KR101858680B1 - 2차 전지용 셀의 폴딩 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2차 전지용 셀의 폴딩 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 캔형 2차 전지의 제조 시, 다수의 셀을 리드 탭에 용접시킨 후 캔에 수납 가능하도록 폴딩 시키는 동시에, 진동에 의한 단자의 손상을 예방할 수 있도록 리드 탭에 완충 구간을 성형하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 단자(11)가 상방향으로 노출되도록 캡 플레이트(10)가 안착하는 받침대(100)와; 상기 받침대(100)의 양측에 접철 가능하게 연결되어 중앙을 향하여 리드(21)가 인출된 셀(20)이 각각 안착하는 폴딩 지그(200)(300)와; 선택적으로 하강하여 리드 탭(30)을 상기 캡 플레이트(10)의 단자(11) 및 상기 셀(20)의 리드(21)에 용접하는 용접 헤드(400)와; 상기 폴딩 지그(200)(300)가 상기 받침대(100)를 기준으로 직각으로 폴딩 되는 동안 상기 리드 탭(30) 상에 선택적으로 놓여 상기 리드 탭(30)을 직각으로 절곡시키는 제1밴딩바(500)와; 상기 리드 탭(30)의 양측으로부터 판상의 성형툴(610)을 진입시키는 성형 부재(600)와; 상기 성형툴(610)이 진입하는 동안 상기 리드 탭(30) 상에 선택적으로 놓여 상기 리드 탭(30)의 수직한 면에 ⊂자형 단면의 완충 구간(31)을 성형하는 제2밴딩바(700)를 포함하여, 제조 편의성을 높이는 한편 제품의 내구성 및 시장 경쟁력을 극대화시킬 수 있도록 하는 것이다.

Description

2차 전지용 셀의 폴딩 장치 및 방법{Apparatus and method for folding cells of secondary cell battery}

본 발명은 2차 전지용 셀의 폴딩 장치 및 방법에 관한 것으로서 특히, 캔형 2차 전지의 제조 시, 다수의 셀을 리드 탭에 용접시킨 후 캔에 수납 가능하도록 폴딩 시키는 동시에, 진동에 의한 단자의 손상을 예방할 수 있도록 리드 탭에 완충 구간을 성형하기 위한 장치 및 방법으로써, 제조 편의성을 높이는 한편 제품의 내구성 및 시장 경쟁력을 극대화시킬 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전지(電池)란 물질의 화학적 또는 물리적 반응을 이용하여, 이들의 변화로 방출되는 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치를 의미하고 있다.

이러한 전지는 화학반응을 이용하는 화학전지와, 물리반응을 이용하는 물리전지로 구분되며, 보편적으로 화학전지가 보다 널리 사용되고 있다.

화학전지는 다시 1차 전지와 2차 전지로 구분할 수 있다.

1차 전지는 작용물질을 전극 가까이에 미리 넣어 두고, 이 물질의 화학변화에 의해 생기는 전기에너지를 이용한다.

이러한 1차 전지는 작용물질의 화학변화가 끝나면 수명이 다하여 재생할 수 없으며, 통상 건전지로 널리 알려져 있다.

이에 반해, 2차 전지는 전기에너지를 방출하여 작용물질이 변화한 후에도 다시 전지에 전기에너지를 공급, 즉 충전하면 작용물질이 재생되어 이를 되풀이할 수 있는 것으로, 통상 충전지로 널리 알려져 있다.

오늘날에 있어서 전지는 각 특성에 따라 여러 분야에서 다양한 용도로 사용되고 있으며, 특히 2차 전지의 사용은 노트북, 스마트폰, 태블릿 등과 같은 휴대용 전자기기를 비롯하여, 전기 자동차나 전기 자전거와 같은 운송수단은 물론 산업용이나 대용량 저장용 등으로 그 적용 범위가 기하급수적으로 확대되고 있는 실정이다.

최근에는 첨단기술 발전에 따라 장시간 사용 시의 안정성, 고에너지밀도, 고출력밀도, 긴 수명 등의 특징이 요구되고 있으며, 전자기기 자체의 소형화에 따라 전지의 크기도 점차 소형화되고 있는 실정이다.

2차 전지의 제조 형태로는 소프트 타입의 합성수지 필름 내에 포장되는 파우치형(pouch type) 2차 전지와 하드 타입의 금속 케이스 내에 포장되는 캔형(can type) 2차 전지로 다시 분류될 수 있을 것이다.

파우치형 2차 전지는 부피가 비교적 작고 전반적으로 무게가 가볍다는 이점을 가지고 있으나, 외력에 의한 안정성이 떨어진다는 단점을 가지고 있었다.

이에 반해, 캔형 2차 전지는 부피가 비교적 비대하고 전반적으로 무게가 무거워진다는 단점을 가지고 있으나, 외력에 대한 높은 안전성을 지니고 있어 널리 사용되고 있다.

도 1은 일반적인 캔형 2차 전지를 도시하는 사시도이며, 도 2는 일반적인 캔형 2차 전지를 도시하는 분해 사시도이다.

일반적인 캔형 2차 전지는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 단자(11)가 형성된 캡 플레이트(10)와; 리드(21)가 인출되어 있는 셀(20)과; 상기 셀(20)의 리드(21)와 상기 캡 플레이트(10)의 단자(11)를 상호 접속시키는 리드 탭(30)과; 상기 셀(20)을 폴딩 시켜 수용하는 금속소재의 캔(40)으로 구성되어 있다.

