전동 공구부터 전기 자동차(전기 자동차) 및 휴대용 전자 제품에 이르기까지 모든 것에 사용되는 원통형 리튬 이온 배터리가 제조되는 분주한 공장에서 조용하지만 필수적인 장비가 작동합니다.배터리 스팟 용접기고성능의 안정적인 배터리에 대한 전 세계적인 수요가 급증하고 있으며, 2030년까지 전기차 배터리 시장 규모만 1조 1,000억 달러에 달할 것으로 예상됨에 따라, 이 특수 용접 도구는 효율적이고 고품질의 배터리 생산의 초석이 되었습니다. 이 뉴스 기사에서는 원통형 배터리 스팟 용접기의 중요한 역할과 작동 원리를 분석하여, 전 세계 배터리 공급망을 유지하는 데 스팟 용접기가 필수적인 이유를 밝힙니다.
왜원통형 배터리 스팟 용접기문제: 생산의 핵심 역할
널리 사용되는 18650 및 21700과 같은 원통형 배터리는 일관된 전력을 제공하기 위해 내부 부품 간의 정밀한 연결에 의존합니다. 용융 금속을 사용하여 부품을 접합하는 기존 납땜과 달리, 스팟 용접은 전류의 국부적인 열을 이용하여 강력하고 저항이 낮은 접합을 형성합니다. 따라서 아주 작은 결함이라도 성능 저하나 안전 위험을 초래할 수 있는 배터리 제조에 이상적입니다. 스팟 용접 도구의 가장 중요한 세 가지 역할은 다음과 같습니다.
1. 전류 수집기를 전극에 연결
모든 원통형 배터리의 핵심은 양극, 음극, 분리막 층이 촘촘하게 감겨 있는 젤리롤("젤리롤")입니다. 이 젤리롤에서 전력을 추출하려면 얇은 금속 집전체(일반적으로 양극은 구리, 음극은 알루미늄)를 배터리 상단 및 하단 캡("terminals"라고 함)에 단단히 부착해야 합니다. 원통형 배터리 스팟 용접기는 집전체와 단자에 짧고 고강도의 전기 펄스를 전달하여 접점을 녹여 금속 접합을 형성합니다.
"이 단계는 배터리 성능의 성패를 좌우한다고 국제 첨단 재료 연구소(국제적인 고급의 재료 학회)의 배터리 제조 전문가인 엘레나 마르케스 박사는 설명합니다. 으아아아 이 부분의 용접이 약하면 저항이 발생하여 에너지를 열로 낭비하고 배터리 수명을 단축시킵니다. 스팟 용접기는 접합부를 강하고 균일하게 유지하는데, 이는 10년 이상 사용해야 하는 전기 자동차 배터리에 매우 중요합니다. 으아아아
2. 배터리 팩 조립
단일 원통형 배터리는 단독으로 작동하는 경우가 거의 없습니다. 보조 배터리, 전기 자전거, 전기 자동차와 같은 기기는 수십 또는 수백 개의 셀을 서로 연결한 배터리 팩(으아아아)을 필요로 합니다. 스팟 용접기는 원통형 셀을 금속 버스바(팩 전체에 전류를 분배하는 전도성 스트립)에 연결하는 데 사용됩니다. 수동 배선과 달리 스팟 용접은 에너지 손실을 최소화하고 고전압 팩의 주요 안전 문제인 과열 위험을 줄여주는 매끄럽고 저항이 낮은 연결을 제공합니다.
3. 안전성과 신뢰성 확보
배터리는 내부 부품이 변위되거나 단락되면 고장이 발생하기 쉽습니다. 스팟 용접기는 움푹 패인 곳을 지나가는 전기차의 진동부터 주머니에 든 스마트폰의 온도 변화까지, 다양한 외부 요인에도 견딜 수 있는 견고하고 변조 방지 연결부를 만들어 안전에 기여합니다. 또한, 최신 스팟 용접기에는 용접 품질을 실시간으로 모니터링하는 센서가 내장되어 있습니다. 용접부가 너무 약하거나 너무 뜨거워서 분리막이 손상될 수 있는 경우, 기계가 작업자에게 경고하여 결함 있는 배터리가 시장에 출시되는 것을 방지합니다.
