KR102252312B1 - 부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르는 부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀 제조방법은 (a) 적어도 하나의 전극단자를 갖는 원통형 셀을 준비하는 단계, (b) 상기 원통형 셀의 전극단자에 부스 바를 접속시키는 부스 바 접속 단계, (c) 상기 전극단자의 돌출 헤드부를 스피닝(spinning) 가공하여 상기 부스 바를 가압 가능한 형태인 변형 헤드부로 변형시키는 스피닝 단계, 및 (d) 상기 변형 헤드부를 이용하여, 상기 전극단자와 상기 전극단자에 접속된 상기 부스 바 사이를 필요한 결합력으로 연결시키는 부스 바 연결 단계를 포함한다.

Description

부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING CYLINDRICAL CELL HAVING BUSBAR CONNECTING STRUCTURE}

본 발명은 부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 각종 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 약 3배의 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 활용도가 급속히 증가하고 있다.

리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 예컨대, 리튬 이차 전지는 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치되는 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 전지 케이스를 갖는다.

그리고 리튬 이차 전지는 전지 케이스의 형태에 따라 분류된다.

예를 들어, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되는 형태인 캔형 이차 전지가 있으며, 전극 조립체가 파우치에 내장되는 파우치형 이차 전지가 있다. 특히, 캔형 이차 전지는 금속 캔의 형상에 따라 원통형 이차 전지(이하, 원통형 셀이라 함)와 각형 이차 전지(이하, 각형 셀이라 함)로 다시 분류된다.

원통형 셀은 젤리 롤 타입의 전극 조립체가 원통형 캔에 수납되는 형태를 말한다.

한편, 원통형 셀은 원통형 캔의 상단(또는 하단)에 양극 단자(또는 음극 단자)(이하, 전극단자라 함)를 구비하며, 원통형 셀의 전극단자는 결과적으로 금속 플레이트 형태의 부스 바(bus bar)와 접속되어 연결되는 구조를 가진다.

종래의 경우, 원통형 셀의 전극단자와 부스 바 간의 연결을 위해 주로 나사 체결 방법, 용접 방법, 리벳팅 방법, 초음파 융착 방법을 이용하였다. 그런데, 이러한 종래기술에 따를 경우, 다음과 같은 문제점이 있었다.

먼저, 원통형 셀의 전극단자와 부스 바를 나사 체결 방법으로 연결하는 종래기술에 따를 경우, 원통형 셀이 적용되는 장치 등의 구동에 의해 유발되는 진동 및 외부 충격 등으로 체결부가 헐거워지는 문제점이 있었다. 다시 말해, 종래기술에 따르면 원통형 셀의 전극단자 측에 나사돌기를 형성하고, 부스 바 측에 나사 홈을 갖는 체결 홀을 형성하여 나사 결합시키는데, 이러한 나사 결합 구조는 진동 및 외부 충격에 매우 취약한 단점이 있었다.

또한, 원통형 셀의 전극단자와 부스 바를 레이저 용접 등으로 용접하는 경우, 원통형 셀의 전극단자 돌출부위와 부스 바 간의 재질에 차이가 있기에 이종접합에 어려움이 있으며, 특히 부스 바의 두께에 제약이 있었다. 따라서 고 전류 사용을 위해 부스 바의 두께를 일정 수준까지 두껍게 형성하는데 어려움이 있었다.

이 밖에도 종래기술에 따르면 원통형 셀의 전극단자와 부스 바를 연결하기 위하여, 리벳팅, 코킹 등의 방법이 이용되었다. 하지만, 리벳팅의 경우, 작업은 단순하나 결합부가 찢어지는 불량이 생길 수 있으며, 열처리로 인한 변형이 생길 수 있는 단점이 있었다. 코킹의 경우, 단순 리벳팅 방법을 고정 강도를 보완한다는 장점은 있으나 결합부가 찢어지는 불량이 유발되었고, 심지어 열처리로 인한 변형이 유발된 수 있는 단점은 여전히 존재하였다.

