KR102312607B1 - 이차전지용 파우치 필름 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부 수지층; 상기 내부 수지층 상에 형성되는 배리어층; 및 상기 배리어층 상에 형성되는 외부 수지층을 포함하는 이차전지용 파우치 필름으로서, 상기 배리어층은 접착 수지, 경화제, 점착부여제, 방열 무기 입자 및 내습성 무기 입자를 포함하는 접착제 조성물로부터 형성되는 이차전지용 파우치 필름을 제공한다. 본 발명에 따른 파우치 필름은 성형성이 우수하고 박막화 및 제조 공정의 간소화가 가능하면서, 가스차단성, 내습성, 방열성 및 내전해성이 우수하다.

Description

이차전지용 파우치 필름 {Pouch Film for Secondary Battery}
본 발명은 이차전지용 파우치 필름 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 성형성이 우수하고 박막화 및 제조 공정의 간소화가 가능하면서, 가스차단성, 내습성, 방열성 및 내전해성이 우수한 이차전지용 파우치 필름 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 케이스의 재질에 따라, 파우치형(pouch-type) 이차전지, 원통형(cylindrical) 이차전지, 각형(prismatic) 이차전지 등으로 분류되며, 용량 및 안전성 면에서 파우치형 이차 전지가 주로 사용되고 있다. 파우치형 이차 전지는 연성의 폴리머 재질로 제조된 파우치 필름으로 형성된 파우치에 전극 조립체를 수용하는 구조를 가진다.
대한민국 공개특허 제10-2016-0073837호에는 최내층, 중간층, 배리어층, 압출 수지층 및 최외층을 포함하며, 상기 최외층이 나일론 수지를 포함하고, 상기 압출 수지층이 폴리에틸렌계 수지 및 접착제를 포함하는 플렉서블 셀 파우치가 개시되어 있으며, 상기 배리어층으로 알루미늄 박막이 사용될 수 있는 것으로 기재되어 있다.
그러나, 알루미늄 박막은 낮은 신율로 인해 파우치 필름의 성형성 향상에 한계가 있다. 아울러, 상기 특허에 개시된 파우치 필름은 최내층, 중간층, 배리어층, 압출 수지층 및 최외층의 5층 구조로 형성되어 각 층의 기본 두께로 인해 박막화에 한계가 있고, 제조 공정이 복잡한 문제가 있다.
이에, 성형성이 우수하고 박막화 및 공정의 간소화가 가능하면서, 파우치 필름에 요구되는 기본 특성인 가스차단성, 내습성, 방열성 및 내전해성이 우수한 이차전지용 파우치 필름에 대한 기술 개발이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2016-0073837호
본 발명의 한 목적은 성형성이 우수하고 박막화 및 제조 공정의 간소화가 가능하면서, 가스차단성, 내습성, 방열성 및 내전해성이 우수한 이차전지용 파우치 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 파우치 필름을 포함하는 이차전지를 제공하는 것이다.
한편으로, 본 발명은 내부 수지층;
상기 내부 수지층 상에 형성되는 배리어층; 및
상기 배리어층 상에 형성되는 외부 수지층을 포함하는 이차전지용 파우치 필름으로서,
상기 배리어층은 접착 수지, 경화제, 점착부여제, 방열 무기 입자 및 내습성 무기 입자를 포함하는 접착제 조성물로부터 형성되는 이차전지용 파우치 필름을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 접착 수지는 올레핀 수지, 에폭시 수지 및 아크릴레이트 수지로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 경화제는 아크릴레이트 경화제, 아민 경화제, 이미다졸 경화제, 페놀 경화제, 에폭시 경화제 및 멜라민 경화제로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 접착 수지는 올레핀 수지이고, 상기 경화제는 아크릴레이트 경화제일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 방열 무기 입자는 알루미늄 입자, 철 입자, 몰리브덴 입자, 구리 입자, 크롬 입자, 망간 입자 및 니켈 입자로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 방열 무기 입자의 평균 입경(D50)은 5 nm 내지 5 ㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 내습성 무기 입자는 산화칼슘 입자, 산화마그네슘 입자, 실리카 입자 및 오산화인 입자로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 내습성 무기 입자의 평균 입경(D50)은 1 내지 5 ㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 점착부여제는 유리전이온도가 100℃ 이상일 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명은 상기 이차전지용 파우치 필름을 포함하는 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차전지용 파우치 필름은 성형성이 우수하고 박막화 및 제조 공정의 간소화가 가능할 뿐만 아니라, 가스차단성, 내습성, 방열성 및 내전해성이 우수하여 박막형 이차전지에 효과적으로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지용 파우치 필름의 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지용 파우치 필름의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지용 파우치 필름은 내부 수지층(110); 상기 내부 수지층(110) 상에 형성되는 배리어층(120); 및 상기 배리어층(120) 상에 형성되는 외부 수지층(130)을 포함한다.
