KR20240003795A - 파우치 포밍 장치 및 이를 이용한 파우치 포밍 방법 - Google Patents

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Abstract

파우치 포밍 장치 및 이를 이용한 파우치 포밍 방법이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 포밍 장치는, 이차전지의 패키징 공정 중에, 파우치 시트를 압입하여 파우치 시트에 전극 조립체가 수용되는 수용부를 형성하기 위한 포밍 유닛 및 포밍 유닛으로 공급되는 파우치 시트의 활제량이 증가되도록 파우치 시트를 냉간시키기 위한 냉간 유닛을 포함한다.

Description

파우치 포밍 장치 및 이를 이용한 파우치 포밍 방법{POUCH FORMING APPARATUS AND POUCH FORMING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 이차전지의 패키징 공정 중에, 파우치 시트에 전지 조립체를 수용하는 수용부를 형성하기 위한 파우치 포밍 장치 및 이를 이용한 파우치 포밍 방법에 관한 것이다.
일반적으로 휴대용의 소형 전기 전자기기의 보급이 확산됨에 따라 니켈 수소전지나 리튬 이차전지와 같은 신형의 이차전지 개발이 활발하게 진행되고 있다.
리튬 이차전지는 흑연 등의 카본을 음극활물질로 사용하고, 리튬이 포함되어 있는 산화물을 양극재로 사용하며, 비수용매를 전해액으로 사용하는 전지를 의미한다.
이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 이차전지, 각형 이차전지, 원통형 이차전치 및 파우치형 이차전지 등으로 구분할 수 있다.
이차전지에서 전지 케이스의 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자를 의미한다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리롤(jelly roll)형, 분리막이 개재된 상태에서 다수의 양극과 음극을 순차적으로 적층한 스택형 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 구분할 수 있다.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극 조립체를 알루미늄(AL) 라미네이트 시트의 파우치형 전지 케이스에 내장한 구조를 갖는 파우치형 이차전지가 많이 사용되는 추세이다.
파우치형 이차전지는 구조가 간단하고 단위 부피당 전기 용량이 크며, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변경이 용이한 이점이 있다.
파우치형 이차전지는 슬러리 믹싱(slurry mixing), 전극(양극재/음극재) 코팅(coating), 극판 프레스(pressing), 극판 슬리팅(slitting) 및 극판 노칭/펀칭(punching/notching), 극판 드라이(drying), 극판 라미네이션(lamination), 극판 스태킹(stackign), 파우치 패키징(pouch packaging), 전해액 주액, 화성(formation), 파우치 디게싱(pouch degassing) 의 공정 순으로 진행되어 형성된다.
파우치형 이차전지를 제조할 때, 패키징 공정에서는 파우치 시트에 전지 조립체를 수용하기 위한 수용부를 형성하기 위한 파우치 포밍(FORING) 작업이 수행된다.
파우치 포밍은 다이 상승 동작 중에 스트리퍼(stripper)와 다이(DIE)의 맞물림 상태에서 다이를 이용한 파우치 시트의 압입 공정을 통해 최종적으로 수용부를 포함하는 파우치 형상을 제작하게 된다.
또한, 파우치 시트와 같은 필름에는 일반적으로 유기 활제가 첨가되어 있으며, 제막 후에 활제가 필름 표면에 배어나옴으로써 양호한 미끄럼성을 발현하게 된다. 이러한 유기 활제는 파우치형 이차전지에 온도를 가하여 에이징하면 필름 표면에 배어나온 유기 활제(특히, 지방산 아미드계 활제)가 필름 중에 재이행되기 때문에 미끄럼 성능이 저하되는 문제점이 있다.
더욱이, 파우치 시트는 알루미늄(Al) 층이 연신되는데, 이때 파우치 시트의 딥 포밍을 수행하게 되면 알루미늄 층의 파단됨으로 인하여 파우치 시트에 크랙(crack)이 발생되는 문제점이 있다.
또한, 파우치 시트의 포밍 시에 마찰력이 증가되어 미끄럼 성능이 저하됨에 따라, 파우치 시트를 압입하기 위해 필요한 압력 부하가 많이 걸리는 단점이 있다.
