KR101075879B1 - 비딩부의 변형을 방지하기 위한 원통형 전지의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통형 캔에 젤리-롤을 삽입하고 비딩부를 형성한 후 전해액을 주입하고 캡 어셈블리를 장착한 다음 클림핑하여 전지 캔을 밀봉하는 것으로 구성된 이차전지의 제조방법에 있어서, 동일 규격 대비로 넓은 전지셀 내부공간의 확보를 위해, 전지의 상단면을 가압하는 공정('사이징 공정')을, 상기 비딩부의 하단면을 지지하여 그것의 하향 변형을 유발하지 않으면서 비딩부를 형성하는 공정('비딩 공정')과 동시에 또는 상기 비딩 공정에 연속하여 수행하는 것을 특징으로 하는 원통형 전지의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 제조방법은 사이징 공정시 가해지는 압력에 의해 비딩부가 하향 변형되는 것을 방지함으로써 내부 공간의 손실을 최소화할 수 있으므로 상대적으로 전지 용량을 높일 수 있고, 비딩부의 하향 변형에 의해 젤리-롤이 눌리면서 발생될 수 있는 내부 단락을 방지할 수 있으므로 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

비딩부의 변형을 방지하기 위한 원통형 전지의 제조방법 {Process for Preparing Cylindrical Battery to Prevent Deformation of Beading Portion}

본 발명은 비딩부의 변형을 방지하기 위한 원통형 전지의 제조방법 에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 원통형 캔에 젤리-롤을 삽입하고 비딩부를 형성한 후 전해액을 주입하고 캡 어셈블리를 장착한 다음 클림핑하여 전지 캔을 밀봉하는 것으로 구성된 이차전지의 제조방법에 있어서, 동일 규격 대비로 넓은 전지셀 내부공간의 확보를 위해, 전지의 상단면을 가압하는 공정('사이징 공정')을, 상기 비딩부의 하단면을 지지하여 그것의 하향 변형을 유발하지 않으면서, 비딩부를 형성하는 공정('비딩 공정')과 동시에 또는 상기 비딩 공정에 연속하여 수행하는 것으로 구성된 원통형 전지에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 고에너지 밀도와 높은 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사 용되고 있다.

이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.

또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.

도 1에는 종래의 원통형 이차전지의 구조가 수직 단면도로서 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 일반적으로 원통형 이차전지(10)는 원통형 캔(20), 캔(20)의 내부에 수용되는 젤리-롤형의 전극조립체(30), 캔(20)의 상부에 결합되는 캡 어셈블리(40), 캡 어셈블리(40)를 장착하기 위한 비딩부(21), 및 전지를 밀봉하기 위한 클림핑 부위(50)로 구성되어 있다.

전극조립체(30)는 양극(31)과 음극(32) 사이에 분리막(33)을 개재한 상태로 젤리-롤형으로 감은 구조로 되어 있으며, 양극(31)에는 양극 탭(34)이 부착되어 캡 어셈블리(40)에 접속되어 있고, 음극(32)에는 음극 탭(도시하지 않음)이 부착되어 캔(20)의 하단에 접속되어 있다.

캡 어셈블리(40)는 양극 단자를 형성하는 상단 캡(41), 전지 내부의 온도 상 승시 전지저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(positive temperature coefficient element; 42), 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하거나 및/또는 가스를 배기하는 안전벤트(43), 특정 부분을 제외하고 안전벤트(43)를 캡 플레이트(45)로부터 전기적으로 분리시키는 절연부재(44), 양극(31)에 연결된 양극탭(34)이 접속되어 있는 캡 플레이트(45)가 순차적으로 적층되어 있는 구조로 이루어져 있다. 이러한 캡 어셈블리(40)는 가스켓(60)에 장착된 상태로, 캔(20)의 상단부를 비딩 가공함으로써 내측으로 형성된 비딩부(21) 상에 장착된다.

이러한 원통형 이차전지는, 일반적으로 원통형 캔에 젤리-롤형 전극조립체를 삽입하고, 젤리-롤의 상단 외주면에 대응한 캔에 비딩부를 형성한 후, 가스켓이 장착된 캡 어셈블리를 설치한 뒤 캔의 상단을 클림핑하고 사이징하여 제조된다.

