KR20220073261A - 전지셀 제조 방법 및 파우치 성형 장치 - Google Patents

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장응진
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박동혁
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지셀의 제조 방법에 있어서, 엠보싱 펀치부를 이용하여 파우치 필름의 일부분에 엠보싱부를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

전지셀 제조 방법 및 파우치 성형 장치{MANUFACTURING METHOD FOR BATTERY CELL AND POUCH FORMING APPARATUS}
본 발명은 전지셀 제조 방법 및 파우치 성형 장치 에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 비전 인식률이 향상된 전지셀 제조 방법 및 이를 위한 파우치 성형 장치에 관한 것이다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 그 구동 전원으로 사용되는 이차 전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다.
전지 케이스에 내장되는 상기 전극 조립체는 양극, 분리막, 음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 젤리롤형, 스택형 및 스택/폴딩형으로 분류된다. 젤리롤형은 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 형태이고, 스택형은 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 형태이며, 스택/폴딩형은 젤리-롤형과 스택형의 복합 구조이다. 그 중 젤리롤형 전극 조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
한편, 이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지, 전극 조립체가 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 각형 전지 및 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
파우치형 전지의 경우, 전극과 분리막이 교대로 적층된 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치 케이스를 포함한다. 상기 이차 전지의 제조 방법은, 전극을 제조하는 전극 제조 공정, 전극과 분리막을 교대로 적층하여 전극 조립체를 제조하는 전극 조립체 제조 공정, 상기 전극 조립체에 전극 리드를 결합하는 전극 리드 결합 공정, 및 상기 전극 리드의 선단이 외부로 인출된 상태로 상기 전극 조립체를 파우치 케이스에 수용하고, 상기 파우치 케이스의 테두리면을 실링하는 파우치 실링 공정을 포함한다.
여기서, 상기 파우치 케이스는 파우치 성형 장치를 이용하여 제조되며, 상기 파우치 성형 장치는 파우치 필름이 배치되고 성형홈이 형성된 다이 유닛, 상기 다이 유닛에 배치된 파우치 필름을 가압한 상태로, 상기 파우치 필름이 상기 성형홈에 삽입되면서 전극 조립체 수용부를 형성하는 가압 유닛을 포함한다. 가압 유닛은 성형홈에 삽입되는 가압부를 포함한다.
이러한 파우치 성형 장치를 사용하여, 다이 유닛에 파우치 필름을 배치한 다음, 상기 가압 유닛에 포함된 가압부로 다이 유닛에 배치된 파우치 필름의 표면을 가압한다. 그러면, 가압부가 파우치 필름을 가압한 상태로 다이 유닛의 성형홈에 가압부가 삽입되고, 이에 따라 파우치 필름의 표면에 상기 성형홈 형태를 갖는 전극 조립체 수용부를 성형할 수 있다.
이후, 파우치 필름을 후 공정에 투입하기 위해 종래에는 파우치 필름의 끝단부를 피어싱하여 위치를 특정할 수 있었다. 하지만, 피어싱 공법에 의해 파우치 필름에 홀을 형성하는 경우, 간헐적으로 홀이 뚫리지 않는 경우가 발생하고, 성형 장치의 형교환 시 피어싱 유닛의 별도 위치를 조정할 필요가 생기는 등 문제가 있다.
일본공개공보 제2019-185978호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 비전 인식률이 향상된 전지셀 제조 방법 및 이를 위한 파우치 성형 장치를 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지셀의 제조 방법에 있어서, 엠보싱 펀치부를 이용하여 파우치 필름의 일부분에 엠보싱부를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 엠보싱 펀치부는 상기 엠보싱부의 가장자리를 따라 펀칭하여 함몰부를 형성할 수 있다.
상기 엠보싱부는 펀칭된 상기 함몰부를 기준으로 내부 원형 형상과 외부 원형 형상으로 비전(Vision) 인식될 수 있다.
상기 엠보싱부를 형성하는 단계는, 상기 엠보싱 펀치부와 블랭킹 홀더가 맞닿은 상태로 파우치 필름을 성형하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 엠보싱부를 형성하는 단계는, 상기 블랭킹 홀더가 상기 엠보싱부와 맞닿는 바닥면을 누른 상태에서 상기 엠보싱 펀치부가 상기 파우치 필름을 펀칭하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 엠보싱부의 바닥면은 평평하게 형성될 수 있다.
상기 엠보싱부는 상기 파우치형 전지셀의 파우치 포밍 시 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 파우치 성형 장치는, 파우치 필름의 수납부를 형성하는 파우치 성형 장치에 있어서, 엠보싱 펀치부, 상기 엠보싱 펀치부가 이동하는 통로가 되는 다이부, 및 상기 다이부 내에서 상기 엠보싱 펀치부와 맞닿는 블랭킹 홀더를 포함한다.
상기 엠보싱 펀치부는 파우치 필름에 함몰부를 갖는 엠보싱부를 형성하고, 상기 함몰부에 의해 상기 엠보싱부의 외측 원형 형상과 내측 원형 형상이 형성될 수 있다.
상기 엠보싱부의 바닥면이 평평하도록 상기 블랭킹 홀더가 상기 엠보싱부와 맞닿는 바닥면을 누를 수 있다.
실시예들에 따르면, 엠보싱 공법을 적용하여 비전 인식률을 향상시킬 수 있다.
또한, 엠보싱 펀치부와 블랭킹 홀더가 맞닿은 상태로 파우치 필름 성형을 함으로써, 블랭킹 홀더와 맞닿은 파우치 필름 바닥면이 평평(flat)하게 되어 비전 인식률을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 파우치형 전지셀을 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지셀 제조 방법에 의해 형성된 엠보싱부를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엠보싱 형성 유닛을 나타내는 도면이다.
도 4는 비교예에 따른 엠보싱 공법에 의해 형성된 엠보싱부를 나타내는 사진이다.
도 5는 도 4의 엠보싱부의 비전 인식률을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엠보싱 공법에 의해 형성된 엠보싱부를 나타내는 사진이다.
도 7은 도 6의 엠보싱부의 비전 인식률을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 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, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 파우치형 전지셀을 나타내는 분해 사시도이다.
