WO2024090911A1 - 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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WO2024090911A1
WO2024090911A1 PCT/KR2023/016405 KR2023016405W WO2024090911A1 WO 2024090911 A1 WO2024090911 A1 WO 2024090911A1 KR 2023016405 W KR2023016405 W KR 2023016405W WO 2024090911 A1 WO2024090911 A1 WO 2024090911A1
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WO
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opening
peripheral portion
punch
edge
pouch film
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Application number
PCT/KR2023/016405
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이충희
강태원
홍정우
조성우
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/02—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C43/14—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles in several steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C43/32—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
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    • B29C43/46—Rollers
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105—Pouches or flexible bags

Definitions

  • the present invention relates to a molding device and method for molding a pouch film, and a pouch-type battery case molded thereby.
  • types of secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, lithium ion batteries, and lithium ion polymer batteries. These secondary batteries are used not only for small products such as digital cameras, P-DVDs, MP3Ps, mobile phones, PDAs, portable game devices, power tools, and e-bikes, but also for large products requiring high output such as electric vehicles and hybrid vehicles, as well as for surplus power generation. It is also applied and used in power storage devices that store power or renewable energy and backup power storage devices.
  • the electrode active material slurry is first applied to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to manufacture the positive and negative electrodes, and then laminated on both sides of the separator to form an electrode assembly of a predetermined shape. forms. Then, the electrode assembly is stored in the battery case, and the electrolyte is injected and sealed.
  • Secondary batteries are classified into pouch type and can type, etc., depending on the material of the case that accommodates the electrode assembly.
  • the pouch type accommodates the electrode assembly in a pouch made of flexible polymer material.
  • the can type accommodates the electrode assembly in a case made of materials such as metal or plastic.
  • a pouch-type battery case is manufactured by performing press processing on a flexible pouch film to form a cup portion. Then, when the cup portion is formed, the electrode assembly is stored inside the cup portion and the sides are sealed to manufacture a secondary battery.
  • drawing forming is performed by inserting a pouch film between a die and a stripper and applying pressure to the pouch film with a punch to stretch the pouch film.
  • One problem that the present invention seeks to solve is to provide a molding device and a molding method capable of deeply molding a cup portion in a pouch film by dividing the molding process into multiple times.
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide a pouch-type battery case manufactured by the above molding device or molding method.
  • the molding device can mold a cup portion into a pouch film.
  • the molding device includes a die in which a first opening is formed; a stripper that fixes the pouch film on the upper side of the die and has a second opening formed at a position corresponding to the first opening; an upper punch that presses the pouch film through the second opening; And it may include a lower punch that presses the pouch film between the outer circumference of the upper punch and the inner circumference of the second opening through the first opening.
  • the lower punch primarily presses the pouch film with the upper punch located in the second opening, and the upper punch secondarily presses the pouch film with the lower punch leaving the first opening. It can be pressurized.
  • the upper punch may press the pouch film to a depth at which the upper punch protrudes downward from the first opening.
  • the upper surface of the lower punch may be formed to be convex.
  • the molding method according to an embodiment of the present invention can mold a cup portion into a pouch film.
  • the forming method includes fixing the pouch film between a die in which a first opening is formed and a stripper in which a second opening is formed; A step of first pressing the pouch film between the outer circumference of the upper punch and the inner circumference of the second opening by a lower punch through the first opening; And it may include the step of secondary pressing the pouch film downward through the second opening by the upper punch.
  • the lower punch may enter the second opening from the first opening.
  • the lower punch may deviate from the first opening.
  • the upper punch may enter into the first opening from the second opening.
  • a pouch-type battery case includes a cup portion having a concave shape; And it may include a terrace located around the cup portion.
  • the peripheral portion of the cup portion includes a first peripheral portion connected to the terrace and a die edge; a second peripheral portion connected to the first peripheral portion and having a thinner thickness than the first peripheral portion; and a third peripheral portion connected to the second peripheral portion, connected to the base of the cup portion and a punch edge, and having a greater thickness than the second peripheral portion.
  • the thickness of the first peripheral portion may correspond to the thickness of the third peripheral portion and/or the thickness of the die edge.
  • the thickness of the second peripheral portion and the thickness of the punch edge may correspond to each other.
  • the thickness of the second peripheral portion may be thinner than the thickness of the die edge.
  • a deep cup portion can be formed without cracks occurring in the pouch film. More specifically, in the past, because the cup portion was formed through a single pressurization, only a specific area of the pouch film was excessively stretched, so the depth of the cup portion was limited to prevent cracks from occurring. On the other hand, in the present invention, the molding process is performed multiple times so that areas of the pouch film that were not stretched conventionally are stretched, so there is an advantage in that the cup portion can be molded more deeply.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a molding device according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 to 5 are schematic diagrams sequentially showing the operation of a molding device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a flowchart of a molding method according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a schematic diagram illustrating the process of forming a pouch-type battery case according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 1 is a schematic diagram of a molding device according to an embodiment of the present invention
  • Figures 2 to 5 are schematic diagrams sequentially showing the operation of the molding device according to an embodiment of the present invention.
  • the molding device can mold the pouch film 100.
  • the pouch film 100 may have a predetermined thickness.
  • the pouch film 100 may be a laminated sheet with moldability.
  • the pouch film 100 may be a laminated sheet in which a pair of outermost resin layers and a metal layer located between the pair of resin layers are laminated.
  • the molding device may include a die 10, a stripper 20, an upper punch 30, and a lower punch 40.
  • the stripper 20, the upper punch 30, and the lower punch 40 may be configured to be movable relative to the other portion.
  • one of the die 10, the stripper 20, the upper punch 30, and the lower punch 40 may be fixed, and the others may be configured to be lifted up and down independently of any one of the above.
  • each of the die 10, the stripper 20, the upper punch 30, and the lower punch 40 may be configured to be independently raised and lowered.
  • Die 10 may be located below the pouch film 100.
  • a first opening 12 may be formed in the die 10.
  • the first opening 12 may be formed downward from the upper surface of the die 10.
  • the first opening 12 may be a molding space in which the pouch film 100 is depressed. Additionally, the first opening 12 may be a space where a lower punch 40, which will be described later, is disposed.
  • the cross section of the first opening 12 may be approximately square, but is not limited thereto.
  • a rounded edge 11 may be formed on the die 10.
  • the upper surface of the die 10 and the inner circumference of the first opening 12 may be connected by a rounded edge 11.
  • the edge 11 may have a predetermined radius of curvature.
  • the stripper 20 may face the die 10 with the pouch film 100 interposed therebetween.
  • the stripper 20 may fix the pouch film 100 on the upper side of the die 10.
  • the die 10 and the stripper 20 may be configured to be lifted up and down, and the distance between the die 10 and the stripper 20 may be variable.
  • the pouch film 100 can be entered between the die 10 and the stripper 20 when the die 10 and the stripper 20 are spaced apart from each other, and then when the die 10 and the stripper 20 approach each other.
  • the pouch film 100 may be fixed between the die 10 and the stripper 20. That is, the pouch film 100 may be fixed between the upper surface of the die 10 and the lower surface of the stripper 20.
  • a second opening 22 may be formed in the stripper 20.
  • the second opening 22 may be formed to penetrate upward from the bottom of the stripper 20.
  • the second opening 22 may be a space where the upper punch 30, which will be described later, is disposed.
  • the cross section of the second opening 22 may be approximately square, but is not limited thereto.
  • the second opening 22 may be located above the first opening 12.
  • the second opening 22 and the first opening 12 may face each other with the pouch film 100 interposed therebetween.
  • a rounded edge 21 may be formed on the stripper 20.
  • the bottom of the stripper 20 and the inner circumference of the second opening 22 may be connected by a rounded edge 21.
  • the edge 21 may have a predetermined radius of curvature.
  • the upper punch 30 may press the pouch film 100 through the second opening 22.
  • the upper punch 30 may have a variable height relative to the die 10 within the second opening 22.
  • at least one of the die 10 and the upper punch 30 may be configured to be lifted up and down, and the height difference between the upper surface of the die 10 and the lower surface of the upper punch 30 may be variable.
  • a rounded edge 31 may be formed on the upper punch 30.
  • the upper surface and the outer circumference of the sub die 30 may be connected by a rounded edge 31.
  • the edge 31 may have a predetermined radius of curvature.
  • the lower punch 40 may press the pouch film 100 between the outer circumference of the upper punch 30 and the inner circumference of the second opening 22 through the first opening 12 .
  • the lower punch 40 may be directed between the outer circumference of the upper punch 30 and the inner circumference of the second opening 22, with the pouch film 100 interposed therebetween.
  • the lower punch 40 may have a variable height relative to the die 10 within the first opening 12.
  • at least one of the die 10 and the lower punch 40 may be configured to be lifted up and down, and the height difference between the upper surface of the die 10 and the upper surface of the lower punch 40 may be variable.
  • the upper surface of the lower punch 40 may be formed to be round.
  • the upper surface 41 of the lower punch 40 may have a predetermined radius of curvature.
  • the upper surface 41 of the lower punch 40 may be formed to be convex. As a result, it is possible to prevent the portion in close contact with the upper surface 41 of the lower punch 40 from being broken when the lower punch 40 presses the pouch film 100.
  • the upper surface 41 of the lower punch 40 may be formed flat and connected to the outer circumference and inner circumference of the lower punch 40 with rounded edges.
  • the lower punch 40 may protrude upward from the upper surface of the die 10.
  • the upper punch 30 may be located in the second opening 22.
  • the bottom of the upper punch 30 may be located on the same horizontal plane as the bottom of the stripper 20.
  • the lower punch 40 may separate from the first opening 12. Accordingly, the upper punch 30 can sufficiently press the pouch film 100 downward without fear of the pouch film 100 interfering with the lower punch 40. In more detail, the upper punch 30 may press the pouch film 100 to a depth that protrudes downward from the first opening 12.
  • the stripper 20 descends toward the die 10, and a portion of the outer side of the pouch film 100 Can be fixed between the stripper 20 and the die 10.
  • the upper punch 30 may be aligned so that its bottom is located on the same plane as the bottom of the stripper 20.
  • the lower punch 40 rises from the first opening 12 into the second opening 22 to place the pouch film 100 on the outer circumference of the upper punch 30 and the inside of the second opening 22. Pressure can be applied between the circumference. Therefore, the part of the pouch film 100 fixed between the die 10 and the stripper 20 and the part in contact with the upper punch 30 are kept flat, and the part pressed by the lower punch 40 is stretched. It can be.
  • This may be referred to as primary molding, and the protrusion 110 may be formed on the pouch film 100 through this primary molding.
  • the lower punch 40 may descend from the first opening 12 .
  • the lower punch 40 may descend and leave the first opening 12.
  • the upper punch 30 may descend from the second opening 22 into the first opening 12 to press the pouch film 100 downward.
  • This can be referred to as secondary molding, and by this secondary molding, the protrusion 110 that has been previously formed on the pouch film 100 is unfolded and the cup portion 120 can be formed.
  • the cup portion 120 may be formed to be recessed opposite to the direction in which the protrusion 110 is protruded.
  • the upper punch 40 may rise and return to its initial position. Additionally, the stripper 20 also rises, so that the pouch film 100 fixed between the die 10 and the stripper 20 can be released.
  • the cup portion 120 on the pouch film 100 can be completed.
  • the cup portion was formed through a single pressurization, but in this case, only a specific area of the pouch film was excessively stretched, so the depth of the cup portion was limited to prevent cracks from occurring.
  • the pouch film 100 is molded multiple times so that areas that were not stretched conventionally are stretched, there is an advantage in that the cup portion 120 can be ultimately molded deeper.
  • Figure 6 is a flowchart of a molding method according to another embodiment of the present invention.
  • the molding method according to another embodiment of the present invention includes a step (S10) (hereinafter, 'fixing step') of fixing the pouch film 100 between the die 10 and the stripper 20, and the lower punch 40 ) is a step (S20) of first pressing the pouch film 100 between the outer circumference of the upper punch 30 and the inner circumference of the second opening 22 (hereinafter, 'first forming step'), and the upper punch ( 30) may include a step (S30) of secondarily pressing the pouch film 100 downward (hereinafter, 'second forming step').
  • the fixing step (S10) uses the content described with reference to FIG. 1
  • the first forming step (S20) uses the content described with reference to FIG. 2
  • the second forming step (S30) uses the content described with reference to FIG. 3.
  • the contents described with reference to FIGS. 5 through 5 may be used. Below, the main features are briefly described.
  • the pouch film 100 may be fixed between the upper surface of the die 10 and the lower surface of the stripper 20.
  • the lower punch 40 presses the pouch film 100 and may enter from the first opening 12 into the second opening 22.
  • the lower punch 40 may enter between the inner circumference of the second opening 22 and the outer circumference of the upper punch 30. Accordingly, the lower punch 40 can form the protrusion 110 on the pouch film 100.
  • the upper punch 30 may press the pouch film 100 and enter the first opening 12 from the second opening 22.
  • the upper punch 30 can press the central portion of the pouch film 100 downward to expand the protrusion 110 and form the cup portion 120.
  • Figure 7 is a schematic diagram illustrating the process of forming a pouch-type battery case according to another embodiment of the present invention.
  • a pouch-type battery case (hereinafter, 'battery case') according to another embodiment of the present invention may include a cup portion 120 having a recessed shape and a terrace 130 located around the cup portion 120. .
  • the cup portion 120 may form a space to accommodate an electrode assembly (not shown).
  • the terrace 130 may be a portion of the pouch film 100 that is fixed between the die 10 and the stripper 20 and in which the cup portion 120 is not molded.
  • the protrusion 110 may be formed primarily, and the cup portion 120, which is expanded and depressed in the opposite direction of the protrusion 110, may be formed secondarily.
  • the protrusion 110 may include an outer peripheral portion 111, an inner peripheral portion 112, and a connection portion 113.
  • the outer peripheral portion 111 may be connected to the terrace 130 by a stripper edge 114.
  • the stripper edge 114 may be formed to be round. In more detail, the stripper edge 114 may have a predetermined radius of curvature. Stripper edge 114 may be formed by the edge 21 (see FIG. 1) of the stripper 20, and may have a radius of curvature corresponding to the edge 21 of the stripper 20.
  • the inner peripheral portion 112 may be connected to the central portion 101 through a connection edge 115.
  • the central portion 101 may be a portion in which the protrusion 110 is not formed by being supported by the upper punch 30 during the primary molding of the pouch film 100.
  • connection edge 115 may be a portion pressed by the upper punch 30. In more detail, by the relative movement of the lower punch 40 with respect to the upper punch 30, the portion in contact with the edge 31 (see FIG. 1) of the upper punch 30 is elongated to the connecting edge 115. You can.
  • the connection edge 115 may be formed to be round.
  • the connection edge 115 may have a radius of curvature corresponding to the edge 31 of the upper punch 30.
  • connection portion 113 may connect the outer peripheral portion 111 and the inner peripheral portion 112.
  • the connection portion 113 may have a shape corresponding to the upper surface 41 of the lower punch 40.
  • the connection portion 113 may have a predetermined radius of curvature.
  • the connection portion 113 may be formed to be convex upward.
  • the terrace 130 and the central portion 101 are not stretched or are stretched slightly, so the remaining thickness may be large.
  • connection portion 113 Since the connection portion 113 is directly pressed by the lower punch 40, it can be relatively stretched and its remaining thickness can be thin. Likewise, since the connecting edge 115 is directly pressed by the upper punch 30, it may be relatively stretched and its remaining thickness may be thin.
  • the connection portion 113 and the connection edge 115 may be elongated to the same or similar degree. Accordingly, the remaining thicknesses of the connection portion 113 and the connection edge 115 in the protrusion 110 may be the same or similar.
  • outer peripheral portion 111 and the inner peripheral portion 112 may be stretched relatively less than the connecting portion 113 and the connecting edge 115.
  • Stripper edge 114 may also be elongated to the same or similar extent as the outer peripheral portion 111 and the inner peripheral portion 112. Accordingly, the remaining thicknesses of the outer peripheral portion 111, the inner peripheral portion 112, and the stripper edge 114 in the protrusion 110 may be the same or similar.
  • the thickness of the outer peripheral portion 111, the inner peripheral portion 112, and the stripper edge 114 is thicker than the respective thickness of the connecting portion 113 and the connecting edge 115, and the terrace 130 and the central portion 101 ) may be thinner than the thickness of.
  • the stripper edge 114 and the outer peripheral portion 111 of the protruding portion 110 are adjacent to the die edge 123 of the cup portion 122 and the peripheral portion 122 of the cup portion 120.
  • the connection portion 113 of the protrusion 110 may form a second peripheral portion 122b, which is another part of the peripheral portion 122 of the cup portion 120.
  • the inner peripheral portion 112 of the protrusion 110 may form a third peripheral portion 122c, which is another part of the peripheral portion 122 of the cup portion 120.
  • the connecting edge 115 and the central portion 101 of the protrusion 110 may form the punch edge 124 and the base portion 121 of the cup portion 120.
  • the length of the stripper edge 114 in the protrusion 110 is L1
  • the length of the outer peripheral portion 111 is L2
  • the length of the connection portion 113 is L3
  • the inner peripheral portion is L1.
  • the length of (112) is L4
  • the length of the connecting edge 115 is L5
  • the length of the central portion 101 is L6
  • the length of the die edge 123 in the cup portion 120 is L7
  • the length of the peripheral portion 122 is L7.
  • L1 the length of the stripper edge 114, is the length from the boundary (P1) between the terrace 130 and the stripper edge 114 to the boundary (P2) between the stripper edge 114 and the outer peripheral portion 111. It can mean.
  • L2, which is the length of the outer peripheral portion 111 is from the boundary (P2) between the stripper edge 114 and the outer peripheral portion 111 to the boundary (P3) between the outer peripheral portion 111 and the connection portion 113.
  • L3 the length of the connection portion 113, refers to the length from the boundary (P3) between the outer peripheral portion 111 and the connecting portion 113 to the boundary (P4) between the connecting portion 113 and the inner peripheral portion 112. can do.
  • L4 the length of the inner peripheral portion 112 is from the boundary P4 between the connecting portion 113 and the inner peripheral portion 112 to the boundary P5 between the inner peripheral portion 112 and the connecting edge 115. It can mean length.
  • L5, the length of the connecting edge 115 is the length from the boundary (P5) between the inner peripheral portion 112 and the connecting edge 115 to the boundary (P6) between the connecting edge 115 and the central portion 101. It can mean.
  • L7 the length of the die edge 123
  • L8 the length of the peripheral portion 122
  • L9 the length of the punch edge 124
  • L10 which is the length of the base 121, may mean the length between the boundary P9 between both punch edges 124 and the base 121.
  • each part of the cup 120 may be different from that of the cup formed in a conventional manner.
  • the cup portion 120 will be described.
  • the cup portion 120 may include a base portion 121 and a peripheral portion 122.
  • the peripheral portion 122 of the cup portion 120 may be connected to the terrace 130 and the die edge 111.
  • the die edge 123 may be formed to be round. In more detail, the die edge 123 may have a predetermined radius of curvature.
  • the die edge 123 may be formed by the edge 11 of the die 10 (see FIG. 1) and may have a radius of curvature corresponding to the edge 11 of the die 10.
  • the base portion 121 of the cup portion 120 may be connected to the peripheral portion 122 and the punch edge 124.
  • the punch edge 124 may be formed to be round. In more detail, the punch edge 124 may have a predetermined radius of curvature.
  • the punch edge 124 may be formed by the edge 31 of the upper punch 30 (see FIG. 1) and may have a radius of curvature corresponding to the edge 31 of the upper punch 30.
  • the punch edge 124 may be a portion corresponding to the connecting edge 115 formed during molding of the previous protrusion 110.
  • the peripheral portion 122 of the cup portion 120 includes a first peripheral portion 122a connected to the terrace 130 and the die edge 123, and a first peripheral portion 122a connected to the first peripheral portion 122a. ), which is connected to the second peripheral portion 122b and connected to the base 121 and the punch edge 124, and which has a thicker thickness than the second peripheral portion 122b. It may include a third peripheral portion 122c.
  • the first peripheral portion 122a may correspond to the outer peripheral portion 112 of the protrusion 110
  • the second peripheral portion 122b may correspond to the connection portion 113 of the protrusion 110
  • the third peripheral portion 122a may correspond to the outer peripheral portion 112 of the protrusion 110
  • the peripheral portion 122c may correspond to the inner peripheral portion 112 of the protrusion 110.
  • the remaining thickness of the connection portion 113 is thinner than the remaining thickness of the outer peripheral portion 111 and the inner peripheral portion 112, so the thickness t2 of the second peripheral portion 122b is smaller than the first peripheral portion ( It may be relatively thinner than the thickness t1 of 122a) and the thickness t3 of the third peripheral portion 122c.
  • the remaining thicknesses of the outer peripheral portion 111, the inner peripheral portion 112, and the stripper edge 114 of the protrusion 110 may be the same or similar to each other. Accordingly, the thickness t1 of the first peripheral portion 122a and the thickness t3 of the third peripheral portion 122c of the cup portion 120 may be the same or similar to each other, that is, they may correspond. Additionally, the thickness t1 of the first peripheral portion 122a of the cup portion 120 and the thickness t5 of the die edge 123 may correspond to each other. Additionally, the thickness t2 of the second peripheral portion 122b of the cup portion 120 may be thinner than the thickness t5 of the die edge 123.
  • the remaining thicknesses of the connection portion 113 and the connection edge 115 of the protrusion 110 may be the same or similar to each other. Accordingly, the thickness t2 of the second peripheral portion 122b of the cup portion 120 and the thickness t6 of the punch edge 124 may correspond to each other. In addition, the thickness (t6) of the punch edge 124 is the thickness (t5) of the die edge 123, the thickness (t1) of the first peripheral portion (122a), and the thickness (t3) of the third peripheral portion (122c). It may be thinner than each other.
  • the base portion 121 of the cup portion 120 may be a portion corresponding to the central portion 101 at the time of primary molding.
  • the thickness of the central portion 101 may be relatively thick compared to each portion of the protrusion 110. Therefore, the thickness t4 of the base 121 of the cup 120 is the thickness t1, t2, and t3 of the first to third peripheral parts 122a, 122b, and 122c, and the die edge 123. ) may be thicker than the thickness (t5) and the thickness (t6) of the punch edge 124, respectively.
  • protrusion 111 outer peripheral part
  • cup portion 121 base portion
  • peripheral portion 122a first peripheral portion

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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
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2022년 10월 27일자 한국특허출원 제10-2022-0140761호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
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.
[부호의 설명]
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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