따라서, 원통형 셀의 전극단자와 부스 바를 연결하는 방법 및 구조를 개선하여 원통형 셀의 전극단자와 부스 바 간의 고정 강도를 높일 수 있으며, 부스 바의 두께 제약이 없으며, 이종접합 및 열 충격 등의 제약을 받지 않을 수 있는 기술의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명과 관련된 선행기술로서, 대한민국 등록특허공보 제10-1696964호(이하, 선행문헌)가 있으며, 상기 선행문헌에는 원통형 이차전지가 개시되어 있다. 다만, 이에 개시된 원통형 이차전지에는 원통형 셀의 전극단자와 부스 바 간의 개선된 연결구조에 관하여 전혀 제시하고 있지 않다.

본 발명의 목적은 원통형 셀의 전극단자와 부스 바를 연결하는 방법 및 연결구조를 개선하여, 원통형 셀의 전극단자와 부스 바 간의 고정 강도를 높일 수 있어 체결 후 진동 및 외부 충격에 강인한 부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀 및 그 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 목적은 원통형 셀의 전극단자와 부스 바를 연결하는 방법 및 연결구조를 개선하여, 부스 바의 연결에 있어 부스 바의 두께 제약이 따르지 않아 고 전류의 사용이 용이한 부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀 및 그 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 목적은 원통형 셀의 전극단자와 부스 바를 연결하는 방법 및 연결구조를 개선하여, 전극단자와 부스 바 간의 소재적인 차이에 따른 이종접합에 어려움이 없으며, 열 충격 등의 제한 없이 설계가 가능한 부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르는 부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀 제조방법은 (a) 적어도 하나의 전극단자를 갖는 원통형 셀을 준비하는 단계; (b) 상기 원통형 셀의 전극단자에 부스 바를 접속시키는 부스 바 접속 단계; (c) 상기 전극단자의 돌출 헤드부를 스피닝(spinning) 가공하여 상기 부스 바를 가압 가능한 형태인 변형 헤드부로 변형시키는 스피닝 단계; 및 (d) 상기 변형 헤드부를 이용하여, 상기 전극단자와 상기 전극단자에 접속된 상기 부스 바 사이를 필요한 결합력으로 연결시키는 부스 바 연결 단계;를 포함한다.

상기 (a) 단계는, (a-1) 젤리 롤의 상, 하부에 커런트 컬렉터를 조립하는 단계; 및 (a-2) 원통형 캔의 내부로 상기 커런트 컬렉터가 조립된 상기 젤리 롤을 삽입한 후 상기 전극단자가 구비된 터미널 플레이트를 상기 원통형 캔의 개방부위를 밀봉하여 결합하는 단계;를 포함한다.

상기 (a-2) 단계에서, 상기 전극단자는, 상기 돌출 헤드부를 갖는 형태로 제공되며, 상기 돌출 헤드부는, 상기 전극단자의 내측 중심에서 설정길이만큼 상기 전극단자의 중심방향으로부터 외측으로 연장하여 돌출되며, 전체 돌출 부위에 대해 단면 사이즈가 일정하게 형성된 단면을 가질 수 있다.

상기 (b) 단계에서, 상기 부스 바는, 적어도 일단부에 상기 전극단자가 관통하여 상호 접속되기 위한 관통 홀을 구비할 수 있다.

상기 (b) 단계에서, 상기 관통 홀은, 상기 전극단자 및 상기 돌출 헤드부의 단면 크기에 대응하여 동일하거나 이보다 큰 단면 크기를 가질 수 있다.

상기 (b) 단계에서, 상기 부스 바의 일면에는 상기 관통 홀을 주변을 둘러 상기 부스 바의 내부방향으로 설정 깊이로 함몰된 환형 홈을 구비할 수 있다.

