KR102504794B1 - Case for rechargeable battery and rechargeable battery comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 개시는 제1 박막층, 상기 제1 박막층의 제1 면에 위치하는 제1 고분자 기재, 상기 제1 박막층의 제2 면에 위치하는 내부 수지층, 및 상기 제1 박막층과 상기 내부 수지층 사이에 배치되어 상기 제1 박막층과 상기 내부 수지층를 부착시키는 제1 접착층을 포함하고, 상기 제1 박막층은 이차 전지용 외장재 전체 두께의 0.001% 내지 0.5% 범위의 두께를 갖고, 금속층 및 금속 산화물층을 포함하는 것인 이차 전지용 외장재 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다. The present disclosure provides a first thin film layer, a first polymer substrate positioned on the first surface of the first thin film layer, an inner resin layer positioned on the second surface of the first thin film layer, and between the first thin film layer and the inner resin layer. and a first adhesive layer disposed to attach the first thin film layer and the inner resin layer, wherein the first thin film layer has a thickness in the range of 0.001% to 0.5% of the total thickness of the exterior material for a secondary battery, and includes a metal layer and a metal oxide layer. It relates to an exterior material for a secondary battery and a secondary battery including the same.
Description
본 개시는 이차 전지용 외장재 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.The present disclosure relates to an exterior material for a secondary battery and a secondary battery including the same.
이차 전지는 양극과 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터로 구성된 전극 어셈블리와 상기 전극 어셈블리가 수납되는 케이스로 구성된다. 이러한 이차 전지의 케이스는 금속으로 이루어진 각형이나 원통형 케이스, 고분자로 이루어진 봉지형 케이스, 금속층과 고분자 수지층이 모두 포함되는 파우치형 케이스 등 다양한 형태로 재료로 이루어질 수 있다. A secondary battery includes an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a case in which the electrode assembly is accommodated. The secondary battery case may be made of various types of materials, such as a prismatic or cylindrical case made of metal, an encapsulated case made of polymer, and a pouch type case including both a metal layer and a polymer resin layer.
특히, 파우치형 케이스는 얇은 두께의 셀 제작에 특히 적합하며 구조가 간단하여 제작이 용이한 장점이 있어 주로 이용되고 있다. In particular, the pouch-type case is particularly suitable for manufacturing a cell with a thin thickness and is mainly used because it has the advantage of being easy to manufacture due to its simple structure.
본 개시의 일 구현예는 얇은 두께를 가지면서도 수분 차단성이 현저하게 향상된 이차 전지용 외장재를 제공하는 것이다.One embodiment of the present disclosure is to provide an exterior material for a secondary battery having a thin thickness and significantly improved moisture barrier properties.
본 개시의 다른 구현예는 상기 이차 전지용 외장재를 포함하는 이차 전지를 제공하는 것이다. Another embodiment of the present disclosure is to provide a secondary battery including the exterior material for the secondary battery.
일 측면에서, 본 개시는, 제1 박막층, 상기 제1 박막층의 제1 면에 위치하는 제1 고분자 기재, 상기 제1 박막층의 제2 면에 위치하는 내부 수지층, 및 상기 제1 박막층과 상기 내부 수지층 사이에 배치되어 상기 제1 박막층과 상기 내부 수지층를 부착시키는 제1 접착층을 포함하고, 상기 제1 박막층은 이차 전지용 외장재 전체 두께의 0.001% 내지 0.5% 범위의 두께를 갖고, 금속층 및 금속 산화물층을 포함하는 이차 전지용 외장재를 제공한다.In one aspect, the present disclosure provides a first thin film layer, a first polymer substrate located on the first surface of the first thin film layer, an internal resin layer located on the second surface of the first thin film layer, and the first thin film layer and the A first adhesive layer disposed between the inner resin layers to attach the first thin film layer and the inner resin layer, wherein the first thin film layer has a thickness ranging from 0.001% to 0.5% of the total thickness of the exterior material for a secondary battery, and the metal layer and the metal layer An exterior material for a secondary battery including an oxide layer is provided.
다른 측면에서, 본 개시는, 전극 조립체, 및 상기 전극 조립체를 수용하는 본 발명에 따른 이차 전지용 외장재를 포함하는 이차 전지를 제공한다.In another aspect, the present disclosure provides a secondary battery including an electrode assembly and an exterior material for a secondary battery according to the present invention accommodating the electrode assembly.
본 개시의 일 실시예에 따른 이차 전지용 외장재는 종래에 비해 현저하게 얇은 두께를 가지면서도 수분 차단성이 매우 우수하다. An exterior material for a secondary battery according to an embodiment of the present disclosure has excellent moisture barrier properties while having a significantly thinner thickness than the conventional one.
본 개시의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 내구성이 매우 우수하고 매우 얇은 두께를 갖는 이차 전지용 외장재를 적용하기 때문에 전자의 에너지 밀도를 향상시켜 성능이 뛰어난 이차 전지를 구현할 수 있다. Since the secondary battery according to another embodiment of the present disclosure applies a secondary battery exterior material having excellent durability and a very thin thickness, it is possible to realize a secondary battery with excellent performance by improving the energy density of electrons.
