KR100948835B1 - 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름 - Google Patents

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Abstract

필름형 리튬 일차전지에 적용하기 적합한 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름에 관하여 개시한다. 본 발명에 따른 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름은 제1 고분자 필름, 제2 고분자 필름, 금속 필름 및 제3 고분자 필름이 차례로 적층된 가요성 다층 필름을 포함한다. 상기 제1 고분자 필름은 할로겐 원자로 치환 또는 비치환된 탄화수소 화합물로 이루어지고, 상기 제2 고분자 필름은 0 ∼ 20 %의 결정화도를 가지는 무정형(amorphous) 또는 저결정성 고분자로 이루어지고, 상기 제3 고분자 필름은 40 ∼ 100 %의 결정화도를 가지는 결정성 고분자로 이루어진다.
리튬 일차전지, 박형, 다층 필름, 파우치, 열융착, 고분자, 금속

Description

파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름{Case film for pouch type lithium primary battery}
본 발명은 파우치(pouch) 케이스용 필름에 관한 것으로, 특히 가요성 (flexible)을 가지는 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름에 관한 것이다. 본 발명은 정보통신부의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다 [과제관리번호: 2005-S-106-03, 과제명: RFID/USN용 센서 태그 및 센서 노드 기술 개발].
최근 활발한 연구가 진행되고 있는 능동형 전파식별 (Radio Frequency Identification, RFID) 태그 및 센서 노드 (Sensor Node) 기술은 디지털 TV, 홈 네트워크, 지능형 로봇 등과 더불어 그 파급 효과가 매우 크고 방대하여 현재의 CDMA (Code Division Multiple Access) 기술을 능가하는 기술로서 향후 미래 핵심 산업으로 자리잡을 것으로 예상되고 있다. 즉, 리더기를 통해 태그 내에 수록되어 있는 정보를 읽어내던 기존의 수동적인 기능에서 벗어나, 태그의 인식 거리를 획기적으로 증가시킬 뿐 만 아니라, 태그 주변의 사물 정보 및 환경 정보까지 스스로 감지 (sensing)함으로써 궁극적으로는 네트워킹(networking)을 통한 사람과 사물 간의 통신에서 사물과 사물 간의 통신까지 정보 흐름의 영역을 확대할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
이러한 전파식별용 태그 및 센서 노드의 구동을 위해서는 태그나 노드 규격에 적합한 초소형이면서도 경량이고 장수명성을 가지는 전원 소자를 기용하여 리더기로부터 완전히 독립된 자체 전원을 확보하는 것이 중요하다. 또한, 태그의 적용 범위가 수하물의 운송 단위인 팔레트 레벨에서부터 각 상품의 아이템 레벨로까지 확대되고, 또 적용된 태그 본래의 목적이 달성되면 버려지는 특성을 고려할 때, 장착된 전지 역시 교환해주거나 충전할 필요가 없는 일차전지를 적용하는 것이 바람직하다.
현재까지 전파식별 태그에 일부 적용되어 그 가능성을 인정받은 전원 소자로는 필름 일차전지가 있다. 필름 일차전지는 일종의 1.5 V급 망간 전지로서, 그 전극 및 전해질 구성은 종래의 건전지와 동일하고 담지 용기만 원통형 캔 대신 PET (polyethylene terephtalate) 계 포장재를 사용하여 라미네이션된 필름 형태로 재구성한 것이다. PET 필름은 산소 투과도가 낮아 산소 차단 특성은 우수하나, 필름 표면에 존재하는 에스테르기로 인해 폴리올레핀계에 비해 상대적으로 친수성이 크다. 따라서, 주변에 과다한 수분 존재시 오히려 수분 및 산소의 투과도가 증가하는 단점이 있다. 경우에 따라서는, 전해액 내에 함유된 수분이 PET 필름에 침투되어 증발 및 누액이 야기될 수도 있다. 또한, PET계 필름은 강산 또는 강염기에 대한 내식성이 낮아 전해액과 직접 접촉되었을 때 필름의 부식을 초래할 수 있다. 이러한 단점들은 필름 전지의 내구성, 장기 보존성, 수명 특성에 심각한 악영향을 초래 하여 성능을 급감시킨다.
