KR100538519B1 - 전지 격리판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지 격리판에 관한 것이다. 이 전지 격리판은 제1 부분과 제2 부분을 가진 미세다공성 필름을 포함한다. 제1 부분은 제2 부분에 접합되어 있다. 접합 강도는 5g/in 이상이다. 이 필름은 1.7mil 이하의 두께와, 50sec/10cc 이하의 거얼리값(Gurley) 및 400g/mil 초과의 천공 강도를 갖고 있다.

Description

전지 격리판{BATTERY SEPARATOR}
본 출원은 2000년 7월 11일자로 출원된 공계류중인 출원일련번호 09/614,500호의 일부연속출원이다.
본 발명은 개선된 강도 성질을 가진 전기 격리판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
미국 특허원 09/484,184호(2000년 1월 18일 출원)(참고인용됨)는 "붕괴 기포(collapsed bubble)" 기법으로 제조한 전지 격리판에 대하여 개시하고 있다. "붕괴 기포" 기법은 필름을 제조하는 공지의 압출 팽창 기법의 변법을 의미한다. 압출 팽창 기법에서 중합체는 환상 다이를 통해 압출되어 "기포"를 형성하고, 이 기포가 냉각되어 붕괴되지만, 이렇게 붕괴된 기포는 영구적으로 자기 점착성을 갖지 않는다[본원에 참고인용되는 문헌 Berins, M.L. Ed., Plastics Engineering Handbook, 5th Edition, Chapman & Hall, New York, NY(1991) pp.102-105 참조]. "붕괴 기포" 기법에서는 기포가 자체적으로 붕괴될 때 영구적으로 자기 점착성을 갖도록 고안되어 있다. 전술한 출원에서, 압출성 중합체는 동시압출성 중합체로서, 즉 2개의 다른 중합체가 2개의 다른 층을 형성한다.
상표명이 CelgardR 2402 및 2502인 편평한 시이트 막은 "붕괴 기포" 기법으로 제조된 기존의 제품이다. 이 막의 관련 성질은 하기 표 2에 제시되어 있다. 상표명이 CelgardR 2400, 2500 및 849인 편평한 시이트 막은 압출 팽창 기법으로 제조된 기존의 제품이다. 이 막들의 관련 성질에 대해서는 표 1과 2에 제시하였다. 상표명(CelgardR 2400과 2500)의 제품은 상표명(CelgardR 2402와 2502)의 두 제품이 전자의 두 제품의 붕괴 기포 변형물이고 전자의 두 제품의 두께 보다 2배 두껍다는 점에서 관련된 제품이다.
미국 특허 제5,565,281호는 강성력이 있는 한 층과 차단력이 있는 다른 층으로 이루어진 2층의 전기 격리판을 개시하고 있다. 각각 제조된 2층은 함께 접합되어 있다.
미국 특허 제5,667,911호는 교차 적층된 전기 격리판을 개시한다. 이 격리판에서 일축 배향 적층은 일정 각도를 이루면서(즉, 각 층의 일축 배향간의 20° 내지 90°의 각도를 이룸) 함께 접합되어 있다.
미국 특허 제5,922,492호는 복합 전기 격리판을 개시하고 있다. 이 격리판은 상이한 물질에 함께 접합되어 있으며, 미세다공성 막과 부직물이 적층에 의해 접합된다.
미국 특허 제5,952,120호는 차단 층이 2개의 강성 층 사이에 적층되어 있는 3층의 전지 격리판을 개시하고 있다.
본 발명은 전지 격리판에 관한 것이다. 이 전지 격리판은 제1 부분과 제2 부분을 갖는 미세다공성 필름을 포함한다. 제1 부분은 제2 부분에 접합되어 있다. 접합 강도는 5g/in 이상이다. 필름의 두께는 1.7 mil 이하이고, 거얼리값(Gurley)이 50 sec/10cc 이하이며, 천공 강도는 400g/mil 보다 크다.
