JP2023542190A - 電池ケース成形装置、成形方法及び電池ケース - Google Patents

Abstract

前記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る電池ケース成形装置は、上面にパウチフィルムが載置され、前記上面から内側に陥没形成された少なくとも一つの成形空間を含むダイと、前記成形空間の上方に配置され、下降して前記パウチフィルムを前記成形空間に挿入して成形するパンチと、を含み、前記ダイは、前記上面が少なくとも一つのダイ傾斜面を含む。

Description

本出願は、２０２０年１０月６日付けの韓国特許出願第１０－２０２０－０１２９０２６号及び２０２１年１０月５日付けの韓国特許出願第１０－２０２１－０１３１９９２号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容は本明細書の一部として組み込まれる。

本発明は、電池ケース成形装置、成形方法及び電池ケースに関し、より詳細には、パウチフィルムを成形してカップ部を形成する際に、第１ケースと第２ケースとを一体に連結するフォールディング部側に形成されたカップ部の外壁が垂直に近くなるように成形する電池ケース成形装置、成形方法に関する。

一般的に、二次電池の種類としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池及びリチウムイオンポリマー電池などがある。このような二次電池は、デジタルカメラ、Ｐ－ＤＶＤ、ＭＰ３Ｐ、携帯電話、ＰＤＡ、Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｇａｍｅ Ｄｅｖｉｃｅ、Ｐｏｗｅｒ Ｔｏｏｌ及びＥ－ｂｉｋｅなどの小型製品だけでなく、電気自動車やハイブリッド自動車のような高出力が要求される大型製品と余剰発電の電力や新再生エネルギーを貯蔵する電力貯蔵装置とバックアップ用の電力貯蔵装置にも適用されて使用されている。

このような二次電池を製造するために、まず、電極活物質スラリーを正極集電体及び負極集電体に塗布して正極と負極を製造し、これをセパレータ（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）の両側に積層することにより所定形状の電極組立体（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を形成する。そして、電池ケースに電極組立体を収納し、電解液の注入後にシーリングする。

二次電池は、電極組立体を収容するケースの材質に応じて、パウチ型（Ｐｏｕｃｈ Ｔｙｐｅ）及び缶型（Ｃａｎ Ｔｙｐｅ）などに分類される。パウチ型（Ｐｏｕｃｈ Ｔｙｐｅ）は、形態が一定でない延性のポリマー材質で製造されたパウチに電極組立体を収容する。

パウチ型二次電池のケースであるパウチは、柔軟性を有するパウチフィルムにプレス加工を行って、カップ部を形成することにより製造される。そして、カップ部が形成されると、前記カップ部の収容空間に電極組立体を収納し、サイドをシーリングして二次電池を製造する。

このようなプレス加工のうち、絞り（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形は、プレス装備のような成形装置にパウチフィルムを挿入し、パンチでパウチフィルムに圧力を印加して、パウチフィルムを延伸させることにより行われる。ところで、ダイの成形空間の内壁とパンチの外壁との間にはクリアランスが存在するため、パウチ型電池ケースにおいてカップ部の外壁が傾斜を有して形成される。したがって、カップ部の外壁と電極組立体との間の空間が増加するという問題がある。特に、電池ケースの第１ケースと第２ケースとを互いに一体に連結するフォールディング部側に形成されたカップ部の外壁が傾斜を有すると、後でガス抜き工程でカップ部の外壁が変形しながら、フォールディング部側のパンチエッジが外部に突出して高さが高くなるエッジハイ（Ｅｄｇｅ Ｈｉｇｈ）現象が発生することがあった。このようなエッジハイ現象により、二次電池の不要な厚さが増加し、体積に対するエネルギー密度も低下するという問題があった。

韓国公開公報第２０１８－００５５４２７号

本発明が解決しようとする課題は、パウチフィルムを成形してカップ部を形成する際に、第１ケースと第２ケースとを一体に連結するフォールディング部側に形成されたカップ部の外壁が垂直に近くなるように成形する電池ケース成形装置、成形方法及び電池ケースを提供することである。

本発明の課題は、上述した課題に制限されず、言及されていない更に他の課題は、以下の記載から当業者に明確に理解されることができる。

前記課題を解決するための本発明の実施形態に係る電池ケース成形装置は、上面にパウチフィルムが載置し、前記上面から内側に陥没形成された少なくとも一つの成形空間を含むダイと、前記成形空間の上方に配置され、下降して前記パウチフィルムを前記成形空間に挿入して成形するパンチと、を含み、前記ダイは、前記上面が少なくとも一つのダイ傾斜面を含む。

また、前記ダイ傾斜面は、前記パンチが下降する方向に傾いた傾斜を有することができる。

また、前記成形空間は、前記ダイ傾斜面から前記ダイの内側に陥没形成されてもよい。

また、前記ダイ傾斜面は、第１ダイ傾斜面及び第２ダイ傾斜面を含み、前記第１ダイ傾斜面及び前記第２ダイ傾斜面は、互いに対称に形成されてもよい。

また、前記第１ダイ傾斜面及び前記第２ダイ傾斜面は、互いに隣接するほど下方に向かう傾斜を有することができる。

また、前記成形空間は、前記第１ダイ傾斜面から前記ダイの内側に陥没形成された第１成形空間と、前記第２ダイ傾斜面から前記ダイの内側に陥没形成された第２成形空間と、を含むことができる。

また、前記ダイは、前記第１成形空間及び前記第２成形空間の間に形成された隔壁をさらに含むことができる。

また、前記隔壁は、下部に行くほど厚さが厚く形成され、前記隔壁によって形成された成形空間の内壁は傾斜を有することができる。

また、前記パンチは、前記隔壁に対応する位置に、前記隔壁が挿入される溝が形成されてもよい。

また、前記パンチは、前記パウチフィルムを前記第１成形空間に挿入する第１成形部と、前記パウチフィルムを前記第２成形空間に挿入する第２成形部と、を含むことができる。

また、前記ダイは、前記上面が、前記ダイ傾斜面の少なくとも一端から延びて、前記パンチが下降する方向と垂直なダイ水平面をさらに含むことができる。

また、前記パンチは、前記パウチフィルムに直接接触する成形部が、前記ダイ傾斜面と同じ傾斜を有することができる。

また、前記ダイの上方に配置され、下降して前記パウチフィルムを挟んで前記ダイと当接し、前記パウチフィルムを固定させるストリッパをさらに含むことができる。

また、前記ストリッパは、下面が、前記ダイ傾斜面と当接して前記ダイ傾斜面と同じ傾斜を有する少なくとも一つのストリッパ傾斜面を含むことができる。

前記課題を解決するための本発明の実施形態に係る電池ケース成形方法は、ダイの上面にパウチフィルムを載置させるステップと、前記ダイの前記上面から内側に陥没形成された成形空間の上方に配置されたパンチが、前記上面の少なくとも一部に対して傾斜する方向に下降するステップと、前記パンチが前記パウチフィルムを前記成形空間に挿入し、前記パウチフィルムにカップ部を形成するステップと、を含むことができる。

また、前記パンチが下降するステップにおいて、前記ダイは、前記上面が少なくとも一つのダイ傾斜面を含むことができる。

前記課題を解決するための本発明の実施形態に係る電池ケースは、第１ケース又は第２ケースのうち少なくとも一つに形成され、底部の一面の縁に沿って外壁が形成されて電極組立体の収容空間が設けられるカップ部及び前記カップ部の一側でフォールディングされて前記第１ケースと前記第２ケースとを一体に連結するフォールディング部と、を含み、前記外壁は、前記底部の一面の縁のうち前記フォールディング部側に形成される第１外壁、前記第１外壁の反対側に形成される第２外壁、前記第１外壁と前記第２外壁とを連結するように形成される第３外壁、及び前記第３外壁の反対側に形成される第４外壁を含み、前記第１外壁と前記底部との間の内側傾斜角は９０°～９５°で形成されてもよい。

また、前記第２外壁と前記底部との間の内側傾斜角は、前記第１外壁と前記底部との間の内側傾斜角より大きく形成されてもよい。

また、第２外壁と前記底部との間の内側傾斜角は、前記第１外壁と前記底部との間の内側傾斜角より少なくとも１０°以上大きく形成されてもよい。

本発明のその他の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。

本発明の実施形態によれば、少なくとも次のような効果がある。

フォールディング部側に形成されたカップ部の外壁の底部からの傾斜角がさらに減少して垂直に近くなるように形成されることができ、それにより、電極組立体がカップ部の外壁に非常に近接して位置することができるため、カップ部の不要な体積が減少することができる。

