KR102034315B1 - 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름 - Google Patents

내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름 Download PDF

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Abstract

개시되는 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름은, 일면이 전해액(100)과 접하는 내부수지층(110); 상기 내부수지층(110)의 타면에 형성되는 제1접착층(120a); 상기 제1접착층(120a)의 타면에 형성되며 무기물질로 구성되는 제1무기물층(150a)을 포함하는 제1보호층(150); 상기 제1보호층(150)의 타면에 형성되는 금속층(130); 상기 금속층(130)의 타면에 형성되는 제2접착층(120b); 상기 제2접착층(120b)의 타면에 형성되는 외부수지층(140);을 포함한다.

Description

내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름{Aluminum Pouch Film with Improved Durability For Secondary Battery}
본 발명(Disclosure)은, 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름에 관한 것으로서, 구체적으로 외부 충격 및 압착 작용 때문에 발생하는 내외부의 수지층 및 접착층의 손상으로 인한 전해액 노출을 방지할 수 있는, 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름에 관한 것이다.
여기서는, 본 발명에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
일반적으로, 이차 전지용 알루미늄 파우치는 다층 구조의 필름으로서, 이차 전지의 수명특성 및 작동의 지속성을 결정하는 중요한 부품소재이다. 이차 전지용 알루미늄 파우치는, 이차 전지의 향상된 디자인을 위한 기계적 유연성 및 강도, 화학적인 강도(내구성) 특성을 가져야 한다. 또한, 산소 및 수증기에 대한 차단 특성 및 전해액에 대한 내화학성, 전기절연성이 확보되어야 한다.
도 1은 종래 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름의 적층 구조를 보인 측단면도면이다. 도 1을 참조하면, 일반적인 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름은, 내부수지층(P110)-접착층(P120a)-금속층(P130)-접착층(P120b)-외부수지층(P140)의 5층 구조로 구성됨을 알 수 있다.
종래의 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름은, 내부수지층(P110) 및 접착층(P120a)이 외부 충격 및 압착 등에 의해서 손상될 수 있다. 또한, 낙하, 충격, 압력 또는 압착 등에 의해서도 얇은 접착층은 손상을 입게 되며, 접착층의 손상된 부위를 통하여 금속층(P130)이 전해액(P100)에 노출될 수 있다. 금속층(P130)이 전해액(P100)에 노출되면 금속층(P130)과 전해액(P100)과 화학반응을 일으켜 부식의 원인이 될 수 있다. 이러한 부식작용은, 부식성 가스인 플루오린화수소산(HF)을 생성하게 된다. 이러한 플루오르화수소산은 금속층(P130)과 반응하여 발열반응을 일으켜, 전지 내부를 팽창시키는 스웰링(swelling)현상을 야기함으로써, 이차 전지의 안정성이 크게 악화된다. 이러한 스웰링(swelling)현상으로 인해 파우치 구조의 취성이 증가하여 부풀게된다. 이러한 구조의 취약성은 미세 충격에도 파우치 필름의 크랙이 발생하여 전해액의 누액으로 인해 리튬과 대기가 반응하여 발화가 발생할 수 있는 위험성이 있다.
또한, 외부수지층(P140) 및 접착층(P120b)이 손상되면, 배터리 외부로 부터 산소와 수분이 침투하여 금속층(P130)과 접촉함으로써, 금속층(130)의 부식 현상을 야기할 수 있는 문제점이 있다.
1. 한국공개특허공보 제10-2013-0081446호
본 발명(Disclosure)은, 물리적 충격으로 인한 내외부의 수지층 및 접착층의 손상으로, 금속층과 전해질의 접촉함으로써 발생하는 금속층의 부식 및 부식성 가스 발생을 방지할 수 있는 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름의 제공을 일 목적으로 한다.
본 발명(Disclosure)은, 물리적 충격으로 인한 내외부의 수지층 및 접착층의 손상이 발생하여, 금속층이 외부 공기중 산소 및 습기와 접함으로써 발생하는 금속층의 부식 현상을 방지할 수 있는, 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름의 제공을 일 목적으로 한다.
여기서는, 본 발명의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 발명의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름은, 일면이 전해액(100)과 접하는 내부수지층(110); 상기 내부수지층(110)의 타면에 형성되는 제1접착층(120a); 상기 제1접착층(120a)의 타면에 형성되며 무기물질로 구성되는 제1무기물층(150a)을 포함하는 제1보호층(150); 상기 제1보호층(150)의 타면에 형성되는 금속층(130); 상기 금속층(130)의 타면에 형성되는 제2접착층(120b); 상기 제2접착층(120b)의 타면에 형성되는 외부수지층(140);을 포함한다.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름은, 상기 제1무기물층(150a)을 구성하는 상기 무기물질은, 산화규소(SiOx), 질화규소(SiNx), 산화티타늄(TiOx) 및 질화티타늄(TiNx)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름은, 상기 제1무기물층(150a)은, 두께가 500Å 내지 3000Å인 무기물층이 적어도 하나 이상 적층되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름은, 상기 제1보호층(150)은, 고분자 물질로 구성되는 제1고분자 필름층(150b)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름은, 상기 제1고분자 필름층(150b)은, 폴리프로필렌(poly propylene, PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET)수지중에 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름은, 상기 제1고분자 필름층(150b)의 두께는 12㎛이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름은, 상기 외부수지층(140)의 타면에 형성되며, 무기물질로 구성되는 제2무기물층(160a) 및 고분자 물질로 구성되는 제2고분자 필름층(160b)으로 구성되는 제2보호층(160);을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름은, 상기 제2무기물층(160a)은, 두께가 500Å 내지 3000Å인 무기물층이 적어도 하나 이상 적층되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름은, 상기 제2고분자 필름층(160b)의 두께는 12㎛이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양(aspect)에 따른 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름은, 상기 제2무기물층(160a)은 산화규소(SiOx), 질화규소(SiNx), 산화티타늄(TiOx) 및 질화티타늄(TiNx)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 제2고분자 필름층(160b)은 폴리프로필렌(poly propylene, PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET)수지 중에 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 무기물층 및 12㎛이하의 얇은 기능성 고분자 필름층을 이용하여 금속층(130)을 보호함으로써, 물리적 충격으로 인한 접착층 및 내외부 수지층의 손상으로, 금속층(130)과 전해질의 접촉함으로써 발생하는 금속층(130)의 부식 및 부식성 가스 발생을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기능성 고분자 필름층을 이용함으로써, 물리적 충격으로 인한 접착층 및 내외부 수지층의 손상의 발생을 방지하여, 금속층(130)이 외부 공기중 산소 및 습기와 접함으로써 발생하는 금속층(130)의 부식 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름의 적층 구조를 보인 측단면도.
도 2a는 본 발명에 따른 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름의 제1실시형태에 따른 적층 구조를 보인 측단면도.
도 2b는 본 발명에 따른 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름의 제2실시형태에 따른 적층 구조를 보인 측단면도.
도 3a는 본 발명에 따른 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름의 제3실시형태에 따른 적층 구조를 보인 측단면도.
도 3b는 본 발명에 따른 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름의 제4실시형태에 따른 적층 구조를 보인 측단면도.
이하, 본 발명에 따른 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름을 구현한 실시형태를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
다만, 본 발명의 사상은 이하에서 설명되는 실시형태에 의해 그 실시 가능 형태가 제한된다고 할 수는 없고, 본 발명의 사상을 이해하는 통상의 기술자는 본 개시와 동일한 기술적 사상의 범위 내에 포함되는 다양한 실시 형태를 치환 또는 변경의 방법으로 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 기술적 사상에 포함됨을 밝힌다.
또한, 이하에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 것이므로, 본 발명의 기술적 내용을 파악하는 데 있어서, 사전적 의미에 제한되지 않고 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다.
도 2a는 본 발명에 따른, 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름의 제1실시형태에 따른 적층 구조를 보인 측단면도이며, 도 2b는 본 발명에 따른, 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름의 제2실시형태에 따른 적층 구조를 보인 측단면도이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명에 따른 내구성이 향상된 이차전지용 알루미늄 파우치 필름의 제1실시 형태는, 내부수지층(110)과 제1접착층(120a)과 제1보호층(150)과 금속층(130)과 제1접착층(120a) 및 외부수지층(140)으로 구성될 수 있다.
내부수지층(110)은, 파우치 최내측에 배치되어 그 일면이 전해액(100)과 접한다. 내부수지층(110)은 폴리올레핀 또는 폴리올레핀의 공중합체를 사용할 수 있다. 또한, 폴리올레핀은 바람직하게는, 폴리에틸렌(poly ethylene, PE) 또는 폴리프로필렌(poly propylene, PP)이다.
제1접착층(120a)은, 내부수지층(110)의 타면에 형성되어 후술하는 제1무기물층(150a)과 상술한 내부수지층(110)을 서로 접착한다.
제1보호층(150)은, 제1접착층(120a)의 타면에 형성되며 무기물질로 구성되는 제1무기물층(150a)을 포함한다. 제1보호층(150)의 타면에 금속층(130)이 형성된다.
금속층(130)의 타면에는 제2접착층(120b)이 형성되며, 제2접착층(120b)의 타면에 외부수지층(140)이 형성된다.
제1접착층(120a) 및 제2접착층(120b)은 열 융착층이라고도 하며, 열접착성을 가져 실링제 역할을 할 수 있다. 제1,2접착층은 폴리올레핀(Polyolepin) 계열의 수지 물질로 형성될 수 있다. 폴리올레핀계 수지층은 흔히 사용되는 것으로는 무연신 폴리프로필렌(Casting Polypropylene, CPP)이 있다 또한, 접착층은 폴리올레핀계 수지인 염화 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 에틸렌프로필렌 공중합체, 폴리에틸렌과 아크릴산 공중합체, 및 폴리프로필렌과 아크릴산의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질로 형성될 수 있으나, 이와 같은 물질에 한정되는 것은 아니다
금속층(130)의 재질은 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 크롬(Cr)으로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄(Al)이다.
외부수지층(140)은, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프타레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트, 공중합 폴리에스테르, 폴리카보네이트 및 나일론필름으로 이루어지는 군으로 부터 선택되는 어느 하나 이상인 것이다.
제1무기물층(150a)은, 산화규소(SiOx), 질화규소(SiNx), 산화티타늄(TiOx) 및 질화티타늄(TiNx)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한, 제1무기물층(150a)은, 두께가 500Å 내지 3000Å인 무기물층이 적어도 하나 이상 적층되어 형성된다.
도 2b를 참조하면, 본 발명에 따른 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름 제2실시형태의 제1보호층(150)은, 고분자 물질로 구성되는 제1고분자 필름층(150b)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 제1고분자 필름층(150b)은, 폴리프로필렌(poly propylene, PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET)수지중에 어느 하나이다. 또한, 제1고분자 필름층(150b)의 두께는 바람직하게는 12㎛이하이다.
도 2a 내지 도 2b를 참조하면, 제1무기물층(150a)는 내부수지층(110) 및 제1접착층(120a)가 파손된 경우, 전해액(100)이 금속층(130)과 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제1고분자 필름층(150b)은, 기존의 내부수지층(110)에 더하여, 탄성과 강성을 제공함으로써, 외부 충격으로 부터 그 내부의 적층 구조를 보호하는 기능이 향상된다.
도 3a는 본 발명에 따른 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름의 제3실시형태에 따른 적층 구조를 보인 측단면도이며, 도 3b는 본 발명에 따른 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름의 제4실시형태에 따른 적층 구조를 보인 측단면도이다.
도 3a 내지 도 3b를 참조하면, 본 발명에 따른 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름의 제3실시형태 및 제4실시형태는, 내부수지층(110)과 제1접착층(120a)과 제1보호층(150)과 금속층(130)과 제1접착층(120a)과 외부수지층(140) 및 제2보호층(160)으로 구성될 수 있다.
제2보호층(160)은 무기물질로 구성되는 제2무기물층(160a) 및 고분자 물질로 구성되는 제2고분자 필름층(160b)을 포함한다.
제2무기물층(160a)은, 두께가 500Å 내지 3000Å인 무기물층이 적어도 하나 이상 적층되여 형성되며, 제2고분자 필름층(160b)의 두께는 바람직하게는 12㎛이하이다.
또한, 제2무기물층(160a)은 산화규소(SiOx), 질화규소(SiNx),산화티타늄(TiOx) 및 질화티타늄(TiNx)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다. 제2고분자 필름층(160b)은 폴리프로필렌(poly propylene, PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET)수지 중에 어느 하나로 구성될 수 있다.
한편, 제1보호층(150)이 제1무기물층(150a) 및 제1고분자 필름층(150b)으로 구성될 때, 제1고분자 필름층(150b)에 제1무기물층(150a)이 코팅된 일체형으로 제조하여 적용할 수 있다. 제1고분자 필름에 제1무기물을 코팅함하여 일체형으로 미리 제조할 수 있다. 이때 제1무기물은 물리기상증착(Physical Vapor Deposition, PVD)방법 또는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)으로, 제1고분자 필름층(150b)의 표면에 코팅될 수 있다.
제2보호층(160)의 기능 및 구성은 제1보호층(150)과 동일하므로, 그 설명을 생략한다.

Claims (10)

  1. 일면이 전해액(100)과 접하는 내부수지층(110);
    상기 내부수지층(110)의 타면에 형성되는 제1접착층(120a);
    상기 제1접착층(120a)의 타면에 형성되며 무기물질로 구성되는 제1무기물층(150a)을 포함하는 제1보호층(150);
    상기 제1보호층(150)의 타면에 형성되는 금속층(130);
    상기 금속층(130)의 타면에 형성되는 제2접착층(120b);
    상기 제2접착층(120b)의 타면에 형성되는 외부수지층(140);을 포함하여,
    상기 무기물질은, 산화규소(SiOx), 질화규소(SiNx), 산화티타늄(TiOx) 및 질화티타늄(TiNx)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함하고,
    상기 제1무기물층(150a)은, 두께가 500Å 내지 3000Å이며
    상기 제1보호층(150)은, 고분자 물질로 구성되는 제1고분자 필름층(150b)을 더 포함하는 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1고분자 필름층(150b)은,
    폴리프로필렌(poly propylene, PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET)수지중에 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는, 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1고분자 필름층(150b)의 두께는 12㎛이하인 것을 특징으로 하는, 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부수지층(140)의 타면에 형성되며, 무기물질로 구성되는 제2무기물층(160a) 및 고분자 물질로 구성되는 제2고분자 필름층(160b)으로 구성되는 제2보호층(160);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2무기물층(160a)은, 두께가 500Å 내지 3000Å인 무기물층이 적어도 하나 이상 적층되는 것을 특징으로 하는, 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2고분자 필름층(160b)의 두께는 12㎛이하인 것을 특징으로 하는, 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2무기물층(160a)은 산화규소(SiOx), 질화규소(SiNx), 산화티타늄(TiOx) 및 질화티타늄(TiNx)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함하고,
    상기 제2고분자 필름층은 폴리프로필렌(poly propylene, PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET)수지 중에 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는, 내구성이 향상된 이차 전지용 알루미늄 파우치 필름.
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