KR102431763B1 - 친수성 물질을 포함하는 이차전지용 파우치형 전지케이스 및 이를 포함하는 파우치형 이차전지 - Google Patents

친수성 물질을 포함하는 이차전지용 파우치형 전지케이스 및 이를 포함하는 파우치형 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극조립체가 전해액과 함께 수납되는 이차전지용 파우치형 전지케이스에 있어서,
상기 파우치형 케이스는 외부 피복층, 금속층 및 내부 실란트층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어지고,
상기 내부 실란트층의 노출면의 적어도 일부에는 소수성을 갖는 전해액과 반발력을 갖는 친수성층이 형성되어 있는 파우치형 전지케이스에 대한 것이다.

Description

친수성 물질을 포함하는 이차전지용 파우치형 전지케이스 및 이를 포함하는 파우치형 이차전지 {Secondary Battery Pouch-Type Case Having Hydrophilic Material and Pouch-Type Secondary Battery Comprising the Same}
본 발명은 친수성 물질을 포함하는 이차전지용 파우치형 전지케이스 및 이를 포함하는 파우치형 이차전지에 대한 것으로서, 구체적으로, 전지케이스용 라미네이트 시트에 소수성을 갖는 전해액에 대해 반발력을 갖는 친수성층이 형성된 파우치형 전지케이스에 대한 것이다.
모바일 기기에 대한 수요가 증가함에 따라 그 에너지원인 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 다양한 기기의 형상 및 용량을 고려하여 적절한 형태의 전지에 대한 연구가 진행되고 있다.
리튬 이차전지는 케이스 모양에 따라, 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류된다. 원통형 전지와 각형 전지는 금속의 캔에 전극조립체를 장착한 구조의 전지이며, 파우치형 전지는 통상적으로 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체를 장착한 구조의 전지이다. 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고 중량당 에너지 밀도가 높으며 저렴하고 변형이 용이한 파우치형 전지가 최근 많은 관심을 모으고 있다.
또한, 고용량 및 고에너지 밀도를 갖는 이차전지에 대한 수요가 증가함에 따라, 집전체 상에 도포되는 전극 활물질의 두께가 두꺼워지고 전극 활물질의 밀도도 높아지는 바, 전극 활물질층의 내부까지 전해액이 침투하기 어려워서 전해액의 함침율이 낮아지는 문제가 발생한다.
이로 인하여, 전지의 수명 특성이 저하되고, 전해액이 함침되지 않은 전극 활물질층에서는 리튬이 석출됨에 따라 용량이 낮아지면서 부반응이 증가하게 되는 바, 전체적인 전지의 성능이 떨어진다.
따라서, 전극조립체에 대한 전해액의 함침율을 높이기 위하여 다양한 방법이 시도되고 있는 바, 특허문헌 1은 외부의 수분이나 전해액이 파우치 외장재의 금속층까지 도달하여 전기적 단락을 일으키는 등의 문제를 방지하기 위하여 내부층/금속층/외부층/소수성 무기물층으로 이루어진 파우치 외장재를 개시하고 있으나, 소수성의 전해액을 사용하는 경우, 파우치 외장재에 전해액이 침투하는 것을 방지하는 기술을 개시하지 못하고 있다.
특허문헌 2는 친수성 표면처리된 파우치 내면을 포함하는 플렉서블 필름 일차전지를 개시하나, 상기 일차전지는 양극 극판 및 음극 극판 사이에 접착/후주입형 고분자 전해질막을 삽입하여 적층시켜 전지조립체를 제조하고 있는 바, 전극조립체 내부로 전해액을 함침시키기 용이한 구조를 전혀 개시하지 못하고 있다.
이에, 소수성 성질을 갖는 전해액을 사용하는 파우치형 이차전지에 있어서, 전해액 주액시 파우치 케이스에 전해액이 잔존함으로써 전해액의 주입량이 줄어들거나, 전극조립체의 두께가 두꺼워짐에 따라 전극조립체에 대한 전해액 함침율이 낮아지는 문제를 해결하기 위한 필요성이 증가하고 있는 실정이다.
한국 공개특허공보 제 2010-0071798 호 한국 공개특허공보 제 2011-0019311 호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하기 위하여, 외부 피복층, 금속층 및 내부 실란트층을 포함하는 파우치형 전지케이스에서 상기 내부 실란트층의 노출면 가운데 적어도 일부에 친수성층을 형성함으로써, 소수성을 갖는 전해액이 친수성을 갖는 전지케이스 표면에 잔존하지 않게 되는 바, 전지케이스의 실링 예정부에 전해액이 잔존함으로써 밀봉력이 낮아지는 문제를 해결할 수 있다.
