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KR20230081222A - 초음파 용접 장치 및 그에 의해 제조된 전극 조립체 - Google Patents

초음파 용접 장치 및 그에 의해 제조된 전극 조립체 Download PDF

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KR20230081222A
KR20230081222A KR1020210169084A KR20210169084A KR20230081222A KR 20230081222 A KR20230081222 A KR 20230081222A KR 1020210169084 A KR1020210169084 A KR 1020210169084A KR 20210169084 A KR20210169084 A KR 20210169084A KR 20230081222 A KR20230081222 A KR 20230081222A
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 초음파 용접 장치는, 전극 조립체의 복수개의 전극탭을 용접시킬 수 있다. 상기 초음파 용접 장치는, 상기 복수개의 전극 탭의 일측에 위치한 앤빌(anvil); 상기 복수개의 전극 탭을 사이에 두고 상기 앤빌을 마주보는 혼(horn); 및 상기 앤빌 및 혼 중 적어도 하나에 구비되며 상기 복수개의 전극탭을 향하는 돌기부를 포함할 수 있다. 상기 돌기부는, 복수개의 제1돌기가 상기 전극 탭의 폭 방향과 나란한 제1방향을 따라 배열된 이너 돌기부; 및 상기 제1방향과 직교하는 제2방향에 대해 상기 이너 돌기부의 양측에 위치하며, 복수개의 제2돌기가 상기 복수개의 제1돌기보다 넓은 간격으로 배열된 한 쌍의 아우터 돌기부를 포함할 수 있다.

Description

초음파 용접 장치 및 그에 의해 제조된 전극 조립체{ULTRASONIC WELDING APPARATUS AND ELECTRODE ASSEMBLY MANUFACTURED BY THE SAME}
본 발명은, 전극 조립체의 복수개의 전극탭을 용접시키는 초음파 용접 장치와, 상기 초음파 용접 장치에 의해 제조된 전극 조립체에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jellyroll)형, 다수의 전극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리필름으로 권취한 스택 앤 폴딩(Stack & Folding)형으로 대략 분류할 수 있다.
특히, 스택형이나 스택 앤 폴딩형인 전극 조립체는, 복수개의 전극에 연결된 전극 탭을 포함하며, 상기 복수개의 전극 탭은 초음파 용접장치에 의해 서로 용접됨이 일반적이다. 그러나, 상기 전극 탭은 수 마이크로 미터의 두께를 가지므로 초음파 용접된 부분이 외란 등에 의해 쉽게 파단될 우려가 있다. 따라서, 이러한 우려를 해소하기 위한 초음파 용접 장치가 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 복수개의 전극 탭이 용접된 피용접부에 파단이나 크랙이 발생할 우려를 최소화하는 초음파 용접 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 상기 초음파 용접 장치에 의해 제조된 전극 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 초음파 용접 장치는, 전극 조립체의 복수개의 전극탭을 용접시킬 수 있다. 상기 초음파 용접 장치는, 상기 복수개의 전극 탭의 일측에 위치한 앤빌(anvil); 상기 복수개의 전극 탭을 사이에 두고 상기 앤빌을 마주보는 혼(horn); 및 상기 앤빌 및 혼 중 적어도 하나에 구비되며 상기 복수개의 전극탭을 향하는 돌기부를 포함할 수 있다. 상기 돌기부는, 복수개의 제1돌기가 상기 전극 탭의 폭 방향과 나란한 제1방향을 따라 배열된 이너 돌기부; 및 상기 제1방향과 직교하는 제2방향에 대해 상기 이너 돌기부의 양측에 위치하며, 복수개의 제2돌기가 상기 복수개의 제1돌기보다 넓은 간격으로 배열된 한 쌍의 아우터 돌기부를 포함할 수 있다.
상기 제1방향에 대한 상기 돌기부의 길이는 상기 전극 탭의 폭보다 작을 수 있다.
상기 돌기부의 양 단부와 상기 전극 탭의 양측 가장자리 사이의 간격은, 상기 전극 탭의 폭의 1/45 내지 1/30일 수 있다.
상기 제1방향에 대해, 상기 이너 돌기부의 길이는 상기 아우터 돌기부의 길이보다 길 수 있다.
상기 한 쌍의 아우터 돌기부는 상기 이너 돌기부에 대해 대칭 형상을 가질 수 있다.
상기 이너 돌기부는, 상기 복수개의 제1돌기가 상기 제1방향을 따라 복수개의 열을 이루도록 배열될 수 있다.
