KR20230070964A - 포밍 장치 - Google Patents

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KR20230070964A
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고병관
김준완
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 포밍 장치는, 다이와 스트리퍼의 사이에 고정된 파우치 필름을 펀치로 가압할 수 있다. 상기 다이의 상면 및 상기 스트리퍼의 저면 중 적어도 하나는, 상기 파우치 필름과 접촉하는 저조도 영역; 및 상기 파우치 필름과 접촉하고 상기 저조도 영역의 외측에 위치하며 상기 저조도 영역보다 높은 표면 조도를 갖는 고조도 영역을 포함할 수 있다.

Description

포밍 장치{FORMING APPARATUS}
본 발명은 포밍 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세히는, 다이와 스트리퍼의 사이에 고정된 파우치 필름을 펀치로 가압하는 포밍 장치에 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.
일반적으로 파우치형 전지 케이스는 유연성을 가지는 파우치 필름에 프레스 가공을 수행하여 컵부를 형성함으로써 제조된다. 그리고, 컵부가 형성되면 상기 컵부의 내부에 전극 조립체를 수납하고 사이드를 실링하여 이차 전지를 제조한다.
이러한 프레스 가공 중에서 드로잉(Drawing) 성형은, 포밍 장치에 파우치 필름을 삽입하고 펀치로 파우치 필름에 압력을 인가하여, 파우치 필름을 연신시킴으로써 수행된다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 파우치 필름에 주름이 발생하는 것을 최소화하면서 컵부를 깊게 성형 가능한 포밍 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 포밍 장치는, 다이와 스트리퍼의 사이에 고정된 파우치 필름을 펀치로 가압할 수 있다. 상기 다이의 상면 및 상기 스트리퍼의 저면 중 적어도 하나는, 상기 파우치 필름과 접촉하는 저조도 영역; 및 상기 파우치 필름과 접촉하고 상기 저조도 영역의 외측에 위치하며 상기 저조도 영역보다 높은 표면 조도를 갖는 고조도 영역을 포함할 수 있다.
상기 저조도 영역의 표면 조도는, 상기 고조도 영역의 표면 조도의 0.33배 이상일 수 있다.
상기 다이의 상면은 상기 저조도 영역 및 고조도 영역을 포함하고, 상기 다이의 상면에 포함된 상기 저조도 영역은, 상기 다이의 상면에서 함몰되며 상기 펀치가 삽입되는 적어도 하나의 성형부를 둘러쌀 수 있다.
상기 다이의 상면에 포함된 상기 저조도 영역은, 상기 성형부의 가장자리를 포함할 수 있다.
상기 다이의 상면에 포함된 상기 고조도 영역은, 상기 다이의 상면에 포함된 상기 저조도 영역을 둘러쌀 수 있다.
상기 스트리퍼의 저면은 상기 저조도 영역 및 고조도 영역을 포함하고, 상기 스트리퍼의 저면에 포함된 상기 저조도 영역은, 상기 스트리퍼의 저면에서 상방으로 관통되며 상기 펀치가 위치한 개방부를 둘러쌀 수 있다.
상기 스트리퍼의 저면에 포함된 상기 저조도 영역은, 상기 개방부의 가장자리를 포함할 수 있다.
상기 스트리퍼의 저면에 포함된 상기 고조도 영역은, 상기 스트리퍼의 저면에 포함된 상기 저조도 영역을 둘러쌀 수 있다.
상기 파우치 필름이 상기 다이와 상기 스트리퍼 사이로 진입하는 방향과 나란한 방향에 대해, 상기 저조도 영역의 폭은, 상기 고조도 영역의 폭과 상기 저조도 영역의 폭을 합한 값의 43.5% 내지 63.5% 일 수 있다.
상기 파우치 필름이 상기 다이와 상기 스트리퍼 사이로 진입하는 방향과 수직한 방향에 대해, 상기 저조도 영역의 폭은, 상기 고조도 영역의 폭과 상기 저조도 영역의 폭을 합한 값의 15% 내지 25% 일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 포밍 장치는, 다이와 스트리퍼의 사이에 고정된 파우치 필름을 펀치로 가압할 수 있다. 상기 다이의 상면 및 상기 스트리퍼의 저면 각각은, 상기 파우치 필름과 접촉하는 저조도 영역; 및 상기 파우치 필름과 접촉하고 상기 저조도 영역의 외측에 위치하며 상기 저조도 영역보다 높은 표면 조도를 갖는 고조도 영역을 포함할 수 있다.
