KR102184118B1 - 고온 안정성이 향상된 셀 파우치 및 이를 포함하는 이차 전지 - Google Patents

고온 안정성이 향상된 셀 파우치 및 이를 포함하는 이차 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일 측면에서, 실란트층; 상기 실란트층 상에 형성된 금속층; 및 상기 금속층 상에 형성된 외층;을 포함하며, 상기 실란트층은 다층 구조를 갖고, 간접 접촉 실란트층, 중간 실란트층, 및 직접 접촉 실란트층을 포함하는, 고온 안정성 셀 파우치를 제공한다.

Description

고온 안정성이 향상된 셀 파우치 및 이를 포함하는 이차 전지{A CELL POUCH WITH IMPROVED HIGH-TEMPERATURE STABILITY AND SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME}
본 발명은 이차전지의 폭발위험을 방지하기 위해 고온 안정성을 향상시킨 이차전지용 셀 파우치 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
리튬이차전지(LiB)는 높은 에너지밀도와 우수한 출력을 갖는 등 다양한 장점을 바탕으로 많은 어플리케이션에 적용되고 있다. 그러나 고온에 노출될 시에 폭발의 위험성이 있기 때문에 취급에 주의해야 한다. 이와 관련하여 배터리 제조 시, IEEE-1625/1725표준화에 만족해야 한다. 따라서 리튬이차전지의 고온 안정성을 평가하기 위해서 Hot box test(고온에서 리튬이차전지를 보관하여 배터리의 성능을 평가하는 방법)를 통해 고온안정성을 평가한다.
이차전지를 고온조건에서 보관시 내부에서 발생하는 가스로 인해 압력이 발생하는데, 이 가스가 급격하게 이차전지 외부로 빠져나갈 경우 이차전지의 폭발위험성이 발생할 수 있다. 따라서 고온조건에서 발생한 가스를 단시간 내에 배출되도록 하기 위해 PP층으로 이루어진 열접착층을 가스의 배출 통로로 유도하는 것이 중요하다.
리튬이차전지용 파우치의 제조방법은 크게 압출코팅(Extrusion Coating, EC) 방식과 드라이라미(Solvent-Dry Lami, SDL)방식으로 나눌 수 있다. 압출코팅 방식으로 제작된 파우치의 경우 드라이라미 방식으로 제작된 파우치에 비해 고온안정성이 우수한 것이 일반적이다. 드라이라미 방식 파우치의 경우 고온조건에서 발생하는 가스가 PP층으로 이루어진 열접착층을 통해 배출되는 것이 매우 어렵기 때문이다.
폴리프로필렌(PP)은 인장강도, 내충격강도 등의 기계적 특성과 열접착성 및 내열성이 우수하여 이차전지용 셀파우치 내층소재로 널리 이용되고 있다. 그러나 폴리프로필렌으로 구성된 내층의 내열특성에 따라 리튬이차전지의 안정성이 저하되기도 한다. 열접착성을 높이기 위해 비교적 낮은 내열성 소재를 적용할 경우 이차전지의 고온안정성이 매우 취약하게 된다. 반대로 고내열성 소재를 적용할 경우, 고온 보관시에 이차전지 내부에 발생하는 가스로 인해 배터리 내부로부터 팽창 현상이 발생하여 폭발의 위험성이 증가하게 된다.
따라서 본 연구에서는 파우치 내층필름의 폴리에틸렌계(PE), 폴리프로필렌계(PP) 및 탄성중합체(Elastomer) 소재와 다층 구조를 적용한 복합설계를 바탕으로 드라이라미 방식으로 제작된 파우치를 고온 보관시에 이차전지 내부에서 발생한 가스로 인한 팽창현상이 이차전지가 폭발하기 전에 배출되도록 설계하여 안정성을 증가시키도록 하였다.
본 발명의 구현예들은 이차전지를 고온조건에서 보관시 내부에서 발생하는 가스로 인한 폭발 위험성을 낮추기 위한 셀 파우치를 제공하고자 한다.
