KR20160019287A - 초음파 용접 장치, 이를 이용한 이차 전지 제조 방법 및 그 이차 전지 - Google Patents

초음파 용접 장치, 이를 이용한 이차 전지 제조 방법 및 그 이차 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면은 전극 리드와 전극 탭을 용접하는 초음파 용접 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 용접 장치는, 초음파를 발생시키는 초음파 발진부, 및 상기 초음파 발진부에 연결되어 이차 전지의 음극 리드와 양극 리드에 음극 탭과 양극 탭을 각각 배치하고 가압하면서 초음파 용접하는 혼을 포함하며, 상기 혼은 상기 음극 탭과 상기 양극 탭을 각각 가압하는 음극 혼과 양극 혼을 포함하고, 상기 음극 혼과 상기 양극 혼은 바디에 일체로 구비되고 서로 다른 모양의 가압 패턴을 가진다.

Description

초음파 용접 장치, 이를 이용한 이차 전지 제조 방법 및 그 이차 전지 {ULTRASONIC WELDING DEVICE, RECHARGEABLE BATTERY MANUFACTURING METHOD USING THE SAME, AND RECHARGEABLE BATTERY THEREOF}
본 기재는 파우치의 외부에서 전극 리드와 전극 탭을 용접하는 초음파 용접 장치, 이를 이용한 이차 전지 제조 방법 및 그 이차 전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발에 따라 에너지원으로써 이차 전지의 수요가 증가되고 있다. 예를 들면, 이차 전지는 원통형, 각형 및 파우치형으로 구분될 수 있다.
파우치형 이차 전지는 파우치 내부에 전극 조립체를 수용하여, 전극의 무지부에 연결되는 전극 리드를 파우치의 외부로 인출하고, 이 전극 리드에 전극 탭을 용접하여 형성된다.
이때, 전극 리드와 전극 탭은 초음파 용접으로 연결된다. 양극 리드는 양극 집전체인 알루미늄으로 형성되고, 음극 리드는 음극 집전체인 구리로 형성된다. 재질이 다르므로 양극 리드에 양극 탭을 용접하는 조건과 음극 리드에 음극 탭을 용접하는 조건이 서로 다르게 된다. 그러나 초음파 용접 장치는 동일 구조의 혼(horn)을 사용한다.
즉 초음파 용접 장치는 용접 조건의 차이에도 불구하고 동일 구조의 혼을 사용함으로써, 양극 리드에 양극 탭을 용접하는 공정과 음극 리드에 음극 탭을 용접하는 공정을 별도로 진행하게 된다.
또한, 파우치형 이차 전지에서 양, 음극 리드가 파우치의 일측으로 나란하게 돌출되고, 양, 음극 리드 간의 간격이 근접하게 설정됨에도 불구하고, 용접 방법은 혼을 이동시키면서 양, 음극 리드에 양, 음극 탭 각각을 별도의 공정으로 용접한다. 즉 용접 시간이 길어진다.
또한, 초음파 용접 장치에서 양, 음극 리드에 양, 음극 탭을 용접하는 용접 조건을 서로 다르게 설정하므로 용접 방법 및 이차 전지의 제조 방법이 복잡해진다.
본 발명의 일 측면은 전극 리드(음, 양극 리드)와 전극 탭(음, 양극 탭)을 용접하는 초음파 용접 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 측면은 상기 초음파 용접 장치를 이용한 이차 전지 제조 방법을 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 다른 측면은 상기의 초음파 용접 장치 및 상기 제조 방법으로 제조된 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 용접 장치는, 초음파를 발생시키는 초음파 발진부, 및 상기 초음파 발진부에 연결되어 이차 전지의 음극 리드와 양극 리드에 음극 탭과 양극 탭을 각각 배치하고 가압하면서 초음파 용접하는 혼을 포함하며, 상기 혼은 상기 음극 탭과 상기 양극 탭을 각각 가압하는 음극 혼과 양극 혼을 포함하고, 상기 음극 혼과 상기 양극 혼은 바디에 일체로 구비되고 서로 다른 모양의 가압 패턴을 가진다.
상기 음극 혼의 가압 패턴은, 상기 양극 혼의 가압 패턴 보다 낮은 밀도로 형성될 수 있다.
상기 음극 혼에서 가압 패턴의 피치는 0.4~0.8mm로 형성되고, 상기 양극 혼에서 가압 패턴의 피치는 0.1~0.3mm로 형성될 수 있다.
