WO2021080207A1 - 이차전지 탭 레이저 용접을 위한 밀착 지그 및 용접 방법 - Google Patents

이차전지 탭 레이저 용접을 위한 밀착 지그 및 용접 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2021080207A1
WO2021080207A1 PCT/KR2020/013198 KR2020013198W WO2021080207A1 WO 2021080207 A1 WO2021080207 A1 WO 2021080207A1 KR 2020013198 W KR2020013198 W KR 2020013198W WO 2021080207 A1 WO2021080207 A1 WO 2021080207A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
welding
contact jig
jig
upper contact
annular
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/013198
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
고명진
박동혁
이효진
조성준
김길우
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to US17/631,177 priority Critical patent/US20220184738A1/en
Priority to EP20878098.1A priority patent/EP3974099A4/en
Priority to CN202080046802.XA priority patent/CN114040828B/zh
Publication of WO2021080207A1 publication Critical patent/WO2021080207A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1462—Nozzles; Features related to nozzles
    • B23K26/1464—Supply to, or discharge from, nozzles of media, e.g. gas, powder, wire
    • B23K26/1476—Features inside the nozzle for feeding the fluid stream through the nozzle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/22—Spot welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/04—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups for holding or positioning work
    • B23K37/0426—Fixtures for other work
    • B23K37/0435—Clamps
    • B23K37/0443—Jigs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/536—Electrode connections inside a battery casing characterised by the method of fixing the leads to the electrodes, e.g. by welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/006—Vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/38—Conductors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a contact jig and a welding method for laser welding of a secondary battery tab. More specifically, in order to suppress the occurrence of short circuit due to deposition of spatter generated during welding and deterioration of welding quality due to reaction with hydrogen or oxygen in the air during laser welding for electrode terminal formation, surface injection is possible. It relates to a contact jig and a welding method for secondary battery tab laser welding including an upper contact jig including an annular injection unit.
  • the lithium secondary battery may be classified into a can-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a metal can and a pouch-type secondary battery in which the electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet according to the shape of the exterior material.
  • a secondary battery is generally manufactured through a process in which an electrolyte is injected while the electrode assembly is accommodated in the exterior material, and the exterior material is sealed.
  • a pouch-type secondary battery includes an electrode assembly spaced apart from each other so that a positive electrode plate and a negative electrode plate face each other, an electrode lead extending from the electrode assembly, and a pouch case for accommodating the electrode assembly and an electrolyte.
  • the electrode lead is a portion connected to the electrode assembly and exposed to the outside of the pouch case, and serves as an electrode terminal capable of being electrically connected to other secondary batteries or external devices.
  • Such an electrode lead may be connected to an electrode tab directly connected to the electrode assembly.
  • at least one positive electrode tab and a negative electrode tab may be respectively connected to the positive electrode lead and the negative electrode lead.
  • the operating voltage of a battery cell composed of a pouch-type secondary battery is about 2.5V ⁇ 4.2V. Therefore, when a higher output voltage is required, a battery module is configured by connecting a plurality of battery cells in series. In addition, a battery module may be configured by connecting a plurality of battery cells in parallel according to the required charge/discharge capacity. Accordingly, the number of battery cells included in a certain battery module may be variously set according to a required output voltage or charge/discharge capacity.
  • electrode leads of the battery cells are electrically connected by laser welding.
  • FIG. 1 after placing two battery cells face to face, spot by irradiating a laser beam to a welding target area while the electrode tabs of each battery cell, the electrode tab and the electrode lead connection, and the electrode lead are facing up and down. We do welding.
  • welding should be performed in a state in which the upper electrode lead and the lower electrode lead are completely in close contact with each other.
  • it is not easy to secure adhesion between the electrode leads during laser welding because the conventional support for supporting the electrode leads cannot completely compensate for the oxidation reaction occurring during welding of the electrode lead and the short circuit defect caused by spatter.
  • Japanese Laid-Open Patent No. 2002-164037 discloses a technique for welding a shelf of a battery electrode plate group.
  • Japanese Laid-Open Patent No. 1994-304777 discloses a laser welding technology capable of blocking air in a welded portion by spraying nitrogen as an inert gas.
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2001-150169 discloses a technique for reducing the flow rate of the assist gas when performing oxidation-free cutting using a cutting laser processing machine.
  • Japanese Laid-Open Patent No. 2016-018756 discloses a technique of supplying an assist gas to an area irradiated with laser light to the inner cylinder while one end of the outer cylinder is brought into contact with a protective plate in a method for manufacturing an electrode body.
  • This dual structure is a technology in which a nitrogen atmosphere is formed by spraying nitrogen to the welding part, and then a rising airflow is formed so that fume and spatter generated during welding do not flow out to the outside but flow into the internal suction part.
  • the present invention is to solve the above problems, and during laser welding to form an electrode terminal, the quality of welding is deteriorated due to reaction with hydrogen or oxygen in the air, and short circuit due to the deposition of spatter generated during welding.
  • An object of the present invention is to provide a contact jig and a welding method for laser welding of a secondary battery tab including an upper contact jig including an annular injection unit capable of surface injection in order to suppress the occurrence.
  • the present invention for achieving this object can provide an upper contact jig for welding for manufacturing an electrode terminal including an annular injection unit 111 for injecting an inert gas so as to be in close contact with one surface of a plurality of secondary battery welding parts.
  • the welding portion may be any one of an electrode tab, an electrode tab and an electrode lead, and an electrode lead.
  • annular central portion 112 of the annular injection unit may suction the injected inert gas and discharge it to the outside.
  • the upper contact jig may include an outer upper contact jig 110 that forms an outer surface of the annular injection unit and an inner upper contact jig 120 that forms an inner surface of the annular injection unit.
  • a gas inlet 113 through which the inert gas is introduced may be formed on a side of the outer upper contact jig.
  • the cross-sectional area of the annular injection unit may decrease as it progresses from the top surface to the bottom surface of the upper contact jig.
  • the annular injection unit may be bent one or more times while being formed from an upper surface to a bottom surface of the upper contact jig.
  • the bottom surface of the outer upper contact jig may be in contact with the welding portion, and the bottom surface of the inner upper contact jig may be formed to be spaced a predetermined height to form the annular spraying unit.
  • the injection pressure of the injected inert gas may be 0.1 MPa or more and 0.5 MPa or less.
  • the present invention for achieving this object can provide a welding contact jig including a lower contact jig formed to be in close contact with the other surface of the welding portion in a direction opposite to the upper contact jig.
  • the upper contact jig may include an upper connection part for moving up and down or left and right in order to closely support one surface of the welding part; And the lower contact jig may include a lower connection portion for moving up and down or left and right in order to adhere to the other surface of the welding portion.
  • connection part may have one end connected to the lower contact jig
  • lower connection part may have one end connected to the upper contact jig
  • the upper contact jig and the lower contact jig may be formed in a form that is drilled up and down in order to proceed with welding while being in close contact with each other on a surface facing the welding part.
  • the present invention for achieving this object is a plurality of electrode tabs, electrode tabs and electrode leads, the first step of overlapping the welding target portion of the welding portion in any one of the electrode lead up and down; A second step of positioning an upper contact jig and a lower contact jig to contact the welding part; A third step of pressurizing the upper contact jig including an annular injection part 111 for injecting an inert gas toward the upper surface of the welding part to be in close contact with the upper surface of the welding part; A fourth step of pressing the lower contact jig toward a lower surface of the welding part so as to be in close contact with the lower surface of the welding part; And a fifth step of irradiating a laser beam to a target portion of the welding part.
  • the inert gas injected through the annular injection unit may be sucked into the annular center of the annular injection unit.
  • the upper contact jig may include an outer upper contact jig 110 that forms an outer surface of the annular injection unit and an inner upper contact jig 120 that forms an inner surface of the annular injection unit.
  • the present invention for achieving this object may be a battery cell manufactured using a welding method for manufacturing an electrode terminal.
  • it may be a device using the battery cell as an energy source.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a welding method using a jig according to the prior art.
  • FIG. 2 is a photograph of an oxidation phenomenon and a hole in the welding surface using a jig according to the prior art.
  • FIG. 3 is a cross-sectional photograph of a welding part using a jig according to the prior art.
  • FIG. 4 is a photograph of spatter formation inside a jig after welding using a jig according to the prior art.