また、ガス抜き工程でカップ部の内部圧力が減少しても、カップ部の外壁又は底部が変形することを防止し、エッジハイ現象が発生することを防止することができる。

また、バットイヤーのサイズを減少させることができ、バットイヤーの形状が目立つという問題も防止することができる。

本発明に係る効果は、以上に例示された内容によって制限されず、さらに様々な効果が本明細書内に含まれている。

本発明の一実施形態に係る二次電池１の組立図である。 本発明の一実施形態に係るパウチフィルム１３５の断面図である。 従来の電池ケース成形装置４の斜視図である。 従来の電池ケース成形装置４の概略図である。 従来のパンチ４３が下降した様子を示す概略図である。 従来のカップ部３３３のパンチエッジ３３３４の部分拡大図である。 従来の二次電池３のフォールディング部３３９の部分拡大図である。 従来の二次電池３を上方から示す概略図である。 本発明の一実施形態に係るパウチフィルム１３５にプレス加工を行って電池ケース１３を製造する方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る電池ケース成形装置２の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る電池ケース成形装置２の概略図である。 本発明の一実施形態に係るストリッパ２２が下降した様子を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係るパンチ２３が下降した様子を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係るカップ部１３３のパンチエッジ１３３４の部分拡大図である。 本発明の一実施形態に係る二次電池１のフォールディング部１３９の部分拡大図である。 本発明の一実施形態に係る二次電池１を上方から示す概略図である。 本発明の他の実施形態に係る電池ケース成形装置２ａの斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る電池ケース成形装置２ａの概略図である。 本発明の他の実施形態に係るストリッパ２２ａが下降した様子を示す概略図である。 本発明の他の実施形態に係るパンチ２３ａが下降した様子を示す概略図である。 本発明の他の実施形態に係るカップ部１３３ａのパンチエッジ１３３４ａの部分拡大図である。

本発明の利点及び特徴、並びにそれらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すると明らかになる。しかし、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態で実現されることができ、単に本実施形態は、本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、特許請求の範疇によって定義されるだけである。明細書全体にわたって、同じ参照番号は同じ構成要素を指す。

他の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術及び科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に共通して理解され得る意味として使用されることができる。また、一般的に使用される辞書に定義されている用語は、特に明確に定義されていない限り、理想的又は過度に解釈されない。

本明細書で使用される用語は実施形態を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は、文脈において特に断らない限り、複数形も含む。本明細書で使用される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）及び／又は（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素のほかに一つ以上の他の構成要素の存在又は追加を排除しない。

以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る二次電池１の組立図である。

電極組立体１０は、電極及びセパレータを交互に積層して形成する。まず、電極活物質とバインダー及び可塑剤を混合したスラリーを正極集電体及び負極集電体に塗布して正極及び負極等の電極を製造する。そして、セパレータ（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）を電極の間に積層して電極組立体１０を形成し、電極組立体１０を電池ケース１３に挿入し、電解質の注入後にシーリングする。

具体的に、電極組立体（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１０は、正極及び負極の２種類の電極と、前記電極を相互絶縁させるために電極の間に介在されるセパレータとを含む。このような電極組立体１０には、スタック型、ゼリーロール型、スタックアンドフォールディング型などがある。２種類の電極、すなわち、正極と負極は、それぞれアルミニウムと銅を含む金属箔又は金属メッシュ状の電極集電体に活物質スラリーが塗布された構造である。スラリーは、通常的に、粒状の活物質、補助導体、バインダー及び可塑剤などが、溶媒が添加された状態で攪拌されて形成されることができる。溶媒は後続工程で除去される。

電極組立体１０は、図１に示すように、電極タブ（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｔａｂ）１１を含む。電極タブ１１は、電極組立体１０の正極及び負極とそれぞれ連結され、電極組立体１０から外部に突出して、電極組立体１０の内部と外部との間に電子が移動できる経路となる。電極組立体１０の電極集電体は、電極活物質が塗布された部分と、電極活物質が塗布されていない末端部分、すなわち、無地部とから構成される。そして、電極タブ１１は、無地部を裁断して形成されるか、又は無地部に別途の導電部材を超音波溶接等で連結して形成されることもできる。このような電極タブ１１は、図１に示すように、電極組立体１０のそれぞれ異なる方向に突出してもよいが、これに制限されず、一側から同一の方向に並んで突出するなど、様々な方向に向かって突出形成されてもよい。

電極組立体１０の電極タブ１１には、二次電池１の外部に電気を供給する電極リード（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｌｅａｄ）１２がスポット（Ｓｐｏｔ）溶接等で連結される。そして、電極リード１２の一部は、絶縁部１４で周囲が取り囲まれる。絶縁部１４は、電池ケース１３の第１ケース１３１と第２ケース１３２とが熱融着されるサイド１３４に限定されて位置し、電極リード１２を電池ケース１３に接着させる。そして、電極組立体１０から生成される電気が電極リード１２を介して電池ケース１３に流れることを防止し、電池ケース１３のシーリングを保持する。したがって、このような絶縁部１４は、電気がよく通らない非伝導性を有する不導体で製造される。一般的に、絶縁部１４としては、電極リード１２に付着しやすく、厚さが比較的薄い絶縁テープを多く使用するが、これに制限されず、電極リード１２を絶縁することができれば、様々な部材を使用することができる。

電極リード１２は、一端が前記電極タブ１１と連結され、他端が前記電池ケース１３の外部にそれぞれ突出する。すなわち、電極リード１２は、正極タブ１１１に一端が連結され、正極タブ１１１が突出した方向に延びる正極リード１２１及び負極タブ１１２に一端が連結され、負極タブ１１２が突出した方向に延びる負極リード１２２を含む。一方、正極リード１２１及び負極リード１２２は、図１に示すように、いずれも他端が電池ケース１３の外部に突出する。これにより、電極組立体１０の内部で生成された電気を外部に供給することができる。また、正極タブ１１１及び負極タブ１１２がそれぞれ様々な方向に向かって突出形成されるため、正極リード１２１及び負極リード１２２もそれぞれ様々な方向に向かって延びることができる。

正極リード１２１及び負極リード１２２は、互いにその材質が異なってもよい。すなわち、正極リード１２１は正極集電体と同じアルミニウム（Ａｌ）材質であり、負極リード１２２は負極集電体と同じ銅（Ｃｕ）材質又はニッケル（Ｎｉ）がコーティングされた銅材質であってもよい。そして、電池ケース１３の外部に突出した電極リード１２の一部分は端子部となり、外部端子と電気的に連結される。

電池ケース１３は、電極組立体１０を内部に収納する、柔軟性を有する材質で製造されたパウチである。以下、電池ケース１３はパウチであるものとして説明する。パンチ２３（図１０に示す）等を用いて柔軟性を有するパウチフィルム１３５を絞り（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形すると、一部が延伸されて袋状の収容空間１３３１を含むカップ部１３３が形成されることにより、電池ケース１３が製造される。

電池ケース１３は、電極リード１２の一部が露出するように電極組立体１０を収容してシーリングされる。このような電池ケース１３は、図１に示すように、第１ケース１３１と第２ケース１３２とを含む。第１ケース１３１には、カップ部１３３が形成されて電極組立体１０を収容可能な収容空間１３３１が設けられ、第２ケース１３２は、前記電極組立体１０が電池ケース１３の外部に離脱しないように、前記収容空間１３３１を上方からカバーする。第１ケース１３１と第２ケース１３２は、図１に示すように、一側が互いに連結されて製造されてもよいが、これに制限されず、互いに分離されて別途に製造されるなど、多様に製造されてもよい。

パウチフィルム１３５にカップ部１３３を成形するとき、一つのパウチフィルム１３５に一つのカップ部１３３のみが形成されてもよいが、これに制限されず、一つのパウチフィルム１３５に２つのカップ部１３３を互いに隣り合うように絞り成形することもできる。すると、図１に示すように、第１ケース１３１と第２ケース１３２にはそれぞれカップ部１３３が形成される。このとき、第１ケース１３１と第２ケース１３２に形成されたそれぞれのカップ部１３３は、互いに深さＤが同一であってもよいが、これに制限されず、互いに深さＤが異なってもよい。第１ケース１３１のカップ部１３３に設けられた収容空間１３３１に電極組立体１０を収納した後に、２つのカップ部１３３が互いに対向するように電池ケース１３において２つのカップ部１３３の間に形成されたブリッジ１３６を中心に電池ケース１３をフォールディングすることができる。すると、第２ケース１３２のカップ部１３３が電極組立体１０を上方からも収容する。したがって、２つのカップ部１３３が一つの電極組立体１０を収容するため、カップ部１３３が一つである時よりも厚さがさらに厚い電極組立体１０も収容することができる。また、電池ケース１３がフォールディングされることで、第１ケース１３１と第２ケース１３２とが互いに一体に連結されるため、後でシーリング工程を行う際にシーリングするサイド１３４の個数が減少することができる。したがって、工程速度を向上させることができ、シーリング工程数も減少させることもできる。

