KR102183764B1 - 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템은 2차 전지 파우치로 성형되는 두루마리의 시트가 장착되며 두루마리의 시트를 공급하는 시트 공급 장치, 시트 공급 장치로부터 공급되는 시트에 전극 조립체가 수용되는 적어도 하나의 수용부를 형성하는 2차 전지 파우치 성형 장치 및 시트 공급 장치와 2차 전지 파우치 성형 장치 사이에 배치되며 시트 공급 장치로부터 공급되는 두루마리의 시트를 낱장의 시트로 커팅하여 2차 전지 파우치 성형 장치로 공급하는 커팅장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템{SYSTEM FOR FORMING A SECONDARY BATTERY POUCH WITH A SHEET}
본 발명은 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극 조립체를 수용하는 2차 전지 파우치를 성형하는 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템에 관한 것이다.
2차 전지는 일반적으로 일회용으로 사용되는 1차 전지와 달리 재충전이 가능한 특징을 가지고 있다. 2차 전지는 소형 및 대용량화가 가능하여 최근 들어 많은 연구 개발 활동이 이루어지고 있다. 대표적으로 2차 전지는 모바일 기기 등에 많이 사용되고 있으며, 환경적인 측면에서 점진적으로 증가세를 보이고 있는 전기 자동차 뿐만 아니라 ESS(Energy Storage System)로도 활용되고 있다.
여기서, 2차 전지는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 복수 개의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형 및 스택형의 단위 셀들을 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형과 같은 다양한 방식의 전극 조립체로 구성된다. 이러한 전극 조립체는 코인형, 원통형, 각형 및 파우치형의 케이스에 의해 수용된다. 최근 들어 2차 전지는 스택형 또는 스택/폴딩형 전극 조립체를 필름, 알루미늄 및 PP(폴리프로플렌; polypropylene)가 적층된 시트로 케이스를 구성하는 파우치형이 많이 사용되고 있다. 파우치형 2차 전지는 코인형, 원통형 및 각형에 비해 면적 대비 에너지 저장 등의 고효율, 적은 중량 및 용이한 형태 변형 등을 이유로 많은 관심을 모으고 있고, 특히 대량의 2차 전지가 필요한 전기 자동차 산업 분야에서 큰 관심과 함께 사용량이 증가하고 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 2차 전지 파우치 성형 시스템(1000)은 시트 공급 장치(1100), 하프(half) 커팅장치(1200), 성형장치(1300), 검사장치(1400), 사이드(side) 커팅장치(1500), 프론트(front) 커팅장치(1600) 및 언로딩 장치(1700)를 포함한다. 또한, 종래의 2차 전지 파우치 성형 시스템은 상술한 복수 개의 장치들(1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700) 사이에 배치되는 버퍼장치(1800)를 더 포함한다. 도 1에 도시된 종래의 2차 전지 파우치 성형 시스템(1000)은 시트 공급 장치(1100)에 지지된 두루마리의 시트(S1)가 하프 커팅장치(1200), 성형장치(1300), 검사장치(1400), 사이드 커팅장치(1500), 프론트 커팅장치(1600) 및 언로딩 장치(1700)로 이동되면서 2차 전지 파우치(Po)로 성형되어 언로딩 된다.
상세하게 도 1 및 도 2를 참조하여 종래의 2차 전지 파우치 성형 시스템(1000)의 2차 전지 파우치(Po) 성형 공정을 살펴보면 다음과 같다.
시트 공급 장치(1100)로부터 공급된 두루마리의 시트(S1)는 하프 커팅장치(1200)에서 도 2에 도시된 바와 같이 일부분 하프 커팅 된다. 이러한 두루마리의 시트(S1)의 하프 커팅은 성형장치(1300)에서 2차 전지 파우치(Po) 성형 시 두루마리의 시트(S1)에 대한 연신률 및 장력을 고려하여 이루어지는 것이다. 하프 커팅장치(1200)를 통과한 두루마리의 시트(S1)는 성형장치(1300)에서 전극 조립체(미도시)를 수용하는 2차 전지 파우치(Po)로 성형된다. 그리고, 두루마리의 시트(S1)에 성형된 2차 전지 파우치(Po)는 검사장치(1400)를 통과하고 사이드 커팅장치(1500)로 공급된다. 사이드 커팅장치(1500)는 하프 커팅장치(1200)에 의해 하프 커팅된 하프 커팅영역(H)을 기준으로 사이드 커팅라인(L1)을 따라 두루마리의 시트(S1)로부터 2차 전지 파우치(Po)의 성형 영역을 커팅 한다. 사이드 커팅장치(1500)에 의해 사이드 커팅된 2차 전지 파우치(Po)는 프론트 커팅장치(1600)에서 프론트 커팅라인(L2)을 따라 커팅 된다. 언로딩 장치(1700)는 다음 공정을 위해 2차 전지 파우치(Po)를 2차 전지 파우치 성형 시스템(1000)의 외부로 언로딩 한다.
그런데, 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 2차 전지 파우치 성형 시스템(1000)에서 성형된 2차 전지 파우치(Po)는 두루마리의 시트(S1) 방식으로 공정이 진행됨에 따라 하프 커팅영역(H)을 기준으로 커팅 되지 않는 두루마리의 시트(S1) 부분이 성형장치(1300)에서 성형 시 견인되지 않아 컬링(curling) 현상이 발생하여 공정에서 요구된 2차 전지 파우치(Po) 성형이 이루어지지 않는 문제점이 있다.
또한, 종래의 2차 전지 파우치 성형 시스템(1000)은 2차 전지 파우치 성형(Po) 후에 하프 커팅영역(H)을 기준으로 사이드 커팅을 진행함으로써 두루마리의 시트(S1)의 손실을 초래함과 두루마리의 시트(S1)의 장력 조절 및 컬링 발생을 저지하기 위해 버퍼장치(1800)가 필요하여 전체적으로 장비의 크기가 커지는 문제점도 있다.
더불어, 하프 커팅된 두루마리의 시트(S1)를 2차 전지 파우치(Po)로 성형할 때 하프 커팅영역(H)과 커팅 되지 않은 영역의 연신율 차이에 의해 상대적으로 전극 조립체를 수용하는 수용부(R)의 깊이가 낮은 문제점도 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1587554호; 이차전지용 파우치 성형장치 및 그 성형방법
본 발명의 목적은 컬링 현상이 발생하지 않으며 2차 전지 파우치 성형 시 원자재인 시트의 손실을 최소화 할 수 있도록 두루마리의 시트를 2차 전지 파우치로 성형하는 성형 공정을 개선한 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 종래의 2차 전지 파우치 성형 방법 대비 전극 조립체를 수용하는 수용 공간의 깊이를 늘림과 함께 2차 전지 파우치의 보존율을 높일 수 있도록 개선된 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템도 제공하는 것이다.