  • FIG. 5 is a plan view of an outer upper contact jig according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view of an inner upper contact jig according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of an upper contact jig in which an outer upper contact magnet and an inner upper contact jig are combined according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a longitudinal (A-A) cross-sectional view of an upper contact jig in which an outer upper contact magnet and an inner upper contact jig are combined according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a unidirectional (B-B) cross-sectional view of an upper contact jig in which an outer upper contact magnet and an inner upper contact jig are combined according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a laser welding unit to which a contact jig is coupled according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a photograph of an oxidation phenomenon and a hole in a welding surface using an upper contact jig according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional photograph of a welding part using an upper contact jig according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a photograph of spatter formation inside a jig after welding using an upper contact jig according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of lead welding of a laser welding unit to which a contact jig is coupled according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a schematic diagram of two battery cells connected in series according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a welding method using a jig according to the prior art.
  • a pouch-type secondary battery includes an electrode assembly spaced apart from each other so that a positive electrode plate and a negative electrode plate face each other, an electrode lead extending from the electrode assembly, and a pouch case for accommodating the electrode assembly and an electrolyte.
  • the electrode lead is a portion connected to the electrode assembly and exposed to the outside of the pouch case, and serves as an electrode terminal capable of being electrically connected to other secondary batteries or external devices.
  • Such an electrode lead may be connected to an electrode tab directly connected to the electrode assembly.
  • at least one positive electrode tab and a negative electrode tab may be connected to the positive electrode lead and the negative electrode lead, respectively.
  • the operating voltage of a battery cell composed of a pouch-type secondary battery is about 2.5V ⁇ 4.2V. Therefore, when a higher output voltage is required, a battery module is configured by connecting a plurality of battery cells in series. In addition, a battery module may be configured by connecting a plurality of battery cells in parallel according to the required charge/discharge capacity. Accordingly, the number of battery cells included in a certain battery module may be variously set according to a required output voltage or charge/discharge capacity.
  • the electrode leads 2 of the battery cells are electrically connected by laser welding 1.
  • spot welding is performed by irradiating a laser beam on a welding target area while the electrode leads of each battery cell are vertically butted.
  • welding should be performed in a state in which the upper electrode lead and the lower electrode lead are completely in close contact with each other.
  • it is not easy to secure adhesion between the electrode leads during laser welding since the uneven surface condition of the electrode lead cannot be completely corrected by only the conventional supporter 3 supporting the electrode leads.
  • FIG. 2 is a photograph of an oxidation phenomenon and a hole in the welding surface using a jig according to the prior art.
  • a nitrogen supply hole is formed to supply nitrogen, so that the flow rate of the injected nitrogen gas is high and the flow rate is low. Therefore, the nitrogen gas injection pressure could not be used more than 0.01 MPa.
  • FIG. 3 is a cross-sectional photograph of a welding part using a jig according to the prior art.
  • FIG. 4 is a photograph of spatter formation inside a jig after welding using a jig according to the prior art.
  • spatter accumulates and accumulates at the end of the contact jig by supplying through a nitrogen supply hole for supplying nitrogen.
  • spatter is accumulated and accumulated at the end of the contact jig, but if it is accumulated, it causes quality problems such as short-circuit defects in the future, so there is a problem that it must be periodically replaced and cleaned.
  • Another way to solve the above problem is to implement a technique of laser beam irradiation and etching after the spatter accumulated by the laser after the production of a certain quantity is in close contact with the upper/lower contact jig in the absence of a battery cell.
  • FIG. 5 is a plan view of an outer upper contact jig according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view of an inner upper contact jig according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of an upper contact jig in which an outer upper contact magnet and an inner upper contact jig are combined according to an embodiment of the present invention.
  • an upper contact jig for welding for manufacturing an electrode terminal including an annular injection part 111 for injecting an inert gas so as to be in close contact with one surface of the plurality of secondary battery welding parts.
  • the inert gas is not limited to its kind as long as it does not react with hydrogen and/or oxygen in the air. It is preferably nitrogen gas.
  • the annular injection unit has a circular, elliptical, rectangular, square, amorphous shape, and the inert gas is not injected into the annular center.
  • both ends of the annular injection part have a hemispherical shape having the same diameter
  • the annular extension part formed by extending both ends may have a rectangular shape formed by extending and having the same width as the diameter of the hemisphere.
  • the inert gas may be injected only into the annular injection unit forming the outer surface of the annular shape.
  • the annular injection portion is formed with a plane-shaped injection portion rather than a nozzle-shaped injection hole.
  • the welding portion may be any one of an electrode tab, an electrode tab and an electrode lead, and an electrode lead.
  • the annular central portion 112 of the annular injection unit may suction the injected inert gas and discharge it to the outside.
  • the nitrogen gas introduced through the annular injection unit may be sucked through the annular central portion and discharged to the outside.
  • a reducing atmosphere can be uniformly formed in the entire weld.
  • An outlet through which the suctioned nitrogen gas is discharged to the outside may be formed in the laser welding unit.
  • the upper contact jig may include an outer upper contact jig 110 forming an outer surface of the annular injection unit and an inner upper contact contact jig 120 forming an inner surface of the annular injection unit.
  • a gas inlet 113 through which the inert gas is introduced may be formed on a side of the outer upper contact jig.
  • the cross-sectional area of the annular injection unit may decrease as it progresses from the top surface to the bottom surface of the upper contact jig.
  • annular injection unit When the outer upper contact jig and the inner upper contact jig are combined, an annular injection unit is formed, and as the cross-sectional area of the annular injection unit decreases, the slit of the annular injection unit in contact with the weld may be formed smaller.
  • the annular injection part may be bent one or more times while being formed from an upper surface to a bottom surface of the upper contact jig.
  • the slit of the annular injection part contacting the welding part through the bending may be formed small.
  • the bottom surface of the outer upper contact jig is in contact with the welding part, and the bottom surface of the inner upper contact jig is formed to be spaced apart by a predetermined height to form the annular spraying part.
  • the injection pressure of the injected inert gas may be 0.1 MPa or more and 0.5 MPa or less. Preferably, it may be 0.15 MPa or more and 0.4 MPa or less, and more preferably 0.2 MPa or more and 0.3 MPa or less. At this time, the flow rate may be 10 to 30L/min. If the injection pressure condition is exceeded, a reducing atmosphere may not be uniformly formed in the welding portion through an inert gas.
  • FIG. 8 is a longitudinal cross-sectional view of an upper contact jig in which an outer upper contact magnet and an inner upper contact jig are combined according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a unidirectional cross-sectional view of an upper contact jig in which an outer upper contact magnet and an inner upper contact jig are combined according to an embodiment of the present invention.
  • a welding contact jig including a lower contact jig formed so as to be in close contact with the other surface of the welding portion in a direction opposite to the upper contact jig.
  • the upper contact jig may include an upper connection part moving vertically or horizontally to closely support one surface of the welding part; And the lower contact jig may include a lower connection portion for moving up and down or left and right in order to adhere to the other surface of the welding portion.
  • the upper connection part and/or the lower connection part may be a first guide rod for guiding the translation movement of the upper contact jig and/or the lower contact jig.
  • the upper connection part and/or the lower connection part may be a second guide rod for guiding the upper contact jig and/or the lower contact jig to be horizontally movable.
  • the upper connection part may have one end connected to the lower contact jig, and the lower connection part may have one end connected to the upper contact jig.
  • the upper contact jig and the lower contact jig may be formed in a shape that is drilled up and down in order to proceed with welding while being in close contact with each other on a surface facing the welding part.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a laser welding unit to which a contact jig is coupled according to an embodiment of the present invention.
  • a first step of vertically stacking the welding target portion of the welding portion which is any one of a plurality of electrode tabs, electrode tabs and electrode leads, and electrode leads;
  • the inert gas injected through the annular injection unit may be sucked into the annular center of the annular injection unit.
  • the upper contact jig may include an outer upper contact jig 110 forming an outer surface of the annular injection unit and an inner upper contact contact jig 120 forming an inner surface of the annular injection unit.
  • FIG. 11 is a photograph of an oxidation phenomenon and a hole in a welding surface using an upper contact jig according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional photograph of a welding part using an upper contact jig according to an embodiment of the present invention.
  • the cross section of the welded part is uniform compared to the comparative example by increasing the flow rate of nitrogen gas injected with a nitrogen injection pressure of 0.03 MPa or more and lowering the flow rate to suppress oxidation reactions. .
  • FIG. 13 is a photograph of spatter formation inside a jig after welding using an upper contact jig according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention for achieving this object may be a battery cell manufactured using a welding method for manufacturing an electrode terminal.
  • It may be a battery pack including two or more of the battery cells.
  • it may be a device using the battery cell as an energy source.
  • the device may be a mobile phone, a portable computer, a smart phone, a smart pad, a netbook, a light electronic vehicle (LEV), an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, or a power storage device.
  • LEV light electronic vehicle
  • the contact jig and welding method for secondary battery tab laser welding has an effect of preventing deterioration of welding quality by blocking a reaction with oxygen and/or hydrogen in the air at the welding portion during welding.
  • the injection flow rate can be lowered and the flow rate can be increased, so that the plane type injection can be implemented in the conventional point type injection.