본 발명의 구현예들은 우수한 고온 안정성을 가지면서 동시에 우수한 열접착성을 갖는 셀 파우치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예는 실란트층; 상기 실란트층 상에 형성된 금속층; 및 상기 금속층 상에 형성된 외층;을 포함하며, 상기 실란트층은 다층 구조를 갖고, 간접 접촉 실란트층, 중간 실란트층, 및 직접 접촉 실란트층을 포함하는, 고온 안정성 셀 파우치를 제공한다.
예시적인 구현예에서, 상기 직접 접촉 실란트층의 두께는 상기 실란트층 전체 두께에 대하여 10-20% 두께일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 직접 접촉 실란트층은 폴리 프로필렌을 포함하는 주원료를 포함하며, 상기 주원료의 용융점(Tm)은 130-150℃일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 직접 접촉 실란트층은 블로킹 방지제 또는 아미드 계열 슬립제를 더 포함하며, 상기 블로킹 방지제 또는 아미드 계열 슬립제의 함량은 상기 직접 접촉 실란트층 전체 중량에 대하여 1-10 중량%일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 아미드 계열 슬립제는 Erucamide, Behenamide, Oleamide 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 중간층은 폴리프로필렌을 포함하는 주원료 및 탄성 중합체를 포함하며, 상기 탄성 중합체는 폴리프로필렌 계열 탄성 중합체이고, 상기 탄성 중합체의 용융점(Tm)은 주원료의 용융점보다 50-80℃ 더 낮을 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 탄성 중합체의 함량은 상기 중간층 전체 중량에 대하여 10-60 중량%일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 중간층의 두께는 상기 실란트층 전체 두께에 대하여 50-80% 두께일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 실란트층은 드라이 라미네이션법에 의하여 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는 본 발명에 따른 고온 안정성 셀 파우치를 포함하는, 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예는 외층과 금속층을 합지하는 단계; 및 상기 금속층의 합지되지 않은 면에 실란트층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 실란트층은 다층 구조를 갖고, 간접 접촉 실란트층, 중간 실란트층, 및 직접 접촉 실란트층을 포함하는, 고온 안정성 셀 파우치 제조방법을 제공한다.
예시적인 구현예에서, 상기 실란트층 형성 단계는 드라이 라미네이션법에 의하여 실란트층이 형성되며, 상기 간접 접촉 실란트층, 중간 실란트층, 및 직접 접촉 실란트층은 서로 용융점을 달리할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 실란트층 형성 단계는 상기 직접 접촉 실란트층에 블로킹 방지제 또는 아미드 계열 슬립제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 구현예에 따른 셀 파우치는 다층구조의 실란트층을 포함하여, 종래 셀 파우치의 강도, 내구성 및 수증기 그 외의 가스 배리어성, 열접착성, 전극단자와의 열접착성등이 우수함과 동시에, 고온에서도 안정성이 향상된 이차전지용 셀 파우치(외포장재)를 제공한다.
도 1은 본 발명의 비교예 1에 따른 셀 파우치에서, 단층 구조의 실란트층을 나타내는 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 비교예 2에 따른 셀 파우치에서, 다층 구조의 실란트층을 나타내는 개략도를 도시한다.
도 3는 본 발명의 실시예 1에 따른 셀 파우치에서, 다층 구조의 실란트층을 나타내는 개략도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 셀 파우치에서, 다층 구조의 실란트층을 나타내는 개략도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 셀 파우치에서, 다층 구조의 실란트층을 나타내는 개략도를 도시한다.
이하, 본 발명의 구현예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 구현예들이 첨부된 도면을 참고로 설명하였으나, 이는 예시를 위하여 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 적용이 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서 "셀(cell)" 이라 함은 전지를 의미하는 것으로서, 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 등과 같은 이차 전지나 휴대용 축전지 등과 같은 각종 전지를 모두 포함하는 최광의의 의미이다.