상기 (c) 단계에서, 상기 스피닝 작업은, 스피닝 장치에 의해 수행되며, 상기 스피닝 장치는, 고속 회전하며, 상기 전극단자의 돌출 헤드부에 접촉되어 상기 돌출 헤드부를 상기 변형 헤드부로 소성변형시키는 스피닝 툴; 및 상기 스피닝 툴에 회전력을 제공하고, 상기 전극단자의 돌출 헤드부를 기준으로 상기 스피닝 툴의 높이를 조절하며, 상기 전극단자의 중심방향을 기준으로 상기 스피닝 툴이 경사진 자세를 갖도록 설정각도 범위 내에서 틸팅 구동하는 스피닝 본체;를 포함한다.

상기 (d) 단계에서, 상기 변형 헤드부는, 상기 전극단자에 접속된 상기 부스 바를 소정의 힘으로 가압하여 구속시키며, 상기 전극단자와 상기 부스 바는, 상기 변형 헤드부에 의해 상호 간의 결합을 유지하는데 필요한 결합력을 확보하여, 열 충격에 의한 변형이 방지되고, 진동 또는 외력에 의해 상호 간의 결합이 해제되는 것이 방지될 수 있다.

상기 (d) 단계에서, 상기 변형 헤드부는, 상기 돌출 헤드부에 비해 직경이 확장된 형상으로 변형되되, 상기 변형 헤드부는, 상부 면이 평탄하게 형성되도록 변형되거나, 또는 상기 스피닝 장치의 틸팅 제어에 의해 상부로 갈수록 단면이 축소되는 원뿔 형상의 입체 구조로 변형될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르는 부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀은, 젤리 롤, 상기 젤리 롤의 상, 하부에 조립되는 커런트 컬렉터, 상기 커런트 컬렉터가 조립된 젤리 롤을 내부에 수용하는 원통형 캔, 상기 원통형 캔의 개방부위를 밀봉하여 결합되는 전극단자가 구비된 터미널 플레이트를 포함하고, 상기 전극단자에 접속되는 부스 바를 더 포함하며, 상기 전극단자의 돌출 헤드부를 스피닝 가공하여 상기 전극단자에 접속된 상기 부스 바를 가압 가능한 형태인 변형 헤드부로 변형시키며, 상기 변형 헤드부를 이용하여 상기 전극단자와 상기 전극단자에 접속된 상기 부스 바 사이를 필요한 결합력으로 연결시킬 수 있다.

본 발명에 의하면 원통형 셀의 전극단자와 부스 바를 연결하는 방법 및 연결구조를 개선하여, 원통형 셀의 전극단자와 부스 바 간의 고정 강도를 높일 수 있어 체결 후 진동 및 외부 충격에 강인한 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면 원통형 셀의 전극단자와 부스 바를 연결하는 방법 및 연결구조를 개선하여, 부스 바의 연결에 있어 부스 바의 두께 제약이 따르지 않아 고 전류의 사용이 용이한 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면 원통형 셀의 전극단자와 부스 바를 연결하는 방법 및 연결구조를 개선하여, 전극단자와 부스 바 간의 소재적인 차이에 따른 이종접합에 어려움이 전혀 없으며, 열 충격 등의 제한 없이 설계가 가능한 장점이 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀 제조방법을 간략히 도시한 순서도들이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀 제조방법 중 전극단자를 갖는 원통형 셀을 준비하는 단계를 설명하기 위해 도시한 공정도들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀 제조방법 중 부스 바 접속 단계와 스피닝 단계를 설명하기 위해 도시한 공정도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀 제조방법의 스피닝 단계에서 스피닝 툴이 설정각도(a) 범위에서 경사진 자세를 가질 수 있는 모습을 보여주는 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀 제조방법을 거쳐 부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀의 최종 형상을 보여주는 도면들이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.

또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.

