KR101946293B1 - 배리어특성이 우수한 고신뢰성 파우치의 이차 전지 리드탭용 실링필름 - Google Patents

배리어특성이 우수한 고신뢰성 파우치의 이차 전지 리드탭용 실링필름 Download PDF

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nucleating agent
thermoplastic elastomer
sealing film
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한희식
김진호
정종혁
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율촌화학 주식회사
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Abstract

이차 전지의 리드 탭과 외장재 간을 밀봉하는 이차 전지의 리드 탭용 실링 필름에 있어서, 호모프로필렌 수지, 열가소성 엘라스토머 및 핵제를 포함하는 중간층; 중간층의 일면 상에 형성되며 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지, 핵제 및 열가소성 엘라스토머를 포함하는 내층; 중간층의 타면에 형성되며, 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지, 열가소성 엘라스토머 및 핵제를 포함하는 외층을 포함하는 이차 전지의 리드 탭용 실링 필름이 제공된다.

Description

배리어특성이 우수한 고신뢰성 파우치의 이차 전지 리드탭용 실링필름{SEALING FILM FOR SECONDARY BATTARY LEAD TAB OF HIGH RELIABLITY POUCH WITH EXCELLENT BARRIBER PROPERTY}
본 명세서는 고신뢰성 파우치의 이차 전지의 리드 탭(lead tab)과 외장재 간의 밀봉(sealing)을 위한 실링 필름(sealing film)에 관하여 개시한다.
최근, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 이차 전지에 대한 수요도 증가하고 있다. 이러한 이차 전지들 중에서도 특히 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 갖는 리튬 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 
이 중에서, 모바일 기기의 소형화 추세에 맞추어 두께가 얇은 각형 이차 전지와 파우치형 이차 전지에 대한 수요가 증가하고 있으며, 특히 형태의 변형이 용이하고 제조비용이 저렴한 파우치형 이차 전지에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, 파우치형 이차 전지는 원통형이나 각형 이차 전지에 비하여 경량화 및 소형화에 유리하여 전지 자동차나 하이브리드 전기 자동차의 전원으로 주목받고 있다. 
도 1을 살펴보면, 대부분의 파우치형 이차 전지는 전극군(1)으로부터 인출된 리드 탭(lead tab)(2)을 가지며, 이러한 리드 탭과 외장재(파우치)(3)는 실링 필름(sealing film)(4)을 통해 밀봉된다.
일반적으로, 리드 탭은 전도성에서 유리한 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 이들의 합금 등으로부터 선택된 전도성의 금속으로 구성된다. 그리고 이러한 리드 탭과 외장재의 결합부위에는 실링 필름이 개재되며, 상기 실링 필름은 전술한 바와 같이 리드 탭과 외장재 간을 밀봉시키고 이들 사이의 전기적 절연성을 도모한다. 
종래의 리트탭용 실링 필름들은 융점과 스티프니스(Stiffness)가 높아 인장 강도 및 굽힘(bending) 강도 등의 물리적 안정성이 우수하면서, 이와 함께 내열성 등이 우수하여 치수 안정성 등에 장점을 가지고 있지만, 반면에 높은 융점과 높은 스티프티스의 물리적 특성으로 인해 금속과 필름이 열접착 되는 양쪽 끝단에 미세한 틈이 생겨 전해액의 누수가 발생할 위험성이 높다. 전해액 누수의 문제는 전지의 수명에서 나아가 제품 자체의 심각한 불량을 야기시킨다.
아울러, 종래의 리드 탭용 실링 필름들은 내열성 및 치수 안정성 때문에 다층 필름의 코어층 내지는 단층 필름의 고분자 재료로는 높은 내열도를 갖는 재료를 써야 하는 한정적인 한계를 가지고 있다.
