WO2021153902A1 - 용접성이 향상된 전지 셀 및 이의 가공 장치 - Google Patents

용접성이 향상된 전지 셀 및 이의 가공 장치 Download PDF

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장재영
황성주
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Definitions

  • the present invention relates to a battery cell with improved weldability and a processing apparatus thereof, and more particularly, an embossing is provided on the negative lead to minimize welding defects, and it is possible to simultaneously cut the lead and form the embossing of the negative lead, so that the battery cell It relates to a battery cell with improved weldability, which is easy to process, and an apparatus for processing the same.
  • lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, so charging and discharging are free and easy. , the self-discharge rate is very low and the energy density is high.
  • a separate metal plate is required for a series or parallel connection of a plurality of battery cells. That is, a plurality of electrode leads or an electrode lead and a metal plate are coupled to each other by a known bonding method such as welding.
  • the conventional battery cell 10 includes an electrode assembly, a pair of electrode tabs 11 extending from the electrode assembly, and a pair of welds. It includes an electrode lead 12 and a case 13 for accommodating the electrode assembly.
  • the electrode lead 12 since the electrode lead 12 has a simple flat plate shape, it is not properly in close contact with the object to be welded, so that there is a high possibility that a welding defect may occur.
  • the battery cell undergoes a process of cutting the lead to meet a predetermined standard.
  • the lead is bent and is not cut at a predetermined position or the cutter for cutting needs to be frequently replaced.
  • FIG 2 is a side view of a battery cell processing apparatus according to the prior art.
  • the seating jig 22 is located on the upper surface of the base 21, and the cutting body 23, the pneumatic member 24, the cutting member 25 and the upper cutting knife are nearby. (26) is provided.
  • the upper cutting knife 26 moves downward and the lower The lead is cut at the point where the cutting knife 27 is located.
  • the cutting knife consists of a pair of upper and lower cutting knives, so the device is complicated, and when the cutting knife becomes dull, it is usually necessary to replace all of the pair of cutting knives.
  • Patent Document 1 Korea Patent Publication No. 2006-0011312
  • An object of the present invention is to provide a battery cell capable of improving welding quality during resistance welding in order to solve the above problems.
  • Another object of the present invention is to provide a battery cell processing apparatus capable of reducing maintenance cost while accurately cutting the lead of the battery cell.
  • the electrode assembly is accommodated in the cell case 110 , and a pair of electrode leads composed of the negative lead 120 and the positive lead 130 is the cell.
  • the negative lead 120 is made of a nickel material and at least one embossing 121 is formed
  • the positive lead 130 is made of an aluminum material and the embossing is formed. characterized in that it is not.
  • the battery cell processing apparatus having a seating die 211 on which a pair of leads are supported; a vertical fixing part 220 positioned vertically while being fixed to a predetermined part on one side of the base part 210; a block unit 230 connected to be liftable with respect to the vertical fixing unit 220; a pair of cutters 250 located on the lower surface of the block unit 230 and spaced apart from each other by a predetermined distance for cutting the negative lead 120 and the positive lead 130; It includes a pair of support parts 270 positioned on the bottom surface of the block part 230 and positioned in parallel with the pair of cutters 250 in the horizontal direction, the bottom surface of any one of the pair of support parts 270 . It is characterized in that the projection 271 (a) for forming the embossing 121 of the negative lead 120 is provided.
  • a second connection portion 260 for connecting the block portion 230 and a pair of cutters 250; and a third connection part 280 for connecting the block part 230 and the pair of support parts 270, wherein the third connection part 280 is made of an elastic member that can be stretched and contracted in the vertical direction,
  • the second connection part 260 is characterized in that it cannot be stretched in the vertical direction.
  • the third connection part 280 is characterized in that it includes a spring.
  • the pair of cutters 250 includes a first cutter 251 and a second cutter 252
  • the pair of support parts 270 includes a first support part ( 271) and a second support part 272, wherein the first cutter 251 and the first support part 271 are located adjacent to each other, and the second cutter 252 and the second support part 272 are located adjacent to each other. characterized in that
  • the cutter 250 is characterized in that the teragon shape.
  • the cutter 250 is characterized in that it has a hexahedral shape.
  • the cutter 250 includes a front portion 251 (a), a rear portion 251 (b), the front portion 251 (a) and a rear portion 251 (b). ) the bottom part 251 (c)) connecting the lower part, the front part 251 (a) and the bottom part 251 (c), and the rear part 251 (b) and the bottom part 251 (c)) A pair of corner portions 251 (d) formed at the meeting position, and a pair of side portions 251 (e) connecting the front portion 251 (a) and the rear portion 251 (b)).
  • the pair of side portions 251 (e) is further provided with an extension portion 251 (f) extending a predetermined length downward.
  • the corner portion 251 (d) is characterized in that it forms a right angle.
  • one side of the cutter 250 moves in a vertical direction along one side of the seating die 211
  • the support 270 is the seating die 211 . It is characterized in that it moves in a direction perpendicular to the upper surface.
  • the distance between one side of the mounting die 211 and one side of the cutter 250 is more than 0 mm and less than 0.05 mm.
  • the battery cell processing method a first step of locating the battery cell to be processed on the upper surface of the mounting die 211 of the base portion 210; a second step of moving the seating die 211 forward; a third step of vertically lowering the block portion 230 to cut the negative lead 120 and the positive lead 130 to a predetermined length and at the same time form one or more embossing 121 on the negative lead 120; and a fourth step of separating the processed battery cells from the seating die 211 repeatedly, but after processing a predetermined number of battery cells, turn the cutter 250 clockwise or counterclockwise After rotating by 180 °, it is characterized in that the above steps are repeatedly performed.
