KR101072737B1 - 셀 포장재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 구현예에 따르면, 기재필름층; 및 상기 기재필름층의 하부 또는 상부에 구비되고, 바인더 수지 및 카본 블랙을 포함하는 인쇄층을 포함하는 셀 포장재가 제공된다. 셀 포장재의 기재필름층 또는 인쇄층은 레이저의 조사에 의해 부분적으로 제거되어 하층을 노출시킨다. 따라서 이러한 셀 포장재에 의하면, 레이저 조사에 의해 다양한 형상 또는 로고 등을 용이하게 표시할 수 있는 바, 식별성 및 외장성을 나타낼 수 있다. 따라서 셀 포장재에 식별성 및 외장성을 부여하기 위하여 별도의 라벨을 셀의 포장재에 부착하는 라벨링 공정을 생략할 수 있다.
셀 포장재, 리튬 2차 전지, 축전지, 레이저 마킹, 식별성, 인쇄층

Description

셀 포장재 및 그 제조방법{CELL PACKING MATERIALS AND PREPARATION METHOD THEREOF}
본 발명은 리튬 2차 전지나 휴대용 축전지 등의 셀 포장재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 레이저 조사에 의하여 부분적으로 제거되는 기재필름층 또는 인쇄층을 포함하는 셀 포장재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
리튬 2차 전지나 휴대용 축전지 등의 셀 포장재로서 종래에 금속 특히 알루미늄을 프레스 가공하여 원통이나 평행육면체 상 등으로 성형한 포장재가 주로 사용되었다. 그러나, 이러한 금속제 캔 포장재의 경우 용기 외벽이 단단하여 전지 자체의 형상이 금속제 캔 포장재의 형상에 의해 결정되어야 하는 제약이 있다.
이러한 제약을 극복하고자 적층 셀 포장재 기술이 개발되어 왔다. 예컨대 대한민국 특허출원 제2003-7002427호에는 기재층, 접착층, 배리어층, 드라이 라미네이션 층 및 실란트 층으로 이루어지는 셀 포장재가 공개되어 있다. 또한, 대한민국 특허공개 제2002-0030737호에는 기재필름과 표면 보호층에 2축 연신 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리올레핀 수지를 이용하여 적층한 셀 포장재 구성이 공개되어 있다.
그러나 종래의 셀 포장재를 이용하는 경우, 셀의 포장 후에 식별력 또는 외장성을 부여하기 위하여 상기 셀 포장재 상에 라벨을 부착하는 별도의 라벨링 공정을 거쳐 마감 처리를 하였다. 이러한 별도의 라벨링 공정은 생산성 지연 및 제조비용 증가 등의 문제점을 갖는다. 또한, 기존에 사용된 라벨은 도트 프린트 방식으로 바 코드 등을 인쇄한 것으로서, 다양한 로고나, 모양 등을 나타내는 데는 한계가 있다.
본 발명은 셀을 안정하게 보호함과 동시에 별도의 라벨링 공정 없이도 레이저 조사에 의해 식별력 또는 외장성을 용이하게 부여할 수 있으며, 나아가 다양한 컬러를 구현하여 외장성을 향상시킬 수 있는 셀 포장재 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명의 목적은 제조시간이 짧고 가벼우며, 형상이 자유로울 뿐만 아니라 내열성, 전기 절연성, 방습 및 가스차단성, 안정성, 내약품성, 열봉합 강도 및 성형성이 우수한 셀 포장재 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 구현예에서는, 셀 포장재로서, 기재필름층; 및 상기 기재필름층의 하부 또는 상부에 구비되고, 바인더 수지 및 카본 블랙을 포함하는 인쇄층을 포함하고, 상기 기재필름층 또는 인쇄층은 레이저의 조사에 의해 부분적으로 제거되어 하층을 노출시키는 것임을 특징으로 하는 셀 포장재를 제공한다.
본 발명의 구현예에서는, 셀 포장재의 제조방법으로서, 기재필름층의 하부 또는 상부에 바인더 수지 및 카본 블랙을 포함하는 인쇄층을 구비하는 단계; 및 상기 기재필름층 또는 인쇄층의 하층이 노출되도록 상기 기재필름층 또는 인쇄층에 레이저를 조사하여 상기 기재필름층 또는 인쇄층을 부분적으로 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 포장재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 구현예에 있어서, 상기 기재필름층 및 인쇄층은 서로 다른 색상을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 구현예에 있어서, 상기 레이저는 CO2 레이저인 것일 수 있다.
본 발명의 구현예에 있어서, 상기 카본 블랙은 1 내지 4㎛의 입경을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 구현예에 있어서, 상기 인쇄층은 바인더 수지로 에폭시계, 비닐계, 페놀계, 멜라민계, 폴리이미드계, 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리에테르우레탄계 수지를 포함할 수 있다.
본 발명의 구현예에 있어서, 상기 바인더 수지는 상기 인쇄층을 이루는 조성 전체에 대하여 5중량% 이상 20중량% 미만으로 포함될 수 있다.
