WO2022014895A1 - 이차전지, 이차전지용 초음파 용접장치 및 용접방법 - Google Patents

이차전지, 이차전지용 초음파 용접장치 및 용접방법 Download PDF

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정헌범
이진용
황지훈
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정수택
한창민
최재화
백영석
김정연
김정주
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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery, an ultrasonic welding apparatus for a secondary battery, and a welding method, and more particularly, to a secondary battery capable of uniformly welding overlapping surfaces of an electrode tab and an electrode lead, an ultrasonic welding apparatus for a secondary battery, and a welding method.
  • a secondary battery refers to a battery capable of charging and discharging unlike a primary battery that cannot be charged, and such secondary batteries are widely used in high-tech electronic devices such as phones, notebook computers, and camcorders.
  • the secondary battery is classified into a can-type secondary battery in which the electrode assembly is embedded in a metal can, and a pouch-type secondary battery in which the electrode assembly is embedded in a pouch.
  • the pouch-type secondary battery includes an electrode assembly, an electrode lead coupled to the electrode tab of the electrode assembly, and a pouch for accommodating the electrode assembly with the tip of the electrode lead drawn out to the outside.
  • the electrode tab and the electrode lead of the electrode assembly are coupled through welding, and in this case, an ultrasonic welding device is used.
  • the ultrasonic welding apparatus includes an anvil on which the overlapping surfaces of the electrode tabs and the electrode leads are disposed, and a horn for welding by applying ultrasonic waves to the overlapping surfaces of the electrode tabs and the electrode leads disposed on the anvil.
  • the present invention for solving the above problems is to uniformly (or identically) transmit the entire welding energy to the overlapping surface of the electrode tab and the electrode lead by adjusting the horizontality of the anvil and the horn to be horizontal with the overlapping surface of the electrode tab and the electrode lead
  • An object of the present invention is to provide a secondary battery, an ultrasonic welding device for secondary batteries, and a welding method that can be uniformly welded on the entire overlapping surface and, as a result, can improve welding quality.
  • An ultrasonic welding apparatus for a secondary battery of the present invention for achieving the above object includes an anvil provided so that the overlapping surfaces of the electrode tab and the electrode lead provided in the electrode assembly are disposed; a horn provided to weld the overlapping surfaces disposed on the anvil; and a horizontal value of an overlapping surface that is a horizontal value of the overlapping surface with respect to a predetermined reference surface, a welding portion of the horn facing the overlapping surface, and an arrangement portion of the anvil on which the overlapping surface is disposed. It may include an inspection member for inspecting the horizontal degree of the opposing member with respect to the overlapping surface, based on the horizontal value of the opposing horizontal value.
  • the horn may be provided to apply ultrasonic waves while the welding part of the horn is supported on the overlapping surface when the horizontal degree is determined within a predetermined normal range by the inspection member.
  • An overlapping surface measuring member for measuring an overlapping surface horizontal value, which is a horizontal value of the overlapping surface with respect to the predetermined reference surface, a welding part of the horn facing the overlapping surface, and an arrangement part of the anvil on which the overlapping surface is disposed and an opposing measuring member for measuring an opposing horizontal value that is a horizontal value of the opposing member with respect to the reference plane.
  • It may further include an angle adjusting member for adjusting the angle of the opposing member by a difference value between the horizontal value of the overlapping surface and the opposite horizontal value.
  • the angle adjusting member may be provided to adjust the angle of the opposing member by a difference value between the horizontal value of the overlapping surface and the opposite horizontal value when the horizontal degree is determined by the inspection member to be outside a predetermined normal range.
  • the horizontal value of the overlapping surface includes a full-length direction inclination angle of the overlapping surface and a full-width direction inclination angle of the overlapping surface in a state where a predetermined reference surface is set to 0°, and the opposite horizontal value is set to 0° with the reference surface
  • the inclination angle in the full length direction of the opposing member and the inclination angle in the full width direction of the opposing member are included, wherein the inspection member is provided to compare the inclination angle in the full length direction of the overlapping surface and the inclination angle in the full length direction of the opposing member, the overlapping surface It may be provided to contrast the inclination angle in the full width direction and the inclination angle in the full width direction of the opposing member.
  • the predetermined normal range may be set to less than 0.30°.
  • the ultrasonic welding method for a secondary battery of the present invention comprises the steps of: (a) arranging an overlapping surface of an electrode tab and an electrode lead provided in an electrode assembly on an anvil; (b) disposing a horn for welding the overlapping surfaces disposed on the anvil; and (c) a horizontal value of an overlapping surface, which is a horizontal value of the overlapping surface with respect to a predetermined reference surface, and a welding portion of the horn facing the overlapping surface and an arrangement portion of the anvil on which the overlapping surface is disposed.
  • the method may include examining a horizontal degree of the opposing member with respect to the overlapping surface based on an opposing horizontal value that is a horizontal value with respect to the reference plane.
  • the step (c) may further include a step of welding the overlapping surfaces by applying ultrasonic waves while supporting the welding part of the horn on the overlapping surface when the horizontal degree is determined to be within a predetermined normal range.
  • the step (c) may further include adjusting the angle of the opposing member by a difference value between the horizontal value of the overlapping surface and the horizontal value of the opposite surface when the horizontal degree is determined to be outside a predetermined normal range.
  • the step (a) may further include measuring a horizontal value of the overlapping surface, which is a horizontal value of the overlapping surface with respect to a predetermined reference surface.
  • the step (b) includes a process of measuring an opposite horizontal value, which is a horizontal value with respect to the reference plane of an opposing member that is any one of a welding portion of the horn facing the overlapping surface and an arrangement portion of the anvil on which the overlapping surface is disposed.
  • the predetermined normal range may be set to less than 0.30°.
  • the secondary battery of the present invention includes an electrode assembly having an electrode tab and an electrode lead, and an overlapping surface coupled by ultrasonic welding is provided on an overlapping portion of the electrode tab and the electrode lead, and the overlapping surface is the
  • the total bonding force in the full length direction of the overlapping surface and the total bonding force in the full width direction may be the same.
  • the ultrasonic welding apparatus for a secondary battery of the present invention is characterized in that it includes an inspection member for inspecting the horizontality of the anvil and the horn based on the overlapping surfaces of the electrode tab and the electrode lead. That is, the inspection member includes a horizontal value of an overlapping surface that is a horizontal value of the overlapping surface with respect to a predetermined reference plane, a welding portion of the horn facing the overlapping surface, and an arrangement portion of the anvil on which the overlapping surface is disposed. Based on an opposing horizontal value that is a horizontal value with respect to the reference plane, a horizontal degree of the opposing member with respect to the overlapping surface may be inspected. Accordingly, it is possible to inspect whether the entire overlapping surface of the anvil and the horn can be uniformly pressurized, and as a result, it can be inspected whether defects occur.
  • the ultrasonic welding apparatus for a secondary battery of the present invention is characterized in that it includes an angle adjusting member for correcting the angle of the anvil and the horn based on the overlapping surface. That is, the angle adjusting member is provided to adjust the angle of the opposing member by the difference value between the horizontal value of the overlapping surface and the opposite horizontal value when the horizontal degree is determined by the inspection member to be outside a predetermined normal range. Accordingly, the entire overlapping surface of the anvil and the horn can be pressed with a uniform force, and as a result, the bonding force of the entire overlapping surface can be uniformed, thereby preventing defects from occurring.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view showing an ultrasonic welding apparatus for a secondary battery according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a side view illustrating a horn measuring member and a horn angle adjusting member of an ultrasonic welding apparatus for a secondary battery according to a second embodiment of the present invention.
  • Fig. 4 is a front view of Fig. 3;
  • FIG. 5 is a side view showing an anvil measuring member and an anvil angle adjusting member of an ultrasonic welding apparatus for a secondary battery according to a second embodiment of the present invention
  • Fig. 6 is a front view of Fig. 5;
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an ultrasonic welding method for a secondary battery according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a graph of measuring tensile strength of a negative electrode tab and a negative electrode lead welded by the ultrasonic welding apparatus for a secondary battery according to the second embodiment
  • FIG. 12 is a graph of measuring tensile strength of a positive electrode tab and a positive electrode lead welded by the ultrasonic welding apparatus for a secondary battery according to the second embodiment
  • the secondary battery 1 includes an electrode assembly 10 having an electrode tab 11 , and an electrode lead coupled to the electrode tab 11 ( 20), and a pouch 50 for accommodating the electrode assembly 10 in a state in which the tip of the electrode lead 20 is withdrawn to the outside.