명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B 를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 몇몇 실시예에 따르는 부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀 및 그 제조방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

도면에서, 도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀 제조방법을 간략히 도시한 순서도이며, 도 3 내지 도 5는 전극단자를 갖는 원통형 셀을 준비하는 단계를 설명하기 위해 도시한 공정도이며, 도 6은 부스 바 접속 단계와 스피닝 단계를 설명하기 위해 도시한 공정도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀 제조방법은 원통형 셀 준비 단계(S100), 부스 바 접속 단계(S200), 스피닝 단계(S300), 부스 바 연결구조 형성 단계(S400)를 포함한다.

원통형 셀 준비 단계(S100)

본 단계는 원통형 셀 준비 단계(S100)로서, 적어도 하나의 전극단자를 갖는 원통형 셀을 준비하는 단계를 말한다.

구체적인 예로서, 원통형 셀 준비 단계(S100)는 원통형 셀을 조립하는 세부 단계(S110, S120, 도 2 참조)를 더 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 구체적인 예로서 원통형 셀 준비 단계(S100)는 젤리 롤 전극 조립체(이하, '젤리 롤'이라 함) 및 커런트 컬렉터 조립 단계(S110), 및 원통형 캔 삽입 및 터미널 플레이트 결합 단계(S120)를 포함한다

젤리 롤 전극 조립체 및 커런트 컬렉터 조립 단계(S110)

본 단계는 젤리 롤에 커런트 컬렉터를 조립하는 단계로서, 도 3을 참조하면 준비된 젤리 롤 전극 조립체, 즉 젤리 롤(10)의 상부에 상부 커런트 컬렉터(Top Current Collector)(21)를 조립하고, 젤리 롤(10)의 하부에 하부 커런트 컬렉터(Bottom Current Collector)(21)를 조립할 수 있다.

이 단계를 거쳐, 젤리 롤(10)의 상, 하부에는 상부 및 하부 커런트 컬렉터(21, 23)로 구성된 커런트 컬렉터(20)가 결합될 수 있다. 예를 들어, 젤리 롤(10)의 단면 중심방향으로 소정의 홀이 형성되고, 이 홀을 통해 상부 및 하부 커런트 컬렉터(21, 23)는 정 위치로 정렬되어 결합될 수 있다.

원통형 캔 삽입 및 터미널 플레이트 결합 단계(S120)

본 단계는 이전 단계에서 조립된 젤리 롤 및 커런트 컬렉터를 원통형 캔의 내부로 삽입한 후 터미널 플레이트를 원통형 캔의 개방 부위에 밀폐 결합시키는 단계를 말한다.

도 4를 참조하면, 원통형 캔(30)이 준비되고, 원통형 캔(30)의 내부(31)로 이전 단계에서 조립된 젤리 롤(100 및 커런트 컬렉터(20)를 삽입시킨다. 이후, 원통형 캔(30)의 개방 부위에 터미널 플레이트(40)를 덮어 고정시킨다.

터미널 플레이트(40)의 외측에는 원주 방향을 따라 소정의 길이로 연장된 고무 링(41)이 더 구비될 수 있다. 터미널 플레이트(40)는 원통형 캔(30)의 개방 부위를 막아 결합되는데, 고무 링(41)은 전극의 절연 및 밀폐 기능을 제공할 수 있다.

터미널 플레이트(40)의 내측 중심에는 소정의 길이로 돌출된 전극단자(50)가 구비될 수 있다. 또한, 별도로 도시하진 않았으나 터미널 플레이트(40)에는 벤트(vent) 기구가 더 구비될 수 있는데, 이는 셀의 폭발 위험을 억제하고 안정성을 향상시켜준다.

원통형 캔(30)은 다양한 소재를 이용할 수 있는데, 예를 들어 알루미늄 소재를 이용할 수 있다. 알루미늄 소재의 원통형 캔(30)은 무게가 가벼워 원통형 셀의 경량화에 장점이 있다.

한편, 도 5를 참조하면, 전극단자(50)는 원통형 캔(30)의 중심 방향을 따라 외측으로 돌출된 돌출 헤드부(60)를 갖는 형태로 제공될 수 있다.