상기 아우터 돌기부는, 상기 복수개의 제2돌기가 가상의 커브라인을 따라 배열될 수 있다.
상기 커브 라인은 타원의 일부일 수 있다.
상기 제2방향에 대한 상기 이너 돌기부와 상기 아우터 돌기부 간 거리는, 상기 제1방향에 대해 외측으로 갈수록 감소할 수 있다.
상기 제2방향에 대한 상기 이너 돌기부와 상기 아우터 돌기부 간 최대 거리는, 상기 제2방향에 대한 상기 이너 돌기부의 폭의 0.5배 내지 0.75배일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체는, 분리막을 사이에 두고 적층된 복수개의 전극; 상기 복수개의 전극에 연결된 복수개의 전극탭; 및 상기 복수개의 전극탭이 서로 용접되어 이루어진 피용접부를 포함할 수 있다. 상기 피용접부에는, 상기 전극탭의 폭 방향과 나란한 제1방향을 따라 연장된 이너 엠보 패턴; 및 상기 제1방향과 직교하는 제2방향에 대해 상기 이너 엠보 패턴의 양측에 위치하며, 상기 이너 엠보 패턴보다 넓은 간격으로 형성된 아우터 엠보 패턴이 형성될 수 있다.
상기 피용접부는, 폭방향 양측 일부에 구비되며 상기 이너 엠보 패턴 및 아우터 엠보 패턴이 미형성된 플랫부를 포함할 수 있다.
상기 플랫부의 폭은 상기 전극 탭의 폭의 1/45 내지 1/30일 수 있다.
상기 제1방향에 대해, 상기 이너 엠보 패턴의 길이는 상기 아우터 엠보 패턴의 길이보다 길 수 있다.
상기 한 쌍의 아우터 엠보 패턴은 상기 이너 엠보 패턴에 대해 대칭 형상을 가질 수 있다.
상기 이너 엠보 패턴은 상기 제1방향을 따라 복수개의 열을 이룰 수 있다.
상기 아우터 엠보 패턴은 가상의 커브 라인을 따라 형성될 수 있다.
상기 커브 라인은 타원의 일부일 수 있다.
상기 제2방향에 대한 상기 이너 엠보 패턴과 상기 아우터 엠보 패턴 간 거리는, 상기 제1방향에 대해 외측으로 갈수록 감소할 수 있다.
상기 제2방향에 대한 상기 이너 엠보 패턴과 상기 아우터 엠보 패턴 간 최대 거리는, 상기 제2방향에 대한 상기 이너 엠보 패턴의 폭의 0.5배 내지 0.75배일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 아우터 엠보 패턴에 포함된 복수개의 제2엠보 간 간격은, 이너 엠보 패턴을 이루는 복수개의 제1엠보 간 간격보다 클 수 있다. 이로써, 용접된 경계부에서 외란에 의해 파단이나 크랙이 발생할 가능성을 낮추고, 파단이나 크랙이 발생하더라도 파단이나 크랙이 확장되는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 아우터 엠보 패턴은 커브 라인을 따라 형성될 수 있다. 이로써, 용접된 경계부에서 외란에 의해 파단이나 크랙이 발생할 가능성을 더욱 낮추고, 파단이나 크랙이 발생하더라도 파단이나 크랙이 확장되는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 피용접부의 폭방향 양측 일부에는 엠보 패턴이 미형성되므로, 피용접부의 양측 가장자리에서 파단이나 크랙이 발생할 우려를 최소화 할 수 있다.
이 외에도, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성들로부터 당업자가 용이하게 예측 가능한 효과들을 포함할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시에에 따른 초음파 용접 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 돌기부를 확대 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 피용접부의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 비교예에 따른 돌기부를 확대 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 비교예에 따른 전극 조립체의 피용접부의 평면도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 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.
도 1은 본 발명의 일 실시에에 따른 초음파 용접 장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 돌기부를 확대 도시한 도면이다.
본 실시예에 따른 초음파 용접 장치(100)(이하, 용접 장치)는, 전극 조립체(10)의 복수개의 전극탭(13)을 서로 용접시킬 수 있다. 용접 장치(100)는 복수개의 전극탭(13)을 용접하여 피용접부(14)(도 3 참조)를 형성할 수 있다. 즉, 피용접부(14)는 복수개의 전극탭(13)이 서로 용접된 부분일 수 있다.
