then, a part of the electrode lead 12 is surrounded by the insulating portion 14.
  • the insulating portion 14 is limited to the sealing portion 134 where the upper pouch 131 and the lower pouch 132 of the battery case 13 are heat-sealed, so that the electrode lead 12 is connected to the battery case 13. Bond. Then, the electricity generated from the electrode assembly 10 is prevented from flowing to the battery case 13 through the electrode lead 12, and the sealing of the battery case 13 is maintained. Therefore, the insulating portion 14 is made of a non-conductor having a non-conductivity that does not conduct electricity well. In general, as the insulating portion 14, it is easy to attach to the electrode lead 12 and uses a lot of relatively thin insulating tape, but is not limited thereto, and various members can be used if the electrode lead 12 can be insulated. have.
  • the electrode leads 12 may extend in the same direction to each other or may extend in opposite directions depending on the formation positions of the anode tab 111 and the cathode tab 112.
  • the positive electrode lead 121 and the negative electrode lead 122 may have different materials from each other. That is, the positive electrode lead 121 may be made of the same aluminum (Al) material as the positive electrode plate, and the negative electrode lead 122 may be the same copper (Cu) material or nickel (Ni) coated copper material as the negative electrode plate.
  • a portion of the electrode lead 12 protruding to the outside of the battery case 13 becomes a terminal portion and is electrically connected to the external terminal.
  • the battery case 13 is a pouch made of a flexible material.
  • the battery case 13 accommodates and seals the electrode assembly 10 such that a portion of the electrode lead 12, that is, a terminal portion is exposed.
  • the battery case 13 includes an upper pouch 131 and a lower pouch 132.
  • the lower pouch 132 is provided with a receiving space 1331 for accommodating the electrode assembly 10, and the upper pouch 131 is such that the electrode assembly 10 is not detached to the outside of the battery case 13.
  • the accommodation space 1331 is covered from the top.
  • an accommodation space 1331 is also formed in the upper pouch 131 to accommodate the electrode assembly 10 from the top.
  • the upper pouch 131 and the lower pouch 132 may be manufactured by connecting one side to each other as shown in FIG. 3, but are not limited thereto, and may be manufactured in various ways, such as being separately manufactured from each other.
  • the electrode lead 12 When the electrode lead 12 is connected to the electrode tab 11 of the electrode assembly 10 and an insulating portion 14 is formed on a part of the electrode lead 12, the accommodation space 1331 provided in the lower pouch 132 In the electrode assembly 10 is accommodated, the upper pouch 131 covers the accommodation space 1331 from the top. Then, when the electrolyte is injected therein and the sealing portion 134 formed on the edge of the upper pouch 131 and the lower pouch 132 is sealed, the secondary battery 1 is manufactured.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a state in which the welding apparatus 2 according to an embodiment of the present invention ultrasonically welds the electrode tab 11.
  • the plurality of electrode tabs 11 to be welded are seated on the welding surface 211 of the anvil 22, as shown in FIG. 4. Pressure is applied to the electrode tabs 11 with a welding surface 211 (shown in FIG. 5) of the horn 21.
  • a plurality of protrusions 212 (shown in FIG. 5) are sequentially arranged in a regular rule to form protrusion protrusions 213 (shown in FIG. 5).
  • the plurality of protrusions 212 are driven into the plurality of electrode tabs 11, patterns recessed in a shape corresponding to the protrusion 212 are formed on the outermost surface of the electrode tab 11.
  • ultrasonic waves having a high frequency of approximately 20 kHz are applied, the vibration energy of the horn 21 and the anvil 22 is converted into thermal energy by friction and welding is performed.
  • FIG 5 is a schematic view showing a welding surface 211 of the horn 21 according to an embodiment of the present invention.
  • the protrusion non-formation part 214 is formed between the plurality of protrusion formation parts 213 of the horn 21, and when performing ultrasonic welding, the electrode tab ( 11) a plurality of pattern forming parts 1131 and 1132. (not shown in FIG. 8) and pattern non-forming parts 1133 and 833 are formed, and laser welding is performed through the pattern non-forming parts 1133,
  • the welding power of laser welding can be improved by preventing the energy of the laser from being dispersed.
  • a plurality of protrusions 212 protruding from the welding surface 211 are formed in a row in at least one row, and the secondary battery 1 It is disposed between the plurality of protrusion forming portions 213 and the plurality of protrusion forming portions 213 for forming the pattern forming portions 1131 and 1132 on the electrode tab 11, respectively, and the protrusion 212 is not It is formed and the welding surface 211 is exposed to the outside, including a projection unformed portion 214 to form a pattern unformed portion 1133 on the electrode tab 11, the width of the projection unformed portion 214 ( W) the horn 21 is larger than the width (D) of the projection 212; Anvil 22 which, together with the horn 21, is in contact with each other with the electrode tab 11 interposed therebetween and welds the electrode tab 11; And a laser generation unit 23 (shown in FIG. 8) that generates a laser to irradiate the laser to the pattern non-
  • the horn 21 is a plurality of protrusions 212 formed protruding from the welding surface 211 are formed in a row in at least one row, the electrode tab 11 of the secondary battery 1 )
  • the projection 212 is not formed so that the welding surface 211 is exposed to the outside, the electrode tab 11 pattern unformed portion 1133 It includes a projection non-formation portion 214 to form, the width (W) of the projection non-formation portion 214 is greater than the width (D) of the projection (212).
  • the protrusion forming portion 213 is a portion formed by arranging a plurality of protrusions 212 protruding from the welding surface 211 of the horn 21 in line with at least one row.
  • the protrusion forming portion 213 is formed in plural, and includes a first protrusion forming portion 2131 and a second protrusion forming portion 2132 as shown in FIG. 5.
  • the first projection forming portion 2131 is formed on the upper portion of the horn 21 based on the bar shown in FIG. 5, and the second projection forming portion 2132 is based on the bar shown in FIG. 5 based on the lower portion of the horn 21 Is formed on.
  • the top of the horn 21 may face the electrode assembly 10
  • the bottom of the horn 21 may face the opposite direction of the electrode assembly 10.
  • the welding force should be further improved relatively in the region close to the electrode assembly 10.
  • the first protrusion forming unit 2131 may have a plurality of protrusions 212 arranged in a row in a plurality of rows.
  • the first protrusion forming unit 2131 may include a plurality of protrusions 212 arranged in a row in two rows.
