KR102012384B1 - 전지용 포장재 및 이를 포함하는 배터리 셀 - Google Patents

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Abstract

실시예는 열전도도 및 유연성이 우수한 전지용 포장재 및 이를 포함하는 배터리 셀에 관한 것으로, 상기 전지용 포장재는 가벼우면서도 방열 효과가 우수하고, 이로 인해 이를 포함하는 배터리 셀은 배터리 효율이 향상되고 지속적인 온도 관리가 가능하다.

Description

전지용 포장재 및 이를 포함하는 배터리 셀{PACKAGING MATERIAL FOR BATTERY AND BATTERY CELL COMPRISING THE SAME}
실시예는 열전도도 및 유연성이 우수한 전지용 포장재 및 이를 포함하는 배터리 셀에 관한 것으로, 상기 전지용 포장재는 가벼우면서도 방열 효과가 우수하고, 이로 인해 이를 포함하는 배터리 셀은 배터리 효율이 향상되고 지속적인 온도 관리가 가능하다.
전기자동차용 배터리는 고출력, 고속 및 반복 충전 등으로 인하여 발생하는 열로 인해 국부적인 온도 차이나 고열이 발생하게 되고, 이에 배터리의 효율 및 안정성을 저해하는 열폭주(thermal runaway) 현상이 발생하게 된다. 이러한 문제는 배터리 내부에서 발생되는 열보다 외부로의 열 방출 및 확산 능력이 부족하여 초래된다.
상기 문제를 해결하기 위해, 전기자동차용 배터리에 열을 방출하는 히트 싱크와 같은 부품을 장착하고 있다. 이러한 방열 부품의 소재로서 종래에는 알루미늄이 많이 사용되어 왔으나, 최근 열확산 특성이 우수한 그라파이트를 이용하여 알루미늄을 대체하려는 시도가 이루어지고 있다. 그러나 그라파이트의 경우 소재 특성상 성형이 용이하지 않은 단점이 있다.
한편, 리튬이온 배터리는 셀의 작동전압이 3.6V 이상으로, 휴대용 전자기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개의 셀을 직렬로 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차(HEV)나 순수 전기자동차(EV) 등과 같은 친환경 자동차의 동력원으로 주목받고 있다. 이러한 리튬이온 배터리는 다양한 형태로 제조하는 것이 가능하며, 최근 널리 사용되고 있는 파우치형(pouched type) 배터리 셀의 경우, 포장재 자체가 유연성을 가지므로 그 형상이 비교적 자유롭다.
이와 같은 파우치형 배터리 셀의 포장재는 리튬이온 배터리에서 전해액이 용출되는 현상을 방지하고, 배터리의 부피 팽창 및 배터리 내부 온도 상승에 의한 폭발의 위험성을 감소시키기 위해, 우수한 유연성 및 열전도도가 필요하다.
종래 파우치형 배터리 셀용 포장재는 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속을 포함하여 우수한 열전도도를 가졌다(대한민국 등록특허 제10-1308592호 참조).
대한민국 등록특허 제10-1308592호
그러나, 상기 대한민국 등록특허는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하여 배터리의 무게가 무거워지고, 열전도 이방성으로 인해 파우치 타입의 배터리에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하는 데에는 한계가 있다.
따라서, 실시예는 그라파이트 시트를 포함하여 금속 소재 대비 가볍고 열전도도 및 유연성이 우수한 전지용 포장재, 및 이를 포함하는 배터리 셀을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 일실시예는,
제1 수지층, 그라파이트 시트 및 제2 수지층을 포함하고,
상기 그라파이트 시트의 표면이 위사와 경사가 직조된 직물 형태인, 전지용 포장재를 제공한다.
다른 실시예는,
제1 전지용 포장재, 배터리 셀 및 제2 전지용 포장재를 포함하고,
상기 제1 전지용 포장재, 제2 전지용 포장재 또는 이들 모두가 상기 전지용 포장재를 포함하는, 파우치형 배터리를 제공한다.
실시예에 따른 전지용 포장재는 그라파이트 시트 및 고분자 수지층을 포함하여 금속 소재보다 가볍고 열전도도 및 유연성이 우수하다. 또한, 상기 전지용 포장재를 포함하는 파우치형 배터리는 방열 효율이 우수하여 지속적인 온도 관리가 가능하므로 배터리 효율이 뛰어나다.
