WO2023090943A1 - 초음파 용접 장치 - Google Patents

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WO2023090943A1
WO2023090943A1 PCT/KR2022/018324 KR2022018324W WO2023090943A1 WO 2023090943 A1 WO2023090943 A1 WO 2023090943A1 KR 2022018324 W KR2022018324 W KR 2022018324W WO 2023090943 A1 WO2023090943 A1 WO 2023090943A1
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ultrasonic
ultrasonic welding
horn
welded
welding apparatus
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김준탁
박진서
박광철
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic welding device.
  • Secondary batteries which are highly applicable to each product group and have electrical characteristics such as high energy density, are used not only in portable devices but also in electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs) driven by electrical sources. It is universally applied.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid electric vehicles
  • a battery pack is formed by connecting a plurality of batteries in series.
  • a battery pack is configured by connecting a plurality of batteries in parallel according to the charging and discharging capacities required of the battery pack. Accordingly, the number of batteries included in the battery pack and the type of electrical connection may be variously set according to the required output voltage and/or charge/discharge capacity.
  • a separator which is an insulator, is interposed between a positive electrode and a negative electrode, and the electrode assembly in the form of a jelly roll is formed by winding the separator, and the electrode assembly is inserted together with the electrolyte into the battery can to configure the battery.
  • the positive electrode terminal of the cylindrical secondary battery there is also a structure in which a rivet-type positive electrode terminal penetrating the bottom of the battery can is applied instead of a cap of a sealing body that seals the opening of the existing battery can, but the positive electrode terminal and the positive current collector plate Since the welding process for bonding between the jelly-rolls must be performed through the core of the jelly-roll, it was difficult to proceed with welding in a narrow space.
  • ultrasonic welding may be applied instead of laser welding.
  • the ultrasonic welding method may be classified into a linear method (left and right interlocking), a longitudinal method (up and down interlocking), a torsional method, a circular vibration application method, and a complex vibration method according to the direction of application of the ultrasonic wave.
  • a horizontal method or a torsional method may be selected.
  • the present inventors found that, when the linear method (or transverse method) was applied, foreign substances were collected at one or more points where the traveling direction of the linear vibration on the welded object was switched. Accordingly, it was confirmed that the above problems and limitations can be overcome by installing the suction device at a specific location in the ultrasonic welding device to remove the collected foreign substances.
  • the present invention based on the technical idea, to improve the shape of the ultrasonic welding member, and to provide an ultrasonic welding device including such a welding member.
  • An exemplary embodiment of the present application is a housing; a horn coupled to the housing and transmitting ultrasonic waves in one direction; a tip portion coupled to the horn portion and applied to an object to be welded with ultrasonic waves transmitted from the horn portion, and configured to apply ultrasonic waves at an angle of 80° or more to 100° or less with respect to a direction in which the horn portion transmits the ultrasonic waves; an anvil portion supporting the object to be welded; And an ultrasonic welding apparatus connected to the anvil and provided with a suction for sucking foreign substances generated due to ultrasonic welding of the object to be welded, wherein the tip portion is driven by linear vibration with respect to the object to be welded.
  • the ultrasonic welding device can reduce the amount of heat input (thermal energy) to the object to be welded during welding, thereby reducing the risk of internal damage of the electrode assembly.
  • the ultrasonic welding device exhibits excellent weldability when applied to a cathode current collector and/or a cathode terminal of a secondary battery, compared to a conventional welding device.
  • the ultrasonic welding device efficiently collects foreign substances generated by ultrasonic welding compared to the conventional welding device, and thus the foreign substances can be easily removed.
  • 1, 4 and 5 are schematic diagrams of an ultrasonic welding apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a conventional laser welding device.
  • 3 is a diagram for weldability evaluation.
  • 6 and 7 are pictures taken during real-time welding of an ultrasonic welding device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • electrode collector plate positive collector plate
  • Electrode terminal positive terminal
  • terms such as “more than” or “less than” described in the specification mean a value that is approximately above or below the number, respectively.
  • the term 'greater than or equal to 1' refers to the values 2, 3, 4, 5, ... 10, ... 20, including 1, including integers as well as decimals between integers. can do.
  • the housing a horn coupled to the housing and transmitting ultrasonic waves in one direction; a tip portion coupled to the horn portion and applied to an object to be welded with ultrasonic waves transmitted from the horn portion, and configured to apply ultrasonic waves at an angle of 80° or more to 100° or less with respect to a direction in which the horn portion transmits the ultrasonic waves; an anvil portion supporting the object to be welded; And an ultrasonic welding apparatus connected to the anvil and provided with a suction for sucking foreign substances generated due to ultrasonic welding of the object to be welded, wherein the tip portion is driven by linear vibration with respect to the object to be welded.
  • An ultrasonic welding apparatus deforms the conventional structure in which the horn part and the tip part are connected in a T shape, eliminates the problem of lowering the degree of freedom when ultrasonic waves are applied in the T shape, and is suitable for welding to a workpiece to be welded. Welding is easy by securing the necessary degree of freedom.
  • the tip is driven by linear vibration with respect to the object to be welded, and at least one point at which the direction of linear vibration is switched (eg, when the direction of linear vibration is to the right, Foreign substances (eg, metal foreign substances) may be collected at a point where the traveling direction of the linear vibration is shifted to the left (an inflection point), and/or vice versa.
  • the foreign matter collected on the object to be welded can be removed by suction, and the foreign matter is easily removed.
  • the ultrasonic welding device can secure significantly improved weldability compared to weldability when applying a conventional laser welding device.
  • the suction may be disposed at at least one of one or more points on the object to be welded where the traveling direction of the linear vibration is switched.
  • the housing refers to a main body in which the horn portion and the anvil portion are coupled to a degree of freedom required for welding.