이와 같은 문제를 해결 하기 위해 종래의 실링 필름들은 스킨층이나 코어층에 엘라스토머를 주입하기도 하는데, 엘라스토머를 첨가하게 되면 필름의 접착성이나 밀봉성은 좋아지지만 필름의 결정화도가 낮아지게 되는 원인으로 작용한다. 결정화도가 낮아지게 되면 리드 탭용 실링 필름의 역할인 외부의 수분이나 공기로부터의 차단성 및 전지 내부의 전해액으로부터의 투기/투습을 막는 베리어성이 현저히 떨어지게 된다. 베리어성이 떨어지게 되면 내전해액성 및 내불산성에 취약하게 되어 전해액 누수 문제 및 리드 탭과 외장재 간의 층간 접착력, 금속과 실링 필름 간의 층간 접착력이 낮아지게 되어 전지의 손상 또는 전지가 폭발할 수 있는 심각한 문제를 발생 시키게 되는 원인이 된다.
이에 따라, 밀봉성, 접착성뿐만 아니라, 내열성, 배리어성 등의 특성이 모두 우수한 이차 전지 리드 탭용 실링 필름에 대한 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1540857호
본 발명의 구현예들에서는 밀봉성, 열 접착성이 우수하면서도 우수한 배리어성을 갖는 이차 전지의 리드 탭용 실링필름을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에서, 이차 전지의 리드 탭과 외장재 간을 밀봉하는 이차 전지의 리드 탭용 실링 필름에 있어서, 호모프로필렌 수지, 열가소성 엘라스토머 및 핵제를 포함하는 중간층; 상기 중간층의 일면에 형성되며, 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지, 핵제 및 열가소성 엘라스토머를 포함하는 내층; 및 상기 중간층의 타면에 형성되며, 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지, 핵제 및 열가소성 엘라스토머를 포함하는 외층;을 포함하는 이차 전지의 리드 탭용 실링 필름이 제공된다.
예시적인 구현예에서, 상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지는 무수말레인산 그라프트 폴리프로필렌계 수지일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 핵제는 투명핵제 및 강성핵제로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 투명 핵제는 포스페이트 에스터 염, 나트륨 벤조에이트, 리튬 벤조에이트, 알루미늄 하이드록시 다이파라 티-부틸 벤조에이트(Aluminum hydroxy dipara t-butyl benzoate, Al-PTBBA)및 탈크로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하고, 상기 강성 핵제는 솔비톨계 핵제, 노니톨계 핵제 및 파라-t-부틸페놀-나트륨(PTBP-Na) 복합체로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 핵제는 투명핵제 및 강성핵제를 모두 포함하고, 강성핵제와 투명핵제는 3:7~7:3의 중량비율로 포함될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 중간층에서 핵제는 2-10wt%의 중량비율로 포함되고, 열 가소성 엘라스토머는10 내지 30wt%의 중량비율로 포함될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 외층 및 내층 각각에서 핵제는 2-10wt%의 중량비율로 포함되고, 열 가소성 엘라스토머는10 내지 30wt%의 중량비율로 포함될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 중간층은 10 내지 80μm 의 두께를 가질 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 내층 및 외층은 각각 25 내지 40 μm 의 두께를 가질 수 있다.
예시적인 구현예에서, 이차 전지의 리드 탭용 실링 필름은 2.0 내지 3.0 범위의 투습도(g/m2day )를 보일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 이차 전지의 리드 탭용 실링 필름은 25 내지 35 (N/15mm) 의 열 접착 강도를 보일 수 있다.
본 발명의 이차 전지의 리드 탭용 실링필름은, 리튬 폴리머 이차 전지의 전해액의 누수를 방지할 수 있는 밀봉력이 우수하면서도, 내열성 및 배리어성이 모두 우수할 수 있다.
도 1은 일반적인 파우치형 이차 전지의 제조 공정도를 보인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지의 리드 탭용 실링 필름의 단면 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들은 단지 설명을 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들은 본 발명을 특정한 개시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 "리드 탭(lead tap)" 이라 함은 이차 전지의 전극군으로부터 인출된 전극단자(탭) 중 외포장재 외부에 드러난 부분을 의미한다.