도 1은 일실시예의 그라파이트 시트의 표면의 개략도이다.
도 2는 일실시예의 그라파이트 시트의 표면을 촬영한 사진이다.
도 3은 일실시예의 그라파이트 시트의 표면을 원자간력 현미경(AFM)으로 관찰한 사진이다.
도 4 내지 7은 일실시예의 전지용 포장재의 단면도이다.
도 8 및 9는 일실시예의 파우치형 배터리의 단면도이다.
실시예의 전지용 포장재는
제1 수지층, 그라파이트 시트 및 제2 수지층을 포함하고,
상기 그라파이트 시트의 표면이 위사와 경사가 직조된 직물 형태이다.
상기 그라파이트 시트는 그 표면이 위사와 경사가 직조된 직물 형태의 구조를 가짐으로써, 상기 위사와 경사를 따라 열을 전도시키는 특성을 확보할 수 있고, 그 결과, 연속적인 매개체를 따라 열전도가 일어나게 되어 우수한 발열 특성을 확보할 수 있다. 나아가, 상기 그라파이트 시트는 상기 표면 구조를 통하여 이러한 표면 구조가 없는 경우에 비해, 그 양면의 상기 제1 수지층 및 상기 제2 수지층과 우수한 계면 부착성을 확보할 수 있고, 이로써 상기 전지용 포장재의 내구성을 향상시킬 수 있다.
그라파이트 시트
상기 전지용 포장재가 그라파이트 시트를 포함할 경우, 금속 소재를 포함하는 전지용 포장재보다 가볍고 방열 효과가 우수하며, 유연성 및 가공성이 우수하다.
상기 그라파이트 시트는 흑연화된 섬유를 포함하는 내층과 흑연 외층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 흑연화된 섬유를 포함하는 내층 및 상기 내층의 단면 또는 양면을 덮는 흑연 외층을 포함할 수 있다.
상기 내층은 복수의 흑연 섬유를 포함하는 섬유 다발을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 내층은 복수의 흑연 섬유를 포함하는 섬유 다발로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 섬유 다발은 복수의 흑연 섬유 사이에 형성된 공극을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 내층은 흑연 섬유 또는 흑연 섬유 다발로 이루어진, 위사와 경사가 직조된 직물 형태를 포함할 수 있다.
상기 내층은 천연 섬유 또는 인조 섬유가 흑연화된 섬유를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 내층은 천연 섬유 또는 인조 섬유가 탄화 및 흑연화된 섬유로 이루어질 수 있다.
상기 천연 섬유는 셀룰로오스 섬유, 단백질 섬유 및 광물성 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 셀룰로오스 섬유는, 예를 들어, (i) 면 또는 케이폭 등과 같은 종자섬유, (ii) 아마, 저마, 대마, 또는 황마 등과 같은 줄기섬유, (iii) 야자섬유와 같은 과실섬유, 및 (iv) 마닐라마, 아바카 또는 사이잘마와 같은 잎섬유를 들 수 있다. 또한, 상기 단백질 섬유는, 예를 들어, (i) 양모 섬유, (ii) 견 섬유 및 (iii) 헤어 섬유를 들 수 있다. 상기 광물성 섬유는, 예를 들어, (i) 글라스울 및 미네라울과 같은 인조광물섬유, 및 (ii) 유리, 암석, 기타 광물질이 고온에서 액화시켜 섬유화된 석면을 들 수 있다. 구체적으로, 상기 천연 섬유는 면, 마, 모 및 견으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 인조 섬유는 유기질 섬유 및 무기질 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 유기질 섬유는, 예를 들어, (i) 레이온, 텐셀(라이오셀), 모달 등과 같은 셀룰로오스계 섬유, 또는 단백질계 섬유를 포함하는 재생 섬유, (ii) 아세테이트, 트리아세테이트 등과 같은 셀룰로오스계 섬유를 포함하는 반합성 섬유, 또는 (iii) 폴리아미드계 섬유, 폴리올레핀계 섬유, 폴리우레탄계 섬유, 폴리에틸렌계 섬유, 폴리염화비닐계 섬유, 폴리플루오르에틸렌계 섬유, 폴리비닐알코올계 섬유, 아크릴계 섬유 또는 폴리프로필렌계 섬유와 같은 합성 섬유를 들 수 있다. 구체적으로, 상기 인조 섬유는 나일론, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리플루오로에틸렌, 폴리비닐알코올, 아크릴 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 합성 섬유; 또는 레이온, 아세테이트 및 트리아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 셀룰로오스계 섬유를 포함할 수 있다.
