KR20220001039A - 파우치와 상기 파우치의 성형장치 및 상기 파우치를 포함하는 이차전지의 제조방법 - Google Patents

파우치와 상기 파우치의 성형장치 및 상기 파우치를 포함하는 이차전지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 파우치의 성형장치는, 서로 연결된 제1안착부와 제2안착부를 포함하며, 전극조립체가 탑재되면 제1안착부와 제2안착부가 전극조립체의 상측면과 하측면을 덮도록 폴딩되고 제1안착부와 제2안착부의 실링부들끼리 맞닿은 상태로 밀봉되는 파우치를 제조하는 파우치의 성형장치로써, 상면에서 일정깊이로 파인 제1홈이 형성되며, 상기 제1홈의 바닥면에서 제2홈이 추가적으로 파인 하형; 및 상기 제1홈으로 진입하는 일면에 평면부가 형성되고, 상기 제2홈으로 진입하는 돌출부가 상기 평면부에서 돌출된 상형;을 포함하고, 상기 상형과 하형 사이에 파우치시트가 놓인 상태에서 상형과 하형의 압착이 이뤄지면, 상기 평면부가 가압하는 부분에서 제1안착부와 제2안착부가 성형되고 상기 돌출부가 가압하는 부분에서 상기 제1안착부와 제2안착부 사이를 연결하며 전극조립체가 탑재될 때 상기 전극조립체의 측면과 평행한 면을 형성하는 측벽부가 형성되도록 성형하는 것을 특징으로 한다.

Description

파우치와 상기 파우치의 성형장치 및 상기 파우치를 포함하는 이차전지의 제조방법{Pouch and forming apparatus for the pouch and manufacturing method for secondary battery including the pouch}
본 발명은 이차전지의 파우치, 상기 파우치를 성형하는 성형장치 및 상기 파우치를 포함하는 이차전지의 제조방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 파우치시트의 성형가능한 범위 내에서 측벽부를 성형하여 더 두꺼운 두께를 갖는 전극조립체도 탑재가능한 파우치를 성형하는 성형장치, 상기 성형장치로 제조된 파우치 및 상기 파우치를 포함하는 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.
휴대 기기 및 전기 자동차 분야 등에서 고효율 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있다. 그러한 이차전지 중에서도 에너지 밀도가 높고 상대적으로 고전압을 유지할 수 있으며 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있고 성능향상을 위한 연구개발이 활발히 이루어지고 있다.
이차전지는 캔, 파우치 등과 같은 케이스 내에 전극조립체와 전해질이 내장되는 구조를 갖는다. 전극조립체는 양극, 분리막, 음극이 반복 적층된 구조를 갖되, 일반적으로 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태에서 둘둘 말아져 케이스 내에 내장되는 권취형, 일정한 크기로 양극, 분리막, 음극이 절단된 상태에서 적층이 이루어지는 스택형(적층형)으로 구분될 수 있다.
상기 권취형 전극조립체는 나선형으로 감겨지는 구조상, 원통형 전지에는 탑재가 적합한 반면에 각형 또는 파우치형 전지에는 공간 활용도에 있어서 불리하고, 반대로 스택형 전극조립체는 전극과 분리막 절단 시 크기 조절이 가능하므로 케이스에 맞는 각형태를 얻기 용이하나 제조과정이 상대적으로 복잡해지고 외부 충격에 상대적으로 취약한 단점이 있다. 그리고, 권취형과 스택형의 장점을 취합하도록 스택앤폴딩(Stack&Folding) 방식이 개발된 바 있다. 스택앤폴딩 방식은 폴딩분리막 위에 C타입바이셀(양극/분리막/음극/분리막/양극 적층구조를 갖는 바이셀)과 A타입바이셀(음극/분리막/양극/분리막/음극 적층구조를 갖는 바이셀)을 올려놓고 상기 바이셀들을 폴딩하여 제조가 이루어진다.
그리고, 위와 같이 다양한 방식으로 제조되는 전극조립체는 캔 또는 파우치와 같은 케이스에 탑재가 이뤄진다.
이 중, 파우치는 알루미늄재의 금속층과 고분자재질의 수지층이 적층되어 제조되되, 시트 형태로 제공되면 성형장치를 통해 정해진 모양을 갖도록 가공이 이뤄진다.
