KR101832010B1

KR101832010B1 - 파우치 폴딩 방법 및 이를 이용한 이차 전지

Info

Publication number: KR101832010B1
Application number: KR1020130146065A
Authority: KR
Inventors: 송동훈; 김민수; 우정규
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2018-02-23
Also published as: KR20150061837A

Abstract

본 발명에 따른 파우치 폴딩 방법은 상부 파우치 및 하부 파우치를 포함하는 이차 전지의 파우치를 폴딩(folding)하는 파우치 폴딩 방법에 관한 것으로서, 파우치의 측변부를 180도 폴딩하는 제1차 폴딩 단계, 제1차 폴딩에 의해 형성된 폴딩부를 실링하는 폴딩부 실링 단계, 및 폴딩부 실링 단계에 의해 형성된 실링부를 폴딩하는 제2차 폴딩 단계를 포함한다.

Description

파우치 폴딩 방법 및 이를 이용한 이차 전지{POUCH FOLDING METHOD AND RECHARGEABLE BATTERY USING THE SAME}

본 발명은 파우치 폴딩 방법 및 이를 이용한 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 파우치의 측변부가 스프링 백 현상을 일으켜 다시 펴지는 현상을 억제하기 위한 파우치 폴딩 방법 및 이를 이용한 이차 전지에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.

최근에는, 스택형 또는 스택 폴딩형 전극 조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.

기존의 파우치형 이차 전지에서는 파우치의 측변부를 최초 실링한 후, 그 실링부를 1단 및 2단으로 폴딩 하였다. 그런데 이렇게 단순히 두 번 폴딩하게 되면, 폴딩된 파우치의 측변부가 스프링 백 현상으로 다시 펴지는 문제가 있었다. 특히, 내부 응력= 탄성계수 X 탄성 변형량이므로, 탄성 변형량의 크기가 클수록 파우치 복원력이 크게 작용하여 스프링 백 현상이 심해지는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 파우치의 측변부가 스프링 백 현상을 일으켜 다시 펴지는 현상을 억제하기 위한 파우치 폴딩 방법 및 이를 이용한 이차 전지를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 이차 전지는 본 발명에 따른 파우치 폴딩 방법을 사용하여 제조된다.

본 발명에 따른 파우치 폴딩 방법은 제1 차 폴딩 단계, 폴딩부 실링 단계, 제2 차 폴딩 단계를 구비함으로 인하여, 파우치의 측변부가 스프링 백 현상을 일으켜 다시 펴지는 현상을 억제할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 이차 전지는 본 발명에 따른 파우치 폴딩 방법을 사용하여 제조됨으로 인하여, 파우치의 측변부가 스프링 백 현상을 일으켜 다시 펴지는 현상을 억제할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 파우치 폴딩 방법의 최초 실링 단계를 도시하는 사시도
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 파우치 폴딩 방법의 제1차 폴딩 단계를 도시하는 사시도
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 파우치 폴딩 방법의 폴딩부 실링 단계를 도시하는 사시도
도 6는 본 발명의 실시예 1에 따른 파우치 폴딩 방법의 제2차 폴딩 단계를 도시하는 사시도
도 7은 스프링 백 현상이 발생한 파우치의 측변부를 도시하는 단면도
도 8은 스프링 백 현상이 억제된 파우치의 측변부를 도시하는 단면도
도 9 내지 도 11는 본 발명의 실시예 2에 따른 파우치 폴딩 방법에 따라 파우치를 폴딩하는 과정을 도시하는 도면

이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 파우치 폴딩 방법의 최초 실링 단계를 도시하는 사시도이다. 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 파우치 폴딩 방법의 제1차 폴딩 단계를 도시하는 사시도이다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 파우치 폴딩 방법의 폴딩부 실링 단계를 도시하는 사시도이다. 도 6는 본 발명의 실시예 1에 따른 파우치 폴딩 방법의 제2차 폴딩 단계를 도시하는 사시도이다. 이하에서는 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예 1에 따른 파우치 폴딩 방법에 대해 상술한다.