본 발명의 구현예에 있어서, 상기 기재필름층은 두께가 5 내지 30㎛인 것일 수 있다.
본 발명의 구현예에 있어서, 상기 셀 포장재는 상기 기재필름층 또는 인쇄층 중 최외층의 상부에 형성되고, 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 포함하여 이루어지는 하드코팅층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 구현예에 있어서, 상기 셀 포장재는, 상기 기재필름층 또는 인쇄층의 하부에 형성되는 배리어층; 상기 배리어층 하부에 형성되는 용융압출수지층; 및 상기 용융압출수지층 하부에 형성되는 실란트층;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따른 셀 포장재에 의하면, 기재필름층 또는 인쇄층을 레이저의 조사에 의해 부분적으로 제거하여, 그 하층을 노출시킴으로써 식별성이나 외장성을 부여할 수 있는 바, 식별력이나 외장성을 부여하기 위한 별도의 라벨링 공정을 생략할 수 있으며, 이에 따라 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 셀 포장재 외면에 고객의 특이한 로고, 불규칙한 형상, 순차번의 시리얼 넘버, 품질마크 등 기타 다양한 문양의 표시가 가능하며, 이를 통해 셀 보호기능 이외 다양한 부가기능을 겸비한 셀 포장재를 제공할 수 있다.
또한, 셀 포장재에 다양한 색상을 구현하여 외장성을 향상시킬 수 있다. 특히, 셀 포장재와 전지 또는 전지가 사용되는 전자기기와의 컬러를 조화시킬 수 있다.
나아가, 본 발명의 구현예들에 따르면, 제조시간이 짧고 가벼우며, 형상이 자유로울 뿐만 아니라 내열성, 방습 및 가스차단성, 안정성, 내약품성, 열봉합 강도 및 성형성이 우수한 셀 포장재를 제공할 수 있다. 또한, 인쇄성이 양호하여 성형을 하여도 인쇄층의 색상 차이가 없으며, 각 층간 박리 현상을 방지할 수 있다.
이하 본 발명들의 구현예들에 따른 셀 포장재 및 그 제조방법을 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 구현예들에 따른 셀 포장재의 적층 구성을 나타내는 개략도이다.
셀은 일반적으로 양극, 음극, 분리판, 전해질 등을 포함하는 전지부로 이루어지며, 이러한 전지부의 외부를 포장재에 의하여 포장할 수 있는데, 이를 셀 포장 재라고 한다.
본 발명의 하나의 구현예에 따른 셀 포장재는 기재필름층(10), 인쇄층(20), 접착체층(30), 배리어층(30), 실란트층(50)이 순서대로 적층된다(도 1 참조). 이때, 인쇄층(20)과 기재필름층(10)의 개설 위치는 그 상하가 바뀌도록 하는 것이 가능하다(도 2 참조). 또한, 상기 인쇄층은 이에 접착제가 혼합된 접착 인쇄층으로서 개설되는 것도 가능하다.
본 발명의 구현예들에서는, 기재필름층(10) 또는 인쇄층(20)을 부분적으로 제거하여 하층인 인쇄층(20) 또는 기재필름층(10)을 노출시킴으로써, 별도의 라벨링 공정에 의하지 않고도 셀 포장재에 식별성 및 외장성을 부여할 수 있도록 한다.
상기 기재필름층(10) 또는 인쇄층(20)은 레이저 조사에 의해 용이하게 제거될 수 있다. 상기 기재필름층(10) 또는 인쇄층(20)에 레이저가 조사되면, 레이저가 조사된 부분이 연소됨으로써 용이하게 제거된다. 상기 레이저로는 예를 들어 가스 레이저, 엑시머 레이저, 반도체 레이저 등을 사용할 수 있으며, 이산화 탄소(CO2) 레이저를 사용하는 것이 마킹성 면에서 바람직할 수 있다. 이산화 탄소 레이저는 다른 종류의 레이저와 비교하여 반사 또는 산란이 적으므로 레이저가 조사되는 표적에 대하여 에너지를 집중시킬 수 있으며, 이산화 탄소 레이저의 펄스를 매우 짧게 하여 표적 이외의 부분에는 열 손상을 최소화하여 마킹성을 향상시킬 수 있다.
특히, 파장인 1,604nm인 CO2 레이저를 사용하는 것이 적합할 수 있다. 조사하는 레이저의 에너지량은, 특별히 한정되지 않지만, 하층 파괴의 가능성과, 레이 저가 조사되는 층(기재필름층 또는 인쇄층)을 고려하여 조사 에너지 범위를 결정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 구현예에 따른 셀 포장재에 있어서, 상기 기재필름층(10)을 레이저 조사에 의해 부분적으로 제거하는 경우, 상기 기재필름층(10) 하부에 구비된 상기 인쇄층(20)이 부분적으로 노출되고, 노출된 부분에 의해 다양한 형상, 문자 등을 표현할 수 있다. 노출된 부분에 의하여 형상 등을 나타내기 위해서는 상기 기재필름층(10)과 상기 인쇄층(20)이 구분되는 색상을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 기재필름층(10)과 상기 인쇄층(20)은 서로 상이한 색상을 갖는 것이 바람직하다. 또한 상기 기재필름층(10)과 상기 인쇄층(20)의 색상이 서로 동일하더라도, 명도가 서로 다른 경우도 가능하다.