상기 사이징 공정은 내부공간 확보를 위해 비딩부의 폭을 줄이기 위하여, 주입구를 밀봉한 상태에서 전지를 금형으로 프레싱하는 공정이다. 이와 관련하여, 도 2 및 도 3에는 사이징 공정 전, 후의 비딩부의 형상을 나타낸 모식도가 개시되어 있다. 이들 도면을 참조하면, 사이징 공정 전 비딩부(도 2 참조)의 폭(L)이 사이징 공정에 의해 L' (도 3 참조)와 같이 줄어 들지만, 비딩부의 내측부가 하향 변형되는 문제점도 발생한다. 이러한 비딩부의 하향 변형으로 전지의 내부 공간이 줄어들게 되어, 동일 규격 대비 전지 용량이 감소될 수 있다. 또한, 상기 하향 변형된 비딩부가 전극조립체의 상단면이나 전극탭과 접촉하게 되는 경우, 단락을 유발할 수 있으므로 전지의 안전성에 심각한 문제가 있다. 한편, 사이징 공정은 비딩부의 폭이 재차 복원되는 것을 방지하기 위하여 빠른 하강 속도로 진행되기 때문 에, 강한 충격으로 인해 전극조립체에 손상을 유발할 수 있다.

이러한 비딩부의 변형을 방지하기 위한 기술로서, 예를 들어, 한국 특허출원공개 제1998-037981호는 케이스를 소정의 속도로 회전시키는 제1단계, 상기 회전하는 케이스의 외주면에 비드부를 형성하기 위한 공구를 소정의 속도로 가압하여 연신에 의해 비드부가 형성되도록 하는 제2단계, 상기 비드부가 형성된 케이스를 길이방향으로 가압하는 제3단계를 포함하는 전지케이스의 제조방법을 개시하고 있다. 이에 따르면, 비드부의 가압시 비드부가 하향 변형되는 현상을 방지하기 위해 비드부 상부의 두께를 하부의 두께보다 얇게 형성하는 기술을 개시하고 있다.

그러나, 이 경우에도 비드부의 하향 변형을 근본적으로 방지할 수는 없으므로 신뢰성이 낮으며, 설사 하향 변형이 방지된다고 하더라도 비드부의 상부가 수평으로 형성되지 않으므로 상부의 캡 어셈블리가 안정적으로 장착될 수 없다는 문제가 있다. 또한, 비드부의 두께를 조절하는 것이 용이하지 않아 실용화에 한계가 있으며, 비드부의 형성 과정에서 금형과 비딩 나이프가 접촉되어 발생하는 마찰에 의해, 상대적으로 두께가 얇은 비드부 상부의 기계적 강도가 약해 쉽게 파손될 수 있으므로 전지의 안전성에 문제가 있다. 한편, 상기 기술에서의 가압은 일반적인 비딩 공정시 행해지는 것에 불과하고 사이징 공정을 의미하는 것은 아니다.

일본 특허출원공개 제1999-277153호는 나트륨 유황 전지에서 양극 용기를 구성하는 원통형 부재를 제조하는 방법으로서, 상하부에서 압력을 가하면서 비딩 공정을 수행하는 기술을 개시하고 있다. 이는 비딩 공정에 의해 비딩부의 두께가 감소되어 내식성 및 내구성이 감소하고 충분한 스프링 효과를 발휘하지 못하는 문제 를 방지하기 위한 것으로서, 부재의 상하부를 가압하여 비딩부의 형성을 위해 부재가 연신되어 형성되는 것을 상대적으로 줄이기 위한 기술이므로 원통형 부재의 내면이 비어 있는 상태에서 비딩부를 형성하는 경우에만 적용될 수 있다.