  • the negative lead of the battery cell according to the present invention is provided with one or more embossing, so that there is an advantage that welding quality can be improved during resistance welding with a metal plate.
  • the cutter for cutting the lead and the support for embossing and supporting the lead are raised and lowered at the same time by driving the block part, the processing accuracy is high as well as the processing time can be shortened. It has the advantage of being able to
  • the cutter of the present invention has excellent durability because it has a teragon shape, and it is economical because both of a pair of edges facing each other can be used as blades.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery cell according to the prior art.
  • Figure 2 is a side view of a battery cell processing apparatus according to the prior art.
  • FIG 3 is a perspective view of a battery cell according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a side view of a battery cell processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of a battery cell processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view of a cutter according to a preferred embodiment of the present invention ((a) is a front perspective view, (b) is a rear perspective view).
  • FIG. 7 is a perspective view of a support part according to a preferred embodiment of the present invention ((a) is a perspective view of a first support part, (b) is a perspective view of a second support part).
  • the battery cell according to the present invention includes a cell case 110 , an electrode assembly (not shown), and a pair of leads.
  • the cell case 110 typically has a laminate sheet structure of an inner layer/metal layer/outer layer. Since the inner layer is in direct contact with the electrode assembly, it must have insulation and electrolyte resistance, and for sealing with the outside, the sealing property, that is, the sealing portion where the inner layers are thermally bonded to each other, must have excellent thermal bonding strength.
  • the material of the inner layer may be selected from polyolefin-based resins such as polypropylene, polyethylene, polyethyl acrylate, and polybutylene, polyurethane resins and polyimide resins having excellent chemical resistance and good sealing properties, but is not limited thereto. Polypropylene with excellent mechanical properties such as tensile strength, rigidity, surface hardness, and impact resistance and chemical resistance is most preferred.
  • the metal layer in contact with the inner layer corresponds to a barrier layer that prevents moisture or various gases from penetrating into the battery from the outside.
  • an outer layer is provided on the other side of the metal layer, and this outer layer can use a heat-resistant polymer excellent in tensile strength, moisture permeability and air permeability to secure heat resistance and chemical resistance while protecting the electrode assembly,
  • a heat-resistant polymer excellent in tensile strength, moisture permeability and air permeability to secure heat resistance and chemical resistance while protecting the electrode assembly
  • nylon or polyethylene terephthalate may be used, but is not limited thereto.
  • the electrode assembly constituting the battery cell 100 is a jelly-roll-type assembly having a structure in which a separator is interposed between a long sheet-shaped positive electrode and a negative electrode and then wound, or a rectangular positive and negative electrode stacked in a state with a separator interposed therebetween.
  • a stack-type assembly consisting of unit cells having a structure of It may be made of a type assembly or the like, but is not limited thereto.
  • the pair of electrode leads are composed of a negative electrode lead 120 and a positive electrode lead 130 , and these leads have a structure in which the negative electrode tab and the positive electrode tab of the electrode assembly are electrically connected to each other and then exposed to the outside of the cell case 110 .
  • the negative electrode lead 120 and the positive electrode lead 130 may be directly connected to the electrode assembly without the negative electrode tab and the positive electrode tab.
  • the negative lead 120 is made of a nickel material, and one or more, more preferably, two or more embossed 121 are preferably formed, and the positive lead 130 is made of an aluminum material and is made of a flat plate without embossing. It is more preferable that it is a shape.
  • the battery cell 100 must be joined to a metal plate such as nickel for parallel connection or series connection. welding defects can be minimized.
  • the anode lead 130 since the anode lead 130 has a lower melting point than nickel, it may burst without being joined according to the resistance welding procedure. Therefore, when resistance welding the nickel plate and the aluminum anode lead, it is advantageous that the embossing is not formed so as to secure a sufficient contact area.
  • FIG. 4 is a side view of an apparatus for processing a battery cell according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a perspective view of the apparatus for processing a battery cell according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the battery cell processing apparatus 200 includes a base part 210 , a vertical fixing part 220 , a block part 230 , and a first connection part ( 240 ), a pair of cutters 250 , a pair of second connection parts 260 , a pair of support parts 270 , and a pair of third connection parts 280 .
  • the base portion 210 may be in the form of a square plate having an approximately flat upper surface, and the seating die 211 positioned on the upper surface may be mounted to be slidable forward or rearward in the X-axis direction.
  • the mounting die 211 on which the negative lead 120 is seated and protruded forms a right angle.
  • the vertical fixing part 220 of one side of the base part 210 is a pair of cutters 250 connected to the block part 230 .
  • a pair of support parts 270 are provided to hold the seating die 211 and a predetermined distance apart to allow lifting and lowering. That is, one side is connected to the vertical fixing unit 220 and the other side is interposed with the first connection unit 240 connected to the block unit 230 , so that the block unit 230 can be moved up and down (in the Y-axis direction).
  • the vertical fixing unit 220 may have a narrow column shape, it is more preferable that it be formed of two columns or one long width so as to secure a sense of stability.
  • the block unit 230 capable of elevating by being supported by the vertical fixing unit 220 may have a predetermined shape, for example, a hexahedral shape.
  • the block portion 230 may be formed of two, and it is more preferable that the pair of cutters 250 and the pair of support portions 270 be simultaneously raised and lowered by one operation.