상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라 2차 전지 파우치로 성형되는 두루마리의 시트가 장착되며 두루마리의 상기 시트를 공급하는 시트 공급 장치와, 상기 시트 공급 장치로부터 공급되는 상기 시트에 전극 조립체가 수용되는 적어도 하나의 수용부를 형성하는 2차 전지 파우치 성형 장치와, 상기 시트 공급 장치와 상기 2차 전지 파우치 성형 장치 사이에 배치되며 상기 시트 공급 장치로부터 공급되는 두루마리의 상기 시트를 낱장의 상기 시트로 커팅하여 상기 2차 전지 파우치 성형 장치로 공급하는 커팅장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템에 의해 이루어진다.
여기서, 상기 커팅장치는 상기 시트 공급 장치에 장착된 두루마리의 상기 시트를 상기 2차 전지 파우치 성형 장치에서 적어도 하나의 상기 수용부가 성형되는 크기를 갖는 낱장의 상기 시트로 커팅할 수 있다.
상기 커팅장치는 상기 시트 공급 장치로부터 상기 커팅장치를 통과한 두루마리의 상기 시트의 자유단을 파지하여 두루마리의 상기 시트를 두루마리의 상기 시트의 공급 방향으로 견인하는 피딩(feeding)유닛과, 상기 피딩유닛에 대향 배치되어 낱장의 상기 시트로 커팅 되는 두루마리의 상기 시트의 커팅라인 후방에서 두루마리의 시트를 클램핑 하는 클램프(clamp)유닛과, 상기 피딩유닛과 상기 클램프유닛 사이에 배치되어 상기 커팅라인을 따라 두루마리의 상기 시트를 낱장의 상기 시트로 커팅 하는 커팅유닛을 포함할 수 있다.
낱장의 상기 시트의 길이는 상기 피딩유닛과 상기 클램프유닛 사이의 거리 변경에 따라 조절될 수 있다.
상기 시트 공급 장치는 두루마리의 상기 시트가 회전 가능하도록 지지하는 릴(reel) 샤프트유닛과, 상기 커팅장치와 상기 릴 샤프트 사이에 배치되며 상기 커팅장치로 공급되는 두루마리의 상기 시트의 교호적인 이동을 가이드 하는 복수 개의 가이드 롤러유닛과, 상기 릴 샤프트와 연결되어 복수 개의 상기 가이드 롤러유닛에 의해 상기 커팅장치로 가이드 되는 두루마리의 상기 시트의 장력을 조절하는 클러치유닛을 포함할 수 있다.
상기 2차 전지 파우치 성형 장치에 의해 성형된 상기 2차 전지 파우치의 이동 방향으로 상기 2차 전지 파우치의 양측을 트림 공정하는 트림장치를 더 포함할 수 있다.
상기 트림장치는 상기 2차 전지 파우치 성형 장치에서 성형된 상기 2차 전지 파우치의 양측에 배치되어 상기 2차 전지 파우치의 양측을 지지하는 한 쌍의 지지유닛과, 상기 2차 전지 파우치를 사이에 두고 한 쌍의 상기 지지유닛에 대응 배치되며 상기 지지유닛의 상부를 따라 왕복 이동되어 상기 2차 전지 파우치의 양측을 트림 공정하는 한 쌍의 트림유닛을 포함할 수 있다.
상기 트림장치는 한 쌍의 상기 트림유닛에 연결되어 한 쌍의 상기 트림유닛 사이의 이격 거리를 선택적으로 조절하는 조절유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템은 상기 커팅장치와 상기 2차 전지 파우치 성형 장치 사이에 배치되며 상기 커팅장치에 의해 커팅된 낱장의 상기 시트를 상기 2차 전지 파우치 성형 장치로 이송하는 제 1이송 장치와, 상기 2차 전지 파우치 성형 장치와 상기 트림장치 사이에 배치되며 상기 2차 전지 파우치 성형 장치에서 성형된 상기 2차 전지 파우치를 상기 트림장치로 이송하는 제 2이송 장치를 포함할 수 있다.
상기 제 1이송 장치와 상기 제 2이송 장치는 각각 낱장의 상기 시트와 상기 2차 전지 파우치를 진공 흡착하여 이송할 수 있다.
한편, 상기 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템은 상기 트림장치에서 트림 공정이 완료된 상기 2차 전지 파우치를 상기 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템의 외부로 언로딩 하는 언로딩 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 2차 전지 파우치 성형 장치는 상기 수용부의 성형 시 낱장의 상기 시트에 공기를 블로잉 하는 펀치유닛과, 낱장의 상기 시트를 사이에 두고 상기 펀치유닛에 대향 배치되어 상기 수용부의 성형 시 공기를 흡입하는 다이유닛을 포함할 수 있다.
상기 2차 전지 파우치 성형 장치는 상기 펀치유닛과 상기 다이유닛이 각각 공기를 블로잉 및 흡입하여 낱장의 상기 시트를 1차 성형한 후 상기 펀치유닛과 상기 다이유닛이 맞물려서 상기 2차 전지 파우치로 2차 성형할 수 있다.
또한, 상기 2차 전지 파우치 성형 장치는 상기 펀치유닛과 상기 다이유닛이 상호 맞물릴 때 낱장의 상기 시트를 사이에 두고 상기 다이유닛과 면 접촉되어 낱장의 상기 시트에 제공되는 파지 압력을 선택적으로 조절하는 파지유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 파지유닛은 낱장의 상기 시트를 사이에 두고 상기 다이유닛의 판면과 면 접촉되어 낱장의 상기 시트가 상기 2차 전지 파우치로 성형될 때 상기 시트를 파지하는 파지부와, 상기 파지부에 연결되어 낱장의 상기 시트가 상기 1차 성형으로부터 상기 2차 성형으로 성형될 때 상기 다이유닛과 상기 파지부 사이에서 파지되는 낱장의 상기 시트의 파지 압력을 선택적으로 제어하는 압력 제어부를 포함할 수 있다.
상기 압력 제어부는 낱장의 상기 시트가 상기 1차 성형으로부터 상기 2차 성형에 의해 상기 2차 전지 파우치로 성형될 때 상기 파지 압력을 비례 제어할 수 있다.
상기 압력 제어부는 낱장의 상기 시트의 상기 1차 성형 시 상기 파지 압력이 상기 2차 성형 시 상기 파지 압력 보다 상대적으로 높은 압력을 갖도록 비례 제어할 수 있다.
상기 1차 성형은 각각 상기 펀치유닛 및 상기 다이유닛에 의한 공기의 블로잉 및 흡입에 의해 낱장의 상기 시트를 아크 형상으로 성형할 수 있다.
상기 2차 전지 파우치 성형 장치에 의해 성형된 상기 2차 전지 파우치에 대한 상기 1차 성형 비율은 80% 이상인 것이 바람직하다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템의 효과는 다음과 같다.
첫째, 두루마리의 시트를 적어도 하나의 수용부가 성형되는 2차 전지 파우치의 크기에 해당되는 낱장의 시트로 커팅한 후 낱장의 2차 전지 파우치로 성형함에 따라 두루마리의 시트로 2차 전지 파우치 성형 대비 컬링 현상을 방지함과 함께 두루마리의 시트로 사용 대비 사이드 커팅장치 및 장력유지 장치 등의 구성들을 제거하여 전체적인 장비의 크기를 작고 단순화할 수 있으므로, 2차 전지 파우치 성형의 공정 효율 향상 및 시트의 소비를 최소화할 수 있다.
