KR102252330B1 - 부스 바 연결구조를 갖는 각형 셀 제조방법 - Google Patents

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주식회사 유로셀
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Abstract

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

Description

부스 바 연결구조를 갖는 각형 셀 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING PRISMATIC CELL HAVING BUSBAR CONNECTING STRUCTURE}
본 발명은 부스 바 연결구조를 갖는 각형 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.
각형 셀은 다수 개로 스택 된 전극 조립체가 각형 케이스의 내부에 수납되는 형태를 가진다. 그리고 각형 셀은 각형 케이스의 상단에 복수의 전극단자를 구비하며, 복수의 전극단자는 금속 플레이트 형태의 부스 바(bus bar)와 접속되어 연결된다.
종래의 각형 셀의 경우 전극단자와 부스 바 사이의 연결을 위해 주로 레이저 용접 등의 방식이 이용되었다. 그런데 종래의 방식에 따르면 외부로부터 진동이 유입되거나 또는 외부로부터 물리적인 충격이 가해질 경우 용접 부위의 접합이 해제되는 문제점이 있었다. 또한, 레이저 용접 등의 종래의 방식에 따르면, 이종 재질의 경우 접합에 제약이 따르는 문제점이 있으며, 또한, 고 전류 사용을 위해 부스 바의 두께를 증가시킬 경우 레이저 용접에 제약이 따르는 문제점이 있었다.
본 발명과 관련된 선행기술로서, 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0028068호(이하, 선행문헌)가 있으며, 상기 선행문헌에는 각형 전지 셀이 개시되어 있다. 다만, 이에 개시된 각형 전지 셀의 경우 각형 셀에서의 전극단자와 부스 반의 개선된 연결구조에 관하여 전혀 제시하고 있지 않다.
본 발명의 목적은 각형 셀의 전극단자와 부스 바를 연결하는 방법 및 연결구조를 개선하여, 레이저 용접 등의 종래의 기술로부터 벗어나 각형 셀의 전극단자와 부스 바 간의 강인한 접합 구조를 확보할 수 있는 부스 바 연결구조를 갖는 각형 셀 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 목적은 각형 셀의 전극단자와 부스 바를 연결하는 방법 및 연결구조를 개선하여, 부스 바의 두께의 제약이 없어 고 전류의 사용이 가능한 각형 셀 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 목적은 각형 셀의 전극단자와 부스 바 간의 소재적인 차이에 따른 이종접합에 어려움이 없으며, 열 충격 등의 제한 없이 설계가 가능한 부스 바 연결구조를 갖는 각형 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 각형 셀 제조방법은, (a) 복수의 전극단자를 갖는 각형 셀을 준비하는 단계; (b) 상기 복수의 전극단자 각각에 부스 바를 접속시키는 부스 바 접속 단계; (c) 상기 복수의 전극단자 각각의 돌출 헤드부를 스피닝(spinning) 가공하여 상기 부스 바를 가압 가능한 형태인 변형 헤드부로 변형시키는 스피닝 단계; 및 (d) 상기 변형 헤드부를 이용하여, 상기 복수의 전극단자 각각과 상기 접속된 부스 바 사이를 필요한 결합력으로 연결시키는 부스 바 연결 단계;를 포함한다.
상기 (a) 단계는, (a-1) 젤리 롤을 마련하는 단계; (a-2) 상기 젤리 롤과 전극 무지부를 연결하는 프리 웰딩(pre-welding) 단계; (a-3) 상기 프리 웰딩이 완료된 상기 젤리 롤과 커런트 컬렉터를 연결하는 메인 웰딩(main-welding) 단계; (a-4) 젤리 롤이 겹쳐지도록 폴딩(folding)시켜 폴딩 구조체를 마련하는 단계; 및 (a-5) 상기 메인 웰딩이 완료된 상기 젤리 롤을 각형 케이스에 수납하고, 상기 각형 케이스를 밀봉하도록 복수의 전극단자가 구비된 캡 플레이트를 조립하여 각형 셀을 준비하는 각형 셀 조립 단계;를 포함한다.