상기 음극 혼과 상기 양극 혼에서, 상기 가압 패턴의 모서리 라인은 진폭 방향과 평행 및 직교하여 형성될 수 있다.
상기 음극 혼의 가압 패턴의 끝은 상기 양극 혼의 가압 패턴의 끝보다 더 무디게 형성될 수 있다.
상기 음극 혼과 상기 양극 혼에서, 상기 가압 패턴의 모서리 라인이 서로 다른 방향으로 형성될 수 있다.
상기 음극 혼에서 상기 가압 패턴의 모서리 라인은 진폭 방향과 평행 및 직교하고, 상기 양극 혼에서 상기 가압 패턴의 모서리 라인은 상기 진폭 방향에 대하여 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
상기 바디는 사각기둥을 형성하고, 상기 혼은 상기 바디의 4면에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 용접 장치를 이용한 이차 전지 제조 방법은. 연속적으로 공급되는 중간재를 음극 탭과 양극 탭을 절단하는 제1단계, 절단된 상기 음극 탭과 상기 양극 탭을 이차 전지의 음극 리드와 양극 리드에 각각 포개어 배치하는 제2단계, 및 포개어진 음극 탭과 상기 양극 탭을 초음파 용접 장치에 일체로 형성되는 음극 혼과 양극 혼으로 가압하면서 초음파 용접하는 제3단계를 포함한다.
상기 제1단계는 상기 음극 탭과 상기 양극 탭을 라미네이션 테이프로 연결한 상태로 상기 음극 탭과 상기 양극 탭을 절단할 수 있다.
상기 제2단계는 상기 음극 리드와 상기 양극 리드에 각각 포개어진 상기 음극 탭과 상기 양극 탭에 상기 라미네이션 테이프를 더 포갤 수 있다.
상기 제3단계는 바디에 일체로 구비되고 서로 다른 밀도의 가압 패턴을 가지는 상기 음극 혼과 상기 양극 혼으로 초음파 용접할 수 있다.
상기 제3단계는 바디에 일체로 구비되고 상기 가압 패턴의 모서리 라인이 서로 다른 방향으로 형성되는 상기 음극 혼과 상기 양극 혼으로 초음파 용접할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치, 상기 파우치에 수용되어 상기 전극 조립체의 음극 무지부와 양극 무지부에 각각 연결되고 상기 파우치 외부로 돌출되는 음극 리드와 양극 리드, 및 상기 음극 리드와 상기 양극 리드에 포개어져 초음파 용접으로 연결되는 음극 탭과 양극 탭을 포함하며, 상기 음극 리드와 상기 음극 탭을 연결하는 음극 연결 패턴과 상기 양극 리드와 상기 양극 탭을 연결하는 양극 연결 패턴은 서로 다른 형상으로 이루어진다.
상기 음극 연결 패턴은 상기 양극 연결 패턴 보다 낮은 밀도로 형성될 수 있다.
상기 음극 연결 패턴과 상기 양극 연결 패턴에서, 패턴 라인은 진폭 방향과 평행 및 직교하여 형성될 수 있다.
상기 음극 연결 패턴과 상기 양극 연결 패턴에서, 패턴 라인은 서로 다른 방향으로 형성될 수 있다.
상기 음극 연결 패턴에서 패턴 라인은 진폭 방향과 평행 및 직교하고, 상기 양극 연결 패턴에서 패턴 라인은 상기 진폭 방향에 대하여 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
상기 음극 리드와 상기 양극 리드는 라미네이션 테이프로 서로 연결될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예는 음, 양극 혼을 바디에 일체로 구비하고 서로 다른 모양의 가압 패턴을 구비하므로 음, 양극 리드에 음, 양극 탭을 동일한 조건으로 초음파 용접할 수 있다. 예를 들면, 음, 양극 혼에서 이루어지는 용접 시간과 진폭이 동일할 수 있다. 따라서 용접 시간이 단축되고, 용접 공정이 간단해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 용접 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 초음파 용접 장치로 전극 탭을 용접하기 직전 상태의 사시도이다.
도 3은 도 1의 초음파 용접 장치에 적용되는 혼의 평면도이다.
도 4는 도 1의 초음파 용접 장치로 용접된 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 이차 전지의 사시도이다.
