KR20200061034A

KR20200061034A - 파우치 성형장치 및 성형방법, 그를 포함하는 이차전지 제조설비

Info

Publication number: KR20200061034A
Application number: KR1020180146357A
Authority: KR
Inventors: 김지환; 이상돈; 최민승; 여상욱
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2018-11-23
Filing date: 2018-11-23
Publication date: 2020-06-02
Also published as: KR102145494B1; JP2020087902A; US10749147B2; EP3657585B1; EP3657585A1; US20200168853A1; CN109911326A; PL3657585T3; CN109911326B; JP6587083B1

Abstract

본 발명은 파우치 성형장치로서, 성형부가 형성된 상면에 파우치필름이 배치되는 다이와, 상기 다이가 고정되는 다이홀더로 마련된 다이부재; 상기 다이에 배치된 상기 파우치필름이 고정되게 가압하는 스트리퍼와, 상기 스트리퍼를 상하방향으로 이동시키는 제1 구동편으로 마련된 스트리퍼부재; 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름에 전극조립체 수용부를 성형하는 펀치를 구비한 펀치플레이트와, 상기 펀치플레이트를 상하방향으로 이동시키는 제2 구동편으로 마련된 펀치부재; 및 상기 펀치가 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름을 가압하면, 상기 제1 구동편을 제어하여 상기 스트리퍼를 상승시킴에 따라 파우치필름의 가압력을 감소시키는 제어부재를 포함한다.

Description

파우치 성형장치 및 성형방법, 그를 포함하는 이차전지 제조설비{POUCH FORMING DEVICE AND METHOD, PRODUCING FACILITY OF SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME}

본 발명은 파우치 성형장치 및 성형방법, 그를 포함하는 이차전지 제조설비 에 관한 것으로서, 특히 파우치 성형시 연신율을 점진적으로 증대시켜서 크랙 발생을 방지한 파우치 성형장치 및 성형방법, 그를 포함하는 이차전지 제조설비에 관한 것이다.

일반적으로, 이차전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다.

이와 같은 이차전지는 전극탭을 구비한 전극조립체, 상기 전극탭에 결합되는 전극리드, 상기 전극리드의 선단이 외부로 인출된 상태로 상기 전극조립체를 수용하는 전지케이스를 포함한다.

한편, 상기 전지케이스는 전극조립체를 수용하는 수용부와, 상기 수용부의 테두리면을 따라 형성되면서 상기 수용부를 밀봉하는 실링부를 포함하며, 상기 전지케이스의 성형방법은 전지필름이 배치되는 다이, 상기 다이에 배치된 전지필름을 고정하는 스트리퍼, 및 상기 다이에 배치된 전지필름의 표면을 가압하여 상기 전지필름에 전극조립체 수용부를 성형하는 펀치를 포함한다.

그러나 상기한 전지케이스의 성형방법은 전지필름 성형시 국부적인 부분, 즉 상기 수용부의 꼭짓점 부분에 크랙이 발생하는 문제점이 있었다.

국내특허공개공보 제 10-2008-0081845호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명은 파우치필름을 가압하여 전극조립체를 수용하는 수용부를 성형할 경우 파우치필름을 고정하는 스트리퍼의 가압력을 점진적으로 감소시키며, 이에 따라 파우치필름의 연신율을 점진적으로 증대시켜서 상기 수용부를 안정적으로 성형할 수 있고, 더불어 상기 수용부의 국부적인 부분, 즉 꼭짓점 부분의 크랙 발생을 방지할 수 있는 파우치 성형장치 및 성형방법, 그를 포함하는 이차전지 제조설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형장치는 성형부가 형성된 상면에 파우치필름이 배치되는 다이와, 상기 다이가 고정되는 다이홀더로 마련된 다이부재; 상기 다이부재의 상부에 상하로 이동가능하게 구비되고 하강시 상기 다이에 배치된 상기 파우치필름이 고정되게 가압하는 스트리퍼와, 상기 스트리퍼를 상하방향으로 이동시키는 제1 구동편으로 마련된 스트리퍼부재; 상기 다이부재의 상부에 상하로 이동가능하게 구비되고 하강시 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름에 전극조립체 수용부를 성형하는 펀치를 구비한 펀치플레이트와, 상기 펀치플레이트를 상하방향으로 이동시키는 제2 구동편으로 마련된 펀치부재; 및 상기 펀치가 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름을 가압하면, 상기 제1 구동편을 제어하여 상기 스트리퍼를 상승시킴에 따라 파우치필름의 가압력을 감소시키는 제어부재를 포함할 수 있다.

상기 제어부재는 상기 제1 구동편을 제어하여 상기 스트리퍼를 점진적으로 상승시킴에 따라 상기 파우치필름의 가압력을 점진적으로 감소시킬 수 있다.

상기 제어부재는 상기 펀치가 상기 성형부에 완전히 삽입되면 상기 파우치필름으로부터 분리되게 상기 스트리퍼를 상승시켜서 상기 파우치필름의 가압력을 완전해 제거할 수 있다.

상기 제어부재는 상기 펀치가 상기 성형부에 삽입되는 것을 감지하는 감지센서와, 상기 감지센서의 신호에 따라 상기 제1 구동편을 제어하여 상기 스트리퍼를 점진적으로 상승시키는 제어부를 포함할 수 있다.

상기 제1 구동편은, 상기 펀치플레이트의 상면을 관통하여 상기 스트리퍼에 연결되면서 상기 스트리퍼를 상하방향으로 이동시키는 복수개의 이동봉과, 상기 펀치플레이트의 상부에 위치한 상기 복수개의 이동봉이 고정되고 상기 복수개의 이동봉을 동시에 상하방향으로 이동시키는 연결바, 및 상기 연결바를 상하방향으로 이동시키는 실린더를 포함할 수 있다.

상기 제어부재는, 상기 펀치가 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름을 가압하면, 상기 제2 구동편를 더 제어하여 상기 펀치가 구비된 펀치플레이트의 하강속도를 감소시킬 수 있다.

상기 제어부재는, 상기 제2 구동편을 제어하여 상기 펀치가 구비된 펀치플레이트의 하강속도를 점진적으로 감소시킬 수 있다.

상기 제어부재는 상기 제1 구동편과 상기 제2 구동편을 동시에 제어하여 상기 스트리퍼를 점진적으로 상승시킴과 동시에 상기 펀치플레이트의 하강속도를 점진적으로 감소시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형방법은 파우치필름을 성형부가 구비된 다이부재의 상면에 배치하는 배치단계; 상기 다이부재의 상면에 배치된 파우치필름의 테두리면이 고정되게 스트리퍼부재로 가압하는 가압단계; 상기 성형부에 펀치를 삽입하여 상기 파우치필름의 표면에 전극조립체 수용부를 성형하는 성형단계 및 상기 펀치가 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름을 가압하면, 상기 스트리퍼부재의 가압력을 점진적으로 감소시켜서 상기 파우치필름의 가압력을 점진적으로 감소시키는 제어단계를 포함할 수 있다.

상기 제어단계는 상기 펀치가 상기 성형부에 삽입되면 삽입신호를 출력하는 제1 제어공정과, 상기 삽입신호가 출력되면 상기 파우치필름의 가압력을 점진적으로 감소시키는 제2 제어공정을 포함할 수 있다.

상기 제어단계는 상기 삽입신호가 출력되면 상기 펀치의 하강속도를 점진적으로 줄여서 상기 펀치에 의한 상기 파우치필름의 가압력을 점진적으로 감소시키는 제3 제어공정을 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지 제조설비는 파우치필름을 성형하여 전극조립체 수용부가 형성된 파우치를 제조하는 파우치 성형장치를 포함하며, 상기 파우치 성형장치는. 성형부가 형성된 상면에 파우치필름이 배치되는 다이와, 상기 다이가 고정되는 다이홀더로 마련된 다이부재; 상기 다이부재의 상부에 상하로 이동가능하게 구비되고 하강시 상기 다이에 배치된 상기 파우치필름이 고정되게 가압하는 스트리퍼와, 상기 스트리퍼를 상하방향으로 이동시키는 제1 구동편으로 마련된 스트리퍼부재; 상기 다이부재의 상부에 상하로 이동가능하게 구비되고 하강시 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름에 전극조립체 수용부를 성형하는 펀치를 구비한 펀치플레이트와, 상기 펀치플레이트를 상하방향으로 이동시키는 제2 구동편으로 마련된 펀치부재; 및 상기 펀치가 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름을 가압하면, 상기 제1 구동편을 제어하여 상기 스트리퍼를 상승시킴에 따라 파우치필름의 가압력을 감소시키는 제어부재를 포함할 수 있다.

상기 제어부재는, 상기 펀치가 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름을 가압하면, 상기 제2 구동편를 더 제어하여 상기 펀치가 구비된 펀치플레이트의 하강속도를 점진적으로 감소시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 제3 실시예에 따른 파우치 성형장치는 성형부가 형성된 상면에 파우치필름이 배치되는 다이와, 상기 다이가 고정되는 다이홀더로 마련된 다이부재; 상기 다이부재의 상부에 상하로 이동가능하게 구비되고 하강시 상기 다이에 배치된 상기 파우치필름이 고정되게 가압하는 스트리퍼와, 상기 스트리퍼를 상하방향으로 이동시키는 제1 구동편으로 마련된 스트리퍼부재; 상기 다이부재의 상부에 상하로 이동가능하게 구비되고 하강시 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름에 전극조립체 수용부를 성형하는 펀치를 구비한 펀치플레이트와, 상기 펀치플레이트를 상하방향으로 이동시키는 제2 구동편으로 마련된 펀치부재; 및 상기 펀치가 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름을 가압하면, 상기 제2 구동편를 제어하여 상기 펀치가 구비된 펀치플레이트의 하강속도를 감소시키는 제어부재를 포함할 수 있다.

본 발명은 다이부재, 스트리퍼부재, 펀치부재 및 제어부재를 구비한 파우치 성형장치를 포함하는 것에 특징을 가진다. 즉, 파우치 성형시 상기 스트리퍼부재의 가압력을 점진적으로 감소시키거나 또는 펀치부재의 하강속도를 점진적으로 감소시키는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 파우치 성형시 연신율을 점진적으로 증대시킬 수 있고, 그에 따라 파우치를 안정적으로 성형할 수 있다. 특히 파우치 성형시 국부적인 부분, 즉 파우치에 성형된 전극조립체 수용부의 테두리 또는 꼭짓점 부분에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형장치를 대략적으로 도시한 측면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형장치를 도시한 분리사시도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형장치를 도시한 조립사시도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형장치를 도시한 정면도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형장치를 도시한 측면도.
도 6은 도 3에 표시된 A-A선 단면도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형방법을 나타낸 순서도.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형방법에서 스트리퍼부재의 가압력과 포밍깊이와의 관계를 나타낸 그래프
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형방법에서 펀치부재의 하강속도와 포밍깊이와의 관계를 나타낸 그래프.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지 제조설비의 실링장치를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형장치의 실험예를 나타낸 결과표.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형장치의 실험예에서 비교예에 의해 제조된 파우치의 사시도.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형장치의 실험예에서 제조예에 의해 제조된 파우치의 사시도.