둘째, 낱장의 시트의 양측면에 각각 공기의 블로잉 및 흡입에 의해 시트를 수용 공간의 면적에 근접하게 1차 성형하고 펀치유닛과 다이유닛을 맞물려서 2차 성형하여 2차 전지 파우치를 성형할 수 있으므로, 2차 전지 파우치 성형 시 깊이를 늘려 성형을 하여도 파우치의 두께를 최대한 보존할 수 있으며 테이퍼를 수직에 가깝게 적용시켜 성형 후 공정에서의 불량의 요지를 최소화할 수 있다.
셋째, 낱장의 시트의 1차 성형 및 2차 성형의 공정 시 낱장의 시트를 파지하는 다이유닛과 파지유닛의 사이의 파지 압력을 비례 제어하여 낱장의 시트의 임계 연신율을 초과하지 않고 수용 공간이 성형된 2차 전지 파우치를 성형할 수 있으므로, 전극 조립체를 수용하는 수용 공간의 깊이가 증가하고 코너 영역의 주름 발생 및 크랙을 억제하여 2차 전지 파우치 성형 불량의 요지를 최소화할 수 있다.
도 1은 종래의 2차 전지 파우치 성형 시스템의 개략 구성도,
도 2는 종래의 2차 전지 파우치로 성형되는 시트의 공정 상태를 나타낸 평면도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템의 사시도,
도 4는 도 3에 도시된 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템 중 시트 공급 장치의 사시도,
도 5는 도 3에 도시된 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템 중 커팅장치의 사시도,
도 6은 도 5에 도시된 커팅장치 중 피딩유닛의 사시도,
도 7은 도 5에 도시된 커팅장치 중 커팅유닛의 사시도,
도 8은 도 5에 도시된 커팅장치 중 클램프유닛에 대한 분해 사시도,
도 9는 도 3에 도시된 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템 중 2차 전지 파우치 성형 장치의 주요부 사시도,
도 10은 도 9에 도시된 Ⅹ-Ⅹ 선의 제 1작동 단면도,
도 11은 도 9에 도시된 Ⅹ-Ⅹ 선의 제 2작동 단면도,
도 12는 도 11에 도시된 A 영역의 확대 단면도,
도 13은 도 12에 도시된 B 영역의 확대 단면도,
도 14는 도 12에 도시된 C 영역의 확대 단면도,
도 15는 도 9에 도시된 Ⅹ-Ⅹ 선의 제 3작동 단면도,
도 16은 도 15에 도시된 D 영역의 확대 단면도,
도 17은 도 9에 도시된 Ⅹ-Ⅹ 선의 제 4작동 단면도,
도 18은 도 17에 도시된 E 영역의 확대 단면도,
도 19는 도 9에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 낱장 성형 장치의 파지유닛의 압력에 따른 압력-깊이 그래프,
도 20은 도 3에 도시된 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템 중 제 1이송 장치의 사시도,
도 21은 도 3에 도시된 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템 중 트림장치의 사시도,
도 22는 도 3에 도시된 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템 중 제 2이송 장치의 사시도,
도 23은 도 3에 도시된 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템 중 언로딩 장치의 사시도,
도 24는 본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템에서 성형되는 시트의 공정 상태를 나타낸 평면도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
설명하기에 앞서, 본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템의 구성 장치들을 도시한 도면들에서는 각각의 구성 장치들에 대해 주요부를 발췌하여 도시하였음을 미리 밝혀둔다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템의 2차 전지 파우치 성형 장치는 1차 성형에서 낱장의 시트를 아크 형상의 단면 형상으로 성형하나, 이에 한정되지 않고 펀치유닛으로부터 블로잉(blowing)되는 공기의 공급 위치 및 다이유닛으로부터 흡입되는 공기의 흡입 위치에 따라 다른 형상을 가질 수 있음도 미리 밝혀둔다.
더불어, 본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템의 2차 전지 파우치 성형 장치는 상부 및 하부에 각각 펀치유닛 및 다이유닛이 배치되는 것으로 도시 및 설명되어 있으나, 이에 한정되지 않고 상부 및 하부에 각각 다이유닛 및 펀치유닛이 배치될 수 있음도 미리 밝혀둔다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템의 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템(10)은 시트 공급 장치(100), 커팅장치(300) 및 2차 전지 파우치 성형 장치(500)를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템(10)은 제 1이송 장치(600), 트림장치(700), 제 2이송 장치(800) 및 언로딩 장치(900)를 더 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템(10)을 구성하는 장치들은 베이스(BS)에 지지되어 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 구조에 지지될 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템 중 시트 공급 장치의 사시도,
시트 공급 장치(100)는 도 4에 도시된 바와 같이, 2차 전지 파우치(Po)로 성형되는 두루마리의 시트(S1)가 장착된다. 시트 공급 장치(100)는 장착된 두루마리의 시트(S1)를 커팅장치(300)로 공급하도록 언와인딩(unwinding) 한다. 본 발명의 일 실시 예로서, 시트 공급 장치(100)는 몸체(110), 릴(reel) 샤프트유닛(130), 가이드 롤러유닛(150) 및 클러치유닛(170)을 포함한다.
몸체(110)는 릴 샤프트유닛(130), 가이드 롤러유닛(150) 및 클러치유닛(170)을 지지한다. 릴 샤프트유닛(130)은 두루마리의 시트(S1)가 회전 가능하도록 두루마리의 시트(S1)를 지지한다. 즉, 릴 샤프트유닛(130)은 시트 공급 장치(100)에 지지된 두루마리의 시트(S1)가 커팅장치(300)로 이동되도록 두루마리의 시트(S1)를 언와인딩 한다. 릴 샤프트유닛(130)은 본 발명의 일 실시 예로서, 에어샤프트뿐만 아니라 공지된 다른 종류의 샤프트를 사용할 수 있다.
가이드 롤러유닛(150)은 릴 샤프트유닛(130)과 커팅장치(300) 사이에 복수 개로 배치된다. 복수 개의 가이드 롤러유닛(150)은 릴 샤프트유닛(130)으로부터 커팅장치(300)로 공급되는 두루마리의 시트(S1)의 교호적인 이동을 가이드 한다. 상세하게 복수 개의 가이드 롤러유닛(150)은 두루마리의 시트(S1)가 상하 방향으로 이동 경로를 갖도록 배치된다. 이렇게 복수 개로 배치된 가이드 롤러유닛(150)은 커팅장치(300)로 이동되는 두루마리의 시트(S1)의 이동 시 꺾임 등과 같은 손실을 방지한다.
클러치유닛(170)은 릴 샤프트유닛(130)과 연결되어 복수 개의 가이드 롤러유닛(150)에 의해 커팅장치(300)로 가이드 되는 두루마리의 시트(S1)의 장력을 조절한다. 이러한 클러치유닛(170)의 작동에 의해 커팅장치(300)로 공급되는 두루마리의 시트(S1)의 장력을 일정하게 조절한다.
도 5는 도 3에 도시된 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템 중 커팅장치의 사시도, 도 6은 도 5에 도시된 커팅장치 중 피딩유닛의 사시도, 도 7은 도 5에 도시된 커팅장치 중 커팅유닛의 사시도, 그리고 도 8은 도 5에 도시된 커팅장치 중 클램프유닛에 대한 분해 사시도이다.
도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 커팅장치(300)는 시트 공급 장치(100)와 2차 전지 파우치 성형 장치(500) 사이에 배치된다. 커팅장치(300)는 시트 공급 장치(100)로부터 공급되는 두루마리의 시트(S1)를 낱장의 시트(S2)로 커팅 한다. 여기서, 낱장의 시트(S2)는 2차 전지 파우치 성형 장치(500)의 작동에 의해 적어도 하나의 수용부(R; 도 18 및 도 24 참조)가 성형되는 크기이다. 본 발명의 일 실시 예로서, 커팅장치(300)는 피딩(feeding)유닛(310), 클램프유닛(330) 및 커팅유닛(350)을 포함한다.
피딩유닛(310)은 시트 공급 장치(100)로부터 커팅장치(300)를 통과한 두루마리의 시트(S1)의 자유단을 파지한다. 피딩유닛(310)은 두루마리의 시트(S1)의 자유단을 파지하여 두루마리의 시트(S1)를 두루마리의 시트(S1)의 공급 방향으로 견인한다. 여기서, 피딩유닛(310)의 이동 거리에 따라서 커팅유닛(350)에 의해 커팅되는 낱장의 시트(S2)의 길이는 조절된다. 예를 들어, 피딩유닛(310)이 커팅유닛(350)으로부터 2차 전지 파우치 성형 장치(500)로 보다 많이 이동되면 낱장의 시트(S2)의 길이는 상대적으로 길어진다.
피딩유닛(310)은 본 발명의 일 실시 예로서, 피딩몸체(311), 피딩부(313) 및 레일(315)을 포함한다. 피딩몸체(311)는 두루마리의 시트(S1)를 파지하는 피딩부(313)를 지지하고 레일(315)을 따라 이동된다. 피딩부(313)는 두루마리의 시트(S1)를 파지하도록 마련되어 두루마리의 시트(S1)의 자유단을 파지한다. 레일(315)은 두루마리의 시트(S1)를 파지한 피딩부(313)가 두루마리의 시트(S1)의 공급 방향에 대해 왕복 이동될 수 있도록 피딩몸체(311)가 리니어 이동되는 이동로를 형성한다.
클램프유닛(330)은 피딩유닛(310)에 대향 배치되어 낱장의 시트(S2)로 커팅 되는 두루마리의 시트(S1)의 커팅라인 후방에서 두루마리의 시트(S1)를 클램핑 한다. 즉, 클램프유닛(330)은 피딩유닛(310)에 의해 파지된 두루마리의 시트(S1)가 커팅유닛(350)에 의해 커팅될 때 지지할 수 있도록 커팅유닛(350)의 후방에서 두루마리의 시트(S1)를 클램핑 한다.
커팅유닛(350)은 피딩유닛(310)과 클램프유닛(330) 사이에 배치된다. 커팅유닛(350)은 커팅라인을 따라 두루마리의 시트(S1)를 낱장의 시트(S2)로 커팅 한다. 커팅유닛(350)은 제 1커팅몸체(351), 제 2커팅몸체(353) 및 커팅부(355)를 포함한다. 제 1커팅몸체(351)와 제 2커팅몸체(353)는 클램프유닛(330)과 연결되며, 제 1커팅몸체(351)와 제 2커팅몸체(353) 중 제 1커팅몸체(351)는 상하로 왕복 이동된다. 커팅부(355)는 원형의 커터로 마련되어 두루마리의 시트(S1)의 공급 방향의 가로 방향으로 커팅라인을 따라 이동된다. 커팅부(355)의 형상은 원형 이외에도 다양한 형상을 가질 수 있다.
다음으로 도 9는 도 3에 도시된 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템 중 2차 전지 파우치 성형 장치의 주요부 사시도, 도 10은 도 9에 도시된 Ⅹ-Ⅹ 선의 제 1작동 단면도, 도 11은 도 9에 도시된 Ⅹ-Ⅹ 선의 제 2작동 단면도, 도 12는 도 11에 도시된 A 영역의 확대 단면도, 도 13은 도 12에 도시된 B 영역의 확대 단면도, 도 14는 도 12에 도시된 C 영역의 확대 단면도, 도 15는 도 9에 도시된 Ⅹ-Ⅹ 선의 제 3작동 단면도, 도 16은 도 15에 도시된 D 영역의 확대 단면도, 도 17은 도 9에 도시된 Ⅹ-Ⅹ 선의 제 4작동 단면도, 도 18은 도 17에 도시된 E 영역의 확대 단면도, 그리고 도 19는 도 9에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 장치의 파지유닛의 압력에 따른 압력-깊이 그래프이다.
도 9 내지 도 19에 도시된 2차 전지 파우치 성형 장치(500)는 펀치유닛(510) 및 다이유닛(530)을 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시 예로서, 2차 전지 파우치 성형 장치(500)는 파지유닛(550), 탄성유닛(570) 및 범퍼유닛(590)을 더 포함한다. 2차 전지 파우치 성형 장치(500)는 펀치유닛(300)과 다이유닛(500)이 맞물릴 때 낱장의 시트(S2)에 적어도 하나의 수용부(R)를 성형한다. 본 발명의 일 실시 예로서, 2차 전지 파우치 성형 장치(500)는 2개의 수용부(R)를 성형한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 장치(500)는 폴딩 시 2개의 수용부(R)가 상호 대향되어 전극 조립체(미도시)를 수용하도록 낱장의 시트(S2)에 2개의 수용부(R)를 성형한다.
펀치유닛(510)은 펀치부(511) 및 공기 공급부(513)를 포함한다. 펀치유닛(510)은 본 발명의 일 실시 예로서, 한 쌍의 수용부(R)를 형성하도록 2개의 펀치부(511)를 포함한다. 펀치부(511)는 펀치유닛(510)과 다이유닛(530)이 맞물릴 때 후술할 다이유닛(530)의 함몰부(531)와 맞물린다. 구체적으로 펀치부(511)는 함몰부(531)에 삽입된다. 그리고, 펀치부(511)는 후술할 파지부(551)의 관통부(551d)를 관통하여 함몰부(531)에 삽입된다. 펀치부(511)의 단면 형상은 다각형 단면 형상을 갖는 수용부(R)의 단면 형상에 대응되는 형상을 갖는다. 본 발명의 일 실시 예로서, 펀치부(511)는 사각 단면 형상을 갖는 수용부(R)의 형상에 대응되어 사각 단면 형상을 갖는다. 공기 공급부(513)는 펀치부(511)를 관통하여 형성된다. 공기 공급부(513)는 펀치유닛(510)과 다이유닛(530)의 맞물림에 의해 낱장의 시트(S2)에 수용부(R)를 형성할 때 낱장의 시트(S2)의 양측면 중 펀치유닛(510)과 인접한 측면에 공기를 블로잉(blowing) 한다. 실질적으로 공기 공급부(513)는 낱장의 시트(S2)로 블로잉 되는 공기의 공급로를 형성한다.
