JP6587083B1 - パウチ成形装置及び成形方法、それを含む二次電池の製造設備 - Google Patents

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Abstract

【課題】頂点部分のクラックの発生を防止することができる、パウチ成形装置及び成形方法、それを含む二次電池の製造設備を提供する。【解決手段】パウチ成形装置１００であって、パウチフィルムが配置されるダイ１１１と、ダイホルダー１１２とで設けられたダイ部材１１０；前記ダイに配置された前記パウチフィルムが固定されるように加圧するストリッパー１２１と、前記ストリッパーを上下方向に移動させる第１駆動片１２２とで設けられたストリッパー部材１２０；成形部に挿入されつつ前記パウチフィルムに電極組立体の収容部を成形するパンチ１３１ａを備えたパンチプレート１３１を上下方向に移動させる第２駆動片１３２とで設けられたパンチ部材１３０；及び、前記パンチが前記成形部に挿入されつつ前記パウチフィルムを加圧すると、前記第１駆動片を制御して前記ストリッパーを上昇させることにより、パウチフィルムの加圧力を減少させる制御部材を含む。【選択図】図２

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１８年１１月２３日付韓国特許出願第１０−２０１８−０１４６３５７号に基づいた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含まれる。
本発明は、パウチ成形装置及び成形方法、それを含む二次電池の製造設備に関し、特に、パウチ成形時の伸び率を漸進的に増大させることでクラックの発生を防止した、パウチ成形装置及び成形方法、それを含む二次電池の製造設備に関する。
一般に、二次電池は、充電が不可能な一次電池と異なり、充電／放電が可能な電池を意味し、携帯電話、ノートパソコン、カムコーダー等の電子機器又は電気自動車等に広く用いられている。
このような二次電池は、電極タブを備えた電極組立体、前記電極タブに結合される電極リード、前記電極リードの先端が外部に引き出された状態で前記電極組立体を収容する電池ケースを含む。
一方、前記電池ケースは、電極組立体を収容する収容部と、前記収容部の縁面に沿って形成されつつ前記収容部を密封するシーリング部を含み、前記電池ケースの成形方法は、電池フィルムが配置されるダイ、前記ダイに配置された電池フィルムを固定するストリッパー、及び、前記ダイに配置された電池フィルムの表面を加圧することで前記電池フィルムに電極組立体の収容部を成形するパンチを含む。
しかし、前記電池ケースの成形装置は、電池フィルムの成形時、局部的な部分、すなわち、前記収容部の頂点部分にクラックが発生するという問題点があった。
韓国特許公開第１０−２００８−００８１８４５号公報
本発明は、前記のような問題点を解決するために発明されたものであって、本発明は、パウチフィルムを加圧して電極組立体を収容する収容部を成形する場合、パウチフィルムを固定するストリッパーの加圧力を漸進的に減少させ、これにより、パウチフィルムの伸び率を漸進的に増大させて前記収容部を安定的に成形でき、併せて前記収容部の局部的な部分、すなわち、頂点部分のクラックの発生を防止することができる、パウチ成形装置及び成形方法、それを含む二次電池の製造設備を提供することを目的とする。
前記のような目的を達成するための本発明の第１実施例によるパウチ成形装置は、成形部が形成されている上面にパウチフィルムが配置されるダイと、前記ダイが固定されるダイホルダーとで設けられたダイ部材；前記ダイ部材の上部に上下に移動可能に備えられ、下降時に前記ダイに配置された前記パウチフィルムが固定されるように加圧するストリッパーと、前記ストリッパーを上下方向に移動させる第１駆動片とで設けられたストリッパー部材；前記ダイ部材の上部に上下に移動可能に備えられ、下降時に前記成形部に挿入されつつ前記パウチフィルムに電極組立体の収容部を成形するパンチを備えたパンチプレートと、前記パンチプレートを上下方向に移動させる第２駆動片とで設けられたパンチ部材；及び、前記パンチが前記成形部に挿入されつつ前記パウチフィルムを加圧すると、前記第１駆動片を制御して前記ストリッパーを上昇させることにより、パウチフィルムの加圧力を減少させる制御部材を含んでよい。
前記制御部材は、前記第１駆動片を制御して前記ストリッパーを漸進的に上昇させることにより、前記パウチフィルムの加圧力を漸進的に減少させることができる。
前記制御部材は、前記パンチが前記成形部に完全に挿入されると、前記パウチフィルムから分離されるよう前記ストリッパーを上昇させることで、前記パウチフィルムの加圧力を完全に除去することができる。