이하, 셀 포장재의 각 층에 대하여 상술한다.
상기 기재필름층(10)으로서는 폴리에스테르 필름을 단독으로 사용하거나, 폴리아미드 필름을 단독으로 사용하거나, 상기 폴리에스테르 필름을 폴리아미드 필름과 적층하여(적층의 상하 순서는 변경할 수 있다) 사용할 수 있다.
상기 폴리에스테르 필름은 전해액 내성이 우수한 것으로, 사용 가능한 폴리에스테르 필름 수지로는 예컨대 폴리에틸렌테레프탈레이트(Poly ethylene terephthalate; PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(Poly butylene terephthalate; PBT), 폴리에틸렌나프탈레이트(Poly ethylene naphthalate; PEN), 폴리부틸렌나프탈레이트(Poly butylene naphthalate; PBN), 공중합폴리에스테르 및 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 등으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 것을 사용 할 수 있다.
상기 폴리아미드 필름은 성형성을 보강하기 위한 것인데, 성형성은 특히 성형 타입의 포장재에 요구된다. 성형 타입의 경우 전지의 용량과 크기 등을 감안하여 성형 가능한 이축 연신 폴리아미드(Polyamides) 필름을 사용한다. 상기 이축 연신 폴리아미드(Polyamides) 필름 수지로서는 나일론(nylon) 6, 나일론 6.6, 나일론 6과 나일론 6.6과의 공중합체, 나일론 6.10 및 폴리메타키실릴렌 아미파미드(MXD 6)등으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 구현예에 있어서는, 레이저를 조사하는 데, 이에 따라 열이 발생하므로, 상기한 필름들 중 내열성 필름이 바람직하며, 특히 내열성 및 치수 안정성, 가공성이 우수한 PET 필름 또는 이축 연신 폴리아미드 필름을 기재필름층(10)으로 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 기재필름층(10)의 두께는 15 내지 25㎛인 것이 바람직할 수 있다. 기재필름층(10)의 두께가 15㎛보다 얇은 경우 가스 차단성이 저하되어 알루미늄 박이 산화 및 부식될 수 있으며, 25㎛보다 두꺼운 경우 셀 포장재의 성형 시 모서리 부분의 모양 형성이 용이하지 않으며, 셀 포장재의 신축성이 저하된다.
한편, 상기 폴리에스테르 필름 및 폴리아미드 필름 상호 간에 접착제를 통하여 합지시킬 수 있다. 이때 사용되는 접착제는 내열성이 우수한 폴리우레탄 접착제를 사용하고, 특히 우레탄 베이스(Base) 2액형 접착제를 사용하는 것이 바람직하다. 내부 포장된 셀에서 전지의 이동 시 발열에 의한 고온이 발생하게 되므로, 이때 내열성이 약한 접착제의 경우 폴리에스테르 필름 및 폴리아미드 필름 상호 간 분리 현상이 발생하기 때문에 내열성이 우수한 접착제를 사용하는 것이 필요하다.
본 발명의 구현예에 있어서, 상기 기재필름층(10)에 난연제, 슬립제, 안료 또는 도전성 잉크 중 어느 하나 이상을 첨가하여, 다양한 기능을 발휘하는 셀 포장재를 제공할 수 있다.
상기 난연제로서는 특정 난연제에 제한되지 않고 일반적인 난연제를 사용할 수 있다. 기재필름층(10)에 사용되는 수지와 상용성이 있고 해당 층의 접합성 등을 저하시키지 않도록 하는 것이 유리할 수 있다. 또한, 최종 제품의 기계적인 성질에 영향을 주지 않아야 하며, 연소시 발연 및 독성 가스의 발생도 적은 것이 유리할 수 있다.
상기 난연제의 비제한적인 예시로서 예컨대, 인계, 할로겐계, 멜라민계 등의 유기 난연제나, 수산화알루미늄, 안티몬계 제품, 수산화 마그네슘 등의 무기 난연제를 사용할 수 있다. 환경적인 측면을 고려하여, 비할로겐계 난연제를 사용하는 것이 유리할 수 있다.
상기 슬립제는 필름끼리의 접착을 방지하며 필름이나 시트가 잘 미끄러지도록 할 수 있는 것이다. 상기 슬립제로서는 일반적인 것을 사용할 수 있으며, 실리콘, 실록산, 실란, 왁스계 등과 같이 슬립성을 부여하는 고분자 물질을 포함할 수 있다. 또한, 슬립제의 비제한적인 예시로는, 올레인산 아미드, 메루카산 아미드 등의 지방산 아미드를 들 수 있다.