따라서, 용이한 방법으로 비딩부의 변형을 방지할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 사이징 공정시 비딩부의 하단면을 지지하면서, 비딩 공정과 동시에 또는 그에 연속하여 수행하는 경우, 비딩부의 하향 변형을 방지하여 불필요한 전지 내부 공간의 낭비를 방지할 수 있고 전지의 안전성을 향상시킬 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명에 따른 원통형 전지의 제조방법은 원통형 캔에 젤리-롤을 삽입하고 비딩부를 형성한 후 전해액을 주입하고 캡 어셈블리를 장착한 다음 클림핑하여 전지 캔을 밀봉하는 것으로 구성된 이차전지의 제조방법에 있어서, 동일 규격 대비로 넓은 전지셀 내부공간의 확보를 위해, 전지의 상단면을 가압하는 공정('사이징 공정')을, 상기 비딩부의 하단면을 지지하여 그것의 하향 변형을 유발하지 않으면서, 비딩부를 형성하는 공정('비딩 공정')과 동시에 또는 상기 비딩 공정에 연속하여 수행하는 것으로 구성되어 있다.

본 발명에 따른 제조방법은 구체적으로 하기 단계 i) 내지 vi)을 포함하는 것으로 구성될 수 있다.

i) 원통형 캔에 젤리-롤을 삽입하는 공정;

ii) 캔의 상단부에 비딩부를 형성하는 비딩 공정;

iii) 상기 비딩 공정과 동시에 또는 그에 연속하여 수행되며, 상기 비딩부의 폭을 줄이는 사이징 공정;

iv) 전해액을 주입하는 전해액 주입 공정;

v) 캡 어셈블리를 비딩부의 상단에 장착하는 캡 조립 공정; 및

vi) 캔의 상단부를 클림핑하여 캔 내부를 밀폐시키는 클림핑 공정.

즉, 클림핑 공정 후 전지의 상단면을 가압하여 사이징 공정을 실시하는 종래기술의 방법과는 달리, 비딩 공정과 동시에 또는 그에 연속하여 사이징 공정을 수행하므로, 비딩부의 폭을 비교적 정밀하게 제어할 수 있어서 전지의 외경이나 높이를 소망하는 정도에 따라 맞추어 조절할 수 있다.

더욱이, 비딩부의 하단면을 지지한 상태에서 사이징 공정이 진행되므로 사이징 공정시 가해지는 압력에 의한 비딩부의 하향 변형이 방지함으로써, 결과적으로 비딩부의 하향 변형이 방지된 만큼의 내부 공간이 증가하게 되므로, 동일 규격 대 비 전지 용량이 증가될 수 있다. 또한, 비딩부의 하향 변형된 부위가 젤리-롤의 상단면, 전극 탭 등과 접촉하는 것을 근본적으로 방지할 수 있으므로 안전성이 우수하다.

본 발명에서 상기 비딩부는 하부에 위치하는 젤리-롤의 유동을 방지하고 캡 어셈블리를 장착하기 위해 형성되며, 원통형 캔의 내측방향으로 만입된 구조를 가진다. 따라서, 상기 비딩부가 하향 변형된다는 것은 만입된 부분이 젤리-롤 방향으로 휘면서 변형되는 것을 의미한다.

상기 비딩 공정과 사이징 공정은 바람직하게는 캔의 상부에 장착되어 회전하는 상부 스핀들과, 상기 상부 스핀들의 내측에서 상하 이동이 가능한 비딩부 지지용 지그에 의해 수행될 수 있다.

본 발명에서, 상기 비딩부 지지용 지그는, 예를 들어, 상부 스핀들의 내측(예를 들어, 중앙 중공부)에서 상하 이동이 가능한 구조를 가질 수 있다. 상기 상부 스핀들의 중앙 중공부에서 상하 이동이 가능한 구조를 갖는 비딩부 지지용 지그는, 예를 들어, 전극 탭이 돌출될 수 있도록 상부 스핀들처럼 중앙에 중공부가 형성되어 있는 원통형 구조일 수 있다.

경우에 따라서는, 비딩부 지지용 지그가 상부 스핀들과 일체로 형성될 수도 있고, 공정의 효율성을 위해 상부 스핀들과 함께 상승 및 하강하는 구조일 수도 있다. 이러한 변형 예들은 모두 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 비딩부 지지용 지그는 비딩부의 하향 변형을 방지하기 위해 비딩부의 하단면을 지지하는 가변적인 하단 지지부 구조를 가질 수 있다.