상기 다이의 상면에 포함된 저조도 영역은, 상기 스트리퍼의 저면에 포함된 저조도 영역을 마주보며, 상기 다이의 상면에 포함된 고조도 영역은, 상기 스트리퍼의 저면에 포함된 고조도 영역을 마주볼 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 파우치 필름을 고정하는 다이의 상면과 스트리퍼의 저면 중 적어도 하나가 저조도 영역과 상기 저조도 영역의 외측에 위치한 고조도 영역을 포함할 수 있다. 이로써, 다이의 성형부에 대한 파우치 필름의 유입량이 증가하고 컵부의 국부 연신율이 감소하게 되어, 컵부에 크랙이나 핀홀이 발생하지 않는 범위내에서 컵부를 종래보다 깊게 성형할 수 있다.
또한, 상기 고조도 영역이 파우치 필름을 높은 마찰력으로 고정하므로, 파우치 필름에 컵부가 성형되는 과정에서 파우치 필름에 주름이 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
이 외에도, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성들로부터 당업자가 용이하게 예측 가능한 효과들을 포함할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포밍 장치에 의해 컵부가 성형된 파우치와, 상기 컵부에 수납되는 전극 조립체가 도시된 분해 사시도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 포밍 장치의 사시도이다.
도 3 및 도 4은 본 발명의 일 실시에에 따른 포밍 장치의 구성 및 작용을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시에에 따른 다이의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트리퍼의 저면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포밍 장치에 의해 컵부가 성형된 파우치와, 상기 컵부에 수납되는 전극 조립체가 도시된 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시에에 따른 다이의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트리퍼의 저면도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포밍 장치에 의해 컵부가 성형된 파우치와, 상기 컵부에 수납되는 전극 조립체가 도시된 분해 사시도이다.
파우치 필름(10)은 복수개의 층이 라미네이션된 시트형 부재일 수 있다. 예를 들어, 파우치 필름은 일면을 이루는 제1수지층(예를 들어, Polypropylene 재질)과, 타면을 이루는 제2수지층(예를 들어, polyethylene terephthalate 재질)과, 상기 제1수지층과 제2수지층의 사이에 위치한 금속층(예를 들어, 알루미늄 재질)을 포함할 수 있다. 파우치 필름(10)은 유연성과 성형성을 가질 수 있다. 파우치 필름(10)은 파우치 시트로 명명될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 포밍 장치(100)(도 2 내지 도 4 참조)는, 파우치 필름(10)을 파우치형 전지 케이스로 포밍할 수 있다. 이하에서는 파우치형 전지 케이스를 파우치 필름과 동일한 도면부호인 '10'으로 기재하여 설명한다.
파우치형 전지 케이스(10)는, 만입된 형상을 갖는 적어도 하나의 컵부(11)와, 컵부(11)의 둘레에 위치한 사이드(13)를 포함할 수 있다. 사이드(13)는 테라스로 명명될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 포밍 장치(100)에 의해 성형되는 파우치형 전지 케이스(10)는 한 쌍의 컵부(11)를 포함할 수 있고, 상기 한 쌍의 컵부(11)는 브릿지(12)에 의해 연결될 수 있다. 브릿지(12)는 한 쌍의 컵부(11)의 사이에 위치할 수 있다. 브릿지(12)는 컵부(11)의 길이 방향(도면의 x축과 나란한 방향)으로 연장될 수 있다.
각 컵부(11)는 사이드(13)로부터 소정의 깊이만큼 만입되어, 전극 조립체(20)가 수납되는 만입 공간을 형성할 수 있다.
어느 하나의 컵부(11)에 전극 조립체(20)를 수납한 후에, 한 쌍의 컵부(11)가 서로 마주보도록 브릿지(12)를 폴딩할 수 있다. 그러면 다른 하나의 컵부(11)가 전극 조립체(20)를 상방에서 커버할 수 있다. 이로써, 전극 조립체(10)는 한 쌍의 컵부(11) 내에 수용될 수 있다.
좀 더 상세히, 각 컵부(11)는 기저면(11a) 및 복수개의 둘레면(11b)을 포함할 수 있다. 전극 조립체(20)가 컵부(11)에 수용된 상태일 때, 기저면(11a)은 전극 조립체(20)와 마주볼 수 있고, 둘레면(11b)은 전극 조립체(20)의 주위를 둘러쌀 수 있다.