  • a pair of cutters 250 and a pair of support parts 270 are positioned below the block part 230 .
  • a pair of cutters 250 including the first cutter 251 and the second cutter 252 are for cutting the cathode lead 120 and the anode lead 130 to a predetermined length, respectively.
  • a pair of support parts 270 including the first support part 271 and the second support part 272 prevent bending of the lead during cutting, thereby minimizing product defects, and at the same time as cutting, the embossing 121 on the negative lead 120 . ) to form
  • FIG. 6 is a perspective view of a cutter according to a preferred embodiment of the present invention ((a) is a front perspective view, (b) is a rear perspective view), and FIG. 7 is a perspective view of a support part according to a preferred embodiment of the present invention ((a)) is a perspective view of the first support, (b) is a perspective view of the second support).
  • first cutter 251 and the second cutter 252 in the present invention have the same configuration, only the first cutter 251 will be described in detail with reference to FIG. 6 .
  • the first cutter 251 has a front portion 251 (a), a rear portion 251 (b)), a bottom portion 251 (c), a pair of corner portions 251 (d)) and a pair of side portions ( 251(e)).
  • the bottom portion 251 (c) connects the lower portion of the front portion 251 (a) and the rear portion 251 (b), the front portion 251 (a) and the bottom portion 251 (c)) and A pair of corner portions 251 (d) formed at a position where the rear surface portion 251 (b) and the bottom surface portion 251 (c) meet acts as a blade for cutting the lead.
  • the angle formed by is preferably a right angle, so that the cutting surfaces of the negative lead 120 and the positive lead 130 are perpendicular to each other.
  • the pair of side portions 251 (e) may further include an extension 251 (f) extending a predetermined length downward, which is a slit groove ( (not shown), the cutter 251 is not twisted to the left and right, and is precisely induced to slide in the vertical direction.
  • an extension 251 (f) extending a predetermined length downward, which is a slit groove (not shown), the cutter 251 is not twisted to the left and right, and is precisely induced to slide in the vertical direction.
  • the first cutter 251 may have a teragon shape in which the extension portion 251 (f) is omitted, for example, a hexahedral shape.
  • the support 270 includes a first support 271 for supporting the negative lead 120 and forming the emboss 121 at the same time, and a second support for supporting the anode lead 130 ( 272), and the bottom surface of these support parts 270 is flat so that the upper surface of the lead can be closely adhered and supported as a whole.
  • protrusions 271 (a) are formed on the bottom surface of the first support part 271 as much as the number of emboss 121 to be formed.
  • the cutter 250 and the support part 270 having the above-described configuration include the support part 270 at a position relatively close to the cell case 110 , and the cutter 250 at a position relatively far away from the cell case 110 . position, and these support parts 270 and the cutter 250 are located close to each other.
  • first cutter 251 and the first support portion 271, the second cutter 252 and the second support portion 272 are each configured to form one assembly, and the separation distance between each support portion and the cutter exceeds 0 mm 0.1 mm may be less.
  • the support and the cutter come into close contact, not only the side of the support and/or the cutter is worn by friction, but also a large driving force is required to raise and lower the support and the cutter. because this doesn't happen.
  • the cutter 250 is connected to the block part 230 by the second connection part 260 and the support part 270 by the third connection part 280 .
  • the first cutter 251 and the second cutter 252 are the 2' connection part 261 and the 2" connection part 262, respectively, and the first support part 271 and the second support part 272 are respectively It continues with the 3' connection part 281 and the 3" connection part 282.
  • the third connection part 280 connected to the support part 270 that is, the 3' connection part 281 and the 3" connection part 282 is made of an elastic member such as a spring that can expand and contract in the vertical direction, whereas the cutter 250 ) and the second 'connection portion 261 and the second ′′connection portion 262 connected to each other have a rod shape with no change in length.
  • an air cylinder is inserted between the block part 230 and the third connection part 280 and/or between the third connection part 280 and the support part 270 .
  • Air cylinder may be additionally provided.
  • the first support part 271 presses the lead while positioned on the upper surface of the lead, and the first cutter 251 uses the first cutter 251 to cut the lead. 1 This is because it has to move further down than the support 271 .
  • the distance between one side of the first cutter 251 facing the vertical surface of the seating die 211 and the vertical surface of the seating die 211 may be more than 0 mm and less than 0.05 mm, which prevents friction between them, and removes the lead. for accurate cutting.
  • the battery cell processing method of the present invention comprises: a first step of locating the battery cell to be processed on the upper surface of the seating die 211 of the base portion 210; a second step of moving the seating die 211 forward; a third step of vertically lowering the block portion 230 to cut the negative lead 120 and the positive lead 130 to a predetermined length and at the same time form one or more embossing 121 on the negative lead 120; and a fourth step of separating the processed battery cells from the mounting die 211 .
  • the process including the steps is repeatedly performed.
  • the cutter 250 is separated from the block unit 230 and rotated 180° clockwise or counterclockwise after separating the cutter 250 from the block unit 230 and cut the lead with the other corner.
  • the front part 251 (a) and the bottom part 251 (c)) of the cutter 250 made of a metal material, and the rear part 251 (b) and the bottom part 251 (c)) can be used again after grinding or cutting the bottom portion 251 (c) to a predetermined thickness to form a right angle.