배터리 안전 컨소시엄(배터리 안전 협회)이 2024년에 실시한 연구에 따르면 지난 5년 동안 배터리 리콜의 82%가 전기 연결 불량으로 인해 발생했으며, 이는 스팟 용접공이 안전 게이트키퍼 역할을 한다는 것을 보여줍니다.
원통형 배터리 스팟 용접기 작동 원리: 스파크의 과학
스팟 용접은 단순한 스파크 앤 본딩(불꽃 그리고 본딩) 공정처럼 보일 수 있지만, 정밀한 물리학과 공학적 기술이 필요합니다. 원통형 배터리 응용 분야에 맞춰 스팟 용접의 작동 원리를 단계별로 분석해 보겠습니다.
1단계: 작업물 준비
먼저, 원통형 배터리 구성 요소(예: 집전체와 단자, 또는 셀과 버스바)를 두 개의 금속 전극(종종 전기 전도도가 우수하고 열 손상에 강한 구리 합금으로 제작됨) 사이에 배치합니다. 전극은 원통형 배터리에 맞춰 제작되며, 셀의 둥근 표면에 맞춰 곡선으로 제작되어 용접 대상 부품과 완전히 접촉하도록 합니다.
2단계: 압력 가하기
스팟 용접기의 기계식 암은 제어된 힘(원통형 셀의 경우 일반적으로 5~50뉴턴)으로 전극을 작업물에 압착합니다. 이 압력은 두 재료 사이의 밀착을 보장하여 전류 흐름을 막거나 용접부를 약하게 만드는 틈을 제거합니다. 용접 장비 제조업체 아마다 미야치의 엔지니어인 마크 첸은 "압력은 전류만큼 중요합니다."라고 말합니다. "압력이 너무 낮으면 금속을 가열하는 대신 아크가 발생하고, 너무 높으면 섬세한 배터리 부품이 파손됩니다."
3단계: 용접 전류 공급
압력이 가해지면 용접기는 전극을 통해 짧고 높은 암페어(1,000~10,000 암페어)의 전류를 작업물에 흘립니다. 전류는 전기 저항이 높은 두 재료의 접점을 통해 흐릅니다. 이 저항은 전기 에너지를 열로 변환하여 온도를 1,500~2,000°C(배터리에 사용되는 대부분의 금속을 녹일 수 있는 온도)까지 빠르게 상승시킵니다.
결정적으로, 전류는 연속적인 흐름이 아닌 펄스(일반적으로 10~100밀리초 길이)로 전달됩니다. 이 펄스 용접은 과열을 방지합니다. 짧은 순간의 폭발로 재료 표면만 녹여 배터리 내부 분리막(약 130°C에서 녹음)이나 전해액(고온에서 분해됨)의 손상을 방지합니다.
4단계: 냉각 및 결합 형성
전류 펄스가 끝나자마자 전극은 몇 밀리초 동안 작업물에 밀착되어 용융 금속이 냉각되고 응고되어 강력한 결정 결합("nugget"라고 함)을 형성합니다. 또한 전극은 과도한 열을 흡수하여 냉각 속도를 높입니다. 그 결과, 다음과 같은 용접이 완성됩니다.
견고함: 최대 50뉴턴의 인장력을 견딜 수 있습니다(거친 사용 중에도 배터리를 고정할 수 있을 만큼 충분함).
낮은 저항: 최소한의 에너지 손실(일반적으로 <5 밀리옴)로 전기를 전도합니다.
비침습적: 주변 배터리 구성 요소를 손상시키지 않습니다.
5단계: 품질 검사
최신 원통형 배터리 스팟 용접기는 전압 모니터, 열화상 카메라, 초음파 스캐너 등 첨단 센서를 통합하여 용접 품질을 확인합니다. 예를 들어, 전압 센서는 용접부의 전기 저항을 측정합니다. 저항이 너무 높으면 접합력이 약하다는 것을 나타냅니다. 열화상 카메라는 열이 분리막으로 확산되지 않았는지 확인합니다. 용접부에 결함이 발견되면 자동 경고가 울리고 배터리는 생산 라인에서 제거됩니다.