또한, 태그의 기능이 반능동형에서 능동형으로 진화됨에 따라 태그에 센서를 장착하게 되면서 구동 전압이 3 V급으로 높아지고 있다. 따라서, 기존의 필름 일차전지를 사용할 경우, 반드시 직렬 연결을 해야 하는 단점이 있다. 이는 결국 에너지 밀도는 증가하지 않으면서 단지 공간적으로 한정된 태그 내에 전지가 차지하는 부피만 커지는 결과를 초래하게 되었다. 이와 같은 문제들을 극복하기 위하여, 필름 전지에 리튬계 일차전지를 적용하여야 한다. 즉, 1.5 V급 전지를 직렬 연결시키는 구성 대신 리튬 포일을 음극으로 사용하여 3 V급 단전지를 적용하여 체적당 에너지 밀도를 향상시켜야 한다.
그러나, 리튬을 음극으로 사용하게 되면 수분에 민감하여, 수분에 노출될 때 발화나 폭발로 이어지는 단점이 있다. 즉, 3 V계 리튬 일차전지로 전환되면서 폭발성이 강한 리튬과 무수계 유기 전해액을 적용하여야 하고, 이로 인해 외부의 공기나 수분을 철저하게 차단하여 단전지의 안전성을 강화해 주어야 한다.
본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 수분 및 공기의 차단 효과가 우수하고, 구부러짐 및 접힘 특성이 우수하고, 또한 구부러짐 또는 접힘에 대한 내성을 확보하기에 충분한 강도를 가지며, 제조 공정이 간단하고 용이하며 완전 연속공정 및 대량 생산이 용이한 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름은 제1 고분자 필름, 제2 고분자 필름, 금속 필름 및 제3 고분자 필름이 차례로 적층된 가요성 다층 필름을 포함한다. 상기 제1 고분자 필름은 할로겐 원자로 치환 또는 비치환된 탄화수소 화합물로 이루어지고, 상기 제2 고분자 필름은 0 ∼ 20 %의 결정화도를 가지는 무정형(amorphous) 또는 저결정성 고분자로 이루어지고, 상기 제3 고분자 필름은 40 ∼ 100 %의 결정화도를 가지는 결정성 고분자로 이루어진다.
상기 제1 고분자 필름, 제2 고분자 필름 및 제3 고분자 필름은 각각 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1 고분자 필름 및 상기 제2 고분자 필름과, 상기 제2 고분자 필름 및 상기 금속 필름과, 상기 금속 필름 및 제3 고분자 필름은 각각 고분자 접착층에 의해 상호 접착될 수 있다.
본 발명에 따른 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름은 가요성이 우수하여 태그의 적용 과정에서 발생하는 셀의 구부러짐에 따른 성능 저하 발생을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 케이스용 필름을 사용하여 리튬 일차전지를 실링할 때, 낮은 온도하에서의 열융착이 가능하여, 전지 내에서의 온도 상승으로 인한 전해액 및 전극 물질의 열화 또는 분해를 억제할 수 있다. 그리고, 본 발명에 따른 케이스용 필름은 박막화가 가능하여 필름형 리튬 일차전지의 파우치 케이스로서 유리하게 적용될 수 있으며, 향상된 유연성에 의해 감압 조건하에서 진공 실링시 필름의 수축이 용이하게 이루어지고 강력하게 압착 및 실링되어 전극과 전해질간의 접촉 저항을 완화시켜 준다. 따라서, 본 발명에 따른 필름으로 이루어지는 케이스 내에 수용되는 리튬 일차전지의 안전성이 향상될 수 있고, 장기안정성을 확보할 수 있으며, 장기 방전시 성능의 감소를 억제할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름은 제조 공정이 간단하여, 자동화, 연속화, 및 대량 생산화가 용이하다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름(100)의 요부 구성을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필 름(100)은 각각 제1 고분자 필름(110), 제2 고분자 필름(120), 금속 필름(130) 및 제3 고분자 필름(140)이 차례로 적층된 가요성 다층 필름(102)으로 이루어진다.
