KR20240059471A - 성형 장치 및 성형 방법, 그리고 그에 의해 성형된 파우치형 전지 케이스 - Google Patents

성형 장치 및 성형 방법, 그리고 그에 의해 성형된 파우치형 전지 케이스 Download PDF

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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 성형 장치는, 파우치 필름에 컵부를 성형할 수 있다. 상기 성형 장치는, 제1개구가 형성된 다이; 상기 다이의 상측에서 상기 파우치 필름을 고정시키며 상기 제1개구와 대응되는 위치에 제2개구가 형성된 스트리퍼; 상기 제2개구를 통해 상기 파우치 필름을 가압하는 어퍼 펀치; 및 상기 제1개구를 통해 상기 파우치 필름을 상기 어퍼 펀치의 외둘레와 상기 제2개구의 내둘레 사이로 가압하는 로어 펀치를 포함할 수 있다.

Description

성형 장치 및 성형 방법, 그리고 그에 의해 성형된 파우치형 전지 케이스{FORMING APPARATUS AND FORMING METHOD, AND POUCH TYPE BATTERY CASE FORMED BY THE SAMES}
본 발명은, 파우치 필름을 성형하는 성형 장치 및 성형 방법과, 그리고 그에 의해 성형된 파우치형 전지 케이스에 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.
일반적으로, 이러한 프레스 가공 중에서 드로잉(Drawing) 성형은 다이와 스트리퍼 사이에 파우치 필름을 삽입하고 펀치로 파우치 필름에 압력을 인가하여, 파우치 필름을 연신시킴으로써 수행된다.
다만, 이러한 종래의 방식으로는 컵부를 깊게 성형하면 파우치 필름에 크랙이 발생할 우려가 있어, 컵부의 깊이를 증가시키는 데 한계가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 성형 공정을 복수회로 분할하여 수행함으로써 파우치 필름에 컵부를 깊게 성형 가능한 성형 장치 및 성형 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 상기 성형 장치 또는 성형 방법에 의해 제조된 파우치형 전지 케이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 성형 장치는, 파우치 필름에 컵부를 성형할 수 있다. 상기 성형 장치는, 제1개구가 형성된 다이; 상기 다이의 상측에서 상기 파우치 필름을 고정시키며 상기 제1개구와 대응되는 위치에 제2개구가 형성된 스트리퍼; 상기 제2개구를 통해 상기 파우치 필름을 가압하는 어퍼 펀치; 및 상기 제1개구를 통해 상기 파우치 필름을 상기 어퍼 펀치의 외둘레와 상기 제2개구의 내둘레 사이로 가압하는 로어 펀치를 포함할 수 있다.
상기 로어 펀치는, 상기 어퍼 펀치가 상기 제2개구에 위치한 상태에서 상기 파우치 필름을 1차로 가압하고, 상기 어퍼 펀치는, 상기 로어 펀치가 상기 제1개구에서 이탈한 상태에서 상기 파우치 필름을 2차로 가압할 수 있다.
상기 어퍼 펀치는, 상기 어퍼 펀치가 제1개구에서 하방 돌출되는 깊이까지 상기 파우치 필름을 가압할 수 있다.
상기 로어 펀치의 상면은 볼록하게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 성형 방법은, 파우치 필름에 컵부를 성형할 수 있다. 상기 성형 방법은, 상기 파우치 필름을, 제1개구가 형성된 다이와 제2개구가 형성된 스트리퍼의 사이에 고정하는 단계; 로어 펀치가 상기 제1개구를 통해 상기 파우치 필름을 어퍼 펀치의 외둘레와 상기 제2개구의 내둘레 사이로 1차 가압하는 단계; 및 상기 어퍼 펀치가 상기 제2개구를 통해 상기 파우치 필름을 하방으로 2차 가압하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 1차 가압하는 단계에서, 상기 로어 펀치는 상기 제1개구에서 상기 제2개구 내로 진입할 수 있다.
상기 2차 가압하는 단계에서, 상기 로어 펀치는 상기 제1개구에서 이탈할 수 있다.
상기 2차 가압하는 단계에서, 상기 어퍼 펀치는 제2개구에서 상기 제1개구 내로 진입할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스는, 함몰 형상을 갖는 컵부; 및 상기 컵부의 둘레에 위치한 테라스를 포함할 수 있다. 상기 컵부의 둘레부는, 상기 테라스와 다이 엣지로 연결되는 제1둘레부; 상기 제1둘레부와 연결되고 상기 제1둘레부보다 얇은 두께를 갖는 제2둘레부; 및 상기 제2둘레부와 연결되고 상기 컵부의 기저부와 펀치 엣지로 연결되며 상기 제2둘레부보다 두꺼운 두께를 갖는 제3둘레부를 포함할 수 있다.