  • the electrode tab 11 and the electrode lead 20 are partially overlapped, and then the overlapped portion of the electrode tab 11 and the electrode lead 20 is ultrasonically welded to combine. That is, an overlapping surface 30 coupled by ultrasonic welding is provided on an overlapping portion of the electrode tab and the electrode lead.
  • the ultrasonic welding apparatus for secondary batteries according to the first embodiment of the present invention is used.
  • the overlapping surface 30 is ultrasonically welded through the ultrasonic welding apparatus for a secondary battery according to the second embodiment of the present invention, so that the overall bonding force and the overall width of the overlapping surface 30 (left and right direction in FIG. 1 )
  • the overall bonding force can be uniformly (or identically) provided in the direction (front-to-back direction when viewed in FIG. 1 ), and as a result, the welding quality can be improved.
  • the ultrasonic welding apparatus 100 for a secondary battery includes the electrode tab 11 and the electrode lead 20 provided in the electrode assembly 10 . It includes an anvil 110 on which the overlapping surface 30 is disposed, and a horn 120 provided to weld the overlapping surface 30 disposed on the anvil 110 .
  • the anvil 110 and the horn 120 press-fit the overlapping surface 30 of the electrode tab 11 and the electrode lead 20 .
  • the overlapping surface 30 is ultrasonically welded through the horn 120 , and thus the electrode tab 11 and the electrode lead 20 can be connected to each other.
  • the ultrasonic welding apparatus 100 for a secondary battery includes the arrangement portion 111 of the anvil 110 on which the welding portion 121 of the horn 120 or the overlapping surface 30 is disposed.
  • the horizontal degree of the overlapping surface 30 is different, it is not possible to uniformly press-fit the entire overlapping surface 30 through the anvil 110 and the horn 120, and accordingly, the welding applied to the entire overlapping surface 30 The difference in energy can cause welding defects.
  • the ultrasonic welding apparatus 100 for secondary batteries includes the arrangement part 111 of the anvil 110 or the horn 120 based on the overlapping surface 30 .
  • the welding part 121 includes an inspection member 150 for inspecting the horizontal degree.
  • the inspection member 150 may inspect whether the entire overlapping surface 30 can be uniformly press-fitted through the anvil 110 and the horn 120 , thereby inspecting whether a welding defect occurs.
  • the inspection member 150 includes a horizontal value of the overlapping surface, which is a horizontal value of the overlapping surface 30 with respect to a predetermined reference surface 40 , and a welding portion 121 of the horn 120 facing the overlapping surface 30 . and an opposing horizontal value that is a horizontal value with respect to the reference plane 40 of the opposing member, which is any one of the disposition portions 111 of the anvil 110 on which the overlapping surface 30 is disposed, the overlapping surface 30 ) to inspect the horizontal degree of the opposing member, and accordingly, the inspection member 150 can check whether the entire overlapping surface 30 can be uniformly press-fitted through the anvil 110 and the horn 120 . .
  • the horn 120 supports the welding part 121 of the horn 120 on the overlapping surface 30 . It is provided to apply ultrasonic waves, and thus the welding energy applied to the entire overlapping surface 30 can be uniformed, and as a result, the entire overlapping surface can be uniformly welded, thereby improving welding quality.
  • the ultrasonic welding apparatus 100 for a secondary battery includes an inspection member, so that the welding part 111 of the anvil 110 or the welding part of the horn 120 with respect to the overlapping surface 30 ( 121)
  • the horizontal degree can be inspected, and accordingly, it can be inspected whether the entire overlapping surface 30 can be uniformly press-fitted through the anvil 110 and the horn 120, and as a result, it is inspected whether a welding defect occurs. can do.
  • the overlapping surface measuring member for measuring the horizontal value of the overlapping surface, which is the horizontal value of the overlapping surface 30 with respect to the predetermined reference surface 40 .
  • the overlapping surface measuring member 130 is provided close to the overlapping surface 30 of the electrode tab 11 and the electrode lead 20 , and the horizontal value of the overlapping surface 30 is measured based on the reference surface 40 . do. That is, the overlapping surface measuring member 130 calculates the overlapping surface horizontal value of how many degrees the overlapping surface 30 has an inclination angle with respect to the reference surface 40 .
  • the overlapping surface measuring member 130 is provided in at least three places on the overlapping surface 30, and accordingly, the overlapping surface measuring member 130 can measure the horizontal value of three or more places of the overlapping surface 30 If there is an overlap, the horizontal value is calculated as the average of three or more measured horizontal values.
  • the horizontal value of the overlapping surface includes a full-length direction inclination angle (A1°) of the overlapping surface 30 and a full-width direction inclination angle (A2°) of the overlapping surface 30 in a state where the reference plane is set to 0°. That is, the overlapping surface measuring member 130 measures the overlapping surface horizontal value including the full-length direction inclination angle (A1°) of the overlapping surface with respect to the reference surface 40 and the full-width direction inclination angle (A2°) of the overlapping surface.
  • the opposing measuring member is one of the welding part 121 of the horn 120 facing the overlapping surface 30 and the placement part 111 of the anvil 110 on which the overlapping surface 30 is disposed.
  • a horizontal value opposite to that of the reference plane 40 is measured. That is, the opposing measuring member measures the opposing horizontal value to determine how many degrees of inclination angle the opposing member has with respect to the overlapping surface of the opposing member.
  • the opposing horizontal value includes an inclination angle in the full length direction of the opposing member and an inclination angle in the full width direction of the opposing member in a state where the reference plane or the overlapping surface is set to 0°. Accordingly, the inspection member is provided to compare the full length direction inclination angle of the overlapping surface and the full length direction inclination angle of the opposing member, and is provided to compare the full width direction inclination angle of the overlapping surface and the full width direction inclination angle of the opposing member.
  • the opposing member includes a horn measuring member 140 and an anvil measuring member 170 .
  • the horn measuring member 140 measures the horizontal value of the welding part of the horn 120 facing the overlapping surface 30 based on the reference surface 40 .
  • the horizontal value of the horn welding part includes the full-length direction inclination angle (B1°) of the horn 120 and the full-width direction inclination angle (B2°) of the horn 120 with the reference plane 40 set to 0° . That is, the horn measuring member 140 includes a full length direction inclination angle (B1°) of the horn 120 and a full width direction inclination angle (B2°) of the horn 120 with respect to the reference plane 40.
  • the horn welding part is horizontal Measure the value.
  • the inspection member 150 compares the horizontal value of the overlapping surface measured by the overlapping surface measuring member 130 and the horizontal value of the weld measured by the horn measuring member 140 to determine if it is determined within a normal range. If it is judged to be outside the normal range, it is determined as defective.
  • the inspection member 150 compares the inclination angle (A1°) in the full length direction of the overlapping surface 30 and the inclination angle (B1°) in the full length direction of the horn 120 to calculate the difference value in the full length direction of the horn,
  • a difference value in the full width direction of the horn is calculated by comparing the inclination angle in the full width direction (A2°) of the overlapping surface 30 and the inclination angle in the full width direction (B2°) of the horn 120 .
  • the inspection member 150 determines that both the difference value in the full length direction of the horn and the difference value in the full width direction of the horn are within the normal range, and is determined to be normal, and if any one is determined to be within the normal range, it is determined as defective.
  • the anvil measuring member 170 is provided in the anvil 110 , and measures the horizontal value of the arrangement part 111 of the anvil 110 based on the reference plane 40 .
  • the horizontal value of the arrangement is the full-length direction inclination angle (C1°) of the anvil 110 and the full-width direction inclination angle (C2°) of the anvil 110 in a state where the reference plane 40 is set to 0°.
