새로운 에너지 저장 기술의 급속한 발전과 함께,리튬 이온 배터리 제조품질은 에너지 밀도, 수명 주기 및 안전성을 직접적으로 결정합니다. 배터리 구성 요소 연결 공정 중에서도,초음파 용접 비열 손상, 높은 접합 강도 및 안정적인 공정 제어 덕분에 탭 및 전극 조립 접합을 위한 핵심 솔루션으로 자리 잡았습니다.
1. 서론
신에너지 자동차 및 에너지 저장 시스템에서 고성능 리튬 이온 배터리에 대한 수요가 증가함에 따라 내부 부품 연결의 신뢰성과 일관성에 대한 요구 사항도 높아졌습니다. 저항 용접 및 레이저 용접과 같은 기존 용접 방식은 과도한 열 입력으로 인해 격막이 손상되거나 탭이 녹거나 접합부 내부 저항이 증가하여 배터리 성능이 저하되는 문제점을 가지고 있습니다.
초음파 용접은 고주파 기계적 진동을 통해 고체 접합을 구현하여 외부 열원을 사용하지 않고 민감한 부품의 열 손상 문제를 해결합니다. 첨단 초음파 용접 장비는 정밀 제어 및 고성능 구조를 통합하여 다양한 배터리 소재 및 구조에 적용할 수 있습니다. 본 논문에서는 배터리 제조 최적화를 지원하기 위한 초음파 용접의 기술적 특성과 응용 효과를 살펴봅니다.
2. 초음파 용접 장비의 핵심 기술적 특징
2.1 정밀 제어 시스템
이 장비는 실시간 용접 모니터링 및 조정을 위해 마이크로프로세서 기반 통합 제어 회로를 채택했습니다. 자동 주파수 추적 기능은 부품 온도 변화 또는 마모로 인한 편차를 동적으로 보정하여 진동 주파수를 최적 범위로 유지함으로써 안정적인 에너지 전달을 보장하고 에너지 낭비나 과열을 방지합니다.
파라미터 조정 시 예압 시간, 용접 시간, 출력 전력 및 압력 유지 시간을 유연하게 설정할 수 있습니다. 사용자 친화적인 HMI(인간-기계 인터페이스)와 간섭 방지 코딩을 통해 전자기 간섭으로 인한 파라미터 오류를 방지하고 산업 환경에서 공정 안정성을 보장합니다.
2.2 고안정성 기계 구조
고정밀 가이드웨이 부품은 용접 헤드 압력 적용 및 진동 전달 중 안정적인 직선 운동을 보장하여 기계적 진동으로 인한 위치 편차를 줄이고 균일한 용접력을 확보하며 응력 집중으로 인한 탭 변형을 방지합니다.
고경도 합금으로 제작되고 고정밀 연삭 가공된 용접 헤드는 마찰력을 높여 충분한 에너지 전달을 가능하게 하는 표면 패턴을 가지고 있으며, 탁월한 내마모성을 제공하여 장기간 대량 생산에서도 일관된 용접 품질을 유지합니다.
2.3 고성능 부품 구성
핵심 부품들은 전반적인 신뢰성을 보장합니다. 에너지 변환 시스템은 높은 전기음향 변환 효율을 가진 고품질 세라믹 칩을 사용하여 전기 에너지를 기계적 진동 에너지로 변환할 때 발생하는 에너지 손실을 최소화합니다. 알루미늄 바와 같은 구조 지지대는 고강도 소재로 제작되어 장기간 고주파 진동에도 변형되지 않습니다.
제어 시스템은 고성능 단일 칩 마이크로프로세서를 탑재하여 다중 채널 센서 신호(압력, 주파수, 시간)를 실시간으로 처리함으로써 폐루프 용접 제어를 수행하고, 각 사이클이 설정된 매개변수를 준수하도록 보장하며 접합 일관성을 향상시킵니다.
3. 리튬 이온 배터리 소재에 맞춘 파라미터 조정
3.1 탭 종류별 용접 매개변수 일치
이 장비는 다양한 탭에 잘 적응합니다. 음극 탭(20μm 알루미늄 호일 5~10겹 + 0.1mm 순수 알루미늄 탭)의 경우, 용접 시간(0.05~2초)과 출력 전력을 조절하여 안정적인 접합을 얻을 수 있습니다. 일반적인 접합 형태로는 3×4mm 3점 용접(길이 25mm) 또는 3×25mm 선형 용접이 있으며, 높은 박리 강도를 보이고 균열이 발생하지 않습니다.
양극 탭(10μm 구리 호일 5~10겹 + 0.1mm 순수 니켈 탭)은 구리의 높은 열전도율과 경도를 기반으로 전력과 압력을 조절하여 가상 용접이나 과용접을 방지하고 낮은 내부 저항과 안정적인 전도성을 보장합니다.
3.2 복합재료 및 덮개판 용접
이 제품은 복합 재료 및 커버 플레이트의 요구 사항을 충족합니다. 알루미늄 커버 플레이트/쉘 바닥을 사용한 알-니 복합 벨트 용접 시, 3×3mm(길이 10mm) 또는 3×4mm(길이 14mm) 크기의 납땜 접합부를 두 그룹으로 구성하고, 밀봉 및 안정성을 보장하기 위해 납땜 포인트(그룹당 6개 또는 9개)를 유연하게 설정할 수 있습니다.
0.1mm 알루미늄 스트립과 1~3mm 알루미늄 커버 플레이트의 경우, 짧은 용접 시간과 적절한 출력으로 3×3mm/3×4mm 단일 지점 용접 또는 3×3mm 이중 지점 용접(길이 8mm)을 구현할 수 있으며, 커버 플레이트의 용융이나 변형이 없고 우수한 기밀성을 제공합니다.
4. 실제 용접 성능 및 품질상의 이점
4.1 우수한 용접 품질
실제로 이 장비는 견고한 접합부, 불완전 용접, 진동 분말 발생 없는 우수한 용접 품질을 보장하며, 내부 단락을 방지합니다. 용접 부위 온도는 다이어프램/절연재의 융점보다 낮아 연소나 변형을 방지합니다. 적절한 매개변수를 통해 탭/전극의 균열을 방지하고 내부 구조의 무결성을 유지합니다.
4.2 대량 생산에 대한 적응성
장기간 대량 생산 과정에서 내마모성이 뛰어난 용접 헤드와 신뢰할 수 있는 부품을 사용하여 일관된 품질을 유지합니다. 제어 시스템의 간섭 방지 및 파라미터 메모리 기능은 신속한 모델 전환을 가능하게 하여 조정 시간을 단축합니다. 고효율 에너지 변환 시스템은 전력 소비를 줄이고, 모듈형 부품은 유지보수를 간소화합니다. 완벽한 사후 관리 시스템(보증, 평생 지원)은 생산의 지속성을 보장합니다.
5. 결론
초음파 용접은 배터리 품질과 효율 향상의 핵심입니다. 정밀 제어, 안정적인 구조, 고성능 부품을 갖춘 이 장비는 다양한 재료와 구조에 적응하며, 견고한 접합, 열 손상 없음, 분말 발생 없음으로 기존 용접의 한계를 극복합니다.
향후 고에너지 밀도 배터리(예: 고체 배터리)의 등장으로 정밀도, 소재 호환성 및 지능형 제어에 대한 요구가 증가할 것입니다. 최적화는 주파수 안정성 향상, 소재 범위 확대, 지능형 모니터링 통합에 중점을 두어 리튬 이온 배터리 산업의 지속 가능한 발전을 지원할 것입니다.