이러한 구조의 예로서, 상기 비딩부 지지용 지그는 비딩 공정시 상부 스핀들이 회전하면서 발생하는 원심력을 이용하여 상기 하단 지지부가 우산처럼 수평 방향으로 펼쳐져 비딩부의 하단면을 지지하고, 비딩 공정 및 비딩부에 압력을 가하여 사이징 공정을 수행한 후 상부 스핀들의 회전이 멈춰지면, 즉, 원심력이 제거되면, 하단 지지부가 원위치로 돌아오게 되는 이른바 블레이드 방식으로 작동되는 구조일 수 있다.

이러한 하단 지지부에 의해 사이징 공정이 빠른 하강 속도로 진행되는 경우에도, 비딩부의 하단면을 지지하여 그것의 하향 변형을 방지할 수 있다. 또한, 비딩 공정 중에 비딩부 지지용 지그의 하단 지지부가 비딩부를 형성하고자 하는 부위에 위치하는 경우 비딩 공정의 가이드(guide) 역할을 수행할 수도 있어서 균일한 비딩부가 형성되는 것을 돕는다.

상기 하단 지지부는 비딩부의 하단면의 하향 변형을 방지할 수 있도록 비딩부의 하단면에 평행하게 전지의 길이 방향에 대하여 수직으로 형성될 수 있다. 또한, 하단 지지부의 두께는 비딩부 하단면과 젤리-롤 또는 그 상단에 위치하는 절연부재의 상단면 사이에 삽입할 수 있다면 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는 0.1 내지 0.5 mm 정도일 수 있다. 즉, 하단 지지부의 두께가 너무 두꺼울 경우에는, 불필요한 공간 낭비를 초래할 수 있고, 비딩부 하단면 형성 위치로의 삽입 등이 용이하지 않을 수 있다. 반대로, 두께가 너무 얇을 경우에는, 사이징 공정에서 비딩부의 하향 변형을 방지할 수 있을 정도의 기계적 강성을 제공하기 어려울 수 있기 때문에 바람직하지 않다.

상기 하단 지지부의 가변적인 구조는 비딩부의 하단면을 지지할 수 있도록 수평 방향으로의 팽창과 수축이 가능한 구조라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 비딩부 지지용 지그의 하단부에 형성된 원반형의 하단 지지부가 중공부 내측에 장착된 스프링과 결합되어 있어서, 비딩부 지지용 지그의 상하 이동 위치에 따라 상기 스프링을 수축 또는 팽창시킴으로써 하단 지지부가 접혀지고 펼쳐질 수 있는 구조일 수 있다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이, 지그의 회전력에 의해 블레이드 방식으로 하단 지지부가 펼쳐지는 구조, 또는 비딩부 지지용 지그가 상부 스핀들의 중앙 중공부로 도입되면서 접혀지는 구조 등도 가능할 수 있다.

한편, 상기 상부 스핀들은 원통형 전지의 상부를 고정시킨 상태에서 하부 스핀들과 함께 원통형 전지를 회전시키는 역할을 하며, 중앙에는 중공부가 형성되어 있어서 젤리-롤에서 돌출된 전극 탭이 외부로 돌출되도록 구성될 수 있다. 상부 스핀들은 하나의 부재로 이루어질 수도 있고, 원통형 캔의 내면으로 삽입되는 제 1 부재와 외면에서 가압하는 제 2 부재로 구성될 수도 있다. 한편, 상기 캔의 하부는 하부 스핀들에 의해 안정적으로 고정된 후 회전된다.

상기 비딩부 지지용 지그에 의해 수행되는 비딩 공정과 사이징 공정을 예시적으로 설명하면,

내부에 비딩부 지지용 지그가 위치하는 상부 스핀들 및 하부 스핀들에 의해 전지 캔이 고정되고,

상부 및 하부 스핀들이 회전하면서 상부 스핀들 내에 있던 비딩부 지지용 지 그가 펼쳐지고, 비딩 나이프가 전진하여 비딩부를 형성하며,

상부 및 하부 스핀들이 회전하는 상태를 유지하면서 비딩 나이프가 후진하는 동시에, 비딩부 지지용 지그가 비딩부 하단면을 지지하면서 상부 스핀들이 추가적으로 하강하여 비딩부를 가압함으로써 사이징을 행하고,

사이징 완료 후, 상부 및 하부 스핀들이 회전을 멈추면서 비딩부 지지용 지그가 원상태로 복원되며, 상부 스핀들이 상승하고 하부 스핀들은 하강한다.