상기 그라파이트 시트는 내층의 원료로 전술한 종류의 천연 섬유 또는 인조 섬유를 이용함으로써 이를 탄화 및 흑연화하는 공정의 효율을 높일 수 있고, 이러한 원료로부터 흑연화된 섬유로 이루어진 내층을 포함하여 발열 성능이 우수할 수 있다.
상기 흑연 외층은 상기 내층의 단면 및 양면을 덮을 수 있다. 구체적으로, 상기 흑연 외층은 흑연 내층의 일면에 피복되는 제1 흑연 외층과 상기 흑연 내층의 다른 일면에 피복되는 제2 흑연 외층으로 이루어지며, 상기 제1 흑연 외층과 제2 흑연 외층의 일부가 서로 연결될 수 있다.
상기 흑연 외층은 고분자 수지가 흑연화된 것일 수 있다. 또한, 상기 흑연 외층은 천연 흑연 또는 팽창 흑연을 포함할 수 있다.
상기 고분자 수지는 폴리이미드, 폴리아믹산, 폴리염화비닐, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리플루오르에틸렌, 폴리비닐알코올, 아크릴 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자 수지는 중량평균분자량 200,000 ~ 300,000 g/mol인 폴리이미드, 폴리아믹산 및 폴리염화비닐로 이루어진 군 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 섬유 기재 및 상기 섬유 기재의 일면 또는 양면에 고분자 코팅층을 포함하는 적층체를 제조한 후, 상기 적층체를 탄화 및 흑연화시켜 제조될 수 있다. 소정의 온도에서 탄화 및 흑연화시키는 공정을 진행함으로써, 상기 적층체를 이루는 섬유 기재 및 고분자 코팅층은 모두 흑연화되며, 이로써 그라파이트 시트가 제조될 수 있다.
이때, 상기 고분자 코팅층 하나의 두께는 30㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 코팅층을 상기 섬유 기재의 양면에 형성하는 경우, 이층의 고분자 코팅층의 총 두께는 60㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 상기 고분자 코팅층의 두께가 상기 두께 범위로 형성될 때, 상기 적층체는 탄화 및 흑연화된 이후 상기 그라파이트 시트의 표면 상에 상기 섬유 기재로부터 유래된 직조 구조가 드러날 수 있다.
상기 섬유 기재는 천연 섬유 및 인조 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 천연 섬유 및 인조 섬유는 상기 내층에서 설명한 바와 같다.
상기 고분자 코팅층은 상기 흑연 외층의 고분자 수지에서 설명한 바와 같다.
도 1은 일구현예에 따른 상기 그라파이트 시트의 표면 구조를 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 상기 그라파이트 시트의 표면을 촬영한 사진이다.
도 1을 참조할 때, 상기 그라파이트 시트의 표면 구조는 위사(A)와 경사(B)가 직조된 직물 형태일 수 있다.
이때, 상기 위사(A) 및 상기 경사(B)는 그 폭(d1, d2)이 각각 20㎛ 내지 200㎛, 30㎛ 내지 170㎛, 또는, 50㎛ 내지 170㎛일 수 있다. 또한, 상기 위사(A) 및 상기 경사(B)는 그 피치(P1, P2)가 각각 20㎛ 내지 200㎛, 30㎛ 내지 170㎛, 또는 50㎛ 내지 170㎛일 수 있다.
또한, 상기 그라파이트 시트의 표면 구조는 위사(A) × 경사(B)가 80 내지 130 × 100 내지 150 count/inch를 만족할 수 있다. 예를 들어, 상기 그라파이트 시트의 표면 구조는 위사(A) × 경사(B)가 130 × 150 count/inch, 100 × 120 count/inch, 또는 80 × 100 count/inch를 만족할 수 있다.
상기 그라파이트 시트는 전술한 표면 구조를 가짐으로써 표면에 소정의 조도를 가질 수 있다. 구체적으로, 도 1을 참조할 때, 상기 그라파이트 시트의 표면은 상기 위사(A) 및 상기 경사(B)가 중첩되는 부분(C)과 중첩되지 않는 부분(D) 사이의 단차가 발생하게 된다.