도 1 내지 도 6은 각각 본 개시의 일 실시예에 따른 이차 전지용 외장재를 나타낸 것이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도를 나타낸 것이다.
도 8은 도 7의 이차 전지를 분해하여 도시한 분해 사시도이다.1 to 6 each show an exterior material for a secondary battery according to an embodiment of the present disclosure.
7 is a perspective view of a secondary battery according to an embodiment of the present disclosure.
8 is an exploded perspective view illustrating the secondary battery of FIG. 7 after being disassembled;
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. This invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments set forth herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In addition, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, the present invention is not necessarily limited to the shown bar.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.
종래의 파우치형 케이스는 일반적으로 내부 수지층, 수분 차단 금속층, 외부 수지층으로 구성된다. 그런데, 이러한 구조를 갖는 파우치형 케이스에서 수분 차단 금속층의 두께는 일반적으로 35㎛ 내지 40㎛ 범위이기 때문에 이차 전지용 외장재의 박막화에 어려움이 있었다. Conventional pouch-type cases are generally composed of an inner resin layer, a water barrier metal layer, and an outer resin layer. However, since the thickness of the water barrier metal layer in a pouch-type case having such a structure is generally in the range of 35 μm to 40 μm, it is difficult to thin the exterior material for a secondary battery.
또한, 수분 차단 금속층을 증착 등의 공정을 이용하여 상기 두께 범위 보다 얇게 줄일 수는 있지만 이 경우 수분 차단 금속층에 핀홀(pin hole) 등이 발생하여 파우치형 케이스의 내투습성이 저하되고, 수분 차단 금속층이 외부의 가벼운 충격에도 쉽게 손상되어 이차 전지 내부로 수분 침투가 용이하고 HF 가스 발생의 원인이 되어 이차 전지의 성능 저하 및 외장재의 부식을 유발하여 전해액 누액을 발생시키는 문제점이 있다.In addition, the moisture barrier metal layer can be reduced to a thickness smaller than the above thickness range by using a process such as deposition, but in this case, a pin hole or the like is generated in the moisture barrier metal layer, reducing the moisture permeability of the pouch-type case, and the moisture barrier metal layer It is easily damaged even by a light impact from the outside, and moisture penetrates easily into the secondary battery, causing HF gas to be generated, thereby deteriorating the performance of the secondary battery and causing corrosion of the exterior material, resulting in electrolyte leakage.
더욱이, 최근 웨어러블 전자 기기 등에 대한 수요가 지속적으로 증가하면서 유연성이 뛰어난 이차 전지에 대한 수요가 증가하고 있으나, 종래의 파우치형 케이스는 일정 두께 이상의 수분 차단 금속층을 포함하기 때문에 벤딩시 구겨짐과 같은 변형이 발생되어 이차 전지의 유연성을 저하시키는 문제점이 있다. Moreover, as the demand for wearable electronic devices continues to increase recently, the demand for secondary batteries with excellent flexibility is increasing. However, since the conventional pouch-type case includes a moisture barrier metal layer of a certain thickness or more, deformation such as wrinkling during bending is difficult. There is a problem in that the flexibility of the secondary battery is lowered.
본 발명의 발명자들은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 연구를 거듭한 결과, 이차 전지용 외장재에 금속 및 금속 산화물을 포함하는 제1 박막층을 포함하는 경우, 이차 전지용 외장재 전체 두께의 0.01% 내지 0.001% 범위의 두께를 갖도록 제1 박막층을 형성하여도 내투습성이 향상되면서도 유연성이 우수한 이차 전지용 외장재를 얻을 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.As a result of repeated research to solve these problems, the inventors of the present invention have found that, when the secondary battery packaging material includes the first thin film layer containing metal and metal oxide, the thickness is in the range of 0.01% to 0.001% of the total thickness of the secondary battery packaging material. The present invention was completed by finding out that an exterior material for a secondary battery having excellent flexibility while improving moisture permeability resistance could be obtained even if the first thin film layer was formed to have.
도 1에는 본 개시의 일 실시예에 따른 이차 전지용 외장재의 단면을 나타내었다.1 shows a cross section of an exterior material for a secondary battery according to an embodiment of the present disclosure.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 이차 전지용 외장재(130)은 제1 박막층(41)의 제1 면에 위치하는 제1 고분자 기재(31), 상기 제1 박막층(41)의 제2 면에 위치하는 내부 수지층(70) 및 상기 제1 박막층(41)과 상기 내부 수지층(70) 사이에 배치되어 상기 제1 박막층(41)과 상기 내부 수지층(70)를 부착시키는 제1 접착층(50)을 포함한다. Referring to FIG. 1 , an
여기서, 상기 제1 박막층(41)은 이차 전지용 외장재(130) 전체 두께의 0.001% 내지 0.5% 범위일 수 있고, 보다 구체적으로, 0.01% 내지 0.4% 또는 0.05% 내지 0.3% 범위의 두께를 가질 수 있다. 제1 박막층(41)의 두께가 상기 수치 범위를 만족하는 경우 본 개시에 따른 외장재는 종래에 비해 현저하게 얇은 두께를 가지면서도 우수한 내투습성을 가질 수 있다.Here, the first
또한, 상기 제1 박막층(41)은, 전해액이 누액되거나 수분 등이 침투하는 것을 방지할 수 있는 베리어층으로 작용하는 것으로, 금속층 및 금속 산화물층을 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the first
상기 금속층 및 상기 금속 산화물층의 두께 비(금속층:금속 산화물층)는 1:1 내지 5:1 범위일 수 있다. 금속층 및 금속 산화물층의 두께 비율이 상기 수치 범위를 만족하는 경우 우수한 내투습성을 확보함과 동시에 이차 전지용 외장재의 유연성을 확보할 수 있다는 점에서 매우 유리하다. A thickness ratio (metal layer:metal oxide layer) of the metal layer and the metal oxide layer may be in the range of 1:1 to 5:1. When the thickness ratio of the metal layer and the metal oxide layer satisfies the above numerical range, it is very advantageous in that it is possible to secure excellent resistance to moisture permeability and at the same time secure flexibility of the exterior material for a secondary battery.
