KR102364860B1 - 에어 블로잉 및 흡입을 하이브리드로 이용한 2차 전지 파우치 성형 장치 및 이의 성형 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극 조립체를 수용하는 압력을 이용한 2차 전지 파우치 성형 장치 및 이의 성형 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 조립체를 수용하는 수용부가 형성된 2차 전지 파우치 성형 장치는 2차 전지 파우치로 성형되는 시트를 사이에 두고 배치되며 상호 맞물리는 방향으로 수용부의 단면 형상에 대응되는 각각 펀치부와 함몰부를 갖는 펀치유닛 및 다이유닛을 포함하고, 펀치유닛과 다이유닛은 각각 시트를 사이에 두고 양측면에 대해 공기를 블로잉(blowing) 및 흡입하여 시트의 변형을 일으키고, 변형된 시트에 대하여 펀치유닛과 다이유닛이 상호 맞물려서 수용부로 성형한다.

Description

에어 블로잉 및 흡입을 하이브리드로 이용한 2차 전지 파우치 성형 장치 및 이의 성형 방법{APPARATUS FOR FORMING SECONDARY BATTERY POUCH AND METHOD FOR FORMING THEREOF}

본 발명은 2차 전지 파우치 성형 장치 및 이의 성형 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극 조립체를 수용하는 수용 공간을 형성하는데 있어서, 에어 블로잉 및 흡입을 하이브리드로 이용한 2차 전지 파우치 성형 장치 및 이의 성형 방법에 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 있을 뿐만 아니라, 환경적인 측면에서 점진적으로 증가세를 보이고 있는 전기 자동차를 구동하기 위한 에너지를 제공하기 위해 사용되고 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 각형 대비 낮은 제조비용, 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, 상술한 파우치형 2차 전지의 파우치 성형 방법은 크게 구분하면 1개의 2차 전지를 제조하기 위해 시트에 프레스 가공의 방식으로 전극 조립체가 수용될 수 있는 수용 공간을 1개 또는 2개 형성한다. 예컨대, 2개의 수용 공간으로 형성할 때는 수용 공간에 전극 조립체를 수용한 후 2개의 수용 공간이 상호 마주 볼 수 있도록 시트를 폴딩 후 실링 하는 순서로 이루어진다. 여기서, 2차 전지 파우치의 수용 공간의 형상은 사각 단면 형상을 가져야 전극 조립체를 안정적으로 수용할 수 있다. 그리고, 시트를 펀치를 이용한 프레스 가공으로 수용 공간을 형성할 때 수용 공간의 깊이가 깊을수록 전극 조립체의 수용량이 증가하여 2차 전지의 용량을 증가할 수 있다.

그런데, 시트에 수용 공간을 성형하여 2차 전지 파우치를 성형할 때 다음과 같은 문제점을 고려해야 한다.

첫째, 공정 상의 이유로 2차 전지 파우치의 수용 공간을 이루는 측벽의 경사도를 크게 가지게 되면 후 공정 상에서 측벽의 경사도에 의한 불량의 여지가 생긴다. 예컨대, 스택형 전극 조립체가 수용되는 경우 후공정에서 적층한 각 층의 구성 중 일부 또는 전부에서 쉬프트가 발생한다.

둘째, 시트에 프레스 가공으로 수용 공간을 형성할 때 수용 공간의 깊이가 깊을수록 시트의 연신에 의해 코너 영역에 주름 및 크랙이 발생된다. 시트가 연신된 부분은 연신이 발생한 만큼 두께가 얇아지게 되어, 파우치가 터지거나 찢어지는 등의 파우치 파손에 의한 2차 전지의 불량을 초래할 수 있기 때문에 코너 영역에 주름 및 크랙이 발생되는 것을 방지해야 한다.

일본 공표특허공보 제2019-536223호; 비대칭 노치가 형성된 전극 리드를 포함하는 파우치형 이차전지

본 발명의 일 목적은 종래의 2차 전지 파우치의 성형 방법보다 수용 공간을 정의하는 측벽의 수직화 및 수용 공간의 깊이를 늘릴 수 있는 2차 전지 파우치 성형 장치 및 이의 성형 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 2차 전지 파우치의 수용 공간을 정의함에 있어서, 측벽의 수직화 및 수용 공간의 깊이를 늘리면서도 파우치 형성에 소요되는 제조 시간을 단축할 수 있는 2차 전지 파우치 성형 장치 및 이의 성형 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상술한 목적을 달성하면서도 기계적 구성이 단순한 2차 전지 파우치 성형 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 장치 및 이의 성형 방법에 의하면,

시트의 양측면에 각각 에어의 블로잉 및 흡입을 하이브리드로 적용하면서 펀치하여 수용 공간을 형성함으로써, 2차 전지 파우치에 제공되는 수용 공간의 깊이를 늘려 성형을 하여도 성형에 의한 취약 부위의 두께를 최대한 보존할 수 있다.

또한, 2차 전지 파우치의 수용 공간을 정의하는 측벽을 수직에 가깝게 형성할 수 있음에 따라, 후 공정에서 발생 가능한 불량을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 커팅(Cutting)되어 제공된 낱장의 시트에 파우치를 형성함에 따라, 파우치의 수용 공간의 깊이를 극대화함에도 불구하고 성형에 의한 취약 부위의 두께를 최대한 보존할 수 있다. 또한, 시트에 파우치를 형성하는 공정 시 시트를 파지하는 다이유닛과 파지유닛의 사이의 파지 압력을 비례 제어하여 시트의 임계 연신율을 초과하지 않고 수용 공간의 깊이를 증가시킬 수 있고, 취약 영역에 발생될 수 있는 주름 및 크랙을 억제하여 2차 전지 파우치 성형 불량을 줄일 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 펀치유닛, 다이유닛 및 파지유닛의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 Ⅲ-Ⅲ 선의 제1 작동 상태의 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 Ⅲ-Ⅲ 선의 제2 작동 상태의 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 A 영역의 확대 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 B 영역의 확대 단면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 C 영역의 확대 단면도이다.
도 8은 도 2에 도시된 Ⅲ-Ⅲ 선의 제3 작동 상태의 단면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 D 영역의 확대 단면도이다.
도 10은 도 2에 도시된 Ⅲ-Ⅲ 선의 제4 작동 상태의 단면도이다.
도 11은 도 10에 도시된 E 영역의 확대 단면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 F 영역의 확대 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 방법에 대한 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 방법에 따른 장치의 단계별 작동 상태를 나타내는 도면이다.
도 15의 (a)는 본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 장치의 파지유닛의 실린더 압력(P)-깊이(D) 그래프이고, (b)는 펀치부의 하강 속도(V)-깊이(D) 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제공되는 시트(S)의 일예이다.
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따라 성형되어 수용부(R)가 형성된 파우치(Po)의 일 예이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.