  • connection part 262 2nd ′′ connection part
  • connection portion 282 3 ′′ connection portion

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Abstract

본 발명은 본 발명은 용접성이 향상된 전지 셀 및 이의 가공 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 셀 케이스 내부에 전극 조립체가 수납되고, 음극 리드와 양극 리드로 이루어진 한 쌍의 전극 리드가 셀 케이스 외측으로 돌출한 전지 셀에서, 상기 음극 리드는 니켈 소재로 이루어지며 1개 이상의 엠보가 형성되고, 상기 양극 리드는 알루미늄 소재로 이루어지며 엠보가 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 전지 셀 및 이의 가공 장치에 관한 것이다.

Description

용접성이 향상된 전지 셀 및 이의 가공 장치
본 출원은 2020년 01월 30일자 한국 특허 출원 제2020-0010843호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 용접성이 향상된 전지 셀 및 이의 가공 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음극 리드에 엠보가 구비되어 용접 불량을 최소화하고, 또 리드의 절단과 음극 리드의 엠보를 동시에 형성시킬 수 있어 전지 셀의 가공이 용이한 용접성이 향상된 전지 셀 및 이의 가공 장치에 관한 것이다.
휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 충방전이 가능한 이차전지에 관한 기술이 활발해지고 있다. 또한, 이차 전지는 대기오염 물질을 유발하는 화석 연료의 대체 에너지원으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 등에 적용되고 있어, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 갈수록 높아지고 있는 상황이다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충, 방전이 자유롭고, 자가 방전률이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
위와 같은 이차 전지가 전기자동차 등과 같이 대용량 및 고전압을 필요로 하는 디바이스에 사용될 시에는, 다수의 전지 셀들은 직렬 또는 병열 연결을 위해 별도의 메탈플레이트가 필요하다. 즉, 용접 등 공지의 접합방식에 의해 복수개의 전극 리드들끼리, 또는 전극 리드와 메탈플레이트가 결합되지만, 이때 다양한 원인으로 인해 용접 불량이 발생하게 되고 이는 전체적인 제조비용 상승으로 이어진다.
즉, 종래 기술에 따른 전지 셀의 사시도인 도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 전지 셀(10)은 전극조립체, 전극조립체로부터 연장되어 있는 다수의 전극 탭(11)들과 용접된 한 쌍의 전극 리드(12), 그리고 전극조립체를 수용하는 케이스(13)를 포함하고 있다. 하지만 전술한 바와 같이, 전극 리드(12)는 단순한 평판 형상이기 때문에 피용접물과 제대로 밀착되지 않아 용접 불량이 발생할 가능성이 높다.
한편, 전지 셀은 정해진 규격에 맞도록 리드를 절단하는 과정을 거치게 되는데, 이때 리드가 휘어 정해진 위치에서 절단되지 않거나 절단을 위한 커터를 자주 교체해야 하는 문제가 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 전지 셀 가공장치의 일측면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 가공장치는 베이스(21) 상면에 안착 지그(22)가 위치하고, 인근에는 절단몸체(23), 공압부재(24), 절단부재(25) 및 상부 절단칼(26)이 구비되어 있다.
따라서 전지 셀 가공 시, 절단몸체(23)가 구비된 방향으로 리드(12)가 노출되도록 안착 지그(22)에 셀 케이스(11)가 장착되면, 상부 절단칼(26)이 아래로 이동하여 하부 절단칼(27)이 위치하는 지점에서 리드가 절단된다.
하지만 상부 절단칼(26)과 안착 지그(22) 측면과는 많이 떨어져 있기 때문에 상부 절단칼(26)을 기준으로 리드(12) 오른쪽은 아래로 휘는 반면, 하부 절단칼(27) 외쪽은 위로 휘게 되므로, 절단면이 수직이 아닌 경우가 빈번하게 발생할 수 있다.
게다가 절단칼은 상부 및 하부 절단칼인 한 쌍으로 이루어져 있어 장치가 복잡하고, 절단칼이 무뎌진 경우 통상 한 쌍의 절단칼 모두를 교체해야 하므로 이에 따른 유지비용도 증가할 수 밖에 없다는 문제점이 있다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1)한국공개특허 제2006-0011312호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 저항 용접시 용접 품질을 향상시킬 수 있는 전지 셀을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서는 전지 셀의 리드를 정확하게 절단하면서 유지 비용을 절약할 수 있는 전지 셀 가공장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한, 본 발명에 따른 전지 셀은, 셀 케이스(110) 내부에 전극 조립체가 수납되고, 음극 리드(120)와 양극 리드(130)로 이루어진 한 쌍의 전극 리드가 셀 케이스(110) 외측으로 돌출한 전지 셀에서, 상기 음극 리드(120)는 니켈 소재로 이루어지며 1개 이상의 엠보(121)가 형성되고, 상기 양극 리드(130)는 알루미늄 소재로 이루어지며 엠보가 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 셀 가공 장치는, 셀 케이스(110)와 한 쌍의 리드가 지지되는 안착 다이(211)가 상면에 구비된 베이스부(210); 상기 베이스부(210) 일측 소정 부위에 고정된 채 수직하도록 위치하는 수직 고정부(220); 상기 수직 고정부(220)에 대해 승강 가능하도록 연결된 블록부(230); 상기 블록부(230) 저면에 위치하며, 상기 음극 리드(120)와 양극 리드(130)를 절단하기 위한 소정 거리 이격된 한 쌍의 커터(250); 상기 블록부(230) 저면에 위치하면서 상기 한 쌍의 커터(250)와 수평방향으로 나란하게 위치하는 한 쌍의 지지부(270)를 포함하되, 상기 한 쌍의 지지부(270) 중 어느 하나의 저면에는 음극 리드(120)의 엠보(121)를 형성시키기 위한 돌기(271(a))가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 셀 가공장치에서, 상기 