본 발명은 2 부분이 함께 접합된 미세다공성 전지 격리판을 제공한다. 각 부분은 비공압출성 층(non-coextruded layer)으로 이루어지고 동일한 물질로 제조된다. 종래 기술의 격리판, 즉 소정 두께의 단일 다중층 격리판 보다 우수한 천공 강도를 얻기 위하여 본 발명은 접합되었을 때 종래 기술의 격리판과 동일한 두께를 갖도록 크기조정된 두 부분을 함께 접합시킨다. 본 발명은 붕괴 기포 기법으로 제조되는 것이 바람직한데, 즉 1종의 용융 중합체(또는 중합체 배합물)가 환상 다이를 통해 압출되고, 이 다이를 통해 제1 부분과 제2 부분을 갖는 기포(각 부분은 기포 둘레의 대략 1/2을 나타냄)를 수득하고, 이 기포를 그 다음 자가 붕괴시키고 미세다공 형성(바람직하게는 어닐링과 스트레칭에 의해) 이전에 접합시키는 팽창 압출 기법이 바람직하다. 기포가 다이로부터 형성될 때 기포는 종방향으로 실질적으로 연신된다. 즉, 기포는 자가 붕괴되어 접합될 때 제1 부분과 제2 부분은 거의 동일 방향(연신 부분 사이의 각도 차가 15°이하임)으로, 즉 제1 부분과 제2 부분 사이에 유의적인 각도 차이 없이(예컨대 미국 특허 제5,667,911호에 개시된 바와 같이) 연신된다. 붕괴와 접합은 용융(또는 거의 용융된) 중합체의 기포를 밀착시킴으로써 동일 단계에서 수행한다. 기포를 자가 붕괴시키고 이를 접합시킴으로써 종래 기술의 격리판과 동일한 두께에서도 천공 강도가 증가되어진다.
이와 같은 기법에 의해, 함께 접합되었을 때 미세다공 형성 공정(예, 어닐링과 스트레칭 조작)용 전구체를 제공하는 제1 부분과 제2 부분은 동일한 물질로 제조되어진다. 이 물질은 일반적으로 폴리올레핀, 바람직하게는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 이의 공중합체 및 이의 혼합물이고, 가장 바람직한 것은 폴리에틸렌과 폴리프로필렌이다.
어닐링과 스트레칭 이후 생산되는 최종의 격리판은 미세다공성 필름이다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 미세다공성이란, 다공도가 60% 이하이고 소공의 평균 크기가 0.005 내지 10 마이크론 사이인 필름을 의미한다. 바람직하게는, 다공도가 20 내지 60% 사이이고 평균 소공 크기가 0.01 내지 5 마이크론 사이인 필름, 가장 바람직하게는 다공도가 30 내지 50% 사이이고 평균 소공 크기가 0.5 내지 2 마이크론 사이인 필름이 좋다.
격리판의 두께는 1.7 mil 이하이고, 바람직하게는 0.5 내지 1.5 mil 범위인 것이 좋다.
격리판의 거얼리 값은 물 12.2 인치에서 공기 10cc를 사용하여 ASTM-D726법에 따라 측정했을 때 50 sec/10cc 이하인 것이다. 바람직하게는 거얼리 값이 45 sec/10cc 이하이고, 가장 바람직하게는 35 sec/10cc 이하인 것이다.
격리판의 천공 강도는, 질감 분석기(Mitech Stevens LFRA texture analyzer)와 직경이 1.65mm이고 반경이 0.5mm인 니들을 사용하여 최대 편향값 6mm 와 2mm/sec의 속도로 데이터를 기록하면서 최종 제품의 폭을 따라 10회 측정한 값을 평균하여 측정했을 때, 400 g/mil 보다 크다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 필름은 셀가드(Celgard)식 공정(압출, 어닐링, 스트레칭)을 사용하여 붕괴 기포 기법에 의해 제조되어진다. 보다 상세한 내용은 이하 실시예에 제시한다.
표 1에서는 본 발명의 제품과 시판되는 셀가드 제품 849를 비교하였다. 모든 제품은 두께가 일치하도록 본 발명에 따른 실시예의 공정 속도를 증가시킨 것을 제외하고는 동일한 공정으로 제조하였다.
실시예 849 pe1 pe2 pe3
수지 HDPE HDPE HDPE HDPE
제품 필름 pe 단층 pe/pe pe/pe pe/pe
두께(mil) 1.1 1.22 1.23 1.23
거얼리값(sec/10 cc 공기) 36-51 21 23 33-34
천공 강도(g/mil) 380-400 450 440-460 460-480
점착력(g/인치) 42 46 51
표 2에서는 시판되는 셀가드 제품 2400, 2402, 2500 및 2502와 본 발명의 제품을 비교하였다. 모든 제품은 두께가 일치하도록 본 발명에 따른 실시예의 공정 속도를 증가시킨 것을 제외하고는 거의 동일한 공정으로 제조하였다.
실시예 2400 2402 2500 2502 pp1 pp2 pp3 pp4
수지 PP PP PP PP PP PP PP PP
제품 필름 pp-단층 pp/pp pp-단층 pp/pp pp/pp pp/pp pp/pp pp/pp
두께(mil) 1 2 1 2 1 1 0.68 0.65
거얼리값(sec/10cc공기) 23-29 40-90 7-10 14-26 19-23 21-25 8-10 9-12
천공강도(g/mil) 400-450 350-390 300-350 250-300 490-540 540-590 470-520 530-580
점착력(g/인치) n/a n/a 5 >20 >20 >20 >20
본 발명은 본 발명의 취지 및 필수 특성을 벗어남이 없이 다른 형태로 구현될 수 있는 바, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명 보다는 이하 첨부되는 특허청구의 범위를 참고하여야 한다.
본 발명의 전지 격리판은 기포를 자가 붕괴시키고 종래 기술의 격리판과 동일한 두께를 갖도록 두 부분을 함께 접합시켜 제조하므로 종래 기술의 격리판, 즉 소정 두께의 단일 다중층 격리판 보다 동일한 두께에서도 우수한 천공 강도를 나타낸다.

Claims (13)

  1. 제1 비공압출성 부분(non-coextruded portion)과 제2 비공압출성 부분을 갖고 있고, 상기 제1 비공압출성 부분이 상기 제2 비공압출성 부분에 직접 접합되어 있으며, 이 접합 강도는 5g/in 이상이고, 상기 제1 비공압출성 부분과 제2 비공압출성 부분은 동일 물질로 이루어지며 거의 동일한 방향으로 연신되어 있는 미세다공성 필름을 포함하고, 이 필름의 두께는 1.5mil 이하이고 거얼리값(Gurley)은 50sec/10cc 이하이고 천공 강도는 400g/mil 보다 큰 것이 특징인 전지 격리판.
  2. 제1항에 있어서, 미세다공성 필름이 60% 이하의 다공도와 0.005 내지 10 마이크론 사이의 평균 소공 크기를 가진 것이 특징인 전지 격리판.
  3. 제2항에 있어서, 필름이 20 내지 60% 범위의 다공도와 0.01 내지 5 마이크론 사이의 평균 소공 크기를 가진 것이 특징인 전지 격리판.
  4. 제3항에 있어서, 필름이 30 내지 50% 범위의 다공도와 0.05 내지 2 마이크론 사이의 평균 소공 크기를 가진 것이 특징인 전지 격리판.
  5. 제1항에 있어서, 두께가 0.5 내지 1.5mil 사이인 것이 특징인 전지 격리판.
  6. 제1항에 있어서, 거얼리값이 50sec/10cc 이하인 것이 특징인 전지 격리판.
  7. 제1항에 있어서, 거얼리값이 45sec/10cc 이하인 것이 특징인 전지 격리판.
  8. 제1항에 있어서, 거얼리값이 35sec/10cc 이하인 것이 특징인 전지 격리판.
  9. 제1항에 있어서, 천공 강도가 425g/mil 이상인 것이 특징인 전지 격리판.
  10. 제1항에 있어서, 물질이 폴리올레핀인 것이 특징인 전지 격리판.
  11. 제10항에 있어서, 폴리올레핀이 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 이의 공중합체 및 이의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택되는 것이 특징인 전지 격리판.
  12. 제1항에 있어서, 접합 강도가 15 g/인치(inch) 이상인 것이 특징인 전지 격리판.
  13. 제1항에 있어서, 제1 비공압출성 부분과 제2 비공압출성 부분이 붕괴 기포로부터 제조되는 것이 특징인 전지 격리판.
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