어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 구체적으로, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 에어 블로잉 및 흡입을 하이브리드로 이용한 2차 전지 파우치 성형 장치 및 이의 성형 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 도면을 참조하여 상세히 설명하기에 앞서, 이하에서 설명되는 본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 장치의 성형 방법을 표현하는 과정에서 에어 블로우(Air blow) 및 흡입에 의해 변화된 시트의 형상이 아크 형상의 단면 형상으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않고 시트(S)의 상부로 공급되는 에어(Air)의 블로잉(Blowing) 위치 및 시트(S)의 하부에서 흡입되는 에어의 흡입 위치에 따라 다른 형상을 가질 수 있음을 미리 밝혀둔다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 장치는 상부 및 하부에 각각 펀치유닛 및 다이유닛이 배치되어 있는 것으로 게재되어 있으나, 이에 한정되지 않고 하부에 펀치유닛이 제공되고 상부에 다이유닛이 배치되도록 설계 변경 가능하다.도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 펀치유닛, 다이유닛 및 파지유닛의 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 장치(10)는 펀치유닛(300; 도 3 내지 도 12 참조) 및 다이유닛(500)을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 장치(10)는 베이스(100), 다이 구동부(200; 도 3 내지 도 12 참조), 파지유닛(700), 탄성유닛(800) 및 범퍼유닛(900; 도 3 내지 도 5 및 도 8 내지 도 11)을 더 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 장치(10)는 펀치유닛(300)과 다이유닛(500)이 맞물릴 때 시트(S; 도 3 내지 도 12 참조)에 1개 또는 2개의 전극 조립체 수용부(R; 도 17 참조)를 형성한다. 전극 조립체 수용부(R)는 파우치(Po; 도 17 참조)의 수용 공간을 제공하는 구성이다. 본 발명의 일 실시예에서는 시트(S)에 1개의 수용부(R)를 형성하는 2차 전지 파우치 성형 장치(10)를 설명한다. 그러나, 펀치유닛(300)을 2개 제공하고 이에 대응하여, 다이유닛(500)에 포밍홈(530)을 2개 형성하면 1장의 시트(S)에는 도 17을 통해 참조되는 바와 같이 2개의 수용부(R)가 형성될 수 있고, 폴딩 시 2개의 수용부가 상호 대향되어 전극 조립체(미도시)가 수용되도록 구성할 수 있다. 베이스(100)는 펀치유닛(300)과 다이유닛(500)과 파지유닛(700)을 지지하도록 마련된다. 베이스(100)에는 다이유닛(500)에 구동력을 제공하는 다이 구동부(200)가 배치될 수 있다. 실질적으로 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 장치(10)는 다이유닛(500)에 연결되는 축 형상의 다이 구동부(200)만 도시하였으나, 다이 구동부(200)는 베이스(100)에 배치되는 서보 모터 등의 구동력 제공수단(미도시)을 포함할 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 Ⅲ-Ⅲ 선의 제1 작동 상태의 단면도, 도 4는 도 2에 도시된 Ⅲ-Ⅲ 선의 제2 작동 상태의 단면도, 도 5는 도 4에 도시된 A 영역의 확대 단면도, 도 6은 도 5에 도시된 B 영역의 확대 단면도, 도 7은 도 5에 도시된 C 영역의 확대 단면도, 도 8은 도 2에 도시된 Ⅲ-Ⅲ 선의 제3 작동 상태의 단면도, 도 9는 도 8에 도시된 D 영역의 확대 단면도, 도 10은 도 2에 도시된 Ⅲ-Ⅲ 선의 제4 작동 상태의 단면도, 도 11은 도 10에 도시된 E 영역의 확대 단면도, 그리고 도 12는 도 11에 도시된 F 영역의 확대 단면도이다.

도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 방법에 대한 흐름도이다. 도 13과 함께, 도 3 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 장치(10)의 구성과 그 동작에 의한 파우치 성형 방법을 설명한다.

펀치유닛(300)은 도 3 내지 도 12의 도시를 통해 참조되는 바와 같이, 펀치부(310), 로드(341) 및 펀치 구동부(343)를 포함한다. 그리고, 일 실시 예에 의하면 펀치부(310)에는에어 공급부(330)가 제공된다.펀치부(310)는 펀치유닛(300)과 다이유닛(500)이 맞물릴 때, 후술할 다이유닛(500)의 포밍홈(530)과 맞물린다. 구체적으로 펀치부(310)는 포밍홈(530)에 삽입된다. 그리고, 펀치부(310)는 후술할 파지부(710)의 관통부(717)를 관통하여 포밍홈(530)에 삽입된다. 펀치부(310)의 단면 형상은 다각형 단면 형상을 갖는 것으로, 시트(S)에 형성하고자 하는 수용부(R)의 단면 형상에 대응되는 형상을 갖는다. 본 발명의 일 실시 예로서, 펀치부(310)는 사각 단면 형상을 갖는 수용부(R)의 형상에 대응되어 사각 단면 형상을 갖는다.

펀치부(310)는 로드(341)를 통해 펀치 구동부(343)와 연결된다. 펀치 구동부 (343)는 전동 액추에이터 제공될 수 있다. 예컨대, 펀치 구동부(343)는 하이브리드형 스테핑 모터로서, 서보 모터의 엔코더와 스테핑 모터의 빠른 응답성을 갖는 전동 액추에이터로 제공될 수 있다. 펀치 구동부(343)의 구동에 따라 로드(341)가 병진 운동되고, 로드(341)에 연결된 펀치부(310)가 병진 운동 한다. 예컨대, 펀치부(310)는 상하이동 가능하다. 펀치 구동부(343)는 제어기(미도시)에 의해 작동이 제어될 수 있다.

제어기(미도시)는 시트(S)를 본 실시 예에서 설명하는 방법에 따라 처리하여 파우치(Po)를 형성하도록 2차 전지 파우치 성형 장치(10)의 각 구성 요소들을 제어할 수 있다. 또한, 제어기(미도시)는 2차 전지 파우치 성형 장치(10)의 제어를 실행하는 마이크로프로세서(컴퓨터)로 이루어지는 프로세스 컨트롤러와, 오퍼레이터가 2차 전지 파우치 성형 장치(10)를 관리하기 위해서 커맨드 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 기판 처리 장치의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 유저 인터페이스와, 기판 처리 장치에서 실행되는 처리를 프로세스 컨트롤러의 제어로 실행하기 위한 제어 프로그램이나, 각종 데이터 및 처리 조건에 따라 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉 처리 레시피가 저장된 기억부를 구비할 수 있다. 또한, 유저 인터페이스 및 기억부는 프로세스 컨트롤러에 접속되어 있을 수 있다. 처리 레시피는 기억 부 중 기억 매체에 기억되어 있을 수 있고, 기억 매체는, 하드 디스크이어도 되고, CD-ROM, DVD 등의 가반성 디스크나, 플래시 메모리 등의 반도체 메모리 일 수도 있다.

에어 공급부(330)는 펀치부(310)를 관통하여 형성될 수 있다. 에어 공급부(330)는 시트(S)에서 수용부(R)가 형성될 상면에 에어를 공급한다. 일 실시 예에 있어서, 에어는 CDA(Clean Dry Air)로 제공될 수 있다. 그러나, 에어는 이에 한정되지 않으며 질소(N2) 가스로 제공될 수도 있다. 일 실시 예에 의하면, 에어 공급부(330)는 펀치유닛(300)과 다이유닛(500)의 맞물림에 의해 시트(S)에 수용부(R)를 형성할 때 시트(S)의 양측면 중 펀치유닛(300)과 인접한 측면에 에어를 블로잉(blowing)한다. 실질적으로 에어 공급부(330)는 시트(S)로 블로잉되는 에어의 공급로를 형성한다. 에어 공급부(330)는 에어 공급 라인(411)과 연결된다. 에어 공급 라인(411)은 에어 공급원(410)과 연결된다. 에어 공급원(410)은 공급되는 에어를 저장하고 있는 저장원일 수 있다. 에어 공급 라인(411)에는 밸브(미도시)가 제공되어 에어 공급을 제어할 수 있다. 일 예에 의하면, 에어 공급부(330)를 통해 공급되는 에어에 의해 시트(S)가 받는 압력은 0.3Mpa 내지 0.4Mpa이다.

다이유닛(500)은 포밍홈(530) 및 에어 흡입부(540)를 포함한다. 포밍홈(530)의 바닥면은 하부 플레이트(510)로 제공된다. 또한, 다이유닛(500)은 제1 다이 플레이트(550), 제2 다이 플레이트(560) 및 제3 다이 플레이트(570)를 포함한다. 포밍홈(530)은 펀치유닛(300)의 펀치부(310)와 맞물리도록 펀치부(310)의 형상에 대응되는 사각 형상의 단면으로 함몰되어 형성된다. 물론, 포밍홈(530)의 형상은 펀치부(310)의 단면 형상이 다각형 단면 형상을 가질 때 이에 대응하는 단면 형상을 가질 수 있다.

포밍홈(530)에는 에어 흡입부(540)가 형성된다. 에어 흡입부(540)는 도 5 및 도 7에서 보다 상세하게 도시된다. 도 7에서 도시된 화살표는 흡입되는 에어의 방향을 의미한다. 에어 흡입부(540)는 포밍홈(530)의 에어를 흡입하도록 마련된다. 다시 말해, 에어 흡입부(540)는 시트(S)에서 수용부(R)가 형성될 하면의 에어를 흡입한다. 에어 흡입부(540)는 실질적으로 다이유닛(500)에 인접한 측면이 포밍홈(530)으로 견인되도록 진공 흡입로를 형성한다. 본 발명의 실시 예에 의하면, 제1 다이 플레이트(550)와 제2 다이 플레이트(560)의 조합에 의해 형성되는 벽과, 소정 간격이 이격되어 제공된다. 하부 플레이트(510)의 사이에는 소정 간격의 이격이 형성되고, 이격은 에어 흡입부(540)로 기능할 수 있다. 제1 다이 플레이트(550)와 제2 다이 플레이트(560)의 조합에 의해 형성되는 벽과, 소정 간격이 이격에 의해 에어 흡입부(540)를 형성하면, 시트(S)의 모서리 부분을 효과적으로 흡입할 수 있을 뿐만 아니라, 장치의 구성이 간소해질 수 있다.

하부 플레이트(510)의 저부는 범퍼유닛(930)에 의해 지지된다. 일 실시 예에 의하면, 범퍼유닛(930)은 다이유닛(500)의 제1 다이 플레이트(550)의 상면에 지지될 수 있다. 범퍼유닛(930)은 탄성로드(931)와 탄성부재(935)로 구성될 수 있다. 일 예에 의하면, 탄성부재(935)는 스프링으로 제공될 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 탄성부재(935)는 제1 다이 플레이트(550)에 지지될 수 있다. 보다 효과적인 예에 있어서, 탄성부재(935)는 제1 다이 플레이트(550)의 상면에서 적층되고 제1 다이 플레이트(550)를 보호하는 보호 플레이트(910)에 지지될 수 있다. 탄성부재(935)가 보호 플레이트(910)에 지지되는 경우, 제1 다이 플레이트(550)가 탄성부재(935)에 의해 발생하는 미세한 압력에 의해 발생하는 마찰등으로부터 연마면이 보호될 수 있다. 범퍼유닛(930)은 펀치부(310)를 통해 전달되는 강한 충격으로부터 하부 플레이트(510)를 보호할 수 있다. 즉, 범퍼유닛(930)은 펀치부(310)와 포밍홈(530)의 복수 회 맞물릴 때 펀치부(310)와 포밍홈(530)의 적어도 어느 하나의 파손을 방지할 수 있다. 더불어서, 범퍼유닛(930)은 펀치유닛(300)의 펀치부(310)와 다이유닛(500)이 맞물릴 때 충격에 의해 시트(S)가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 범퍼유닛(930)은 결합 및 분리 가능하게 다이유닛(500)에 배치되어, 2차 전지의 파우치를 복수 회 성형함에 따라, 범퍼유닛(930)을 이루는 구성이 마모되는 등의 손상 발생할 때 교체할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 다이유닛(500)의 제1 다이 플레이트(550), 제2 다이 플레이트(560) 및 제3 다이 플레이트(570)는 다이유닛(500)이 포밍홈(530)을 형성하도록 상호 결합된다. 제3 다이 플레이트(570)는 제2 다이 플레이트(560)의 상층에 적층된다. 제3 다이 플레이트(570)와 제2 다이 플레이트(560)는 관통홀이 서로 연통되도록 적층된다. 제3 다이 플레이트(570)와 제2 다이 플레이트(560)의 관통홀이 서로 연통되어 포밍홈(530)의 측벽을 이룰 수 있다. 제3 다이 플레이트(570)는 포밍홈(530)을 형성하고 시트(S)를 사이에 두고 파지유닛(700)과 선택적으로 면 접촉된다. 제3 다이 플레이트(570)는 시트(S)를 2차 전지 파우치(Po)로 성형할 때 파지유닛(700)과 면 접촉하여 시트(S)를 파지하는 역할을 수행한다.

포밍홈(530)의 저면을 구성하는 하부 플레이트(510)의 하부에는, 진공 흡입력을 제공하기 위한 진공 라인(421)이 제공되는 공간이 제공된다. 진공 라인(421)은 진공 펌프(420)와 연결된다. 제3 다이 플레이트(570)와 제2 다이 플레이트(560)의 관통홀의 내벽과 하부 플레이트(510)간의 이격을 통해 형성된 에어 흡입부(540)를 통과하여 빠져나가는 에어는 진공 라인(421)을 통해 배출된다.

제1 다이 플레이트(550)는 제2 다이 플레이트(560)의 하부에 적층된다. 제1 다이 플레이트(550)는 제2 다이 플레이트(560)를 지지한다. 그리고 제1 다이 플레이트(550)는 다이유닛(500)에 구동력을 제공하는 다이 구동부(200)와 연결된다. 다이 구동부(200)의 동작에 의한 다이유닛(500)의 승하강 구동에 의해 제3 다이 플레이트(570)가 파지유닛(700)과 면 접촉하여 시트(S)를 파지한다.

여기서, 다이유닛(500)은 본 발명의 일 실시 예로서, 제1 다이 플레이트(550), 제2 다이 플레이트(560) 및 제3 다이 플레이트(570)를 적층한 후 제1 다이 플레이트(550)의 평탄도를 기준으로 제3 다이 플레이트(570)의 판면을 연마한다. 구체적으로 제1 다이 플레이트(550)는 평탄도가 일정한 재질로 제작한다. 그리고, 제1 다이 플레이트(550)에 제2 다이 플레이트(560) 및 제3 다이 플레이트(570)를 적층한 후 제1 다이 플레이트(550)를 기준으로 제3 다이 플레이트(570)가 평탄도를 갖도록 제3 다이 플레이트(570)를 연마한다. 이러한 적층 및 연마방법에 의하면, 다이유닛(500)의 제작 시간을 단축할 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 다이 플레이트(550, 560, 570)들이 조립된 상태에서 연마를 행하기 때문에 가공비가 적게 든다.

또한, 제3 다이 플레이트(570)의 판면은 파지유닛(700)과 시트(S)를 사이에 두고 면 접촉한 상태에서, 파지유닛(700)에 의한 파지 압력을 감소시켜가며 2차 전지 파우치(Po) 성형시 시트(S)가 포밍홈(530)으로 견인되는 효율을 향상과 함께, 시트(S)와 접촉면의 마찰력에 의하여 발생될 수 있는 스크레치를 저감할 수 있도록 0.2s이하의 조도로 연마된다.

그리고, 제1 다이 플레이트(550), 제2 다이 플레이트(560) 및 제3 다이 플레이트(570)의 조립은 맞춤 핀 구멍을 기준으로 위치도를 정렬하여 수행될 수 있다.

파지유닛(700)은 포밍홈(530)의 둘레 영역과 맞물리도록 배치되어 시트(S)를 사이에 두고 펀치부(310)와 포밍홈(530)이 맞물릴 때 포밍홈(530)의 둘레 영역에 배치되는 시트(S)를 파지하고 파지 압력을 선택적으로 조절한다. 본 발명의 일 실시 예로서, 파지유닛(700)은 파지부(710) 및 압력 제어부(730)를 포함한다.

파지부(710)는 시트(S)를 사이에 두고 포밍홈(530)의 둘레 영역과 면 접촉되어 파우치 성형시 시트(S)를 파지한다. 파지부(710)는 실질적으로 다이유닛(500)의 제3 다이 플레이트(570)의 판면과 시트(S)를 사이에 두고 면 접촉된다. 파지부(710)는 본 발명의 일 실시 예로서, 제1 파지 플레이트(711), 제2 파지 플레이트(713) 및 제3 파지 플레이트(715), 그리고 관통부(717)를 포함한다.

파지부(710)는 도면을 기준으로 제1 파지 플레이트(711), 제2 파지 플레이트(713) 및 제3 파지 플레이트(715) 순서로 하향 배치된다. 이 중 제2 파지 플레이트(713) 및 제3 파지 플레이트(715)는 순서대로 하향 적층된다.

파지부(710)는 다이유닛(500)과 같이 제1 파지 플레이트(711)의 평탄도를 기준으로 제3 파지 플레이트(715)가 동일하거나 이에 상응하는 평탄도를 갖도록 제3 파지 플레이트(715)를 연마할 뿐만 아니라 제3 파지 플레이트(715)의 판면 조도는 제3 다이 플레이트(570)와 같이 시트(S)와의 사이에 마찰력을 저감할 수 있도록 0.2s 이하의 조도로 연마된다. 관통부(717)는 펀치유닛(300)의 펀치부(310)의 단면 형상에 대응되어 펀치유닛(300)이 관통될 수 있도록 제3 파지 플레이트(715)에 관통 형성된다. 관통부(717)에는 펀치부(310)가 배치되고, 펀치부(310)는 제2 파지 플레이트(713)를 관통하는 로드(341)의 승하강에 종속하여 승하강될 수 있다.

제1 내지 제3 파지 플레이트(711, 713, 715)의 조립은 맞춤 핀 구멍을 기준으로 위치도를 정렬하여 수행될 수 있다.

압력 제어부(730)는 로드(731) 및 실린더(733)를 포함한다. 로드(731)는 복수 개로 일정 간격을 두고 파지부(710)에 연결되고, 실린더(733)는 복수 개의 로드(731)에 대응되어 로드(731)에 연결된다. 일 실시 예에 의하면, 실린더(733) 공압 실린더로 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예로서, 압력 제어부(730)는 실린더(733)의 에어 압력에 따라 파지부(710)가 시트(S)를 향해 가하는 파지 압력을 제어한다. 실린더(733)의 에어 압력은 레귤레이터(740)에 의해 제어될 수 있다. 레귤레이터(740)는 전기신호에 비례하여 공기압력을 무단계로 제어하는 전공 레귤레이터로 제공될 수 있다.

압력 제어부(730)는 도 3 내지 도 12를 통해 설명되는 실시 예에 따른 파우치 형성의 공정에서 시트(S)가 포밍홈(530)으로 견인될 때, 시트(S)의 임계 연신율을 초과하지 않도록 제3 다이 플레이트(570)와 파지부(710) 사이의 파지 압력을 비례 제어한다. 이는 도 15의 그래프(a)를 통해 참조될 수 있다. 압력 제어부(730)는 본 발명의 일 실시 예로서, 펀치부(310)의 저면과 포밍홈(530) 바닥면의 상대 거리(D)에 따라 반비례 제어한다. 그러나, 압력 제어부(730)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(730)의 파지 압력을 제어하는 구성은 전기식 액추에이터와 같은 공지된 다양한 방식으로 조절될 수도 있으나, 본 발명의 일 실시 예로서 제시된 에어의 압력을 이용하는 로드(731)와 실린더(733) 및 전공 레귤레이터(740)의 구성을 이용하는 경우에 구성이 보다 간소하고, 제조단가를 줄이면서도 충분한 제어 효과를 얻을 수 있다.

탄성유닛(800)은 펀치유닛(300)과 다이유닛(500) 사이를 상호 연결한다. 탄성유닛(800)은 탄성로드(810)와 탄성부재(830)를 포함한다. 탄성유닛(800)은 도 10 및 도 11의 펀칭 성형 후 다이유닛(500)이 하강하여 다시 도 3의 위치로 이동되도록 다이유닛(500)과 파지유닛(700) 사이에 탄성력을 제공한다.

도 12를 참조한다. 2차 전지 파우치 성형 장치(10)에서 펀치부(310)의 측벽과 포밍홈(530)을 이루는 측벽간의 간격(w)은 아래의 [수식1]과 같이 정의될 수 있다.

[수식 1]

간격(w)= {[시트(S)의 두께(t)] + (0.1mm 내지 0.15mm)}

실시 예에 따른 간격(w)이 [수식 1]을 통해 정의되는 수치범위보다 작은 경우에는 시트에 미세 크랙이 발생하는 등, 심하게는 찢어지는 문제가 발생한다. 실시 예에 따른 간격(w)이 [수식 1]을 통해 정의되는 수치범위보다 큰 경우에는 파우치의 측벽이 수직에 가깝다고 정의하기가 어렵다. 본 발명의 발명자는 수직에 가깝다는 것에 대한 정의와 관련하여, 후공정에 따라 파우치에 수용될 전극 조립체의 스택된 각 층에서 발생할 수 있는 쉬프트를 최소화될 수 있는 것으로 본다.

도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 방법에 대한 흐름도이고, 도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 방법에 따른 장치의 단계별 작동 상태를 나타내는 도면이다. 도 3 내지 도 12와 함께, 도 13 및 도 14를 더 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 방법을 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 파우치 형성 방법에 의하면, 파우치(Po)를 형성하기 위해 제공되는 시트(S)는 낱장으로 커팅(cutting)되어 제공되고, 제공된 시트(S)는 펀치유닛(300)과 다이유닛(500) 사이의 다이유닛(500) 상면에 배치된다(S100). 이는 도 3에 도시된 제1 작동 상태 및 도 14의 (a)에 해당한다. 시트(S)가 낱장으로 다이유닛(500) 상면에 올려지는 방법은 다양한 방법이 채택될 수 있다. 명확히 하여야 할 것은, 시트(S)는 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 방식으로 제공되는 것이 아니다. 시트(S)가 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 방식으로 제공되는 경우에, 수용 공간의 깊이가 깊어짐에 따라 성형되는 파우치(Po)를 이루는 수용부(R)의 모서리나 꼭짓점과 같은 단부에 크랙 또는 주름짐과 같은 변형 또는 파우치의 찢어짐이 발생할 수 있다.

파우치(Po)를 형성하기 위해 제공되는 시트(S)의 두께(t)는 0.1mm 내지 0.2mm로 제공될 수 있으나. 본 발명의 일 실시 예에 따른 제조 예에서는 0.15mm의 시트(S)를 이용한다. 한편, 도 16을 통해 참조되듯, 일 실시 예에 따른 시트(S)는 보호필름층(1), 알루미늄층(2) 및 PET층(3)이 상층에서 하층으로 순차적으로 적층되어 제공되는 것이다.

시트(S)가 다이유닛(500) 상면에 올려져 배치되면, 다이유닛(500)을 상승시켜 파지유닛(700)과 면접촉을 통해 시트(S)를 파지한다(S200). 이는 도 14의 (b)에 해당한다. 일 실시 예에 따라 시트(S)의 파지를 위해 제공하는 파지유닛(700)의 실린더(733)가 제공하는 초기 압력(P1)은 5Kgf/㎠이다. 실린더(733)가 제공하는 압력은 레귤레이터(740)에 의해 제어될 수 있다.

다이유닛(500)을 상승시켜 다이유닛(500)과 파지유닛(700)과의 면접촉을 통해 시트(S)가 파지되면, 시트(S)의 하부에 에어를 흡입하면서, 시트(S)의 상부에 에어를 블로잉한다(S300). 시트(S)의 하부에 대한 에어의 흡입은 에어 흡입부(540)와 유체 이동 가능하게 연결되는 유체 이송 경로를 통해 진공 펌프(420)에 의해 제어된다. 본 발명의 실시 예에 따른 제조에 있어서 에어 흡입에 따른 진공 압력은 -95kpa을 제공한다. 여기서 -95kpa이란 진공 압력을 제공하지 않아 대기압인 것을 0Kpa로 정의하여 기준할 때, 대기압보다 98Kpa 낮은 압력을 제공하는 것으로 정의한다. 시트(S)의 상부에 에어를 블로잉은 에어 공급부(330)와 유체 이동 가능하게 연결되는 유체 이송 경로를 통해 에어 공급원(410)과의 개폐 제어를 통해 행해질 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 에어 공급원(410)과의 개폐 제어는 에어 공급 라인(411)에 설치된 밸브(미도시)를 통해 제어될 수 있다. 밸브(미도시)의 개폐 제어는 제어기(미도시)에 의해 제어될 수 있다. 에어 공급부(330)를 통해 공급되는 에어에 의해 시트(S)가 받는 압력은 0.3Mpa 내지 0.4Mpa이다. 실시 예에 따른 제조예에서 에어 블로우에 따른 에어의 공급 압력은 0.35 Mpa이다. 에어는 0.05초 내지 0.1초 정도 공급된다. 에어 흡입 및 에어 블로잉에 따른 시트(S)의 변형은 순간적으로 발생한다. 즉, 변형이 발생하였다가, 시트(S)는 탄성에 의해 다시 원래의 모습으로 복원되려고 한다. 시트(S)는 탄성에 의해 다시 원래의 모습으로 복원되기 전의 순간적인 상태를 나타낸다. 에어의 블로잉 시간이 0.05초 내지 0.1초인 것을 감안하면, 매우 짧은 순간이라고 정의할 수 있다. 에어의 블로우와 흡입에 의해 시트(S)가 순간적으로 연신되며 변형된 상태는 도 4, 도 5, 도 6, 도 7 그리고 도 14의 (c)에 도시된다. 도면을 통해 참조되듯 에어의 블로우와 흡입을 통해 시트(S)는 아크 형상으로 변형된다. 효과적인 예에 있어서, 도 5를 참조하면, 시트(S)의 변형이 포밍홈(530)이 변형된 시트(S)에 의해 구획됨에 있어서 상부의 공간(A1)이 포밍홈(530)을 이루는 공간의 전체 면적에 대하여 80% 내지 90%를 차지하도록 변형되도록 한다. 이러한 시트(S)의 순간적인 변형을 통해 수용부(R)가 형성되는 영역의 시트(S)의 연신이 특정 영역에서 집중적으로 발생하지 않도록하고, 순간적인 변형과 함께 후술하는 펀치를 행함으로써, 펀치부(310)로 펀칭하는 단계에서, 시트(S)가 전체 영역에서 고르게 연신되도록 한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 의하면, 종래에 수용부 바닥에서는 연신이 거의 일어나지 않고, 수용부를 정의하는 측벽에서만 연신이 발생하여 측벽부 및 모서리부의 불량율이 높았던 문제를 해결하고, 수용부(R)의 바닥에서도 연신을 얻어내어 측벽부 및 모서리부의 연신을 줄일 수 있게 되는 것이다.

시트(S)가 변형으로부터 회복되기 전, 실질적으로 에어의 흡입 및 공급 시작과 거의 동시에 펀치유닛(300)의 펀치부(310)를 하강시켜 시트(S)를 펀칭한다(S400). 펀치부(310)가 하강하는데 있어서, 실시 예에 따른 제조 예에서 하강 속도는 최대 속도(V1)가 50mm/s이다. 펀치부(310)의 하강에 따른 최대 속도는 50mm/s 내지 120mm/s로 제어될 수 있다. 펀치부(310)의 하강 속도는 펀치 구동부(343)에 의해 제어될 수 있다. 펀치부(310)의 하강에 대한 도면은 도 8 및 도 10을 순차적으로 참조한다.