상기 (a-1) 단계에서, 상기 젤리 롤은, 전극 조립체를 상하로 적층한 스택 구조체 형태의 스택타입 젤리 롤 또는 각형권취타입 젤리 롤 일 수 있다.
상기 (a) 단계에서, 상기 전극단자는, 상기 돌출 헤드부를 갖는 형태로 제공될 수 있다. 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, 고속 회전하는 스피닝 툴과, 상기 스피닝 툴에 회전력을 제공하는 스피닝 본체를 포함한다. 스피닝 툴은 고속 회전하며, 상기 전극단자의 돌출 헤드부에 접촉되어 상기 돌출 헤드부를 상기 변형 헤드부로 소성변형시킬 수 있다. 스피닝 본체는 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 구동할 수 있다.
상기 (d) 단계에서, 상기 변형 헤드부는, 상기 전극단자에 접속된 상기 부스 바를 소정의 힘으로 가압하여 접속 위치를 구속시키는 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 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 각형 셀은 전술한 각형 셀 제조방법을 이용하여 제조된 부스 바 연결구조를 갖는 각형 셀로서, 상기 각형 셀은, 상기 캡 플레이트에 구비된 상기 복수의 전극단자 각각에 접속되는 복수의 부스 바를 더 포함하며, 상기 복수의 전극단자 각각에 돌출된 돌출 헤드부를 스피닝 가공하여 상기 복수의 전극단자 각각에 접속된 상기 복수의 부스 바 각각을 가압 가능한 형태인 복수의 변형 헤드부로 변형시켜, 상기 변형 헤드부를 이용하여 상기 전극단자와 상기 전극단자에 접속된 상기 부스 바 사이를 필요한 결합력으로 연결시키는 부스 바 연결구조를 가질 수 있다.
본 발명에 의하면 각형 셀의 전극단자와 부스 바를 연결하는 방법 및 연결구조를 개선하여, 각형 셀의 전극단자와 부스 바 간의 연결 시 고정 강도를 높일 수 있어 체결 후 진동 및 외부 충격에 강인한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면 각형 셀의 전극단자와 부스 바를 연결하는 방법 및 연결구조를 개선하여, 부스 바의 연결 시 부스 바의 두께 제약이 따르지 않아 고 전류의 사용이 용이한 장점이 있다. 종래의 레이저 용접의 경우, 부스 바의 두께가 증가할 경우 실시에 어려움이 따랐다. 본 발명에 의하면 부스 바의 두께를 1 내지 5mm까지 증가할 경우에도 높은 고정 강도로 연결이 가능해져 고 전류를 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면 각형 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 각형 셀 제조방법을 간략히 도시한 순서도들이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 각형 셀을 준비하는 단계를 설명하기 위한 공정도들이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 부스 바 연결구조를 갖는 각형 셀 제조방법 중 부스 바 접속 단계와 스피닝 단계를 설명하기 위해 도시한 공정도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스 바 연결구조를 갖는 각형 셀 제조방법의 스피닝 단계에서 스피닝 툴이 설정각도(a) 범위에서 경사진 자세를 가질 수 있는 모습을 보여주는 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 각형 셀의 전극단자와 부스 바가 연결된 부스 바 연결구조를 보여주는 도면이다.
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 각형 셀 및 그 제조방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다
도면에서, 도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스 바 연결구조를 갖는 각형 셀 제조방법을 간략히 도시한 순서도이고, 도 3 내지 도 7은 각형 셀을 준비하는 단계를 설명하기 위한 공정도들이며, 도 8은 부스 바 접속 단계와 스피닝 단계를 설명하기 위해 도시한 공정도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 부스 바 연결구조를 갖는 각형 셀 제조방법은 각형 셀 준비 단계(S100), 부스 바 접속 단계(S200), 스피닝 단계(S300), 부스 바 연결구조 형성 단계(S400)를 포함한다.
각형 셀 준비 단계(S100)
본 단계는 각형 셀 준비 단계(S100)로서, 복수의 전극단자를 갖는 각형 셀을 조립하여 준비하는 단계를 말한다.