  • the horn may be referred to as a horn or an ultrasonic welding horn, and as long as it transmits ultrasonic waves (vibration), the shape, other specifications, or material constituting the horn are not particularly limited.
  • the tip part is coupled to the horn part, and the horn and the tip are formed close to ' ⁇ ' or ' ⁇ ' to obtain the degree of freedom necessary for welding, and accordingly, ultrasonic waves can be easily applied to the workpiece to be welded.
  • the tip part may be referred to as a tip or an ultrasonic welding tip part, and as long as ultrasonic waves (vibration) are easily transmitted from the horn part and ultrasonic waves are applied to the object to be welded, the shape, other specifications, or the material constituting the horn part are particularly limited. it is not going to be
  • the direction in which the horn portion transmits the ultrasonic wave and the angle at which the tip portion applies the ultrasonic wave to the object to be welded are approximately 80° or more and approximately 100° or less, preferably approximately 85° or more and approximately 95° or less, more preferably vertical (approximately 90°).
  • the anvil portion may be selectively connected to the housing and serves to support the object to be welded.
  • the welded object is supported at a position opposite to the position where the tip portion and the welded object contact each other. For example, if the tip part contacts the upper part of the object to be welded, the anvil part contacts the lower part of the object to be welded.
  • the suction may be installed at at least one of one or more points where the traveling direction of the linear vibration is changed in order to suck foreign substances collected on the object to be welded.
  • the suction may be at an angle greater than about 0°, greater than about 10°, greater than about 20°, greater than about 30° based on the object to be welded or the anvil portion, assuming that the object to be welded is supported on the anvil portion. It can be installed tilted.
  • the suction may be installed close to one or more points where the traveling direction of the linear vibration is switched or spaced apart from each other within an allowable range to allow the suction to be driven.
  • the horn may be driven with an amplitude of 30 ⁇ m or less.
  • the horn may be driven with an amplitude of about 29 ⁇ m or less, about 28 ⁇ m or less, or about 27 ⁇ m or less.
  • the ultrasonic welding efficiency is excellent.
  • a horn deflection prevention fixing pin may be further included in the horn part.
  • the horn deflection prevention fixing pin prevents a factor of non-uniform welding caused by tip deflection (measured by indentation shape symmetry ratio).
  • the horn deflection prevention fixing pin means a bridge that additionally connects the housing and the horn.
  • the horn may be aligned parallel to the second welding surface (described later) of the anvil by the horn deflection prevention fixing pin, and the first welding surface (described later) of the tip portion may be aligned parallel to the second welding surface of the anvil. there is.
  • an ultrasonic booster may be further included in the housing.
  • the ultrasonic booster is a member for generating, adjusting, and controlling ultrasonic waves required for ultrasonic welding, and an ultrasonic booster known in the art may be used.
  • the horn portion includes a coupling means with the ultrasonic booster at one end, and the tip portion is provided with a coupling means with the ultrasonic booster of the horn portion from the other end opposite to the end provided with the ultrasonic booster. It can be joined at a position within 50% of the total length of the horn.
  • the tip portion is within about 40% of the total length of the horn portion, more preferably within about 30% of the entire length of the horn portion from the other end opposite to one end provided with a coupling means with the ultrasonic booster of the horn portion.
  • “within” may be used interchangeably with the terms less than or less.
  • An ultrasonic welding device implements an ultrasonic welding device having a ' ⁇ ' shape or close to a ' ⁇ ' shape, compared to a conventional 'T' shaped ultrasonic welding device, so that the degree of freedom when ultrasonic waves are applied to a workpiece is improved. It can be.
  • the tip portion has a first welding surface to which ultrasonic wave transmitted from the horn portion is applied to one surface of the object to be welded, and the anvil portion contacts the first welding surface of the object to be welded. It may have a second welding surface disposed on the opposite side of the welding surface.
  • first and second welding surfaces are terms for separately defining surfaces of members (ie, a tip part and an anvil part) that contact the object to be welded.
  • a vertical cross section of the tip portion in a direction in which ultrasonic waves are applied may be a curve.
  • the vertical section means a plane obtained by cutting the tip part with another straight line meeting at right angles to the straight line, assuming that the direction in which the tip part applies ultrasonic waves to the object to be welded is a straight line
  • the curved line means a curved line that is not a straight line such as a circle, ellipse, or parabola when three or more arbitrary points of a vertical cross section are connected.
  • a vertical cross section of the tip portion in a direction in which ultrasonic waves are applied may be circular.
  • An ultrasonic welding apparatus is a buckling phenomenon (buckling phenomenon) in a welded object having a tip having a square vertical cross section by transforming a conventional structure having a square vertical cross section into a curved shape or a circular shape. buckling phenomenon occurring in the welded object can be minimized.
  • the circle is the same as defined in geometry, and means a set of points having the same distance from one point of the vertical section.
  • a knurl plate provided on the first welding surface of the tip portion may be further included.
  • a knurl plate means a plate including one or more knurls.
  • each knurl and/or knurl plate is known in the art and is not particularly limited.
  • each knurl of the knurl plate may have a rectangular shape.
  • the ultrasonic welding apparatus Compared to an ultrasonic welding device including a diamond-patterned knurl plate, the ultrasonic welding apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention has a wider contact area in the vibration direction and horizontally, so that the generation of foreign substances (eg cracks) is reduced. .
  • the object to be welded may be an electrode terminal and an electrode collector plate of a secondary battery.
  • the electrode terminal and the electrode current collector plate may have the same polarity.
  • the object to be welded may be a positive electrode terminal and a positive current collector plate of a secondary battery, and the positive electrode terminal and the positive current collector plate may include aluminum.
  • the electrode terminal may be riveted through a through hole formed in the bottom of the battery can.