구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 표면 조도(Ra)가 0.5㎛ 내지 10㎛일 수 있다(도 3 참조). 보다 구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 표면 조도(Ra)가 1㎛ 내지 8㎛, 또는 2㎛ 내지 6㎛일 수 있다.
상기 그라파이트 시트의 표면 구조는, 구체적으로, 내층의 원료인 섬유 기재로부터 유래될 수 있다. 상기 섬유 기재는 직물 기재로서, 이를 이용해 제조된 상기 그라파이트 시트의 표면 구조가 전술한 구조를 갖게 하는 직조 구조의 기재일 수 있다.
상기 그라파이트 시트의 평균 두께는 10㎛ 내지 500㎛일 수 있다. 구체적으로, 상기 그라파이트 시트의 평균 두께는 50㎛ 내지 500㎛, 70㎛ 내지 500㎛, 70㎛ 내지 300㎛, 10㎛ 내지 300㎛, 10㎛ 내지 250㎛, 또는 70 내지 250㎛일 수 있다. 그라파이트의 두께가 상기 범위 내일 때, 열용량 측면에서 유리할 수 있다.
상기 그라파이트 시트는 수직 열전도도가 1 내지 20 W/m·K이고, 수평 열전도도가 800 내지 2,000 W/m·K일 수 있다. 구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 수직 열전도도가 1 내지 15 W/m·K, 1 내지 10 W/m·K, 또는 5 내지 10 W/m·K이고, 수평 열전도도가 900 내지 2,000 W/m·K, 1,000 내지 1,800 W/m·K, 또는 1,200 내지 1,800 W/m·K일 수 있다.
상기 그라파이트 시트는 5 mm의 곡률 반경(R), 180도의 절곡 각도, 0.98 N의 하중 및 90 회/분의 절곡 속도 조건에서 수행한 MIT 굴곡성 시험 결과, 파단되기까지의 왕복 절곡 횟수가 10,000회 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 상기 MIT 굴곡성 시험 결과, 파단되기까지의 왕복 절곡 횟수가 10,000 내지 20,000 회, 10,000 내지 18,000 회, 또는 10,000 내지 15,000 회일 수 있다.
상기 그라파이트 시트는 50 ℃에서의 비열이 0.5 내지 1.0 J/g·K, 0.5 내지 0.9 J/g·K, 0.6 내지 0.9 J/g·K, 또는 0.7 내지 0.9 J/g·K일 수 있다. 또한, 상기 그라파이트 시트는 밀도가 0.5 내지 2.5 g/㎤, 0.5 내지 2.0 g/㎤, 또는 0.8 내지 2.0 g/㎤일 수 있다.
수지층
상기 제1 수지층 및 제2 수지층은 각각 폴리올레핀계 수지 및 폴리아미드계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 폴리올레핀계 수지는 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계 및 폴리부틸렌계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌 수지, 또는 공중합 폴리프로필렌 수지일 수 있다.
상기 폴리아미드계 수지는 나일론(nylon) 6, 나일론 6.6, 나일론 6과 나일론 6.6과의 공중합체, 나일론 6.10 및 폴리메타크실릴렌 디아미드(MXD)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 수지층은 폴리아미드계 수지를 포함하고, 상기 제2 수지층이 폴리올레핀계 수지를 포함할 수 있다.
상기 제1 수지층의 두께는 10 내지 30 ㎛일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 수지층은 폴리아미드계 수지로 구성되고, 두께가 10 내지 30 ㎛일 수 있다. 상기 제1 수지층의 두께가 상기 범위 내일 때, 지나치게 얇은 두께로 인해 셀을 보호하는 기능을 수행하기 어려운 문제 및 전지의 박형화 추세에 부합하지 못하는 문제를 방지할 수 있다.
상기 제2 수지층의 두께는 10 내지 100 ㎛일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 수지층은 폴리올레핀계 수지로 구성되고, 두께가 10 내지 100 ㎛일 수 있다. 상기 제2 수지층의 두께가 상기 범위 내일 때, 지나지체 얇은 두께로 인해 완충 기능이 저하되는 문제 및 전지의 박형화 추세에 부합하지 못하는 문제를 방지할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 수지층은 폴리아미드계 수지층으로 파우치형 배터리에서 외측에 위치하며, 상기 제2 수지층은 폴리올레핀계 수지층으로 파우치형 배터리에서 배터리 셀과 인접하는 내측에 위치할 수 있다.
도 4을 참조하면, 상기 전지용 포장재(A)는 제1 수지층(100), 그라파이트 시트(200) 및 제2 수지층(300)이 순차적으로 적층된 형태를 포함할 수 있다.
접착제층
상기 제1 수지층과 상기 그라파이트 시트, 및 상기 그라파이트 시트와 제2 수지층이 사이에 각각 접착제층을 포함할 수 있다.
상기 접착제층은 용융점이 100 ℃ 이상인 접착제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 접착제층은 용융점이 100 내지 200 ℃, 100 내지 150 ℃, 또는 100 내지 120 ℃인 접착제를 포함할 수 있다. 상기 접착제층의 용융점이 상기 범위 내일 경우, 고온에서 전지용 포장재의 내구성이 향상되는 효과가 있다.
상기 접착제층은 실리콘계 접착제, 에폭시계 접착제, 아크릴계 접착제 및 우레탄계 접착제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 접착제층의 두께는 1 내지 10 ㎛, 또는 3 내지 5 ㎛일 수 있다. 상기 접착제층의 두께가 상기 범위 내일 경우, 상기 그라파이트 시트와 상기 제1 수지층 또는 상기 제2 수지층 사이의 계면 부착성을 확보할 수 있고, 상기 표면 구조를 갖는 그라파이트 시트 표면에 접착제층의 형성이 유리할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 전지용 포장재(A)는 제1 수지층(100), 제1 접착제층(410), 그라파이트 시트(200), 제2 접착제층(420) 및 제2 수지층(300)이 순차적으로 적층된 형태를 포함할 수 있다.
금속층
상기 제1 수지층과 상기 그라파이트 시트 사이에 금속층을 더 포함할 수 있다. 상기 금속층은 상기 전지용 포장재에 우수한 배리어 성능 및 유연성을 부여하는 역할을 한다.
상기 금속층이 알루미늄 또는 니켈을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 금속층은 알루미늄을 포함할 수 있다.
상기 금속층의 두께는 30 내지 100 ㎛일 수 있다. 상기 금속층의 두께가 상기 두께 범위를 가질 때, 상기 금속층은 상기 그라파이트 시트를 보호하고, 상기 전지용 포장재의 내충격성을 향상시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 전지용 포장재는 제1 수지층(100), 금속층(500), 그라파이트 시트(200) 및 제2 수지층(300)이 순차적으로 적층된 형태를 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 전지용 포장재는 제1 수지층(100), 제1 접착제층(410), 금속층(500), 제2 접착제층(420), 그라파이트 시트(200), 제3 접착제층(430) 및 제2 수지층(300)이 순차적으로 적층된 형태를 포함할 수 있다.
파우치형 배터리
다른 실시예의 파우치형 배터리는 제1 전지용 포장재, 배터리 셀 및 제2 전지용 포장재를 포함하고,
상기 제1 전지용 포장재, 제2 전지용 포장재 또는 이들 모두가 상술한 바와 같은 전지용 포장재를 포함한다.
상기 제1 전지용 포장재는 제1 수지층, 제1 그라파이트 시트 및 제2 수지층을 포함하고, 상기 제2 전지용 포장재는 제3 수지층, 제2 그라파이트 시트 및 제4 수지층을 포함할 수 있다. 여기서 상기 제3 수지층은 상기 제2 수지층에서 정의한 바와 같으며, 상기 제4 수지층은 상기 제1 수지층에서 정의한 바와 같다.
구체적으로, 상기 제1 수지층 및 제4 수지층은 10 내지 30 ㎛ 두께의 폴리아미드계 수지층으로 파우치형 배터리에서 외측에 위치하며, 상기 제2 수지층 및 제3 수지층은 10 내지 100 ㎛ 두께의 폴리올레핀계 수지층으로 파우치형 배터리에서 배터리 셀과 인접하는 내측에 위치할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 파우치형 배터리는 제1 수지층, 제1 그라파이트 시트, 제2 수지층, 배터리 셀, 제3 수지층, 제2 그라파이트 시트 및 제4 수지층이 순차적으로 적층된 형태를 포함하고, 상기 제1 수지층 및 제4 수지층은 폴리아미드계 수지층이며, 상기 제2 수지층 및 제3 수지층은 폴리올레핀계 수지층일 수 있다.
도 8 및 9를 참조하면, 상기 파우치형 배터리는 제1 전지용 포장재(11), 배터리 셀(20) 및 제2 전지용 포장재(12)가 순차적으로 적층된 형태를 포함하고, 상기 제1 전지용 포장재와 제2 전지용 포장재는 결합 부재(30)로 밀봉될 수 있다. 도 8을 참조하면, 상기 제1 전지용 포장재(11) 및 제2 전지용 포장재(12)는 각각 수지층, 그라파이트 시트 및 수지층이 순차적으로 적층된 형태를 포함할 수 있다. 도 9를 참조하면, 상기 제1 전지용 포장재(11) 및 제2 전지용 포장재(12)는 각각 수지층, 접착제층, 그라파이트 시트, 접착제층 및 수지층이 순차적으로 적층된 형태를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀은 양극, 음극, 분리막 및 전해액을 포함하는 것이라면 그 형태가 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 배터리 셀은 양극, 음극, 분리막 및 전해액이 사각형의 알루미늄 케이스에 들어있는 형태일 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
제조예 1: 그라파이트 시트의 제조
셀룰로오스계 섬유로 이루어지고, 평직 구조를 갖는 두께 180 ㎛인 섬유 기재(경사×위사 = 98 × 100 count/inch)를 준비하였다. 상기 섬유 기재의 양면에 액상의 폴리아믹산 용액(제조사: 코멕, 제품명: KPI-900, 중량평균분자량: 250,000 g/mol)을 30 ㎛ 두께로 코팅하여 적층체를 제조하였다.
이후, 상기 적층체를 질소 분위기 하에서 1℃/분의 속도로 400℃까지 승온시키고, 400℃에서 10시간 동안 가열하여 상기 폴리아믹산 용액을 이미드화하여 상기 기재의 양면에 각각 고분자 코팅층을 형성하였다. 이어서, 질소 분위기 하에서 1℃/분의 속도로 1,000℃까지 승온시켜 1,000℃에서 3시간 동안 가열하여 탄화시켰다. 이후, 5℃/분의 속도로 승온시켜 2,600℃에서 1시간 동안 가열하여 흑연화시켜 흑연화된 섬유를 포함하는 내층과 상기 내층의 양면에 각각 흑연 외층을 포함하는 70 ㎛ 두께의 그라파이트 시트를 제조하였다. 상기 그라파이트 시트의 표면을 촬영하여 도 2에 나타내었다. 또한, 상기 그라파이트 시트의 표면 구조를 광학 현미경(Nikon社)을 이용하여 ×10배율로 관찰한 결과를 표 1에 나타냈다.
위사 폭 경사 폭 위사 피치 경사 피치
그라파이트 시트의
표면 구조		 109.46㎛ 121.97㎛ 89.38㎛ 102㎛
실시예 1. 전지용 포장재의 제조
상기 제조예 1의 그라파이트 시트의 일면에 우레탄계 접착제를 도포한 후 폴리프로필렌 필름(두께: 40 ㎛)을 적층하여 제2 수지층을 형성하였다. 이후, 상기 그라파이트 시트의 다른 일면에 우레탄계 접착제를 도포한 후 나일론 필름(두께: 15 ㎛)을 적층하여 제1 수지층을 포함하는 전지용 포장재를 제조하였다.
비교예 1.
상기 제조예 1의 그라파이트 시트 대신, 폴리에스테르계 바인더 수지 100 중량부에 흑연 입자(평균 입경: 1 ㎛)가 분산된 구조의 그라파이트 시트(두께: 70 ㎛)를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전지용 포장재를 제조하였다.
비교예 2.
상기 제조예 1의 그라파이트 시트 대신, 동일 두께의 알루미늄 시트를 적용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전지용 포장재를 제조하였다.
실험예 1: 열전도도
상기 제조예 1의 그라파이트 시트, 상기 비교예 1의 그라파이트 시트 및 상기 비교예 2의 알루미늄 시트에 대하여, 레이저 플레쉬법(laser flash method)으로 열전도도를 측정하였다. 구체적으로, 상기 시트를 직경 25.4mm의 원형 크기로 절단하여 사용하였으며, 측정 장비(Netzsch社 LFA447 Model)로, In-plane, 304V, medium mode 측정 조건에서 평면에 평행한 방향의 열전도도를 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타냈다.
실험예 2: 방열 성능
상기 실시예 1, 및 상기 비교예 1 및 2의 전지용 포장재를 발열 온도가 T1인 발열체 일면에 장착하고, 상기 전지용 포장재의 발열체와 맞닿는 면의 반대측 면의 표면 온도를 관측하여, 온도 변화가 정지한 시점의 표면 온도(T2)를 측정하였다. 이후, 하기 수학식 1로 방열 성능을 계산하였으며, 그 결과를 표 2에 나타냈다.
[수학식 1]
방열 성능(%) = (T1-T2)/T1 X 100
수평 열전도도
(mW/mK)		 방열 성능
T1 (℃) T2 (℃) %
실시예 1 970 90 60 33
비교예 1 350 90 75 17
비교예 2 230 90 80 11
표 2에서 보는 바와 같이, 상기 제조예 1의 그라파이트 시트는 상기 비교예 1의 그라파이트 시트 및 상기 비교예 2의 알루미늄 시트과 비교하여 수평 방향의 열전도 특성이 우수했다. 또한, 실시예 1의 전지용 포장재는 상기 비교예 1 및 2의 전지용 포장재과 비교하여 발열 성능이 우사함을 알 수 있었다.
A: 전지용 포장재
100: 제1 수지층 200: 그라파이트 시트
300: 제2 수지층 410: 제1 접착제층
420: 제2 접착제층 430: 제3 접착제층
500: 금속층
11: 제1 전지용 포장재 12: 제2 전지용 포장재
20: 배터리 셀 30: 결합 부재

Claims (15)

  1. 제1 수지층, 그라파이트 시트 및 제2 수지층을 포함하고,
    상기 그라파이트 시트의 표면이 위사와 경사가 직조된 직물 형태이며,
    상기 그라파이트 시트의 표면 구조는 위사×경사가 80 내지 130 × 100 내지 150 count/inch의 조직을 포함하고,
    상기 위사 및 경사는 폭 및 피치가 각각 20 내지 200 ㎛인, 전지용 포장재.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 그라파이트 시트가 섬유 기재 및 상기 섬유 기재의 일면 또는 양면에 고분자 코팅층을 포함하는 적층체를 제조한 후, 상기 적층체를 탄화 및 흑연화시켜 제조된, 전지용 포장재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 그라파이트 시트가 흑연화된 섬유를 포함하는 내층과 흑연 외층을 포함하는, 전지용 포장재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 그라파이트 시트의 표면 조도(Ra)는 0.5 내지 10 ㎛인, 전지용 포장재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수지층 및 제2 수지층이 각각 폴리올레핀계 수지 및 폴리아미드계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는, 전지용 포장재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수지층과 상기 그라파이트 시트, 및 상기 그라파이트 시트와 제2 수지층이 사이에 각각 접착제층을 포함하는, 전지용 포장재.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 접착제층은 용융점이 100 ℃ 이상인 접착제를 포함하는, 전지용 포장재.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수지층의 두께가 10 내지 30 ㎛이고,
    상기 그라파이트 시트의 두께가 10 내지 500 ㎛이며,
    상기 제2 수지층의 두께가 10 내지 100 ㎛인, 전지용 포장재.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수지층과 상기 그라파이트 시트 사이에 금속층을 더 포함하는, 전지용 포장재.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 금속층이 알루미늄 또는 니켈을 포함하는, 전지용 포장재.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 금속층의 두께가 30 내지 100 ㎛인, 전지용 포장재.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전지용 포장재가 제1 수지층, 그라파이트 시트 및 제2 수지층이 순차적으로 적층된 형태를 포함하는, 전지용 포장재.
  14. 제1 전지용 포장재, 배터리 셀 및 제2 전지용 포장재를 포함하고,
    상기 제1 전지용 포장재, 제2 전지용 포장재 또는 이들 모두가 제1항, 및 제3항 내지 제13항 중 어느 한 항의 전지용 포장재를 포함하는, 파우치형 배터리.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 전지용 포장재가 제1 수지층, 제1 그라파이트 시트 및 제2 수지층을 포함하고,
    상기 제2 전지용 포장재가 제3 수지층, 제2 그라파이트 시트 및 제4 수지층을 포함하며,
    상기 파우치형 배터리가 제1 수지층, 제1 그라파이트 시트, 제2 수지층, 배터리 셀, 제3 수지층, 제2 그라파이트 시트 및 제4 수지층이 순차적으로 적층된 형태를 포함하는, 파우치형 배터리.
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