구체적인 예로서, 도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따르는 각형 셀(20, 도 7 참조)은 젤리 롤 마련단계(예: 스택 단계 등)(S110), 프리 웰딩 단계(S120), 메인 웰딩 단계(S130), 폴딩 단계(S140), 각형 셀 조립 단계(S150)를 포함한다. 부스 바 접속, 스피닝 가공 및 연결 단계(S200, S300, S400)는 각형 셀의 조립 단계(S150)가 실시된 이후에 수행될 수 있다.
먼저, 각형 셀 준비 단계(S100)의 세부 단계로서 젤리 롤 마련단계, 즉 스택 단계(S110)가 수행될 수 있다. 스택 단계(S110)는 도 3에 도시된 바와 같이 전극 조립체를 상하로 적층하여 스택 구조체를 만드는 단계이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스택 구조체(11)의 예시적 형상을 나타내고 있다. 도시된 스택 구조체(11)는 하나의 예시적 형상으로서 본 발명은 이러한 형상에 반드시 제한되지 않으며, 통상의 기술자에게 자명한 다양한 형상으로 변경하여 실시하여도 무방하다. 예를 들어 도 3에 도시된 스택타입 젤리 롤과 달리 각형권취타입 젤리 롤을 마련할 수 있으며, 이 밖에도 다양한 타입의 젤리 롤을 마련하여 이용할 수 있다.
다음으로, 프리 웰딩 단계(S120)가 수행될 수 있다. 프리 웰딩 단계(S200)는 상기 스택 구조체(11, 도 3 참조)를 프리 웰딩(pre-welding)하여 젤리 롤(jelly- roll)(13, 도 4 참조)의 전극 무지부를 연결하는 단계이다(도 4 참조). 도 4를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리 롤(13)의 예시적 형상을 보여준다. 다만, 도시된 젤리 롤(13)는 하나의 예시적 형상으로서 본 발명은 이러한 형상에 제한되지 않으며, 통상의 기술자에게 자명한 다양한 형상으로 변경하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 각형권취타입 젤리 롤을 이용할 수 있다.
다음으로, 프리 웰딩 단계(S120)에 이어서 메인 웰딩 단계(S130)가 수행될 수 있다. 메인 웰딩 단계(S130)는 젤리 롤(13)을 복수 개 마련하고, 상기 복수의 젤리 롤(13) 각각의 터미널 및 캡(15)을 웰딩(welding)시켜 상호 연결하는 단계를 말한다. 도 5는 복수의 젤리 롤(13) 각각의 터미널 및 캡(15)을 웰딩(welding)시키는 메인 웰딩 작업의 예시적 형태를 보여준다. 다만, 도 5에 도시된 젤리 롤(13)의 배치 형상 및 웰딩 연결 형상은 바람직한 예시적 형상으로서, 본 발명은 이러한 형상에 반드시 제한되지 않으며, 통상의 기술자에게 자명한 다양한 형상으로 변경하여 실시하여도 무방하다.
다음으로, 폴딩 단계(S140)가 수행될 수 있다. 폴딩 단계(S140)는 스택타입 젤리 롤의 경우 서로 양측으로 연결된 복수의 젤리 롤(13)이 양쪽으로 마주하여 겹쳐지도록 폴딩(folding)시키는 작업을 수행하는 것으로, 복수의 젤리 롤(13)은 폴딩 구조체(17)로 마련될 수 있다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 젤리 롤(13)이 폴딩 구조체(17)로 마련된 모습을 보여준다. 도 6에 도시된 폴딩 구조체(17)의 형상은 하나의 예시적 형상으로서, 본 발명은 이러한 형상에 반드시 제한되지 않으며, 통상의 기술자에게 자명한 다양한 형상으로 조금씩 변경될 수 있다. 즉, 각형권취타입 젤리 롤으로 변경하여 이용할 수도 있다.