상기 안료로는 다양한 색상을 나타내는 통상의 무기 안료 또는 유기 안료를 사용할 수 있다. 무기 안료로는, 백색을 띄는 산화아연(ZnO), 이산화티탄(TiO2), 염기성탄산납, 리토폰(Lithopone), ZnS와 BaSO4의 혼합물, 2PbCO3·Pb(OH)2, 흑색을 띄는 산화철(FeO·FeO3), 카본 블랙, 노랑색을 띄는 크롬산납(PbCrO4), 황색산화철(FeO(OH) 또는 Fe2O3·H2O), 카드뮴 옐로(CdS 또는 CdS와 ZnS의 혼합물), 티타늄 옐로(TiO2·NiO·Sb2O3), 주황색을 띄는 크롬 오렌지(PbCrO4·PbO), 몰리브데늄 오렌지(PbCrO4·PbMoO4·PbSO4), 빨강색을 띄는 적색산화철, 광명단, 카드뮴 레드, 보라색을 띄는 망간 바이올렛, 파란색을 띄는 감청(Fe(NH4)Fe(CN)6·xH2O), 군청(Na6~8Al6Si6O24S2~4), 코발트 블루(CoO·Al2O3), 초록색을 띄는 크롬 그린(크롬산납 및 감청의 혼합물), 에메랄드 그린(Cu(CH3CO2)2·3Cu(AsO2)2) 등을 사용할 수 있다.
유기안료로는 노랑색, 주황색, 빨강색을 띄는 아조계 안료, 파랑색, 보라색, 초록색을 띄는 프탈로사아닌(Phthalocyanine)계 안료, 또는 안트라퀴논(Anthraquinone)계, 티오인디고(Thioindigo)계, 페리온(Perinone)계, 페릴렌(Perylene)계, 퀴나크리돈(Quinacridone)계 등의 축합다환계 안료를 사용할 수 있다.
상기 기재필름층(10)에 안료를 함유시킴으로써, 셀 포장재에 다양한 색상을 구현할 수 있다. 한편, 상기 기재필름층(10)에 함유되는 안료는, 상기 인쇄층(20)의 색상을 고려하여 상기한 안료들로부터 적절하게 선택되는 것이 바람직하다.
상기 도전성 잉크는 일반적인 것을 사용할 수 있으며, 도전성 잉크를 상기 기재필름층(10)에 함유시킴으로써, 상기 셀 포장재에 전자파 차폐기능을 부여할 수 있다. 상기 도전성 잉크는 바인더 수지에 도전성 필러를 첨가하여 형성한 것으로서, 도전성 필러로는 은, 금, 백금, 필라듐, 구리, 니켈 등의 금속, 산화루테늄 등의 금속산화물, 무정형 카본 분말, 그래파이트, 카본 섬유 등을 사용할 수 있다.
상기 인쇄층(20)은 바인더 수지와 카본 블랙을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 인쇄층(20)은 카본 블랙을 포함함으로써, 상기 기재필름층(10)과 대비되는 색상을 나타낼 수 있으며, 이에 따라, 기재필름층(10)(도 1의 경우) 또는 인쇄층(20)(도 2의 경우)의 제거된 부분을 통해 드러나는 인쇄층(20) 또는 기재필름층(10)이 선명하게 보여질 수 있다. 따라서, 상기 기재필름층(10) 또는 인쇄층(20)의 제거된 부분을 통해 드러나는 인쇄층(20) 또는 기재필름층(10)에 의해 표시되는 형상, 문양 등의 식별성이 향상될 수 있다.
상기 바인더 수지로는 내열성, 내산성, 내용제성, 내 알카리성 또는 내스크레치성이 우수한 경화형 수지를 사용할 수 있다. 상기 경화형 수지로는 에폭시계, 비닐계, 페놀계, 요소계, 알키드계, 멜라민계, 폴리이미드계, 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리에테르우레탄계 등의 수지를 사용할 수 있다. 특히, 상기 바인더 수지로 인쇄전이성과 내열성이 우수한 비닐계 수지와 폴리우레탄 수지를 사용할 수 있다.
상기 인쇄층은 경화형 수지를 바인더 수지로 사용함으로써, 우수한 내열성, 내산성, 내용제성, 내알칼리성 또는 내스크레치성 등을 나타냄과 동시에, 인쇄성이 양호하여 성형을 하여도 인쇄층의 색상 편차가 발생하지 않는다.
상기 바인더 수지는 상기 인쇄층(20)을 이루는 조성 전체에 대하여 5중량% 이상 20중량% 미만으로 함유될 수 있다. 상기 바인더 수지의 함량이 20중량% 이상인 경우, 인쇄전이성이 저하되며, 상기 바인더 수지의 함량이 5중량% 미만인 경우에는 울화현상이 발생하거나, 빗살무늬가 나타나는 등의 인쇄불량 현상이 발생될 수 있다.
상기 카본 블랙으로는 1~4㎛의 입경을 갖는 것을 사용할 수 있으며, 이 경우, 인쇄전이성 저하, 판메임에 따른 인쇄불량현상 등을 감소 또는 방지할 수 있다. 상기 카본 블랙은 상기 인쇄층(20)을 이루는 조성물 전체에 대하여 5~15중량%로, 바람직하게는 10중량%로 함유될 수 있다.
