KR102109550B1 - 소형 이차전지용 알루미늄 파우치 필름 제조장치 및 이에 의해 제조된 파우치 필름 - Google Patents

소형 이차전지용 알루미늄 파우치 필름 제조장치 및 이에 의해 제조된 파우치 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소형 이차전지용 알루미늄 파우치 필름 제조장치 및 이에 의해 제조된 파우치 필름에 관한 것으로서, 하나의 제조장비에서 표면처리제, 접착제 및 필름의 특성에 적합한 코팅방식을 선택적으로 사용할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
이를 위하여 본 발명은, 권취된 제1 필름(F1)을 풀어서 공급하는 제1 공급와인더(110)와, 상기 제1 필름(F1)에 표면처리제 또는 접착제를 도포하는 코팅부(140)와, 접착제가 도포된 제1 필름(F1)을 건조시키는 드라이어(150)와, 권취된 제2 필름(F2)을 풀어서 공급하는 제2 공급와인더(160)와, 상기 제1 필름(F1)과 제2 필름(F2)을 합지하는 라미네이션부(170)와, 합지된 필름을 권취하는 권취와인더(190)를 포함하여 이루어지는 이차전지용 알루미늄 파우치 필름 제조장치(100)에 있어서, 상기 코팅부(140)는, 마이크로 그라비어 코팅장치(140a), 다이렉트 그라비어 코팅장치(140b) 및 슬롯 다이 코팅장치(140c)로 구성되고, 상기 마이크로 그라비어 코팅장치(140a), 다이렉트 그라비어 코팅장치(140b) 및 슬롯 다이 코팅장치(140c)는, 필름 제조장치(100)의 일측면에서 세로방향으로 이동이 가능하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

소형 이차전지용 알루미늄 파우치 필름 제조장치 및 이에 의해 제조된 파우치 필름{Manufacturing Apparatus of Aluminium Pouch Film for Small Size Secondary Battery and Pouch Film Thereof}
본 발명은 소형 이차전지용 파우치 필름 제조장치 및 이에 의해 제조된 파우치 필름에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 하나의 필름 제조장비에서 마이크로 그라비어 코팅, 다이렉트 그라비어 코팅 및 슬롯다이 코팅작업을 모두 수행할 수 있도록 함으로써, 파우치 필름 제조장비의 설치면적을 최소화하고, 필름의 제조공정에 적합한 코팅장치를 선택적으로 사용함으로써, 파우치 필름의 품질의 향상시킬 수 있도록 한 소형 이차전지용 알루미늄 파우치 필름 제조장치 및 이에 의해 제조된 파우치 필름에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지라 함은, 한 번 쓰고 버리는 일차전지와 달리 반복 충전이 가능한 충전식 전지(Rechargeable Battery)를 말한다.
이러한 이차전지의 종류로는, 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈 수소 축전지, 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다.
상기한 이차전지는, 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다.
이 중에서 리튬 이차전지는, 가벼우면서도 에너지 밀도 및 방전전압이 높아 전기 자동차 등 다양한 분야에 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차전지는, 그 외형에 따라 파우치(Pouch)형, 원통형, 각형 등으로 분류할 수 있다.
이 중에서 파우치형 이차전지는, 알루미늄 포일(Aluminium Foil)의 양면에 고분자 필름이 적층된 파우치 필름을 외장재로 사용하기 때문에, 전지의 외장재로 금속 캔을 사용하는 원통형이나 각형 이차전지보다 무게를 현저히 줄일 수 있다.
또한 파우치형 이차전지는 다양한 형태로 쉽게 제조할 수 있다는 장점이 있어 휴대용 IT 기기에 널리 사용되고 있다.
도 1은 파우치형 리튬 이차전지의 일례를 도시한 것이다.
일반적인 파우치형 이차전지는, 도 1에 도시된 바와 같이, 파우치 필름(Pouch Film)(10) 내부에 양극판(Anode)(20), 전해액(Polymer Electrode)(30), 음극판(Cathod)(40)이 수납되고, 일단부에 양극탭(Anode Tap)(50) 및 음극탭(Cathod Tab)(60)이 구비되어 있다.
상기 파우치 필름(10)은, 다층구조의 필름으로 제조되며, 이를 프레스로 성형하여 직사각형 형태의 전지 수납공간을 형성한다.
