KR101325345B1 - 전지용 라미네이트 외장재 및 라미네이트 전지 - Google Patents

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고오지 미야노
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Abstract

본 발명에 관한 전지용 라미네이트 외장재는 베이스 필름(1)의 일면측에 금속박(2)이 부착되고, 베이스 필름(1)의 다른 면측에 전지 본체(10)의 표면 필름에 대해 열접착 가능한 연화점 160 ℃ 이하의 열접착성 수지로 이루어지는 도포막층(4)이 형성되어 이루어진다. 이 전지용 라미네이트 외장재에서는, 별도로 점착 테이프나 핫멜트 접착제를 사용하지 않고, 전지 본체에의 접착을 용이하고 확실하게 행할 수 있어, 단부 보강용 플라스틱 부품에 대해서도 견고하게 접착할 수 있다.
베이스 필름, 도포막층, 열경화 수지층, 연신 필름, 라미네이트 전지

Description

전지용 라미네이트 외장재 및 라미네이트 전지{LAMINATE PACKING MATERIAL FOR BATTERY AND LAMINATE BATTERY}
본 발명은 휴대 전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 모바일 전기 기기의 전원에 사용되는 전지의 본체를 둘러싸는 라미네이트 외장재와, 이 라미네이트 외장재를 이용한 라미네이트 전지에 관한 것이다.
또한, 이 명세서 및 특허청구범위에 있어서「알루미늄」이라는 말은 순알루미늄과 알루미늄 합금을 포함하는 것으로 한다.
최근, 모바일 전기 기기의 소형화, 경량화에 수반하여, 이들에 탑재되는 리튬 이온 전지나 리튬 폴리머 전지에 대해서도, 그 외장재로서 종래의 금속 캔 대신에, 두께 20 내지 100 ㎛ 정도의 알루미늄박의 양면에 플라스틱 필름을 부착시킨 라미네이트 외장재를 사용함으로써 경량화가 도모되어 있다.
그런데, 이 라미네이트 외장재는 프레스 성형에 의한 예비 성형이 가능하도록 어닐링으로 연화시킨 연질 알루미늄박을 사용하기 때문에, 재료 강도가 약해져 외부로부터의 충격에 의해 찢어지거나, 핀 홀이 발생되기 쉬운 결점이 있다. 이로 인해, 종래의 라미네이트 외장재를 사용한 라미네이트 전지에서는 외장의 강도를 보충할 목적으로 플라스틱의 사출 성형 용기에 장전되는 경우가 많지만(특허문헌 1 참조), 그 결과적으로 전지 단위의 중량이 증가하는 동시에 부품 개수도 많아지게 된다.
그래서 최근에는, 전지 본체에 어닐링되어 있지 않은 경질 알루미늄박, 혹은 그 한쪽면 또는 양면에 플라스틱 필름을 부착한 것을 권취하는 동시에, 양단부에 플라스틱 부품을 끼워 넣어 보강하는 방법이 등장하고 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 평11-185728호 공보
그러나, 경질 알루미늄박은 재료 강도가 너무 강해 굽힘 가공이나 예비 성형을 행하였을 때에 원래의 상태로 복귀되기 쉬우므로, 전지 본체에 권취한 후에 점착 테이프로 고정하거나, 전지 본체와 알루미늄박 사이에 양면 점착 테이프를 개재시켜 압착하거나, 핫멜트 접착제의 융액이나 필름을 개재시켜 열접착할 필요가 있었다. 따라서, 상기 방법에서는 전지 외장의 구성 요소가 많아지는 데다가, 점착 테이프나 핫멜트 접착제의 공급ㆍ접착 기구의 삽입에 의해 전지 제조 라인이 복잡화되는 동시에 설비 비용도 증대하는 문제가 있었다.
본 발명은, 상술한 사정에 비추어, 전지용 라미네이트 외장재로서 별도로 점착 테이프나 핫멜트 접착제를 사용하지 않고, 전지 본체에의 접착을 용이하고 또한 확실하게 행할 수 있고, 단부 보강용 플라스틱 부품을 이용하는 경우에도 당해 부품에 대해 견고하게 접착할 수 있는 것을 제공하고, 그로 인해 라미네이트 전지의 부품수를 적게 하는 동시에, 전지 제조 라인의 간소화를 가능하게 하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 이하의 수단을 제공한다.
[1] 베이스 필름의 일면측에 금속박이 부착되는 동시에, 상기 베이스 필름의 다른 면측에 전지 본체의 표면 필름에 대해 열접착 가능한 연화점 160 ℃ 이하의 열접착성 수지로 이루어지는 도포막층이 형성되어 이루어지는 전지용 라미네이트 외장재.
[2] 상기 도포막층의 열접착성 수지가 에틸렌-아세트산비닐 공중합체인 전항 1에 기재된 전지용 라미네이트 외장재.
[3] 상기 도포막층의 두께가 0.5 내지 10 ㎛인 전항 1 또는 2에 기재된 전지용 라미네이트 외장재.
[4] 상기 베이스 필름이 라미네이트 전지의 단부 보강용 플라스틱 부품에 대해 열접착 가능한 열가소성 수지로 이루어지는 전항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 전지용 라미네이트 외장재.
[5] 상기 금속박의 베이스 필름 부착측과는 반대측 표면에 두께 8 내지 40 ㎛의 연신 필름이 부착되어 이루어지는 전항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 전지용 라미네이트 외장재.
[6] 상기 금속박의 베이스 필름 부착측과는 반대측 표면에 두께 0.5 내지 5 ㎛의 열경화 수지층이 형성되어 이루어지는 전항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 전지용 라미네이트 외장재.
[7] 상기 금속박이 경질 알루미늄박인 전항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 전지용 라미네이트 외장재.
[8] 전지 본체에 전항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 전지용 라미네이트 외장재가 상기 도포막층측에 접하여 권취되어 열접착되는 동시에, 전지 본체의 양측에 비어져 나온 상기 라미네이트 외장재의 잉여 부분으로 구성되는 각 통형부에 단부 보강용 플라스틱 부품이 적어도 일부를 삽입 끼움하여 상기 라미네이트 외장재의 베이스 필름에 열접착되어 이루어지는 라미네이트 전지.
[9] 베이스 필름의 일면측에 금속박이 부착되는 동시에,
상기 베이스 필름의 다른 면측에, 상기 베이스 필름의 폭 방향의 양단부 모서리부에 베이스 필름이 노출된 노출 모서리부를 남긴 형태로, 전지 본체의 표면 필름에 대해 열접착 가능한 연화점 160 ℃ 이하의 열접착성 수지로 이루어지는 도포막층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지용 라미네이트 외장재.
[10] 상기 도포막층의 열접착성 수지가 에틸렌-아세트산비닐 공중합체인 전항 9에 기재된 전지용 라미네이트 외장재.
[11] 상기 베이스 필름이 라미네이트 전지의 단부 보강용 플라스틱 부품에 대해 열접착 가능한 열가소성 수지로 이루어지는 전항 9 또는 10에 기재된 전지용 라미네이트 외장재.
[12] 상기 금속박의 베이스 필름 부착측과는 반대측 표면에 두께 8 내지 40 ㎛의 연신 필름이 부착되어 이루어지는 전항 9 내지 11 중 어느 한 항에 기재된 전지용 라미네이트 외장재.
[13] 상기 금속박의 베이스 필름 부착측과는 반대측 표면에 두께 0.5 내지 5 ㎛의 열경화 수지층이 형성되어 이루어지는 전항 9 내지 11 중 어느 한 항에 기재된 전지용 라미네이트 외장재.
[14] 상기 금속박이 경질 알루미늄박인 전항 9 내지 13 중 어느 한 항에 기재된 전지용 라미네이트 외장재.
