JP6874254B2 - パウチ型二次電池及びパウチフィルム成形装置 - Google Patents

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Description

本発明は、パウチ型二次電池に関し、より細しくは、デッドスペースを減らしてエネルギー密度を増加させたパウチ型二次電池とこれに使用されるパウチフィルムを成形するための装置に関する。
本出願は、２０１７年９月１４日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−０１１７８５２号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
最近、電気エネルギーを用いて駆動可能な電気製品に対する関心が高まりつつある。これによって、電気製品に対する技術開発と需要が増加するにつれ、エネルギー源としての二次電池の需要が急増しており、需要の形態も多様になっている。したがって、多様なニーズに応えるために二次電池に関わる研究が盛んである。
二次電池は、外装材の種類により、パウチ型、円筒型、角形などに分けられ、このうちパウチ型二次電池は、電極組立体が金属ラミネートシートのパウチケースに内蔵されている二次電池である。パウチ型二次電池は、製造が容易であり、製造コストが低くて、複数の単位セルを直列及び／または並列に接続して大容量の電池パックを構成しやすいという長所がある。
例えば、シングルカップタイプのパウチ型二次電池は、アルミニウムラミネートシートからなるパウチケースと、前記パウチケースの内部に収納され、正極／分離膜／負極を含む電気化学セルが多重に積層された積極組立体と、を含む。
図１は、従来のパウチ型二次電池の概略的な断面図であり、図２は、従来のパウチフィルム成形装置がパウチフィルムに凹溝を形成する成形工程を示した工程図である。
図１を参照すれば、前記パウチケースは、下部パウチフィルム１及び上部パウチフィルム２から構成される。そして、前記上部パウチフィルム２には、電極組立体３が装着される凹溝が形成されている。前記凹溝は、上部パウチフィルム２を電極組立体３の形状に対応するように成形（ｆｏｒｍｉｎｇ）したものであって、凹溝の深さは、前記電極組立体３の厚さによって決定される。
図２を参照すれば、従来のパウチフィルム成形装置は、ダイ（ｄｉｅ）４及びパンチ（ｐｕｎｃｈ）５を含む。前記ダイ４には、パウチフィルム２を用いてパウチケースを成形するとき、希望するパウチケースの形状に対応する模様の成形溝４ａが形成されている。ここで、前記成形溝４ａの深さは、要求されるパウチケースに形成される凹溝の深さに対応する深さを有する。そして、前記パンチ５は、パウチフィルム２を用いて希望する深さの凹溝を有するパウチケースを形成するために、前記ダイ４にパウチフィルム２を乗せて力を加えて、即ち、押圧して成形する役割を果たす。
ところが、ダイ４の成形溝４ａの直径が、パンチ５の直径よりも大きいため、パウチフィルム２の凹溝がダイの成形溝４ａと完全に一致して成形されない。即ち、成形溝４ａとパンチ５とのサイズ差と、ややフレキシブルなパウチフィルム２の物性により、成形工程においてパウチフィルム２の側面部は、成形溝の側面壁に対して浮き上がった状態で斜めに成形される。このようにパウチフィルムの側面部が斜めに成形された場合、凹溝の底面の面積が減少するようになる。例えば、図１に示したように、凹溝の基準面の全幅をＬ１とするとき、底面の全幅はＬ１−２×（Ｌ２＋Ｌ３）として凹溝の基準面に比べて面積が減少する。
しかしながら、パウチケースに収納可能な電極組立体のサイズは、凹溝の底面の面積に依るため、凹溝の底面の面積が減ることはエネルギー密度面で不利である。最近、エネルギー密度が高くてコンパクトな電池パックに関する研究開発が盛んであるが、このような電池パックを具現するためには、まず、二次電池セル単位において既存よりもエネルギー密度を改善させなくてはならないという指摘が多い。したがって、既存のパウチ型二次電池の内部空間におけるデッドスペース（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）を減らすことでエネルギー密度を増大させることができる方案が求められる。