이어서 상기 수납공간 내부에 음극 및 양극으로 이루어진 전극체 및 전극탭을 구비한 전지 셀을 넣고, 전해액을 주입한 다음에 주변부를 밀봉하면 파우치형 이차전지의 제조가 완료된다.
따라서 이차전지용 파우치 필름은, 프레스 가공시 성형성이 우수해야 하고 가공시 핀홀(Pinhole)이 발생하지 않아야 하며, 전해액에 견딜 수 있도록 내화학성이 우수해야 한다.
또한 내부의 전해액이 외부로 유출되지 않도록 하고, 외부로부터 수분침투를 차단할 수 있어야 한다.
또한 전지의 단락방지를 위한 절연성이 요구되고, 사용 환경조건(-20 ~ 100℃)에서 충분한 기계적 강도를 유지할 수 있어야 한다.
이러한 이차전지용 파우치 필름은, 휴대용 IT 기기 등에 사용되는 소형 이차전지용 파우치 필름(예컨대 두께 113㎛의 것이 사용된다)과, 전기자동차 등에 사용되는 중대형 이차전지용 파우치 필름(예컨대 두께 153㎛의 것이 사용된다)으로 구분할 수 있다.
한편 다층구조로 이루어진 파우치 필름을 합지하는 방식으로는, 드라이 라미네이션(Dry Lamination) 방식과, 익스트루젼 라미네이션(Extrusion Lamination) 방식이 있다.
상기 드라이 라미네이션 방식은, 제1 필름에 접착제를 도포하고 드라이어를 통과시킨 후 제2의 필름과 합지하는 방식이다.
상기 드라이 라미네이션 방식은, 균일하고 얇은 코팅이 가능하여 파우치 필름을 박형화할 수 있고, 공정이 단순하여 생산성을 높일 수 있다는 장점이 있다.
그러나 드라이 라미네이션 방식은, 익스트루젼 방식에 비해 내화학성과 접착강도가 상대적으로 낮다는 단점이 있다.
익스트루젼 라미네이션 방식은, 용융 레진(Resin)을 다이를 통해 공급하여 2개의 필름을 열융착에 의해 합지하는 방식이다.
상기 익스트루젼 라미네이션 방식은, 내전해액성을 확보할 수 있고 접착력이 우수하다는 장점이 있다.
그러나 용융 레진의 균일한 도포가 어려워 필름을 박형화하기에 어려움이 있다는 단점이 있다.
그런데 종래의 파우치 필름 제조방식에 의하면, 하나의 제조장비에서 표면처리제, 접착제 및 필름의 특성에 적합한 다양한 코팅방식을 적용할 수 없다는 단점이 있다.
이에 따라 다양한 코팅방식을 적용하기 위해서는 여러 제조장비를 구비하여야 하므로, 장비 제작비용이 증가하고 넓은 설치면적이 필요하다는 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-2014-0077182호 공개특허공보 제10-2014-0082791호 공개특허공보 제10-2013-0016563호
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소형 이차전지용 파우치 필름을 제조할 때, 하나의 제조장비에서 표면처리제, 접착제 및 필름의 특성에 적합한 코팅방식을 선택적으로 적용할 수 있는 파우치 필름 제조장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 하나의 제조장비에서 표면처리제, 접착제 및 필름의 특성에 적합한 코팅방식을 적용함으로써, 파우치 필름의 물성, 특히 성형성과 내화학성을 향상시키는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 하나의 제조장비에서 다양한 코팅작업을 수행할 수 있도록 함으로써, 파우치 필름 제조장비의 제작비용을 절감하고, 장비의 설치 면적을 최소화하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 권취된 제1 필름을 풀어서 공급하는 제1 공급와인더와, 상기 제1 필름에 접착제를 도포하는 코팅부와, 접착제가 도포된 제1 필름을 건조시키는 드라이어와, 권취된 제2 필름을 풀어서 공급하는 제2 공급와인더와, 상기 제1 필름과 제2 필름을 합지하는 라미네이션부와, 합지된 필름을 권취하는 권취와인더를 포함하여 이루어지는 소형 이차전지용 알루미늄 파우치 필름 제조장치에 있어서, 상기 코팅부는, 마이크로 그라비어 코팅장치, 다이렉트 그라비어 코팅장치 및 슬롯 다이 코팅장치로 구성되고, 상기 마이크로 그라비어 코팅장치, 다이렉트 그라비어 코팅장치 및 슬롯 다이 코팅장치는, 필름 제조장치의 일측면에서 세로방향으로 이동이 가능하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 마이크로 그라비어 코팅장치, 다이렉트 그라비어 코팅장치 및 슬롯 다이 코팅장치는, 바닥면에 구비된 한 쌍의 레일을 타고 세로방향으로 이동되도록 구성되어, 필름 제조공정에 따라 원하는 코팅장치를 선택적으로 사용할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 마이크로 그라비어 코팅장치는, 알루미늄 포일에 표면처리제를 도포할 때 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 다이렉트 그라비어 코팅장치는, 알루미늄 포일의 일면과 제1 필름인 보호필름을 합지하기 위해 제1 접착제를 도포할 때 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 슬롯 다이 코팅장치는, 알루미늄 포일의 타면과 제2 필름인 실런트층을 합지하기 위해 제2 접착제를 도포할 때 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 이차전지용 파우치 필름은, 알루미늄 포일의 일면에 제1 표면처리층 및 제1 접착제층이 형성된 후 보호필름이 합지되고, 알루미늄 포일의 타면에 제2 표면처리층 및 제2 접착제층이 형성된 후 실런트층이 합지되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 보호필름은 나일론 필름으로 이루어지고, 상기 제1 표면처리층 및 제2 표면처리층은 3가 크로메이트로 형성되고, 상기 제1 접착제층은 폴리우레탄계 접착제로 형성되며, 상기 제2 접착제층은 폴리올레핀계 접착제로 형성되고, 상기 실런트층은 캐스트 폴리프로필렌으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 하나의 제조장비에서 표면처리제, 접착제 및 필름의 특성에 적합한 코팅방식을 선택적으로 적용할 수 있는 효과가 있다.
또한 하나의 제조장비에서 표면처리제, 접착제 및 필름의 특성에 적합한 코팅방식을 적용할 수 있으므로, 파우치 필름의 물성, 특히 성형성과 전해액에 대한 내화학성을 동시에 향상시켜 고품질의 파우치 필름을 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한 하나의 제조장비에서 이차전지용 파우치 필름을 다양한 코팅방식으로 제조할 수 있으므로, 필름 제조장비의 제작비용을 절감하고 설치공간을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한 파우치 필름의 전체 제조공정이 하나의 제조라인에서 이루어지므로, 작업공수를 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 파우치 타입 이차전지를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 이차전지용 파우치 필름을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 이차전지용 파우치 필름의 제조과정을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 파우치 필름 제조장치의 정면도.
도 5는 본 발명에 따른 파우치 필름 제조장치의 일부 평면도.
도 6은 마이크로 그라비어 코팅장치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 7은 다이렉트 그라비어 코팅장치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 8은 슬롯 다이 코팅장치를 개략적으로 나타낸 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 소형 이차전지용 파우치 필름 제조장치는, 도 4에 도시된 바와 같이, 권취된 제1 필름(F1)을 풀어서 공급하는 제1 공급와인더(Unwinder)(110)와, 상기 제1 필름(F1)에 표면처리제 또는 접착제를 도포하는 코팅부(140)와, 접착제가 코팅된 제1 필름(F1)을 건조시키는 드라이어(Dryer)(150)와, 권취된 제2 필름(F2)을 풀어서 공급하는 제2 공급와인더(Winder)(160)와, 상기 제1 필름(F1)과 제2 필름(F2)을 합지하는 라미네이션(Lamination)부(170)와, 합지된 필름을 권취하는 권취와인더(Winder)(190)를 포함하여 이루어지는 이차전지용 알루미늄 파우치 필름 제조장치(100)에 있어서, 상기 코팅부(140)는, 마이크로 그라비어(Micro Gravure) 코팅장치(140a), 다이렉트 그라비어(Direct Gravure) 코팅장치(140b) 및 슬롯 다이(Slot Die) 코팅장치(140c)로 구성된다.
또한 제1 공급와인더(110)와 코팅부(140) 사이에 전처리부(120) 및 세정부(130)가 더 구비될 수도 있다.
여기서 상기 마이크로 그라비어 코팅장치(140a), 다이렉트 그라비어 코팅장치(140b) 및 슬롯 다이 코팅장치(140c)는, 필름 제조장치(100)의 일측면에서 세로방향으로 이동이 가능하도록 구비된다.
즉 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로 그라비어 코팅장치(140a), 다이렉트 그라비어 코팅장치(140b) 및 슬롯 다이 코팅장치(140c) 각각은, 바닥면에 구비된 한 쌍의 레일(140d)을 타고 세로방향으로 이동되도록 구성된다.
상기한 구조에 의해, 하나의 필름 제조장비에서, 표면처리제, 접착제 및 피름의 특성에 적합한 코팅장치를 선택적으로 사용할 수가 있다.
상기 마이크로 그라비어 코팅장치(140a)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 도료 팬(Pan)(P)에 잠긴 코팅롤(Coating Roll)(R1)과, 2개의 텐션롤(Tension Roll)(R2)과, 블레이드(Blade)(B)를 포함하여 구성되고, 상기 코팅롤(R1)과 텐션롤(R2)이 같은 방향으로 회전하면서 도료 팬(P)에 담긴 도료가 필름(F)에 코팅되도록 한다.
상기 마이크로 그라비어 코팅장치(140a)는, 리버스 롤(Reverse Roll) 방식을 채택한 것으로, 코팅 롤(R1)의 반경을 소형화하여 필름과 코팅롤의 접촉각(Wrap Angle)을 최소화한 것이다.
마이크로 그라비어 코팅장치(140a)에 의하면, 도료의 응집현상이 발생하지 않고 균일한 박막 코팅이 가능하다는 장점이 있다. 또한 롤 투 롤(Roll to Roll) 장비에 쉽게 적용할 수 있다는 장점이 있다.
따라서 상기 마이크로 그라비어 코팅장치(140a)는, 알루미늄 포일(11)에 표면처리제를 도포할 때 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
다이렉트 그라비어 코팅장치(140b)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 코팅롤(Coating Roll)(R1)과 백업롤(Back-up Roll)(R3)과, 블레이드(Blade)(B)를 포함하여 구성된다.
상기 다이렉트 그라비어 코팅장치(140b)는, 코팅롤(R1)과 백업롤(R3)이 서로 맞물여 회전하면서 그 사이를 통과하는 필름(F)의 일면에 도료를 도포한다.
상기 다이렉트 그라비어 코팅장치(140b)는, 높은 정밀도가 요구되는 공정에 적합하고, 고속 코팅이 가능하므로 대량생산에 적합하다는 장점이 있다.
따라서 상기 다이렉트 그라비어 코팅장치(140b)는, 알루미늄 포일(11)의 일면에 표면처리제를 도포한 후, 알루미늄 포일(11)과 보호필름(14)을 합지하기 위해 제1 접착제를 도포할 때 사용하는 것이 바람직하다.
슬롯 다이 코팅장치(140c)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 도료를 공급하는 슬롯 다이(Slot Die)(D)와, 상기 슬롯 다이(D)의 하부에 구비되는 진공 챔버(Vacuum Chamber)(V)와, 회전롤(R4)을 포함하여 구성된다.
즉 상기 회전롤(R4)을 회전시키면서, 슬롯 다이(D)의 슬롯을 통해 필름(F)의 표면에 도료를 도포하는 방식이다.
상기 슬롯 다이 코팅장치(140c)는, 코팅속도가 빠르고 정밀도가 우수하며 코팅두께의 조절이 용이하다는 장점이 있다.
따라서 상기 슬롯 다이 코팅장치(140c)는, 알루미늄 포일(11)의 일면에 보호필름(14)을 합지한 후, 알루미늄 포일(11)의 타면과 실런트층(17)을 형성하는 제2 필름을 합지하기 위해 제2 접착제를 도포할 때 사용하는 것이 바람직하다.
이는 배리어(Barrier)층을 형성하는 알루미늄 포일(11)과 실런트층(17)의 합지상태가 파우치 필름의 품질에 중요한 영향을 미치기 때문이다.
한편, 본 발명에 따른 소형 이차전지용 파우치 필름(10)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 배리어(Barrier)층이 알루미늄 포일(Aluminium Foil)(11)로 이루어진다. 이에 따라 파우치 필름의 기계적 강도를 향상시킬 수가 있다.
또한 상기 알루미늄 포일(11)의 일면에는, 제1 표면처리층(12) 및 제1 접착제층(13)이 형성된 후 보호필름(14)이 합지된다.
여기서 상기 보호필름(14)은 나일론 필름(Nylon Film)으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 나일론 필름에 의해, 파우치 필름의 프레스 가공시 성형성을 확보할 수 있고, 외부의 충격을 방지하여 파우치 필름의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한 알루미늄 포일(11)의 타면에는, 제2 표면처리층(15) 및 제2 접착제층(16)이 형성된 후 실런트(Sealant)층(17)이 형성된다.
상기 제1 표면처리층(12) 및 제2 표면처리층(15)은, 3가 크로메이트(Trivalent Chromate)로 형성되는 것이 바람직하다.
3가 크로메이트로 형성되는 제1 표면처리층(12) 및 제2 표면 처리층(15)에 의해, 제1 접착제층(13) 및 제2 접착제층(16)과의 밀착력을 향상시킬 수가 있다.
또한 상기 제1 접착제층(13)은 폴리우레탄계(Polyurethane-based) 접착제로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 폴리우레탄계 접착제에 의해, 접착제의 신축성을 확보할 수 있고, 파우치 필름의 프레스 성형시 크랙의 발생을 방지할 수 있다.
그리고 상기 제2 접착제층(16)은, 제1 접착제층(13)과 달리 폴리올레핀계(Polyolefin-based) 접착제로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 폴리올레핀계 접착제에 의해, 금속층인 알루미늄 포일(11)과 실런트층(17)간에 안정적인 접착강도를 유지할 수 있고, 전해액에 대한 내화학성을 확보할 수 있다.
여기서 상기 실런트층(17)은 캐스트 폴리프로필렌(Cast Polypropylene)으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 캐스트 폴리프로필렌에 의해, 프레스 성형을 위한 슬립(Slip)성을 확보하면서 절연성을 향상시킬수 있고, 파우치 필름을 밀봉할 때 열융착성을 향상시킬 수가 있다.
이하 본 발명에 따른 제조장치를 사용하여 소형 이차전지용 파우치 필름을 제조하는 과정을 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.
먼저 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 알루미늄 포일(11)의 일면에 제1 표면처리층(12)을 형성한다.
알루미늄 포일(11)에 제1 표면처리층(12)을 형성할 때에는, 마이크로 그라비어 코팅장치(140a)가 필름 제조장치(100)의 일측에 위치하도록 하고(도 5 참조), 제1 공급와인더(110)에 감긴 알루미늄 포일(11)을 풀어서 공급한다.
이어서 상기 마이크로 그라비어 코팅장치(140a)에서, 3가 크로메이트(Trivalent Chromate)에 의해 알루미늄 포일(11)의 일면에 제1 표면처리층(12)을 형성한다.
이어서 일면에 제1 표면처리층(12)이 형성된 알루미늄 포일(11)을 제1 공급와인더(110)에 위치시킨다.
그리고 상기 마이크로 그라비어 코팅장치(140a)를 레일(140d)을 따라 세로방향으로 이동시키고, 다이렉트 그라비어 코팅장치(140b)가 필름 제조장치(100)의 일측에 위치하도록 한다(도 5 참조).
이어서 일면에 제1 표면처리층(12)이 형성된 알루미늄 포일(11)을 상기 제1 공급와인더(110)로부터 다이렉트 그라비어 코팅장치(140b)에 공급하여, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 표면처리층(12)의 상부에 제1 접착제층(13)을 형성한다.
이때 상기 다이렉트 그라비어 코팅장치(140b)에서 폴리우레탄계(Polyurethane-based) 접착제를 사용하여 제1 접착제층(13)을 형성한다.
한편 도 3에는 알루미늄 포일(11)의 일면에 제1 표면처리층(12)을 형성한 후 제1 접착제층(13)을 형성하는 것으로 도시되어 있지만, 알루미늄 포일(11)의 일면에 제1 표면처리층(12)을 형성하고, 타면에 제2 표면처리층(15)을 형성한 후, 상기 제1 표면처리층(12)에 제1 접착제층(13)을 형성할 수도 있다.
즉, 알루미늄 포일(11)의 양면을 모두 표면처리를 한 후 일면제 제1 접착제층(13)을 형성할 수도 있다.
이어서 제1 접착제층(13)이 형성된 알루미늄 포일(11)을 드라이어(150)를 통과시켜 라미네이션부(170)로 공급한다.
이와 동시에 제2 공급와인더(160)로부터 제1 필름인 보호필름(14)(나일론 필름)을 라미네이션부(170)로 공급하여, 도 3(c)에 도시된 바와 같이, 알루미늄 포일(11)과 보호필름(14)이 1차적으로 합지되도록 한다.
이렇게 1차적으로 합지된 필름은 권취와인더(190)에서 권취된 후 숙성과정을 거치게 된다.
이어서 1차적으로 합지된 필름이 권취된 롤을 다시 제1 공급와인더(110)에 위치시킨다.
이때 다이렉트 그라비어 코팅장치(140b)를 레일(140d)을 따라 세로방향으로 이동시키고, 다시 마이크로 그라비어 코팅장치(140a)가 필름 제조장치(100)의 일측에 위치하도록 한다(도 5 참조).
이어서 1차적으로 합지된 필름을 제1 공급와인더(110)로부터 마이크로 그라비어 코팅장치(140a)로 공급하여, 도 3(d)에 도시된 바와 같이, 3가 크로메이트에 의해 알루미늄 포일(11)의 타면에 제2 표면처리층(15)을 형성한다.
이어서 타면에 제2 표면처리층(15)이 형성된 알루미늄 포일(11)을 제1 공급와인더(110)에 다시 위치시킨다.
이어서 상기 마이크로 그라비어 코팅장치(140a)를 레일(140d)을 따라 세로방향으로 이동시키고, 슬롯 다이 코팅장치(140c)가 필름 제조장치(100)의 일측에 위치하도록 한다(도 5 참조).
이어서 타면에 제2 표면처리층(15)이 형성된 알루미늄 포일(11)을 제1 공급와인더(110)로부터 상기 슬롯 다이 코팅장치(140c)에 공급하여, 도 3(e)에 도시된 바와 같이, 알루미늄 포일(11)의 타면에 형성된 제2 표면처리층(15)에 제2 접착제층(16)을 형성한다.
이때 상기 슬롯 다이 코팅장치(140c)에서 폴리올레핀계(Polyolefin-based) 접착제를 사용하여 제2 접착제층(16)을 형성한다.
이어서 제2 접착제층(16)이 형성된 알루미늄 포일(11)을 드라이어(150)를 통과시켜 라미네이션부(170)로 공급한다.
이와 동시에 제2 공급와인더(160)로부터 제2 필름인 캐스트 폴리프로필렌(Cast Polypropylene)을 라미네이션부(170)로 공급하여, 도 3(f)에 도시된 바와 같이, 배리어층인 알루미늄 포일(11)과 실런트층인 캐스트 폴리프로필렌이 2차적으로 합지되도록 한다.
이렇게 2차적으로 합지된 필름은 권취와인더(190)에서 권취되고, 이후 숙성과정을 거치게 되면 알루미늄 파우치 필름의 제조가 완료된다.
이렇게 제조된 파우치 필름은, 접착강도, 인장강도, 내화학성, 성형성, 열융착성 등의 물성평가를 한다.
그리고 전지를 수용하기 위해 프레스로 성형을 한 후, 전지를 감싸서 밀봉하면 이차전지의 제조가 완료된다.
본 발명자들은, 본 발명에 따라 제조된 총 두께 113㎛의 소형 이차전지용 파우치 필름과, 다이렉트 그라비어 코팅방식만 적용하여 제조된 종래의 소형 파우치 필름의 성형성과 내화학성을 비교하여 보았다.
성형성의 실험은, 14×17cm 필름 시트에 4×5cm의 크기의 다이로 성형하면서 크랙(Crack)이 발생하지 않는 깊이를 측정하였다.
내화학성의 실험은, 전지에 사용되는 전해액(EC:DEC:DMC=1:1:1, LiPF61M)에 파우치 필름을 함침하고, 85℃ 조건에서 7일간에 걸쳐 알루미늄 포일과 실런트층 간의 접착강도를 측정하였다.
아래의 [표 1]은 그 실험결과를 나타낸 것이다.
총 두께 113㎛의 소형 이차전지용 파우치 필름의 성형성 및 내화학성

항 목
 종래 파우치 필름
(다이렉트 그라비어 코팅만 적용		 본 발명 파우치 필름
(마이크로 그라비어, 다이렉트 그라비어,
슬롯다이 코팅 적용)
테스트 방법

성형성(Forming Depth)(mm)
(Forming size:4cm×5cm,
Sheet Size:14cm×17cm)

5.0

5.5

-

내화학성(gf/15mm)
(Electrode Resistence)
(85℃/day)		 0 1150 1425

ASTM D903
1 1050 1300
3 950 1050
5 800 1000
7 700 950
위 [표 1]에서 알 수 있듯이, 표면처리제, 접착제 및 필름에 따라 마이크로 그라비어 코팅방식, 다이렉트 그라비어 코팅방식 및 슬롯 다이 코팅방식을 선택적으로 적용하여 제조된 본 발명의 파우치 필름은, 다이렉트 그라비어 코팅방식만 적용하여 제조된 종래의 파우치 필름보다 성형성 및 전해액에 대한 내화학성이 우수한 것으로 나타났다.
특히 본 발명에 따른 파우치 필름은, 종래 방식에 의해 제조된 파우치 필름에 비해 내화학성이 크게 향상됨을 확인할 수 있었다.
즉 하나의 제조장비에 마이크로 그라비어 코팅장치, 다이렉트 그라비어 코팅장치 및 슬롯다이 코팅장치를 모두 구비하고, 표면처리제, 접착제 및 필름에 적합한 코팅방식을 적용함으로써, 파우치 필름의 품질을 좌우하는 성형성과 내화학성을 모두 향상시킬 수가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것으로서 본 발명의 범위는 상기한 특정 실시예에 한정되지 아니한다. 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어남이 없이 다양한 변경 및 수정이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
10: 파우치 필름(Pouch Film)
11: 알루미늄 포일(Aluminium Foil)
12: 제1 표면처리층
13: 제1 접착제층
14: 보호필름
15: 제2 표면처리층
16: 제2 접착제층
17: 실런트(Sealant)층
100: 파우치 필름 제조장치
110: 제1 공급와인더(Unwinder)
120: 전처리부
130: 세정부
140: 코팅부
140a: 마이크로 그라비어(Micro Gravure) 코팅장치
140b: 다이렉트 그라비어(Direct Gravure) 코팅장치
140c: 슬롯 다이(Slot Die) 코팅장치
140d: 레일(Rail)
150: 드라이어(Dryer)
160: 제2 공급와인더
170: 라미네이션(Lamination)부
190: 권취와인더(Winder)

Claims (8)

  1. 권취된 제1 필름(F1)을 풀어서 공급하는 제1 공급와인더(110)와, 상기 제1 필름(F1)에 표면처리제 또는 접착제를 도포하는 코팅부(140)와, 접착제가 도포된 제1 필름(F1)을 건조시키는 드라이어(150)와, 권취된 제2 필름(F2)을 풀어서 공급하는 제2 공급와인더(160)와, 상기 제1 필름(F1)과 제2 필름(F2)을 합지하는 라미네이션부(170)와, 합지된 필름을 권취하는 권취와인더(190)를 포함하여 이루어지는 소형 이차전지용 알루미늄 파우치 필름 제조장치(100)에 있어서,
    상기 코팅부(140)는,
    마이크로 그라비어 코팅장치(140a), 다이렉트 그라비어 코팅장치(140b) 및 슬롯 다이 코팅장치(140c)로 구성되고,
    상기 마이크로 그라비어 코팅장치(140a), 다이렉트 그라비어 코팅장치(140b) 및 슬롯 다이 코팅장치(140c)는,
    필름 제조장치(100)의 일측면에서, 필름 이송방향과 직각인 세로방향으로 이동이 가능하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 소형 이차전지용 알루미늄 파우치 필름 제조장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 마이크로 그라비어 코팅장치(140a), 다이렉트 그라비어 코팅장치(140b) 및 슬롯 다이 코팅장치(140c)는,
    바닥면에 구비된 한 쌍의 레일(140d)을 타고 필름 이송방향과 직각인 세로방향으로 이동되도록 구성되어, 필름 제조공정에 따라 원하는 코팅장치를 선택적으로 사용할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 소형 이차전지용 알루미늄 파우치 필름 제조장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 마이크로 그라비어 코팅장치(140a)는,
    알루미늄 포일(11)에 표면처리제를 도포할 때 사용하는 것을 특징으로 하는 소형 이차전지용 알루미늄 파우치 필름 제조장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 다이렉트 그라비어 코팅장치(140b)는,
    알루미늄 포일(11)의 일면과 제1 필름인 보호필름(14)을 합지하기 위해 제1 접착제를 도포할 때 사용하는 것을 특징으로 하는 소형 이차전지용 알루미늄 파우치 필름 제조장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 슬롯 다이 코팅장치(140c)는,
    알루미늄 포일(11)의 타면과 제2 필름인 실런트층(17)을 합지하기 위해 제2 접착제를 도포할 때 사용하는 것을 특징으로 하는 소형 이차전지용 알루미늄 파우치 필름 제조장치.
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