이에, 파우치 시트의 포밍 시, 파우치 시트의 온도를 하강시켜서 파우치 시트의 활제량을 증가시키고, 딥포밍 진행시 마찰을 줄일 수 있는 파우치 포밍 장치의 개발이 요구되는 실정이다.
(특허 문헌 1) 한국 등록특허공보 10-1910683(2018.10.16.등록)
본 발명의 목적은 파우치 시트의 포밍 시, 파우치 시트의 온도를 하강시켜 활제량을 증가시킬 수 있는 파우치 포밍 장치 및 이를 이용한 파우치 포밍 방법에 관한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 이차전지의 패키징 공정 중에, 파우치 시트를 압입하여 파우치 시트에 전극 조립체가 수용되는 수용부를 형성하기 위한 포밍 유닛 및 포밍 유닛으로 공급되는 파우치 시트를 냉간시키기 위한 냉간 유닛을 포함하는, 파우치 포밍 장치에 의해 달성될 수 있다.
파우치 시트는 냉간 유닛에 의해 온도가 낮아지면 파우치 시트의 활제량이 증가될 수 있다.
여기서, 냉간 유닛은, 파우치 시트가 통과하며, 내부에 압축 공기가 공급되는 냉간 챔버를 포함하고, 파우치 시트는 냉간 챔버로 공급된 압축 공기에 의해 온도가 조절되어 포밍 유닛으로 공급될 수 있다.
또한, 냉간 유닛은, 파우치 시트가 통과하며, 내부에 냉매가 마련되는 냉간 챔버를 포함하고, 파우치 시트는 냉간 챔버에 마련된 냉매에 의해 온도가 조절되어 포밍 유닛으로 공급될 수도 있다.
포밍 유닛은, 냉간 유닛으로부터 냉간되어 공급된 파우치 시트의 하부에 위치되며, 상측 영역에 포밍홈이 형성된 다이(Die), 파우치 시트의 상부에 위치되며, 다이의 상단부에 위치된 파우치 시트를 다이의 포밍홈 방향으로 압입하여 파우치 시트에 수용부를 형성하기 위한 펀치(Punch) 및 파우치 시트의 상부에 위치되며, 파우치 시트의 가장 자리 영역을 압입하여 외곽부를 형성하기 위한 스트리퍼(stripper)를 포함하고, 파우치 시트는 냉간 유닛에 의해 냉간된 상태에서 다이, 펀치 및 스트리퍼에 의해 수용부 및 외곽부가 형성될 수 있다.
냉간 유닛으로부터 공급된 파우치 시트는 다이와 펀치 및 스트리퍼 사이에 위치되며, 다이는, 파우치 시트 쪽으로 상승되어 상단부에 파우치 시트가 안착되고, 상단부에 파우치 시트가 안착된 상태에서 펀치 및 스트리퍼와 가까워지는 방향으로 다시 상승되어 펀치 및 스트리퍼와 함께 파우치 시트에 수용부 및 외곽부를 형성하도록 마련될 수 있다.
펀치의 누름부는 다이의 포밍홈과 마주보는 위치에 배치되며, 다이가 상승됨에 따라 펀치의 누름부가 포밍홈에 삽입되어 파우치 시트의 일부 영역을 압입하여 수용부를 형성할 수 있다.
다이의 하단부에 파우치 시트, 펀치 및 스트리퍼를 향해서 다이가 상승되도록 하는 다이 이동부가 추가로 마련될 수 있다.
다이 이동부에 의한 다이의 상승 및 하강을 제어하는 컨트롤러를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 다이에는, 포밍홈과 연결되어 다이, 펀치 및 스트리퍼에 의해 파우치 시트가 압입될 때에 포밍홈과 파우치 시트 사이에 공기를 다이의 외부로 배출되도록 하기 위한 적어도 하나의 배출 통로가 형성될 수 있다.
여기서, 누름부의 폭 방향 길이는 포밍홈의 폭 방향 길이보다 작은 길이로 마련될 수 있다.