  • the secondary battery includes an electrode assembly wound in a state in which a first electrode, a separator, and a second electrode are sequentially stacked, and the wound electrode assembly includes a cavity in a core, The tip portion may pass through the cavity to perform ultrasonic welding on the electrode terminal and the electrode current collector.
  • the diameter of the core portion of the wound electrode assembly may be 0.6 mm or less.
  • the ultrasonic welding apparatus can solve the problem that it is difficult for conventional laser welding apparatuses to secure good weldability in a state where the diameter of the core portion of the wound electrode assembly is 0.6 mm or less.
  • the ultrasonic welding apparatus can sufficiently secure improved weldability by penetrating the cavity of the core part even when the diameter of the core part of the electrode assembly in a wound state is as small as 0.6 mm or less.
  • the lower limit of the diameter of the core part of the wound electrode assembly is not particularly determined, but may vary depending on the specifications of the tip part, which is an ultrasonic applying member known in the art.
  • the lower limit of the diameter of the core part of the rolled electrode assembly is particularly limited as long as it conforms to the permissible range of the diameter of the core part of the rolled electrode assembly (ie, jelly roll type electrode assembly) known in the art. It is not.
  • the positive current collector plate includes aluminum metal, and the thickness (t) thereof may be 0.1 mm to 0.5 mm, preferably 0.2 mm to 0.4 mm, and more preferably about 0.3 mm. there is.
  • the positive electrode terminal is a riveted positive electrode terminal, includes aluminum metal, and has a thickness of 2.9 mm to 3.5 mm, preferably 3.0 mm to 3.4 mm, more preferably 3.1 mm. to 3.3 mm.
  • the secondary battery may be a cylindrical secondary battery having a form factor ratio (defined as a value obtained by dividing a diameter of a cylindrical battery by a height, that is, a ratio of a diameter ( ⁇ ) to a height (H)) of greater than 0.4.
  • the form factor means a value representing the diameter and height of a cylindrical secondary battery.
  • batteries with a form factor ratio of approximately 0.4 or less have been used. That is, conventionally, for example, 18650 cells, 21700 cells, etc. have been used. For an 18650 cell, its diameter is approximately 18mm, its height is approximately 65mm, and the form factor ratio is approximately 0.277. For a 21700 cell, its diameter is approximately 21 mm, its height is approximately 70 mm, and the form factor ratio is approximately 0.300.
  • a cylindrical secondary battery may be a 46110 cell, a 48750 cell, a 48110 cell, a 48800 cell, or a 46800 cell.
  • the first two numbers indicate the diameter of the cell
  • the next two numbers indicate the height of the cell
  • the last number 0 indicates that the cross section of the cell is circular.
  • the secondary battery according to one embodiment of the present specification is a cylindrical secondary battery having a diameter of 46 mm, a height of 110 mm, and a form factor ratio of 0.418.
  • the secondary battery according to one embodiment of the present specification is a cylindrical secondary battery having a diameter of 48 mm, a height of 75 mm, and a form factor ratio of 0.640.
  • the secondary battery according to one embodiment of the present specification is a cylindrical secondary battery having a diameter of 48 mm, a height of 110 mm, and a form factor ratio of 0.418.
  • the secondary battery according to one embodiment of the present specification is a cylindrical secondary battery having a diameter of 48 mm, a height of 80 mm, and a form factor ratio of 0.600.
  • a secondary battery according to an exemplary embodiment of the present specification may be a cylindrical secondary battery having a cylindrical shape, a diameter of 46 mm, a height of 80 mm, and a form factor ratio of 0.575.
  • the electrode assembly includes an electrode assembly wound in a state in which a first electrode, a separator, and a second electrode are sequentially stacked, and each of the first electrode and the second electrode is a plain fabric to which an electrode active material is not applied.
  • the uncoated portion of the first electrode and the uncoated portion of the second electrode are disposed in opposite directions, the uncoated portion of the first electrode is electrically connected to the current collector plate of the first electrode, and the uncoated portion of the second electrode is electrically connected to the second electrode. It may be electrically connected to the current collector plate.
  • an electrode tab may be formed by forming a metal foil by slitting an electrode having a stripe pattern in order to reduce cell resistance in the uncoated portion, or a low electrode tab may be formed by connecting an additional tab to the uncoated portion.
  • the battery can be electrically connected to the first electrode.
  • the battery can may further include an insulator provided between the current collector plate of the second electrode and the inner surface of the battery can, which has different polarities, that is, the current collector plate of the second electrode and the first electrode. Contact between the connected battery cans can be prevented.
  • the battery can further include a gasket interposed between the electrode terminals.
  • the tip portion 2 of the ultrasonic welding member penetrates the cavity 12 (or referred to as a central penetration portion) of the electrode assembly 10 (jelly-roll type), and is formed as an object to be welded 11.
  • Ultrasound for positive current collector 11-1 material: Al, thickness (t): about 0.3 mm
  • riveted positive terminal 11-2 material: Al, thickness (t): about 3.1 mm
  • welding welding part 13
  • a battery can and other components eg, a horn-tip connecting member (not shown), a cap assembly, etc.
  • FIG. 1 a battery can and other components (eg, a horn-tip connecting member (not shown), a cap assembly, etc.) are omitted in FIG. 1 .
  • FIG. 2 shows a conventional laser welding device. Specifically, when a rivet-type electrode terminal (riveted positive electrode terminal 11-2) and an electrode current collector plate (positive electrode current collector 11-1) are welded, spatters 18 are formed around the welded portion 13. Occurrence of such spatter causes welding defects and is a factor that rapidly increases the probability of occurrence of foreign substances.
  • the laser beam 19 used for welding It can reach the electrode assembly 10 other than the terminal 11-2, which can increase the risk of interference.