[15] 전지 본체에 전항 9 내지 14 중 어느 한 항에 기재된 전지용 라미네이트 외장재가 상기 도포막층측에서 접하여 권취되어 열접착되는 동시에, 전지 본체의 양측으로 비어져 나온 상기 라미네이트 외장재의 잉여 부분으로 구성되는 각 통형부에 단부 보강용 플라스틱 부품의 적어도 일부가 끼움 삽입되어 상기 단부 보강용 플라스틱 부품이 상기 통형부 내면의 베이스 필름 노출 모서리부에 열접착되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 라미네이트 전지.
또한, 경질 알루미늄박이라 함은 가공(압연)을 실시하여 가공 경화시킨 상태의 알루미늄박을 의미하고, 예를 들어 가공 경화된 박, 가공 경화 후에 적절한 열처리를 실시한 박 등을 들 수 있어, 일반적으로 JIS 규격(JIS H0001)으로 이용되고 있는 질별 기호 HX1, HX2, HX3, HX4, HX5, HX6, HX7, HX8, HX9의 것(단, X : 1 내지 3)을 들 수 있다. 이에 대해, 연질 알루미늄박은 상기한 경질 알루미늄박 이외의 알루미늄박을 의미하고, 예를 들어 완전 어닐링에 의해 연화시킨 상태의 박 등을 들 수 있고, 일반적 JIS 규격(JIS H0001)으로 O재라 불리고 있는 것을 들 수 있다.
[1]의 발명에 관한 전지용 라미네이트 외장재는 그 자체가 전지 본체의 표면 필름에 대해 열접착 가능한 도포막층을 구비하므로, 전지 본체에의 장착시에 별도로 점착 테이프나 핫멜트 접착제를 사용하지 않고, 상기 전지 본체에 대해 직접적으로 용이하게 열접착할 수 있어, 그만큼 라미네이트 전지의 부품수를 적게 할 수 있는 동시에, 전지 제조 라인의 간소화를 가능하게 한다. 그래서, 그 도포막층은 연화점 160 ℃ 이하의 열접착성 수지로 이루어지므로, 라미네이트 외장재를 상기 도포막층측에서 접하도록 전지 본체에 권취한 상태에서, 160 ℃ 이하의 저온 가열에 의해 접착 고정할 수 있고, 그로 인해 전지 본체 내의 세퍼레이터의 융해나 전해액의 분해 등의 열 열화를 회피할 수 있어 높은 전지 성능을 유지할 수 있다.
[2]의 발명에 따르면, 상기 도포막층의 열접착성 수지가 에틸렌-아세트산비닐 공중합체이기 때문에, 전지 본체의 표면 필름에 대해 우수한 열접착성을 발휘하는 동시에, 고온화로 점도가 저하되어 높은 열유동성을 나타내므로, 단부 보강용 플라스틱 부품을 사용할 때, 상기 플라스틱 부품과 라미네이트 외장재를 고온으로 열압착함으로써, 그 압착 부위로부터 용융된 도포막층의 열접착성 수지가 배제되어 베이스 필름과 상기 플라스틱 부품이 강접착한다.
[3]의 발명에 따르면, 전지용 라미네이트 외장재의 상기 도포막층이 특정한 두께를 갖기 때문에, 전지 본체와의 열접착을 저온 단시간에 행할 수 있는 한편, 단부 보강용 플라스틱 부품과의 열압착에서는 압착 부위로부터 흘러서 제거하기 쉬워진다.
[4]의 발명에 따르면, 전지용 라미네이트 외장재의 베이스 필름이 라미네이트 전지의 단부 보강용 플라스틱 부품에 대해 열접착 가능하기 때문에, 전지 본체로부터 벗어난 부위에서의 고온 압착에 의해 상기 베이스 필름과 플라스틱 부품을 강접착할 수 있다.
[5]의 발명에 따르면, 전지용 라미네이트 외장재의 금속박의 외면측 표면에 부착된 특정 두께의 연신 필름이 보호층으로서 기능하므로, 라미네이트 전지의 외장에 내마모성, 내충격성, 내약품성이 부여된다.
[6]의 발명에 따르면, 전지용 라미네이트 외장재의 금속박의 외면측 표면에 형성된 특정 두께의 열경화 수지층이 보호층으로서 기능하므로, 라미네이트 전지의 외장의 내마모성, 내충격성, 내약품성이 향상된다.
[7]의 발명에 따르면, 금속박으로서 경질 알루미늄박을 이용하고 있으므로, 보다 경량화할 수 있다.
[8]의 발명에 관한 라미네이트 전지는 상기한 전지용 라미네이트 외장재가 전지 본체에 대해 확실하게 접착 고정되는 동시에, 전지 양단부에 있어서 단부 보강용 플라스틱 부품이 상기 라미네이트 외장재의 베이스 필름에 견고하게 접착된 것이 된다.
[9]의 발명에 관한 전지용 라미네이트 외장재는 그 자체가 전지 본체의 표면 필름에 대해 열접착 가능한 도포막층을 구비하므로, 전지 본체에의 장착시에 별도로 점착 테이프나 핫멜트 접착제를 사용하지 않고 상기 전지 본체에 대해 직접적으로 용이하게 열접착할 수 있어, 그만큼 라미네이트 전지의 부품수를 적게 할 수 있는 동시에, 전지 제조 라인의 간소화를 가능하게 한다. 그래서, 그 도포막층은 연화점 160 ℃ 이하의 열접착성 수지로 이루어지므로, 라미네이트 외장재를 상기 도포막층측에서 접하도록 전지 본체에 권취한 상태에서 160 ℃ 이하의 저온 가열에 의해 접착 고정할 수 있고, 그로 인해 전지 본체 내의 세퍼레이터의 융해나 전해액의 분해 등의 열 열화를 회피할 수 있어, 높은 전지 성능을 유지할 수 있다. 또한, 단부 보강용 플라스틱 부품을 사용할 때는, 외장재의 베이스 필름의 노출 모서리부와 상기 플라스틱 부품을 열압착함으로써, 외장재와 플라스틱 부품을 강접착할 수 있다.
[10]의 발명에 따르면, 상기 도포막층의 열접착성 수지가 에틸렌-아세트산비닐 공중합체이므로, 전지 본체의 표면 필름에 대해 저온 압착에서도 우수한 열접착성을 발휘한다.
[11]의 발명에 따르면, 전지용 라미네이트 외장재의 베이스 필름이 라미네이트 전지의 단부 보강용 플라스틱 부품에 대해 열접착 가능하여, 외장재의 베이스 필름의 노출 모서리부와 플라스틱 부품을 강접착할 수 있다.
[12]의 발명에 따르면, 전지용 라미네이트 외장재의 금속박의 외면측 표면에 부착된 특정 두께의 연신 필름이 보호층으로서 기능하므로, 라미네이트 전지의 외장에 내마모성, 내충격성, 내약품성이 부여된다.
[13]의 발명에 따르면, 전지용 라미네이트 외장재의 금속박의 외면측 표면에 형성된 특정 두께의 열경화 수지층이 보호층으로서 기능하므로, 라미네이트 전지의 외장의 내마모성, 내충격성, 내약품성이 향상된다.
[14]의 발명에 따르면, 금속박으로서 경질 알루미늄박을 이용하고 있으므로, 보다 경량화할 수 있다.
[15]의 발명에 관한 라미네이트 전지는 상기한 전지용 라미네이트 외장재가 전지 본체에 대해 확실하게 접착 고정되는 동시에, 전지의 양단부에 있어서 단부 보강용 플라스틱 부품이 라미네이트 외장재의 베이스 필름에 견고하게 접착된 것이 된다.
도1은 제1 발명을 적용하는 라미네이트 전지의 외장 형성을 공정순으로 나타내는 도면으로, 도1의 (A)는 전지 본체에 대한 라미네이트 외장재의 권취 전의 개략 사시도, 도1의 (B)는 전지 본체에 대한 라미네이트 외장재의 권취 후의 개략 사시도, 도1의 (C)는 단부 보강용 플라스틱 부품을 장착한 외장 완료 후의 개략 사시도이다.
