JP6598129B1 - パウチフォーミング方法及びパウチフォーミング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】パウチシートに電極組立体を収容する収容部を成形させる時、クラックの発生を防止することができるパウチフォーミング方法及びパウチフォーミング装置の提供。【解決手段】パウチシート１１に電極組立体を収容する収容部を形成させるパウチフォーミング方法であって、パウチシート１１を、上側部にフォーミング溝１１１が形成されている下部ダイ１１０の上面に安着させる安着工程と、パウチシート１１の下部で前記収容部が形成される部分を、真空によって延伸させる真空延伸工程と、パウチシート１１の上部に位置されるパンチで、パウチシート１１で真空によって延伸された部分を、前記フォーミング溝１１１が形成されている方向に加圧することで前記収容部を形成させる収容部形成工程とを含むパウチフォーミング方法及びパウチフォーミング装置１００。【選択図】図４

Description

本発明は、パウチフォーミング方法及びパウチフォーミング装置に関する。
二次電池は、一次電池とは違って再充電が可能であり、また、小型及び大容量化の可能性によって最近多く研究／開発されている。モバイル機器に対する技術の開発と需要の増加に伴い、エネルギー源としての二次電池の需要が急激に増加している。
二次電池は、電池ケースの形状に従い、コイン型電池、円筒状電池、角形電池及びパウチ型電池に分類される。二次電池において、電池ケースの内部に取り付けられる電極組立体は、電極及び分離膜の積層構造でなる充填／放電が可能な発電素子である。
電極組立体は、活物質が塗布されているシート型の正極と負極の間にセパレータを介在して巻き取ったゼリーロール（Ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ）型、多数の正極と負極を、セパレータが介在された状態で順次積層したスタック型、及び、スタック型の単位セルを長い長さの分離フィルムで巻き取ったスタック／フォールディング型に大凡分類することができる。
最近は、スタック型またはスタック／フォールディング型電極組立体をアルミニウムラミネートシートのパウチ型電池ケースに内蔵した構造のパウチ型電池が、廉い製造費用、小さな重量、容易な形態の変形などを理由に、多くの関心を集めており、また、その使用量が漸次増加している。
しかし、二次電池の製造のため、電極組立体を収容するパウチシートに収容部を成形させる工程で、パウチシートの成形部分にクラック（Ｃｒａｃｋ）が多く発生する問題があった。
韓国公開特許第１０−２０１４−００１５６４７号公報
本発明の一つの観点は、パウチシートに電極組立体を収容する収容部を成形させる時、クラック（Ｃｒａｃｋ）が発生することを防止することができるパウチフォーミング方法及びパウチフォーミング装置を提供するためである。
本発明の実施形態に係るパウチフォーミング方法は、パウチシートに電極組立体を収容する収容部を形成させるパウチフォーミング方法であって、前記パウチシートを、上側部にフォーミング溝が形成されている下部ダイの上面に安着させる安着工程と、前記パウチシートの下部で前記収容部が形成される部分を、真空によって延伸させる真空延伸工程と、前記パウチシートの上部に位置されるパンチで、前記パウチシートで真空によって延伸された部分を、前記フォーミング溝が形成されている方向に加圧することで前記収容部を形成させる収容部形成工程とを含むことができる。
本発明の実施形態に係るパウチフォーミング装置は、パウチシート（Ｐｏｕｃｈ ｓｈｅｅｔ）に電極組立体を収容する収容部を形成させるパウチフォーミング装置であって、前記パウチシートの下部に位置され、上側部にフォーミング溝が形成されている下部ダイ（Ｄｉｅ）と、前記パウチシートの上部に位置され、前記パウチシートを前記下部ダイのフォーミング溝の方向に加圧することで、前記フォーミング溝に対応される形態で前記パウチシートに前記収容部を形成させるパンチ（Ｐｕｎｃｈ）と、前記下部ダイのフォーミング溝と連結されて前記下部ダイの上面に安着される前記パウチシートに真空をかけることで、前記パウチシートのフォーミング（Ｆｏｒｍｉｎｇ）部分を延伸させる真空部とを含むことができる。
本発明によれば、パウチシートに電極組立体を収容する収容部をパンチで加圧して成形させる時、パウチシートで成形される部分に真空をかけて延伸させることにより、クラック（Ｃｒａｃｋ）が発生することを防止することができる。
また、本発明によれば、パウチの成形時、パウチシートを支持するストリッパーの加圧力を漸進的に減少させるか、または、パンチの下降速度を漸進的に減少させることによって、パウチ成形時の延伸率を漸進的に増大させることができ、これにより、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、局所的な部分、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または頂点部にクラックが発生することを効果的に防止することができる。