一方、電池ケース１３は、電極組立体１０を収容する収容空間１３３１が設けられたカップ部１３３、カップ部１３３の側部に形成されてガス抜きホールＨを介して前記カップ部１３３の内部に生成されるガスを排出するガス抜き部１３７を含むことができる。電池ケース１３のカップ部１３３に電極組立体１０を収納し、電解液を注入した後、活性化工程を行うと、電池ケース１３の内部でガスが発生する。このようなガスを外部に排出するために、ガス抜き部１３７にガス抜きホールを打ち抜いてガス抜き工程を行った後、ガス抜き部１３７をシーリングし切断して除去することができる。

電極組立体１０の電極タブ１１に電極リード１２が連結され、電極リード１２の一部分に絶縁部１４が形成されると、第１ケース１３１のカップ部１３３に設けられた収容空間１３３１に電極組立体１０が収容され、第２ケース１３２が前記空間を上部からカバーする。そして、内部に電解質を注入し、第１ケース１３１と第２ケース１３２のカップ部１３３の外側に延長形成されたサイド１３４をシーリングする。電解質は、二次電池１の充・放電時に電極の電気化学的反応により生成されるリチウムイオンを移動させるためのものであって、リチウム塩と高純度有機溶媒類の混合物である非水質系有機電解液又は高分子電解質を用いたポリマーを含むことができる。さらに、電解質は、硫化物系、酸化物系又はポリマー系の固体電解質を含むこともでき、このような固体電解質は、外力によって容易に変形する柔軟性を有することもできる。このような方法により、パウチ型二次電池１が製造されることができる。

図２は、本発明の一実施形態に係るパウチフィルム１３５の断面図である。

本発明の一実施形態に係るパウチ型二次電池１の電池ケース１３であるパウチは、パウチフィルム１３５を絞り（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形して製造される。すなわち、パウチフィルム１３５をパンチ２３等で延伸させてカップ部１３３を形成することにより製造される。本発明の一実施形態によれば、このようなパウチフィルム１３５は、図２に示すように、シーラント層（Ｓｅａｌａｎｔ Ｌａｙｅｒ）１３５１、水分バリア層（Ｍｏｉｓｔｕｒｅ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｌａｙｅｒ）１３５２及び表面保護層（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）１３５３を含む。

シーラント層１３５１は、第１ポリマーで製造され、最内層に形成されて電極組立体１０と直接接触することができる。ここで、最内層とは、前記水分バリア層１３５２を基準に電極組立体１０が位置する方向に向かうとき、最も最後に位置した層をいう。電池ケース１３は、前記のような積層構造のパウチフィルム１３５を、パンチ２３等を用いて絞り（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形すると、一部が延伸されて袋状の収容空間１３３１を含むカップ部１３３を形成しながら製造される。そして、このような収容空間１３３１に電極組立体１０が内部に収容されると、電解質を注入する。その後に、第１ケース１３１と第２ケース１３２とを互いに対向するように接触させ、サイド１３４に熱圧着を行うと、シーラント層１３５１同士が接着されることにより電池ケース１３がシーリングされる。このとき、シーラント層１３５１は、電極組立体１０と直接に接触するため絶縁性を有するべきであり、電解質とも接触するため耐食性を有するべきである。また、内部を完全に密閉して内部及び外部間の物質の移動を遮断しなければならないため、高いシーリング性を有するべきである。すなわち、シーラント層１３５１同士が接着されたサイド１３４は、優れた熱接着強度を有しなければならない。一般的に、このようなシーラント層１３５１を製造する第１ポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、アクリル系高分子、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリアリレート、テフロン（登録商標）、及びガラス繊維からなる群から選択された一つ以上の物質からなることができる。特に、主にポリプロピレン（ＰＰ）又はポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系樹脂が使用される。ポリプロピレン（ＰＰ）は、引張強度、剛性、表面硬度、耐摩耗性、耐熱性などの機械的物性と耐食性などの化学的物性に優れ、シーラント層１３５１を製造するのに主に使用される。さらに、無延伸ポリプロピレン（Ｃａｔｅｄ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）又は酸処理されたポリプロピレン（Ａｃｉｄ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）又はポリプロピレン－ブチレン－エチレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ－ｂｕｔｙｌｅｎｅ－ｅｔｈｙｌｅｎｅ）の三元共重合体から構成されることもできる。ここで、酸処理されたポリプロピレンは、ＭＡＨ ＰＰ（マレイックアンヒドリドポリプロピレン）であってもよい。また、シーラント層１３５１は、いずれか一つの物質からなる単一膜構造を有するか、又は２つ以上の物質がそれぞれ層を成して形成された複合膜構造を有することができる。

水分バリア層１３５２は、表面保護層１３５３及びシーラント層１３５１の間に積層され、パウチの機械的強度を確保し、二次電池１の外部のガス又は水分等の出入りを遮断し、電解質の漏れを防止する。水分バリア層１３５２は金属で製造され、特にアルミニウム合金を含む金属で製造されることができる。アルミニウムは、所定レベル以上の機械的強度を確保可能でありながらも、重量が軽く、電極組立体１０と電解質による電気化学的性質に対する補完及び放熱性等を確保することができる。アルミニウム合金には様々な素材が含まれることができる。例えば、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）及び亜鉛（Ｚｎ）からなる群から選択される１種又は２種以上を含むことができる。このとき、前記水分バリア層１３５２を、鉄が含有された材質で製造する場合には機械的強度が向上し、アルミニウムが含有された材質とする場合には柔軟性が向上するため、それぞれの特性を考慮して使用することができる。

表面保護層１３５３は、第２ポリマーで製造され、最外層に形成されて外部との摩擦及び衝突から二次電池１を保護しながら、電極組立体１０を外部から電気的に絶縁させる。ここで、最外層とは、前記水分バリア層１３５２を基準に電極組立体１０が位置する方向の反対方向に向かうとき、最も最後に位置した層をいう。このような表面保護層１３５３を製造する第２ポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、アクリル系高分子、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリアリレート、テフロン（登録商標）及びガラス繊維からなる群から選択された一つ以上の物質であってもよい。特に、主に耐摩耗性及び耐熱性を有するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリマーが使用されることが好ましい。そして、表面保護層１３５３は、いずれか一つの物質からなる単一膜構造を有するか、又は２つ以上の物質がそれぞれ層を成して形成された複合膜構造を有することもできる。

一方、ＰＥＴは安価で耐久性に優れ、電気絶縁性に優れるが、前記水分バリア層１３５２としてよく使用されるアルミニウムとの接着性も弱く、応力を印加して延伸されるときの挙動も互いに異なる。したがって、表面保護層１３５３と水分バリア層１３５２とを直接接着すると、絞り成形の途中に表面保護層１３５３及び水分バリア層１３５２と剥離することもある。これにより、水分バリア層１３５２が均一に延伸されず、成形性が低下するという問題が発生し得る。

本発明の一実施形態によれば、電池ケース１３は、第３ポリマーで製造され、表面保護層１３５３及び水分バリア層１３５２の間に積層される延伸補助層（図示せず）をさらに含むことができる。延伸補助層は、表面保護層１３５３及び水分バリア層１３５２の間に積層され、表面保護層１３５３と水分バリア層１３５２が延伸されるときに剥離することを防止する。このような延伸補助層を製造する第３ポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、アクリル系高分子、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリアリレート、テフロン（登録商標）及びガラス繊維からなる群から選択された一つ以上の物質であってもよい。特に、ナイロン（Ｎｙｌｏｎ）樹脂は、表面保護層１３５３のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）とは接着が容易であり、水分バリア層１３５２のアルミニウム合金とは延伸されるときの挙動が類似しているため、第３ポリマーとしては、主にナイロン（Ｎｙｌｏｎ）樹脂が使用されることが好ましい。そして、延伸補助層は、いずれか一つの物質からなる単一膜構造を有するか、又は２つ以上の物質がそれぞれ層を成して形成された複合膜構造を有することもできる。

図３は、従来の電池ケース成形装置４の斜視図であり、図４は従来の電池ケース成形装置４の概略図である。

従来の電池ケース成形装置４は、図３及び図４に示すように、上面４１２にパウチフィルム１３５が載置され、前記上面４１２から内側に陥没形成された成形空間４１１を含むダイ４１と、前記ダイ４１の上方に配置され、下降すると、前記パウチフィルム１３５を挟んで前記ダイ４１と当接し、前記パウチフィルム１３５を固定させるストリッパ４２と、前記成形空間４１１の上方及び前記ストリッパ４２の中心部に配置され、下降して前記パウチフィルム１３５を前記成形空間４１１に挿入して成形するパンチ４３と、を含む。

まず、図４に示すように、ダイ４１は、上面４１２に柔軟性を有するパウチフィルム１３５が載置される。このとき、後でカップ部３３３が形成される領域に前記成形空間４１１が位置するようにダイ４１の上面４１２にパウチフィルム１３５を載置させる。従来は、ダイ４１の上面４１２が地表面と水平に形成されていた。したがって、パウチフィルム１３５もダイ４１の上面４１２に地表面と水平に載置された。