더욱 구체적으로는, 상기 상부 스핀들과 함께 비딩부 지지용 지그가 원통형 캔의 개방 상단으로 하강하여, 상부 스핀들 및 하부 스핀들에 의해 캔이 안정적으로 고정된다. 그런 다음, 상부 및 하부 스핀들이 회전하면서 비딩부 지지용 지그의 가변적 하단 지지부가 펼쳐지면서 비딩부의 하단면과 젤리-롤 사이에 삽입되어 결과적으로 비딩부의 하단면을 지지한다.

이와 같이, 상부 및 하부 스핀들에 의해 전지 캔이 가압된 상태에서, 비딩 나이프가 캔 방향으로 전진하여 전지 캔의 외면을 가압함으로써 캔의 내측방향으로 만입된 형태의 비딩부가 형성된다. 따라서, 상기 비딩부 지지용 지그는 비딩 공정시 비딩 나이프를 가이드 함으로써 균일한 비딩부의 형성을 도울 수 있다.

상기 비딩부 형성 후, 상부 스핀들을 하강시켜 비딩부 상단면을 추가적으로 가압함으로써 비딩부의 폭을 소망하는 바에 따라 적절히 줄이는 사이징 공정을 수행한다. 상기 사이징 과정에서, 비딩부 지지용 지그의 하단 지지부가 비딩부를 안정적으로 지지하여 상부 스핀들이 빠른 하강 속도로 비딩부를 가압하는 경우에도 비딩부의 하향 변형이 방지될 수 있다.

상기 비딩부의 폭은 소망하는 전지의 높이나 비딩부의 형상, 캡 어셈블리 부품과의 간섭 여부, 공정의 용이성 등을 고려하여 적절히 조절할 수 있으며, 사이징 공정 전 비딩부의 폭은 바람직하게는 1 내지 1.5 mm일 수 있고, 사이징 공정 후 가압된 비딩부의 폭은 0.1 내지 0.5 mm일 수 있다.

이러한 사이징 공정을 수행한 후, 상부 및 하부 스핀들이 회전을 멈추면서 비딩부 지지용 지그의 하단 지지부가 비딩부의 하단면으로부터 제거될 수 있도록 가변되어 상부 스핀들과 함께 상승하며, 하부 스핀들은 하강한다.

상기 원통형 캔의 소재는, 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는, 스테인리스 스틸, 스틸, 알루미늄 또는 그 등가물 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조된 원통형 이차전지를 제공한다. 상기 전지는 바람직하게는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안전성의 리튬염 함유 전해액을 사용하는 리튬 이차전지일 수 있다.

본 발명에 따른 이차전지는 사이징 공정에 의한 비딩부의 변형이 방지됨으로써, 바람직하게는 비딩부의 폭이 0.1 ~ 0.5 mm이고 그것의 하단면이 수평 상태를 유지하고 있는 구조일 수 있다. 이러한 이차전지는 종래의 이차전지에 비해, 비딩부의 하향 변형이 방지된 만큼의 내용적이 증가하므로 상대적으로 높은 전지 용량을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 리튬 이차전지의 기타 구성요소들에 대하여 이하에서 간략히 설명한다.

일반적으로 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 리튬염 함유 비수 전해액 등으로 구성되어 있다.

양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 첨가하기도 한다. 음극은 또한 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다.

상기 분리막은 음극과 양극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다.

리튬염 함유 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 비수 전해액으로는 액상 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.

상기 집전체, 전극 활물질, 도전재, 바인더, 충진제, 분리막, 전해액, 리튬염 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.

본 발명에 따른 리튬 이차전지는 당업계에 공지되어 있는 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 즉, 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 삽입하고 거기에 전해액을 주입하여 제조할 수 있다.

양극은, 예를 들어, 앞서 설명한 리튬 전이 금속 산화물 활물질과 도전재 및 바인더를 함유한 슬러리를 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다. 마찬가지로 음극은, 예를 들어, 앞서 설명한 탄소 활물질과 도전재 및 바인더를 함유한 슬러리를 얇은 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다.