또한, 전지케이스의 내부에는 소수성을 갖는 유기 물질이 다량 포함되어 있는 바, 같은 성질을 갖는 물질들끼리 서로 결합하는 소수성 상호작용에 의해 소수성을 갖는 전해액은 전지의 내측으로 쉽게 이동하게 되며, 전극조립체를 구성하는 분리막 및 전극에 대한 전해액 함침율도 향상될 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스는,
전극조립체가 전해액과 함께 수납되는 이차전지용 파우치형 전지케이스에 있어서,
상기 파우치형 전지케이스는 외부 피복층, 금속층 및 내부 실란트층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어지고,
상기 내부 실란트층의 노출면 가운데 적어도 일부에는 소수성을 갖는 전해액에 대해 반발력을 갖는 친수성층이 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
일반적으로 파우치형 전지케이스는 외부 물질로부터 전지를 보호하고 절연성을 확보하기 위한 외부 피복층으로서 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 사용하고, 기계적 강도를 유지하는 기재 및 수분과 산소의 배리어층의 역할을 하는 금속층으로서 알루미늄층을 사용하며, 열접착성을 갖고 전지케이스의 밀봉을 위한 내부 실란트층을 포함한다.
추가적으로, 상기 외부 피복층과 금속층의 결합을 위하여 접착층을 더 포함할 수 있다.
리튬 이차전지는 반복적인 충방전시 리튬 이온의 전도를 위하여 전해액을 사용하는 바, 파우치형 이차전지는 전지케이스 외주변의 미실링부를 통해 전해액을 주입한다. 상기 미실링부는 전해액 주입 후 실링되는 부분으로서, 실링 예정부라 할 수 있는 바, 전해액 주입시 상기 전지케이스의 실링 예정부에 전해액이 묻는 경우가 생긴다.
이와 같이 전지케이스의 실링 예정부에 잔존하는 전해액으로 인해 전지의 밀봉력이 저하될 수 있다.
이에, 본 발명과 같이 전지케이스의 내부 실란트층에 친수성층이 형성되는 경우에는, 소수성을 갖는 전해액이 전지케이스의 내부 실란트층에 묻는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전지케이스 내부에는 소수성을 갖는 화합물들이 다량 포함되어 있는 바, 서로 유사한 성질을 갖는 소수성 전해액은 전지케이스 내부로 이동하는 힘을 받게 된다.
따라서, 전해액의 전지케이스 내부로 유입이 용이하게 이루어지는 바, 복수의 단위셀들이 긴 시트형의 분리 필름 상에 위치한 상태에서 권취되는 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 내지 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 권취된 구조의 젤리-롤형 전극조립체를 사용하는 경우, 전극조립체의 최외측 분리막에 대한 전해액의 함침율이 향상되며, 상기 전해액에 함침된 분리막과 접하고 있는 전극 합제층에 대한 전해액 함침율이 향상될 수 있다.
따라서, 고용량 고에너지 밀도의 이차전지의 제조를 위하여 전극 합제층의 두께가 두꺼워지더라도, 본 발명과 같은 구조의 전지케이스를 사용하는 경우, 전지의 용량 증가 및 수명 특성의 향상 효과를 얻을 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 친수성층은 상기 내부 실란트층의 노출면에 친수성기를 포함하는 물질을 부가하여 형성될 수 있다.
즉, 상기 라미네이트 시트의 내부 실란트층의 전지케이스 내부를 향하는 방향의 표면에 친수성층을 형성함으로써, 소수성인 전해액과 전지케이스의 친수성층이 서로 반발하여 전해액이 전지케이스에 잔존하거나 흡수되지 않게 할 수 있는 바, 상기 친수성층은 친수성기를 포함하는 물질을 상기 내부 실란트층에 부가함으로써 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 친수성층의 형성방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 코로나 방전처리, 필름 시트 부착, 또는 스프레이 분사에 의해 형성될 수 있다.
상기 친수성기를 포함하는 물질은, 정전기적 작용이나 수소결합 등으로 물분자와 약한 결합을 형성할 수 있는 원자단으로서, 히드록시기(-OH), 카르복시기(-COOH), 아미노기(-NH2), 케톤기(-C=O), 설폰산기(-SO3H), 인산기(-H2PO3) 및 실록산 결합(Si-O 결합)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 친수성기를 포함하는 물질이 이에 해당한다.