도 6은 도 1의 초음파 용접 장치로 도 5의 이차 전지에 전극 리드에 용접될 전극 탭과 라미네이션 테이프의 사시도이다.
도 7은 도 2의 상태에서 전극 탭을 전극 리드에 배치한 상태도이다.
도 8은 도 7의 상태에서 초음파 용접 장치로 용접한 상태의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 용접 장치에 적용되는 혼의 평면도이다.
도 10은 도 9의 초음파 용접 장치로 전극 탭을 전극 리드에 용접한 상태의 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 용접 장치의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 제1실시예의 초음파 용접 장치는 초음파를 발생시키는 초음파 발진부(10), 및 초음파 발진부(10)에 연결되어 초음파 용접하는 혼(20)을 포함한다.
일례를 들면, 초음파 발진부(10)는 60Hz의 AC 전류를 20kHz 이상의 고주파 전류로 변환시키고, 전기적 에너지를 기계적 에너지인 초음파로 변환시키며, 초음파를 증폭시켜 혼(20)으로 전달한다.
도 2는 도 1의 초음파 용접 장치로 전극 탭을 용접하기 직전 상태의 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 혼(20)은 초음파 발진부(10)에 연결되어 이차 전지(100)의 전극 리드(음극 리드(14)와 양극 리드(15))에 전극 탭(음극 탭(34)과 양극 탭(35))을 배치하고 가압하면서 초음파 용접하도록 구성된다.
혼(20)은 음극 탭(34)과 양극 탭(35)을 각각 가압하는 음극 혼(21)과 양극 혼(22)을 포함한다. 음극 혼(21)과 양극 혼(22)은 바디(23)에 일체로 구비되고 서로 다른 모양의 가압 패턴(P1, P2)을 가진다.
바디(23)는 사각기둥을 형성하며, 음, 양극 혼(21, 22)은 바디(23)의 4면에 형성되어 있다. 즉 바디(23)에는 음, 양극 혼(21, 22) 4쌍이 구비되어 있으므로 일측의 음, 양극 혼(21, 22)이 마모되었을 때, 바디(23)의 다른 면에 구비된 음, 양극 혼(21, 22)이 즉시 사용될 수 있다. 따라서 음, 양극 혼(21, 22)의 교체에 따른 시간이 단축될 수 있다.
도 3은 도 1의 초음파 용접 장치에 적용되는 혼의 평면도이다. 도 3을 참조하면, 음극 혼(21)의 가압 패턴(P1)은 양극 혼(22)의 가압 패턴(P2) 보다 낮은 밀도로 형성된다.
일례를 들면, 음극 혼(21)에서 가압 패턴(P1)의 피치(P11)는 0.4~0.8mm로 형성되고, 양극 혼(22)에서 가압 패턴(P2)의 피치(P21)는 0.1~0.3mm로 형성될 수 있다.
음극 리드(14)는 Cu로 형성되고, 양극 리드(15)는 Al로 형성되므로 강도가 더 약한 양극 리드(15)가 음극 리드(14)보다 더 쉽게 손상될 수 있다. 양극 혼(22)의 가압 패턴(P2)이 음극 혼(21)의 가압 패턴(P1)보다 높은 밀도로 형성하므로 초음파 용접시 음극 리드(14)에 비하여 양극 리드(15)의 찢어짐과 혼 엔빌(horn anvil)에 눌러 붙음이 방지될 수 있다.
음, 양극 혼(21, 22)은 사각뿔로 형성되며, 이때, 사각뿔로 형성되는 가압 패턴(P1, P2)의 모서리 라인(L1, L2)은 바디(23)의 진폭 방향(A, 도 3의 상하 방향)과 평행 및 직교하여 형성된다. 이때. 가압 패턴(P1, P2)의 외곽은 진폭 방향(A)에 대하여 제1각도(θ1)와 제2각도(θ2)로 경사지게 형성된다. 제1실시예서 제1각도(θ1)와 제2각도(θ2)는 동일 크기로 설정된다.
음극 혼(21)의 가압 패턴(P1)의 끝은 양극 혼(22)의 가압 패턴(P2)의 끝보다 더 무디게 형성될 수 있다. 즉 양극 혼(22)의 가압 패턴(P2)의 끝이 음극 혼(21)의 가압 패턴(P1)의 끝보다 더 뾰족하게 형성된다. 따라서 Cu로 형성되는 음극 리드(14)보다 Al로 형성되어 강도가 더 약한 양극 리드(15)가 초음파 용접시 찢어질 가능성이 줄어들 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 및 전극 조립체(110)를 내장하는 파우치(120)를 포함한다.