  • the anvil measuring member 170 includes the full length direction inclination angle (C1°) of the anvil 110 and the full width direction inclination angle (C2°) of the anvil 110 with respect to the reference plane 40 . Measure the horizontal value.
  • the inspection member 150 overlaps the horizontal value of the arrangement part of the anvil 110 measured by the anvil measuring member 170 .
  • the horizontal values of the overlapping surfaces measured by the measuring member 130 if it is determined to be within the normal range, it is determined as normal, and if it is determined to be outside the normal range, it is determined to be defective.
  • the inspection member 150 compares the full length direction inclination angle (A1°) of the overlapping surface 30 and the full length direction inclination angle (C1°) of the anvil 110 to calculate the difference value in the full length direction of the anvil, and A difference value in the full width direction of the anvil is calculated by comparing the inclination angle A2° in the full width direction of the face 30 and the inclination angle C2° in the full width direction of the anvil 110 .
  • the inspection member 150 determines that both the difference value in the full length direction of the anvil and the difference value in the full width direction of the anvil are within the normal range, and is determined to be normal, and if any one is determined to be outside the normal range, it is determined as defective.
  • the ultrasonic welding apparatus 100 for a secondary battery according to the second embodiment of the present invention having such a configuration includes the overlapping surface measuring member 130 and the opposite measuring member, so that the horizontal of the horn 120 and the anvil based on the overlapping surface The degree of accuracy can be confirmed, and accordingly, the possibility of occurrence of welding defects can be accurately confirmed.
  • the reference surface 40 may be the ground or a support surface of a workbench on which the ultrasonic welding apparatus is installed.
  • the opposite member is equal to the difference between the horizontal value of the overlapping surface and the horizontal value of the opposite surface. It further includes an angle adjusting member for adjusting the angle of.
  • the angle adjusting member adjusts the angle of the opposing member by the difference value between the horizontal value of the overlapping surface and the opposite horizontal value when the horizontal degree is determined by the inspection member 150 to be outside a predetermined normal range, Accordingly, the horizontal degree of the opposing member with respect to the overlapping surface 30 may be adjusted to be positioned within the normal range.
  • the angle adjusting member includes a horn angle adjusting member 160 and an anvil angle adjusting member 180 .
  • the horn 120 When the horn angle adjustment member 160 is determined to be defective by the inspection member 150, the horn 120 is moved left and right or The horizontal value of the welding part of the horn 120 is adjusted by rotating it in the front-rear direction. Accordingly, the horizontal value of the overlapping surface and the horizontal value of the welding part of the horn 120 may be arranged to coincide with the reference plane.
  • the anvil 110 is moved in the left and right or front and rear directions by the difference value obtained by subtracting the horizontal value of the overlapping surface and the horizontal value of the arrangement part of the anvil. by rotating to adjust the horizontal value of the arrangement part of the anvil 110 . Accordingly, the horizontal value of the overlapping surface and the horizontal value of the arrangement unit may be arranged to coincide with the reference plane.
  • the normal range may be less than 0.30°, preferably less than 0.075°.
  • the ultrasonic welding apparatus 100 for a secondary battery can adjust the horizontal degree of the opposing member with respect to the overlapping surface 30 to be located within the normal range by including an angle adjusting member, As a result, it is possible to weld the entire overlapping surface through the anvil and the horn in a press-fit state with uniform welding energy.
  • the ultrasonic welding method for a secondary battery according to the second embodiment of the present invention is for welding the electrode tab 11 and the electrode lead 20 provided in the electrode assembly 10, as shown in FIG. 7, ( a) arranging the overlapping surface on the anvil, (b) arranging the horn for overlapping surface welding; (c) level inspection and welding steps.
  • step (a) the overlapping surface 30 of the electrode tab 11 and the electrode lead 20 provided in the electrode assembly 10 is disposed on the anvil 110 .
  • step (a) further includes a step of measuring a horizontal value of the overlapping surface, which is a horizontal value of the overlapping surface 30 with respect to a predetermined reference surface 40 , in which case the overlapping surface measuring member 130 is used.
  • the overlapping surface measuring member 130 measures the horizontal value of the overlapping surface 30 of the electrode tab 11 and the electrode lead 20 based on the reference surface 40 . At this time, the overlapping surface measuring member 130 measures the overall length direction inclination angle of the overlapping surface 30 and the full width direction inclination angle of the overlapping surface 30 as the overlapping surface horizontal value.
  • Step (b) arranges the horn 120 for welding the overlapping surface 30 disposed on the anvil 110 .
  • step (b) is opposite to any one of the welding portion 121 of the horn 120 facing the overlapping surface 30 and the placement portion 111 of the anvil 110 in which the overlapping surface 30 is disposed.
  • the method further includes the step of measuring an opposite horizontal value that is a horizontal value with respect to the reference plane of the member.
  • an opposing measuring member is used, and the opposing measuring member includes an anvil measuring member 170 and a horn measuring member 140 .
  • the anvil measuring member 170 measures the horizontal value of the arrangement part of the anvil 110 on which the overlapping surface is disposed based on a reference plane.
  • the horn measuring member 140 measures the horizontal value of the welding part of the horn toward the overlapping surface 30 with respect to the reference plane.
  • Step (c) includes the horizontal value of the overlapping surface that is the horizontal value of the overlapping surface 30 with respect to the predetermined reference surface 40, the welding part 121 of the horn 120 facing the overlapping surface 30, and the overlapping The opposing member with respect to the overlapping surface 30 based on an opposing horizontal value that is a horizontal value with respect to the reference plane 40 of the opposing member that is any one of the disposition portions 111 of the anvil 110 on which the face is disposed Check the horizontal level of In this case, the inspection member 150 is used.
  • the inspection member 150 compares the horizontal value of the arrangement part and the horizontal value of the overlapping surface, and when it is determined to be within a normal range, it is determined to be normal, and when it is determined to be outside, it is determined to be defective. That is, the inspection member 150 can check the difference in the pressing force applied to the entire overlapping surface through the horizontal value of the overlapping surface and the horizontal value of the placement part, and accordingly, it is confirmed in advance that a welding defect occurs on the overlapping surface 30 .
  • the inspection member 150 compares the horizontal value of the overlapping surface and the horizontal value of the welded part, and when it is determined to be within a normal range, it is determined to be normal, and when it is determined to be outside, it is determined to be defective. That is, the inspection member 150 can check the difference in the pressing force applied to the entire overlapping surface 30 through the horizontal value of the overlapping surface and the horizontal value of the welding part, and accordingly, the occurrence of welding defects on the overlapping surface 30 in advance can be checked in
  • step (c) when the horizontal degree is determined to be within a predetermined normal range, ultrasonic waves are applied to the overlapping surface 30 while supporting the welding part 121 of the horn 120 on the overlapping surface 30 . ) further comprising a process of welding.
  • the predetermined normal range may be less than 0.30°, preferably less than 0.075°.
  • the step (c) further includes a step of adjusting the angle of the opposing member by a difference value between the horizontal value of the overlapping surface and the opposite horizontal value when the horizontal degree is determined to be outside a predetermined normal range.
  • an angle adjusting member is used, and the angle adjusting member includes a horn angle adjusting member 160 and an anvil angle adjusting member 180 .
  • the horn angle adjusting member 160 is for adjusting the horizontal degree of the horn, and adjusts the welding angle of the horn 120 by the difference value between the horizontal value of the overlapping surface and the horizontal value of the welding portion, and, accordingly, the overlapping surface It is possible to match the horizontal value and the horizontal value of the welding part, and as a result, uniformly pressurizing the entire overlapping surface or uniformly applying ultrasonic waves to prevent welding defects.
  • the anvil angle adjusting member 180 is for adjusting the horizontal degree of the anvil, and adjusts the angle of the arrangement surface of the anvil by the difference value between the horizontal value of the arrangement part of the anvil and the horizontal value of the overlapping surface. Accordingly, the horizontal value of the arrangement part of the anvil can match the horizontal value of the overlapping surface, and as a result, it is possible to prevent the occurrence of welding defects.
  • the entire overlapping surface of the electrode tab and the electrode lead can be uniformly welded, and as a result, the welding quality can be improved.