상기 둘레면(11b)는 기저면(11a)과 함께 컵부(11)의 내부 공간을 포위할 수 있다.
서로 이웃하는 한 쌍의 둘레면(11b)과 기저면(11a)이 연결되는 부분을 코너(11c)로 정의할 수 있다. 코너(11c)는 컵부(11)의 성형 과정에서, 후술할 펀치(130)(도 3 및 도 4 참조)에 의해 응력이 가장 집중되는 부분일 수 있다. 코너(11c)는 컵부(11) 내에서 가장 연신이 크게 일어나고, 잔존 두께가 가장 얇은 부분일 수 있다. 컵부(11)의 성형 깊이가 지나치게 깊거나 컵부(11)의 연신율이 높으면, 코너(11c)의 잔존 두께가 너무 얇아지므로 코너(11c)에 크랙(crack)이나 핀 홀(pin-hole)이 발생할 우려가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 포밍 장치(100)(도 3 및 도 4 참조)는, 이러한 우려를 방지하기 위해 다이(110)의 상면(111) 및 스트리퍼(120)의 저면(121) 중 적어도 하나의 영역 별 조도를 다르게 형성할 수 있다. 이에 대해서는 이후 자세히 설명한다.
사이드(13)는 컵부(11), 좀 더 상세히는 한 쌍의 컵부(11)의 둘레에 위치할 수 있다. 한 쌍의 컵부(11) 사이에 전극 조립체(20)를 배치한 상태에서 브릿지(12)를 폴딩하면, 사이드(13)의 일부와 다른 일부는 서로 마주볼 수 있다. 이러한 상태에서 서로 마주보는 사이드(13)의 일부와 다른 일부를 서로 열 융착시킴으로써, 전극 조립체(20)가 파우치(10) 내에 밀봉된 이차 전지를 형성할 수 있다.
한편, 전극 조립체(20)는 복수개의 전극의 사이에 분리막이 개재되어 형성될 수 있다. 전극 조립체(20)의 타입은 한정되지 않는다. 예를 들어, 전극 조립체(20)는 복수개의 전극과 분리막이 번갈아 적층된 단순 스택(stack) 타입이거나, 전극과 분리막이 라미네이션된 단위 셀이 적층되는 라미네이션 앤 스택(Lamination & Stack) 타입이거나, 전극 시트와 분리막 시트가 함께 권취되는 젤리-롤(Jelly-roll) 타입이거나, 단위셀이 적층된 분리막 시트가 폴딩되는 스택 앤 폴딩(Stack & Folding) 타입이거나, 복수개의 전극이 적층된 분리막 시트가 지그재그로 폴딩되는 z-폴딩(z-Folding) 타입일 수 있다.
전극 조립체(20)에는 복수개의 전극 탭(21)이 구비될 수 있다. 각 전극 탭(21)은 전극 조립체(20)의 전극과 연결되고, 전극 조립체(20)로부터 외부로 돌출되어, 전극 조립체(20)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로로 작용할 수 있다.
복수개의 전극 중 양극에 연결된 복수개의 전극 탭(21)은 서로 융착될 수 있고, 복수개의 전극 중 음극에 연결된 복수개의 전극 탭(21)은 서로 융착될 수 있다. 양극에 연결된 복수개의 전극 탭(21)과 음극에 연결된 복수개의 전극 탭(21)은 전극 조립체(10)에 대해 서로 반대 방향으로 돌출되거나, 서로 나란하게 돌출될 수 있다.
전극 탭(21)에는 이차 전지(1)의 외부로 전기를 공급하는 전극 리드(22)가 연결될 수 있다. 전극 리드(22)는 일단이 복수개의 전극 탭(21)과 연결되고 타단이 파우치형 전지 케이스(10)의 외부로 돌출될 수 있다.
전극 리드(22)의 일부는 절연부재(23)로 주위가 포위될 수 있다. 예를 들어, 절연부재(23)는 절연 테이프를 포함할 수 있다. 파우치형 전지 케이스(10)가 브릿지(12)를 중심으로 폴딩될 때, 상기 절연부재(23)는, 서로 마주보는 사이드(13)의 일부와 다른 일부의 사이에 위치할 수 있다.