원통형 배터리 스팟 용접의 혁신: 새로운 산업 요구 충족
배터리 기술이 발전함에 따라(예: 4680 형식), 더 높은 전압, 더 민감한 소재 등 더 큰 셀이 사용됨에 따라 스팟 용접기 또한 이에 적응하고 있습니다. 시장을 형성하는 세 가지 주요 혁신은 다음과 같습니다.
1. 초정밀 접합을 위한 레이저 스팟 용접기
기존의 저항 스팟 용접기는 대부분의 원통형 셀에 적합하지만, 새로운 레이저 스팟 용접기가 고급 응용 분야에서 인기를 얻고 있습니다. 이 용접기는 전류 대신 집중된 레이저 빔을 사용하여 용접 영역을 가열하여 열과 접합 크기를 더욱 정밀하게 제어할 수 있습니다.
"레이저 스팟 용접기는 더 얇은 전류 수집기(최소 5μm)를 사용하는 차세대 원통형 셀에 적합하다고 마르케스 박사는 말합니다. "이 용접기는 섬세한 금속판을 손상시키지 않으면서 더 작고 깨끗한 용접부를 만듭니다. 이는 신뢰성이 타협할 수 없는 의료 기기나 항공우주 분야의 배터리에 매우 중요합니다. 으아아아 아이피지 Photonics와 같은 회사는 현재 원통형 배터리에 맞춤형으로 제작된 레이저 스팟 용접기를 제공하고 있으며, 도입률은 연간 25%씩 증가하고 있습니다.
2. 일체 포함 기반 자동화 시스템
전기 자동차 생산량 증가에 발맞춰 제조업체들은 일체 포함 기반 스팟 용접 로봇을 도입하고 있습니다. 이 시스템은 머신러닝을 활용하여 용접 매개변수(전류, 압력, 펄스 길이)를 실시간으로 최적화하고, 배터리 부품의 변화(예: 집전체 두께의 미세한 차이)에 적응합니다.
예를 들어, 중국 배터리 거대 기업 CATL의 새로운 "스마트 웰드드드흐흐 시스템은 AI를 사용하여 각 21700 셀의 매개변수를 조정하여 용접 결함을 40% 줄이고 생산 속도를 20% 높입니다. "AI는 '획일적인' 프로세스를 개인화된 프로세스로 전환합니다. "는 CATL 엔지니어가 말했습니다. "이를 통해 2026년까지 500GWh의 배터리 수요를 충족할 것입니다. 으아아아
3. 친환경 용접 기술
지속가능성은 혁신의 원동력이기도 합니다. 기존 스팟 용접기는 많은 양의 에너지(시간당 최대 10kWh)를 소비하지만, 새로운 에너지 회수(DDDHH) 모델은 잉여 전기 에너지를 포집하여 재활용하여 소비량을 30% 절감합니다. 또한, 공랭식 대신 수냉식 전극을 사용하여 열 낭비를 줄이고, 무연 구리 합금을 사용하여 기계 재활용을 용이하게 합니다.
2027년까지 친환경 제조를 의무화하는 유럽연합의 새로운 배터리 규정은 이러한 친환경 점용접기의 도입을 가속화하고 있습니다. "제조업체는 규정 준수나 브랜드 평판을 위해 지속 가능성을 무시할 여유가 없습니다.라고 Chen은 말합니다.
원통형 배터리 스팟 용접기의 미래
세계가 전기화로 전환됨에 따라 원통형 배터리 스팟 용접기의 역할은 더욱 커질 것입니다. 전문가들은 전기차 및 에너지 저장 수요 증가에 힘입어 2030년까지 전 세계 원통형 배터리 스팟 용접기 시장 규모가 87억 달러에 이를 것으로 예측합니다. 고체 배터리 용접: 차세대 고체 원통형 배터리는 리튬 금속 음극과 같은 신소재를 사용하는 스팟 용접기를 필요로 하며, 이로 인해 더욱 낮은 발열과 더욱 높은 정밀도가 요구됩니다.
"결국 모든 안정적인 배터리는 좋은 용접에서 시작됩니다.라고 마르케스 박사는 말합니다. "원통형 배터리 스팟 용접기는 새로운 배터리 화학 물질만큼 화려하지는 않지만 에너지 전환의 중추입니다. 이것 없이는 자동차, 집, 그리고 미래에 전력을 공급하는 배터리를 만들 수 없습니다.으아아아