다이유닛(530)은 함몰부(531) 및 공기 흡입부(533)를 포함한다. 또한, 다이유닛(530)은 제 1다이 플레이트(535), 제 2다이 플레이트(537) 및 제 3다이 플레이트(539)를 포함한다. 함몰부(531)는 펀치유닛(510)의 펀치부(511)와 맞물리도록 펀치부(511)의 형상에 대응되는 사각 형상의 단면으로 함몰 형성된다. 물론, 함몰부(531)의 형상은 펀치부(511)의 단면 형상이 다각형 단면 형상을 가질 때 이에 대응하는 단면 형상을 가질 수 있다. 공기 흡입부(533)는 함몰부(531)의 공기를 흡입하도록 마련된다. 공기 흡입부(533)는 실질적으로 다이유닛(530)에 인접한 측면이 함몰부(531)로 견인되도록 진공 흡입로를 형성한다.
여기서, 펀치유닛(510)과 다이유닛(530)은 낱장의 시트(S2)를 1차 성형과 2차 성형 과정으로 2차 전지 파우치(Po)의 수용부(R)를 성형한다. 1차 성형은 낱장의 시트(S2)를 사이에 두고 펀치부(511)와 함몰부(531)가 상호 인접할 때, 공기 공급부(513)로부터 공기가 블로잉 되고 함몰부(531)로 낱장의 시트(S2)가 견인되도록 공기 흡입부(533)를 통해 공기가 흡입된다. 그러면, 도 11 및 도 12와 같이 낱장의 시트(S2)는 낱장의 시트(S2)와 함몰부(531)가 복수 개의 접점을 형성하는 아크 형상으로 성형된다. 2차 성형은 펀치유닛(510)의 펀치부(511)가 다이유닛(530)의 함몰부(531)에 삽입되어 낱장의 시트(S2)에 사각 단면 형상을 갖는 수용부(R)를 성형한다. 2차 성형할 때는 공기 공급부(513)를 통한 공기의 블로잉 및 공기 흡입부(533)를 통한 공기의 흡입 중 적어도 어느 하나로 작동된다. 예를 들어, 2차 성형할 때는 공기의 블로잉과 공기의 흡입이 함께 되거나 공기의 블로잉과 공기의 흡입 중 어느 하나로 진행된다. 물론, 도 17 및 도 18의 작동 과정을 통해 2차 전지 파우치(Po)를 성형한 후, 펀치유닛(510)과 다이유닛(530)으로부터 2차 전지 파우치(Po)를 분리할 때 공기 공급부(513)를 통한 공기의 블로잉과 공기 흡입부(533)를 통한 공기의 흡입 중 적어도 어느 하나로 작동된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 장치(500)에 의해 성형된 2차 전지 파우치(Po)에 대한 1차 성형 비율은 80% 이상이 되는 것이 바람직하다.
이렇게 펀치유닛(510)과 다이유닛(530)을 통한 공기의 블로잉과 흡입에 의해 1차 및 2차 성형으로 2차 전지 파우치(Po)를 성형하면 코너 영역에 주름 및 크랙이 없는 상대적으로 깊은 수용부(R)를 성형할 수 있다. 종래에는 프레스 가공에 의한 수용부(R) 성형 시 프레스 가공에 따른 두루마리의 시트(S1)의 임계 연신율에 의해 수용부(R)의 깊이를 증가하는 데 한계가 있었다. 예를 들면, 2차 전지 파우치(Po)의 코너 영역에 주름 및 크랙 없이 수용부(R)의 성형은 시트의 임계 연신율을 고려하여 깊이 4mm 정도의 한계를 가지고 있었다. 그러나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 장치(500)는 1차 성형과 2차 성형의 과정에 의해 코너 영역에 주름 및 크랙 없이 10mm 이상의 깊이를 갖는 수용부(R)의 성형이 가능하다. 보다 상세하게 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 장치(500)는 공기의 블로잉과 공기의 흡입에 의해 낱장의 시트(S2)의 일부가 함몰부(531)에 수용될 수 있는 1차 성형 후 2차 성형으로 진행됨에 따라 낱장의 시트(S2)의 연신율을 유지할 수 있으므로, 코너 영역에 주름 및 크랙 없이 상대적으로 깊은 깊이를 갖는 2차 전지 파우치(Po)를 성형할 수 있다.
다이유닛(530)의 제 1다이 플레이트(535), 제 2다이 플레이트(537) 및 제 3다이 플레이트(539)는 다이유닛(530)이 함몰부(531) 및 공기 흡입부(533)를 갖도록 상호 결합된다. 제 2다이 플레이트(537)는 제 1다이 플레이트(535)에 적층되며 함몰부(531)와 연통되고 낱장의 시트(S2)를 견인하기 위한 공기의 흡입력을 제공하도록 형성된 공기 흡입부(533)를 갖는다. 제 3다이 플레이트(539)는 제 2다이 플레이트(537)에 적층되어 함몰부(531)를 형성하고 낱장의 시트(S2)를 사이에 두고 파지유닛(550)과 선택적으로 면 접촉된다. 즉, 제 2다이 플레이트(537)는 함몰부(531)로부터 공기를 흡입하기 위한 공기 흡입부(533)를 형성하고, 제 3다이 플레이트(539)는 낱장의 시트(S2)를 2차 전지 파우치(Po)로 성형할 때 파지유닛(550)과 낱장의 시트(S2)를 파지하는 역할을 수행한다.
여기서, 다이유닛(530)은 본 발명의 일 실시 예로서, 제 1다이 플레이트(535), 제 2다이 플레이트(537) 및 제 3다이 플레이트(539)를 적층한 후 제 1다이 플레이트(535)의 평탄도를 기준으로 제 3다이 플레이트(539)의 판면을 연마한다. 구체적으로 제 1다이 플레이트(535)는 평탄도가 일정한 재질로 제작한다. 그리고, 제 1다이 플레이트(535)에 제 2다이 플레이트(537) 및 제 3다이 플레이트(539)를 적층한 후 제 1다이 플레이트(535)를 기준으로 제 3다이 플레이트(539)가 평탄도를 갖도록 제 3다이 플레이트(539)를 연마한다. 그러면, 다이유닛(530)의 제작 시간을 단축할 수 있다. 또한, 제 3다이 플레이트(539)의 판면은 파지유닛(550)과 낱장의 시트(S2)를 사이에 두고 면 접촉할 때 2차 전지 파우치(Po) 성형 시 낱장의 시트(S2)의 임계 연신율을 초과하지 않고 낱장의 시트(S2)가 함몰부(531)로 견인 효율 향상과 함께 낱장의 시트(S2)와의 마찰력을 저감할 수 있도록 0.2s 이하의 조도로 연마된다. 그리고, 제 1다이 플레이트(535), 제 2다이 플레이트(537) 및 제 3다이 플레이트(539)의 조립은 맞춤 핀 구멍을 기준으로 위치도를 정렬하여 수행된다.
파지유닛(550)은 함몰부(531)의 둘레 영역과 맞물리도록 배치되어 낱장의 시트(S2)를 사이에 두고 펀치부(511)와 함몰부(531)가 맞물릴 때 함몰부(531)의 둘레 영역에 배치되는 낱장의 시트(S2)를 파지하고 파지 압력을 선택적으로 조절한다. 본 발명의 일 실시 예로서, 파지유닛(550)은 파지부(551) 및 압력 제어부(553)를 포함한다.
파지부(551)는 낱장의 시트(S2)를 사이에 두고 함몰부(531)의 둘레 영역과 면 접촉되어 1차 및 2차 성형 시 낱장의 시트(S2)를 파지한다. 파지부(551)는 실질적으로 다이유닛(530)의 제 3다이 플레이트(539)의 판면과 낱장의 시트(S2)를 사이에 두고 면 접촉된다. 파지부(551)는 본 발명의 일 실시 예로서, 제 1파지 플레이트(551a), 제 2파지 플레이트(551b) 및 제 3파지 플레이트(551c), 그리고 관통부(551d)를 포함한다. 파지부(551)는 도면을 기준으로 제 1파지 플레이트(551a), 제 2파지 플레이트(551b) 및 제 3파지 플레이트(551c) 순서로 하향 적층된다. 파지부(551)는 다이유닛(530)과 같이 제 1파지 플레이트(551a)의 평탄도를 기준으로 제 3파지 플레이트(551c)가 동일한 평탄도를 갖도록 제 3파지 플레이트(551c)를 연마할 뿐만 아니라 제 3파지 플레이트(551c)의 판면 조도는 제 3다이 플레이트(539)와 같이 낱장의 시트(S2)와의 사이에 마찰력을 저감할 수 있도록 0.2s 이하의 조도로 연마된다. 관통부(551d)는 펀치유닛(510)의 펀치부(511)의 단면 형상에 대응되어 펀치유닛(510)이 관통될 수 있도록 제 3파지 플레이트(551c)에 관통 형성된다. 그리고, 제 1 내지 제 3파지 플레이트(551a, 551b, 551c)의 조립은 맞춤 핀 구멍을 기준으로 위치도를 정렬하여 수행된다.
압력 제어부(553)는 로드(553a) 및 실린더(553b)를 포함한다. 로드(553a)는 복수 개로 일정 간격을 두고 파지부(551)에 연결되고, 실린더(553b)는 복수 개의 로드(553a)에 대응되어 로드(553a)에 연결된다. 본 발명의 일 실시 예로서, 압력 제어부(553)는 실린더(553b)의 공기 압력에 따라 파지부(551)가 낱장의 시트(S2)를 향해 가하는 파지 압력을 제어한다. 압력 제어부(553)는 도 10 내지 도 18의 1차 성형 및 2차 성형의 공정에서 낱장의 시트(S2)가 함몰부(531)로 견인 및 낱장의 시트(S2)의 임계 연신율을 초과하지 않도록 제 3다이 플레이트(539)와 파지부(551) 사이의 파지 압력을 비례 제어한다. 여기서, 압력 제어부(553)는 본 발명의 일 실시 예로서, 도 19에 도시된 바와 같이 펀치부(511)와 함몰부(531)의 상대 거리에 따라 반비례 제어한다. 상세하게 1차 성형 시 다이유닛(530)과 파지유닛(550) 사이의 낱장의 시트(S1)에는 파지 압력(t1)이 작용되고, 펀치부(511)의 일부 영역이 함몰부(531)와 맞물릴 때 다이유닛(530)과 파지유닛(550) 사이의 낱장의 시트(S)에는 파지 압력(t1) 보다 상대적으로 작은 파지 압력(t2)이 작용된다. 그리고, 2차 성형에서는 파지 압력(t2) 보다 상대적으로 작은 파지 압력(t3)이 작용된다.
그러나, 압력 제어부(553)는 본 발명의 일 실시 예와 달리 반비례 제어 이외에도 파지 압력을 실시간 제어할 수 있는 비례 제어로 파지 압력을 제어할 수 있다. 압력 제어부(553)는 본 발명의 일 실시 예로서 공기의 압력을 이용하는 로드(553a)와 실린더(553b)로 구성되어 있으나, 이에 한정되지 않고 전기식 액추에이터와 같은 공지된 다양한 방식으로 설계 변경될 수 있다.
탄성유닛(570)은 펀치유닛(510)및 파지부(551), 그리고 다이유닛(530) 사이를 상호 연결한다. 탄성유닛(570)은 탄성로드(571)와 탄성부재(573)를 포함한다. 탄성유닛(570)은 도 17 및 도 18의 2차 성형 후 다이유닛(530)이 도 10의 위치로 이동되도록 다이유닛(530)과 파지유닛(550) 사이에 탄성력을 제공한다.
범퍼유닛(590)은 다이유닛(530)의 함몰부(531)에 배치된다. 범퍼유닛(590)은 펀치유닛(510)의 펀치부(511)와 다이유닛(530)이 맞물릴 때 충격에 의해 낱장의 시트(S2)가 손상되는 것을 방지한다. 범퍼유닛(590)은 결합 및 분리 가능하게 다이유닛(530)에 배치되어, 2차 전지 파우치(Po)의 복수 회 성형 시 마모 등의 손상 발생할 때 교체할 수 있다. 즉, 범퍼유닛(590)이 함몰부(531)에 배치되어 펀치부(511)와 함몰부(531)의 복수 회 맞물릴 때 펀치부(511)와 함몰부(531)의 적어도 어느 하나의 파손을 방지할 수 있다.
도 20은 도 3에 도시된 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템 중 제 1이송 장치의 사시도, 도 21은 도 3에 도시된 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템 중 트림장치의 사시도, 도 22는 도 3에 도시된 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템 중 제 2이송 장치의 사시도, 그리고 도 23은 도 3에 도시된 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템 중 언로딩 장치의 사시도이다.
도 20 내지 도 23에 도시된 바와 같이, 제 1이송 장치(600)는 커팅장치(300)와 2차 전지 파우치 성형 장치(500) 사이에 배치된다. 제 1이송 장치(600)는 커팅장치(300)에 의해 커팅된 낱장의 시트(S2)를 2차 전지 파우치 성형 장치(500)로 이송한다. 제 1이송 장치(600)는 제 1이송유닛(610) 및 제 1로딩유닛(630)을 포함한다.
제 1이송유닛(610)은 커팅장치(300)에 의해 커팅된 낱장의 시트(S2)를 지지하는 제 1이송부(611) 및 제 1이송부(611)의 리니어 이동을 안내하는 제 1이송 레일(613)을 포함한다. 제 1로딩유닛(630)은 제 1이송유닛(610)에 의해 이송된 낱장의 시트(S2)를 2차 전지 파우치 성형 장치(500)로 로딩 하는 제 1로딩부(631) 및 제 1로딩부(631)의 리니어 이동을 안내하는 제 1로딩 레일(633)을 포함한다. 여기서, 제 1이송부(611) 및 제 1로딩부(631)는 진공 흡착 방식으로 낱장의 시트(S2)를 진공 흡착하여 이송한다.
트림장치(700)는 2차 전지 파우치 성형 장치(500)에 의해 성형된 2차 전지 파우치(Po)의 이동 방향으로 2차 전지 파우치(Po)의 양측을 트림 공정한다. 즉, 트림장치(700)는 종래의 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템(1000)의 프론트 커팅장치(1600)와 같이 2차 전지 파우치(Po)를 커팅 한다. 트림장치(700)는 본 발명의 일 실시 예로서, 지지유닛(710), 트림유닛(730) 및 조절유닛(750)을 포함한다.
지지유닛(710)은 한 쌍으로 마련되어 2차 전지 파우치 성형 장치(500)에서 성형된 2차 전지 파우치(Po)의 이동 방향의 양측을 지지한다. 지지유닛(710)은 2차 전지 파우치(Po)의 양측의 하부에서 2차 전지 파우치(Po)를 지지한다.
트림유닛(730)은 한 쌍의 지지유닛(710)에 대응되어 한 쌍으로 배치된다. 트림유닛(730)은 2차 전지 파우치(Po)를 사이에 두고 한 쌍의 지지유닛(710)에 대응 배치되며 2차 전지 파우치(Po)의 양측을 트림 공정하도록 지지유닛(710)의 상부를 따라 왕복 이동된다. 트림유닛(730)은 트림몸체(731) 및 트림부(733)를 포함한다. 트림몸체(731)는 2차 전지 파우치(Po)의 이동 방향의 가로 방향으로 이동될 뿐만 아니라 상하로 이동 가능하다. 트림부(733)는 트림몸체(731)에 배치되어 2차 전지 파우치(Po)의 트림라인을 따라 왕복 이동된다. 트림부(733)는 상술한 커팅부(355)와 같이 원형의 형상을 가지고 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 형상을 가질 수 있다.
조절유닛(750)은 한 쌍의 트림유닛(730)에 연결되어 한 쌍의 트림유닛(730) 사이의 이격 거리를 선택적으로 조절한다. 상세하게 조절유닛(750)은 한 쌍의 트림몸체(731)의 폭 방향으로의 이격 거리를 조절한다. 이렇게 조절유닛(750)의 작동에 의해 한 쌍의 트림몸체(731) 사이의 이격 거리가 조절됨에 따라 트림부(733)에 의해 커팅 되는 2차 전지 파우치(Po)의 양측의 길이가 조절된다.
제 2이송 장치(800)는 2차 전지 파우치 성형 장치(500)와 트림장치(700) 사이에 배치된다. 제 2이송 장치(800)는 2차 전지 파우치 성형 장치(500)에 의해 성형된 2차 전지 파우치(Po)를 트림장치(700)로 이송한다. 제 2이송 장치(800)는 제 2이송유닛(810) 및 제 2로딩유닛(830)을 포함한다.
제 2이송유닛(810)은 2차 전지 파우치 성형 장치(500)에 의해 성형된 2차 전지 파우치(Po)를 트림장치(700)로 이송한다. 제 2이송유닛(810)은 트림장치(700)에서 트림 공정되는 2차 전지 파우치(Po)를 지지하는 제 2이송부(811) 및 제 2이송부(811)의 리니어 이동을 안내하는 제 2이송 레일(813)을 포함한다. 제 2로딩유닛(830)은 2차 전지 파우치 성형 장치(500)에 의해 성형된 2차 전지 파우치(Po)를 제 2이송유닛(810)으로 로딩 하는 제 2로딩부(831) 및 제 2로딩부(831)의 리니어 이동을 안내하는 제 2로딩 레일(833)을 포함한다. 여기서, 제 2이송부(811) 및 제 2로딩부(831)는 제 1이송부(611) 및 제 1로딩부(631)와 같이 진공 흡착 방식으로 2차 전지 파우치(Po)를 진공 흡착하여 이송한다.
마지막으로 언로딩 장치(900)는 트림장치(700)에서 트림 공정이 완료된 2차 전지 파우치(Po)를 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템(10)의 외부로 언로딩 한다. 언로딩 장치(900)는 본 발명의 일 실시 예로서, 트림장치(700)에서 트림 공정이 완료된 2차 전지 파우치(Po)를 이송하는 언로딩 유닛(910) 및 언로딩 유닛(910)의 이동을 안내하는 레일유닛(930)을 포함한다.
도 24는 본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템에서 성형되는 시트의 공정 상태를 나타낸 평면도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템(10)에 의해 성형된 2차 전지 파우치(Po)는 도 24에 도시된 바와 같이 수용부(R)의 모서리 영역에 균일한 연신율이 적용된다. 즉, 두루마리의 시트(S1)를 커팅장치(300)에서 낱장의 시트(S2)로 커팅한 후 2차 전지 파우치 성형 장치(500)에서 성형함에 따라 종래의 두루마리의 시트(S1)와 달리 하프 커팅영역(H)이 없으므로 컬링 현상이 발생하지 않고 하프 커팅영역(H)의 사이드 커팅 공정이 발생되지 않는다.
이에, 두루마리의 시트를 적어도 하나의 수용부가 성형되는 2차 전지 파우치의 크기에 해당되는 낱장의 시트로 커팅한 후 낱장의 2차 전지 파우치로 성형함에 따라 두루마리의 시트로 2차 전지 파우치 성형 대비 컬링 현상을 방지함과 함께 두루마리의 시트로 사용 대비 사이드 커팅장치 및 장력유지 장치 등의 구성들을 제거하여 전체적인 장비의 크기를 작고 단순화할 수 있으므로, 2차 전지 파우치 성형의 공정 효율 향상 및 시트의 소비를 최소화할 수 있다.
또한, 낱장의 시트의 양측면에 각각 공기의 블로잉 및 흡입에 의해 시트를 수용 공간의 면적에 근접하게 1차 성형하고 펀치유닛과 다이유닛을 맞물려서 2차 성형하여 2차 전지 파우치를 성형할 수 있으므로, 2차 전지 파우치 성형 시 깊이를 늘려 성형을 하여도 파우치의 두께를 최대한 보존할 수 있으며 테이퍼를 수직에 가깝게 적용시켜 성형 후 공정에서의 불량의 요지를 최소화할 수 있다.
더불어, 낱장의 시트의 1차 성형 및 2차 성형의 공정 시 낱장의 시트를 파지하는 다이유닛과 파지유닛의 사이의 파지 압력을 비례 제어하여 낱장의 시트의 임계 연신율을 초과하지 않고 수용 공간이 성형된 2차 전지 파우치를 성형할 수 있으므로, 전극 조립체를 수용하는 수용 공간의 깊이가 증가하고 코너 영역의 주름 발생 및 크랙을 억제하여 2차 전지 파우치 성형 불량의 요지를 최소화할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징들이 변경되지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 2차 전지 파우치 낱장성형 시스템
100: 시트 공급 장치 130: 릴 샤프트유닛
150: 가이드 롤러유닛 170: 클러치유닛
300: 커팅장치 310: 피딩유닛
330: 클램프유닛 350: 커팅유닛
500: 2차 전지 파우치 성형 장치 510: 펀치유닛
511: 펀치부 513: 공기 공급부
530: 다이유닛 531: 함몰부
533: 공기 흡입부 550: 파지유닛
551: 파지부 553: 압력 제어부
600: 제 1이송 장치 700: 트림장치
710: 지지유닛 730: 트림유닛
750: 조절유닛 800: 제 2이송 장치
900: 언로딩 장치

Claims (19)

  1. 2차 전지 파우치로 성형되는 두루마리의 시트가 장착되며, 두루마리의 상기 시트를 공급하는 시트 공급 장치와;
    상기 시트 공급 장치로부터 공급되는 상기 시트에 전극 조립체가 수용되는 적어도 하나의 수용부를 형성하는 2차 전지 파우치 성형 장치와;
    상기 시트 공급 장치와 상기 2차 전지 파우치 성형 장치 사이에 배치되며, 상기 시트 공급 장치로부터 공급되는 두루마리의 상기 시트를 낱장의 상기 시트로 커팅하여 상기 2차 전지 파우치 성형 장치로 공급하는 커팅장치와;
    상기 2차 전지 파우치 성형 장치에 의해 성형된 상기 2차 전지 파우치의 이동 방향으로 상기 2차 전지 파우치의 양측을 트림 공정하는 트림장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 커팅장치는 상기 시트 공급 장치에 장착된 두루마리의 상기 시트를 상기 2차 전지 파우치 성형 장치에서 적어도 하나의 상기 수용부가 성형되는 크기를 갖는 낱장의 상기 시트로 커팅 하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 커팅장치는,
    상기 시트 공급 장치로부터 상기 커팅장치를 통과한 두루마리의 상기 시트의 자유단을 파지하여, 두루마리의 상기 시트를 두루마리의 상기 시트의 공급 방향으로 견인하는 피딩(feeding)유닛과;
    상기 피딩유닛에 대향 배치되어, 낱장의 상기 시트로 커팅 되는 두루마리의 상기 시트의 커팅라인 후방에서 두루마리의 시트를 클램핑 하는 클램프(clamp)유닛과;
    상기 피딩유닛과 상기 클램프유닛 사이에 배치되어, 상기 커팅라인을 따라 두루마리의 상기 시트를 낱장의 상기 시트로 커팅 하는 커팅유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    낱장의 상기 시트의 길이는 상기 피딩유닛과 상기 클램프유닛 사이의 거리 변경에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 시트 공급 장치는,
    두루마리의 상기 시트가 회전 가능하도록 지지하는 릴(reel) 샤프트유닛과;
    상기 커팅장치와 상기 릴 샤프트 사이에 배치되며, 상기 커팅장치로 공급되는 두루마리의 상기 시트의 교호적인 이동을 가이드 하는 복수 개의 가이드 롤러유닛과;
    상기 릴 샤프트와 연결되어 복수 개의 상기 가이드 롤러유닛에 의해 상기 커팅장치로 가이드 되는 두루마리의 상기 시트의 장력을 조절하는 클러치유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 트림장치는,
    상기 2차 전지 파우치 성형 장치에서 성형된 상기 2차 전지 파우치의 양측에 배치되어, 상기 2차 전지 파우치의 양측을 지지하는 한 쌍의 지지유닛과;
    상기 2차 전지 파우치를 사이에 두고 한 쌍의 상기 지지유닛에 대응 배치되며, 상기 지지유닛의 상부를 따라 왕복 이동되어 상기 2차 전지 파우치의 양측을 트림 공정하는 한 쌍의 트림유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 트림장치는,
    한 쌍의 상기 트림유닛에 연결되어, 한 쌍의 상기 트림유닛 사이의 이격 거리를 선택적으로 조절하는 조절유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템은,
    상기 커팅장치와 상기 2차 전지 파우치 성형 장치 사이에 배치되며, 상기 커팅장치에 의해 커팅된 낱장의 상기 시트를 상기 2차 전지 파우치 성형 장치로 이송하는 제 1이송 장치와;
    상기 2차 전지 파우치 성형 장치와 상기 트림장치 사이에 배치되며, 상기 2차 전지 파우치 성형 장치에서 성형된 상기 2차 전지 파우치를 상기 트림장치로 이송하는 제 2이송 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1이송 장치와 상기 제 2이송 장치는 각각 낱장의 상기 시트와 상기 2차 전지 파우치를 진공 흡착하여 이송하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템은,
    상기 트림장치에서 트림 공정이 완료된 상기 2차 전지 파우치를 상기 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템의 외부로 언로딩 하는 언로딩 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템.
  12. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 2차 전지 파우치 성형 장치는,
    상기 수용부의 성형 시 낱장의 상기 시트에 공기를 블로잉 하는 펀치유닛과;
    낱장의 상기 시트를 사이에 두고 상기 펀치유닛에 대향 배치되어, 상기 수용부의 성형 시 공기를 흡입하는 다이유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 2차 전지 파우치 성형 장치는,
    상기 펀치유닛과 상기 다이유닛이 각각 공기를 블로잉 및 흡입하여 낱장의 상기 시트를 1차 성형한 후, 상기 펀치유닛과 상기 다이유닛이 맞물려서 상기 2차 전지 파우치로 2차 성형하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 2차 전지 파우치 성형 장치는,
    상기 펀치유닛과 상기 다이유닛이 상호 맞물릴 때, 낱장의 상기 시트를 사이에 두고 상기 다이유닛과 면 접촉되어 낱장의 상기 시트에 제공되는 파지 압력을 선택적으로 조절하는 파지유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 파지유닛은,
    낱장의 상기 시트를 사이에 두고 상기 다이유닛의 판면과 면 접촉되어, 낱장의 상기 시트가 상기 2차 전지 파우치로 성형될 때 상기 시트를 파지하는 파지부와;
    상기 파지부에 연결되어 낱장의 상기 시트가 상기 1차 성형으로부터 상기 2차 성형으로 성형될 때, 상기 다이유닛과 상기 파지부 사이에서 파지되는 낱장의 상기 시트의 파지 압력을 선택적으로 제어하는 압력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 압력 제어부는 낱장의 상기 시트가 상기 1차 성형으로부터 상기 2차 성형에 의해 상기 2차 전지 파우치로 성형될 때, 상기 파지 압력을 비례 제어하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 압력 제어부는 낱장의 상기 시트의 상기 1차 성형 시 상기 파지 압력이 상기 2차 성형 시 상기 파지 압력 보다 상대적으로 높은 압력을 갖도록 비례 제어하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 1차 성형은 각각 상기 펀치유닛 및 상기 다이유닛에 의한 공기의 블로잉 및 흡입에 의해 낱장의 상기 시트를 아크 형상으로 성형하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 2차 전지 파우치 성형 장치에 의해 성형된 상기 2차 전지 파우치에 대한 상기 1차 성형 비율은 80% 이상인 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 낱장 성형 시스템.
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