이때, 상기 셀(20)은 소용량의 단위 셀이 감겨져 있는 와인딩 셀(winding cell)이거나 혹은 도면에 예시한 바와 같이 다층으로 적층되어 있는 스택킹 셀(stacking cell)일 것이다.

여기에서, 하나의 대용량 셀을 사용치 않고 다수의 소용량 셀을 사용하는 것은 형식 승인 규격 등을 보다 용이하게 만족하는 한편 사용 안전성을 높이기 위함이다.

즉, 종래에 있어서 다수의 소용량 셀(20)을 캔(40)에 삽입하기 위해서는 셀(20)의 리드(21)와 캡 플레이트(10)의 단자(11)를 리드 탭(30)에 용접시킨 후, 셀(20)을 폴딩 시킬 필요가 있었다.

그러나, 종래에 있어서 캔형 2차 전지의 제조 시, 용접은 물론 셀(20)의 폴딩 작업은 대부분 수작업으로 이루어지고 있거나, 부분적인 자동화 라인이 적용되고 있을 뿐이어서, 생산성이 매우 떨어진다는 종래 기술상의 문제점이 있었다.

이뿐 아니라, 휴대나 이동이 빈번하게 이루어지는 2차 전지의 특성 상, 외부로부터 반복적으로 충격이나 진동이 전달되는데, 이러한 충격이나 진동을 완충시킬 수 있는 별도의 구성이 없기 때문에, 상호 용접되어 있는 단자 간에 단락이 발생하거나 리드 탭 자체가 단선되는 등의 손상이 쉽게 발생하고 있다는 종래 기술상의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 다수의 셀을 자동으로 폴딩 시켜 2차 전지의 캔에 용이하게 삽입할 수 있는 형태로 구현할 수 있어 제조 편의성을 높이는 한편, 이러한 폴딩과 함께 셀의 리드와 캡 플레이트의 단자를 상호 접속시키는 리드 탭에 대략 ⊂자형 단면의 완충 구간을 형성함으로써 진동에 의한 단자의 손상을 미연에 예방할 수 있어 제품의 내구성 및 시장 경쟁력을 극대화시킬 수 있도록 하는 2차 전지용 셀의 폴딩 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

이러한 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 장치는, 단자가 상방향으로 노출되도록 캡 플레이트가 안착하는 받침대와; 상기 받침대의 양측에 접철 가능하게 연결되어 중앙을 향하여 리드가 인출된 셀이 각각 안착하는 폴딩 지그와; 선택적으로 하강하여 리드 탭을 상기 캡 플레이트의 단자 및 상기 셀의 리드에 용접하는 용접 헤드와; 상기 폴딩 지그가 상기 받침대를 기준으로 직각으로 폴딩 되는 동안 상기 리드 탭 상에 선택적으로 놓여 상기 리드 탭을 직각으로 절곡시키는 제1밴딩바와; 상기 리드 탭의 양측으로부터 판상의 성형툴을 진입시키는 성형 부재와; 상기 성형툴이 진입하는 동안 상기 리드 탭 상에 선택적으로 놓여 상기 리드 탭의 수직한 면에 ⊂자형 단면의 완충 구간을 성형하는 제2밴딩바를 포함함으로써 달성된다.

여기에서, 상기 용접 헤드는 초음파를 발진시켜 초음파 용접을 실시하며, 액추에이터를 포함하는 승강 부재에 연결되는 것이 양호할 것이다.

이와 더불어, 상기 제1밴딩바는 직사각형 단면을 가지며; 상기 제2밴딩바는 ㅗ자형 단면을 가지고; 상기 제1밴딩바 및 상기 제2밴딩바는 전진 및 후퇴를 위해 각각 액추에이터를 포함하는 이송 부재에 연결되는 것이 좋을 것이다.

또한, 상기 제1밴딩바에 연결된 이송 부재와 상기 제2밴딩바에 연결된 이송 부재는 연결 부재로 상호 연결되어 동일 가이드레일 상에서 직선상으로 이동 가능하게 안내되고, 상기 받침대의 길이방향과 일직선을 이루어 교번하여 정렬 가능한 것이 바람직하다.

이와 더불어, 상기 폴딩 지그는 액추에이터를 포함하는 폴딩 부재에 연결되어 폴딩 가능하고; 상기 받침대는 액추에이터를 포함하는 받침 부재에 연결되어 승강 가능한 것이 가장 바람직할 것이다.

다음으로, 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 방법은, 받침대 상에 캡 플레이트를 올려놓는 캡 플레이트 로딩 단계와; 상기 캡 플레이트 상의 단자 위에 리드 탭을 올려놓는 리드 탭 로딩 단계와; 상기 받침대의 양측에 연결된 폴딩 지그에 각각 리드가 인출된 셀을 올려놓아 상기 리드가 상기 리드 탭의 양측 위에 각각 놓이는 셀 로딩 단계와; 용접 헤드를 하강시켜 상기 리드 탭을 상기 캡 플레이트의 단자 및 상기 셀의 리드에 각각 용접하는 용접 단계와; 상기 리드 탭 위에 제1밴딩바를 위치시킨 후, 폴딩 지그를 폴딩 시켜 상기 리드 탭을 직각으로 절곡시키는 폴딩 단계와; 상기 리드 탭 위로부터 상기 제1밴딩바를 제거하고 대신에 제2밴딩바를 위치시킨 후, 양측에서 판상의 성형툴을 전진시켜 상기 리드 탭의 수직한 면에 ⊂자형 단면의 완충 구간을 성형하는 완충 구간 성형 단계로 구성함으로써 달성된다.

