Ultrasonic and Laser Welding Technologies on Al/Cu Dissimilar Materials for the Lithium-Ion Battery Cell or Module Manufacturing

Abstract

52 1. 서 론 자동차 산업의 패러다임이 친환경으로 전환되고 있 다. 정부에서 제도적으로 친환경차와 관련된 정책을 추 진하고 있으며, 완성차 업체에서는 전기차 및 하이브리 드 차종의 확대 계획을 발표하고 있다. 이와 같은 정부 주도의 정책 지원과 각종 환경규제 등이 친환경차 시장 의 양적 팽창에 긍정적 역할을 할 것으로 예측된다 1). 전기차 및 하이브리드차의 배터리 팩은 차종에 따라 수백 개에서 수천 개의 셀로 구성되어있다 2). 각각의 셀 은 서로 전기적으로 연결되어야 하므로, 접합부의 성능 이 배터리의 성능 및 품질에 영향을 미친다. 탭과 버스 바에 이용되는 소재는 구리 (무산소동 혹은 탈산동), 알루미늄 등이 있는데 이차전지의 종류 및 극성에 따라 선호되는 소재가 Table 1과 같이 다르기 2) 때문에 동종 또는 이종 소재의 접합기술이 요구된다. 그러나 소재의 비중, 열전도도, 녹는점, 열팽창률 등의 고유 특성의 차 이로 인해 알루미늄과 구리 간의 이종소재 접합은 매우 난해하다. 특히 알루미늄과 구리의 화학적 반응으로 형 성되는 금속간화합물(Intermetallic compound)의 두 께가 2.5 um 이상인 경우 전기전도도가 급격히 떨어 진다는 결과가 보고된 바 있어 3) 금속간화합물의 형성을 최소화 할 필요가 있다. 이들 이종소재의 접합에 전기저항용접, 초음파 용접, 레이저 용접, 기계적 체결 5,6) 등 다양한 공정의 적용이 가능하지만, 초음파 용접이 가장 보편적으로 적용되고 있다 4). Table 2에 나타낸 바와 같이 초음파 용접은 고 상용접이기 때문에 소재에 대한 의존도가 낮아 이종재 료 접합에 강점을 가지고 있기 때문이다. 초음파 용접 Abstract The global technical trend of the automobile industry has been moving to environmental friendly. Typical gasoline cars will be replaced by green cars such as hydrogen, electric and hybrid cars. Therefore, the demand for battery cells is expected to increase remarkably. Welding and joining technologies are key technology for assembling tab to tab or tab to bus bar, and it is important to secure stable and robust joints. This paper provides a comprehensive review of joining technologies for the ultrasonic and laser welding, respectively. It discusses the advantages and disadvantages of the joining technologies for the Al and Cu dissimilar joints as related to battery manufacturing, and discusses corresponding issues.