본 발명은 또한, 원통형 이차전지의 제조과정에서 사용되는 지그로서, 캔의 상부에 장착되어 회전하는 상부 스핀들의 중앙 중공부에서 상하 이동이 가능한 형태로 장착되며, 하향 이동시 비딩부의 하단면을 지지할 수 있도록 가변되고 상향 이동시 비딩부의 하단면으로부터 제거될 수 있도록 가변되는 하단 지지부를 포함함으로써, 사이징 공정 중에 비딩부의 하단면을 지지하는 것을 특징으로 하는 비딩부 지지용 지그를 제공한다.

이러한 비딩부 지지용 지그를 사용하여 이차전지를 제조하는 경우, 비딩부 하단면이 안정적으로 지지됨으로써 사이징 공정시 가해지는 압력에 의해 비딩부가 하향 변형되는 것을 방지할 수 있으므로, 결과적으로 전지의 변형이나 성능 저하를 방지할 수 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 4 및 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 제조 과정이 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 먼저 원통형 캔(200)의 수납부에 젤리-롤(110)을 삽입하고, 젤리-롤(110)의 음극에 부착된 음극 탭(130)을 캔(200)의 하단에 접속시킨다. 그런 다음, 젤리-롤(110)의 상단부에 절연부재(140)를 장착한다. 한편, 젤리-롤(110)의 양극에는 양극 탭(120)이 부착되어 있는 바, 양극 탭(120)에는 부분적으 로 절연성 테이프(121)가 부착되어 있으며, 젤리-롤(110)의 중심부에 형성된 중공부(150)를 통해 캔(200)의 개방 상단으로 돌출되어 있다. 절연부재(140)에는 양극 탭(120)이 돌출될 수 있고, 전지 내부에서 발생한 가스가 중공부(150)를 통해 외부로 배출될 수 있도록 개구가 형성되어 있다.

그런 다음, 비딩 공정 및 사이징 공정을 수행한다. 이를 위한 장치는 전지의 개방 상단의 내측과 캔의 외면을 고정시키는 상부 스핀들(710), 상부 스핀들(710)의 내측에 위치하는 비딩부 지지용 지그(720), 전지의 하단부를 고정하는 하부 스핀들(730), 및 전지의 측부에서 유입되어 비딩부를 형성하기 위한 비딩 나이프(740)로 구성되어 있다.

상부 스핀들(710)은 비딩부 지지용 지그(720)와 함께 전지의 개방 상단으로 하강하여 캔(200)의 상부 내면 및 외면을 감싸면서 고정시킨다. 또한, 하부 스핀들(730)이 상승하여 캔의 하단 외면을 고정한다.

상부 스핀들(710) 및 하부 스핀들(730)이 회전하고, 이 때, 비딩부 지지용 지그(720)의 가변적 하단 지지부(721)가 우산처럼 펼쳐지면서 대략 비딩부가 형성될 위치의 하단면 상에 위치하게 된다. 이와 동시에, 캔(200)의 상단 측부에서 비딩 나이프(740)가 전진하여 내측으로 만입된 구조의 비딩부(210)를 형성한 후 후진한다.

그런 다음, 도 5에서와 같이, 상부 스핀들(710)이 추가적으로 하강하면서 비딩부(210) 상단면을 가압하여 사이징 공정을 수행함으로써 비딩부(210)의 폭을 줄인다. 이 때, 비딩부(210)의 하단면은 비딩부 지지용 지그(720)의 가변적 하단 지 지부(721)에 의해 지지됨으로써 하향 변형되지 않고 전지의 길이방향에 대해 대략 수직하게 압축된다. 사이징 공정을 수행한 뒤, 상부 스핀들(710) 및 하부 스핀들(730)은 회전을 멈추고, 그에 따라 비딩부 지지용 지그(720)의 하단 지지부(721)는 원위치로 되돌아가면서 비딩부(210)의 하단면으로부터 제거되며, 상부 스핀들(710) 및 비딩부 지지용 지그(720)는 상승하며 하부 스핀들(730)은 하강하여 비딩 공정과 사이징 공정을 완료한다.