구체적인 예로서, 돌출 헤드부(60)는 전극단자(50)의 내측 중심에서 설정길이만큼 전극단자(30)의 길이를 연장하여 외측으로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 바람직하게는 돌출 헤드부(60)는 전체 돌출 부위에 대해 단면 사이즈가 일정한 크기를 갖는 단면을 가질 수 있다.

부스 바 접속 단계(S200)

본 단계는 부스 바 접속 단계로서, 원통형 셀의 전극단자에 부스 바를 접속시키는 단계를 말한다.

도 5를 참조하면, 이전 단계(S100)를 거쳐 소정의 원통 형 셀(70)이 준비되면, 이 원통형 셀(70)에 구비된 적어도 하나의 전극단자(50)에 부스 바(100, 도 6 참조)를 접속할 수 있다.

한편, 부스 바(100, 도 6 참조)는 적어도 일단부에 관통 홀(110)을 구비할 수 있다.

도 6을 참조하면, 관통 홀(110)은 부스 바(100)의 길이 말단에 위치할 수 있는데, 전극단자(50), 더 구체적으로는 전극단자(50)로부터 외측으로 돌출된 돌출 헤드부(60)가 관통하여 상호 접속되는 구멍을 말한다.

이를 위해, 관통 홀(110)은 전극단자(50) 및 돌출 헤드부(60)의 단면 크기 및 형상에 대응하여 이와 동일하거나 이보다 큰 단면의 홀을 갖는 것이 바람직하다.

다시 말해, 관통 홀(110)에 전극단자(50) 및 돌출 헤드부(60)가 삽입되는 작업을 쉽게 하기 위해서는 관통 홀(110)을 약간 큰 사이즈로 형성할 수 있다. 결과적으로, 관통 홀(110)에 접속된 전극단자(50) 및 돌출 헤드부(60)가 부스 바(100)에 견고한 구조로 연결되는 것은 후속 공정인 스피닝 단계(S300)에 의해 이루어질 수 있다.

한편, 부스 바(100)의 일면에는 관통 홀(110)의 주변을 둘러 부스 바(100)의 두께 내부방향으로 설정 깊이 함몰된 환형 홈(120)이 더 구비될 수 있다. 이 환형 홈(120)은 스피닝 단계(S300)를 거친 후 돌출 헤드부(60)가 스피닝 툴(210, 도 7 참조)에 의해 납작하게 눌러져 소성 변형되는 경우 변형 헤드부(300)의 중앙부(310) 높이를 부스 바(100)의 상부 면 높이와 맞추어 평평하게 해주기 위해서 변형 헤드부(300)의 변형된 확장부(320)가 밀착되어 수용될 수 있도록 해주는 수용공간을 제공한다. 이에 따라, 부스 바(100)와 변형 헤드부(300) 간의 견고한 밀착 고정 구조를 확보하면서도, 부스 바(100)의 표면 상으로 돌출된 형상부위가 남지 않아 상대적으로 매끈한 표면 처리 및 마감 형상을 제공할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따르면 도 9에 도시된 바와 같이 스피닝 단계(S300)를 거친 이후 변형 헤드부(300)가 부스 바의 상부 면으로부터 소정 높이 돌출되는 형상을 가질 수도 있다. 이외에도 별도로 도시하진 않았으나, 스피닝 단계(S300)를 거친 이후 변형 헤드부(300)의 형상은 스피닝 툴(210, 도 7 참조)의 경사 각도 조절에 따라 변형 헤드부(300)의 중심부위만이 위로 돌출된 원뿔 형상을 가질 수도 있다. 스피닝 툴(210, 도 7 참조)의 각도(a) 조절에 따라 변형 헤드부(300)의 형상은 다양하게 변형 가능한데, 예를 들어 원뿔 형상의 경우, 중심부(310)를 향할수록 확장부(320)의 두께가 점진적으로 증가되는 형상을 가짐에 따라 외부 진동 및 충격에 의해 변형 헤드부(300)의 형상이 변형되어 부스 바 연결구조가 헐거워지는 것을 미연에 방지할 수 있으며, 필요한 구조적 강도를 높일 수 있는 장점이 있다.

