KR102030603B1 - 파우치형 리튬이차전지용 접착제 및 이를 이용한 파우치형 리튬이차 전지 - Google Patents

파우치형 리튬이차전지용 접착제 및 이를 이용한 파우치형 리튬이차 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR102030603B1
KR102030603B1 KR1020190008875A KR20190008875A KR102030603B1 KR 102030603 B1 KR102030603 B1 KR 102030603B1 KR 1020190008875 A KR1020190008875 A KR 1020190008875A KR 20190008875 A KR20190008875 A KR 20190008875A KR 102030603 B1 KR102030603 B1 KR 102030603B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pouch
secondary battery
lithium secondary
type lithium
weight
Prior art date
Application number
KR1020190008875A
Other languages
English (en)
Inventor
설완호
Original Assignee
주식회사 케이엠지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 케이엠지 filed Critical 주식회사 케이엠지
Priority to KR1020190008875A priority Critical patent/KR102030603B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102030603B1 publication Critical patent/KR102030603B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J123/00—Adhesives based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J123/26—Adhesives based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Adhesives based on derivatives of such polymers modified by chemical after-treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M2/0275—
    • H01M2/0287—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/124—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J2203/00—Applications of adhesives in processes or use of adhesives in the form of films or foils
    • C09J2203/33—Applications of adhesives in processes or use of adhesives in the form of films or foils for batteries or fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 파우치형 리튬 이차전지용 접착제 조성물, 이를 이용한 파우치형 리튬이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

파우치형 리튬이차전지용 접착제 및 이를 이용한 파우치형 리튬이차 전지{ADHESIVE FOR POUCH TYPE LITHIUM SECONDARY BATTERY AND THE POUCH TYPE LITHIUM SECONDARY BATTERY BY USING THE SAME}
본 발명은 파우치형 리튬 이차전지용 접착제 및 이를 이용한 파우치형 리튬 이차전지에 관한 것이다. 보다 상세하게는 파우치형 리튬 이차전지에 외부 충격이 가해져도 전극 조립체와 파우치가 탈리되지 않도록 하는 접착제 조성물 및 이를 포함하는 파우치형 리튬 이차전지에 관한 것이다.
최근 모바일 기기에 대한 기술 개발 및 수요가 지속적으로 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요도 급격히 증가하고 있다.
대표적으로 전지의 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성을 갖는 리튬 이차전지에 대한 수요가 높고, 전지의 형상 면에서는 형태의 변형이 용이하고 얇은 두께를 가질 수 있으며, 제조 비용이 저렴한 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높다. 따라서 이에 따라, 파우치형 리튬이차전지에 대한 연구 및 개발이 활발히 이루어지고 있다.
그러나, 파우치형 리튬 이차전지는 낙하 등의 이유로 전지에 충격이 가해질 때, 전극조립체가 파우치 내에서 유동하게 되고 이로 인해 전극이 꺾여 쇼트, 발화, 폭발 등의 현상이 발생할 우려가 있다.
이를 방지하기 위해 종래에는 전극조립체와 파우치 사이에 특수한 기능을 가진 마감테이프를 배치하여 전지에 충격이 가해지더라도 전극조립체가 파우치 안에서 유동하지 않도록 하였다. 상기에서 마감테이프는, 리튬이차전지를 파우치 내에 수납할 때 양극판, 세퍼레이터 및 음극판이 차례로 적층된 전극조립체가 풀리지 않도록 전극조립체의 외면을 감싸 고정하는 테이프를 의미한다.
일 예로 종래의 파우치형 리튬이차전지는 마감테이프로 폴리프로필렌(PP; polypropylene) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET; polyethylene terephthalate) 필름 기재에 아크릴계 감압 접착제(PSA; pressure sensitive adhesive)를 코팅한 것을 사용하였다. 이때 폴리프로필렌 또는 무연신폴리프로필렌(CPP; casted polypropylene) 등을 포함한 파우치의 내측 수지층과 마감테이프의 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 층이 마주보도록 압착한 형태를 가지도록 하였다.