<내부 수지층>
상기 내부 수지층(110)은 전극 조립체 측에 위치하는 층으로서, 전극 조립체와 직접적으로 접촉하므로 절연성을 가져야 하고, 전해액과도 접촉하므로 내부식성을 가져야 한다.
이러한 내부 수지층(110)은 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 테프론, 및 유리섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있으며, 주로 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리올레핀계 수지가 사용된다. 특히, 폴리프로필렌(PP)이 인장강도, 강성, 표면경도, 내마모성, 내열성 등의 기계적 물성과 내부식성 등의 화학적 물성이 뛰어나, 내부 수지층을 제조하는데 주로 사용된다. 나아가, 무연신 폴리프로필렌(Casted Polypropylene, CPP) 또는 폴리프로필렌-부틸렌-에틸렌 삼원 공중합체로 구성될 수도 있다. 상기 내부 수지층(110)은 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조를 가지거나, 2개 이상의 물질이 각각 층을 이루어 형성된 복합막 구조를 가질 수 있다.
상기 내부 수지층(110)의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 20 내지 100 ㎛가 바람직하고, 40 내지 80 ㎛가 보다 바람직하다. 내부 수지층(110)의 두께가 20 ㎛ 미만인 경우에는 내전해성을 만족하지 못할 수 있으며, 100 ㎛ 초과인 경우에는 성형성을 만족하지 못할 수 있다.
<배리어층>
상기 배리어층(120)은 접착 수지, 경화제, 점착부여제, 방열 무기 입자 및 내습성 무기 입자를 포함하는 접착제 조성물로부터 형성되어, 가스 배리어성을 가지며, 내부 수지층(110)과 외부 수지층(130)을 접착하는 역할을 한다.
상기 배리어층(120)을 포함하는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지용 파우치 필름은 알루미늄 박막을 사용하지 않고 별도의 접착제층을 포함하지 않아 파우치 필름의 성형성이 향상되고, 파우치 필름의 박막화 및 제조 공정의 간소화가 가능하면서, 우수한 가스차단성, 내습성, 방열성 및 내부식성을 나타낸다.
상기 접착 수지는 경화되어 접착 특성을 나타내면서 동시에 배리어성을 부여하는 성분으로서, 올레핀 수지, 에폭시 수지 및 아크릴레이트 수지로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 올레핀 수지로는 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 또는 이들의 변성 올레핀 수지 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 에폭시 수지로는 크레졸 노볼락 에폭시 수지, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 A형 노볼락 에폭시 수지, 페놀 노볼락 에폭시 수지, 4관능성 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 트리 페놀 메탄형 에폭시 수지, 알킬 변성 트리 페놀 메탄형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔 변성 페놀형 에폭시 수지, 우레탄 변성 에폭시 수지 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 아크릴레이트 수지로는 모노(메타)아크릴레이트계 수지, 다관능성 (메타)아크릴레이트계 수지 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 접착 수지의 함량은 접착제 조성물 전체 100 중량%에 대해 10 내지 80 중량%일 수 있다. 접착 수지의 함량이 10 중량% 미만이면, 코팅이 불안정해질 수 있고, 그 함량이 80 중량%를 초과하면, 밀착력이 떨어지고 방열성과 내전해성이 떨어질 수 있다.