좀 더 상세히, 상기 용접 장치(100)는, 복수개의 전극 탭(13)의 일측에 위치한 앤빌(anvil)(110)과, 복수개의 전극 탭(13)을 사이에 두고 앤빌(110)을 마주보는 혼(horn)(120)과, 앤빌(110) 및 혼(120) 중 적어도 하나에 구비되며 복수개의 전극 탭(13)을 향하는 돌기부(130)를 포함할 수 있다.
앤빌(110)은 복수개의 전극 탭(13)의 하측에 위치할 수 있고, 혼(120)은 복수개의 전극 탭(13)의 상측에 위치할 수 있다.
앤빌(110) 및 혼(120)의 상호 거리는 조절될 수 있다. 일례로, 혼(120)은 앤빌(110)에 대한 거리가 조절 가능하도록 구성될 수 있다. 이로써, 복수개의 전극탭(13)은 앤빌(110)과 혼(120)의 사이에서 가압될 수 있고, 이러한 상태에서 혼(120)이 고주파로 진동하여 복수개의 전극 탭(13)을 용접시킬 수 있다. 좀 더 상세히, 혼(120)에는, 진동자에서 발생한 초음파가 부스터에서 증폭되어 전달될 수 있다. 따라서, 혼(120)은 앤빌(110) 상에 놓인 복수개의 전극 탭(13)을 일정 하중으로 가압하는 동시에 상기 부스터로부터 전달받은 증폭된 초음파를 전극 탭(13)으로 인가시킴으로써 복수개의 전극 탭(13)을 용접시킬 수 있다. 상기 초음파 진동자 및 부스터의 구성 및 작용은 주지 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
돌기부(130)는 앤빌(110) 및 혼(120) 중 적어도 하나에 구비될 수 있다. 이하에서는 앤빌(110) 및 혼(120) 각각에 돌기부(130)가 구비된 경우를 예로 들어 설명한다.
각 돌기부(130)는 복수개의 전극 탭(13)을 향할 수 있다. 좀 더 상세히, 일 돌기부(130)는 엔빌(110)의 저면에 구비될 수 있고, 타 돌기부(130)는 혼(120)의 저면에 구비될 수 있다. 엔빌(110)에 구비된 돌기부(130)는 복수개의 전극탭(13) 중 하측 최외각 전극 탭을 향할 수 있고, 혼(120)에 구비된 돌기부(130)는 복수개의 전극탭(13) 중 상측 최외각 전극탭을 향할 수 있다. 엔빌(110)에 구비된 돌기부(130)는 복수개의 전극탭(13)을 하측에서 누를 수 있고, 혼(120)에 구비된 돌기부(130)는 복수개의 전극탭(13)을 상측에서 누를 수 있다.
돌기부(130)는 전극 탭(13)을 향해 돌출된 복수개의 돌기(141)(151)를 포함할 수 있다. 복수개의 돌기(141)(151)는 후술할 이너 돌기부(140)에 포함된 복수개의 제1돌기(141)와, 후술할 아우터 돌기부(150)에 포함된 복수개의 제2돌기(151)를 포함할 수 있다. 제1돌기(141)와 제2돌기(151)는 서로 동일한 크기 및 형상을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
각 돌기(141)(151)는 전극탭(13)에 가까워질수록 단면적이 좁아질 수 있다. 예를 들어, 각 돌기(141)(151)는 대략 다각뿔 형상을 가질 수 있다.
복수개의 전극탭(13)이 용접되어 형성되는 피용접부(14)(도 3 참조)에는 상기 복수개의 돌기(131)(141)과 대응되는 복수개의 엠보(embo) 패턴(20)(30)(도 4 참조)이 형성될 수 있다. 이에 대해서는 이후 자세히 설명한다.
좀 더 상세히, 돌기부(130)는, 복수개의 제1돌기(141)가 전극 탭(13)의 폭 방향과 나란한 제1방향(도 2의 x축과 나란한 방향)을 따라 배열된 이너 돌기부(140)와, 상기 제1방향과 직교하는 제2방향(도 2의 y축과 나란한 방향)에 대해 이너 돌기부(140)의 양측에 위치하며, 복수개의 제2돌기(151)가 복수개의 제1돌기(141)보다 넓은 간격으로 배열된 한 쌍의 아우터 돌기부(150)를 포함할 수 있다.
이너 돌기부(140)는 복수개의 제1돌기(141)가 그룹지어 형성될 수 있다. 이너 돌기부(140)는 복수개의 제1돌기(141)가 상기 제1방향에 대해 적어도 하나의 열을 이루도록 배열될 수 있다. 바람직하게는, 이너 돌기부(140)는 복수개의 제1돌기(141)가 상기 제1방향에 대해 복수개의 열을 이루도록 배열될 수 있다.