이차 전지(100)의 전극 조립체(도시 생략)를 상부 파우치(111)와 하부 파우치(113)로 이루어 지는 파우치의 내부에 수용하고, 상부 파우치(111)와 하부 파우치(113)가 서로 맞닿은 측변부(121)를 실링 툴(130)을 사용하여 실링한 후, 이 실링 부위를 폴딩(folding)하면, 규정된 사이즈의 폭을 가지는 이차 전지(100)가 제작된다.

본 발명의 실시예 1에 따른 이차 전지(100)의 파우치를 폴딩하는 파우치 폴딩 방법은, 파우치의 측변부(121)를 폴딩하는 방법으로서, 최초 실링 단계, 제1차 폴딩 단계, 폴딩부 실링 단계, 및 제2차 폴딩 단계를 포함한다.

도 1을 참조하면, 최초 실링 단계는 전극 조립체를 수용하고 있는 파우치의 측변부(121)를 최초로 실링하는 단계이다. 실링 툴(130)을 사용하여 소정의 너비에 해당하는 부위를 실링한다. 일반적으로 열 융착에 의하여 상부 파우치(111) 및 하부 파우치(113)가 접합된다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 제1차 폴딩 단계는 상기의 최초 실링 단계를 수행하고 난 이후에 최초 실링 단계에 의하여 실링된 최초 실링 부위(122)를 포함하여 파우치의 측변부(121)를 소정의 두께로 180도 접는 단계이다. 도 2 및 도 3에서 음영 처리된 부분은 최초 실링 단계에서 실링된 최초 실링 부위(122)를 나타내는 것이다. 도 2 및 도 3에서 최초 실링 단계에서 실링된 최초 실링 부위(122) 및 제1차 폴딩 단계가 수행되는 과정이 도시되고 있다. 제1차 폴딩 단계 과정에서 90도 폴딩된 상태를 도 2에서, 180도로 완전히 폴딩된 상태를 도 3에서 도시하고 있다.

도 4 및 도5를 참조하면, 폴딩부 실링 단계는 제1차 폴딩 단계를 수행하고 난 이후에, 제1차 폴딩 단계에서 폴딩된 부위인 폴딩부(123)를 포함하여 파우치의 측변부(121)를 재차 실링하는 단계이다. 이 경우 폴딩부(123) 만을 실링할 수도 있고, 폴딩부를 포함하여 넓은 면적에 걸쳐서 파우치의 측변부(121) 부위를 실링할 수도 있다. 도 5에서 폴딩부 실링 단계에 의하여 실링된 실링부(125)가 도시되고 있다.

폴딩부 실링 단계는 최초 실링 단계 이후에 두 번째로 실링을 수행하는 과정이다. 이 때, 폴딩부(123)의 존재로 인하여 실링을 해야 하는 부위에 단차가 생길 수 있다. 이로 인하여 정밀한 실링이 이루어지기 힘들 수 있다. 이러한 경우에는 실링을 하는 실링 툴(130) 자체도 단차를 주어 가공하는 방법을 사용하면, 단차가 생긴 파우치의 실링도 정밀하게 수행할 수 있다.

도 6을 참조하면, 제2차 폴딩 단계는 폴딩부 실링 단계를 통하여 실링된 부위인 실링부(125)를 접는 단계이다. 폴딩하는 부위는 실링부(125)만을 폴딩할 수도 있고 실링부(125)를 포함하여 더 넓은 파우치의 측변부(121) 부위를 폴딩할 수도 있다. 제2차 폴딩 단계에서 폴딩하는 것에 의하여 최종적인 이차 전지(100)의 사이즈 폭 및 형태가 정해진다.

제2차 폴딩 단계에 의하여 실링부(125) 또는 파우치의 측변부(121)를 폴딩하는 과정에서 일반적으로 90도로 폴딩을 수행하는 것이 바람직하다. 90도로 폴딩을 수행할 경우 이차 전지(100)의 모양이 가장 직육면체에 가깝게 되는바, 이러한 형태는 이차 전지(100)의 보관, 운송, 제품에의 적용 등의 과정에서 가장 이상적인 형태가 되기 때문이다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예 1에 따른 파우치 폴딩 방법을 사용하여 파우치의 측변부(121)를 폴딩하는 공정을 수행할 경우, 최초 실링 단계, 제1 차 폴딩 단계, 폴딩부 실링 단계, 제2 차 폴딩 단계를 수행함으로 인하여, 파우치의 측변부(121)가 스프링 백 현상을 일으켜 다시 펴지는 현상을 억제할 수 있는 효과가 있다.

이처럼 파우치의 측변부(121)가 스프링 백 현상을 일으켜 다시 펴지는 현상을 억제할 수 있는 이유는 최초 실링 단계, 제1차 폴딩 단계, 폴딩부 실링 단계, 및 제2차 폴딩 단계를 거치면서 순수 탄성 변형량을 줄이고 열에 의한 실링 과정을 통하여 소성 변형량을 늘리기 때문이다.

내부 응력= 탄성계수 X 탄성 변형량이므로, 탄성 변형량의 크기가 클수록 파우치 복원력이 크게 작용하여 스프링 백 현상이 심해지는데, 탄성 변형량을 줄이고 소성 변형량을 늘리면 내부 응력이 감소하여 스프링 백 현상이 감소되는 것이다.

한편 이러한 효과는 실시예 1에 따른 파우치 폴딩 방법에서 사용하는 최초 실링 단계, 제1차 폴딩 단계, 폴딩부 실링 단계, 및 제2차 폴딩 단계를 모두 거쳐야지만 발생하는 것은 아니다. 최초 실링 단계 없이 제1차 폴딩 단계, 폴딩부 실링 단계, 및 제2차 폴딩 단계만을 거치는 경우에도 파우치의 측변부(121)가 스프링 백 현상을 일으켜 다시 펴지는 현상을 억제할 수 있는 효과는 발생한다. 탄성 변형량이 줄고 소성 변형량이 늘어나는 것은 동일하기 때문이다. 다만 스프링 백 현상을 억제하는 정도의 차이가 있을 뿐이다.

도 7은 스프링 백 현상이 발생한 파우치의 측변부를 도시하는 단면도이다. 도 8은 스프링 백 현상이 억제된 파우치의 측변부를 도시하는 단면도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 도 7에서는 본 발명의 실시예 1에 따른 파우치 폴딩 방법을 사용하지 않고 파우치의 측변부(121)를 폴딩하였을 시, 폴딩된 파우치의 측변부(121)에서 스프링 백 현상이 발생되는 모습을 도시하고 있다. 폴딩되었던 파우치의 측변부(121)가 스프링 백 현상에 의해 펴지면서 파우치의 몸체부(115)를 밀고 그에 따라 스프링 백 현상이 더욱 심해지게 된다.

도 8에서는 본 발명의 실시예 1에 따른 파우치 폴딩 방법을 사용하여 파우치의 측변부(121)를 폴딩하였을 시, 스프링 백 현상이 억제된 모습을 도시하고 있다. 이처럼 본 발명의 실시예 1에 따른 파우치 폴딩 방법을 사용하여 파우치의 측변부(121)를 폴딩하면, 파우치의 측변부(121)가 스프링 백 현상을 일으켜 다시 펴지는 현상을 억제할 수 있는 효과가 있다.

실시예 2

도 9 내지 도 11는 본 발명의 실시예 2에 따른 파우치 폴딩 방법에 따라 파우치를 폴딩하는 과정을 도시하는 도면이다.

본 실시예 2에 따른 파우치 폴딩 방법은 전술한 실시예 1에 따른 파우치 폴딩 방법과 유사한 구성을 가진다. 다만, 실시예 2는 실시예 1과 달리 최초 실링 단계에서 파우치 측변부의 끝부분에서만 좁게 실링을 실시한다는 점에서 차이가 있다. 참고로 전술한 구성과 동일한 (또는 상당한) 부분에 대해서는 동일한 (또는 상당한) 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이하에서는 도 9 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 실시예 2에 따른 파우치 폴딩 방법에 대해 설명한다.

실시예 2에 따른 파우치 폴딩 방법의 경우에도 실시예 1에서와 같이 최초 실링 단계, 제1차 폴딩 단계, 폴딩부 실링 단계, 및 제2차 폴딩 단계를 거친다. 다만 최초 실링 단계에서 파우치 측변부(121)의 끝부분에서만 좁게 실링을 실시한다. 이는 도 9에 도시되어 있다. 도 9에서 음영 처리된 부분이 최초 실링 단계에서 실링된 최초 실링 부위(122)를 나타낸다.

최초 실링 부위(122)의 너비(W)를 좁게 하여 실링하게 되면, 도 10 및 도 11에서 도시되듯이 제1차 폴딩 단계에서 상부 파우치(111)가 하부 파우치(113)에 대하여 상대적인 이동, 즉, 슬라이딩(D)을 하게 된다. 폴딩 되는 부분에 실링이 되지 않은 부위가 있기 때문에, 이러한 상부 파우치(111)와 하부 파우치(113) 상호 간의 슬라이딩 현상이 가능하다. 이렇게 상부 파우치(111)가 하부 파우치(113) 상에서 슬라이딩(D) 되면서 폴딩되면 상부 파우치(111)의 탄성 변형량이 줄어들게 된다. 따라서 폴딩 과정에서 파우치 내부에 축적되는 응력의 크기가 줄어든다. 즉, 본 발명의 폴딩 방법에서는 상기 파우치의 측변부 말단에서부터 상기 측변부의 일부분만 최초 실링이 이뤄지되, 최초 실링 부위의 너비가 제1차 폴딩 단계에서 꺾이는 지점에서부터 상기 파우치의 측변부 말단까지의 너비 보다 좁게 형성된다.

결과적으로 실시예 2에 따른 파우치 폴딩 방법을 사용하여 최초 실링 부위(122)의 너비(W)를 좁게 하면, 파우치의 측변부(121)가 스프링 백 현상을 일으켜 다시 펴지는 현상을 억제할 수 있게 한다.

특히, 최초 실링 단계에서 실링되는 최초 실링 부위(122)의 너비(W)가 0.5 mm ~ 1.5 mm인 경우 가 가장 바람직하다. 너비(W)가 0.5 mm보다 작은 경우 실링의 너비가 너무 작아서 최초 실링 부위(122)가 폴딩 과정에서 분리될 수 있어 바람직하지 못하며, 너비(W)가 1.5 mm 보다 큰 경우 폴딩 과정에서 슬라이딩이 일어나는 정도가 미약하므로 바람직하지 못하다.

이상에서는, 실시예 1 및 실시예 2를 통하여 파우치의 측변부(121)가 스프링 백 현상을 일으켜 다시 펴지는 현상을 억제하기 위한 파우치 폴딩 방법에 대하여 설명하였다. 이와 같은 방식의 파우치 폴딩 방법을 이용하여 이차 전지(100)를 제작할 경우, 그 이차 전지(100) 역시 파우치의 측변부(121)가 스프링 백 현상을 일으켜 다시 펴지는 현상을 억제할 수 있게 된다.

100: 이차 전지 111: 상부 파우치
113: 하부 파우치 115: 몸체부
117: 전극 탭 121: 측변부
122: 최초 실링 부위 123: 폴딩부
125: 실링부 130: 실링 툴

Claims

상부 파우치 및 하부 파우치를 포함하는 이차 전지의 파우치를 폴딩(folding)하는 파우치 폴딩 방법에 있어서,
상기 파우치의 측변부를 실링하는 최초 실링 단계;
상기 파우치의 측변부를 180도 폴딩하는 제1차 폴딩 단계;
상기 제1차 폴딩에 의해 형성된 폴딩부를 실링하는 폴딩부 실링 단계; 및
상기 폴딩부 실링 단계에 의해 형성된 실링부를 폴딩하는 제2차 폴딩 단계;를 포함하고,
상기 제1차 폴딩 단계에서 상기 상부 파우치와 상기 하부 파우치 상호간에 슬라이딩이 일어나도록 상기 최초 실링 단계에서는 상기 파우치의 측변부 말단에서부터 상기 측변부의 일부분만 최초 실링이 이뤄지며,
최초 실링 부위의 너비는 제1차 폴딩 단계에서 꺾이는 지점에서부터 상기 파우치의 측변부 말단까지의 너비 보다 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치 폴딩 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제2차 폴딩 단계는 상기 실링부를 90도로 폴딩 하는 것을 특징으로 하는 파우치 폴딩 방법.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 최초 실링 단계에서 실링되는 최초 실링부의 너비가 0.5 mm ~ 1.5 mm인 것을 특징으로 하는 파우치 폴딩 방법.
청구항 1, 2, 5 중 어느 한 항에 따른 파우치 폴딩 방법을 사용하여 제조되는 이차 전지.