도 1을 참고하면, 파우치형 전지셀(100)은, 셀 케이스(300) 내부에 전극 조립체(200)를 수납한 뒤 밀봉하여 제조될 수 있다. 전극 조립체(200)는 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 배치되는 분리막을 포함할 수 있다. 전극 조립체(200)는 스택형 전극 조립체, 젤리롤형 전극 조립체 또는 스택/폴딩형 전극 조립체일 수 있다.
양극 및 음극 각각은 전극 탭(210t)을 포함하고, 전극 탭(210t)과 각각 연결되는 전극 리드(210, 220)가 셀 케이스(300) 외부로 노출될 수 있다. 전극 탭(210t)은 전극 조립체(200)에 포함된 전극 시트의 포일이 연장되어 형성될 수 있다. 또한, 밀봉성과 절연성을 위해 전극 리드(210, 220)들은 각각 리드 필름(350)으로 덮인 상태로 실링부(300S1, 300S2)에 위치할 수 있다.
셀 케이스(300)는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 열융착을 위한 수지층과 물질 침투 방지를 위한 금속층을 포함할 수 있다. 셀 케이스(300)는 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320)를 포함할 수 있다.
상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 각각에 전극 조립체(200)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(300ST)가 형성될 수 있다. 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 각각에 대해 수납부(300ST)의 바깥 둘레를 따라 실링부(300S1, 300S2)가 마련될 수 있다. 상부 케이스(310)의 실링부(300S1)와 하부 케이스(320)의 실링부(300S2)가 서로 열융착되어 실링부를 형성하고, 셀 케이스(300)가 밀봉될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로써, 상부 케이스의 일변과 하부 케이스의 일변이 서로 일체로써 연결되고, 나머지 세변이 열융착되는 형태일 수 있다. 또한, 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 중 어느 하나의 케이스에만 수납부(300ST)가 형성되고 다른 하나의 케이스는 평면 형태를 가질 수도 있다.
이상에서 설명한 셀 케이스(300)에는 수지층, 금속층 또는 포장 시트층 등을 포함하여 파우치형 이차 전지를 보호할 수 있다. 이를 위해, 파우치 필름을 성형하는 과정이 필요하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지셀 제조 방법에 의해 형성된 엠보싱부를 나타내는 도면이다.
파우치 성형 장치를 사용하여, 다이 유닛에 파우치 필름을 배치한 다음, 가압 유닛에 포함된 가압부로 다이 유닛에 배치된 파우치 필름의 표면을 가압한다. 그러면, 가압부가 파우치 필름을 가압한 상태로 다이 유닛의 성형홈에 가압부가 삽입되고, 이에 따라 파우치 필름의 표면에 상기 성형홈 형태를 갖는 전극 조립체 수용부(500)를 성형할 수 있다.
이후, 파우치 필름을 후 공정에 투입하기 위해 파우치 필름의 끝단부를 엠보싱 공법을 사용하여 도 2에 도시된 바와 같이 엠보싱부(400)를 형성할 수 있다. 구체적으로, 후 공정이란 전지 패키징 공정 중 롤로 공급되는 파우치를 포밍한 후 전극 조립체를 파우치에 안착하며, 이후 실링 공정 진행 후 시트로 커팅된 파우치가 네스트에 안착되도록 하는 것을 말한다. 이때, 파우치가 네스트에 정확하게 안착되도록 위해 엠보싱부(400) 형상을 인식한 후 자동 보정을 진행할 수 있다. 본 실시예에 따른 엠보싱부(400)는 파우치 포밍 시 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엠보싱 형성 유닛을 나타내는 도면이다.
도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 엠보싱부를 형성하기 위해, 파우치 성형 장치에 포함된 엠보싱 펀치 유닛(600)을 사용할 수 있다. 엠보싱 펀치 유닛(600)은 도 2의 엠보싱부(400)의 함몰부를 형성하기 위한 엠보싱 펀치부(620), 엠보싱 펀치부(620)가 대상물까지 이동하는 통로가 되는 다이부(640), 및 다이부(640) 내에서 엠보싱 펀치부(620)와 맞닿게 되는 블랭킹 홀더(660)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 함몰부는, 엠보싱부 가장자리를 따라 펀칭이 된 부분이며, 엠보싱부는 펀칭된 함몰부를 기준으로 내부 원형 형상과 외부 원형 형상을 가질 수 있다.
도 4는 비교예에 따른 엠보싱 공법에 의해 형성된 엠보싱부를 나타내는 사진이다. 도 5는 도 4의 엠보싱부의 비전 인식률을 나타내는 도면이다. 비교예에 따른 엠보싱 공법은, 도 3의 블랭킹 홀더(660)를 사용하지 않고 엠보싱 펀치부(620)를 통해 엠보싱부를 형성한 케이스이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 비교예에 따른 엠보싱부(40)는 함몰부(70)를 형성하는 과정에서 파우치 필름의 바닥면이 연신되어 위로 볼록하게 돌출될 수 있다. 이처럼, 파우치 필름의 바닥면이 위로 볼록하게 되면 비전(Vision)에 의해 엠보싱부 인식을 할 때 그림자가 생겨 비전 인식률이 떨어져서 도 5와 같이 기 저장된 기준과 매칭률이 저하될 수 있다.
또한, 도 3의 다이부(640) 내부의 빈공간에서 엠보싱 펀치부가 내려와서 함몰부를 형성하기 때문에 엠보싱 펀치부가 똑바로 내려오지 못하고 한쪽으로 치우칠 가능성도 있다. 이에 따라 함몰부가 불명확하게 형성되어 비전 인식률이 떨어질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엠보싱 공법에 의해 형성된 엠보싱부를 나타내는 사진이다. 도 7은 도 6의 엠보싱부의 비전 인식률을 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 엠보싱부(400)는 엠보싱 펀치부가 함몰부(700)를 형성하는 과정에서 파우치 필름의 바닥면을 블랭킹 홀더가 누르고 있는 상태일 수 있다. 또한, 엠보싱부(400)를 형성하는 단계는, 엠보싱 펀치부와 블랭킹 홀더가 맞닿은 상태로 파우치 필름을 성형할 수 있다. 이처럼, 블랭킹 홀더가 함몰부(700) 형성 과정에서 엠보싱부(400) 바닥면을 누르고 있기 때문에 파우치 필름의 바닥면이 연신되어 위로 볼록하게 돌출되는 것을 차단할 수 있다. 즉, 엠보싱부(400)의 바닥면은 평평하게 형성될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 엠보싱부(400)는 펀칭된 함몰부(700)를 기준으로 내부 원형 형상(740)과 외부 원형 형상(720)이 또렷하게 나타난다. 이때, 함몰부(700)를 비전으로 검사할 때 명확하게 인식되어 기 저장된 기준과 매칭률이 매우 높게 나타날 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
400: 엠보싱부
600: 엠보싱 펀치 유닛
620: 엠보싱 펀치부
640: 다이부
660: 블랭킹 홀더
700: 함몰부

Claims (10)

  1. 파우치형 전지셀의 제조 방법에 있어서,
    엠보싱 펀치부를 이용하여 파우치 필름의 일부분에 엠보싱부를 형성하는 단계를 포함하는 전지셀 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 엠보싱 펀치부는 상기 엠보싱부의 가장자리를 따라 펀칭하여 함몰부를 형성하는 전지셀 제조 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 엠보싱부는 펀칭된 상기 함몰부를 기준으로 내부 원형 형상과 외부 원형 형상으로 비전(Vision) 인식되는 전지셀 제조 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 엠보싱부를 형성하는 단계는, 상기 엠보싱 펀치부와 블랭킹 홀더가 맞닿은 상태로 파우치 필름을 성형하는 단계를 더 포함하는 전지셀 제조 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 엠보싱부를 형성하는 단계는, 상기 블랭킹 홀더가 상기 엠보싱부와 맞닿는 바닥면을 누른 상태에서 상기 엠보싱 펀치부가 상기 파우치 필름을 펀칭하는 단계를 더 포함하는 전지셀 제조 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 엠보싱부의 바닥면은 평평하게 형성되는 전지셀 제조 방법.
  7. 제1항에서,
    상기 엠보싱부는 상기 파우치형 전지셀의 파우치 포밍 시 형성되는 전지셀 제조 방법.
  8. 파우치 필름의 수납부를 형성하는 파우치 성형 장치에 있어서,
    엠보싱 펀치부,
    상기 펀치부가 이동하는 통로가 되는 다이부, 및
    상기 다이부 내에서 상기 엠보싱 펀치부와 맞닿는 블랭킹 홀더를 포함하는 파우치 성형 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 엠보싱 펀치부는 파우치 필름에 함몰부를 갖는 엠보싱부를 형성하고,
    상기 함몰부에 의해 상기 엠보싱부의 외측 원형 형상과 내측 원형 형상이 형성되는 파우치 성형 장치.
  10. 제8항에서,
    상기 엠보싱부의 바닥면이 평평하도록 상기 블랭킹 홀더가 상기 엠보싱부와 맞닿는 바닥면을 누르는 파우치 성형 장치.

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