한 쌍의 아우터 돌기부(150)는 이너 돌기부(140)에 대해 대칭 형상을 가질 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.
각 아우터 돌기부(150)는 복수개의 제2돌기(151)가 그룹지어 형성될 수 있다. 각 아우터 돌기부(150)는, 복수개의 제2돌기(151)가 가상의 커브 라인(CL1)을 따라 배열될 수 있다. 즉, 각 아우터 돌기부(150)는 커브 라인(CL1)을 따라 형성될 수 있다. 상기 커브 라인(CL1)은 타원(Ellipse)의 일부를 이룰 수 있다.
복수개의 제2돌기(151)가 이루는 열의 개수는, 복수개의 제1돌기(141)가 이루는 열의 개수보다 적을 수 있다. 예를 들어, 복수개의 제2돌기(151)는 상기 커브 라인(CL1)을 따라 단일의 열을 이루도록 배열될 수 있고, 복수개의 제1돌기(141)는 상기 제1방향을 따라 복수개의 열을 이루도록 배열될 수 있다.
아우터 돌기부(150)가 커브 라인(CL1)을 따라 형성됨으로써, 후술할 아우터 엠보 패턴(30)(도 4 참조)도 커브 라인(CL2)을 따라 형성될 수 있다.
아우터 돌기부(150)에 포함된 복수개의 제2돌기(151) 간 간격(g)은, 이너 돌기부(140)에 포함된 복수개의 제1돌기(141) 간 간격보다 넓을 수 있다. 예를 들어, 복수개의 제1돌기(141)는 서로 인접하게 배치되어 간격을 형성하지 않을 수 있고, 복수개의 제2돌기(151) 간 간격은 각 제2돌기(151)의 폭 이상일 수 있다.
상기 제1방향에 대해, 이너 돌기부(140)의 길이(L11)는 아우터 돌기부(150)의 길이(L12)보다 길 수 있다. 상기 제1방향에 대해, 이너 돌기부(140)의 길이(L11)는 돌기부(130)의 길이를 의미할 수 있다.
상기 제1방향에 대한 돌기부(130)의 길이는 전극 탭(13)의 폭(w)보다 작을 수 있다. 즉, 상기 제1방향에 대한 이너 돌기부(140)의 길이(L11)는 전극 탭(13)의 폭(w)보다 작을 수 있다.
좀 더 상세히, 돌기부(130)의 양 단부와 전극 탭(13)의 양측 가장자리 사이에는 소정의 간격(d12)이 형성될 수 있다. 상기 간격(d12)은 전극 탭(13)의 폭(w)의 1/45 내지 1/30 일 수 있다. 예를 들어, 전극 탭(13)의 폭(w)은 약 45mm 이고 상기 간격(d12)은 대략 1mm 내지 1.5mm 일 수 있다.
이로써, 복수개의 전극탭(13)을 신뢰성있게 용접하면서도, 후술할 피용접부(14)(도 4 참조)의 폭방향 양측 가장자리에 엠보 패턴(20)(30)이 미형성된 플랫부(14a)가 형성될 수 있다.
상기 제2방향에 대한 이너 돌기부(140)와 아우터 돌기부(150) 간 거리(d11)는, 상기 제1방향에 대해 외측으로 갈수록 감소할 수 있다. 따라서, 이너 돌기부(140)와 아우터 돌기부(150)의 상기 제2방향에 대한 거리(d11)는, 상기 제1방향에 대한 돌기부(130)의 중앙부에서 최대 거리(dm1)가 될 수 있다.
상기 제2방향에 대한 이너 돌기부(140)와 아우터 돌기부(150) 간 최대 거리(dm1)는, 상기 제2방향에 대한 이너 돌기부(140)의 폭(w1)의 0.5배 내지 0.75배일 수 있다. 예를 들어, 이너 돌기부(140)의 폭(w1)은 약 4mm 일 수 있고, 이너 돌기부(140)와 아우터 돌기부(150) 간 최대 거리(dm1)는 대략 2mm 내지 3mm 일 수 있다.
이로써, 복수개의 전극탭(13)을 신뢰성있게 용접하면서도 후술할 피용접부(14)(도 4 참조)에서 발생 가능한 파단이나 크랙이 확장되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 피용접부의 평면도이다.
이하, 앞서 설명한 초음파 용접장치(100)에 의해 제조된 전극 조립체(10)를 본 발명의 다른 실시예로서 설명한다.