그러나 상기 마감테이프는 여전히 전지에 낙하 등의 충격이 가해지는 경우, 전극조립체와 파우치 사이가 떨어져 전극조립체가 파우치 내에서 유동하게 되고, 이로 인해 쇼트, 발화, 폭발 등의 현상이 발생하는 문제점을 가지고 있었다. 또한, 상기 마감테이프를 사용하는 경우, 전지는 60 ㎛ 이상의 두께를 갖게 되어 부피당 에너지 밀도가 낮아지는 문제점도 있었다. 뿐만 아니라, 전극조립체에 종래의 마감테이프를 부착하는 경우, 파우치와 부착되는 부분에서의 점착성으로 인해 적층 보관할 수 없어 작업성이 떨어지는 문제점이 있어, 이에 대한 개선이 필요하였다.
따라서 상술한 문제점들을 해결하기 위하여, 파우치형 리튬 이차전지에 있어서, 파우치 내에서 전극 조립체가 유동하는 현상을 방지하고, 전지의 에너지 밀도를 높일 수 있으며, 또한 작업성이 우수한 파우치형 리튬 이차전지용 접착제 조성물 및 이를 이용한 파우치형 리튬 이차전지에 관한 본 발명의 완성에 이르게 되었다.
대한민국 공개특허공보 제 2017-0025872호
본 발명은 파우치형 리튬이차전지에 있어서, 파우치 내의 전극조립체가 유동하는 현상을 방지하고, 전지의 에너지 밀도를 높일 수 있으며, 또한 작업성이 우수한 파우치형 리튬이차전지용 접착제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 접착제 조성물을 이용함으로써, 현저히 향상된 안정성을 갖고, 또한 높은 에너지 밀도를 갖는 파우치형 리튬이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 접착제 조성물을 이용함으로써, 보다 낮은 온도에서 제조공정을 실시할 수 있어, 공정의 안정성이 확보되고, 전지의 수명 감소를 방지할 수 있는 파우치형 리튬이차전지의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
아크릴 개질된 말레산 그라프트 폴리올레핀(acrylic modified maleic grafted polyolefin) 또는 무수말레산 개질된 폴리올레핀(maleicanhydride modified polyolefin )에서 선택되는 어느 하나 이상의 것인 개질 폴리올레핀;
수소첨가 석유수지, 지방족 석유수지 및 방향족 석유수지 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 석유수지; 및
용매;를 포함하여 제조되는 파우치형 리튬이차전지용 접착제 조성물을 제공하는 것이다.
상기 조성물에 있어서, 상기 개질 폴리올레핀은 본 발명의 목적을 달성하는 한에서는 특별히 제한하지 않지만, 좋게는 무수말레산 및/또는 아크릴산의 함량이 개질 폴리올레핀의 전체 몰수를 기준으로 0.1 내지 5wt%인 파우치형 리튬 이차전지용 접착제 조성물을 제공한다.
또한 본 발명에서 폴리올레핀은 폴리에틸렌 단독중합체, 폴리프로필렌 단독중합체 및 에틸렌 또는 프로필렌과 C3-C10알파올레핀의 공중합체 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인 파우치형 리튬 이차전지용 접착제 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 예는 상기 개질 폴리올레핀의 중량평균분자량은 본 발명의 목적을 달성하는 범위에서는 특별히 제한하지 않지만, 예를들면, 15,000 내지 300,000 g/mol인 파우치형 리튬이차전지용 접착제 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명에서 상기 석유수지의 함량은 비제한적으로 예를 들면, 상기 개질 폴리올레핀 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부인 파우치형 리튬이차전지용 접착제 조성물을 제공할 수 있다.
또한 본 발명에서 상기 조성물은 고형분의 함량이 1 내지 50중량%, 좋게는 5 내지 40 중량%일 수 있지만, 본 발명의 필요에 의해 다양하게 조절 가능하다.
또한 본 발명은, 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 파우치; 및 상기 전극조립체와 상기 파우치 사이에 형성된 접착층;을 포함하고, 상기 접착층은 상기 접착제 조성물로 형성되는 파우치형 리튬이차전지를 제공한다.
또한 본 발명은, 전극조립체의 표면에 접착층을 형성하는 단계; 상기 접착층이 형성된 전극조립체를 파우치 내에 수납하는 단계; 상기 전극조립체가 수납된 파우치 내에 전해액을 투입하는 단계; 및 상기 전극조립체와 상기 파우치를 열압착하는 단계;를 포함하고,
상기 접착층은, 제 1항 내지 제 8항 중에서 선택되는 어느 한 항에 따른 접착제 조성물로 형성되는 파우치형 리튬이차전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 예는 상기 열압착하는 단계는 50 내지 100℃의 온도범위에서 실시되는 파우치형 리튬이차전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 파우치형 리튬이차전지용 접착제 조성물은 접착력이 우수하여, 파우치 내에 전극조립체의 유동 현상을 획기적으로 방지할 수 있다.