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.

[파우치]

파우치(10A)는 도 10, 도 12 및 도 13을 참조하면, 전극조립체를 수용하기 위한 것으로, 전극조립체(20)를 수용하는 전극조립체 수용부(11)와, 상기 전극조립체 수용부(11)를 밀봉하는 실링부(12)를 포함한다.

이와 같은 구조를 가진 파우치(10A)는 본 발명에 따른 파우치 성형장치를 이용하여 성형된다. 즉, 상기 본 발명에 따른 파우치 성형장치는 소정 면적을 가진 파우치필름의 일측면을 가압하여 전극조립체 수용부(11)를 성형하고, 파우치필름의 타측면을 상기 전극조립체 수용부에 겹쳐지게 절곡하여 파우치(10A)를 제조한다.

이때, 상기 본 발명에 따른 파우치 성형장치는 파우치필름을 가압하여 전극조립체 수용부를 성형할 경우 파우치필름을 고정하는 가압력을 점진적으로 감소시키며, 이에 따라 전극조립체 수용부 성형시 연신율을 점진적으로 증대시켜서 상기 전극조립체 수용부의 국부적인 부분, 즉 테두리 또는 꼭짓점 부분을 크랙 발생 없이 성형할 수 있다.

이하, 상기 본 발명에 따른 파우치 성형장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

[본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형장치]

본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형장치(100)는 도 1 내지 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 파우치필름(10)이 배치되는 다이부재(110), 상기 다이부재(110)에 배치된 파우치필름(10)을 가압하여 고정하는 스트리퍼부재(120), 상기 다이부재(110)에 배치된 파우치필름(10)를 가압하여 전극조립체 수용부를 성형하는 펀치부재(130) 및 상기 펀치부재(130)의 가압시 상기 스트리퍼부재(120)의 가압력을 감소시켜서 상기 파우치필름(10)의 연신율을 증대시키는 제어부재(140)를 포함한다.

다이부재

상기 다이부재(110)는 도 2에 도시되어 있는 것과 같이, 파우치필름(10)을 배치하기 위한 것으로, 상면에 파우치필름(10)이 배치되는 다이(111)와, 상기 다이(111)가 고정되는 다이홀더(112)를 포함한다.

여기서 상기 다이(111)는 상기 다이홀더(112) 보다 작은 면적을 가지며, 상면에는 파우치필름(10)에 전극조립체 수용부를 성형하기 위한 성형부(111a)가 형성된다.

한편, 상기 다이(111)는 상하로 적층되는 상부 다이(111A)와 하부 다이(111B)를 포함하고, 상기 상부 다이(111A)는 상면에 상하로 관통되는 성형부(111a)가 형성되고, 상기 하부 다이(111B)는 상기 상부 다이(111A)에 배치되면서 상기 성형부(111a)의 하부를 마감한다. 이와 같은 구조를 가진 다이(111)는 다양한 크기, 모양 및 두께를 가진 성형부가 형성된 복수개의 상부 다이(111A)를 하부 다이(111B)로부터 교체 장착하여 호환성을 높일 수 있다.

스트리퍼부재

상기 스트리퍼부재(120)는 다이부재에 배치된 파우치필름을 고정하기 위한 것으로, 상기 다이부재(110)의 상부에 상하로 이동가능하게 구비되고 하강시 상기 다이(111)에 배치된 상기 파우치필름(10)이 고정되게 가압하는 스트리퍼(121)와, 상기 스트리퍼(121)를 상하방향으로 이동시키는 제1 구동편(122)를 포함한다.

상기 스트리퍼(121)는 상기 다이(111)의 상면과 대응되는 크기를 가지며, 상면에는 상하방향으로 관통되고 상기 성형부(111a)와 동일한 크기의 관통홀(121a)이 형성된다.

상기 제1 구동편(122)은 상기 스트리퍼(121)를 상하방향으로 이동시키는 복수개의 이동봉(122a)과, 상기 복수개의 이동봉(122a)을 동시에 상하방향으로 이동시키는 연결바(122b), 및 상기 연결바(122b)를 상하방향으로 이동시키는 실린더(122c)를 포함한다.

여기서 상기 복수개의 이동봉(122a)은 상기 스트리퍼(121)의 상면 테두리를 따라 균등하게 연결되면서 상기 스트리퍼(121)를 상기 다이(110)를 기준으로 수직하게 하강시키거나 또는 상승시킨다. 특히 상기 복수개의 이동봉(122a)은 펀치부재(130)의 펀치플레이트 상면을 관통하여 상기 스트리퍼(121)에 연결되며, 이에 따라 이동봉(122a)은 상기 펀치플레이트에 의해 수직으로 이동하게 되고, 그 결과 스트리퍼(121)를 안정적으로 수직으로 하강 또는 상승시킬 수 있다.

상기 연결바(122b)는 복수개의 이동봉을 동시에 이동시키기 위한 것으로, 긴 사각 형태를 가지며, 저면에 상기 복수개의 이동봉(122a)가 연결된다.

여기서 상기 연결바(122b)의 상면에는 길이방향으로 가이드홈(122b-1)이 형성되고 상기 가이드홈(122b-1)에 실린더(122c)가 위치 조절 가능하게 연결된다. 즉, 상기 실린더(122c)와 상기 연결바(122b)의 위치 오차가 발생하더라도 상기 실린더(122c)를 상기 연결바(122b)에 안정적으로 연결할 수 있다.

이와 같은 구성을 가진 상기 스트리퍼부재(120)는 실린더(122c)를 통해 연결바(122b)를 하강시키면, 연결바(122b)와 연동하여 복수개의 이동봉(122a)이 하강하고, 복수개의 이동봉(122a)에 의해 스트리퍼(121)가 하강하면서 다이(111)에 배치된 파우치필름(10)의 테두리면을 동시에 가압하여 고정할 수 있다.

펀치부재

상기 펀치부재(130)는 상기 다이부재(110)의 상부에 상하로 이동가능하게 구비되고 하강시 상기 성형부(111a)에 삽입되면서 상기 파우치필름(10)에 전극조립체 수용부를 성형하는 펀치(131a)를 구비한 펀치플레이트(131)와, 상기 펀치플레이트(131)를 상하방향으로 이동시키는 제2 구동편(132)을 포함한다.

이와 같은 구성을 가진 펀치부재(130)는 제2 구동편(132)에 의해 상기 펀치플레이트(131)가 하강하면, 상기 펀치플레이트(131)에 구비된 펀치(131a)가 상기 스트리퍼(121)의 관통홀(121a)을 통과한 후, 상기 성형부(111a)에 삽입되는데, 이때 성형부(111a)에 위치한 파우치필름(10)을 가압한 상태로 상기 성형부(111a)에 삽입되면서 상기 파우치 필름(10)에 성형부 형태의 전극조립체 수용부를 성형할 수 있다.

제어부재

상기 제어부재(140)는 상기 펀치가 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름을 가압하면, 상기 제1 구동편을 제어하여 상기 스트리퍼를 상승시킴에 따라 파우치필름의 가압력을 감소시키기 위한 것이다.

즉, 상기 제어부재(140)는 파우치필름(10)의 테두리면 가압력을 감소시켜서 상기 파우치필름(10)의 테두리면 일부가 펀치(131a)와 함께 상기 성형부(111a)에 삽입되게 유도하며, 이에 따라 상기 파우치필름(10)에 성형되는 전극조립체 수용부(11)의 연신율을 높일 수 있고, 그 결과 상기 전극조립체 수용부(11)를 크랙 발생없이 성형할 수 있다.

일례로, 상기 제어부재(140)는 상기 펀치(131a)가 상기 성형부(111a)에 삽입되는 것을 감지하는 감지센서(141)와, 상기 감지센서(141)의 신호에 따라 상기 제1 구동편(122)을 제어하여 상기 스트리퍼(121)를 점진적으로 상승시킴에 따라 상기 다이(111)에 배치된 파우치필름(10)의 가압력을 점진적으로 감소시키는 제어부(142)를 포함한다.

즉, 상기 제어부재(140)는 상기 펀치(131a)가 상기 성형부(111a)에 삽입되면, 이를 상기 감지센서(141)가 감지한 후, 상기 제어부(142)에 전달하고, 제어부(142)는 상기 감지센서(141)로부터 전달된 신호에 따라 상기 제1 구동편(122)을 점진적으로 상승시킨다. 그러면 상기 제1 구동편(122)과 연동하여 상기 스트리퍼(121)가 점진적으로 상승하면서 상기 다이(111)에 배치된 파우치필름(10)의 가압력을 점진적으로 감소하고, 이에 따라 스트리퍼(121)에 의해 가압된 파우치필름(10)의 테두리면 중 일부가 상기 펀치(131a)의 가압력에 의해 상기 성형부(111a) 방향으로 이동하면서 연신율을 크게 높일 수 있으며, 그 결과 파우치필름(10)에 전극조립체 수용부(11)를 크랙 발생 없이 안정적으로 성형할 수 있다

다시 말해, 파우치필름(10)을 가압하는 펀치(131a)의 가압력이 크게 발생할수록 상기 파우치필름(10)을 고정하는 스트리퍼(121)의 가압력은 크게 감소하게 되며, 이에 따라 파우치필름(10)의 전극조립체 수용부의 연신율을 크게 높일 수 있고, 그 결과 파우치필름에 전극조립체 수용부 성형시 크랙 발생을 방지할 수 있다.

여기서 상기 제어부재(140)는 상기 스트리퍼(121)의 가압력을 점진적으로 감소시키며, 이에 따라 파우치필름(10)의 테두리면이 과도하게 이동하면서 발생하는 품질문제 또는 이동력이 적어서 발생하는 품질문제를 해소할 수 있다. 즉, 파우치필름의 테두리면을 균일하게 이동 및 연신시켜서 전극조립체 수용부의 품질성을 높일 수 있다.

한편, 상기 제어부재(140)는 상기 펀치(131a)가 상기 성형부(111a)에 완전히 삽입되면 상기 파우치필름(10)으로부터 분리되게 상기 스트리퍼(121)를 상승시켜서 상기 파우치필름(10)의 가압력을 완전해 제거하며, 이에 따라 상기 파우치필름에 성형된 전극조립체 수용부의 테두리 및 꼭짓점 부분의 연신률을 극대화하여 크랙발생을 방지할 수 있다. 특히 상기 스트리퍼(121)가 파우치필름(10)으로부터 분리됨에 따라 별도의 스트리퍼(121)를 상승시켜야 하는 공정을 삭제할 수 있고, 그 결과 공정의 단순화를 얻을 수 있다.