상기 인쇄층(20)은 상기 카본 블랙 이외에도 다양한 색상을 구현하기 위한 통상의 무기 안료 또는 유기 안료를 더 함유할 수 있다.
상기 인쇄층(20)을 형성하기 위한 방법으로 그라비아, 마이크로 그라비아, 리버스 그라비아, 콤마 등의 인쇄법을 적용할 수 있으며, 그라비아 인쇄법이 바람직하다. 한편, 그라비아 인쇄시 인쇄 균일성과 레이저 마킹의 효율을 향상시키고, 양호한 색구현을 위해, 인쇄시 사용되는 실린더로 100~200선 실린더를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 인쇄층(20)에 향기나는 마이크로 캡슐을 함유시켜, 상기 셀 포장재에서 다양한 향이 발산되도록 할 수 있다. 상기 향기나는 마이크로 캡슐을 적용한 인쇄층은, 상기 향기나는 마이크로 캡슐을 상기 바인더 수지와 혼합하여 상기 바인더 수지 내에 분산시키고, 여기에 카본 블랙 등의 안료를 혼합하여 인쇄층(20) 형성용 조성물을 형성하고, 이를 인쇄함으로써 형성될 수 있다.
향기나는 마이크로 캡슐은 꽃, 과일 등의 유성의 향기를 유기용매에 녹여내어 캡슐함으로써 형성되며, 캡슐 물질로는 젤라틴, 아라비아 고무, 가제인 등의 천연중합체 또는 에틸셀로즈, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌 등의 합성중합체를 사용할 수 있다.
나아가, 상기 인쇄층(20)은 시온 잉크를 추가로 함유할 수 있다. 시온 잉크는 온도에 따라 색이 변화하는 잉크로서, 이러한 시온 잉크는 에너지를 흡수하여 변색(또는 소색)하며 에너지를 차단하는 경우 다시 원래의 색으로 돌아오거나 다른 색으로 변색된다. 이러한 시온 잉크는 그 색상이나 변색 온도(변색 가능 온도는 -30 내지 120℃와 같이 넓은 온도에서 응용 가능하다), 변색 메카니즘 등에 따라 다양한 종류의 것이 존재하며 이는 잘 알려져 있다.
시온 잉크를 이용하여 인쇄층(20)을 구성하여 셀의 열적 거동을 셀 포장재 자체를 통하여 파악함으로써 셀의 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있고, 또한 셀 포장재의 실링 공정 중에서 적정한 온도로 실링이 되는지를 직접 확인하는 것이 가능하게 된다.
상기 인쇄층(20)과 상기 배리어층(40)은, 또는 기재필름층(10)과 배리어층(40)은, 접착제층(30)을 사이에 두고 서로 접착될 수 있다.
상기 접착체층(30)을 구성하는 접착제로는 레이저를 조사하는 경우에 접착력을 유지하도록 인쇄성 및 접착 안정성(열적 안정성), 내화학성, 내오일성을 가지는 접착제를 사용하여야 한다. 본 발명에서는 아크릴계, 에폭시계, 페놀계, 멜라민계, 폴리이미드계, 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리에테르우레탄계 등의 수지를 포함하는 일액형 또는 주제와 경화제로 구성되는 이액형 접착제를 사용할 수 있다. 특히, 레이저 조사시 들뜸 현상이 발생하는 것을 최대한 억제할 수 있도록 내열성이 우수한 아크릴계 또는 우레탄계 접착제를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 상기 아크릴 접착제로서 저점도 접착제나 고점도 접착제를 사용하는 것이 가능하다.
한편, 셀 포장재의 난연성을 높이기 위하여 난연제를 포함하는 접착제를 이용하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 접착제 층에 난연제를 첨가하는 경우 일정량을 넘게 되면 접착성이 약해져 성형시 층간 박리 현상이나 백화 현상 등이 발생할 수 있으므로, 난연제를 첨가하는 경우에 그 양은 접착제 대비 0중량% 초과 30중량% 이하로 사용하는 것이 유리하다.
본 발명의 구현예에 있어서, 인쇄공정의 단축을 위해 상기 인쇄층에 접착제를 혼입하여 접착 인쇄층을 형성하는 것도 가능하다.
상기 배리어층(40)은 습기나 가스 등을 차단하는 층으로서, 예컨대 알루미늄 박을 사용한다. 나아가, 상기 알루미늄 박은 철을 함유할 수 있는데, 이와 같이 철을 함유하는 경우 알루미늄이 절연성이 좋고, 적층제로서 굽힘에 의한 핀홀의 발생이 적게 되며, 특히 엠보싱 타입의 외장체를 성형하는 경우 측벽의 형성도 용이하게 할 수 있다. 이때 상기 철 함유량이 0.6중량% 미만의 경우는 핀홀의 발생 방지, 엠보스 성형성의 개선 등의 효과가 없으며 철 함유량이 2.0 중량%를 초과하는 경우 는 알루미늄으로서의 유연성이 저해되고, 적층제로서 봉지재를 성형함에 있어서 가공성이 나빠지게 된다. 또한, 상기 알루미늄 박에는 규소가 함유되는 것이 바람직한데, 이때 규소 함량이 0.9 중량%를 초과하여 지나치게 증가하면 자기적 성질은 향상되지만 봉지형태로 성형할 수 있는 가공성이 나빠지게 되고, 0.05 중량% 미만으로 함량이 감소 되면 제품의 강도가 약해지고 신장율이 낮아져 봉지형태로 성형할 수 있는 가공성이 나빠지게 된다.