이하, 본 발명의 구현예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것이다. 도 2를 참조로 설명하면, 본 발명의 구현예들에 따른 이차 전지의 리드 탭(lead tab)용 실링 필름은 이차전지 리드탭과 맞닿는 내층(10), 상기 내층 상에 형성된 중간층(20) 및 상기 중간층 상에 형성된 외층(30)을 포함한다.
종래의 이차 전지 리드 탭용 실링 필름은 중간층, 내층 혹은 외층에 열가소성 엘라스토머만을 포함하게 되고 이 경우 필름의 열 경화도가 낮아져 외부의 수분이나 공기로부터의 차단성 및 전지 내부의 전해액으로부터의 투기/투습을 막는 베리어성이 현저히 떨어지게 된다. 본 발명은 이를 보완하기 위하여 중간층, 내층 및 외층에 핵제를 추가하였고, 이에 따르면, 필름의 열 경화도가 향상되므로 배리어성이 증대될 수 있고, 열 접착성, 밀봉성 등이 향상될 수 있다.
먼저, 중간층(20)은 기재역할로서 물리적 안정성을 향상시키고 내열도를 높여주는 것이므로, 융점이 높으면서 스티프니스(stiffness)가 높은 것을 사용할 수 있다. 이에, 중간층(20)은 융점이 160℃ 이상인 호모 폴리프로필렌 수지를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는 중간층(20)은 무극성 호모 폴리프로필렌 수지를 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 중간층(20)에서 호모 폴리프로필렌수지는 60내지 80wt%의 중량비율로 포함될 수 있다. 60wt%미만으로 포함되는 경우 열 접착 작업성 등과 같은 물성이 저하 될 수 있으며, 80wt%을 초과하여 포함되는 경우 밀봉성 등과 같은 물성이 저하 될 수 있다.
중간층(20)은 내열성을 향상시키기 위해 열가소성 엘라스토머를 포함한다.
구체적으로, 열가소성 엘라스토머로서는 특별히 제한되는 것이 아니지만 예를 들면 올레핀계 열가소성 엘라스토머, 스티렌계 엘라스토머, 수소화 스티렌계 엘라스토머 등을 들 수 있다.
예시적인 구현예에서, 올레핀계 열가소성 엘라스토머로서는 특별히 제한되는 것이 아니지만 예를 들면 에틸렌-α-올레핀 공중합체 등을 들 수 있다. 예컨대, 상기 α-올레핀으로서는 예를 들면 프로필렌, 1-부텐, 1-헥산 등을 들 수 있다.
한편, 스티렌계 엘라스토머, 수소화 스티렌계 엘라스토머로서는 특별히 제한되는 것이 아니지만 예를 들면 스티렌-에틸렌 부틸렌-스티렌 공중합체, 스티렌-에틸렌 프로필렌-스티렌 공중합체, 스티렌-에틸렌 부틸렌-스티렌 수소화 공 중합체, 스티렌-에틸렌 프로필렌-스티렌 수소화 공중합체 등을 들 수 있다.
그 중에서도 상기 열가소성 엘라스토머로서는 에틸렌-프로필렌 러버(EPR) 및 에틸렌-프로필렌-부텐 러버(EPBR)로 구성되는 그룹에서 선택되는 1이상의 열가소성 엘라스토머를 이용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 열가소성 엘라스토머의 융점은 80℃이하인 것이 바람직하다. 융점이 80℃이하인 열가소성 엘라스토머를 이용함으로써, 실링 접합 시에 탭 표면과의 밀착성을 충분히 확보할 수 있다고 하는 이점이 있다.
또한 상기 열가소성 엘라스토머의 MFR는 5 g/10분 이하인 것이 바람직하다.
열가소성 엘라스토머의 겔(gel) 분율은 20~90%인 것이 바람직하다. 겔 분율이 20%미만에서는 가교 정도가 불충분하고, 열융착시킬 때 엘라스토머가 용융하는 양이 지나치게 많아진다. 겔 분율이 90%를 넘으면, 가교 정도가 너무 커서 접착성이 나빠진다.