서로 마주보는 사이드(13)의 일부와 다른 일부가 열 융착될 때, 사이드(13)의 일부는 절연부재(23)와 열 융착될 수 있다. 따라서, 절연부재(23)는 전극 조립체(20)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(22)를 통해 파우치형 전지 케이스(10)로 흐르는 것을 방지하며, 파우치형 전지 케이스(10)의 실링을 유지시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 포밍 장치의 사시도이고, 도 3 및 도 4은 본 발명의 일 실시에에 따른 포밍 장치의 구성 및 작용을 설명하기 위한 개략도이다. 좀 더 상세히, 도 3에는 파우치 필름(10)이 다이(110)와 스트리퍼(120)의 사이에 고정된 상태가 도시되어 있고, 도 4에는 펀치(130)가 파우치 필름(10)을 가압하는 상태가 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 포밍 장치(100)는, 다이(110)와 스트리퍼(120)의 사이에 고정된 파우치 필름(10)을 펀치로 가압할 수 있다. 포밍 장치(110)는 파우치 필름(10)을 드로잉 성형할 수 있다.
좀 더 상세히, 포밍 장치(100)는 파우치 필름(10)이 배치되는 다이(110)와, 다이(110)에 안착된 파우치 필름(10)을 가압하여 고정하는 스트리퍼(120)와, 다이(110)와 스트리퍼(120)에 의해 고정된 파우치 필름(10)을 가압하여 컵부(11)를 성형하는 펀치(130)를 포함할 수 있다.
다이(110)는 대략 수평 플레이트 형상을 가질 수 있다. 다이(110)의 상면(111)은 파우치 필름(10)의 저면을 마주볼 수 있다. 다이(110)에는 상면(111)으로부터 하방 함몰된 적어도 하나의 성형부(112)가 형성될 수 있다. 성형부(112)는 다이(110)의 저면까지 관통 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 후술할 펀치(130)는 상기 성형부(112)로 삽입되며 파우치 필름(10)을 가압하고, 이로써 파우치 필름(10)에 컵부(11)가 성형될 수 있다.
본 실시예에 따른 다이(110)에는, 서로 구획된 한 쌍의 성형부(112)가 형성될 수 있다. 한 쌍의 성형부(112)는 서로 이웃하게 형성될 수 있으며, 다이(110)에는 한 쌍의 성형부(112)의 사이에 위치한 격벽(113)이 구비될 수 있다. 후술할 펀치(130)가 한 쌍의 성형부(112)에 동시에 삽입되면서 파우치 필름(10)을 드로잉 성형하면, 한 쌍의 성형부(112)에 대응하여 한 쌍의 컵부(11)가 형성되고, 이러한 한 쌍의 컵부(11) 사이에는 다이(110)의 격벽(113)에 대응하는 브릿지(12)가 형성될 수 있다.
스트리퍼(120)는 대략 수평 플레이트 형상을 가질 수 있다. 스트리퍼(120)의 저면(121)은 파우치 필름(110)의 상면을 마주볼 수 있다. 스트리퍼(120)에는 저면(121)으로부터 상방 관통된 개방부(122)가 형성될 수 있다. 펀치(130)는 개방부(122)에 배치될 수 있다. 즉, 스트리퍼(120)는 펀치(130)를 둘러쌀 수 있다. 개방부(130)는, 파우치 필름(10)을 사이에 두고, 다이(110)에 형성된 성형부(112)를 마주볼 수 있다.
스트리퍼(120)는 다이(110)에 대해 승강 가능하도록 구성될 수 있다. 스트리퍼(120)와 다이(110)의 사이가 벌어진 상태에서 파우치 필름(10)이 스트리퍼(120)와 다이(110)로 진입할 수 있다. 스트리퍼(120)와 다이(110)의 사이에 파우치 필름(10)이 위치한 상태에서, 스트리퍼(120)가 다이(110)를 향해 하강하거나 다이(110)가 스트리퍼(120)를 향해 상승하여, 도 3에 도시된 바와 같이 파우치 필름(10)을 고정할 수 있다. 파우치 필름(10)은 다이(110)의 상면(111)과 스트리퍼(120)의 저면(121) 사이에 고정될 수 있다.
펀치(130)는 스트리퍼(120)의 개방부(122)에 배치될 수 있다. 펀치(130)는 파우치 필름(120)을 사이에 두고 다이(110)에 형성된 성형부(112)를 마주볼 수 있다. 다이(110)에 한 쌍의 성형부(112)가 형성된 경우, 그에 대응하여 펀치(130)도 한 쌍이 구비될 수 있다. 한 쌍의 펀치(130)는 서로 연결되거나, 분리될 수 있다.