前記制御部材は、前記パンチが前記成形部に挿入されることを感知する感知センサーと、前記感知センサーの信号によって前記第１駆動片を制御し、前記ストリッパーを漸進的に上昇させる制御部とを含んでよい。
前記第１駆動片は、前記パンチプレートの上面を貫通して前記ストリッパーに連結されつつ、前記ストリッパーを上下方向に移動させる複数個の移動棒と、前記パンチプレートの上部に位置した前記複数個の移動棒が固定され、前記複数個の移動棒を同時に上下方向に移動させる連結バーと、前記連結バーを上下方向に移動させるシリンダーとを含んでよい。
前記制御部材は、前記パンチが、前記成形部に挿入されつつ前記パウチフィルムを加圧すると、前記第２駆動片をさらに制御して前記パンチが備えられたパンチプレートの下降速度を減少させることができる。
前記制御部材は、前記第２駆動片を制御して前記パンチが備えられたパンチプレートの下降速度を漸進的に減少させることができる。
前記制御部材は、前記第１駆動片と前記第２駆動片を同時に制御することで、前記ストリッパーを漸進的に上昇させるとともに、前記パンチプレートの下降速度を漸進的に減少させることができる。
一方、本発明の第１実施例によるパウチの成形方法は、成形部が備えられたダイ部材の上面にパウチフィルムを配置する配置段階；前記ダイ部材の上面に配置されたパウチフィルムの縁面が固定されるようストリッパー部材で加圧する加圧段階；前記成形部にパンチを挿入することで、前記パウチフィルムの表面に電極組立体の収容部を成形する成形段階；及び、前記パンチが前記成形部に挿入されつつ前記パウチフィルムを加圧すると、前記ストリッパー部材の加圧力を漸進的に減少させることで、前記パウチフィルムの加圧力を漸進的に減少させる制御段階を含んでよい。
前記制御段階は、前記パンチが前記成形部に挿入されると挿入信号を出力する第１制御工程と、前記挿入信号が出力されると、前記パウチフィルムの加圧力を漸進的に減少させる第２制御工程とを含んでよい。
前記制御段階は、前記挿入信号が出力されると、前記パンチの下降速度を漸進的に減少させることで、前記パンチによる前記パウチフィルムの加圧力を漸進的に減少させる第３制御工程をさらに含んでよい。
一方、本発明の第２実施例による二次電池の製造設備は、パウチフィルムを成形することで電極組立体の収容部が形成されたパウチを製造するパウチ成形装置を含み、前記パウチ成形装置は、成形部が形成されている上面にパウチフィルムが配置されるダイと、前記ダイが固定されるダイホルダーとで設けられたダイ部材；前記ダイ部材の上部に上下に移動可能に備えられ、下降時に前記ダイに配置された前記パウチフィルムが固定されるよう加圧するストリッパーと、前記ストリッパーを上下方向に移動させる第１駆動片とで設けられたストリッパー部材；前記ダイ部材の上部に上下に移動可能に備えられ、下降時に前記成形部に挿入されつつ前記パウチフィルムに電極組立体の収容部を成形するパンチを備えたパンチプレートと、前記パンチプレートを上下方向に移動させる第２駆動片とで設けられたパンチ部材；及び、前記パンチが前記成形部に挿入されつつ前記パウチフィルムを加圧すると、前記第１駆動片を制御して前記ストリッパーを上昇させることにより、パウチフィルムの加圧力を減少させる制御部材を含んでよい。
前記制御部材は、前記パンチが前記成形部に挿入されつつ前記パウチフィルムを加圧すると、前記第２駆動片をさらに制御することで、前記パンチが備えられたパンチプレートの下降速度を漸進的に減少させることができる。
一方、本発明の第３実施例によるパウチ成形装置は、成形部が形成されている上面にパウチフィルムが配置されるダイと、前記ダイが固定されるダイホルダーとで設けられたダイ部材；前記ダイ部材の上部に上下に移動可能に備えられ、下降時に前記ダイに配置された前記パウチフィルムが固定されるよう加圧するストリッパーと、前記ストリッパーを上下方向に移動させる第１駆動片とで設けられたストリッパー部材；前記ダイ部材の上部に上下に移動可能に備えられ、下降時に前記成形部に挿入されつつ、前記パウチフィルムに電極組立体の収容部を成形するパンチを備えたパンチプレートと、前記パンチプレートを上下方向に移動させる第２駆動片とで設けられたパンチ部材；及び、前記パンチが前記成形部に挿入されつつ前記パウチフィルムを加圧すると、前記第２駆動片を制御して前記パンチが備えられたパンチプレートの下降速度を減少させる制御部材を含んでよい。
前記制御部材は、前記第２駆動片を制御して前記パンチが備えられたパンチプレートの下降速度を漸進的に減少させることができる。
本発明は、ダイ部材、ストリッパー部材、パンチ部材及び制御部材を備えたパウチ成形装置を含むことに特徴がある。すなわち、パウチの成形時、前記ストリッパー部材の加圧力を漸進的に減少させるか、又は、パンチ部材の下降速度を漸進的に減少させることに特徴があり、このような特徴により、パウチ成形時の伸び率を漸進的に増大させることができ、それによってパウチを安定的に成形することができる。特に、パウチの成形時、局部的な部分、すなわち、パウチに成形された電極組立体の収容部の縁部又は頂点部にクラックが発生することを防止することができる。