  • FIG. 3 is a weldability evaluation diagram. According to FIG. 3(a) , excellent welding is achieved when the ultrasonic welding apparatus according to the embodiment of the present invention is used for the positive terminal and the positive current collector. On the other hand, as shown in FIG. 3(b), when using a conventional laser welding device for an anode terminal and a cathode current collector, it is difficult to secure good weldability as a cosmetic welding.
  • Fig. 4 shows a schematic view in which the center of gravity is placed on the housing side in the absence of the horn deflection prevention fixing pin 7. Accordingly, the tip portion 2 is deflected, welding is performed asymmetrically or non-uniformly, and some weak welding may occur, thereby making it vulnerable to external impact or increasing the probability of foreign matter generation.
  • Fig. 5 shows a schematic view in which the center of gravity is placed on the side of the horn part 1 when the horn deflection prevention fixing pin 7 is present. Accordingly, the tip part is fixed, and the first welding surface (not shown) of the tip part and the second welding surface (not shown) of the anvil part 3 can be flat, so that welding quality is improved and foreign substances are generated. The odds can be significantly lowered.
  • FIGS. 6 and 7 are photographs taken during real-time welding of an ultrasonic welding apparatus according to an embodiment of the present invention, in which foreign substances are generated on a workpiece to be welded and generated at at least some of one or more points where the traveling direction of linear vibration is switched. do.

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Abstract

본 발명은 하우징; 상기 하우징에 결합되어 일방향으로 초음파를 전달하는 혼부; 상기 혼부에 결합되어 상기 혼부로부터 전달된 초음파를 피용접물에 인가하되, 상기 혼부가 초음파를 전달하는 방향과 80° 이상 100° 이하로 초음파를 인가하도록 구비되는 팁부; 상기 피용접물을 지지하는 앤빌부; 및 상기 앤빌부에 연결되고 상기 피용접물의 초음파 용접으로 인하여 발생되는 이물질을 흡인하는 석션이 구비되는 것인 초음파 용접 장치로서, 상기 팁부가 상기 피용접물에 대해 선형 진동으로 구동되는 것인 초음파 용접 장치를 제공하며, 이물질이 용이하게 제거되면서, 용접 품질을 개선하는 효과를 제공한다.

Description

초음파 용접 장치
본 발명은 초음파 용접 장치에 관한 것이다.
본 출원은 2021년 11월 19일 한국 특허청에 제출된 한국특허출원 제10-2021-0160480호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용은 전부 본 명세서에 포함된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기 자동차(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.
이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 장점 또한 갖기 때문에 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리를 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충, 방전 용량에 따라 다수의 배터리를 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 배터리 팩에 포함되는 배터리의 개수 및 전기적 연결 형태는 요구되는 출력 전압 및/또는 충, 방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 이차 전지 셀의 종류로서, 원통형, 각형 및 파우치형 배터리가 알려져 있다. 원통형 배터리의 경우, 양극과 음극 사이에 절연체인 분리막을 개재하고 이를 권취하여 젤리롤 형태의 전극 조립체를 형성하고, 이를 전해질과 함께 전지 캔 내부에 삽입하여 전지를 구성한다.
이때, 원통형 이차 전지의 양극 단자로서, 기존의 전지 캔의 개방부를 밀봉하는 밀봉체의 캡 대신 전지 캔의 바닥 면을 관통하는 리벳 타입의 양극 단자로 적용하는 구조도 있으나, 양극 단자와 양극 집전판 간의 결합을 위한 용접 공정은 젤리-롤의 권심을 통해 이루어져야 하므로, 좁은 공간에서 용접을 진행하는데 있어 어려움이 있었다.
상기 어려움을 해소하기 위해, 피용접물(예: 리벳 타입의 양극 단자 및/또는 양극 집전판)에 레이저 용접을 적용해왔다. 하지만, 레이저 용접의 경우, 피용접물에 닿는 높은 입열량(즉, 열에너지)과 금속 이물질 증가에 따른 스패터(spatter)로 인해, 원통형 이차 전지 내 젤리 롤 형태의 전극 조립체의 내부 손상 위험이 높은 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해소하기 위해, 레이저 용접 대신 초음파 용접을 적용할 수 있다. 초음파 용접 방식은 초음파 인가 방향에 따라, 선형 공법(좌우 연동), 종방향 공법(상하 연동), 토셔널 공법, 원형 진동 인가 공법, 복합 진동 등으로 분류될 수 있다. 다만, 이차 전지와 같이 피용접물이 금속인 경우, 횡방향 또는 토셔널 공법 중에서 선택될 수 있다.
피용접물의 변형을 최소화하기 위해서는 선형 공법을 적용할 수 있으나, 이물질 발생의 문제 및/또는 용접성 개선에 한계가 있다.
본 발명자들은, 상기 선형 공법(또는, 횡방향 공법)의 적용 시, 피용접물 상에 선형 진동의 진행 방향이 전환되는 1 이상의 지점에 이물질이 포집된 것을 발견하였다. 이로써, 포집된 이물질의 제거를 위해 초음파 용접 장치에 특정 위치에 석션 장치를 설치함으로써, 상기 문제 및 한계를 극복할 수 있음을 확인하였다.
본 발명은, 상기 기술적 사상을 토대로, 초음파 용접 부재의 형태를 개선하고, 이러한 용접 부재를 포함하는 초음파 용접 장치를 제공하고자 한다.