본 명세서에서 "셀 파우치(cell pouch)"는 양극, 음극 및 세퍼레이터(separator) 등의 셀 구성 요소가 전해액에 함침되어 수납된 것으로서, 상기 셀 구성 요소를 수납하기 위하여 가스 배리어성, 내전해액성 및 열접착성 등을 고려한 적층 구조의 필름을 주머니 형태나 박스 형태 등으로 가공된 것을 모두 포함하는 최광의의 의미이다.
본 명세서에서 "배리어성"은 전지 외부로부터 수중기를 차단하는 성능을 의미한다.
고온 안정성 셀 파우치
본 발명의 일 구현예는 실란트층; 상기 실란트층 상에 형성된 금속층; 및 상기 금속층 상에 형성된 외층;을 포함하며, 상기 실란트층은 다층 구조를 갖고, 간접 접촉 실란트층, 중간 실란트층, 및 직접 접촉 실란트층을 포함하는, 고온 안정성 셀 파우치를 제공한다.
일 구현예에서, 상기 실란트층은 셀이 수납(내장)된 후, 열에 의해 접착(열융착)되어 실링(sealing)성을 부여하는 것으로서 열접착을 위한 실링 수지(sealing resin)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 실링 수지는 열접착성과 함께 절연성, 내전해액성 및/또는 내한성 등을 가지는 수지일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 직접 접촉 실란트층은 폴리프로필렌을 포함하는 주원료를 포함할 수 있으며, 상기 주원료의 용융점(Tm)은 130-150℃의 범위일 수 있다. 구체적으로, 상기 직접 접촉 실란트층은 폴리프로필렌을 포함하는 주원료를 포함하여 열접착 및 고온보관(130~150℃)시의 용융이 용의하도록 할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 직접 접촉 실란트층은 블로킹 방지제 또는 아미드 계열 슬립제를 더 포함할 수 있으며, 이를 통하여 슬림성을 부여할 수 있다. 구체적으로, 상기 블로킹 방지제 또는 아미드 계열 슬립제의 함량은 상기 직접 접촉 실란트층 전체 중량에 대하여 1-10 중량%일 수 있다. 상기 블로킹 방지제 또는 아미드 계열 슬립제의 함량이 1 중량% 미만인 경우, 셀파우치의 슬립성이 부족하여 배터리 제작을 위한 성형 공정이 불가할 수 있으며, 10 중량% 초과인 경우 과도한 슬립성이 부여되어 성형공정에 유리할 수 있으나, 슬립성을 부여하는 성분들이 맞닿은 필름 이면에 전사되어 셀파우치의 열접착강도 및 금속층과의 접착강도가 저하 될 수 있다.
또한 예를 들어, 상기 아미드 계열 슬립제는 Erucamide, Behenamide, Oleamide 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 직접 접촉 실란트층의 두께는 상기 실란트층 전체 두께에 대하여 10-20% 두께일 수 있다. 또한, 상기 직접 접촉 실란트층의 두께는3-10 ㎛일 수 있다. 상기 직접 접촉 실란트층의 두께가 실란트층 전체 두께에 대하여 10% 미만인 경우 금속층과의 접착강도가 저하될 수 있고, 20% 초과인 경우 금속층과의 접착강도 및 내전해액성이 저하될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 중간층은 폴리프로필렌을 포함하는 주원료 및 탄성 중합체를 포함할 수 있으며, 상기 탄성 중합체는 폴리 프로필렌 계열 탄성 중합체일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 중간층은 폴리프로필렌(PP)계 수지를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 중간층은 호모 폴리프로필렌(homo-PP), 폴리프로필렌 공중합체(PP co-polymer) 및 폴리프로필렌 터폴리머(PP ter-polymer) 등으로부터 선택된 하나 이상의 폴리프로필렌(PP)계를 단독으로 사용하여 형성된 물질을 포함할 수 있으며, 상기 폴리프로필렌(PP)계에 폴리에틸렌(PE)계나 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 등을 혼합하여 형성된 물질을 포함할 수도 있다. 일반적으로 폴리프로필렌(PP)계 수지는 열접착성(실링성) 및 절연성이 양호함은 물론 인장 강도, 강성 및 표면 경도 등의 기계적 물성과, 내전해액성 등의 내화학성이 뛰어나 본 발명에 유용하게 사용될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 주원료의 함량은 상기 중간층 전체 중량에 대하여 40-90 중량%일 수 있다. 상기 주원료 함량에서 셀파우치의 고온 안정성이 우수할 수 있다.
또한, 상기 탄성 중합체의 용융점(Tm)은 주원료의 용융점보다 50-80℃ 더 낮은 것일 수 있다. 이 때, 상기 탄성 중합체의 용융점(Tm)은 주원료의 용융점보다 50℃ 미만으로 낮은 경우 고온안정성 평가 시 가스누출 경로가 생성되지 않아 폭발할 가능성이 증가 할 수 있고, 80℃ 초과하여 낮은 경우 주원료와의 큰 용융점 차이로 인하여 열접착시 실란트층이 과도하게 붕괴될 수 있으며, 이로 인하여 가스의 누출 경로가 막힐 수 있다. 따라서, 상기 중간층은 상대적으로 높은 용융점(Tm 약 150℃ 이상)을 갖는 소재인 주원료와 상대적으로 낮은 용융점(Tm 약 150℃ 미만)을 갖는 탄성 중합체를 포함할 수 있다. 높은 Tm 소재(Tm 150℃ 이상)의 함량이 높아질수록 필름의 내열성과 열접착성은 증가하지만, 이차전지 내부 압력증가 시 이차전지의 폭발 위험성이 증가하여 셀파우치의 고온 안정성을 떨어뜨린다. 반면에 낮은 Tm 소재(Tm 150℃ 미만)의 함량이 높아질수록 소재의 Tm 이상의 온도 조건에서 내부 압력증가 시 이차전지 내부 가스의 배출이 용이해지나, 내열성과 열접착성이 떨어진다.
따라서, 본 발명에 따른 셀 파우치는 실란트층을 다층 구조로 설계하고, 열접착시 직접 접촉하는 직접 접촉 실란트층과 인근 층의 Tm과 밀도를 조절하여 내열성과 열접착성 및 고온 안정성을 모두 안정적으로 구현할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 탄성 중합체의 함량은 상기 중간층 전체 중량에 대하여 10-60 중량%일 수 있다. 구체적으로, 상기 탄성 중합체 함량을 10-60 중량% 범위로 포함하는 경우 고온보관 시 이차전지 내부에서 발생한 가스의 배출이 용이할 수 있다. 이때, 내열성을 위하여 주원료는 Tm이 150℃ 이상이고 탄성 중합체는 주원료와 Tm의 차이가 50~80℃ 내외로 낮은 것이 바람직하다.
일 구현예에서, 상기 중간층의 두께는 상기 실란트층 전체 두께에 대하여 50-80% 두께일 수 있다. 또한 상기 중간층의 두께는 10-40㎛일 수 있다. 상기 중간층의 두께가 실란트층 전체 두께에 대하여 50% 미만인 경우 충분한 내열성을 확보할 수 없고, 80% 초과인 경우 금속접착성 및 열접착성이 저하될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 간접 접촉 실란트층은 상기 금속층에 인접한 것으로서, Tm이 150℃ 이상인 주원료를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 간접 접촉 실란트층의 두께는 상기 실란트층 전체 두께에 대하여 10-20% 두께일 수 있으며, 상기 범위의 두께에서 우수한 금속접착성, 내전해액성, 및 절연성을 가질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 실란트층은 드라이 라미네이션법에 의하여 형성될 수 있다. 일반적으로 리튬이차전지용 파우치의 제조방법은 크게 압출코팅(Extrusion Coating, EC) 방식과 드라이라미(Solvent-Dry Lami, SDL)방식으로 나눌수 있다. 압출코팅 방식으로 제작된 파우치의 경우 드라이라미 방식으로 제작된 파우치에 비해 고온안정성이 우수한 것이 일반적이다. 드라이라미 방식 파우치의 경우 고온조건에서 발생하는 가스가 PP층으로 이루어진 열접착층을 통해 배출되는 것이 매우 어렵기 때문이다. 다만, 본 발명의 구현예에 따른 고온 안정성 셀 파우치는 드라이 라미네이션법을 통하여 다층 구조를 갖는 실란트층을 형성하여 고온에서 폭발 위험성을 줄이고, 우수한 고온 안정성을 가질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 금속층은 배리어층일 수 있다. 여기서 배리어층은 가스 배리어(barrier)성을 가지는 금속이면 그 소재가 제한되지 않는다.　 또한 상기 배리어층은 외부의 습기나 공기, 그리고 내부에서 발생된 가스의 출입을 차단할 수 있다. 배리어층은 금속 박막 및 금속 증착층 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.　 이때, 상기 금속 박막은 금속 포일(metal foil) 등을 사용할 수 있으며, 금속 증착층은 별도의 플라스틱 필름, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP) 등의 필름에 진공 증착되어 형성될 수 있다.
예를 들어 배리어층을 구성하는 금속, 구체적으로 상기 금속 박막이나 금속 증착층을 구성하는 금속은, 예를 들어 알루미늄(Al), 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In) 및 텡스텐(W) 등으로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상(단일 금속 또는 단일 금속의 혼합), 또는 이들로부터 선택된 2 이상의 합금(alloy) 등을 예로 들 수 있다.　 상기 금속은, 바람직하게는 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy)으로부터 선택되면 좋다.　아울러, 배리어층은 내부식성을 위해, 인산이나 크롬 등에 의해 표면 처리된 것이 사용될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 배리어층은 15㎛이하의 두께를 가질 수 있으며, 바람직하게 배리어층은 9 내지 15㎛의 두께를 가질 수 있다. 배리어층의 두께가 9㎛ 이하인 경우에는 이차전지의 셀파우치로서의 구현이 용이하지 않으며, 배리어층의 두께가 15㎛ 이상인 경우에는 플렉서블 셀 파우치의 구부림성 테스트에서 전지용량이 급격하게 줄어들 수 있다.
일 구현예에서, 상기 외층은 배리어층을 보호하는 것일 수 있다. 외층은, 바람직하게는 내마모성과 함께 예를 들어 내열성, 내한성, 내핀홀성, 절연성, 내용제성 및/또는 성형성(플렉서블 셀 파우치를 소정의 형상(박스 등)으로 가공할 시의 형태 유지성) 등의 특성을 가지는 수지를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 외층은 나일론 수지(Nylon resin), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지 및 폴리올레핀계 수지 등으로부터 선택된 하나 이상의 수지를 포함할 수 있다. 이때, 상기 폴리올레핀계 수지는 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP)을 예로 들 수 있다.　또한 예시적인 일 구현예에서, 외층은 나일론 수지(Nylon resin)를 포함할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 외층의 두께는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 10㎛ 내지 50㎛의 두께를 가질 수 있으며, 바람직하게는 5㎛ 내지 30㎛, 더욱 바람직하게는 10㎛ 내지 25㎛를 가질 수 있다.
또한 본 발명의 다른 구현예는 본 발명의 일 구현예에 따른 고온 안정성 셀 파우치를 포함하는, 이차 전지를 제공한다.
고온 안정성 셀 파우치 제조방법
본 발명의 일 구현예는 외층과 금속층을 합지하는 단계; 및 상기 금속층의 합지되지 않은 면에 실란트층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 실란트층은 다층 구조를 갖고, 간접 접촉 실란트층, 중간 실란트층, 및 직접 접촉 실란트층을 포함하는, 고온 안정성 셀 파우치 제조방법을 제공한다.
상기 외층, 금속층, 및 실란트층의 구체적인 구성성분은 전술한 고온 안정성 셀 파우치와 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
일 구현예에서, 상기 실란트층 형성 단계는 드라이 라미네이션법에 의하여 실란트층이 형성되며, 상기 간접 접촉 실란트층, 중간 실란트층, 및 직접 접촉 실란트층은 서로 용융점을 달리하는 것일 수 있다.
다층구조의 실란트층을 형성하기 위하여 각 층에 해당하는 원재료(레진)를 배합한 후, 다층 구조를 형성시킬 수 있도록 설계된 T-die장비를 통한 용융 압출방식으로 제조 한다.
셀 파우치의 제조방법은 크게 압출코팅(Extrusion Coating, EC) 방식과 드라이라미(Solvent-Dry Lami, SDL)방식으로 나뉜다.
압출코팅 방식은 다층구조 또는 단층구조의 실란트층과 금속층 사이에 고온압출을 통해 용융된 접착레진을 주입하여 셀파우치를 만드는 방식과, 금속층에 접착레진과 실란트층을 형성시킬 수 있는 레진을 압출하여 냉각하는 방식이 있다. 접착레진을 주입하는 전자의 방식은 실란트층으로 이용 될 수 있는 필름을 미리 제작하여 적용하지만, 접착레진과 실란트층 형성용 레진을 압출하는 후자의 방식은 필름을 미리 제작하여 적용하지 않는다는 점이 다르다.
반면 드라이라미 방식은 실란트층으로 이용되는 필름을 제작하여 적용하지만, 금속층과 접착시에는 접착제를 코팅하여 합지하는 방식으로 셀파우치를 제작한다.
압출코팅 방식으로 제조된 파우치의 경우 드라이 라미네이션 방식으로 제작된 파우치에 비해 고온안정성이 우수한 것이 일반적인데, 이는 드라이 라미네이션 방식으로 제조된 파우치의 경우 고온조건에서 발생하는 가스가 폴리프로필렌층으로 이루어진 열접착층을 통해 배출되는 것이 매우 어렵기 때문이다.
본 발명의 구현예에 따른 고온 안정성 셀 파우치는 다층 구조를 갖는 실란트층을 포함하여 고온에서 폭발 위험성을 줄이고, 우수한 고온 안정성을 가질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 실란트층 형성 단계는 상기 직접 접촉 실란트층에 블로킹 방지제 또는 아미드 계열 슬립제를 더 포함하는 것일 수 있다.
이하의 실시예를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
이하 실시예 및 비교예에서 A층은 간접 접촉 실란트층, B층은 중간층, C층은 직접 접촉 실란트층에 각각 해당하며, PP는 폴리프로필렌 원료를, PP-EL은 폴리프로필렌계 탄성중합체를 의미한다. 전술한 바와 같이, 다층 구조 실란트 층 형성을 위하여, 각 층에 해당하는 원재료(레진)를 배합한 후, 다층 구조를 형성시킬 수 있도록 설계된 T-die장비를 통한 용융 압출방식으로 제조 한다.
비교예 1: 기존 단일층 구조 실란트층
Tm이 150℃ 이상인 PP와 PP-EL을 혼합하여 단층 구조의 실란트층을 제조하였다. 총 두께 30㎛로 설계하였으며, 도 1과 같이 제조하였다.
비교예 2: 기존 다층 구조 실란트층
A, C층은 Tm이 150℃ 이상인 PP 사용, B층은 Tm이 150℃ 이상인 PP와 PP-EL사용하였다[기존 재료 배합비(PP : PP-EL = 75 : 25)]. 총 두께 30㎛로 A층 C층은 4~5㎛, B층은 20~22㎛로 설계하였으며, 도 2와 같이 제조하였다.
실시예 1: 직접 접촉 실란트층의 Tm을 조절한 실란트층
A층은 Tm이 150℃ 이상인 PP를, B층은 Tm이 150℃ 이상인 PP와 PP-EL 사용하였으며[배합비 PP : PP-EL = 75 : 25], C층은 Tm이 150℃ 이하로 조절한 PP를 사용하여 제조하였다.
총 두께는 30㎛이며, A층 C층은 각각 4~5㎛, B층은 20~22㎛로 기존 실란트층과 동일하게 설계하였으며, 도 3과 같이 제조하였다.
실시예 2: 중간층의 Tm을 조절한 실란트층
A층 및 c층은 Tm이 150℃ 이상인 PP를 사용하였으며, B층은 Tm이 150℃ 이상인 주원료와 Tm이 70~100℃인 PP-EL을 25% 첨가하여 제조하였다. 총 두께 30㎛로 A층 C층은 4~5㎛, B층은 20~22㎛로 설계하였으며, 도 4와 같이 제조하였다.
실시예 3: 중간층 및 직접 접촉 실란트층의 Tm을 조절한 실란트층
A층은 Tm이 150℃ 이상인 PP를 사용하였으며, B층은 Tm이 150℃ 이상인 주원료와 Tm이 70~100℃인 PP-EL을 25% 첨가, C층은 Tm이 150℃ 이하인 PP를 사용하여 제조하였다. 총 두께 30㎛로 A층 C층은 4~5㎛, B층은 20~22㎛로 설계하였으며, 도 5와 같이 제조하였다.
실험예 1: 핫박스 테스트(Hot box test)
비교예 1-2 및 실시예 1-3을 셀파우치를 금형(3 cm X 6.5 cm)으로 성형하였고, 성형된 셀 파우치를 이용하여 리튬 이차전지를 제작하였다.
고온조건(130~150℃)에서 시간 별로 열접착면의 파손으로 인한 가스 누출 여부를 평가하였으며, 130℃ 조건에서는 2시간 이내, 150℃ 조건에서는 20분 이내에 가스 누출 현상이 발생할 경우 합격으로 최종 평가하였다.
실험 결과는 아래의 표 1-2와 같다.
130℃ 보관시간(Min) 비교예1 비교예2 실시예1 실시예2 실시예3
30 X X X X X
60 X X X X X
90 X X X X O
120 X X X X -
150 X X O O -
180 X X - - -
합/불 불합격 불합격 불합격 불합격 합격
O : 가스 누출현상 발생 X : 가스 누출현상 미발생
150℃ 보관시간(Min) 비교예1 비교예2 실시예1 실시예2 실시예3
10 X X X X O
20 X X O O -
30 X X - - -
40 X O - - -
50 O - - - -
합/불 불합격 불합격 합격 합격 합격
O : 가스 누출현상 발생 X : 가스 누출현상 미발생
[실험 결과 분석]
130℃ 보관시, 비교예1, 2의 경우에는 3시간 경과 후에도 가스가 누출되지 않았다. 150℃ 이상의 PP및 PP-EL을 적용한 경우 가스가 누출되지 않았다.
실시예 1, 2의 경우에는 150분 경과 시 가스가 누출이 되었다. 150℃ 미만의 PP 및 PP-EL을 적용한 경우 가스가 누출될 수 있는 통로가 생성이 될 수 있지만, 기준시간(120분) 내에서는 생성되지 않았음을 알 수 있다.
실시예 3의 경우에는 90분 경과 시 가스가 누출이 되었으며, 직접접촉증 과 중간층에 150℃ 미만의 원재료를 적용할 경우에만 기준시간 내에 가스유출 통로가 생성될 수 있다.
150℃ 보관시, 비교에 1,2의 경우 40분이상 경과 후에 가스가 누출되었다. 실란트층의 적용된 원재료의 Tm에 근접한 온도에서 보관하였기 때문에 가스누출경로가 생성될 수 있지만, 기존시간(20분) 내에는 생성되지 않았음을 알 수 있다.
실시예1, 2, 3의 경우에는 20분 이내에 가스가 누출되어 모두 기존시간내에 가스누출경로가 생성되었다. 150℃ 보관조건에서 150℃ 미만의 원재료의 변형이 발생하며 가스누출경로가 비교적 빠른 시간 내에 생성되었다.

Claims (13)

  1. 실란트층;
    상기 실란트층 상에 형성된 금속층; 및
    상기 금속층 상에 형성된 외층;을 포함하며,
    상기 실란트층은 다층 구조를 갖고, 순차적으로 적층된 간접 접촉 실란트층, 중간 실란트층, 및 직접 접촉 실란트층을 포함하고, 상기 간접 접촉 실란트층은 상기 금속층과 접하고,
    상기 직접 접촉 실란트층은 폴리프로필렌을 포함하는 원료를 포함하며, 상기 원료의 용융점(Tm)은 130-150℃이고,
    상기 중간 실란트층은 폴리프로필렌을 포함하는 원료 및 탄성 중합체를 포함하며, 상기 탄성 중합체는 호모 폴리프로필렌(homo-PP), 폴리프로필렌 공중합체(PP co-polymer) 및 폴리프로필렌 터폴리머(PP ter-polymer) 중 하나 이상을 포함하는 폴리 프로필렌 계열 탄성 중합체이고, 상기 탄성 중합체의 용융점(Tm)은 원료의 용융점보다 50-80℃더 낮은, 고온 안정성 셀 파우치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 직접 접촉 실란트층의 두께는 상기 실란트층 전체 두께에 대하여 10-20% 두께인, 고온 안정성 셀 파우치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 직접 접촉 실란트층은 블로킹 방지제 또는 아미드 계열 슬립제를 더 포함하며, 상기 블로킹 방지제 또는 아미드 계열 슬립제의 함량은 상기 직접 접촉 실란트층 전체 중량에 대하여 1-10 중량%인, 고온 안정성 셀 파우치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 아미드 계열 슬립제는 Erucamide, Behenamide, Oleamide 중 하나 이상을 포함하는, 고온 안정성 셀 파우치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 중합체의 함량은 상기 중간 실란트층 전체 중량에 대하여 10-60 중량%인, 고온 안정성 셀 파우치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 중간 실란트층의 두께는 상기 실란트층 전체 두께에 대하여 50-80% 두께인, 고온 안정성 셀 파우치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 실란트층은 드라이 라미네이션법에 의하여 형성된 것인, 고온 안정성 셀 파우치.
  10. 제1항, 제2항, 제4항, 제5항, 및 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 고온 안정성 셀 파우치를 포함하는, 이차 전지.
  11. 외층과 금속층을 합지하는 단계; 및
    상기 금속층의 합지되지 않은 면에 실란트층을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 실란트층은 다층 구조를 갖고, 순차적으로 적층된 간접 접촉 실란트층, 중간 실란트층, 및 직접 접촉 실란트층을 포함하고, 상기 간접 접촉 실란트층은 상기 금속층과 접하고,
    상기 직접 접촉 실란트층은 폴리프로필렌을 포함하는 원료를 포함하며, 상기 원료의 용융점(Tm)은 130-150℃이고,
    상기 중간 실란트층은 폴리프로필렌을 포함하는 원료 및 탄성 중합체를 포함하며, 상기 탄성 중합체는 호모 폴리프로필렌(homo-PP), 폴리프로필렌 공중합체(PP co-polymer) 및 폴리프로필렌 터폴리머(PP ter-polymer) 중 하나 이상을 포함하는 폴리 프로필렌 계열 탄성 중합체이고, 상기 탄성 중합체의 용융점(Tm)은 원료의 용융점보다 50-80℃더 낮은, 고온 안정성 셀 파우치 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 실란트층 형성 단계는 드라이 라미네이션법에 의하여 실란트층이 형성되며, 상기 간접 접촉 실란트층, 중간 실란트층, 및 직접 접촉 실란트층은 서로 용융점을 달리하는, 고온 안정성 셀 파우치 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 실란트층 형성 단계는 상기 직접 접촉 실란트층에 블로킹 방지제 또는 아미드 계열 슬립제를 더 포함하는 것인, 고온 안정성 셀 파우치 제조방법.
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