전극 조립체(110)는 세퍼레이터(113)를 사이에 두고 제1전극(편의상 "음극"이라 한다)(11)과 제2전극(편의상, "양극"이라 한다)(12)을 배치하여 수회 권취하여 두께가 얇은 젤리롤 형태로 이루어진다. 세퍼레이터(13)는 리튬 이온을 통과시키는 폴리머 필름으로 형성될 수 있다.
전극 조립체(110)는 음, 양극(11, 12)에 각각 연결되는 제1 전극 리드(편의상, "음극 리드"이라 한다)(14)와 제2 전극 리드(편의상, "양극 리드"이라 한다)(15)를 더 포함한다.
음극(11)은 금속 박판의 집전체에 활물질을 도포한 코팅부(11a), 및 활물질을 도포하지 않아 노출된 진접체로 설정되는 무지부(11b)를 포함한다. 예를 들면, 음극(11)의 집전체 및 음극 리드(34)는 Cu로 형성될 수 있다.
양극(12)은 음극(11)의 활물질과 다른 활물질을 금속 박판의 집전체에 도포한 코팅부(12a), 및 활물질을 도포하지 않아 노출된 집전체로 설정되는 무지부(12b)를 포함한다. 예를 들면, 양극(12)의 집전체 및 양극 리드(35)는 Al로 형성될 수 있다.
음극 리드(14)는 음극(11)의 무지부(11b)에 연결되고, 양극 리드(15)는 음극 리드(14)와 이격되어 양극(12)의 무지부(12b)에 연결된다. 음, 양극 리드(14, 15)는 전극 조립체(10)의 동일 측면(도 1 및 도 2의 좌측)으로 인출되어 각각 배치된다. 도시하지 않았지만, 음, 양극 리드는 전극 조립체의 서로 반대 측면(도 1 및 도 2의 좌, 우측)으로 각각 배치될 수도 있다.
파우치(120)는 전극 조립체(110)를 수용하고, 그 외곽부를 열융착하여 이차 전지(100)를 형성한다. 이때, 음, 양극 리드(14, 15)는 절연부재(16, 17)로 피복되어, 융착된 부분을 통하여 파우치(120) 밖으로 인출된다. 즉 절연부재(16, 17)는 음, 양극 리드(14, 15)를 전기적으로 절연하고, 음, 양극 리드(14, 15)와 파우치(120)를 전기적으로 절연한다.
파우치(120)는 전극 조립체(110)의 외부를 감싸는 다층 시트 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 파우치(120)는 내면을 형성하며 절연 및 열융착 작용하는 폴리머 시트(121), 외면을 형성하여 보호 작용하는 PET(polyethyleneterephthalate) 시트, 나일론 시트 또는 PET-나일론 복합 시트(122)(이하에서, 편의상 "나일론 시트"를 예로 설명한다), 및 기계적인 강도를 제공하는 금속 시트(123)를 포함한다. 금속 시트(123)는 폴리머 시트(21)와 나일론 시트(122) 사이에 개재되며, 일례인 알루미늄 시트로 형성될 수 있다.
파우치(120)는 전극 조립체(110)를 수용하는 제1외장재(201), 및 전극 조립체(110)를 덮고 전극 조립체(110)의 외측에서 제1외장재(201)에 열융착되는 제2외장재(202)를 포함한다. 제1, 제2외장재(201, 202)는 동일한 층구조의 폴리머 시트(121), 나일론 시트(122) 및 금속 시트(123)로 형성될 수 있다.
예를 들면, 제1외장재(201)는 전극 조립체(110)를 수용하도록 오목 구조로 형성되고, 제2외장재(202)는 제1외장재(201)에 수용된 전극 조립체(110)를 덮을 수 있도록 평평하게 형성되어 있다. 도시하지 않았으나 제2외장재는 제1외장재에 연결될 수도 있다.
이하에서는 초음파 용접 장치를 이용한 이차 전지 제조 방법 및 이차 전지에 대하여 같이 설명한다.