本発明は、上記の従来技術に鑑みてなされたものであり、パウチケースの内部におけるデッドスペースを減らし、既存よりも高容量の電極組立体を収納することでエネルギー密度を増大させることができるパウチ型二次電池及びこれに使用されるパウチフィルムを成形するための装置を提供することを目的とする。
上記の課題を達成するため、本発明の一面によれば、正極板及び負極板が相互対向するように配置された電極組立体、及び前記電極組立体を収納可能な凹溝が形成されたパウチケースで構成されるパウチ型二次電池であって、前記パウチケースは、第１パウチフィルム及び前記第１パウチフィルムと熱溶着される第２パウチフィルムを含み、前記第１パウチフィルム及び前記第２パウチフィルムのいずれか一つに凹溝が形成され、前記凹溝は、前記電極組立体が対面して装着可能な底面の面積が前記凹溝の開放部を覆う基準面の面積と同一または大きく形成されたパウチ型二次電池を提供することができる。
前記凹溝は、前記基準面から深くなるにつれて前記凹溝の全幅が漸進的に細くなるように形成された第１側面区間と、前記第１側面区間の終端部から前記底面まで前記凹溝の全幅が漸進的に広くなるように形成された第２側面区間と、を含み得る。
前記第１側面区間は、丸く曲げられている形態を有し得る。
前記電極組立体の全幅は、前記第１側面区間の終端部における前記凹溝の全幅に対応し得る。
前記電極組立体は、一つ以上のバッテリーセルが積層された構造からなり、前記一つ以上のバッテリーセル各々の全幅は、積層された位置における前記凹溝の全幅に対応し得る。
前記一つ以上のバッテリーセルのうち第１バッテリーセル群は、前記第１側面区間に積層され、前記第１バッテリーセル群のバッテリーセル各々の全幅は、前記第１側面区間に含まれた凹溝の全幅に対応し得る。
前記一つ以上のバッテリーセルのうち第２バッテリーセル群は、前記第２側面区間に積層され、前記第２バッテリーセル群のバッテリーセル各々の全幅は、前記第２側面区間に含まれた凹溝の全幅に対応し得る。
前記パウチ型二次電池は、前記パウチケースの内部に収容された前記電極組立体の外周を囲む内部フィルムをさらに含み得る。
前記凹溝は、前記第１パウチフィルムに形成され得る。
前記第１パウチフィルム及び前記第２パウチフィルムからなる一枚のフィルムから形成され、前記第１パウチフィルムに対して前記第２パウチフィルムが折り畳まれてシングルカップタイプのパウチケースを形成し得る。
本発明の他の様態によれば、前述の凹溝を備えるパウチケースを成形するためのパウチフィルム成形装置であって、前記凹溝に対応する形状の成形溝を形成し、水平方向へ相対移動可能に設けられる第１ダイユニット及び第２ダイユニットから構成されたダイと、前記成形溝への取出し及び取入れが可能であり、空気圧を用いて成形前のパウチフィルムの凹溝対象部を、前記成形溝の表面に密着させるように設けられたパンチと、を含むパウチフィルム成形装置を提供できる。
前記第２ダイユニットは、前記パウチフィルムが装着される上部面が前記第１ダイユニットよりも相対的に広く形成され得る。
前記パンチは、内部から外部へ圧縮空気を噴射できる複数の空気吐出口を備え得る。
前記パンチは、空気の注入によって収縮または膨張が可能な軟質素材から形成され得る。
本発明の一面によれば、パウチケースの内部にデッドスペース（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）を減らして既存よりも高容量の電極組立体を収納することでエネルギー密度を増大させることができるパウチ型二次電池を提供する。
本発明の他面によれば、電極組立体が装着される底面が少なくともパウチフィルムの凹溝開放部を覆う基準面と同一であるか、またはより広い凹溝を有するパウチフィルムを成形できるパウチフィルム成形装置を提供する。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