本発明の第１実施例によるパウチ成形装置を概略的に示した側面図である。 本発明の第１実施例によるパウチ成形装置を示した分離斜視図である。 本発明の第１実施例によるパウチ成形装置を示した組立斜視図である。 本発明の第１実施例によるパウチ成形装置を示した正面図である。 本発明の第１実施例によるパウチ成形装置を示した側面図である。 図３に表示されたＡ−Ａ線の断面図である。 本発明の第１実施例によるパウチの成形方法を示したフローチャートである。 本発明の第１実施例によるパウチの成形方法において、ストリッパー部材の加圧力とフォーミングの深さとの関係を示したグラフである。 本発明の第１実施例によるパウチの成形方法において、パンチ部材の下降速度とフォーミングの深さとの関係を示したグラフである。 本発明の第２実施例による二次電池の製造設備のシーリング装置を示した図である。 本発明の第１実施例によるパウチ成形装置の実験例を示した結果表である。 本発明の第１実施例によるパウチ成形装置の実験例において、比較例によって製造されたパウチの斜視図である。 本発明の第１実施例によるパウチ成形装置の実験例において、製造例によって製造されたパウチの斜視図である。
以下、図を参照しつつ、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるよう、本発明の実施形態を詳しく説明する。しかし、本発明は、幾多の異なる形態に具現されてよく、ここで説明する実施形態に限定されない。そして、図において、本発明を明確に説明するため、説明と係わりのない部分は省略し、明細書の全体にかけて類似の部分に対しては類似の図面符号を付けた。
［パウチ］
パウチ１０Ａは、図１０、図１２及び図１３に示す通り、電極組立体を収容するためのものであって、電極組立体２０を収容する電極組立体の収容部１１と、前記電極組立体の収容部１１を密封するシーリング部１２とを含む。
このような構造を有するパウチ１０Ａは、本発明によるパウチ成形装置を用いて成形される。すなわち、前記本発明によるパウチ成形装置は、所定の面積を有するパウチフィルムの一側面を加圧して電極組立体の収容部１１を成形し、パウチフィルムの他側面を前記電極組立体の収容部に重なるように折り曲げてパウチ１０Ａを製造する。
この際、前記本発明によるパウチ成形装置は、パウチフィルムを加圧して電極組立体の収容部を成形する場合、パウチフィルムを固定する加圧力を漸進的に減少させ、これにより、電極組立体の収容部の成形時に伸び率を漸進的に増大させて、前記電極組立体の収容部の局部的な部分、すなわち、縁部又は頂点部を、クラックを発生させることなく成形できる。
以下、前記本発明によるパウチ成形装置を、図を参照しつつ詳しく説明する。
［本発明の第１実施例によるパウチ成形装置］
本発明の第１実施例によるパウチ成形装置１００は、図１から図６に示す通り、パウチフィルム１０が配置されるダイ部材１１０、前記ダイ部材１１０に配置されたパウチフィルム１０を加圧して固定するストリッパー部材１２０、前記ダイ部材１１０に配置されたパウチフィルム１０を加圧して電極組立体の収容部を成形するパンチ部材１３０、及び、前記パンチ部材１３０の加圧時に前記ストリッパー部材１２０の加圧力を減少させることで、前記パウチフィルム１０の伸び率を増大させる制御部材１４０を含む。
ダイ部材
前記ダイ部材１１０は、図２に示す通り、パウチフィルム１０を配置するためのものであって、上面にパウチフィルム１０が配置されるダイ１１１と、前記ダイ１１１が固定されるダイホルダー１１２とを含む。
ここで、前記ダイ１１１は、前記ダイホルダー１１２より小さな面積を有し、上面にはパウチフィルム１０に電極組立体の収容部を成形するための成形部１１１ａが形成される。
一方、前記ダイ１１１は、上下に積層される上部ダイ１１１Ａと下部ダイ１１１Ｂを含み、前記上部ダイ１１１Ａは、上面に上下に貫通される成形部１１１ａが形成され、前記下部ダイ１１１Ｂは、前記上部ダイ１１１Ａに配置されることで、前記成形部１１１ａの下部を仕上げる。このような構造を有するダイ１１１は、多様な大きさ、形状及び厚さを有する成形部が形成されている複数個の上部ダイ１１１Ａを、下部ダイ１１１Ｂから交替して装着することで互換性を高めることができる。
ストリッパー部材
前記ストリッパー部材１２０は、ダイ部材に配置されたパウチフィルムを固定するためのものであって、前記ダイ部材１１０の上部に上下に移動可能に備えられ、下降時に前記ダイ１１１に配置された前記パウチフィルム１０が固定されるよう加圧するストリッパー１２１と、前記ストリッパー１２１を上下方向に移動させる第１駆動片１２２とを含む。