제1실시예에 따른 초음파 용접 장치를 이용한 이차 전지 제조 방법은 중간재(341, 351)를 음, 양극 탭(34, 35)로 절단하는 제1단계(도 6 참조), 음, 양극 리드(14, 15)에 음, 양극 탭(34, 35)을 포개어져 배치하는 제2단계(도 7 참조), 음, 양극 탭(34, 35)를 포개어 음, 양극 혼(21, 22)으로 가압하면서 초음파 용접하는 제3단계를 포함한다.
도 6은 도 1의 초음파 용접 장치로 도 5의 이차 전지에 전극 리드에 용접될 전극 탭과 라미네이션 테이프의 사시도이다. 도 6을 참조하면, 음, 양극 리드(14, 15)에 용접될 음, 양극 탭(34, 35)의 중간재(341, 351)와 라미네이션 테이프(37)가 도시되어 있다.
음, 양극 탭(34, 35)의 중간재(341, 351)는 라미네이션 테이프(37)로 서로 연결되어 음, 양극 리드(14, 15)에 대응하는 간격(G)으로 유지되어 연속적으로 공급되며, 음, 양극 탭(34, 35)의 길이로 절단 후 사용된다(제1단계).
제1단계는 음, 양극 탭(34, 35)을 라미네이션 테이프(37)로 연결한 상태로 음, 양극 탭(34, 35)을 절단한다. 라미네이션 테이프(37)는 중간재(341, 351)에서 절단된 음, 양극 탭(34, 35)의 별도 취급을 방지하여, 음, 양극 탭(34, 35)의 취급을 용이하게 한다.
또한 이차 전지(100)의 크기가 1*1cm인 경우, 음, 양극 리드(14, 15)의 간격(G)이 매우 근접된 1cm 이하이므로 음, 양극 탭(34, 35)을 음, 양극 리드(14, 15)에 1회의 공정으로 용접할 수 있게 한다.
도 7은 도 2의 상태에서 전극 탭을 전극 리드에 배치한 상태도이다. 도 7을 참조하면, 중간재(341, 351)에서 절단된 음, 양극 탭(34, 35)은 이차 전지(100)의 음, 양극 리드(14, 15)에 각각 포개어져 배치된다(제2단계).
제2단계는 음, 양극 리드(14, 15)에 각각 포개어진 음, 양극 탭(34, 35)에 라미네이션 테이프(37)를 더 포개어 배치한다.
도 2 및 도 7을 참조하면, 음, 양극 리드(14, 15)에 포개어진 음, 양극 탭(34, 35)을 초음파 용접 장치에 일체로 형성되는 음, 양극 혼(21, 22)으로 가압하면서 초음파 용접한다(제3단계). 제3단계는 바디(23)에 일체로 구비되고 서로 다른 모양의 가압 패턴(P1, P2)을 가지는 음, 양극 혼(21, 22)으로 초음파 용접한다.
일례를 들면, 음, 양극 혼(21, 22)을 통하여 음, 양극 리드(14, 15)를 가압하는 압력이 0.05 ~ 0.15 MPa이고, 진폭(Amplitude)이 40 ~ 70%이며, 용접 시간이 0.04 ~ 0.1sec이고, 음극 탭(34)에 대응하는 가압 패턴(P1)의 피치(P11)가 0.4 ~ 0.8mm이며, 양극 탭(35)에 대응하는 가압 패턴(P2)의 피치(P21)가 0.1~0.3 mm 이다.
더 구체적으로는 압력이 0.1MPa, 진폭이 55%, 용접 시간이 0.07sec이며, 음극 탭(34)에 대응하는 가압 패턴(P1)의 피치(P11)가 0.6 mm이며, 양극 탭(35)에 대응하는 가압 패턴(P2)의 피치(P21)가 0.2일 수 있다.
도 8은 도 7의 상태에서 초음파 용접 장치로 용접한 상태의 평면도이다. 도 8을 참조하면, 음극 리드(14)와 음극 탭(34)은 서로 연결하는 음극 연결 패턴(P12)과 양극 리드(15)와 양극 탭(35)은 서로 연결하는 양극 연결 패턴(P22)를 가진다.
이차 전지(100)에서 음극 연결 패턴(P12)은 양극 연결 패턴(P22) 보다 낮은 밀도로 형성된다. 음극 연결 패턴(P12)과 양극 연결 패턴(P22)에서, 패턴 라인(PL1, PL2)은 진폭 방향과 평형 및 직교하게 형성된다.