本発明の第１実施形態に係るパウチフォーミング方法によってフォーミングされたパウチシートが適用される二次電池を示した分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るパウチフォーミング方法において、安着工程を例示的に示した断面図である。 本発明の第１実施形態に係るパウチフォーミング方法において、パウチ支持工程を例示的に示した断面図である。 本発明の第１実施形態に係るパウチフォーミング方法において、真空延伸工程を例示的に示した断面図である。 本発明の第１実施形態に係るパウチフォーミング方法において、真空延伸工程を介してパウチシートが延伸される状態を例示的に示した断面図である。 本発明の第１実施形態に係るパウチフォーミング方法において、収容部形成工程を例示的に示した断面図である。 本発明の第１実施形態に係るパウチフォーミング方法において、収容部形成工程を介してパウチシートに収容部が形成された状態を例示的に示した断面図である。 本発明の第２実施形態に係るパウチフォーミング方法において、真空延伸工程を例示的に示した断面図である。 本発明の第２実施形態に係るパウチフォーミング方法において、真空延伸工程を介してパウチシートが延伸される状態を例示的に示した断面図である。 本発明の第２実施形態に係るパウチフォーミング方法の真空延伸工程及び収容部形成工程を介してパウチシートに収容部が形成される状態を例示的に示した断面図である。 本発明の第２実施形態に係るパウチフォーミング方法において、真空延伸工程及び収容部形成工程の後にパウチシートに収容部が形成された状態を例示的に示した断面図である。 本発明の第３実施形態に係るパウチフォーミング方法で用いられるパウチフォーミング装置を例示的に示した分解斜視図である。 本発明の第３実施形態に係るパウチフォーミング方法において、真空延伸工程を介してパウチシートが延伸される状態を例示的に示した断面図である。 本発明の第３実施形態に係るパウチフォーミング方法において、収容部形成工程を例示的に示した断面図である。 本発明の第３実施形態に係るパウチフォーミング方法において、収容部形成工程を介してパウチシートに収容部が形成された状態を例示的に示した断面図である。 本発明の第３実施形態に係るパウチフォーミング方法において、ストリッパーの加圧力とフォーミング深さとの関係を示したグラフである。 本発明の第３実施形態に係るパウチフォーミング方法において、パンチの下降速度とフォーミング深さとの関係を示したグラフである。 本発明の第４実施形態に係るパウチフォーミング装置の実験例１を示した結果表である。 本発明の第５実施形態に係るパウチフォーミング装置の実験例２を示した結果表である。
本発明の目的、特定の利点等及び新規の特徴等は、図等と関連付けられる以下の詳細な説明と好ましい実施形態等によってさらに明らかになるはずである。本明細書で各図の構成要素に参照番号を付け加えることにおいて、同一の構成要素に限っては、たとえ他の図上に表示されても、可能な限り同一の番号を有するようにしていることに留意しなければならない。また、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、本発明の説明において、本発明の要旨を不要にぼかし得る関連した公知の技術に対しては、詳細な説明を省略する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るパウチフォーミング方法によってフォーミングされたパウチシートが適用される二次電池を示した分解斜視図である。
図２は、本発明の第１実施形態に係るパウチフォーミング方法において、安着工程を例示的に示した断面図である。
図３は、本発明の第１実施形態に係るパウチフォーミング方法において、パウチ支持工程を例示的に示した断面図である。
図４は、本発明の第１実施形態に係るパウチフォーミング方法において、真空延伸工程を例示的に示した断面図である。図５は、本発明の第１実施形態に係るパウチフォーミング方法において、真空延伸工程を介してパウチシートが延伸される状態を例示的に示した断面図である。図６は、本発明の第１実施形態に係るパウチフォーミング方法において、収容部形成工程を例示的に示した断面図である。
図１から図４及び図５に示す通り、本発明の第１実施形態に係るパウチフォーミング方法は、パウチシート１１に電極組立体１２を収容する収容部１１ｂを形成させるパウチフォーミング方法であって、フォーミング溝１１１が形成されている下部ダイ１１０にパウチシート１１を安着させる安着工程と、パウチシート１１で収容部１１ｂが形成される部分を真空によって延伸させる真空延伸工程と、パウチシート１１で真空によって延伸された部分をパンチ１５１で加圧することで収容部１１ｂを形成させる収容部形成工程とを含む。また、本発明の第１実施形態に係るパウチフォーミング方法は、真空延伸工程を行う前に、パウチシート１１を下部ダイ１１０に支持させるパウチ支持工程をさらに含むことができる。
以下、図１から図７を参照しつつ、本発明の実施形態であるパウチフォーミング方法に対してより詳しく説明する。
図２に示す通り、安着工程は、上側部にフォーミング溝１１１が形成されている下部ダイ１１０の上面にパウチシート１１を安着させることができる。このとき、パウチシート１１は、下部ダイ１１０のフォーミング溝１１１の上部を覆って密閉させることができる。
また、パウチシート１１は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を含むシートでなっていてよい。
図３に示す通り、パウチ支持工程は、真空延伸工程を行う前に、パウチシート１１において収容部１１ｂの外殻部分１１ｃを、パウチシート１１の上部に位置されるストリッパー１２１を介して加圧することで、下部ダイ１１０に位置が固定されるように支持させることができる。ここで、ストリッパー１２１及びストリッパー１２１を移動させるストリッパー移動部を含むストリッパー部１２０が備えられてよい（図１参照）。
これにより、追って収容部形成工程を介してパウチシート１１を加圧することで収容部を形成させる時、パウチシート１１の流動を防止することができる。
図１、図４及び図５に示す通り、真空延伸工程は、パウチシート１１の下部で前記収容部１１ｂが形成される部分を真空によって延伸させることができる。
また、真空延伸工程は、下部ダイ１１０でフォーミング溝１１１と連結される真空通路１１２、１１３を介してフォーミング溝１１１の空間を真空状態に作ることで、パウチシート１１でフォーミング溝１１１と対向する部分を延伸させることができる。