  • the electrode tab and the electrode lead are welded using the ultrasonic device 100 for a secondary battery according to the second embodiment of the present invention.
  • the electrode tab includes a negative electrode tab and a positive electrode tab
  • the electrode lead includes a negative electrode lead and a positive electrode lead. That is, the welding state of the negative electrode tab and the negative electrode lead and the welding state of the positive electrode tab and the positive electrode lead are tested respectively.
  • the ultrasonic device 100 for a secondary battery according to the second embodiment of the present invention as in Production Example 1, when welding the overlapping surfaces of the electrode tab and the electrode lead, the horizontality of the anvil and the horn is adjusted to be the same, so that the electrode tab and the electrode are identical.
  • the entire overlapping surface of the lead can be uniformly welded, and thus the welding quality can be improved.
  • the managed tensile strength of the negative electrode is set to 80 kgf.
  • the managed tensile strength of the positive electrode is set to 60kgf.
  • the unit area (mm 2 ) of the overlapping surface of the welded negative electrode tab and the negative electrode lead and the overlapping surface of the welded positive electrode tab and the positive electrode lead is provided with a width of 44 mm, a length of 3 mm, and a thickness of 0.5 mm.
  • Preparation Example 1 was measured to be larger than the managed tensile strength, confirming that it was a normal welding, and Preparation Example 2 was located at the managed tensile strength, so that the normal welding was performed. It can be confirmed that the manufacturing example 3 is lower than the managed tensile strength, so it can be confirmed that the welding is poor.
  • Preparation Example 1 was measured to be greater than the managed tensile strength and it was confirmed that the normal welding was performed, and Preparation Example 2 was located at the managed tensile strength and was therefore normally welded. It can be confirmed that the manufacturing example 3 is lower than the managed tensile strength, so it can be confirmed that the welding is poor.

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Abstract

본 발명은 전극조립체에 구비된 전극탭과 전극리드의 겹친면이 배치되게 마련되는 앤빌; 상기 앤빌에 배치된 상기 겹친면을 용접하게 마련되는 혼; 및 소정의 기준면에 대한 상기 겹친면의 수평값인 겹친면 수평값과, 상기 겹친면을 향하는 상기 혼의 용접부 및 상기 겹친면이 배치되는 상기 앤빌의 배치부 중 어느 하나인 대향부재의 상기 기준면에 대한 수평값인 대향 수평값에 기초해서, 상기 겹친면에 대한 상기 대향부재의 수평 정도를 검사하는 검사부재를 포함한다.

Description

이차전지, 이차전지용 초음파 용접장치 및 용접방법
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2020년 07월 17일자 한국특허출원 제10-2020-0089211호 및 2021년 06월 22일자 한국특허출원 제10-2021-0081002호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 이차전지, 이차전지용 초음파 용접장치 및 용접방법에 관한 것으로서, 특히 전극탭과 전극리드의 겹친면을 균일하게 용접할 수 있는 이차전지, 이차전지용 초음파 용접장치 및 용접방법에 관한 것이다.
일반적으로 이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 이러한 이차 전지는 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
상기한 이차전지는 전극조립체가 금속 캔에 내장되는 캔형 이차전지와, 전극조립체가 파우치에 내장되는 파우치형 이차전지로 분류된다. 그리고 상기 파우치형 이차전지는 전극조립체, 상기 전극조립체의 전극탭에 결합되는 전극리드, 상기 전극리드의 선단이 외부로 인출된 상태로 상기 전극조립체를 수용하는 파우치를 포함한다.
한편, 상기 전극조립체의 전극탭과 상기 전극리드는 용접을 통해 결합되며, 이때 초음파 용접장치를 사용한다.
상기한 초음파 용접장치는 상기 전극탭과 상기 전극리드의 겹친면이 배치되는 앤빌과, 상기 앤빌에 배치된 상기 전극탭과 상기 전극리드의 겹친면에 초음파를 가하여 용접하는 혼을 포함한다.
그러나 상기한 초음파 용접장치는 상기 앤빌과 상기 혼이 상기 겹친면을 기준으로 수평하게 배치되지 못할 경우 상기 겹친면 전체를 균일하게 용접하지 못하면서 용접불량이 발생하는 문제점이 있었다.
보다 상세히 설명하면, 종래의 초음파 용접장치는 상기 앤빌과 상기 혼이 상기 겹친면을 기준으로 수평하게 배치되지 못할 경우 겹친면 전체에 용접에너지가 균일하게 전달되지 못하면서 용접불량이 발생할 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 전극탭과 전극리드의 겹친면과 수평하게 앤빌과 혼의 수평도를 조절함으로써 전극탭과 전극리드의 겹친면 전체 용접에너지를 균일하게(또는 동일하게) 전달할 수 있고, 그에 따라 겹친면 전체를 균일하게 용접할 수 있으며, 그 결과 용접 품질을 높일 수 있는 이차전지, 이차전지용 초음파 용접장치 및 용접방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차전지용 초음파 용접장치는 전극조립체에 구비된 전극탭과 전극리드의 겹친면이 배치되게 마련되는 앤빌; 상기 앤빌에 배치된 상기 겹친면을 용접하게 마련되는 혼; 및 소정의 기준면에 대한 상기 겹친면의 수평값인 겹친면 수평값과, 상기 겹친면을 향하는 상기 혼의 용접부 및 상기 겹친면이 배치되는 상기 앤빌의 배치부 중 어느 하나인 대향부재의 상기 기준면에 대한 수평값인 대향 수평값에 기초해서, 상기 겹친면에 대한 상기 대향부재의 수평 정도를 검사하는 검사부재를 포함할 수 있다.
상기 혼은, 상기 검사부재에 의해 상기 수평 정도가 소정의 정상 범위 내로 판단되면, 상기 혼의 용접부를 상기 겹친면에 지지시킨 상태로 초음파를 가하도록 마련될 수 있다.
상기 소정의 기준면에 대한 상기 겹친면의 수평값인 겹친면 수평값을 측정하는 겹친면 측정부재와, 상기 겹친면을 향하는 상기 혼의 용접부 및 상기 겹친면이 배치되는 상기 앤빌의 배치부 중 어느 하나인 대향부재의 상기 기준면에 대한 수평값인 대향 수평값을 측정하는 대향 측정부재를 포함할 수 있다.
상기 겹친면 수평값과 상기 대향 수평값의 차이값만큼 상기 대향부재의 각도를 조절하는 각도조절부재를 더 포함할 수 있다.
상기 각도조절부재는, 상기 검사부재에 의해 상기 수평 정도가 소정의 정상 범위 외로 판단되면, 상기 겹친면 수평값과 상기 대향 수평값의 차이값만큼 상기 대향부재의 각도를 조절하도록 마련될 수 있다.
상기 겹친면 수평값은 소정의 기준면을 0°로 설정한 상태로 상기 겹친면의 전장방향 경사각과, 상기 겹친면의 전폭방향 경사각을 포함하고, 상기 대향 수평값은 상기 기준면을 0°로 설정한 상태로 상기 대향부재의 전장방향 경사각과, 상기 대향부재의 전폭방향 경사각을 포함하며, 상기 검사부재는 상기 겹친면의 전장방향 경사각과 상기 대향부재의 전장방향 경사각을 대비하게 마련되고, 상기 겹친면의 전폭방향 경사각과 상기 대향부재의 전폭방향 경사각을 대비하게 마련될 수 있다.
상기 소정의 정상 범위는 0.30°미만으로 설정될 수 있다.
한편, 본 발명의 이차전지용 초음파 용접방법은 (a) 전극조립체에 구비된 전극탭과 전극리드의 겹친면을 앤빌에 배치하는 단계; (b) 상기 앤빌에 배치된 겹친면을 용접하기 위한 혼을 배치하는 단계; 및 (c) 소정의 기준면에 대한 상기 겹친면의 수평값인 겹친면 수평값과, 상기 겹친면을 향하는 상기 혼의 용접부 및 상기 겹친면이 배치되는 상기 앤빌의 배치부 중 어느 하나인 대향부재의 상기 기준면에 대한 수평값인 대향 수평값에 기초해서, 상기 겹친면에 대한 상기 대향부재의 수평 정도를 검사하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (c) 단계는, 상기 수평 정도가 소정의 정상 범위 내로 판단되면, 상기 혼의 용접부를 상기 겹친면에 지지시킨 상태로 초음파를 가하여 상기 겹친면을 용접하는 공정을 더 포함할 수 있다.