상기 금속층은 알루미늄, 스테인레스스틸 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The metal layer may include at least one selected from the group consisting of aluminum, stainless steel, and combinations thereof, but is not limited thereto.
또한, 상기 금속 산화물층은, 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함할 수 있다. In addition, the metal oxide layer may include aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
본 개시에서 금속층은 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD) 및/또는 스퍼터링(sputtering) 등을 이용하여 형성할 수 있고, 여기에 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD)으로 금속 산화물층을 형성함으로써 금속층 및 금속 산화물층을 포함하는 제1 박막층(41)을 구성할 수 있다. In the present disclosure, the metal layer can be formed using chemical vapor deposition (CVD) and/or sputtering, and a metal oxide layer is formed here by atomic layer deposition (ALD). The first
상기 제1 고분자 기재(31)는 이차 전지용 외장재(130)를 외부 환경으로부터 보호하는 외부층일 수 있다. 제1 고분자 기재(31)는, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트, 공중합 폴리에스테르, 폴리카보네이트 및 나일론필름으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The
또한, 제1 고분자 기재(31)의 두께는 5㎛ 내지 100㎛, 5㎛ 내지 50㎛, 7㎛ 내지 20㎛, 또는 7㎛ 내지 15㎛ 일 수 있다. 제1 고분자 기재(31)의 두께가 5㎛ 미만인 경우에는 물리적 특성이 떨어져 쉽게 찢어질 수 있고, 100㎛를 초과하는 경우에는 사출, 포밍 등의 성형성이 떨어질 수 있으며 이차 전지의 단위 부피당 전지 용량이 저하될 수 있다. Also, the thickness of the
본 개시에서, 상기 제1 고분자 기재(31)의 두께 및 상기 제1 박막층(41)의 두께 비율(제1 고분자: 제1 박막층)는 10:1 내지 500:1, 보다 구체적으로, 10:1 내지 50:1 범위일 수 있다. 제1 고분자 기재(31)의 두께 및 제1 박막층(41)의 두께 비율이 상기 범위를 만족하는 경우 포밍(forming) 특성이 우수하다.In the present disclosure, the ratio between the thickness of the
다음으로, 내부 수지층(70)은 이차 전지용 외장재(130)의 절연성 및 내전해액성 등을 향상시키기 위한 것으로, 예를 들면, 폴리올레핀 또는 폴리올레핀의 공중합체로 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로, 상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌(poly ethylene, PE) 또는 폴리프로필렌(poly propylene, PP)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Next, the
내부 수지층(70)의 두께는 5㎛ 내지 100㎛, 10㎛ 내지 50㎛ 또는 15㎛ 내지 30㎛일 수 있다. 내부 수지층(70)의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우 성형성, 접착성 및 내화학성이 우수하다. The
또한, 제1 박막층(41)과 상기 내부 수지층(70) 사이에는 제1 접착층(51)이 위치할 수 있으며, 이를 통해 제1 박막층(41)과 내부 수지층(70)을 부착시킬 수 있다.In addition, a first
제1 접착층(51)으로는 접착성을 갖는 것으로 당해 기술분야에 잘 알려진 재료를 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 폴리 우레탄계 접착제 등을 사용할 수 있다.As the first
도 2에는 본 개시의 일 실시예에 따른 이차 전지용 외장재의 단면을 나타내었다.2 shows a cross section of an exterior material for a secondary battery according to an embodiment of the present disclosure.
도 2를 참조하면, 상기 이차 전지용 외장재(131)는 상기 제1 박막층(41) 및 상기 제1 접착층(51) 사이에 위치하는 기능성 보호층(60)을 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2 , the
기능성 보호층(60)은 이자 전지용 외장재(131) 내부에 위치하게 되는 전해액이 외장재 외부로 누수되는 것을 방지하기 위한, 내전해액 향상층으로, 예를 들면, 크롬(Cr) 및 망간(Mn)) 등의 금속 또는 산화 알루미늄(Al2O3), 이산화 규소(SiO2) 등의 세라믹 등으로 형성될 수 있다. 이때, 기능성 보호층(60)은 상기 재료를 이용하여 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD) 및/또는 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 형성할 수 있다. The functional
또한, 제1 박막층(41)과 기능성 보호층(60) 사이에는 제2 접착층(52)이 위치할 수 있으며, 이를 통해 제1 박막층(41)과 기능성 보호층(60)을 부착시킬 수 있다. 제2 접착층(52)은 제1 접착층(51)과 동일한 재료를 이용하여 형성할 수 있다. In addition, a second
따라서, 본 구현예에서 이차 전지용 외장재(131)는, 제1 고분자 기재(31), 제1 박막층(41), 제2 접착층(52), 기능성 보호층(60), 제1 접착층(51) 및 내부 수지층(70)이 순차로 적층된 구조일 수 있다. Therefore, in this embodiment, the
도 3에는 본 개시의 일 실시예에 따른 이차 전지용 외장재의 단면을 나타내었다.3 shows a cross section of an exterior material for a secondary battery according to an embodiment of the present disclosure.
도 3을 참조하면, 상기 이차 전지용 외장재(132)는 상기 제1 박막층(41) 및 상기 제1 접착층(51) 사이에 위치하는 내부 금속층(80)을 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3 , the
내부 금속층(80)을 포함하는 경우, 본 개시에 따른 이차 전지용 외장재(132)의 성형성을 보다 향상시킬 수 있다. 내부 금속층(80)으로는, 예를 들면, 연질의 알루미늄 박을 사용할 수 있으나, 성형성 향상을 위하여 철이 함유된 알루미늄 박을 이용할 수도 있다. When the
상기 내부 금속층의 두께는 4㎛ 내지 35㎛, 4㎛ 내지 30㎛ 또는 4㎛ 내지 25㎛일 수 있다. 내부 금속층의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우 금속층 내부에 존재하는 핀 홀(pin hole)들이 연결되어 내투습성이 감소되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 제1 박막층 및/또는 제2 박막층을 포함하는 경우, 내부 금속층의 두께를 보다 감소시킬 수 있으며, 예를 들면, 4㎛ 내지 15㎛ 정도 범위로 내부 금속층의 두께를 감소시킬 수 있다. 내부 금속층의 두께를 증가시킬수록 포밍(forming) 특성이 향상되고, 감소시킬수록 박막화가 가능하다는 이점이 있으므로 본 실시예에 따른 이차 전지용 외장재를 적용한 리튬 이차 전지를 적용하는 제품의 특성에 따라 내부 금속층의 두께를 적절하게 조절할 수 있다. The inner metal layer may have a thickness of 4 μm to 35 μm, 4 μm to 30 μm, or 4 μm to 25 μm. When the thickness of the inner metal layer satisfies the above range, there is an advantage in preventing moisture permeability reduction from being reduced due to the connection of pin holes existing inside the metal layer. In addition, when the first thin film layer and/or the second thin film layer are included, the thickness of the inner metal layer may be further reduced, for example, the thickness of the inner metal layer may be reduced to a range of about 4 μm to about 15 μm. As the thickness of the inner metal layer increases, the forming property improves, and as the thickness of the inner metal layer decreases, it has the advantage that thinning is possible. Therefore, depending on the characteristics of the product to which the lithium secondary battery to which the exterior material for a secondary battery according to the present embodiment is applied is applied, the inner metal layer thickness can be adjusted appropriately.
따라서, 본 구현예에서 이차 전지용 외장재(132)는, 제1 고분자 기재(31), 제1 박막층(41), 내부 금속층(80), 제1 접착층(51) 및 내부 수지층(70)이 순차로 적층된 구조일 수 있다. Therefore, in the present embodiment, the
도 4에는 본 개시의 일 실시예에 따른 이차 전지용 외장재의 단면을 나타내었다.4 shows a cross section of an exterior material for a secondary battery according to an embodiment of the present disclosure.