상기 제1 고분자 필름(110)은 할로겐 원자로 치환된 탄화수소 화합물, 또는 탄소와 수소 만으로 이루어지는 탄화수소 화합물로 이루어진다. 예를 들면, 상기 제1 고분자 필름(110)은 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리스티렌, 및 폴리비닐리덴클로라이드로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나, 이들중에서 선택되는 적어도 2 종의 고분자 블렌드, 또는 이들중에서 선택되는 적어도 2 종의 공중합체로 이루어질 수 있다.
상기 제1 고분자 필름(110)은 그 구성 원소가 C 및 H로만 이루어지거나, C, H 및 할로겐 원소로만 구성되므로 강한 소수성(疏水性)을 가진다. 또한, 상기 제1 고분자 필름(110)이 할로겐 원소로 치환된 탄화수소 화합물로 이루어지는 경우, 난연성이 향상될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 필름(100)을 사용하여 파우치 케이스를 형성할 때 상기 제1 고분자 필름(110)을 가요성 다층 필름(102)의 최외측에 형성하여 수분의 접촉 및 침투를 효과적으로 억제하고, 상기 금속 필름(130)의 구부러짐 또는 접힘에 의한 가요성 다층 필름(102)의 손상을 방지하며, 유연한 특성을 보강하는 역할을 할 수 있다. 상기 제1 고분자 필름(110)은 약 1 ∼ 100 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 제2 고분자 필름(120)은 약 0 ∼ 20 %의 결정화도를 가지는 무정형(amorphous) 또는 저결정성 고분자로 이루어진다.
무정형 고분자로 이루어지는 상기 제2 고분자 필름(120)은 예를 들면, 폴리 비닐클로라이드, 폴리비닐리덴클로라이드, 나일론, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리비닐알콜, 및 폴리(에틸렌-co-비닐알콜)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나, 이들중에서 선택되는 적어도 2 종의 고분자 블렌드, 또는 이들중에서 선택되는 적어도 2 종의 공중합체로 이루어질 수 있다.
또는, 상기 제2 고분자 필름(120)은 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리부틸렌테레프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 물질로 이루어지는 저결정성 고분자로 이루어질 수도 있다.
상기 제2 고분자 필름(120)은 외부로부터의 산소 및 수분 투과를 억제하여 상기 금속 필름(130)이 부식되는 것을 방지하기 위한 보호막 역할을 한다. 또한, 상기 제2 고분자 필름(120)은 절연 물질로 이루어져 상기 금속 필름(130)을 절연시키는 역할을 한다. 상기 제2 고분자 필름(120)은 약 1 ∼ 100 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 금속 필름(130)은 수분 및 공기의 차단 효과가 뛰어나며, 몰딩(molding)에 의해 시트(sheet) 형상으로 성형 가능한 특성 및 박막 형태를 유지하는 특성이 뛰어난 금속 재료로 이루어진다. 예를 들면, 상기 금속 필름(130)은 알루미늄, 구리, 스테인레스스틸, 및 니켈로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나, 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 금속 필름(130)은 상기 가요성 다층 필름(102)의 산소 투과 억제 특성을 향상시키고 기계적 강도를 향상시킨다. 상기 금속 필름(130)은 약 1 ∼ 100 ㎛, 바람직하게는 약 3 ∼ 6 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 제3 고분자 필름(140)은 약 40 ∼ 100 %의 결정화도를 가지는 결정성 고분자로 이루어진다. 이와 같이 결정화도가 비교적 큰 고분자는 그 결정화된 부분에서 우수한 강성을 제공하므로 팽윤(swelling) 현상을 나타내지 않는다. 따라서, 상기 제3 고분자 필름(140)에 의해 상기 가요성 다층 필름(102)에서의 박리 현상을 억제할 수 있고 장기 보관성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제3 고분자 필름(140)에 의해 상기 가요성 다층 필름(102)으로 이루어지는 파우치 케이스 내에 수납되는 전지의 단락을 방지할 수 있다. 또한, 감압 상태에서 전지의 진공 포장이 가능하도록 비교적 저온에서 우수한 열융착 특성을 제공한다.