본 실시예에 따른 전극 조립체(10)는, 분리막(12)을 사이에 두고 적층된 복수개의 전극(11)과, 복수개의 전극(11)에 연결된 복수개의 전극탭(13)과, 복수개의 전극탭(13)이 서로 용접되어 이루어진 피용접부(14)를 포함할 수 있다.
전극(11)은 금속 포일 또는 금속 메쉬 형태의 전극 집전체에 활물질 슬러리가 도포되어 형성될 수 있다. 전극(11)은 양극 또는 음극으로 구분될 수 있으며, 양극의 전극 집전체는 알루미늄 재질을 포함할 수 있고, 음극의 전극 집전체는 구리 재질을 포함할 수 있다. 양극 및 음극은 분리막(12)을 사이에 두고 교대로 적층될 수 있다.
전극 탭(13)은 전극(11)에서 돌출되어, 전극 리드(15)와 함께 전극 조립체(10)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로로 작용할 수 있다.
복수개의 전극(12) 중 양극에 연결된 복수개의 전극 탭(13)과 음극에 연결된 복수개의 전극 탭(13)은, 도 3에 도시된 바와 같이 전극 조립체(10)에 대해 서로 동일한 방향으로 돌출될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 양극에 연결된 복수개의 전극 탭(13)과 음극에 연결된 복수개의 전극 탭(13)이 전극 조립체(10)에 대해 서로 반대 방향으로 돌출되는 것도 가능함은 물론이다.
복수개의 전극 탭(13)의 일부는 서로 용접되어 피용접부(14)를 형성할 수 있다. 복수개의 전극 탭(13)은 피용접부(14) 쪽으로 갈수록 서로 가까워질 수 있다. 피용접부(14)의 폭은 전극 탭(12)의 폭과 동일할 수 있다. 피용접부(14)는 앞서 설명한 초음파 용접 장치(100)에 의해 형성될 수 있다.
복수개의 전극 탭(13), 좀 더 상세히 피용접부(14)에는 전극 리드(15)가 스팟(Spot) 용접 등으로 연결될 수 있다. 전극 조립체(10)가 전지 케이스(미도시)에 수용될 때, 전극 리드(15)의 일단은 복수개의 전극 탭(15)과 연결되고 타단은 상기 전지 케이스의 외부로 돌출될 수 있다.
전극 리드(15)의 일부는 절연부(16)로 주위가 포위될 수 있다. 예를 들어, 절연부(16)는 절연 테이프를 포함할 수 있다. 절연부(16)는 전극 조립체(10)에서 발생하는 전기가 전극 리드(15)를 통해 전지 케이스로 흐르는 것을 방지할 수 있다. 이는 주지 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.
한편, 도 4를 참조하면, 피용접부(14)에는 엠보 패턴(embo pattern)(20)(30)이 형성될 수 있다. 상기 엠보 패턴(20)(30)은 초음파 용접 장치(10)의 돌기부(130)에 의해 형성될 수 있다. 엠보 패턴(20)(30)의 특징은 앞서 설명한 돌기부(130)의 특징과 대응될 수 있다.
엠보 패턴(20)(30)은, 복수개의 엠보(21)(31)를 포함할 수 있다. 복수개의 엠보(21)(31)는 후술할 이너 엠보 패턴(20)에 포함된 복수개의 제1엠보(21)와, 후술할 아우터 엠보 패턴(30)에 포함된 복수개의 제2엠보(31)를 포함할 수 있다. 제1엠보(21)와 제2엠보(31)는 서로 동일한 크기 및 형상을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
엠보 패턴(20)(30)은, 초음파 용접 장치(10)의 이너 돌기부(140)에 의해 형성된 이너 엠보 패턴(20)과, 초음파 용접 장치(10)의 아우터 돌기부(150)에 의해 형성된 아우터 엠보 패턴(30)을 포함할 수 있다.
이하, 도 2 및 도 4를 함께 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.
피용접부(14)에는, 전극탭(13)의 폭 방향과 나란한 제1방향(도 4의 x축과 나란한 방향)을 따라 연장된 이너 엠보 패턴(20)과, 상기 제1방향과 직교하는 제2방향(도 4의 y축과 나란한 방향)에 대해 이너 엠보 패턴(20)의 양측에 위치하며 이너 엠보 패턴(20)보다 넓은 간격으로 형성된 아우터 엠보 패턴(30)이 형성될 수 있다.