상기 (c) 단계는, 상기 수평 정도가 소정의 정상 범위 외로 판단되면, 상기 겹친면 수평값과 상기 대향 수평값의 차이값만큼 상기 대향부재의 각도를 조절하는 공정을 더 포함할 수 있다.
상기 (a) 단계는, 소정의 기준면에 대한 상기 겹친면의 수평값인 겹친면 수평값을 측정하는 공정을 더 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계는, 상기 겹친면을 향하는 상기 혼의 용접부 및 상기 겹친면이 배치되는 상기 앤빌의 배치부 중 어느 하나인 대향부재의 상기 기준면에 대한 수평값인 대향 수평값을 측정하는 공정을 더 포함할 수 있다.
상기 소정의 정상 범위는 0.30°미만으로 설정될 수 있다.
한편, 본 발명의 이차전지는 전극탭과 전극리드가 구비된 전극조립체를 포함하며, 상기 전극탭과 상기 전극리드의 겹친 부분에는 초음파 용접에 의해 결합된 겹친면이 마련되고, 상기 겹친면은 상기 겹친면의 전장방향으로 전체 결합력과 전폭방향으로 전체 결합력이 동일하게 마련될 수 있다.
본 발명의 이차전지용 초음파 용접장치는 전극탭과 전극리드의 겹친면을 기준으로 앤빌과 혼의 수평도를 검사하는 검사부재를 포함하는 것에 특징을 가진다. 즉, 검사부재는 소정의 기준면에 대한 상기 겹친면의 수평값인 겹친면 수평값과, 상기 겹친면을 향하는 상기 혼의 용접부 및 상기 겹친면이 배치되는 상기 앤빌의 배치부 중 어느 하나인 대향부재의 상기 기준면에 대한 수평값인 대향 수평값에 기초해서, 상기 겹친면에 대한 상기 대향부재의 수평 정도를 검사할 수 있다. 이에 따라 앤빌과 혼이 겹친면 전체를 균일하게 가압할 수 있는지 검사할 수 있고, 그 결과 불량 발생 여부를 검사할 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지용 초음파 용접장치는 겹친면을 기준으로 앤빌과 혼의 각도를 보정하는 각도조절부재를 포함하는 것에 특징을 가진다. 즉, 각도조절부재는 상기 검사부재에 의해 상기 수평 정도가 소정의 정상 범위 외로 판단되면, 상기 겹친면 수평값과 상기 대향 수평값의 차이값만큼 상기 대향부재의 각도를 조절하도록 마련된다. 이에 따라 앤빌과 혼이 겹친면 전체를 균일한 힘으로 가압할 수 있고, 그 결과 겹친면 전체의 결합력을 균일화하여 불량 발생을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접장치를 도시한 측면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접장치의 혼 측정부재와 혼 각도조절부재를 도시한 측면도.
도 4는 도 3의 정면도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접장치의 앤빌 측정부재와 앤빌 각도조절부재를 도시한 측면도.
도 6은 도 5의 정면도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접방법을 나타낸 순서도.
도 8 내지 도 10은 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접장치에 의해 용접된 겹친면을 촬영한 사진.
도 11은 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접장치에 의해 용접된 음극탭과 음극리드의 인장강도를 측정한 그래프.
도 12는 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접장치에 의해 용접된 양극탭과 양극리드의 인장강도를 측정한 그래프.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
[본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지]
본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지(1)는 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 전극탭(11)이 구비된 전극조립체(10), 상기 전극탭(11)에 결합되는 전극리드(20), 및 상기 전극리드(20)의 선단이 외부로 인출된 상태로 상기 전극조립체(10)를 수용하는 파우치(50)를 포함한다.
여기서 상기 전극탭(11)과 상기 전극리드(20)는 일부를 겹치게 배치한 다음, 상기 전극탭(11)과 상기 전극리드(20)의 겹친 부분을 초음파 용접하여 결합한다. 즉, 상기 전극탭과 상기 전극리드의 겹친 부분에는 초음파 용접에 의해 결합된 겹친면(30)이 마련된다. 이때 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접장치를 사용한다.
특히 상기 겹친면(30)은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접장치를 통해 초음파 용접됨으로써 상기 겹친면(30)의 전장방향(도 1에서 보았을 때 좌우방향)으로 전체 결합력과 전폭 방향(도 1에서 보았을 때 앞뒤방향)으로 전체 결합력을 균일하게(또는 동일하게) 마련할 수 있고, 그 결과 용접 품질을 높일 수 있다.
이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접장치를 상세히 설명한다.
[본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접장치]
본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접장치(100)는 도 2 내지 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체(10)에 구비된 전극탭(11)과 전극리드(20)의 겹친면(30)이 배치되는 앤빌(110)과, 상기 앤빌(110)에 배치된 상기 겹친면(30)을 용접하게 마련되는 혼(120)을 포함한다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접장치(100)는 앤빌(110)과 혼(120)이 전극탭(11)과 전극리드(20)의 겹친면(30)을 압입한 상태로 상기 혼(120)을 통해 상기 겹친면(30)을 초음파 용접하며, 이에 따라 전극탭(11)과 전극리드(20)를 연결되게 결합할 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접장치(100)는 상기 혼(120)의 용접부(121) 또는 겹친면(30)이 배치되는 앤빌(110)의 배치부(111)와 상기 겹친면(30)의 수평 정도가 다를 경우 앤빌(110)과 혼(120)을 통해 상기 겹친면(30) 전체를 균일하게 압입하지 못하며, 이에 따라 상기 겹친면(30) 전체에 가해지는 용접에너지에 차이가 발생함에 따라 용접불량이 발생할 수 있다.
상가와 같은 문제점을 해소하기 위해 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접장치(100)는 겹친면(30)을 기준으로 앤빌(110)의 배치부(111) 또는 혼(120)의 용접부(121) 수평 정도를 검사하는 검사부재(150)를 포함한다. 상기 검사부재(150)는 앤빌(110)과 혼(120)을 통해 상기 겹친면(30) 전체를 균일하게 압입할 수 있는지 검사할 수 있고, 이에 따라 용접 불량 발생 여부를 검사할 수 있다.
즉, 검사부재(150)는 소정의 기준면(40)에 대한 상기 겹친면(30)의 수평값인 겹친면 수평값과, 상기 겹친면(30)을 향하는 상기 혼(120)의 용접부(121) 및 상기 겹친면(30)이 배치되는 상기 앤빌(110)의 배치부(111) 중 어느 하나인 대향부재의 상기 기준면(40)에 대한 수평값인 대향 수평값에 기초해서, 상기 겹친면(30)에 대한 상기 대향부재의 수평 정도를 검사하며, 이에 따라 검사부재(150)는 앤빌(110)과 혼(120)을 통해 상기 겹친면(30) 전체를 균일하게 압입할 수 있는지 검사할 수 있다.
여기서 상기 검사부재(150)에 의해 상기 수평 정도가 소정의 정상 범위 내로 판단되면, 상기 혼(120)은, 상기 혼(120)의 용접부(121)를 상기 겹친면(30)에 지지시킨 상태로 초음파를 가하도록 마련되며, 이에 따라 상기 겹친면(30) 전체에 가해지는 용접에너지를 균일화할 수 있고, 그 결과 겹친면 전체를 균일하게 용접할 수 있어 용접 품질을 높일 수 있다.
따라서 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접장치(100)는 검사부재를 포함함으로써 겹친면(30)을 기준으로 앤빌(110)의 배치부(111) 또는 혼(120)의 용접부(121) 수평 정도를 검사할 수 있고, 이에 따라 앤빌(110)과 혼(120)을 통해 상기 겹친면(30) 전체를 균일하게 압입할 수 있는지 검사할 수 있으며, 그 결과 용접 불량 발생 여부를 검사할 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접장치(100)는 상기 소정의 기준면(40)에 대한 상기 겹친면(30)의 수평값인 겹친면 수평값을 측정하는 겹친면 측정부재(130)와, 상기 겹친면(30)을 향하는 상기 혼(120)의 용접부(121) 및 상기 겹친면(30)이 배치되는 상기 앤빌(110)의 배치부(111) 중 어느 하나인 대향부재의 상기 기준면(40)에 대한 수평값인 대향 수평값을 측정하는 대향 측정부재를 포함한다.