본 출원의 일 실시상태는, 하우징; 상기 하우징에 결합되어 일방향으로 초음파를 전달하는 혼부; 상기 혼부에 결합되어 상기 혼부로부터 전달된 초음파를 피용접물에 인가하되, 상기 혼부가 초음파를 전달하는 방향과 80° 이상 100° 이하로 초음파를 인가하도록 구비되는 팁부; 상기 피용접물을 지지하는 앤빌부; 및 상기 앤빌부에 연결되고 상기 피용접물의 초음파 용접으로 인하여 발생되는 이물질을 흡인하는 석션이 구비되는 것인 초음파 용접 장치로서, 상기 팁부가 상기 피용접물에 대해 선형 진동으로 구동되는 것인 초음파 용접 장치를 제공한다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 초음파 용접 장치는, 기존의 용접 장치 대비, 용접 시 피용접물에 대한 입열량(열 에너지)을 감소시킬 수 있고, 이로 인해 전극 조립체의 내부 손상의 위험을 감소시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 출원의 일 실시상태에 따른 초음파 용접 장치는, 기존의 용접 장치 대비, 이차 전지의 양극 집전판 및/또는 양극 단자에 적용 시, 우수한 용접성을 나타낸다.
또한, 본 출원의 일 실시상태에 따른 초음파 용접 장치는, 기존의 용접 장치 대비, 초음파 용접으로 인해 발생되는 이물질이 효율적으로 포집되고, 이로써 이물질이 용이하게 제거 가능하다.
도 1, 4 및 5는 본 발명의 일 실시상태에 따른 초음파 용접 장치의 개략도이다.
도 2는 종래의 레이저 용접 장치의 개략도이다.
도 3은 용접성 평가에 대한 도면이다.
도 6 및 7은 본 발명의 일 실시상태에 따른 초음파 용접 장치의 실시간 용접 시 촬영한 사진이다.
[부호의 설명]
1: 혼(부)
2: 팁(부)
3: 앤빌(부)
5: 하우징
6: 부스터
7: 혼 편향 방지 고정 핀
10: 전극 조립체(단면)
11-1: 전극 집전판(양극 집전판)
11-2: 전극 단자(양극 단자)
12: 공동
13: 용접부
15: 전지 캔
16: 인슐레이터
17: 가스켓
18: 스패터
19: 레이저 빔
a: 무게 중심
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.
또한, 달리 명시하지 않는 한, 명세서에 기재된 "이상" 또는 "이하" 등의 용어는 각각 그 수와 관련하여 대략적으로 상회하거나, 또는 하회하는 값을 의미한다. 예를 들어, '1 이상'이라는 용어는, 1을 포함하여, 2, 3, 4, 5, ... 10, ... 20 등의 값을 지칭하며, 정수뿐만 아니라 정수 사이의 소수를 포함할 수 있다.
또한, 명세서에 기재된 "약" 또는 "대략" 등의 용어는 그 수와 관련하여 사용되는지와 관계없이, 대략적인 값들이다. 그것들은, 그 수에 대해 1%, 2%, 3%, ..., 20% 정도 다를 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태는, 하우징; 상기 하우징에 결합되어 일방향으로 초음파를 전달하는 혼부; 상기 혼부에 결합되어 상기 혼부로부터 전달된 초음파를 피용접물에 인가하되, 상기 혼부가 초음파를 전달하는 방향과 80° 이상 100° 이하로 초음파를 인가하도록 구비되는 팁부; 상기 피용접물을 지지하는 앤빌부; 및 상기 앤빌부에 연결되고 상기 피용접물의 초음파 용접으로 인하여 발생되는 이물질을 흡인하는 석션이 구비되는 것인 초음파 용접 장치로서, 상기 팁부가 상기 피용접물에 대해 선형 진동으로 구동되는 것인 초음파 용접 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 초음파 용접 장치는 혼부와 팁부가 T자형으로 연결되는 종래의 구조를 변형하여, T자형이 갖는 초음파 인가 시 자유도가 낮아지는 문제를 배제하고, 피용접물에 대해 용접에 필요한 자유도를 확보하여 용접이 용이하다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 따른 초음파 용접 장치는 팁부가 피용접물에 대해 선형 진동으로 구동되어, 선형 진동의 진행 방향이 전환되는 1 이상의 지점(예: 선형 진동의 진행 방향이 오른쪽인 경우, 선형 진동의 진행 방향이 왼쪽으로 전환되는 지점(변곡점), 및/또는 그 반대)에 이물질(예: 금속 이물질)이 모일 수 있다. 이 때, 피용접물 상에 모인 이물질을 석션으로 제거할 수 있어, 이물질의 제거가 용이하다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 따른 초음파 용접 장치는 종래의 레이저 용접 장치의 적용 시 용접성보다 현저하게 개선된 용접성을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 석션은 상기 피용접물 상에 상기 선형 진동의 진행 방향이 전환되는 1 이상의 지점 중 적어도 하나에 배치될 수 있다.
본 명세서에서, 상기 하우징은 혼부와 앤빌부를 용접 작업에 필요한 정도의 자유도를 갖는 정도로 결합되는 본체를 의미한다.
본 명세서에서, 상기 혼부는 혼 또는 초음파 용접 혼부로 지칭될 수 있으며, 초음파(진동)를 전달하는 한, 형태, 기타 사양이나 혼부를 구성하는 물질이 특별히 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서, 상기 팁부는 혼부와 결합하는 것으로, 혼과 팁이 '┓'자 또는 '┓'자에 가깝게 형성되어 용접에 필요한 자유도를 획득하고, 이에 따라 피용접물에 초음파를 용이하게 인가할 수 있다. 그 밖에, 팁부는 팁 또는 초음파 용접 팁부로 지칭될 수 있으며, 초음파(진동)를 혼부로부터 용이하게 전달받고, 초음파를 피용접물에 인가하는 한, 형태, 기타 사양이나 혼부를 구성하는 물질이 특별히 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서, 상기 혼부가 초음파를 전달하는 방향과 팁부가 초음파를 피용접물에 인가하는 각도는 대략 80° 이상 대략 100° 이하, 바람직하게는 대략 85° 이상 대략 95° 이하, 더 바람직하게는 수직(대략 90°)을 형성할 수 있다.