블록부(230)와 한 쌍의 커터(250)를 연결하기 위한 제2 연결부(260); 및 상기 블록부(230)와 한 쌍의 지지부(270)를 연결하기 위한 제3 연결부(280)를 포함하되, 상기 제3 연결부(280)는 수직 방향으로 신축이 가능한 탄성부재로 이루어지고, 상기 제2 연결부(260)는 수직 방향으로의 신축이 불가능한 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 셀 가공장치에서, 상기 제3 연결부(280)는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 셀 가공장치에서, 상기 한 쌍의 커터(250)는 제1 커터(251)와 제2 커터(252)로 이루어지고, 상기 한 쌍의 지지부(270)는 제1 지지부(271)와 제2 지지부(272)로 이루어지되, 상기 제1 커터(251)와 제1 지지부(271)가 인근하여 위치하고, 제2 커터(252)와 제2 지지부(272)가 인근하여 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 셀 가공장치에서, 상기 커터(250)는 테라곤 형상인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 셀 가공장치에서, 상기 커터(250)는 육면체 형상인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 셀 가공장치에서, 상기 커터(250)는 전면부(251(a)), 후면부(251(b)), 상기 전면부(251(a))와 후면부(251(b)) 하부를 연결하는 저면부(251(c)), 상기 전면부(251(a))와 저면부(251(c)) 및 후면부(251(b))와 저면부(251(c))가 만나는 위치에 형성된 한 쌍의 모서리부(251(d)), 및 상기 전면부(251(a))와 후면부(251(b)) 측부를 연결하는 한 쌍의 측면부(251(e))를 포함하되, 상기 한 쌍의 측면부(251(e))에는 하방으로 소정 길이 연장된 연장부(251(f))가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 셀 가공장치에서, 상기 모서리부(251(d))는 직각을 이루는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 셀 가공장치에서, 상기 커터(250)의 일측면은 상기 안착 다이(211)의 일측면을 따라 수직방향으로 이동하고, 상기 지지부(270)는 상기 안착 다이(211)의 상면에 수직방향으로 이동하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 셀 가공장치에서, 상기 안착 다이(211)의 일측면과 커터(250)의 일측면 사이 거리는 0mm 초과 0.05mm 미만인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 셀 가공방법은, 베이스부(210)의 안착 다이(211) 상면에 가공할 전지 셀을 위치시키는 제1 단계; 안착 다이(211)를 전방으로 이동시키는 제2 단계; 블록부(230)를 수직방향으로 하강시켜 음극 리드(120)와 양극 리드(130)를 소정 길이로 절단함과 동시에 음극 리드(120)에 1개 이상의 엠보(121)를 형성시키는 제3 단계; 및 가공이 끝난 전지 셀을 안착 다이(211)로부터 분리하는 제4 단계;를 포함하는 과정을 반복적으로 수행하되, 소정 개수의 전지 셀을 가공한 이후, 커터(250)를 시계방향 또는 반시계방향으로 180° 회전시킨 후, 상기 단계를 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전지 셀의 음극 리드에는 하나 이상의 엠보가 구비되어 있어 메탈 플레이트와의 저항 용접시 용접 품질을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 전지 셀 가공장치에 의하면, 리드의 절단을 위한 커터와 엠보 형성과 리드 지지를 위한 지지부가 블록부 구동에 의해 동시에 승강하기 때문에, 가공의 정확성이 높을뿐만 아니라 가공시간을 단축시킬 수 있다는 장점이 있다.
게다가 본 발명의 커터는 테라곤 형상이기 때문에 내구성이 우수하고, 또 서로 마주 보는 한 쌍의 모서리 모두를 칼날로 사용할 수 있기 때문에 경제적이라는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전지 셀의 사시도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 전지 셀 가공장치의 일측면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 셀의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 셀 가공장치의 일측면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 셀 가공장치의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커터의 사시도이다((a)는 전면 사시도, (b)는 후면 사시도).
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지지부의 사시도이다((a)는 제1 지지부 사시도, (b)는 제2 지지부 사시도).
본 출원에서 "포함한다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 용접성이 향상된 전지 셀, 가공 장치 및 가공 방법에 관하여 첨부한 도면을 참조하면서 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 셀의 사시도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지 셀은 셀 케이스(110), 전극 조립체(미도시) 및 한 쌍의 리드를 포함하여 구성된다.
셀 케이스(110)는 통상적으로 내부층/금속층/외부층의 라미네이트 시트 구조로 이루어져 있다. 내부층은 전극 조립체와 직접적으로 접촉하므로 절연성과 내전해액성을 가져야 하고, 또 외부와의 밀폐를 위하여 실링성 즉, 내부층끼리 열 접착된 실링 부위는 우수한 열접착 강도를 가져야 한다. 이러한 내부층의 재료로는 내화학성이 우수하면서도 실링성이 좋은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지 및 폴리이미드수지로부터 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 인장강도, 강성, 표면경도, 내충격 강도 등의 기계적 물성과 내화학성이 뛰어난 폴리프로필렌이 가장 바람직하다.
내부층과 접하고 있는 금속층은 외부로부터 수분이나 각종 가스가 전지 내부로 침투하는 것을 방지하는 배리어층에 해당되고, 이러한 금속층의 바람직한 재료로는 가벼우면서도 성형성이 우수한 알루미늄 막막을 사용할 수 있다.
그리고 금속층의 타측면에는 외부층이 구비되며, 이러한 외부층은 전극 조립체를 보호하면서 내열성과 내화학성을 확보할 수 있도록 인장강도, 투습방지성 및 공기투과 방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용할 수 있고, 일예로 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
전지 셀(100)을 구성하는 전극 조립체는 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 단위셀들로 구성되는 스택형 조립체, 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 조립체, 또는 단위셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 조립체 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
한 쌍의 전극 리드는 음극 리드(120)와 양극 리드(130)로 이루어지며, 이들 리드는 전극 조립체의 음극 탭 및 양극 탭이 각각 전기적으로 연결된 후 셀 케이스(110) 외부로 노출되는 구조로 이루어질 수 있고, 음극 탭과 양극 탭 없이 음극 리드(120)와 양극 리드(130)가 직접 전극조립체와 연결되는 구조일 수도 있다.
여기서, 음극 리드(120)는 니켈 소재로 이루어지며 1개 이상, 보다 바람직하게는 2개 이상의 엠보(121)가 형성되는 것이 바람직하고, 양극 리드(130)는 알루미늄 소재로 이루어지며 엠보가 없는 평판 형상인 것이 보다 바람직하다.
전지 셀(100)은 병렬연결이나 직렬연결 등을 위해 니켈과 같은 금속 플레이트와 접합되어야 하며, 이때 니켈 소재의 음극 리드(120)에 엠보(121)가 구비되면 저항 용접시, 약용접이나 미용접에 의한 용접불량을 최소화할 수 있다.
반면, 양극 리드(130)는 니켈 보다 녹는점이 낮기 때문에 저항 용접시제대로 접합되지 않고 터져 버릴 수 있다. 따라서 니켈 플레이트와 알루미늄 양극 리드를 저항 용접할 시에는, 충분한 접촉 면적을 확보할 수 있도록 엠보가 형성되어 있지 않는 것이 유리하다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 셀 가공장치의 일측면도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 셀 가공장치의 사시도이다.
도 4 및 5를 참조하면서 설명하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지 셀 가공장치(200)는, 베이스부(210), 수직 고정부(220), 블록부(230), 제1 연결부(240), 한 쌍의 커터(250), 한 쌍의 제2 연결부(260), 한 쌍의 지지부(270) 및 한 쌍의 제3 연결부(280)를 포함하여 이루어진다.
베이스부(210)는 대략 상면이 평편한 사각판 형태일 수 있고, 상면에 위치하는 안착 다이(211)는 X축 방향인 전방 또는 후방으로 슬라이딩 가능하도록 장착될 수 있다. 여기서, 음극 리드(120)가 안착 및 돌출하는 안착 다이(211)의 일측면은 직각을 이루는 것이 바람직하다.
베이스부(210) 일측의 수직 고정부(220), 구체적으로 베이스부(210) 후방에 고정된 채 수직하도록 위치하는 수직 고정부(220)는 블록부(230)와 연결된 한 쌍의 커터(250)와 한 쌍의 지지부(270)가 안착 다이(211)와 소정 거리 이격된 채 승강이 가능하도록 잡아 주기 위한 것이다. 즉 일측은 수직 고정부(220)와 연결되고 타측은 블록부(230)와 이어져 있는 제1 연결부(240)가 개재됨으로써, 블록부(230)는 위아래(Y축 방향)로 이동이 가능하다.
물론 블록부(230)의 승하강을 가능하게 하기 위해서는 제1 연결부(240)에 별도의 공압수단(미도시)이 장착되어야 함은 자명하다.
한편, 수직 고정부(220)는 폭이 좁은 하나의 기둥 형상이어도 무방하지만, 안정감을 확보할 수 있도록 2개의 기둥 또는 폭이 긴 하나로 이루어지지는 것이 보다 바람직하다.
수직 고정부(220)에 지지됨으로써 승강이 가능한 블록부(230)는 소정의 형상, 예를 들어 육면체 형상일 수 있다. 여기서, 블록부(230)는 2개로 이루어질 있고, 한 쌍의 커터(250)와 한 쌍의 지지부(270)을 한번의 조작으로 동시에 승강시킬 수 있도록 1개로 이루어지는 것이 보다 바람직하다.
한 쌍의 커터(250)와 한 쌍의 지지부(270)는 블록부(230) 아래에 위치한다. 제1 커터(251)와 제2 커터(252)로 이루어진 한 쌍의 커터(250)는 각각 음극 리드(120)와 양극 리드(130)를 정해진 길이로 절단하기 위한 것이다.
그리고 제1 지지부(271)와 제2 지지부(272)로 구성된 한 쌍의 지지부(270)는 절단시 리드의 휨을 방지함으로써 제품 불량을 최소화하고, 또 절단과 동시에 음극 리드(120)에 엠보(121)를 형성시키기 위한 것이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커터의 사시도((a)는 전면 사시도, (b)는 후면 사시도)이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지지부의 사시도이다((a)는 제1 지지부 사시도, (b)는 제2 지지부 사시도).
본 발명에서의 제1 커터(251)와 제2 커터(252)는 구성이 동일하므로 도 6을 참조하면서 제1 커터(251)에 관해서만 구체적으로 설명하기로 한다.
제1 커터(251)는 전면부(251(a)), 후면부(251(b)), 저면부(251(c)), 한 쌍의 모서리부(251(d)) 및 한 쌍의 측면부(251(e))를 포함하여 구성된다.