따라서, 비딩부(210)의 하향 변형이 방지되어 전지의 내부 공간 낭비를 방지함으로써 전지 용량을 높일 수 있고, 압축된 비딩부(210)의 하향 변형으로 인한 내부 단락의 위험성을 방지함으로써 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 비딩 공정과 동시에 또는 연속하여 사이징 공정을 수행함으로써 비딩부의 폭을 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 빠른 하강 속도로 사이징 공정을 수행하는 경우에도, 비딩부 지지용 지그(720)의 가변적 하단 지지부(721)에 의해, 비딩부(210)의 하향 변형을 방지할 수 있다.

도 6 및 7에는 도 4에 따른 전지의 제조 공정에서 사용될 수 있는 하나의 예시적인 비딩부 지지용 지그가 모식적으로 도시되어 있다.

먼저, 사이징 공정시 비딩부 지지용 지그의 하단 지지부가 펼쳐진 상태를 나타내는 도 6을 참조하면, 비딩부 지지용 지그(720)는 상부 스핀들(도 4; 710 참조)의 형상과 유사하게 원통형의 중공 구조이므로 중공부를 통해 전지의 양극 탭(도 4; 120 참조)이 돌출될 수 있고, 상부 스핀들과 함께 상, 하부로 이동할 수 있다. 비딩부 지지용 지그(720)의 하단부에는 비딩부의 하단면 상에 위치하여 그것을 지 지함으로써 비딩부의 하향 변형을 방지할 수 있도록 하단 지지부(721)가 형성되어 있다.

하단 지지부(721)는 비딩부 지지용 지그(720)의 길이방향에 대략 수직으로 형성되어 있고, 그 폭(W)은 비딩부 하단면의 폭과 대략 동일하게 형성되어 있어서, 사이징 공정에서 비딩부의 상부에 압력이 가해지는 경우에도 비딩부의 하단면이 하향하지 않고 젤리-롤의 상단면과 평행하게 형성될 수 있도록 지지한다. 비딩부 지지용 지그(720)가 상부 스핀들과 함께 전지케이스(캔)의 개방 상단으로 하강한 후, 상부 스핀들과 함께 회전하면서 하단 지지부(721)가 펼쳐져 비딩부를 형성하고자 하는 위치에 삽입된다.

또한, 사이징 공정 후 비딩부 지지용 지그의 하단 지지부(721)가 접혀진 상태를 나타내는 도 7을 참조하면, 사이징 공정을 완료한 후 회전이 멈춰지면 하단 지지부(721)는 접혀진다. 따라서, 비딩부 지지용 지그는 이후 상부 스핀들의 상승시 함께 상승한다. 이러한 하단 지지부(721)의 가변적인 변형은, 예를 들어, 비딩부 지지용 지그(720)의 중공부 내측에서 하단 지지부(721)와 결합된 스프링(도시하지 않음)의 수축 및 팽창에 의해 달성될 수도 있다.

도 8 및 9에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비딩부 지지용 지그의 모식도들이 도시되어 있다. 다만, 비딩부 지지용 지그의 하단 지지부의 형상을 제외하고는 도 6 및 7과 동일하므로 기타 구성요소에 대해서는 별도로 설명하지 않는다.

이들 도면을 참조하면, 하단 지지부(722)는 복수 개의 부재들이 연속적으로 형성되어 있는 구조로 이루어져 있고, 이들 부재들은 비딩부 지지용 지그(720)가 일 방향으로 회전하는 경우 회전력에 의해 펼쳐지게 된다. 또한, 상부 스핀들과 함께 비딩부 지지용 지그(720)의 회전이 멈춰지면 원상태로 접혀지게 된다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지의 제조방법은 비딩부의 형성 공정과 동시에 또는 그에 연속하여 사이징 공정을 수행하고, 이러한 사이징 공정에서 비딩부의 하단면을 안정적으로 지지하여, 비딩부의 하향 변형을 방지함으로써, 전지의 내부 공간 낭비를 방지하고, 상대적으로 전지 용량을 높일 수 있으며, 하향 변형된 비딩부에 의한 내부 단락의 위험을 차단함으로써 전지의 안전성을 향상시킬 수 있고, 비딩부의 폭을 정밀하게 제어할 수 있다.