従来のパウチ型二次電池の概略的な断面図である。 従来のパウチフィルム成形装置がパウチフィルムに凹溝を形成する成形工程を示した工程図である。 本発明の一実施例によるパウチケースを概略的に示した斜視図である。 図３のパウチケースと電極組立体を概略的に示した断面図である。 図３のパウチケースに電極組立体を収納してから密封した状態を概略的に示した断面図である。 図５のパウチ型二次電池において、封止部上方に折り曲げた状態を示したパウチ型二次電池の概略的な断面図である。 本発明の他の実施例によるパウチ型二次電池の電極組立体を示した斜視図である。 本発明の他の実施例によるパウチ型二次電池の概略的な断面図である。 本発明のさらに他の実施例によるパウチ型二次電池の電極組立体を示した斜視図である。 本発明のさらに他の実施例によるパウチ型二次電池の概略的な断面図である。 本発明の一実施例によるパウチフィルム成形装置がパウチフィルムに凹溝を形成する成形工程を示した工程図である。 本発明の一実施例によるパウチフィルム成形装置がパウチフィルムに凹溝を形成する成形工程を示した工程図である。 本発明の一実施例によるパウチフィルム成形装置がパウチフィルムに凹溝を形成する成形工程を示した工程図である。 本発明の一実施例によるパウチフィルム成形装置がパウチフィルムに凹溝を形成する成形工程を示した工程図である。 本発明の他の実施例によるパウチフィルム成形装置がパウチフィルムに凹溝を形成する成形工程を示した工程図である。 本発明の他の実施例によるパウチフィルム成形装置がパウチフィルムに凹溝を形成する成形工程を示した工程図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
本発明の実施形態は、通常の技術者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであり、図面における構成要素の形状及び大きさなどは、より明確な説明のために誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。したがって、各構成要素の大きさや比率は、実際の大きさや比率を完全に反映することではない。
図３は、本発明の一実施例によるパウチケースを概略的に示した斜視図であり、図４は、図３のパウチケースと電極組立体を概略的に示した断面図である。
図３及び図４を参照すれば、本発明の一実施例によるパウチ型二次電池は、電極組立体１０と、前記電極組立体１０が収納可能な凹溝３１が形成された第１パウチフィルム３０及び前記第１パウチフィルム３０と上下に熱溶着可能なる第２パウチフィルム４０から構成されたパウチケース２０と、を含む。
詳しくは後述するが、本発明によるパウチケース２０は、従来のパウチケース２０と全幅は同一であるが、電極組立体１０を有効に収納できる内部空間をさらに確保することができる。したがって、同一規格に比べて本発明のパウチ型二次電池は、従来のパウチ型二次電池よりも容量がさらに大きい電極組立体１０を収納可能であるため、エネルギー密度がさらに高い。このような本発明によるパウチ型二次電池を使用する場合、従来よりもコンパクトな電池パックの設計が可能となる。
先ず、本発明のパウチ型二次電池を構成する電極組立体１０について簡略に説明すれば、電極組立体１０は、図面の便宜上、詳しくは図示していないが、正極板と負極板とが相互対向して配置されるように構成され得る。正極板及び負極板は、集電体に活物質スラリーが塗布された構造に形成され、スラリーは通常、粒状の活物質、補助導体、バインダー及び可塑剤などに溶媒を添加して撹拌することで形成され得る。
正極板及び負極板はプレートの形態で構成され、板面が相互対向するように離隔して配置される。正極板と負極板との間には、セパレーターが介され、正極板と負極板とが相互直接接触しないようにする。このようなセパレートは、正極板と負極板とを遮断してこれらが短絡しないようにするが、充電または放電時、電荷の移動が可能となるように多孔性構造として設けられる。
このような電極組立体１０に電極リードが付着され、前記電極リードは、パウチケース２０の外部に露出し、他の二次電池や外部装置と電気的に接続可能な電極端子の役割を果す。このような電極リードは、電極組立体１０に直接接続した電極タブと結合できる。ここで、少なくとも一つの正極タブ及び負極タブが各々、正極リード１１と負極リード１２と結合し得る。
パウチケース２０は、ポリマー材質の外部絶縁層と、内部接着層と、外部絶縁層と内部接着層との間に介された金属層と、を備え得る。ここで、金属層の材質には、鉄、炭素、クロム及びマンガンの合金、鉄、クロム及びニッケルの合金、アルミニウムまたはその等価物から選択されたいずれか一つを用い得、アルミニウム金属ホイルが広く使用される。このようなパウチケース２０は、電極組立体１０と電解液などの内部構成要素を保護し、電極組立体１０と電解液による電気化学的性質に対する補完及び放熱機能を果たす。
本実施例によるパウチケース２０は、シングルカップタイプのパウチケース２０であって、図３に示したように、一側のエッジが相互連結された第１パウチフィルム３０及び第２パウチフィルム４０から構成される。そして、第１パウチフィルム３０には、前記電極組立体１０が装着され得る凹溝３１が設けられる。前記第１パウチフィルム３０の凹溝３１は、成形（ｆｏｒｍｉｎｇ）工程によって電極組立体１０の厚さに相応する深さを有するように形成され得る。
本実施例の場合、第１パウチフィルム３０のみに凹溝３１を形成したが、これとは相違に、第２パウチフィルム４０にも同じ形態の凹溝３１を形成することもできる。即ち、第１パウチフィルム３０及び第２パウチフィルム４０の両方に凹溝３１を形成することで本実施例の電極組立体１０よりも厚い電極組立体１０を収納することもできる。また、第１パウチフィルム３０と第２パウチフィルム４０とを別に準備し、これらを上下に熱溶着してもよい。
図５は、図３のパウチケースに電極組立体を収納した後に密封した状態を概略的に示した断面図であり、図６は、図５のパウチ型二次電池で封止部を上方に折り曲げた状態を示したパウチ型二次電池の概略的な断面図である。
図４〜図６を参照すれば、前記凹溝３１は、電極組立体１０が対面して装着可能な底面３６の面積が、前記凹溝３１の開放部を覆う基準面３３の面積と同一であるか、それよりも大きく形成され得る。ここで、前記基準面３３は、凹溝３１の開放部を覆う第２パウチフィルム４０の一面に対応する面であるといえる。
参考までに、シングルカップタイプのパウチケース２０は、第１パウチフィルム３０の上に第２パウチフィルム４０を重ねた後、テラス部位、即ち、重ねられた外郭縁部を熱溶着することで形成される封止部５を有する。前記封止部５は、図６のように、電極組立体１０の方向へ折り畳まれ得る。この際、パウチ型二次電池の全幅は、前記基準面３３の全幅とほぼ同一になり得る。
また、図４及び図５を参照すれば、前記溝凹３１は、基準面３３から深くなるにつれ、凹溝３１の全幅が漸進的に細くなるように形成された第１側面区間３４と、前記第１側面区間３４の終端部から最も深い箇所である凹溝３１の底面３６まで、前記凹溝３１の全幅が漸進的に広くなるように形成された第２側面区間３５と、を含む。
前記第１側面区間３４は、丸く曲げられている形態を有する。即ち、第１側面区間３４は、凹溝３１の上端部を形成する部分であって、パウチケース２０を側面から見たとき、電極組立体１０の方向へ凹んでいる形態であり得る。
第１パウチフィルム３０の凹溝３１に、このような第１側面区間３４を設けることで、該当の部位に応力が集中することを防止することができる。詳述すれば、パウチフィルムは、成形工程で金属層及び絶縁層の材質が有する軟性の限界に達する場合、成形によるストレスに耐えられず破れ、特に、凹溝３１の上端のエッジ部分は、成形過程では勿論、成形後にもストレスに弱い。したがって、本発明の場合、丸く曲げられた形態に成形された第１側面区間３４を有することで凹溝３１の上端のエッジ部分にストレスまたは応力が集中せず分散する。このような第１側面区間３４は、後述するパウチフィルム成形装置において、ダイ１００のエッジ部分の曲率Ｒに対応し得る。
一方、パウチケース２０の内部空間の効率面で、第１側面区間３４は、第２側面区間３５よりも相対的に非常に短いことが望ましい。本実施例の場合、凹溝３１に第１側面区間３４が形成されているが、第１側面区間３４は、凹溝３１から省略してもよい。即ち、凹溝３１は、第１側面区間３４なく基準面３３からすぐ全幅が増加する第２側面区間３５を形成することもできる。
第２側面区間３５は、凹溝３１の深さを決定する区間であり得る。即ち、第２側面区間３５は、電極組立体１０の厚さにほぼ相応し得る。このような第２側面区間３５は、凹溝３１の深さ、即ち、凹み方向に沿って凹溝３１の全幅が漸進的に広くなるように形成される。第２側面区間３５の終端部は、凹溝３１の底面３６の四つのエッジに連結される。したがって、凹溝３１の底面３６の広さは、第２側面区間３５の勾配または長さによって決定され得る。本実施例の場合、凹溝３１の底面３６と凹溝３１の基準面３３とが同一となるよう第２側面区間３５が形成されている。
本発明のように、凹溝３１の底面３６が凹溝３１の基準面３３と同一となれば、従来の電極組立体１０（図１参照）よりもサイズがさらに大きい電極組立体１０を凹溝３１に装着することができる。
より具体的に、図１及び図５を参照して、全幅がＬ１として同一な寸法の従来のパウチ型二次電池と、本発明によるパウチ型二次電池とを比較すれば、従来のパウチ型二次電池は、従来の電極組立体１０の全幅Ｔ１と、デッドスペースの全幅（２×Ｌ３）と、応力緩和区間の全幅（２×Ｌ２）との和が、その全幅Ｌ１になる。一方、本発明の一実施例によるパウチ型二次電池は、電極組立体１０の全幅Ｔ２と第１側面区間３４の全幅２×Ｌ２との和が全幅Ｌ１である。
これによって、従来のパウチ型二次電池と本発明の一実施例によるパウチ型二次電池との間には、次のような関係式が成立する。
Ｌ１＝Ｔ１＋（２×Ｌ３）＋（２×Ｌ２）＝（Ｔ２）＋（２×Ｌ２）
したがって、本発明の場合、パウチケースの全幅が同一であっても、従来技術によるパウチケース２０に収納可能な電極組立体１０よりも大きい電極組立体１０を収納できることが分かる。
このように、本発明によるパウチケース２０は、凹溝３１の底面３６が基準面３３と同一に形成されることで、最小限、第１側面区間３４の終端部における凹溝３１の全幅に対応する全幅を有した電極組立体１０を収納でき、これによってパウチ型二次電池のエネルギー密度が増大する。
以下、本発明の他の実施例によるパウチ型二次電池について説明する。
図７は、本発明の他の実施例によるパウチ型二次電池の電極組立体を示した斜視図であり、図８は、本発明の他の実施例によるパウチ型二次電池の概略的な断面図である。
図７及び図８を参照すれば、本発明の他の実施例によるパウチ型二次電池は、電極組立体１０'と、前記電極組立体１０'を収納できる凹溝３１が形成された第１パウチフィルム３０及び前記第１パウチフィルム３０と上下に熱溶着可能な第２パウチフィルム４０から構成されたパウチケース２０と、を含む。
このような本発明の他の実施例によるパウチ型二次電池は、本発明の一実施例によるパウチ型二次電池と比較し、電極組立体１０'の構成と形態のみが相違するだけで、他の構成要素の形態と役割は同一である。
本発明の他の実施例によるパウチ型二次電池の電極組立体１０'は、一つ以上のバッテリーセル１０−１〜１０−４が積層された構造からなり得る。この際、一つ以上のバッテリーセル１０−１〜１０−４各々の全幅は、相違し得る。より具体的に、一つ以上のバッテリーセル１０−１〜１０−４各々の全幅は、パウチケース２０の凹溝３１に収容された場合、一つ以上のバッテリーセル１０−１〜１０−４各々が積層された位置における凹溝３１の全幅に対応し得る。
例えば、一つ以上のバッテリーセル１０−１〜１０−４のうち、積層された位置が凹溝３１の底面３６と接触するバッテリーセル１０−４の全幅は、凹溝３１の全幅のうち最長全幅と同一に形成され得る。
言い替えれば、一つ以上のバッテリーセル１０−１〜１０−４各々は、凹溝３１に収容されて積層された位置で、両端が凹溝３１と接触するように全幅が最大限長く延びて形成され得る。これにより、一つ以上のバッテリーセル１０−１〜１０−４は、凹溝３１に収容された場合、両端の一部が凹溝３１の内側面に接触し得る。
このような一つ以上のバッテリーセル１０−１〜１０−４は、基準面３３から深くなるにつれ、凹溝３１の全幅が漸進的に細くなるように形成された第１側面区間３４に積層される第１バッテリーセル群１０ａと、第１側面区間３４の終端部から底面３６まで凹溝３１の全幅が漸進的に広くなるように形成された第２側面区間３５に積層される第２バッテリーセル群１０ｂと、に分けられ得る。
例えば、図８に示したように、第１バッテリーセル群１０ａは、一つのバッテリーセル１０−１を含み得、第２バッテリーセル群１０ｂは、三つのバッテリーセル１０−２〜１０−４を含み得る。
第１バッテリーセル群１０ａのバッテリーセル１０−１の全幅は、第１側面区間３４に含まれた凹溝３１の全幅に対応し得る。
また、第２バッテリーセル群１０ｂのバッテリーセル１０−２〜１０−４の全幅は、第２側面区間３５に含まれた凹溝３１の全幅に対応し得る。
即ち、第１バッテリーセル群１０ａ及び第２バッテリーセル群１０ｂに含まれた一つ以上のバッテリーセル１０−１〜１０−４は、相異なる全幅を有することで、電極組立体１０'の側面が、凹溝３１の全幅に対応して階段状に形成され得る。
これによって、電極組立体１０'の側面は、階段状の段差が形成された構造からなる。
このような本発明の他の実施例によるパウチ型二次電池によれば、基準面３３から底面３６に至るまで広くなるかまたは細くなる凹溝３１の全幅に対応して、一つ以上のバッテリーセル１０−１〜１０−４の全幅が延びて形成されることで、凹溝３１の体積に最大限近接するように一つ以上のバッテリーセル１０−１〜１０−４が相異なる体積を有し得る。
これによって、凹溝３１の空間においてバッテリーが収容されない空間を最大限に減らすことで、パウチ型二次電池のエネルギー密度を向上させることができる。
一方、図７及び図８に示した電極組立体１０'は、四つのバッテリーセル１０−１〜１０−４が積層されて形成されたものとして説明したが、バッテリーセル１０−１〜１０−４各々の厚さを減少させて五つ以上のバッテリーセルを積層して形成してもよい。
即ち、電極組立体１０'は、凹溝３１の空間にて空き空間を最小化するように複数個のバッテリーセルが積層されて形成されることで、バッテリーセル各々の両端と凹溝３１の内部の側面との距離が減少して、凹溝３１の空間にバッテリーセルを最大に満たすことができる。
以下、本発明のさらに他の実施例によるパウチ型二次電池について説明する。
図９は、本発明のまた他の実施例によるパウチ型二次電池の電極組立体を示した斜視図であり、図１０は、本発明のさらに他の実施例によるパウチ型二次電池の概略的な断面図である。
図９及び図１０を参照すれば、本発明のさらに他の実施例によるパウチ型二次電池において、電極組立体１０'は、一つ以上のバッテリーセル１０−１〜１０−４が積層された構造からなり得、一つ以上のバッテリーセル１０−１〜１０−４の外周は、内部フィルム５０で囲まれ得る。
より具体的に、内部フィルム５０は、図９に示したようにチューブ状に形成され、内側に一つ以上のバッテリーセル１０−１〜１０−４が挿入されることで、一つ以上のバッテリーセル１０−１〜１０−４の外周を囲み得る。
このような内部フィルム５０は、熱Ｈが加えられる場合に収縮可能な熱収縮フィルムであり得、上述したように、内側に一つ以上のバッテリーセル１０−１〜１０−４が挿入された後に熱が加えられることで、一つ以上のバッテリーセル１０−１〜１０−４の外形に対応して外周を囲み得る。
即ち、内部フィルム５０は、熱Ｈが加えられる場合、内側に挿入された一つ以上のバッテリーセル１０−１〜１０−４の段差形状に対応する形態で外周を囲みながら収縮され得る。
これによって、内部フィルム５０は、相異なる全幅に形成された一つ以上のバッテリーセル１０−１〜１０−４が凹溝３１に積層されて収容される場合、凹溝３１内で一つ以上のバッテリーセル１０−１〜１０−４が動かないように一つ以上のバッテリーセル１０−１〜１０−４を側面で支持できる。
一方、図９及び図１０に示した電極組立体１０'は、四つのバッテリーセル１０−１〜１０−４が積層されて形成されたものとして説明したが、バッテリーセル１０−１〜１０−４各々の厚さを減少させて五つ以上のバッテリーセルを積層して形成することもできる。
即ち、電極組立体１０'は、凹溝３１の空間に空き空間を最小化するように複数個のバッテリーセルが積層されて形成されることで、バッテリーセル各々の両端と凹溝３１の内部の側面との距離が減少し、凹溝３１の空間にバッテリーセルを最大に満たすことができる。以下では、図１１〜図１４を参照して上述したパウチケース２０を成形するためのパウチフィルム成形装置について説明する。
図１１〜図１４は、本発明の一実施例によるパウチフィルム成形装置がパウチフィルムに凹溝３１を形成する成形工程を示した工程図である。
本発明の一実施例によるパウチフィルム成形装置は、前記凹溝３１に対応する形状の成形溝１１０を形成し、水平方向へ相対移動可能に設けられる第１ダイユニット１２０及び第２ダイユニット１３０から構成されたダイ１００と、前記成形溝１１０に取出し及び取入れ可能であり、空気圧を用いて成形前のパウチフィルムの凹溝対象部３０ａを前記成形溝１１０の表面に密着させることができるように設けられたパンチ２００と、を含む。
ダイ１００は、パウチフィルムの凹溝３１のような形状の成形溝１１０を有した金属材質の構造物であって金型の役割を果す。特に、本発明によるダイ１００を構成する第１ダイユニット１２０及び第２ダイユニット１３０は、水平方向へ相対移動可能に設けられる。第１ダイユニット１２０及び第２ダイユニット１３０のいずれか一つが残りの一つに対して水平移動するか、両方が水平移動するように構成し得る。
前記ダイ１００ユニットの移動手段としては、例えば、ＬＭガイド（図示せず）を用いて第１ダイユニット１２０及び／または第２ダイユニット１３０を相対移動させることができる。勿論、第１ダイユニット１２０及び第２ダイユニット１３０を相対移動させることができる移動手段であれば、如何なる駆動装置を用いても構わない。
本発明の場合、このように第１ダイユニット１２０及び第２ダイユニット１３０を水平方向へ相対移動させることで、成形後、パウチフィルムをダイ１００の成形溝１１０で成形された形状のまま、容易に取り出すことができる。
また、第２ダイユニット１３０は、パウチフィルムが装着される上部面が第１ダイユニット１２０よりも相対的に広く形成され得る。シングルカップタイプのパウチケース２０は、第１パウチフィルム３０と第２パウチフィルム４０とが一体でこれらの一側エッジが相互連結される形態を有する。このようなシングルカップタイプのパウチケース２０の製作に適するよう、第２ダイユニット１３０は、第１ダイユニット１２０の上部面よりも広く製作され、第１パウチフィルム３０に凹溝３１を成形するとき、第２パウチフィルム４０部分を支持できる。
本実施例によるパンチ２００は、前記ダイ１００の成形溝１１０に対して上下方向へ移動可能に設けられ、ダイ１００に置かれたパウチフィルムの凹溝対象部３０ａが成形溝１１０に入るように押す役割を果す。特に、本実施例の場合、パンチ２００の下端部には、内部から外部へ圧縮空気を噴射できる複数の空気吐出口２１０が備えられており、成形溝１１０の表面にパウチフィルムを空気圧で密着させることができる。
一方、ダイ１００の成形溝１１０のエッジ部分とパンチ２００のエッジ部分が所定の曲率を有するようにラウンド処理することで、成形過程でパウチフィルムに加えられるストレスを減らしてパウチフィルムの損傷を防止することができる。
以下、パウチケース２０の成形工程を簡略に説明する。
図１１及び図１２に示したように、ダイ１００にパウチフィルムを乗せてパンチ２００を用いてパウチフィルムの凹溝対象部３０ａを押す。この際、パウチフィルムの凹溝対象部３０ａが成形溝１１０の底面３６に接触するようにする。
その後、図１３のように、エアコンプレッサー（図示せず）を作動させて圧縮空気を空気吐出口２１０によってパンチ２００の外へ吐出させる。これによって、パウチフィルムは、成形溝１１０の側面部に密着でき、パウチフィルムの成形が完了すれば、エアコンプレッサーの作動を止める。
その後、図１４のように、先ず、パンチ２００をダイ１００から取出した後、成形されたパウチフィルムを安全にダイ１００から取り出すほどに第１ダイユニット１２０と第２ダイユニット１３０とを相対移動させる。その後、ダイ１００からパウチフィルムを完全に取出して成形工程を終了する。
このような構成のパウチフィルム成形装置によれば、凹溝３１の底面３６がパウチフィルムの基準面３３と同一またはより広い凹溝３１を有するようにパウチフィルムを機械的に成形することができる。
以下では、本発明の他の実施例によるパウチフィルム成形装置を説明する。
図１５及び図１６は、本発明の他の実施例によるパウチフィルム成形装置がパウチフィルムに凹溝を形成する成形工程を示した工程図である。前述の実施例と同じ部材番号は同一部材を示し、同一部材についての重複した説明は省略する。
本実施例のパンチ２００'は、空気の注入によって収縮または膨張が可能な軟質素材から形成される。例えば、本実施例のパンチ２００'は、空気注入が可能なゴム材質の空気袋であって、空気が注入されれば、外形が膨張するように設けられる。
したがって、図１５のように、一定量の空気が注入されたパンチ２００'を用いてパウチフィルムを、凹溝対象部３０ａを押すことで成形溝１１０の中に押し入れる。その後、図１６のように、パンチ２００'が成形溝１１０の中に取入れられた状態でさらに空気を注入すれば、パンチ２００'が成形溝１１０の形状とおりに膨張しながら、パウチフィルムの凹溝対象部３０ａを成形溝１１０の表面に密着させる。
その後、空気を抜いてパンチ２００'を収縮させた後、第１ダイユニット１２０及び第２ダイユニット１３０を相対移動させてパウチフィルムを成形溝１１０から取り出す。
このような本発明の他の実施例によるパウチフィルム成形装置は、パンチ２００'が軟質素材であるため、硬質素材から製作された前述の実施例のパンチ２００よりも軟らかい。したがって、成形過程におけるパウチフィルムの損傷危険がさらに低い。また、軟質のパンチ２００'が成形溝１１０の内部で膨脹しながらパウチフィルムの凹溝対象部３０ａ全体を加圧するため、パウチフィルムの成形溝１１０に対する密着力がより高くなり、成形完成度がさらに向上する。
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
なお、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は相対的な位置を示し、説明の便宜のためのものであるだけで、対象となる事物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは、当業者にとって自明である。

Claims (12)

  1. 正極板及び負極板が相互対向するように配置された電極組立体、及び前記電極組立体を収納可能な凹溝が形成されたパウチケースで構成されるパウチ型二次電池であって、
    前記パウチケースが、
    第１パウチフィルム及び前記第１パウチフィルムと熱溶着される第２パウチフィルムを含み、
    前記第１パウチフィルム及び前記第２パウチフィルムのいずれか一つに凹溝が形成され、前記凹溝は、前記電極組立体が対面して装着可能な底面の面積が前記凹溝の開放部を覆う基準面の面積と同一または大きく形成され、
    前記凹溝が、前記基準面から深くなるにつれて前記凹溝の全幅が漸進的に細くなるように逆テーパ状に形成された第１側面区間と、前記第１側面区間の終端部から前記底面まで前記凹溝の全幅が漸進的に広くなるようにテーパ状に形成された第２側面区間と、を含むパウチ型二次電池。
  2. 前記第１側面区間が、丸く曲げられている請求項１に記載のパウチ型二次電池。
  3. 前記電極組立体の全幅が、前記第１側面区間の終端部における前記凹溝の全幅に対応する請求項１に記載のパウチ型二次電池。
  4. 前記電極組立体は、
    一つ以上のバッテリーセルが積層された構造からなり、前記一つ以上のバッテリーセル各々の全幅が、積層された位置における前記凹溝の全幅に対応する請求項１に記載のパウチ型二次電池。
  5. 前記一つ以上のバッテリーセルのうち第１バッテリーセル群は、
    前記第１側面区間に積層され、前記第１バッテリーセル群のバッテリーセル各々の全幅が、前記第１側面区間に含まれた凹溝の全幅に対応し、
    前記一つ以上のバッテリーセルのうち第２バッテリーセル群は、
    前記第２側面区間に積層され、前記第２バッテリーセル群のバッテリーセル各々の全幅が、前記第２側面区間に含まれた凹溝の全幅に対応する請求項４に記載のパウチ型二次電池。
  6. 前記パウチケースの内部に収容された前記電極組立体の外周を囲む内部フィルムをさらに含む請求項１から５のいずれか一項に記載のパウチ型二次電池。
  7. 前記凹溝が、前記第１パウチフィルムに形成された請求項１から６のいずれか一項に記載のパウチ型二次電池。
  8. 前記第１パウチフィルム及び前記第２パウチフィルムからなる一枚のフィルムから形成され、前記第１パウチフィルムに対して前記第２パウチフィルムが折り畳まれてシングルカップタイプのパウチケースを形成する請求項７に記載のパウチ型二次電池。
  9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の凹溝を備えるパウチケースを成形するためのパウチフィルム成形装置であって、
    前記凹溝に対応する形状の成形溝を形成し、水平方向へ相対移動可能に設けられる第１ダイユニット及び第２ダイユニットから構成されたダイと、
    前記成形溝への取出し及び取入れが可能であり、空気圧を用いて成形前のパウチフィルムの凹溝対象部を、前記成形溝の表面に密着させるように設けられたパンチと、を含むパウチフィルム成形装置。
  10. 前記第２ダイユニットは、前記パウチフィルムが装着される上部面が前記第１ダイユニットよりも相対的に広く形成される請求項９に記載のパウチフィルム成形装置。
  11. 前記パンチは、内部から外部へ圧縮空気を噴射できる複数の空気吐出口を備える請求項９または１０に記載のパウチフィルム成形装置。
  12. 前記パンチは、
    空気の注入によって収縮または膨張が可能な軟質素材から形成される請求項９から１１のいずれか一項に記載のパウチフィルム成形装置。
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