前記ストリッパー１２１は、前記ダイ１１１の上面と対応される大きさを有し、上面には、上下方向に貫通され前記成形部１１１ａと同一の大きさの貫通ホール１２１ａが形成される。
前記第１駆動片１２２は、前記ストリッパー１２１を上下方向に移動させる複数個の移動棒１２２ａと、前記複数個の移動棒１２２ａを同時に上下方向に移動させる連結バー１２２ｂと、前記連結バー１２２ｂを上下方向に移動させるシリンダー１２２ｃとを含む。
ここで、前記複数個の移動棒１２２ａは、前記ストリッパー１２１の上面縁部に沿って均等に連結されるとともに、前記ダイ１１０を基準に垂直に前記ストリッパー１２１を下降させるか上昇させる。特に、前記複数個の移動棒１２２ａは、パンチ部材１３０のパンチプレートの上面を貫通して前記ストリッパー１２１に連結され、このため、移動棒１２２ａは、前記パンチプレートによって垂直に移動することになり、その結果、ストリッパー１２１を安定的に垂直に下降又は上昇させ得る。
前記連結バー１２２ｂは、複数個の移動棒を同時に移動させるためのものであって、長い四角の形態を有し、底面に前記複数個の移動棒１２２ａが連結される。
ここで、前記連結バー１２２ｂの上面には、長手方向にガイド溝１２２ｂ−１が形成され、シリンダー１２２ｃが前記ガイド溝１２２ｂ−１に位置調節可能に連結される。すなわち、前記シリンダー１２２ｃと前記連結バー１２２ｂの位置誤差が発生しても、前記シリンダー１２２ｃを前記連結バー１２２ｂに安定的に連結することができる。
このような構成を有する前記ストリッパー部材１２０は、シリンダー１２２ｃを介して連結バー１２２ｂを下降させると、連結バー１２２ｂと連動して複数個の移動棒１２２ａが下降し、複数個の移動棒１２２ａによってストリッパー１２１が下降しながら、ダイ１１１に配置されたパウチフィルム１０の縁面を同時に加圧して固定することができる。
パンチ部材
前記パンチ部材１３０は、前記ダイ部材１１０の上部に上下に移動可能に備えられ、下降時に前記成形部１１１ａに挿入されつつ、前記パウチフィルム１０に電極組立体の収容部を成形するパンチ１３１ａを備えたパンチプレート１３１と、前記パンチプレート１３１を上下方向に移動させる第２駆動片１３２とを含む。
このような構成を有するパンチ部材１３０は、第２駆動片１３２によって前記パンチプレート１３１が下降すると、前記パンチプレート１３１に備えられたパンチ１３１ａが、前記ストリッパー１２１の貫通ホール１２１ａを通過した後、前記成形部１１１ａに挿入される。この際、成形部１１１ａに位置したパウチフィルム１０を加圧した状態で前記成形部１１１ａに挿入されつつ、前記パウチフィルム１０に成形部形態の電極組立体の収容部を成形することができる。
制御部材
前記制御部材１４０は、前記パンチが、前記成形部に挿入されつつ前記パウチフィルムを加圧すると、前記第１駆動片を制御して前記ストリッパーを上昇させることにより、パウチフィルムの加圧力を減少させるためのものである。
すなわち、前記制御部材１４０は、パウチフィルム１０の縁面の加圧力を減少させることで、前記パウチフィルム１０の縁面の一部がパンチ１３１ａとともに前記成形部１１１ａに挿入されるように誘導し、これによって前記パウチフィルム１０に成形される電極組立体の収容部１１の伸び率を高めることができ、その結果、クラックを発生させることなく前記電極組立体の収容部１１を成形することができる。
例えば、前記制御部材１４０は、前記パンチ１３１ａが前記成形部１１１ａに挿入されることを感知する感知センサー１４１と、前記感知センサー１４１の信号によって前記第１駆動片１２２を制御し、前記ストリッパー１２１を漸進的に上昇させることにより、前記ダイ１１１に配置されたパウチフィルム１０の加圧力を漸進的に減少させる制御部１４２とを含む。
すなわち、前記制御部材１４０は、前記パンチ１３１ａが前記成形部１１１ａに挿入されると、これを前記感知センサー１４１が感知した後、前記制御部１４２に伝え、制御部１４２は、前記感知センサー１４１から伝えられた信号によって前記第１駆動片１２２を漸進的に上昇させる。そうすると、前記第１駆動片１２２と連動して前記ストリッパー１２１が漸進的に上昇しながら、前記ダイ１１１に配置されたパウチフィルム１０の加圧力が漸進的に減少し、これに伴い、ストリッパー１２１によって加圧されたパウチフィルム１０の縁面中の一部が、前記パンチ１３１ａの加圧力によって前記成形部１１１ａの方向に移動することで伸び率を大幅に高めることができ、その結果、クラックを発生させることなく、パウチフィルム１０に電極組立体の収容部１１を安定的に成形することができる。
すなわち、パウチフィルム１０を加圧するパンチ１３１ａの加圧力が大きく発生するほど、前記パウチフィルム１０を固定するストリッパー１２１の加圧力は大幅に減少することになり、これによってパウチフィルム１０の電極組立体の収容部の伸び率を大幅に高めることができ、その結果、パウチフィルムに電極組立体の収容部を成形する時にクラックの発生を防止することができる。
ここで、前記制御部材１４０は、前記ストリッパー１２１の加圧力を漸進的に減少させ、これにより、パウチフィルム１０の縁面が過度に移動するため発生する品質問題、又は、移動力が少ないため発生する品質問題を解消できる。すなわち、パウチフィルムの縁面を均一に移動及び延伸させることで、電極組立体の収容部の品質性を高めることができる。
一方、前記制御部材１４０は、前記パンチ１３１ａが前記成形部１１１ａに完全に挿入されると、前記パウチフィルム１０から分離されるよう前記ストリッパー１２１を上昇させることで前記パウチフィルム１０の加圧力を完全に除去し、これにより、前記パウチフィルムに成形された電極組立体の収容部の縁部及び頂点部の伸び率を最大化することで、クラックの発生を防止することができる。特に、前記ストリッパー１２１がパウチフィルム１０から分離されることにより、別途のストリッパー１２１を上昇させなければならない工程を省くことができ、その結果、工程の単純化を図ることができる。
一方、前記制御部材１４０は、前記パンチ１３１ａが、前記成形部１１１ａに挿入されつつ前記パウチフィルム１０を加圧すると、前記第２駆動片１３２をさらに制御して前記パンチ１３１ａが備えられたパンチプレート１３１の下降速度を減少させる。特に、前記制御部材１４０は、前記第２駆動片１３２を制御して前記パンチ１３１ａが備えられたパンチプレート１３１の下降速度を漸進的に減少させ、これにより、パンチ１３１ａによる前記パウチフィルム１０の加圧力を漸進的に減少させることができ、その結果、パウチフィルム１０を漸進的に延伸させて、クラックを発生させることなく、パウチフィルムに成形される電極組立体の収容部を安定的に成形することができる。
特に、前記制御部材１４０は、前記パンチ１３１ａが前記成形部１１１ａに挿入されつつ、前記第１駆動片１２２と前記第２駆動片１３２を同時に制御することで、前記ストリッパーを漸進的に上昇させるとともに、前記パンチプレートの下降速度を漸進的に減少させ、これにより、パウチフィルムを漸進的に延伸させることができ、その結果、クラックを発生させることなく、パウチフィルムに成形される電極組立体の収容部に安定的に成形することができる。
したがって、本発明の第１実施例によるパウチ成形装置１００は、パンチが前記成形部に挿入される場合、前記ストリッパー１２１を漸進的に上昇させることに特徴があり、このような特徴により、前記ストリッパーによって固定されたパウチフィルム１０の加圧力を漸進的に減少させることができ、これによってパウチフィルム１０の伸び率を漸進的に増大させることができ、その結果、パウチフィルムに成形される電極組立体の収容部をクラックなく安定的に成形することができる。
一方、本発明の第１実施例によるパウチ成形装置１００は、図１に示す通り、本体部材１５０をさらに含み、前記本体部材１５０は、下部本体１５１と、前記下部本体１５１の上部に備えられ、ダイ部材１１０、ストリッパー部材１２０、パンチ部材１３０及び制御部材１４０が設けられる上部本体１５２とを含む。すなわち、本発明の第１実施例によるパウチ成形装置１００は、前記本体部材１５０を介し、前記ダイ部材１１０、ストリッパー部材１２０、パンチ部材１３０及び制御部材１４０を安定的に設けることができる。
以下、本発明の第１実施例によるパウチ成形装置１００を用いた成形方法を説明する。
［本発明の第１実施例によるパウチの成形方法］
本発明の第１実施例によるパウチの成形方法は、図７に示す通り、成形部が備えられているダイ部材１１０の上面にパウチフィルム１０を配置する配置段階Ｓ１０、前記ダイ部材１１０の上面に配置されたパウチフィルム１０の縁面が固定されるようストリッパー部材１２０で加圧する加圧段階Ｓ２０、前記成形部にパンチを挿入することで、前記パウチフィルム１０の表面に電極組立体の収容部を成形する成形段階Ｓ３０、及び、前記パンチが前記成形部に挿入されつつ前記パウチフィルムを加圧すると、前記ストリッパー部材１２０の加圧力を漸進的に減少させることで、前記パウチフィルムの加圧力を漸進的に減少させる制御段階Ｓ４０を含む。
前記配置段階Ｓ１０は、ダイ部材１１０の上面にパウチフィルム１０を配置する。すなわち、前記ダイ部材１１０は、成形部１１１ａが形成されているダイ１１１と、前記ダイ１１１を固定するダイホルダー１１２とを含み、前記成形部１１１ａが形成されているダイ１１１の上面にパウチフィルム１０を配置する。
前記加圧段階Ｓ２０は、ストリッパー部材１２０で前記ダイに配置されたパウチフィルムを加圧して固定する。すなわち、前記ストリッパー部材１２０は、ストリッパー１２１と第１駆動片１２２を含み、前記第１駆動片１２２によって前記ストリッパー１２１が下降しつつ、前記ダイ１１１に配置されたパウチフィルム１０の縁面を加圧して固定する。