한편, 상술한 파우칭 포밍 장치를 이용한 파우치 포밍 방법으로서, 냉간 유닛을 이용하여 파우치 시트를 냉간시키기 위한 냉간 단계, 냉간 공정에 의해 냉간된 파우치 시트를 다이에 안착시키기 위한 안착 단계 및 다이에 파우치 시트가 안착된 상태에서 펀치를 향해서 다이가 상승되어 다이의 포밍홈과 대응되는 파우치 시트의 일부 영역에 수용부를 형성하는 수용부 형성 단계을 포함하는, 파우치 포밍 방법에 의해 달성될 수 있다.
다이에 파우치 시트가 안착된 상태에서 스트리퍼를 향해서 다이가 상승되어 파우치 시트의 포밍홈을 둘러싸는 가장 자리 영역에 외곽부를 형성하는 외곽부 형성 단계를 추가로 포함하고, 외곽부 형성 단계는 수용부 형성 단계와 동시에 수행될 수 있다.
수용부 형성 단계 및 외곽부 형성 단계에서, 파우치 시트에 다이, 펀치 및 스트리퍼에 의해 수용부 및 외곽부가 형성될 때에 포밍홈과 파우치 시트 사이의 공기가 배출 통로를 통해 다이의 외부로 배출되도록 마련될 수 있다.
수용부 형성공정 및 외곽부 형성공정 후에, 다이는 파우치 시트를 압입하기 전의 위치로 복귀될 수 있다.
본 발명의 파우치 포밍 장치 및 이를 이용한 파우치 포밍 방법은, 파우치 시트의 포밍 시, 파우치 시트의 온도를 하강시켜 활제량을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 파우치 포밍 장치 및 이를 이용한 파우치 포밍 방법은, 파우치 시트의 딥 포밍 시, 파우치 시트의 미끄럼 성능을 향상시켜서 마찰을 최소화할 수 있다. 이와 같이, 마찰이 최소화됨으로 인해, 파우치 시트를 압입하여 수용부를 형성할 때에 필요한 압력 부하를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 파우치 포밍 장치 및 이를 이용한 파우치 포밍 방법은, 파우치 시트의 한계 포밍 깊이 향상에 따른 전지 셀(cell) 당 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 포밍 장치가 사용되는 공정을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 포밍 장치를 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 6은 도 2에 도시한 파우치 포밍 장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 3 내지 도 6에 의해 포밍된 파우치 시트를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 2에 도시한 파우치 포밍 장치를 이용한 파우치 포밍 방법의 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 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.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예들을 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도면의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 파우치 포밍장치(1000) 및 이를 이용한 파우치 포밍 방법(S100)을 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 파우치 포밍 장치(1000) 및 이를 이용한 파우치 포밍 방법(S100)은 파우치형 이차전지를 형성하는 공정 중에서, 극판 스태킹 공정과 전해액 주액 공정 사이에 수행되는 파우치 패키징 공정 중에 수행될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 포밍 장치(1000) 및 이를 이용한 파우치 포밍 방법(S100)은 파우치 시트(1012)에 전지 조립체(미도시)가 수용되는 공간을 형성하기 위한 포밍(forming) 작업을 의미한다.
참고로, 파우치 패키징 공정에서는 파우치 시트의 포밍(forming), 웰딩(welding) 등이 이루어질 수 있다.
우선, 도 2 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 포밍 장치(1000)를 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 포밍장치(1000)는 파우치 시트(1012)에 수용부(1013)를 형성하기 위한 포밍 유닛(1200) 및 포밍 유닛(1200)으로 공급되는 파우치 시트(1010)의 온도를 냉각시키는 냉간 유닛(1100)을 포함한다.
참고로, 이하에서 설명하는 파우치 시트(1010)는 냉간 유닛(1100)을 통해 냉각되기 전의 파우치 시트(pouch sheet)를 의미하고, 파우치 시트(1012)는 냉간 유닛(1100)에 의해 냉각된 이후에 포밍 유닛(1200)으로 공급 및 포밍되는 파우치 시트를 의미한다.
