1. 배터리 셀 탭 용접이 중요한 이유
전기차 배터리 팩은 수백 개의 셀(Cell)이 직렬·병렬로 연결되며, 이때 전류를 전달하는 부분이 셀 탭(Tab)입니다.
셀 탭은 배터리 성능·수명·안전성과 직결되는데, 이 탭을 어떤 방식으로 용접하는지에 따라 전기적 저항, 발열, 내구성이 크게 달라집니다.
요즘 배터리 제조사들이 용접 기술을 최적화하는 이유는 단순한 제조 편의가 아니라, 전기차의 전체 효율과 안전을 위한 필수 요소이기 때문입니다.
2. 셀 탭 구조와 용접의 필요성
리튬이온 셀(원통형, 파우치형, 각형 모두)은 양극과 음극을 외부 전극으로 연결하기 위해 탭을 가지고 있습니다.
이 탭은 다음의 역할을 합니다.
- 셀 내부에서 전류를 외부로 전달
- 여러 셀을 연결해 모듈과 팩 구조 형성
- 고전류 충·방전 과정에서 저항 최소화
따라서 용접 품질이 낮으면 전압 강하·발열·셀 열화로 이어질 수 있어 고정밀 용접이 필요합니다.
3. 대표적인 셀 탭 용접 방식
전기차 배터리 제조에서 가장 널리 쓰이는 방식은 다음 두 가지입니다.
1) 레이저 용접(Laser Welding)
- 고출력 레이저로 금속을 순간적으로 녹여 접합
- 속도가 빠르고 자동화가 쉬움
- 강한 접합 강도 확보
- 복잡한 금속 조합에도 대응 가능
2) 초음파 용접(Ultrasonic Welding)
- 초음파 진동으로 금속 표면을 마찰시키며 용착
- 열 영향을 최소화
- 얇은 탭 및 알루미늄 접합에 매우 유리
- 내부 재료 손상이 적음
두 방식은 용접 구조·강도·내열성에서 큰 차이를 보이며, 셀 타입에 따라 최적 방식이 달라집니다.
4. 레이저 용접의 장점과 단점
레이저 용접은 고출력으로 빠르게 작업할 수 있어 대량 생산에 적합합니다.
장점
- 깊은 용접이 가능해 강도 뛰어남
- 정밀 제어 가능 (수십 마이크로 단위)
- 다양한 금속 소재 조합 가능
- 고전류용 배터리에 이상적
단점
- 열 변형 가능성 존재
- 용접부 미세 균열 가능
- 생산 장비 비용 높음
고출력 배터리를 중요시하는 각형·원통형 셀에서 많이 사용됩니다.
5. 초음파 용접의 특징과 장단점
초음파는 금속 표면만 용융시키기 때문에 재료 내부에 열이 거의 전달되지 않습니다.
장점
- 열 영향 최소 → 셀 내부 손상 억제
- 알루미늄·박막 탭 용접에 최적
- 가벼운 소재 조합에 유리
- 내부 전극 손상 가능성 낮음
단점
- 두꺼운 탭 용접에는 부적합
- 진동 노이즈로 인한 표면 손상 위험
- 고전류 구조에서는 강도 부족 가능
파우치형 배터리에서 특히 많이 사용됩니다.
6. 용접 방식에 따른 전기적 저항 차이
셀 탭 용접의 핵심은 전기적 저항을 얼마나 낮게 유지하느냐입니다.
저항이 높아지면 다음 문제가 발생합니다.
- 충·방전 시 발열 증가
- 모듈 내 전류 불균형
- 셀 열화 가속
- BMS의 전압 균형 잡음 증가
두 방식의 저항 특성은 다음과 같습니다.
레이저 용접 저항 특성
- 용접 깊이가 깊어 저항이 낮음
- 고전류 환경에서도 열 확산이 안정적
- 표면보다 내부 접합 강도가 중요
초음파 용접 저항 특성
- 표면 접합 면적이 넓어 저항이 균일
- 박막 탭에서는 매우 낮은 저항값 확보
- 다만 용접이 얕아 고전류에는 불리할 수 있음
결국 용접 방식 선택은 셀 구조와 요구 전류량에 따라 최적화됩니다.
7. 용접 품질 불량이 전기차에 미치는 영향
용접 품질이 나쁘면 배터리 팩 전체에 영향을 주며, 주요 현상은 다음과 같습니다.
- 셀 간 전압 불균형 발생
- 용접부 발열 → 열폭주 위험 증가
- 고속 충전 속도 저하
- 차량 출력 제한
- BMS 경고 발생
특히 용접부 발열은 실제 전기차 화재 위험의 주요 원인 중 하나로 평가됩니다.
8. 최신 EV 제조사들의 용접 기술 트렌드
전기차 제조사들은 다음과 같은 최신 기술을 도입하며 용접 품질을 향상시키고 있습니다.
하이브리드 용접 기술
- 레이저 + 초음파 복합 용접
- 강도 + 낮은 저항 동시에 확보
실시간 비전 검사 시스템
- 용접 직후 자동 품질 판정
- 불량률 최소화
고정밀 로봇 용접
- 반복 오차 최소화
- 대량 생산 품질 안정화
테슬라, BYD, 현대차 등은 셀 타입별로 최적 용접 방식을 선택하고 있으며, 파우치형은 초음파 비중이 높고 원통형은 레이저 비중이 높습니다.
9. 결론
전기차 배터리 셀 탭 용접은 단순한 조립 공정이 아니라 전류 흐름, 발열, 안전성까지 결정하는 핵심 기술입니다.
레이저 용접은 고강도·고전류용에 유리하고, 초음파 용접은 박막 탭·알루미늄 탭에서 낮은 열 영향과 균일한 저항을 제공합니다.
배터리 제조사는 셀 구조와 성능 목표에 따라 가장 적합한 용접 방식을 선택하며, 이 기술 차이가 전기차의 성능과 안정성으로 이어집니다.
이에 따라 탭 용접 방식은 앞으로도 전기차 배터리 기술 경쟁의 중요한 차별 포인트가 될 것입니다.