다이(110) 및 스트리퍼(120)는 파우치 필름(10)을 고정한 상태에서 펀치(130)에 대해 상승할 수 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 펀치(130)는 다이(110)의 성형부(112)에 삽입되며 파우치 필름(10)을 가압하여 컵부(11)를 성형할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 다이(110) 및 스트리퍼(120)가 파우치 필름(10)을 고정한 상태에서, 펀치(130)가 다이(110) 및 스트리머(120)에 대해 하강하여 성형부(112)에 삽입되는 것도 가능하다.
파우치 필름(10) 중에서 펀치(130)에 의해 가압되는 부분 및 그 주변 일부는, 연신되며 컵부(11)를 형성할 수 있다. 컵부(11)가 형성되는 과정에서 파우치 필름(10)에 지나치게 응력이 집중되는 것을 방지하기 위해, 파우치 필름(10)의 상면을 직접 가압하는 펀치(130)의 하측 가장자리는 라운드지게 형성될 수 있다. 마찬가지로 파우치 필름(10)에 지나치게 응력이 집중되는 것을 방지하기 위해, 파우치 필름(10)의 저면과 직접 접족하는 다이(110)의 성형부(112)의 상측 가장자리와 격벽(113)의 상단은 라운드지게 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시에에 따른 다이의 평면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트리퍼의 저면도이다.
앞서 설명한 바와 같이, 파우치 필름(10)은 다이(110)의 상면(111) 및 스트리퍼(120)의 저면(121) 사이에 고정된 상태로 펀치(130)에 의해 가압되어 연신될 수 있다. 따라서, 다이의 성형부에 대한 파우치 필름의 유입량은, 파우치 필름(10)이 다이(110)와 스트리퍼(120)의 사이에 강하게 고정될수록 줄어들 수 있고, 이로 인해 컵부(11)의 연신율이 높아질 수 있다.
좀 더 상세히, 다이(110)의 상면(111) 및 스트리퍼(120)의 저면(121)의 표면 조도(Surface Roughness)가 높을수록, 파우치 필름(10)과의 마찰이 커지며 컵부(11)의 연신율이 높아질 수 있다. 따라서, 다이(110)의 상면(111) 및 스트리퍼(120)의 저면(121)의 표면 조도(Surface Roughness)가 너무 높으면, 컵부(11)의 성형깊이가 깊어질수록 코너(11c)(도 1 참조)에서 크랙이나 핀홀이 발생할 우려가 커진다. 반대로, 다이(110)의 상면(111) 및 스트리퍼(120)의 저면(121)의 표면 조도(Surface Roughness)가 너무 낮으면, 컵부(11)의 성형깊이가 깊어질수록 파우치 필름(10)에 주름이 발생할 우려가 커진다.
따라서, 컵부(11)의 연신율을 낮게 유지하면서도 파우치 필름(10)에 주름이 발생하는 것을 방지하기 위해, 다이(110)의 상면(111) 및 스트리퍼(120)의 저면(121) 중 적어도 하나는, 파우치 필름(10)과 접촉하는 저조도 영역(115)(125)과, 파우치 필름(10)과 접촉하고 저조도 영역(115)(125)의 외측에 위치하며 저조도 영역(115)(125)보다 높은 표면 조도를 갖는 고조도 영역(116)(126)을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 포밍 장치(100)는, 다이(110)의 상면(111) 및 스트리퍼(120)의 저면(121) 각각이 저조도 영역(115)(125) 및 고조도 영역(116)(126)을 포함하는 경우를 예로 들어 설명한다.
좀 더 상세히, 다이(110)의 상면(111) 및 스트리퍼(120)의 저면(121)은 파우치 필름(10)과 접촉하는 접촉 영역을 포함하고, 상기 접촉 영역은 저조도 영역(115)(125)과 고조도 영역(116)(126)을 포함할 수 있다.