여기서, 냉간 유닛(1100) 및 포밍 유닛(1200)으로 공급되는 파우치 시트(1010,1012)는 알루미늄(Al)을 포함하는 시트(sheet)의 형태로 마련될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
냉간 유닛(1100)은 후술할 포밍 유닛(1200)으로 파우치 시트(1010)를 공급하기 전에 온도를 조절하기 위한 부분이다.
특히, 냉간 유닛(1100)은 파우치 시트(1010)를 냉간시킴으로써 파우치 시트(1010)의 온도가 낮아진 상태로 포밍 유닛(1200)으로 공급(feeding)되도록 한다.
냉간 유닛(1100)은 파우치 시트(1010)를 냉간시키기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있다.
일예로, 냉간 유닛(1100)은 압축 공기(compressed air)를 이용하여 파우치 시트(1010)의 온도를 조절할 수 있다.
냉간 유닛(1100)은 파우치 시트(1010)가 통과되는 냉간 챔버(1110), 압축 공기를 공급 받고 공급된 압축 공기를 이용하여 차가운 공기(cold air)와 뜨거운 공기(hot air) 사이에 와류(vortex)를 발생시키는 와류 튜브(vortex tube)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 냉간 유닛(1100)의 내부에 와류 튜브가 마련되는 경우, 튜브의 내부로 공급된 압축 공기에 의해 와류가 발생되고 발생된 와류에 의하여 냉간 챔버(1110)의 내부 온도가 낮아지게 됨으로써 결국, 파우치 시트(1010)의 온도를 낮출 수 있게 되는 것이다.
다른 일예로, 냉장고 등에 사용되는 냉매를 이용하여 파우치 시트(1010)의 온도를 조절할 수도 있다.
그러면, 냉간 유닛(1100)은 파우치 시트(1010)가 통과하며, 내부에 냉매가 마련되는 냉간 챔버(1110)를 포함할 수 있다.
이러한 경우, 냉매에 의해 냉간 챔버(1110)의 내부 온도가 낮아짐에 따라 냉간 챔버(1110)를 통과하는 파우치 시트(1010)의 온도를 낮출 수 있게 되는 것이다.
참고로, 냉간 유닛(1100)은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 파우치 시트(1010)의 온도를 낮출 수 있는 다른 형태로 변형될 수 있다.
이와 같이, 냉간 유닛(1100)을 이용하여 파우치 시트(1010)의 온도를 낮추게 되면, 파우치 시트(1012)의 활제량이 증가되고 파우치 시트(1012)의 미끄럼 성능이 향상된다. 그러면, 후술할 포밍 유닛(1200)을 이용하여 파우치 시트(1012)를 압입하여 수용부(1013)를 형성할 때에 필요한 압력 부하를 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
상술한 바와 같이, 포밍 유닛(1200)은 이차전지의 패키징 공정 중에, 파우치 시트(1012)의 내부에 전극 조립체(미도시)가 수용되도록 하는 수용부(1013)를 형성하기 위한 것이다.
포밍 유닛(1200)으로 공급(feeding)되는 파우치 시트(1012)는 냉간 유닛(1100)에 의해 온도가 낮아진 상태로 전지 조립체를 수용하기 위한 수용부(1013)를 형성(포밍, forming) 할 수 있다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 포밍 유닛(1200)은 다이(Die, 1230), 펀치(Punch, 1220), 스트리퍼(stripper, 1212) 및 이동 지지부(1210)를 포함할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 냉간 유닛(1100)에 의해 냉간된 파우치 시트(1012)는 포밍 유닛(1200)의 다이(1230)와 펀치(1220) 및 스트리퍼(1212) 사이로 공급된다.
이때, 다이(1230)는 파우치 시트(1012)를 지지할 수 있다.
다이(1230)의 상측의 일부 영역에는 포밍홈(1232)이 형성된다.
다이(1230)에 형성된 포밍홈(1232)의 크기 및 형태에 따라 파우치 시트(1012)에 형성되는 수용부(1213)의 크기 및 형태가 달라지게 된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 다이(1230)는 파우치 시트(1012)의 포밍을 위해 파우치 시트(1012) 쪽으로 상승된다.
참고로, 다이(1230)는 파우치 시트(1012)의 포밍 작업이 완료되면 최초의 위치로 하강된다.
이를 위해, 다이(1230)에는 다이 이동부(1240)가 연결된다.
다이 이동부(1240)는 다이(1230)의 하단부에 연결되어 다이(1230)를 파우치 시트(1012)를 향하도록 상승시키거나 파우치 시트(1012)으로부터 멀어지도록 하강시키기 위한 동력을 제공한다.
참고로, 다이 이동부(1240)는 서보 모터(servo motor)로 마련될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 만약, 다이 이동부(1240)가 서보 모터로 마련되는 경우에는 파우치 시트(1012)에 대한 다이(1230)의 상승 및 하강 높이를 세부적으로 조절할 수 있는 이점이 있다.
이때, 다이 이동부(1240)는 축(axis) 형태의 이동 연결부(1242)를 매개로 하여 다이(1230)와 연결될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 다이(1230)에는 적어도 하나의 배출 통로(1234)가 형성될 수 있다.
배출 통로(1234)는 다이(1230)에 형성된 포밍홈(1232)과 연통된다. 배출 통로(1234)의 상단부는 다이(1230)에 형성된 포밍홈(1232)과 연통되고, 하단부는 다이(1230)의 하단면을 관통하여 외부와 연통되도록 형성될 수 있다.
다이(1230), 펀치(1220) 및 스트리퍼(1212)에 의해 파우치 시트(1012)가 가입될 때, 포밍홈(1232)과 파우치 시트(1012) 사이에 존재하는 공기는 배출 통로(1234)를 통해서 다이(1230)의 외부로 배출되게 된다.
배출 통로(1234)는 다이 이동부(1240)를 기준으로 어느 일 측에 적어도 하나가 마련될 수 있으나, 다이 이동부(1240)를 기준으로 양 측에 마련될 수도 있다.
배출 통로(1234)가 다이 이동부(1240)의 양 측에 마련되는 경우, 두 개의 배출 통로(1234)는 서로 소정 간격을 두고 마련된다. 또한, 도면에는 배출 통로(1234)의 양 단부의 직경이 동일하게 형성되는 것으로 도시하였으나, 양 단부가 서로 다른 직경을 갖도록 형성할 수도 있다.
펀치(1220)는 다이(1230)의 상단부(1231)에 안착된 파우치 시트(1012)를 압입한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 펀치(1220)는 다이(1230)의 상승 동작에 의해 다이(1230)와 함께 파우치 시트(1012)를 포밍홈(1232)의 방향으로 압입함으로써 파우치 시트(1012)에 수용부(1013)를 형성한다.
펀치(1220)의 누름부(1221)는 다이(1230)의 포밍홈(1232)와 마주보는 위치에 배치된다.
펀치(1220)의 누름부(1221)가 포밍홈(1232)에 삽입되면, 파우치 시트(1012)의 일부 영역을 압입하여 수용부(1013)를 형성하게 된다.
이때, 펀치(1220)의 누름부(1221)의 폭 방향 길이는 포밍홈(1232)의 폭 방향 길이보다 작은 길이로 마련되나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
스트리퍼(1212)는 펀치(1220), 다이(1230)와 함께 파우치 시트(1012)를 압입함으로써 외곽부(1014)를 형성하기 위한 것이다.
이때, 외곽부(1014)가 형성되는 위치는 파우치 시트(1012)에 형성된 수용부(1013)를 둘러싸는 가장 자리 영역을 의미한다.
스트리퍼(121)는 누름 단부(1213)에 의해 다이(1230)와 펀치(1220) 사이에 맞물린 파우치 시트(1012)의 가장 자리 영역을 압입하여 외곽부(1013)를 형성한다.
이때, 스트리퍼(1212)에 의해 형성된 외곽부(1014)는 다이(1230)의 상단부(1231)에 의해 지지된다. 한편, 펀치(1220) 및 스트리퍼(1212)는 이동 지지부(1210)에 고정된 상태에서 다이(1230)에 안착된 파우치 시트(1012)를 가압하게 된다.
