KR20210032916A - 파우치 형 전지 케이스 및 이를 제조하는 제조 장치, 파우치 형 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 파우치 형 전지 케이스는 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체를 내부에 수용하는 컵부가 형성되되, 상기 컵부는, 바닥을 형성하는 바닥부; 측면을 형성하며 상기 바닥부와 만나는 외벽; 상기 바닥부와 상기 외벽을 각각 연결하는 펀치 엣지; 인접한 두 개의 상기 외벽을 서로 연결하는 두께 엣지; 및 서로 인접한 두 개의 상기 펀치 엣지와 상기 두께 엣지가 연결되어 형성된 코너를 포함하며, 상기 펀치 엣지는, 적어도 하나가 라운딩되며 형성되고, 상기 두께 엣지는, 적어도 하나가 라운딩되며 형성되며, 상기 코너는, 적어도 하나가 라운딩되며 형성되고, 곡률 반경이 상기 펀치 엣지 및 상기 두께 엣지의 곡률 반경과 상이하다.

Description

파우치 형 전지 케이스 및 이를 제조하는 제조 장치, 파우치 형 이차 전지{pouch type battery case and apparatus for manufacturing thereof, pouch type secondary battery}
본 발명은 파우치 형 전지 케이스 및 이를 제조하는 제조 장치, 파우치 형 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내구성이 향상되고, 성형시 크랙의 발생 및 백화현상의 발생을 방지할 수 있는 파우치 형 전지 케이스 및 이를 제조하는 제조 장치, 파우치 형 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
이러한 이차 전지를 제조하기 위해, 먼저 전극 활물질 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극을 제조하고, 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체(Electrode Assembly)를 형성한다. 그리고 전지 케이스에 전극 조립체를 수납하고 전해질 주입 후 실링한다.
이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 케이스의 재질에 따라, 파우치 형(Pouch Type) 및 캔 형(Can Type) 등으로 분류된다. 파우치 형(Pouch Type)은 유연한 폴리머 재질로 제조된 파우치에 전극 조립체를 수용한다. 그리고, 캔 형(Can Type)은 금속 또는 플라스틱 등의 재질로 제조된 케이스에 전극 조립체를 수용한다.
파우치 형 이차 전지의 케이스인 파우치는, 유연성을 가지는 파우치 필름에 프레스 가공을 수행하여, 컵부를 형성함으로써 제조된다. 그리고, 컵부가 형성되면, 상기 컵부의 수용 공간에 전극 조립체를 수납하고 사이드를 실링하여 이차 전지를 제조한다.
이러한 프레스 가공 중에서 드로잉(Drawing) 성형은 프레스 장비와 같은 성형 장치에 파우치 필름을 삽입하고 펀치로 파우치 필름에 압력을 인가하여, 파우치 필름을 연신시킴으로써 수행된다. 그런데 파우치 필름은 상당히 얇은 두께를 가지는 필름 또는 시트 형태이므로, 파우치 필름이 연신될 때 엣지 및 코너에 응력이 집중되었다. 따라서, 파우치 필름에 크랙이 발생하거나, 백화현상이 발생하는 문제가 있었다.
일본공개공보 제2018-085190호 일본공개공보 제2018-103572호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 성형시 크랙의 발생 및 백화현상의 발생을 방지할 수 있는 파우치 형 전지 케이스 및 이를 제조하는 제조 장치, 파우치 형 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 파우치 형 전지 케이스는 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체를 내부에 수용하는 컵부가 형성되되, 상기 컵부는, 바닥을 형성하는 바닥부; 측면을 형성하며 상기 바닥부와 만나는 외벽; 상기 바닥부와 상기 외벽을 각각 연결하는 펀치 엣지; 인접한 두 개의 상기 외벽을 서로 연결하는 두께 엣지; 및 서로 인접한 두 개의 상기 펀치 엣지와 상기 두께 엣지가 연결되어 형성된 코너를 포함하며, 상기 펀치 엣지는, 적어도 하나가 라운딩되며 형성되고, 상기 두께 엣지는, 적어도 하나가 라운딩되며 형성되며, 상기 코너는, 적어도 하나가 라운딩되며 형성되고, 곡률 반경이 상기 펀치 엣지 및 상기 두께 엣지의 곡률 반경과 상이하다.
또한, 상기 코너는, 곡률 반경이 상기 펀치 엣지 및 상기 두께 엣지 중 적어도 하나의 곡률 반경 이상일 수 있다.
또한, 상기 코너는, 내부에서 상기 곡률 반경이 변화할 수 있다.
또한, 상기 코너는, 중심부의 곡률 반경이 주변부의 곡률 반경보다 클 수 있다.
또한, 상기 펀치 엣지는, 곡률 반경이 2 mm 이하일 수 있다.
또한, 상기 두께 엣지는, 곡률 반경이 0.5 mm 내지 5 mm 일 수 있다.
