KR100601535B1 - 전지용 외장재의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전지용 외장재의 제조 방법에 관한 것으로서, 해결하고자 하는 기술적 과제는 스틸을 이용하여, 외부 충격으로부터 전지를 더욱 안정적으로 보호하고, 또한 연신율을 증가시켜 원하는 형태대로 가공할 수 있도록 함에 있다.
이를 위해 본 발명에 의한 해결 방법의 요지는 대략 평평한 제1면과, 이것의 반대면인 대략 평평한 제2면을 갖는 스틸을 준비하는 단계와, 스틸을 소정 기체 분위기인 동시에 소정 온도에서 어닐링(annealing)하는 단계가 포함된다.
이와 같이 하여 본 발명에 의한 스틸을 이용한 전지용 외장재는 기계적 강도가 높은 동시에 연신율이 20~60% 정도 됨으로써, 원하는 형태대로 가공하기에 쉽다.
리튬 폴리머 전지, 외장재, 스틸, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)
Description
도 1은 본 발명에 따른 전지용 외장재의 제조 방법을 도시한 플로우 챠트이다.
도 2a 내지 도2e는 도 1의 플로우 챠트와 대응되는 각 단계를 도시한 설명도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10; 본 발명에 의한 전지용 외장재
11; 스틸 11a; 제1면
11b; 제2면 12; 접착제
13; 변성 폴리프로필렌(CPP) 14; 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)
16; 드로잉부
본 발명은 전지용 외장재의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 설명하면 스틸을 이용함으로써, 외부 충격으로부터 전지를 더욱 안정적으로 보호하고, 또한 연신율을 증가시켜 원하는 형태대로 가공할 수 있는 리튬 폴리머 전지용 외장재의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 리튬 폴리머 전지는 양극 집전체와 음극 집전체 사이의 세퍼레이터(이하, 양극 집전체, 음극 집전체 및 세퍼레이터를 전극 조립체로 칭함)가 리튬 이온 전지에서의 분리 역할 외에 이온 전도의 매개체, 즉, 전해질의 역할을 하는 전지를 말한다. 이러한 세퍼레이터는 겔형 고분자 전해질로 형성되는데, 이온 전도도를 향상시키기 위해 전해액을 고분자에 함침한 상태에서 제조하고 있다. 상기 겔형 고분자 전해질의 장점은 향상된 이온전도도 외에 우수한 전극과의 접합성, 기계적 물성, 그리고 제조의 용이성 등을 들 수 있다. 대표적인 겔형 고분자 전해질로서 벨코어(Bellcore)사의 PVDF계 전해질은 vinylidene fluoride(VDF)와 hexafluoroethylne(HFP)의 공중합체와 가소제, 그리고 무기첨가제를 혼합하여 필름 성형후 전해액을 함침시켜 겔화시키는 공정으로 제조된다.
한편, 리튬 폴리머 전지와 리튬 이온 전지의 특징을 간단히 비교하면 다음과 같다.
첫째, 리튬 폴리머 전지는 구조상 판상 구조와 와인딩(winding)구조 모두가 가능하다. 따라서 다수의 판 형태로 전극 조립체를 적층할경우에는 그 전극 조립체를 각형 구조에 매우 알맞은 형태로 제조할 수 있다.
둘째, 전해액이 모두 일체화된 셀(cell) 내부에 주입되어 있기 때문에 외부에 노출되는 전해액은 거의 존재하지 않는다.
셋째, 전지 외장재를 두껍고 딱딱한 각형 또는 원통형 캔(can) 대신, 얇고 연성(flexible)인 파우치(pouch, 주머니)를 이용할 수 있다.
이와 같이 전지 외장재로서 연성 파우치를 이용하게 되면, 캔에 비해 두께를 대폭 줄일 수 있어, 같은 체적내에 더욱 많은 전극 조립체를 형성할 수 있게 된다. 즉, 전지의 용량을 대폭 늘릴 수 있게 된다. 또한 전지 외장재가 연성이기 때문에, 전지를 원하는 형태로 쉽게 제조할 수 있고, 따라서 각종 전자기기에 장착하기 쉬운 장점이 있다.