図５は、従来のパンチ４３が下降した様子を示す概略図である。

図５に示すように、ストリッパ４２はダイ４１の上方に配置され、前記ダイ４１の上面４１２にパウチフィルム１３５が載置されると下降する。そして、前記パウチフィルム１３５を挟んで、ダイ４１と当接し、パウチフィルム１３５を上方から押しつけて固定する。

パンチ４３は一定の圧力及び速度で下降して、ダイ４１に載置されたパウチフィルム１３５の上面に圧力を印加してパウチフィルム１３５を延伸させる。これにより、パウチフィルム１３５にカップ部３３３が形成されてパウチ型電池ケース３３が製造されることができる。

パンチ４３は、ダイ４１の成形空間４１１と形状及びサイズが対応する。ここで、形状が対応するとは、パンチ４３がダイ４１の成形空間４１１と同一又は類似の形状を有し、後でパウチフィルム１３５を延伸させてカップ部３３３が形成されると、カップ部３３３は、パンチ４３及びダイ４１の成形空間４１１と同一又は類似の形状に形成されることを意味する。そして、サイズが対応するとは、パンチ４３がパウチフィルム１３５と共にダイ４１の成形空間４１１に挿入され、パウチフィルム１３５を延伸させるため、パンチ４３がダイ４１の成形空間４１１よりクリアランスＣＬほど微細に小さいことを意味する。

クリアランスＣＬとは、ダイ４１の成形空間４１１の内壁４１４とパンチ４３の外壁３３３３との間の水平距離を指す。実際に、ダイ４１の成形空間４１１とパンチ４３は、クリアランスＣＬほど微細なサイズの差がある。仮に、このようなクリアランスＣＬが過度に小さいと、成形空間４１１の内壁４１４とパンチ４３の外壁４３２との間の距離が過度に小さくなる。すると、パウチフィルム１３５が成形空間４１１に挿入できなかったり、摩擦が大きく発生してパウチフィルム１３５が損傷したりすることがある。

従来は、ストリッパ４２の下面４２２とパンチ４３の成形部４３１もいずれも地表面と水平に形成されていた。したがって、パウチフィルム１３５を成形してカップ部３３３が形成されると、カップ部３３３の底部３３３２も地表面と水平に形成された。

図６は、従来のカップ部３３３のパンチエッジ３３３４の部分拡大図である。

電池ケース３３においてカップ部３３３のエッジは、パンチエッジ３３３４、ダイエッジ、厚さエッジなど、様々な種類のエッジを含む。そのうち、パンチエッジ３３３４は、パンチ４３のエッジに対応して形成され、カップ部３３３の周辺を取り囲む複数の外壁３３３３と底部３３３２とをそれぞれ連結する。

ダイ４１の成形空間４１１の内壁４１４とパンチ４３の外壁４３２との間の水平距離であるクリアランスＣＬは、電池ケース３３においてカップ部３３３の外壁３３３３の上端と、パンチエッジ３３３４及びカップ部３３３の外壁３３３３の境界点との間の水平距離として示すことができる。ところで、上述したように、このようなクリアランスＣＬが大きいほど、パウチ型電池ケース３３において、カップ部３３３の外壁３３３３は底部３３３２からの傾斜角Ｃが大きくなり、カップ部３３３外壁３３３３と電極組立体１０との間の空間が増加するという問題がある。実際には、このようなクリアランスＣＬを最小化しても、従来はカップ部３３３の外壁３３３３の底部３３３２からの傾斜角Ｃを９５°以下に、垂直に近く成形することに限界があった。

図７は、従来の二次電池３のフォールディング部３３９の部分拡大図であり、図８は、従来の二次電池３を上方から示す概略図である。

一方、二次電池３にガス抜き工程を行うと、ガスが電池ケース３３の内部から外部に排出されることで、カップ部３３３の内部圧力が減少する。したがって、従来は、カップ部３３３の内部圧力が減少しつつ、カップ部３３３の外壁３３３３と電極組立体１０との間の空間の体積も減少するため、カップ部３３３の外壁３３３３又は底部３３３２が変形することができた。特に、図７に示すように、二次電池３のフォールディング部３３９側の外壁３３３３が内側に陥没することで、カップ部３３３のフォールディング部３３９側のパンチエッジ３３３４が外部に突出して高さが高くなる、エッジハイ（Ｅｄｇｅ Ｈｉｇｈ）現象が発生することがあった。このようなエッジハイ現象により二次電池３の不要な厚さが増加し、体積に対するエネルギー密度が低下するという問題があった。また、カップ部３３３のフォールディング部３３９側の外壁３３３３が変形するため、二次電池３の外観が美麗でなく、商品性も低下するという問題もあった。

さらに、図８に示すように、エッジハイ現象によりバットイヤー３５のサイズがさらに増加し、形状が目立つという問題もあった。バットイヤー３５とは、フォールディング部３３９の両端の一部から外側に突出して可視的に現れる部分である。このようなバットイヤー３５のサイズが大きく形成されると、二次電池３の不要な体積がさらに増加するため、二次電池３の形状及びサイズの設計値と実際値において誤差が発生した。したがって、二次電池３を電池モジュール（図示せず）に組み立てる際に組み立てが容易ではなく、このようなバットイヤー３５を考慮して最初から二次電池３のサイズを小さく設計しなければならないという問題があった。また、二次電池３の体積を増加させるため、体積に対するエネルギー密度が減少するという問題もあった。さらに、二次電池３を電池モジュールのハウジング（図示せず）に収納すると、バットイヤー３５がハウジングとフォールディング部３３９との間を大きく離隔させ、二次電池３の冷却効率が低下するという問題もあった。

図９は、本発明の一実施形態に係るパウチフィルム１３５にプレス加工を行って電池ケース１３を製造する方法を示すフローチャートである。

本発明の一実施形態によれば、カップ部１３３の外壁１３３３の底部１３３２からの傾斜角がさらに減少して垂直に近く形成されることができ、これにより、電極組立体１０がカップ部１３３の外壁１３３３に非常に近接して位置することができるため、カップ部１３３の不要な体積が減少することができる。また、ガス抜き工程でカップ部１３３の内部圧力が減少しても、カップ部１３３の外壁１３３３又は底部１３３２が変形することを防止して、エッジハイ現象が発生することを防止することができる。また、バットイヤー１５のサイズを減少させることができ、バットイヤー１５の形状が目立つという問題も防止することができる。このために、本発明の一実施形態に係る電池ケース成形方法は、ダイ２１の上面にパウチフィルム１３５を載置するステップ（Ｓ９０１）と、前記ダイ２１の前記上面から内側に陥没形成された成形空間２１１の上方に配置されたパンチ２３が、前記上面の少なくとも一部に対して傾斜する方向に下降するステップ（Ｓ９０３）と、前記パンチ２３が前記パウチフィルム１３５を前記成形空間２１１に挿入し、前記パウチフィルム１３５にカップ部１３３を形成するステップ（Ｓ９０４）と、を含む。

以下、図９に示すフローチャートの各ステップに対する内容を図１０～図２１と共に説明する。

図１０は、本発明の一実施形態に係る電池ケース成形装置２の斜視図であり、図１１は、本発明の一実施形態に係る電池ケース成形装置２の概略図である。

本発明の一実施形態に係る電池ケース成形装置２は、図１０及び図１１に示すように、上面にパウチフィルム１３５が載置され、前記上面から内側に陥没形成された成形空間２１１を含むダイ２１と、前記成形空間２１１の上方に配置され、下降して前記パウチフィルム１３５を前記成形空間２１１に挿入して成形するパンチ２３と、を含み、前記ダイ２１は、前記上面が少なくとも一つのダイ傾斜面２１２を含む。また、電池ケース成形装置２は、前記ダイ２１の上方に配置され、下降して前記パウチフィルム１３５を挟んで前記ダイ２１と当接し、前記パウチフィルム１３５を固定させるストリッパ２２をさらに含むことができる。

ダイ２１は、上面に柔軟性を有するパウチフィルム１３５を載置させる。このとき、カップ部１３３が形成される領域に前記成形空間２１１が位置するように前記パウチフィルム１３５を載置させる。ダイ２１の上面は、パンチ２３が下降する方向に傾いた傾斜を有する少なくとも一つのダイ傾斜面２１２を含む。そして、ダイ２１の上面は、ダイ傾斜面２１２の少なくとも一端から延び、前記パンチ２３が下降する方向と垂直なダイ水平面２１３をさらに含むこともできる。このようなダイ水平面２１３は、パンチ２３が下降する方向とは垂直であるか、地表面とは水平を形成することができる。したがって、パウチフィルム１３５が成形された後には、ダイ水平面２１３に載置されたパウチフィルム１３５の一部分は、傾斜を有さずに地表面と水平に形成されることができる。後でパウチフィルム１３５を容易に固定するために、このようなダイ２１の上面には格子縞又は微細な凹凸などが形成されてもよい。