이상과 같은 본 발명은 다수의 셀을 자동으로 폴딩 시켜 2차 전지의 캔에 용이하게 삽입할 수 있는 형태로 구현할 수 있어 제조 편의성을 높이는 한편, 이러한 폴딩과 함께 셀의 리드와 캡 플레이트의 단자를 상호 접속시키는 리드 탭에 대략 ⊂자형 단면의 완충 구간을 형성함으로써 진동에 의한 단자의 손상을 미연에 예방할 수 있어 제품의 내구성 및 시장 경쟁력을 극대화시킬 수 있는 발명인 것이다.

도 1은 일반적인 캔형 2차 전지를 도시하는 사시도,
도 2는 일반적인 캔형 2차 전지를 도시하는 분해사시도,
도 3은 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 장치를 도시하는 사시도,
도 4는 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 방법에 있어서 폴딩 단계 직전의 상태를 도시하는 사시도,
도 5는 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 방법에 있어서 폴딩 단계 직후의 상태를 도시하는 사시도,
도 6은 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 방법에 있어서 폴딩 단계 직후의 상태를 도시하는 요부 사시도,
도 7은 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 방법에 있어서 완충 구간 성형 단계를 도시하는 사시도,
도 8은 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 방법에 있어서 완충 구간 성형 단계를 도시하는 저면 사시도,
도 9는 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 장치에 있어서 연결 부재 및 가이드레일을 도시하는 평면도,
도 10은 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 장치 및 방법에 따라 완충 구간이 형성된 리드 탭을 도시하는 요부 확대 사시도,
도 11은 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 방법을 도시하는 순서도.

도 3은 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 장치를 도시하는 사시도이며, 도 4는 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 방법에 있어서 폴딩 단계 직전의 상태를 도시하는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 방법에 있어서 폴딩 단계 직후의 상태를 도시하는 사시도이다.

그리고, 도 6은 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 방법에 있어서 폴딩 단계 직후의 상태를 도시하는 요부 사시도이다.

또한, 도 7은 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 방법에 있어서 완충 구간 성형 단계를 도시하는 사시도이며, 도 8은 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 방법에 있어서 완충 구간 성형 단계를 도시하는 저면 사시도이다.

도 9는 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 장치에 있어서 연결 부재 및 가이드레일을 도시하는 평면도이며, 도 10은 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 장치 및 방법에 따라 완충 구간이 형성된 리드 탭을 도시하는 요부 확대 사시도이고, 도 11은 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 방법을 도시하는 순서도이다.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.

어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접촉되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 장치 및 방법은 다수의 셀(20)을 자동으로 폴딩 시켜 2차 전지의 캔에 용이하게 삽입할 수 있는 형태로 구현할 수 있어 제조 편의성을 높이는 한편, 이러한 폴딩과 함께 셀(20)의 리드(21)와 캡 플레이트(10)의 단자(11)를 상호 접속시키는 리드 탭(30)에 대략 ⊂자형 단면의 완충 구간(31)을 형성함으로써 진동에 의한 단자의 손상을 미연에 예방할 수 있어 제품의 내구성 및 시장 경쟁력을 극대화시킬 수 있는 것을 그 기술상의 기본 특징으로 한다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 장치는 도 3 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 단자(11)가 상방향으로 노출되도록 캡 플레이트(10)가 안착하는 받침대(100)와; 상기 받침대(100)의 양측에 접철 가능하게 연결되어 중앙을 향하여 리드(21)가 인출된 셀(20)이 각각 안착하는 폴딩 지그(200)(300)와; 선택적으로 하강하여 리드 탭(30)을 상기 캡 플레이트(10)의 단자(11) 및 상기 셀(20)의 리드(21)에 용접하는 용접 헤드(400)와; 상기 폴딩 지그(200)(300)가 상기 받침대(100)를 기준으로 직각으로 폴딩 되는 동안 상기 리드 탭(30) 상에 선택적으로 놓여 상기 리드 탭(30)을 직각으로 절곡시키는 제1밴딩바(500)와; 상기 리드 탭(30)의 양측으로부터 판상의 성형툴(610)을 진입시키는 성형 부재(600)와; 상기 성형툴(610)이 진입하는 동안 상기 리드 탭(30) 상에 선택적으로 놓여 상기 리드 탭(30)의 수직한 면에 ⊂자형 단면의 완충 구간(31)을 성형하는 제2밴딩바(700)를 포함하는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 장치는 크게 받침대(100), 폴딩 지그(200)(300), 용접 헤드(400), 제1밴딩바(500), 성형 부재(600), 그리고 제2밴딩바(700)를 포함하고 있다.

이때, 상기 폴딩 지그(200)(300), 제1밴딩바(500), 성형 부재(600), 그리고 제2밴딩바(700)는 상기 받침대(100)를 중심으로 서로 대칭되게 쌍을 이루어 배치될 것이다.

본 발명에 있어서 캔형 2차 전지에 제조에 사용되는 셀(20)은 소용량의 단위 셀이 감겨져 있는 와인딩 셀(winding cell)이거나 혹은 도면에 예시한 바와 같이 다층으로 적층되어 있는 스택킹 셀(stacking cell)일 것이다.

즉, 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 장치는 기본적으로 캔(40)에 삽입하기 위하여 다수의 소용량 단위 셀(20)을 리드 탭(30)을 통해 캡 플레이트(10)에 용접한 후 폴딩 시키며, 이 리드 탭(30)에 도 10과 같이 완충 구간(31)을 형성하는 것에 특징이 있다.

우선, 받침대(100)는 대략 직사각형의 판재로 이루어져 수평하게 배치되는 구성으로, 그 상부에는 캔(40)의 뚜껑에 해당하는 캡 플레이트(10)가 안착하게 된다.

이때 상기 캡 플레이트(10)는 도 3과 같이 역상된 상태로 상기 받침대(100) 상에 놓이게 되어 상기 캡 플레이트(10)의 저면이 상방향을 향하게 된다.

다음으로 폴딩 지그(200)(300)는 상기 받침대(100)의 양측에 날개 형태로 각각 접철 가능하게 연결되는 구성으로, 이 폴딩 지그(200)(300) 또한 대략 사각형, 보다 바람직하게는 아래에 설명할 셀(20)이 안착할 수 있는 형상의 판재로 이루어져 있다.

이러한 폴딩 지그(200)(300)의 모서리에는 로딩된 셀(20)이 유동하지 않도록 돌기를 형성하는 것이 바람직할 것이다.

이러한 폴딩 지그(200)(300)는 경량화를 목적으로 판재의 일부가 절단되거나 구멍이 형성된 프레임 형태를 이룰 수 있다.

이때, 상기 받침대(100)와 폴딩 지그(200)(300)는 서로 힌지(101)와 같은 구성을 통해 서로 연결되어 있어, 상기 폴딩 지그(200)(300)가 수평하게 위치하는 상태에서는 상기 받침대(100)를 중심으로 하여 평면을 이루게 된다.

반면에, 상기 폴딩 지그(200)(300)가 힌지(101)를 중심으로 상방향으로 회동할 경우 대략 ∪자 형상으로 변형될 수 있는 것이다.

이러한 폴딩 지그(200)(300)에는 중앙을 향하여 리드(21)가 인출되어 있는 다수의 소용량 단위 셀이 적층되어 있는 셀(20)이 각각 안착하게 된다.

즉, 상기 폴딩 지그(200)(300)가 수평하게 위치하는 상태에서 셀(20)이 안착하게 되며, 이후 상기 폴딩 지그(200)(300)가 수직하게 접힘에 따라 셀(20)의 폴딩이 이루어질 수 있는 것이다.

다음으로 용접 헤드(400)는 대략 캡 플레이트(10)에 대응하는 형상으로 이루어져 선택적으로 하강할 수 있는 구성이다.

여기에서 용접 헤드(400)는 캡 플레이트(10)의 단자(11)와 셀(20)의 리드(21) 사이에 위치하는 리드 탭(30)에 대하여 용접을 실시하게 된다.

이러한 용접은 캡 플레이트(10)의 단자(11)와 리드 탭(30) 상호간의 접속 및 상기 리드 탭(30)과 셀(20)의 리드(21) 상호간의 접속을 가능하게 한다.

이때, 상기 용접 헤드(400)가 실시하는 용접의 종류에는 제한이 없을 것이다.

여기에서 리드 탭(30)은 2차 전지의 충전 시 캡 플레이트(10)의 단자(11)로부터 셀(20)의 리드(21)로 전원을 공급하는 기능과, 2차 전지의 사용 시 셀(20)의 리드(21)로부터 캡 플레이트(10)의 단자(11)로 전원을 공급하는 기능을 하게 된다.

이러한 리드 탭(30)은 미세한 충격이나 진동에 대하여 탄력적으로 변형이 가능하도록 어느 정도의 탄성을 지니고 있으나, 무엇보다도 소성 변형이 가능한 대략 직사각형의 전도성 금속 시트재로 이루어져 있다.

이때, 상기 용접 헤드(400)는 초음파를 발진시켜 초음파 용접을 실시하며, 액추에이터를 포함하는 승강 부재(410)에 연결되는 것이 바람직할 것이다.

즉, 상기 용접 헤드(400)는 다양한 용접 방식 중 초음파를 발진시킴으로써 초음파에 의한 진동에너지와 적당한 가압에 의해 행해지는 초음파 용접이 바람직하며, 이에 따라 짧은 시간 내에 신속하고 정확하게 용접을 실시하는 것이 가능해진다.

이와 더불어, 상기 용접 헤드(400)의 상측면은 액추에이터를 포함하는 승강 부재(410)에 연결되어 있어, 상기 승강 부재(410)의 동작에 따라 상기 용접 헤드(400)의 승강이 이루어지는 것이다.

따라서, 캡 플레이트(10), 리드 탭(30), 그리고 셀(20)을 로딩할 때에는 상기 승강 부재(410)에 의해 상기 용접 헤드(400)가 상승한 상태를 유지하게 된다.

반면에, 초음파 용접을 실시하고 할 경우에만 일시적으로 상기 승강 부재(410)에 의해 상기 용접 헤드(400)가 하강하도록 하는 것이다.

여기에서, 상기 승강 부재(410)를 구성하는 액추에이터는 구동원으로 공압 또는 유압을 사용하여 유압식 액추에이터도 가능하고, 구동원으로 전원을 사용하는 솔레노이드식 액추에이터도 가능할 것이다.

즉, 상기 액추에이터의 구동원에 제한은 없는 것이다.

다음으로, 제1밴딩바(500)는 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 폴딩 지그(200)(300)가 상기 받침대(100)를 기준으로 직각으로 폴딩 되는 동안 상기 리드 탭(30) 상에 선택적으로 놓여 상기 리드 탭(30)을 직각으로 절곡시키기 위한 구성이다.

도 5에는 받침대(100)와 폴딩 지그(200)(300)를 도시하였지만, 도 4 및 도 6에 있어서는 셀(20)의 폴딩을 상세히 나타내기 위하여 받침대(100) 및 폴딩 지그(200)(300)를 미도시하였다.

즉, 상기 제1밴딩바(500)는 셀(20)이 폴딩 되는 동안 리드 탭(30)이 캡 플레이트(10)로부터 움직이는 것을 방지하는 기능과 함께, 그 양측 하부 모서리 부위가 상기 리드 탭(30)을 직각으로 꺾기 위한 구성에 해당하는 것이다.

이러한 제1밴딩바(500)는 상기 받침대(100) 위에 선택적으로 놓이게 된다.

즉, 다양한 구성들을 상기 받침대(100) 상에 로딩하거나 용접을 실시할 때에는 도 9와 같이 상기 제1밴딩바(500)가 받침대(100)로부터 이격된 상태로 된다.

하지만, 폴딩 지그(200)(300)가 받침대(100)를 기준으로 폴딩될 때에는 상기 제1밴딩바(500)가 리드 탭(30) 상에 위치하는 것이다.

다음으로, 성형 부재(600)는 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 상기 리드 탭(30)의 양측으로부터 판상의 성형툴(610)을 수평한 상태로 진입시키는 구성에 해당하며, 상기 받침대(100)를 기준으로 양측에 대향하여 한 쌍으로 이루어져 있다.

여기에서 성형툴(610)은 소정의 두께를 갖는 판재로 이루어질 수 있다.

캡 플레이트(10)의 두 단자(11)에 각각 접속되어 있는 두 개의 리드 탭(30)을 한 번에 소성 변형시킬 수 있도록 상기 성형툴(610)은 분기된 가지 형상으로 이루어져 있다.

이에 따라, 상기 성형툴(610)의 분기된 단부가 실질적으로 상기 리드 탭(30)에 완충 구간(31)을 성형하게 되는 것이며, 이 성형툴(610)의 두께에 대응하는 완충 구간(31)이 형성된다.

이때, 성형 부재(600)의 구동원으로는 공압 또는 유압을 사용하여 유압식 액추에이터도 가능하고, 구동원으로 전원을 사용하는 솔레노이드식 액추에이터도 가능할 것이다.

따라서, 평상 시에는 상기 성형 부재(600)에 의해 상기 성형툴(610)은 리드 탭(30)으로부터 이격된 상태를 유지하지만, 상기 성형 부재(600)에 의해 상기 성형툴(610)이 전진할 경우, 상기 성형툴(610)의 단부가 상기 리드 탭(30)을 소성 변형시켜 완충 구간(31)을 형성하게 되는 것이다.

이와 같이 성형 부재(600)에 의해 리드 탭(30)에 완충 구간(31)이 형성되도록 안쪽에서 받쳐주는 구성이 아래에 설명할 제2밴딩바(700)이다.

제2밴딩바(700)는 상기 성형툴(610)이 진입하는 동안 상기 리드 탭(30) 상에 선택적으로 놓여 상기 리드 탭(30)의 수직한 면에 ⊂자형 단면의 완충 구간(31)을 성형할 수 있도록 한다.

이러한 제2밴딩바(700)는 상술한 제1밴딩바(500)를 대신하여 상기 받침대(100) 위에 선택적으로 놓이게 된다.

즉, 평상 시 상기 제2밴딩바(700)는 받침대(100)로부터 이격된 상태를 유지하지만, 상기 성형툴(610)이 완충 구간(31)을 형성하기 위하여 전진할 때에는 상기 제2밴딩바(700)가 받침대(100) 상에 위치하는 것이다.

그 결과, 상기 성형툴(610)과 제2밴딩바(700) 사이에 위치하는 리드 탭(30)에 완충 구간(31)이 성형될 수 있는 것이다.

이를 위해, 본 발명에 있어서, 상기 제1밴딩바(500)는 직사각형 단면을 가지며; 상기 제2밴딩바(700)는 ㅗ자형 단면을 가지고; 상기 제1밴딩바(500) 및 상기 제2밴딩바(700)는 전진 및 후퇴를 위해 각각 액추에이터를 포함하는 이송 부재(510)(710)에 연결되는 것이 바람직할 것이다.

즉, 상술한 제1밴딩바(500)는 그 양측 하부 모서리 부위가 직각으로 성형되어 있는 대략 직사각형 단면을 가지고 있으면 좋을 것이다.

이에 따라, 폴딩 지그(200)(300)의 폴딩 시 상기 리드 탭(30)이 직각으로 성형될 수 있을 것이다.

이와 다르게, 제2밴딩바(700)는 밑면이 리드 탭(30)을 캡 플레이트(10) 상에서 누르는 기능과, 수직면이 상기 성형툴(610)에 대응하여 위치하도록 대략 ㅗ자 형상의 단면을 가지고 있는 것이 바람직할 것이다.

이에 따라, 성형툴(610)이 리드 탭(30)에 완충 구간(31)을 형성하는 동안 안쪽에서 제2밴딩바(700)의 수직면이 상기 성형툴(610)의 전진을 제한하며, 수평면은 리드 탭(30)이 움직이는 것을 방지하게 되는 것이다.

이때, 이송 부재(510)(710)의 구동원 또한 공압 또는 유압을 사용하여 유압식 액추에이터도 가능하고, 구동원으로 전원을 사용하는 솔레노이드식 액추에이터도 가능할 것이다.

본 발명에 있어서는 폴딩 지그(200)(300)의 폴딩 시에는 리드 탭(30) 상에 제1밴딩바(500)가 위치할 필요가 있는 동시에, 완충 구간(31)의 성형 시에는 리드 탭(30) 상에 상기 제1밴딩바(500) 대신에 제2밴딩바(700)가 위치할 필요가 있는 것이다.

이에 따라, 본 발명에 있어서는 도 9에 도시한 바와 같이 상기 제1밴딩바(500)에 연결된 이송 부재(510)와 상기 제2밴딩바(700)에 연결된 이송 부재(710)는 연결 부재(810)로 상호 연결되어 동일 가이드레일(820) 상에서 직선상으로 이동 가능하게 안내되고, 상기 받침대(100)의 길이방향과 일직선을 이루어 교번하여 정렬 가능한 것이 바람직할 것이다.

즉, 본 발명에 있어서 받침대(100)의 양측에 나란하게 가이드레일(820)을 형성하고, 이 가이드레일(820) 상에서 제1밴딩바(500)에 연결된 이송 부재(510)와 제2밴딩바(700)에 연결된 이송 부재(710)가 직선상에서 안내될 수 있도록 할 수 있을 것이다.

이와 더불어, 상기 제1밴딩바(500)의 이송 부재(510)와 상기 제2밴딩바(700)의 이송 부재(710)를 서로 커넥팅 로드와 같은 연결 부재(810)로 상호 연결하게 된다.

이에 따르면, 제1밴딩바(500)가 리드 탭(30) 상에 위치하는 동안 제2밴딩바(700)가 이격되도록 하거나, 이와 반대로 상기 제2밴딩바(700)가 리드 탭(30) 상에 위치하는 동안 제1밴딩바(500)가 이격되도록 하는 제어가 보다 용이해진다.

여기에서, 상기 가이드레일(820)은 상기 이송 부재(510)(710)를 직선상으로 안내할 수 있는 주지의 구성일 것이다.

마지막으로, 본 발명에 있어서는 도 5에 도시한 바와 같이 상기 폴딩 지그(200)(300)는 액추에이터를 포함하는 폴딩 부재(210)(310)에 연결되어 폴딩 가능하고; 도 7 및 도 8과 같이 상기 받침대(100)는 액추에이터를 포함하는 받침 부재(110)에 연결되어 승강 가능한 것이 가장 바람직할 것이다.

우선, 폴딩 부재(210)(310)는 상술한 폴딩 지그(200)(300)를 수평하게 위치시키거나 혹은 수직하게 폴딩 시킬 수 있는 구성으로 구동원으로는 공압 또는 유압을 사용하여 유압식 액추에이터도 가능하고, 구동원으로 전원을 사용하는 솔레노이드식 액추에이터도 가능할 것이다.

즉, 상기 폴딩 지그(200)(300)는 폴딩 부재(210)(310)의 구동에 따라 작동하게 되는 것이다.

이때 만약, 받침대(100)의 높이가 고정되어 있다면 상기 폴딩 부재(210)(310)의 스트로크가 비교적 길게 설계되어야 할 필요가 있을 것이다.

하지만, 본 발명에 있어서는 상기 폴딩 부재(210)(310)가 구동하여 폴딩 지그(200)(300)를 수평하게 혹은 수직하게 폴딩 시키는 동안, 상술한 받침대(100)가 받침 부재(110)에 의해 상하로 승강하는 것이 가능하다.

이때에도 상기 받침 부재(110)는 구동원으로는 공압 또는 유압을 사용하여 유압식 액추에이터도 가능하고, 구동원으로 전원을 사용하는 솔레노이드식 액추에이터도 가능할 것이다.

그 결과, 상기 폴딩 지그(200)(300)가 수평하게 위치하는 동안 상기 받침 부재(110)에 의해 상기 받침대(100)가 상승하며, 상기 폴딩 지그(200)(300)가 수직하게 폴딩 되는 동안 상기 받침 부재(110)에 의하여 상기 받침대(100)가 하강하게 된다.

이에 따라, 상기 폴딩 부재(210)(310)의 작동 스트로크를 비교적 짧게 설계하는 것이 가능해진다.

다음으로 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 방법은 도 11에 도시한 바와 같이, 받침대(100) 상에 캡 플레이트(10)를 올려놓는 캡 플레이트 로딩 단계(S10)와; 상기 캡 플레이트(10) 상의 단자(11) 위에 리드 탭(30)을 올려 놓는 리드 탭 로딩 단계(S20)와; 상기 받침대(100)의 양측에 연결된 폴딩 지그(200)(300)에 각각 리드(21)가 인출된 셀(20)을 올려놓아 상기 리드(21)가 상기 리드 탭(30)의 양측 위에 각각 놓이는 셀 로딩 단계(S30)와; 용접 헤드(400)를 하강시켜 상기 리드 탭(30)을 상기 캡 플레이트(10)의 단자(11) 및 상기 셀(20)의 리드(21)에 각각 용접하는 용접 단계(S40)와; 상기 리드 탭(30) 위에 제1밴딩바(500)를 위치시킨 후, 폴딩 지그(200)(300)를 폴딩 시켜 상기 리드 탭(30)을 직각으로 절곡시키는 폴딩 단계(S50)와; 상기 리드 탭(30) 위로부터 상기 제1밴딩바(500)를 제거하고 대신에 제2밴딩바(700)를 위치시킨 후, 양측에서 판상의 성형툴(610)을 전진시켜 상기 리드 탭(30)의 수직한 면에 ⊂자형 단면의 완충 구간(31)을 성형하는 완충 구간 성형 단계(S60)로 구성되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 장치의 작용에 대하여, 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 방법에 따라 단계별로 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 캡 플레이트 로딩 단계(S10)에서는 도 3과 같이 받침대(100) 상에 캡 플레이트(10)를 올려놓는다.

이때, 받침대(100)를 기준으로 폴딩 지그(200)(300)는 폴딩 부재(210)(310)에 의하여 수평한 상태를 유지하게 된다.

여기에서 상기 캡 플레이트(10)는 저면에 마련된 단자(11)가 상방향을 향하여 노출되도록 역상으로 놓이게 된다.

그리고, 상기 캡 플레이트(10)의 로딩은 미도시한 주지의 로딩 장치에 의하여 자동으로 이루어지는 것이 양호할 것이다.

다음으로, 리드 탭 로딩 단계(S20)에서는 상술한 캡 플레이트 로딩 단계(S10)를 통해 받침대(100) 상에 놓인 상기 캡 플레이트(10) 위에 리드 탭(30)을 추가로 올려놓게 된다.

이때, 리드 탭(30)은 상기 캡 플레이트(10)에 노출되어 있는 두 개의 단자(11) 위에 각각 놓이게 된다.

이때에도, 상기 리드 탭(30)의 로딩은 미도시한 주지의 로딩 장치에 의하여 자동으로 이루어지는 것이 바람직할 것이다.

다음으로, 셀 로딩 단계(S30)에서는 폴딩 부재(210)(310)에 의하여 수평하게 위치하고 있는 폴딩 지그(200)(300) 상에 각각 셀(20)이 로딩 된다.

이때, 폴딩 지그(200)(300) 상에 로딩 되는 셀(20)은 그 리드(21)가 중앙을 향하도록 위치함으로써, 리드 탭(30) 위에 상기 리드(21)가 놓이게 되는 것이다.

이러한, 상기 셀(20)의 로딩 또한 미도시한 주지의 로딩 장치에 의하여 자동으로 이루어지는 것이 좋을 것이다.

다음으로, 용접 단계(S40)에서는 받침대(100)의 상측에 위치하는 용접 헤드(400)를 승강 부재(410)를 통해 하강시켜 받침대(100) 상에 순차적으로 적층되어 있는 캡 플레이트(10)의 단자(11), 리드 탭(30), 그리고 셀(20)의 리드(21)를 용접하게 된다.

보다 상세하게는 상기 캡 플레이트(10)의 단자(11)와 리드 탭(30)의 중앙을 서로 초음파 용접하는 동시에, 상기 리드 탭(30)의 양측 모서리와 셀(20)의 리드(21)를 서로 초음파 용접하게 되는 것이다.

이와 같은 용접 단계(S40) 이후에는, 도 4 내지 도 6과 같이 폴딩 단계(S50)를 통해 상기 리드 탭(30) 위에 제1밴딩바(500)를 위치시킨 후, 폴딩 지그(200)(300)를 폴딩 시켜 상기 리드 탭(30)을 직각으로 절곡시키게 된다.

이때, 제1밴딩바(500)는 폴딩 단계(S50) 이전에 이송 부재(510)에 의해 받침대(100)로부터 이격되어 있는 상태를 유지하다가, 폴딩 단계(S50)에서 이송 부재(510)에 의해 전진함으로써, 리드 탭(30) 위에 위치하게 되는 것이다.

이와 같이 제1밴딩바(500)가 리드 탭(30) 위에 위치하게 되면, 받침대(100) 양측에 수평하게 위치하던 폴딩 지그(200)(300)가 폴딩 부재(210)(310)에 의하여 수직하게 폴딩 된다.

이와 더불어, 받침대(100)의 하부에 연결된 받침 부재(110)에 의하여 상기 받침대(100)의 높이가 하강하게 됨으로써, 상기 폴딩 부재(210)(310)의 스트로크가 비교적 짧아도 폴딩 지그(200)(300)가 받침대(100)를 기준으로 수직하게 위치할 수 있는 것이다.

이러한 폴딩 단계(S50)를 통해 리드 탭(30)의 중앙 저면은 캡 플레이트(10)의 단자(11)에 용접되어 그대로 고정되어 있는 반면, 상기 리드 탭(30)의 양단은 셀(20)의 리드(21)를 따라 직각으로 절곡된다.

이때, 상기 리드 탭(30)의 절곡은 상기 제1밴딩바(500)의 양측 하부 모서리에 의해 이루어질 것이다.

마지막으로, 완충 구간 성형 단계(S60)에서는 상기 리드 탭(30) 위로부터 상기 제1밴딩바(500)를 제거하고 대신에 제2밴딩바(700)를 위치시키게 된다.

이러한 동작은 도 9와 같이 제1밴딩바(500) 및 제2밴딩바(700)를 전진 또는 후퇴시키는 이송 부재(510)(710)에 대하여 연결 부재(810)로 상호를 연결시키며, 이러한 이송 부재(510)(710)를 가이드레일(820) 상에서 안내하는 것으로 구현될 수 있다.

즉, 제1밴딩바(500)가 이송 부재(510)에 의하여 받침대(100)로부터 이격된 후, 가이드레일(820)을 따라 이동하면 제2밴딩바(700)가 받침대(100)와 일직선상에 정렬하게 되는 것이다.

이후, 제2밴딩바(700)를 이송 부재(710)로 전진시켜 다시 리드 탭(30) 위에 위치시킨 상태에서, 도 7 및 도 8과 같이 양측에서 판상의 성형툴(610)을 전진시킴으로써 상기 리드 탭(30)의 수직한 면에 대략 ⊂자형 단면의 완충 구간(31)을 성형하게 된다.

이러한 완충 구간(31)은 리드 탭(30)을 사이에 두고 외부에 위치하는 판상의 성형툴(610)과 내부에 위치하는 제2밴딩바(700)에 의하여 형성되는 것이다.

이와 같이 폴딩이 완료된 셀(20)은 이후 단계에서 금속 소재의 캔(40) 내부에 삽입되어 캔형 2차 전지 제품으로 완성될 것이다.

그 결과, 도 10과 같이 리드 탭(30)에 형성되는 완충 구간(31)은 외부로부터 충격이나 진동이 전달되더라도 그 충격이나 진동을 완화시킴으로써, 리드 탭(30)이 캡 플레이트(10)의 단자(11)나 셀(20)의 리드(21)로부터 단락되거나 혹은 리드 탭(30) 자체가 단선되는 것을 효과적으로 예방할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명의 2차 전지용 셀의 폴딩 장치 및 방법은 다수의 소용량 단위 셀(20)을 자동으로 폴딩 시켜 2차 전지의 캔(40)에 용이하게 삽입할 수 있는 형태로 구현할 수 있어 제조 편의성을 크게 향상시키게 되는 효과를 가진다.

이와 더불어, 이러한 폴딩과 함께 셀(20)의 리드(21)와 캡 플레이트(10)의 단자(11)를 상호 접속시키는 리드 탭(30)에 대략 ⊂자형 단면의 완충 구간(31)을 형성함으로써 진동에 의한 단자의 손상을 미연에 예방할 수 있어 제품의 내구성 및 시장 경쟁력을 극대화시킬 수 있다는 탁월한 이점을 지닌 발명인 것이다.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명의 범위는 상기의 도면이나 실시예에 한정되지 않는다.

10 : 캡 플레이트 11 : 단자
20 : 셀 21 : 리드
30 : 리드 탭 31 : 완충 구간
100 : 받침대 110 : 받침 부재
200, 300 : 폴딩 지그 210, 310 : 폴딩 부재
400 : 용접 헤드 410 : 승강 부재
500 : 제1밴딩바 510 : 이송 부재
600 : 성형 부재 610 : 성형툴
700 : 제2밴딩바 710 : 이송 부재
810 : 연결 부재 820 : 가이드레일
S10 : 캡 플레이트 로딩 단계 S20 : 리드 탭 로딩 단계
S30 : 셀 로딩 단계 S40 : 용접 단계
S50 : 폴딩 단계 S60 : 완충 구간 성형 단계

Claims (6)

1. 단자가 상방향으로 노출되도록 캡 플레이트가 안착하는 받침대와;
   상기 받침대의 양측에 접철 가능하게 연결되어 중앙을 향하여 리드가 인출된 셀이 각각 안착하는 폴딩 지그와;
   선택적으로 하강하여 리드 탭을 상기 캡 플레이트의 단자 및 상기 셀의 리드에 용접하는 용접 헤드와;
   상기 폴딩 지그가 상기 받침대를 기준으로 직각으로 폴딩 되는 동안 상기 리드 탭 상에 선택적으로 놓여 상기 리드 탭을 직각으로 절곡시키는 제1밴딩바와;
   상기 리드 탭의 양측으로부터 판상의 성형툴을 진입시키는 성형 부재와;
   상기 성형툴이 진입하는 동안 상기 리드 탭 상에 선택적으로 놓여 상기 리드 탭의 수직한 면에 ⊂자형 단면의 완충 구간을 성형하는 제2밴딩바를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 셀의 폴딩 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 용접 헤드는 초음파를 발진시켜 초음파 용접을 실시하며, 액추에이터를 포함하는 승강 부재에 연결되는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 셀의 폴딩 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1밴딩바는 직사각형 단면을 가지며;
   상기 제2밴딩바는 ㅗ자형 단면을 가지고;
   상기 제1밴딩바 및 상기 제2밴딩바는 전진 및 후퇴를 위해 각각 액추에이터를 포함하는 이송 부재에 연결되는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 셀의 폴딩 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1밴딩바에 연결된 이송 부재와 상기 제2밴딩바에 연결된 이송 부재는 연결 부재로 상호 연결되어 동일 가이드레일 상에서 직선상으로 이동 가능하게 안내되고, 상기 받침대의 길이방향과 일직선을 이루어 교번하여 정렬 가능한 것을 특징으로 하는 2차 전지용 셀의 폴딩 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 폴딩 지그는 액추에이터를 포함하는 폴딩 부재에 연결되어 폴딩 가능하고;
   상기 받침대는 액추에이터를 포함하는 받침 부재에 연결되어 승강 가능한 것을 특징으로 하는 2차 전지용 셀의 폴딩 장치.
6. 받침대 상에 캡 플레이트를 올려놓는 캡 플레이트 로딩 단계와;
   상기 캡 플레이트 상의 단자 위에 리드 탭을 올려놓는 리드 탭 로딩 단계와;
   상기 받침대의 양측에 연결된 폴딩 지그에 각각 리드가 인출된 셀을 올려놓아 상기 리드가 상기 리드 탭의 양측 위에 각각 놓이는 셀 로딩 단계와;
   용접 헤드를 하강시켜 상기 리드 탭을 상기 캡 플레이트의 단자 및 상기 셀의 리드에 각각 용접하는 용접 단계와;
   상기 리드 탭 위에 제1밴딩바를 위치시킨 후, 폴딩 지그를 폴딩 시켜 상기 리드 탭을 직각으로 절곡시키는 폴딩 단계와;
   상기 리드 탭 위로부터 상기 제1밴딩바를 제거하고 대신에 제2밴딩바를 위치시킨 후, 양측에서 판상의 성형툴을 전진시켜 상기 리드 탭의 수직한 면에 ⊂자형 단면의 완충 구간을 성형하는 완충 구간 성형 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 셀의 폴딩 방법.

Images