초음파 vs 레이저 vs 저항, 무엇이 다를까?

👉 탭 용접 방식이 왜 중요할까요?

지난 편에서 탭 용접은 전극의 무지부와 탭(Tab)을 연결해 전류가 외부로 흐를 수 있도록 만드는 공정이라고 말씀드렸는데요. 이 연결 부위는 셀 내부에서 가장 많은 전류가 집중되는 지점입니다. 용접이 제대로 되지 않으면 저항이 커지고 발열이 발생합니다. 심한 경우 단선이나 발화로 이어질 수도 있죠.

그래서 어떤 소재를 어떤 두께로 붙이느냐에 따라 적합한 용접 방식이 달라지는데요. 대표적으로 초음파 용접, 레이저 용접, 저항 용접 세 가지가 현장에서 사용되고 있습니다.

👉 초음파 용접 (Ultrasonic Welding)

초음파 용접(Ultrasonic Welding) 은 단어 그대로 초음파 진동을 이용해 금속을 접합하는 방식인데요. 20~40kHz의 고주파 진동을 금속 표면에 전달하면 마찰열이 발생하면서 두 금속이 원자 단위로 결합됩니다. 흥미로운 점은 금속을 녹이지 않고 붙인다는 점이죠.

특징: 알루미늄(Al)과 구리(Cu) 같은 비철금속 접합에 강합니다. 특히 여러 장의 얇은 박(Foil)을 한 번에 묶어 붙이기에 적합한데요. 파우치형 셀에서 다층 무지부를 탭에 연결할 때 가장 많이 쓰이는 방식입니다.

장점: 열 변형이 거의 없습니다. 모재가 녹지 않으니 접합부 주변에 열영향부(HAZ)가 잘 생기지 않죠. 이종 금속 접합도 가능하고 공정 속도도 빠른 편입니다.

단점: 두꺼운 소재에는 한계가 있는데요. 진동 에너지가 두께를 뚫고 전달되기 어렵기 때문입니다. 또 접촉식 공정이다 보니 공구(Horn)의 마모 관리가 필요합니다.

출처:SINOPRO Ultrasonic Spot Welder SP-DH800

👉 레이저 용접 (Laser Welding)

레이저 용접(Laser Welding) 은 고출력 레이저 빔을 한 점에 집중시켜 금속을 순간적으로 녹여 붙이는 방식입니다. 비접촉식이라는 점이 큰 특징인데요. 공구가 모재에 닿지 않으니 마모 걱정이 없고 좁고 정밀한 부위에도 접근할 수 있습니다.

특징: 원형 셀과 각형 셀의 캡(Cap) 조립부, 모듈/팩 단계의 버스바(Busbar) 용접까지 폭넓게 활용되고 있습니다. 최근에는 그린 레이저나 블루 레이저처럼 구리 흡수율이 높은 파장도 도입되면서 적용 범위가 더 넓어지고 있죠.

장점: 용접 속도가 매우 빠릅니다. 정밀도가 높아서 미세한 패턴도 구현할 수 있는데요. 자동화와 양산에 가장 잘 어울리는 방식이라고 평가받고 있습니다.

단점: 장비 가격이 상대적으로 비쌉니다. 그리고 반사율이 높은 구리나 알루미늄은 레이저 에너지를 튕겨내는 성질이 있어 공정 조건을 정밀하게 잡아야 하는데요. 잘못 설정하면 스패터(Spatter)나 기공(Porosity) 같은 결함이 발생할 수 있습니다.

출처:MDPI

👉 저항 용접 (Resistance Welding)

저항 용접(Resistance Welding) 은 두 금속을 전극 사이에 끼우고 큰 전류를 흘려 그 저항열로 접합하는 방식입니다. 우리가 흔히 아는 점용접(Spot Welding)이 여기에 해당하는데요. 원리가 단순하고 장비 구성도 비교적 간단합니다.

특징: 원통형 셀의 탭과 캔(Can) 연결 같은 비교적 단순한 형상의 접합에 주로 쓰입니다. 니켈(Ni) 도금된 스틸 탭처럼 저항이 적당히 있는 소재에 잘 맞는 방식이죠.

장점: 장비가 저렴하고 운용이 쉽습니다. 유지보수 부담도 적은 편인데요. 단순 형상에서는 생산성이 충분히 확보됩니다.

단점: 알루미늄이나 구리처럼 전기 전도도가 너무 높은 소재에는 적합하지 않습니다. 전류가 저항 없이 흘러가버려 충분한 열이 발생하지 않기 때문이죠. 또 전극 팁이 닳기 쉬워 주기적인 교체가 필요합니다.

👉 세 가지 방식 한눈에 비교하기

세 가지 방식 모두 장단점이 뚜렷한데요. 그래서 셀 폼팩터(Form Factor)와 소재 그리고 양산 규모에 따라 다르게 선택됩니다. 실제 현장에서는 한 가지 방식만 쓰는 경우보다 공정 단계별로 조합해서 사용하는 경우가 더 많습니다.

마무리하며 탭 용접 방식의 선택은 단순한 기술 선호의 문제가 아닙니다. 셀의 형태와 소재 그리고 생산 규모에 따라 최적의 답이 달라지는 공정 설계의 핵심 의사결정이라고 할 수 있는데요. 초음파는 다층 박 접합에서 레이저는 정밀하고 빠른 양산에서 저항 용접은 단순 형상의 경제적 생산에서 각자의 자리를 지키고 있습니다. 다만 어떤 방식을 선택하든 용접 품질을 어떻게 검증하느냐가 셀의 안정성을 좌우하는데요. 다음 편에서는 탭 용접의 품질 기준과 현장에서 쓰이는 검사 방법들을 자세히 살펴보겠습니다.