본 명세서에서, 상기 앤빌부는 선택적으로 상기 하우징에 연결될 수 있고, 피용접물을 지지하는 역할을 한다. 다만, 팁부와 피용접물이 접촉하는 위치와 대향하는 위치에 피용접물을 지지한다. 예컨대 팁부가 피용접물의 상부를 접촉한다면, 앤빌부는 피용접물의 하부를 접촉한다.
본 명세서에서, 상기 석션은 상기 피용접물 상에 포집된 이물질을 흡인하기 위해, 상기 선형 진동의 진행 방향이 전환되는 1 이상의 지점 중 적어도 하나에 설치될 수 있다. 경우에 따라, 상기 석션은, 상기 피용접물이 앤빌부 상에 지지된다고 가정할 때, 상기 피용접물 또는 앤빌부 기준, 대략 0° 초과, 대략 10° 이상, 대략 20° 이상, 대략 30° 이상의 각도로 기울어져 설치될 수 있다. 경우에 따라, 상기 석션은 상기 선형 진동의 진행 방향이 전환되는 1 이상의 지점에 근접하게 또는 석션이 구동 가능할 정도로 허용되는 범위 내에 이격되어 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 혼부가 진폭 30㎛ 이하로 구동될 수 있다. 바람직하게는, 상기 혼부는 진폭 약 29㎛ 이하, 약 28㎛ 이하, 또는 27㎛ 이하로 구동될 수 있다. 상기 예시된 진폭의 범위 내에 속할 경우, 초음파 용접 효율이 우수하다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 혼부에 혼 편향 방지 고정 핀을 더 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 상기 혼 편향 방지 고정 핀은 팁의 편향(압흔 형상 대칭 비로 측정)이 발생하여 용접이 불균일한 요인을 방지한다. 혼 편향 방지 고정 핀은 하우징과 혼을 추가 연결하는 브릿지를 의미한다. 상기 혼 편향 방지 고정 핀에 의해 상기 혼이 앤빌의 제2 용접 표면(후술)과 평행하도록 정렬되고, 팁부의 제1 용접 표면(후술)이 상기 앤빌의 제2 용접 표면과도 평행하도록 정렬될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 하우징의 내부에 초음파 부스터를 더 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 상기 초음파 부스터는 초음파 용접에 필요한 초음파를 발생, 조절, 제어하는 부재로서, 당 업계에 공지된 초음파 부스터를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼부는 일 단부에 상기 초음파 부스터와의 결합 수단을 포함하고, 상기 팁부는 상기 혼부의 초음파 부스터와의 결합 수단이 구비된 일 단부에 대향하는 타 단부로부터 상기 혼부의 전체 길이의 50% 이내의 위치에 결합될 수 있다. 바람직하게는, 상기 팁부는 상기 혼부의 초음파 부스터와의 결합 수단이 구비된 일 단부에 대향하는 타 단부로부터 상기 혼부의 전체 길이의 대략 40% 이내, 더욱 바람직하게는 대략 30% 이내, 보다 더 바람직하게는 대략 20% 이내 또는 대략 10% 이내, 가장 바람직하게는 대략 5% 이내, 또는 0% 초과의 위치에서 결합될 수 있다. 여기서, "이내"는 이하 또는 미만의 용어와 혼용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 초음파 용접 장치는, 종래의 'T'자형 초음파 용접 장치 대비, '┓'자형 또는 '┓'자형에 가까운 초음파 용접 장치를 구현하여 피용접물에 초음파 인가 시 자유도가 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 팁부는, 상기 피용접물의 일면에 상기 혼부로부터 전달된 초음파가 인가되는 제1 용접 표면을 갖고, 상기 앤빌부는, 상기 피용접물의 상기 제1 용접 표면이 접촉하는 면의 반대면에 배치된 제2 용접 표면을 가질 수 있다.
본 명세서에서, 상기 제1 및 제2 용접 표면은 상기 피용접물에 접촉하는 부재(즉, 팁부 및 앤빌부)의 표면을 별도로 정의하기 위한 용어이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 팁부의 초음파를 인가하는 방향의 수직 단면은 곡선일 수 있다.
본 명세서에서, 상기 수직 단면은 팁부가 피용접물에 초음파를 인가하는 방향을 하나의 직선이라 가정할 때, 상기 직선에 대해 직각으로 만나는 또 다른 직선으로 상기 팁부를 절단한 평면을 의미하며, 상기 곡선은 수직 단면의 임의의 3개 이상의 점을 연결하였을 때, 원, 타원, 포물선과 같은 직선이 아닌 휘어진 선을 의미한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 팁부의 초음파를 인가하는 방향의 수직 단면은 원형일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 초음파 용접 장치는, 팁부의 수직 단면이 사각형인 종래의 구조를 곡선 내지 원형으로 변형하여, 수직 단면이 사각인 팁이 갖는 피용접물에 버클링 현상(좌굴 현상)을 일으킬 가능성을 배제하고, 피용접물에서 발생하는 버클링 현상을 최소화할 수 있다.