이동 지지부(1210)는 블록(block)의 형태로 마련된다. 이때, 이동 지지부(1210)의 내부에는 스트리퍼(1212)의 연결부(1211)가 삽입된 상태에서 이동 가능하게 마련되고, 그 단부에는 펀치(1220)가 고정된다.
여기서, 펀치(1220) 및 스트리퍼(1212)가 파우치 시트(1012) 쪽으로 하강하여 파우치 시트(1012)를 누르는 것이 아니고, 다이(1230)의 상승 동작에 의해 다이(1230)의 상단부에 안착된 파우치 시트(1012)를 압입하는 것이다.
즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 다이(1230)는 상단부에 파우치 시트(1012)가 안착된 상태에서 다이 이동부(1240)에 의해 펀치(1220) 및 스트리퍼(1212)와 가까워지는 방향으로 다시 상승된다. 그러면, 다이(1230)의 상단부(1231)에 안착된 파우치 시트(1212)는 다이(1230)의 상단부(1231), 스트리퍼(1212)의 단부(1213) 및 펀치(1220)의 누름부(1221)와 맞물려서 다이(1230), 펀치(1220) 및 스트리퍼(1212)에 의해 가압되어 수용부(1013) 및 외곽부(1014)가 형성되게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 포밍장치(1000)는 컨트롤러(미도시)를 추가로 포함할 수 있다.
컨트롤러는 다이 이동부(1240)를 제어하여 다이(1230)의 상승 및 하강 여부를 제어할 수 있다. 또한, 컨트롤러는 다이(1230)가 상승되어 펀치(1220) 및 스트리퍼(1212)에 파우치 시트(1012)가 접촉된 이후에 펀치(1220) 및 스트리퍼(1212)로부터 파우치 시트(1012)에 가해지는 압력을 조절할 수도 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 파우치 시트(1012)의 포밍 작업이 완료되면, 다이(1230)는 다이 이동부(1240)에 의해 펀치(1220) 및 스트리퍼(1212)와 멀어지는 방향, 즉 최초의 위치로 하강 동작된다.
도 7에 도시한 바와 같이, 최종적으로 파우치 시트(1012)의 중앙 영역에 수용부(1013)가 형성되고, 수용부(1013)를 둘러싸는 가장 자리 영역에는 외곽부(1014)가 형성되게 된다.
이하, 도 2 내지 도 8을 참조하여, 상술한 파우치 포밍장치(1000)를 이용한 파우치 포밍 방법(S100)을 간단히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 포밍 방법(S100)은 냉간 단계(S110), 안착 단계(S120) , 수용부 형성 단계(S130)를 포함할 수 있다.
냉간 단계(S110)는 냉간 유닛(1100)을 이용하여 파우치 시트(1010)를 냉간시키기 위한 단계이다.
냉간 단계(S110)에서는 다양한 방법을 이용하여 파우치 시트(1010)의 온도를 낮출 수 있다.
안착 단계(S120)는 냉간 유닛(1100)에 의해 냉간된 파우치 시트(1012)를 다이(1230)의 상단부(1231)에 안착시키는 단계이다.
여기서, 파우치 시트(1010)는 냉간 유닛(1100)을 통과하면서 온도가 낮아진 이후에 포밍 유닛(1200)으로 공급된다.
특히, 포밍 유닛(1220)의 스트리퍼(1212) 및 펀치(1220)와 다이(1230)의 사이 공간으로 공급된다.
다이(1230)는 다이 이동부(1240)에 의해 파우치 시트(1012) 쪽으로 상승되어 상단부(1231)에 파우치 시트(1012)가 안착된다.
수용부 형성 단계(S130)는 파우치 시트(1012)에 전지 조립체(미도시)가 수용되는 수용부(1013)를 형성하기 위한 단계이다.
다이(1230)의 상단부(1231)에 파우치 시트(1012)가 안착된 상태에서, 다이(1230)는 다이 이동부(1240)에 의해 펀치(1220) 및 스트리퍼(1212) 쪽으로 다시 상승된다.
다이(1230)가 최종 위치까지 상승되어 다이(1230)의 상단부(1231)에 안착된 파우치 시트(1012)가 펀치(1220) 및 스트리퍼(1212)와 맞물리게 된다. 이때, 다이(1230)의 상승으로 펀치(1220)의 누름부(1221)가 다이(1230)에 형성된 포밍홈(1232)으로 삽입되어 다이(1230)의 포밍홈(1232)과 대응되는 파우치 시트(1012)의 일부 영역에 수용부(1013)가 형성되게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 포밍 방법(S100)은 외곽부 형성 단계(S140)를 추가로 포함할 수 있다.
외곽부 형성 단계(S140)는 파우치 시트(1012)의 가장 자리 영역에 스트리퍼(1212)에 의해 외곽부(1014)를 형성하기 위한 단계이다.
수용부 형성 단계(S130)에서 다이(1230)가 펀치(1220) 및 스트리퍼(1212)와 맞물리는 위치까지 상승되면, 파우치 시트(1012)에는 펀치(1220)에 의해 압입되는 중앙 영역을 제외하고, 스트리퍼(1212)에 의해 가장 자리 영역이 압입됨으로써 외곽부(1014)가 형성된다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 포밍 방법(S100)에서 외곽부 형성 단계(S130)와 수용부 형성 단계(S140)는 동시에 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 수용부 형성 단계(S130)와 외곽부 형성 단계(S140)에서, 파우치 시트(1012)에 수용부(1013) 및 외곽부(1014)가 형성될 때에 포밍홈(1232)과 파우치 시트(1012) 사이에 존재하는 공기는 배출 통로(1234)를 통해 다이(1230)의 외부로 배출되게 된다.
마지막으로, 외곽부 형성 단계(S140) 후에, 다이(1230)는 파우치 시트(1012)를 압입하기 전의 위치로 복귀될 수 있다.
파우치 시트(1012)에 수용부(1013) 및 외곽부(1014)를 형성하는 작업이 완료되면, 다이(1230)는 다이 이동부(1240)에 의해 하강되어 원래의 위치로 복귀된다.
상기한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 파우치 포밍 장치(1000) 및 이를 이용한 파우치 포밍 방법(S100)은, 파우치 시트(1012)의 포밍 시, 냉간 유닛(1100)을 이용하여 파우치 시트(1012)의 온도를 하강시켜 활제량을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 파우치 포밍 장치(1000) 및 이를 이용한 파우치 포밍 방법(S100)은, 파우치 시트(1012)의 딥 포밍 시, 파우치 시트(1012)의 미끄럼 성능을 향상시켜서 마찰을 최소화할 수 있다. 이와 같이, 마찰이 최소화됨으로 인해, 파우치 시트(1012)를 압입하여 수용부(1013)를 형성할 때에 필요한 압력 부하를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 파우치 포밍 장치(1000) 및 이를 이용한 파우치 포밍 방법(S100)은, 파우치 시트(1012)의 한계 포밍 깊이 향상에 따른 전지 셀(cell) 당 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1000: 파우치 포밍장치
1010, 1012: 파우치 시트
1013: 수용부 1014: 외곽부
1100: 냉간 유닛 1200: 포밍 유닛
1212: 스트리퍼 1220: 펀치
1230: 다이 1232: 포밍홈
1234: 배출 통로 1240: 다이 이동부

Claims (14)

  1. 이차전지의 패키징 공정 중에, 파우치 시트를 압입하여 파우치 시트에 전극 조립체가 수용되는 수용부를 형성하기 위한 포밍 유닛; 및
    포밍 유닛으로 공급되는 파우치 시트의 활제량이 증가되도록 파우치 시트를 냉간시키기 위한 냉간 유닛을 포함하는, 파우치 포밍 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    냉간 유닛은,
    파우치 시트가 통과하며, 내부에 압축 공기가 공급되는 냉간 챔버를 포함하고,
    파우치 시트는 냉간 챔버로 공급된 압축 공기에 의해 온도가 조절되어 포밍 유닛으로 공급되는, 파우치 포밍 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    냉간 유닛은,
    파우치 시트가 통과하며, 내부에 냉매가 마련되는 냉간 챔버를 포함하고,
    파우치 시트는 냉간 챔버에 마련된 냉매에 의해 온도가 조절되어 포밍 유닛으로 공급되는, 파우치 포밍 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    포밍 유닛은,
    냉간 유닛으로부터 냉간되어 공급된 파우치 시트의 하부에 위치되며, 상측 영역에 포밍홈이 형성된 다이(Die);
    파우치 시트의 상부에 위치되며, 다이의 상단부에 위치된 파우치 시트를 다이의 포밍홈 방향으로 압입하여 파우치 시트에 수용부를 형성하기 위한 펀치(Punch); 및
    파우치 시트의 상부에 위치되며, 파우치 시트의 가장 자리 영역을 압입하여 외곽부를 형성하기 위한 스트리퍼(stripper)를 포함하고,
    파우치 시트는 냉간 유닛에 의해 냉간된 상태에서 다이, 펀치 및 스트리퍼에 의해 수용부 및 외곽부가 형성되는, 파우치 포밍 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    냉간 유닛으로부터 공급된 파우치 시트는 다이와 펀치 및 스트리퍼 사이에 위치되고,
    다이는,
    파우치 시트 쪽으로 상승되어 상단부에 파우치 시트가 안착되고,
    상단부에 파우치 시트가 안착된 상태에서 펀치 및 스트리퍼와 가까워지는 방향으로 다시 상승되어 펀치 및 스트리퍼와 함께 파우치 시트에 수용부 및 외곽부를 형성하도록 마련된, 파우치 포밍 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    펀치의 누름부는 다이의 포밍홈과 마주보는 위치에 배치되며,
    다이가 상승됨에 따라 펀치의 누름부가 포밍홈에 삽입되어 파우치 시트의 일부 영역을 압입하여 수용부를 형성하는, 파우치 포밍 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    다이의 하단부에 파우치 시트, 펀치 및 스트리퍼를 향해서 다이가 상승되도록 하는 다이 이동부가 추가로 마련되는, 파우치 포밍 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    다이 이동부에 의한 다이의 상승 및 하강을 제어하는 컨트롤러를 추가로 포함하는, 파우치 포밍 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    다이에는,
    포밍홈과 연결되어 다이, 펀치 및 스트리퍼에 의해 파우치 시트가 압입될 때에 포밍홈과 파우치 시트 사이에 공기를 다이의 외부로 배출되도록 하기 위한 적어도 하나의 배출 통로가 형성되는, 파우치 포밍 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    누름부의 폭 방향 길이는 포밍홈의 폭 방향 길이보다 작은 길이로 마련되는, 파우치 포밍 장치.
  11. 제5항에 기재된 파우칭 포밍 장치를 이용한 파우치 포밍 방법으로서,
    냉간 유닛을 이용하여 파우치 시트를 냉간시키기 위한 냉간 단계;
    냉간 공정에 의해 냉간된 파우치 시트를 다이에 안착시키기 위한 안착 단계; 및
    다이에 파우치 시트가 안착된 상태에서 펀치를 향해서 다이가 상승되어 다이의 포밍홈과 대응되는 파우치 시트의 일부 영역에 수용부를 형성하는 수용부 형성 단계;
    를 포함하는, 파우치 포밍 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    다이에 파우치 시트가 안착된 상태에서 스트리퍼를 향해서 다이가 상승되어 파우치 시트의 포밍홈을 둘러싸는 가장 자리 영역에 외곽부를 형성하는 외곽부 형성 단계를 추가로 포함하고,
    외곽부 형성 단계는 수용부 형성 단계와 동시에 수행되는, 파우치 포밍 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    수용부 형성 단계 및 외곽부 형성 단계에서,
    파우치 시트에 다이, 펀치 및 스트리퍼에 의해 수용부 및 외곽부가 형성될 때에 포밍홈과 파우치 시트 사이의 공기가 배출 통로를 통해 다이의 외부로 배출되도록 마련된, 파우치 포밍 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    수용부 형성공정 및 외곽부 형성공정 후에,
    다이는 파우치 시트를 압입하기 전의 위치로 복귀되는, 파우치 포밍 방법.
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