前記パンチ段階Ｓ３０は、パンチ部材１３０で前記成形部１１１ａに位置したパウチフィルム１０を加圧して電極組立体の収容部を成形する。ここで、前記パンチ部材１３０は、パンチ１３１ａが備えられたパンチプレート１３１と第２駆動片を含む。すなわち、前記パンチ部材１３０は、前記第２駆動片１３２によって前記パンチプレート１３１を下降させると、パンチプレート１３１に備えられたパンチ１３１ａが、前記パウチフィルム１０を加圧した状態で前記成形部１１１ａに挿入されつつ、前記パウチフィルム１０に電極組立体の収容部を成形する。
前記制御段階Ｓ４０は、前記パンチが前記成形部に挿入されると挿入信号を出力する第１制御工程と、前記挿入信号が出力されると、前記パウチフィルムの加圧力を漸進的に減少させる第２制御工程とを含み、ここで、制御部材１４０は、感知センサー１４１と制御部１４２を含む。
すなわち、前記第１制御工程は、パンチ１３１ａが前記パウチフィルム１０を加圧した状態で前記成形部１１１ａに挿入されると、これを感知センサー１４１が感知した後、前記制御部１４２に挿入信号を伝える。前記第２制御工程は、制御部１４２が感知センサー１４１の挿入信号の伝達を受けると、第１駆動片１２２を制御してストリッパー１２１を漸進的に上昇させる。そうすると、ストリッパー１２１に固定されたパウチフィルム１０の加圧力が漸進的に減少することになり、パウチフィルム１０の縁面中の一部が、前記パンチ１３１ａの加圧力によって前記成形部の方向に漸進的に延伸されることで伸び率が高くなり、その結果、パウチフィルム１０に成形される電極組立体の収容部をクラックなく安定的に成形することができる。
特に、前記制御部材１４０は、パンチ１３１ａが前記成形部に完全に挿入されると、前記ストリッパー１２１による前記パウチフィルム１０の加圧力を完全に除去し、これによって、パンチ１３１ａが前記成形部に完全に挿入される過程でのパウチフィルムの伸び率を最大化でき、その結果、前記パウチフィルム１０に成形された電極組立体の収容部の縁部及び頂点までクラックの発生を防止することができる。
一方、前記制御段階Ｓ４０は、前記制御部材１４０を介して前記挿入信号が出力されると、前記パンチの下降速度を漸進的に減少させることで、前記パンチによる前記パウチフィルムの加圧力を漸進的に減少させる第３制御工程をさらに含む。
前記第３制御工程は、前記制御部１４２を介して第２駆動片１３２を制御することでパンチプレート１３１の下降速度を漸進的に減少させ、これにより、パンチプレート１３１とともにパンチ１３１ａの下降速度が漸進的に減少することで、成形部に位置したパウチフィルム１０の加圧力を漸進的に減少させることができ、その結果、パウチフィルム１０を漸進的に成形してクラックなく電極組立体の収容部１１を成形することができる。
整理すれば、図８に示したグラフのように、前記第２制御工程において、ストリッパー１２１の加圧力と、パンチ１３１ａが成形部１１１ａに挿入される深さとは、反比例の関係を有する。すなわち、パンチ１３１ａが成形部１１１ａに挿入される深さが深くなるほど、ストリッパー１２１の加圧力を漸進的に減少させることによってパウチフィルムの延伸領域を拡張でき、その結果、パウチの局部的な伸び率が増大してクラックの発生を防止することができる。
また、図９に示す通り、前記第３制御工程において、パンチ１３１ａの下降速度と、パンチ１３１ａが成形部１１１ａに挿入される深さとは、反比例の関係を有する。すなわち、パンチ１３１ａが成形部１１１ａに挿入される深さが深くなるほど、パンチ１３１ａの下降速度、すなわち、加圧力を漸進的に減少させることによってパウチフィルムの延伸領域を拡張でき、その結果、パウチの局部的な伸び率が増大してクラックの発生を防止することができる。
したがって、本発明の第１実施例によるパウチの成形方法は、パウチフィルムの成形時に伸び率を漸進的に増大させることにより、前記パウチフィルムに電極組立体の収容部をクラックなく成形でき、その結果、高品質のパウチを製造することができる。
［本発明の第２実施例による二次電池の製造設備］
本発明の第２実施例による二次電池の製造設備は、前述の第１実施例によるパウチ成形装置を含む。
すなわち、本発明の第２実施例による二次電池の製造設備は、図１及び図１０に示す通り、パウチ１０Ａを成形するパウチ成形装置１００と、前記パウチ１０Ａに電極組立体２０を収容した状態で前記パウチ１０Ａの縁面をシーリングして二次電池１を製造するシーリング装置２００とを含む。
ここで、前記パウチ成形装置１００は、パウチフィルムが配置されるダイ部材、前記ダイ部材に配置されたパウチフィルムを加圧して固定するストリッパー部材、前記ダイ部材に配置されたパウチフィルムをフォーミングして電極組立体の収容部を成形するパンチ部材、及び、前記パンチ部材のフォーミング時に前記ストリッパー部材の加圧力を減少させて前記パウチフィルムの引張力を増大させることにより、クラックの発生を防止する制御部材を含む。