상기 겹친면 측정부재(130)는 전극탭(11)과 전극리드(20)의 겹친면(30)에 근접되게 구비되고, 상기 겹친면(30)의 수평값을 기준면(40)을 기준으로 측정한다. 즉, 상기 겹친면 측정부재(130)는 겹친면(30)이 기준면(40)을 기준으로 몇 도의 경사각을 가지는지 겹친면 수평값을 계산한다.
한편, 상기 겹친면 측정부재(130)는 겹친면(30)에 적어도 3곳 이상 구비되며, 이에 따라 상기 겹친면 측정부재(130)는 겹친면(30)의 3곳 이상의 수평값을 측정할 수 있고, 측정된 3곳 이상의 수평값 평균으로 겹친면 수평값을 계산한다.
한편, 겹친면 수평값은 기준면을 0°로 설정한 상태로 상기 겹친면(30)의 전장방향 경사각(A1°)과, 상기 겹친면의(30) 전폭방향 경사각(A2°)을 포함한다. 즉, 상기 겹친면 측정부재(130)는 기준면(40)을 기준으로 겹친면의 전장방향 경사각(A1°)과 겹친면의 전폭방향 경사각(A2°)을 포함하는 겹친면 수평값을 측정한다.
상기 대향 측정부재는 상기 겹친면(30)을 향하는 상기 혼(120)의 용접부(121) 및 상기 겹친면(30)이 배치되는 상기 앤빌(110)의 배치부(111) 중 어느 하나인 대향부재의 상기 기준면(40)에 대한 수평값인 대향 수평값을 측정한다. 즉, 대향 측정부재는 대향부재가 겹친면을 기준으로 몇도의 경사각을 가지는지 대향 수평값을 측정한다.
한편, 대향 수평값은 상기 기준면 또는 겹친면을 0°로 설정한 상태로 상기 대향부재의 전장방향 경사각과 상기 대향부재의 전폭방향 경사각을 포함한다. 이에 따라 검사부재는 상기 겹친면의 전장방향 경사각과 상기 대향부재의 전장방향 경사각을 대비하게 마련되고, 상기 겹친면의 전폭방향 경사각과 상기 대향부재의 전폭방향 경사각을 대비하게 마련된다.
일례로, 대향부재는 혼 측정부재(140)와 앤빌 측정부재(170)를 포함한다.
상기 혼 측정부재(140)는 상기 겹친면(30)을 향하는 상기 혼(120)의 용접부 수평값을 기준면(40)을 기준으로 측정한다. 한편, 혼 용접부 수평값은 기준면(40)을 0°로 설정한 상태로 상기 혼(120)의 전장방향 경사각(B1°)과, 상기 혼(120)의 전폭방향 경사각(B2°)을 포함한다. 즉, 상기 혼 측정부재(140)는 기준면(40)을 기준으로 상기 혼(120)의 전장방향 경사각(B1°)과 상기 혼(120)의 전폭방향 경사각(B2°)을 포함하는 혼의 용접부 수평값을 측정한다.
즉, 검사부재(150)는 상기 겹친면 측정부재(130)에 의해 측정된 겹친면 수평값과 상기 혼 측정부재(140)에 의해 측정된 용접부 수평값을 대비하여 정상 범위 내로 판단되면 정상으로 판별하고, 정상 범위 외로 판단되면 불량으로 판별한다.
일례로, 상기 검사부재(150)는 상기 겹친면(30)의 전장방향 경사각(A1°)과 상기 혼(120)의 전장방향 경사각(B1°)을 대비하여 혼의 전장방향 차이값을 계산하고, 상기 겹친면(30)의 전폭방향 경사각(A2°)과 상기 혼(120)의 전폭방향 경사각(B2°)을 대비하여 혼의 전폭방향 차이값을 계산한다.
따라서 상기 검사부재(150)는 상기 혼의 전장방향 차이값과 혼의 전폭방향 차이값 모두 정상 범위 내로 판단되면 정상으로 판별하고, 어느 하나라도 정상 범위로 판단되면 불량으로 판별한다.
상기 앤빌 측정부재(170)는 상기 앤빌(110)에 구비되고, 상기 앤빌(110)의 배치부(111)를 기준면(40)을 기준으로 배치부 수평값을 측정한다.
일례로, 상기 배치부 수평값은 기준면(40)을 0°로 설정한 상태로 상기 앤빌(110)의 전장방향 경사각(C1°)과, 상기 앤빌(110)의 전폭방향 경사각(C2°)을 포함한다. 즉, 상기 앤빌 측정부재(170)는 기준면(40)을 기준으로 상기 앤빌(110)의 전장방향 경사각(C1°)과 상기 앤빌(110)의 전폭방향 경사각(C2°)을 포함한 앤빌의 배치부 수평값 측정한다.
상기와 같이 앤빌 측정부재(170)에 의해 배치부 수평값이 측정되면, 상기 검사부재(150)는 상기 앤빌 측정부재(170)에 의해 측정된 앤빌(110)의 배치부 수평값과 상기 겹친면 측정부재(130)에 의해 측정된 겹친면 수평값을 대비하여 정상 범위 내로 판단되면 정상으로 판별하고, 정상 범위 외로 판단되면 불량으로 판별한다.
이때 검사부재(150)는 상기 겹친면(30)의 전장방향 경사각(A1°)과 상기 앤빌(110)의 전장방향 경사각(C1°)을 대비하여 앤빌의 전장방향 차이값을 계산하고, 상기 겹친면(30)의 전폭방향 경사각(A2°)과 상기 앤빌(110)의 전폭방향 경사각(C2°)을 대비하여 앤빌의 전폭방향 차이값을 계산한다.
따라서 상기 검사부재(150)는 앤빌의 전장방향 차이값과 앤빌의 전폭방향 차이값 모두 정상 범위 내로 판단되면 정상으로 판별하고, 어느 하나라도 정상 범위 외로 판단되면 불량으로 판별한다.
이와 같은 구성을 가진 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접장치(100)는 겹친면 측정부재(130), 대향 측정부재를 포함함으로써 겹친면을 기준으로 혼(120)과 앤빌의 수평 정도를 정확히 확인할 수 있고, 이에 따라 용접 불량 발생 가능성을 정확히 확인할 수 있다.
여기서 기준면(40)은 지면이거나 초음파 용접장치가 설치되는 작업대의 지지면일 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접장치(100)은 상기 검사부재(150)에 의해 불량으로 판별되면, 상기 겹친면 수평값과 상기 대향 수평값의 차이값만큼 상기 대향부재의 각도를 조절하는 각도조절부재를 더 포함한다.
즉, 각도조절부재는 상기 검사부재(150)에 의해 상기 수평 정도가 소정의 정상 범위 외로 판단되면, 상기 겹친면 수평값과 상기 대향 수평값의 차이값만큼 상기 대향부재의 각도를 조절하며, 이에 따라 상기 겹친면(30)에 대한 상기 대향부재의 수평 정도를 상기 정상 범위 내에 위치하게 조절할 수 있다.
일례로, 각도조절부재는 혼 각도조절부재(160)와 앤빌 각도조절부재(180)를 포함한다.
상기 혼 각도조절부재(160)는 상기 검사부재(150)에 의해 불량으로 판별되면, 상기 겹친면 수평값과 상기 혼(120)의 용접부 수평값을 뺀 차이값만큼 상기 혼(120)을 좌우 또는 전후방향으로 회전시켜서 혼(120)의 용접부 수평값을 조절한다. 이에 따라 상기 겹친면 수평값과 상기 혼(120)의 용접부 수평값을 기준면을 기준으로 일치되게 배치할 수 있다.