저조도 영역(115)(125)의 표면 조도는, 고조도 영역(116)(126)의 표면 조도보다 낮을 수 있다. 상기 표면 조도(Surface Roughness)는 'Ra'(중심선 평균 조도 또는 산술 평균 조도)를 의미할 수 있다. Ra의 단위는 마이크로 미터일 수 있고, Ra는 일반적으로 사용되는 파라미터이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
저조도 영역(115)(125)의 표면 조도는, 고조도 영역(116)(126)의 표면 조도의 0.33배 이상일 수 있다. 저조도 영역(115)(125)의 표면 조도가 고조도 영역(116)(126)의 표면 조도의 0.33배 미만이면, 파우치 필름(110)에 주름 발생률이 급격히 증가할 수 있으며, 이는 실험적으로 확인되었다.
다이(110)의 상면(111)에 포함된 저조도 영역(115)은 성형부(112)를 둘러쌀 수 있고, 좀 더 상세히는 한 쌍의 성형부(112) 및 격벽(113)을 함께 둘러쌀 수 있다. 좀 더 상세히, 상기 저조도 영역(115)은 성형부(112)의 가장자리를 포함할 수 있다.
스트리퍼(120)의 저면(121)에 포함된 저조도 영역(125)은 개방부(122)의 가장자리를 둘러쌀 수 있다. 좀 더 상세히, 상기 저조도 영역(115)은 개방부(122)의 가장자리를 포함할 수 있다.
이로써, 컵부(11)의 연신율이 감소하고, 컵부(11)의 코너(11c)(도 1 참조) 및 그 주변에서 과도한 두께 감소가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
다이(110)의 상면(111)에 포함된 고조도 영역(116)은 저조도 영역(115)를 둘러쌀 수 있다. 스트리퍼(120)의 저면(121)에 포함된 고조도 영역(126)은 저조도 영역(125)를 둘러쌀 수 있다. 이로써, 컵부(11)가 성형되는 과정에서 파우치 필름(10)에 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
다이(110)의 상면(111)에 포함된 저조도 영역(115)은, 스트리퍼(120)의 저면(121)에 포함된 저조도 영역(125)을 마주볼 수 있다. 다이(110)의 상면(111)에 포함된 고조도 영역(116)은, 스트리퍼(120)의 저면(121)에 포함된 고조도 영역(126)을 마주볼 수 있다.
다이(110)의 상면(111)에 포함된 저조도 영역(115)과 스트리퍼(120)의 저면(121)에 포함된 저조도 영역(125)은 서로 동일하거나 유사한 표면 조도를 가질 수 있다. 다이(110)의 상면(111)에 포함된 고조도 영역(116)과 스트리퍼(120)의 저면(121)에 포함된 고조도 영역(126)은 서로 동일하거나 유사한 표면 조도를 가질 수 있다.
한편, 파우치 필름(10)은, 다이(110)의 성형부(112)의 길이 방향과 나란한 방향을 따라 다이(110)와 스트리퍼(120)의 사이로 진입할 수 있다. 상기 방향을 진입 방향(도면의 x축과 나란한 방향)으로 명명할 수 있다.
상기 진입 방향에 대해, 저조도 영역(115)(125)의 폭(a1)(c1)은, 고조도 영역(116)(126)의 폭(a2)(c2)과 저조도 영역(115)(125)의 폭(a1)(c1)을 합한 값의 43.5% 내지 63.5% 일 수 있다. 즉, 상기 진입 방향에 대해, 저조도 영역(115)(125)의 폭(a1)(c1)은, 접촉 영역의 폭(a1+a2)(c1+c2)의 43.5% 내지 63.5% 일 수 있다.
좀 더 상세히, 다이(110)의 상면(111)에서, 상기 진입 방향에 대한 저조도 영역(115)의 폭(a1)은 고조도 영역(116)의 폭(a2)과 저조도 영역(115)의 폭(a1)을 합한 값(a1+a2)의 43.5% 내지 63.5% 일 수 있다. 또한, 스트리퍼(120)의 저면(121)에서, 상기 진입 방향에 대한 저조도 영역(125)의 폭(c1)은 고조도 영역(126)의 폭(c2)과 저조도 영역(125)의 폭(c1)을 합한 값(c1+c2)의 43.5% 내지 63.5% 일 수 있다.
이와 관련하여, 상기 진입 방향에 대한 저조도 영역(115)(125)의 폭(a1)(c1)이 접촉 영역의 폭(a1+a2)(c1+c2)의 43.5% 미만이면, 파우치 필름(10)의 주름 발생이 급격하게 증가할 수 있다. 반대로, 상기 진입 방향에 대한 저조도 영역(115)(125)의 폭(a1)(c1)이 접촉 영역의 폭(a1+a2)(c1+c2)의 63.5% 초과이면, 컵부(11)의 연신율이 급격하게 증가하고 한계 성형깊이가 급격하게 감소할 수 있다.