併せて、真空延伸工程は、フォーミング溝１１１の側面下側部に沿って多数個が形成される真空通路１１２、１１３の吸込口１１２ａ、１１３ａを介してフォーミング溝１１１の空間を真空状態に作ることで、パウチシート１１のフォーミング部分１１ｄを延伸させることができる。このとき、真空延伸工程は、例えば、０．１〜０．２秒間、真空部１３０を介してフォーミング溝１１１の空間を真空状態に作ることができる。
一方、真空延伸工程は、収容部形成工程の前に行うことによって延伸効率性が良好になるという効果がある。すなわち、真空延伸工程でパウチシート１１を真空によって延伸させると、収容部形成工程中に真空によってパウチシート１１を延伸させることに比べ、高い延伸効率性を得ることができる。
図７は、本発明の第１実施形態に係るパウチフォーミング方法において、収容部形成工程を介してパウチシートに収容部が形成された状態を例示的に示した断面図である。
図６及び図７に示す通り、収容部形成工程は、パウチシート１１の上部に位置されるパンチ１５１で、パウチシート１１で真空によって延伸された部分を、フォーミング溝１１１が形成されている方向に加圧することで収容部１１ｂを形成させることができる。このとき、パウチシート１１は、パンチ１５１によって下部に膨らんだ形態のボディー１１ａが形成されてよい。ここで、パンチ１５１及びパンチ１５１を移動させるパンチ移動部を含むパンチ部１５０が備えられてよい。
また、収容部形成工程は、パウチシート１１で収容部１１ｂの深さが、例えば、７〜８ｍｍ形成されるようにパンチ１５１でパウチシート１１を加圧することができる。
図４から図７に示す通り、前記のような構成を有する、本発明の第１実施形態に係るパウチフォーミング方法は、パウチシート１１に収容部１１ｂを形成させる前に、収容部１１ｂが形成されるフォーミング部分１１ｄを真空によって延伸させることで、パンチ１５１で加圧してパウチシート１１を成形する時、成形部分にクラック（Ｃｒａｃｋ）が発生することを防止することができる。
以下では、本発明の第２実施形態に係るパウチフォーミング方法に対して説明する。
図８は、本発明の第２実施形態に係るパウチフォーミング方法において、真空延伸工程を例示的に示した断面図である。図９は、本発明の第２実施形態に係るパウチフォーミング方法において、真空延伸工程を介してパウチシートが延伸される状態を例示的に示した断面図である。
また、図１０は、本発明の第２実施形態に係るパウチフォーミング方法の真空延伸工程及び収容部形成工程を介してパウチシートに収容部が形成される状態を例示的に示した断面図である。図１１は、本発明の第２実施形態に係るパウチフォーミング方法において、真空延伸工程及び収容部形成工程の後にパウチシートに収容部が形成された状態を例示的に示した断面図である。
図８から図１１に示す通り、本発明の第２実施形態に係るパウチフォーミング方法は、パウチシート１１に電極組立体を収容する収容部１１ｂを形成させるパウチフォーミング方法であって、フォーミング溝１１１が形成されている下部ダイ１１０にパウチシート１１を安着させる安着工程と、パウチシート１１を下部ダイ１１０に支持させるパウチ支持工程と、パウチシート１１で収容部１１ｂが形成される部分を真空によって延伸させる真空延伸工程と、パウチシート１１で真空によって延伸された部分をパンチ１５１で加圧することで収容部１１ｂを形成させる収容部形成工程とを含み、この際、真空延伸工程は、収容部形成工程と同時に行うことができる。
本発明の第２実施形態に係るパウチフォーミング方法は、前述した本発明の第１実施形態に係るパウチフォーミング方法と比べた時、真空延伸工程及び収容部形成工程を同時に行うという点で違いがある。よって、本実施形態は、前述した第１実施形態と重複される内容は簡単に記述し、ただし、相違点を中心に記述する。
より詳しくは、本発明の第２実施形態に係るパウチフォーミング方法において、真空延伸工程は、パウチシート１１の下部で収容部１１ｂが形成される部分を真空によって延伸させることができる。また、真空延伸工程は、下部ダイ１１０でフォーミング溝１１１と連結される真空通路１１２、１１３を介してフォーミング溝１１１の空間を真空状態に作ることで、パウチシート１１でフォーミング溝１１１と対向する部分を延伸させることができる。
そして、収容部形成工程は、パウチシート１１の上部に位置されるパンチ１５１で、パウチシート１１で真空によって延伸された部分を、フォーミング溝１１１が形成されている方向に加圧することで収容部１１ｂを形成させることができる。
このとき、本発明の第２実施形態に係るパウチフォーミング方法は、真空延伸工程と収容部形成工程を同時に行うことができる。
すなわち、本発明の第２実施形態に係るパウチフォーミング方法は、真空をかけてパウチシート１１を延伸させるとともに、パンチ１５１でパウチシート１１を加圧することで収容部１１ｂを形成させることができる。
したがって、真空延伸工程と収容部形成工程を同時に行うことで製造時間を短縮することができる。
以下では、本発明の第３実施形態に係るパウチフォーミング方法に対して説明する。
図１２は、本発明の第３実施形態に係るパウチフォーミング方法で用いられるパウチフォーミング装置を例示的に示した分解斜視図である。図１３は、本発明の第３実施形態に係るパウチフォーミング方法において、真空延伸工程を介してパウチシートが延伸される状態を例示的に示した断面図である。
また、図１４は、本発明の第３実施形態に係るパウチフォーミング方法において、収容部形成工程を例示的に示した断面図である。図１５は、本発明の第３実施形態に係るパウチフォーミング方法において、収容部形成工程を介してパウチシートに収容部が形成された状態を例示的に示した断面図である。