다음으로, 각형 셀 조립 단계(S150)가 수행될 수 있다. 각형 셀 조립 단계(S150)는 각형 케이스(19)의 내부 수납공간으로 폴딩 구조체(17)를 수납하고, 각형 케이스(19)의 상부 개방 부위를 밀폐시키도록 캡 플레이트와 나머지 각형 셀 구성부품을 조립하는 단계이다(도 7 참조). 여기서, 각형 셀 구성부품이라 함은 다수의 절연부품, 다수의 리드, 가스켓 등이 다양하게 포함될 수 있는데 통상의 기술자에게 자명한 구성들을 더 포함시킬 수 있다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 각형 케이스(19)를 이용하여 전체적으로 밀봉된 각형 셀(20)의 개략적인 형상을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르는 각형 셀(20)의 경우 캡 플레이트(18) 상에 복수의 전극단자(50)를 포함한다. 복수의 전극단자(50) 각각은 양극 및 음극 단자로 구성될 수 있다. 각각의 전극단자(50)는 돌출 헤드부(60, 도 8 참조)를 구비한다.
돌출 헤드부(60, 도 8 참조)는 전극단자(50)의 내측 중심에서 설정길이만큼 전극단자(50)의 중심방향으로부터 외측으로 연장하여 돌출되는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 돌출 헤드부(60)는 전체 돌출 부위에 대해 단면 사이즈가 일정한 크기를 갖는 단면을 가질 수 있다. 이러한 돌출 헤드부(60)는 부스 바의 접속 작업은 용이하게 하며, 스피닝 작업을 거쳐 납작한 형태의 변형 헤드부(300, 도 10 참조)로 소성변형 되어 부스 바를 구속하게 된다.
부스 바 접속 단계(S200)
본 단계는 부스 바 접속 단계로서, 각형 셀의 전극단자에 부스 바를 접속시키는 단계를 말한다.
도 8를 참조하면, 각형 셀에 구비된 복수의 전극단자(50) 각각에 부스 바(100)를 접속시킨다. 부스 바(100)는 관통 홀(110)을 구비할 수 있다. 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.
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, 도 10 참조)이 더 구비될 수 있다. 환형 홈(120, 도 10 참조)은 후술할 스피닝 단계(S300)를 거친 후 돌출 헤드부(60)가 스피닝 툴(210, 도 8 참조)에 의해 납작하게 눌러져 소성 변형되는 경우 변형 헤드부(300)가 밀착하여 수용되는 수용공간을 제공한다. 다시 말해, 환형 홈(120, 도 10 참조)은 변형 헤드부(300)의 중앙부(310) 높이를 부스 바(100)의 상부 면 높이와 맞추어 평평하게 해주기 위해서(도 10 참조), 변형 헤드부(300)의 확장부(320)가 삽입되어 수용될 수 있는 크기의 홈을 말한다.
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 11에 도시된 바와 같이 스피닝 단계(S300)를 거친 이후 변형 헤드부(300)가 부스 바의 상부 면으로부터 소정 높이만큼 돌출되는 형상을 가질 수도 있다.
이 외에도 별도로 도시하진 않았으나, 본 발명의 실시예에 따르면 스피닝 단계(S300)를 거친 이후 변형 헤드부(300)의 형상이 스피닝 툴(210, 도 9 참조)의 경사 각도(a) 조절에 따라 변형 헤드부(300)의 중심부위만이 위로 돌출되는 원뿔 형상을 가질 수도 있다.
이와 같이, 스피닝 툴(210, 도 9 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 8 및 도 9를 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 일정한 크기를 갖는 단면으로 돌출된 형상은 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 납작하게 눌러져 변형되는데, 돌출 헤드부(60)가 변형된 것을 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 8 및 도 9를 참조하면, 본 단계(S300)에서의 스피닝 작업은 전용의 스피닝 장치에 의해 수행될 수 있다. 본 스피닝 단계(S300)에서 이용되는 스피닝 장치(200)는 스피닝 툴(210)과 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)의 고속 회전에 의해 그 돌출된 형상이 납작하게 소성변형 되어 결과적으로 부스 바(100)를 가압하는 형태로 변형될 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. 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 10 및 도 11에 도시된 평평한 형상이 아닌 원뿔 형상으로 중심부가 높게 돌출된 형상으로 가공될 수도 있다.
변형 헤드부(300)는 전극단자(50)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, 스피닝 가공에 의해 변형된 변형 헤드부(300)를 이용하여 전극단자와 전극단자에 접속된 상기 부스 바 사이를 필요한 결합력으로 연결시키는 부스 바 연결구조가 제공된다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 부스 바 연결구조를 갖는 각형 셀 제조방법에 의해 제조된 부스 바 연결구조를 갖는 각형 셀의 최종 형상을 보여준다. 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)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 일부 삽입되어 밀착되며 상호 넓은 면으로 접촉 고정될 수 있다. 도 11을 참조하면, 변형 헤드부(300)가 부스 바(100)의 일면, 즉 상부 면보다 소정 높이만큼 더 돌출된 형상을 가질 수 있다. 이 외에도 본 발명의 실시예에 따르면 확장부(320, 도 10 참조)보다 중심부(310, 도 10 참조)로 갈수록 두께가 증가하는 원뿔 형상을 갖도록 변형 헤드부(300)의 형상을 변경할 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 구성 및 작용에 따르면 각형 셀의 전극단자와 부스 바를 연결하는 방법 및 연결구조를 개선하여, 각형 셀의 전극단자와 부스 바 간의 고정 강도를 높일 수 있어 체결 후 진동 및 외부 충격에 강인한 유리한 기술적 효과가 있다. 나아가, 각형 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, 각형 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: 각형 셀 준비 단계
S110: 스택 단계
S120: 프리 웰딩 단계
S130: 터미널 및 캡 웰딩 단계
S140: 폴딩 단계
S150: 각형 셀 조립 단계
S200: 부스 바 접속 단계
S300: 스피닝 단계
S400: 부스 바 연결구조 형성 단계
11: 스택 구조체
13: 젤리 롤
15: 터미널 및 캡
17: 폴딩 구조체
18: 캡 플레이트
19: 케이스
20: 각형 셀
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 (9)

  1. (a) 복수의 전극단자를 갖는 각형 셀을 준비하는 단계;
    (b) 상기 복수의 전극단자 각각에 부스 바를 접속시키는 부스 바 접속 단계;
    (c) 상기 복수의 전극단자 각각의 돌출 헤드부를 스피닝(spinning) 가공하여 상기 부스 바를 가압 가능한 형태인 변형 헤드부로 변형시키는 스피닝 단계; 및
    (d) 상기 변형 헤드부를 이용하여, 상기 복수의 전극단자 각각과 상기 접속된 부스 바 사이를 필요한 결합력으로 연결시키는 부스 바 연결 단계;를 포함하고,
    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 형성되도록 변형되고,
    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 헤드부가 밀착하여 수용되는 수용공간을 제공하며,
    상기 환형 홈은, 상기 변형 헤드부의 중앙부 높이를 상기 부스 바의 상부 면 높이와 맞추어 평평하게 해주기 위해서, 상기 변형 헤드부의 확장부가 삽입되어 수용될 수 있는 크기의 홈으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부스 바 연결구조를 갖는 각형 셀 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (a-1) 젤리 롤을 마련하는 단계;
    (a-2) 상기 젤리 롤과 전극 무지부를 연결하는 프리 웰딩(pre-welding) 단계;
    (a-3) 상기 프리 웰딩이 완료된 상기 젤리 롤과 커런트 컬렉터를 연결하는 메인 웰딩(main-welding) 단계; 및
    (a-4) 상기 메인 웰딩이 완료된 상기 젤리 롤을 각형 케이스에 수납하고, 상기 각형 케이스를 밀봉하도록 복수의 전극단자가 구비된 캡 플레이트를 조립하여 각형 셀을 준비하는 각형 셀 조립 단계;
    를 포함하는 부스 바 연결구조를 갖는 각형 셀 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 (a-1) 단계에서, 상기 젤리 롤은, 전극 조립체를 상하로 적층한 스택 구조체 형태의 스택타입 젤리 롤 또는 각형권취타입 젤리 롤인 것을 특징으로 하는
    부스 바 연결구조를 갖는 각형 셀 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 전극단자는, 상기 돌출 헤드부를 갖는 형태로 제공되는
    부스 바 연결구조를 갖는 각형 셀 제조방법.
  5. 삭제
  6. 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 각형 셀 제조방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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