KR102309535B1 - 이차전지용 포밍장치 및 포밍방법 - Google Patents

이차전지용 포밍장치 및 포밍방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이차전지용 포밍장치에 관한 것으로서, 파우치 필름의 하부에 구비되고, 상면에 포밍홈을 구비한 하부 프레스; 상기 파우치 필름의 상면을 향해 공기를 분사하여 상기 파우치 필름의 일부를 상기 포밍홈의 내면에 밀착되도록 인장시켜서 전극조립체 수용부를 1차 포밍하는 공기분사부; 및 상기 파우치 필름의 상부에 구비되고, 상기 포밍홈에 삽입되면서 상기 포밍홈의 내면에 밀착된 상기 파우치 필름의 일부를 가압하여 전극조립체 수용부를 2차 포밍하는 포밍부를 구비한 상부 프레스를 포함한다.

Description

이차전지용 포밍장치 및 포밍방법{FORMING APPARATUS AND METHOD FOR SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차전지용 포밍장치 및 포밍방법에 관한 것으로서, 특히 파우치 포밍시 크랙이 발생하는 것을 방지한 이차전지용 포밍장치 및 포밍방법에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 휴대폰, PDA, 노트북 컴퓨터 등의 소형 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
이러한 이차전지는 전극조립체와, 상기 전극조립체에 결합하는 전극리드, 및 상기 전극리드의 선단이 외부로 인출된 상태로 상기 전극조립체를 수용하는 파우치를 포함하며, 상기 전극조립체는 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층된 구조를 가진다.
한편, 상기 파우치는 싱글컵 타입의 파우치로 형성되는 것으로, 상부 파우치 필름과 하부 파우치 필름으로 구성되고, 상기 하부 파우치 필름에는 전극조립체를 수용하기 위한 요홈이 형성되어 있다.
여기서 상기 하부 파우치 필름은 포밍(forming) 공정을 통해 상기 전극조립체의 형상에 대응되는 요홈을 형성되며, 이때 포밍장치가 사용된다.
상기 포밍장치는 파우치 필름 하면과 상면에 각각 구비되고 상호 압착되면서 상기 파우치 필름에 요홈을 포밍하는 다이(die)와 펀치(punch)를 포함한다.
그러나 상기한 포밍장치는 포밍시 상기 파우치 필름이 절곡되는 부위(전극조립체 형상의 요홈의 바닥면과 내주면이 연결되는 부위와, 요홈의 내주면과 외주면이 연결되는 부위)가 크게 연신되면서 크랙이 발생하는 문제점이 있었다.
국내 공개특허번호 제10-2014-0131714호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 파우치 필름의 포밍시 상기 파우치 필름의 절곡 부위가 집중적으로 연신되는 것을 방지할 수 있고, 그 결과 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있는 이차전지용 포밍장치 및 포밍방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지용 포밍장치는 파우치 필름의 하부에 구비되고, 상면에 포밍홈을 구비한 하부 프레스; 상기 파우치 필름의 상면을 향해 공기를 분사하여 상기 파우치 필름의 일부를 상기 포밍홈의 내면에 밀착되도록 인장시켜서 전극조립체 수용부를 1차 포밍하는 공기분사부; 및 상기 파우치 필름의 상부에 구비되고, 상기 포밍홈에 삽입되면서 상기 포밍홈의 내면에 밀착된 상기 파우치 필름의 일부를 가압하여 전극조립체 수용부를 2차 포밍하는 포밍부를 구비한 상부 프레스를 포함할 수 있다.
상기 상부 프레스의 포밍부가 상기 하부 프레스의 포밍홈에 삽입될 시 상기 포밍부와 상기 포밍홈에 포밍된 전극조립체 수용부 사이의 공기를 흡입하여 제거하는 공기 흡입부를 더 포함할 수 있다.
상기 공기분사부는, 상기 공기를 발생시키는 공기발생부재와, 상기 상부 프레스의 상면에서 하면까지 관통하여 상기 공기발생부재로부터 공급되는 공기를 상기 파우치 필름의 상면을 향해 분사하는 분사노즐을 포함할 수 있다.
상기 분사노즐은 적어도 2개 이상 구비되면서 상기 파우치 필름의 상면을 향해 적어도 2개이상의 공기를 분사할 수 있다.
상기 공기분사부는 상기 파우치 필름의 상면에 순간적으로 공기를 분사하여 상기 파우치 필름의 일부를 상기 포밍홈의 내면에 밀착되도록 인장시킬 수 있다.
상기 상부 프레스의 포밍부가 상기 하부 프레스의 포밍홈에 삽입될 시 상기 포밍부와 상기 포밍홈 사이의 공기를 흡입하여 제거하는 공기 흡입부를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지용 포밍장치의 포밍방법은 (a) 하부 프레스와 상부 프레스 사이에 파우치 필름(P)을 배치하는 단계; (b) 상기 파우치 필름의 상면을 향해 공기를 분사하여 상기 파우치 필름의 일부를 상기 하부 프레스의 포밍홈 내면에 밀착되도록 인장시켜서 전극조립체 수용부를 1차 포밍하는 단계; (c) 상기 상부 프레스의 포밍부를 상기 포밍홈에 삽입하여 상기 파우치 필름의 일부를 가압력으로 전극조립체 수용부를 2차 포밍하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (c) 단계는 상기 상부 프레스의 포밍부가 상기 하부 프레스의 포밍홈에 삽입될 시 상기 포밍부와 상기 포밍홈에 포밍된 전극조립체 수용부 사이의 공기를 공기 흡입부로 흡입하여 제거하는 공정을 더 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계는 공기분사부를 통해 상기 파우치 필름의 상면을 향해 공기를 분사하여 상기 파우치 필름의 일부를 포밍홈 내면에 밀착되도록 균일하게 인장시킬 수 있다.
상기 공기분사부는 상기 공기를 발생시키는 공기발생부재와, 상기 상부 프레스의 상면에서 하면까지 관통하여 상기 공기발생부재로부터 공급되는 공기를 상기 파우치 필름의 상면에 분사하는 분사노즐을 포함할 수 있다.
상기 (c) 단계는 상기 상부 프레스의 포밍부가 상기 하부 프레스의 포밍홈에 삽입될 시 상기 포밍부와 상기 포밍홈 사이의 공기를 공기 흡입부로 흡입하여 제거하는 공정을 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 실시예를 통해 본 발명은 하기와 같은 효과를 가진다.
첫째: 본 발명의 포밍장치는 파우치 필름을 공압으로 1차 포밍하는 공기 분사부와, 1차 포밍된 파우치 필름을 압착력으로 2차 포밍하는 하부 및 상부 프레스를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 파우치 필름의 포밍 부위 전체를 균일하게 연신시킬 수 있으며, 이에 따라 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
둘째: 본 발명의 포밍장치에서 공기 분사부는 공기발생부재와, 2개 이상의 분사노즐을 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 파우치 필름의 포밍부위 전체를 보다 균일하게 연신시킬 수 있고, 그 결과 크랙 발생을 현저히 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 포밍장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 포밍방법을 나타낸 순서도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 포밍방법을 도시한 도면으로, 도 3은 1차 포밍단계를 도시한 도면이고, 도 4는 2차 포밍단계를 도시한 도면임.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 포밍장치는 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 공압과 가압력을 통해 파우치 필름을 포밍하여 전극조립체 수용부가 형성된 파우치를 제조하기 위한 것으로, 하부 프레스(110), 공기 분사부(120) 및 상부 프레스(130)를 포함한다.
상기 하부 프레스(110)는 파우치 필름(10)의 하부에 구비하고, 상면에 전극조립체 수용부 형태를 가진 포밍홈(111)을 구비한다.
상기 공기 분사부(120)는 상기 포밍홈(111)에 위치한 상기 파우치 필름(10)의 상면을 향해 공기를 분사하여 상기 파우치 필름(10)의 일부를 상기 포밍홈(111)의 내면에 밀착되도록 연신시키고, 이에 따라 상기 파우치 필름(10)에 전극조립체 수용부(11)를 1차 포밍한다.