図１２から図１５に示す通り、本発明の第３実施形態に係るパウチフォーミング方法は、パウチシート１１に電極組立体を収容する収容部１１ｂを形成させるパウチフォーミング方法であって、フォーミング溝１１１が形成されている下部ダイ１１０にパウチシート１１を安着させる安着工程と、ストリッパー２２１を介してパウチシート１１を下部ダイ１１０に加圧することで支持させるパウチ支持工程と、パウチシート１１で収容部１１ｂが形成される部分を真空によって延伸させる真空延伸工程と、パウチシート１１で真空によって延伸された部分をパンチ２５１で加圧することで収容部１１ｂを形成させる収容部形成工程と、ストリッパー２２１の上下移動を制御する制御工程とを含む。
本発明の第３実施形態に係るパウチフォーミング方法は、前述した本発明の第１実施形態に係るパウチフォーミング方法、及び本発明の第２実施形態に係るパウチフォーミング方法と比べた時、制御工程をさらに含むという点で違いがある。よって、本実施形態は、前述した実施形態と重複される内容は省略するか簡単に記述し、ただし、相違点を中心に記述する。
より詳しくは、図１及び図１３に示す通り、本発明の第３実施形態に係るパウチフォーミング方法において、パウチ支持工程は、パウチシート１１において収容部１１ｂの外殻部分１１ｃを、パウチシート１１の上部に位置されるストリッパー２２１を介して加圧することで下部ダイ１１０に支持させることができる。このとき、パウチ支持工程は、ストリッパー２２１を介して加圧してパウチシート１１の外殻部分１１ｃの位置が固定されるように支持することができる。その後、制御工程を介してストリッパー２２１の加圧力を調節することで、パンチ２５１がパウチシート１１を加圧する時にパウチシート１１で外殻部分１１ｃの位置が移動されるようにすることができる。
真空延伸工程は、パウチシート１１の下部で収容部１１ｂが形成される部分を真空によって延伸させることができる。また、真空延伸工程は、下部ダイ１１０でフォーミング溝１１１と連結される真空通路１１２、１１３を介してフォーミング溝１１１の空間を真空状態に作ることで、パウチシート１１でフォーミング溝１１１と対向する部分を延伸させることができる。
図１４及び図１５に示す通り、収容部形成工程は、パウチシート１１の上部に位置されるパンチ２５１で、パウチシート１１で真空によって延伸された部分を、フォーミング溝１１１が形成されている方向に加圧することで収容部１１ｂを形成させることができる。
制御工程は、ストリッパー２２１を上下移動させるストリッパー移動部２２２を制御部（図示省略）によって制御することができる。
また、制御工程は、パンチ２５１が下部ダイ１１０のフォーミング溝１１１に挿入されるに伴ってパウチシート１１を加圧すると、ストリッパー２２１がパウチシート１１を加圧する加圧力を減少させるよう、ストリッパー移動部２２２を上昇させることができる。
併せて、制御工程は、ストリッパー移動部２２２及びパンチ２５１を上下移動させるパンチ移動部２５２を制御することで、ストリッパー２２１を漸進的に上昇させるとともに、パンチ２５１の下降速度を漸進的に減少させることができる。
図１６は、本発明の第３実施形態に係るパウチフォーミング方法において、ストリッパーの加圧力とフォーミング深さとの関係を示したグラフである。図１７は、本発明の第３実施形態に係るパウチフォーミング方法において、パンチ２５１の下降速度とフォーミング深さとの関係を示したグラフである。
図１６に示したグラフでみる通り、制御工程において、ストリッパー２２１の加圧力と、パンチ２５１がフォーミング溝１１１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２５１がフォーミング溝１１１に挿入される深さが深くなるほど、ストリッパー２２１の加圧力を漸進的に減少させるに伴ってパウチシート１１の延伸領域を拡張することができ、その結果、パウチの局所的な延伸率を増大させてクラックの発生を防止することができる（図１３、図１４参照）。
また、図１７に示す通り、制御工程において、パンチ２５１の下降速度と、パンチ２５１がフォーミング溝１１１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２５１がフォーミング溝１１１に挿入される深さが深くなるほど、パンチ２５１の下降速度、すなわち、加圧力を漸進的に減少させるに伴ってパウチシート１１の延伸領域を拡張することができ、その結果、パウチシート１１の局所的な延伸率を増大させてクラックの発生を防止することができる（図１３、図１４参照）。
したがって、図１４及び図１５に示す通り、本発明の第３実施形態に係るパウチフォーミング方法は、パウチシート１１の成形時、延伸率を漸進的に増大させることにより、パウチシート１１に電極組立体を収容する収容部１１ｂをクラックなく成形することができ、その結果、高品質のパウチを製造することができる。このとき、図１３に示す通り、パウチシート１１に収容部１１ｂが形成されるフォーミング部分１１ｄを真空によって延伸させ、パンチ１５１で加圧してパウチシート１１を成形する時、成形部分にクラック（Ｃｒａｃｋ）が発生することをより効果的に防止することができる（図１参照）。
以下では、本発明の第４実施形態に係るパウチフォーミング装置に対して説明する。
図１、図２及び図４から図６に示す通り、本発明の第４実施形態に係るパウチフォーミング装置１００は、パウチシート１１の下部に位置され、上側部にフォーミング溝１１１が形成されている下部ダイ（Ｄｉｅ）１１０と、パウチシート１１を加圧することで、フォーミング溝１１１に対応される形態でパウチシート１１に収容部１１ｂを形成させるパンチ（Ｐｕｎｃｈ）１５１が備えられているパンチ部１５０と、パウチシート１１に真空をかけてパウチシート１１のフォーミング（Ｆｏｒｍｉｎｇ）部分１１ｄを延伸させる真空部１３０とを含む。また、本発明の第４実施形態に係るパウチフォーミング装置１００は、下部ダイ１１０にパウチシート１１を支持させるストリッパー（Ｓｔｒｉｐｐｅｒ）部１２０をさらに含むことができる。