Abstract

본원 발명은 전극단자 형성을 위한 레이저 용접시 공기중의 수소 또는 산소와의 반응에 의한 용접 품질 저하 및 용접시 발생하는 스패터(spatter)의 증착에 의한 쇼트 발생을 억제하기 위하여 면분사가 가능한 환형 분사부를 포함하는 상부밀착지그를 포함하는 이차전지 탭 레이저 용접을 위한 밀착 지그 및 용접방법에 관한 것이다.

Description

이차전지 탭 레이저 용접을 위한 밀착 지그 및 용접 방법
본 출원은 2019년 10월 23일자 한국 특허 출원 제2019-0131954호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본원 발명은 이차전지 탭 레이저 용접을 위한 밀착 지그 및 용접방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 전극단자 형성을 위한 레이저 용접시 공기중의 수소 또는 산소와의 반응에 의한 용접 품질 저하 및 용접시 발생하는 스패터(spatter)의 증착에 의한 쇼트 발생을 억제하기 위하여 면분사가 가능한 환형 분사부를 포함하는 상부밀착지그를 포함하는 이차전지 탭 레이저 용접을 위한 밀착 지그 및 용접방법에 관한 것이다.
모바일 기기나 가전제품 외에도 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV)의 개발로 리튬 이차전지에 대한 수요는 계속 늘어날 전망이다. 안정성이 및 에너지 밀도가 높고 수명 또한 긴 전고체전지는 리튬 이차전지에 있어서 새로운 시장을 가능케하는 기술이다.
리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 이러한 이차전지는 대체로 전극 조립체가 외장재에 수납된 상태에서 전해액이 주입되고, 외장재가 실링되는 과정을 통해 제조된다.
파우치형 이차 전지는, 양극판 및 음극판이 서로 대향하도록 이격 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체로부터 연장 배치되는 전극 리드와, 전극 조립체와 전해액을 수용하는 파우치 외장재를 포함한다.
전극 리드는 전극 조립체와 연결되고 파우치 외장재의 외부로 노출되는 부분으로 다른 이차 전지나 외부 장치와 전기적으로 연결될 수 있는 전극 단자 역할을 한다. 이러한 전극 리드는 전극 조립체에 직접 연결된 전극 탭과 연결될 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 양극 탭과 음극 탭이 각각 양극 리드와 음극 리드와 연결될 수 있다.
파우치형 이차 전지로 구성된 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 모듈을 구성한다. 또한, 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 모듈을 구성하기도 한다. 따라서, 어떤 배터리 모듈에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
일반적으로, 복수 개의 배터리 셀을 직렬 및/또는 병렬로 연결하여 배터리 모듈을 구성할 때 배터리 셀들의 전극 리드들을 레이저 용접하여 전기적으로 연결시킨다. 예컨대, 도 1을 참조하면, 두 개의 배터리 셀을 대면 배치한 다음, 각 배터리 셀의 전극 탭, 전극탭과 전극리드 연결부, 전극 리드 부분을 상하로 맞댄 상태에서 용접 대상 부위에 레이저 빔을 조사해 스팟 용접을 행한다. 이때, 용접 품질을 높이기 위해서는 상층 전극 리드와 하층 전극 리드가 서로 완전히 밀착된 상태에서 용접을 행해야 한다. 그런데 종래의 전극 리드들을 받쳐주는 지지대만으로는 전극 리드의 용접시 발생하는 산화반응 및 스패터에 의한 쇼트불량을 완전히 보정하지 못하기 때문에 레이저 용접 시 전극 리드들 간의 밀착성 확보가 쉽지 않다.
일본공개특허 제2002-164037호에서는 전지 극판군의 선반을 용접하기 위한 기술을 개시하고 있다.
일본공개특허 제1994-304777호에서는 불활성 가스로서 질소를 분사하는 것을 통해 용접 부분의 공기 차단 가능한 레이저 용접 기술을 개시하고 있다.
일본공개특허 제2001-150169호에서는 절단용 레이저 가공기를 사용하여 무산화 절단을 할 때, 어시스트 가스의 사용 유량을 감소시키는 기술이 개시되어 있다.
일본공개특허 제2016-018756호에서는 전극체 제조 방법에 있어서 외통의 일단을 보호판에 접촉시킨 상태에서 내통에 레이저광의 조사영역에 어시스트 가스를 공급하는 기술 개시되어 있다.
그러나, 상기 문헌 어디에도 용접시 발생하는 산화반응 및 스패터 증착을 배제하기 위하여 질소가스를 분사하기위한 환형분사부가 형성된 이중구조의 상부 밀착지그에 대해서는 개시된 바 없다.
이러한 이중구조는 질소를 용접부에 분사하여 질소 분위기를 형성하고 이후 용접시 발생하는 퓸(Fume), 스패터(Spatter)를 외부로 유출되지 않고 내부 석션부로 잘 유입되도록 상승기류를 형성하는 기술이다.
(선행기술문헌)
(특허문헌)
일본공개특허 제2002-164037호
일본공개특허 제1994-304777호
일본공개특허 제2001-150169호
일본공개특허 제2016-018756호
본원 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 전극단자 형성을 위한 레이저 용접시 공기중의 수소 또는 산소와의 반응에 의한 용접 품질 저하 및 용접시 발생하는 스패터(spatter)의 증착에 의한 쇼트 발생을 억제하기 위하여 면분사가 가능한 환형 분사부를 포함하는 상부밀착지그를 포함하는 이차전지 탭 레이저 용접을 위한 밀착 지그 및 용접방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 복수의 이차전지 용접부의 일면에 밀착되도록 불활성 가스를 분사하는 환형 분사부(111)를 포함하는 전극단자 제조를 위한 용접용 상부 밀착지그를 제공할 수 있다.
또한, 상기 용접부는 전극 탭, 전극 탭과 전극 리드, 전극 리드 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 환형 분사부의 환형 중심부(112)는 상기 분사된 불활성 가스를 석션(Suction)하여 외부로 배출할 수 있다.
또한, 상기 상부밀착지그는 상기 환형 분사부의 외측면을 형성하는 외측상부밀착지그(110)와 상기 환형 분사부의 내측면을 형성하는 내측상부밀착지그(120)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 외측상부밀착지그의 측면에는 상기 불활성 가스가 유입되는 가스유입구(113)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 환형분사부는 단면적은 상기 상부밀착지그의 상면에서 바닥면으로 진행할수록 감소할 수 있다.
또한, 상기 환형분사부는 상기 상부밀착지그의 윗면에서 바닥면으로 형성되면서 1회 이상 절곡될 수 있다.
또한, 상기 외측상부밀착지그의 바닥면은 용접부와 접하고, 상기 내측상부밀착지그의 바닥면은 소정높이 이격되어 형성되어 상기 환형분사부를 형성될 수 있다.
또한, 상기 분사되는 불활성 가스의 분사압은 0.1MPa 이상 0.5 MPa 이하 일 수 있다.
또한, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상기 상부밀착지그와 대향하는 방향에 상기 용접부의 타면에 밀착될 수 있도록 형성된 하부밀착지그를 포함하는 용접용 밀착지그를 제공할 수 있다.
또한, 상기 상부밀착지그는 상기 용접부의 일면을 밀착 지지하기 위하여 상하 또는 좌우로 이동하기 상부연결부; 및 상기 하부밀착지그는 상기 용접부의 타면을 밀착 지직하기 위하여 상하 또는 좌우로 이동하기 위한 하부연결부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 상부연결부는 일단이 하부밀착지그에 연결되고, 상기 하부연결부는 일단이 상부밀착지그에 연결될 수 있다.
또한, 상기 상부밀착지그와 상기 하부밀착지그는 상기 용접부을 대향하는 면에서 밀착되면서 용접이 진행되기 위하여 상하로 뚫린 형태로 형성될 수 있다.