하나의 구체적인 예에서, 파우치형 전지케이스에 전해액을 주액하는 과정에서, 실링 예정부에 전해액이 묻음으로써 밀봉력이 저하되는 것을 방지하기 위하여, 상기 친수성층은 전해액이 주입되는 파우치형 전지케이스의 외주변 미실링부에 형성될 수 있다.
다른 하나의 구체적인 예에서, 전지케이스의 외주변을 열융착할 때 상기 친수성층의 존재로 인하여 밀봉력이 낮아지는 문제가 발생할 수 있는 바, 상기 친수성층은 실링 예정부를 제외한 부위, 즉, 전극조립체가 수납되는 수납부의 상면, 하면 및 측벽들에 형성될 수 있다.
또한, 이와 같은 구조의 친수성층이 형성되는 경우, 소수성인 전해액은 친수성층이 형성된 전지케이스와 반발력이 작용하여 전극조립체 방향으로 이동하는 힘을 받게 되는 바, 전극조립체에 대한 전해액 함침율이 향상될 수 있다.
또는, 전지케이스의 밀봉력이 낮아지는 것을 방지하기 위한 목적에서, 전지케이스의 실링 예정부에 형성된 친수성층은, 내부 실란트층의 노출면 상에 부분적으로 형성되는 구조일 수 있다. 따라서, 부분적으로는 내부 실란트층이 최외측으로 노출되는 바, 전지케이스의 밀봉력이 낮아지는 것을 방지할 수 있다.
또 다른 하나의 구체적인 예에서, 전해액이 전지케이스의 밀봉 예정부에 묻으면서 밀봉력이 저하되는 문제를 방지하고, 전극조립체에 대한 전해액 함침율을 모두 향상시키기 위하여, 상기 친수성층은 전해액이 주입되는 파우치형 전지케이스의 외주변 미실링부 및 전극조립체가 수납되는 수납부의 상면, 하면 및 측벽들에 형성될 수 있다.
상기 친수성층은 전지케이스의 내부 실란트층의 노출면 방향에 형성되는 바, 상기 친수성층은 내부 실란트층과는 별도로 존재하며, 내부 실란트층의 노출면 전체에 친수성층이 형성되는 경우, 실란트층이 최외측으로 노출되지 않게 된다. 이와 같은 경우, 전지케이스의 밀봉력이 저하될 수 있는 바, 상기 친수성층은 상기 내부 실란트층과 동일한 성분의 기재에 친수성기를 갖는 물질이 분산된 구조로 이루어질 수 있다.
또는, 상기 친수성층은 친수성 물질로 구성된 입자가 스프레이 분사에 의해 내부 실란트층 표면에 도포되는 구조로 형성될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 파우치형 전지케이스를 포함하는 파우치형 이차전지를 제공하며, 상기 파우치형 이차전지를 단위전지로서 둘 이상 포함하는 전지팩 및 상기 전지팩을 전원으로서 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 파우치형 이차전지는 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 전극조립체에 리튬염 함유 비수계 전해액이 함침되어 있는 구조로 이루어진 리튬 이차전지일 수 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질을 포함하고 있는 양극 합제를 도포한 후 건조하여 제조되며, 상기 양극 합제에는, 필요에 따라, 바인더, 도전재, 충진재 등이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체는, 상기 음극 집전체에서와 마찬가지로, 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질로서, 리튬 전이금속 산화물로서, 2 이상의 전이금속을 포함하고, 예를 들어, 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물; 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 또는 Ga 이고 상기 원소 중 하나 이상의 원소를 포함, 0.01≤y≤0.7 임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2, Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2 등과 같이 Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae (여기서, -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d<1 임, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si 또는 Y 이고, A = F, P 또는 Cl 임)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물; 화학식 Li1+xM1-yM'yPO4-zXz(여기서, M = 전이금속, 바람직하게는 Fe, Mn, Co 또는 Ni 이고, M' = Al, Mg 또는 Ti 이고, X = F, S 또는 N 이며, -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 임)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(㎝C), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합제 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 전극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합제; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은, 예를 들어, 음극 집전체 상에 음극 활물질을 포함하고 있는 음극 합제를 도포한 후 건조하여 제조되며, 상기 음극 합제에는, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등의 성분들이 포함될 수 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500㎛의 두께로 만든다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질은, 예를 들어, 앞서 설명한 규소계 화합물을 포함하여, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 바인더와 도전재 및 필요에 따라 첨가되는 성분들은 양극에서의 설명과 동일하다.
경우에 따라서는, 음극의 팽창을 억제하는 성분으로서 충진제가 선택적으로 첨가될 수 있다. 이러한 충진제는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 또는 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
또한, 점도 조절제, 접착 촉진제 등의 기타의 성분들이 선택적으로 또는 둘 이상의 조합으로서 더 포함될 수 있다.
상기 점도 조절제는 전극 합제의 혼합 공정과 그것의 집전체 상의 도포 공정이 용이할 수 있도록 전극 합제의 점도를 조절하는 성분으로서, 음극 합제 전체 중량을 기준으로 30 중량%까지 첨가될 수 있다. 이러한 점도 조절제의 예로는, 카르복시메틸셀룰로우즈, 폴리비닐리덴 플로라이드 등이 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 경우에 따라서는, 앞서 설명한 용매가 점도 조절제로서의 역할을 병행할 수 있다.
상기 접착 촉진제는 집전체에 대한 활물질의 접착력을 향상시키기 위해 첨가되는 보조성분으로서, 바인더 대비 10 중량% 이하로 첨가될 수 있으며, 예를 들어 옥살산 (oxalic acid), 아디프산(adipic acid), 포름산(formic acid), 아크릴산(acrylic acid) 유도체, 이타콘산(itaconic acid) 유도체 등을 들 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ㎛ ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ㎛ ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
상기 리튬염 함유 비수계 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li2SiS3, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 환상 에테르, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 피롤, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
상기 전지팩은 고온 안전성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있으며, 이러한 디바이스의 상세한 예로는, 모바일 전자기기(mobile device), 웨어러블 전자기기(wearable device), 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스는 전지케이스용 라미네이트 시트의 내부 실란트층의 노출면에 친수성층을 형성하는 바, 소수성을 갖는 전해액을 주입할 때 전지케이스의 내부 실란트층에 전해액이 묻거나 잔존하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 소수성의 전해액과 전지 내부에 존재하는 소수성 유기 화합물 간의 소수성 상호작용을 이용하여 전해액이 전지의 내측으로 용이하게 이동할 수 있는 바, 전극조립체를 구성하는 분리막과 전극 활물질층에 대한 전해액의 함침율을 향상시킬 수 있고, 나아가 전지의 수명 특성 및 용량 증가의 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 수직 단면도이다.
도 2는 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지셀의 평면 투시도이다.
도 3은 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 1은 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 수직 단면도를 모식적으로 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 전지케이스용 라미네이트 시트(100)는 외부 피복층(101), 접착층(104), 금속층(102), 내부 실란트층(103) 및 친수성층(105)으로 구성된다.
친수성층(105)은 코로나 방전처리, 필름 시트 부착, 또는 스프레이 분사에 의해 형성될 수 있으며, 내부 실란트층(103)의 금속층(102)과 대면하는 방향의 반대 방향 표면에 형성되는 친수성층(105)은 내부 실란트층(103)의 전체 부분에 형성될 수 있으며, 또는 부분적으로 형성될 수 있는 바, 친수성층(105)이 내부 실란트층(103)의 표면에 부분적으로 형성되는 경우에는, 최외측에 친수성층과 내부 실란트층이 공존하게 되기 때문에, 전지케이스의 밀봉력이 낮아지는 것을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 친수성층으로 인하여 전해액과의 반발력도 형성될 수 있다.
도 2는 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지셀의 평면 투시도이다.
도 2를 참조하면, 파우치형 전지셀(200)은 전지셀의 제조 과정 중에 전해액을 주입하기 전 단계의 파우치형 전지셀의 평면도를 모식적으로 도시하고 있다.
파우치형 전지셀(200)은 전극조립체(201)의 일측으로 양극 단자(202) 및 음극 단자(203)가 돌출되어 있고, 전극조립체(201)를 수납한 상태에서 전지케이스의 양측면 외주변(212) 및 하측 외주변(211)은 밀봉되어 있다.
도 1의 양측면 외주변(212) 및 하측 외주변(211)의 밀봉부를 형성하는 라미네이트 시트의 내부 실란트층에는 친수성층이 형성된 구조일 수 있고, 또는 친수성층이 형성되지 않은 상태에서 내부 실란트층끼리 열융착된 구조일 수 있다.
전지케이스의 상측 외주변으로서 실링 예정부(214)에는 친수성층이 형성되어 있는 바, 친수성층에 의해 전해액 주액시 전지케이스에 전해액이 묻는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 전지케이스(300)는 전극조립체 수납부가 형성되어 있는 하부케이스(330) 및 하부케이스(330)의 상면에 위치하는 상부케이스(320)으로 구성되며, 상부케이스(320)로서 전극조립체 수납부의 상면에 해당되는 부분에는 친수성층(301)이 부가되어 있고, 하부케이스(330)로서 전극조립체 수납부의 하면(302) 및 전극조립체 수납부의 측벽(303)에는 친수성층이 부가되어 있다.