본 명세서에서, 상기 원형은 기하학에서 정의하는 바와 동일한 것으로, 상기 수직 단면의 한점으로부터 거리가 같은 점의 집합을 의미한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 팁부의 제1 용접 표면에 구비된 널 플레이트를 더 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 널 플레이트는 1개 이상의 널(Knurl)을 포함하는 판을 의미한다. 본 명세서에서 각각의 널 및/또는 널 플레이트는 당 업계에 공지된 것으로, 특별히 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 널 플레이트의 널은 각각 사각형 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 초음파 용접 장치는, 다이아몬드 패턴의 널 플레이트를 포함하는 초음파 용접 장치 대비, 각각의 널이 진동방향과 수평으로 닿는 면적이 넓어, 이물질(예: 크랙) 발생이 감소한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 피용접물은 이차 전지의 전극 단자 및 전극 집전판일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 단자 및 상기 전극 집전판은 서로 동일한 극성일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 피용접물은 이차 전지의 양극 단자 및 양극 집전판일 수 있으며, 상기 양극 단자 및 양극 집전판은 알루미늄을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 단자는 상기 전지 캔의 바닥에 형성된 관통 홀을 통해 리벳팅될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 이차 전지는 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 상태에서 권취된 전극 조립체를 포함하고, 상기 권취된 전극 조립체는 코어에 공동을 포함하며, 상기 팁부는 상기 공동을 관통하여 상기 전극 단자 및 상기 전극 집전판에 초음파 용접을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 권취된 전극 조립체의 코어부의 직경은 0.6 mm 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 초음파 용접 장치는, 종래 레이저 용접 장치가 상기 권취된 전극 조립체의 코어부의 직경이 0.6 mm 이하의 상태에서 양호한 용접성 확보가 어려운 점을 해소할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 초음파 용접 장치는, 권취 상태의 전극 조립체의 코어부의 직경이 0.6 mm 이하로 작더라도, 상기 코어부의 공동을 관통하여 개선된 용접성을 충분히 확보할 수 있다.
본 명세서에서, 상기 권취된 전극 조립체의 코어부의 직경의 하한은 특별히 정해진 것은 아니나, 당 업계에 공지된 초음파 인가 부재인 팁부의 사양에 따라 달라질 수 있다.
본 명세서에서, 상기 권취된 전극 조립체의 코어부의 직경의 하한은 당 업계에 공지된 권취 상태의 전극 조립체(즉, 젤리롤 타입의 전극 조립체)의 코어부의 직경의 허용 범위에 따르는 한, 특별히 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 양극 집전판은 알루미늄 금속을 포함하고, 이의 두께(t)는 0.1 mm 내지 0.5 mm, 바람직하게는 0.2 mm 내지 0.4 mm, 더 바람직하게는 약 0.3 mm일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 양극 단자는 리벳팅된 양극 단자로서, 알루미늄 금속을 포함하고, 이의 두께는 2.9 mm 내지 3.5 mm, 바람직하게는 3.0 mm 내지 3.4 mm, 더 바람직하게는 3.1 mm 내지 3.3 mm일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 이차 전지는 폼 팩터의 비(원통형 배터리의 직경을 높이로 나눈 값, 즉 높이(H) 대비 직경(Φ)의 비로 정의됨)가 0.4 보다 큰 원통형 이차 전지일 수 있다. 여기서, 폼 팩터란, 원통형 이차 전지의 직경 및 높이를 나타내는 값을 의미한다.
종래에는, 폼 팩터의 비가 대략 0.4 이하인 배터리들이 이용되었다. 즉, 종래에는, 예를 들어 18650 셀, 21700 셀 등이 이용되었다. 18650셀의 경우, 그 직경이 대략 18mm이고, 그 높이는 대략 65mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.277이다. 21700 셀의 경우, 그 직경이 대략 21mm이고, 그 높이는 대략 70mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.300이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 원통형 이차 전지는, 46110 셀, 48750 셀, 48110 셀, 48800 셀, 46800 셀일 수 있다. 폼 팩터를 나타내는 수치에서, 앞의 숫자 2개는 셀의 직경을 나타내고, 그 다음 숫자 2개는 셀의 높이를 나타내고, 마지막 숫자 0은 셀의 단면이 원형임을 나타낸다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는, 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 46mm이고, 그 높이는 110mm이고, 폼 팩터의 비는 0.418인 원통형 이차 전지일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는, 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 48mm이고, 그 높이는 75mm이고, 폼 팩터의 비는 0.640인 원통형 이차 전지일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는, 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 48mm이고, 그 높이는 110mm이고, 폼 팩터의 비는 0.418인 원통형 이차 전지일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는, 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 48mm이고, 그 높이는 80mm이고, 폼 팩터의 비는 0.600인 원통형 이차 전지일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 이차 전지는, 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 46mm이고, 그 높이는 80mm이고, 폼 팩터의 비는 0.575인 원통형 이차 전지일 수 있다.
본 명세서에서, 상기 전극 조립체는 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 상태에서 권취된 전극 조립체를 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 각각 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부를 포함한다. 상기 제1 전극의 무지부와 상기 제2 전극의 무지부는 서로 반대 방향으로 배치되며, 제1 전극의 무지부는 제1 전극의 집전판과 전기적으로 연결되고, 제2 전극의 무지부는 제2 전극의 집전판과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 명세서에서, 상기 무지부는 셀 저항 감소를 위해 스트라이프 패턴의 전극을 슬리팅하여 금속 포일을 포밍하여 전극 탭을 형성하거나, 또는 무지부에 추가 탭을 연결하여 저극 탭을 형성할 수 있다.
본 명세서에서, 상기 전지 캔은 제1 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 명세서에서, 상기 전지 캔은 제2 전극의 집전판과 상기 전지 캔 내측 면 사이에 구비되는 인슐레이터를 더 포함할 수 있고, 이는 서로 다른 극성, 즉 제2 전극의 집전판과 제1 전극과 전기적으로 연결된 전지 캔 사이의 접촉을 방지할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 전지 캔은 전극 단자 사이에 개재되는 가스켓을 더 포함할 수 있다.
도 1에 따르면, 상기 초음파 용접 부재의 팁부(2)가 상기 전극 조립체(10)(젤리-롤 타입)의 공동(12)(또는, 중앙 관통부로 지칭)를 관통하고, 피용접물(11)로서 양극 집전판(11-1)(재료: Al, 두께(t): 약 0.3 mm)과 리벳팅된 양극 단자(11-2)(재료: Al, 두께(t): 약 3.1 mm)에 대해 초음파 용접(용접부(13))이 수행되는 것이 개략적으로 도시되어 있다. 다만, 도 1에는 전지 캔 및 그 밖의 구성요소(예: 혼과 팁의 연결부재(미도시), 캡 어셈블리 등)들이 생략되어 있다.
도 2는 종래의 레이저 용접 장치가 도시되어 있다. 구체적으로, 리벳 타입의 전극 단자(리벳팅된 양극 단자(11-2))와 전극 집전판(양극 집전판(11-1)이 용접될 때, 용접부(13) 주변으로 스패터(18)가 발생한다. 이러한 스패터의 발생은 용접 불량을 야기하고, 이물질 발생 확률이 급격히 높아지는 요인이다. 그 밖에, 용접에 사용되는 레이저 빔(19)이 피용접물(양극 집전판(11-1) 및 양극 단자(11-2)) 외 전극 조립체(10)에 닿을 수 있어 간섭 리스크가 커질 수 있다.
도 3은 용접성 평가 도면으로서, 도 3(a) 에 따르면, 본 발명의 실시상태에 따른 초음파 용접 장치를 양극 단자 및 양극 집전판에 사용 시, 우수한 용접이 달성된다. 이에 반해, 도 3(b)와 같이, 종래의 레이저 용접 장치를 양극 단자 및 양극 집전 판에 사용 시, 미용접으로서 양호한 용접성 확보에 어려움이 있다.
도 4는 혼 편향 방지 고정 핀(7)의 부재 시, 무게 중심이 하우징 쪽에 실리는 개략도를 도시한 것이다. 이에 따라, 팁부(2)가 편향되고, 용접이 비대칭 또는 불균일하게 수행되어, 일부 약용접이 발생할 수 있고, 이로써 외부 충격에 취약해지거나, 이물질 발생 확률이 높아질 수 있다.
도 5는 혼 편향 방지 고정 핀(7)의 존재 시, 무게 중심이 혼부(1) 쪽에 실리는 개략도를 도시한 것이다. 이에 따라, 팁부가 고정되고, 상기 팁부의 제1 용접 표면(미도시) 및 상기 앤빌부(3)의 제2 용접 표면(미도시)가 평향할 수 있게 되어, 용접 품질이 향상되고, 이물질 발생 확률이 현저하게 낮아질 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 구현예를 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6 및 7은 본 발명의 일 실시상태에 따른 초음파 용접 장치의 실시간 용접 시 촬영한 사진으로서, 이물질이 피용접물 상에 발생되며, 선형 진동의 진행 방향이 전환되는 1 이상의 지점 중 적어도 일부에 발생된다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (16)

  1. 하우징;
    상기 하우징에 결합되어 일방향으로 초음파를 전달하는 혼부;
    상기 혼부에 결합되어 상기 혼부로부터 전달된 초음파를 피용접물에 인가하되, 상기 혼부가 초음파를 전달하는 방향과 80°이상 100° 이하로 초음파를 인가하도록 구비되는 팁부;
    상기 피용접물을 지지하는 앤빌부; 및
    상기 앤빌부에 연결되고 상기 피용접물의 초음파 용접으로 인하여 발생되는 이물질을 흡인하는 석션이 구비되는 것인 초음파 용접 장치로서,
    상기 팁부가 상기 피용접물에 대해 선형 진동으로 구동되는 것인 초음파 용접 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 석션은 상기 피용접물 상에 선형 진동의 진행 방향이 전환되는 1 이상의 지점 중 적어도 하나에 배치되는 것인 초음파 용접 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼부가 진폭 30㎛ 이하로 구동되는 것인 초음파 용접 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼부에 혼 편향 방지 고정 핀을 더 포함하는 것인 초음파 용접 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징의 내부에 초음파 부스터를 더 포함하는 초음파 용접 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 혼부는 일 단부에 상기 초음파 부스터와의 결합 수단을 포함하고,
    상기 팁부는 상기 혼부의 초음파 부스터와의 결합 수단이 구비된 일 단부에 대향하는 타 단부로부터 상기 혼부의 전체 길이의 50% 이내의 위치에 결합되는 것인 초음파 용접 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 팁부는, 상기 피용접물의 일면에 상기 혼부로부터 전달된 초음파가 인가되는 제1 용접 표면을 갖고,
    상기 앤빌부는, 상기 피용접물의 상기 제1 용접 표면이 접촉하는 면의 반대면에 배치된 제2 용접 표면을 갖는 것인 초음파 용접 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 팁부의 초음파를 인가하는 방향의 수직 단면은 곡선인 것인 초음파 용접 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 팁부의 초음파를 인가하는 방향의 수직 단면은 원형인 것인 초음파 용접 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 팁부의 제1 용접 표면에 구비된 널 플레이트를 더 포함하는 초음파 용접 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 널 플레이트의 널은 각각 사각형 형태인 것인 초음파 용접 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 피용접물은 이차 전지의 전극 단자 및 전극 집전판 중 적어도 하나인 것인 초음파 용접 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 전극 단자 및 상기 전극 집전판은 서로 동일한 극성인 것인 초음파 용접 장치.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 전극 단자는 상기 전지 캔의 바닥에 형성된 관통 홀을 통해 리벳팅된 것인 초음파 용접 장치.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 이차 전지는 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 상태에서 권취된 전극 조립체를 포함하고,
    상기 권취된 전극 조립체는 코어부에 공동을 포함하며,
    상기 팁부는 상기 공동을 관통하여 상기 전극 단자 및 상기 전극 집전판에 초음파 용접을 수행하는 것인 초음파 용접 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 권취된 전극 조립체의 코어부의 직경은 0.6 mm 이하인 것인 초음파 용접 장치.
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