보다 상세히 설명하면, 상기 공기 분사부(120)는 도1에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 파우치 필름(10)의 상면을 향해 공기를 분사하면, 공기의 압력에 의해 상기 포밍홈(111)에 위치한 상기 파우치 필름(10) 전체가 하부방향으로 균일하게 연신되면서 상기 포밍홈(111)의 내면에 밀착되며, 특히, 상기 파우치 필름(10)은 상기 포밍홈(111)에 형성된 국부영역(바닥면과 내벽면이 연결되는 모서리 및 꼭짓점 부위 또는 내벽면과 외측면이 연결되는 모서리 부위)까지 균일하게 연신되면서 전극조립체 수용부(11)를 형성하며, 이에 따라 상기 파우치 필름(10)을 안정적으로 연신시켜서 포밍할 수 있고, 크랙의 발생을 방지할 수 있다.
상기 상부 프레스(130)는 상기 파우치 필름(10)의 상부에 구비되고, 상기 하부 프레스(110)의 포밍홈(111)에 삽입되면서 상기 포밍홈(111)에 1차 포밍된 전극조립체 수용부(11)를 2차 포밍하는 포밍부(131)를 구비한다.
보다 상세히 설명하면, 상기 상부 프레스(130)는 도 4에 도시되어 있는 것과 같이, 하부 프레스(110)가 상승하면, 상기 포밍부(131)와 상기 포밍홈(111)이 결합되면서 상기 포밍홈(111)에 밀착된 상기 파우치 필름(10)에 전극조립체 수용부(11)를 압착하여 2차 포밍하며, 이때 상기 포밍부(131)와 상기 포밍홈(111)은 상기 공기 분사부(120)에 의해 1차 포밍된 전극조립체 수용부(11)를 압착하기 때문에 전극조립체 수용부(11)의 국부 영역(도 4에 표시된 A 및 B 영역)에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 공기 분사부(120)는 공기를 발생시키는 공기발생부재(121)와, 상기 상부 프레스(130)의 상면에서 하면까지 관통하여 상기 공기발생부재(121)로부터 공급되는 공기를 상기 파우치 필름(10)의 상면을 향해 분사하는 분사노즐(122)을 포함할 수 있다.
즉, 상기 공기 분사부(120)는 공기발생부재(121)로부터 공급되는 공기를 상기 상부 프레스(130)를 관통하는 분사노즐(122)을 통해 상기 파우치 필름(10)의 상면에 분사할 수 있으며, 이에 따라 상기 파우치 필름(10)을 향해 보다 효과적으로 공기를 분사할 수 있고, 그 결과 상기 파우치 필름(10)을 효과적으로 연신시킬 수 있다.
특히 상기 분사노즐(122)은 적어도 2개 이상 구비되고, 바람직하게는 3개가 구비된다. 여기서 3개의 분사노즐(122)은 상부 프레스(130)의 상면에서 하면으로 각각 관통되게 형성되거나 또는 하나의 관에서 3개의 관으로 분리되게 형성될 수 있다.
이와 같이 3개의 분사노즐(122)은 상기 파우치 필름(10)의 상면 중앙과 양쪽 단부를 향해 공기를 분사할 수 있고, 이에 따라 파우치 필름(10) 전체를 보다 균일하게 연신시켜서 상기 포밍홈(111)에 밀착시킬 수 있다.