상기 앤빌 각도조절부재(180)는 상기 검사부재(150)에 의해 불량으로 판별되면, 상기 겹친면 수평값과 상기 앤빌의 배치부 수평값을 뺀 차이값만큼 상기 앤빌(110)을 좌우 또는 전후방향으로 회전시켜서 상기 앤빌(110)의 배치부 수평값을 조절한다. 이에 따라 겹친면 수평값과 배치부 수평값을 기준면을 기준으로 일치되게 배치할 수 있다.
한편, 상기 정상 범위는 0.30°미만, 바람직하게는 0.075°미만일 수 있다.
따라서 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접장치(100)은 각도조절부재를 포함함으로써 상기 겹친면(30)에 대한 상기 대향부재의 수평 정도를 상기 정상 범위 내에 위치하게 조절할 수 있고, 그 결과 앤빌과 혼을 통해 겹친면 전체를 균일한 용접에너지로 압입한 상태로 용접할 수 있다.
이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접장치를 이용한 용접방법을 설명한다.
[본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접방법]
본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접방법은 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체(10)에 구비된 전극탭(11)과 전극리드(20)를 용접하기 위한 것으로, (a) 겹친면을 앤빌에 배치하는 단계, (b) 겹친면 용접을 위한 혼 배치단계; (c) 수평 정도 검사 및 용접 단계를 포함한다.
(a) 단계는 전극조립체(10)에 구비된 전극탭(11)과 전극리드(20)의 겹친면(30)을 앤빌(110)에 배치한다.
여기서 (a) 단계는 소정의 기준면(40)에 대한 상기 겹친면(30)의 수평값인 겹친면 수평값을 측정하는 공정을 더 포함하며, 이때 겹친면 측정부재(130)를 이용한다.
즉, 겹친면 측정부재(130)는 전극탭(11)과 전극리드(20)의 겹친면(30)에 대한 수평값을 기준면(40)을 기준으로 측정한다. 이때 겹친면 측정부재(130)는 겹친면 수평값으로, 상기 겹친면(30)의 전장방향 경사각과 상기 겹친면(30)의 전폭방향 경사각을 측정한다.
(b) 단계는 상기 앤빌(110)에 배치된 겹친면(30)을 용접하기 위한 혼(120)을 배치한다.
여기서 (b) 단계는 상기 겹친면(30)을 향하는 상기 혼(120)의 용접부(121) 및 상기 겹친면(30)이 배치되는 상기 앤빌(110)의 배치부(111) 중 어느 하나인 대향부재의 상기 기준면에 대한 수평값인 대향 수평값을 측정하는 공정을 더 포함한다. 이때 대향 측정부재를 이용하며, 상기 대향 측정부재는 앤빌 측정부재(170)와 혼 측정부재(140)를 포함한다.
상기 앤빌 측정부재(170)는 기준면을 기준으로 상기 겹친면이 배치되는 상기 앤빌(110)의 배치부 수평값을 측정한다. 상기 혼 측정부재(140)는 기준면을 기준으로 상기 겹친면(30)을 향하는 혼의 용접부 수평값을 측정한다.
(c) 단계는 소정의 기준면(40)에 대한 상기 겹친면(30)의 수평값인 겹친면 수평값과, 상기 겹친면(30)을 향하는 상기 혼(120)의 용접부(121) 및 상기 겹친면이 배치되는 상기 앤빌(110)의 배치부(111) 중 어느 하나인 대향부재의 상기 기준면(40)에 대한 수평값인 대향 수평값에 기초해서, 상기 겹친면(30)에 대한 상기 대향부재의 수평 정도를 검사한다. 이때 검사부재(150)를 이용한다.
상기 검사부재(150)는 상기 배치부 수평값과 상기 겹친면 수평값을 대비하여 정상 범위 내로 판단되면 정상으로 판별하고, 외로 판단되면 불량으로 판별한다. 즉, 검사부재(150)는 상기 겹친면 수평값과 배치부 수평값을 통해 겹친면 전체에 가해지는 가압력 차이를 확인할 수 있고, 이에 따라 겹친면(30)에 용접 불량이 발생하는 것을 사전에 확인할 수 있다.
그리고 상기 검사부재(150)는 상기 겹친면 수평값과 상기 용접부 수평값을 대비하여 정상 범위 내로 판단되면 정상으로 판별하고, 외로 판단되면 불량으로 판별한다. 즉 검사부재(150)는 상기 겹친면 수평값과 상기 용접부 수평값을 통해 겹친면(30) 전체에 가해지는 가압력 차이를 확인할 수 있고, 이에 따라 겹친면(30)에 용접 불량이 발생하는 것을 사전에 확인할 수 있다.
여기서 상기 (c) 단계는, 상기 수평 정도가 소정의 정상 범위 내로 판단되면, 상기 혼(120)의 용접부(121)를 상기 겹친면(30)에 지지시킨 상태로 초음파를 가하여 상기 겹친면(30)을 용접하는 공정을 더 포함한다.
한편, 소정의 정상 범위는 0.30°미만, 바람직하게는 0.075°미만일 수 있다.
한편, 상기 (c) 단계는, 상기 수평 정도가 소정의 정상 범위 외로 판단되면, 상기 겹친면 수평값과 상기 대향 수평값의 차이값만큼 상기 대향부재의 각도를 조절하는 공정을 더 포함한다. 이때 각도조절부재를 이용하고, 각도조절부재는 혼 각도조절부재(160)와 앤빌 각도조절부재(180)를 포함한다.
즉, 혼 각도조절부재(160)는 혼의 수평 정도를 조절하기 위한 것으로, 상기 겹친면 수평값과 상기 용접부 수평값의 차이값만큼 상기 혼(120)의 용접부 각도를 조절하며, 이에 따라 상기 겹친면 수평값과 상기 용접부 수평값을 일치시킬 수 있고, 그 결과 겹친면 전체를 균일하게 가압하거나 균일하게 초음파를 가하여 용접불량을 방지할 수 있다.
상기 앤빌 각도조절부재(180)는 앤빌의 수평 정도를 조절하기 위한 것으로, 상기 앤빌의 배치부 수평값과 상기 겹친면 수평값의 차이값만큼 상기 앤빌의 배치면 각도를 조절한다. 이에 따라 상기 앤빌의 배치부 수평값과 상기 겹친면 수평값을 일치시킬 수 있고, 그 결과 용접불량 발생을 방지할 수 있다.
따라서 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파 용접방법은 전극탭과 전극리드의 겹친면 전체를 균일하게 용접할 수 있고, 그 결과 용접 품질을 높일 수 있다.
[실험예]
실험준비
본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파장치(100)를 이용하여 전극탭과 전극리드를 용접한다.
제조예1은, 앤빌(110)과 혼(120)의 수평도가 0°일 때 전극탭과 전극리드의 겹친면을 용접한 다음, 용접된 겹친면을 촬영한다. 그러면 도 8과 같은 사진을 얻을 수 있다. 여기서 용접된 겹친면의 단위 면적(mm2)은 가로 44mm, 세로 3mm이다.
제조예2는, 앤빌(110)과 혼(120)의 수평도가 0.075°차이일 때 전극탭과 전극리드의 겹친면을 용접한 다음, 용접된 겹친면을 촬영한다. 그러면 도 9와 같은 사진을 얻을 수 있다. 여기서 용접된 겹친면의 단위 면적(mm2)은 가로 44mm, 세로 3mm이다.
제조예3은, 앤빌(110)과 혼(120)의 수평도가 0.15°차이일 때 전극탭과 전극리드의 겹친면을 용접한 다음, 용접된 겹친면을 촬영한다. 그러면 도 10과 같은 사진을 얻을 수 있다. 여기서 용접된 겹친면의 단위 면적(mm2)은 가로 44mm, 세로 3mm이다.
여기서 상기 전극탭은 음극탭과 양극탭을 포함하고, 상기 전극리드는 음극리드와 양극리드를 포함한다. 즉, 음극탭과 음극리드의 용접상태와 양극탭과 양극리드의 용접상태를 각각 실험한다.
용접결과
제조예1은 도 8을 참조하면, 전극탭과 전극리드의 겹친면 전체가 균일하게 용접된 것을 확인할 수 있다.