도 4를 참고하면, 상기 이차 전지용 외장재(133)은 제1 고분자 기재(31)의 면 중 제1 박막층(41)이 위치하는 면의 반대 면에 제2 박막층(42) 및 제2 고분자 기재(32)가 순차로 적층된 구조를 가질 수 있다. Referring to FIG. 4 , the secondary
이때, 제2 박막층(42)을 형성하는 재료 및 형성 방법은 제1 박막층(41)과 동일하고, 제2 고분자 기재(32)를 형성하는 재료 및 형성 방법은 제1 고분자 기재(31)와 동일하므로 여기서는 생략하기로 한다. At this time, the material and forming method for forming the second
제2 박막층(42) 및 제1 고분자 기재(31) 사이에는 제3 접착층(53)이 위치할 수 있으며, 이를 통해 제2 박막층(42) 및 제1 고분자 기재(31)를 부착시킬 수 있다. 제3 접착층(53)은 제1 접착층(51)과 동일한 재료를 이용하여 형성할 수 있다.A third
또한, 상기 제1 박막층(41) 및 상기 제2 박막층(42) 두께의 합은 이차 전지용 외장재(133) 전체 두께의 0.001% 내지 0.7%일 수 있고, 보다 구체적으로, 0.01% 내지 0.6% 또는 0.1% 내지 0.5% 범위일 수 있다. 제1 박막층(41) 및 제2 박막층(42) 두께의 합이 이차 전지용 외장재(133) 전체 두께에 대하여 상기 비율을 만족하는 경우 본 개시에 따른 외장재(133)는 종래에 비해 현저하게 얇은 두께를 가지면서도 우수한 내투습성을 가질 수 있다.In addition, the sum of the thicknesses of the first
상기 제2 고분자 기재 및 상기 제2 박막층의 두께 비율(제2 고분자 기재 : 제2 박막층)은 10:1 내지 200:1 범위일 수 있고, 보다 구체적으로, 50: 1 내지 100: 1범위 일 수 있다. 제2 고분자 기재(32)의 두께 및 제2 박막층(42)의 두께 비율이 상기 범위를 만족하는 경우 제2 박막층 형성이 쉽다는 점에서 이점이 있다. The thickness ratio of the second polymer substrate and the second thin film layer (second polymer substrate: second thin film layer) may be in the range of 10:1 to 200:1, and more specifically, in the range of 50:1 to 100:1. there is. When the ratio between the thickness of the
따라서, 본 구현예에서 이차 전지용 외장재(133)는, 제2 고분자 기재(32), 제2 박막층(42), 제3 접착층(53), 제1 고분자 기재(31), 제1 박막층(41), 제1 접착층(51) 및 내부 수지층(70)이 순차로 적층된 구조일 수 있다. Therefore, in this embodiment, the secondary
도 5 및 도 6에는 본 개시의 일 실시예에 따른 이차 전지용 외장재의 단면을 나타내었다.5 and 6 show cross-sections of an exterior material for a secondary battery according to an embodiment of the present disclosure.
도 5를 참조하면, 이차 전지용 외장재(134)는, 제2 고분자 기재(32), 제2 박막층(42), 제3 접착층(53), 제1 고분자 기재(31), 제1 박막층(41), 제2 접착층(52), 기능성 보호층(60), 제1 접착층(51) 및 내부 수지층(70)이 순차로 적층된 구조일 수 있다. Referring to FIG. 5 , the
도 6을 참조하면, 이차 전지용 외장재(135)는, 제2 고분자 기재(32), 제2 박막층(42), 제3 접착층(53), 제1 고분자 기재(31), 제1 박막층(41), 제2 접착층(52), 내부 금속층(80), 기능성 보호층(60), 제1 접착층(51) 및 내부 수지층(70)이 순차로 적층된 구조일 수 있다. Referring to FIG. 6 , the secondary
동일한 도면 부호를 사용하는 각 구성에 대해서는 전술한 것과 동일하므로 여기서는 생략하기로 한다. Since each component using the same reference numeral is the same as the above, it will be omitted here.
본 개시에서는 상기한 바와 같이 제1 및 제2 박막 금속층(41, 42)으로 금속층 및 금속 산화물층을 포함하기 때문에 제1 및 제2 박막 금속층(41, 42) 각각이 이차 전지용 외장재(130, 131, 132, 133, 134, 135) 전체 두께를 기준으로 0.01% 내지 0.001% 범위의 두께를 갖도록 얇게 형성하여도 내투습성이 매우 우수한 외장재를 구현할 수 있다.In the present disclosure, since the first and second
따라서, 이를 통해 이차 전지용 외장재의 박막화가 가능하기 때문에 유연성이 우수하여 플렉서블 전지에도 쉽게 적용할 수 있는 이차 전지용 외장재를 구현할 수 있다. Accordingly, since thinning of the exterior material for secondary batteries is possible through this, it is possible to implement an exterior material for secondary batteries that has excellent flexibility and can be easily applied to a flexible battery.
다음으로, 본 개시의 일 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 살펴보기로 한다.Next, a configuration of a secondary battery according to an embodiment of the present disclosure will be described.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도를 나타낸 것이고, 도 8은 도 7의 이차 전지를 분해하여 도시한 분해 사시도이다.FIG. 7 is a perspective view illustrating a secondary battery according to an exemplary embodiment of the present disclosure, and FIG. 8 is an exploded perspective view illustrating the secondary battery of FIG. 7 after being disassembled.
도 7 및 도 8을 참고하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 이차 전지(200)는 전극 조립체(10) 및 상기 전극 조립체(10)를 수용하는 외장재(130)를 포함하고, 상기 외장재(130)는 전술한 본 발명에 따른 외장재들(130, 131, 132, 133)일 수 있다. 7 and 8 , a
먼저, 상기 전극 조립체(10)는 충전 및 방전 기능을 수행하는 것으로, 제1 전극인 양극(11)과 제2 전극인 음극(12) 사이에 세퍼레이터(13)가 개재된 형태로 제조된다. 이때, 제1 전극 및 제2 전극의 극성은 특별히 한정되는 것은 아니다. 즉, 제1 전극이 음극(12)이고, 제2 전극이 양극(11)일 수도 있다. First, the
한편, 양극(11)은 알루미늄 등의 금속 박판으로 이루어진 양극 집전체와 양극 집전체 상에 형성된 양극 활물질층으로 이루어지고, 음극(12)은 구리 등의 금속 박판으로 이루어진 음극 집전체와 음극 집전체 상에 형성된 음극 활물질층으로 이루어진다. On the other hand, the
또한, 전극 조립체(10)는 띠 형상의 양극(11)과 음극(12) 사이에 세퍼레이터(13)가 개재된 후, 권취된 후 가압하여 납작한 구조로 이루어질 수도 있다.In addition, the
다만, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며 상기 전극 조립체(10)는 사각 시트(sheet) 형상으로 이루어진 복수 개의 양극(11)과 음극(12)이 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 교대로 적층된 구조로 이루어질 수 있다. 이때, 세퍼레이터(13)는 양극(11)과 음극(12) 사이에 개재되어 양극(11)과 음극(12)을 절연하면서 이온이 이동하는 통로를 제공한다.However, the present invention is not limited thereto, and the
다음으로, 상기 전극 조립체(10)에서 일 측 단부에는 양극 무지부와 음극 무지부가 위치하며, 양극 무지부에는 양극 단자(21)가 용접으로 부착되고 음극 무지부에는 음극 단자(22)가 용접으로 부착된다. Next, in the
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 외장재(130)는 상기 전극 조립체(10)가 내장되며 일 측에 개구가 형성된 수납부(15) 및 상기 개구를 밀봉하는 덮개부(25)를 포함할 수 있다. In the secondary battery according to an embodiment of the present invention, the
이때, 수납부(15)는, 예를 들면, 사출, 포밍 등의 방법으로, 육면체에서 넓은 면의 일 측에 개구가 형성된 형태로 제조될 수 있다. At this time, the
이러한 개구에 전술한 전극 조립체(10)가 삽입되며, 상기 개구는 덮개부(25)에 의해 밀봉된다. The
여기서, 덮개부(25)는 상기 수납부(15)의 개구가 위치하는 일 측의 라인을 따라 접착제를 이용하여 합착하여 밀폐될 수 있다.Here, the
또는, 본 발명에서 상기 덮개부(25)는 별도의 접착제 없이 수납부(15)를 이루는 외장재의 내부 수지층(70)끼리 직접 부착한 후 열 융착 등의 방법으로 밀폐될 수도 있다. Alternatively, in the present invention, the
본 개시에 따른 이차 전지(200)는 박막 외장재를 작용하면서도 내구성이 매우 우수하고, 종래에 비해 현저하게 얇은 두께를 갖는 이차 전지용 외장재를 적용하기 때문에 리튬 이차 전지의 에너지 밀도를 대략 1.6% 내지 3.2% 정도 향상시킬 수 있다. The
이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 살펴보기로 한다.The present invention will be examined in detail through the following examples.
실시예Example 1 One
9㎛ 두께의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (Polyethylene terephthalate, PET)로 이루어진 제1 고분자 기재, 0.1㎛ 두께의 제1 박막층, 7㎛ 두께의 알루미늄으로 이루어진 내부 금속층, 2.5㎛ 두께의 제1 접착층, 25㎛ 두께의 폴리에틸렌(polyethylene, PE)으로 이루어진 내부 수지층을 차례로 적층하여 도 3과 같은 구조의 적층체를 제조하였다. 이때, 제1 박막층은 알루미늄으로 이루어진 금속층 및 알루미늄 산화물로 이루어진 금속 산화물층을 포함하는 것으로 스퍼터링 및 원자층 증착 방법을 이용하여 형성하였고, 내부 금속층은 라미네이션(lamination)을 이용하여 적층시켰다. A first polymer substrate made of polyethylene terephthalate (PET) with a thickness of 9 μm, a first thin film layer with a thickness of 0.1 μm, an internal metal layer made of aluminum with a thickness of 7 μm, a first adhesive layer with a thickness of 2.5 μm, and a thickness of 25 μm An inner resin layer made of polyethylene (PE) was sequentially laminated to prepare a laminate having the structure shown in FIG. 3 . At this time, the first thin film layer includes a metal layer made of aluminum and a metal oxide layer made of aluminum oxide, and was formed using sputtering and atomic layer deposition, and the inner metal layer was laminated using lamination.
실시예Example 2 2
9㎛ 두께의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (Polyethylene terephthalate, PET)로 이루어진 제1 고분자 기재, 0.1㎛ 두께의 제1 박막층, 2.5㎛ 두께의 제1 접착층, 25㎛ 두께의 폴리에틸렌(polyethylene, PE)으로 이루어진 내부 수지층을 차례로 적층하였다. 이때, 제1 박막층은 알루미늄으로 이루어진 금속층 및 알루미늄 산화물로 이루어진 금속 산화물층을 포함하는 것으로 스퍼터링 및 원자층 증착 방법을 이용하여 형성하였다.A first polymer substrate made of polyethylene terephthalate (PET) with a thickness of 9 μm, a first thin film layer with a thickness of 0.1 μm, a first adhesive layer with a thickness of 2.5 μm, and an inner water layer made of polyethylene (PE) with a thickness of 25 μm Layers were stacked sequentially. At this time, the first thin film layer includes a metal layer made of aluminum and a metal oxide layer made of aluminum oxide, and was formed using sputtering and atomic layer deposition methods.
다음으로, 제1 고분자 기재에서 제1 박막층이 적층된 반대 면에 0.1㎛ 두께의 제2 박막층을 2.5㎛ 두께의 제3 접착층을 개재시켜 부착하고, 제2 박막층에 9㎛ 두께의 PET로 이루어진 제2 고분자 기재를 적층하여 도 4와 같은 구조의 적층체를 제조하였다. Next, a second thin film layer having a thickness of 0.1 μm is attached to the opposite side of the first polymer substrate to which the first thin film layer is laminated, with a third adhesive layer having a thickness of 2.5 μm interposed therebetween, and the second thin film layer is made of PET with a thickness of 9 μm. A laminate having the structure shown in FIG. 4 was prepared by laminating two polymer substrates.
실시예Example 3 3
제1 박막층과 제1 접착층 사이에 크롬(Cr)으로 형성된 1㎛ 두께의 내전해액 향상층(기능성 보호층)을 부착한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 도 5와 같은 구조의 적층체를 제조하였다. 내전해액 향상층은 2.5㎛ 두께의 제2 접착층을 개재시켜 부착하였다.A laminate having the structure shown in FIG. 5 in the same manner as in Example 2, except that a 1 μm-thick electrolyte solution improving layer (functional protective layer) made of chromium (Cr) was attached between the first thin film layer and the first adhesive layer. was manufactured. The electrolyte solution improving layer was attached through a second adhesive layer having a thickness of 2.5 μm.
실시예Example 4 4
내전해액 향상층에 7㎛ 두께의 알루미늄으로 이루어진 내부 금속층을 라미네이션(lamination)을 이용하여 적층시킨 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 도 6과 같은 구조의 적층체를 제조하였다.A laminate having the structure shown in FIG. 6 was manufactured in the same manner as in Example 3, except that an internal metal layer made of aluminum having a thickness of 7 μm was laminated on the internal electrolyte solution improving layer using lamination.
비교예comparative example 1 One
15㎛ 두께의 PET로 이루어진 수지층, 2.5㎛ 두께의 제1 접착층, 25㎛ 두께의 알루미늄으로 이루어진 금속층, 2.5㎛ 두께의 제2 접착층, 20㎛ 두께의 폴리프로필렌으로 이루어진 수지층을 차례로 적층하여 적층체를 제조하였다.A resin layer made of PET with a thickness of 15 μm, a first adhesive layer with a thickness of 2.5 μm, a metal layer made of aluminum with a thickness of 25 μm, a second adhesive layer with a thickness of 2.5 μm, and a resin layer made of polypropylene with a thickness of 20 μm are sequentially laminated and laminated. sieve was prepared.
실험예Experimental example 1 - One - 내투습성moisture permeability 평가 evaluation
실시예 1 내지 4 및 비교예 1에 따른 적층체를 이용하여 가로60mm 세로 120mm 사각모양을 봉지를 만들고 기본 전해액을 투입한 후, 각각 2mm 두께로 밀봉한 후 60도, RH90% 챔버에 투입하여 1주일간 방치한 후 전해액의 수분량을 측정하였다. 결과는 하기 표 1에 나타내었다. Using the laminates according to Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, a square shape of 60 mm in width and 120 mm in length was made into a bag, and a basic electrolyte was added, and then sealed to a thickness of 2 mm, and then put into a chamber at 60 degrees and RH 90%. After being allowed to stand for a week, the moisture content of the electrolyte was measured. The results are shown in Table 1 below.
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 같이 외장재 전체 두께를 기준으로 0.01% 내지 0.001% 범위의 두께 범위를 갖는 박막층을 포함하고, 상기 박막층이 금속층 및 금속 산화물층으로 이루어진 실시예 1 내지 4에 따른 적층체는, 금속층으로만 이루어진 박막층을 포함하는 비교예 1에 따른 적층체와 비교할 때, 내투습성이 매우 우수한 것을 확인할 수 있다. As shown in Table 1, an embodiment including a thin film layer having a thickness range of 0.01% to 0.001% based on the total thickness of the exterior material as in one embodiment of the present invention, wherein the thin film layer is composed of a metal layer and a metal oxide layer It can be seen that the laminate according to 1 to 4 has very excellent moisture permeability resistance when compared to the laminate according to Comparative Example 1 including a thin film layer made of only a metal layer.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and is easily changed from the embodiments of the present invention by those skilled in the art to which the present invention belongs, so that the same It includes all changes within the scope recognized as appropriate.
31: 제1 고분자 기재
32: 제2 고분자 기재
41: 제1 박막층
42: 제2 박막층
51: 제1 접착층
52: 제2 접착층
53: 제3 접착층
60: 기능성 보호층
70, 80: 내부 금속층
130, 131, 132, 133, 134, 135: 이차 전지용 외장재
200: 이차 전지
10: 전극 조립체
21: 양극 단자
22: 음극 단자
15: 수납부
25: 덮개부
11: 양극
12: 음극
13: 세퍼레이터31: first polymer substrate
32: second polymer substrate
41: first thin film layer
42: second thin film layer
51: first adhesive layer
52: second adhesive layer
53: third adhesive layer
60: functional protective layer
70, 80: inner metal layer
130, 131, 132, 133, 134, 135: exterior material for secondary batteries
200: secondary battery
10: electrode assembly
21: positive terminal
22: negative terminal
15: storage unit
25: cover part
11: anode
12: cathode
13: separator
Claims (14)
상기 제1 박막층의 제1 면에 위치하는 제1 고분자 기재;
상기 제1 박막층의 제2 면에 위치하는 내부 수지층; 및
상기 제1 박막층과 상기 내부 수지층 사이에 배치되어 상기 제1 박막층과 상기 내부 수지층를 부착시키는 제1 접착층;
을 포함하고,
상기 제1 박막층은 이차 전지용 외장재 전체 두께의 0.17% 내지 0.5% 범위의 두께를 갖고, 상기 제1 박막층은 금속층 및 금속 산화물층을 포함하는 것인 이차 전지용 외장재. a first thin film layer;
a first polymer substrate positioned on a first surface of the first thin film layer;
an inner resin layer positioned on the second surface of the first thin film layer; and
a first adhesive layer disposed between the first thin film layer and the inner resin layer to adhere the first thin film layer and the inner resin layer;
including,
The first thin film layer has a thickness in the range of 0.17% to 0.5% of the total thickness of the secondary battery casing, and the first thin film layer includes a metal layer and a metal oxide layer.
상기 금속층 및 상기 금속 산화물층의 두께 비는 1:1 내지 5:1 범위인 이차 전지용 외장재.According to claim 1,
The thickness ratio of the metal layer and the metal oxide layer is in the range of 1:1 to 5:1.
상기 금속층은 알루미늄, 스테인레스스틸 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 1종인 이차 전지용 외장재.According to claim 2,
The metal layer is at least one exterior material for a secondary battery selected from the group consisting of aluminum, stainless steel, and combinations thereof.
상기 금속 산화물층은 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함하는 이차 전지용 외장재.According to claim 2,
The metal oxide layer is an exterior material for a secondary battery including aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
상기 제1 고분자 기재의 두께 및 상기 제1 박막층의 두께 비율은 10:1 내지 500:1 범위인 이차 전지용 외장재.According to claim 1,
The exterior material for a secondary battery wherein the thickness ratio of the first polymer substrate and the thickness of the first thin film layer is in the range of 10:1 to 500:1.
상기 제1 박막층 및 상기 제1 접착층 사이에 위치하는 기능성 보호층을 더 포함하는 이차 전지용 외장재.According to claim 1,
An exterior material for a secondary battery further comprising a functional protective layer positioned between the first thin film layer and the first adhesive layer.
상기 제1 박막층과 상기 기능성 보호층 사이에 배치되어 상기 제1 박막층과 상기 기능성 보호층을 부착시키는 제2 접착층을 더 포함하는 이차 전지용 외장재.According to claim 6,
The exterior material for a secondary battery further comprising a second adhesive layer disposed between the first thin film layer and the functional protective layer to attach the first thin film layer and the functional protective layer.
상기 제1 박막층 및 상기 제1 접착층 사이에 위치하는 내부 금속층을 더 포함하는 이차 전지용 외장재.According to claim 1,
An exterior material for a secondary battery further comprising an inner metal layer positioned between the first thin film layer and the first adhesive layer.
상기 내부 금속층의 두께는 4㎛ 내지 35㎛인 이차 전지용 외장재. According to claim 8,
The inner metal layer has a thickness of 4 μm to 35 μm.
상기 제1 고분자 기재는,
상기 제1 박막층이 위치하는 반대 면에 위치하며 순차로 적층된 제2 박막층 및 제2 고분자 기재를 더 포함하는 이차 전지용 외장재.According to claim 1,
The first polymer substrate,
An exterior material for a secondary battery, further comprising a second thin film layer and a second polymer substrate, which are located on the opposite side to which the first thin film layer is located and are sequentially stacked.
상기 제2 박막층 및 상기 제1 고분자 기재 사이에 배치되어 상기 제2 박막층과 상기 제1 고분자 기재를 부착시키는 제3 접착층을 포함하는 이차 전지용 외장재.According to claim 10,
An exterior material for a secondary battery comprising a third adhesive layer disposed between the second thin film layer and the first polymer substrate to adhere the second thin film layer to the first polymer substrate.
상기 제1 박막층 및 상기 제2 박막층 두께의 합은 이차 전지용 외장재 전체 두께의 0.17% 내지 0.7% 범위인 이차 전지용 외장재.According to claim 10,
The sum of the thicknesses of the first thin film layer and the second thin film layer is in the range of 0.17% to 0.7% of the total thickness of the exterior material for secondary batteries.
상기 제2 고분자 기재 및 상기 제2 박막층의 두께 비율은 10:1 내지 200:1 범위인 이차 전지용 외장재.According to claim 10,
The thickness ratio of the second polymer substrate and the second thin film layer is in the range of 10:1 to 200:1.
상기 전극 조립체를 수용하는 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 이차 전지용 외장재
를 포함하는 이차 전지.
an electrode assembly, and
The exterior material for a secondary battery according to any one of claims 1 to 13 accommodating the electrode assembly.
A secondary battery comprising a.
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