한편, 상기 공기 분사부(120)는 상기 파우치 필름(10)의 상면을 향해 순간적으로 강한 공기를 분사하여 상기 파우치 필름(10)을 연신시킬 수 있으며, 이에 따라 파우치 필름(10)을 보다 신속하게 연신시킬 수 있고, 포밍 시간을 크게 단축할 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 포밍장치는 공기 분사부(120)를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 파우치 필름(10)을 보다 안정적으로 연신시켜서 전극조립체 수용부(11)를 포밍할 수 있고, 특히 포밍된 전극조립체 수용부(11)의 국부 영역(도 4에 표시된 A 및 B 영역)에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 그 결과 상품성을 높일 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지용 포밍장치는 공기 흡입부(140)를 더 포함하며, 상기 공기 흡입부(140)는 상기 상부 프레스(130)의 포밍부(131)와 상기 하부 프레스(110)의 포밍홈(111)이 압착될 시 상기 포밍부(131)와 상기 포밍홈(111) 사이의 공기를 신속하게 흡입하여 제거하며, 이에 따라 상기 포밍부(131)와 상기 포밍홈(111) 사이에 형성되는 공기층에 의해 상기 포밍부(131)와 상기 포밍홈(111)이 압착되지 못하는 문제점을 해결할 수 있고, 특히 파우치 필름(10)을 효과적으로 2차 포밍하여 전극조립체 수용부(11)를 형성할 수 있다.
이하, 이와 같은 구성을 가진 본 발명의 일실시예에 따른 포밍장치의 포밍방법을 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 포밍방법은 도 2에 도시되어 있는 것과 같이, (a) 하부 프레스(110)와 상부 프레스(130) 사이에 파우치 필름(10)을 배치하는 단계, (b) 상기 파우치 필름(10)의 상면을 향해 공기를 분사하고 상기 파우치 필름(10)의 일부를 상기 하부 프레스(110)의 포밍홈(111) 내면에 밀착되도록 연신시켜서 전극조립체 수용부(11)를 1차 포밍하는 단계, 및 (c) 상기 상부 프레스(130)의 포밍부(131)과 상기 포밍홈(111)을 결합시켜서 1차 포밍된 상기 파우치 필름(10)의 전극조립체 수용부(11)를 2차 포밍하는 단계를 포함한다.
상기 (a) 파우치 필름 배치단계는 도 1을 참조하면, 상하방향으로 대응되게 구비된 하부 프레스(110)와 상부 프레스(130) 사이에 파우치 필름(10)을 배치한다.
이때, 상기 하부 프레스(110)는 상기 파우치 필름(10)의 저면에 밀착되도록 배치될 수 있고, 상기 상부 프레스(130)는 상기 파우치 필름(10)의 상면으로부터 소정 간격 이격되게 배치될 수 있다.
여기서 상기 소정 간격은 3~10cm 일 수 있으며, 바람직하게는 4cm일 수 있다. 즉, 상기 상부 프레스(130)는 상기 파우치 필름(10)으로부터 3~10cm 이격될 경우 상부 프레스(130)의 하부를 통해 상기 파우치 필름(10)에 분사되는 공기의 집중 분사과 과도하게 확산을 방지할 수 있고, 그에 따라 파우치 필름(10)을 보다 안정적으로 연신시킬 수 있다.
상기 (b) 1차 포밍단계는 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 공기 분사부(120)를 통해 상기 하부 프레스(110)의 포밍홈(111)에 위치한 파우치 필름(10)의 상면을 향해 강한 공기를 순간적으로 분사한다. 그러면 공기 압력에 의해 포밍홈(111)의 위치한 파우치 필름(10) 전체가 하부방향으로 균일하게 연신되면서 포밍홈(111)의 내주면에 밀착되며, 이에 따라 파우치 필름(10)에 전극조립체 수용부(11)가 1차 포밍된다.
상기 (c) 2차 포밍단계는 도 4에 도시되어 있는 것과 같이, 하부 프레스(110)와 상기 상부 프레스(130)를 대응하는 방향으로 이동시키면, 상기 하부 프레스(110)의 포밍홈(111)에 상부 프레스(130)의 포밍부(131)가 삽입되면서 상기 포밍홈(111)에 1차 포밍된 전극조립체 수용부(11)을 압착하여 2차 포밍한다.
이때, (c) 2차 포밍단계는 상기 상부 프레스(130)의 포밍부(131)와 상기 하부 프레스(110)의 포밍홈(111)에 삽입될 시 상기 포밍부(131)와 상기 포밍홈(111) 사이의 공기를 공기 흡입부(140)로 흡입하여 제거하는 공정을 더 포함할 수 있다.