상기 제1둘레부의 두께는, 상기 제3둘레부의 두께 및/또는 상기 다이 엣지의 두께와 서로 대응될 수 있다.
상기 제2둘레부의 두께와 상기 펀치 엣지의 두께는 서로 대응될 수 있다.
상기 제2둘레부의 두께는 상기 다이 엣지의 두께보다 얇을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 파우치 필름에 크랙이 발생하지 않으면서도 깊은 컵부를 성형할 수 있다. 좀 더 상세히, 종래에는 1회의 가압을 통해 컵부를 성형하였기 때무에 파우치 필름의 특정 영역만이 과도하게 연신되므로 크랙이 발생하지 않기 위해서는 컵부의 깊이가 제한되었다. 반면 본 발명은, 파우치 필름에서 종래에 연신되지 않던 영역도 연신되도록 성형 공정을 복수회에 걸쳐 수행하므로, 최종적으로 컵부를 더 깊게 성형할 수 있는 이점이 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 성형 장치의 개략도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형 장치의 동작이 순차적으로 도시된 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 성형 방법의 순서도이다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스가 성형되는 과정을 설명하기 위한 개략도이다.
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 성형 장치의 개략도이고, 도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형 장치의 동작이 순차적으로 도시된 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 성형 장치는 파우치 필름(100)을 성형할 수 있다. 파우치 필름(100)는 소정의 두께를 가질 수 있다. 파우치 필름(100)은 성형성을 갖는 라미네이트 시트일 수 있다. 좀 더 상세히, 파우치 필름(100)은 양 최외각에 위치한 한 쌍의 수지층과, 한 쌍의 수지층의 사이에 위치한 금속층이 라미네이트된 라미네이트 시트일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 성형 장치는, 다이(10), 스트리퍼(20), 어퍼 펀치(30) 및 로어 펀치(40)를 포함할 수 있다.
다이(10), 스트리퍼(20), 어퍼 펀치(30) 및 로어 펀치(40) 중 일부는, 다른 일부에 대해 승강 가능하게 구성될 수 있다. 일례로, 다이(10), 스트리퍼(20), 어퍼 펀치(30) 및 로어 펀치(40) 중 어느 하나는 고정될 수 있고, 나머지는 상기 어느 하나에 대해 각각 독립적으로 승강 가능하게 구성될 수 있다. 다른 예로, 다이 다이(10), 스트리퍼(20), 어퍼 펀치(30) 및 로어 펀치(40) 각각은 각각 독립적으로 승강 가능하게 구성될 수 있다.
다이(10)는 파우치 필름(100)의 하측에 위치할 수 있다. 다이(10)에는 제1개구(12)가 형성될 수 있다. 제1개구(12)는 다이(10)의 상면에서 하방으로 관통 형성될 수 있다. 제1개구(12)는, 파우치 필름(100)이 함몰 성형되는 성형 공간일 수 있다. 또한, 제1개구(12)는 후술할 로어 펀치(40)가 배치되는 공간일 수 있다.
제1개구(12)의 단면은 대략 사각형일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다이(10)에는 라운드지게 형성된 엣지(11)가 형성될 수 있다. 좀 더 상세히, 다이(10)의 상면과 제1개구(12)의 내둘레는, 라운드지게 형성된 엣지(11)로 연결될 수 있다. 상기 엣지(11)는 소정의 곡률 반경을 가질 수 있다. 상기 엣지(11)가 라운드지게 형성됨으로써, 파우치 필름(100)이 제1개구(12) 내로 연신될 때 상기 엣지(11)에 밀착되는 부분이 파단되는 것을 방지할 수 있다.
스트리퍼(20)는 파우치 필름(100)을 사이에 두고 다이(10)를 마주볼 수 있다. 스트리퍼(20)는 다이(10)의 상측에서 파우치 필름(100)을 고정시킬 수 있다.
좀 더 상세히, 다이(10)와 스트리퍼(20) 중 적어도 하나는 승강 가능하게 구성될 수 있고, 다이(10)와 스트리퍼(20) 사이의 간격이 가변될 수 있다. 파우치 필름(100)은 다이(10)와 스트리퍼(20)가 서로 멀어진 상태에서 다이(10)와 스트리퍼(20)의 사이로 진입될 수 있고, 이후 다이(10)와 스트리퍼(20)가 서로 가까워지면 파우치 필름(100)은 다이(10)와 스트리퍼(20)의 사이에 고정될 수 있다. 즉, 파우치 필름(100)은 다이(10)의 상면과 스트리퍼(20)의 저면 사이에 고정될 수 있다.
스트리퍼(20)에는 제2개구(22)가 형성될 수 있다. 제2개구(22)는 스트리퍼(20)의 저면부터 상방으로 관통 형성될 수 있다. 제2개구(22)는 후술할 어퍼 펀치(30)가 배치되는 공간일 수 있다.
제2개구(22)의 단면은 대략 사각형일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 제2개구(22)는 제1개구(12)의 상측에 위치할 수 있다. 제2개구(22)와 제1개구(12)는 파우치 필름(100)을 사이에 두고 서로 마주볼 수 있다.
스트리퍼(20)에는 라운드지게 형성된 엣지(21)가 형성될 수 있다. 좀 더 상세히, 스트리퍼(20)의 저면과 제2개구(22)의 내둘레는, 라운드지게 형성된 엣지(21)로 연결될 수 있다. 상기 엣지(21)는 소정의 곡률 반경을 가질 수 있다. 상기 엣지(21)가 라운드지게 형성됨으로써, 파우치 필름(100)이 제2개구(22) 내로 연신될 때 상기 엣지(21)에 밀착되는 부분이 파단되는 것을 방지할 수 있다.
어퍼 펀치(30)는 제2개구(22)를 통해 파우치 필름(100)을 가압할 수 있다.
어퍼 펀치(30)는 제2개구(22) 내에서 다이(10)에 대한 높이가 가변될 수 있다. 좀 더 상세히, 다이(10)와 어퍼 펀치(30) 중 적어도 하나는 승강 가능하게 구성될 수 있고, 다이(10)의 상면과 어퍼 펀치(30)의 저면 간 높이 차가 가변될 수 있다.
어퍼 펀치(30)에는 라운드지게 형성된 엣지(31)가 형성될 수 있다. 좀 더 상세히, 서브 다이(30)의 상면과 외둘레는 라운드지게 형성된 엣지(31)로 연결될 수 있다. 상기 엣지(31)는 소정의 곡률 반경을 가질 수 있다. 상기 엣지(31)가 라운드지게 형성됨으로써, 파우치 필름(100)이 제1개구(12) 내로 연신될 때 상기 엣지(31)에 밀착되는 부분이 파단되는 것을 방지할 수 있다.
로어 펀치(40)는, 제1개구(12)를 통해 파우치 필름(100)을 어퍼 펀치(30)의 외둘레와 제2개구(22)의 내둘레 사이로 가압할 수 있다. 로어 펀치(40)는, 파우치 필름(100)을 사이에 두고, 어퍼 펀치(30)의 외둘레와 제2개구(22)의 내둘레 사이를 향할 수 있다.
로어 펀치(40)는 제1개구(12) 내에서 다이(10)에 대한 높이가 가변될 수 있다. 좀 더 상세히, 다이(10)와 로어 펀치(40) 중 적어도 하나는 승강 가능하게 구성될 수 있고, 다이(10)의 상면과 로어 펀치(40)의 상면 간 높이 차가 가변될 수 있다.
로어 펀치(40)의 상면은 라운드지게 형성될 수 있다. 로어 펀치(40)의 상면(41)은 소정의 곡률 반경을 가질 수 있다. 로어 펀치(40)의 상면(41)은 볼록하게 형성될 수 있다. 이로써, 로어 펀치(40)가 파우치 필름(100)을 가압할 때 로어 펀치(40)의 상면(41)에 밀착되는 부분이 파단되는 것을 방지할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 로어 펀치(40)의 상면(41)이 평평하게 형성되고, 로어 펀치(40)의 외둘레 및 내둘레와 라운드지게 형성된 엣지로 연결될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 로어 펀치(40)가 파우치 필름(100)을 가압하는 1차 성형 시, 로어 펀치(40)는 다이(10)의 상면보다 상측으로 돌출될 수 있다. 이 때, 어퍼 펀치(30)는 제2개구(22)에 위치할 수 있다. 좀 더 상세히, 어퍼 펀치(30)의 저면은 스트리퍼(20)의 저면과 동일 수평면상에 위치할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 어퍼 펀치(30)가 파우치 필름(100)을 가압하는 2차 성형 시, 로어 펀치(40)는 제1개구(12)에서 이탈할 수 있다. 따라서, 어퍼 펀치(30)는, 파우치 필름(100)이 로어 펀치(40)와 간섭될 염려 없이, 파우치 필름(100)을 충분히 하방으로 가압할 수 있다. 좀 더 상세히, 어퍼 펀치(30)는 제1개구(12)에서 하방 돌출되는 깊이까지 파우치 필름(100)을 가압할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 성형 장치의 작용에 대해 설명한다. 또한, 이하에서는 설명의 편의를 위해, 다이(10)가 고정되고, 스트리퍼(20), 어퍼 펀치(30) 및 로어 펀치(40)가 각각 독립적으로 승강하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 1을 참조하면, 파우치 필름(100)이 다이(10)와 스트리퍼(20)의 사이로 진입한 상태에서, 스트리퍼(20)가 다이(10)를 향해 하강하여, 파우치 필름(100)의 외측 일부가 스트리퍼(20)와 다이(10)의 사이에 고정될 수 있다.
도 2를 참조하면, 어퍼 펀치(30)는 그 저면이 스트리퍼(20)의 저면과 동일 평면상에 위치하도록 얼라인될 수 있다. 그러한 상태에서, 로어 펀치(40)가 제1개구(12)에서 제2개구(22) 내로 상승하여, 파우치 필름(100)을 어퍼 펀치(30)의 외둘레와 제2개구(22)의 내둘레 사이로 가압할 수 있다. 따라서, 파우치 필름(100) 중 다이(10)와 스트리퍼(20)의 사이에 고정된 부분과 어퍼 펀치(30)에 맞닿은 부분은 평평하게 유지되며, 로어 펀치(40)에 의해 가압되는 부분이 연신될 수 있다. 이를 1차 성형으로 명명할 수 있으며, 이러한 1차 성형에 의해 파우치 필름(100)에는 돌출부(110)가 성형될 수 있다.
이후, 도 3 및 도 4을 참조하면, 로어 펀치(40)는 제1개구(12)에서 하강할 수 있다. 좀 더 상세히, 로어 펀치(40)는 하강하여 제1개구(12)에서 이탈할 수 있다. 그리고, 어퍼 펀치(30)가 제2개구(22)에서 제1개구(12) 내로 하강하여, 파우치 필름(100)을 하방 가압할 수 있다. 이를 2차 성형으로 명명할 수 있으며, 이러한 2차 성형에 의해 파우치 필름(100)에 기 성형되어있던 돌출부(110)가 펴지며 컵부(120)가 성형될 수 있다. 컵부(120)는, 돌출부(110)가 돌출 형성되는 방향과 반대로 함몰 형성될 수 있다.
이후 도 5를 참조하면, 어퍼 펀치(40)는 상승하여 초기 위치로 되돌아갈 수 있다. 또한 스트리퍼(20)도 상승하여, 다이(10)와 스트리퍼(20) 사이에 고정되어 있던 파우치 필름(100)이 릴리즈 될 수 있다.
이러한 일련의 과정을 통해, 파우치 필름(100)에 컵부(120)의 성형이 완료될 수 있다. 종래에는 1회의 가압을 통해 컵부를 성형하였으나 이 경우 파우치 필름의 특정 영역만이 과도하게 연신되므로 크랙이 발생하지 않기 위해서는 컵부의 깊이가 제한되었다. 반면 본 발명은, 파우치 필름(100)에서 종래에 연신되지 않던 영역도 연신되도록 복수회에 걸쳐 성형하므로, 최종적으로 컵부(120)를 더 깊게 성형할 수 있는 이점이 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 성형 방법의 순서도이다.
이하, 앞서 설명한 성형 장치를 사용하여 파우치 필름(100)을 성형하는 성형 방법을 본 발명의 다른 실시예로서 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 성형 방법은, 파우치 필름(100)을 다이(10)와 스트리퍼(20)의 사이에 고정하는 단계(S10)(이하, '고정 단계')와, 로어 펀치(40)가 파우치 필름(100)을 어퍼 펀치(30)의 외둘레와 제2개구(22)의 내둘레 사이로 1차 가압하는 단계(S20)(이하, '1차 성형 단계')와, 어퍼 펀치(30)가 파우치 필름(100)을 하방으로 2차 가압하는 단계(S30)(이하, '2차 성형 단계')를 포함할 수 있다.
각 단계(S10)(S20)(S30)는 앞서 성형 장치의 작용에 대한 설명을 원용할 수 있다. 좀 더 상세히, 고정 단계(S10)는 도 1을 참조하여 설명한 내용을 원용하고, 1차 성형 단계(S20)는 도 2를 참조하여 설명한 내용을 원용하고, 2차 성형 단계(S30)는 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한 내용을 원용할 수 있다. 이하에서는 주요 특징을 간단하게 설명한다.
고정 단계(S10)에서, 파우치 필름(100)은 다이(10)의 상면과 스트리퍼(20)의 저면 사이에 고정될 수 있다.
1차 성형 단계(S20)에서, 로어 펀치(40)는, 파우치 필름(100)을 가압하며, 제1개구(12)에서 제2개구(22) 내로 진입할 수 있다. 좀 더 상세히, 로어 펀치(40)는 제2개구(22)의 내둘레와 어퍼 펀치(30)의 외둘레 사이로 진입할 수 있다. 이로써, 로어 펀치(40)는 파우치 필름(100)에 돌출부(110)를 성형할 수 있다.
2차 성형 단계(S30)에서, 어퍼 펀치(30)는, 파우치 필름(100)을 가압하며 제2개구(22)에서 제1개구(12) 내로 진입할 수 있다. 좀 더 상세히, 어퍼 펀치(30)는 파우치 필름(100)의 중앙부를 하방으로 가압하여, 돌출부(110)를 펼치며 컵부(120)를 성형할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스가 성형되는 과정을 설명하기 위한 개략도이다.
이하, 앞서 설명한 성형 장치 또는 성형 방법에 의해 제조된 파우치형 전지 케이스를 본 발명의 또다른 실시예로서 설명한다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스(이하, '전지 케이스')는, 함몰 형상을 갖는 컵부(120) 및 상기 컵부(120)의 둘레에 위치한 테라스(130)를 포함할 수 있다.
상기 컵부(120)는 전극 조립체(미도시)를 수용하기 위한 공간을 이룰 수 있다. 테라스(130)는, 파우치 필름(100)에서 다이(10)와 스트리퍼(20)의 사이에 고정되어 컵부(120)가 미성형된 부분일 수 있다.
상기 전지 케이스의 제조 과정에서, 돌출부(110)가 1차적으로 성형될 수 있고, 돌출부(110)가 펼쳐지며 돌출부(110)의 반대 반향으로 함몰되는 컵부(120)가 2차적으로 성형될 수 있다.
돌출부(110)는 외둘레부(111)와, 내둘레부(112)와, 연결부(113)를 포함할 수 있다.
외둘레부(111)는 스트리퍼 엣지(114)로 테라스(130)와 연결될 수 있다. 상기 스트리퍼 엣지(114)는 라운드지게 형성될 수 있다. 좀 더 상세히, 스트리퍼 엣지(114)는 소정의 곡률 반경을 가질 수 있다. 스트리퍼 엣지(114)는 스트리퍼(20)의 엣지(21)(도 1 참조)에 의해 형성될 수 있으며, 스트리퍼(20)의 엣지(21)와 대응되는 곡률 반경을 가질 수 있다.
내둘레부(112)는 연결 엣지(115)로 중앙부(101)와 연결될 수 있다. 상기 중앙부(101)는, 파우치 필름(100)의 1차 성형 시, 어퍼 펀치(30)에 의해 지지되어 돌출부(110)가 미성형된 부분일 수 있다.
상기 연결 엣지(115)는 어퍼 펀치(30)에 의해 가압되는 부분일 수 있다. 좀 더 상세히, 어퍼 펀치(30)에 대한 로어 펀치(40)의 상대적 이동에 의해, 어퍼 펀치(30)의 엣지(31)(도 1 참조)에 접촉하는 부분이 연결 엣지(115)로 연신될 수 있다. 상기 연결 엣지(115)는 라운드지게 형성될 수 있다. 연결 엣지(115)는 어퍼 펀치(30)의 엣지(31)와 대응되는 곡률 반경을 가질 수 있다.
연결부(113)는 외둘레부(111)와 내둘레부(112)를 연결할 수 있다. 연결부(113)는 로어 펀치(40)의 상면(41)에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 연결부(113)는 소정의 곡률 반경을 가질 수 있다. 연결부(113)는 상방으로 볼록하게 형성될 수 있다.
파우치 필름(100)의 1차 성형 시, 테라스(130) 및 중앙부(101)는 연신되지 않거나 미세하게 연신되므로, 잔존 두께가 두꺼울 수 있다.
연결부(113)는 로어 펀치(40)에 의해 직접적으로 가압되므로 상대적으로 많이 연신될 수 있고 잔존 두께가 얇을 수 있다. 마찬가지로, 연결 엣지(115)는 어퍼 펀치(30)에 의해 직접적으로 가압되므로 상대적으로 많이 연신될 수 있고 잔존 두께가 얇을 수 있다. 연결부(113)과 연결 엣지(115)는 서로 같거나 비슷한 정도로 연신될 수 있다. 따라서, 돌출부(110)에서 연결부(113)와 연결 엣지(115)의 각 잔존 두께는 동일하거나 유사할 수 있다.
그리고, 외둘레부(111) 및 내둘레부(112)는 연결부(113) 및 연결 엣지(115)보다 상대적으로 덜 연신될 수 있다. 스트리퍼 엣지(114)도 외둘레부(111) 및 내둘레부(112)와 같거나 비슷한 정도로 연신될 수 있다. 따라서, 돌출부(110)에서 외둘레부(111), 내둘레부(112) 및 스트리퍼 엣지(114)의 각 잔존 두께는 동일하거나 유사할 수 있다.
즉, 외둘레부(111), 내둘레부(112) 및 스트리퍼 엣지(114)의 각 두께는, 연결부(113) 및 연결 엣지(115)의 각 두께보다 두껍고, 테라스(130) 및 중앙부(101)의 두께보다 얇을 수 있다.
파우치 필름(100)의 2차 성형 시, 돌출부(110)의 스트리퍼 엣지(114) 및 외둘레부(111)는, 컵부(122)의 다이 엣지(123) 및 컵부(120)의 둘레부(122)의 일부인 제1둘레부(122a)를 이룰 수 있다. 돌출부(110)의 연결부(113)는 컵부(120)의 둘레부(122)의 다른 일부인 제2둘레부(122b)를 이룰 수 있다. 돌출부(110)의 내둘레부(112)는 컵부(120)의 둘레부(122)의 또다른 일부인 제3둘레부(122c)를 이룰 수 있다. 돌출부(110)의 연결 엣지(115) 및 중앙부(101)는, 컵부(120)의 펀치 엣지(124) 및 기저부(121)를 이룰 수 있다.
따라서, 도 7과 같은 단면뷰를 기준으로, 돌출부(110)에서 스트리퍼 엣지(114)의 길이를 L1, 외둘레부(111)의 길이를 L2, 연결부(113)의 길이를 L3, 내둘레부(112)의 길이를 L4, 연결 엣지(115)의 길이를 L5, 중앙부(101)의 길이를 L6라 하고, 컵부(120)에서 다이 엣지(123)의 길이를 L7, 둘레부(122)의 길이를 L8, 펀치 엣지의 길이를 L9, 기저부의 길이를 L10 이라 할 때, 2*(L1+L2+L3+L4+L5)+L6 = 2*(L7+L8+L9)+L10 의 조건식을 만족할 수 있다.
다만 이에 한정되는 것은 아니며, 어퍼 펀치(30)가 컵부(120)를 더 연신시키면, 2*(L1+L2+L3+L4+L5)+L6 < 2*(L7+L8+L9)+L10 의 조건식을 만족할 수 있다.
스트리퍼 엣지(114)의 길이인 L1은, 테라스(130) 및 스트리퍼 엣지(114) 사이의 경계(P1)부터 스트리퍼 엣지(114) 및 외둘레부(111) 사이의 경계(P2)까지의 길이를 의미할 수 있다. 외둘레부(111)의 길이인 L2는, 스트리퍼 엣지(114) 및 외둘레부(111) 사이의 경계(P2)부터 외둘레부(111) 및 연결부(113) 사이의 경계(P3)까지의 길이를 의미할 수 있다. 연결부(113)의 길이인 L3는, 외둘레부(111) 및 연결부(113) 사이의 경계(P3)부터 연결부(113) 및 내둘레부(112) 사이의 경계(P4)까지의 길이를 의미할 수 있다. 내둘레부(112)의 길이인 L4는, 연결부(113) 및 내둘레부(112) 사이의 경계(P4)부터 내둘레부(112) 및 연결 엣지(115) 사이의 경계(P5)까지의 길이를 의미할 수 있다. 연결 엣지(115)의 길이인 L5는, 내둘레부(112) 및 연결 엣지(115) 사이의 경계(P5)부터 연결 엣지(115) 및 중앙부(101) 사이의 경계(P6)까지의 길이를 의미할 수 있다. 중앙부(101)의 길이인 L6는, 양 연결 엣지(115) 및 중앙부(101) 사이의 경계(P6) 간 길이를 의미할 수 있다.
다이 엣지(123)의 길이인 L7은, 테라스(130) 및 다이 엣지(123) 사이의 경계(P1)부터 다이 엣지(123) 및 둘레부(122) 사이의 경계(P7)까지의 길이를 의미할 수 있다. 둘레부(122)의 길이인 L8은, 다이 엣지(123) 및 둘레부(122) 사이의 경계(P7)부터 둘레부(122) 및 펀치 엣지(124) 사이의 경계(P8)까지의 길이를 의미할 수 있다. 펀치 엣지(124)의 길이인 L9는, 둘레부(122) 및 펀치 엣지(124) 사이의 경계(P8)부터 펀치 엣지(124) 및 기저부(121) 사이의 경계(P9)까지의 길이를 의미할 수 있다. 기저부(121)의 길이인 L10는, 양 펀치 엣지(124) 및 기저부(121) 사이의 경계(P9) 간 길이를 의미할 수 있다.
이러한 돌출부(110)가 펼쳐져 컵부(120)를 형성하므로, 컵부(120)의 각 부분의 두께는 종래의 방식으로 성형된 컵부와 상이할 수 있다. 이하, 컵부(120)에 대해 설명한다.
컵부(120)는 기저부(121) 및 둘레부(122)을 포함할 수 있다.
컵부(120)의 둘레부(122)는 테라스(130)와 다이 엣지(111)로 연결될 수 있다. 상기 다이 엣지(123)는 라운드지게 형성될 수 있다. 좀 더 상세히, 다이 엣지(123)는 소정의 곡률 반경을 가질 수 있다. 다이 엣지(123)는 다이(10)의 엣지(11)(도 1 참조)에 의해 형성될 수 있으며, 다이(10)의 엣지(11)와 대응되는 곡률 반경을 가질 수 있다.
컵부(120)의 기저부(121)는 둘레부(122)과 펀치 엣지(124)로 연결될 수 있다. 펀치 엣지(124)는 라운드지게 형성될 수 있다. 좀 더 상세히, 펀치 엣지(124)는 소정의 곡률 반경을 가질 수 있다. 펀치 엣지(124)는 어퍼 펀치(30)의 엣지(31)(도 1 참조)에 의해 형성될 수 있으며, 어퍼 펀치(30)의 엣지(31)와 대응되는 곡률 반경을 가질 수 있다. 펀치 엣지(124)는 앞선 돌출부(110)의 성형 시 형성되었던 연결 엣지(115)에 대응되는 부분일 수 있다.
컵부(120)의 둘레부(122)는, 테라스(130)와 다이 엣지(123)로 연결되는 제1둘레부(122a)와, 제1둘레부(122a)와 연결되고 제1둘레부(122a)보다 얇은 두께를 갖는 제2둘레부(122b)와, 제2둘레부(122b)와 연결되고 기저부(121)와 펀치 엣지(124)로 연결되며 제2둘레부(122b)보다 두꺼운 두께를 갖는 제3둘레부(122c)를 포함할 수 있다.
제1둘레부(122a)는 돌출부(110)의 외둘레부(112)에 대응될 수 있고, 제2둘레부(122b)는 돌출부(110)의 연결부(113)에 대응될 수 있고, 제3둘레부(122c)는 돌출부(110)의 내둘레부(112)에 대응될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 연결부(113)의 잔존 두께는 외둘레부(111) 및 내둘레부(112)의 잔존 두께보다 얇으므로, 제2둘레부(122b)의 두께(t2)가 제1둘레부(122a)의 두께(t1) 및 제3둘레부(122c)의 두게(t3)보다 상대적으로 얇을 수 있다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이 돌출부(110)의 외둘레부(111), 내둘레부(112)및 스트리퍼 엣지(114)의 각 잔존 두께는 서로 동일하거나 유사할 수 있다. 따라서, 컵부(120)의 제1둘레부(122a)의 두께(t1) 및 제3둘레부(122c)의 두께(t3)는 서로 동일 또는 유사, 즉 대응될 수 있다. 또한 컵부(120)의 제1둘레부(122a)의 두께(t1) 및 다이 엣지(123)의 두께(t5)는 서로 대응될 수 있다. 또한, 컵부(120)의 제2둘레부(122b)의 두께(t2)는 다이 엣지(123)의 두께(t5)보다 얇을 수 있다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이 돌출부(110)의 연결부(113) 및 연결 엣지(115)의 각 잔존 두께는 서로 동일하거나 유사할 수 있다. 따라서, 컵부(120)의 제2둘레부(122b)의 두께(t2)와 펀치 엣지(124)의 두께(t6)는 서로 대응될 수 있다. 또한, 펀치 엣지(124)의 두께(t6)는, 다이 엣지(123)의 두께(t5), 제1둘레부(122a)의 두께(t1), 제3둘레부(122c)의 두께(t3) 각각보다 얇을 수 있다.
한편, 컵부(120)의 기저부(121)는, 1차 성형 당시의 중앙부(101)에 대응하는 부분일 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 중앙부(101)의 두께는, 돌출부(110)의 각 부분과 비교하여 상대적으로 두꺼울 수 있다. 따라서, 컵부(120)의 기저부(121)의 두께(t4)는, 제1 내지 제3둘레부(122a)(122b)(122c)의 두께(t1)(t2)(t3), 다이 엣지(123)의 두께(t5) 및 펀치 엣지(124)의 두께(t6) 각각보다 두꺼울 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: 다이 12: 제1개구
20: 스트리퍼 22: 제2개구
30: 어퍼 펀치 40: 로어 펀치
100: 파우치 필름 101: 중앙부
110: 돌출부 111: 외둘레부
112: 내둘레부 113: 연결부
114: 스트리퍼 엣지 115: 연결 엣지
120: 컵부 121: 기저부
122: 둘레부 122a: 제1둘레부
122b: 제2둘레부 122c: 제3둘레부
123: 다이 엣지 124: 펀치 엣지
130: 테라스

Claims (12)

  1. 파우치 필름에 컵부를 성형하는 성형 장치에 있어서,
    제1개구가 형성된 다이;
    상기 다이의 상측에서 상기 파우치 필름을 고정시키며 상기 제1개구와 대응되는 위치에 제2개구가 형성된 스트리퍼;
    상기 제2개구를 통해 상기 파우치 필름을 가압하는 어퍼 펀치; 및
    상기 제1개구를 통해 상기 파우치 필름을 상기 어퍼 펀치의 외둘레와 상기 제2개구의 내둘레 사이로 가압하는 로어 펀치를 포함하는 성형 장치
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 로어 펀치는, 상기 어퍼 펀치가 상기 제2개구에 위치한 상태에서 상기 파우치 필름을 1차로 가압하고,
    상기 어퍼 펀치는, 상기 로어 펀치가 상기 제1개구에서 이탈한 상태에서 상기 파우치 필름을 2차로 가압하는 성형 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 어퍼 펀치는, 상기 어퍼 펀치가 제1개구에서 하방 돌출되는 깊이까지 상기 파우치 필름을 가압하는 성형 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 로어 펀치의 상면은 볼록하게 형성된 성형 장치.
  5. 파우치 필름에 컵부를 성형하는 성형 방법에 있어서,
    상기 파우치 필름을, 제1개구가 형성된 다이와 제2개구가 형성된 스트리퍼의 사이에 고정하는 단계;
    로어 펀치가 상기 제1개구를 통해 상기 파우치 필름을 어퍼 펀치의 외둘레와 상기 제2개구의 내둘레 사이로 1차 가압하는 단계; 및
    상기 어퍼 펀치가 상기 제2개구를 통해 상기 파우치 필름을 하방으로 2차 가압하는 단계를 포함하는 성형 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 1차 가압하는 단계에서, 상기 로어 펀치는 상기 제1개구에서 상기 제2개구 내로 진입하는 성형 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 2차 가압하는 단계에서, 상기 로어 펀치는 상기 제1개구에서 이탈하는 성형 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 2차 가압하는 단계에서, 상기 어퍼 펀치는 제2개구에서 상기 제1개구 내로 진입하는 성형 방법.
  9. 함몰 형상을 갖는 컵부; 및
    상기 컵부의 둘레에 위치한 테라스를 포함하고,
    상기 컵부의 둘레부는,
    상기 테라스와 다이 엣지로 연결되는 제1둘레부;
    상기 제1둘레부와 연결되고 상기 제1둘레부보다 얇은 두께를 갖는 제2둘레부; 및
    상기 제2둘레부와 연결되고 상기 컵부의 기저부와 펀치 엣지로 연결되며 상기 제2둘레부보다 두꺼운 두께를 갖는 제3둘레부를 포함하는 파우치형 전지 케이스.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1둘레부의 두께는, 상기 제3둘레부의 두께 및/또는 상기 다이 엣지의 두께와 서로 대응되는 파우치형 전지 케이스.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2둘레부의 두께와 상기 펀치 엣지의 두께는 서로 대응되는 파우치형 전지 케이스.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2둘레부의 두께는 상기 다이 엣지의 두께보다 얇은 파우치형 전지 케이스.
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