本発明の第４実施形態に係るパウチフォーミング装置１００は、前述した本発明の第１実施形態に係るパウチフォーミング方法及び第２実施形態に係るパウチフォーミング方法に適用されるパウチシート１１をフォーミングする装置に対するものであって、本実施形態は、前述した実施形態等と重複される内容は簡単に記述し、ただし、相違点を中心に記述する。
より詳しくは、本発明の第４実施形態に係るパウチフォーミング装置１００は、パウチシート（Ｐｏｕｃｈ ｓｈｅｅｔ）１１に電極組立体１２を収容する収容部１１ｂを形成させることができる。
ここで、電極組立体１２は、充電／放電が可能な発電素子であって、電極１２ｃとセパレータ１２ｄが結集されて交互に積層された構造を形成する。このとき、電極組立体１２は、パウチシート１１に収容されて二次電池１０をなすことができる。そして、二次電池１０には、電極組立体１２の電極１２ｃと連結されて外部の機器と電気的に通電される電極リード１３がさらに備えられてよい。
電極１２ｃは、正極１２ａと負極１２ｂを含むことができる。そして、セパレータ１２ｄは、正極１２ａと負極１２ｂを分離して電気的に絶縁させる。
正極１２ａは、正極集電体（図示省略）及び正極集電体に塗布された正極活物質（図示省略）を含み、負極１２ｂは、負極集電体（図示省略）及び負極集電体に塗布された負極活物質（図示省略）を含むことができる。
正極集電体は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）材質のホイル（ｆｏｉｌ）でなっていてよい。
正極活物質は、例えば、リチウムマンガン酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムリン酸鉄、または、これらのうち１種以上が含まれている化合物及び混合物などでなされてよい。
負極集電体は、例えば、銅（Ｃｕ）またはニッケル（Ｎｉ）材質でなるホイル（ｆｏｉｌ）でなっていてよい。
負極活物質は、例えば、人造黒鉛、リチウム金属、リチウム合金、カーボン、石油コークス、活性化カーボン、グラファイト、シリコン化合物、錫化合物、チタン化合物、またはこれらの合金でなされてよい。
セパレータ１２ｄは、絶縁材質でなり、正極１２ａ及び負極１２ｂと交互に積層される。ここで、セパレータ１２ｄは、正極１２ａ及び負極１２ｂの間と、正極１２ａ及び負極１２ｂの外側面とに位置されてよい。このとき、また、セパレータ１２ｄは、例えば、微多孔性を有するポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂膜で形成されてよい。
下部ダイ１１０は、パウチシート１１の下部に位置され、上側部にフォーミング溝１１１が形成されてよい。
また、下部ダイ１１０には、フォーミング溝１１１と真空部１３０を連結する通路の役割を担う真空通路１１２、１１３が形成されてよい。
真空通路１１２、１１３の吸込口１１２ａ、１１３ａは、フォーミング溝１１１と連結され、ただし、フォーミング溝１１１の側面下側部に位置されてよい。これによって、パウチシート１１で変形が多く起こるボディー１１ａの角部の成形部分を効果的に延伸させることができる。すなわち、パウチシート１１のボディー１１ａで角部が形成される部分と対面するフォーミング溝１１１の側面下側部に真空通路１１２、１１３の吸込口１１２ａ、１１３ａが形成されるため、パウチシート１１のボディー１１ａの角部を成形する時、隣接部分を十分延伸させることで、パウチの角部にクラックを発生させることなく、収容部１１ｂを深く形成させることができる。
また、真空通路１１２、１１３の吸込口１１２ａ、１１３ａは、フォーミング溝１１１の側面下側部に沿って多数個が形成されてよい。
下部ダイ１１０に形成された真空通路１１２、１１３は、一側がフォーミング溝１１１と連結され、他側が真空部１３０と連結されてよい。ここで、真空通路１１２、１１３の一側に円形の吸込口１１２ａ、１１３ａが形成され、他側に円形の連結口１１２ｂ、１１３ｂが形成されてよい。このとき、真空通路１１２、１１３は、吸込口１１２ａ、１１３ａに行くほど直径が漸次小さくなる形態に形成されてよい。すなわち、真空通路１１２、１１３は円形の通路を形成し、他側から一側に行くほど直径が漸次小さくなる形態に形成されてよい。これによって、真空通路１１２、１１３の吸込口１１２ａ、１１３ａ近くの真空吸引力を高めることができるので、パウチシート１１の延伸量を増加させることができる。
ストリッパー１２１は、パウチシート１１の上部に位置され、パウチシート１１で収容部１１ｂの外殻部分１１ｃを加圧することで下部ダイ１１０にパウチシート１１の位置を固定させることができる。ここで、ストリッパー１２１及びストリッパー１２１を移動させるストリッパー移動部を含むストリッパー部１２０が備えられてよい。
このとき、ストリッパー１２１と下段部は、パウチシート１１を加圧して下部パウチシート１１の外殻部分１１ｃと下部ダイ１１０とが噛み合うようにして、パンチ１５１によりパウチシート１１で収容部１１ｂが形成される部分を加圧する時、パウチシート１１の流動を防止することができる。
パンチ１５１は、パウチシート１１の上部に位置され、パウチシート１１を下部ダイ１１０のフォーミング溝１１１の方向に加圧することで、フォーミング溝１１１に対応される形態でパウチシート１１に収容部１１ｂを形成させることができる。ここで、パンチ１５１及びパンチ１５１を移動させるパンチ移動部を含むパンチ部１５０が備えられてよい。
パンチ１５１の端部１５１ａは、下部ダイ１１０のフォーミング溝１１１に対向される位置に備えられ、パンチ１５１の端部１５１ａが下部ダイ１１０のフォーミング溝１１１に挿入されながらパウチシート１１を加圧して収容部１１ｂを形成させることができる。