특히, 저면부(251(c))는 전면부(251(a))와 후면부(251(b)) 하부를 연결하며, 전면부(251(a))와 저면부(251(c)) 그리고 후면부(251(b))와 저면부(251(c))가 만나는 위치에 형성된 한 쌍의 모서리부(251(d))는 리드를 절단하는 칼날로서 작용한다.
여기서, 상기 모서리부(251(d))의 각도, 즉 전면부(251(a))와 저면부(251(c)), 및 후면부(251(b))와 저면부(251(c))가 이루는 각도는 직각인 것이 바람직한데, 이는 음극 리드(120)와 양극 리드(130)의 컷팅면이 수직이 되도록 하기 위한 것이다.
한 쌍의 측면부(251(e))에는 하방으로 소정 길이 연장된 연장부(251(f))가 더 구비될 수 있는데, 이는 커터(251)의 승강 움직임시 안착 다이(211)의 슬릿홈(미도시)을 따라 이동하게 함으로써 커터(251)가 좌우로 뒤틀리지 않고 정확하게 수직방향으로 슬라이딩을 유도하기 위한 것이다.
물론 제1 커터(251)는 연장부(251(f))가 생략된 테라곤 형상, 일예로 육면체 형상도 가능하다.
도 7에 도시한 바와 같이, 지지부(270)는 음극 리드(120)를 지지함과 동시에 엠보(121)를 형성시키기 위한 제1 지지부(271), 양극 리드(130)를 지지하는 제2 지지부(272)로 이루어져 있고, 리드의 상면을 전체적으로 밀착 및 지지할 수 있도록 이들 지지부(270) 저면은 평편하다.
물론 제1 지지부(271)의 저면에는 형성시킬 엠보(121)의 개수만큼 돌기(271(a))가 형성되어 있다.
다시 도 4 및 5를 참조하면, 전술한 구성을 갖는 커터(250)와 지지부(270)는 셀 케이스(110)와 상대적으로 가까운 위치에는 지지부(270), 상대적으로 먼 위치에는 커터(250)가 위치하고, 또 이들 지지부(270)와 커터(250)는 서로 근접하여 위치하고 있다.
구체적으로, 제1 커터(251)와 제1 지지부(271), 제2 커터(252)와 제2 지지부(272)가 각각 하나의 어셈블리를 이루도록 구성되며, 각 지지부와 커터의 이격 거리는 0mm 초과 0.1mm 미만일 수 있다. 지지부와 커터가 밀착하게 되면 마찰에 의해 지지부 및/또는 커터의 측면이 마모될 뿐만 아니라 지지부와 커터의 승강을 위해 큰 구동력이 필요하게 되고, 반대로 너무 멀리 떨어져 있으며 리드의 휨을 억제할 수 없어 정확한 절단이 이루어지지 않기 때문이다.
한편, 커터(250)는 제2 연결부(260), 지지부(270)는 제3 연결부(280)에 의해 블록부(230)에 연결된다. 구체적으로, 제1 커터(251)와 제2 커터(252)는 각각 제2′ 연결부(261)와 제2″ 연결부(262), 그리고 제1 지지부(271)와 제2 지지부(272)는 각각 제3′ 연결부(281)와 제3″ 연결부(282)와 이어져 있다.
여기서, 지지부(270)와 연결된 제3 연결부(280), 즉 제3′ 연결부(281)와 제3″ 연결부(282)는 수직 방향으로 신축이 가능한 스프링과 같은 탄성부재로 이루어지는 반면, 커터(250)와 연결된 제2′ 연결부(261)와 제2″ 연결부(262)는 길이변화가 없는 봉 형상이다.
물론 도면에는 도시하지 않았지만, 스프링 등의 탄성부재만으로 신축력이 부족할 시에는 블록부(230)와 제3 연결부(280) 사이, 및/또는 제3 연결부(280)와 지지부(270) 사이에 에어실린더(Air cylinder)가 추가적으로 구비될 수 있다.
즉, 도 4에 도시에 바와 같이, 블록부(230)가 하강하게 되면, 제1 지지부(271)는 리드 상면에 위치하면서 리드를 눌러주고, 제1 커터(251)는 리드를 절단하기 위하여 제1 지지부(271)보다 더 아래로 이동해야 하기 때문이다.
이때, 안착 다이(211)의 수직면과 마주보는 제1 커터(251)의 일측면과 안착 다이(211)의 수직면간의 거리는 0mm 초과 0.05mm 미만일 수 있고, 이는 이들 서로간의 마찰을 방지하고, 리드를 정확하게 절단하기 위함이다.
계속해서, 전술한 가공장치를 이용한 전지 셀 가공방법에 관해 설명하기로 한다.
본 발명의 전지 셀 가공방법은, 베이스부(210)의 안착 다이(211) 상면에 가공할 전지 셀을 위치시키는 제1 단계; 안착 다이(211)를 전방으로 이동시키는 제2 단계; 블록부(230)를 수직방향으로 하강시켜 음극 리드(120)와 양극 리드(130)를 소정 길이로 절단함과 동시에 음극 리드(120)에 1개 이상의 엠보(121)를 형성시키는 제3 단계; 및 가공이 끝난 전지 셀을 안착 다이(211)로부터 분리하는 제4 단계;를 포함하는 과정이 반복적으로 수행된다.