즉, 공기 흡입부(140)는 상기 하부 프레스(110)의 포밍홈(111)과 상부 프레스(130)의 포밍부(131) 사이의 공기를 신속하게 흡입하여 제거하며, 이에 따라 상기 포밍홈(111)과 상기 포밍부(131)를 완전히 밀착되게 압착시킬 수 있고, 그 결과 파우치 필름(10)에 전극조립체 수용부(11)를 안정적으로 2차 포밍할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 가능하다.
110: 하부 프레스
111: 포밍홈
120: 공기 분사부
130: 상부 프레스
131: 포밍부

Claims (9)

  1. 파우치 필름의 하부에 구비되고, 상면에 포밍홈을 구비한 하부 프레스;
    상기 파우치 필름의 상면을 향해 공기를 분사하여 상기 파우치 필름의 일부를 상기 포밍홈의 내면에 밀착되도록 인장시켜서 전극조립체 수용부를 1차 포밍하는 공기분사부; 및
    상기 파우치 필름의 상부에 구비되고, 상기 포밍홈에 삽입되면서 상기 포밍홈의 내면에 밀착된 상기 파우치 필름의 일부를 가압하여 전극조립체 수용부를 2차 포밍하는 포밍부를 구비한 상부 프레스를 포함하고,
    상기 상부 프레스의 포밍부가 상기 하부 프레스의 포밍홈에 삽입될 시 상기 포밍부와 상기 포밍홈에 포밍된 전극조립체 수용부 사이의 공기를 흡입하여 제거하는 공기 흡입부를 더 포함하는 이차전지용 포밍장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기분사부는, 공기를 발생시키는 공기발생부재와, 상기 상부 프레스의 상면에서 하면까지 관통하여 상기 공기발생부재로부터 공급되는 공기를 상기 파우치 필름의 상면을 향해 분사하는 분사노즐을 포함하는 이차전지용 포밍장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 분사노즐은 적어도 2개 이상 구비되면서 상기 파우치 필름의 상면을 향해 적어도 2개이상의 공기를 분사하는 이차전지용 포밍장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 공기분사부는 상기 파우치 필름의 상면에 순간적으로 공기를 분사하여 상기 파우치 필름의 일부를 상기 포밍홈의 내면에 밀착되도록 인장시키는 이차전지용 포밍장치.
  5. 삭제
  6. (a) 하부 프레스와 상부 프레스 사이에 파우치 필름(P)을 배치하는 단계;
    (b) 상기 파우치 필름의 상면을 향해 공기를 분사하여 상기 파우치 필름의 일부를 상기 하부 프레스의 포밍홈 내면에 밀착되도록 인장시켜서 전극조립체 수용부를 1차 포밍하는 단계; 및
    (c) 상기 상부 프레스의 포밍부를 상기 포밍홈에 삽입하여 상기 파우치 필름의 일부를 가압력으로 전극조립체 수용부를 2차 포밍하는 단계를 포함하고,
    상기 (c) 단계는 상기 상부 프레스의 포밍부가 상기 하부 프레스의 포밍홈에 삽입될 시 상기 포밍부와 상기 포밍홈에 포밍된 전극조립체 수용부 사이의 공기를 공기 흡입부로 흡입하여 제거하는 공정을 더 포함하는 이차전지용 포밍방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 (b) 단계는 공기분사부를 통해 상기 파우치 필름의 상면을 향해 공기를 분사하여 상기 파우치 필름의 일부를 포밍홈 내면에 밀착되도록 균일하게 인장시키는 이차전지용 포밍방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 공기분사부는 상기 공기를 발생시키는 공기발생부재와, 상기 상부 프레스의 상면에서 하면까지 관통하여 상기 공기발생부재로부터 공급되는 공기를 상기 파우치 필름의 상면에 분사하는 분사노즐을 포함하는 이차전지용 포밍방법.
  9. 삭제
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