また、パンチ１５１の端部１５１ａの幅は、下部ダイ１１０のフォーミング溝１１１の幅より小さく形成されてよい。このとき、例えば、パンチ１５１で下部ダイ１１０のフォーミング溝１１１に挿入される部分と下部ダイ１１０のフォーミング溝１１１の内面は、パウチシート１１の厚さほど離隔されてよい。
真空部１３０は、下部ダイ１１０のフォーミング溝１１１と連結され、下部ダイ１１０の上面に安着されるパウチシート１１に真空をかけてパウチシート１１のフォーミング部分１１ｄを延伸させることができる。
また、真空部１３０は、真空ポンプ（Ｐｕｍｐ）１３１を含むことができる。そして、真空部１３０は、真空ポンプ１３１と下部ダイ１１０の真空通路１１２、１１３とを連結する真空管１３２をさらに含むことができる。このとき、下部ダイ１１０のフォーミング溝１１１の空間は、真空通路１１２、１１３と真空管１３２を介して真空ポンプ１３１と連結され、真空ポンプ１３１を介して下部ダイ１１０のフォーミング溝１１１の空間を真空状態に作ることができる。これによって、下部ダイ１１０のフォーミング溝１１１の空間を覆っているパウチシート１１の部分を延伸させることができる。結局、延伸されたパウチシート１１は、パンチ１５１によって加圧される時、クラックが発生しなくなることができる。
以下では、本発明の第５実施形態に係るパウチフォーミング装置に対して説明する。
図１、図２及び図１２から図１５に示す通り、本発明の第５実施形態に係るパウチフォーミング装置２００は、パウチシート１１の下部に位置され、上側部にフォーミング溝１１１が形成されている下部ダイ（Ｄｉｅ）１１０と、パウチシート１１を加圧することで、フォーミング溝１１１に対応される形態でパウチシート１１に収容部１１ｂを形成させるパンチ（Ｐｕｎｃｈ）２５１が備えられているパンチ部２５０と、パウチシート１１に真空をかけてパウチシート１１のフォーミング（Ｆｏｒｍｉｎｇ）部分１１ｄを延伸させる真空部１３０と、下部ダイ１１０にパウチシート１１を支持させるストリッパー２２１が備えられているストリッパー部２１０とをさらに含むことができる。
本発明の第５実施形態に係るパウチフォーミング装置２００は、前述した本発明の第３実施形態に係るパウチフォーミング方法に適用されるパウチシート１１をフォーミングする装置に対するものであって、本実施形態は、前述した実施形態等と重複される内容は省略するか簡単に記述し、ただし、相違点を中心に記述する。
より詳しくは、本発明の第５実施形態に係るパウチフォーミング装置２００は、パウチシート（Ｐｏｕｃｈ ｓｈｅｅｔ）１１に電極組立体１２を収容する収容部１１ｂを形成させることができる。
下部ダイ１１０は、パウチシート１１の下部に位置され、上側部にフォーミング溝１１１が形成されてよい。
また、下部ダイ１１０には、フォーミング溝１１１と真空部１３０を連結する通路の役割を担う真空通路１１２、１１３が形成されてよい。
真空通路１１２、１１３の吸込口１１２ａ、１１３ａは、フォーミング溝１１１と連結され、ただし、フォーミング溝１１１の側面下側部に位置されてよい。
下部ダイ１１０に形成された真空通路１１２、１１３は、一側がフォーミング溝１１１と連結され、他側が真空部１３０と連結されてよい。
ストリッパー部２２０は、下部ダイ１１０にパウチシート１１を支持させるストリッパー２２１、及びストリッパー２２１を上下方向に移動させるストリッパー移動部２２２を含むことができる。
ストリッパー２２１は、パウチシート１１の上部に位置され、パウチシート１１において収容部１１ｂの外殻部分１１ｃを加圧することで、下部ダイ１１０にパウチシート１１を支持させることができる（図３参照）。
また、ストリッパー２２１は、例えば、下面が下部ダイ１１０の上面と対応される大きさを有してよい。ここで、ストリッパー２２１は、上下方向に貫通され、下部ダイ１１０のフォーミング溝１１１と対応される大きさを有する貫通ホール２２１ａが形成されてよい。
ストリッパー移動部２２２は、ストリッパー２２１を上下移動させ、この際、パンチ２５１を下降させてパウチシート１１を支持することができる。ここで、ストリッパー移動部２２２は、例えば、空圧または油圧アクチュエーターでなされてよい。このとき、ストリッパー移動部２２２は、ストリッパー２２１を移動させる移動棒２２２ａが下部に備えられてよい。
パンチ部２５０は、下部ダイ１１０のフォーミング溝１１１に対応される形態でパウチシート１１に収容部１１ｂを形成させるパンチ２５１、及びパンチ２５１を上下移動させるパンチ移動部２５２を含むことができる。ここで、パンチ部２５０は、パンチ２５１とパンチ移動部２５２を連結するパンチプレート２５３をさらに含むことができる。
パンチ２５１は、パウチシート１１の上部に位置され、パウチシート１１を下部ダイ１１０のフォーミング溝１１１の方向に加圧することで、下部ダイ１１０のフォーミング溝１１１に対応される形態でパウチシート１１に収容部１１ｂを形成させることができる。このとき、パンチ２５１の端部２５１ａは、下部ダイ１１０のフォーミング溝１１１に対向される位置に備えられ、パンチ２５１の端部２５１ａが下部ダイ１１０のフォーミング溝１１１に挿入されながらパウチシート１１を加圧して収容部１１ｂを形成させることができる。
パンチ移動部２５２は、パンチ２５１を上下移動させ、この際、パンチ２５１を下降させてパウチシート１１を加圧させることができる。ここで、パンチ移動部２５２は、例えば、空圧または油圧アクチュエーターでなされてよい。
パンチプレート２５３は、パンチ２５１の上段部で位置され、水平方向にさらに延長されたプレート（Ｐｌａｔｅ）で備えられてよい。このとき、パンチ移動部２５２は、パンチを移動させるため、パンチプレート２５３を下方に移動させることができる。ここで、例えば、パンチ２５１とパンチプレート２５３は一体に形成されてよい。