도 15의 (a)는 본 발명의 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 장치의 파지유닛의 압력에 따른 압력-깊이 그래프이고, (b)는 펀치부의 하강 속도-깊이 그래프이다. 도 15를 참조하면, 영점은 펀치부(310)의 대기 위치에 해당하고, d1은 포밍홈(530)의 최상단에 해당한다. 다시 말해 d1은 다이유닛(500)의 제3 다이 플레이트(570)의 상면에 해당하는 위치이다. d3는 포밍홈(530)의 저면에 해당하는 높이이다. 다시 말해 d3는 하부 플레이트(510)의 상면에 해당하는 위치이다.

도 15의 (a)를 참조하면, 펀치부(310)의 저면이 d1의 위치에 도달할 때, 실린더(733)의 압력(P)은 펀치부(310)가 깊이(D) 들어갈수록 반비례하여 감소한다. 실시 예에 따른 제조 예에서, 실린더(733)가 제공하는 초기 압력(P1)은 5Kgf/㎠이고, 실린더(733)의 압력 반비례 제어율은 10%이다. 압력 반비례 제어율이 10%라는 의미는, 실린더(733)가 제공하는 초기 압력이 5kgf/㎠인 경우, 펀치부(310)가 최대 깊이(d3)로 들어갔을 때, 실린더(733)가 제공하는 압력(P3)을 0.5kgf로 줄인다는 것이다.

도 15의 (a)를 참조하면, 펀치부(310)의 속도는 저면이 d1의 위치에 도달할 때, 최고 속도(V1)에 도달한다. 실시 예에 따른 제조 예에서 하강 속도는 최대 속도(V1)가 50mm/s이다. 한편, 펀치부(310)가 상승 구동하는데 있어서, 상승 속도의 최대 속도는 하강 속도의 최대 속도보다 더 빠를 수 있다. 예컨대, 하강 속도는 최대 속도(V1)가 50mm/s일 때, 상승 속도의 최대 속도는 100mm/s일 수 있다. 펀치유닛(300)의 펀치부(310)가 다이유닛(500)의 포밍홈(530)에 완전히 삽입되면 시트(S)에는 사각 단면 형상을 갖는 수용부(R)가 성형된다.

수용부(R)가 형성되고, 펀치부(310)가 상승하는 동안에도 일정 시간 동안 에어 흡입 상태는 유지된다. 다시 말해, 펀치부(310)가 상승하는 동안에도 일정 시간 동안 진공 펌프(420)를 동작시킨다. 예를 들어서, 펀치부(310)가 1mm정도 상승하였을 때, 에어 흡입을 파기한다.

2차 전지 파우치(Po)가 성형된 후 2차 전지 파우치(Po)를 2차 전지 파우치 성형 장치(10)로부터 분리하기 위해서 다이유닛(500)은 다시 도 3의 상태와 같은 대기 위치로 하강한다. 이때, 2차 전지 파우치 성형 장치(10)로부터 2차 전지 파우치(Po)가 원활하게 분리될 수 있도록 에어의 블로잉과 흡입 중 적어도 어느 하나가 진행될 수도 있다.

이렇게 펀치유닛(300)과 다이유닛(500)을 통한 에어의 블로잉과 흡입에 의해 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 시트(S)의 임계 연신율과 수용부를 형성하는 측벽 부분에 연신이 집중적으로 발생하는 문제로 인해 수용부의 깊이를 증가시키는데 한계가 있었다. 예를 들면, 2차 전지 파우치(Po)의 코너 영역에 주름 및 크랙 없이 수용부를 성형하는 것은 시트의 임계 연신율을 고려하여 깊이 4mm 정도의 한계를 가지고 있었다. 그러나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차 전지 파우치 성형 장치(10)에 의하면, 모서리 또는 꼭지 영역에 주름 또는 크랙 없이 12mm의 깊이를 갖는 수용부(R)의 성형이 가능하다.

또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 커팅하여 낱장으로 제공되는 시트(S)에 1개의 수용부(R) 또는 최대 2개의 수용부(R)를 형성하여 인장력에 의한 주름 및 컬링 현상, 수용부(R)의 훼손 등을 방지하고 양품율을 높일 수 있다.

파우치(Po)의 한계 성형 깊이가 늘어나는 경우 동일 용량의 배터리 대비 셀 사이의 스페이서의 수를 줄일 수 있게 되어 배터리 팩 내부의 공간과 용량이 확보될 수 있다. 또한, 동일 용량을 생산하기 위한 소비 전력을 감소시킬 수 있고, 설비의 풋프린트, 유지보수와 인건비 절감 등의 저비용 고효율의 가치를 실현할 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.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

10: 2차 전지 파우치 300: 펀치유닛
310: 펀치부 330: 에어 공급부
500: 다이유닛 530: 하부 플레이트
510: 포밍홈 540: 에어 흡입부
550: 제 1다이 플레이트 560: 제 2다이 플레이트
570: 제 3다이 플레이트
700: 파지유닛 710: 파지부
711: 제1 파지 플레이트 713: 제2 파지 플레이트
715: 제3 파지 플레이트 730: 압력 제어부
740: 레귤레이터

Claims (20)

1. 하나 이상의 포밍홈이 제공되는 다이 플레이트;
   상기 포밍홈에 대하여 상대 거리가 변하도록 상대 이동 가능하고 2차 전지 파우치의 수용부 형상에 대응되는 형상을 가지며, 에어 공급원과 연결되는 에어 공급부를 포함하는 펀치부;
   상기 펀치부가 관통가능하게 제공되며, 상기 다이 플레이트에 대하여 상대 거리가 변하도록 상대 이동 가능하게 제공되는 파지 플레이트;
   상기 포밍홈의 하면을 이루는 하부 플레이트;
   상기 포밍홈과 유체 이송 경로를 통해 연결되고 진공 펌프와 연결되는 진공 라인; 및
   제어기를 포함하고,
   상기 제어기는,
   상기 다이 플레이트에 시트가 안착된 상태에서,
   상기 파지 플레이트와 상기 다이 플레이트가 서로 접하여 상기 시트를 파지하도록 제어하고,
   상기 파지된 시트에 대하여 상기 포밍홈의 에어를 흡입하고,
   상기 에어의 흡입과 함께, 상기 에어 공급부에 의해 상기 시트에 대하여 에어가 흡입되는 면의 반대 면에 에어를 공급하여 상기 시트를 변형시키고,
   상기 에어의 흡입 및 상기 에어의 공급에 의해 순간적으로 변형된 상태의 상기 시트에 대하여 상기 펀치부가 펀칭하고,
   상기 펀치부의 펀칭 동작에 의한 상기 펀치부와 상기 포밍홈의 상대 거리에 대해 반비례하게 상기 파지 플레이트에 의한 파지 압력을 제어하는 2차 전지 파우치 성형 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 다이 플레이트가 상기 포밍홈을 이루는 내벽과 상기 하부 플레이트는 소정 간격의 이격을 이루어 에어 흡입부를 형성하고,
   상기 에어 흡입부는 상기 진공 라인과 유체 이송 경로를 통해 연결되는 2차 전지 파우치 성형 장치.
3. 삭제
4. 제1 항에 있어서,
   상기 하부 플레이트는 탄성체를 갖는 범퍼 유닛에 의해 지지되는 2차 전지 파우치 성형 장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 포밍홈의 측벽과 상기 펀치부의 측벽간이 이루는 간격(w)은 [수식1]과 같이 정의되는 2차 전지 파우치 성형 장치.
   [수식 1] 간격(w)= {[시트(S)의 두께(t)] + (0.1mm 내지 0.15mm)}
6. 제1 항에 있어서,
   상기 파지 플레이트는,
   제1　파지　플레이트,　제2　파지　플레이트　및　제3　파지　플레이트를 포함하고,
   상기 제1 파지 플레이트보다 제2　파지　플레이트가, 제2 파지 플레이트보다 제3　파지　플레이트가 상기 다이 플레이트와 가깝게 배치되고,
   제3　파지　플레이트의　판면　조도는 0.2s　이하로 제공되는 2차 전지 파우치 성형 장치.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 제2 파지 플레이트와 상기 제3 파지 플레이트에는 상기 펀치부와 결합된 로드가 관통되고,
   상기 로드는 펀치 구동부와 연결되는 2차 전지 파우치 성형 장치.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 하부 플레이트는 탄성체를 갖는 범퍼 유닛에 의해 지지되고,
   상기 범퍼 유닛은 제1 다이 플레이트에 지지되고,
   상기 제1 다이 플레이트의 상층에 제2 다이 플레이트 및 제3 다이 플레이트가 제공되고,
   상기 포밍홈의 벽은 상기 제2 다이 플레이트와 상기 제3 다이 플레이트의 조합에 의해 형성되는 2차 전지 파우치 성형 장치.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 펀치부가 하부로 이동하며 펀칭 동작을 행하는 경우 펀치부의 최대 이동 속도는 50mm/s　내지　120mm/s인 2차 전지 파우치 성형 장치.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 펀치부가 펀칭 동작을 행하고 복귀하는 경우 펀치부의 최대 이동 속도는 상기 펀칭 동작을 행하는 경우의 최대 이동 속도보다 빠른 2차 전지 파우치 성형 장치.
11. 제1 항에 있어서,
    상기 파지 플레이트와 로드로 연결되어 상기 파지 플레이트의 파지 압력을 제어하는 하나 이상의 실린더; 및
    상기 실린더의 압력을 제어하는 레귤레이터를 더 포함하는 2차 전지 파우치 성형 장치.
12. 삭제
13. 삭제
14. 제1 항에 있어서,
    상기 에어 공급부에 의해 상기 시트가 받는 압력은 0.3Mpa 내지 0.4Mpa인 2차 전지 파우치 성형 장치.
15. 제1 항에 있어서,
    상기 2차 전지 파우치 성형 장치는, 처리될 시트를 커팅된 낱장의 시트로 제공받는 것인 2차 전지 파우치 성형 장치.
16. 포밍홈에 성형될 시트를 펀치부로 펀칭하여 가공하는 2차 전지 파우치 성형 방법에 있어서,
    다이 플레이트에 상기 시트가 안착된 상태에서,
    파지 플레이트와 상기 다이 플레이트가 서로 접하여 상기 시트를 파지하고,
    상기 파지된 시트에 대하여 상기 포밍홈과 연결되는 진공 라인을 통해 상기 포밍홈의 에어를 흡입하고,
    상기 에어의 흡입과 함께, 상기 시트에 대하여 에어가 흡입되는 면의 반대 면에 제공되는 에어 공급부를 통해 에어를 공급하여 상기 시트의 순간적인 변형을 일으키고, 순간적인 변형이 일어난 상기 시트에 대하여 펀치부가 펀칭하고,
    상기 펀치부의 펀칭 동작에 의한 상기 펀치부와 상기 포밍홈의 상대 거리에 대해 반비례하게 상기 파지 플레이트에 의한 파지 압력을 제어하는 2차 전지 파우치 성형 방법.
17. 제16 항에 있어서,
    상기 에어 공급에 의해 상기 시트가 받는 압력은 0.3Mpa 내지 0.4Mpa인 2차 전지 파우치 성형 방법.
18. 제16 항에 있어서,
    상기 펀치부가 펀칭 동작을 행하는 경우 펀치부의 최대 이동 속도는 50mm/s　내지　120mm/s인 2차 전지 파우치 성형 방법.
19. 제16 항에 있어서,
    상기 펀치부가 펀칭 동작을 행하고 복귀하는 경우 펀치부의 최대 이동 속도는 상기 펀칭 동작을 행하는 경우의 최대 이동 속도보다 빠른 2차 전지 파우치 성형 방법.
20. 제16 항에 있어서,
    상기 시트는 낱장으로 컷팅된 것인 2차 전지 파우치 성형 방법.

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