한편, 중간층(20)에서 열 가소성 엘라스토머는 10내지 30wt% 의 중량비율로 포함될 수 있다. 10wt%미만으로 포함되는 경우 실링필름의 밀봉성이 저하되며, 30wt%를 초과하는 경우 내열성이 저하된다.
한편, 중간층(20)은 열 경화성을 향상시키기 위해 핵제를 더 포함하며, 상기 핵제는 투명핵제 및 강성 핵제로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 투명 핵제는 투명도와 유연성을 부여할 수 있으며 포스페이트 에스터 염, 나트륨 벤조에이트, 리튬 벤조에이트, 알루미늄 하이드록시 다이파라 티-부틸 벤조에이트(Aluminum hydroxy dipara t-butyl benzoate, Al-PTBBA) 및 탈크로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 강성 핵제는 폴리머의 결정화 속도를 촉진시키고 결정의 크기를 미세화시켜 결정화 속도를 증가시킬 수 있으며, 솔비톨계 핵제, 노니톨계 핵제 및 파라-t-부틸페놀-나트륨(PTBP-Na) 복합체로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 솔비톨계 핵제는 벤질리덴솔비톨, 메틸벤질리덴솔비톨, 에틸벤질리덴솔비톨 및 3,4-디메틸벤질리덴솔비톨로 이루어진 그룹에서 선택된 하나이상을 포함할 수 있고, 노니톨계 핵제는 1,2,3-트리데옥시-4,6:5,7-비스-0-[(4-프로필페닐)메틸렌]-노니톨을 포함할 수 있다.
중간층(20)은 강성핵제와 투명핵제를 모두 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 이 경우, 상기 강성핵제와 투명핵제는 3:7~7:3의 중량비율로 혼합될 수 있다. 3:7 미만인 경우 투습도 물성이 저하 될 수 있으며, 7:3을 초과하는 경우 열 접착 작업성 물성이 저하 될 수 있다.
일 구현예에서, 중간층(20)은 강성핵제와 투명핵제를 1:1의 비율로 포함할 수 있다.
중간층(20)에서 핵제는 2-10wt%의 중량비율로 포함될 수 있다. 10wt%를 초과하여 포함되는 경우 내열성이 저하될 수 있으며, 2wt% 중량부 미만으로 포함되는 경우 접착성이 저하될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 중간층(20)은 10 내지 80 μm범위의 두께를 가질 수 있다. 10μm 미만의 두께를 갖는 경우 실링 필름의 강성이 저하될 수 있으며, 8μm를 초과하는 경우 상대적으로 내층(10) 및 외층(30)의 두께가 얇아서 리드 탭 및 외포장재와의 접착력이 저하될 수 있다.
한편, 내층(10)은 금속을 포함하는 리드 탭(lead tab)과 중간층(20) 사이에 형성되어, 이들의 접착 향상을 도모할 수 있다.
내층(10)은 금속을 포함하는 리드 탭(lead tab)과 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지를 포함할 수 있으며, 핵제 및 열가소성 엘라스토머를 포함할 수 있다.
내층(10)은 금속을 포함하는 리드 탭(lead tab)과 중간층(20)사이의 실링이 잘 이루어질 수 있게 융점이 120 내지 150℃인 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지가 사용될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지는 무수말레인산 그라프트 폴리프로필렌 수지일 수 있다.
구체적으로, 상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지는 무수말레인산 그라프트 랜덤 폴리프로필렌 수지일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 내층(10)에서 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지는 60내지 80wt% 의 중량비율로 포함될 수 있다. 60wt%미만으로 포함되는 경우 접착률이 저하되며, 80wt%을 초과하여 포함되는 경우 내열성이 저하된다.
내층(10)은 폴리프로필렌계 수지에 밀봉성 효과를 부여하기 위하여 열가소성 엘라스토머를 포함할 수 있다.
열가소성 엘라스토머로서는 특별히 제한되는 것이 아니지만 예를 들면 올레핀계 열가소성 엘라스토머, 스티렌계 엘라스토머, 수소화 스티렌계 엘라스토머 등을 들 수 있으며, 상술한 중간층(20)의 열가소성 엘라스토머와 실질적으로 동일 내지 유사할 수 있다.