이와 같이, 전극조립체가 수납되는 부분에는 친수성층이 형성되어 있으므로, 전해액과 전지케이스 간의 반발력으로 인해 전극조립체 방향으로 전해액이 이동할 수 있고, 전지케이스의 실링부에는 친수성층이 형성되어 있지 않으므로, 상부케이스(320)의 내부 실란트층과 하부케이스(330)의 내부 실란트층이 서로 융해되어 밀봉될 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100 : 라미네이트 시트
101 : 외부 피복층
102 : 금속층
103 : 내부 실란트층
104 : 접착층
105 : 친수성층
200 : 파우치형 전지셀
201 : 전극조립체
202 : 양극 단자
203 : 음극 단자
211 : 하측 외주변
212 : 측면 외주변
214 : 실링 예정부
300 : 파우치형 전지케이스
201 : 친수성층
302 : 전극조립체 수납부 하면
303 : 전극조립체 수납부 측벽
320 : 상부케이스
330 : 하부케이스

Claims (9)

  1. 전극조립체가 전해액과 함께 수납되는 이차전지용 파우치형 전지케이스에 있어서,
    상기 파우치형 전지케이스는 외부 피복층, 금속층 및 내부 실란트층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어지고,
    상기 내부 실란트층의 노출면 가운데 적어도 일부에는 소수성을 갖는 전해액과 반발력을 갖는 친수성층이 형성되며,
    상기 친수성층은 전해액이 주입되는 파우치형 전지케이스의 외주변 미실링부에 형성되고,
    상기 친수성층은 내부 실란트층과는 별도로 존재하며, 상기 내부 실란트층과 동일한 성분의 기재에 친수성기를 갖는 물질이 분산된 구조로 이루지며,
    상부케이스(320)로서 전극조립체 수납부의 상면에 해당되는 부분에는 친수성층(301)이 부가되어 있고, 하부케이스(330)로서 전극조립체 수납부의 하면(302) 및 전극조립체 수납부의 측벽(303)에는 친수성층이 부가되어있는 파우치형 전지케이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 친수성층은 상기 내부 실란트층의 노출면에 친수성기를 포함하는 물질을 부가하여 형성되는 파우치형 전지케이스.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 친수성층은 코로나 방전처리, 필름 시트 부착, 또는 스프레이 분사에 의해 형성되는 파우치형 전지케이스.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 친수성기를 포함하는 물질은 히드록시기(-OH), 카르복시기(-COOH), 아미노기(-NH2), 케톤기(-C=O), 설폰산기(-SO3H), 인산기(-H2PO3) 및 실록산 결합(Si-O 결합)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 친수성기를 포함하는 파우치형 전지케이스.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 친수성층은 전극조립체가 수납되는 수납부의 상면, 하면 및 측벽들에 형성되는 파우치형 전지케이스.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 친수성층은 친수성 물질로 구성된 입자가 스프레이 분사에 의해 내부 실란트층 표면에 도포되는 구조로 이루어진 파우치형 전지케이스.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항 및 제 8 항 중 어느 하나에 따른 파우치형 전지케이스를 포함하는 파우치형 이차전지.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004066645A (ja) 2002-08-07 2004-03-04 Dainippon Printing Co Ltd 積層体及びその製造方法
KR101394721B1 (ko) * 2012-11-26 2014-05-16 율촌화학 주식회사 플라즈마 처리된 셀 파우치 및 그 제조방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101484318B1 (ko) 2008-12-19 2015-01-19 주식회사 엘지화학 이차전지용 파우치 외장재 및 파우치형 이차전지
KR20110002958A (ko) * 2009-07-03 2011-01-11 성 진 최 리튬 폴리머 이차 전지의 전극 단자용 필름 및 이를 포함한 전극 단자
KR101252297B1 (ko) 2009-08-19 2013-04-05 한국전자통신연구원 진공밀폐형 플렉서블 필름 일차전지 및 그의 제조방법
KR101491873B1 (ko) * 2010-09-02 2015-02-10 한국전자통신연구원 파우치형 플렉서블 필름 전지 및 그 제조 방법
KR101307772B1 (ko) * 2011-07-07 2013-09-12 주식회사 엘지화학 이차전지 제조방법 및 이를 이용하여 생산되는 이차전지

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004066645A (ja) 2002-08-07 2004-03-04 Dainippon Printing Co Ltd 積層体及びその製造方法
KR101394721B1 (ko) * 2012-11-26 2014-05-16 율촌화학 주식회사 플라즈마 처리된 셀 파우치 및 그 제조방법

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