本発明の一実施形態によれば、一つのパウチフィルム１３５に２つのカップ部１３３を互いに隣り合うように絞り成形することもできる。すなわち、第１ケース１３１及び第２ケース１３２にそれぞれカップ部１３３が形成されてもよい。このために、図１０及び図１１に示すように、ダイ傾斜面２１２は、第１ダイ傾斜面２１２１及び第２ダイ傾斜面２１２２を含み、このような第１ダイ傾斜面２１２１及び第２ダイ傾斜面２１２２は互いに対称に形成されてもよい。ここで、対称に形成されるとは、第１ダイ傾斜面２１２１及び第２ダイ傾斜面２１２２が互いに接する地点で形成されるラインが中心軸となり、このような中心軸を基準に対称に形成されることを意味する。そして、第１ダイ傾斜面２１２１と第２ダイ傾斜面２１２２とは互いに隣接するほど、下方に向かう傾斜を有することにより、ダイ２１は下方に凹んだ形状を形成することができる。

ダイ２１は、ダイ２１の上面から内側に陥没形成された少なくとも一つの成形空間２１１を含む。このような成形空間２１１は、後で形成されるカップ部１３３の外面と形状及びサイズが対応する。ここで、形状が対応するとは、後でパンチ２３がパウチフィルム１３５を延伸させてカップ部１３３が形成されると、カップ部１３３がパンチ２３及びダイ２１の成形空間２１１と同一又は類似の形状に形成されることを意味する。したがって、カップ部１３３の横断面が四角形の形状を有すると、前記成形空間２１１の横断面も四角形の形状を有し、カップ部１３３の横断面が円形の形状を有すると、前記成形空間２１１の横断面も円形の形状を有することができる。そして、サイズが対応するとは、パンチ２３がパウチフィルム１３５を延伸させるときにパンチ２３とパウチフィルム１３５とがダイ２１の成形空間２１１に共に挿入されるため、カップ部１３３の形状は、ダイ２１の成形空間２１１より微細に小さいことを意味する。そして、成形空間２１１は、前記パンチ２３が下降する方向と並んだ方向に形成される。したがって、成形空間２１１の内部に挿入されたパンチ２３は、下降していた方向に引き続き下降すると、成形空間２１１に沿って移動するようになり、パウチフィルム１３５は、このようなパンチ２３が移動する方向に成形される。

本発明の一実施形態によれば、成形空間２１１は、ダイ傾斜面２１２からダイ２１の内側に陥没形成され、第１ダイ傾斜面２１２１からダイ２１の内側に陥没形成された第１成形空間２１１１、第２ダイ傾斜面２１２２から前記ダイ２１の内側に陥没形成された第２成形空間２１１２を含む。そして、ダイ２１は、第１成形空間２１１１と第２成形空間２１１２との間に形成された隔壁２１５をさらに含む。パウチフィルム１３５が成形されると、電池ケース１３には、このような隔壁２１５に対応するブリッジ１３６が形成される。

一方、ブリッジ１３６は、後で電池ケース１３をフォールディングするときに、基準となる部分であってもよい。二次電池１の製造が完了すると、ブリッジ１３６は、二次電池１の一側でフォールディング部１３９（図１６に示す）を形成することができる。このようなフォールディング部１３９は、第１ケース１３１と第２ケース１３２とを互いに一体に連結するため、後でシーリング工程を行う際にシーリングするサイド１３４の個数が減少することができる。したがって、工程速度を向上させ、シーリング工程数も減少させることもできる。このとき、フォールディング部１３９の幅が小さいほど、カップ部１３３の外壁１３３３と電極組立体１０との間の空間も減少するため、二次電池１の全体積が減少し、体積に対するエネルギー密度が増加することができる。

このようなフォールディング部１３９の幅はブリッジ１３６の厚さに比例し、ブリッジ１３６は隔壁２１５に対応して形成されるため、ブリッジ１３６の厚さは隔壁２１５の厚さに比例する。したがって、パウチフィルム１３５を成形する際には、ブリッジ１３６の厚さを最小化することが好ましく、このために隔壁２１５の厚さも最小化することが好ましい。ところで、隔壁２１５は、厚さが薄い状態で高さが過度に高く形成されると、絞り成形する過程で隔壁２１５が破損することがある。特に、従来はダイ２１に底が存在していたが、このような場合、パンチ２３がパウチフィルム１３５を成形する際に、パウチフィルム１３５と成形空間２１１との間に存在する気体が排出できないという問題があった。したがって、最近では、このようなダイ２１に底を除去することにより、パウチフィルム１３５と成形空間２１１との間に存在する気体を容易に排出することはできるが、隔壁２１５の高さが過度に高く形成されるという問題があった。よって、本発明の一実施形態によれば、図１１に示すように、隔壁２１５は、下部に行くほど、厚さが次第に厚く形成されることができる。すなわち、隔壁２１５の断面の少なくとも一部が略三角形の形状を有し、隔壁２１５に形成された成形空間２１１の内壁２１４が傾斜を有することができる。隔壁２１５に形成された成形空間２１１の内壁２１４の正確な傾斜は、隔壁２１５の上部の厚さ、隔壁２１５の材料、パンチ２３の圧力、形成されるカップ部１３３の深さに応じて実験的に決定することができる。

但し、これに制限されず、隔壁２１５の上部は最小化した厚さを保持し、隔壁２１５の下部に隔壁２１５の厚さよりもさらに厚い補強部（図示せず）が形成されることもできる。補強部は、電池ケース１３に形成されるカップ部１３３の深さよりは下方に形成されるとともに、隔壁２１５が破損しない程度の位置に形成されてもよい。補強部の正確な位置は、隔壁２１５の上部の厚さ、隔壁２１５の材料、パンチ２３の圧力、形成されるカップ部１３３の深さに応じて実験的に決定することができる。これにより、隔壁２１５の強度が増加して絞り成形する過程で隔壁２１５が破損することを防止することができる。

ストリッパ２２はダイ２１の上方に配置され、前記ダイ２１の上面にパウチフィルム１３５が載置されると下降する。そして、前記パウチフィルム１３５を挟んで、ダイ２１と当接し、パウチフィルム１３５を上方から押しつけて固定する。ここで、パウチフィルム１３５を挟んで当接するとは、直接に接触するものではないが、パウチフィルム１３５を介して間接に接触することを意味する。後で、パンチ２３がパウチフィルム１３５を成形すると、ストリッパ２２はパウチフィルム１３５を均一に押しつけ、パウチフィルム１３５に印加される延伸力を均一に分散させる。

ストリッパ２２の下面は、パウチフィルム１３５を固定する際にパウチフィルム１３５の上面と接触する。したがって、ストリッパ２２の下面は、ダイ２１の上面と互いに対応する形状を有することができる。すなわち、ダイ２１の上面が少なくとも一つのダイ傾斜面２１２及び前記ダイ傾斜面２１２の少なくとも一端から延びるダイ水平面２１３とを含むため、これに対応してストリッパ２２の下面は、前記ダイ傾斜面２１２と当接し、前記ダイ傾斜面２１２と同じ傾斜を有する少なくとも一つのストリッパ傾斜面２２２及び前記ダイ水平面２１３と当接し、前記ストリッパ傾斜面２２２の少なくとも一端から延びるストリッパ水平面２２３を含む。

このようなストリッパ２２の下面は、パウチフィルム１３５を固定する際にパウチフィルム１３５の上面と接触する。そして、後でパウチフィルム１３５を容易に固定するために、このようなストリッパ２２の下面には格子縞又は微細な凹凸などが形成されてもよい。

本発明の一実施形態によれば、ダイ傾斜面２１２は、互いに対称に形成される第１ダイ傾斜面２１２１及び第２ダイ傾斜面２１２２を含む。したがって、ストリッパ傾斜面２２２も第１ストリッパ傾斜面２２２１及び第２ストリッパ傾斜面２２２２を含む。第１ストリッパ傾斜面２２２１は、パウチフィルム１３５を挟んで第１ダイ傾斜面２１２１と互いに当接し、第２ストリッパ傾斜面２２２２は、パウチフィルム１３５を挟んで第２ダイ傾斜面２１２２と互いに当接する。このために、第１ストリッパ傾斜面２２２１は第１ダイ傾斜面２１２１と同じ傾斜を有し、第２ストリッパ傾斜面２２２２は第２ダイ傾斜面２１２２と同じ傾斜を有することができる。このような第１ストリッパ傾斜面２２２１及び第２ストリッパ傾斜面２２２２も互いに対称に形成され、中心に向かうほど、下方に向かう傾斜を有することができる。