真空部１３０は、下部ダイ１１０のフォーミング溝１１１と連結されて下部ダイ１１０の上面に安着されるパウチシート１１に真空をかけることで、パウチシート１１のフォーミング部分１１ｄを延伸させることができる。
制御部（図示省略）は、ストリッパー２２１が前記パウチシート１１を加圧する加圧力を調節することができる。
また、制御部は、パンチ２５１がフォーミング溝１１１に挿入されながらパウチシート１１を加圧すると、ストリッパー移動部２２２を制御してストリッパー２２１を上昇させることにより、ストリッパー２２１がパウチシート１１を加圧する加圧力を減少させることができる。
一方、制御部は、パンチ移動部２５２及びストリッパー移動部２２２を制御することができる。このとき、制御部は、パンチ移動部２５２及びストリッパー移動部２２２と電気的に連結されてよい。
ここで、制御部は、パンチ移動部２５２を制御してストリッパー２２１を漸進的に上昇させるとともに、ストリッパー移動部２２２を制御してパンチ２５１の下降速度を漸進的に減少させることができる。
［実験例１］
図１８は、本発明の第４実施形態に係るパウチフォーミング装置の実験例１を示した結果表である。
比較例１
比較例１は、下部ダイ、ストリッパー及びパンチを含むパウチフォーミング装置を利用して、パウチシートに電極組立体を収容する収容部を成形する。すなわち、本発明の第４実施形態に係るパウチフォーミング装置から真空部を除いた構成を利用してパウチシートを成形する。
製造例１
製造例１は、下部ダイ、パンチ、ストリッパー及び真空部を含むパウチフォーミング装置を利用して、パウチシートに電極組立体を収容する収容部を成形する。すなわち、本発明の第４実施形態に係るパウチフォーミング装置の構成を利用してパウチシートを成形する。
ここで、前記比較例１及び製造例１は、同一のパウチシートを使用し、同一の環境でパウチシートを成形する。ここで同一の環境は、ストリッパーの圧力：４ｋｇ／ｃｍ２、パンチの初期の下降速度：３０ｍｍ／ｓ、及びパンチの表面粗度：０．１ｓを有する。
延伸率
前記比較例１及び製造例１によって成形されたパウチシートの不良の有無を測定した結果、図１８に示した通りの結果表を得ることができた。
図１８の結果表に示す通り、前記比較例１は、パンチが下部ダイのフォーミング溝の最上端より８ｍｍ下降した地点から、パウチシートにしわ及びクラックが発生したことを確認することができる。そして、前記製造例１は、パンチが下部ダイのフォーミング溝の最上端より１０ｍｍ下降した地点から、パウチシートにしわ及びクラックが発生したことを確認することができる。
纏めれば、前記製造例１は前記比較例１より２ｍｍさらに下降した後にしわ及びクラックが発生し、このような実験の結果、前記製造例１は、前記比較例１より延伸率が増大したことを確認することができる。
［実験例２］
図１９は、本発明の第５実施形態に係るパウチフォーミング装置の実験例２を示した結果表である。
比較例２
比較例２は、下部ダイ、ストリッパー及びパンチを含むパウチフォーミング装置を利用して、パウチシートに電極組立体を収容する収容部を成形する。すなわち、本発明の第５実施形態に係るパウチフォーミング装置から真空部及び制御部を除いた構成を利用してパウチシートを成形する。
製造例２
製造例２は、下部ダイ、ストリッパー、パンチ、真空部及び制御部を含むパウチフォーミング装置を利用して、パウチシートに電極組立体の収容部を成形する。すなわち、本発明の第５実施形態に係るパウチフォーミング装置の構成を利用してパウチシートを成形する。
ここで、前記比較例２及び製造例２は、同一のパウチシートを使用し、同一の環境でパウチシートを成形する。ここで同一の環境は、ストリッパーの圧力：４ｋｇ／ｃｍ２、パンチの初期の下降速度：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。
延伸率
前記比較例２及び製造例２によって成形されたパウチシートの不良の有無を測定した結果、図１９に示した通りの結果表を得ることができた。
図１９の結果表に示す通り、前記比較例２は、パンチがダイのフォーミング溝の最上端より８ｍｍ下降した地点から、パウチシートにしわ及びクラックが発生したことを確認することができる。そして、前記製造例２は、パンチが下部ダイのフォーミング溝の最上端より１３ｍｍ下降した地点から、パウチシートにしわ及びクラックが発生したことを確認することができる。
纏めれば、前記製造例２は、前記比較例２より５ｍｍさらに下降した後にしわ及びクラックが発生し、このような実験の結果、前記製造例２は、前記比較例２より延伸率が増大したことを確認することができる。
以上、本発明を具体的な実施形態を介して詳しく説明した。しかし、これは本発明を具体的に説明するためのものであって、本発明に係るパウチフォーミング方法及びパウチフォーミング装置は、これに限定されない。本発明の技術的思想内で、当該分野の通常の知識を有する者により、多様な実施が可能であるといえる。
また、発明の具体的な保護の範囲は、特許請求の範囲によって明確になるはずである。
１０ 二次電池
１１ パウチシート
１１ａ ボディー
１１ｂ 収容部
１１ｃ 外殻部分
１１ｄ フォーミング部分
１２ 電極組立体
１２ａ 正極
１２ｂ 負極
１２ｃ 電極
１２ｄ セパレータ
１３ 電極リード
１００、２００ パウチフォーミング装置
１１０ 下部ダイ
１１１ フォーミング溝
１１２、１１３ 真空通路
１１２ａ、１１３ａ 吸込口
１１２ｂ、１１３ｂ 連結口
１２０、２２０ ストリッパー部
１２１、２２１ ストリッパー
２２２ ストリッパー移動部
２２２ａ 移動棒
１３０ 真空部
１３１ 真空ポンプ
１３２ 真空管
１５０、２５０ パンチ部
１５１、２５１ パンチ
１５１ａ、２５１ａ 端部
２５２ パンチ移動部
２５３ パンチプレート

Claims (14)

  1. パウチシートに電極組立体を収容する収容部を形成させるパウチフォーミング方法であって、
    前記パウチシートを、上側部にフォーミング溝が形成されている下部ダイの上面に安着させる安着工程と、
    前記パウチシートの下部で前記収容部が形成される部分を、真空によって延伸させる真空延伸工程と、
    前記パウチシートの上部に位置されるパンチで、前記パウチシートで真空によって延伸された部分を、前記フォーミング溝が形成されている方向に加圧することで前記収容部を形成させる収容部形成工程と
    を含み、
    前記パウチシートにおいて前記収容部の外殻部分を、前記パウチシートの上部に位置されるストリッパーを介して加圧することで前記下部ダイに支持させるパウチ支持工程をさらに含み、
    前記ストリッパーを上下移動させるストリッパー移動部を制御部によって制御する制御工程をさらに含み、
    前記制御工程は、前記パンチが前記下部ダイのフォーミング溝に挿入されながら前記パウチシートを加圧すると、前記ストリッパーが前記パウチシートを加圧する加圧力を減少させるように前記ストリッパー移動部を上昇させる、
    パウチフォーミング方法。
  2. 前記真空延伸工程は、
    前記下部ダイで前記フォーミング溝と連結される真空通路を介して前記フォーミング溝の空間を真空状態に作ることで、前記パウチシートで前記フォーミング溝と対向する部分を延伸させる、
    請求項１に記載のパウチフォーミング方法。
  3. 前記真空延伸工程は、
    前記フォーミング溝の側面下側部に沿って複数個が形成される前記真空通路の吸込口を介して前記フォーミング溝の空間を真空状態に作ることで、前記パウチシートのフォーミング部分を延伸させる、
    請求項２に記載のパウチフォーミング方法。
  4. 前記真空延伸工程は、前記収容部形成工程の前に行う、
    請求項１から３のいずれか１項に記載のパウチフォーミング方法。
  5. 前記真空延伸工程は、前記収容部形成工程と同時に行う、
    請求項１から３のいずれか１項に記載のパウチフォーミング方法。
  6. 前記制御工程は、前記ストリッパー移動部及び前記パンチを上下移動させるパンチ移動部を制御することで、前記ストリッパーを漸進的に上昇させるとともに、前記パンチの下降速度を漸進的に減少させる、
    請求項１から５のいずれか１項に記載のパウチフォーミング方法。
  7. パウチシート（Ｐｏｕｃｈ ｓｈｅｅｔ）に電極組立体を収容する収容部を形成させるパウチフォーミング装置であって、
    前記パウチシートの下部に位置され、上側部にフォーミング溝が形成されている下部ダイ（Ｄｉｅ）と、
    前記パウチシートの上部に位置され、前記パウチシートを前記下部ダイのフォーミング溝の方向に加圧することで、前記フォーミング溝に対応される形態で前記パウチシートに前記収容部を形成させるパンチ（Ｐｕｎｃｈ）が備えられているパンチ部と、
    前記下部ダイのフォーミング溝と連結されて前記下部ダイの上面に安着される前記パウチシートに真空をかけることで、前記パウチシートのフォーミング（Ｆｏｒｍｉｎｇ）部分を延伸させる真空部と
    を含み、
    前記パウチシートの上部に位置され、前記パウチシートにおいて前記収容部の外殻部分を加圧することで、前記下部ダイに前記パウチシートを支持させるストリッパー（Ｓｔｒｉｐｐｅｒ）と、
    前記ストリッパーを上下方向に移動させるストリッパー移動部とを含むストリッパー部をさらに含み、
    前記ストリッパーが前記パウチシートを加圧する加圧力を調節する制御部をさらに含み、
    前記制御部は、前記パンチが前記下部ダイのフォーミング溝に挿入されながら前記パウチシートを加圧すると、前記ストリッパー移動部を制御して前記ストリッパーを上昇させることにより、前記ストリッパーが前記パウチシートを加圧する加圧力を減少させる、
    パウチフォーミング装置。
  8. 前記下部ダイには、前記フォーミング溝と前記真空部を連結する通路の役割を担う真空通路がさらに形成される、
    請求項７に記載のパウチフォーミング装置。
  9. 前記フォーミング溝と連結される前記真空通路の吸込口は、前記フォーミング溝の側面下側部に位置される、
    請求項８に記載のパウチフォーミング装置。
  10. 前記真空通路の吸込口は、前記フォーミング溝の側面下側部に沿って複数個が形成される、
    請求項９に記載のパウチフォーミング装置。
  11. 前記真空通路は、前記吸込口に行くほど直径が漸次小さくなる形態に形成される、
    請求項９または１０に記載のパウチフォーミング装置。
  12. 前記真空部は、真空ポンプ（Ｐｕｍｐ）を含む、
    請求項７から１１のいずれか１項に記載のパウチフォーミング装置。
  13. 前記パンチの端部は、前記下部ダイのフォーミング溝に対向される位置に備えられ、
    前記パンチの端部が前記下部ダイのフォーミング溝に挿入されながら前記パウチシートを加圧して前記収容部を形成させる、
    請求項７から１２のいずれか１項に記載のパウチフォーミング装置。
  14. 前記パンチ部は、前記パンチを上下移動させ、この際、前記パンチを下降させて前記パウチシートを加圧するパンチ移動部をさらに含み、
    前記制御部は、前記パンチ移動部及び前記ストリッパー移動部を制御することで、前記ストリッパーを漸進的に上昇させるとともに、前記パンチの下降速度を漸進的に減少させる、
    請求項７から１３のいずれか１項に記載のパウチフォーミング装置。
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