제조예2는 도 9를 참조하면, 전극탭과 전극리드의 겹친면 전체 중 오른쪽 일부에 용접 불량이 발생한 것을 확인할 수 있다. 즉, 앤빌과 혼의 이격된 부분에서 용접 불량이 발생하는 것을 확인할 수 있다.
제조예3은 도 10을 참조하면, 전극탭과 전극리드의 겹친면 전체 중 반 정도에서 용접 불량이 발생한 것을 확인할 수 있다. 즉 앤빌과 혼의 반 정도가 압착되지 못함에 따라 용접 불량이 발생하는 것을 확인할 수 있다.
따라서 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 초음파장치(100)는 제조예1과 같이, 전극탭과 전극리드의 겹친면을 용접할 때 앤빌과 혼의 수평도를 동일하게 조절함으로써 전극탭과 전극리드의 겹친면 전체를 균일하게 용접할 수 있고, 그에 따라 용접품질을 높일 수 있다.
인장강도 실험
제조예1 내지 제조예3에 의해 용접된 음극탭과 음극리드의 겹친면을 인장시켜서 그 강도를 측정한 결과, 도 11과 같은 그래프를 얻을 수 있다.
제조예1 내지 제조예3에 의해 용접된 양극탭과 양극리드의 겹친면을 인장시켜서 그 강도를 측정한 결과, 도 12와 같은 그래프를 얻을 수 있다.
이때 음극의 관리 인장강도는 80kgf로 설정된다. 그리고 양극의 관리 인장강도는 60kgf로 설정된다. 그리고 용접된 음극탭과 음극리드의 겹친면과 용접된 양극탭과 양극리드의 겹친면의 단위 면적(mm2)은 가로 44mmm, 세로 3mm, 두께 0.5mm로 마련된다.
인장강도 실험결과
용접된 음극탭과 음극리드의 겹친면 실험결과, 도 11을 참조하면, 제조예1은 관리 인장강도 보다 크게 측정되어 정상용접인 것을 확인할 수 있고, 제조예2는 관리 인장강도에 위치하여 정상용접인 것을 확인할 수 있으며, 제조예3은 관리 인강강도보다는 낮기에 불량용접인 것을 확인할 수 있다.
용접된 양극탭과 양극리드의 겹친면 실험결과, 도 12를 참조하면, 제조예1은 관리 인장강도 보다 크게 측정되어 정상용접인 것을 확인할 수 있고, 제조예2는 관리 인장강도에 위치하여 정상용접인 것을 확인할 수 있으며, 제조예3은 관리 인장강도보다는 낮기에 불량용접인 것을 확인할 수 있다.
따라서 제조예1 내지 제조예3의 인장강도를 측정한 결과, 앤빌과 혼의 수평도를 0.075°미만으로 관리하는 것이 필요하며, 상기와 같이 관리된다면 전극탭과 전극리드의 용접품질을 유지시킬 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 가능하다.
[부호의 설명]
100: 초음파 용접장치
110: 앤빌
120: 혼
130: 겹친면 측정부재
140: 혼 측정부재
150: 검사부재
160: 혼 각도조절부재
170: 앤빌 측정부재
180: 앤빌 각도조절부재

Claims (14)

  1. 전극조립체에 구비된 전극탭과 전극리드의 겹친면이 배치되게 마련되는 앤빌;
    상기 앤빌에 배치된 상기 겹친면을 용접하게 마련되는 혼; 및
    소정의 기준면에 대한 상기 겹친면의 수평값인 겹친면 수평값과, 상기 겹친면을 향하는 상기 혼의 용접부 및 상기 겹친면이 배치되는 상기 앤빌의 배치부 중 어느 하나인 대향부재의 상기 기준면에 대한 수평값인 대향 수평값에 기초해서, 상기 겹친면에 대한 상기 대향부재의 수평 정도를 검사하는 검사부재를 포함하는 이차전지용 초음파 용접장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼은, 상기 검사부재에 의해 상기 수평 정도가 소정의 정상 범위 내로 판단되면, 상기 혼의 용접부를 상기 겹친면에 지지시킨 상태로 초음파를 가하도록 마련되는 이차전지용 초음파 용접장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 소정의 기준면에 대한 상기 겹친면의 수평값인 겹친면 수평값을 측정하는 겹친면 측정부재와, 상기 겹친면을 향하는 상기 혼의 용접부 및 상기 겹친면이 배치되는 상기 앤빌의 배치부 중 어느 하나인 대향부재의 상기 기준면에 대한 수평값인 대향 수평값을 측정하는 대향 측정부재를 포함하는 이차전지용 초음파 용접장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 겹친면 수평값과 상기 대향 수평값의 차이값만큼 상기 대향부재의 각도를 조절하는 각도조절부재를 더 포함하는 이차전지용 초음파 용접장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 각도조절부재는, 상기 검사부재에 의해 상기 수평 정도가 소정의 정상 범위 외로 판단되면, 상기 겹친면 수평값과 상기 대향 수평값의 차이값만큼 상기 대향부재의 각도를 조절하도록 마련되는 이차전지용 초음파 용접장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 겹친면 수평값은 소정의 기준면을 0°로 설정한 상태로 상기 겹친면의 전장방향 경사각과, 상기 겹친면의 전폭방향 경사각을 포함하고,
    상기 대향 수평값은 상기 기준면을 0°로 설정한 상태로 상기 대향부재의 전장방향 경사각과, 상기 대향부재의 전폭방향 경사각을 포함하며,
    상기 검사부재는 상기 겹친면의 전장방향 경사각과 상기 대향부재의 전장방향 경사각을 대비하게 마련되고, 상기 겹친면의 전폭방향 경사각과 상기 대향부재의 전폭방향 경사각을 대비하게 마련되는 이차전지용 초음파 용접장치.
  7. 청구항 2 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 소정의 정상 범위는 0.30°미만으로 설정되는 이차전지용 초음파 용접장치.
  8. (a) 전극조립체에 구비된 전극탭과 전극리드의 겹친면을 앤빌에 배치하는 단계;
    (b) 상기 앤빌에 배치된 겹친면을 용접하기 위한 혼을 배치하는 단계; 및
    (c) 소정의 기준면에 대한 상기 겹친면의 수평값인 겹친면 수평값과, 상기 겹친면을 향하는 상기 혼의 용접부 및 상기 겹친면이 배치되는 상기 앤빌의 배치부 중 어느 하나인 대향부재의 상기 기준면에 대한 수평값인 대향 수평값에 기초해서, 상기 겹친면에 대한 상기 대향부재의 수평 정도를 검사하는 단계를 포함하는 이차전지용 초음파 용접방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 수평 정도가 소정의 정상 범위 내로 판단되면, 상기 혼의 용접부를 상기 겹친면에 지지시킨 상태로 초음파를 가하여 상기 겹친면을 용접하는 공정을 더 포함하는 이차전지용 초음파 용접방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 수평 정도가 소정의 정상 범위 외로 판단되면, 상기 겹친면 수평값과 상기 대향 수평값의 차이값만큼 상기 대향부재의 각도를 조절하는 공정을 더 포함하는 이차전지용 초음파 용접방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 (a) 단계는, 소정의 기준면에 대한 상기 겹친면의 수평값인 겹친면 수평값을 측정하는 공정을 더 포함하는 이차전지용 초음파 용접방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 (b) 단계는, 상기 겹친면을 향하는 상기 혼의 용접부 및 상기 겹친면이 배치되는 상기 앤빌의 배치부 중 어느 하나인 대향부재의 상기 기준면에 대한 수평값인 대향 수평값을 측정하는 공정을 더 포함하는 이차전지용 초음파 용접방법.
  13. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 소정의 정상 범위는 0.30°미만으로 설정되는 이차전지용 초음파 용접방법.
  14. 전극탭과 전극리드가 구비된 전극조립체를 포함하며,
    상기 전극탭과 상기 전극리드의 겹친 부분에는 초음파 용접에 의해 결합된 겹친면이 마련되고,
    상기 겹친면은 상기 겹친면의 전장방향으로 전체 결합력과 전폭방향으로 전체 결합력이 동일하게 마련되는 이차전지.
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