따라서, 상기 알루미늄 박은 규소(Si) 및 철(Fe)을 함유하되 특히 성형성과 가공성 등의 관점에서 규소 함유량이 0.05 내지 0.9 중량%인 것이 유리할 수 있고, 철 함유량이 0.6 내지 2.0 중량%인 것이 유리할 수 있다.
한편, 상기 알루미늄은 박은 전해액에 의한 부식 방지 및 접착 강도 향상을 위한 넌크로메이트 처리를 알루미늄 박의 일면 또는 양면에 할 수 있다. 상기 넌크로메이트 처리로서, 티탄계수지, 지르코늄, 인산염 등의 유기계 및 무기계와 유기계의 복합물로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물로 내산성 피막을 형성하는 것이다. 이때, 상기 넌크로메이트 처리는 상기 알루미늄 박의 양면에 처리하는 것이 염분 저항성을 더욱 높일 수 있다. 상기와 같은 처리 방식 외에 알루미늄 박을 아크릴계, 페놀계, 에폭시계, 불소계 수지 등의 고분자 수지로 코팅 처리하는 것도 가능하다.
다음으로 최내층인 실란트층(50)을 상술한다. 실란트층(50)은 5 내지 120㎛로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 배리어층(40)과 실란트층(50) 사이에 접착수지층과 용융압출수지층을 형성할 수 있다. 특히 배리어층(40)과 실란트층(50) 사이에 접착수지층(또는 용융압출수지층)을 형성하고 상기 실란트층(50)으로서 폴리올레핀(변성 폴리프로필렌) 필름 또는 압출 실란트층을 사용하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 접착수지층과 용융압출수지층 및 실란트층의 형성 구성을 설명한다. 상기 접착수지층은 금속, 바람직하게는 알루미늄과의 접착이 용이하도록 알루미늄에 접착이 용이한 접착성 수지를 배리어층(40)에 코팅하여 형성한다. 내열성이 요구되는 전지의 경우에 실란트층(50) 재료로 보통 폴리프로필렌 수지를 사용하는데, 이는 알루미늄과 바로 부착이 되지 않으므로, 이때 알루미늄과의 부착이 용이하도록 알루미늄과의 접착을 용이하게 하는 접착성 수지를 코팅하는 것이다. 상기 접착성 수지는 변성 폴리에틸렌, 변성 폴리프로필렌 및 변성아크릴 수지 등으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상을 용제에 용해한 것을 사용한다.
상기 접착수지층과 실란트층 사이에는 용융압출수지층을 형성한다. 이러한 용융압출수지층은 용융압출코팅으로 피막을 입혀 부착력을 제공하여 상하의 두 층을 합지시키는 역할을 하는 것이다. 상기 용융압출수지층은 폴리프로필렌 수지 또는 폴리에틸렌 수지를 용융압출하여 상기 접착수지층에 폴리프로필렌 수지 또는 폴리에틸렌 수지 피막을 입힘으로써 형성하고 실란트층과 합지한다.
상기 용융압출코팅시 부가적으로 오존을 방사시키는 기계인 오존발생장치를 이용하여 오존 방사를 하여 용융압출코팅수지 표면을 과산화시켜 부착력을 향상시킴과 동시에 오존 피막을 형성하여 차단성을 향상시키고 접착수지층 및 용융압출수지층과 실란트층 간의 부착력 및 밀봉성을 향상시킬 수 있다.
상기 용융압출코팅시에 압출되는 수지에 오존을 방사시키면 접착력이 더욱 향상된다. 오존발생장치는 기존의 알려진 오존발생장치를 사용한다. 예컨대, 대기중의 공기를 에어컴프레서를 이용하여 압축하여 산소발생기에서 질소와 산소를 분리하여 순수한 산소만 사용하며, 고주파, 고전압을 사용한 플라즈마 무성방전 시스템을 사용하여 고농도의 오존을 생산한다. 오존화된 공기는 에어노즐을 통해 수지 토출구에 분사되어 수지피막을 강산화 처리하여 필름 접착강도를 향상시키는 역할을 한다. 상기 용융압출수지층의 코팅 두께는 10 내지 80 ㎛, 바람직하게는 10 내지 40 ㎛로 한다.
상기 실란트층(50)은 셀 포장재를 열로 봉합하기 위하여 열에 의해 봉합이 가능한 수지층을 사용한다. 이때 사용하는 수지는 성형 타입의 경우 성형시 성형기계에서 금형표면과의 미끄러짐성 및 열 봉합 강도 특성, 성형시 성형조건에 의한 열봉합층의 크랙, 백화, 핀홀 등을 방지하는 것이 유리할 수 있다. 이를 위하여 실란트층으로서 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌코폴리머 및 프로필렌코폴리머 등으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상에 에틸렌, 부타디엔, 에틸렌프로필렌 고무 등으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상을 첨가하여 제막시킨 플라스틱 필름을 사용하거나, 변성 폴리프로필렌 필름을 사용한다.