또한, 음극 리드(14)와 양극 리드(15)는 라미네이션 테이프(37)로 서로 연결되며, 음극 연결 패턴(P12)과 양극 연결 패턴(P22)은 라미네이션 테이프(37)로 피복된다. 따라서 이차 전지 제조 방법은 음, 양극 리드(14, 15)에 라미네이션 테이프(37)를 부착하는 별도의 공정을 필요로 하지 않는다.
이하 본 발명의 제2실시예에 대하여 설명한다. 제1실시예와 동일한 구성에 대하여 설명을 생략하고 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 용접 장치에 적용되는 혼의 평면도이다. 도 9를 참조하면, 제2실시예에서, 음극 혼(51)과 양극 혼(52)은 가압 패턴(P5, P6)의 모서리 라인(L5, L6)이 서로 다른 방향으로 형성된다.
일례를 들면, 음극 혼(51)에서 가압 패턴(P5)의 모서리 라인(L5)은 진폭 방향(A)과 평행 및 직교하고, 양극 혼(52)에서 가압 패턴(P6)의 모서리 라인(L6)은 진폭 방향에 대하여 제3각도(θ3)로 경사지게 형성된다. 즉 양극 혼(52)에서 가압 패턴(P6)의 모서리 라인(L6)은 가압 패턴(P6)의 대각선 방향으로 형성된다.
제2실시예에 따른 초음파 용접 장치를 이용한 이차 전지 제조 방법에서, 제3단계는 바디(23)에 일체로 구비되고 가압 패턴(P5, P6)의 모서리 라인(L5, L6)이 서로 다른 방향으로 형성되는 음극 혼(51)과 양극 혼(52)으로 초음파 용접한다.
도 10은 도 9의 초음파 용접 장치로 전극 탭을 전극 리드에 용접한 상태의 평면도이다. 도 10을 참조하면, 이차 전지(500)에서 음극 연결 패턴(P52)과 양극 연결 패턴(P62)에서, 패턴 라인(PL5, PL6)은 서로 다른 방향으로 형성된다.
음극 연결 패턴(P52)에서 패턴 라인(PL5)은 진폭 방향(A)과 평행 및 직교하고, 양극 연결 패턴(P62)에서 패턴 라인(PL6)은 진폭 방향(A)에 대하여 제3각도(θ3)로 경사지게 형성된다.
음극 리드(14)는 Cu로 형성되고, 양극 리드(15)는 Al로 형성되므로 강도가 더 약한 양극 리드(15)가 음극 리드(14)보다 더 쉽게 손상될 수 있다. 양극 연결 패턴(P62)에서 패턴 라인(PL6)이 진폭 방향(A)에 대하여 제3각도(θ3)로 경사지게 형성되므로 초음파 용접시 음극 리드(14)에 비하여 양극 리드(15)의 찢어짐이 방지될 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 초음파 발진부 11, 12: 제1, 제2전극(음, 양극)
11a, 12a: 코팅부 11b, 12b: 무지부
14: 제1 전극 리드(음극 리드) 15: 제2 전극 리드(양극 리드)
16, 17: 절연부재 20: 혼
21, 51: 음극 혼 22, 52: 양극 혼
23: 바디 34, 35: 전극 탭(음, 양극 탭)
37: 라미네이션 테이프 100, 500: 이차 전지
110: 전극 조립체 113: 세퍼레이터
120: 파우치 121: 폴리머 시트
122: 나일론 시트 123: 금속 시트
201, 203: 제1, 제2외장재 341, 351: 중간재
G: 간격 L1, L2, L5, L6: 모서리 라인
P1, P2, P5, P6: 가압 패턴 P11, P21: 피치
P12, P52: 음극 연결 패턴 P22, P62: 양극 연결 패턴
PL1, PL2, PL5, PL6: 패턴 라인 θ1, θ2, θ3: 제1, 제2, 제3각도

Claims (19)

  1. 초음파를 발생시키는 초음파 발진부; 및
    상기 초음파 발진부에 연결되어 이차 전지의 음극 리드와 양극 리드에 음극 탭과 양극 탭을 각각 배치하고 가압하면서 초음파 용접하는 혼을 포함하며,
    상기 혼은,
    상기 음극 탭과 상기 양극 탭을 각각 가압하는 음극 혼과 양극 혼을 포함하고,
    상기 음극 혼과 상기 양극 혼은,
    바디에 일체로 구비되고 서로 다른 모양의 가압 패턴을 가지는 초음파 용접 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 음극 혼의 가압 패턴은,
    상기 양극 혼의 가압 패턴 보다 낮은 밀도로 형성되는 초음파 용접 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 음극 혼에서 가압 패턴의 피치는 0.4~0.8mm로 형성되고,
    상기 양극 혼에서 가압 패턴의 피치는 0.1~0.3mm로 형성되는 초음파 용접 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 음극 혼과 상기 양극 혼에서,