또한 건조 시 접착 또는 점착 특성이 발현되지 않아 보관이 용이하고 우수한 작업성을 갖는다.
또한 우수한 내전해액성을 가져 전극의 내구성을 확보할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 리튬이차전지는 본 발명에 따른 접착제 조성물을 이용함으로써 현저히 향상된 안정성을 갖는다.
또한 기존에 사용하는 접착 테이프에 비하여 절반 이하의 얇은 두께를 가질 수 있어 높은 에너지 밀도를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 파우치형 리튬이차전지의 제조방법은 본 발명에 따른 접착제 조성물을 이용함으로써 보다 낮은 온도에서 열압착 공정이 실시될 수 있어 공정의 안정성을 확보할 수 있다. 또한 전지의 수명감소를 방지할 수 있다.
이하에서 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 다른 정의가 없다면 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 발명은 아크릴 개질된 말레산 그라프트 폴리올레핀(acrylic modified maleic grafted polyolefin) 또는 무수말레산 개질된 폴리올레핀(maleicanhydride modified polyolefin )에서 선택되는 어느 하나 이상의 것인 개질 폴리올레핀; 수소첨가 석유수지, 지방족 석유수지 및 방향족 석유수지 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 석유수지; 및 용매를 포함하는 파우치형 리튬이차전지용 접착제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 파우치형 리튬이차전지용 접착제 조성물은, 특별히 제한되는것은 아니지만, 파우치형 리튬이차전지에 있어서, 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 파우치 사이에 접착층을 형성하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 파우치형 리튬이차전지용 접착제 조성물은 아크릴 개질된 말레산 그라프트 폴리올레핀(acrylic modified maleic grafted polyolefin) 또는 무수말레산 개질된 폴리올레핀(maleicanhydride modified polyolefin )에서 선택되는 어느 하나 이상의 것인 개질 폴리올레핀와 석유수지를 포함함으로써, 이들의 상호작용에 의하여 통상적으로 폴리프로필렌(PP; polypropylene) 또는 무연신 폴리프로필렌(CPP; casted polypropylene) 등을 포함하는 파우치 내측 수지층과의 접착력이 현저히 조절되어 파우치 내에서 전극조립체가 유동하는 현상을 획기적으로 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 리튬이차전지용 접착제 조성물은 전극조립체와 파우치 사이에 접착필름 형태가 아닌 접착층으로 코팅될 수 있어 보다 얇은 두께를 가질 수 있고, 이에 따라 전지는 높은 에너지 밀도를 가질 수 있다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 리튬이차전지용 접착제 조성물은, 종래 파우치형 리튬이차전지에 사용되는 마감테이프 또는 기타 조성의 접착층에 비하여 건조되는 경우 특별히 접착 또는 점착 특성이 발현되지 않아 코팅한 전극조립체를 보다 많은 층으로 적층한 후에 작업을 위해 이동 시에도 접착 또는 점착 특성이 발현되지 않으므로, 종래의 다른 조성의 코팅층이나 접착테이프에 비하여 현저히 우수한 작업성을 가질 수 있다
본 발명의 개질 폴리올레핀에서 무수말레산 및/또는 아크릴산의 함량은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 개질 폴리올레핀의 전체 몰수를 기준으로 0.1 내지 3중량%일 수 있다. 상기 범위에서 우수한 접착력과 코팅층과 코팅층의 적층시에도 접착 또는 점착특성이 현저히 없어지므로, 높은 작업성을 가진다. 또한 상기 범주에서 높은 내전해액성으로 인하여 이차전지셀 내부에 액체전해액이 존재하는 상황하에서도 우수한 접착력을 가질 수 있는 우수한 효과를 가진다.
본 발명의 개질 폴리올레핀은 아크릴 개질된 말레산 그라프트 폴리올레핀(acrylic modified maleic grafted polyolefin) 또는 무수말레산 개질된 폴리올레핀(maleicanhydride modified polyolefin )에서 선택되는 어느 하나 이상의 것인 개질 폴리올레핀 수지를 의미하며, 상기 폴리올레핀은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를들면, 폴리에틸렌 단독중합체, 폴리프로필렌 단독중합체 및 에틸렌 또는 프로필렌과 이를 제외한 C2-C10알파올레핀의 공중합체 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있지만 통상의 폴리올레핀 수지라면 특별히 제한하지 않는다.
본 발명의 개질 폴리올레핀의 분자량은 특별히 제한 되지 않지만, 중량평균분자량을 기준으로 15,000 내지 300,000 g/mol일 수 있다.
본 발명의 개질 폴리올레핀이 상기 범위의 중량평균분자량을 갖는 경우, 본 발명에 따른 접착제 조성물은 접착층을 형성하는데 보다 더 우수한 코팅성을 가질 수 있고, 또한 형성된 접착층은 뛰어난 내용제성을 가질 수 있으므로 더 선호된다.
본 발명의 석유수지의 함량은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 상기 개질 폴리올레핀 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부일 수 있다. 본 발명의 접착제 조성물이 상기 범위의 함량를 갖는 석유수지를 포함하는 경우, 이로 형성된 접착층은특히 얇은 두께를 갖더라도 접착력이 우수하며, 건조되는 경우에는 점착성이 발현되지 않아 보관이 용이하고 우수한 작업성을 가질 수 있다. 또한 접착제 조성물이 파우치형리튬이차전지에 사용되는 경우, 전지는 보다 더 우수한 내충격강도를 가질 수 있고, 이에 안정성이 현저히 향상될 수 있다.
본 발명의 용매는 접착제 조성물에 코팅성을 부여할 수 있는 것이라면 어느 것이든 사용할 수 있다.
일 예로 특별히 제한되는 것은 아니지만, 탄화수소계, 에스테르계 및 에테르계용매 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.보다 구체적으로, 에탄올, 이소프로필알콜, 톨루엔, 사이클로헥산, 사이클로펜탄, 메틸사이클로헥산, 에틸사이클로헥산, 트리클로로에틸렌, 1,2-디클로로에틸렌, 디클로로메탄 및 노말프로필 브로마이드, 1,1-디클로로-1-플루오로에탄 및 프로필렌디클로라이드 중에서 선택되는 어느 하나이상의 양용매(goos solvent)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 본 발명에서는 상기 용매는 양용매(good solvent)와 더불어 빈용매(poor solvent)를 추가로 사용하는 경우, 본 발명의 조성물의 점도를 현저히 저하시켜 코팅성을 더욱 증가 시킬 수 있으며, 동일한 고형분을 채택하여도 코팅성이 현저히 상승하고, 또한 접착층 자체의 수직 접착 또는 점착 특성을 더욱 낮추어 작업성을 편리하게 할 수 있다.
빈용매의 사용함량은 본 발명의 고형분의 침전이 발생하지 않는 범위라면 특별히 제한하는 것은 아니지만, 전체 용매에 대하여 30중량부 이하, 좋게는 1 내지 20중량부를 사용하는 것이 좋다. 본 발명에서 빈용매로는 케톤 , 에테르 또는 에스테르에서 선택되는 어느 하나 이상의 것인 빈용매일 수 있으며, 구체적인 예를 들면, 메틸에틸케톤, 테트라하이드로퓨란 등을 예로 들 수 있지만 이에 한정하는 것은 아니다.
또한 본 발명에서 상기 조성물은 고형분의 함량이 1 내지 50중량%, 좋게는 5 내지 40 중량%일 수 있지만, 본 발명의 필요에 의해 다양하게 조절 가능하며 상기 범주에서 본 발명에 따른 접착제 조성물은 접착층을 형성함에 있어 보다 더 우수한 코팅성을 가질 수 있으며, 또한 형성된 접착층은 뛰어난 내전해액성을 가질 수 있어서 더 선호된다.
또한 본 발명은 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 파우치; 및 상기 전극조립체와 상기 파우치 사이에 형성된 접착층;을 포함하고, 상기 접착층은, 상술한 본 발명에 따른 접착제 조성물로 형성되는 파우치형 리튬이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 파우치형 리튬이차전지는 본 발명에 따른 접착제 조성물로 형성되는 접착층을 포함함으로써, 전지의 낙하 등의 외부 충격으로 인해 파우치 내에서 전극조립체가 유동하는 현상을 획기적으로 방지할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 파우치형 리튬이차전지는, 종래의 파우치형 리튬이차전지와 달리 외부 충격으로 인한 단락, 발화, 폭발 등의 발생 가능성이 극히 낮아, 현저히 향상된 안정성을 갖는다. 또한 종래의 파우치형 리튬이차전지와 달리, 얇은 두께를 가지는 접착층을 이용함으로써 보다 높은 에너지 밀도를 가질 수 있다. 또한 상기 접착층은 전지 내부 전해액에 대한 뛰어난 내용제성, 즉 내전해액성을 가져 전극의 내구성을 확보할 수 있다.
본 발명의 접착층의 두께는 특별히 제한되는 것은 아니지만 1 내지 30 ㎛일 수 있다. 상기 범위의 두께는 종래 파우치형 리튬이차전지에 사용되는 60 내지 150 ㎛ 두께의 마감테이프에 비하여 현저히 얇은 형태이고, 본 발명에 따른 접착제 조성물로 형성되는 접착층은 상기 두께 범위에서도 우수한 접착력을 확보할 수 있다. 또한 상기 범위의 두께를 갖는 경우, 전지의 에너지 밀도를 높일 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명은 전극 조립체의 표면에 접착층을 형성하는 단계; 상기 접착층이 형성된 전극조립체를 파우치 내에 수납하는 단계; 상기 전극조립체가 수납된 파우치 내에 전해액을 투입하는 단계; 및 상기 전극조립체와 상기 파우치를 열압착하는 단계;를 포함하고, 상기 접착층은, 상술한 본 발명에 따른 접착제 조성물로 형성되는 파우치형 리튬이차전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 파우치형 리튬이차전지의 제조방법은, 본 발명에 따른 접착제 조성물을 이용함으로써, 보다 낮은 온도에서 열압착 공정이 실시될 수 있어 공정의 안정성을 확보할 수 있다.
본 발명의 접착층을 형성하는 단계는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 전극조립체의 표면에 본 발명에 따른 접착제 조성물을 도포하여 코팅하는 방식으로 수행할 수 있다. 이때 도포 방법은 특별히 제한되는 것은 아니지만,바 코팅, 다이 코팅, 와이어 코팅, 콤마 코팅, 마이크로 그라비어 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 스핀 코팅, 잉크젯 코팅, 롤 코팅 및 나이프 코팅 중에서 선택되는 어느 하나의 방법을 사용할 수 있다.
본 발명의 열압착하는 단계는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 50 내지 100℃의 온도범위에서 실시될 수 있다. 상기 온도범위에서 실시되는 경우, 전해액의 부피 팽창 우려가 없어 공정의 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 전해액 일부의 기화로 인한 전지 내부의 압력의 상승 및 전지의 수명 감소를 방지할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
사이클로헥산 85중량부, 메틸에틸케톤 15중량부를 포함하는 양용매 및 빈용매의 혼합용매 100중량부에 대하여, 2.3중량% 무수말레산 개질 폴리프로필렌 수지(중량평균분자량 63,000 g/mol) 10 중량부 및 수소첨가 석유수지(코오롱, SUKOREZ SU-100) 1 중량부를 상기 혼합용매에 투입하여 용해시킨 후 접착조성물을 제조하고, 이를 전극 조립체의 알루미늄 표면에 충분히 분무하였다. 이후, 3분간 60℃에서 건조한 후, 접착층의 두께가 7 ㎛로 코팅된 전극조립체를 제조하였다.
상기 접착층이 형성된 전극 조립체를 내부가 폴리프로필렌 필름으로 코팅된 알루미늄 파우치 속에 넣고, 상기 전극 조립체 내부로 전해액을 투입하였다. 이후, 80℃에서 5 atm으로 5초 동안 열 압착하여 파우치형 리튬 이차전지를 제조하였다.
상기 제조된 접착조성물 및 리튬 이차전지의 물성을 하기와 같이 측정하였다.
접착강도
KS M 3734에 의거하여 시편(10cmХ10cmХ30mm)을 제작하여, 접착강도를 측정하였다. 만능시험기(TEST ONE, TO-102)를 이용하였으며 10 mm/min의 속도로 인장하며 측정하였고, 그 결과를 표 1에 기재하였다.
낙하시험
파우치형 리튬이차전지를 플라스틱 케이스에 넣은 후 조립 밀봉 하고, 이를 1 m의 높이에서 플라스틱 케이스 6면과 각각의 모서리 8면 방향으로 자유낙하를 실시하였으며, 이를 1회로 규정하여 낙하시험을 하였다. 전극 조립체와 파우치가 탈리될 때까지의 최종 낙하 횟수를 측정하여 그 결과를 표 1에 기재하였다.
내용제성
접착층이 코팅된 전극조립체를 에틸카보네이트 및 에틸메틸카보네이트(부피비 3:7)를 용매로 한 1M의 리튬염(LiPF3) 전해액에 완전히 잠기게 하였다. 80℃에서 480시간 동안 방치한 다음, 접착층의 구조 변형이 있는지를 통해 내용제성을 확인하여 그 결과를 표 1에 기재하였다. 이때 접착층의 구조 변형없이 온전한 경우 ○, 접착층의 구조 변형이 있거나 박리되는 경우 Х로 표기하였다.
건조 후 점착성
접착층이 코팅된 전극조립체가 건조된 후에 점착성이 있는지 여부를 확인하기 위하여, 100 ㎛의 폴리에틸렌 필름을 접착층에 적층하여, 일정한 압력을 준 후 그 결과를 표 1에 기재하였다. 이때 점착성이 없는 경우 ○, 점착성이 있는 경우 Х로 표기하였다.
접착제용액의 점도
제조된 접착제 용액을 회전형점도계(BROOKFIELD, DV2T)를 사용하여 상온(25℃)에서 18번 스핀들, 120rpm에서 측정하였고, 그 결과를 표 1에 기재하였다.
사이클로헥산 90 중량부, 메틸에틸케톤 10 중량부를 포함하는 혼합 용매 100중량부에 대하여 2.3중량% 무수말레산 개질 폴리프로필렌 수지(중량평균분자량 63,000 g/mol) 10 중량부 및 수소첨가 석유수지(코오롱, HIKOREZ A-1100) 1 중량부를 제조한 용매에 투입하여 용해하여 접착조성물을 제조하였다. 이후 이를 이용하여 전극조립체의 알루미늄 표면에 충분히 분무하였다. 이후, 3분간 60℃에서 건조한 후, 접착층의 두께가 7 ㎛로 코팅된 전극조립체를 제조하였으며 물성을 실시예 1과 같이 측정하여 표 1에 수록하였다.
사이클로헥산 95중량부, 메틸에틸케톤 5중량부를 포함하는 혼합 용매 100중량부에 대하여 2.3중량% 무수말레산 개질 폴리프로필렌 수지(중량평균분자량 63,000 g/mol) 10 중량부 및 수소첨가 석유수지(코오롱, HIKOTACK P-90) 1 중량부를 제조한 용매에 투입하여 용해하여 접착제 조성물을 제조하고, 이를 전극조립체의 알루미늄 표면에 충분히 분무하였다. 이후, 3분간 60℃에서 건조한 후, 접착층의 두께가 7 ㎛로 코팅된 전극조립체를 제조하였으며 실시예 1과 동일한 방법으로 물성을 측정하고, 그 결과를 표 1에 수록하였다.
사이클로헥산 85중량부, 테트라하이드로퓨란 15중량부를 포함하는 혼합용매 100중량부에 대하여 2 중량% 아크릴산 개질 말레산 크라프트(0.3중량%그라프트) 폴리프로필렌 수지(중량평균분자량 85000 g/mol, 점도 60mPas(10중량% in 자일렌), 연화점 70℃) 10 중량부 및 수소첨가 석유수지(코오롱, SUKOREZ SU-100) 1 중량부를 제조한 용매에 투입하여 용해한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실험한 후 그 결과를 표 1에 수록하였다.
사이클로헥산 90중량부, 테트라하이드로퓨란 10중량부를 포함하는 혼합용매 100중량부에 대하여 2 중량% 아크릴산 개질 말레산 그라프트(0.3중량%) 폴리프로필렌 수지(중량평균분자량 61,000 g/mol) 10 중량부 및 수소첨가 석유수지(코오롱, HIKOREZ A-1100) 1 중량부를 제조한 용매에 투입하여 용해한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하고 그 물성을 표 1에 기재하였다.
사이클로헥산 95중량부, 테트라하이드로퓨란 5중량부를 포함하는 혼합 용매 100중량부에 대하여 2 중량% 아크릴산 개질 말레산 그라프트(0.3중량%) 폴리프로필렌 수지(중량평균분자량 61,000 g/mol) 10 중량부 및 수소첨가 석유수지(코오롱, HIKOTACK P-90) 1 중량부를 제조한 용매에 투입하여 용해한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였으며 그 결과를 표 1에 수록하였다.
사이클로헥산 100 중량부에 대하여 2 중량% 아크릴산 개질 말레산 그라프트(0.3중량%) 폴리프로필렌 수지(중량평균분자량 61,000 g/mol) 10 중량부 및 수소첨가 석유수지(코오롱, HIKOTACK P-90) 1 중량부를 제조한 용매에 투입하여 용해한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였으며 그 결과를 표 1에 수록하였다.
<비교예 1>
실시예 1에서, 전극조립체의 알루미늄 표면에 접착층을 형성하는 대신에, 상용화된 제품으로 두께 60 ㎛의 OPS 양면 접착 테이프를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
<비교예 2 >
사이클로헥산 100중량부에 대하여 2.3몰% 비스페놀 A 에폭시 수지(국도 화학, YD-020) 10 중량부 및 수소첨가 석유수지(코오롱, SUKOREZ SU-100) 1 중량부를 제조한 용매에 투입하여 용해한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였으며 그 결과를 표 1에 수록하였다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예 7 비교예1 비교예2
접착층 두께(㎛) 6 6 6 6 6 6 9 65 14
접착강도(N/cm2) 22.4 20.1 19.8 22.7 17.7 16.7 14.6 10.1 11.1
낙하시험(횟수) 40 40 40 37 38 37 32 6 20
내용제성 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ △ △
건조 후 점착성 ○ ○ ○ ○ ○ ○ Х Х Х
점도 (cP) 81 84 89 83 86 91 112 - 136
상기 표 1로부터, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 7은 접착층의 두께가 매우 얇음에도 불구하고 접착력이 우수한 것을 확인할 수 있다. 또한, 낙하시험에서 낙하 횟수 최대 30이상, 40회 이상에서도 전극 조립체와 파우치 간의 탈리가 발생하지 않으며, 내충격강도가 우수하고, 현저히 향상된 안정성을 갖는 것을 확인할 수 있다. 또한, 뛰어난 내용제성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예들의 접착층은 건조된 경우 점착성이 발현되지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서 다수 제조한 전극조립체의 적층 보관이 가능하여 우수한 작업성을 가질 수 있다.
반면, 상기 표 1로부터, 비교예 1은 종래 상품화 된 코팅액을 이용하여 제조한 것이고 비교예 2는 본 발명의 개질 올레핀 수지와 상이한 수지를 사용한 경우, 전반적인 물성이 나쁘거나 현저히 열세의 물성을 가지는 것임을 알 수 있다, 즉 접착력이 낮고, 낙하시험 횟수도 6회에 불과하여 본 발명에 따른 실시예들에 비하여 전극조립체와 파우치 간의 탈리가 쉽게 발생하여 내충격강도 및 안정성이 현저히 떨어짐을 확인할 수 있다. 또한, 내용제성이 낮아 전극의 내구성 및 안전성을 확보하기 어렵다. 또한 건조된 후에도 점착 특성이 있어 보관성 및 작업성이 떨어진다.
한편, 본 발명에서 양용매(good solvent)와 빈용매(poor solvent)의 혼합용매를 사용하지 않은 실시예 7의 경우에는, 설명하기 어렵지만, 본 발명의 혼합용매를 사용하는 다른 실시예들에 비하여 접착력이 다소 낮은 것을 확인할 수 있으며, 낙하시험에서 보다 다소 탈리가 발생하고, 내충격강도 및 안정성이 떨어지는 것을 확인할 수 있으며, 내용제성이 낮으며, 건조 후에도 점착 특성이 있어 보관성 및 작업성이 떨어지지만 종래의 상품화 된 것에 비하여는 우수한 특성을 가짐을 알 수 있다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 음극, 양극 및 분리막을 포함하는 전극조립체;
    상기 전극조립체를 수용하는 파우치; 및
    상기 전극조립체와 상기 파우치 사이에 형성된 접착층;을 포함하고,
    상기 접착층은, (a)아크릴 개질된 말레산 그라프트 폴리올레핀 또는 무수말레산 개질된 폴리올레핀에서 선택되는 어느 하나 이상의 개질 폴리올레핀, (b)수소첨가 석유수지, 지방족 석유수지 및 방향족 석유수지 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 석유수지, 및 (c)양용매와 빈용매의 혼합용매를 포함하는 접착제 조성물로 형성된 것이며,
    상기 접착제 조성물 내 상기 석유수지의 함량은, 상기 개질 폴리올레핀 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부인, 파우치형 리튬이차전지.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 접착층의 두께는 1 내지 30㎛인, 파우치형 리튬이차전지.
  10. 삭제
KR1020190008875A 2019-01-23 2019-01-23 파우치형 리튬이차전지용 접착제 및 이를 이용한 파우치형 리튬이차 전지 KR102030603B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190008875A KR102030603B1 (ko) 2019-01-23 2019-01-23 파우치형 리튬이차전지용 접착제 및 이를 이용한 파우치형 리튬이차 전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190008875A KR102030603B1 (ko) 2019-01-23 2019-01-23 파우치형 리튬이차전지용 접착제 및 이를 이용한 파우치형 리튬이차 전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102030603B1 true KR102030603B1 (ko) 2019-10-10

Family

ID=68206227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190008875A KR102030603B1 (ko) 2019-01-23 2019-01-23 파우치형 리튬이차전지용 접착제 및 이를 이용한 파우치형 리튬이차 전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102030603B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102319810B1 (ko) * 2021-06-10 2021-11-01 주식회사 케이엠지 이차전지 분리막용 수계 바인더 및 이를 포함하는 다공성 분리막

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170025872A (ko) 2015-08-31 2017-03-08 주식회사 엘지화학 안전성이 개선된 파우치형 리튬이차전지
KR20180037215A (ko) * 2015-08-28 2018-04-11 디아이씨 가부시끼가이샤 라미네이트용 접착제, 다층 필름, 및 이것을 사용한 이차전지

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180037215A (ko) * 2015-08-28 2018-04-11 디아이씨 가부시끼가이샤 라미네이트용 접착제, 다층 필름, 및 이것을 사용한 이차전지
KR20170025872A (ko) 2015-08-31 2017-03-08 주식회사 엘지화학 안전성이 개선된 파우치형 리튬이차전지

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102319810B1 (ko) * 2021-06-10 2021-11-01 주식회사 케이엠지 이차전지 분리막용 수계 바인더 및 이를 포함하는 다공성 분리막

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI725203B (zh) 積層用接著劑組成物、積層體、及二次電池
JP5954283B2 (ja) ラミネート積層体用接着剤組成物、これを使用した積層体、および二次電池
TWI479725B (zh) 分隔器及含有此分隔器之電化學裝置
KR101925264B1 (ko) 라미네이트용 접착제, 그것을 사용한 적층체 및 이차 전지
TWI711676B (zh) 積層用接著劑、多層薄膜、及使用其之二次電池
KR101637477B1 (ko) 높은 전극 접착력을 갖는 세퍼레이터 및 이의 제조방법
JPWO2014050686A1 (ja) ラミネート用接着剤、これを用いた積層体及び二次電池
WO2012102585A2 (ko) 전극 조립체
TWI667308B (zh) 積層用接著劑組成物、積層體、及二次電池
US20210226283A1 (en) Electricity storage device cladding
KR102391823B1 (ko) 이차전지용 파우치 필름
US11390055B2 (en) Housing material for electricity storage device
KR102030603B1 (ko) 파우치형 리튬이차전지용 접착제 및 이를 이용한 파우치형 리튬이차 전지
WO2016075975A1 (ja) ラミネート用接着剤、それを用いた積層体、及び二次電池
EP3456793B1 (en) Adhesive for laminates, layered body using same, and secondary battery
US10944085B2 (en) Outer covering material for electricity storage devices, and electricity storage device
KR101873472B1 (ko) 전지 마감용 점착성 스웰링 테이프, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR102312607B1 (ko) 이차전지용 파우치 필름
KR102087368B1 (ko) 파우치형 리튬이차전지의 접착제 및 이를 이용하여 제조되는 이차전지
KR102056734B1 (ko) 파우치형 리튬이차전지의 접착제 및 이를 이용하여 제조되는 이차전지
KR101834561B1 (ko) 유체 반응형 마감 테이프
KR101827951B1 (ko) 알루미늄 파우치 필름 제조용 마이크로 그라비어 코터
TWI701862B (zh) 積層用接著劑、使用其之積層體與其製造方法、及二次電池與其製造方法
KR102391814B1 (ko) 이차전지용 파우치 필름
KR102391815B1 (ko) 이차전지용 파우치 필름

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant