KR102584179B1 - 2차 전지 파우치에 적용되는 적층체 시트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2차 전지 파우치에 적용되는 적층체 시트에 관한 것으로, 특히 열전도성이 통상적으로 적용되는 시트보다 우수하여 2차 전지의 충방전 효율 관리에
효과적인 시트에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 2차 전지용 파우치에 사용되는 적층체 시트는, 금 속층; 상기 금속층의 일면에 배치되어 시트의 외부층을 형성하는 외부 열전도성 고분자 복합수지층; 상기 금속층 일면에 배치되어 시트의 내부층을 형성하는 내부 열전도성 고분자 복합수지층을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 적층체 시트를 2차 전지용 파우치에 적용하면 종래의 통상적인 적층체 시트 적용 파우치보다 빠른 속도로 열을 방출하거나 유입할 수 있어 2차 전지의 온도 관리가 용이해져 전지의 충방전 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
효과적인 시트에 관한 것이다.
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본 발명에 따른 적층체 시트를 2차 전지용 파우치에 적용하면 종래의 통상적인 적층체 시트 적용 파우치보다 빠른 속도로 열을 방출하거나 유입할 수 있어 2차 전지의 온도 관리가 용이해져 전지의 충방전 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
Description
2차 전지 파우치에 적용되는 적층체 시트에 관한 것으로, 특히 열전도성이
통상적으로 적용되는 시트보다 우수하여 2차 전지의 충방전 효율 관리에
효과적인 시트에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는
각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지와 각형 전지 및 전극조립체가 적층체 시트로 형성된 파우치형 케이스에 내장된 파우치형 전지 등으로 구분할
수 있다.
파우치형 전지는 다양한 크기로 제작할 수 있고 금속 캔에 비해 가벼우며 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 고출력 및 고용량의 에너지원이 필요한 전기 자동차의 동력으로 각광받고 있다.
전기 자동차에 사용되는 파우치형 리튬이온 전지는 고속 충전, 고출력, 충전 및 방전을 여러 번 반복함에 따라 열이 발생하고, 이로 인해 전지에 국부적인 온도 차이가 발생하거나 고열이 발생하게 됨으로써 전지의 효율을 저하하고 안정성을 저해하는 현상이 발생하게 된다.
따라서, 전기 자동차의 전지가 최적의 성능을 나타내는 약 20~25℃의 온도
대역으로 전지 내부의 온도를 유지하는 것이 중요한데 파우치형 전지에서는 파우치에 적용되는 적층체의 열전도 특성이 전지 내부 온도를 관리하는 데에
매우 중요한 요소 중의 하나이다.
한편, 이차 전지용 파우치에 적용되는 통상적인 적층체 시트는 알루미늄
등의 금속박을 중간층으로 배치하고 전기적 절연 기능의 나일론 등의 고분자 수지 필름을 파우치 외부 표면층으로, 전극조립체 내의 화학 반응성으로부터의 금 속박 보호 및 전기 절연 기능의 폴리프로필렌 등의 고분자 수지 필름을 파우치 내부 표면층으로 적층하는 구성으로 이루어져 있다.
적층체 각각의 층은 전극조립체의 성능 저하를 유발시킬 수 있는 외부 환경으로부터의 수분 및 공기, 빛 등에 내구성 및 차단성이 요구된다.
또한, 각각의 층 사이에 적층 밀착성 확보를 위해 접착층 등이 도포되어 있다.
그런데 기존에는 전지 내부에서 발생한 열을 파우치 외부로 효과적으로 배출하기 위해 높은 알루미늄(열전도도: 238W/m)·등의 형성 된 약 10 내지 50㎛ 두께의 금속박층을 이용하지만, 약 10 내지 50㎛ 두께의
나일론 필름층의 열전도도와 약 20 내지 50㎛ 두께의 폴리프로필렌 필름층의 열전도도가 각각 0.25 W/m, 0.11W/m·정도로 매우 낮기 때문에 파우치 내부에서 발생한 열을 외부로 방출시키거나 외부로부터의 열을 유입하는데 한계가 있다.
이와 같은 파우치형 2차 전지의 열관리 문제점을 해결하고자, 한국특허 10- 2507505호에서는 탄화붕소 나노튜브를 포함하는 수지 바인더를 0.2 내지 1 um 두께로 25 ㎛ 두께의 나일론 필름 상에 코팅하여 방열층으로 사용하여
알루미늄층의 외부에 구성함으로써 기대하는 방열 효과를 기재하고 있으나 전지 내부에서 발생하는 열을 방출시키는데 한계가 있다.
따라서, 전지용 파우치에 사용되는 시트의 열전도성을 증가시켜 전기 자동차용
전지의 효율적인 열관리에 적용할 수 있는 기술들에 대해 연구가 필요하다.
본 발명의 목적은 2차 전지용 파우치에 적용되는 적층체 시트에 전체적인 두께를 조절하면서 열전도율이 높은 열전도성 층을 구성하여, 2차 전지의 온도 관리에
효과적인 적층체 시트를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 일 실시 예에 의한 2차 전지용 파우치에 사용되는 적층체 시트는, 금속층; 상기 금속층의 일면에 배치되어 시트의 외부층을 형성하는 외부 열전도성 고분자 복합수지층; 상기 금속층 일면에 배치되어 시트의 내부층을 형성하는
내부 열전도성 고분자 복합수지층을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
상기 내부 열전도성 고분자 수지층은 높은 열전도율을 가지는 무기 입자(inorganic particles)를 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 수지에 분산시켜 제조된 필름으로 형성될 수 있다.
상기 외부 열전도성 고분자 수지층은 높은 열전도율을 가지는 무기 입자(inorganic particles)를 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의
폴리에스테르(polyester)계 수지 또는 나일론 등의 폴리아미드(polyamide)계
수지에 분산시켜 제조된 필름으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 적층체 시트를 2차 전지용 파우치에 적용하면 종래의 통상적인 적층체 시트를 적용한 파우치보다 빠른 속도로 열을 방출하거나 유입할 수 있어 2차 전지의 온도 관리가 쉬워져 전지의 충방전 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 이차 전지용 파우치에 적용되는 종래의 통상적인 적층체 시트의 구조를 나타낸 단면도이다
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태의 적층체 시트의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시형태의 적층체 시트의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시형태의 적층체 시트의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시형태의 적층체 시트의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태의 적층체 시트의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시형태의 적층체 시트의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시형태의 적층체 시트의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시형태의 적층체 시트의 구조를 나타낸 단면도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예들을 상세하게 설명한다. 그러나 실시 예들에는 다양한 변경 가능성이 있어 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명의 본질과 관계없는 부분은 그에 대한 상세한 설명을 생략할 수 있으며, 명세서 전체를 통하여 어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범 위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
또한, 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. 여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시 예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하도록 의도되지 않으며, 본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되는 개념으로 해석될 수 있다.
우선, 도 1에 의해 이차 전지용 파우치에 적용되는 종래의 통상적인 적층체 시트에 대하여 설명한다.
도 1에 나타낸 종래의 통상적인 적층체 시트(10)는 외부 표면층으로부터 순서적으로 외부 고분자 수지층(11), 금속층(12), 내부 고분자 수지층(13)을 적층하여 구성한 것이다.
상기 구성에서 외부 고분자 수지층(11)은 10 내지 50㎛ 두께의 나일론 필름으로 형성되고, 금속층(12)은 10 내지 50㎛ 두께의 알루미늄박으로 형성되고,
내부 고분자 수지층(13)은 10 내지 50㎛ 두께의 폴리프로필렌 필름으로 형성된다.
구체적 비교 예로서의 적층체 시트(10)은 15㎛ 두께의 나일론 필름(11), 5㎛
두께의 접착층, 35㎛ 두께의 알루미늄박, 5㎛ 두께의 접착층, 30㎛ 두께의
폴리프로필렌 필름이 순차적으로 구성된 적층체 시트의 총 두께는 90㎛이다.
상기의 각 층을 적층하는 방법은, 예를 들면 2액 경화형의 폴리우레탄계 접착제 등을 약 3 ~ 5㎛ 두께의 접착층으로 사용하는 공지의 건조 라미네이션 공정으로 접합시킬 수도 있고, 또 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 수지층을, 접합을 행하는 층 사이에 용융 압출하여 약 5 ㎛두께의 접착층을 형성시켜 압착하는 공지의 압출 라미네이션 공정으로 접합시킬 수도 있다.
이와 같은 구성을 채용함으로써, 적층체 시트(10)는 2차 전지 케이스로서의 일반적인 요구 특성, 예를 들면 수증기, 기타 가스 차단성, 인장강도 등의 기계적 강도, 내수분성, 내열성, 내한성, 내전해액성 및 봉합성 등이 부여된다.
본 발명의 제 1 내지 제 4 실시형태 대해서, 도 2 내지 5에 의해 설명한다.
도 2에 나타낸 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 적층체 시트(20)는 외부표면층으로부터 순서에 따라 외부 고분자 수지층(21), 금속층(22), 내부 열전도성 고분자 복합수지층(2A), 내부 고분자 수지층(23)을 적층하여 구성한 것이다.
제 2 실시형태
도 3에 나타낸 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 적층체 시트(30)는 외부표면층으로부터 순서에 따라 외부 고분자 수지층(31), 외부 열전도성 고분자 복합수지층(3B), 금속층(32), 내부 열전도성 고분자 복합수지층(3A), 내부 고분자 수지층(33)을 적층하여 구성한 것이다.
제 3 실시형태
도 4에 나타낸 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 적층체 시트(40)는 외부표면층으로부터 순서에 따라 외부 고분자 수지층(41), 외부 열전도성 고분자 복합수지층(4B), 금속층(42), 내부 열전도성 고분자 복합수지층(4A)을 적층하여 구성한 것이다.
제 4 실시형태
도 5에 나타낸 본 발명의 제 4 실시형태에 의한 적층체 시트(50)는 외부표면층으로부터 순서에 따라 외부 열전도성 고분자 복합수지층(5B), 금속층(52), 내부 열전도성 고분자 복합수지층(5A)을 적층하여 구성한 것이다.
도 2 내지 도 5에 나타낸 본 발명의 제 1 내지 제 4 실시형태의 적층체 시트 (20) 내지 (50)을 구성하는 금속층, 외부 고분자 수지층, 내부 고분자 수지층을 형성하는 각각의 필름은 도 1에 나타낸 종래의 통상적인 적층체 시트(10)를 구성하는 금속층, 외부 고분자 수지층, 내부 고분자 수지층을 형성하는 각각의 필름과 동일한 필름을 사용하되 각각의 필름 두께들은 다를 수 있다.
따라서 금속층, 외부 고분자 수지층, 내부 고분자 수지층을 형성하는 필름들에 대한 하기의 설명들은 도1 내지 도5에 나타낸 적층체 시트 (10) 내지 (50)에 공통적으로 적용될 수 있고 공지의 내용으로 간략히 설명한다.
한편, 도 2 내지 도 5에 나타낸 본 발명의 제 1 내지 제 4 실시형태의 적층체 시트 (20) 내지 (50)을 구성하는 외부 열전도성 고분자 복합수지층 (3B) 내지 (5B), 내부 열전도성 고분자 복합수지층 (2A) 내지 (5A)를 형성하는 각각의 필름은 각각의 동일한 필름을 사용하되 각각의 필름 두께들은 다를 수 있다.
따라서 외부 열전도성 고분자 복합수지층 및 내부 열전도성 고분자 수지층을 형성하는 필름들에 대한 하기의 설명들은 도2 내지 도5에 나타낸 본발명의 제 1 내지 제 4 실시형태의 적층체 시트 (20) 내지 (50)에 공통적으로 적용될 수 있고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
금속층
금속층은 파우치의 기본적인 기계적 강성을 제공하고 수증기, 수분, 기타 가스 침투 차단성을 부여하고, 경량화와 단소화를 위해 알루미늄박(aluminum foil), 구리박(copper foil), 니켈박(nickel foil), 스테인레스스틸박(SUS foil) 등이 사용될 수 있다. 그 중에서도, 알루미늄박은 접합 등의 가공성과 가격도 비교적으로 낮기 때문에 가장 바람직하게 사용될 수 있다. 이와 같은 금속박층의 두께는 2차 전기 용량에 따라 두꺼워지며 10∼50㎛ 범위에서 사용될 수 있다.
내부 고분자 수지층
내부 고분자 수지층은 열 봉합 대면 층이기 때문에 열 접착성이 중요하고 또한, 적층체 시트의 최 내층이기 때문에 전지 조립체와의 전기적 절연성과 전지 전해액에 대한 대응성이 요구된다.
그 자체의 열 접착성에 더해서 전기 리드 탭의 금속에 대해서도 양호한 열 접착성을 가짐과 동시에, 전해액으로의 수분의 침입을 차단하기 위하여, 그 자체, 흡습성 또는 수분 흡착성이 낮은 것이 바람직하며, 또한 전해액에 의해 부피의 변화가 적고, 침식되는 것이 없이 안정한 것이 바람직하다.
상기의 요구 특성을 만족시키는 고분자 수지로서는 폴리에틸렌(polyethylene, PE)
또는 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 등의 폴리올레핀 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 내부수지층의 고분자층의 두께는 2차 전기 용량에 따라 두꺼워지며 열 봉합성, 절연성 및 내전해액성 등을 고려하여 20∼50㎛ 범위에서 사용될 수 있다.
외부 고분자 수지층
외부 고분자 수지층은 적층체 시트의 최 외층이기 때문에 전기적 절연성과 외부 환경 대응성이 요구된다.
수증기, 수분, 기타 가스 침투 차단성, 관통강도, 유연성 등 기계적 물성, 내스크래치성, 내열성, 내한성 및 금속층 보호 기능으로서, 내부식성이 요구된다.
두께가 얇아지는 추세이므로 제막 성형성, 슬라이딩성, 내마모성도 특히 요구된다.
상기의 요구 특성을 만족시키는 고분자 수지로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 폴리에스테르(polyester) 수지를 사용하거나, 나일론 등의 폴리아미드(polyamide) 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 외부 고분자 수지층의 두께는 2차 전기 용량에 따라 두꺼워지며 10∼50㎛ 범위에서 사용될 수 있다.
내부 열전도성 고분자 복합수지층
내부 열전도성 고분자 복합수지층 적층체 시트의 상기 내부 고분자 수지층의 기능에 더하여 2차 전지 온도를 용이하게 관리할 수 있도록 열을 빠르게 파우치 외부로 방출하거나 전극조립체로 유입시키는 특징을 갖고 있다.
따라서, 내부 열전도성 고분자 복합수지층을 형성하는 필름은 내부 고분자 수지층으로서의 요구 특성을 만족시킬 수 있고 또한, 높은 열전도율을 나타낼 수 있는 소재로 제막되는 것이 바람직하다.
상기의 요구 특성을 만족시키는 소재로서는 상기 내부 고분자 수지층에 사용되는 폴리에틸렌(polyethylene, PE) 또는 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 등의 폴리올레핀계 수지에 높은 열전도율을 가지는 무기 입자 등을 분산시켜 제조된 고분자 복합수지가 바람직하다.
상기 고분자 복합수지로 제막된 필름으로 형성된 상기 내부 열전도성 고분자 복합수지층의 두께는 상기 내부 고분자 수지층 두께의 10% 이상에서 사용될 수 있고 두껍게 할수록 바람직하다.
상기 내부 열전도성 고분자 복합수지층의 두께가 상기 내부 고분자 수지층의 두께의 10% 미만인 경우는 두께가 5㎛ 미만으로 제막성이 떨어지고 열관리 효과가 적기 때문에 바람직하지 않다.
상기 내부 열전도성 고분자 복합 수지층은 알루미늄 질화물(Aluminum nitride), 보론 질화물(BN) 등의 질화물, 알루미늄 산화물(Aluminum oxide), 바륨티타네이트(BaTiO3), 아연 산화물(ZnO) 등의 금속 산화물, 카본나노튜브, 탄소 섬유, 그래핀(Graphene), 흑연(Graphite) 등의 탄소 물질, 은(Ag), 구리(Cu) 등의 금속 분말, 칼슘 카보네이트(CaCO3) 마그네타이트(Fe3O4), 탈크 등으로 이루어진 광물질 군에서 선택되는 1종 이상의 높은 열전도율을 가지는 무기 입자 등을 포함할 수 있다.
상기 내부 열전도성 고분자 복합 수지층은 특별히 한정하지 않지만, 상기 내부 고분자 수지 100중량 부에 대하여, 상기 무기 입자 1 내지 50중량 부를 포함할 수 있다.
상기 무기 입자가 1 중량 부 미만일 경우 상기 고분자 복합 수지층의 열전도성 효과가 미미하고, 50 중량 부를 초과할 경우, 상기 고분자 복합 수지층을 형성하는 필름의 제막성과 전기 절연성이 떨어질 수 있다.
상기 내부 열전도성 고분자 복합 수지층은 절연내력을 증가시킬 목적으로, SiO2, Al2O3, MgO, ZnO 등과 같은 무기산화물 입자, BN, AlN 등과 같은 질화물 입자, montmorillonite (MMT), nanoclay(layered silicates) 등과 같은 미네랄 입자 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 무기 입자들을 포함할 수 있다.
상기 내부 열전도성 고분자 복합 수지층은 특별히 한정하지 않지만, 상기 내부 열전도성 고분자 수지 100 중량 부에 대하여, 상기 무기 입자 0.5 내지 10 중량 부를 포함할 수 있다.
상기 무기 입자가 0.5 중량 부 미만일 경우 절연내력 증가 효과가 미미하고, 10 중량 부를 초과할 경우, 상기 고분자 복합 수지층을 형성하는 필름의 제막성이 떨어질 수 있다.
상기 고분자 복합 수지층을 형성하는 필름은 성형 압출 가공, 블레이드 코팅, 졸-겔 제법 등 공지의 가공 방법으로 제조될 수 있다.
상기 고분자 복합 수지층을 형성하는 필름의 열전도율은 0.5 내지 5.0 W/mK가 바람직하다. 상기 필름의 열전도율이 0.5 미만은 본 발명의 적층체 시트의 열전도성이 떨어지고, 5.0 W/mK를 초과하면 본 발명의 적층체 시트의 전기 절연성이 떨어질 수 있다.
외부 열전도성 고분자 복합수지층
외부 열전도성 고분자 복합수지층은 적층체 시트의 상기 외부 고분자 수지층의 기능에 더하여 2차 전지 온도를 용이하게 관리할 수 있도록 열을 빠르게 파우치 외부로 방출하거나 전극조립체로 유입시키는 특징을 갖고 있다.
따라서, 외부 열전도성 고분자 복합수지층을 형성하는 필름은 외부 고분자 수지층으로서의 요구 특성을 만족시킬 수 있고 또한, 높은 열전도율을 나타낼 수 있는 소재로 제막되는 것이 바람직하다.
상기의 요구 특성을 만족시키는 소재로서는 상기 외부 고분자 수지층에 사용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 폴리에스테르(polyester)계 수지 또는 나일론 등의 폴리아미드(polyamide)계 수지에 높은 열전도율을 가지는 무기 입자 등을 분산시켜 제조된 고분자 복합수지가 바람직하다.
상기 고분자 복합수지로 제막된 필름으로 형성된 상기 외부 열전도성 고분자 복합수지층의 두께는 상기 외부 고분자 수지층 두께의 10% 이상에서 사용될 수 있고 두껍게 할수록 바람직하다.
상기 내부 열전도성 고분자 복합수지층의 두께가 상기 내부 고분자 수지층의 두께의 10% 미만인 경우는 두께가 5㎛ 미만으로 제막성이 떨어지고 열관리 효과가 적기 때문에 바람직하지 않다.
상기 외부 열전도성 고분자 복합 수지는 알루미늄 질화물(Aluminum nitride), 보론 질화물(BN) 등의 질화물, 알루미늄 산화물(Aluminum oxide), 바륨티타네이트(BaTiO3), 아연 산화물(ZnO) 등의 금속 산화물, 카본나노튜브, 탄소 섬유, 그래핀(Graphene), 흑연(Graphite) 등의 탄소 물질, 은(Ag), 구리(Cu) 등의 금속 분말, 칼슘 카보네이트(CaCO3) 마그네타이트(Magnetite), 탈크 등으로 이루어진 광물질 군에서 선택되는 1종 이상의 높은 열전도율을 가지는 무기 입자 등을 포함할 수 있다.
상기 외부 열전도성 고분자 복합 수지는 특별히 한정하지 않지만, 상기 외부 고분자 수지 100 중량 부에 대하여, 상기 무기 입자 1 내지 50 중량 부를 포함할 수 있다.