따라서, 상기 진입 방향에 대한 저조도 영역(115)(125)의 폭(a1)(c1)을 접촉 영역의 폭(a1+a2)(c1+c2)의 43.5% 내지 63.5%로 형성함으로써, 파우치 필름(10)의 주름 발생을 최소화하면서도 컵부(11)의 연신율을 낮추어 성형 깊이를 최대한으로 확보할 수 있다.
상기 진입 방향과 수직한 방향(도면의 y축과 나란한 방향)에 대해, 저조도 영역(115)(125)의 폭(b1)(d1)은, 고조도 영역(116)(126)의 폭(b2)(d2)과 저조도 영역(115)(125)의 폭(b1)(d1)을 합한 값의 15% 내지 25% 일 수 있다. 즉, 상기 진입 방향과 수직한 방향에 대해, 저조도 영역(115)(125)의 폭(b1)(d1)은, 접촉 영역의 폭(b1+b2)(d1+d2)의 15% 내지 25% 일 수 있다.
좀 더 상세히, 다이(110)의 상면(111)에서, 상기 진입 방향과 수직한 방향에 대한 저조도 영역(115)의 폭(b1)은 고조도 영역(116)의 폭(b2)과 저조도 영역(115)의 폭(b1)을 합한 값(b1+b2)의 15% 내지 25% 일 수 있다. 또한, 스트리퍼(120)의 저면(121)에서, 상기 진입 방향과 수직한 방향에 대한 저조도 영역(125)의 폭(d1)은 고조도 영역(126)의 폭(d2)과 저조도 영역(125)의 폭(d1)을 합한 값(d1+d2)의 15% 내지 25% 일 수 있다.
이와 관련하여, 상기 진입 방향과 수직한 방향에 대한 저조도 영역(115)(125)의 폭(b1)(d1)이 접촉 영역의 폭(b1+b2)(d1+d2)의 15% 미만이면, 파우치 필름(10)의 주름 발생이 급격하게 증가할 수 있다. 반대로, 상기 진입 방향과 수직한 방향에 대한 저조도 영역(115)(125)의 폭(b1)(d1)이 접촉 영역의 폭(b1+b2)(d1+d2)의 25% 초과이면, 컵부(11)의 연신율이 급격하게 증가하고 한계 성형깊이가 급격하게 감소할 수 있다.
따라서, 상기 진입 방향과 수직한 방향에 대한 저조도 영역(115)(125)의 폭(b1)(d1)을 접촉 영역의 폭(b1+b2)(d1+d2)의 43.5% 내지 63.5%로 형성함으로써, 파우치 필름(10)의 주름 발생을 최소화하면서도 컵부(11)의 연신율을 낮추어 성형 깊이를 최대한으로 확보할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포밍 장치에 의해 컵부가 성형된 파우치와, 상기 컵부에 수납되는 전극 조립체가 도시된 분해 사시도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시에에 따른 다이의 평면도이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트리퍼의 저면도이다.
이하, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하고 차이점을 중심으로 설명한다.
본 실시예에 따른 포밍 장치에 의해 성형되는 파우치형 전지 케이스(10)는, 단일의 컵부(11)를 포함할 수 있다.
상기 컵부(11)에 전극 조립체(20)를 수납한 후에, 상기 컵부(11)의 길이 방향과 나란한 폴딩 라인(L)을 중심으로 사이드(13)를 폴딩할 수 있다. 그러면 사이드(13)의 일부는 전극 조립체(20)를 상방에서 커버할 수 있다. 이로써, 전극 조립체(10)는 단일의 컵부(11) 내에 수용될 수 있다.
상기 파우치형 전지 케이스(10)의 제조를 위해, 본 실시예에 따른 다이(110')에는 단일의 성형부(112)가 형성될 수 있고, 스트리퍼(120')에 형성된 개방부(122)는 상기 성형부(112)와 대응되는 크기 및 형상을 가질 수 있다.
다이(110')의 성형부(112) 및 상기 성형부(112)를 둘러싸는 저조도 영역(115)은, 파우치 필름(10)의 진입 방향과 수직한 방향(도면의 y축과 나란한 방향)에 대해, 다이(110')의 상면(111), 좀 더 상세히는 접촉 영역 내에서 일측으로 편심되게 위치할 수 있다. 따라서, 상기 진입 방향과 수직한 방향에 대한 고조도 영역(116)의 폭은 성형부(112)의 양측에서 서로 다를 수 있다.