도2는 제1 발명의 일 실시 형태에 관한 전지용 라미네이트 외장재의 종단면도이다.
도3은 다른 실시 형태에 관한 전지용 라미네이트 외장재의 종단면도이다.
도4는 또 다른 실시 형태에 관한 전지용 라미네이트 외장재의 종단면도이다.
도5는 제2 발명을 적용하는 라미네이트 전지의 외장 형성을 공정순으로 나타내는 도면으로, 도5의 (A)는 전지 본체에 대한 라미네이트 외장재의 권취 전의 개략 사시도, 도5의 (B)는 전지 본체에 대한 라미네이트 외장재의 권취 후의 개략 사시도, 도5의 (C)는 단부 보강용 플라스틱 부품을 장착한 외장 완료 후의 개략 사시도이다.
도6은 제2 발명의 일 실시 형태에 관한 전지용 라미네이트 외장재의 단면도(도5에 있어서의 X-X선의 단면도)이다.
도7은 다른 실시 형태에 관한 전지용 라미네이트 외장재의 단면도이다.
도8은 또 다른 실시 형태에 관한 전지용 라미네이트 외장재의 단면도이다.
도9는 또 다른 실시 형태에 관한 전지용 라미네이트 외장재의 단면도이다.
도10은 제조 도중의 절단 공정 전의 라미네이트 외장재를 도시하는 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 베이스 필름
1a : 노출 모서리부
2 : 금속박
3 : 접착제층
4 : 열접착성 수지의 도포막층
5 : 연신 필름
6 : 접착제층
7 : 열경화 수지층
10 : 전지 본체
11 : 라미네이트 외장재
11a : 통형부
12 : 단부 보강용 플라스틱 부품
이하, 제1 발명의 전지용 라미네이트 외장재에 대해 설명한다.
도1의 (A) 내지 도1의 (C)는 제1 발명을 적용하는 라미네이트 전지의 외장 형성을 공정순으로 나타내고 있다. 이 라미네이트 전지는 도1의 (A)와 같이 직육면체 형상의 전지 본체(10)를 그것보다도 폭이 넓은 라미네이트 외장재(11) 상에 적재하여, 도1의 (B)와 같이 상기 라미네이트 외장재(11)로 전지 본체(10)를 둘러싸 열접착한 후에, 라미네이트 외장재(11)의 양측 잉여부로 구성되는 양단부의 직사각형의 각 통형부(11a)에 도1의 (C)와 같이 직육면체 형상의 단부 보강용 플라스틱 부품(12)의 일부를 끼움 삽입하고, 상기 플라스틱 부품(12)과 라미네이트 외장재(11)를 열접착에 의해 접착 고정한 것이다. 도면 중 10a는 전지의 단자를 나타낸다.
또한, 전지 본체(10)는 리튬 이온 전지나 리튬 폴리머 전지이며, 그 표면이 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 필름, 폴리아미드(ON) 필름, 폴리프로필렌(OPP) 필름 등의 연신 필름으로 구성되어 있다.
그리고, 라미네이트 외장재(11)는 도2에 도시한 바와 같이 베이스 필름(1)의 일면측에 금속박(2)이 접착제층(3)을 통해 부착되는 동시에, 상기 베이스 필름(1)의 다른 면측에 열접착성 수지의 도포막층(4)이 형성된 것을 기본 구성으로 하고 있다.
여기서, 베이스 필름(1)으로서는, 폴리프로필렌(OPP) 필름, 폴리에틸렌(PE) 필름, 폴리카보네이트(PC) 필름, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS) 필름, 12나일론과 같은 접착성 폴리아미드(ON) 필름 등의 열가소성 수지 필름이 사용되지만, 단부 보강용 플라스틱 부품(12)에 대해 작은 접착 면적으로도 견고하게 열접착할 수 있도록 당해 플라스틱 부품(12)과 동일 계열의 열가소성 수지로 이루 어지는 필름이 바람직하며, 특히 가공성 및 절연성이 우수한 올레핀계 수지의 필름이 적합하다.
그리고, 이 베이스 필름(1)의 두께는 전지 본체(10)의 요철이 있는 표면에 대해서도 압력 완충 작용으로 확실하게 접착할 수 있도록 20 내지 100 ㎛ 정도로 하는 것이 좋고, 지나치게 얇으면 압력 완충 작용이 불충분하기 때문에 요철이 있는 전지 표면에는 접착이 불완전해지고, 지나치게 두꺼워도 필름이 경화되어 접착이 불완전해진다.
금속박(2)으로서는, 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 스테인레스박, 철박, 구리박, 니켈박, 경질 알루미늄박 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 경질 알루미늄박이 적합하다.
금속박(2)으로서는, 두께가 40 내지 200 ㎛ 정도인 것이 적합하고, 지나치게 얇으면 재료 강도가 열화되는 한편, 지나치게 두꺼우면 가공이 현저히 곤란해진다. 또한, 접착제층(3)의 접착 성분으로서는 폴리에스테르-우레탄계나 폴리에테르-우레탄계의 것이 바람직하게 사용된다.
도포막층(4)의 열접착성 수지로서는 전지 본체(10)의 표면 필름에 대해 열접착 가능한 연화점 160 ℃ 이하의 것이면 되지만, 특히 연신 필름에 대한 접착성이 우수한 에틸렌-아세트산비닐 공중합체(이하, EVA라 약칭함)가 적합하다. 그리고, 이 열접착성 수지의 연화점이 160 ℃보다 높아지면, 전지 본체(10)에 대한 열접착의 온도가 높아지므로, 전지 본체(10) 내의 세퍼레이터의 융해나 전해액의 분해 등의 열 열화를 발생시킬 우려가 있다.
이 도포막층(4)에 이용하는 EVA로서는, 아세트산비닐 함량이 30 내지 95 질량%, MI(멜트인덱스)가 3 이상인 것이 바람직하다. 이는 아세트산비닐 함량이 30 질량% 미만에서는 알코올 등의 용매에 녹기 어려워 베이스 필름(1)에의 도포가 곤란해지고, MI가 3 미만에서는 열 유동성이 부족하므로 단부 보강용 플라스틱 부품(12)과의 열접착시에 접착 부위로부터 배제되기 어렵고, 상기 플라스틱 부품(12)과 베이스 필름(1)의 강접착을 방해하는 것에 따른다. 또한, 도포 시공성을 향상시키기 위해, EVA를 일부 비누화(sponification) 변성하고, 아세트옥시기, 카르복실기, 수산기 등을 포함하는 그래프트 폴리머(graft polymer)로서, 알코올 등의 용매에 대한 용해성을 높여도 된다. 또한, 연신 필름과의 접착성을 보다 향상시키기 위해, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체에 소량의 에틸렌-아크릴레이트 공중합체(EEA)를 첨가할 수도 있다.
또한, 이 도포막층(4)에는 베이스 필름(1)과의 밀착성과 핫태크(hot tack)성을 향상시키는 점착 부여 성분, 및 라미네이트 외장재(11)의 권취 상태에서의 블로킹을 방지하기 위한 블로킹 방지제를 각각 수지에 대해 1 내지 20 질량% 정도의 범위로 함유시키는 것이 추천된다.
상기한 점착 부여 성분으로서는, 테르펜 페놀 수지, 로진 및 로진에스테르, 석유 수지 등을 들 수 있고, 이들은 2종 이상을 병용해도 좋지만, 특히 연화점 60 내지 160 ℃에서 평균 분자량 3000 이하의 것이 바람직하다. 이것은 연화점이 60 ℃ 미만에서는 블로킹을 발생시키기 쉽고, 160 ℃보다 높아지면 저온하에서의 열접착성이 발현되지 않고, 또한 평균 분자량이 3000보다 커지면 용해성 및 에틸렌-아 세트산비닐 공중합체와의 상호 용융성의 악화를 초래하는 것에 따른다.
상기한 블로킹 방지재로서는, SiO2, CaCO3, BaCO3, TiO2, 탈크(Talc) 등의 무기질 입자를 들 수 있고, 이들은 2종 이상을 병용해도 좋지만, 특히 평균 입자 직경이 1 내지 10 ㎛로 비중 3 이하의 것이 추천된다. 즉, 평균 입자 직경이 1 ㎛ 미만이 되면 블로킹 방지재의 입자끼리가 응집 밀착하여 수지 중에 분산하기 어려워지고, 반대로 10 ㎛를 초과하는 입자가 되면 도포막층(4)을 형성하기 위한 그라비아 코트시에 그라비아판의 막힘이 발생한다. 또한, 비중이 3을 초과하면, 도포 후의 건조로 열이 가해졌을 때에 수지 중에서 침강하기 쉬워, 블로킹 방지 효과를 발현하지 않을 우려가 있다.
베이스 필름(1) 상에 도포막층(4)을 형성하기 위해서는, 상기한 에틸렌-아세트산비닐 공중합체와 같은 수지 성분이 필요하면 점착 부여 성분 및 블로킹 방지재를 알코올 중에 첨가 혼합하여 유화(乳化)하고, 이를 그라비아 코트 방식으로 베이스 필름(1) 상에 도포, 건조하면 된다. 이 도포막층(4)의 두께는 0.5 내지 10 ㎛로 얇게 설정하는 것이 좋으며, 0.5 ㎛ 미만으로 하는 것은 기술적으로 어렵고, 10 ㎛를 초과하면 단부 보강용 플라스틱 부품(12)과의 열접착시에 열유동에 의해 배제하기 어려워져, 베이스 필름(1)과 상기 플라스틱 부품(12)의 강접착이 곤란해진다.
이와 같은 구성의 라미네이트 외장재(11)를 이용하여 전지 본체(10)의 외장을 행하기 위해서는, 우선 상기 라미네이트 외장재(11)를 도포막층(4)측이 상향이 되도록 배치하고, 이 위에 도1의 (A)와 같이 전지 본체(10)를 적재하고, 도1의 (B) 와 같이 상기 라미네이트 외장재(11)를 전지 본체(10)에 권취하고, 그 외측으로부터 160 ℃ 이하의 열판을 접촉하여 열접착한다. 이에 의해, 용융한 도포막층(4)의 열접착성 수지를 통해 전지 본체(10)와 라미네이트 외장재(11)가 열접착되어 일체화되지만, 이 열접착의 온도가 낮기 때문에, 전지 본체(10) 내의 세퍼레이터의 융해나 전해액의 분해 등의 열 열화가 회피되고, 그로 인해 높은 전지 성능을 유지할 수 있다.
그리고, 이 열압착에 의해 폭이 넓은 라미네이트 외장재(11)의 양측 잉여부에 의해 전지 본체(10)의 양단부에 각각 통형부(11a)가 구성되므로, 다음에 각 통형부(11a)에 도1의 (C)와 같이 단부 보강용 플라스틱 부품(12)의 일부를 끼움 삽입하여, 그 외측으로부터 180 내지 220 ℃의 열판을 압접하여 라미네이트 외장재(11)와 상기 플라스틱 부품(12)을 열압착한다.
이때, 라미네이트 외장재(11)의 양측 통형부(11a, 11a)에 있어서의 도포막층(4)의 열접착성 수지는 열압착의 온도가 높기 때문에, 낮은 점성으로 유동성이 높은 융액이 되어, 열판의 압력으로 압착 부위로부터 배제된다. 따라서, 동일 계면의 수지 재료로 이루어지는 라미네이트 외장재(11)의 베이스 필름(1)과 상기 플라스틱 부품(12)이 직접적으로 강접착하여 일체화하게 되지만, 이 고온에서의 열압착은 전지 본체(10)로부터 벗어난 위치에서 이루어지므로, 상기 전지 본체(10)에 열 열화를 발생시킬 우려는 없다.
상술한 실시 형태의 라미네이트 외장재(11)에서는 라미네이트 전지의 외주면에 금속박(2)이 드러나게 되지만, 본 발명의 라미네이트 외장재에 있어서는 금속 박(2)의 표면에 내마모성, 내충격성, 내약품성 등을 부여하기 위해 미리 보호층을 마련해 두어도 좋다. 이와 같은 보호층을 마련하기 위해서는, 예를 들어 도3에 도시한 바와 같이 금속박(2)의 베이스 필름(1) 접착측과는 반대측 표면에 접착제층(6)을 통해 연신 필름(5)을 부착하거나, 도4에 도시한 바와 같이 상기 표면에 열경화 수지층(7)을 도포 형성하면 된다.
그리고, 연신 필름(5)으로서는 PET, PEN, ON, OPP 등으로 이루어지는 저렴하고 범용성이 있는 일반적인 수지 필름을 사용하면 된다. 그 두께는 8 내지 40 ㎛의 범위가 바람직하고, 8 ㎛ 미만에서는 범용성이 없고, 40 ㎛ 보다도 두꺼워지면 비싸고 가공성도 나빠진다. 또한, 더욱 내마모성을 향상시키기 위해, 연신 필름(5)의 표면에 실리카나 알루미나를 진공 증착한 것, 상기 표면에 실록산계 수지를 코팅한 것, 상기 연신 필름(5)의 표면을 조화(粗化) 처리한 것 등도 사용 가능하다. 또한, 접착제층(6)으로서는 베이스 필름(1)과 금속박(2)을 접착하는 접착제층(3)과 같은 것을 사용할 수 있다.
한편, 열경화 수지층(7)으로서는 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 질화면계 수지 등의 열경화로 견고한 피막을 형성할 수 있는 수지 성분을 이용하면 된다. 그리고, 더욱 내마모성을 향상시키기 위해, 이들 수지 중에 5 질량% 이하의 실록산계 수지를 첨가해도 좋다. 또한, 열경화 수지층(7)의 두께는 0.5 내지 5 ㎛의 범위가 좋으며, 지나치게 얇으면 보호층으로서의 효과를 기대할 수 없고, 반대로 지나치게 두꺼워도 오히려 수지층이 무르게 되는데다가 가공 단가도 증대하게 된다.
다음에, 제2 발명의 전지용 라미네이트 외장재에 대해 설명한다.
도5의 (A) 내지 도5의 (C)는 제2 발명을 적용하는 라미네이트 전지의 외장 형성을 공정순으로 나타내고 있다. 이 라미네이트 전지는 도5의 (A)와 같이 직육면체 형상의 전지 본체(10)를 그것보다도 폭 넓은 직사각 형상의 라미네이트 외장재(11)의 열접착성 수지 도포막층(4) 상에 적재하고, 도5의 (B)와 같이 상기 라미네이트 외장재(11)로 전지 본체(10)를 둘러싸고 전지 본체(10)의 표면 필름에 라미네이트 외장재(11)의 도포막층(4)을 열접착하는 동시에, 라미네이트 외장재(11)의 양측 잉여부로 구성되는 양단부의 직사각형의 각 통형부(11a) 내에 도5의 (C)와 같이 직육면체 형상의 단부 보강용 플라스틱 부품(12)의 일부를 끼움 삽입하고, 상기 플라스틱 부품(12)과, 통형부(11a)의 내면의 베이스 필름의 노출 모서리부(1a)[베이스 필름(1)이 노출된 모서리부, 즉 열접착성 수지가 도포되지 않은 모서리부]를 열접착에 의해 접착 고정한 것이다. 도면 중 10a는 전지의 단자를 나타낸다.
또한, 전지 본체(10)는 리튬 이온 전지나 리튬 폴리머 전지이며, 그 표면이 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 필름, 폴리아미드(ON) 필름, 폴리프로필렌(OPP) 필름 등의 연신 필름으로 구성되어 있다.
그리고, 라미네이트 외장재(11)는, 도6에 도시한 바와 같이 베이스 필름(1)의 일면측에 금속박(2)이 접착제층(3)을 통해 부착되는 동시에, 상기 베이스 필름(1)의 다른 면측에 상기 베이스 필름(1)의 폭 방향의 양단부 모서리부에 베이스 필름이 노출된 노출 모서리부(1a, 1a)를 남긴 형태에서, 열접착성 수지의 도포막층(4)이 형성된 것을 기본 구성으로 하고 있다.
여기서, 베이스 필름(1)으로서는, 폴리프로필렌(CPP) 필름, 폴리에틸렌(PE) 필름, 폴리카보네이트(PC) 필름, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS) 필름, 12나일론과 같은 접착성 폴리아미드(ON) 필름 등의 열가소성 수지 필름이 사용되지만, 단부 보강용 플라스틱 부품(12)에 대해 작은 접착 면적에서도 견고하게 열접착할 수 있도록 이 단부 보강용 플라스틱 부품(12)과 동일 계열의 열가소성 수지로 이루어지는 필름이 바람직하고, 특히 가공성 및 절연성이 우수한 올레핀계 수지 필름이 적합하다.
그리고, 이 베이스 필름(1)의 두께는 전지 본체(10)의 요철이 있는 표면에 대해서도 압력 완충 작용으로 확실하게 접착할 수 있도록 20 내지 100 ㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다. 지나치게 얇으면 압력 완충 작용이 불충분하기 때문에 요철이 있는 전지 표면에는 접착이 불완전해지고, 지나치게 두꺼워도 필름이 경화되어 접착이 불완전해지므로 바람직하지 않다.
금속박(2)으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 스테인레스박, 철박, 구리박, 니켈박, 경질 알루미늄박 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 경질 알루미늄박이 적합하다.
금속박(2)으로서는 두께가 40 내지 200 ㎛ 정도인 것이 적합하고, 지나치게 얇으면 재료 강도가 떨어지는 한편, 지나치게 두꺼우면 가공이 현저히 곤란해진다. 또한, 접착제층(3)의 접착 성분으로서는 폴리에스테르-우레탄계나 폴리에테르-우레탄계의 것이 바람직하게 사용된다.
도포막층(4)의 열접착성 수지로서는 전지 본체(10)의 표면 필름에 대해 열접착 가능한 연화점 160 ℃ 이하의 것이면 되지만, 특히 연신 필름에 대한 접착성이 우수한 에틸렌-아세트산비닐 공중합체(이하, EVA라 약칭함)가 적합하다. 그리고, 이 열접착성 수지의 연화점이 160 ℃보다 높아지면, 전지 본체(10)에 대한 열접착의 온도가 높아지므로, 전지 본체(10) 내의 세퍼레이터의 융해나 전해액의 분해 등의 열 열화를 발생시킬 우려가 있다.
이 도포막층(4)에 이용하는 EVA로서는, 아세트산비닐 함량이 30 내지 95 질량%, MI(멜트인덱스)가 3 이상인 것이 바람직하다. 이는, 아세트산비닐 함량이 30 질량% 미만에서는 알코올 등의 용매에 녹기 어렵고, 베이스 필름(1)에의 도포가 곤란해지는 것에 따른다. 또, 도포 시공성을 향상시키기 위해, EVA를 일부 비누화 변성되고, 아세트옥시기, 카르복실기, 수산기 등을 포함하는 그래프트 폴리머로서, 알코올 등의 용매에 대한 용해성을 높여도 좋다. 또한, 연신 필름과의 접착성을 보다 향상시키기 위해, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체에 소량의 에틸렌-아크릴레이트 공중합체(EEA)를 첨가할 수도 있다.
또한, 이 도포막층(4)에는 베이스 필름(1)과의 밀착성과 핫태크성을 향상시키는 점착 부여 성분, 및 라미네이트 외장재(11)의 권취 상태에서의 블로킹을 방지하기 위한 블로킹 방지제를 각각 수지에 대해 1 내지 20 질량% 정도의 범위에서 함유시키는 것이 추천된다.
상기한 점착 부여 성분으로서는, 테르펜페놀 수지, 로진 및 로진에스테르, 석유 수지 등을 들 수 있고, 이들은 2종 이상을 병용해도 좋지만, 특히 연화점 60 내지 160 ℃에서 평균 분자량 3000 이하인 것이 바람직하다. 이는 연화점이 60 ℃ 미만에서는 블로킹을 발생시키기 쉽고, 160 ℃ 보다 높아지면 저온하에서의 열접착 성이 발현되지 않고, 또한 평균 분자량이 3000보다 커지면 용해성 및 에틸렌-아세트산비닐 공중합체와의 상용성의 악화를 초래하는 것에 따른다.
상기한 블로킹 방지재로서는, SiO2, CaCO3, BaCO3, TiO2, 탈크 등의 무기질 입자를 들 수 있고, 이들은 2종 이상을 병용해도 좋지만, 특히 평균 입자 직경이 1 내지 10 ㎛이고 비중 3 이하의 것이 추천된다. 즉, 평균 입자 직경이 1 ㎛ 미만이 되면 블로킹 방지재의 입자끼리가 응집 밀착하여 수지 중에서 분산되기 어려워지고, 반대로 10 ㎛를 초과하는 입자가 되면 도포막층(4)을 형성하기 위한 그라비아 코트시에 그라비아판의 막힘이 발생하므로, 바람직하지 않다. 또한, 비중이 3을 초과하면, 도포 후의 건조로 열이 가해졌을 때에 수지 중에서 침강하기 쉬워, 블로킹 방지 효과를 발현하지 않을 우려가 있으므로 바람직하지 않다.
베이스 필름(1) 상에 도포막층(4)을 형성하기 위해서는, 상기한 에틸렌-아세트산비닐 공중합체와 같은 수지 성분과 필요하면 점착 부여 성분 및 블로킹 방지재를 알코올 중에 첨가 혼합하여 유화하고, 이를 그라비아 코트 방식 등으로 베이스 필름(1) 상에 도포하여 건조하면 된다. 이때, 도포막층(4)을 형성하는 수지 성분에 유기계 안료, 무기계 안료, 색소 등의 착색제를 수지 성분 100 질량부에 대해 0.1 내지 5 질량부의 범위에서 첨가해도 좋다. 예를 들어 그라비아 코트 방식 등에서 도10에 도시하는 바와 같이 외장재 원단에 도포막층(4)을 도포 형성할 때에, 인접하는 노출 모서리부(1a, 1a) 사이에 세선(細線) 형상의 절단선 표시용 도포막부(20)도 동시에 형성하는 것으로 하면, 이 절단선 표시용 도포막부(20)가 착색되 어 있음으로써, 절단시에 절단 장치(폭 형성 장치)의 위치 결정용 센서가 상기 절단선 표시용 도포막부(20)를 인식함으로써 절단 위치를 실수없이 확실하게 위치 결정할 수 있다.
상기 유기계 안료로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 레이크 레드, 나프톨류, 한사 옐로우, 디스아조 옐로우, 벤즈이미다졸론 등의 아조계 안료, 키노프탈론, 이소인돌린, 피롤로피롤, 디옥사딘, 프탈로시아닌 블루, 프탈로시아닌 그린 등의 다환식계 안료, 레이크 레드 C, 왓청 레드(watchung red) 등의 레이크 안료 등을 들 수 있다. 또한, 상기 무기계 안료로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 카본 블랙, 산화티탄, 탄산칼슘, 카오린, 산화철, 산화아연 등을 들 수 있다. 또한, 상기 색소로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 트리나트륨염(황색 4호) 등의 황색 색소류, 디나트륨염(적색 3호) 등의 적색 색소류, 디나트륨염(청색 1호) 등의 청색 색소류 등을 들 수 있다.
상기 도포막층(4)의 두께는 0.5 내지 50 ㎛로 설정하는 것이 바람직하다. 0.5 ㎛ 미만으로 하는 것은 기술적으로 어렵고, 한편 50 ㎛를 초과하면 라미네이트 외장재(11)로서 사용할 때 예비 성형이 발생하기 쉬워지므로 바람직하지 않다.
이와 같은 구성의 라미네이트 외장재(11)를 이용하여 전지 본체(10)의 외장을 행하기 위해서는, 우선 상기 라미네이트 외장재(11)를 도포막층(4)측이 상향이 되도록 배치하고, 이 도포막층(4) 상에 도5의 (A)와 같이 전지 본체(10)를 적재하여, 도5의 (B)와 같이 상기 라미네이트 외장재(11)를 전지 본체(10)에 권취하고, 그 외측으로부터 160 ℃ 이하의 열판을 접촉하여 열접착한다. 이에 의해, 용융된 도포막층(4)의 열접착성 수지를 통해 전지 본체(10)의 표면 필름과 라미네이트 외장재(11)가 열접착되어 일체화되지만, 이 열접착의 온도가 낮기 때문에, 전지 본체(10) 내의 세퍼레이터의 융해나 전해액의 분해 등의 열 열화가 회피되고, 그로 인해 높은 전지 성능을 유지할 수 있다.
그리고, 이 열압착에 의해 라미네이트 외장재(11)의 폭 방향 양측의 잉여부에 의해 전지 본체(10)의 양단부에 각각 통형부(11a)가 구성되고, 상기 통형부(11a)의 내면에는 노출 모서리부(1a)[베이스 필름(1)이 노출된 모서리부, 즉 열접착성 수지가 도포되지 않은 모서리부]가 표출되어 있다. 계속해서, 각 통형부(11a) 내에 도5의 (C)와 같이 단부 보강용 플라스틱 부품(12)의 일부를 끼움 삽입하고, 그 외측으로부터 180 내지 220 ℃의 열판을 압접하여 상기 플라스틱 부품(12)과 라미네이트 외장재(11)의 베이스 필름의 노출 모서리부(1a)를 열압착한다. 이때, 라미네이트 외장재(11)의 베이스 필름(1)과 상기 플라스틱 부품(12)이 직접적으로 강접착하여 일체화되게 되지만, 이 고온에서의 열압착은 전지 본체(10)로부터 벗어난 위치에서 이루어지므로, 상기 전지 본체(10)에 열 열화를 발생시킬 우려는 없다.
상술한 실시 형태의 라미네이트 외장재(11)에서는 라미네이트 전지의 외주면에 금속박(2)이 노출되게 되지만, 제2 발명의 라미네이트 외장재에 있어서는 금속박(2)의 표면에 내마모성, 내충격성, 내약품성 등을 부여하기 위해 미리 보호층을 마련해 두어도 좋다. 이와 같은 보호층을 마련하기 위해서는, 예를 들어 도7에 도시한 바와 같이 금속박(2)의 베이스 필름(1) 부착측과는 반대측 표면에 접착제 층(6)을 통해 연신 필름(5)을 부착하거나, 도8에 도시한 바와 같이 상기 표면에 열경화 수지층(7)을 형성하면 된다.
그리고, 연신 필름(5)으로서는 PET, PEN, ON, OPP 등으로 이루어지는 저렴하고 범용성이 있는 일반적인 수지 필름을 사용하면 된다. 그 두께는 8 내지 40 ㎛의 범위가 바람직하다. 8 ㎛ 미만에서는 범용성이 없고, 40 ㎛ 보다도 두꺼워지면 비싸고 가공성도 나빠지므로 바람직하지 않다. 또한, 더욱 내마모성을 향상시키기 위해 연신 필름(5)의 표면에 실리카나 알루미나를 진공 증착한 것, 상기 표면에 실록산계 수지를 코팅한 것, 상기 연신 필름(5)의 표면을 조화 처리한 것 등도 사용 가능하다. 또한, 접착제층(6)으로서는 베이스 필름(1)과 금속박(2)을 접착하는 접착제층(3)과 같은 것을 사용할 수 있다.
한편, 열경화 수지층(7)으로서는 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 질화면계 수지 등의 열경화에서 견고한 피막을 형성할 수 있는 수지 성분을 이용하면 된다. 그리고, 또한 내마모성을 향상시키기 위해, 이들 수지 중에 5 질량% 이하의 실록산계 수지를 첨가해도 좋다. 또한, 열경화 수지층(7)의 두께는 0.5 내지 5 ㎛의 범위가 바람직하다. 지나치게 얇으면 보호층으로서의 효과를 기대할 수 없고, 반대로 지나치게 두꺼워도 오히려 수지층이 무르게 되는데다가 가공 단가도 증대하므로 바람직하지 않다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 열접착성 수지의 도포막층(4)은 베이스 필름(1)의 양단부 모서리부의 노출 모서리부(1a, 1a)를 제외한 잔량부의 전체면에 형성되어 있지만(도6 내지 도8 참조), 특별히 이와 같은 구성에 한정되는 것은 아니 며, 예를 들어 도9에 도시한 바와 같이 도포막층(4)이 베이스 필름(1)에 있어서의 노출 모서리부(1a, 1a)를 제외한 잔량부에 부분적으로 형성된 구성을 채용할 수도 있다.
이하, 제1 발명의 실시예를 비교예와 대비하여 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 있어서, 부 및 %로 되어 있는 것은 질량부 및 질량%를 의미한다.
<제1 실시예>
JIS A3004-H18재로 이루어지는 두께 100 ㎛의 경질 알루미늄박의 일면측에, 연신 필름으로서 두께 12 ㎛의 PET 필름을 폴리에스테르-우레탄계 접착제를 통해 접합하는 동시에, 상기 알루미늄박의 다른 면측에 베이스 필름으로서 같은 접착제를 통해 두께 40 ㎛의 CPP 필름(캐스팅폴리프로필렌)을 접합하여 라미네이트 필름을 제작하였다. 한편, 아세트산비닐 함량 40 %이고 MI가 15인 EVA 수지 30부, 비누화도(saponification degree) 20 %로 한 상기 EVA 30부, 연화점 90 ℃에서 평균 분자량 1500의 테르펜 수지 10부, 입경 2 내지 5 ㎛이고 비중 2.5 내지 2.7의 SiO2의 10부를 혼합한 수지 혼합물에, 이소프로필알코올과 순수를 용량비 1 : 1로 혼합한 용매를 가하여 수지 고형분이 40 %가 되는 도포액을 조정하였다. 그리고, 이 도포액을 상기 라미네이트 필름의 CPP 필름 상에 건조 후의 두께가 3 ㎛가 되도록 도포한 후, 200 ℃에서 20초간 가열 건조함으로써, 열접착성 수지의 도포막층을 형성하고, 전지용 라미네이트 외장재를 제작하였다.
<제2 실시예>
열접착성 수지의 도포막층의 두께를 1 ㎛로 설정한 것 이외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 전지용 라미네이트 외장재를 제작하였다.
<제3 실시예>
베이스 필름으로서 CPP 필름 대신에 두께 50 ㎛의 PC 필름을 이용한 것 이외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 전지용 라미네이트 외장재를 제작하였다.
<제4 실시예>
연신 필름의 PET 필름 대신에, 알루미늄박의 상기 일면측에 에폭시 수지로 이루어지는 열경화성 수지의 도포, 가열에 의해 두께 2 ㎛의 열경화 수지층을 형성한 것 이외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 전지용 라미네이트 외장재를 제작하였다.
<제5 실시예>
연신 필름의 PET 필름을 접합하지 않은 것 이외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 전지용 라미네이트 외장재를 제작하였다.
<제1 비교예>
베이스 필름의 CPP 필름을 사용하지 않고, 알루미늄박의 상기 일면측에 직접적으로 열접착성 수지의 도포막층을 형성한 것 이외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 전지용 라미네이트 외장재를 제작하였다.
<제2 비교예>
열접착성 수지의 도포막층의 두께를 15 ㎛로 설정한 것 이외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 전지용 라미네이트 외장재를 제작하였다.
[성능 평가 시험 1]
제1 실시예 내지 제5 실시예 및 제1 비교예, 제2 비교예의 전지용 라미네이트 외장재를 이용하여, 이미 서술한 도1의 (A) 내지 도1의 (C)에서 나타내는 방법에 준하여, 표면이 PET 필름으로 이루어지는 리튬 이온 전지의 전지 본체에 대한 열접착을 열판에 의해 160 ℃ × 0.2 ㎫ × 2초의 조건에서 행하는 동시에, PP제의 단부 보강용 플라스틱 부품에 대한 열압착을 열판에 의해 200 ℃ × 0.4 ㎫ × 3초의 조건에서 행하여 라미네이트 전지의 외장을 실시하였다. 그리고, 라미네이트 외장재의 전지 본체 및 단부 보강용 플라스틱 부품에 대한 접착 강도를 측정하였다. 그 결과를 표1에 나타낸다. 또한, 단부 보강용 플라스틱 부품은 표 중에서는 플라 부품으로 약기하였다.
[성능 평가 시험 2]
제1 실시예 내지 제5 실시예 및 제1 비교예, 제2 비교예의 전지용 라미네이트 외장재를 성능 평가 시험 1과 같은 전지 본체에 권취하여, 점착 테이프로 접착하여 고정한 후, 점착 테이프면이 위가 되도록 세로 500 ㎜, 가로 500 ㎜의 폴리프로필렌제 케이스에 넣고, JIS Z0232를 기초로 한 장치에서 진동 범위 5 내지 100 ㎐의 불규칙 진동을 6시간 부여한 후, 라미네이트 외장재의 외관과, 전해액 누설의 유무를 관찰하였다. 그 결과를 표1에 나타낸다. 또한, 라미네이트 외장재의 외관에 대해서는,「◎」…외관 변화 없음,「○」…외면에 약간의 흠집이 발생,「×」…흠집이 눈에 띄게 발생의 3단계로 평가하였다.
라미네이트
외장재		 평가 시험 1 : 접착 강도(N/15㎜) 평가 시험 2 : 진동 시험
대전지 본체 대플라 부품 외관 전해액 누설
제1 실시예 4.5 80.2 ◎ 없음
제2 실시예 4.0 82.5 ◎ 없음
제3 실시예 4.3 20.2 ◎ 없음
제4 실시예 4.3 85.6 ○ 없음
제5 실시예 4.2 80.4 × 없음
제1 비교예 4.5 2.1 ◎ 없음
제2 비교예 5.2 3.1 ◎ 없음
표1의 결과로부터 명백한 바와 같이, 제1 발명에 관한 전지용 라미네이트 외장재(제1 실시예 내지 제5 실시예)는 전지 본체의 수지 필름 표면에 대해 용이하고 또한 확실하게 열접착할 수 있는 데다가, 접착 면적이 작은데도 불구하고, 단부 보강용 플라스틱 부품에 대해서도 견고하게 열접착할 수 있다. 또한, 제1 실시예 내지 제4 실시예의 라미네이트 외장재는 외장 후의 라미네이트 전지의 진동 시험에서도 흠집을 발생시키기 어렵고, 강도도 우수하기 때문에, 최종 형태의 라미네이트 전지로서의 외관을 손상시키거나 전해액 누설을 발생시킬 우려가 없다.
다음에, 제2 발명의 실시예를 비교예와 대비하여 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 있어서, 부 및 %로 되어 있는 것은 질량부 및 질량%를 의미한다.
<제6 실시예>
JIS A3004-H18재로 이루어지는 두께 100 ㎛의 경질 알루미늄박의 일면측에, 연신 필름으로서 두께 12 ㎛의 PET 필름을 폴리에스테르-우레탄계 접착제를 개재하여 접합하는 동시에, 상기 알루미늄박의 다른 면측에 베이스 필름으로서 같은 접착제를 개재하여 두께 40 ㎛의 CPP 필름(캐스팅폴리프로필렌필름)을 접합하여 라미네이트 필름을 제작하였다. 한편, 아세트산비닐 함량 40 %이고 MI가 15인 EVA 수지 30부, 비누화도 20 %로 한 상기 EVA 30부, 연화점 90 ℃에서 평균 분자량 1500의 테르펜 수지 10부, 입경 2 내지 5 ㎛이고 비중 2.5 내지 2.7의 SiO2의 10부, 산화티탄 0.5부를 혼합한 수지 혼합물에 이소프로필알코올과 순수를 용량비 1 : 1로 혼합한 용매를 가하여 수지 고형분이 40 %가 되는 도포액을 조정하였다. 그리고, 이 도포액을 상기 라미네이트 필름의 CPP 필름 상에 건조 후의 두께가 3 ㎛가 되도록 일정 간격으로(도10 참조) 도포한 후, 200 ℃에서 20초 동안 가열 건조하여 열접착성 수지의 도포막층(4)을 형성하고, 계속해서 절단 장치에 의해 절단선 표시용 도포막부(20)의 위치에서 절단함으로써, 전지용 라미네이트 외장재(11)를 제작하였다. 이 전지용 라미네이트 외장재(11)에서는 베이스 필름(1)의 폭 방향의 양단부 모서리부에 베이스 필름이 노출된 노출 모서리부(1a, 1a)를 남긴 형태에서, 도포막층(4)이 형성되어 있다(도7 참조).
<제7 실시예>
열접착성 수지의 도포막층의 두께를 10 ㎛로 설정한 것 이외에는, 제6 실시예와 마찬가지로 하여 전지용 라미네이트 외장재를 제작하였다.
<제8 실시예>
베이스 필름으로서 CPP 필름 대신에 두께 50 ㎛의 PC 필름을 이용한 것 이외에는, 제6 실시예와 마찬가지로 하여 전지용 라미네이트 외장재를 제작하였다.
<제9 실시예>
연신 필름의 PET 필름의 접착 대신에, 알루미늄박의 상기 일면측에 에폭시 수지로 이루어지는 열경화성 수지의 도포, 가열에 의해 두께 2 ㎛의 열경화 수지층을 형성한 것 이외에는, 제6 실시예와 마찬가지로 하여 전지용 라미네이트 외장재(도8 참조)를 제작하였다.
<제3 비교예>
베이스 필름의 CPP 필름 상의 전체면에 두께 15 ㎛의 열접착성 수지의 도포막층을 형성한(노출 모서리부를 설치하지 않은 구성으로 한) 것 이외에는, 제6 실시예와 마찬가지로 하여 전지용 라미네이트 외장재를 제작하였다.
[성능 평가 시험 3]
제6 실시예 내지 제9 실시예 및 제3 비교예의 전지용 라미네이트 외장재를 이용하여, 이미 서술한 도5의 (A) 내지 도5의 (C)에 나타내는 방법에 준하여, 표면이 폴리아미드(ON) 필름으로 이루어지는 리튬 이온 전지의 전지 본체에 대한 열접착을 열판에 의해 160 ℃ × 0.2 ㎫ × 2초의 조건에서 행하는 동시에, PP제의 단부 보강용 플라스틱 부품에 대한 열압착을 열판에 의해 180 ℃ × 0.4 ㎫ × 3초의 조건에서 행하여 라미네이트 전지의 외장을 실시하였다. 그리고, 라미네이트 외장재의 전지 본체 및 단부 보강용 플라스틱 부품에 대한 접착 강도를 측정하였다. 그 결과를 표2에 나타낸다. 또한, 단부 보강용 플라스틱 부품은 표 중에서는 플라 부품으로 약기하였다.
[성능 평가 시험 4]
제6 실시예 내지 제9 실시예 및 제3 비교예의 전지용 라미네이트 외장재를 성능 평가 시험 3과 같은 전지 본체에 권취하고, 점착 테이프로 접착하여 고정한 후, 점착 테이프면이 위가 되도록 세로 500 ㎜, 가로 500 ㎜의 폴리프로필렌제 케이스에 넣고, JIS ZO232를 기초로 한 장치에서 진동 범위 5 내지 100 ㎐의 불규칙 진동을 6시간 부여한 후, 라미네이트 외장재의 외관과 전해액 누설의 유무를 관찰하였다. 그 결과를 표2에 나타낸다.
라미네이트
외장재		 평가 시험 3 : 접착 강도(N/15 ㎜) 평가 시험 4 : 진동 시험
대전지 본체 대플라 부품 외관 전해액 누설
제6 실시예 4.5 85.2 ◎(변화 없음) 없음
제7 실시예 4.0 80.5 ◎(변화 없음) 없음
제8 실시예 4.3 25.1 ◎(변화 없음) 없음
제9 실시예 4.3 82.3 ◎(변화 없음) 없음
제3 비교예 4.5 2.1 플라 부품이 낙하하여 변형 없음
표2의 결과로부터 명백한 바와 같이, 제2 발명에 관한 전지용 라미네이트 외장재(제6 실시예 내지 제9 실시예)는 전지 본체의 수지 필름 표면에 대해 용이하고 또한 확실하게 열접착할 수 있는 데다가, 접착 면적이 작은데도 불구하고 단부 보강용 플라스틱 부품에 대해서도 견고하게 열접착할 수 있다. 또한, 이 라미네이트 외장재는 외장 후의 라미네이트 전지의 진동 시험에서도 단부 보강용 플라스틱 부품을 탈락시키지 않고 강도도 우수하기 때문에, 최종 형태의 라미네이트 전지로서의 외관을 손상시키거나 전해액 누설을 발생시킬 우려가 없다.
이에 대해, 베이스 필름의 전체면에 도포막층을 형성한 제3 비교예에서는, 180 ℃ × 0.4 ㎫ × 3초의 열압착 조건하에 있어서 베이스 필름과 단부 보강용 플라스틱 부품 사이에 도포막층의 열접착성 수지가 배제되지 않고 잔존하므로, 외장재의 단부 보강용 플라스틱 부품에 대한 접착 강도는 불충분하였다.
이 출원은 2005년 12월 22일자로 출원된 일본 특허 출원 제2005-369446호 및 2005년 12월 22일자로 출원된 일본 특허 출원 제2005-369460호의 우선권 주장을 수반하는 것이며, 그 개시 내용은 그대로 본원의 일부를 구성하는 것이다.
여기서 이용된 용어 및 설명은 본 발명에 관한 실시 형태를 설명하기 위해 이용된 것이며, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 청구범위 내이면, 그 사상을 일탈하는 것이 아닌 한 어떠한 설계적 변경도 허용하는 것이다.
본 발명의 전지용 라미네이트 외장재는 휴대 전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 모바일 전기 기기의 전원에 사용되는 전지의 본체를 둘러싸는 라미네이트 외장재로서 이용된다.

Claims (15)

  1. 전지 본체와,
    베이스 필름의 일면측에 금속박이 부착되는 동시에, 상기 베이스 필름의 다른 면측에, 전지 본체의 표면 필름에 대해 열접착 가능한 연화점 160 ℃ 이하의 열접착성 수지로 이루어지는 도포막층이 형성되어 이루어지는 전지용 라미네이트 외장재를 구비하고,
    상기 베이스 필름은 라미네이트 전지의 단부 보강용 플라스틱 부품에 대해 열접착 가능한 열가소성 수지로 이루어지고,
    상기 전지 본체에 상기 전지용 라미네이트 외장재가 상기 도포막층측에 접하여 권취되어 열접착되는 동시에, 전지 본체의 양측으로 비어져 나온 상기 라미네이트 외장재의 잉여 부분으로 구성되는 각 통형부에, 단부 보강용 플라스틱 부품이 적어도 일부를 끼움 삽입하여 상기 라미네이트 외장재에 열접착되어 이루어지는 라미네이트 전지이며,
    상기 단부 보강용 플라스틱 부품과 상기 라미네이트 외장재의 열접착은, 상기 단부 보강용 플라스틱 부품과 상기 라미네이트 외장재가 열압착됨으로써, 당해 압착 부위로부터 용융된 도포막층의 열접착성 수지가 배제되고, 상기 단부 보강용 플라스틱 부품과 상기 라미네이트 외장재의 베이스 필름이 접착되어 이루어진 것인 것을 특징으로 하는 라미네이트 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도포막층의 열접착성 수지가 에틸렌-아세트산비닐 공중합체인 라미네이트 전지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 도포막층의 두께가 0.5 내지 10 ㎛인 라미네이트 전지.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 금속박의 베이스 필름 부착측과는 반대측의 표면에, 두께 8 내지 40 ㎛의 연신 필름이 부착되어 이루어지는 라미네이트 전지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 금속박의 베이스 필름 부착측과는 반대측의 표면에, 두께 0.5 내지 5 ㎛의 열경화 수지층이 형성되어 이루어지는 라미네이트 전지.
  7. 제1항에 있어서, 상기 금속박이 경질 알루미늄박인 라미네이트 전지.
  8. 삭제
  9. 전지 본체와,
    베이스 필름의 일면측에 금속박이 부착되는 동시에, 상기 베이스 필름의 다른 면측에, 상기 베이스 필름의 폭 방향의 양단부 모서리부에 베이스 필름이 노출된 노출 모서리부를 남긴 형태로, 전지 본체의 표면 필름에 대해 열접착 가능한 연화점 160 ℃ 이하의 열접착성 수지로 이루어지는 도포막층이 형성되어 있는 전지용 라미네이트 외장재를 구비하고,
    상기 베이스 필름은 라미네이트 전지의 단부 보강용 플라스틱 부품에 대해 열접착 가능한 열가소성 수지로 이루어지고,
    상기 전지 본체에 상기 전지용 라미네이트 외장재가 상기 도포막층측에 접하여 권취되어 열접착되는 동시에, 전지 본체의 양측으로 비어져 나온 상기 라미네이트 외장재의 잉여 부분으로 구성되는 각 통형부에, 단부 보강용 플라스틱 부품이 적어도 일부를 끼움 삽입하여 상기 단부 보강용 플라스틱 부품이 상기 통형부 내면의 베이스 필름 노출 모서리부에 열접착되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 라미네이트 전지.
  10. 제9항에 있어서, 상기 도포막층의 열접착성 수지가 에틸렌-아세트산비닐 공중합체인 라미네이트 전지.
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서, 상기 금속박의 베이스 필름 부착측과는 반대측의 표면에, 두께 8 내지 40 ㎛의 연신 필름이 부착되어 이루어지는 라미네이트 전지.
  13. 제9항에 있어서, 상기 금속박의 베이스 필름 부착측과는 반대측의 표면에, 두께 0.5 내지 5 ㎛의 열경화 수지층이 형성되어 이루어지는 라미네이트 전지.
  14. 제9항에 있어서, 상기 금속박이 경질 알루미늄박인 라미네이트 전지.
  15. 삭제
KR1020087015025A 2005-12-22 2006-12-14 전지용 라미네이트 외장재 및 라미네이트 전지 KR101325345B1 (ko)

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