또한, 상기 두께 엣지는, 곡률 반경이 상기 펀치 엣지의 곡률 반경 이상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 코너는, 상기 두께 엣지로부터 상기 컵부의 길이 방향 및 폭 방향, 상기 펀치 엣지로부터 두께 방향으로 모두 소정의 범위 내에 형성될 수 있다.
또한, 상기 코너가 형성되는 범위는, 상기 컵부의 깊이가 깊을수록 넓게 형성될 수 있다.
또한, 상기 코너의 둘레 중 서로 인접한 두 개의 상기 펀치 엣지를 연결하는 둘레는, 곡선으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 코너의 둘레 중 상기 펀치 엣지와 상기 두께 엣지를 연결하는 둘레는, 곡선으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 코너의 둘레 중 서로 인접한 두 개의 상기 펀치 엣지를 연결하는 둘레는, 적어도 하나의 직선을 포함할 수 있다.
또한, 상기 코너의 둘레 중 상기 펀치 엣지와 상기 두께 엣지를 연결하는 둘레는, 적어도 하나의 직선을 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 파우치 형 전지 케이스 제조 장치는 파우치 필름을 가압하여 파우치 형 전지 케이스에 만입된 형상을 가지는 컵부를 형성하는 펀치를 포함하고, 상기 펀치는, 바닥을 형성하는 가압 바닥부; 상기 가압 바닥부와 만나도록 형성되며 측면을 형성하는 가압 외벽; 상기 가압 바닥부와 상기 가압 외벽을 서로 연결하는 가압 엣지; 인접한 두 개의 상기 가압 외벽을 서로 연결하는 가압 두께부; 및 서로 인접한 두 개의 가압 엣지와 가압 두께부가 연결되어 형성되는 가압 코너를 포함하며, 상기 가압 코너는, 적어도 하나가 라운딩 처리되고, 곡률 반경이 상기 가압 엣지 및 상기 가압 두께부의 곡률 반경과 상이하다.
본 발명은 또한, 상기 파우치 형 전지 케이스를 포함하는 이차전지를 제공한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
파우치 필름을 성형하여 전지 케이스를 제조할 때, 컵부의 적어도 하나의 코너가 라운딩되며 형성되어, 전지 케이스의 내구성이 향상되고, 파우치 필름의 성형시 크랙의 발생 및 백화현상의 발생을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전지 케이스에 형성된 컵부에 형성된 모서리 및 그 주변의 모습을 확대 도시한 확대 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 파우치 형 전지 케이스(10)에 형성된 컵부(100)를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(10)에 형성된 컵부(100)에 형성된 코너(150)를 도시한 확대 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 케이스(10)에 형성된 컵부(100)에 형성된 코너(150)를 도시한 확대 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전지 케이스 제조 장치(20)의 구조를 도시한 수직 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
파우치 형 전지 케이스
도 1은 종래 기술에 따른 전지 케이스에 형성된 컵부에 형성된 모서리 및 그 주변의 모습을 확대 도시한 확대 사시도이다.
종래에는 펀치의 복수의 엣지들에 모두 동일한 곡률 반경으로 라운딩 처리를 하였고, 그에 따라 펀치의 코너에도 자연스럽게 동일한 곡률 반경으로 라운딩 처리가 되었다. 따라서, 이러한 펀치로 파우치 필름을 성형하여 파우치 필름이 연신되면, 코너도 자연스럽게 펀치 엣지와 동일한 곡률 반경으로 라운딩되며 형성되었다.
따라서 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 파우치 형 전지 케이스에 형성되는 컵부에서 제1 펀치 엣지(A1)의 곡률 반경, 제2 펀치 엣지(A2)의 곡률 반경, 그리고 상기 제1 펀치 엣지(A1)와 상기 제2 펀치 엣지(A2)를 연결하는 제1 코너(A3)의 곡률 반경은 서로 동일하였다.
그런데, 파우치 필름이 연신되면 응력이 집중되어 파우치 필름의 두께가 얇아지는 문제가 있었다. 특히, 코너는 세 개의 엣지, 즉 두 개의 펀치 엣지와 하나의 두께 엣지가 만나서 형성되므로, 펀치 엣지 또는 두께 엣지보다 더욱 많이 연신되어 펀치 엣지 또는 두께 엣지보다 더욱 응력이 많이 집중되었다. 이는 도 1에서 제1 펀치 엣지(A1)와 제2 펀치 엣지(A2)가 연장되는 방향을 각각 제1 벡터와 제2 벡터, 제1 두께 엣지(A4)가 연장되는 방향을 제3 벡터라고 하였을 때, 코너(A3)에서는 제1 벡터, 제2 벡터 및 제3 벡터를 합한 벡터가 향하는 방향으로 연신이 일어나기 때문이다.
따라서 도 1에 도시된 바와 같이, 파우치 필름의 연신이 과도하게 발생하므로, 코너에 해당하는 영역에서 내구성이 저하되었고, 크랙이 발생하기 직전에 특정 부분이 하얀색으로 변화하는 백화현상이 발생하였으며, 결국 쉽게 크랙이 발생하는 문제가 있었다.
여기서 크랙의 발생 여부에 대하여, 파우치 필름에 포함된 알루미늄 합금의 잔존율을 기준으로, 상기 잔존율이 60% 이상일 경우에는 양품, 잔존율이 60% 미만일 경우에는 불량으로 판단한다. 상기 잔존율이란, 파우치 필름의 특정 지점에서, 알루미늄 합금의 성형 전 잔존량 대비 성형 후 잔존량의 비율을 의미한다. 실제로, 상기 잔존율이 60% 미만일 경우에는, 파우치 필름에 컵부(100)를 드로잉 성형하면 특정 지점에서 크랙이 발생하는 빈도가 높으나, 잔존율이 60% 이상일 경우에는 크랙이 발생하지 않는다. 따라서 이하, 크랙이 쉽게 발생할 수 있다는 것은, 잔존율이 상대적으로 낮아 크랙이 발생하는 빈도가 높다는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명에 따른 파우치 형 전지 케이스(10)에 형성된 컵부(100)를 도시한 사시도이다.
본 발명은 종래 기술에 따른 상기의 문제점을 해결하기 위한 발명일 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면 파우치 필름을 성형하여 전지 케이스(10)를 제조할 때, 컵부(100)의 적어도 하나의 코너(150)가 라운딩되며 형성되어, 전지 케이스(10)의 내구성이 향상되고, 파우치 필름의 성형시 크랙의 발생 및 백화현상의 발생을 방지할 수 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 전지 케이스(10)는 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체를 내부에 수용하는 컵부(100)가 형성되되, 상기 컵부(100)는, 바닥을 형성하는 바닥부(110); 측면을 형성하며 상기 바닥부(110)와 만나는 외벽(120); 상기 바닥부(110)와 상기 외벽(120)을 각각 연결하는 펀치 엣지(130); 인접한 두 개의 상기 외벽(120)을 서로 연결하는 두께 엣지(140); 및 서로 인접한 두 개의 상기 펀치 엣지(130)와 상기 두께 엣지(140)가 연결되어 형성된 코너(150)를 포함하며, 상기 코너(150)는, 적어도 하나가 라운딩되며 형성되고, 곡률 반경이 상기 펀치 엣지(130) 및 상기 두께 엣지(140)의 곡률 반경과 상이하다.
도 2에 도시된 바와 같이 파우치 형 전지 케이스(10)는 필름 또는 시트 형태의 파우치 필름을 드로잉 성형하여 제조된다. 이러한 파우치 필름은 각 층이 서로 다른 재질로 이루어진 복수의 층상 구조를 가질 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 전지 케이스(10)는 하방으로 만입된 형상을 갖는 컵부(100)를 포함할 수 있다. 컵부(100)는 전극과 분리막을 포함하는 전극 조립체(미도시)가 수용되는 공간일 수 있다. 도 2에는 전지 케이스(10)에 하나의 컵부(100)가 형성된 모습이 도시되어 있으나, 이와 달리 전지 케이스(10)에는 복수의 컵부(100)가 형성될 수도 있고, 복수의 컵부(100)에 의해 형성된 빈 공간에 전극 조립체가 수용될 수 있다.
컵부(100)는 바닥을 형성하는 바닥부(110) 및 컵부(100)의 측면을 형성하며 상기 바닥부(110)와 만나는 외벽(120)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 바닥부(110)의 둘레는 사각형 형상을 가질 수 있고, 외벽(120)은 바닥부(110)의 둘레를 형성하는 각 모서리와 만나도록 형성될 수 있다. 이 때, 바닥부(110)의 둘레가 사각형 형상을 갖는다는 것은, 바닥부(110)의 둘레가 기하학적인 의미의 사각형 형상을 갖는 경우만을 의미하는 것이 아니라, 일견(一見)하였을 때 대략 사각형의 형상을 갖는 경우도 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이 바닥부(110)의 둘레가 사각형 형상을 가지는 경우, 외벽(120)은 제1 외벽(122), 제2 외벽(124), 제3 외벽(126) 및 제4 외벽(128)을 포함할 수 있다.
컵부(100)는 다양한 종류의 엣지를 포함하며, 특히 펀치(26, 도 5에 도시됨)의 가압 엣지에 대응되며 형성되는 펀치 엣지(130)를 포함한다. 펀치 엣지(130)는 컵부(100)의 상기 바닥부(110)와 상기 외벽(120)을 각각 연결하여, 바닥부(110)와 외벽(120)의 경계를 형성할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 바닥부(110)와 제1 외벽(122)이 서로 만나는 영역에는 제1 펀치 엣지(132)가 형성될 수 있고, 바닥부(110)와 제2 외벽(124)이 서로 만나는 영역에는 제2 펀치 엣지(134)가 형성될 수 있다. 그리고, 바닥부(110)와 제3 외벽(126)이 서로 만나는 영역에는 제3 펀치 엣지(136)가 형성될 수 있고, 바닥부(110)와 제4 외벽(128)이 서로 만나는 영역에는 제4 펀치 엣지(138)가 형성될 수 있다.
만약 펀치(26)의 가압 엣지에 라운딩 처리가 되지 않는다면 펀치(26)의 가압 엣지가 첨예하게 되므로, 파우치 필름을 성형할 때 컵부(100)의 펀치 엣지(130)에 응력이 집중되어 쉽게 크랙이 발생하는 문제가 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따르면, 펀치(26)의 가압 엣지에 라운딩 처리를 하여, 컵부(100)의 펀치 엣지(130)의 적어도 하나가 바깥으로 볼록하게 돌출된 라운딩되며 형성될 수 있다. 그럼으로써 컵부(100)의 펀치 엣지(130)에 집중하는 응력도 분산시킬 수 있다. 여기서 펀치 엣지(130)의 곡률 반경은, 펀치 엣지(130)가 연장되는 방향과 수직인 방향으로 펀치 엣지(130)를 절단하였을 때의 단면 둘레의 곡률 반경으로 정의될 수 있다. 펀치 엣지(130)는 곡률 반경이 2 mm 이하, 특히 0.7 mm 이하일 수 있다.
서로 인접한 펀치 엣지(130)는 서로 수직하게 만날 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 펀치 엣지(132)와 제2 펀치 엣지(134), 제2 펀치 엣지(134)와 제3 펀치 엣지(136), 제3 펀치 엣지(136)와 제4 펀치 엣지(138), 제4 펀치 엣지(138)와 제1 펀치 엣지(132)는 서로 수직하게 만날 수 있다.
또한, 컵부(100)는 서로 인접한 두 개의 외벽(120)을 서로 연결하는 두께 엣지(140)를 포함할 수 있다. 이러한 두께 엣지(140)는 컵부(100)의 두께 방향으로 형성되며, 파우치 필름이 연신될 때 다이(22, 도 5에 도시됨)의 코너와 펀치(26)의 가압 코너 사이에서 연신되면서 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 외벽(122)과 제2 외벽(124)이 서로 만나는 영역에는 제1 두께 엣지(142)가 형성될 수 있고, 제2 외벽(124)과 제3 외벽(126)이 서로 만나는 영역에는 제2 두께 엣지(144)가 형성될 수 있다. 그리고, 제3 외벽(126)과 제4 외벽(128)이 서로 만나는 영역에는 제3 두께 엣지(146)가 형성될 수 있고, 제4 외벽(128)과 제1 외벽(122)이 서로 만나는 영역에는 제4 두께 엣지(148)가 형성될 수 있다. 제1 내지 제4 두께 엣지(142, 144, 146, 148)는 각각 컵부(100)의 깊이에 대응되는 두께를 가질 수 있다. 보다 바람직하게, 제1 내지 제4 두께 엣지(142, 144, 146, 148)의 길이는 컵부(100)의 깊이에서 상기 펀치 엣지(130)의 폭을 뺀 값일 수 있다. 제1 내지 제4 두께 엣지(142, 144, 146, 148)의 길이는 서로 동일할 수 있으나, 만약 컵부(100)가 비대칭으로 형성된다면 서로 상이할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 컵부(100)의 두께 엣지(140)도 바깥으로 볼록하게 돌출된 라운딩되며 형성될 수 있다. 그럼으로써 컵부(100)의 두께 엣지(140)에 집중하는 응력도 분산시킬 수 있다. 여기서 두께 엣지(140)의 곡률 반경은, 두께 엣지(140)가 연장되는 방향과 수직인 방향으로 두께 엣지(140)를 절단하였을 때의 단면 둘레의 곡률 반경으로 정의될 수 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따르면, 두께 엣지(140)는 곡률 반경이, 서로 인접한 두 개의 펀치 엣지(130)의 곡률 반경과 상이하게 형성될 수도 있다. 이러한 두께 엣지(140)는 곡률 반경이 0.5 mm 내지 5 mm, 특히 0.5 mm 내지 3 mm 일 수 있으며, 두께 엣지(140)는 곡률 반경이 펀치 엣지(130)의 곡률 반경 이상으로 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(10)에 형성된 컵부(100)에 형성된 코너(150)를 도시한 확대 사시도이다.
한편, 도 2와 달리 도 3에는 컵부(100)가 지면을 향해 돌출된 형상을 갖는 것으로 도시되어 있는데, 이러한 도시는 설명 및 이해의 편의를 위한 것이다. 즉, 도 3은 도 2에 도시된 제1 코너(152) 및 그 주변을 전지 케이스(10)의 아래에서 바라보았을 때의 모습을 확대 도시한 것으로 볼 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 컵부(100)는 서로 인접한 두 개의 펀치 엣지(130)와 두께 엣지(140)가 연결되어 형성되는 코너(150)를 포함할 수 있다. 즉, 제1 펀치 엣지(132)와 제2 펀치 엣지(134), 제1 두께 엣지(142)가 서로 만나는 영역에는 제1 코너(152)가 형성될 수 있고, 제2 펀치 엣지(134)와 제3 펀치 엣지(136), 제2 두께 엣지(144)가 서로 만나는 영역에는 제2 코너(154)가 형성될 수 있다. 그리고, 제3 펀치 엣지(136)와 제4 펀치 엣지(138), 제3 두께 엣지(146)가 서로 만나는 영역에는 제3 코너(156)가 형성될 수 있고, 제4 펀치 엣지(138)와 제1 펀치 엣지(132), 제4 두께 엣지(148)가 서로 만나는 영역에는 제4 코너(158)가 형성될 수 있다. 그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 펀치 엣지(132), 제2 펀치 엣지(134), 제1 두께 엣지(142) 및 제1 코너(152)에는 오목하게 만입된 영역이 존재하지 않을 수 있다.
상기 기술한 바와 같이, 펀치(26)의 가압 코너에 라운딩 처리가 되지 않는다면 펀치(26)의 가압 코너가 첨예하게 되므로, 파우치 필름을 성형할 때 컵부(100)의 코너(150)에 응력이 집중되어 쉽게 크랙이 발생하는 문제가 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따르면, 펀치(26)의 가압 코너에 라운딩 처리를 하여, 컵부(100)의 적어도 하나의 코너(150)가 바깥으로 볼록하게 돌출된 라운딩되며 형성된다. 이 때, 코너(150)는 곡률 반경이 상기 펀치 엣지(130) 및 상기 두께 엣지(140) 중 적어도 하나의 곡률 반경과 상이할 수 있다. 특히, 코너(150)는 곡률 반경이 상기 펀치 엣지(130) 및 상기 두께 엣지(140) 중 적어도 하나의 곡률 반경 이상일 수 있다. 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 코너(152)의 곡률 반경은 제1 펀치 엣지(132), 제2 펀치 엣지(134) 및 제1 두께 엣지(142) 중 적어도 하나의 곡률 반경 이상일 수 있다. 그럼으로써 컵부(100)의 코너(150)에 집중하는 응력을 분산시킬 수 있다.
나아가 본 발명의 일 실시예에 따르면, 코너(150)는 내부에서 곡률 반경이 변화할 수 있다. 즉, 코너(150)의 중심부의 곡률 반경과 코너(150)의 주변부의 곡률 반경이 서로 상이할 수 있다. 특히, 코너(150)의 중심부의 곡률 반경이, 코너(150)의 주변부의 곡률 반경보다 더 클 수 있다. 예를 들면 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 코너(152)의 주변부(1522)의 곡률 반경은, 제1 펀치 엣지(132), 제2 펀치 엣지(134) 및 제1 두께 엣지(142)에 상대적으로 인접하므로, 제1 펀치 엣지(132), 제2 펀치 엣지(134) 및 제1 두께 엣지(142) 중 적어도 하나의 곡률 반경과 동일할 수 있다. 반면에 코너(150)의 중심부(1521)의 곡률 반경은, 제1 펀치 엣지(132), 제2 펀치 엣지(134) 및 제1 두께 엣지(142)에 상대적으로 이격되므로, 제1 펀치 엣지(132), 제2 펀치 엣지(134) 및 제1 두께 엣지(142) 중 적어도 하나의 곡률 반경보다 클 수 있다.
따라서, 코너(150)는 곡률 반경이 상기 펀치 엣지(130) 및 상기 두께 엣지(140) 중 적어도 하나의 곡률 반경 이상일 수 있다. 그리고 코너(150)의 곡률 반경은, 코너(150)의 주변부로부터 코너(150)의 중심부로 갈수록 점점 커질 수 있다. 또한, 상기 기술한 바와 같이 코너(150)는 내부에서 곡률 반경이 일정하지 않고 변화하므로, 코너(150)의 중심부는 정확한 구면이 아닌, 비구면 형상을 가질 수 있다.
코너(150)는 펀치 엣지(130)와 달리, 곡률 반경뿐만 아니라 컵부(100)에서 형성되는 범위도 명확히 설정되어야 한다. 만약 코너(150)가 컵부(100)에서 형성되는 범위가 과도하게 좁다면, 여전히 파우치 필름의 연신이 과도하여, 백화현상 또는 크랙이 발생하는 문제가 있다. 반면에 코너(150)가 컵부(100)에서 형성되는 범위가 과도하게 넓다면, 오히려 컵부(100)의 외벽(120)과 전극 조립체(10) 사이의 공간(17)이 감소하므로 이차 전지(1)의 부피 대비 에너지 밀도가 증가할 수 있다. 특히 본 발명의 일 실시예에 따르면 도 3에 도시된 바와 같이, 코너(150)는 두께 엣지(140)로부터 컵부(100)의 길이 방향(lc) 및 폭 방향(wc), 펀치 엣지(130)로부터 컵부(100)의 두께 방향(dc)으로 모두 소정의 범위 내에 형성될 수 있다. 그리고 이러한 코너(150)가 형성되는 범위는, 컵부(100)의 깊이가 깊을수록 넓게 형성될 수 있다. 컵부(100)의 코너(150)가 이와 같이 형성됨으로써, 코너(150)에 더욱 집중되는 응력이 분산될 수 있어 백화현상 및 크랙이 발생하는 문제를 방지할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 코너(150)의 둘레 중 서로 인접한 두 개의 펀치 엣지(130)를 서로 연결하는 둘레는 곡선으로 형성될 수 있다. 또한, 코너(150)의 둘레 중 펀치 엣지(130)와 두께 엣지(140)를 연결하는 둘레 역시 곡선으로 형성될 수 있다. 이러한 경우, 전지 케이스(10)의 내부 공간의 활용도가 증가할 수 있으므로, 이러한 전지 케이스(10)가 적용된 이차전지의 단위 부피 당 용량이 증가할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 케이스(10)에 형성된 컵부(100)에 형성된 코너(150)를 도시한 확대 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 코너(150)의 둘레 중 서로 인접한 두 개의 펀치 엣지(130)를 연결하는 둘레는 적어도 하나의 직선을 포함할 수 있다. 또한, 코너(150)의 둘레 중 펀치 엣지(130)와 두께 엣지(140)를 연결하는 둘레 역시 적어도 하나의 직선을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 전지 케이스(10)를 제조하기 위한 공정의 간소화 측면에서 이점이 존재할 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4를 참고하여, 제1 펀치 엣지(132)와 제2 펀치 엣지(134)에 대해 전술한 내용은 제3 펀치 엣지(136) 및 제4 펀치 엣지(138)에도 동일하게 적용될 수 있고, 제1 두께 엣지(142)에 대한 내용은 제2 내지 제4 두께 엣지(144, 146, 148)에도 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 제1 코너(152)에 대한 내용은 제2 내지 제4 코너(154, 156, 158)에도 동일하게 적용될 수 있다.
이차전지
한편, 본 발명에 따른 이차전지는 전극과 분리막이 교대로 배치된 구조를 갖는 전극 조립체 및 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스(10)를 포함할 수 있다. 이때, 전극 조립체가 전극과 분리막이 교대로 배치된 구조를 갖는다는 것은 전극 조립체를 수직으로 잘랐을 때 전극과 분리막이 교대로 배치된 구조를 갖는다는 것을 의미하는 것이며, 전극 조립체의 제조방법을 한정한 것은 아니다.
한편, 전지 케이스(10)에 대한 내용은 도면을 참고하여 전술한 내용으로 갈음하도록 한다.
전지 케이스 제조 장치
도 5는 본 발명에 따른 전지 케이스 제조 장치(20)의 구조를 도시한 수직 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스 제조 장치(20)는 파우치 필름을 가압하여 파우치 형 전지 케이스에 만입된 형상을 가지는 컵부(100)를 형성하는 펀치(26)를 포함하고, 상기 펀치(26)는, 바닥을 형성하는 가압 바닥부; 상기 가압 바닥부와 만나도록 형성되며 측면을 형성하는 가압 외벽; 상기 가압 바닥부와 상기 가압 외벽을 서로 연결하는 가압 엣지; 인접한 두 개의 상기 가압 외벽을 서로 연결하는 가압 두께부; 및 서로 인접한 두 개의 가압 엣지와 가압 두께부가 연결되어 형성되는 가압 코너를 포함하며, 상기 가압 코너는, 적어도 하나가 라운딩 처리되고, 곡률 반경이 상기 가압 엣지 및 상기 가압 두께부의 곡률 반경과 상이하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전지 케이스 제조 장치(20)는 다이(22) 및 스트리퍼(24)를 포함할 수 있다. 다이(22)와 스트리퍼(24)는 파우치 필름(미도시)에 컵부(100)를 형성하는 과정에서 파우치 필름를 고정하는 구성일 수 있다. 즉, 파우치 필름에 컵부(100)를 형성하기 위해서는 파우치 필름에서 가압되는 영역을 제외한 다른 영역은 고정될 필요가 있는데, 다이(22)와 스트리퍼(24)는 각각 파우치 필름의 하면 및 상면을 가압함으로써 파우치 필름를 고정하는 구성일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지 케이스 제조 장치(20)는 파우치 필름를 가압하여 전지 케이스(10)에 만입된 형상을 가지는 컵부(100)를 형성하는 펀치(26)를 더 포함할 수 있다. 펀치(26)는 상부 고정부(24)의 중앙 영역에 형성된 관통홀 내에 수용된 구성일 수 있다.
펀치(26)에서 파우치 필름를 가압하여 전지 케이스(10)에 컵부(100)를 형성하는 영역은 전술한 전지 케이스(10)의 컵부(100, 도 1 참조)에 형성된 바닥부(110), 외벽(120), 펀치 엣지(130), 두께 엣지(140) 및 코너(150)의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 따라서, 펀치(26)에서 파우치 필름를 가압하여 전지 케이스(10)에 컵부(100)를 형성하는 영역은, 전술한 전지 케이스의 컵부(100)에 형성된 바닥부(110), 외벽(120), 펀치 엣지(130), 두께 엣지(140) 및 코너(150)의 형상과 동일할 수 있다.
한편, 펀치(26)는 컵부(100)의 바닥부(110)와 만나도록 형성되며 펀치(26)의 바닥을 형성하는 가압 바닥부, 및 컵부(100)의 외벽(120)과 만나도록 형성되며 펀치(26)의 측면을 형성하는 가압 외벽을 포함할 수 있다. 펀치(26)의 가압 바닥부 및 가압 외벽은, 전술한 전지 케이스(10)의 컵부(100)의 바닥부(110, 도 1 참조) 및 외벽(120, 도 1 참조)를 가압하는 구성으로서, 컵부(100)의 바닥부(110) 및 외벽(120)에 대응되는 형상을 가질 수 있다.
한편, 가압 외벽은 복수의 가압 외벽을 포함할 수 있는데, 제1 내지 제4 가압 외벽은 전술한 컵부(100)의 제1 내지 제4 외벽(122, 124, 126, 128, 도 1 참조)에 각각 대응되는 형상을 가질 수 있다.
펀치(26)는 가압 바닥부와 가압 외벽을 서로 연결하는 가압 엣지를 포함할 수 있다. 가압 엣지는 전술한 컵부(100)의 펀치 엣지(130, 도 1 참조)에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 즉, 가압 바닥부와 제1 내지 제4 가압 외벽이 서로 만나는 영역에는, 컵부(100)의 제1 내지 제4 펀치 엣지(132, 134, 136, 138, 도 1 참조)에 각각 대응되는 형상을 가지는 제1 내지 제4 가압 엣지가 각각 형성될 수 있다. 따라서, 가압 엣지는 적어도 하나가 바깥으로 볼록하게 돌출되어 라운딩 처리될 수 있다.
또한, 펀치(26)는 인접한 두 개의 가압 외벽을 서로 연결하는 가압 두께부를 포함할 수 있다. 가압 두께부는 전술한 컵부(100)의 두께 엣지(140, 도 1 참조)에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 즉, 제1 내지 제4 가압 두께부는, 컵부(100)의 제1 내지 제4 두께 엣지(142, 144, 146, 148, 도 1 참조)에 각각 대응되는 형상을 가질 수 있다. 따라서, 가압 두께부는 적어도 하나가 바깥으로 볼록하게 돌출되어 라운딩 처리될 수 있다.
또한, 펀치(26)는 서로 인접한 두 개의 가압 엣지와 가압 두께부가 연결되어 형성되는 가압 코너를 포함할 수 있다. 가압 코너는 전술한 컵부(100)의 코너(150)에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 즉, 제1 내지 제4 가압 코너는, 컵부(100)의 제1 내지 제4 코너(152, 154, 156, 158, 도 1 참조)에 각각 대응되는 형상을 가질 수 있다. 따라서, 가압 코너는 적어도 하나가 바깥으로 볼록하게 돌출되어 라운딩 처리될 수 있다.
가압 엣지, 가압 두께부 및 가압 코너는 각각 소정의 곡률 반경을 가지며 바깥으로 볼록하게 돌출되어 라운딩 처리될 수 있다. 그리고, 가압 엣지의 곡률 반경은 전술한 컵부(100)의 펀치 엣지(130)의 곡률 반경에 대응될 수 있고, 가압 두께부의 곡률 반경은 전술한 컵부(100)의 두께 엣지(140)의 곡률 반경에 대응될 수 있으며, 가압 코너의 곡률 반경은 전술한 컵부(100)의 코너(150)의 곡률 반경에 대응될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 두께 엣지(140)는 곡률 반경이 펀치 엣지(130)의 곡률 반경과 상이하며, 특히 펀치 엣지(130)의 곡률 반경 이상으로 형성될 수 있으므로, 가압 두께부의 곡률 반경은 가압 엣지의 곡률 반경과 상이하며, 특히 가압 엣지의 곡률 반경 이상으로 형성될 수 있다.
그리고 코너(150)는 곡률 반경이 펀치 엣지(130) 및 두께 엣지(140) 중 적어도 하나의 곡률 반경과 상이하며, 특히 펀치 엣지(130) 및 두께 엣지(140) 중 적어도 하나의 곡률 반경 이상일 수 있으므로, 가압 코너는 곡률 반경이 가압 엣지 및 가압 두께부 중 적어도 하나의 곡률 반경과 상이하며, 특히 가압 엣지 및 가압 두께부 중 적어도 하나의 곡률 반경 이상으로 형성될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 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 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 전지 케이스
100 : 컵부
110 : 바닥부
120 : 외벽
122 : 제1 외벽
124 : 제2 외벽
126 : 제3 외벽
128 : 제4 외벽
130 : 펀치 엣지
132 : 제1 펀치 엣지
134 : 제2 펀치 엣지
136 : 제3 펀치 엣지
138 : 제4 펀치 엣지
140 : 두께 엣지
142 : 제1 두께 엣지
144 : 제2 두께 엣지
146 : 제3 두께 엣지
148 : 제4 두께 엣지
150 : 코너
152 : 제1 코너
154 : 제2 코너
156 : 제3 코너
158 : 제4 코너

Claims (15)

  1. 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체를 내부에 수용하는 컵부가 형성되되,
    상기 컵부는,
    바닥을 형성하는 바닥부;
    측면을 형성하며 상기 바닥부와 만나는 외벽;
    상기 바닥부와 상기 외벽을 각각 연결하는 펀치 엣지;
    인접한 두 개의 상기 외벽을 서로 연결하는 두께 엣지; 및
    서로 인접한 두 개의 상기 펀치 엣지와 상기 두께 엣지가 연결되어 형성된 코너를 포함하며,
    상기 펀치 엣지는,
    적어도 하나가 라운딩되며 형성되고,
    상기 두께 엣지는,
    적어도 하나가 라운딩되며 형성되며,
    상기 코너는,
    적어도 하나가 라운딩되며 형성되고,
    곡률 반경이 상기 펀치 엣지 및 상기 두께 엣지의 곡률 반경과 상이한 파우치 형 전지 케이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코너는,
    곡률 반경이 상기 펀치 엣지 및 상기 두께 엣지 중 적어도 하나의 곡률 반경 이상인 파우치 형 전지 케이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코너는,
    내부에서 상기 곡률 반경이 변화하는 파우치 형 전지 케이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 코너는,
    중심부의 곡률 반경이 주변부의 곡률 반경보다 큰 파우치 형 전지 케이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 펀치 엣지는,
    곡률 반경이 2 mm 이하인 파우치 형 전지 케이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 두께 엣지는,
    곡률 반경이 0.5 mm 내지 5 mm 인 파우치 형 전지 케이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 두께 엣지는,
    곡률 반경이 상기 펀치 엣지의 곡률 반경 이상으로 형성되는 파우치 형 전지 케이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코너는,
    상기 두께 엣지로부터 상기 컵부의 길이 방향 및 폭 방향, 상기 펀치 엣지로부터 두께 방향으로 모두 소정의 범위 내에 형성되는 파우치 형 전지 케이스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 코너가 형성되는 범위는,
    상기 컵부의 깊이가 깊을수록 넓게 형성되는 파우치 형 전지 케이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 코너의 둘레 중 서로 인접한 두 개의 상기 펀치 엣지를 연결하는 둘레는,
    곡선으로 형성되는 파우치 형 전지 케이스.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 코너의 둘레 중 상기 펀치 엣지와 상기 두께 엣지를 연결하는 둘레는,
    곡선으로 형성되는 파우치 형 전지 케이스.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 코너의 둘레 중 서로 인접한 두 개의 상기 펀치 엣지를 연결하는 둘레는,
    적어도 하나의 직선을 포함하는 파우치 형 전지 케이스.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 코너의 둘레 중 상기 펀치 엣지와 상기 두께 엣지를 연결하는 둘레는,
    적어도 하나의 직선을 포함하는 파우치 형 전지 케이스.
  14. 파우치 필름을 가압하여 파우치 형 전지 케이스에 만입된 형상을 가지는 컵부를 형성하는 펀치를 포함하고,
    상기 펀치는,
    바닥을 형성하는 가압 바닥부;
    상기 가압 바닥부와 만나도록 형성되며 측면을 형성하는 가압 외벽;
    상기 가압 바닥부와 상기 가압 외벽을 서로 연결하는 가압 엣지;
    인접한 두 개의 상기 가압 외벽을 서로 연결하는 가압 두께부; 및
    서로 인접한 두 개의 가압 엣지와 가압 두께부가 연결되어 형성되는 가압 코너를 포함하며,
    상기 가압 코너는,
    적어도 하나가 라운딩 처리되고,
    곡률 반경이 상기 가압 엣지 및 상기 가압 두께부의 곡률 반경과 상이한 파우치 형 전지 케이스 제조 장치.
  15. 제1항에 따른 파우치 형 전지 케이스를 포함하는 이차전지.
KR1020200119177A 2019-09-17 2020-09-16 파우치 형 전지 케이스 및 이를 제조하는 제조 장치, 파우치 형 이차 전지 KR20210032916A (ko)

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