즉, 종래의 파우치에 전극조립체가 탑재되는 모습이 나타난 도 1a, 종래의 파우치가 펼쳐진 상태 및 닫힌 상태의 단면모습이 나타난 도 1b를 참조하면, 육면체 형상의 전극조립체(1)가 탑재되는 파우치(2)는 전극조립체(1)의 하면이 안착되는 제2안착부(4)와 전극조립체(1)의 상면을 덮는 제1안착부(3)를 포함하고, 개방된 상태에서 전극조립체(1)가 탑재되면 전극조립체(1)의 상측면과 하측면을 덮도록 제1안착부(3와 제2안착부(4)는 폴딩되어 닫힌 상태가 된다.
닫힌 상태가될 때, 제1안착부(3)와 제2안착부(4)의 실링부들(3b, 4b)끼리 맞닿게 되고 맞닿은 상태에서 열과 압력이 가해져 파우치(2)의 밀봉이 이뤄진다. 이때, 상기 제1안착부(3)와 제2안착부(4)의 홈들(3a, 4a)은 전극조립체(1) 탑재될 수 있는 깊이를 갖도록 제공된다.
그리고, 이러한 구조의 파우치는 평평한 파우치시트를 가공하여 제조된다. 즉, 종래의 파우치 성형장치의 단면모습이 도시된 도 1c 를 참조하면, 종래의 파우치의 성형장치는 상형(7)과 하형(6)을 포함하되 상기 하형(6)은 양측으로 두 개의 홈들(6a, 6b)이 각각 마련되고, 두 개의 홈들 (6a, 6b) 사이는 돌기(6c)에 의해 구획되는 구조를 갖는다.
그리고, 상기 하형(6) 위에서 상승하강이 이뤄지는 상형(7)은 상기 하형(6)의 홈들(6a, 6b)로 진입할 수 있는 두 개의 코어들(7)을 가지며, 상기 코어들(7) 사이로 하형(6)의 돌기(6c)가 진입할 수 있도록 홀(7a)이 형성된 모양을 갖는다.
따라서, 하형(6) 위로 파우치시트가 안착된 상태에서 상형(7)이 하강하며 상기 파우치시트를 가압하면 하형(6)의 홈(6a, 6b)과 돌기(6c)의 모양을 따라 도 1b 에 나타난 형태와 같이 파우치(2)로 성형된다.
이러한 파우치(2)는 중간에서 절곡점(C)을 따라 폴딩이 이뤄져 내부에 전극조립체(1)를 수납할 수 있다. 상기 절곡점(C)는 도 1a 에서 접혀지는 부분(5)이 된다.
한편, 전술한 바와 같이 상기 파우치(2)는 금속층과 수지층이 적층된 구조를 갖는다. 따라서, 상형(7)과 하형(6) 사이에서 성형이 이뤄질 때 금속층의 연신(elongation)에 한계가 있어 연신이 이뤄지는 부분(d)의 크기를 늘릴 수가 없으므로 제1안착부의 홈(3a)와 실링부(3b) 사이의 간격(t) 및 제2안착부의 홈(4a)와 실링부(4b) 사이의 간격은 제한될 수 밖에 없다.
따라서, 파우치의 성형조건 때문에 파우치에 탑재되는 전극조립체(1)의 두께 또한 제약되었다. 이러한 제약조건 때문에 더 큰 용량의 파우치형 이차전지는 전극조립체의 두께를 늘리지 못하고 면적을 늘리는 형태로 제공되어왔다.
하지만, 고용량 이차전지의 필요성이 점차 증대됨에 따라, 더 두꺼운 두께의 전극조립체를 탑재할 수 있는 파우치 및 상기 파우치를 제조할 수 있는 성형장치가 요구되었다.