パンチ２３は、ダイ２１の成形空間２１１の上方に配置され、下降して前記パウチフィルム１３５を前記成形空間２１１に挿入して成形する。パンチ２３は一定の圧力及び速度で下降する。そして、パンチ２３の成形空間２１１に挿入されながら、パンチ２３の成形部２３１がダイ２１に載置されたパウチフィルム１３５の上面に直接接触し、圧力を印加してパウチフィルム１３５を延伸させる。これにより、パウチフィルム１３５にカップ部１３３が形成され、パウチが製造されることができる。ストリッパ２２の略中心には貫通部２２１が形成される。そして、パンチ２３は、このような貫通部２２１を介してストリッパ２２を貫通して上下運動を行う。パンチ２３が上下運動を行うとき、前記貫通部２２１の内壁がパンチ２３をガイドするために、貫通部２２１はパンチ２３と形状及びサイズが対応する。ここで、形状が対応するとは、貫通部２２１がパンチ２３と同一又は類似の形状を有し、パンチ２３が貫通部２２１を介して容易に上下運動することを意味する。そして、サイズが対応するとは、貫通部２２１のサイズがパンチ２３のサイズより微細に大きいことを意味する。仮に、貫通部２２１のサイズがパンチ２３のサイズと同一又は小さいと、パンチ２３が貫通部２２１を介して上下運動を行えなかったり、貫通部２２１の内壁との摩擦によりパンチ２３が容易に上下運動を行わなかったりする可能性がある。逆に、貫通部２２１のサイズが大きすぎると、貫通部２２１の内壁がパンチ２３をガイドできず、パンチ２３が定位置から離脱することがある。したがって、貫通部２２１のサイズは、パンチ２３が貫通部２２１に挿入されて容易に上下運動しながらも、定位置を離脱しない適切なサイズを有することが好ましい。実際に、貫通部２２１のサイズは、形成しようとするカップ部１３３のサイズ及び形状に応じて、実験的に決定することができる。

また、パンチ２３は、ダイ２１の成形空間２１１と、形状及びサイズが対応する。ここで、形状が対応するとは、パンチ２３がダイ２１の成形空間２１１と同一又は類似の形状を有し、後でパウチフィルム１３５を延伸させてカップ部１３３が形成されると、カップ部１３３は、パンチ２３及びダイ２１の成形空間２１１と同一又は類似の形状に形成されることを意味する。したがって、パンチ２３が四角形の形状を有すると、ダイ２１の成形空間２１１も四角形の形状を有し、カップ部１３３も四角形の形状に形成され、パンチ２３が円形の形状を有すると、ダイ２１の成形空間２１１も円形の形状を有し、カップ部１３３も円形の形状に形成されることができる。そして、サイズが対応するとは、パンチ２３がパウチフィルム１３５と共にダイ２１の成形空間２１１に挿入され、パウチフィルム１３５を延伸するため、パンチ２３がダイ２１の成形空間２１１よりもパウチフィルム１３５の厚さほど微細に小さいことを意味する。

本発明の一実施形態によれば、上述したように、ダイ２１の成形空間２１１は第１成形空間２１１１と第２成形空間２１１２とを含み、ダイ２１は第１成形空間２１１１と第２成形空間２１１２との間に形成された隔壁２１５をさらに含む。したがって、パンチ２３は、このようなダイ２１の形状に対応するため、パンチ２３の成形部２３１は、パウチフィルム１３５を第１成形空間２１１１に挿入する第１成形部２３１１及びパウチフィルム１３５を第２成形空間２１１２に挿入する第２成形部２３１２を含む。そして、このような第１成形部２３１１と第２成形部２３１２との間には、ダイ２１の隔壁２１５に対応する位置に隔壁２１５が挿入される溝が形成される。

図１２は、本発明の一実施形態に係るストリッパ２２が下降した様子を示す概略図である。

ダイ２１の上面にパウチフィルム１３５が載置されると（Ｓ９０１）、図１２に示すようにストリッパ２２が下降する（Ｓ９０２）。そして、ストリッパ２２の下面がパウチフィルム１３５の上面と接触すると、ストリッパ２２及びダイ２１は、パウチフィルム１３５を挟んで互いに当接する。そして、ストリッパ２２は、パウチフィルム１３５を上方から押しつけて固定する。これにより、パウチフィルム１３５を均一に押しつけ、後でカップ部１３３が形成されるときにパウチフィルム１３５に印加される延伸力を均一に分散させる。

このとき、ストリッパ傾斜面２２２とダイ傾斜面２１２とがパウチフィルム１３５を挟んで互いに当接し、ストリッパ水平面２２３とダイ水平面２１３とがパウチフィルム１３５を挟んで互いに当接する。したがって、図１２に示すように、ストリッパ傾斜面２２２とダイ傾斜面２１２とが互いに当接する領域のパウチフィルム１３５は傾斜を有して形成され、ストリッパ水平面２２３とダイ水平面２１３とが互いに当接する領域のパウチフィルム１３５は、傾斜を有さずに水平に形成される。

特に本発明の一実施形態によれば、ダイ傾斜面２１２は、互いに対称に形成される第１ダイ傾斜面２１２１及び第２ダイ傾斜面２１２２を含む。そして、第１ダイ傾斜面２１２１及び第２ダイ傾斜面２１２２は、互いに隣接するほど、下方に向かう傾斜を有することができる。したがって、図１２に示すように、ストリッパ傾斜面２２２とダイ傾斜面２１２とが互いに当接する領域のパウチフィルム１３５は、両側が互いに対称であり、中心に向かうほど、下方に向かう傾斜を有することができる。

図１３は、本発明の一実施形態に係るパンチ２３が下降した様子を示す概略図である。

ストリッパ２２がパウチフィルム１３５を固定すると、図１３に示すように、パンチ２３がダイ２１の上面、特にダイ傾斜面２１２に対して傾斜する方向に下降する（Ｓ９０３）。すると、パンチ２３がパウチフィルム１３５と共に成形空間２１１に挿入され、パウチフィルム１３５を延伸させる（Ｓ９０３）。これにより、パウチフィルム１３５が成形されてカップ部１３３が形成されることができる（Ｓ９０４）。その後、パンチ２３及びストリッパ２２が再び上昇すると、カップ部１３３が形成されたパウチフィルム１３５を取り出すことにより、本発明の一実施形態に係るパウチ型電池ケース１３が製造されることができる。

上述したように、パンチ２３の成形部２３１は、ダイ２１に載置されたパウチフィルム１３５の上面に直接接触し、圧力を印加してパウチフィルム１３５を延伸させる。そして、パウチフィルム１３５が成形されてカップ部１３３が形成されると、カップ部１３３の底部１３３２は、パンチ２３の成形部２３１と対応する形状に形成される。このとき、パンチ２３の成形部２３１も傾斜を有して形成されることができ、特にダイ傾斜面２１２と同じ傾斜角の傾斜を有することができる。したがって、パウチフィルム１３５が成形されて電池ケース１３が製造されると、電池ケース１３のカップ部１３３の底部１３３２は、ストリッパ傾斜面２２２とダイ傾斜面２１２とが互いに当接する領域のパウチフィルム１３５と同じ傾斜角の傾斜を有することにより、互いに平行に形成されることができる。但し、これに制限されず、パンチ２３の成形部２３１がダイ傾斜面２１２と異なる傾斜角の傾斜を有してもよい。このような場合には、電池ケース１３のカップ部１３３の底部１３３２が、ストリッパ傾斜面２２２とダイ傾斜面２１２とが互いに当接する領域のパウチフィルム１３５と異なる傾斜角の傾斜を有して形成されることもできる。

本発明の一実施形態によれば、ダイ傾斜面２１２は、第１ダイ傾斜面２１２１及び第２ダイ傾斜面２１２２を含むため、パンチ２３の成形部２３１も第１成形部２３１１及び第２成形部２３１２を含む。パンチ２３の第１成形部２３１１は、ダイ２１の第１成形空間２１１１に挿入され、パウチフィルム１３５を延伸させる。すると、第１ケース１３１にカップ部１３３が形成されることができる。このとき、第１ケース１３１に形成されたカップ部１３３の底部１３３２は、第１ダイ傾斜面２１２１と第１ストリッパ傾斜面２２２１とが互いに当接する領域のパウチフィルム１３５と同じ傾斜角の傾斜を有することにより、互いに平行に形成されることができる。そして、パンチ２３の第２成形部２３１２は、ダイ２１の第２成形空間２１１２に挿入され、パウチフィルム１３５を延伸させる。すると、第２ケース１３２にカップ部１３３が形成されることができる。このとき、第２ケース１３２に形成されたカップ部１３３の底部１３３２は、第２ダイ傾斜面２１２２と第２ストリッパ傾斜面２２２２とが互いに当接する領域のパウチフィルム１３５と同じ傾斜角の傾斜を有することにより、互いに平行に形成されることができる。

したがって、パウチフィルム１３５が成形されて電池ケース１３が製造されると、第１ケース１３１と第２ケース１３２にそれぞれ形成されたカップ部１３３の底部１３３２も互いに対称に形成され、中心に向かうほど、下方に向かう傾斜を有することができる。

一方、パンチ２３が下降してダイ２１の成形空間２１１に挿入されると、パンチ２３の第１成形部２３１１と第２成形部２３１２との間に形成された溝に、ダイ２１の隔壁２１５が挿入されることができる。これにより、パウチフィルム１３５を成形すると、電池ケース１３にダイ２１の隔壁２１５と対応するブリッジ１３６が形成されることができる。このようなブリッジ１３６は、ダイ２１の隔壁２１５に対応して形成され、パンチエッジ１３３４は、パンチ２３のエッジに対応して形成される。そして、ダイ２１の成形空間２１１の内壁２１４とパンチ２３の外壁２３２との間には、これらの水平距離であるクリアランスＣＬが存在する。したがって、図１３に示すように、このようなクリアランスＣＬは、電池ケース１３において、ブリッジ１３６とパンチエッジ１３３４との間の水平距離として示すことができ、クリアランスＣＬによってカップ部１３３の外壁１３３３が傾斜を有して形成される。

図１４は、本発明の一実施形態に係るカップ部１３３のパンチエッジ１３３４の部分拡大図である。

図１４に示すように、カップ部１３３の外壁１３３３自体が傾斜を有して形成されても、本発明の一実施形態によれば、カップ部１３３の底部１３３２も傾斜を有して形成される。したがって、カップ部１３３の外壁１３３３の底部１３３２からの傾斜角ａがさらに減少して約９０°～９５°の間、さらには９０°～９３°の間である傾斜角ａを有するように垂直に近く形成することができる。

図１５は、本発明の一実施形態に係る二次電池１のフォールディング部１３９の部分拡大図である。

本発明の一実施形態によれば、カップ部１３３の外壁１３３３の底部１３３２からの傾斜角ａが垂直に近く形成されることができる。すると、電極組立体１０がカップ部１３３の外壁１３３３に非常に近接して位置することができるため、カップ部１３３の不要な体積が減少する。したがって、ガス抜き工程を行ってカップ部１３３の内部圧力が減少しても、カップ部１３３の外壁１３３３又は底部１３３２が変形することを防止することができる。すなわち、図１５に示すように、エッジハイ現象が発生することを防止することができるため、体積に対するエネルギー密度が低下しないことができる。

図１６は、本発明の一実施形態に係る二次電池１を上方から示す概略図である。

上述したように、バットイヤー１５は、二次電池１において、フォールディング部１３９の両端の一部から外側に突出しながら可視的に現れる部分である。具体的に、電池ケース１３は、パウチフィルム１３５を絞り成形して形成され、このとき、カップ部１３３のみが限定されて延伸されるものではなく、カップ部１３３の周辺サイド１３４も全体的に微細に延伸される。したがって、ブリッジ１３６をフォールディングすると、サイド１３４の微細に延伸された部分が累積され、フォールディング部１３９の両端の一部から外側に突出しながら可視的に現れる。これをバットイヤー１５という。

本発明の一実施形態によれば、エッジハイ現象が発生することを防止することができるため、バットイヤー１５のサイズを減少させることができ、バットイヤー１５の形状が目立つという問題も防止することができる。したがって、二次電池１を電池モジュールに容易に組み立てることができ、二次電池１の不要な体積を減少させるため、体積に対するエネルギー密度を増加させることもできる。また、二次電池１を電池モジュールのハウジングに収納すると、バットイヤー１５のサイズが減少してハウジングとフォールディング部１３９との間隔が減少し、二次電池１の冷却効率も増加することができる。

図１７は、本発明の他の実施形態に係る電池ケース成形装置２ａの斜視図であり、図１８は、本発明の他の実施形態に係る電池ケース成形装置２ａの概略図である。

本発明の一実施形態によれば、一つのパウチフィルム１３５に２つのカップ部１３３を互いに隣り合うように成形して、第１ケース１３１及び第２ケース１３２にそれぞれカップ部１３３が形成されることができる。しかし、本発明の他の実施形態によれば、一つのパウチフィルム１３５に一つのカップ部１３３のみを成形して、第１ケース１３１のみにカップ部１３３が形成されてもよい。このために、図１７に示すように、ダイ２１ａの上面は、パンチ２３ａが下降する方向に傾いた傾斜を有するダイ傾斜面２１２ａを一つのみ含むことができる。そして、ダイ２１ａの上面は、ダイ傾斜面２１２ａの両端からそれぞれ延びて、前記パンチ２３ａが下降する方向に垂直な複数のダイ水平面２１３ａをさらに含むことができる。

ダイ２１ａの上面がダイ傾斜面２１２ａを一つのみ含むため、ダイ２１ａはダイ２１ａの上面から内側に陥没形成された成形空間２１１ａを一つのみ含むことができる。したがって、本発明の他の実施形態によれば、ダイ２１ａは隔壁を含まず、パウチフィルム１３５を成形して製造された電池ケース１３ａにはブリッジが形成されないことができる。

ストリッパ２２ａは、下面がパウチフィルム１３５を固定する際にパウチフィルム１３５の上面と接触する。したがって、本発明の他の実施形態によれば、ストリッパ２２ａもダイ２１ａの傾斜面と同じ傾斜を有するストリッパ傾斜面２２２ａを一つのみ含み、ダイ２１ａの水平面と当接し、前記ストリッパ傾斜面２２２ａの両端からそれぞれ延びる複数のストリッパ水平面２２３ａをさらに含むことができる。

本発明の他の実施形態によれば、ダイ２１ａは成形空間２１１ａを一つのみ含むため、パンチ２３ａもパウチフィルム１３５を成形空間２１１ａに挿入する成形部２３１ａを一つのみ含むことができる。そして、ダイ２１ａが隔壁を含まないため、パンチ２３ａにもこのような隔壁が挿入される溝が形成されないことができる。

図１９は、本発明の他の実施形態に係るストリッパ２２ａが下降した様子を示す概略図である。

ダイ２１ａの上面にパウチフィルム１３５が載置されると（Ｓ９０１）、図１９に示すようにストリッパ２２が下降する（Ｓ９０２）。そして、ストリッパ２２の下面がパウチフィルム１３５の上面と接触すると、ストリッパ２２とダイ２１とは、パウチフィルム１３５を挟んで互いに当接する。そして、ストリッパ２２は、パウチフィルム１３５を上方から押しつけて固定する。

本発明の他の実施形態によれば、ダイ２１ａはダイ傾斜面２１２ａを一つのみ含み、ストリッパ２２ａはストリッパ傾斜面２２２ａを一つのみ含むため、パウチフィルム１３５の傾斜を有する領域が一つのみ形成されることができる。そして、ダイ２１ａは複数のダイ水平面２１３ａを含み、ストリッパ２２ａは複数のストリッパ水平面２２３ａを含むため、パウチフィルム１３５の水平な領域が複数で形成されることができる。

図２０は、本発明の他の実施形態に係るパンチ２３ａが下降した様子を示す概略図である。

ストリッパ２２ａがパウチフィルム１３５を固定すると、図２０に示すように、パンチ２３ａがダイ２１ａの上面、特にダイ傾斜面２１２ａに対して傾斜する方向に下降する（Ｓ９０３）。すると、パンチ２３ａがパウチフィルム１３５と共に成形空間２１１ａに挿入され、パウチフィルム１３５を延伸させる（Ｓ９０３）。これにより、パウチフィルム１３５が成形されてカップ部１３３ａが形成されることができる（Ｓ９０４）。その後、パンチ２３ａ及びストリッパ２２ａが再び上昇すると、カップ部１３３ａが形成されたパウチフィルム１３５を取り出すことにより、本発明の一実施形態に係るパウチ型電池ケース１３ａが製造されることができる。

本発明の他の実施形態によれば、パンチ２３ａの成形部２３１ａがダイ２１ａの成形空間２１１ａに挿入され、パウチフィルム１３５を延伸させることにより、第１ケース１３１にカップ部１３３ａが形成されることができるが、第２ケース１３２にはカップ部は形成されない。

図２１は、本発明の他の実施形態に係るカップ部１３３ａのパンチエッジ１３３４ａの部分拡大図である。

図２１に示すように、カップ部１３３ａの外壁１３３３ａ自体が傾斜を有して形成されても、本発明の他の実施形態によれば、カップ部１３３ａの底部１３３２ａも傾斜を有して形成される。したがって、カップ部１３３ａの外壁１３３３ａの底部１３３２ａからの傾斜角ｂがさらに減少し、約９０°～９５°の間、さらには９０°～９３°の間である傾斜角ｂを有するように垂直に近く形成することができる。

一方、図１、図１４、図１６を参照すると、本発明の一実施形態に係る電池ケースは、第１ケース１３１又は第２ケース１３２のうち少なくとも一つに形成され、底部１３３２の一面の縁に沿って外壁１３３３が形成されて、電極組立体の収容空間が設けられるカップ部１３３及び前記カップ部１３３の一側でフォールディングされて前記第１ケース１３１と前記第２ケース１３２とを一体に連結するフォールディング部１３９を含む。

外壁１３３３は、前記底部１３３２の一面の縁のうち前記フォールディング部１３９側に形成される第１外壁、前記第１外壁の反対側に形成される第２外壁、前記第１外壁と前記第２外壁とを連結するように形成される第３外壁、及び前記第３外壁の反対側に形成される第４外壁を含み、前記第１外壁と前記底部１３３２との間の内側傾斜角ａは９０°～９５°で形成されてもよい。

ここで、フォールディング部１３９とは、パウチ成形装置が隔壁２１５を含む場合、隔壁２１５に対応するブリッジが形成されるようになり、ブリッジは、後で電池ケース１３をフォールディングするとき、基準となる部分であり得る。すなわち、二次電池１の製造が完了すると、ブリッジは二次電池１の一側でフォールディング部１３９を形成することができ、したがって、第１外壁は、底部１３３２の一面の縁のうちブリッジ側に形成されるとも同様に理解することができる。

但し、第１ケース１３１又は第２ケース１３２のうち一つのみにカップ部１３３ａが形成される場合には、別途のブリッジが存在せず、この場合、第１外壁は底部の一面の縁のうちフォールディング部側に形成されるものと理解することができる。

これにより、フォールディング部１３９側に形成されたカップ部１３３の外壁である第１外壁の底部１３３２からの傾斜角ａがさらに減少して垂直に近く形成されることができ、これにより、電極組立体がカップ部の外壁に非常に近接して位置することができるため、カップ部の不要な体積が減少することができる。

一方、第２外壁と前記底部１３３２との間の内側傾斜角は、前記第１外壁と前記底部１３３２との間の内側傾斜角ａより大きく形成されてもよい。

また、第２外壁と前記底部１３３２との間の内側傾斜角は、前記第１外壁と前記底部１３３２との間の内側傾斜角ａより少なくとも１０°以上大きく形成されてもよい。

本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態で実施できるということを理解することができる。したがって、上述した実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的なものではないものと理解すべきである。本発明の範囲は、前記の詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、並びにその均等概念から導出される様々な実施形態が本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

１：二次電池
２：成形装置
１０：電極組立体
１１：電極タブ
１２：電極リード
１３：電池ケース
１４：絶縁部
１５：バットイヤー
２１：ダイ
２２：ストリッパ
２３：パンチ
１１１：正極タブ
１１２：負極タブ
１２１：正極リード
１２２：負極リード
１３１：第１ケース
１３２：第２ケース
１３３：カップ部
１３４：サイド
１３５：パウチフィルム
１３６：ブリッジ
１３７：ガス抜き部
１３９：フォールディング部
２１１：成形空間
２１２：ダイ傾斜面
２１３：ダイ水平面
２１４：内壁
２１５：隔壁
２２１：貫通部
２２２：ストリッパ傾斜面
２２３：ストリッパ水平面
２３１：成形部
２３２：外壁
３３３ カップ部
３３９ フォールディング部
４１１ 成形空間
４１２ 上面
４１４ 内壁
４２２ 下面
４３１ 成形部
４３２ 外壁
１３３１：収容空間
１３３２：底部
１３３３：外壁
１３３４：パンチエッジ
１３５１：シーラント層
１３５２：水分バリア層
１３５３：表面保護層
２１１１：第１成形空間
２１１２：第２成形空間
２１２１：第１ダイ傾斜面
２１２２：第２ダイ傾斜面
２１５１：補強部
２２２１：第１ストリッパ傾斜面
２２２２：第２ストリッパ傾斜面
２３１１：第１成形部
２３１２：第２成形部

Claims (19)

1. 上面にパウチフィルムが載置され、前記上面から内側に陥没形成された少なくとも一つの成形空間を含むダイと、
   前記成形空間の上方に配置され、下降して前記パウチフィルムを前記成形空間に挿入して成形するパンチと、を含み、
   前記ダイは、
   前記上面が少なくとも一つのダイ傾斜面を含む、電池ケース成形装置。
2. 前記ダイ傾斜面は、
   前記パンチが下降する方向に傾いた傾斜を有する、請求項１に記載の電池ケース成形装置。
3. 前記成形空間は、
   前記ダイ傾斜面から前記ダイの内側に陥没形成された、請求項１または２に記載の電池ケース成形装置。
4. 前記ダイ傾斜面は、
   第１ダイ傾斜面及び第２ダイ傾斜面を含み、
   前記第１ダイ傾斜面及び前記第２ダイ傾斜面は、
   互いに対称に形成される、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池ケース成形装置。
5. 前記第１ダイ傾斜面及び前記第２ダイ傾斜面は、
   互いに隣接するほど下方に向かう傾斜を有する、請求項４に記載の電池ケース成形装置。
6. 前記成形空間は、
   前記第１ダイ傾斜面から前記ダイの内側に陥没形成された第１成形空間と、
   前記第２ダイ傾斜面から前記ダイの内側に陥没形成された第２成形空間と、を含む、請求項５に記載の電池ケース成形装置。
7. 前記ダイは、
   前記第１成形空間及び前記第２成形空間の間に形成された隔壁をさらに含む、請求項６に記載の電池ケース成形装置。
8. 前記隔壁は、下部に行くほど厚さが厚く形成され、
   前記隔壁によって形成された成形空間の内壁は傾斜を有することを特徴とする、請求項７に記載の電池ケース成形装置。
9. 前記パンチは、
   前記隔壁に対応する位置に、前記隔壁が挿入される溝が形成される、請求項７または８に記載の電池ケース成形装置。
10. 前記パンチは、
    前記パウチフィルムを前記第１成形空間に挿入する第１成形部と、
    前記パウチフィルムを前記第２成形空間に挿入する第２成形部と、を含む、請求項６～９のいずれか一項に記載の電池ケース成形装置。
11. 前記ダイは、
    前記上面が、前記ダイ傾斜面の少なくとも一端から延びて、前記パンチが下降する方向と垂直なダイ水平面をさらに含む、請求項１～１０のいずれか一項に記載の電池ケース成形装置。
12. 前記パンチは、
    前記パウチフィルムに直接接触する成形部が、前記ダイ傾斜面と同じ傾斜を有する、請求項１～１１のいずれか一項に記載の電池ケース成形装置。
13. 前記ダイの上方に配置され、下降して前記パウチフィルムを挟んで前記ダイと当接し、前記パウチフィルムを固定させるストリッパをさらに含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載の電池ケース成形装置。
14. 前記ストリッパは、
    下面が、前記ダイ傾斜面と当接し、前記ダイ傾斜面と同じ傾斜を有する少なくとも一つのストリッパ傾斜面を含む、請求項１３に記載の電池ケース成形装置。
15. ダイの上面にパウチフィルムを載置するステップと、
    前記ダイの前記上面から内側に陥没形成された成形空間の上方に配置されたパンチが、前記上面の少なくとも一部に対して傾斜する方向に下降するステップと、
    前記パンチが、前記パウチフィルムを前記成形空間に挿入し、前記パウチフィルムにカップ部を形成するステップと、を含む、電池ケース成形方法。
16. 前記パンチが下降するステップにおいて、
    前記ダイは、
    前記上面が少なくとも一つのダイ傾斜面を含む、請求項１５に記載の電池ケース成形方法。
17. 第１ケース又は第２ケースのうち少なくとも一つに形成され、底部の一面の縁に沿って外壁が形成され、電極組立体の収容空間が設けられるカップ部と、
    前記カップ部の一側でフォールディングされて前記第１ケースと前記第２ケースとを一体に連結するフォールディング部と、を含み、
    前記外壁は、
    前記底部の一面の縁のうち前記フォールディング部側に形成される第１外壁と、
    前記第１外壁の反対側に形成される第２外壁と、
    前記第１外壁と前記第２外壁とを連結するように形成される第３外壁と、
    前記第３外壁の反対側に形成される第４外壁と、を含み、
    前記第１外壁と前記底部との間の内側傾斜角は９０°～９５°で形成される、電池ケース。
18. 前記第２外壁と前記底部との間の内側傾斜角は、
    前記第１外壁と前記底部との間の内側傾斜角より大きく形成される、請求項１７に記載の電池ケース。
19. 前記第２外壁と前記底部との間の内側傾斜角は、
    前記第１外壁と前記底部との間の内側傾斜角より少なくとも１０°以上大きく形成される、請求項１８に記載の電池ケース。

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