이너 엠보 패턴(20)은 복수개의 제1엠보(21)가 그룹지어 형성될 수 있다. 이너 엠보 패턴(20)은 복수개의 제1엠보(21)가 상기 제1방향에 대해 적어도 하나의 열을 이루도록 배열될 수 있다. 바람직하게는, 이너 엠보 패턴(20)은 복수개의 제1엠보(21)가 상기 제1방향에 대해 복수개의 열을 이루도록 배열될 수 있다.
한 쌍의 아우터 엠보 패턴(30)는 이너 엠보 패턴(20)에 대해 대칭 형상을 가질 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.
한 쌍의 아우터 엠보 패턴(30)은, 용접된 경계부를 이룰 수 있다.
각 아우터 엠보 패턴(30)는 복수개의 제2엠보(31)가 그룹지어 형성될 수 있다. 각 아우터 엠보 패턴(30)는, 복수개의 제2엠보(31)가 가상의 커브 라인(CL2)을 따라 배열될 수 있다. 즉, 각 아우터 엠보 패턴(30)은 커브 라인(CL2)을 따라 형성될 수 있다. 상기 커브 라인(CL2)은 타원(Ellipse)의 일부를 이룰 수 있다. 상기 커브 라인(CL2)은, 초음파 용접 장치(100)의 아우터 돌기부(150)가 이루는 커브 라인(CL1)과 대응될 수 있다.
복수개의 제2엠보(31)가 이루는 열의 개수는, 복수개의 제1엠보(21)가 이루는 열의 개수보다 적을 수 있다. 예를 들어, 복수개의 제2엠보(31)는 상기 커브 라인(CL2)을 따라 단일의 열을 이루도록 배열될 수 있고, 복수개의 제1엠보(21)는 상기 제1방향을 따라 복수개의 열을 이루도록 배열될 수 있다.
아우터 엠보 패턴(30)이 커브 라인(CL2)을 따라 형성되므로, 용접된 경계부는 커브 라인을 이룰 수 있다.
아우터 엠보 패턴(30)에 포함된 복수개의 제2엠보(31) 간 간격(g2)은, 이너 엠보 패턴(20)에 포함된 복수개의 제1엠보(21) 간 간격(g1)보다 넓을 수 있다.
이로써, 용접된 경계부에서 외란에 의해 파단이나 크랙이 발생할 우려를 낮출 수 있으며, 파단이나 크랙이 발생하더라도 상기 파단이나 크랙이 확장되는 것을 제한할 수 있다.
상기 제1방향에 대해, 이너 엠보 패턴(20)의 길이(L21)는 아우터 엠보 패턴(30)의 길이(L22)보다 길 수 있다. 이너 엠보 패턴(20)의 길이(L21)는, 초음파 용접 장치(100)의 이너 돌기부(140)의 길이(L11)과 동일하거나 그보다 약간 짧을 수 있다. 아우터 엠보 패턴(30)의 길이(L22)는, 초음파 용접 장치(100)의 아우터 돌기부(150)의 길이(L12)과 동일하거나 그보다 약간 짧을 수 있다.
상기 제1방향에 대해, 이너 엠보 패턴(20)의 길이(L21)는 엠보 패턴(20)(30)의 길이를 의미할 수 있다.
상기 제1방향에 대한 엠보 패턴(20)(30)의 길이는 전극 탭(13)의 폭(w)보다 작을 수 있다. 즉, 상기 제1방향에 대한 이너 엠보 패턴(20)의 길이(L11)는 피용접부(14)의 폭(w)보다 작을 수 있다.
피용접부(14)는, 폭방향 양측 일부에 구비되며 이너 엠보 패턴(20) 및 아우터 엠보 패턴(30)이 미형성된 플랫부(14a)를 포함할 수 있다. 피용접부(14)의 폭방향 양측 일부에는 엠보 패턴(20)(30)이 형성되지 않을 수 있다. 이로써, 엠보 패턴(20)(30)은 피용접부(14)의 폭방향 양측 가장자리를 침범하거나 양측 가장자리에 인접하게 형성되지 않을 수 있고, 피용접부(14)의 폭방향 양측 가장자리에서 크랙(crack)이나 파단 등 손상이 발생할 우려를 최소화할 수 있다.
플랫부(14a)의 폭(d22)은 전극 탭(13)의 폭(w), 즉 피용접부(14)의 폭(w)의 1/45 내지 1/30일 수 있다. 예를 들어, 전극 탭(13)의 폭(w)은 약 45mm 이고 플랫부(14a)의 폭(d22)은 1mm 내지 1.5mm 일 수 있다.