마찬가지로, 스트리퍼(120')의 개방부(122) 및 상기 개방부(122)를 둘러싸는 저조도 영역(125)은, 파우치 필름(10)의 진입 방향과 수직한 방향(도면의 y축과 나란한 방향)에 대해, 다이(110')의 상면(111), 좀 더 상세히는 접촉 영역 내에서 일측으로 편심되게 위치할 수 있다. 즉, 상기 진입 방향과 수직한 방향에 대한 고조도 영역(126)의 폭은 성형부(112)의 양측에서 서로 다를 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 파우치 필름 11: 컵부
100: 포밍 장치 110: 다이
111: (다이의) 상면 112: 성형부
113: 격벽 115: 저조도 영역
116: 고조도 영역 120: 스트리퍼
121: (스트리퍼의) 저면 122: 개방부
125: 저조도 영역 126: 고조도 영역
130: 펀치

Claims (12)

  1. 다이와 스트리퍼의 사이에 고정된 파우치 필름을 펀치로 가압하는 포밍 장치에 있어서,
    상기 다이의 상면 및 상기 스트리퍼의 저면 중 적어도 하나는,
    상기 파우치 필름과 접촉하는 저조도 영역; 및
    상기 파우치 필름과 접촉하고 상기 저조도 영역의 외측에 위치하며 상기 저조도 영역보다 높은 표면 조도를 갖는 고조도 영역을 포함하는 포밍 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 저조도 영역의 표면 조도는, 상기 고조도 영역의 표면 조도의 0.33배 이상인 포밍 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다이의 상면은 상기 저조도 영역 및 고조도 영역을 포함하고,
    상기 다이의 상면에 포함된 상기 저조도 영역은, 상기 다이의 상면에서 함몰되며 상기 펀치가 삽입되는 적어도 하나의 성형부를 둘러싸는 포밍 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 다이의 상면에 포함된 상기 저조도 영역은, 상기 성형부의 가장자리를 포함하는 포밍 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 다이의 상면에 포함된 상기 고조도 영역은, 상기 다이의 상면에 포함된 상기 저조도 영역을 둘러싸는 포밍 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스트리퍼의 저면은 상기 저조도 영역 및 고조도 영역을 포함하고,
    상기 스트리퍼의 저면에 포함된 상기 저조도 영역은, 상기 스트리퍼의 저면에서 상방으로 관통되며 상기 펀치가 위치한 개방부를 둘러싸는 포밍 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 스트리퍼의 저면에 포함된 상기 저조도 영역은, 상기 개방부의 가장자리를 포함하는 포밍 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 스트리퍼의 저면에 포함된 상기 고조도 영역은, 상기 스트리퍼의 저면에 포함된 상기 저조도 영역을 둘러싸는 포밍 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 파우치 필름이 상기 다이와 상기 스트리퍼 사이로 진입하는 방향과 나란한 방향에 대해, 상기 저조도 영역의 폭은, 상기 고조도 영역의 폭과 상기 저조도 영역의 폭을 합한 값의 43.5% 내지 63.5% 인 포밍 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 파우치 필름이 상기 다이와 상기 스트리퍼 사이로 진입하는 방향과 수직한 방향에 대해, 상기 저조도 영역의 폭은, 상기 고조도 영역의 폭과 상기 저조도 영역의 폭을 합한 값의 15% 내지 25% 인 포밍 장치.
  11. 다이와 스트리퍼의 사이에 고정된 파우치 필름을 펀치로 가압하는 포밍 장치에 있어서,
    상기 다이의 상면 및 상기 스트리퍼의 저면 각각은,
    상기 파우치 필름과 접촉하는 저조도 영역; 및
    상기 파우치 필름과 접촉하고 상기 저조도 영역의 외측에 위치하며 상기 저조도 영역보다 높은 표면 조도를 갖는 고조도 영역을 포함하는 포밍 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 다이의 상면에 포함된 저조도 영역은, 상기 스트리퍼의 저면에 포함된 저조도 영역을 마주보며,
    상기 다이의 상면에 포함된 고조도 영역은, 상기 스트리퍼의 저면에 포함된 고조도 영역을 마주보는 포밍 장치.
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