그러나, 이러한 파우치 형태의 전지 외장재는 전지 용량 증대 및 다양한 형태로의 가공성에도 불구하고, 기계적 강도가 약하여 외부 충격에 매우 취약하다는 문제가 있다. 예를 들면, 전지 외장재가 날카로운 물건(예를 들면, 바늘 또는 못)에 찔렸을 경우 구멍이 쉽게 형성되고, 애완동물 등에게 물렸을 경우 쉽게 찢어진다. 더욱이, 위와 같이 날카로운 물건이 외장재를 관통하여 내부의 전극 조립체까지 접촉하게되면, 양극 집전체와 음극 집전체가 쇼트되어, 전지가 발화하거나 폭발할 수도 있다.
따라서, 최근에는 이러한 외장재의 기계적 강도를 높이기 위해 여러 금속을 찾던 중 스틸을 이용하는 방안도 활발하게 연구되고 있다.
그러나, 이러한 스틸은 기계적 강도가 높은 장점이 있으나, 그 연신율이 대략 5% 미만이어서, 외장재 디자인을 원하는 대로 가공하기 어려운 단점이 있다. 즉, 상기 외장재는 전지의 제조 공정중 전극 조립체를 수납하기 위해 일정 면적 및 깊이를 갖는 드로잉부를 형성하게 되는데, 이때 상기 스틸이 쉽게 파단된다.
이러한 스틸의 연신율은 길이에 관련된 값으로서, 그 두께를 두껍게 하거나 또는 얇게 해주어도, 그 연신율이 증가하지는 않는다. 따라서, 아직까지 스틸을 이용하여 전지(특히, 파우치 형태의 리튬 폴리머 전지)의 외장재를 구현한 예는 출시되지 않고 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 스틸을 이용함으로써, 외부 충격으로부터 전지를 더욱 안정적으로 보호하고, 또한 연신율을 증가시켜 원하는 형태대로 가공할 수 있는 리튬 폴리머 전지용 외장재의 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 전지용 외장재의 제조 방법은 대략 평평한 제1면과, 이것의 반대면인 대략 평평한 제2면을 갖는 스틸을 준비하는 단계와, 상기 스틸을 소정 기체 분위기인 동시에 소정 온도에서 어닐링(annealing)하는 단계를 포함한다.
상기 스틸의 제1면과 제2면 사이의 두께는 20~100um일 수 있다.
상기 스틸은 철, 탄소, 크롬 및 망간의 합금 또는 철, 탄소, 크롬 및 니켈의 합금중 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 어닐링 단계는 아르곤(Ar) 또는 질소(N2) 기체 분위기, 온도 300~1000℃에서 수행될 수 있다.
상기 어닐링 단계후, 상기 스틸의 연신율은 20~60%일 수 있다.
상기 어닐링 단계 후에는 상기 스틸의 제1면에 접착제를 개재하여, 변성 폴리프로필렌(CPP)을 코팅하는 단계와, 상기 스틸의 제2면에 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 라미네이트하는 단계가 더 포함될 수 있다.
상기 어닐링 단계 후에는 상기 스틸의 제2면에 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 라미네이트하는 단계와, 상기 스틸의 제1면에 접착제를 개재하여, 변성 폴리프로필렌(CPP)을 코팅하는 단계가 더 포함될 수 있다.
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)는 알로이 필름(alloy film)일 수 있다.
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)에는 분말상의 충격강화용 고무, 상기 고무를 감싸는 밀착 강화용 가용화제 및 접착제가 더 포함될 수 있다.
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)는 두께가 5~10um일 수 있다.
상기 변성 폴리프로필렌(CPP)에서 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 방향으로 금형을 이용하여 일정 면적 및 깊이를 갖는 드로잉부를 형성하는 단계가 더 포함될 수 있다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 전지용 외장재의 제조 방법은 외장재로서 기계적 강도가 높고 내식성이 우수한 스틸을 주요 재질로 함으로써, 외부 충격으로부터 전지를 더욱 안정적으로 보호할 수 있게 된다.
더불어, 본 발명은 외장재의 주요 재질이 되는 스틸을 소정 기체 분위기 및 소정 온도 범위에서 어닐링함으로써, 연신율이 대폭 증가하여 원하는 형태대로 드로잉부를 형성할 수 있게 된다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전지용 외장재의 제조 방법이 플로우 챠트로서 도시되어 있고, 도 2a 내지 도2e를 참조하면, 도 1의 플로우 챠트와 대응되는 각 단계가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 전지용 외장재의 제조 방법은 스틸(11)의 준비 단계(S1), 어닐링 단계(S2), 변성 폴리프로필렌(CPP)(13)의 코팅 단계(S3), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)(14)의 라미네이트 단계(S4) 및 드로잉부(16)의 형성 단계(S5)로 이루어져 있다. 물론, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)(14)의 라미네이트 단계(S4) 후에, 변성 폴리프로필렌(CPP)(13)의 코팅 단계(S3)가 수행될 수도 있다.
먼저 스틸(11)의 준비 단계(S1)에서는, 대략 평평하거나 또는 완전히 평평한 제1면(11a)과, 이것의 반대면으로서 대략 평평하거나 완전히 평평한 제2면(11b)을 갖는 스틸(11)이 준비된다.
좀더 구체적으로, 또한, 상기 스틸(11)은 제1면(11a)과 제2면(11b) 사이의 두께가 대략 20~100um로서, 종래에 비해 수 또는 수십um 정도 얇게 형성된 것이 준비된다. 즉, 상기 스틸(11)은 종래에 비해 기계적 강도가 크기 때문에, 그 두께를 종래보다 더 낮추면서도 강도는 더 크게 할 수 있다. 따라서, 종래와 같은 체적내에 더욱 많은 체적의 전극 조립체(도시되지 않음)를 수납할 수 있게 된다. 또한, 상기 스틸(11)은 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr) 및 망간(Mn)의 합금 또는 철(Fe), 탄 소(C), 크롬(Cr) 및 니켈(Ni)의 합금중 선택된 어느 하나일 수 있다. 예를 들면, 상기 스틸(11)은 철 84~88.2%, 탄소 0.5% 이하, 크롬 11-15% 및 망간 0.3-0.5%로 이루어진 합금이나, 철 63.7~75.9%, 탄소 0.1-0.3%, 크롬 12-18% 및 니켈 7-12%의 합금일 수 있다. 더불어, 상기 스틸(11)은 한국공업규격(KS)중 STS301, STS304, STS305, STS316L, 또는 STS321중 선택된 어느 하나(또는, 일본공업규격(JIS) SUS301, SUS304, SUS305, SUS316L, 또는 SUS321중 선택된 어느 하나)를 이용할 수 있으나, 이러한 공업규격으로 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 이러한 스틸(11)은 기계적 강도가 높은 철(Fe)에 내식성이 강한 크롬(Cr) 및/또는 니켈(Ni) 등이 적당량 함유된 합금으로서, 전지용 외장재의 기계적 강도를 높여줄 뿐만 아니라 전해액 등에 의한 내식성도 높여준다. 물론, 기본적으로 상기 스틸(11)은 전지의 외부로부터 내부로의 수분 침투를 억제한다.
이어서, 상기 어닐링 단계(S2)에서는 상기 스틸(11)이 소정 기체 분위기인 동시에 소정 온도에서 어닐링 처리된다.
좀더 구체적으로 상기 어닐링은 아르곤(Ar) 또는 질소(N2)와 같은 비활성 기체 분위기인 동시에, 온도는 대략 300~1000℃에서 수행된다. 이러한 어닐링 공정에 의해 상기 스틸(11)의 연신율은 대략 5%에서 20~60%까지 증가하게 된다. 이러한 연신율의 증가에 의해 본 발명에 의한 외장재에는 다양한 형태의 드로잉부가 형성될 수 있고, 따라서 외장재를 원하는 형태대로 가공할 수 있게 된다.
이어서, 상기 변성 폴리프로필렌(CPP)(13)의 코팅 단계(S3)에서는, 상기 스 틸(11)의 제1면(11a)에 접착제(12)가 개재된 후, 변성 폴리프로필렌(CPP)(13)이 일정 두께로 코팅된다.
여기서, 상기 접착제(12)는 상기 스틸(11)의 제1면(11a)에 수um의 두께로 접착된다. 이러한 접착제(12)는 폴리프로필렌(PP)계 접착제 또는 이의 등가물이 가능하며, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 더불어, 상기 변성 폴리프로필렌(CPP)(13)은 상기 접착제(12)에 대략 30~40um의 두께로 코팅된다. 이러한 변성 폴리프로필렌(CPP)(13)에는 차후 전극 조립체 등이 직접 접촉되고, 또한 상호 열융착되는 부분이기 때문에, 상기 스틸(11)의 두께보다 약간 두껍게 형성함이 좋다.
이어서, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)(14)의 라미네이트 단계(S4)에서는, 상기 스틸(11)의 제2면(11b)에 일정 두게의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)(14)가 고온 분위기 속에서 라미네이트된다. 이러한, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)(14)는 두께가 대략 5~10um이 되도록 제어함이 좋다. 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)(14)는 알로이 필름(alloy film)일 수 있다. 좀더 구체적으로 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)(14)에는 분말상의 충격강화용 고무(14a), 상기 고무를 감싸는 밀착 강화용 가용화제(14b) 및 접착제(14c)가 더 포함될 수 있다. 이와 같이 하여 본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)(14)에 함유된 분말상의 충격강화용 고무(14a)로 인하여, 연신율이 더욱 좋고, 또한 내충격성도 더욱 우수해진다. 더욱이, 본 발명은 상기 충격강화용 고무를 감싸는 밀착 강화용 가용화제(14b)로 인하여 상기 스틸(11)에 대한 밀착성도 우수하게 된다. 즉, 스틸(11)의 제2면(11b)에 대한 밀착성이 향상된다. 더욱이, 본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET)(14)에 접착제(14c)가 미리 분산되어 있음으로써, 스틸(11)에 특별한 접착제를 도포할 필요없이 바로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)(14)를 고온에서 라미네이트할 수 있게 된다. 즉, 전지용 외장재(10)의 제조 공정을 더욱 간략화시킬 수 있게 된다. 물론, 상기 스틸(11)의 제2면(11b)에는 미리 접착제를 개재하고, 이어서 접착제가 없는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)(14)를 고온에서 라미네이트할 수도 있다.
한편, 상술한 바와 같이 상기 변성 폴리프로필렌(CPP)(13)의 코팅 단계(S3) 및 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)(14)의 라미네이트 단계(S4)는 반대로 수행될 수도 있다. 즉, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)(14)의 라미네이트 단계(S4)가 먼저 수행되고, 이어서 변성 폴리프로필렌(CPP)(13)의 코팅 단계(S3)가 수행되어도 좋다.
이어서, 상기 드로잉부(16)의 형성 단계(S5)에서는, 상기 변성 폴리프로필렌(CPP)(13)에서 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)(14) 방향으로 금형(도시되지 않음)을 이용하여 일정 면적 및 깊이의 드로잉부(16)가 형성된다. 즉, 상기 드로잉부(16)는 상술한 변성 폴리프로필렌(CPP)(13)이 금형에 직접 접촉되면서 형성된다. 따라서, 상술한 바와 같이 상기 외장재(10)는 두께가 변성 폴리프로필렌(CPP)(13)>스틸(11)>폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)(14)의 순서로 되어 있다. 더욱이, 상기 드로잉부(16)의 외주연에 해당하는 변성 폴리프로필렌(CPP)(13)은 전지의 제조 공정중 상호 열융착되기 때문에, 가장 두껍게 되어 있다.
한편, 이와 같은 드로잉부(16)의 깊이는 대략 수십 mm 정도가 될 수 있다. 따라서, 종래에는 스틸의 연신률이 5% 미만이었기 때문에, 이러한 깊이의 드로잉부(16)를 형성하게 되면, 스틸이 파단되었다. 그러나, 본 발명에서는 스틸(11)의 연신률이 20~60%까지 증가되기 때문에, 이러한 드로잉부(16)의 형성에도 불구하고 그 스틸(11)이 파단되지 않게 된다. 즉, 본 발명에 의한 스틸(11)을 주재료로 하는 제조 방법은 다양한 형태로 외장재(10)를 디자인할 수 있을 뿐만 아니라, 그 기계적 강도도 향상된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지용 외장재의 제조 방법은 외장재로서 기계적 강도가 높고 내식성이 우수한 스틸을 주요 재질로 함으로써, 외부 충격으로부터 전지를 더욱 안정적으로 보호할 수 있는 효과가 있다.
더불어, 본 발명은 외장재의 주요 재질이 되는 스틸을 소정 기체 분위기 및 소정 온도 범위에서 어닐링함으로써, 연신율이 대폭 증가하여 원하는 형태대로 드로잉부를 형성할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 전지용 외장재의 제조 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
Claims (12)
- 평평한 제1면과, 이것의 반대면인 평평한 제2면을 갖는 스틸을 준비하는 단계와,상기 스틸을 소정 기체 분위기인 동시에 소정 온도에서 어닐링(annealing)하는 단계와,상기 스틸의 제1면에 접착제를 개재하여, 변성 폴리프로필렌(CPP)을 코팅하는 단계와,상기 스틸의 제2면에 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 라미네이트하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전지용 외장재의 제조 방법.
- 평평한 제1면과, 이것의 반대면인 평평한 제2면을 갖는 스틸을 준비하는 단계와,상기 스틸을 소정 기체 분위기인 동시에 소정 온도에서 어닐링(annealing)하는 단계와,상기 스틸의 제2면에 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 라미네이트하는 단계와,상기 스틸의 제1면에 접착제를 개재하여, 변성 폴리프로필렌(CPP)을 코팅하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전지용 외장재의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스틸은 철, 탄소, 크롬 및 망간의 합금 또는 철, 탄소, 크롬 및 니켈의 합금중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전지용 외장재의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 어닐링 단계는아르곤(Ar) 또는 질소(N2) 기체 분위기, 온도 300~1000℃에서 수행됨을 특징으로 하는 전지용 외장재의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 어닐링 단계후,상기 스틸의 연신율은 20~60%인 것을 특징으로 하는 전지용 외장재의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스틸의 제1면과 제2면 사이의 두께는 20~100um인 것을 특징으로 하는 전지용 외장재의 제조 방법.
- 삭제
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)는 알로이 필름(alloy film)인 것을 특징으로 하는 전지용 외장재의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)에는 분말상의 충격강화용 고무, 상기 고무를 감싸는 밀착 강화용 가용화제 및 접착제가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 전지용 외장재의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)는 두께가 5~10um인 것을 특징으로 하는 전지용 외장재의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 변성 폴리프로필렌(CPP)에서 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 방향으로 금형을 이용하여 일정 면적 및 깊이를 갖는 드로잉부를 형성하는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 전지용 외장재의 제조 방법.
- 삭제
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| JPH11156995A (ja) | 1997-09-25 | 1999-06-15 | Daido Steel Co Ltd | クラッド板とこれを用いた電池用ケース並びにこれらの製造方法 |
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-
2004
- 2004-07-28 KR KR1020040059424A patent/KR100601535B1/ko active IP Right Grant
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