도 1은 종래기술의 원통형 전지의 대표적인 상부 구조를 보여주는 단면 모식도이다;

도 2는 종래기술의 방법으로 원통형 전지를 제조하는 과정에서 사이징 공정을 수행하기 전 비딩부의 확대 모식도이다;

도 3은 종래기술의 방법으로 원통형 전지를 제조하는 과정에서 사이징 공정을 수행한 후 하향 변형된 비딩부의 확대 모식도이다;

도 4 및 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 방법으로 원통형 전지를 제조하는 일련의 과정의 모식도들이다;

도 6 및 7은 도 4에서 사용된 비딩부 지지용 지그의 모식도로서, 도 6은 비딩부 지지용 지그의 하단 지지부가 펼쳐진 상태를 나타내고 있고, 도 7은 비딩부 지지용 지그의 하단 지지부가 접혀진 상태를 나타내고 있다;

도 8 및 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비딩부 지지용 지그의 모식도로서, 도 8은 비딩부 지지용 지그의 하단 지지부가 펼쳐진 상태를 나타내고 있고, 도 9는 비딩부 지지용 지그의 하단 지지부가 접혀진 상태를 나타내고 있다.

Claims (7)

1. 원통형 캔에 젤리-롤을 삽입하고 비딩부를 형성한 후 전해액을 주입하고 캡 어셈블리를 장착한 다음 클림핑하여 전지 캔을 밀봉하는 것으로 구성된 이차전지의 제조방법에 있어서, 동일 규격 대비로 넓은 전지셀 내부공간의 확보를 위해, 전지의 상단면을 가압하는 공정('사이징 공정')을, 상기 비딩부의 하단면을 지지하여 그것의 하향 변형을 유발하지 않으면서, 비딩부를 형성하는 공정('비딩 공정')과 동시에 또는 상기 비딩 공정에 연속하여 수행하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 비딩 공정과 사이징 공정은, 캔의 상부에 장착되어 회전하는 상부 스핀들과, 상기 상부 스핀들의 내측에서 상하 이동이 가능한 비딩부 지지용 지그에 의해 수행되며, 상기 비딩부 지지용 지그는 사이징 공정 중에 비딩부의 하단면을 지지할 수 있는 가변적 하단 지지부를 포함하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 비딩부 지지용 지그는, 상부 스핀들이 회전하면서 생기는 회전력에 의해 펼쳐져 비딩부 하단면을 지지할 수 있는 구조의 가변적 하단 지지부를 포함하고, 상기 가변적 하단 지지부는 상부 스핀들이 회전을 멈춤으로써 접히면서 원상태로 복원되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 비딩 공정과 사이징 공정은,

   비딩부 지지용 지그를 포함하는 상부 스핀들과 하부 스핀들에 의해 전지 캔이 고정되고,

   상기 상부 및 하부 스핀들이 회전하면서 상부 스핀들 내에 있던 비딩부 지지용 지그가 회전력에 의해 펼쳐지고, 비딩 나이프가 전진하여 비딩부를 형성하며,

   상기 상부 및 하부 스핀들이 회전하는 상태를 유지하면서 비딩 나이프가 후진하고, 비딩부 지지용 지그가 비딩부 하단면을 지지한 상태에서 상부 스핀들이 하강하면서 비딩부를 가압하여 사이징을 행하고,

   사이징 완료 후 상부 및 하부 스핀들의 회전을 멈추면서 비딩부 지지용 지그가 원상태로 복원되며, 상부 스핀들은 상승하고 하부 스핀들은 하강하는 것을 특징으로 하는 원통형 전지 제조방법.
5. 원통형 전지의 제조 과정에 사용되는 지그로서, 캔의 상부에 장착되어 회전하는 상부 스핀들의 내측에 상하 이동이 가능한 형태로 장착되며, 하향 이동시 비딩부의 하단면 상에 위치하여 그것을 지지하고, 비딩부의 하단면으로부터 제거된 후 상향 이동하는 가변적 하단 지지부를 포함함으로써, 사이징 공정 중에 비딩부의 하단면을 지지하는 것을 특징으로 하는 비딩부 지지용 지그.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나에 따른 방법으로 제조된 원통형 이차전지.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 이차전지의 비딩부의 폭은 0.1 ~ 0.5 mm 이고 그것의 하단면이 수평 상태를 유지하고 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.

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