일 구현예에서, 내층(10)에 포함되는 열가소성 엘라스토머와 중간층(20)에 포함되는 열가소성 엘라스토머와 동일할 수 있다.
한편, 내층(10)에서 열 가소성 엘라스토머는 10내지 30wt% 의 중량비율로 포함될 수 있다. 10 wt%미만으로 포함되는 경우 실링 필름의 밀봉성이 저하되며, 30wt%를 초과하는 경우 내열성이 저하된다.
예시적인 구현예에서, 내층(10)은 25 내지 40μm 범위의 두께를 가질 수 있다. 40 μm 이상의 두께를 갖는 경우 실링 필름의 강성이 저하될 수 있으며, 25 μm 미만인 경우 리드 탭 및 외포장재와의 접착력이 저하될 수 있다.
한편, 내층(10)은 열 경화성을 향상시키기 위해 핵제를 더 포함하며, 상기 핵제는 투명핵제 및 강성 핵제로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 투명 핵제는 투명도와 유연성을 부여하며, 포스페이트 에스터 염, 나트륨 벤조에이트, 리튬 벤조에이트, 알루미늄 하이드록시 다이파라 티-부틸 벤조에이트(Aluminum hydroxy di para t-butyl benzoate, Al-PTBBA) 및 탈크로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 강성 핵제는 폴리머의 결정화 속도를 촉진시키고 결정의 크기를 미세화시켜 결정화 속도를 증가시키며 솔비톨계 핵제, 노니톨계 핵제 및 파라-t-부틸페놀-나트륨(PTBP-Na) 복합체로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 솔비톨계 핵제는 벤질리덴솔비톨, 메틸벤질리덴솔비톨, 에틸벤질리덴솔비톨 및 3,4-디메틸벤질리덴솔비톨로 이루어진 그룹에서 선택된 하나이상을 포함할 수 있고, 노니톨계 핵제는 1,2,3-트리데옥시-4,6:5,7-비스-0-[(4-프로필페닐)메틸렌]-노니톨을 포함할 수 있다.
내층(10)은 강성핵제와 투명핵제를 모두 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 강성핵제와 투명핵제는 3:7~7:3의 중량비율로 혼합될 수 있다. 3:7 미만인 경우 투습도 등과 같은 물성이 저하 될 수 있으며, 7:3을 초과하는 경우 열 접착 작업성 등과 같은 물성이 저하 될 수 있다.
일 구현예에서, 내층(10)은 강성핵제와 투명핵제를 1:1의 비율로 포함할 수 있다.
내층(10)에서, 핵제는 2-10wt%의 중량비율로 포함될 수 있다. 10wt%를 초과하여 포함되는 경우 내열성이 저하될 수 있으며, 2wt% 중량부 미만으로 포함되는 경우 접착성이 저하될 수 있다.
한편, 외층(30)은 금속을 포함하는 외장재와 중간층(20) 사이에 형성되어, 이들의 접착 향상을 도모할 수 있다.
외층(30)은 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지, 핵제 및 열가소성 엘라스토머를 포함할 수 있다.
외층(30)에는 금속을 포함하는 외장재와 중간층(20)사이의 실링이 잘 이루어질 수 있게 융점이 120 내지 150℃인 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지가 사용될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지는 무수말레인산 그라프트 폴리프로필렌 수지일 수 있다.
구체적으로, 상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지는 무수말레인산 그라프트 랜덤 폴리프로필렌 수지일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 외층(30)에서 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지는 60내지 80wt% 의 중량비율로 포함될 수 있다. 60wt%미만으로 포함되는 경우 접착률이 저하되며, 80wt%을 초과하여 포함되는 경우 내열성이 저하된다.
한편, 외층(30)은 밀봉성 효과를 부여하기 위하여 열가소성 엘라스토머를 포함할 수 있다.