    상기 가압 패턴의 모서리 라인은 진폭 방향과 평행 및 및 직교하여 형성되는 초음파 용접 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 음극 혼의 가압 패턴의 끝은
    상기 양극 혼의 가압 패턴의 끝보다 더 무디게 형성되는 초음파 용접 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 음극 혼과 상기 양극 혼에서,
    상기 가압 패턴의 모서리 라인이 서로 다른 방향으로 형성되는 초음파 용접 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 음극 혼에서 상기 가압 패턴의 모서리 라인은 진폭 방향과 평행 및 직교하고,
    상기 양극 혼에서 상기 가압 패턴의 모서리 라인은 상기 진폭 방향에 대하여 각도로 경사지게 형성되는 초음파 용접 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 바디는 사각기둥을 형성하고,
    상기 혼은 상기 바디의 4면에 형성되는 초음파 용접 장치.
  9. 연속적으로 공급되는 중간재를 음극 탭과 양극 탭을 절단하는 제1단계;
    절단된 상기 음극 탭과 상기 양극 탭을 이차 전지의 음극 리드와 양극 리드에 각각 포개어 배치하는 제2단계; 및
    포개어진 음극 탭과 상기 양극 탭을 초음파 용접 장치에 일체로 형성되는 음극 혼과 양극 혼으로 가압하면서 초음파 용접하는 제3단계;
    를 포함하는 초음파 용접 장치를 이용한 이차 전지 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1단계는
    상기 음극 탭과 상기 양극 탭을 라미네이션 테이프로 연결한 상태로 상기 음극 탭과 상기 양극 탭을 절단하는 초음파 용접 장치를 이용한 이차 전지 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2단계는,
    상기 음극 리드와 상기 양극 리드에 각각 포개어진 상기 음극 탭과 상기 양극 탭에 상기 라미네이션 테이프를 더 포개는 초음파 용접 장치를 이용한 이차 전지 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제3단계는,
    바디에 일체로 구비되고 서로 다른 밀도의 가압 패턴을 가지는 상기 음극 혼과 상기 양극 혼으로 초음파 용접하는 초음파 용접 장치를 이용한 이차 전지 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제3단계는,
    바디에 일체로 구비되고 상기 가압 패턴의 모서리 라인이 서로 다른 방향으로 형성되는 상기 음극 혼과 상기 양극 혼으로 초음파 용접하는 초음파 용접 장치를 이용한 이차 전지 제조 방법.
  14. 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 파우치;
    상기 파우치에 수용되어 상기 전극 조립체의 음극 무지부와 양극 무지부에 각각 연결되고 상기 파우치 외부로 돌출되는 음극 리드와 양극 리드; 및
    상기 음극 리드와 상기 양극 리드에 포개어져 초음파 용접으로 연결되는 음극 탭과 양극 탭을 포함하며,
    상기 음극 리드와 상기 음극 탭을 연결하는 음극 연결 패턴과
    상기 양극 리드와 상기 양극 탭을 연결하는 양극 연결 패턴은
    서로 다른 모양으로 이루어지는 이차 전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 음극 연결 패턴은,
    상기 양극 연결 패턴 보다 낮은 밀도로 형성되는 이차 전지.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 음극 연결 패턴과 상기 양극 연결 패턴에서,
    패턴 라인은 진폭 방향과 평행 및 직교하여 형성되는 이차 전지.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 음극 연결 패턴과 상기 양극 연결 패턴에서,
    패턴 라인은 서로 다른 방향으로 형성되는 이차 전지.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 음극 연결 패턴에서 패턴 라인은 진폭 방향과 평행 및 직교하고,
    상기 양극 연결 패턴에서 패턴 라인은 상기 진폭 방향에 대하여 각도로 경사지게 형성되는 이차 전지.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 음극 리드와 상기 양극 리드는 라미네이션 테이프로 서로 연결되는 이차 전지.
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