특히, 소정 개수의 전지 셀을 가공함으로써, 칼날에 해당되는 커터(250)의 일측 모서리부가 무뎌지면, 커터(250)를 블록부(230)로부터 분리한 후 시계방향 또는 반시계방향으로 180° 회전시켜 타측 모서리부로 리드를 절단한다.
한편, 양측 모서리부를 모두 사용한 경우라면, 금속 재질로 이루어진커터(250)의 전면부(251(a))와 저면부(251(c)), 그리고 후면부(251(b))와 저면부(251(c))가 직각을 이루도록 저면부(251(c))를 소정 두께 연마 또는 절삭한 후 다시 사용할 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
(부호의 설명)
100 : 전지 셀
110 : 셀 케이스
120 : 음극 리드 121 : 엠보
130 : 양극 리드
200 : 가공 장치
210 : 베이스부
211 : 안착 다이
220 : 수직 고정부
230 : 블록부
240 : 제1 연결부
250 : 커터
251 : 제1 커터
251(a) : 전면부 251(b) : 후면부
251(c) : 저면부 251(d) : 모서리부
251(e) : 측면부 251(f) : 연장부
252 : 제2 커터
260 : 제2 연결부
261 : 제2′ 연결부 262: 제2″ 연결부
270 : 지지부
271 : 제1 지지부 271(a) : 돌기
272 : 제2 지지부
280 : 제3 연결부
281 : 제3′ 연결부 282: 제3″ 연결부

Claims (12)

  1. 셀 케이스 내부에 전극 조립체가 수납되고, 음극 리드와 양극 리드로 이루어진 한 쌍의 전극 리드가 셀 케이스 외측으로 돌출한 전지 셀에서,
    상기 음극 리드는 니켈 소재로 이루어지며 1개 이상의 엠보가 형성되고,
    상기 양극 리드는 알루미늄 소재로 이루어지며 엠보가 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 전지 셀.
  2. 제1항에 기재된 전지 셀을 가공하는 장치로서,
    셀 케이스와 한 쌍의 리드가 지지되는 안착 다이가 상면에 구비된 베이스부;
    상기 베이스부 일측 소정 부위에 고정된 채 수직하도록 위치하는 수직 고정부;
    상기 수직 고정부에 대해 승강 가능하도록 연결된 블록부;
    상기 블록부 저면에 위치하며, 상기 음극 리드와 양극 리드를 절단하기 위한 소정 거리 이격된 한 쌍의 커터;
    상기 블록부 저면에 위치하면서 상기 한 쌍의 커터와 수평방향으로 나란하게 위치하는 한 쌍의 지지부를 포함하되,
    상기 한 쌍의 지지부 중 어느 하나의 저면에는 음극 리드의 엠보를 형성시키기 위한 돌기가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 셀 가공장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 블록부와 한 쌍의 커터를 연결하기 위한 제2 연결부; 및
    상기 블록부와 한 쌍의 지지부를 연결하기 위한 제3 연결부를 포함하되,
    상기 제3 연결부는 수직 방향으로 신축이 가능한 탄성부재로 이루어지고, 상기 제2 연결부는 수직 방향으로의 신축이 불가능한 것을 특징으로 하는 전지 셀 가공장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제3 연결부는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 셀 가공장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 한 쌍의 커터는 제1 커터와 제2 커터로 이루어지고,
    상기 한 쌍의 지지부는 제1 지지부와 제2 지지부로 이루어지되,
    상기 제1 커터와 제1 지지부가 인근하여 위치하고, 제2 커터와 제2 지지부가 인근하여 위치하는 것을 특징으로 하는 전지 셀 가공장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 커터는 테라곤 형상인 것을 특징으로 하는 전지 셀 가공장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 커터는 육면체 형상인 것을 특징으로 하는 전지 셀 가공장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 커터는 전면부, 후면부, 상기 전면부와 후면부 하부를 연결하는 저면부, 상기 전면부와 저면부 및 후면부와 저면부가 만나는 위치에 형성된 한 쌍의 모서리부, 및 상기 전면부와 후면부 측부를 연결하는 한 쌍의 측면부를 포함하되,
    상기 한 쌍의 측면부에는 하방으로 소정 길이 연장된 연장부가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 셀 가공장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 모서리부는 직각을 이루는 것을 특징으로 하는 전지 셀 가공장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 커터의 일측면은 상기 안착 다이의 일측면을 따라 수직방향으로 이동하고, 상기 지지부는 상기 안착 다이의 상면에 수직방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 전지 셀 가공장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 안착 다이 일측면과 커터 일측면 사이의 거리는 0mm 초과 0.05mm 미만인 것을 특징으로 하는 전지 셀 가공장치.
  12. 제2항 내지 제11항 중 어느 한 항의 전지 셀 가공장치를 이용한 전지셀 가공방법에 있어서,
    베이스부의 안착 다이 상면에 가공할 전지 셀을 위치시키는 제1 단계;
    안착 다이를 전방으로 이동시키는 제2 단계;
    블록부를 수직방향으로 하강시켜 음극 리드와 양극 리드를 소정 길이로 절단함과 동시에 음극 리드에는 1개 이상의 엠보를 형성시키는 제3 단계; 및
    가공이 끝난 전지 셀을 안착 다이로부터 분리하는 제4 단계;를 포함하는 과정을 반복적으로 수행하되,
    소정 개수의 전지 셀을 가공한 이후, 커터를 시계방향 또는 반시계방향으로 180° 회전시킨 후, 상기 단계를 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 전지 셀 가공방법.
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