한편, 상기 제어부재(140)는, 상기 펀치(131a)가 상기 성형부(111a)에 삽입되면서 상기 파우치필름(10)을 가압하면, 상기 제2 구동편(132)를 더 제어하여 상기 펀치(131a)가 구비된 펀치플레이트(131)의 하강속도를 감소시킨다. 특히 상기 제어부재(140)는, 상기 제2 구동편(132)을 제어하여 상기 펀치(131a)가 구비된 펀치플레이트(131)의 하강속도를 점진적으로 감소시키며, 이에 따라 펀치(131a)를 통한 상기 파우치필름(10)의 가압력을 점진적으로 감소시킬 수 있고, 그 결과 파우치필름(10)을 점진적으로 연신시켜서 파우치필름에 성형되는 전극조립체 수용부를 크랙 발생없이 안정적으로 성형할 수 있다.

특히 상기 제어부재(140)는 상기 펀치(131a)가 상기 성형부(111a)에 삽입되면서 상기 제1 구동편(122)과 상기 제2 구동편(132)을 동시에 제어하여 상기 스트리퍼를 점진적으로 상승시킴과 동시에 상기 펀치플레이트의 하강속도를 점진적으로 감소시키며, 이에 따라 파우치필름을 점진적으로 연신시킬 수 있고, 그 결과 파우치필름에 성형되는 전극조립체 수용부에 크랙 발생없이 안정적으로 성형할 수 있다.

따라서 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형장치(100)는 펀치가 상기 성형부에 삽입될 경우 상기 스트리퍼(121)를 점진적으로 상승시키는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 상기 스트리퍼에 의해 고정된 파우치필름(10)의 가압력을 점진적으로 감소시킬 수 있고, 이에 따라 파우치필름(10)의 연신율을 점진적으로 증대시킬 수 있으며, 그 결과 파우치필름에 성형되는 전극조립체 수용부를 크랙없이 안정적으로 성형할 수 있다.

한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형장치(100)는 도 1을 참조하면, 본체부재(150)를 더 포함하며, 상기 본체부재(150)는 하부본체(151)와, 상기 하부본체(151)의 상부에 구비되고, 다이부재(110), 스트리퍼부재(120), 펀치부재(130) 및 제어부재(140)가 설치되는 상부본체(152)를 포함한다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형장치(100)는 상기 본체부재(150)를 통해 상기 다이부재(110), 스트리퍼부재(120), 펀치부재(130) 및 제어부재(140)를 안정적으로 설치할 수 있다.

이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형장치(100)를 이용한 성형방법을 설명한다.

[본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형방법]

본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형방법은 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 파우치필름(10)을 성형부가 구비된 다이부재(110)의 상면에 배치하는 배치단계(S10), 상기 다이부재(110)의 상면에 배치된 파우치필름(10)의 테두리면이 고정되게 스트리퍼부재(120)로 가압하는 가압단계(S20), 상기 성형부에 펀치를 삽입하여 상기 파우치필름(10)의 표면에 전극조립체 수용부를 성형하는 성형단계(S30) 및 상기 펀치가 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름을 가압하면, 상기 스트리퍼부재(120)의 가압력을 점진적으로 감소시켜서 상기 파우치필름의 가압력을 점진적으로 감소시키는 제어단계(S40)를 포함한다.

상기 배치단계(S10)는 다이부재(110)의 상면에 파우치필름(10)을 배치한다. 즉 상기 다이부재(110)는 성형부(111a)가 형성된 다이(111)와 상기 다이(111)를 고정하는 다이홀더(112)를 포함하며, 상기 성형부(111a)이 형성된 다이(111)의 상면에 파우치필름(10)을 배치한다.

상기 가압단계(S20)는 스트리퍼부재(120)로 상기 다이에 배치된 파우치필름을 가압하여 고정한다. 즉, 상기 스트리퍼부재(120)는 스트리퍼(121)와 제1 구동편(122)을 포함하며, 상기 제1 구동편(122)에 의해 상기 스트리퍼(121)가 하강하면서 상기 다이(111)에 배치된 파우치필름(10)의 테두리면을 가압하여 고정한다.

상기 펀치단계(S30)는 펀치부재(130)로 상기 성형부(111a)에 위치한 파우치필름(10)을 가압하여 전극조립체 수용부를 성형한다. 여기서, 상기 펀치부재(130)는 펀치(131a)가 구비된 펀치플레이트(131)와 제2 구동편을 포함한다. 즉, 상기 펀치부재(130)는 상기 제2 구동편(132)에 의해 상기 펀치플레이트(131)를 하강시키면, 펀치플레이트(131)에 구비된 펀치(131a)가 상기 파우치필름(10)을 가압한 상태로 상기 성형부(111a)에 삽입되면서 상기 파우치필름(10)에 전극조립체 수용부를 성형한다.

상기 제어단계(S40)는 상기 펀치가 상기 성형부에 삽입되면 삽입신호를 출력하는 제1 제어공정과, 상기 삽입신호가 출력되면 상기 파우치필름의 가압력을 점진적으로 감소시키는 제2 제어공정을 포함하며, 여기서 상기 제어부재(140)는 감지센서(141)와 제어부(142)를 포함한다.

즉, 상기 제1 제어공정은 펀치(131a)가 상기 파우치필름(10)을 가압한 상태로 상기 성형부(111a)에 삽입되면 이를 감지센서(141)가 감지한 후 상기 제어부(142)에 삽입신호를 전달한다. 상기 제2 제어공정은 제어부(142)가 감지센서(141)의 삽입신호를 전달 받으면 제1 구동편(121)을 제어하여 스트리퍼(121)를 점진적으로 상승시킨다. 그러면 스트리퍼(121)에 고정된 파우치필름(10)의 가압력이 점진적으로 감소하게 되고, 파우치필름(10)의 테두리면 중 일부가 상기 펀치(121a)의 가압력에 의해 상기 성형부 방향으로 점진적으로 연신되면서 연신율이 높아지게 되며, 그 결과 파우치필름(10)에 성형되는 전극조립체 수용부를 크랙없이 안정적으로 성형할 수 있다.

특히 상기 제어부재(140)는 펀치(131a)가 상기 성형부에 완전히 삽입되면 상기 스트리퍼(121)에 의한 상기 파우치필름(10)의 가압력을 완전히 제거하며, 이에 따라 펀치(131a)가 상기 성형부에 완전히 삽입되는 과정에서의 파우치필름 연신율을 극대화할 수 있고, 그 결과 상기 파우치필름(10)에 성형된 전극조립체 수용부의 테두리 및 꼭짓점까지 크랙 발생을 방지할 수 있다.

한편, 상기 제어단계(S40)는 상기 제어부재(140)를 통해 상기 삽입신호가 출력되면 상기 펀치의 하강속도를 점진적으로 줄여서 상기 펀치에 의한 상기 파우치필름의 가압력을 점진적으로 감소시키는 제3 제어공정을 더 포함한다.

상기 제3 제어공정은 상기 제어부(142)를 통해 제2 구동편(132)를 제어하여 펀치플레이트(131)의 하강속도를 점진적으로 감소시키며, 이에 따라 펀치플레이트(131)와 함께 펀치(131a)의 하강속도를 점진적으로 감소하면서 성형부에 위치한 파우치필름(10)의 가압력을 점진적으로 감소시킬 수 있으며, 그 결과 파우치필름(10)을 점진적으로 성형하여 크랙없이 전극조립체 수용부(11)를 성형할 수 있다.

정리하면, 도 8에 도시된 그래프와 같이, 상기 제2 제어공정에서 스트리퍼(121)의 가압력과 펀치(131a)가 성형부(111a)에 삽입되는 깊이는 반비례 관계를 가진다. 즉, 펀치(131a)가 성형부(111a)에 삽입되는 깊이가 깊어질수록 스트리퍼(121)의 가압력을 점진적으로 감소시킴에 따라 파우치필름의 연신영역을 확장할 수 있고, 그 결과 파우치의 국부적 연신율을 증대하여 크랙 발생을 방지할 수 있다.

또한, 도 9에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 제3 제어공정에서 펀치(131a)의 하강속도와 펀치(131a)가 성형부(111a)에 삽입되는 깊이는 반비례 관계를 가진다. 즉, 펀치(131a)가 성형부(111a)에 삽입되는 깊이가 깊어질수록 펀치(131a)의 하강속도, 즉 가압력을 점진적으로 감소시킴에 따라 파우치필름의 연신영역을 확장할 수 있고, 그 결과 파우치의 국부적 연신율 증대하여 크랙 발생을 방지할 수 있다.

따라서 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형방법은 파우치필름의 성형시 연신율을 점진적으로 증대시킴으로써 상기 파우치필름에 전극조립체 수용부를 크랙 없이 성형할 할 수 있고, 그 결과 고품질의 파우치를 제조할 수 있다.

[본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지 제조설비]

본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지 제조설비는 전술한 제1 실시예에 따른 파우치 성형장치를 포함한다.

즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지 제조설비는 도 1 및 도 10을 참조하면, 파우치(10A)를 성형하는 파우치 성형장치(100)와, 상기 파우치(10A)에 전극조립체(20)를 수용한 상태로 상기 파우치(10A)의 테두리면을 실링하여 이차전지(1)를 제조하는 실링장치(200)를 포함한다.

여기서 상기 파우치 성형장치(100)는 파우치필름이 배치되는 다이부재, 상기 다이부재에 배치된 파우치필름을 가압하여 고정하는 스트리퍼부재, 상기 다이부재에 배치된 파우치필름를 포밍하여 전극조립체 수용부를 성형하는 펀치부재 및 상기 펀치부재의 포밍시 상기 스트리퍼부재의 가압력을 감소시켜서 상기 파우치필름의 인장력을 증대시켜서 크랙 발생을 방지하는 제어부재를 포함한다.

한편, 상기 파우치 성형장치(100)는 전술한 제1 실시예에 따른 파우치 성형장치와 동일한 구성과 기능을 가지며, 이에 따라 중복되는 설명은 생략한다.

따라서 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지 제조설비는 고품질의 이차전지 제조할 수 있다.

[본 발명의 제3 실시예에 따른 파우치 성형장치]

본 발명의 제3 실시예에 따른 파우치 성형장치는 파우치필름이 배치되는 다이부재, 상기 다이부재에 배치된 파우치필름을 가압하여 고정하는 스트리퍼부재, 상기 다이부재에 배치된 파우치필름를 포밍하여 전극조립체 수용부를 성형하는 펀치부재를 포함하며, 상기 펀치부재는 상기 다이부재의 상부에 상하로 이동가능하게 구비되고 하강시 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름에 전극조립체 수용부를 성형하는 펀치를 구비한 펀치플레이트와, 상기 펀치플레이트를 상하방향으로 이동시키는 제2 구동편를 포함한다.

여기서 본 발명의 제3 실시예에 따른 파우치 성형장치는 상기 펀치가 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름을 가압하면, 상기 제2 구동편를 제어하여 상기 펀치가 구비된 펀치플레이트의 하강속도를 감소시키는 제어부재를 포함하며, 이에 따라 펀치의 하강속도를 조절하여 상기 파우치필름의 가압력을 점진적으로 감소시키며, 이에 따라 파우치필름이 점진적으로 연신시켜서 크랙 발생을 방지할 수 있다.

[실험예]

비교예

비교예는 다이부재, 스트리퍼부재 및 펀치부재를 포함하는 파우치 성형장치를 이용하여 파우치필름에 전극조립체 수용부를 성형한다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형장치에서 제어부재를 제외한 구성을 이용하여 파우치필름을 성형한다.

제조예

제조예는 다이부재, 스트리퍼부재, 펀치부재 및 제어부재를 포함하는 파우치 성형장치를 이용하여 파우치필름에 전극조립체 수용부를 성형한다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 성형장치의 모든 구성을 이용하여 파우치필름을 성형한다.

여기서 상기 비교예 및 제조예는 동일한 파우치필름을 사용하고, 동일한 환경에서 파우치필름을 성형한다. 여기서 동일한 환경은 진공도: -98kPa, 스트리퍼부재의 압력: 4kg/㎠, 펀치부재의 초기 하강속도: 30mm/s, 압력 반비례 제어율: 95%, 및 펀치의 표면조도: 0.1s를 가진다.

연신율

상기 비교예 및 제조예를 통해 성형된 파우치필름의 불량여부를 측정한 결과 도 11과 같은 결과표를 얻을 수 있다.

도 11의 결과표를 참조하면, 상기 비교예는 펀치가 다이의 성형부 최상단에서 7mm 하강한 지점부터 파우치 필름에 크랙이 발생한 것을 확인할 수 있다. 그리고 상기 제조예는 펀치가 다이의 성형부 최상단에서 10mm 하강한 지점부터 파우치 필름에 크랙이 발생한 것을 확인할 수 있다.

정리하면, 상기 제조예는 상기 비교예 보다 3mm 더 하강한 후 크랙이 발생하였으며, 이와 같은 실험결과 상기 제조예는 상기 비교예 보다 연신율이 증대된 것을 확인할 수 있다.

크랙발생 사진

상기 비교예 및 제조예에서, 펀치가 다이의 성형부 최상단에서 7mm 하강한 상태에서 성형된 파우치(10A)를 촬영한 사진을 도면으로 도시하면 도 12 및 도 13과 같다.

상기 비교예에 의해 제조된 파우치(10A)는 도 12에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체 수용부(11)와 실링부(12)를 포함하되, 상기 전극조립체 수용부(11)는 꼭짓점에 크랙이 발생한 것을 확인할 수 있다.

상기 제조예에 의해 제조된 파우치(10A)는 도 13에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체 수용부(11)와 실링부(12)를 포함하되, 상기 전극조립체 수용부(11)는 꼭짓점까지 크랙없이 성형된 것을 확인할 수 있다.

따라서 상기와 같은 실험결과, 제조예인 본 발명의 파우치 성형장치는 비교예 보다 파우치필름의 연신율이 증대된 것을 확인할 수 있고, 그 결과 크랙 발생없이 전극조립체 수용부를 성형할 수 있는 것을 확인할 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.

100: 파우치 성형장치
110: 다이부재
120: 스트리퍼부재
121: 스트리퍼
122: 제1구동편
130: 펀치부재
131: 펀치플레이트
132: 제2 구동편
140: 제어부재
141: 감지센서
142: 제어부

Claims

성형부가 형성된 상면에 파우치필름이 배치되는 다이와, 상기 다이가 고정되는 다이홀더로 마련된 다이부재;
상기 다이부재의 상부에 상하로 이동가능하게 구비되고 하강시 상기 다이에 배치된 상기 파우치필름이 고정되게 가압하는 스트리퍼와, 상기 스트리퍼를 상하방향으로 이동시키는 제1 구동편으로 마련된 스트리퍼부재;
상기 다이부재의 상부에 상하로 이동가능하게 구비되고 하강시 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름에 전극조립체 수용부를 성형하는 펀치를 구비한 펀치플레이트와, 상기 펀치플레이트를 상하방향으로 이동시키는 제2 구동편으로 마련된 펀치부재; 및
상기 펀치가 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름을 가압하면, 상기 제1 구동편을 제어하여 상기 스트리퍼를 상승시킴에 따라 파우치필름의 가압력을 감소시키는 제어부재를 포함하는 파우치 성형장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부재는 상기 제1 구동편을 제어하여 상기 스트리퍼를 점진적으로 상승시킴에 따라 상기 파우치필름의 가압력을 점진적으로 감소시키는 파우치 성형장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제어부재는 상기 펀치가 상기 성형부에 완전히 삽입되면, 상기 파우치필름으로부터 분리되게 상기 스트리퍼를 상승시켜서 상기 파우치필름의 가압력을 완전히 제거하는 파우치 성형장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제어부재는 상기 펀치가 상기 성형부에 삽입되는 것을 감지하는 감지센서와, 상기 감지센서의 신호에 따라 상기 제1 구동편을 제어하여 상기 스트리퍼를 점진적으로 상승시키는 제어부를 포함하는 파우치 성형장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 구동편은, 상기 펀치플레이트의 상면을 관통하여 상기 스트리퍼에 연결되면서 상기 스트리퍼를 상하방향으로 이동시키는 복수개의 이동봉과, 상기 펀치플레이트의 상부에 위치한 상기 복수개의 이동봉이 고정되고 상기 복수개의 이동봉을 동시에 상하방향으로 이동시키는 연결바, 및 상기 연결바를 상하방향으로 이동시키는 실린더를 포함하는 파우치 성형장치.
청구항 3에 있어서,
상기 제어부재는, 상기 펀치가 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름을 가압하면, 상기 제2 구동편를 더 제어하여 상기 펀치가 구비된 펀치플레이트의 하강속도를 감소시키는 파우치 성형장치.
청구항 6에 있어서,
상기 제어부재는, 상기 제2 구동편을 제어하여 상기 펀치가 구비된 펀치플레이트의 하강속도를 점진적으로 감소시키는 파우치 성형장치.
청구항 7에 있어서,
상기 제어부재는 상기 제1 구동편과 상기 제2 구동편을 동시에 제어하여 상기 스트리퍼를 점진적으로 상승시킴과 동시에 상기 펀치플레이트의 하강속도를 점진적으로 감소시키는 파우치 성형장치.
성형부가 형성된 상면에 파우치필름이 배치되는 다이와, 상기 다이가 고정되는 다이홀더로 마련된 다이부재;
상기 다이부재의 상부에 상하로 이동가능하게 구비되고 하강시 상기 다이에 배치된 상기 파우치필름이 고정되게 가압하는 스트리퍼와, 상기 스트리퍼를 상하방향으로 이동시키는 제1 구동편으로 마련된 스트리퍼부재;
상기 다이부재의 상부에 상하로 이동가능하게 구비되고 하강시 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름에 전극조립체 수용부를 성형하는 펀치를 구비한 펀치플레이트와, 상기 펀치플레이트를 상하방향으로 이동시키는 제2 구동편으로 마련된 펀치부재; 및
상기 펀치가 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름을 가압하면, 상기 제2 구동편를 제어하여 상기 펀치가 구비된 펀치플레이트의 하강속도를 감소시키는 제어부재를 포함하는 파우치 성형장치.
청구항 9에 있어서,
상기 제어부재는, 상기 제2 구동편을 제어하여 상기 펀치가 구비된 펀치플레이트의 하강속도를 점진적으로 감소시키는 파우치 성형장치.
파우치필름을 성형부가 구비된 다이부재의 상면에 배치하는 배치단계;
상기 다이부재의 상면에 배치된 파우치필름의 테두리면이 고정되게 스트리퍼부재로 가압하는 가압단계;
상기 성형부에 펀치를 삽입하여 상기 파우치필름의 표면에 전극조립체 수용부를 성형하는 성형단계 및
상기 펀치가 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름을 가압하면, 상기 스트리퍼부재의 가압력을 점진적으로 감소시켜서 상기 파우치필름의 가압력을 점진적으로 감소시키는 제어단계를 포함하는 파우치 성형방법.
청구항 11에 있어서,
상기 제어단계는 상기 펀치가 상기 성형부에 삽입되면 삽입신호를 출력하는 제1 제어공정과, 상기 삽입신호가 출력되면 상기 파우치필름의 가압력을 점진적으로 감소시키는 제2 제어공정을 포함하는 파우치 성형방법.
청구항 12에 있어서,
상기 제어단계는 상기 삽입신호가 출력되면 상기 펀치의 하강속도를 점진적으로 줄여서 상기 펀치에 의한 상기 파우치필름의 가압력을 점진적으로 감소시키는 제3 제어공정을 더 포함하는 파우치 성형방법.
파우치필름을 성형하여 전극조립체 수용부가 형성된 파우치를 제조하는 파우치 성형장치를 포함하며,
상기 파우치 성형장치는.
성형부가 형성된 상면에 파우치필름이 배치되는 다이와, 상기 다이가 고정되는 다이홀더로 마련된 다이부재;
상기 다이부재의 상부에 상하로 이동가능하게 구비되고 하강시 상기 다이에 배치된 상기 파우치필름이 고정되게 가압하는 스트리퍼와, 상기 스트리퍼를 상하방향으로 이동시키는 제1 구동편으로 마련된 스트리퍼부재;
상기 다이부재의 상부에 상하로 이동가능하게 구비되고 하강시 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름에 전극조립체 수용부를 성형하는 펀치를 구비한 펀치플레이트와, 상기 펀치플레이트를 상하방향으로 이동시키는 제2 구동편으로 마련된 펀치부재; 및
상기 펀치가 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름을 가압하면, 상기 제1 구동편을 제어하여 상기 스트리퍼를 상승시킴에 따라 파우치필름의 가압력을 감소시키는 제어부재를 포함하는 이차전지 제조설비.
청구항 14에 있어서,
상기 제어부재는, 상기 펀치가 상기 성형부에 삽입되면서 상기 파우치필름을 가압하면, 상기 제2 구동편를 더 제어하여 상기 펀치가 구비된 펀치플레이트의 하강속도를 점진적으로 감소시키는 이차전지 제조설비.