一方、前記パウチ成形装置１００は、前述の第１実施例によるパウチ成形装置と同一の構成と機能を有し、このため、重複される説明は省略する。
したがって、本発明の第２実施例による二次電池の製造設備は、高品質の二次電池を製造することができる。
［本発明の第３実施例によるパウチ成形装置］
本発明の第３実施例によるパウチ成形装置は、パウチフィルムが配置されるダイ部材、前記ダイ部材に配置されたパウチフィルムを加圧して固定するストリッパー部材、前記ダイ部材に配置されたパウチフィルムをフォーミングして電極組立体の収容部を成形するパンチ部材を含み、前記パンチ部材は、前記ダイ部材の上部に上下に移動可能に備えられ、下降時に前記成形部に挿入されつつ、前記パウチフィルムに電極組立体の収容部を成形するパンチを備えたパンチプレートと、前記パンチプレートを上下方向に移動させる第２駆動片とを含む。
ここで、本発明の第３実施例によるパウチ成形装置は、前記パンチが前記成形部に挿入されつつ前記パウチフィルムを加圧すると、前記第２駆動片を制御して前記パンチが備えられたパンチプレートの下降速度を減少させる制御部材を含み、これにより、パンチの下降速度を調節して前記パウチフィルムの加圧力を漸進的に減少させ、このため、パウチフィルムを漸進的に延伸させてクラックの発生を防止することができる。
［実験例］
比較例
比較例は、ダイ部材、ストリッパー部材及びパンチ部材を含むパウチ成形装置を用いて、パウチフィルムに電極組立体の収容部を成形する。すなわち、本発明の第１実施例によるパウチ成形装置から制御部材を除いた構成を用いて、パウチフィルムを成形する。
製造例
製造例は、ダイ部材、ストリッパー部材、パンチ部材及び制御部材を含むパウチ成形装置を用いて、パウチフィルムに電極組立体の収容部を成形する。すなわち、本発明の第１実施例によるパウチ成形装置の全ての構成を用いて、パウチフィルムを成形する。
ここで、前記比較例及び製造例は、同一のパウチフィルムを使用し、同一の環境でパウチフィルムを成形する。ここで、同一の環境は、真空度：−９８ｋＰａ、ストリッパー部材の圧力：４ｋｇ／ｃｍ２、パンチ部材の初期下降速度：３０ｍｍ／ｓ、圧力反比例制御率：９５％、及びパンチの表面粗度：０．１ｓを有する。
伸び率
前記比較例及び製造例を介して成形されたパウチフィルムの不良の有無を測定した結果、図１１に示した通りの結果表を得ることができる。
図１１の結果表に示す通り、前記比較例は、パンチがダイの成形部の最上端より７ｍｍ下降した地点から、パウチフィルムにクラックが発生したことを確認できる。そして、前記製造例は、パンチがダイの成形部の最上端より１０ｍｍ下降した地点から、パウチフィルムにクラックが発生したことを確認できる。
整理すれば、前記製造例は、前記比較例より３ｍｍさらに下降した後、クラックが発生しており、このような実験の結果、前記製造例は前記比較例より伸び率が増大したことを確認することができる。
クラック発生の写真
前記比較例及び製造例において、パンチがダイの成形部の最上端より７ｍｍ下降した状態で成形されたパウチ１０Ａを撮影した写真を、図１２及び図１３に示した。
前記比較例によって製造されたパウチ１０Ａは、図１２に示す通り、電極組立体の収容部１１とシーリング部１２を含む。この際、前記電極組立体の収容部１１は、頂点にクラックが発生したことを確認することができる。
前記製造例によって製造されたパウチ１０Ａは、図１３に示す通り、電極組立体の収容部１１とシーリング部１２を含む。この際、前記電極組立体の収容部１１は、頂点までクラックなく成形されていることを確認することができる。
したがって、前記のような実験の結果、製造例である本発明のパウチ成形装置は、比較例よりパウチフィルムの伸び率が増大したことを確認でき、その結果、クラックを発生させることなく電極組立体の収容部を成形できることを確認することができる。
本発明の範囲は、前記詳細な説明よりは、後述する特許請求の範囲によって表され、特許請求の範囲の意味及び範囲、そして、その均等の概念から導出される多様な実施形態が可能である。
１００：パウチ成形装置
１１０：ダイ部材
１２０：ストリッパー部材
１２１：ストリッパー
１２２：第１駆動片
１３０：パンチ部材
１３１：パンチプレート
１３２：第２駆動片
１４０：制御部材
１４１：感知センサー
１４２：制御部

Claims (11)

  1. 成形部が形成されている上面にパウチフィルムが配置されるダイと、前記ダイが固定されるダイホルダーとで設けられたダイ部材；
    前記ダイ部材の上部に上下に移動可能に備えられ、下降時に前記ダイに配置された前記パウチフィルムが固定されるように加圧するストリッパーと、前記ストリッパーを上下方向に移動させる第１駆動片とで設けられたストリッパー部材；