본 발명은 점차 증대되는 고용량 이차전지의 요구에 맞춰, 더 두꺼운 두께의 전극조립체를 탑재할 수 있는 파우치 및 상기 파우치를 제조할 수 있는 성형장치 그리고, 상기 파우치를 포함하는 이차전지의 제조방법을 제공하는 것에 주목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 파우치 및 상기 파우치를 제조할 수 있는 성형장치 그리고, 상기 파우치를 포함하는 이차전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 파우치의 성형장치는, 서로 연결된 제1안착부와 제2안착부를 포함하며, 전극조립체가 탑재되면 제1안착부와 제2안착부가 전극조립체의 상측면과 하측면을 덮도록 폴딩되고 제1안착부와 제2안착부의 실링부들끼리 맞닿은 상태로 밀봉되는 파우치를 제조하는 파우치의 성형장치로써, 상면에서 일정깊이로 파인 제1홈이 형성되며, 상기 제1홈의 바닥면에서 제2홈이 추가적으로 파인 하형; 및 상기 제1홈으로 진입하는 일면에 평면부가 형성되고, 상기 제2홈으로 진입하는 돌출부가 상기 평면부에서 돌출된 상형;을 포함하고, 상기 상형과 하형 사이에 파우치시트가 놓인 상태에서 상형과 하형의 압착이 이뤄지면, 상기 평면부가 가압하는 부분에서 제1안착부와 제2안착부가 성형되고 상기 돌출부가 가압하는 부분에서 상기 제1안착부와 제2안착부 사이를 연결하며 전극조립체가 탑재될 때 상기 전극조립체의 측면과 평행한 면을 형성하는 측벽부가 형성되도록 성형하는 것을 특징으로 한다.
상기 파우치는 알루미늄재의 금속층과 고분자재질의 수지층이 적층되어 구성되고, 상기 평면부에서부터 돌출부의 돌출 높이는 상기 금속층의 연신율에 따라 결정된다.
상기 제2홈은 제1홈의 중앙에 위치하고 상기 돌출부는 평면부의 중앙에 위치한다.
그리고, 상기 제1홈으로 진입하는 상형의 모서리부분과 상기 돌출부의 모서리부분은 소정의 곡률로 라운딩되며, 상기 제1홈이 형성되는 하형의 모서리부분은 소정의 곡률로 라운딩된다.
아울러, 본 발명에서 제공되는 파우치는 서로 연결된 제1안착부와 제2안착부를 포함하며, 전극조립체가 탑재되면 제1안착부와 제2안착부가 전극조립체의 상측면과 하측면을 덮도록 폴딩되고 제1안착부와 제2안착부의 실링부들끼리 맞닿은 상태로 밀봉되는 파우치에 있어서, 전극조립체의 상부 또는 하부 중 어느 한쪽을 덮는 제1안착부; 전극조립체의 상부 또는 하부 중 다른 한쪽을 덮으며 일측변이 상기 제1안착부의 어느 한 변과 연결되는 제2안착부; 및 일측은 상기 제1안착부의 한 변과 연결되고 타측변은 상기 제2안착부와 연결되는 측벽부;를 포함하고, 상기 측벽부는 제1안착부 및 제2안착부 각각에서 폴딩될 수 있고, 파우치의 내측면과 외측면 모두에서 평탄한 평면 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 측벽부는 제1안착부 및 제2안착부와 수직을 이루도록 폴딩될 수 있다.
상기 제1안착부와 제2안착부 각각은 측벽부로 연결된 변을 제외한 나머지 변들에서 실링부가 연장되어 형성되고, 전극조립체가 탑재되어 폴딩이 이뤄질 때 상기 제1안착부의 실링부와 제2안착부의 실링부는 밀봉이 이뤄진다.
상기 제1안착부와 제2안착부가 평행을 이루도록 폴딩되었을 때 상기 제1안착부의 실링부와 제2안착부의 실링부의 밀봉이 이뤄질 수 있도록 상기 상기 제1안착부의 실링부와 제2안착부의 실링부는 측벽부의 길이에 따라 제1안착부 및 제2안착부에서 연장되는 길이가 정해진다.
상기 제1안착부와 측벽부가 연결되는 모서리 및 상기 제2안착부와 측벽부의 모서리에는 오목하게 파인 모양을 갖도록 단차부가 형성될 수 있다.
아울러, 본 발명은 위와 같은 구성을 갖는 파우치를 포함하는 이차전지의 제조방법을 추가적으로 제공한다.
본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은, 서로 연결된 제1안착부와 제2안착부를 포함하며, 전극조립체가 탑재되면 제1안착부와 제2안착부가 전극조립체의 상측면과 하측면을 덮도록 폴딩되고 제1안착부와 제2안착부의 실링부들끼리 맞닿은 상태로 밀봉되는 파우치 및 상기 파우치에 전해액과 함께 전극조립체가 내장되는 이차전지의 제조방법에 있어서, 파우치를 성형하는 파우치성형단계(S10) 및 성형된 파우치에 전극조립체와 전해액을 내장하고 파우치의 실링부를 밀봉하는 밀봉단계(S20)를 포함하고, 상기 파우치성형단계(S10)는, 상면에서 일정깊이로 파인 제1홈 및 상기 제1홈의 바닥면에서 제2홈이 추가적으로 파인 하형 위에 파우치시트를 안착시키는 단계(S11); 상기 제1홈으로 진입하는 일면에 평면부가 형성되고 상기 제2홈으로 진입하는 돌출부가 상기 평면부에서 돌출된 상형으로 상기 파우치시트를 가압하여 성형하는 단계(S12); 및 서로 마주하는 제1안착부 및 제2안착부와 상기 제1안착부 및 제2안착부를 연결하는 측벽부를 형성하도록 성형된 파우치시트를 폴딩하는 단계(S13);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 측벽부는 내측면과 외측면의 양측면이 모두 평탄한 평면 형상을 갖도록 성형된다.