이로써, 피용접부(14)가 안정적으로 유지되면서도, 피용접부(14)의 폭방향 양측 가장자리에서 크랙이나 파단 등 손상이 발생할 우려를 최소화할 수 있다. 만일 플랫부(14a)의 폭(d22)이 전극 탭(13)의 폭(w)의 1/45 미만일 경우, 엠보 패턴(20)(30)이 피용접부(14)의 폭방향 양측 가장자리와 지나치게 인접하여, 피용접부(14)의 폭방향 양측 가장자리에서 크랙이나 파단 등 손상이 발생할 우려가 있다. 반대로, 플랫부(14a)의 폭(d22)이 전극 탭(13)의 폭(w)의 1/30 초과일 경우, 복수개의 전극 탭(13) 간의 용접력이 약해지게 되고, 피용접부(14)가 안정적으로 유지되지 않을 수 있다.
상기 제2방향에 대한 이너 엠보 패턴(20)과 아우터 엠보 패턴(30) 간 거리(d21)는, 상기 제1방향에 대해 외측으로 갈수록 감소할 수 있다. 따라서, 이너 엠보 패턴(20)와 아우터 엠보 패턴(30)의 상기 제2방향에 대한 거리(d21)는, 상기 제1방향에 대한 피용접부(14)의 중앙부에서 최대 거리(dm2)가 될 수 있다.
상기 제2방향에 대한 이너 엠보 패턴(20)와 아우터 엠보 패턴(30) 간 최대 거리(dm2)는, 상기 제2방향에 대한 이너 엠보 패턴(20)의 폭(w2)의 0.5배 내지 0.75배일 수 있다. 예를 들어, 이너 엠보 패턴(20)의 폭(w2)은 약 4mm 일 수 있고, 이너 엠보 패턴(20)와 아우터 엠보 패턴(30) 간 최대 거리(dm2)는 대략 2mm 내지 3mm 일 수 있다.
이로써, 이너 엠보 패턴(20)에서 발생 가능한 파단이나 크랙이 확장되는 것을 제한하면서도 피용접부(14)가 안정적으로 유지될 수 있다. 만일 상기 최대 거리(dm2)가 이너 엠보 패턴(20)의 폭(w2)의 0.5배 미만일 경우, 아우터 엠보 패턴(30)가 이루는 라인이 커브 라인(CL2)이 아닌 직선에 가까워지므로, 이너 엠보 패턴(20)에서 발생 가능한 파단이나 크랙이 확장되는 것을 제한하는 효과가 발휘되기 어려울 수 있다. 반대로 상기 최대 거리(dm2)가 이너 엠보 패턴(20)의 폭(w2)의 0.75배 초과일 경우, 엠보 패턴(20)(30)의 단위면적당 배치 밀도가 지나치게 낮아져 복수개의 전극 탭(13) 간의 용접력이 약해지게 되고, 피용접부(14)가 안정적으로 유지되지 않을 수 있다.
도 5는 본 발명의 비교예에 따른 돌기부를 확대 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 비교예에 따른 전극 조립체의 피용접부의 평면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 비교예에 따른 돌기부(130')의 길이(L)는, 피용접부(14')의 폭(w)과 동일하거나 그보다 클 수 있다. 따라서, 상기 돌기부(130')에 의해 피용접부(14')에 형성되는 엠보 패턴(20')은, 피용접부(14')의 폭 방향 양측 가장자리를 침범하거나 상기 양측 가장자리와 인접할 수 있다. 이로 인해, 피용접부(14')의 폭 방향 양측 가장자리에서 크랙이나 파단 등 손상이 발생할 가능성이 높다.
또한, 상기 돌기부(130')에 포함된 복수개의 돌기(131')는 일정한 간격으로 배열될 수 있다. 따라서 피용접부(14')에 형성되는 엠보 패턴(20')에 포함된 복수개의 엠보(21')도 일정한 간격으로 배열되고, 용접된 경계부가 직선을 이룰 수 있다.
이로 인해, 엠보 패턴(20')의 경계에서 쉽게 파단이나 크랙이 발생하며, 상기 파단이나 크랙이 빠르게 확장될 수 있는 문제가 있다.