상기 경화제는 상기 접착 수지와 반응하여 접착제 조성물을 경화시키는 성분으로서, 아크릴레이트 경화제, 아민 경화제, 이미다졸 경화제, 페놀 경화제, 에폭시 경화제 및 멜라민 경화제로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 아크릴레이트 경화제로는 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트, 트리메탄올프로판 트리아크릴레이트, 테트라메틸올메탄 트리아크릴레이트, 테트라메틸올메탄 테트라아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 아민 경화제로는 트리에틸렌테트라민, 디에틸아미노프로필아민, 메타페닐렌디아민, 폴리아미드아민, 디시안디아미드, BF3-모노에틸렌아민 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 이미다졸 경화제로는 2-메틸이미다졸, 2-운데실이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-페닐-4-메틸-5-히드록시메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸륨-트리멜리테이트 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 페놀 경화제로는 비스페놀 A, 비스페놀 F, 폴리비닐페놀, 페놀노볼락수지, 크레졸노볼락수지, 비스페놀 A 노볼락수지, 비스페놀 F 노볼락수지, 아랄킬페놀수지 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 에폭시 경화제로는 비스페놀 A계 에폭시 수지, 수소화 비스페놀 A계 에폭시 수지, 비스페놀 F계 에폭시 수지, 수소화 비스페놀 F계 에폭시 수지, 노볼락계 에폭시 수지, 다른 방향족계 에폭시 수지, 지환족계 에폭시 수지, 복소환족계 에폭시 수지, 글리시딜 에스테르계 수지, 글리시딜아민계 수지 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 멜라민 경화제로는 메틸레이티드 멜라민 수지 또는 부틸레이티드 멜라민 수지 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 경화제는 상기 접착 수지의 종류에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 접착 수지로서 올레핀 수지를 사용하는 경우 아크릴레이트 경화제를 사용할 수 있고, 접착 수지로서 아크릴레이트 수지를 사용하는 경우 에폭시 경화제를 사용할 수 있다. 이 중, 배리어성 측면에서 올레핀 수지 및 아크릴레이트 경화제를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 경화제의 함량은 접착제 조성물 전체 100 중량%에 대해 0.1 내지 10 중량%의 범위일 수 있다. 경화제의 함량이 0.1 중량% 미만이면, 경화가 부족할 수 있고, 그 함량이 10 중량%를 초과하면, 과경화될 수 있다.
상기 점착 부여제는 배리어층의 접착성을 더 향상시키는 성분으로서, 예를 들어 지방족 탄화수소 수지, 지방족 탄화수소 수지의 수소화 유도체, 방향족 탄화수소 수지, 방향족 탄화수소 수지의 수소화 유도체, 지방족 탄화수소 수지와 방향족 탄화수소 수지의 공중합체, 디시클로펜타디엔 등의 탄화수소계 수지; 로진 수지, 로진 에스테르, 수소화 로진 수지, 다이머화 로진 수지(dimerized rosin resin), 변성 로진 수지 등의 로진계 수지; 폴리테르펜, 테르펜-스티렌 수지, 테르펜-페놀 수지 등의 테르펜계 수지 등을 사용할 수 있다. 이 중, 전해액 성분과의 반응성이 낮고, 전해액의 열화를 방지할 수 있다는 면에서 탄화수소계 수지를 사용하는 것이 바람직하며, 특히 디시클로펜타디엔을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 점착 부여제는 유리전이온도가 100℃ 이상일 수 있고, 바람직하게는 120℃ 내지 180℃일 수 있다. 점착 부여제의 유리전이온도가 100℃ 이상인 경우, 고온에서 점착력을 구현할 수 있다는 점에서 바람직하다.
상기 점착 부여제의 함량은 접착제 조성물 전체 100 중량%에 대해 10 내지 70 중량%일 수 있다. 점착 부여제의 함량이 10 중량% 미만이면, 접착력이 떨어질 수 있고, 그 함량이 70 중량%를 초과하면, 접착제가 딱딱해질 수 있다.
상기 방열 무기 입자는 배리어층에 방열 효과를 부여하는 성분으로서, 방열 성능을 가지는 무기 입자라면 제한 없이 사용할 수 있다.
예를 들어, 알루미늄 입자, 철 입자, 몰리브덴 입자, 구리 입자, 크롬 입자, 망간 입자 및 니켈 입자로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으며, 성형성, 가스차단성 및 방열성 측면에서 알루미늄 입자를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 방열 무기 입자의 평균 입경(D50)은 5 nm 내지 5 ㎛일 수 있으며, 5 nm 내지 3 ㎛인 것이 바람직하고, 예를 들어 2 내지 3 ㎛일 수 있다. 방열 무기 입자의 평균 입경이 5 nm 미만이면 제조 단가가 상승할 수 있으며, 5 ㎛를 초과하면 방열 성능이 저하될 수 있다.
상기 방열 무기 입자의 함량은 접착제 조성물 전체 100 중량%에 대해 0.5 내지 20 중량%일 수 있다. 방열 무기 입자의 함량이 0.5 중량% 미만이면, 방열성능이 떨어질 수 있고, 그 함량이 20 중량%를 초과하면, 코팅이 불안정하고, 접착력이 떨어질 수 있다.
상기 내습성 무기 입자는 외부로부터 유입되는 수분 또는 습기를 흡착 또는 제거하여 내전해성 효과를 부여하는 성분이다. 상기 내습성 무기 입자는 전해액의 침투경로를 줄여 내전해성 효과를 높일 수 있다.
상기 내습성 무기 입자로는 예를 들어 산화칼슘(CaO), 오산화인(P2O5), 산화리튬(Li2O), 산화나트륨(Na2O), 산화바륨(BaO), 산화마그네슘(MgO), 황산리튬(Li2SO4), 황산나트륨(Na2SO4), 황산칼슘(CaSO4), 황산마그네슘(MgSO4), 황산코발트(CoSO4), 황산갈륨(Ga2(SO4)3), 황산티탄(Ti(SO4)2), 황산니켈(NiSO4), 염화칼슘(CaCl2), 염화마그네슘(MgCl2), 브롬화세슘(CeBr3), 브롬화바나듐(VBr3), 브롬화마그네슘(MgBr2), 과염소산바륨(Ba(ClO4)2), 과염소산마그네슘(Mg(ClO4)2), 클레이, 실리카, 제올라이트, 지르코니아, 티타니아, 몬모릴로나이트, 탈크 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 산화칼슘, 산화마그네슘, 실리카 또는 오산화인 을 사용할 수 있다.
상기 내습성 무기 입자의 평균 입경(D50)은 1 내지 5 ㎛일 수 있으며, 예를 들어 2 내지 3 ㎛일 수 있다. 내습성 무기 입자의 평균 입경이 1 ㎛ 미만이면 가공비용이 상승할 수 있으며, 5 ㎛를 초과하면 코팅이 불안정해 질 수 있다.
상기 내습성 무기 입자의 함량은 접착제 조성물 전체 100 중량%에 대해 20 내지 60 중량%일 수 있다. 내습성 무기 입자의 함량이 20 중량% 미만이면, 내전해성이 떨어질 수 있고, 그 함량이 60 중량%를 초과하면, 코팅이 불안정하고 접착력이 떨어질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 접착제 조성물은 필요에 따라 당해 분야에 알려진 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 첨가제의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 실란 커플링제 등을 들 수 있다.
상기 실란 커플링제로는 예를 들어 비닐트리에톡시실란, 비닐트리스(β-메톡시에톡시)실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 비닐트리아세톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-클로로프로필메톡시실란, 비닐트리클로로실란, γ-머캅토프로필트리메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-β(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란 등을 사용할 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 접착제 조성물로 형성된 배리어층(120)의 두께는 10 내지 90 ㎛일 수 있고, 바람직하게는 20 내지 50 ㎛일 수 있다. 배리어층의 두께가 10 ㎛ 미만인 경우에는 강도가 떨어져 성형 유지가 되지 않을 수 있으며, 90 ㎛ 초과인 경우에는 가공비용이 높아질 수 있다.
<외부 수지층>
상기 외부 수지층(130)은 상기 배리어층(120)을 기준으로 전극 조립체가 위치하는 방향의 반대 방향에 위치하는 층으로서, 외부와의 마찰 및 충돌로부터 이차 전지를 보호하면서, 전극 조립체를 외부로부터 전기적으로 절연시킨다.
이러한 외부 수지층(130)은 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 테프론, 및 유리섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 특히, 내마모성 및 내열성을 가지는 나일론(Nylon) 수지 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 폴리머가 주로 사용된다. 상기 외부 수지층(130)은 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조를 가지거나, 2개 이상의 물질이 각각 층을 이루어 형성된 복합막 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 파우치 필름은 성형성이 향상되어 상기 외부 수지층으로서 단가가 높은 나일론 대신 탄성 및 내마모성이 더 낮은 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있다.
상기 외부 수지층(130)의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 10 내지 40 ㎛가 바람직하고, 15 내지 25 ㎛가 보다 바람직하다. 외부 수지층의 두께가 10 ㎛ 미만인 경우에는 원자재 비용이 상승할 수 있으며, 40 ㎛ 초과인 경우에는 신율이 떨어지고 성형성이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지용 파우치 필름은 내부 수지층 상에 전술한 접착제 조성물을 코팅하고 경화시켜 배리어층을 형성한 후, 상기 배리어층 상에 외부 수지층을 합지하여 제조하거나, 외부 수지층 상에 전술한 접착제 조성물을 코팅하고 경화시켜 배리어층을 형성한 후, 상기 배리어층 상에 내부 수지층을 합지하여 제조할 수 있다.
또는, 이형 필름 상에 전술한 접착제 조성물을 코팅하고 경화시켜 배리어층을 형성하고, 내부 또는 외부 수지층 상에 라미네이션 한 후, 이형 필름을 제거하고 외부 또는 내부 수지층을 합지하여 제조할 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태는 상기 이차전지용 파우치 필름을 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지는 상기 이차전지용 파우치 필름으로 형성된 파우치에 전극 조립체 및 전해액이 수용된 구조를 가진다. 상기 파우치는 상하부 2장의 파우치 필름을 사용하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 이차전지는 예를 들어, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등일 수 있으며, 바람직하게는 리튬 이차전지일 수 있다.
상기 이차전지는 디지털 카메라, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터 등의 소형 제품, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품, 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치, 백업용 전력 저장 장치 등에 사용될 수 있다.
이하, 실시예, 비교예 및 실험예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예, 비교예 및 실험예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.
제조예: 접착제 조성물의 제조
하기 표 1의 조성으로 각 성분을 혼합하여 접착제 조성물을 제조하였다(단위: 중량%).
구성 성분 제조예 1 제조예 2
접착 수지 올레핀 수지 14.55% 14.55%
경화제 아크릴레이트 경화제 4.5% 4.5%
점착 부여제 DCPD 계 수지 30.95% 30.95%
방열 무기 입자 Al 입자 10% 5%
내습성 무기 입자 CaO 40% 45%
실시예 및 비교예: 파우치 필름의 제조
실시예 1
무연신 폴리프로필렌(CPP)으로 구성된 내부 수지층 (40㎛), 상기 제조예 1의 접착제 조성물로 형성된 배리어층 (40㎛), 및 PET 수지로 구성된 외부 수지층 (15㎛)을 포함하는 파우치 필름을 제조하였다. 이 때, 필름의 두께는 95㎛였다.
실시예 2
무연신 폴리프로필렌(CPP)으로 구성된 내부 수지층 (40㎛), 상기 제조예 2의 접착제 조성물로 형성된 배리어층 (40㎛), 및 PET 수지로 구성된 외부 수지층(15㎛)을 포함하는 파우치 필름을 제조하였다. 이 때, 필름의 두께는 95㎛였다.
비교예 1
무연신 폴리프로필렌(CPP) 수지층 (80㎛), 내측 접착제층 (4㎛), 알루미늄 박막 (40㎛), 외측 접착제층 (3㎛), 나일론 수지층 (15㎛), 최외측 접착제층 (4㎛), 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 수지층 (12㎛)을 포함하는 파우치 필름을 제조하였다. 이 때, 필름의 두께는 158㎛였다.
실험예:
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 파우치 필름의 물성을 후술하는 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(1) 수분 차단성 및 산소 차단성
실시예 및 비교예의 파우치 필름에 대하여, 수분투과도(Water Transmission Value, WTV) (85℃, 85%)를 측정하여 수분 차단성을 확인하고, 산소투과도(Oxygen Transmittance Rate, OTR)를 측정하여 산소 차단성을 확인하였다.
(2) 신율
실시예 및 비교예의 파우치 필름으로 규격 15*30mm의 시편을 제조하고, 만능시험기(universal test machine, UTM)를 이용하여 30mm/min의 속도 조건에서 신율을 측정하였다.
(3) 성형성
파우치 필름 성형기에 실시예 및 비교예에서 제조한 파우치 필름 샘플을 로딩하고 속도 5 M/min, (공)압력 5 gf/cm2으로 성형한 후, 파우치 필름의 깊이 변화를 측정하여 성형성을 확인하였다.
(4) 내전해성
카보네이트 계열 용제로 EC(ethylene carbonate), DMC(dimethyl carbonate) 및 DEC(diethyl carbonate)를 각각 1:1:1(중량비)로 혼합하고 LiPF6 (Lithium Hexafluoro Phosphate) 1 몰을 첨가하여 전해액을 제조하였다. 상기 전해액에 실시예 및 비교예에서 제조한 파우치 필름을 담그고, 5일 동안 방치 후, CPP 면과의 접착력을 측정하여 내전해성을 확인하였다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1
수분투과도 (mm/hr) 4.2 4.5 -
산소투과도 (g/m2·day) 28 28 75
신율 (%) 50 50 32
성형성 (mm) 9 9 6
내전해성 (N) 18 18 18
상기 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 방열 무기 입자 및 내습성 무기 입자를 포함하는 접착제 조성물로부터 형성되는 배리어층을 포함하는 실시예 1 및 2의 파우치 필름은 수분 차단성 및 산소 차단성이 우수하고, 신율이 높아 성형성이 우수하며, 내전해성이 우수하였다. 반면, 알루미늄 박막을 포함하는 비교예 1의 파우치 필름은 산소 차단성이 낮으며, 신율이 낮아 성형성이 불량하였다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아님은 명백하다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위와 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
110: 내부 수지층 120: 배리어층
130: 외부 수지층

Claims (10)

  1. 내부 수지층;
    상기 내부 수지층 상에 형성되는 배리어층; 및
    상기 배리어층 상에 형성되는 외부 수지층을 포함하는 이차전지용 파우치 필름으로서,
    상기 배리어층은 접착 수지, 경화제, 점착부여제, 방열 무기 입자 및 내습성 무기 입자를 포함하는 접착제 조성물로부터 형성되고,
    상기 방열 무기 입자의 평균 입경(D50)은 5 nm 내지 5 ㎛이며,
    상기 방열 무기 입자의 함량은 접착제 조성물 전체 100 중량%에 대해 0.5 내지 20 중량%인 이차전지용 파우치 필름.
  2. 제1항에 있어서, 상기 접착 수지는 올레핀 수지, 에폭시 수지 및 아크릴레이트 수지로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 이차전지용 파우치 필름.
  3. 제1항에 있어서, 상기 경화제는 아크릴레이트 경화제, 아민 경화제, 이미다졸 경화제, 페놀 경화제, 에폭시 경화제 및 멜라민 경화제로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 이차전지용 파우치 필름.
  4. 제1항에 있어서, 상기 접착 수지는 올레핀 수지이고, 상기 경화제는 아크릴레이트 경화제인 이차전지용 파우치 필름.
  5. 제1항에 있어서, 상기 방열 무기 입자는 알루미늄 입자, 철 입자, 몰리브덴 입자, 구리 입자, 크롬 입자, 망간 입자 및 니켈 입자로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 이차전지용 파우치 필름.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 내습성 무기 입자는 산화칼슘 입자, 산화마그네슘 입자, 실리카 입자 및 오산화인 입자로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 이차전지용 파우치 필름.
  8. 제1항에 있어서, 상기 내습성 무기 입자의 평균 입경(D50)은 1 내지 5 ㎛인 이차전지용 파우치 필름.
  9. 제1항에 있어서, 상기 점착부여제는 유리전이온도가 100℃ 이상인 이차전지용 파우치 필름.
  10. 제1항 내지 제5항 및 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 이차전지용 파우치 필름을 포함하는 이차전지.
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