KR100553741B1 - 전지 외장재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지의 외장재에 관한 것으로서, 전지 본체에 가장 인접하는 순서로 열접착층, 알루미늄층 및 최외각층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 전지 외장재에 있어서, 상기 열접착층이 변성 폴리프로필렌으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지 외장재를 제공한다. 본 발명에 의한 전지 외장재는 액체 전해질로 사용되는 유기용매에 대한 내성이 크고, 내열성 또한 우수하기 때문에 장기간 보관하거나 사용할 때 전해질을 오염시키거나 열에 의해 변형되어 전지성능을 열화시킬 우려가 없다.

Description

전지 외장재{Battery case}

도 1은 리튬 폴리머 전지 외장재의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이고,

도 2는 일반적인 전지 외장재의 단면 구조를 나타낸 도면이고,

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11... 전극 조립체 12... 외장재

13, 13'... 극판탭 14, 14'... 전극단자(또는 리드선)

21... 열접착층 22... 알루미늄층

23... 최외각층

본 발명은 전류를 생성하는 전지 본체를 감싸면서 밀봉하여 전지의 외형을 이루는 전지 외장재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리튬 폴리머 전지의 외장재에 관한 것이다.

리튬 2차전지는 전해질의 종류에 따라서 액체 전해질을 사용하는 리튬 2차 전지와 고체형 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지로 나눌 수 있다.

리튬 폴리머 전지에서는 캐소드, 애노드 및 세퍼레이타를 적층시킴으로써 전 류를 생성하는 전지 본체를 구비한다. 그리고 전지 본체에는 외부와의 전기적 통로 역할을 하는 전극 단자가 연결되며, 전지 본체와 전극 단자의 일부는 절연성 외장재에 의하여 밀봉된다. 이러한 리튬 폴리머 전지의 외장재는 전지 본체를 둘러싸는 형태로 전지 본체에 대하여 최내층에 열접착성 물질층이 형성되어 상호 접착됨으로써 그 내부를 밀봉하게 된다.

도 1은 일반적인 리튬 폴리머 전지 외장재의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다. 이를 참조하면, 리튬 폴리머 전지는 캐소드, 애노드 및 세퍼레이타를 구비하는 전극 조립체 (11)와, 상기 전극 조립체 (11)를 감싸서 밀봉하는 외장재 (12)를 구비하여 이루어진다. 그리고 상기 전극 조립체 (11)와 상기 전극 조립체(11)에서 형성된 전류를 외부로 유도하기 위한 전기적 통로 역할을 하는 전극 단자(또는 리드선) (14, 14')는 외장재 (12) 밖으로 소정 길이 노출되도록 설치된다.

상기 외장재 (12)는 도 2에 도시된 바와 같은 적층 구조를 가지고 있다. 즉, 전지 외장재는 전지 본체에 대하여 최내층에 열접착층 (21), 알루미늄층 (22) 및 최외각층 (23)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.

열접착층 (21)의 재질로는 일반적으로 에틸렌 아크릴산 코폴리머[poly (ethylene acrylic acid): EAA] 또는 폴리에틸렌을 사용하고, 최외각층(23)의 재질로는 나일론을 사용하고 있다. 여기에서 열접착층은 (21)은 상호 열적찹되어 전지가 삽입된 외장재를 밀봉시키는 기능을 하며, 알루미늄층 (22)은 수분 침투 방지와 전해액 누출 방지 기능을 가지고 있다. 그리고 최외각층 (23)은 알루미늄층 (22)을 보호하면서 외부층에 크랙이 발생되는 것을 방지하면서 내층 성형가공을 원활하게 하는 기능을 가지고 있다.

상술한 바와 같은 외장재 (12)는, 전극단자 (14, 14')의 일부분만을 노출시킨 채 전극 조립체 (11)를 외장재 (12)내에 넣고 반을 접은 후, 열과 압력을 가하여 상부 외장재의 가장자리 부분과 하부 외장재의 가장자리 부분의 열접착성 물질끼리 접착하도록 하여 전지를 밀봉하고 있다.

그런데, 현재 열접착층으로 사용하는 에틸렌 아크릴산 코폴리머(EAA)는 액체 전해질로 사용되는 유기용매에 대해 완벽한 불용성을 갖고 있지 못하고, 녹는점이 약 100℃에 불과하여 내열성이 약하기 때문에 장기간 보관하거나 사용할 때 전해질을 오염시키거나 열에 의해 변형되어 전지성능을 열화시킬 우려가 높다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 에틸렌 아크릴산 코폴리머 보다 내열성 및 내전해액성이 훨씬 우수하고 성형성이 뛰어난 내층을 구비한 전지 외장재를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은,

전지 본체에 가장 인접하는 순서로 열접착층, 알루미늄층 및 최외각층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 전지 외장재에 있어서, 상기 열접착층이 변성 폴리프로필렌으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지 외장재를 제공한다.

본 발명은 전지 본체에 대한 최내층으로서, 내열성이 크고, 내용제성, 비반응성, 성형성 등 제반 특성이 양호한 변성 폴리프로필렌을 사용하는 것을 특징으로 한다.

변성 폴리프로필렌중에서도 특히 바람직한 것은 CPP(casted polypropylene)이다. CPP는 녹는점이 약 155℃에 이르는 무배향 폴리프로필렌으로 드로잉시 사방으로 늘어나 잘 찢어지지 않는 특성이 있다. 따라서, CPP와 같은 변성 폴리프로필렌으로 열접착층을 형성하면 장기간의 보관이나 사용시에도 전해질의 오염이나 열변형에 의해 전지 특성이 저하될 염려가 적다.

한편, 열접착층으로서 녹는점이 높은 변성 폴리프로필렌층을 사용하는 경우에는 최외각층의 경우에도 녹는점이 상대적으로 높은 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로 예를 들어, 열접착층에 녹는점 약 155℃의 CPP를 사용하는 경우 밀봉온도는 약 200℃에 이르는데, 나일론의 녹는점은 약 210℃으로 최외각층으로 사용하기 부적합하다. 또한, 나일론은 수분을 많이 흡수하기 때문에, 결과적으로 고온방치시 수축과 팽창이 심하여 디라미네이션 될 가능성이 높다.

따라서, 녹는점이 상대적으로 높은 변성 폴리프로필렌을 열접착층으로 사용하는 경우에는 녹는점이 약 260℃에 이르는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)가 바람직하다. PET는 알루미늄층 성형시 성형을 유지할 수 있도록 도와주며, 외부의 충격으로부터 알루미늄층을 보호하는 역할을 한다.

본 발명의 또다른 특징은 전지 외장재의 두께를 얇게 하면서도 상술한 바와 같은 성능 향상을 기대 할 수 있다는 것이다. 이를 구체적으로 살펴보기 위하여, 본 발명에 의한 전지 외장재의 각 층별 두께는 다음과 같다.

본 발명에 의한 전지 외장재에 있어서, 열접착층 (21)의 두께는 20 내지 80 ㎛, 알루미늄층 (22)의 두께는 30 내지 60㎛이고, 최외각층 (23)의 두께는 10 내지 30㎛이며, 외장재의 전체 두께는 100 내지 120㎛로 할 수 있다. 이는 EAA 열접착층을 사용하는 종래의 전지 외장재의 경우 전제 두께가 130 내지 160㎛인 것에 비해 훨씬 감소된 것이다. 따라서, 본 발명에 의한 전지외장재를 사용하게 되면 전제 전자기기의 경박단소화 또는 동일한 부피의 전지로도 고용량화가 가능할 수 있다.

본 발명에 의한 전지외장재에 있어서, 열접착성 물질층 (21)의 두께가 20㎛ 미만인 경우에는 접착강도가 약하고, 80㎛를 초과하는 경우에는 전지 자체의 중량을 증가시켜 바람직하지 못하다. 상기 알루미늄층 (22)의 두께가 30㎛ 미만인 경우에는 핀 홀을 통한 수분 침투의 방지가 완전하지 못하고, 60㎛를 초과하는 경우에는 전지 중량이 증가하여 바람직하지 못하다. 최외각층 (23)의 두께가 10㎛ 미만이면, 전술한 바와 같은 소기의 목적을 달성하기에 부족하고 30㎛을 초과하면 다른 층의 경우와 같은 이유에서 바람직하지 않다.

본 발명에 의한 전지 외장재는 액체 전해질로 사용되는 유기용매에 대한 내성이 크고, 내열성 또한 우수하기 때문에 장기간 보관하거나 사용할 때 전해질을 오염시키거나 열에 의해 변형되어 전지성능을 열화시킬 우려가 없다.

Claims (5)

1. 전지 본체에 가장 인접하는 순서로 두께가 20 내지 80㎛인 열접착층, 두께가 30 내지 60㎛인 알루미늄층 및 두께가 10 내지 30㎛인 최외각층이 순차적으로 적층된 구조로서, 전체 두께가 100 내지 120㎛인 전지 외장재에 있어서, 상기 열접착층이 CPP(casted polypropylene)인 것을 특징으로 하는 전지 외장재.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 최외각층은 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지 외장재.
4. 삭제
5. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항의 전지 외장재를 채용한 전지.

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