한편, 외층(30)에서 열 가소성 엘라스토머는 10내지 30wt% 의 중량비율로 포함될 수 있다. 10wt%미만으로 포함되는 경우 실링필름의 내열성이 저하되며, 30wt%를 초과하는 경우 접착성이 저하된다.
열가소성 엘라스토머로서는 특별히 제한되는 것이 아니지만 예를 들면 올레핀계 열가소성 엘라스토머, 스티렌계 엘라스토머, 수소화 스티렌계 엘라스토머 등을 들 수 있으며, 상술한 중간층(20)의 열가소성 엘라스토머와 실질적으로 동일 내지 유사할 수 있다.
한편, 외층(30)은 열 경화성을 향상시키기 위해 핵제를 더 포함하며, 상기 핵제는 투명핵제 및 강성 핵제로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 투명 핵제는 투명도와 유연성을 부여하며, 포스페이트 에스터 염, 나트륨 벤조에이트, 리튬 벤조에이트, 알루미늄 하이드록시 다이파라 티-부틸 벤조에이트(Aluminum hydroxy dipara t-butyl benzoate, Al-PTBBA) 및 탈크로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 강성 핵제는 폴리머의 결정화 속도를 촉진시키고 결정의 크기를 미세화시켜 결정화 속도를 증가시키며 솔비톨계 핵제, 노니톨계 핵제 및 파라-t-부틸페놀-나트륨(PTBP-Na) 복합체로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 솔비톨계 핵제는 벤질리덴솔비톨, 메틸벤질리덴솔비톨, 에틸벤질리덴솔비톨 및 3,4-디메틸벤질리덴솔비톨로 이루어진 그룹에서 선택된 하나이상을 포함할 수 있고, 노니톨계 핵제는 1,2,3-트리데옥시-4,6:5,7-비스-0-[(4-프로필페닐)메틸렌]-노니톨을 포함할 수 있다.
외층(30)은 강성핵제와 투명핵제를 모두 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 강성핵제와 투명핵제는 3:7~7:3의 중량비율로 혼합될 수 있다. 이 경우, 상기 강성핵제와 투명핵제는 3:7~7:3의 중량비율로 혼합될 수 있다. 3:7 미만인 경우 투습도 물성이 저하 될 수 있으며, 7:3을 초과하는 경우 열 접착 작업성 물성이 저하 될 수 있다.
일 구현예에서, 외층(30)은 강성핵제와 투명핵제를 1:1의 비율로 포함할 수 있다.
외층(30)에서, 핵제는 2-10wt%의 중량비율로 포함될 수 있다. 10wt%를 초과하여 포함되는 경우 내열성이 저하될 수 있으며, 2wt% 중량부 미만으로 포함되는 경우 접착성이 저하될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 외층(30)은 25 내지 40μm범위의 두께를 가질 수 있다. 40μm 이상의 두께를 갖는 경우 실링 필름의 강성이 저하될 수 있으며, 25 μm미만인 경우 리드 탭 및 외포장재와의 접착력이 저하될 수 있다.
상술한 바와 같이 이차 전지 리드 탭용 실링 필름은 각 층에 핵제 및 열가소성 엘라스토머를 포함하는 바, 내열성 및 치수 안정성, 접착성 및 투습도가 매우 우수할 수 있다.
예컨대, 상기 이차 전지의 리드 탭용 실링 필름은 2.0 내지 3.0 g/m2day범위의 투습도를 보일 수 있으며, 25 내지 35(N/15mm) 범위의 열 접착 강도를 보일 수 있다.
이에 따라, 기존의 이차 전지 리드 탭용 실링 필름의 배리어성 문제를 해결할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 구현예에서는 상기 이차 전지 리드 탭용 실링 필름의 제조 방법으로서, 호모프로필렌, 열가소성 엘라스토머 및 핵제를 포함하는 중간층; 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지, 핵제 및 열가소성 엘라스토머를 포함하는 내층; 및디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지, 열가소성 엘라스토머 및 핵제를 포함하는 외층; 을 공압출 하여 순차적으로 적층된 내층, 중간층 및 외층을 포함하는 이차 전지 리드 탭용 실링 필름을 제조하는 제조 방법이 제공된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예들에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
실시예
[실시예]
공압출기를 이용하여 내층/중간층/외층의 3층 구조의 리드 탭용 실링 필름을 제조하였다. 이때, 상기 필름의 총 두께는 100 μm 였다.