성형된 파우치시트를 폴딩하는 단계(S13)에서는 상기 측벽부가 제1안착부 및 제2안착부와 수직을 이루도록 폴딩된다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 파우치는 제1안착부와 제2안착부 사이를 연결하는 평면형태의 측벽부가 형성되어 측벽부의 길이 조절을 통해 더 두꺼운 두께의 전극조립체를 탑재할 수 있다.
즉, 종래의 파우치는 금속층의 연신이 제한되어 탑재가능한 전극조립체의 두께가 제한되었으나, 본원의 파우치에서 측벽부는 상형과 하형 사이에서 연신이 이뤄지지 않는 평면을 가지므로 상기 평면의 길이를 조절하여 더 두꺼운 전극조립체의 탑재가 가능하다.
그리고, 상형과 하형의 모서리부분은 라운딩되어 파우치시트의 찍힘 또는 눌림에 의한 변형 발생을 줄일 수 있다.
도 1a 는 종래의 파우치에 전극조립체가 탑재되는 모습이 나타난 사시도.
도 1b 는 종래의 파우치가 펼쳐진 상태 및 닫힌 상태(폴딩된 상태)의 단면모습이 나타난 단면도.
도 1c 는 종래의 파우치 성형장치의 단면모습이 도시된 단면도.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 파우치 성형장치의 단면모습이 나타난 단면도.
도 3 은 도 2 의 파우치 성형장치로 제조된 파우치 내에 전극조립체가 탑재된 모습이 도시된 단면도.
도 4 는 종래의 파우치에 전극조립체가 탑재된 단면모습과 본 발명의 파우치에 더 두꺼운 전극조립체가 탑재된 단면모습이 도시된 도면.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 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 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 파우치 및 상기 파우치를 제조할 수 있는 성형장치 그리고, 상기 파우치를 포함하는 이차전지의 제조방법을 제공하며, 이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 더욱 상세히 설명한다.
제1실시예
본 발명은 파우치의 성형장치를 제1실시예로 제공한다. 본 발명에 따른 파우치의 성형장치는 서로 연결된 제1안착부(11)와 제2안착부(12)를 포함하며 전극조립체(1)가 탑재되면 제1안착부(11)와 제2안착부(12)가 전극조립체(1)의 상측면과 하측면을 덮도록 폴딩되고 제1안착부(11)와 제2안착부(12)의 실링부들(11a, 12a)끼리 맞닿은 상태로 밀봉되는 파우치(10)를 제조할 수 있도록 구성된다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 파우치 성형장치의 단면모습이 나타난 단면도이다. 도 2 에 나타난 바와 같이 본원의 성형장치는 하형(20)과 상형(30)을 포함하여 구성된다.
상기 하형(20)은 평평한 하면을 갖되, 상면에는 일정깊이로 제1홈(21)이 형성되며, 상기 제1홈(21)의 바닥면 중에는 제2홈(22)이 형성된다.
상기 제2홈(22)을 기준으로 상기 제1홈(21)의 일측에는 파우치(10)의 제1안착부(11)가 성형되며 제1홈(21)의 타측에는 제2안착부(12)가 성형된다. 그리고, 상기 제2홈(22)이 위치하는 부분에는 파우치(10)의 측벽부(13)가 형성된다. 따라서, 제조되는 파우치(10)의 제1안착부(11)와 제2안착부(12)의 크기(면적)에 따라 상기 제1홈(21)의 면적이 정해진다. 마찬가지로, 상기 제1안착부(11)와 제2안착부(12)를 연결하는 측벽부(13)의 크기에 따라 제2홈(22)의 면적이 결정된다.