또한, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 복수의 전극 탭, 전극 탭과 전극 리드, 전극 리드 중 어느 하나인 상기 용접부의 용접 대상 부분을 상하로 포개는 제1단계; 상기 용접부에 밀착하기 위해 상부밀착지그 및 하부밀착지그가 포지셔닝을 진행하는 제2단계; 상기 용접부 상면을 향해 상기 용접부의 상면에 밀착되도록 불활성 가스를 분사하는 환형 분사부(111)를 포함하는 상기 상부밀착지그가 가압하는 제3단계; 상기 용접부 하면을 향해 상기 용접부의 하면에 밀착되도록 상기 하부밀착지그가 가압하는 제4단계; 및 상기 용접부의 대상 부분에 레이저 빔을 조사하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극단자 제조를 위한 용접 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 환형 분사부를 통해 분사된 불활성 가스는 상기 환형 분사부의 환형 중심부로 석션될 수 있다.
또한, 상기 상부밀착지그는 상기 환형 분사부의 외측면을 형성하는 외측상부밀착지그(110)와 상기 환형 분사부의 내측면을 형성하는 내측상부밀착지그(120)을 포함할 수 있다.
또한, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전극단자 제조를 위한 용접 방법을 이용하여 제조된 전지셀일 수 있다.
또한, 상기 전지셀을 에너지원으로 사용하는 디바이스일 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 지그를 이용한 용접 방식을 나타낸 개략도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 지그를 이용한 용접 표면의 산화현상 및 홀(Hole)이 발생한 사진이다.
도 3은 종래 기술에 따른 지그를 이용한 용접부의 단면 사진이다.
도 4는 종래 기술에 따른 지그를 이용한 용접 후 지그내부의 스패터 형성사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 외측상부밀착지그의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 내측상부밀착지그의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 외측상부밀착자기와 내측상부밀착지그가 결합된 상부밀착지그의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 외측상부밀착자기와 내측상부밀착지그가 결합된 상부밀착지그의 장방향(A-A) 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 외측상부밀착자기와 내측상부밀착지그가 결합된 상부밀착지그의 단방향(B-B) 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀착지그가 결합된 레이저 용접유닛의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부밀착지그를 이용한 용접 표면의 산화현상 및 홀(Hole)이 발생한 사진이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부밀착지그를 이용한 용접부의 단면 사진이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부밀착지그를 이용한 용접 후 지그내부의 스패터 형성사진이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀착지그가 결합된 레이저 용접유닛의 리드 용접 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라 직렬 연결된 2개의 배터리 셀들을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원 발명의 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.
이하 본원발명을 보다 자세히 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 지그를 이용한 용접 방식을 나타낸 개략도이다.
파우치형 이차 전지는, 양극판 및 음극판이 서로 대향하도록 이격 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체로부터 연장 배치되는 전극 리드와, 전극 조립체와 전해액을 수용하는 파우치 외장재를 포함한다.
전극 리드는 전극 조립체와 연결되고 파우치 외장재의 외부로 노출되는 부분으로 다른 이차 전지나 외부 장치와 전기적으로 연결될 수 있는 전극 단자 역할을 한다. 이러한 전극 리드는 전극 조립체에 직접 연결된 전극 탭과 연결될 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 양극 탭과 음극 탭이 각각 양극 리드와 음극 리드와 연결될 수 있다.
파우치형 이차 전지로 구성된 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 모듈을 구성한다. 또한, 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 모듈을 구성하기도 한다. 따라서, 어떤 배터리 모듈에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
일반적으로, 복수 개의 배터리 셀을 직렬 및/또는 병렬로 연결하여 배터리 모듈을 구성할 때 배터리 셀들의 전극 리드들(2)을 레이저(1) 용접하여 전기적으로 연결시킨다. 도 1을 참조하면, 두 개의 배터리 셀을 대면 배치한 다음, 각 배터리 셀의 전극 리드 부분을 상하로 맞댄 상태에서 용접 대상 부위에 레이저 빔을 조사해 스팟 용접을 행한다. 이때, 용접 품질을 높이기 위해서는 상층 전극 리드와 하층 전극 리드가 서로 완전히 밀착된 상태에서 용접을 행해야 한다. 그런데 종래의 전극 리드들을 받쳐주는 지지대(3)만으로는 전극 리드의 울퉁불퉁한 표면 상태를 완전히 보정하지 못하기 때문에 레이저 용접 시 전극 리드들 간의 밀착성 확보가 쉽지 않다.
(비교예 1)
도 2는 종래 기술에 따른 지그를 이용한 용접 표면의 산화현상 및 홀(Hole)이 발생한 사진이다.
종래의 밀착지그의 경우 질소공급을 위하여 질소 공급홀이 형성되어 분사되는 질소가스의 유속이 높고 유량이 낮게 형성되었다. 따라서, 질소가스 분사압을 0.01MPa이상 사용할 수 없었다.
또한, 용접부와 접하는 부분이 4mm정도 떨어져 있어 질소가스에 의한 산화반응을 억제하는 것이 용이하지 않았다.
또한, 분사되는 질소가스가 용접부에 직접 분사되어 용접부가 용융시 비드(Bead)가 흩날리는 현상이 발생하였다.
종래의 질소분사홀이 형성된 밀착지그를 적용한 용접 표면부를 살펴보면, 분사된 질소가스에 의한 환원성 분위기가 용접부에 균등하게 형성되지 못하여 부분적으로 산화현상이 발생하고, 일부 용접부는 구멍이 생긴 것을 확인할 수 있다.
도 3은 종래 기술에 따른 지그를 이용한 용접부의 단면 사진이다.
용접단부를 살펴보면, 질소가스에 의한 균일한 환원성 분위기가 용접부에 형성되지 못하여 용접 두께 및 일부 용접부에 구멍이 형성된 것을 확인할 수 있다.
(비교예 2)
도 4는 종래 기술에 따른 지그를 이용한 용접 후 지그내부의 스패터 형성사진이다.
종래의 밀착지그의 경우 질소공급을 위한 질소 공급홀을 통한 공급으로 밀착지그 끝단부에 스패터가 누적되어 쌓이는 현상을 확인할 수 있다.
이러한 용접을 위한 밀착지그는 밀착지그 끝단부에 스패터가 누적되어 쌓이는데 누적이 되면 추후 쇼트불량 등 품질 문제를 유발하기 때문에 주기적으로 교체하여 청소를 해주여야 하는 문제가 있다.
상기 문제점을 해결하는 다른 방법은 일정 수량 생산 후 레이저로 누적된 스패터를 전지셀이 없는 상태에서 상/하 밀착지그를 밀착시킨 후 레이저 빔 조사 식각(Ablation)하는 기술을 구현할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 외측상부밀착지그의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 내측상부밀착지그의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 외측상부밀착자기와 내측상부밀착지그가 결합된 상부밀착지그의 사시도이다.
복수의 이차전지 용접부의 일면에 밀착되도록 불활성 가스를 분사하는 환형 분사부(111)를 포함하는 전극단자 제조를 위한 용접용 상부 밀착지그를 제공할 수 있다.
상기 불활성 가스는 공기 중의 수소 및/또는 산소와 반응하지 않는 가스라면 그 종류에 제한되지 않는다. 바람직하게는 질소 가스이다.
상기 환형 분사부는 원형, 타원형, 직사각형, 정사각형, 무정형 형태로 환형 중심부에는 상기 불활성 가스가 분사되지 않는다.
상기 환형 분사부는 바람직하게 양쪽 끝단은 동일한 직경을 갖는 반구형태를 가지면서 상기 양쪽 끝단이 연장되어 형성되는 환형 연장부는 상기 반구의 지름과 같은 폭을 갖고 연장되어 형성된 직사각형 형상을 갖을 수 있다.
상기 환형 분사부는 상기 환형의 외면을 형성하는 부분으로만 불활성 가스가 분사될 수 있다.
상기 환형 분사부는 노즐 형태의 분사구가 형성된 것이 아닌 면형태의 분사부가 형성된 것이다.
상기 용접부는 전극 탭, 전극 탭과 전극 리드, 전극 리드 중 어느 하나일 수 있다.
상기 환형 분사부의 환형 중심부(112)는 상기 분사된 불활성 가스를 석션(Suction)하여 외부로 배출할 수 있다.
즉, 상기 환형 분사부를 통하여 유입된 질소가스는 상기 환형 중심부를 통하여 석션되어 외부로 배출될 수 있다. 이러한 질소가스의 유동이 형성됨으로써 전체 용접부에 균일하게 환원성 분위기가 형성될 수 있다.
상기 석션된 질소가스가 외부로 배출되기 위한 배출구가 레이저 용접유닛에 형성될 수 있다.
상기 상부밀착지그는 상기 환형 분사부의 외측면을 형성하는 외측상부밀착지그(110)와 상기 환형 분사부의 내측면을 형성하는 내측상부밀착지그(120)을 포함할 수 있다.
상기 외측상부밀착지그의 측면에는 상기 불활성 가스가 유입되는 가스유입구(113)가 형성될 수 있다.
상기 환형분사부는 단면적은 상기 상부밀착지그의 상면에서 바닥면으로 진행할수록 감소할 수 있다.
상기 외측상부밀착지그와 상기 내측상부밀착지그가 결합하면서 환형 분사부가 형성되며 상기 환형 분사부의 단면적이 작아질수록 상기 용접부와 접하는 환형분사부의 슬릿은 작게 형성될 수 있다.
상기 환형분사부는 상기 상부밀착지그의 윗면에서 바닥면으로 형성되면서 1회 이상 절곡될 수 있다.
상기 절곡을 통해서 상기 용접부와 접하는 환형분사부의 슬릿은 작게 형성될 수 있다.
상기 외측상부밀착지그의 바닥면은 용접부와 접하고, 상기 내측상부밀착지그의 바닥면은 소정높이 이격되어 형성되어 상기 환형분사부를 형성할 수 있다.
(발명신고서 1페이지에 끝단길이 0mm의 의미는 외측상부밀착지그 높이로 판단됨)
상기 분사되는 불활성 가스의 분사압은 0.1MPa 이상 0.5 MPa 이하 일 수 있다. 바람직하게는 0.15MPa 이상 0.4MPa이하 일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.2MPa 이상 0.3MPa이하 일 수 있다. 이때 유량은 10 내지 30L/min일 수 있다. 상기 분사압 조건을 벗어나면 상기 용접부에 균일하게 불활성 가스를 통한 환원성 분위기를 형성할 수 없다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 외측상부밀착자기와 내측상부밀착지그가 결합된 상부밀착지그의 장방향 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 외측상부밀착자기와 내측상부밀착지그가 결합된 상부밀착지그의 단방향 단면도이다.
상기 상부밀착지그와 대향하는 방향에 상기 용접부의 타면에 밀착될 수 있도록 형성된 하부밀착지그를 포함하는 용접용 밀착지그를 제공할 수 있다.
상기 상부밀착지그는 상기 용접부의 일면을 밀착 지지하기 위하여 상하 또는 좌우로 이동하기 상부연결부; 및 상기 하부밀착지그는 상기 용접부의 타면을 밀착 지직하기 위하여 상하 또는 좌우로 이동하기 위한 하부연결부;를 포함할 수 있다.
상기 상부연결부 및/또는 하부연결부는 상기 상부밀착지그 및/또는 싱기 하부밀착지그를 병진운동을 가이드하기 위한 제1가이드봉일 수 있다.
상기 상부연결부 및/또는 하부연결부는 상기 상부밀착지그 및/또는 싱기 하부밀착지그를 수평으로 상대 이동 가능하도록 가이드하기 위한 제2가이드봉일 수 있다.
상기 상부연결부는 일단이 하부밀착지그에 연결되고, 상기 하부연결부는 일단이 상부밀착지그에 연결될 수 있다.
상기 상부밀착지그와 상기 하부밀착지그는 상기 용접부을 대향하는 면에서 밀착되면서 용접이 진행되기 위하여 상하로 뚫린 형태로 형성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀착지그가 결합된 레이저 용접유닛의 단면도이다.
복수의 전극 탭, 전극 탭과 전극 리드, 전극 리드 중 어느 하나인 상기 용접부의 용접 대상 부분을 상하로 포개는 제1단계; 상기 용접부에 밀착하기 위해 상부밀착지그 및 하부밀착지그가 포지셔닝을 진행하는 제2단계; 상기 용접부 상면을 향해 상기 용접부의 상면에 밀착되도록 불활성 가스를 분사하는 환형 분사부(111)를 포함하는 상기 상부밀착지그가 가압하는 제3단계; 상기 용접부 하면을 향해 상기 용접부의 하면에 밀착되도록 상기 하부밀착지그가 가압하는 제4단계; 및 상기 용접부의 대상 부분에 레이저 빔을 조사하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극단자 제조를 위한 용접 방법을 제공할 수 있다.
상기 환형 분사부를 통해 분사된 불활성 가스는 상기 환형 분사부의 환형 중심부로 석션될 수 있다.
상기 상부밀착지그는 상기 환형 분사부의 외측면을 형성하는 외측상부밀착지그(110)와 상기 환형 분사부의 내측면을 형성하는 내측상부밀착지그(120)을 포함할 수 있다.
(실시예 1)
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부밀착지그를 이용한 용접 표면의 산화현상 및 홀(Hole)이 발생한 사진이다.
상기 환형분사부를 포함하는 이중구조의 상부밀착지그를 적용한 용접부를 살펴보면 비교예 1과 비교하여 용접부에 질소가스에 의한 환원성 분위기가 균일하게 형성되어 산화반응이 발생하지 않은 것을 확인할 수 있다.
또한, 비교예 1에서 볼수 있었던 급격한 산화반응에 의한 용접부에 구멍이 생기는 현상도 확인할 수 없다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부밀착지그를 이용한 용접부의 단면 사진이다.
이중구조의 환형분사부를 적용한 상부 밀착지그에서는 질소 분사압이 0.03MPa이상으로 분사되는 질소가스의 유량은 높이고 유속은 낮춤으로써 산화반응을 억제하여 용접부의 단면이 비교예에 비하여 균일한 것을 확인할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부밀착지그를 이용한 용접 후 지그내부의 스패터 형성사진이다.
이중구조의 환형분사부를 통하여 분사된 질소가스가 환형 중앙부로 석션됨으로써 밀착지그의 끝단에 형성되는 스패터가 증착되지 않고, 지속적으로 배출되어 밀착지그이 내부가 비교예에 비하여 깨끗한 것을 확인할 수 있다.
또한, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전극단자 제조를 위한 용접 방법을 이용하여 제조된 전지셀일 수 있다.
상기 전지셀을 2 이상 포함하는 전지팩일 수 있다.
또한, 상기 전지셀을 에너지원으로 사용하는 디바이스일 수 있다.
상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치일 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
(부호의 설명)
1: 레이저
2: 리드
3: 지지대
100: 상부밀착지그
110: 외부상부밀착지그
111: 환형분사부
112: 환형중심부
113: 가스유입구
120: 내부상부밀착지그
200: 하부밀착지그
300: 상부연결부
400: 하부연결부
이상에서 설명한 바와 같이 이차전지 탭 레이저 용접을 위한 밀착 지그 및 용접 방법은 용접시 용접부에서 공기중의 산소 및/또는 수소와의 반응을 차단하여 용접품질의 저하을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 지그 내부에 지속적으로 발생하는 스패터가 누적되어 증착되는현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 증착된 스패터가 전지셀의 리드에 유입되어 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 환형분사부를 통해 질소가 분사되면서 분사 유속을 낮추고 유량을 늘릴 수 있어 기존의 점형태 분사에서 면형태 분사를 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 스패터가 소착될 수 있는 물리적인 공간을 최소화하고 스패터가 환형중심부로 석션이 잘 전달될 수 있도록 상승기류를 형성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (18)

  1. 복수의 이차전지 용접부의 일면에 밀착되도록 불활성 가스를 분사하는 환형 분사부(111)를 포함하는 전극단자 제조를 위한 용접용 상부 밀착지그.
  2. 청구항1에 있어서
    상기 용접부는 전극 탭, 전극 탭과 전극 리드, 전극 리드 중 어느 하나인 전극단자 제조를 위한 용접용 상부밀착지그.
  3. 청구항1에 있어서
    상기 환형 분사부의 환형 중심부(112)는 상기 분사된 불활성 가스를 석션(Suction)하여 외부로 배출하는 용접용 상부밀착지그.
  4. 청구항1에 있어서
    상기 상부밀착지그는 상기 환형 분사부의 외측면을 형성하는 외측상부밀착지그(110)와 상기 환형 분사부의 내측면을 형성하는 내측상부밀착지그(120)을 포함하는 전극단자 제조를 위한 용접용 상부밀착지그.
  5. 청구항4에 있어서
    상기 외측상부밀착지그의 측면에는 상기 불활성 가스가 유입되는 가스유입구(113)가 형성된 전극단자 제조를 위한 용접용 상부밀착지그.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 환형분사부는 단면적은 상기 상부밀착지그의 상면에서 바닥면으로 진행할수록 감소하는 용접용 상부밀착지그.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 환형분사부는 상기 상부밀착지그의 윗면에서 바닥면으로 형성되면서 1회 이상 절곡되는 용접용 상부밀착지그.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 외측상부밀착지그의 바닥면은 용접부와 접하고, 상기 내측상부밀착지그의 바닥면은 소정높이 이격되어 형성되어 상기 환형분사부를 형성하는 용접용 상부밀착지그.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 분사되는 불활성 가스의 분사압은 0.1MPa 이상 0.5 MPa 이하 인 용접용 상부밀착지그.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부밀착지그(100)와 대향하는 방향에 상기 용접부의 타면에 밀착될 수 있도록 형성된 하부밀착지그(200)를 포함하는 용접용 밀착지그.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 상부밀착지그는 상기 용접부의 일면을 밀착 지지하기 위하여 상하 또는 좌우로 이동하기 상부연결부(300); 및
    상기 하부밀착지그는 상기 용접부의 타면을 밀착 지직하기 위하여 상하 또는 좌우로 이동하기 위한 하부연결부(400);를 포함하는 용접용 밀착지그.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 상부연결부는 일단이 하부밀착지그에 연결되고,
    상기 하부연결부는 일단이 상부밀착지그에 연결되는 용접용 밀착지그.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 상부밀착지그와 상기 하부밀착지그는 상기 용접부을 대향하는 면에서 밀착되면서 용접이 진행되기 위하여 상하로 뚫린 형태로 형성된 용접용 밀착지그.
  14. 복수의 전극 탭, 전극 탭과 전극 리드, 전극 리드 중 어느 하나인 상기 용접부의 용접 대상 부분을 상하로 포개는 제1단계;
    상기 용접부에 밀착하기 위해 상부밀착지그 및 하부밀착지그가 포지셔닝을 진행하는 제2단계;
    상기 용접부 상면을 향해 상기 용접부의 상면에 밀착되도록 불활성 가스를 분사하는 환형 분사부(111)를 포함하는 상기 상부밀착지그가 가압하는 제3단계;
    상기 용접부 하면을 향해 상기 용접부의 하면에 밀착되도록 상기 하부밀착지그가 가압하는 제4단계; 및
    상기 용접부의 대상 부분에 레이저 빔을 조사하는 제5단계를 포함하는 것을
    특징으로 하는 전극단자 제조를 위한 용접 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 환형 분사부를 통해 분사된 불활성 가스는 상기 환형 분사부의 환형 중심부로 석션되는 전극단자 제조를 위한 용접 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 상부밀착지그는 상기 환형 분사부의 외측면을 형성하는 외측상부밀착지그(110)와 상기 환형 분사부의 내측면을 형성하는 내측상부밀착지그(120)을 포함하는 전극단자 제조를 위한 용접 방법.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 전극단자 제조를 위한 용접 방법을 이용하여 제조된 전지셀.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전지셀을 에너지원으로 사용하는 디바이스.
PCT/KR2020/013198 2019-10-23 2020-09-28 이차전지 탭 레이저 용접을 위한 밀착 지그 및 용접 방법 WO2021080207A1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/631,177 US20220184738A1 (en) 2019-10-23 2020-09-28 Tight-Contact Jig for Secondary Battery Tab Laser Welding and Welding Method
EP20878098.1A EP3974099A4 (en) 2019-10-23 2020-09-28 CONTACT DEVICE FOR LASER WELDING OF SECONDARY BATTERY TABS AND WELDING PROCESSES
CN202080046802.XA CN114040828B (zh) 2019-10-23 2020-09-28 用于二次电池接片激光焊接的密接夹具和焊接方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190131954A KR20210048096A (ko) 2019-10-23 2019-10-23 이차전지 탭 레이저 용접을 위한 밀착 지그 및 용접 방법
KR10-2019-0131954 2019-10-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021080207A1 true WO2021080207A1 (ko) 2021-04-29

Family

ID=75620104

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2020/013198 WO2021080207A1 (ko) 2019-10-23 2020-09-28 이차전지 탭 레이저 용접을 위한 밀착 지그 및 용접 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220184738A1 (ko)
EP (1) EP3974099A4 (ko)
KR (1) KR20210048096A (ko)
CN (1) CN114040828B (ko)
WO (1) WO2021080207A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230054287A (ko) 2021-10-15 2023-04-24 주식회사 엘지에너지솔루션 레이저 용접 장치 및 이에 사용되는 마스크 지그의 교체 방법
KR20230056329A (ko) * 2021-10-20 2023-04-27 주식회사 엘지에너지솔루션 레이저용접장치
CN114932313A (zh) * 2022-05-13 2022-08-23 广东利元亨技术有限公司 极耳焊接装置和方法
KR20240007375A (ko) 2022-07-08 2024-01-16 주식회사 엠플러스 이차전지 초음파 용접장치
KR20240008002A (ko) 2022-07-11 2024-01-18 주식회사 엠플러스 이차전지 탭 초음파 용접 장치의 호온 각도 조정 장치 및 호온 각도 조정 방법
KR20240028073A (ko) * 2022-08-24 2024-03-05 주식회사 엘지에너지솔루션 용접용 지그의 이물질 모니터링 시스템 및 용접용 지그의 이물질을 모니터링하는 방법

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06304777A (ja) 1993-04-27 1994-11-01 Sanyo Electric Co Ltd 電池の封口板を外装缶にレーザー溶接するガスノズル
JP2001150169A (ja) 1999-11-30 2001-06-05 Nippon Sanso Corp 切断用レーザ加工機及びそれを使用した切断方法
JP2002028796A (ja) * 2000-07-14 2002-01-29 Fujitsu Ltd レーザスポット溶接装置
JP2002164037A (ja) 2000-11-27 2002-06-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 鉛蓄電池用極板群棚の製造方法
JP2005254328A (ja) * 2004-02-10 2005-09-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd ハイブリッドレーザ加工方法とそれに用いるハイブリッドレーザトーチ
CN101712103A (zh) * 2008-09-30 2010-05-26 三洋电机株式会社 激光焊接用夹具、激光焊接装置以及方形电池的制造方法
JP2016018756A (ja) 2014-07-11 2016-02-01 株式会社豊田自動織機 電極体製造方法
KR20180112616A (ko) * 2017-04-04 2018-10-12 주식회사 엘지화학 전극 리드 밀착용 지그 및 전극 리드 용접 방법
KR20190131954A (ko) 2018-05-18 2019-11-27 한국에너지기술연구원 일가이온 선택성 패턴을 갖는 이온 교환막 및 이를 포함하는 역전기투석장치

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL92427A0 (en) * 1989-02-08 1990-07-26 Gen Electric Laser welding apparatus and process
JP4205486B2 (ja) * 2003-05-16 2009-01-07 株式会社ディスコ レーザ加工装置
US7259353B2 (en) * 2004-09-30 2007-08-21 Honeywell International, Inc. Compact coaxial nozzle for laser cladding
CN201329320Y (zh) * 2008-12-25 2009-10-21 沈阳大陆激光柔性制造技术有限公司 带水冷及导向气体保护的同轴送粉喷嘴
CN207043555U (zh) * 2017-06-29 2018-02-27 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种翻转片焊接吹气装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06304777A (ja) 1993-04-27 1994-11-01 Sanyo Electric Co Ltd 電池の封口板を外装缶にレーザー溶接するガスノズル
JP2001150169A (ja) 1999-11-30 2001-06-05 Nippon Sanso Corp 切断用レーザ加工機及びそれを使用した切断方法
JP2002028796A (ja) * 2000-07-14 2002-01-29 Fujitsu Ltd レーザスポット溶接装置
JP2002164037A (ja) 2000-11-27 2002-06-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 鉛蓄電池用極板群棚の製造方法
JP2005254328A (ja) * 2004-02-10 2005-09-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd ハイブリッドレーザ加工方法とそれに用いるハイブリッドレーザトーチ
CN101712103A (zh) * 2008-09-30 2010-05-26 三洋电机株式会社 激光焊接用夹具、激光焊接装置以及方形电池的制造方法
JP2016018756A (ja) 2014-07-11 2016-02-01 株式会社豊田自動織機 電極体製造方法
KR20180112616A (ko) * 2017-04-04 2018-10-12 주식회사 엘지화학 전극 리드 밀착용 지그 및 전극 리드 용접 방법
KR20190131954A (ko) 2018-05-18 2019-11-27 한국에너지기술연구원 일가이온 선택성 패턴을 갖는 이온 교환막 및 이를 포함하는 역전기투석장치

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3974099A4

Also Published As

Publication number Publication date
CN114040828B (zh) 2024-03-29
CN114040828A (zh) 2022-02-11
EP3974099A1 (en) 2022-03-30
US20220184738A1 (en) 2022-06-16
EP3974099A4 (en) 2022-07-20
KR20210048096A (ko) 2021-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021080207A1 (ko) 이차전지 탭 레이저 용접을 위한 밀착 지그 및 용접 방법
WO2014109481A1 (ko) 일체형 양극 리드 및 음극 리드를 포함하는 이차전지 및 그 제조방법
WO2013042948A2 (ko) 다공성 구조의 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
WO2016080696A1 (ko) 이차전지용 냉각 플레이트 및 이를 포함하는 이차전지 모듈
WO2019107764A1 (ko) 엔드 프레임을 구비한 배터리 모듈
WO2017204458A1 (ko) 전지 팩
WO2017146369A1 (ko) 배터리 셀 및 이러한 배터리 셀의 제조 방법
WO2018182129A1 (ko) 전극적층방법 및 이를 수행하는 전극적층장치
WO2013039298A1 (ko) 이차전지용 부품 및 그 제조 방법, 및 상기 부품을 사용하여 제조된 이차전지와 조립 이차전지 장치
WO2020017727A1 (ko) 이차전지 및 이차전지의 용접방법
WO2021118160A1 (ko) 이차전지 제조방법 및 이차전지 제조용 프리 디개스 장치
WO2019225882A1 (ko) 이차 전지용 전극 리드 조립체 및 그의 제조 방법
WO2020106030A1 (ko) 이차전지셀 파우치성형모듈
WO2018008806A1 (ko) 대기압 유전체 장벽 방전 플라즈마를 이용한 이차전지의 분리막 처리 방법
WO2020106031A1 (ko) 이차전지셀의 절연저항측정장치
WO2022055317A1 (ko) 초음파 절삭기를 포함하는 전극조립체 제조장치 및 이를 이용한 전극조립체 제조방법
WO2015190848A1 (ko) 전기화학 소자 및 이의 제조방법
WO2023128374A1 (ko) 레이저 가공 장치 및 방법
WO2018004185A1 (ko) 이차 전지용 스택 장치, 이를 이용한 스택 방법 및 이에 따른 이차 전지
WO2023063540A1 (ko) 배터리의 제조방법
WO2022108204A1 (ko) 전극용 집전체
WO2021141311A1 (ko) 이차전지 제조장치 및 이차전지 제조방법
WO2022108080A1 (ko) 이차 전지 및 이의 제조 방법
WO2023163469A1 (ko) 전극리드 정렬 마스킹 장치
WO2012165767A2 (ko) 이차 전지 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020878098

Country of ref document: EP

Effective date: 20211223

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20878098

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE