KR101904094B1 - 이차전지용 파우치 필름 성형기 - Google Patents

이차전지용 파우치 필름 성형기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이차전지의 외장재로 사용되는 파우치 필름을 성형하는 이차전지용 파우치 필름 성형기에 관한 것으로서, 스톱퍼 없이도 파우치 필름의 성형 두께를 손쉽게 조절할 수 있고, 파우치 필름의 성형 두께를 정밀하게 조절할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
이를 위하여 본 발명은, 베이스 프레임(10)과; 복수 개의 지지대(13)에 의해 지지되어 상기 베이스 프레임(10)의 상측에 배치되는 상부 프레임(15)과; 상부에 파우치 필름이 안착되는 받침대(25)가 구비되고 상기 베이스 프레임(10)의 상측에 설치되는 하부 다이(20)와; 상기 상부 프레임(15)의 하부에 위치하며 상기 파우치 필름을 가압하는 펀치(35)가 구비되고 상기 하부 다이(20)의 연직 상방에 배치되는 상부 다이(30)와; 상기 상부 다이(30)의 수직 이동을 안내하는 가이드 부재와; 상기 상부 다이(30)에 로드(55)가 연결되어 상기 상부 다이(30)를 승강시키는 가압 프레스(50)와; 상기 상부 프레임(15)에 설치되어 상기 가압 프레스(50)를 지지하는 프레스 지지대(60)와; 나사 구조를 이용하여 상기 가압 프레스(50)의 하강 위치를 제어하는 높이조절부재(70);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지용 파우치 필름 성형기{Forming Machine of Pouch Film for Secondary Battery}
본 발명은 리튬 이차전지와 같은 이차전지의 외장재로 사용되는 파우치 필름을 일정한 두께로 성형하는 이차전지용 파우치 필름 성형기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 파우치 필름의 성형 두께를 용이하게 조절할 수 있고, 정확한 성형 두께로 파우치 필름을 성형할 수 있도록 한 이차전지용 파우치 필름 성형기에 관한 것이다.
최근 모바일 기기 및 전기 자동차에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이러한 이차전지 중에서는 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 갖는 리튬이온 이차전지가 널리 사용되고 있으며, 이에 대한 연구가 지속되고 있다,
상기한 리튬 이차전지는, 그 외형에 따라 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 분류할 수 있는데, 최근에는 모바일 기기의 소형화 경향으로 인해 두께가 얇은 각형 전지와 파우치형 전지에 대한 수요가 증가하고 있다.
그 중에서도 형태의 변형이 용이하고 제조비용이 저렴하며 중량이 작은 파우치형 전지에 대한 관심이 높아지고 있다.
상기 파우치형 전지는, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트를 파우치형으로 만든 전지케이스에, 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체를 내장한 것이다.
파우치형 전지의 포장재료로는 최외층으로서의 기재층과, 배리어층과, 최내층으로서의 열접착층이 순차로 적층된 다층구조의 필름이 사용되고 있다.
이차전지의 파우치를 형성하기 위한 파우치 필름은, 유기용제나 염, 불산 등에 견딜 수 있는 내화학성, 성형시 핀홀(Pin Hole)의 형성을 억제할 수 있는 성형성, 외부로부터의 수분침투를 차단할 수 있는 내부 열융착 특성, 전지의 단락 방지를 위한 절연성이 있어야 하고, 일반적인 사용 환경조건(-20 ~ 100℃)에서 충분한 기계적 강도를 유지할 수 있어야 한다.
또한, 상기 파우치 필름은, 내부의 내용물이 외부로 유출되지 않도록 하고, 외부의 산소 및 수분이 내부로 유입되어 내용물과 반응하는 것을 방지할 수 있어야 한다.
통상적인 이차전지용 파우치 필름은 금속층과 이를 덮는 수지층이 다층막으로 구성된 라미네이트 시트로 이루어지는데, 수지층은 금속층을 보호하는 역할을 하는 한편 양극과 음극 그리고 전극 탭들 사이의 단락을 방지하는 역할을 한다.
상기 필름을 사용하여 파우치형 포장재료를 제조하기 위해서는, 필름의 열접착층을 서로 대향시킨 후 그 주변부 둘레를 가열 밀봉(Heat Seal)하여 셀의 포장체를 형성하고, 이 포장체를 프레스 성형함으로써 직사각형 형상의 수납공간을 형성한다.
즉 파우치 필름에 전극 구조체의 수납공간을 확보하기 위해 프레스 성형을 진행하게 되는데, 이때 전지의 용량에 따라 성형의 깊이를 정밀하게 제어하는 것이 중요하다.
도 1은 이차전지용 파우치 필름 성형기의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
종래의 이차전지용 파우치 필름 성형기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 베이스 프레임(110)과; 복수 개의 지지대(113)에 의해 지지되어 상기 베이스 프레임(110)의 상측에 배치되는 상부 프레임(115)과; 상부에 파우치 필름(도시 생략)이 안착되는 받침대(125)가 구비되고 상기 베이스 프레임(110)의 상측에 설치되는 하부 다이(120)와; 상기 상부 프레임(115)의 하부에 위치하며 상기 파우치 필름을 가압하는 펀치(135)가 구비되고 상기 하부 다이(120)의 연직 상방에 배치되는 상부 다이(130)와; 상단부가 상기 상부 다이(130)를 관통하도록 상기 하부 다이(120)에 수직하게 설치되는 가이드 바(140)와 상기 가이드 바(140)가 관통하도록 상기 상부 다이(130)에 설치되는 가이드 블록(145)으로 구성되어 상기 상부 다이(130)의 수직 이동을 안내하는 가이드 부재와; 상기 상부 다이(130)에 로드(155)가 연결되어 상기 상부 다이(130)를 승강시키는 가압 프레스(150)와; 상기 상부 프레임(115)에 설치되어 상기 가압 프레스(150)를 지지하는 프레스 지지대(160)와; 상기 가압 프레스(150)의 하강 높이를 제한하도록 상기 프레스 지지대(160)의 상측에 설치되는 스토퍼(170)를 포함하고 있다.
여기서, 상기 스토퍼(170)는 파우치 필름의 성형 두께에 따라 두께가 다른 것을 사용함으로써, 파우치 필름의 성형 두께를 변화시킨다.
그런데 상기한 종래의 이차전지용 파우치 필름 성형기는, 스토퍼를 이용하여 파우치 필름의 성형 두께를 조절하는 방식이므로, 성형 두께의 조절을 위하여 다양한 두께의 스토퍼를 준비해야 하는 문제점이 있다.
또한 정확한 치수의 스토퍼가 없을 경우, 파우치 필름을 원하는 두께로 성형할 수 없거나 성형 두께를 조절하는데 어려움을 겪어야 하는 문제점이 있다.
한편, 본 발명과 관련한 선행기술을 조사한 결과 필름을 파우치 형태로 성형하는 성형장치에 대한 특허문헌이 검색되었으며, 그 중 일부를 소개하면 다음과 같다.
특허문헌 1은, 펀치부에 하강 압력을 부여하는 상부프레스; 성형다이부의 오목 구조와 대응하는 볼록구조로 형성되는 펀치부; 펀치부의 볼록부가 통과할 수 있도록 성형다이부의 오목부에 해당하는 부분이 연통되어 구성되며, 성형다이부와 마주보며 성형다이부 위에 놓여진 파우치 필름과 접하게 되는 하면에는 펀치부에 의해 파우치 필름에 가해지는 연신력을 고르게 분산시키기 위한 파우치 고정부재가 소정 높이 하향 돌출되어 구성되는 스트리퍼부; 파우치 필름에 젤리롤 형태의 전극조립체를 수용하기 위한 수용공간과 전지 충방전시 발생하는 가스를 수용하기 위한 가스방 성형을 위한 구조가 펀치부의 볼록구조와 대응하는 오목구조로 형성되고, 하부케이스와 상부케이스가 대면하는 부위가 소정 하향 곡률의 오목구조로 구성되는 성형다이부; 및 성형다이부에 연결되어 구성되며 성형다이부에 상승 압력을 부여하는 하부프레스를 포함하여 구성되는, 이차전지용 파우치의 성형장치를 개시하고 있다.
특허문헌 2는, 승하강 이동 가능하게 구비하는 가압부와; 상기 가압부의 아래에 마련되고, 상부에 파우치 시트가 위치하며 하부에 이차전지 파우치를 성형하기 위한 홈이 형성된 다이부와; 상기 파우치 시트와 상기 가압부 사이에 마련되고 상기 가압부로부터의 가압에 의해 형상 변경 가능한 리퀴드 가압부를 포함하며, 상기 가압부의 가압에 의해 상기 리퀴드 가압부가 상기 다이부의 상기 홈에 대응하여 형상이 변경됨에 따라 상기 리퀴드 가압부의 아래에 위치하는 상기 파우치 시트를 성형하도록 함으로써, 파우치의 성형 시 파우치 시트에 가해지는 스트레스를 고르게 분산시켜 파우치의 크랙을 방지할 수 있도록 한, 이차전지 파우치 성형장치를 개시하고 있다.
KR 10-2006-0011428 A KR 20-2015-0003358 U
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 파우치 필름을 성형할 때 여러 두께의 스토퍼를 준비할 필요가 없도록 하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 나사 구조를 이용하여 가압 프레스의 하강 높이를 제한하고 그 위치를 정확하게 검출함으로써, 파우치 필름의 성형 두께를 용이하게 조절하여 정확한 성형 두께로 파우치 필름을 성형할 수 있도록 하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 베이스 프레임과; 복수 개의 지지대에 의해 지지되어 상기 베이스 프레임의 상측에 배치되는 상부 프레임과; 상부에 파우치 필름이 안착되는 받침대가 구비되고 상기 베이스 프레임의 상측에 설치되는 하부 다이와; 상기 상부 프레임의 하부에 위치하며 상기 파우치 필름을 가압하는 펀치가 구비되고 상기 하부 다이의 연직 상방에 배치되는 상부 다이와; 상기 상부 다이의 수직 이동을 안내하는 가이드 부재와; 상기 상부 다이에 로드가 연결되어 상기 상부 다이를 승강시키는 가압 프레스와; 상기 상부 프레임에 설치되어 상기 가압 프레스를 지지하는 프레스 지지대와; 나사 구조를 이용하여 상기 가압 프레스의 하강 위치를 제어하는 높이조절부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 상부 프레임에 설치되어 상기 높이조절부재의 위치를 감지하는 마이크로미터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 높이조절부재는 가압 프레스의 로드가 삽입되는 구멍이 형성되고 상기 프레스 지지대에 고정되는 중공볼트와, 상기 가압 프레스의 하강 높이를 제한하도록 상기 중공볼트의 나사부에 체결되는 높이조절너트와, 상기 중공볼트와 높이조절너트 사이에 개재되는 고정너트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 중공볼트는 중앙에 구멍이 형성된 사각 형상의 볼트 헤드와, 외주면에 나사산이 형성되고 내측에 상기 가압 프레스의 로드가 삽입되는 구멍이 형성된 나사부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 상기 가이드 부재는 상단부가 상기 상부 다이를 관통하도록 상기 하부 다이에 수직하게 설치되는 가이드 바와, 상기 가이드 바가 관통하도록 상기 상부 다이에 설치되는 가이드 블록을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이차전지용 파우치 필름 성형기에 의하면, 높이 조절너트를 죄거나 풀어주는 것만으로 가압 프레스의 하강 높이를 조절할 수가 있다.
이에 따라 여러 종류의 스토퍼를 준비할 필요가 없어지고 파우치 필름의 성형 두께를 손쉽게 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한 높이 조절너트의 위치를 감지하는 마이크로미터에 의해 높이 조절너트의 높이를 정밀하게 조절할 수 있으므로 파우치 필름의 성형 두께를 정밀하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 이차전지용 파우치 필름 성형기를 개략적으로 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 이차전지용 파우치 필름 성형기를 도시한 구성도.
도 3은 본 발명의 요부인 높이 조절부재의 분해도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이차전지용 파우치 필름 성형기의 바람직한 실시예를 설명한다.
본 발명에 의한 이차전지용 파우치 필름 성형기는, 도 2에 도시된 바와 같이, 베이스 프레임(10)과; 복수 개의 지지대(13)에 의해 지지되어 상기 베이스 프레임(10)의 상측에 배치되는 상부 프레임(15)과; 상부에 파우치 필름이 안착되는 받침대(25)가 구비되고 상기 베이스 프레임(10)의 상측에 설치되는 하부 다이(20)와; 상기 상부 프레임(15)의 하부에 위치하며 상기 파우치 필름을 가압하는 펀치(35)가 구비되고 상기 하부 다이(20)의 연직 상방에 배치되는 상부 다이(30)와; 상기 상부 다이(30)의 수직 이동을 안내하는 가이드 부재와; 상기 상부 다이(30)에 로드(55)가 연결되어 상기 상부 다이(30)를 승강시키는 가압 프레스(50)와; 상기 상부 프레임(15)에 설치되어 상기 가압 프레스(50)를 지지하는 프레스 지지대(60)와; 나사 구조를 이용하여 상기 가압 프레스(50)의 하강 위치를 제어하는 높이조절부재(70)와; 상기 상부 프레임에 설치되어 상기 높이조절부재(70)의 최상단 위치를 감지하는 마이크로미터(80);를 포함하여 이루어진다.
상기 높이조절부재(70)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가압 프레스(50)의 로드(55)가 삽입되는 구멍이 형성되고 상기 프레스 지지대(60)에 고정되는 중공볼트(71)와, 상기 가압 프레스(50)의 하강 높이를 제한하도록 상기 중공볼트(71)의 나사부(71a)에 체결되는 높이조절너트(72)와, 상기 중공볼트(71)와 높이조절너트(72) 사이에 개재되는 고정너트(73)로 이루어진다.
상기 중공볼트(71)는 중앙에 구멍이 형성된 사각 형상의 볼트 헤드(71b)와, 외주면에 나사산이 형성되고 내측에 상기 가압 프레스(50)의 로드(55)가 삽입되는 구멍이 형성된 나사부(71a)로 이루어진다.
그리고, 상기 가이드 부재는 상단부가 상기 상부 다이(30)를 관통하도록 상기 하부 다이(20)에 수직하게 설치되는 가이드 바(40)와, 상기 가이드 바(40)가 관통하도록 상기 상부 다이(30)에 설치되는 가이드 블록(45)으로 이루어진다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 이차전지용 파우치 필름 성형기는, 마이크로미터를 이용하여 높이조절부재의 위치를 확인함으로써 파우치 필름의 성형 두께를 정밀하게 조절할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 이차전지용 파우치 필름 성형기에 의해 필름을 성형하는 과정을 설명한다.
먼저 하부 다이(20)의 받침대(25)에 파우치 필름(도시 생략)을 안착시킨 후, 상기 파우치 필름의 성형 두께에 대응하여 높이조절부재(70)의 높이조절볼트(72)를 조절한다.
이때, 마이크로미터(80)를 이용하여 상기 높이조절볼트(72)의 최상단 높이를 정확하게 확인함으로써, 파우치 필름의 성형 두께를 정밀하게 제어할 수 있다.
상기 높이조절부재(70)의 조정이 완료된 후 가압 프레스(50)를 하강시키면, 상기 가압 프레스(50)의 로드(55)와 연결된 상부 다이(30)가 하강하면서 상기 상부 다이(30)의 펀치(35)가 상기 파우치 필름을 가압하게 된다.
상기한 구조에 의해, 스톱퍼 없이도 파우치 필름을 정확한 성형 두께로 성형할 수가 있다.
이때, 상기 상부 다이(30)는 가이드 바(40)와 가이드 블록(45)으로 이루어진 가이드 부재의 안내에 의해 상하 방향으로만 움직이게 된다.
파우치 필름의 성형이 완료되면, 상기 가압 프레스(50)를 상승시켜 상기 상부 다이(30)가 함께 상승하도록 한다.
이어서 상기 하부 다이(20)의 받침대(25) 위에 있는 성형 완료된 파우치 필름을 인출하고, 새로운 파우치 필름을 로딩하여 다시 성형 작업을 진행한다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 명세서에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
10...베이스 프레임(Base Frame)
13...지지대
15...상부 프레임
20...하부 다이(Die)
25...받침대
30...상부 다이
35...펀치(Punch)
40...가이드 바(Guide Bar)
45...가이드 블록(Guide Block)
50..가압 프레스(Press)
55...로드(Rod)
60...프레스 지지대
70...높이조절부재
71...중공볼트
71a...나사부
71b...볼트 헤드
72...높이조절너트
73...고정너트
80...마이크로미터(Micrometer)

Claims (5)

  1. 베이스 프레임(10)과;
    복수 개의 지지대(13)에 의해 지지되어 상기 베이스 프레임(10)의 상측에 배치되는 상부 프레임(15)과;
    상부에 파우치 필름이 안착되는 받침대(25)가 구비되고 상기 베이스 프레임(10)의 상측에 설치되는 하부 다이(20)와;
    상기 상부 프레임(15)의 하부에 위치하며, 상기 파우치 필름을 가압하는 펀치(35)가 구비되고 상기 하부 다이(20)의 연직 상방에 배치되는 상부 다이(30)와;
    상기 상부 다이(30)의 수직 이동을 안내하는 가이드 부재와;
    상기 상부 다이(30)에 로드(55)가 연결되어 상기 상부 다이(30)를 승강시키는 가압 프레스(50)와;
    상기 상부 프레임(15)에 설치되어 상기 가압 프레스(50)를 지지하는 프레스 지지대(60)와;
    나사 구조를 이용하여 상기 가압 프레스(50)의 하강 위치를 제어하는 높이조절부재(70);를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치 필름 성형기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 프레임에 설치되어 상기 높이조절부재(70)의 최상단 위치를 감지하는 마이크로미터(80);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치 필름 성형기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 높이조절부재(70)는,
    가압 프레스(50)의 로드(55)가 삽입되는 구멍이 형성되고 상기 프레스 지지대(60)에 고정되는 중공볼트(71)와,
    상기 가압 프레스(50)의 하강 높이를 제한하도록 상기 중공볼트(71)의 나사부(71a)에 체결되는 높이조절너트(72)와,
    상기 중공볼트(71)와 높이조절너트(72) 사이에 개재되는 고정너트(73)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치 필름 성형기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 중공볼트(71)는,
    중앙에 구멍이 형성된 사각 형상의 볼트 헤드(71b)와,
    외주면에 나사산이 형성되고 내측에 상기 가압 프레스(50)의 로드(55)가 삽입되는 구멍이 형성된 나사부(71a)로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치 필름 성형기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이드 부재는,
    상단부가 상기 상부 다이(30)를 관통하도록 상기 하부 다이(20)에 수직하게 설치되는 가이드 바(40)와,
    상기 가이드 바(40)가 관통하도록 상기 상부 다이(30)에 설치되는 가이드 블록(45)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치 필름 성형기.
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