스피닝 단계(S300)

본 단계는 스피닝 단계(S400)로서, 도 6을 참조하면 부스 바(100)의 관통 홀(110)에 접속된 후 전극단자(50)의 상부로 돌출된 부위, 즉 돌출 헤드부(60)를 스피닝(spinning) 가공하는 단계이다.

본 스피닝 단계(S300)를 거쳐 돌출 헤드부(60)의 가공 전 단면 사이즈가 일정하게 형성된 단면으로 돌출된 형상은 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 납작하게 눌러져 변형되는데, 돌출 헤드부(60)의 변형 후 형상을 변형 헤드부(300)라 한다.

변형 헤드부(300)는 부스 바(100)를 눌러 부스 바(100)의 접속 상태를 유지시키며, 진동 및 외부 충격이 가해지는 경우에도 부스 바(100)와 전극단자(50)가 서로 견고하게 연결될 수 있도록 해준다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 단계(S300)에서의 스피닝 작업은 전용의 스피닝 장치에 의해 수행될 수 있다.

도시된 바와 같이, 본 단계(S300)에서 이용되는 스피닝 장치(200)는 스피닝 툴(210), 및 스피닝 본체(220)를 포함한다.

스피닝 툴(210)은 설정방향(R)을 따라 고속 회전하는 가공 툴을 말한다. 스피닝 툴(210)은 고속 회전하면서 전극단자(50)의 돌출 헤드부(60)의 상부(및 상부 일측)에 접촉되며, 돌출 헤드부(60)의 형상을 변형시킨다. 결과적으로 돌출 헤드부(60)는 스피닝 툴(210)에 의해 소성변형되어 부스 바(100)를 가압하여 눌러주는 형상이 될 수 있다.

스피닝 본체(220)는 스피닝 툴(210)에 회전력을 제공하는 스피닝 장치(200)의 메인 몸체를 말한다. 스피닝 본체(220)는 전극단자(50)의 돌출 헤드부(60)를 기준으로 스피닝 툴(210)의 상대 높이를 조절할 수 있으며, 전극단자(50)의 중심방향(C.L)을 기준으로 스피닝 툴(210)이 경사진 자세를 갖도록 설정각도 범위 내에서 틸팅 구동할 수 있다. 여기서, 경사각(a)은 필요에 따라 0~30도의 범위 내에서 정해질 수 있는데, 스피닝 툴(210)의 선단부(211)가 돌출 헤드부(60)를 향하여 대면하는 위치가 변경될 수 있어 돌출 헤드부(60)를 다양한 형상으로 변형시킬 수 있다. 바람직하게는 경사각(a)은 5~15도 범위 내에서 정해질 수 있다. 만일, 5도 미만일 경우 틸팅 동작에 따른 효과가 미미하며, 만일 15도를 초과할 경우 돌출 헤드부(60)의 측면 변형량이 지나치게 커져 돌출 헤드부(60)의 외측 부위에만 변형이 집중되어 구조적인 강도가 오히려 약화될 우려가 따를 수 있다. 예를 들어, 스피닝 툴(210)의 선단부(211)가 돌출 헤드부(60)의 원주 테두리 부위, 즉 돌출 헤드부의 외측(61)에 대면하도록 스피닝 툴(210)의 경사진 자세가 조절될 경우, 변형 헤드부(300)는 도 8 및 도 9에 도시된 평평한 형상이 아닌 원뿔 형상으로 중심부가 높게 돌출된 형상으로 가공될 수도 있다.

한편, 도 8을 참조하면 변형 헤드부(300)는 전극단자(50, 도 5 참조)에 접속된 부스 바(100)를 소정의 힘으로 가압하여 상호 간의 접속위치를 구속시킬 수 있다.

이로써, 부스 바(100)는 전극단자에 접속된 상태에서 변형 헤드부(300)에 의해 상호 간의 결합을 유지하는데 필요한 결합력을 확보할 수 있으며, 용접 등을 이용하지 않으므로 열 충격에 의한 변형이 방지될 수 있다. 또한, 리벳 등 기계요소를 이용한 체결 방법에 의해 진동 또는 외력에 의한 상호 간의 결합이 해제되는 것이 억제되어 차량 등의 동력장치에 이용될 경우에도 사용상의 안정성을 향상시킬 수 있다.

부스 바 연결구조 형성 단계(S400)

본 단계는 부스 바 연결구조 형성 단계(S400)로서, 이전 단계(S300)에서 스피닝 가공에 의해 변형된 변형 헤드부(300)를 이용하여 전극단자와 전극단자에 접속된 상기 부스 바 사이를 필요한 결합력으로 연결시키는 부스 바 연결구조가 제공될 수 있다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀 제조방법을 거쳐 부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀의 최종 형상을 보여주는 도면들이다.

도 8을 참조하면, 부스 바(100)의 관통 홀(110)은 변형 헤드부(300)의 스피닝 가공에 의해 확장된 확장부(320)의 단면에 대응하는 크기를 가질 수 있다. 바람직하게는 관통 홀(110)의 상단부는 확장부(320)의 단면 크기보다 조금 크게 형성되며, 관통 홀 하단부(130)는 변형 헤드부(300)의 스피닝 가공 전 형상, 즉 돌출 헤드부(60, 도 5 참조)에 대응하는 크기를 가질 수 있다. 그리고 부스 바(100)에는 관통 홀(110)의 주변으로 환형 홈(120)이 형성되는데, 이 환형 홈(120)을 통해 확장부(320)의 하부가 밀착되어 서로 접촉 고정될 수 있다. 도 9를 참조하면, 변형 헤드부(300)가 부스 바(100)의 일면, 즉 상부 면보다 더 돌출된 형상을 가지는데, 이외에도 별도로 도시하진 않았으나 원뿔 형상 등으로도 변경이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명의 구성 및 작용에 따르면 원통형 셀의 전극단자와 부스 바를 연결하는 방법 및 연결구조를 개선하여, 원통형 셀의 전극단자와 부스 바 간의 고정 강도를 높일 수 있어 체결 후 진동 및 외부 충격에 강인한 유리한 기술적 효과가 있다.

나아가, 원통형 셀의 전극단자와 부스 바를 연결하는 방법 및 연결구조를 개선하여, 부스 바의 연결에 있어 부스 바의 두께 제약이 따르지 않아 고 전류의 사용이 용이한 유리한 기술적 효과가 있다.

더 나아가, 원통형 셀의 전극단자와 부스 바를 연결하는 방법 및 연결구조를 개선하여, 전극단자와 부스 바 간의 소재적인 차이에 따른 이종접합에 어려움이 전혀 없으며, 열 충격 등의 제한 없이 설계가 가능하다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 몇몇 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

S100: 원통형 셀 준비 단계
S110: 제1 원통형 셀 조립 단계
S120: 제2 원통형 셀 조립 단계
S200: 부스 바 접속 단계
S300: 스피닝 단계
S400: 부스 바 연결구조 형성 단계
10: 젤리 롤(또는 젤리 롤 전극 조립체)
20: 커런트 컬렉터
21: 상부 커런트 컬렉터
23: 하부 커런트 컬렉터
30: 원통형 캔
31: 캔 내부
40: 터미널 플레이트
41: 고무 링
50: 전극단자
60: 돌출 헤드부
61: 돌출 헤드부의 외측
100: 부스 바
110: 관통 홀
120: 환형 홈
130: 관통 홀 하단부
200: 스피닝 장치
210: 스피닝 툴
211: 툴 선단부
220: 스피닝 본체
330: 변형 헤드부
310: 중앙부
320: 확장부

Claims (8)

1. (a) 적어도 하나의 전극단자를 갖는 원통형 셀을 준비하는 단계;
   (b) 상기 원통형 셀의 전극단자에 부스 바를 접속시키는 부스 바 접속 단계;
   (c) 상기 전극단자의 돌출 헤드부를 스피닝(spinning) 가공하여 상기 부스 바를 가압 가능한 형태인 변형 헤드부로 변형시키는 스피닝 단계; 및
   (d) 상기 변형 헤드부를 이용하여, 상기 전극단자와 상기 전극단자에 접속된 상기 부스 바 사이를 필요한 결합력으로 연결시키는 부스 바 연결 단계;를 포함하며,
   상기 돌출 헤드부는, 상기 전극단자의 내측 중심에서 설정길이만큼 상기 전극단자의 중심방향으로부터 외측으로 연장하여 돌출되며, 전체 돌출 부위에 대해 단면 사이즈가 일정하게 형성된 단면을 가지며,
   상기 (b) 단계에서, 상기 부스 바는, 적어도 일단부에 상기 전극단자가 관통하여 상호 접속되기 위한 관통 홀을 구비하되, 상기 부스 바의 일면에는 상기 관통 홀의 주변을 둘러 상기 부스 바의 내부방향으로 설정 깊이로 함몰된 환형 홈이 구비되며,
   상기 (d) 단계에서, 상기 변형 헤드부는, 상기 전극단자에 접속된 상기 부스 바를 소정의 힘으로 가압하여 접속 위치를 구속시키는 형상을 가지되, 상기 변형 헤드부는 상부 면이 평탄하게 형성되고,
   상기 (c) 단계에서, 상기 스피닝 작업은, 고속 회전하는 스피닝 툴과, 상기 스피닝 툴에 회전력을 제공하는 스피닝 본체를 포함하는 스피닝 장치에 의해 수행되되, 상기 스피닝 본체는 상기 전극단자의 상기 돌출 헤드부를 기준으로 상기 스피닝 툴의 상대 높이를 조절하며, 상기 전극단자의 중심방향을 기준으로 스피닝 툴이 경사진 자세를 갖도록 설정각도 범위 내에서 틸팅 구동하여, 상기 스피닝 툴의 선단부가 상기 돌출 헤드부를 향하여 대면하는 위치가 변경 가능하며,
   상기 환형 홈은, 상기 (c) 단계를 거친 후 상기 돌출 헤드부가 상기 스피닝 툴에 의해 납작하게 눌러져 소성 변형되는 경우 상기 변형 헤드부의 중앙부 높이를 상기 부스 바의 상부 면 높이와 맞추어 평평하게 해주기 위해서, 상기 변형 헤드부의 변형된 확장부가 밀착되어 수용될 수 있는 수용공간을 제공하는 것을 특징으로 하는 부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 (a) 단계는,
   (a-1) 젤리 롤의 상, 하부에 커런트 컬렉터를 조립하는 단계; 및
   (a-2) 원통형 캔의 내부로 상기 커런트 컬렉터가 조립된 상기 젤리 롤을 삽입한 후 상기 전극단자가 구비된 터미널 플레이트를 상기 원통형 캔의 개방부위를 밀봉하여 결합하는 단계;
   를 포함하는 부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀 제조방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 (a-2) 단계에서,
   상기 전극단자는, 상기 돌출 헤드부를 갖는 형태로 제공되는
   부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀 제조방법.
   
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 (b) 단계에서,
   상기 관통 홀은,
   상기 전극단자 및 상기 돌출 헤드부의 단면 크기에 대응하여 동일하거나 이보다 큰 단면 크기를 갖는 것을 특징으로 하는
   부스 바 연결구조를 갖는 원통형 셀 제조방법.
   
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