    前記ダイ部材の上部に上下に移動可能に備えられ、下降時に前記成形部に挿入されつつ前記パウチフィルムに電極組立体の収容部を成形するパンチを備えたパンチプレートと、前記パンチプレートを上下方向に移動させる第２駆動片とで設けられたパンチ部材；及び、
    前記パンチが前記成形部に挿入されつつ前記パウチフィルムを加圧すると、前記第１駆動片を制御して前記ストリッパーを上昇させることにより、パウチフィルムの加圧力を減少させる制御部材を含む、
    パウチ成形装置。
  2. 前記制御部材は、前記第１駆動片を制御して前記ストリッパーを漸進的に上昇させることにより、前記パウチフィルムの加圧力を漸進的に減少させる、
    請求項１に記載のパウチ成形装置。
  3. 前記制御部材は、前記パンチが前記成形部に完全に挿入されると、前記パウチフィルムから分離されるよう前記ストリッパーを上昇させることで、前記パウチフィルムの加圧力を完全に除去する、
    請求項２に記載のパウチ成形装置。
  4. 前記制御部材は、
    前記パンチが前記成形部に挿入されることを感知する感知センサーと、
    前記感知センサーの信号によって前記第１駆動片を制御し、前記ストリッパーを漸進的に上昇させる制御部と
    を含む、
    請求項２または３に記載のパウチ成形装置。
  5. 前記第１駆動片は、
    前記パンチプレートの上面を貫通して前記ストリッパーに連結されつつ、前記ストリッパーを上下方向に移動させる複数個の移動棒と、
    前記パンチプレートの上部に位置した前記複数個の移動棒が固定され、前記複数個の移動棒を同時に上下方向に移動させる連結バーと、
    前記連結バーを上下方向に移動させるシリンダーと
    を含む、
    請求項１から４のいずれか１項に記載のパウチ成形装置。
  6. 前記制御部材は、前記パンチが、前記成形部に挿入されつつ前記パウチフィルムを加圧すると、前記第２駆動片をさらに制御して前記パンチが備えられたパンチプレートの下降速度を減少させる、
    請求項３から５のいずれか１項に記載のパウチ成形装置。
  7. 成形部が形成されている上面にパウチフィルムが配置されるダイと、前記ダイが固定されるダイホルダーとで設けられたダイ部材；
    前記ダイ部材の上部に上下に移動可能に備えられ、下降時に前記ダイに配置された前記パウチフィルムが固定されるように加圧するストリッパーと、前記ストリッパーを上下方向に移動させる第１駆動片とで設けられたストリッパー部材；
    前記ダイ部材の上部に上下に移動可能に備えられ、下降時に前記成形部に挿入されつつ前記パウチフィルムに電極組立体の収容部を成形するパンチを備えたパンチプレートと、前記パンチプレートを上下方向に移動させる第２駆動片とで設けられたパンチ部材；及び、
    前記パンチが前記成形部に挿入されつつ前記パウチフィルムを加圧すると、前記第２駆動片を制御して前記パンチが備えられているパンチプレートの下降速度を減少させる制御部材を含み、
    前記制御部材は、前記第１駆動片と前記第２駆動片を同時に制御することで、前記ストリッパーを漸進的に上昇させるとともに、前記パンチプレートの下降速度を漸進的に減少させる、
    パウチ成形装置。
  8. 前記制御部材は、前記第２駆動片を制御して前記パンチが備えられたパンチプレートの下降速度を漸進的に減少させる、
    請求項６または７に記載のパウチ成形装置。
  9. 成形部が備えられたダイ部材の上面にパウチフィルムを配置する配置段階；
    前記ダイ部材の上面に配置されたパウチフィルムの縁面が固定されるようにストリッパー部材で加圧する加圧段階；
    前記成形部にパンチを挿入することで、前記パウチフィルムの表面に電極組立体の収容部を成形する成形段階；及び、
    前記パンチが前記成形部に挿入されつつ前記パウチフィルムを加圧すると、前記ストリッパー部材の加圧力を漸進的に減少させることで、前記パウチフィルムの加圧力を漸進的に減少させる制御段階を含み、
    前記制御段階は、
    前記パンチが前記成形部に挿入されると挿入信号を出力する第１制御工程と、
    前記挿入信号が出力されると、前記パウチフィルムの加圧力を漸進的に減少させる第２制御工程と
    を含む、
    パウチの成形方法。
  10. 前記制御段階は、前記挿入信号が出力されると、前記パンチの下降速度を漸進的に減少させることで、前記パンチによる前記パウチフィルムの加圧力を漸進的に減少させる第３制御工程をさらに含む、
    請求項９に記載のパウチの成形方法。
  11. パウチフィルムを成形することで電極組立体の収容部が形成されたパウチを製造する、請求項１から８のいずれか１項に記載のパウチ成形装置を含む、
    二次電池の製造設備。
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