다만, 상기 제1홈(21)의 깊이와 제2홈(22)의 깊이는 파우치(10)에 포함되는 금속층의 연신률에 따라 정해질 수 있다. 즉, 상기 파우치(10)로 성형되는 파우치시트는 알루미늄재의 금속층과 고분자재질의 수지층이 적층되어 구성되므로, 상기 금속층의 손상을 방지하기 위해 제1홈(21)과 제2홈(22)의 깊이(평면부가 진입하는 높이 및 평면부에서부터 돌출부의 돌출 높이)는 상기 금속층의 연신율에 따라 결정된다.
아울러, 상기 상형(30)은 하형(20)의 제1홈(21)으로 진입하는 일면에 평면부(31)가 형성되고, 상기 제2홈(22)으로 진입하는 돌출부(32)가 상기 평면부(31)에서 추가적으로 돌출된 구조를 갖는다. 도 2 에서는 제1홈(21)과 제2홈(22)으로 진입하는 평면부(31)와 돌출부(32)만 도시되었으나, 상기 평면부(31)와 돌출부(32)는 일체로 형성되되 상하로 승강가능하게 연결되는 활주장치 및 파우치의 실링부(11a, 12a)를 가압하는 부분(미도시)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
따라서, 상기 상형(30)과 하형(20) 사이에 평평한 파우치시트가 놓이면, 상기 상형(30)이 하형(20)으로 하강하여(또는 하형이 상형으로 상승하여) 상형(30)과 하형(20) 사이에서 파우치시트의 압착이 이뤄진다.
압착이 이뤄진 후, 상형(30)과 하형(20)의 분리되면, 상기 파우치시트에서 평면부(31)가 가압하는 부분에는 제1안착부(11)와 제2안착부(12)가 형성되고 상기 돌출부(32)가 가압하는 부분에서 상기 제1안착부(11)와 제2안착부(12) 사이를 연결하며 전극조립체(1)가 탑재될 때 상기 전극조립체(1)의 측면과 평행한 면을 형성하는 측벽부(13)가 형성된다.
이때, 상기 제1홈(21)으로 진입하는 상형(30)의 모서리부분과 상기 돌출부(32)의 모서리부분은 소정의 곡률로 라운딩되며, 상기 제1홈(21)이 형성되는 하형(20)의 모서리부분도 소정의 곡률로 라운딩된다. 이는 모서리부분에서 압력이 집중되는 경우 압착 시 발생할 수 있는 파우치시트의 손상을 방지하기 위함이다. 이러한 곡률도 파우치시트의 금속층의 연신율에 따라 결정될 수 있다.
제2실시예
본 발명은 제1실시예에 따른 파우치의 성형장치로 제조될 수 있는 파우치를 제2실시예로 제공한다.
도 3 은 도 2 의 파우치 성형장치로 제조된 파우치(10) 내에 전극조립체(1)가 탑재된 모습이 도시된 단면도이다. 도면을 참조하면, 이 실시예에서 제공되는 파우치(10)는 서로 연결된 제1안착부(11)와 제2안착부(12)를 포함하며, 전극조립체(1)가 탑재되면 제1안착부(11)와 제2안착부(12)가 전극조립체(1)의 상측면과 하측면을 덮도록 폴딩되고 제1안착부(11)와 제2안착부(12)의 실링부들(11a, 12a)끼리 맞닿은 상태로 밀봉이 이뤄지는 구조를 갖는다.
이때, 상기 제1안착부(11)는 전극조립체(1)의 상부 또는 하부 중 어느 한쪽을 덮으며, 제2안착부(12)는 전극조립체(1)의 상부 또는 하부 중 다른 한쪽을 덮는다.
그리고, 일측은 상기 제1안착부(11)의 한 변과 연결되고 타측변은 상기 제2안착부(12)와 연결되는 측벽부(13)를 통해 상기 제1안착부(11)와 제2안착부(12)는 연결되는 구조를 갖는다.
상기 측벽부(13)는 제1안착부(11) 및 제2안착부(12)와 수직을 이루도록 폴딩될 수 있고, 파우치(10)의 내측면과 외측면 모두에서 평탄한 평면 형상으로 형성된다.
즉, 종래의 구조에서는 제1안착부(3)와 제2안착부(4)의 연결되는 지점에 절곡점(C) 형성되어 파우치의 외측으로 돌출되는 부분을 가지므로 평탄면을 형성하지 못하나, 본원의 구조에서는 측벽부(13)의 양단에서 제1안착부(11)와 제2안착부(12)의 절곡이 이뤄지므로 이러한 절곡점(C)이 삭제되어 파우치(10)의 내측면과 외측면 모두에서 평탄한 평면 형상을 가질 수 있다. 따라서, 본원의 파우치(10)는 종래 구조 대비 더 깔끔한 외관을 가질 수 있다.
참고로, 본 발명에 기재된 '수직'이라는 표현은 정확한 직각만을 의미하는 것이 아니고 두 구성요소들 간에 꺾임이 발생했을 때 대략적으로 직각에 인접한 상태를 의미한다는 점을 유의해야 한다.
도 4 를 참조하면, 본원발명에 의한 파우치 성형장치에 의해 파우치를 성형할 경우 종래에 비해서 현저히 더 두꺼운 전극조립체를 수용할 수 있는 파우치를 만들 수 있는데 전극 조립체의 두께가 두꺼워질수록 측벽부(13)는 제1안착부(11) 및 제2안착부(12)와 수직한 형태로 서있게 된다.
따라서 본원발명에 따른 파우치가 종래 대비 현저히 더 수직한 형태가 되는 것이다. 따라서 이러한 상태를 표현하기 위하여 수직이란 단어를 사용한 것이기 때문에 본 명세서에서 수직이란 단어가 오직 90도 직각만을 의미한다고 해석되어서는 안될 것이다.
가령, 측벽부가 제1안착부 또는 제2안착부에서 폴딩되었을 때, 전극조립체의 증가된 두께에 따라 80도 또는 100도로 꺾인 경우라도 본원발명에 따른 파우치로 볼 수 있다면 수직으로 폴딩된 범주로 간주되어야 할 것이다.
또한, 본 발명에서 측벽부가 '평탄한 평면'으로 형상을 갖는다는 의미는 모든 지점에서 곡률반경이 무한대로 커서 곡률이 0 인 완전 평탄면 상태만을 의미하는 것이 아니고, 종래기술 대비 전체적으로 꺾이는 지점이나 휘어진 형상이 아니라는 의미로 이해되어야 할 것이다.
또한, 파우치는 얇은 금속층과 수지층의 적층으로 제조되어 가요성(Flexibility)을 가지므로, 외력에 의해 형태의 변형이 용이하게 이뤄질 수 있다. 그러므로, 전체적으로 휘어짐이나 꺾임없이 제조되었다라고 한다면 일부 운 형상이 있거나 약간의 굴곡부가 발생한 경우 또한 '평탄한 평면' 범주 내에 있는 것으로 간주되어야 할 것이다.
아울러, 종래 구조와 마찬가지로 상기 제1안착부(11)와 제2안착부(12) 각각은 측벽부(13)로 연결된 변을 제외한 나머지 변들에서 실링부(11a, 12a)가 연장되어 형성되며, 전극조립체(1)가 탑재되어 폴딩이 이뤄질 때 상기 제1안착부(11)의 실링부(11a)와 제2안착부(12)의 실링부(12a)는 서로 맞닿은 상태로 접합이 이뤄져 밀봉된다.
이때, 상기 실링부들(11a, 12a)는 측벽부(13)의 길이만큼 서로 간에 접착이 이뤄질 수 있도록 충분한 길이를 갖도록 구성된다. 즉, 상기 제1안착부(11)와 제2안착부(12)가 평행을 이루도록 폴딩되었을 때 상기 제1안착부의 실링부(11a)와 제2안착부의 실링부(12a)의 밀봉이 이뤄질 수 있도록 상기 상기 제1안착부의 실링부(11a)와 제2안착부의 실링부(12a)는 측벽부(13)의 길이에 따라 제1안착부(11) 및 제2안착부(12) 각각에서 연장되는 길이가 정해진다.
한편, 상기 제1안착부(11)와 측벽부(13)가 연결되는 모서리 및 상기 제2안착부(12)와 측벽부(13)의 모서리에는 오목하게 파인 모양을 갖도록 단차부(14)가 형성될 수 있다. 상기 단차부(14)는 위의 성형장치에서 성형이 이뤄질 때, 금속층에 적층된 수지층이 열경화성 수지인 경우, 돌출부(32)와 제2홈(22)에 의해 가압되는 지점에서 경화(硬化)가 발생하면 그 지점을 벗어나 제1안착부(11)와 제2안착부(12)가 절곡됨으로써 형성될 수 있다. 따라서, 파우치시트의 수지층이 열경화성이 아닌 열가소성을 갖는다면 상기 단차부(14)는 형성되지 않을 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 파우치(10)는 제1안착부(11)와 제2안착부(12) 사이를 연결하는 측벽부(13)가 형성되어 측벽부(13)의 길이 조절을 통해 더 두꺼운 두께의 전극조립체(1)를 탑재할 수 있다.
종래의 파우치에 전극조립체가 탑재된 단면모습과 본 발명의 파우치에 더 두꺼운 전극조립체가 탑재된 단면모습이 도시된 도 4 에 나타난 바와 같이, 종래의 파우치(2)는 금속층의 연신이 제한되어 탑재가능한 전극조립체(1)의 두께가 제한되었으나, 본원의 파우치(10)에서 측벽부(13)는 상형(30)과 하형(20) 사이에서 연신이 이뤄지지 않는 평면을 가지므로 상기 평면의 길이를 조절하여 더 두꺼운 전극조립체의 탑재가 가능하다.
제3실시예
본 발명은 제2실시예에 따른 파우치를 포함하는 이차전지의 제조방법을 제3실시예로써 제공한다.
이 실시예에 따른 이차전지의 제조방법은 파우치를 성형하는 파우치성형단계(S10) 및 성형된 파우치에 전극조립체와 전해액을 내장하고 파우치의 실링부를 밀봉하는 밀봉단계(S20)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 파우치성형단계(S10)는 상면에서 일정깊이로 파인 제1홈(21) 및 상기 제1홈(21)의 바닥면에서 제2홈(22)이 추가적으로 파인 하형(20) 위에 파우치시트를 안착시키는 단계(S11) 및 상기 제1홈(21)으로 진입하는 일면에 평면부(31)가 형성되고 상기 제2홈(22)으로 진입하는 돌출부(32)가 상기 평면부(31)에서 돌출된 상형(30)으로 상기 파우치시트를 가압하여 성형하는 단계(S12)를 갖는다. 이때, 상기 파우치시트의 가압성형이 이뤄질 때 측벽부로 형성되는 부분은 내측면과 외측면의 양측면이 모두 평탄한 평면 형상을 갖도록 성형이 이뤄진다.
그리고, 성형된 파우치를 폴딩하는 단계(S13)를 포함한다. 이 단계에서는 서로 마주하는 제1안착부(11) 및 제2안착부(12)와 상기 제1안착부(11) 및 제2안착부(12)를 연결하는 측벽부(13)가 형성되도록 파우치시트를 폴딩한다.
이때, 성형된 파우치시트를 폴딩하는 단계(S13)에서는 상기 측벽부(13)가 제1안착부(11) 및 제2안착부(12) 각각과 수직을 이루도록 폴딩된다.
이와 같이 제조된 파우치 내에 전극조립체(1) 및 전해액이 내장되면 파우치의 실링부들에 열과 압력을 가하여 밀봉단계(S20)가 수행된다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
1 : 전극조립체
10 : 파우치
11 : 제1안착부
12 : 제2안착부
20 : 하형
21 : 제1홈
22 : 제2홈
30 : 상형
31 : 평면부
32 : 돌출부

Claims (13)

  1. 서로 연결된 제1안착부와 제2안착부를 포함하며, 전극조립체가 탑재되면 제1안착부와 제2안착부가 전극조립체의 상측면과 하측면을 덮도록 폴딩되고 제1안착부와 제2안착부의 실링부들끼리 맞닿은 상태로 밀봉되는 파우치를 제조하는 파우치의 성형장치로써,
    상면에서 일정깊이로 파인 제1홈이 형성되며, 상기 제1홈의 바닥면에서 제2홈이 추가적으로 파인 하형; 및
    상기 제1홈으로 진입하는 일면에 평면부가 형성되고, 상기 제2홈으로 진입하는 돌출부가 상기 평면부에서 돌출된 상형;을 포함하고,
    상기 상형과 하형 사이에 파우치시트가 놓인 상태에서 상형과 하형의 압착이 이뤄지면, 상기 평면부가 가압하는 부분에서 제1안착부와 제2안착부가 성형되고 상기 돌출부가 가압하는 부분에서 상기 제1안착부와 제2안착부 사이를 연결하며 전극조립체가 탑재될 때 상기 전극조립체의 측면과 평행한 면을 형성하는 측벽부가 형성되도록 성형하는 것을 특징으로 하는 파우치의 성형장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파우치는 알루미늄재의 금속층과 고분자재질의 수지층이 적층되어 구성되고,
    상기 평면부에서부터 돌출부의 돌출 높이는 상기 금속층의 연신율에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 파우치의 성형장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2홈은 제1홈의 중앙에 위치하고 상기 돌출부는 평면부의 중앙에 위치하는 것을 특징으로 하는 파우치의 성형장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1홈으로 진입하는 상형의 모서리부분과 상기 돌출부의 모서리부분은 소정의 곡률로 라운딩된 것을 특징으로 하는 파우치의 성형장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1홈이 형성되는 하형의 모서리부분은 소정의 곡률로 라운딩된 것을 특징으로 하는 파우치의 성형장치.
  6. 서로 연결된 제1안착부와 제2안착부를 포함하며, 전극조립체가 탑재되면 제1안착부와 제2안착부가 전극조립체의 상측면과 하측면을 덮도록 폴딩되고 제1안착부와 제2안착부의 실링부들끼리 맞닿은 상태로 밀봉되는 파우치에 있어서,
    전극조립체의 상부 또는 하부 중 어느 한쪽을 덮는 제1안착부;
    전극조립체의 상부 또는 하부 중 다른 한쪽을 덮으며 일측변이 상기 제1안착부의 어느 한 변과 연결되는 제2안착부; 및
    일측은 상기 제1안착부의 한 변과 연결되고 타측변은 상기 제2안착부와 연결되는 측벽부;를 포함하고,
    상기 측벽부는 제1안착부 및 제2안착부 각각에서 폴딩되고, 파우치의 내측면과 외측면 모두에서 평탄한 평면 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 파우치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 측벽부는 제1안착부 및 제2안착부와 수직을 이루도록 폴딩될 수 있는 것을 특징으로 하는 파우치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1안착부와 제2안착부 각각은 측벽부로 연결된 변을 제외한 나머지 변들에서 실링부가 연장되어 형성되고,
    전극조립체가 탑재되어 폴딩이 이뤄질 때 상기 제1안착부의 실링부와 제2안착부의 실링부는 밀봉이 이뤄지는 것을 특징으로 하는 파우치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1안착부와 제2안착부가 평행을 이루도록 폴딩되었을 때 상기 제1안착부의 실링부와 제2안착부의 실링부의 밀봉이 이뤄질 수 있도록 상기 상기 제1안착부의 실링부와 제2안착부의 실링부는 측벽부의 길이에 따라 제1안착부 및 제2안착부에서 연장되는 길이가 정해진 것을 특징으로 하는 파우치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1안착부와 측벽부가 연결되는 모서리 및 상기 제2안착부와 측벽부의 모서리에는 오목하게 파인 모양을 갖도록 단차부가 형성된 것을 특징으로 하는 파우치.
  11. 서로 연결된 제1안착부와 제2안착부를 포함하며, 전극조립체가 탑재되면 제1안착부와 제2안착부가 전극조립체의 상측면과 하측면을 덮도록 폴딩되고 제1안착부와 제2안착부의 실링부들끼리 맞닿은 상태로 밀봉되는 파우치 및 상기 파우치에 전해액과 함께 전극조립체가 내장되는 이차전지의 제조방법에 있어서,
    파우치를 성형하는 파우치성형단계(S10) 및 성형된 파우치에 전극조립체와 전해액을 내장하고 파우치의 실링부를 밀봉하는 밀봉단계(S20)를 포함하고,
    상기 파우치성형단계(S10)는,
    상면에서 일정깊이로 파인 제1홈 및 상기 제1홈의 바닥면에서 제2홈이 추가적으로 파인 하형 위에 파우치시트를 안착시키는 단계(S11);
    상기 제1홈으로 진입하는 일면에 평면부가 형성되고 상기 제2홈으로 진입하는 돌출부가 상기 평면부에서 돌출된 상형으로 상기 파우치시트를 가압하여 성형하는 단계(S12); 및
    서로 마주하는 제1안착부 및 제2안착부와 상기 제1안착부 및 제2안착부를 연결하는 측벽부를 형성하도록 성형된 파우치시트를 폴딩하는 단계(S13);를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 측벽부는 내측면과 외측면의 양측면이 모두 평탄한 평면 형상을 갖도록 성형된 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    성형된 파우치시트를 폴딩하는 단계(S13)에서 상기 측벽부는 제1안착부 및 제2안착부와 수직을 이루도록 폴딩되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
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