이러한 비교예로부터, 당업자는 본 발명의 구성 및 효과를 더욱 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 전극 조립체 11: 전극
12: 분리막 13: 전극 탭
14: 피용접부 15: 전극 리드
20: 이너 엠보 패턴 21: 제1엠보
30: 아우터 엠보 패턴 31: 제2엠보
100: 초음파 용접 장치 110: 앤빌
120: 혼 130: 돌기부
140: 이너 돌기부 141: 제1돌기
150: 아우터 돌기부 151: 제2돌기

Claims (20)

  1. 전극 조립체의 복수개의 전극탭을 용접시키는 초음파 용접 장치에 있어서,
    상기 복수개의 전극 탭의 일측에 위치한 앤빌(anvil);
    상기 복수개의 전극 탭을 사이에 두고 상기 앤빌을 마주보는 혼(horn); 및
    상기 앤빌 및 혼 중 적어도 하나에 구비되며 상기 복수개의 전극탭을 향하는 돌기부를 포함하고,
    상기 돌기부는,
    복수개의 제1돌기가 상기 전극 탭의 폭 방향과 나란한 제1방향을 따라 배열된 이너 돌기부; 및
    상기 제1방향과 직교하는 제2방향에 대해 상기 이너 돌기부의 양측에 위치하며, 복수개의 제2돌기가 상기 복수개의 제1돌기보다 넓은 간격으로 배열된 한 쌍의 아우터 돌기부를 포함하는 초음파 용접 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1방향에 대한 상기 돌기부의 길이는 상기 전극 탭의 폭보다 작은 초음파 용접 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 돌기부의 양 단부와 상기 전극 탭의 양측 가장자리 사이의 간격은, 상기 전극 탭의 폭의 1/45 내지 1/30인 초음파 용접 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1방향에 대해, 상기 이너 돌기부의 길이는 상기 아우터 돌기부의 길이보다 긴 초음파 용접 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 아우터 돌기부는 상기 이너 돌기부에 대해 대칭 형상을 갖는 초음파 용접 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이너 돌기부는, 상기 복수개의 제1돌기가 상기 제1방향을 따라 복수개의 열을 이루도록 배열된 초음파 용접 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 아우터 돌기부는, 상기 복수개의 제2돌기가 가상의 커브라인을 따라 배열된 초음파 용접 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 커브 라인은 타원의 일부인 초음파 용접 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2방향에 대한 상기 이너 돌기부와 상기 아우터 돌기부 간 거리는, 상기 제1방향에 대해 외측으로 갈수록 감소하는 초음파 용접 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2방향에 대한 상기 이너 돌기부와 상기 아우터 돌기부 간 최대 거리는, 상기 제2방향에 대한 상기 이너 돌기부의 폭의 0.5배 내지 0.75배인 초음파 용접 장치.
  11. 분리막을 사이에 두고 적층된 복수개의 전극;
    상기 복수개의 전극에 연결된 복수개의 전극탭; 및
    상기 복수개의 전극탭이 서로 용접되어 이루어진 피용접부를 포함하고,
    상기 피용접부에는,
    상기 전극탭의 폭 방향과 나란한 제1방향을 따라 연장된 이너 엠보 패턴; 및
    상기 제1방향과 직교하는 제2방향에 대해 상기 이너 엠보 패턴의 양측에 위치하며, 상기 이너 엠보 패턴보다 넓은 간격으로 형성된 아우터 엠보 패턴이 형성된 전극 조립체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 피용접부는,
    폭방향 양측 일부에 구비되며 상기 이너 엠보 패턴 및 아우터 엠보 패턴이 미형성된 플랫부를 포함하는 전극 조립체.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 플랫부의 폭은 상기 전극 탭의 폭의 1/45 내지 1/30인 전극 조립체.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1방향에 대해, 상기 이너 엠보 패턴의 길이는 상기 아우터 엠보 패턴의 길이보다 긴 전극 조립체.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 아우터 엠보 패턴은 상기 이너 엠보 패턴에 대해 대칭 형상을 갖는 전극 조립체.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 이너 엠보 패턴은 상기 제1방향을 따라 복수개의 열을 이루는 전극 조립체.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 아우터 엠보 패턴은 가상의 커브 라인을 따라 형성된 전극 조립체.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 커브 라인은 타원의 일부인 전극 조립체.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2방향에 대한 상기 이너 엠보 패턴과 상기 아우터 엠보 패턴 간 거리는, 상기 제1방향에 대해 외측으로 갈수록 감소하는 전극 조립체.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제2방향에 대한 상기 이너 엠보 패턴과 상기 아우터 엠보 패턴 간 최대 거리는, 상기 제2방향에 대한 상기 이너 엠보 패턴의 폭의 0.5배 내지 0.75배인 전극 조립체.
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