본 발명의 구현예에 있어서, 상기 기재필름층(10) 또는 인쇄층(20) 중 최외층 상에는 무광택(매트) 처리, 홀로그램 처리 또는 광택(gloss) 처리를 위한 코팅층이 더 형성될 수 있다. 상기 셀 포장재가 무광택 코팅층을 더 구비하는 경우, 빛의 산란을 방지하여 레이저에 의한 조사 시 마킹 효율성을 극대화하고, 광산란으로 인한 셀 포장재 표면의 손상을 최소화할 뿐만 아니라 취급이 용이하다. 상기 무광택 코팅층을 형성하는 방법의 일예로, 상기 기재필름층(10)에 불투명 안료와 우레탄 아크릴계 수질의 혼합 수지를 그라비아 인쇄법을 이용하여 코팅함으로써 형성할 수 있다.
본 발명의 구현예에 따른 셀 포장재에 있어서, 상기 기재필름층(10) 또는 인쇄층(20) 중 최외층 상에 하드코팅층이 더 구비될 수 있다. 상기 하드코팅층은 상기 기재필름층(10) 또는 인쇄층(20)이 외부 스트레스에 의하여 긁히거나 용제에 기인하여 팽윤되는 것을 방지할 수 있다. 상기 하드코팅층은 UV 경화형 하드코팅제를 상기 인쇄층상에 도포한 후 UV 경화를 실시하여 형성할 수 있다. 특히, 본 발명의 구현에 있어서, 상기 UV 경화형 하드코팅제로 저관능기의 고분자량 수지를 함유한 하드코팅제를 사용함으로써, 셀 포장재의 유연성을 향상시킴과 동시에, 내용제성, 내스크래치성 및 경도를 증가시킬 수 있다. 상기 저관능기의 고분자량 수지로 2~3의 관능기를 갖고 분자량이 10,000~30,000인 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 하드코팅제는, 그라비아, 마이크로 그라비아, 리버스 그라비아, 콤마 등 다양한 인쇄방법으로 도포할 수 있으며, 하드코팅제의 도포량은 건조 상태에서 4~12㎛인 것이 바람직하다. 상기 도포량이 4㎛ 미만인 경우 하드코팅층의 표면경도가 저하되고, UV 경화성이 좋지 않으며, 도포량이 12㎛ 초과인 경우 상기 인쇄층 상에 레이저 조사시 버(Burr) 현상이 심해지기 때문에 마킹성이 양호하지 않다. 상기 하드코팅층은 약 5H 이상의 표면경도를 갖는 것일 수 있다.
이하, 실시예 및 실험예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 하기 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 하기 비교예들은 하기 실시예와 대비하기 위한 목적으로 구성된 것일 뿐이다.
[실험예 1: 카본 블랙의 입경에 따른 셀 포장재의 특성 평가]
실시예 1
인쇄층/ 기재필름층/ 접착제층/ 배리어층(알루미늄 박)/ 용융압출수지층/ 실란트층으로 셀 포장재를 구성하였다.
상기 인쇄층은 폴리우레탄 수지 10 중량%와 입경이 3㎛인 카본 블랙 10 중량%로 포함하도록 구성되었다. 기재필름층은 나일론 수지로 구성하였으며, 상기 접착제층은 폴리에스테르계 수지로 구성하였다. 상기 용융압출수지층은 폴리프로필렌 수지로 구성하였다. 실란트층은 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔의 터폴리머로 구성하였다.
비교 실시예
인쇄층에서 입경이 각각 7㎛(비교 실시예 1), 11㎛(비교 실시예 2)인 카본 블랙을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 구성으로 셀 포장재를 형성하였다.
인쇄전이성
제조된 셀 포장재를 1m×1m의 크기로 절단하여 샘플을 준비한 후, 샘플의 인쇄층에서 미인쇄된 부분의 수를 육안으로 확인하였다. 미인쇄된 부분이 없는 경우 "○"로 표시하였고, 미인쇄된 부분이 2개 및 3개인 경우 각각 "△", "×"로 표시하였다.
판메임 현상:
1m×1m의 크기로 절단된 샘플의 인쇄층에서 실린더 자국 등의 얼룩이 발생하였는지를 확인하였다. 인쇄층의 면적에 대한 얼룩 발생 영역의 면적 비율이 10% 이하인 경우 "○"로 표시하였고, 11% 이상 20% 미만인 경우 "△"로, 20% 이상인 경우에는 "×"로 표시하였다.
마킹성
1m×1m의 크기로 절단된 샘플의 인쇄층을 레이저로 조사한 후, 인쇄층에서 얼룩이 발생한 영역의 면적을 측정하였다. 인쇄층의 면적에 대한 얼룩 발생 영역의 면적이 10% 이하인 경우 "○"로 표시하였고, 11%이상 20% 미만인 경우 "△"로, 20% 이상인 경우에는 "×"로 표시하였다.
표 1은 카본 블랙의 입경에 따른 인쇄전이성, 판메임 현상 및 마킹성의 측정 결과를 나타낸 것이다.
[표 1]
카본 블랙의 입경
(㎛)		 인쇄전이성 판메임 미킹성
실시예 1 3 ○ ○ ○
비교실시예 1 7 ○ △ △
비교실시예 2 11 × × ×
[실험예 2: 인쇄층의 바인더 수지의 함량에 따른 셀 포장재의 특성 평가]
비교 실시예
인쇄층/ 기재필름층/ 접착제층/ 배리어층(알루미늄 박)/ 용융압출수지층/ 실 란트층으로 셀 포장재를 구성하였다.
인쇄층에서 폴리우레탄 수지를 각각 3중량% (비교 실시예3), 20중량%(비교 실시예4)로 함유하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같다.
인쇄전이성
제조된 셀 포장재를 1m×1m의 크기로 절단하여 샘플을 준비한 후, 샘플의 인쇄층에서 미인쇄된 부분의 수를 육안으로 확인하였다. 미인쇄된 부분이 없는 경우 "○"로 표시하였고, 미인쇄된 부분이 2개 및 3개인 경우 각각 "△", "×"로 표시하였다.
작업성
인쇄작업 시작 후 작업 전까지, 인쇄층에 종방향 코팅 줄이 발생하지 경우 "○"로 표시하였고, 인쇄작업 시작 후 2시간까지 인쇄층에 종방향 코팅 줄이 한 개 발생한 경우 "△"로 표시하였고, 인쇄작업 시작 후 30분까지 인쇄층에 종방향 코팅 줄이 한 개 발생된 경우 "×"로 표시하였다.
표 2는 인쇄층에 함유되는 바인더 수지의 함량에 따른 인쇄전이성, 작업성의 측정 결과를 나타낸 것이다.
[표 2]
바인더 수지의 함량
(중량%)		 인쇄전이성 작업성
실시예 1 10 ○ ○
비교실시예 1 3 × ○
비교실시예 2 20 × ×
도 1은 본 발명의 하나의 구현예에 따른 셀 포장재의 적층 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 셀 포장재의 적층 구성을 나타내는 개략도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 기재필름층 20 : 인쇄층
30 : 접착제층 40 : 배리어층
50 : 실란트층

Claims (15)

  1. 셀 포장재로서,
    기재필름층; 및 상기 기재필름층의 하부 또는 상부에 구비되고, 바인더 수지 및 카본 블랙을 포함하는 인쇄층을 포함하고,
    상기 기재필름층 또는 인쇄층은 레이저의 조사에 의해 부분적으로 제거되어 하층이 노출되어 있으며,
    상기 카본 블랙의 입경은 1 내지 4㎛인 것을 특징으로 하는 셀 포장재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기재필름층 및 인쇄층은 서로 다른 색상을 갖는 것을 특징으로 하는 셀 포장재.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저는 CO2 레이저인 것을 특징으로 하는 셀 포장재.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 인쇄층은 바인더 수지로 에폭시계, 비닐계, 페놀계, 멜라민계, 폴리이미드계, 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리에테르우레탄계 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 포장재.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 바인더 수지는 5중량% 이상 20중량% 미만으로 함유되는 것을 특징으로 하는 셀 포장재.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 인쇄층은 안료, 슬립제, 향기나는 마이크로 캡슐 또는 시온 잉크 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 포장재.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 기재필름층은 두께가 5 내지 30㎛인 것을 특징으로 하는 셀 포장재.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 기재필름층은 안료, 난연제, 슬립제, 또는 도전성 잉크 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 포장재.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 기재필름층 또는 인쇄층 중 최외층은 무광택 처리, 홀로그램 처리 또는 광택 처리된 것을 특징으로 하는 셀 포장재.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 기재필름층 또는 인쇄층 중 최외층의 상부에 형성되고, 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 포함하여 이루어지는 하드코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 포장재.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 셀 포장재는
    상기 인쇄층 또는 기재필름층 하부에 형성되는 배리어층;
    상기 배리어층 하부에 형성되는 용융압출수지층; 및
    상기 용융압출수지층 하부에 형성되는 실란트층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 포장재.
  13. 셀 포장재의 제조방법으로서,
    기재필름층의 하부 또는 상부에 바인더 수지 및 카본 블랙을 포함하는 인쇄층을 구비하는 단계; 및
    상기 기재필름층 또는 인쇄층의 하층이 노출되도록, 상기 기재필름층 또는 인쇄층에 레이저를 조사하여 상기 기재필름층 또는 인쇄층을 부분적으로 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 카본 블랙의 입경은 1 내지 4㎛인 것을 특징으로 하는 셀 포장재의 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 레이저는 CO2 레이저인 것을 특징으로 하는 셀 포장재의 제조방법.
  15. 삭제
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