예를 들면, 상기 제3 고분자 필름(140)은 사란, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나, 이들의 고분자 블렌드, 또는 이들의 공중합체로 이루어질 수 있다.
상기 제3 고분자 필름(140)은 약 1 ∼ 100 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 고분자 필름(110), 제2 고분자 필름(120) 및 제3 고분자 필름(140)은 각각 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다. 경우에 따라, 상기 제1 고분자 필름(110), 제2 고분자 필름(120) 및 제3 고분자 필름(140) 중에서 선택되는 2 개의 필름이 상호 동일한 물질로 이루어질 수도 있다.
도 1에 예시된 바와 같이, 상기 제1 고분자 필름(110), 제2 고분자 필름(120), 금속 필름(130) 및 제3 고분자 필름(140)은 각각 이들 사이에 개재되어 있는 제1 고분자 접착층(150a), 제2 고분자 접착층(150b), 및 제3 고분자 접착층(150c)에 의해 상호 접착되어 있다.
상기 제1 고분자 접착층(150a), 제2 고분자 접착층(150b), 및 제3 고분자 접착층(150c)은 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 및 아크릴레이트 계열의 고분자로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나, 또는 이들중에서 선택되는 적어도 2 종의 고분자의 블렌드로 이루어질 수 있다. 상기 아크릴레이트 계열의 고분자중 본 발명에 적용하기 적합한 예를 들면, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트 등이 있다.
상기 제1 고분자 접착층(150a), 제2 고분자 접착층(150b), 및 제3 고분자 접착층(150c)은 각각 약 0.1 ∼ 50 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
다음에, 도 1에 예시된 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름(100)을 제조하기 위한 예시적인 방법을 설명한다.
먼저, 제1 고분자 필름(110), 제2 고분자 필름(120), 및 제3 고분자 필름(140)에 대하여 각각의 양측 표면을 코로나 방전 처리한다. 이는 상기 제1 고분자 접착층(150a), 제2 고분자 접착층(150b), 및 제3 고분자 접착층(150c)과의 접착 및 각 층들의 라미네이션을 용이하게 하는 역할을 한다.
상기 제1 고분자 필름(110), 제2 고분자 필름(120), 및 제3 고분자 필름(140)은 각각 압출기에서 압출된 용융수지들을 필름 형태로 성형하여 얻어질 수 있다. 특히, 상기 제2 고분자 필름(120)을 형성하기 위하여, 예를 들면 무정형 상태로 존재하는 결정화 속도가 매우 느린 고분자의 용융물을 압출기에서 연신하면서 급냉시킴으로써 무정형 배향 상태 (amorphous oriented state)를 가지는 고분자 필 름을 형성하는 공정을 이용할 수 있다.
먼저, 상기 제3 고분자 필름(140) 위에 제3 고분자 접착층(150c)을 형성한 후, 그 위에 상기 금속 필름(130)을 접착시킨다. 상기 금속 필름(130) 위에 제2 고분자 접착층(150b)을 형성한 후, 그 위에 제2 고분자 필름(120)을 접착시킨다. 상기 제2 고분자 필름(120) 위에 제1 고분자 접착층(150a)을 형성한 후, 그 위에 제1 고분자 필름(110)을 접착시킨다. 이와 같은 공정을 거쳐 상기 가요성 다층 필름(102)을 완성한다.
상기와 같이 형성한 가요성 다층 필름(102)으로 이루어지는 리튬 일차전지의 케이스용 필름(100)은, 통상의 알루미늄 파우치 필름과는 달리, 대폭 감소된 두께를 가지며, 이에 따라 구부림이 매우 용이하고 유연성이 강화될 수 있다. 또한, 비교적 낮은 온도하에서 열융착에 의한 실링(sealing)이 가능하여, 열융착 온도를 낮출 수 있다. 따라서, 열융착시 정지 내의 성분들이 열화되거나 분해되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 가요성 다층 필름(102)은 매우 얇고 유연하여 감압 조건하에서 진공 실링할 때 압착 특성이 매우 우수하다. 또한, 본 발명에 따른 리튬 일차전지의 케이스용 필름(100)은 필름 형상으로 가공된 복수의 고분자 필름들과 금속 필름에 대하여 접착 및 라미네이션을 반복적으로 행하여 얻어질 수 있으므로 자동화, 연속화, 및 대량 생산화가 용이하다. 또한, 본 발명에 따른 리튬 일차전지의 케이스용 필름(100)은 필름 전지 각각의 요구 조건에 따라 다양한 조합으로 적층된 복합막들을 손쉽게 제조할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 박형 금속 파우치 필름의 제조 방법을 구체적인 제조예들을 들어 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 하기 제조예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시된 것으로, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안되며, 본 발명의 사상을 일탈하지 않고 하기의 제조예들로부터 다양한 변형 및 변경이 가능하다.
제조예 1
제1 고분자 필름으로서 5 ㎛ 두께의 폴리비닐리덴클로라이드 필름을, 제2 고분자 필름으로서 10 ㎛ 두께의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을, 금속 필름으로서 30 ㎛ 두께의 알루미늄 필름을, 그리고 제4 고분자 필름으로서 30 ㎛ 두께의 무연신 폴리프로필렌 필름을 준비하고, 상기 제1 고분자 필름, 제2 고분자 필름, 및 제3 고분자 필름 각각의 양면에 코로나 방전 처리를 하였다. 1 ∼ 5 ㎛ 두께의 폴리에틸렌층을 각 필름 사이에 개재되는 접착층으로 이용하여, 상기 제1 고분자 필름, 제2 고분자 필름, 금속 필름, 및 제3 고분자 필름이 차례로 적층된 가요성 다층 필름으로 라미네이션하였다. 이 때, 상기 가요성 다층 필름의 최종 두께가 80 ㎛로 되도록 하였다.
제조예 2
제2 고분자 필름으로서 10 ㎛ 두께의 폴리부틸테레프탈레이트를 사용한 것을 제외하고, 제조예 1에서와 동일한 방법으로 가요성 다층 필름을 제조하였다.
제조예 3
제2 고분자 필름으로서 10 ㎛ 두께의 나일론을 사용한 것을 제외하고, 제조예 1에서와 동일한 방법으로 가요성 다층 필름을 제조하였다.
제조예 4
제2 고분자 필름으로서 10 ㎛ 두께의 폴리비닐알콜을 사용한 것을 제외하고, 제조예 1에서와 동일한 방법으로 가요성 다층 필름을 제조하였다.
제조예 5
제2 고분자 필름으로서 10 ㎛ 두께의 폴리(에틸렌-co-비닐알콜)을 사용한 것을 제외하고, 제조예 1에서와 동일한 방법으로 가요성 다층 필름을 제조하였다.
비교예
20 ㎛ 두께의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름과 40 ㎛ 두께의 무연신 폴리프로필렌 필름을 준비하여 양면을 코로나 방전처리 한 후, 50 ㎛ 두께의 알루미늄 필름을 사이에 넣고, 각 필름들 사이에 폴리에틸렌 접착층을 도입하여 120 ㎛ 두께의 다층 필름을 제조하였다.
평가예
제조예 1 내지 제조예 6에서 제조된 각각의 다층 필름들의 성형성, 구부림 특성, 접힘 특성, 및 열융착 특성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
Figure 112007085219714-pat00001
표 1에 나타낸 성형성을 측정하기 위하여, 유압 프레서로서 가로 28 mm, 세로 30 mm, 및 깊이 1 mm의 규격을 가지는 금속 몰더(molder)를 이용하여 몰딩하고, 성형 결과를 관찰하였다. 비교예에 따른 다층 필름은 120 ㎛의 비교적 큰 두께를 가지기 때문에 1 mm 깊이의 매우 앝은 몰드에서 성형하였을 때 원하는 형상의 성형이 이루어지지 않았다. 반면, 제조예 1 내지 제조예 5에서 제조한 다층 필름들은 각각 80 ㎛의 매우 얇은 두께를 가지므로, 1 mm 깊이를 가지는 몰딩에서 원하는 형상으로 선명하게 성형되어 우수한 성형성을 나타내었다.
표 1에 나타낸 구부림 특성,즉 가요성을 측정하기 위하여, 제조예 1 내지 제조예 5와 비교예에서 각각 얻어진 다층 필름을 90°로 구부린 후, 구부러진 각도, 구부러진 부분의 두께 및 면적을 확인하였다. 제조예 1 내지 제조예 5에서 각각 얻어진 다층 필름들은 80 ㎛의 매우 얇은 두께를 가지고 비교예에 따른 다층 필름은 120 ㎛의 비교적 큰 두께를 가지므로, 제조예 1 내지 제조예 5의 경우가 비교예의 경우에 비해 우수한 구부림 특성을 나타내었다. 특히, 각각의 다층 필름을 90°로 구부렸을 때, 비교예에서 제조한 다층 필름은 구부러진 부위가 넓고 깨끗하지 못하였다. 반면, 제조예 1 내지 제조예 5의 경우에는 구부러진 부위가 좁고 선명하였다. 다층 필름의 구부림 특성은 파우치 케이스용 필름을 몰딩할 때의 성형성에 큰 영향을 미친다. 다층 필름의 구부림 특성이 우수할수록 파우치 케이스용 필름의 몰딩이 효과적으로 이루어지고, 따라서 양호한 형상의 파우치형 전지를 제조할 수 있게 된다. 또한, 다층 필름의 구부림 특성이 우수할수록 파우치형 전지에서 복수의 필름이 라미네이트된 다층 구조의 전지의 충방전시 전지의 미세한 팽창 및 수축에 유연하게 대응할 수 있다.
표 1에 나타낸 접힘 특성은 제조예 1 내지 제조예 5와 비교예에서 각각 얻어진 다층 필름들을 180°로 접어서 포개었을 때의 상태를 관찰하여 평가하였다. 비교예에서 얻어진 비교적 두꺼운 다층 필름은 그 두께로 인해 180°로 접어서 포갠 후 접힌 부위의 자국이나 형상이 선명하지 않았다. 반면, 제조예 1 내지 제조예 5에서 얻어진 다층 필름들은 접혀진 부위가 얇고 예리하며 선명하게 접혀진 형태를 유지하였다. 다층 필름의 접힘 특성은 파우치 케이스용 필름을 몰딩할 때의 성형성에 큰 영향을 미친다. 다층 필름의 성형성이 우수할수록 파우치 케이스용 필름의 몰딩이 효과적으로 이루어지고, 따라서 양호한 형상의 파우치형 전지를 제조할 수 있게 된다.
표 1에서, 열융착 온도는 제조예 1 내지 제조예 5와 비교예에서 각각 얻어진 다층 필름들을 진공 실링 장치 내에서 -760 mmHg까지 진공 압착 후 열융착시켜 감압실링하는 열융착 과정에서, 완전히 열융착된 결과물이 얻어지는 데 필요한 온도를 의미한다. 열융착시 융착 필름의 일차전이 (primary transition), 즉 결정 부위의 용융을 일으켜야 하므로, 열융착 온도는 반드시 열융착 필름의 용융점 근방 또는 그 이상이어야 한다. 또한, 열융착 대상 필름의 두께가 두꺼울수록 많은 융착 시간 및 높은 온도가 요구된다. 비교예의 경우에는 열융착 온도가 140 ∼ 150 ℃의 범위이다. 반면, 제조예 1 내지 제조예 5의 경우에는 비교예의 경우 보다 약 10 ℃ 이상 높다. 비교예의 경우에는 비교적 큰 두께로 인해 열전달 및 용융시 요구되는 온도가 높았다. 반면, 제조예 1 내지 제조예 5에서 얻어진 다층 필름의 경우에는 그 두께가 얇아 열전달이 쉽게 이루어져서 다층 필름의 용융점 근방인 120 ∼ 130 ℃에서 융착이 쉽게 일어났다. 융착 온도가 너무 높으면 금속 필름을 가열하게 되고, 따라서 전지 내의 온도를 높여서 전지 내에 존재하는 전극내 고분자 결착재를 녹여 전극 구조의 열화, 온도 상승에 따른 전해액의 휘발, 전해액내 리튬염의 열에 의한 열화 등의 문제를 야기시켜, 전지의 성능 및 내구성을 떨어뜨리게 된다. 따라서, 열융착 온도를 가능한 낮추는 것이 요구된다.
표 1의 결과에서, 제조예 1 내지 제조예 5에서 각각 제조된 본 발명에 따른 다층 필름들의 경우, 성형성, 구부림 특성, 접힘 특성, 및 열융착 특성이 모두 우수하게 나타났다. 이는 본 발명에 따른 가요성 다층 필름이 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름으로 사용되었을 때 가공성, 장기 안전성, 및 장수명 특성을 향상시킬 수 있음을 나타낸다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름의 요부 구성을 도시한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름, 102: 가요성 다층 필름, 110: 제1 고분자 필름, 120: 제2 고분자 필름, 130: 금속 필름, 140: 제3 고분자 필름, 150a: 제1 고분자 접착층, 150b: 제2 고분자 접착층, 150c: 제3 고분자 접착층.

Claims (11)

  1. 제1 고분자 필름, 제2 고분자 필름, 금속 필름 및 제3 고분자 필름이 차례로 적층된 가요성 다층 필름을 포함하고,
    상기 제1 고분자 필름은 폴리테트라플루오로에틸렌 및 폴리비닐리덴클로라이드로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나, 이들의 고분자 블렌드, 또는 이들의 공중합체로 이루어지고,
    상기 제2 고분자 필름은 0 ∼ 20 %의 결정화도를 가지는 무정형(amorphous) 또는 저결정성 고분자로 이루어지고,
    상기 제3 고분자 필름은 40 ∼ 100 %의 결정화도를 가지는 결정성 고분자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고분자 필름, 제2 고분자 필름 및 제3 고분자 필름은 각각 서로 다른 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 고분자 필름은 무정형 고분자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 고분자 필름은 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐리덴클로라이드, 나일론, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리비닐알콜, 및 폴리(에틸렌-co-비닐알콜)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나, 이들중에서 선택되는 적어도 2 종의 고분자 블렌드, 또는 이들중에서 선택되는 적어도 2 종의 공중합체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 고분자 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리부틸렌테레프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속 필름은 알루미늄, 구리, 스테인레스스틸, 및 니켈로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나, 또는 이들의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제3 고분자 필름은 사란, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나, 이들의 고분자 블렌드, 또는 이들의 공중합체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고분자 필름 및 상기 제2 고분자 필름과, 상기 제2 고분자 필름 및 상기 금속 필름과, 상기 금속 필름 및 제3 고분자 필름은 각각 고분자 접착층에 의해 상호 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고분자 접착층은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 및 아크릴레이트 계열의 고분자로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나, 이들중에서 선택되는 적어도 2 종의 고분자 블렌드, 또는 이들중에서 선택되는 적어도 2 종의 공중합체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 아크릴레이트 계열의 고분자는 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트, 및 폴리부틸메타크릴레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 일차전지의 케이스용 필름.
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