  • the second protrusion forming portion 2132 may be arranged in a row in only one row.
  • the present invention is not limited thereto, and the second protrusion forming unit 2132 may also have a plurality of protrusions 212 arranged in a row in a plurality of rows.
  • the first protrusion forming portion 2131 and the second protrusion forming portion 2132 are formed on the upper and lower portions of the horn 21, respectively, based on the bar illustrated in FIG. 5.
  • patterns are recessed in a shape corresponding to the projection forming portion 213, in a shape corresponding to the projection forming portion 213 Partial, pattern forming portions 1131 and 1132 are formed. Therefore, in the ultrasonic welding region 113 of the electrode tab 11, at a position corresponding to the first protrusion forming portion 2131, the pattern is recessed in a shape corresponding to the first protrusion forming portion 2131, The first pattern forming portion 1131 is formed.
  • a second pattern forming portion 1132 which is a portion in which patterns are recessed in a shape corresponding to the second projection forming portion 2132, is formed.
  • the first pattern forming portion 1131 and the second pattern forming portion 1132 are formed at both ends of the ultrasonic welding region 113 to ensure a minimum welding force of the ultrasonic welding region 113, respectively.
  • first protrusion forming portion 2131 and the second protrusion forming portion 2132 a plurality of protrusions 212 may be arranged in parallel with each other. Therefore, the first pattern forming portion 1131 and the second pattern forming portion 1132 respectively formed by the first protrusion forming portion 2131 and the second protrusion forming portion 2132 may also be formed in parallel with each other.
  • the protrusion non-formation part 214 is disposed between the plurality of protrusion formation parts 213, and the protrusion 212 is not formed so that the welding surface 211 is exposed to the outside and the horn
  • a pattern unformed portion 1133 is formed on the electrode tab 11.
  • the electrode tab 11 and the electrode lead 12 are overlapped with each other to perform laser welding.
  • laser welding is performed on the electrode tab 11 through the pattern non-formation part 1133.
  • the pattern non-formation part 1133 In order for the laser to avoid interference of the pattern when laser welding is performed, the pattern non-formation part 1133 must be somewhat wide. However, if the width of the pattern non-formation part 1133 is excessively large, there is a problem that the welding force is lowered. Accordingly, the width W of the projection non-formation portion 214 of the horn 21 forming the pattern non-formation portion 1133 is greater than the width D of the projection 212 and the width D of the projection 212 Can be less than twice. For example, if the width (D) of the protrusion 212 is 1.2 mm, the width (W) of the protrusion unformed portion 214 may be greater than 1.2 mm and less than 2.4 mm, and preferably 1.8 mm or more and 2.2 mm or less. Can. By doing so, it is possible to secure the welding power at the same time while the laser avoids the interference of the pattern.
  • FIG. 6 is a side view of the horn 21 according to an embodiment of the present invention.
  • the projection 212 of the horn 21 is formed with a projection 212 protruding from one side of the welding surface 211.
  • the projection 212 has a shape of a conical or polygonal truncated upper surface T and a lower surface B, as illustrated in FIG. 6, the projection 212 is formed. Since it is not sharply formed, damage to the electrode tab 11 can be reduced.
  • FIG. 7 is a perspective view of a projection 212 according to an embodiment of the present invention.
  • the projection 212 Since the projection 212 has the shape of a truncated cone or a polygonal truncated cone, it includes a top surface (T) and a bottom surface (B), and the top surface (T) and the bottom surface (B) are parallel. However, in order to secure a minimum welding force in the ultrasonic welding by the protrusion 212 being embedded in the electrode tab 11, the area of the upper surface T of the protrusion 212 must be somewhat narrowed. At the same time, in order to minimize damage to the electrode tab 11, the area of the upper surface T of the projection 212 must be somewhat wide.
  • the side d of the top surface T is at least half of the side D of the bottom surface B, In particular, it is more preferable that the side d of the top surface T is 2/3 or more of the side D of the bottom surface B.
  • the side d of the top surface T may be 0.5 mm or more, more preferably 0.8 mm or more. Thereby, damage to the electrode tab 11 can be minimized.
  • the side d of the top surface T is 3/4 or less of the side D of the bottom surface B. Thereby, the minimum welding force can be ensured.
  • the width W of the protrusion non-formed portion 214 is greater than the width D of the protrusion 212.
  • the projection 212 has the shape of a square pyramid, the width D of the projection 212 becomes the side D of the base B. Therefore, the width W of the protrusion non-formation part 214 is larger than the side D of the bottom surface B of the protrusion 212.
  • the present invention is not limited thereto, and if the protrusion 212 has the shape of a truncated cone, the width D of the protrusion 212 becomes the diameter of the bottom surface B, so the width W of the protrusion unformed portion 214 is protrusion. It may be larger than the diameter of the bottom surface (B) of (212).
  • the base side is arranged in a diamond shape by forming a specific angle with the side of the welding surface.
  • a protrusion non-formation part 214 is formed between the first protrusion formation part 2131 and the second protrusion formation part 2132.
  • the protrusion non-formation part 214 should have a large width. Accordingly, if the projection 212 has a square truncated shape as shown in FIG. 7, the side D of the base B of the projection 212 is welded ( 211).
  • the projections 212 may be regularly arranged in a checkerboard shape. In this way, in the limited ultrasonic welding area 113, the width W of the protrusion non-formation part 214 can be secured larger than those arranged in a diamond shape, thereby improving space efficiency.
  • FIG 8 is a schematic view showing a state in which the welding apparatus 2 according to an embodiment of the present invention performs laser welding on the electrode tab 11 and the electrode lead 12.
  • the laser generating unit 23 When the electrode lead 12 overlaps the electrode tab 11 on which the ultrasonic welding is performed, the laser generating unit 23 generates a laser (LASER) to the portion where the electrode tab 11 and the electrode lead 12 overlap.
  • the laser is irradiated.
  • the laser generation unit 23 irradiates a laser to the pattern non-formation unit 1133 as shown in FIG. 8. By doing so, it is possible to prevent the energy of the laser from being dispersed by the patterns, thereby improving the welding power of laser welding.
  • FIG. 9 is a schematic view showing a welding surface 211 of the horn 21 according to another embodiment of the present invention.
  • the protrusion forming portion 213 includes a first protrusion forming portion 2131 and a second protrusion forming portion 2132, and the protrusion non-forming portion 214 has a first protrusion forming portion ( 2131) and the second protrusion forming portion 2132.