이때, 내층은 무수말레인산 그라프트 폴리프로필렌 수지, 핵제 및 엘라스토머(EPDM ELASTOMER 제품, 삼진포리머社)을 65:5:30의 중량비율로 포함하도록 제조되었다(두께: 35 μm).
중간층은 호모 폴리프로필렌 수지, 핵제 및 엘라스토머를 65:5:30의 중량비율로 포함하도록 제조되었다(두께: 30 μm).
외층은 무수말레인산 그라프트 폴리프로필렌 수지, 핵제 및 엘라스토머를 65:5:30의 중량비율로 포함하도록 제조되었다(두께: 35 μm).
상기 실시예에서 핵제는 강성핵제와 투명핵제의 1:1 혼합물을 사용하였으며, 강성핵제로서는 솔비톨계 핵제 제품 (아데카社 NA-27제품)을 사용하였고 투명핵제는 포스페이트 에스터 염 제품(아데카社 NA-21제품)을 사용하였다.
[비교예 1]
현재 리드 탭용 실링 필름으로 사용되고 있는 무수말레인산 그라프트 폴리프로필렌 수지를 포함하는 단층 구조의 필름을 제조하였다.
[비교예 2]
현재 리드 탭용 실링 필름으로 사용되고 있는 내층/코어층/외층의 3층 구조의 필름을 제조하였다. 내층 및 외층은 각각 무수말레인산 그라프트 폴리프로필렌 수지를 포함하도록 제조되었으며, 코어층은 일반 많은 업체에서 상용화 되어 있는 호모폴리프로필렌 수지를 포함하도록 제조되었다.
[비교예 3]
실시예 1에서 각 층에 열가소성 엘라스토머를 투입하지 않았다는 점을 제외하고는 동일한 공정을 수행하여 내층/코어층/외층의 3층 구조의 리드 탭용 실링 필름을 제조하였다.
[비교예 4]
실시예 1에서 각 층에 핵제를 투입하지 않았다는 점을 제외하고는 동일한 공정을 수행하여 내층/코어층/외층의 3층 구조의 리드 탭용 실링 필름을 제조하였다.
[실험예 1]
알루미늄(Al) 극판을 준비한 후, 상기 실시예 및 비교예들에 따라 제조된 실링 필름을 폭 10mm, 길이 12cm로 절단한 다음, 160℃의 열과 30kgf의 압력을 3초 동안 가하여 1차 접착하였다. 이후, Al 극판에만 200℃의 열을 가하면서 3초 동안 30kgf의 압력으로 필름을 압착하여 열 접착하였다. 상기 열 접착된 각 시편에 대하여, 4가지 특성(밀봉성, 열 접착 작업성, 열 접착 강도 특성 및 투습도)을 확인 하였다.
(1) 밀봉성
양 끝단 단면을 동원시스템즈(한국) 사의 DW-MUT 모델을 이용하여 측정하였다.
광학 현미경 측정결과 양 끝단에 기포가 없으며 밀봉된 경우 우수(◎), 양 끝단에 기포는 거의 없이 밀봉된 경우 양호(○), 양 끝단에 기포가 다량 있지만 밀봉된 경우 보통(△), 양 끝단에 기포가 많고 밀봉이 안된 경우 불만족(X)으로 나타내었다.
(2) 열접착 작업성
육안으로 확인 하였으며, 열 접착 공정 시 필름 양 날개 부위의 필름이 구부러진 부위 없이 곧게 펴진 경우 우수(◎), 열 접착 공정 시 양 날개 부위의 필름이 약간 구부려 졌지만 곧게 펴진 경우 양호(○), 열 접착 공정 시 양 날개 부위의 필름이 많이 구부려 졌지만 곧게 펴진 경우 보통(△), 열 접착 공정 시 필름 양 날개 부위의 필름이 많이 구부러졌고 곧게 펴지지 않은 경우 불만족(X)으로 나타내었다.
(3) 열접착강도
접착강도 측정기(일본, SHIMADZU 사의 AGS-1kNX 모델)를 사용하여 140mm/min의 속력으로 상승하는 하중을 가하여, Al 극판과 실링 필름 간의 열 접착강도를 측정하였다.
(4) 투습도
미국 MOCON사의 투습도 측정 장비를 이용하여 측정하였다.
상기 실험 결과를 하기[표 1]에 나타내었다.
비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 실시예 1
밀봉성 X X X
열 접착 작업성 X
열 접착 강도
(N/15mm)
15 20 23 25 29
투습도 10 5 4 8 2
* 표 1에서 우수(◎), 양호(○), 보통(△) 및 불만족(X)로 나타냄
상기 표 1을 살펴보면, 실시예 1 에 따라 제조된 실링 필름이 열 접착 강도가 우수할 뿐만 아니라 밀봉성 역시 우수함을 확인할 수 있었다. 아울러 투습도 역시 비교예들과 비교하여 현저히 우수함을 확인할 수 있었다.
앞에서 설명된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
1 : 전극군
2 : 리드 탭
3 : 외장재
4: 실링 필름
10: 내층
20: 중간층
30: 외층

Claims (11)

  1. 이차 전지의 리드 탭과 외장재 간을 밀봉하는 이차 전지의 리드 탭용 실링 필름에 있어서,
    호모프로필렌 수지, 열가소성 엘라스토머 및 핵제를 포함하는 중간층; 
    상기 중간층의 일면에 형성되며, 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지, 핵제 및 열가소성 엘라스토머를 포함하는 내층; 및
    상기 중간층의 타면에 형성되며, 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지, 핵제 및 열가소성 엘라스토머를 포함하는 외층;을 포함하고;
    상기 핵제는 투명핵제 및 강성핵제 모두를 포함하는
    이차 전지의 리드 탭용 실링 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지는 무수말레인산 그라프트 폴리프로필렌계 수지인 이차 전지의 리드 탭용 실링 필름.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 투명핵제는 포스페이트 에스터 염, 나트륨 벤조에이트, 리튬 벤조에이트, 알루미늄 하이드록시 다이파라 티-부틸 벤조에이트(Aluminum hydroxy dipara t-butyl benzoate, Al-PTBBA) 및 탈크로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하고,
    상기 강성핵제는 솔비톨계 핵제, 노니톨계 핵제 및 파라-t-부틸페놀-나트륨(PTBP-Na) 복합체로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 이차 전지의 리드 탭용 실링 필름.
  5. 제1항에 있어서,
    강성핵제와 투명핵제는 3:7~7:3의 중량비율로 포함되는 이차 전지의 리드 탭용 실링 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 중간층에서 핵제는 2-10wt%의 중량비율로 포함되고, 열 가소성 엘라스토머는10 내지 30wt%의 중량비율로 포함되는 이차 전지의 리드 탭용 실링 필름.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 외층 및 내층 각각에서 핵제는 2-10wt%의 중량비율로 포함되고, 열 가소성 엘라스토머는10 내지 30wt%의 중량비율로 포함되는 이차 전지의 리드 탭용 실링 필름.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 중간층은 10 내지 80μm 의 두께를 갖는 이차 전지의 리드 탭용 실링 필름.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 내층 및 외층은 각각 25 내지 40 μm 의 두께를 갖는 이차 전지의 리드 탭용 실링 필름.
  10. 제1항에 있어서,
    2.0 내지 3.0 범위의 투습도(g/m2day)를 보이는 이차 전지의 리드 탭용 실링 필름.
  11. 제1항에 있어서,
    25 내지 35 N/15mm 의 열 접착 강도를 보이는 이차 전지의 리드 탭용 실링 필름.
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