  • the area of the electrode tab 11 may be large.
  • the area of the ultrasonic welding region 113 is also preferably formed to a certain extent. However, if only one protrusion non-formation part 214 is formed, the area of the ultrasonic welding region 113 may not be enlarged, or only the protrusion formation part 213 may be excessively widened in order to enlarge it.
  • three or more protrusion forming portions 213a are formed to form two or more protrusion non-forming portions 214a.
  • the protrusion forming portion 213a may further include a third protrusion forming portion 2133a.
  • a pattern forming portion (not shown) may also be formed in a corresponding number.
  • the third protrusion forming portion 2133a is also formed with a plurality of protrusions 212 arranged in a row in at least one row. And based on the bar shown in Figure 9, the first projection forming portion 2131a is the top of the horn 21a, the second projection forming portion 2132a is the center of the horn 21a, the third projection forming portion 2133a Each may be formed on the lower portion of the horn 21a. Therefore, in the ultrasonic welding region 113, at a position corresponding to the third projection forming portion 2133a, a third pattern forming portion (that is, a portion in which patterns are recessed in a shape corresponding to the third projection forming portion 2133a) (Not shown) may be further formed.
  • a third pattern forming portion that is, a portion in which patterns are recessed in a shape corresponding to the third projection forming portion 2133a
  • the first protrusion forming portion 2131a, the second protrusion forming portion 2132a and the plurality of protrusions 212 may be arranged in parallel with each other. And, as shown in Figure 9, the third projection forming portion 2133a, the second projection forming portion 2132a and a plurality of projections 212 may be arranged in parallel. Therefore, the first to third pattern forming parts (not shown) may be formed parallel to each other.
  • the protrusion non-forming portion 214a is disposed between the plurality of protrusion forming portions 213a. Accordingly, as shown in FIG. 9, the protrusion non-formation part 214a is formed between the first protrusion non-formation part 2141a and the second protrusion formation part 2131a and the second protrusion formation part 2132a. A second protrusion non-forming part 2142a formed between the part 2132a and the third protrusion forming part 2133a may be included. Accordingly, when pressure is applied to the electrode tab 11 of the secondary battery 1 with the horn 21a, the first protrusion non-formation part 2141a forms a first pattern non-formation part (not shown) in the electrode tab 11.
  • the second projection non-formation part 2142a forms a second pattern non-formation part (not shown) on the electrode tab 11. Then, when performing laser welding by overlapping the electrode tab 11 and the electrode lead 12 later, a first pattern unformed portion (not shown) and a second pattern unformed portion (not shown) in the electrode tab 11 Perform laser welding through. Thereby, since the area for performing laser welding increases, the welding power of laser welding can be further improved.
  • both the width W1 of the first protrusion unformed portion 2141a and the width W2 of the second protrusion unformed portion 2142a are greater than the width D of the protrusion 212 and the width D of the protrusion 212 ).

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Abstract

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 혼은 용접 면으로부터 돌출 형성된 복수의 돌기가 적어도 하나의 행으로 일렬로 나열 형성되며, 이차 전지의 전극 탭에 패턴 형성부를 각각 형성시키는 복수의 돌기 형성부; 및 복수의 상기 돌기 형성부의 사이에 배치되고, 상기 돌기가 미형성되어 상기 용접 면이 외부로 노출되며, 상기 전극 탭에 패턴 미형성부를 형성시키는 돌기 미형성부를 포함하고, 상기 돌기 미형성부의 폭은, 상기 돌기의 폭보다 크다.

Description

혼 및 용접 장치
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2019년 01월 21일자 한국특허출원 제10-2019-0007599호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 혼 및 용접 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초음파 용접 후에 수행되는 레이저 용접의 용접력을 향상시킬 수 있는 혼 및 용접 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
이러한 이차 전지를 제조하기 위해, 먼저 전극 활물질 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극을 제조하고, 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체(Electrode Assembly)를 형성한다. 그리고 전지 케이스에 전극 조립체를 수납하고 전해액 주입 후 실링한다.
전극 조립체는 전극 탭을 포함한다. 전극 탭은 전극 조립체의 외부로 돌출되어, 전극 조립체의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로가 된다. 이러한 전극 탭은 복수의 전극들로부터 각각 돌출되어, 전극 조립체의 외부에서 서로 연결된다. 이 때, 복수의 전극 탭들을 연결할 때 혼(Horn)과 앤빌(Anvil)을 이용한 초음파 용접이 사용될 수 있다. 전극 조립체는 전극 리드도 포함한다. 전극 리드는 전극 탭과 연결되어 전극 조립체의 내부에서 생성된 전기를 외부로 공급한다. 이 때, 전극 탭과 전극 리드를 연결할 때 레이저 용접이 사용될 수 있다.
도 1은 종래의 혼(31)의 용접 면(311)을 나타낸 개략도이고, 도 2는 종래의 혼(31)의 측면도이다.
복수의 전극 탭들을 초음파 용접할 때, 먼저 앤빌(Anvil)의 용접 면(미도시)에 용접 대상이 되는 복수의 전극 탭들을 서로 적층하여 안착시킨 후, 혼(Horn, 31)의 용접 면(311)으로 상기 전극 탭들에 압력을 인가한다. 이 때, 혼(31)의 용접 면(311)에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 첨예하게 돌출된 복수의 돌기(312)가 일정한 규칙으로 연속적으로 나열된 돌기 형성부(313)가 형성된다. 혼(31)이 복수의 전극 탭에 압력을 인가하면, 전극 탭의 표면에는 상기 돌기(312)와 대응되는 형상으로 함몰된 패턴들이 형성된다. 그리고 초음파를 인가하여 복수의 전극 탭들이 서로 용접된다.
한편, 초음파 용접이 완료된 후 전극 탭과 전극 리드를 서로 겹쳐 레이저 용접을 수행한다. 그러나, 종래에는 복수의 돌기(312)들 사이의 간격이 없거나 매우 좁아서, 상기 패턴들도 사이의 간격이 없거나 매우 좁게 형성되었다. 그런데, 패턴이 형성된 패턴 형성부에 전극 리드가 겹쳐진 후 레이저가 조사되면, 상기 패턴에 의해 레이저의 에너지가 전극 탭의 표면에서 분산되었다. 따라서, 레이저 용접의 용접력이 저하되는 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 초음파 용접 후에 수행되는 레이저 용접의 용접력을 향상시킬 수 있는 혼 및 용접 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 혼은 용접 면으로부터 돌출 형성된 복수의 돌기가 적어도 하나의 행으로 일렬로 나열 형성되며, 이차 전지의 전극 탭에 패턴 형성부를 각각 형성시키는 복수의 돌기 형성부; 및 복수의 상기 돌기 형성부의 사이에 배치되고, 상기 돌기가 미형성되어 상기 용접 면이 외부로 노출되며, 상기 전극 탭에 패턴 미형성부를 형성시키는 돌기 미형성부를 포함하고, 상기 돌기 미형성부의 폭은, 상기 돌기의 폭보다 크다.
또한, 상기 돌기 미형성부의 폭은, 상기 돌기의 폭의 두 배 보다 작을 수 있다.
또한, 상기 돌기 형성부는, 제1 돌기 형성부 및 제2 돌기 형성부를 포함하며, 상기 제1 돌기 형성부는, 복수의 상기 돌기가 복수의 행으로 일렬로 나열될 수 있다.
또한, 상기 제2 돌기 형성부는, 상기 제1 돌기 형성부와, 복수의 상기 돌기가 서로 평행하게 나열될 수 있다.
또한, 상기 돌기 형성부는, 상기 제2 돌기 형성부와, 복수의 상기 돌기가 평행하게 나열되는 제3 돌기 형성부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 돌기 미형성부는, 상기 제1 돌기 형성부 및 상기 제2 돌기 형성부 사이에 형성되는 제1 돌기 미성형부; 및 상기 제2 돌기 형성부 및 상기 제3 돌기 형성부 사이에 형성되는 제2 돌기 미성형부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 돌기는, 정사각뿔대 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 돌기는, 밑면의 변이 상기 용접 면의 변과 평행하게 배치될 수 있다.
또한, 상기 돌기는, 윗면의 변이 밑면의 변의 절반 이상일 수 있다.
또한, 상기 돌기는, 윗면의 변이 밑면의 변의 2/3 이상일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 용접 장치는 용접 면으로부터 돌출 형성된 복수의 돌기가 적어도 하나의 행으로 각각 일렬로 나열 형성되며, 이차 전지의 전극 탭에 패턴 형성부를 각각 형성시키는 복수의 돌기 형성부, 및 복수의 상기 돌기 형성부의 사이에 배치되고, 상기 돌기가 미형성되어 상기 용접 면이 외부로 노출되며, 상기 전극 탭에 패턴 미형성부를 형성시키는 돌기 미형성부를 포함하고, 상기 돌기 미형성부의 폭이 상기 돌기의 폭보다 큰 혼; 상기 혼과 함께, 상기 전극 탭을 사이에 두고 서로 맞닿으며, 상기 전극 탭을 용접하는 앤빌; 및 상기 전극 탭이 전극 리드와 겹쳐지면, 레이저를 발생시켜 상기 패턴 미형성부에 상기 레이저를 조사하는 레이저 발생부를 포함한다.
또한, 상기 돌기 형성부는, 제1 돌기 형성부 및 제2 돌기 형성부를 포함하며, 상기 제1 돌기 형성부는, 복수의 상기 돌기가 복수의 행으로 일렬로 나열되고, 상기 제2 돌기 형성부는, 상기 제1 돌기 형성부와, 복수의 상기 돌기가 서로 평행하게 나열될 수 있다.
또한, 상기 돌기 형성부는, 상기 제2 돌기 형성부와, 복수의 상기 돌기가 평행하게 나열되는 제3 돌기 형성부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 돌기 미형성부는, 상기 제1 돌기 형성부 및 상기 제2 돌기 형성부 사이에 형성되는 제1 돌기 미성형부; 및 상기 제2 돌기 형성부 및 상기 제3 돌기 형성부 사이에 형성되는 제2 돌기 미성형부를 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
혼의 복수의 돌기 형성부 사이에 돌기 미형성부가 형성되어, 초음파 용접을 수행하면 전극 탭에 복수의 패턴 형성부와 패턴 미형성부가 형성되고, 패턴 미형성부를 통해 레이저 용접이 수행됨으로써, 레이저의 에너지가 분산되는 것을 방지하여 레이저 용접의 용접력을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 종래의 혼의 용접 면을 나타낸 개략도이다.
도 2는 종래의 혼의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 조립도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 장치가 전극 탭을 초음파 용접하는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼의 용접 면을 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼의 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 돌기의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 장치가 전극 탭 및 전극 리드를 레이저 용접하는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 혼의 용접 면을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 조립도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)를 제조하는 과정은, 먼저 전극 활물질과 바인더 및 가소제를 혼합한 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극을 제조하고, 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체(10)를 형성한 다음에, 전극 조립체(10)를 전지 케이스(13)에 삽입하고 전해액 주입 후 실링한다.
전극 조립체(Electrode Assembly, 10)는 도 3에 도시된 바와 같이, 전극 탭(Electrode Tab, 11)을 포함한다. 전극 탭(11)은 전극 조립체(10)의 양극 및 음극과 각각 연결되고, 전극 조립체(10)의 외부로 돌출되어, 전극 조립체(10)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로가 된다. 전극 조립체(10)의 집전체는 전극 활물질이 도포된 부분과 전극 활물질이 도포되지 않은 말단 부분, 즉 무지부로 구성된다. 그리고 전극 탭(11)은 무지부를 재단하여 형성되거나 무지부에 별도의 도전부재를 초음파 용접 등으로 연결하여 형성될 수도 있다. 이러한 전극 탭(11)은 도 3에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)의 일측으로부터 동일한 방향으로 나란히 돌출될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 각각 다른 방향으로 돌출될 수도 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에는 전극 리드(Electrode Lead, 12)가 레이저 용접 등으로 연결된다. 그리고, 전극 리드(12)의 일부는 절연부(14)로 주위가 포위된다. 절연부(14)는 전지 케이스(13)의 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)가 열융착되는 실링부(134)에 한정되어 위치하여, 전극 리드(12)를 전지 케이스(13)에 접착시킨다. 그리고, 전극 조립체(10)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(12)를 통해 전지 케이스(13)로 흐르는 것을 방지하며, 전지 케이스(13)의 실링을 유지한다. 따라서, 이러한 절연부(14)는 전기가 잘 통하지 않는 비전도성을 가진 부도체로 제조된다. 일반적으로 절연부(14)로는, 전극 리드(12)에 부착하기 용이하고, 두께가 비교적 얇은 절연테이프를 많이 사용하나, 이에 제한되지 않고 전극 리드(12)를 절연할 수 있다면 다양한 부재를 사용할 수 있다.
전극 리드(12)는 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)의 형성 위치에 따라 서로 동일한 방향으로 연장될 수도 있고 서로 반대 방향으로 연장될 수도 있다. 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 서로 그 재질이 다를 수 있다. 즉, 양극 리드(121)는 양극 판과 동일한 알루미늄(Al) 재질이며, 음극 리드(122)는 음극 판과 동일한 구리(Cu) 재질 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리 재질일 수 있다. 그리고 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된 전극 리드(12)의 일부분은 단자부가 되어, 외부 단자와 전기적으로 연결된다.
본 발명의 실시예들에 따른 파우치 형 이차 전지(1)에서 전지 케이스(13)는 연성의 재질로 제조된 파우치이다. 이하, 전지 케이스(13)는 파우치인 것으로 설명한다. 전지 케이스(13)는 전극 리드(12)의 일부, 즉 단자부가 노출되도록 전극 조립체(10)를 수용하고 실링된다. 이러한 전지 케이스(13)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)를 포함한다. 하부 파우치(132)에는 전극 조립체(10)를 수용할 수 있는 수용 공간(1331)이 마련되고, 상부 파우치(131)는 상기 전극 조립체(10)가 전지 케이스(13)의 외부로 이탈되지 않도록 상기 수용 공간(1331)을 상부에서 커버한다. 이 때, 도 3에 도시된 바와 같이 상부 파우치(131)에도 수용 공간(1331)이 형성되어, 전극 조립체(10)를 상부에서 수용할 수도 있다. 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)는 도 3에 도시된 바와 같이 일측이 서로 연결되어 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 서로 분리되어 별도로 제조되는 등 다양하게 제조될 수 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에 전극 리드(12)가 연결되고, 전극 리드(12)의 일부분에 절연부(14)가 형성되면, 하부 파우치(132)에 마련된 수용 공간(1331)에 전극 조립체(10)가 수용되고, 상부 파우치(131)가 상기 수용 공간(1331)을 상부에서 커버한다. 그리고, 내부에 전해액을 주입하고 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)의 테두리에 형성된 실링부(134)가 실링되면 이차 전지(1)가 제조된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 장치(2)가 전극 탭(11)을 초음파 용접하는 모습을 나타낸 개략도이다.
복수의 전극 탭(11)들을 초음파 용접할 때, 먼저 앤빌(Anvil, 22)의 용접 면(211)에 용접 대상이 되는 복수의 전극 탭(11)들을 안착시킨 후, 도 4에 도시된 바와 같이 혼(Horn, 21)의 용접 면(211, 도 5에 도시됨)으로 상기 전극 탭(11)들에 압력을 인가한다. 이 때, 혼(21)의 용접 면(211)에는, 복수의 돌기(212, 도 5에 도시됨)가 일정한 규칙으로 연속적으로 나열되어 돌기 형성부(213, 도 5에 도시됨)가 형성된다. 이러한 복수의 돌기(212)가 복수의 전극 탭(11)에 박힘으로써, 전극 탭(11)의 최외측 표면에는 상기 돌기(212)와 대응되는 형상으로 함몰된 패턴들이 형성된다. 그리고, 대략 20 kHz의 높은 주파수의 초음파를 인가하면, 혼(21)과 앤빌(22)의 진동 에너지가 마찰에 의해 열 에너지로 변환되며 용접이 수행된다.
한편, 초음파 용접이 완료된 후 전극 탭(11)과 전극 리드(12)에 레이저 용접을 수행한다. 이 때, 전극 탭(11)과 전극 리드(12)를 서로 겹친 후, 높은 에너지 밀도를 가지는 레이저를 전극 탭(11)과 전극 리드(12)에 조사한다. 그럼으로써, 전극 탭(11)과 전극 리드(12)의 사이가 일시적으로 용융되고, 이러한 용융된 부분이 다시 응고되며 용접된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼(21)의 용접 면(211)을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용접 장치(2)를 이용하면, 혼(21)의 복수의 돌기 형성부(213) 사이에 돌기 미형성부(214)가 형성되어, 초음파 용접을 수행하면 전극 탭(11)에 복수의 패턴 형성부(1131, 1132. 도 8에 도시됨)와 패턴 미형성부(1133, 도 8에 도시됨)가 형성되고, 패턴 미형성부(1133)를 통해 레이저 용접이 수행됨으로써, 레이저의 에너지가 분산되는 것을 방지하여 레이저 용접의 용접력을 향상시킬 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 장치(2)는 용접 면(211)으로부터 돌출 형성된 복수의 돌기(212)가 적어도 하나의 행으로 각각 일렬로 나열 형성되며, 이차 전지(1)의 전극 탭(11)에 패턴 형성부(1131, 1132)를 각각 형성시키는 복수의 돌기 형성부(213), 및 복수의 상기 돌기 형성부(213)의 사이에 배치되고, 상기 돌기(212)가 미형성되어 상기 용접 면(211)이 외부로 노출되며, 상기 전극 탭(11)에 패턴 미형성부(1133)를 형성시키는 돌기 미형성부(214)를 포함하고, 상기 돌기 미형성부(214)의 폭(W)이 상기 돌기(212)의 폭(D)보다 큰 혼(21); 상기 혼(21)과 함께, 상기 전극 탭(11)을 사이에 두고 서로 맞닿으며, 상기 전극 탭(11)을 용접하는 앤빌(22); 및 상기 전극 탭(11)이 전극 리드(12)와 겹쳐지면, 레이저를 발생시켜 상기 패턴 미형성부(1133)에 상기 레이저를 조사하는 레이저 발생부(23, 도 8에 도시됨)를 포함한다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 혼(21)은 용접 면(211)으로부터 돌출 형성된 복수의 돌기(212)가 적어도 하나의 행으로 일렬로 나열 형성되며, 이차 전지(1)의 전극 탭(11)에 패턴 형성부(1131, 1132)를 각각 형성시키는 복수의 돌기 형성부(213); 및 복수의 상기 돌기 형성부(213)의 사이에 배치되고, 상기 돌기(212)가 미형성되어 상기 용접 면(211)이 외부로 노출되며, 상기 전극 탭(11)에 패턴 미형성부(1133)를 형성시키는 돌기 미형성부(214)를 포함하고, 상기 돌기 미형성부(214)의 폭(W)은, 상기 돌기(212)의 폭(D)보다 크다.
돌기 형성부(213)는 도 5에 도시된 바와 같이, 혼(21)의 용접 면(211)으로부터 돌출 형성된 복수의 돌기(212)가, 적어도 하나의 행으로 일렬로 나열되어 형성된 부분이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 돌기 형성부(213)는 복수로 형성되어 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 돌기 형성부(2131) 및 제2 돌기 형성부(2132)를 포함한다.
제1 돌기 형성부(2131)는 도 5에 도시된 바를 기준으로 혼(21)의 상부에 형성되고, 제2 돌기 형성부(2132)는 도 5에 도시된 바를 기준으로 혼(21)의 하부에 형성된다. 그리고 초음파 용접을 수행할 때, 혼(21)의 상부는 전극 조립체(10)를 향하고, 혼(21)의 하부는 전극 조립체(10)의 반대 방향을 향할 수 있다. 그런데, 복수의 전극 탭(11)들이 서로 겹쳐지면, 전극 조립체(10)에 가까울수록 전극 탭(11)들이 서로 탈리되려는 힘이 강해진다. 따라서, 전극 탭(11)에서 초음파 용접이 수행되는 초음파 용접 영역(113)에서도, 전극 조립체(10)에 가까운 영역에서 상대적으로 용접력이 더욱 향상되어야 한다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 돌기 형성부(2131)는 복수의 돌기(212)가 복수의 행으로 일렬로 나열될 수 있다. 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 돌기 형성부(2131)는 복수의 돌기(212)가 두 개의 행으로 일렬로 나열될 수 있다.
반면에, 전극 조립체(10)로부터 멀수록 전극 탭(11)들이 서로 탈리되려는 힘이 약해진다. 따라서, 제2 돌기 형성부(2132)는 하나의 행으로만 일렬로 나열되어도 무방하다. 다만, 이에 제한되지 않고 제2 돌기 형성부(2132)도 복수의 돌기(212)가 복수의 행으로 일렬로 나열될 수도 있다.
제1 돌기 형성부(2131)와 제2 돌기 형성부(2132)는 도 5에 도시된 바를 기준으로 각각 혼(21)의 상부 및 하부에 형성된다. 그런데 혼(21)으로 이차 전지(1)의 전극 탭(11)에 압력을 인가하면, 돌기 형성부(213)에 대응되는 위치에, 돌기 형성부(213)에 대응되는 형상으로 패턴들이 함몰 형성된 부분인, 패턴 형성부(1131, 1132)가 형성된다. 따라서, 전극 탭(11)의 초음파 용접 영역(113)에서, 제1 돌기 형성부(2131)에 대응되는 위치에, 제1 돌기 형성부(2131)에 대응되는 형상으로 패턴들이 함몰 형성된 부분인, 제1 패턴 형성부(1131)가 형성된다. 그리고 제2 돌기 형성부(2132)에 대응되는 위치에, 제2 돌기 형성부(2132)에 대응되는 형상으로 패턴들이 함몰 형성된 부분인, 제2 패턴 형성부(1132)가 형성된다. 그럼으로써, 초음파 용접 영역(113)의 양 단에는, 각각 제1 패턴 형성부(1131)와 제2 패턴 형성부(1132)가 형성되어, 초음파 용접 영역(113)의 최소한의 용접력을 확보할 수 있다.
제1 돌기 형성부(2131)와 제2 돌기 형성부(2132)는, 복수의 돌기(212)들이 각각 서로 평행하게 나열될 수 있다. 따라서, 제1 돌기 형성부(2131)와 제2 돌기 형성부(2132)에 의해 각각 형성된 제1 패턴 형성부(1131)와 제2 패턴 형성부(1132)도, 서로 평행하게 형성될 수 있다.
돌기 미형성부(214)는 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 돌기 형성부(213)의 사이에 배치되고, 돌기(212)가 미형성되어 상기 용접 면(211)이 외부로 노출되며, 혼(21)으로 이차 전지(1)의 전극 탭(11)에 압력을 인가하면, 상기 전극 탭(11)에 패턴 미형성부(1133)를 형성시킨다. 그리고 추후에 전극 탭(11)과 전극 리드(12)를 서로 겹쳐 레이저 용접을 수행한다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극 탭(11)에서 패턴 미형성부(1133)를 통해 레이저 용접을 수행한다. 그럼으로써, 레이저의 에너지가 패턴들에 의해 분산되는 것을 방지하여 레이저 용접의 용접력을 향상시킬 수 있다.
레이저 용접이 수행될 때 레이저가 패턴의 간섭을 회피하기 위해, 패턴 미형성부(1133)는 어느 정도 폭이 커야 한다. 그러나 패턴 미형성부(1133)의 폭이 과도하게 크다면, 용접력이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 패턴 미형성부(1133)를 형성시키는 혼(21)의 돌기 미형성부(214)의 폭(W)은, 돌기(212)의 폭(D)보다 크고, 돌기(212)의 폭(D)의 두 배보다 작을 수 있다. 예를 들어, 돌기(212)의 폭(D)이 1.2 mm라면, 돌기 미형성부(214)의 폭(W)은 1.2 mm보다 크고 2.4 mm보다 작을 수 있으며, 바람직하게는 1.8 mm 이상 2.2 mm 이하일 수 있다. 그럼으로써, 레이저가 패턴의 간섭을 회피하면서, 동시에 용접력을 확보할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼(21)의 측면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 도 6에 도시된 바와 같이, 혼(21)의 돌기 형성부(213)에는, 용접 면(211)에서 돌기(212)가 일측으로 돌출 형성된다. 이러한 돌기(212)는 첨예할수록 전극 탭(11)에 더욱 깊이 박히고 열 에너지가 돌기(212)의 팁에 집중되어, 용접력이 향상될 수 있다. 따라서, 종래에는 돌기(212)가 원뿔 또는 다각뿔의 형상을 가졌으나, 이는 전극 탭(11)을 손상시키는 문제가 있었다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 전극 탭(11) 간에 초음파 용접을 수행한 후에, 전극 탭(11)과 전극 리드(12) 간에 레이저 용접이 수행된다. 이 때, 복수의 전극 탭(11) 간의 용접력도 크게 향상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 돌기(212)가 도 6에 도시된 바와 같이, 윗면(T)과 밑면(B)이 평행한 원뿔대 또는 다각뿔대의 형상을 가짐으로써, 돌기(212)가 첨예하게 형성되지 않아 전극 탭(11)의 손상을 감소시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 돌기(212)의 사시도이다.
돌기(212)는 원뿔대 또는 다각뿔대의 형상을 가지므로, 윗면(T)과 밑면(B)을 포함하며, 윗면(T)과 밑면(B)이 평행하다. 그런데 돌기(212)가 전극 탭(11)에 박혀 초음파 용접에서 최소한의 용접력을 확보하기 위해, 돌기(212)의 윗면(T)의 면적이 어느 정도 좁아야 한다. 이와 동시에, 전극 탭(11)의 손상을 최소한으로 감소시키기 위해, 돌기(212)의 윗면(T)의 면적이 어느 정도 넓어야 한다.
따라서, 만약 돌기(212)가 도 7에 도시된 바와 같이, 정사각뿔대의 형상을 가진다면, 윗면(T)의 변(d)이 밑면(B)의 변(D)의 절반 이상인 것이 바람직하며, 특히 윗면(T)의 변(d)이 밑면(B)의 변(D)의 2/3 이상인 것이 더욱 바람직하다. 예를 들어, 돌기(212)의 밑면(B)의 변(D)이 1.2 mm라면, 윗면(T)의 변(d)이 0.5 mm 이상, 더욱 바람직하게는 0.8 mm 이상일 수 있다. 그럼으로써, 전극 탭(11)의 손상을 최소한으로 감소시킬 수 있다. 다만, 윗면(T)의 변(d)이 밑면(B)의 변(D)의 3/4 이하인 것이 바람직하다. 그럼으로써, 최소한의 용접력을 확보할 수 있다.
상기 기술한 바와 같이, 혼(21)의 용접 면(211)에서, 돌기 미형성부(214)의 폭(W)이 돌기(212)의 폭(D)보다 크다. 그런데 만약 돌기(212)가 정사각뿔대의 형상을 가진다면, 돌기(212)의 폭(D)은 밑면(B)의 변(D)이 된다. 따라서 돌기 미형성부(214)의 폭(W)은 돌기(212)의 밑면(B)의 변(D)보다 크다. 다만, 이에 제한되지 않고, 돌기(212)가 원뿔대의 형상을 가진다면 돌기(212)의 폭(D)은 밑면(B)의 지름이 되므로, 돌기 미형성부(214)의 폭(W)은 돌기(212)의 밑면(B)의 지름보다 클 수 있다.
한편, 종래에는 돌기(312)가 다각뿔, 특히 정다각뿔의 형상을 가진 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 밑면의 변이 용접 면의 변과 특정 각도를 형성하여, 다이아몬드 형태로 일정하게 나열되었다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르면 제1 돌기 형성부(2131)와 제2 돌기 형성부(2132) 사이에 돌기 미형성부(214)가 형성된다. 그리고 이러한 돌기 미형성부(214)는 어느 정도 폭이 커야 한다. 따라서, 만약 돌기(212)가 도 7에 도시된 바와 같이, 정사각뿔대의 형상을 가진다면, 도 5에 도시된 바와 같이, 돌기(212)의 밑면(B)의 변(D)이 용접 면(211)의 변과 평행하게 배치될 수 있다. 즉, 돌기(212)가 바둑판 형태로 일정하게 나열될 수 있다. 그럼으로써 한정된 초음파 용접 영역(113)에서, 다이아몬드 형태로 나열되는 것 보다 돌기 미형성부(214)의 폭(W)을 더 크게 확보하여 공간 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 장치(2)가 전극 탭(11) 및 전극 리드(12)를 레이저 용접하는 모습을 나타낸 개략도이다.
혼(21)과 앤빌(22)을 이용하여 복수의 전극 탭(11)에 대한 초음파 용접이 완료되면, 도 8에 도시된 바와 같이 레이저 발생부(23)를 이용하여 레이저 용접을 수행한다.
레이저 발생부(23)는 초음파 용접이 수행된 전극 탭(11)에 전극 리드(12)가 겹쳐지면, 레이저(LASER)를 발생시켜 상기 전극 탭(11) 및 전극 리드(12)가 겹쳐진 부분에 레이저를 조사한다. 특히 본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 발생부(23)는 도 8에 도시된 바와 같이 패턴 미형성부(1133)에 레이저를 조사한다. 그럼으로써, 레이저의 에너지가 패턴들에 의해 분산되는 것을 방지하여 레이저 용접의 용접력을 향상시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 혼(21)의 용접 면(211)을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 돌기 형성부(213)가 제1 돌기 형성부(2131) 및 제2 돌기 형성부(2132)를 포함하고, 돌기 미형성부(214)가 제1 돌기 형성부(2131) 및 제2 돌기 형성부(2132)의 사이에 형성된다. 만약 이차 전지(1)의 사이즈가 커져 전극 탭(11)의 면적이 넓을 수 있다. 이러한 경우에는 초음파 용접 영역(113)의 면적 또한 어느 정도 넓게 형성되는 것이 바람직하다. 그런데 돌기 미형성부(214)가 하나만 형성된다면, 초음파 용접 영역(113)의 면적을 넓히지 못하거나, 이를 넓히기 위해서는 돌기 형성부(213)만을 과도하게 넓혀야 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 돌기 형성부(213a)가 3개 이상 형성되어 돌기 미형성부(214a)가 2개 이상 형성된다. 예를 들어, 돌기 형성부(213a)는 도 9에 도시된 바와 같이, 제3 돌기 형성부(2133a)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 돌기 형성부(213a)는 3개 이상 형성될 수 있으므로, 패턴 형성부(미도시)도 그에 대응되는 개수로 형성될 수 있다.
제3 돌기 형성부(2133a)도 복수의 돌기(212)가 적어도 하나의 행으로 일렬로 나열 형성된다. 그리고 도 9에 도시된 바를 기준으로, 제1 돌기 형성부(2131a)는 혼(21a)의 상부, 제2 돌기 형성부(2132a)는 혼(21a)의 중심부, 제3 돌기 형성부(2133a)는 혼(21a)의 하부에 각각 형성될 수 있다. 따라서, 초음파 용접 영역(113)에서, 제3 돌기 형성부(2133a)에 대응되는 위치에, 제3 돌기 형성부(2133a)에 대응되는 형상으로 패턴들이 함몰 형성된 부분인, 제3 패턴 형성부(미도시)가 더 형성될 수 있다.
상기 기술한 바와 같이, 제1 돌기 형성부(2131a)는, 제2 돌기 형성부(2132a)와 복수의 돌기(212)들이 각각 서로 평행하게 나열될 수 있다. 그리고 도 9에 도시된 바와 같이, 제3 돌기 형성부(2133a)도, 제2 돌기 형성부(2132a)와 복수의 돌기(212)들이 평행하게 나열될 수 있다. 따라서, 제1 내지 제3 패턴 형성부(미도시)는 서로 평행하게 형성될 수 있다.
돌기 미형성부(214a)는 복수의 돌기 형성부(213a)의 사이에 배치된다. 따라서, 돌기 미형성부(214a)는 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 돌기 형성부(2131a) 및 제2 돌기 형성부(2132a) 사이에 형성된 제1 돌기 미형성부(2141a), 제2 돌기 형성부(2132a) 및 제3 돌기 형성부(2133a) 사이에 형성된 제2 돌기 미형성부(2142a)를 포함할 수 있다. 따라서 혼(21a)으로 이차 전지(1)의 전극 탭(11)에 압력을 인가하면, 제1 돌기 미형성부(2141a)는 상기 전극 탭(11)에 제1 패턴 미형성부(미도시)를 형성시키고, 제2 돌기 미형성부(2142a)는 상기 전극 탭(11)에 제2 패턴 미형성부(미도시)를 형성시킨다. 그리고 추후에 전극 탭(11)과 전극 리드(12)를 서로 겹쳐 레이저 용접을 수행할 때, 상기 전극 탭(11)에서 제1 패턴 미형성부(미도시) 및 제2 패턴 미형성부(미도시)를 통해 레이저 용접을 수행한다. 그럼으로써, 레이저 용접을 수행하는 면적이 증가하므로, 레이저 용접의 용접력을 더욱 향상시킬 수 있다.
그리고 제1 돌기 미형성부(2141a)의 폭(W1)과 제2 돌기 미형성부(2142a)의 폭(W2) 모두, 돌기(212)의 폭(D)보다 크고, 돌기(212)의 폭(D)의 두 배보다 작을 수 있다. 그럼으로써, 레이저가 패턴의 간섭을 회피하면서, 동시에 용접력을 확보할 수도 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (14)

  1. 용접 면으로부터 돌출 형성된 복수의 돌기가 적어도 하나의 행으로 일렬로 나열 형성되며, 이차 전지의 전극 탭에 패턴 형성부를 각각 형성시키는 복수의 돌기 형성부; 및
    복수의 상기 돌기 형성부의 사이에 배치되고, 상기 돌기가 미형성되어 상기 용접 면이 외부로 노출되며, 상기 전극 탭에 패턴 미형성부를 형성시키는 돌기 미형성부를 포함하고,
    상기 돌기 미형성부의 폭은,
    상기 돌기의 폭보다 큰, 혼.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 돌기 미형성부의 폭은,
    상기 돌기의 폭의 두 배 보다 작은, 혼.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 돌기 형성부는,
    제1 돌기 형성부 및 제2 돌기 형성부를 포함하며,
    상기 제1 돌기 형성부는,
    복수의 상기 돌기가 복수의 행으로 일렬로 나열되는, 혼.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 돌기 형성부는,
    상기 제1 돌기 형성부와, 복수의 상기 돌기가 서로 평행하게 나열되는, 혼.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 돌기 형성부는,
    상기 제2 돌기 형성부와, 복수의 상기 돌기가 평행하게 나열되는 제3 돌기 형성부를 더 포함하는, 혼.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 돌기 미형성부는,
    상기 제1 돌기 형성부 및 상기 제2 돌기 형성부 사이에 형성되는 제1 돌기 미성형부; 및
    상기 제2 돌기 형성부 및 상기 제3 돌기 형성부 사이에 형성되는 제2 돌기 미성형부를 포함하는, 혼.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 돌기는,
    정사각뿔대 형상을 가지는, 혼.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 돌기는,
    밑면의 변이 상기 용접 면의 변과 평행하게 배치되는, 혼.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 돌기는,
    윗면의 변이 밑면의 변의 절반 이상인, 혼.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 돌기는,
    윗면의 변이 밑면의 변의 2/3 이상인, 혼.
  11. 용접 면으로부터 돌출 형성된 복수의 돌기가 적어도 하나의 행으로 각각 일렬로 나열 형성되며, 이차 전지의 전극 탭에 패턴 형성부를 각각 형성시키는 복수의 돌기 형성부, 및 복수의 상기 돌기 형성부의 사이에 배치되고, 상기 돌기가 미형성되어 상기 용접 면이 외부로 노출되며, 상기 전극 탭에 패턴 미형성부를 형성시키는 돌기 미형성부를 포함하고, 상기 돌기 미형성부의 폭이 상기 돌기의 폭보다 큰 혼;
    상기 혼과 함께, 상기 전극 탭을 사이에 두고 서로 맞닿으며, 상기 전극 탭을 용접하는 앤빌; 및
    상기 전극 탭이 전극 리드와 겹쳐지면, 레이저를 발생시켜 상기 패턴 미형성부에 상기 레이저를 조사하는 레이저 발생부를 포함하는 용접 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 돌기 형성부는,
    제1 돌기 형성부 및 제2 돌기 형성부를 포함하며,
    상기 제1 돌기 형성부는,
    복수의 상기 돌기가 복수의 행으로 일렬로 나열되고,
    상기 제2 돌기 형성부는,
    상기 제1 돌기 형성부와, 복수의 상기 돌기가 서로 평행하게 나열되는, 용접 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 돌기 형성부는,
    상기 제2 돌기 형성부와, 복수의 상기 돌기가 평행하게 나열되는 제3 돌기 형성부를 더 포함하는, 용접 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 돌기 미형성부는,
    상기 제1 돌기 형성부 및 상기 제2 돌기 형성부 사이에 형성되는 제1 돌기 미성형부; 및
    상기 제2 돌기 형성부 및 상기 제3 돌기 형성부 사이에 형성되는 제2 돌기 미성형부를 포함하는, 용접 장치.
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