상기 무기 입자가 1 중량 부 미만일 경우 상기 고분자 복합 수지의 열전도성 효과가 미미하고, 50 중량 부를 초과할 경우, 상기 고분자 복합 수지의 제막성과 전기 절연성이 떨어질 수 있다.
상기 외부 열전도성 고분자 복합 수지는 절연내력을 증가시킬 목적으로 SiO2, Al2O3, MgO, ZnO 등과 같은 무기산화물 입자, BN, AlN 등과 같은 질화물 입자, montmorillonite (MMT), nanoclay(layered silicates) 등과 같은 미네랄 입자 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 무기 입자들을 포함할 수 있다.
상기 외부 열전도성 고분자 복합 수지는 특별히 한정하지 않지만, 상기 외부 열전도성 고분자 수지 100 중량 부에 대하여, 상기 무기 입자 0.5 내지 10 중량 부를 포함할 수 있다.
상기 무기 입자가 0.5 중량 부 미만일 경우 절연내력 증가 효과가 미미하고, 10 중량 부를 초과할 경우, 상기 고분자 복합 수지의 제막성이 떨어질 수 있다.
상기 고분자 복합 수지층을 형성하는 필름은 성형 압출 가공, 블레이드 코팅, 졸-겔 제법 등 공지의 가공 방법으로 제조될 수 있다.
상기 고분자 복합 수지층을 형성하는 필름의 열전도율은 0.5 내지 5.0 W/mK가 바람직하다. 상기 필름의 열전도율이 0.5 미만은 본 발명의 적층체 시트의 열전도성이 떨어지고, 5.0 W/mK를 초과하면 본 발명의 적층체 시트의 전기 절연성이 떨어질 수 있다.
이상과 같은 각 층을 적층하는 방법은, 예를 들면 2액 경화형의 폴리우레탄계 접착제 등을 사용하는 공지의 건조 라미네이션법으로 접합해도 좋고, 또 폴리에틸렌, 기타 열 접착성 수지층을, 접합을 행하는 층 사이에 용융 압출하여 압착하는 압출 라미네이션법으로 접합시켜도 좋다.
특히, 최 내층의 내부 고분자 수지층은, 미리 필름상으로 제막해놓음으로써, 다른 층과 동일하게, 건조 라미네이션법 또는 압출 라미네이션법으로 접합시킬 수도 있지만, 적층 면에 필요에 따라서 앵커 코트(AC제, 프라이머 코트 일종)를 도포한 후, 직접 내부 고분자 수지를 용융압출하여 코팅하여 적층할 수도 있다.
이와 같은 본 발명의 제 1 내지 제 4 실시형태에 따른 적층체 시트의 열전도성 효과를 확인하기 위해서, 아래와 같이 통상의 적층체 시트(10)의 구체적 예로서 비교 예 및 본 발명의 제 1 내지 제 4 실시형태의 구체적 실시예 1 내지 4에 따른 적층체 시트(20) 내지 (50)의 열전도율을 적층체의 복합열전도율을 구하는 식 1과 식 2를 사용하여 적층체 시트의 평면과 수평 방향의 열전도율 값과 적층체 시트의 평면과 수직 방향, 즉 두께 방향의 열전도율 값을 계산하여 표 1에 실었다.
(식 1)
σ평면 = (σcTc + σPATPA + σcompoTcompo + σALTAL + σcompiTcompi + σPPTPP)
/(Tc + TPA + Tcomp + TAL + Tcomp + TPP)
(식 2)
σ 두께 = (Tc + TPA + Tcomp + TAL + Tcomp + TPP)
/(Tc/σc + TPA/σPA + Tcompo/σcompo+ TAL/σAL + Tcompi/σcompi + TPP/σPP)
여기서,
Tc , TPA, Tcompo, TAL, Tcompi, TPP: 각 층의 두께
| 두께 90㎛ | 열전도율 W/mK |
|||||||
| 외부 수지층 |
외부 복합수지층 |
금속층 | 내부 복합수지층 |
내부 수지층 |
접착층 | 평면 | 두께 | |
| 비교예 | 15 | 35 | 30 | 10 | 92.7 | 0.25 | ||
| 실시예 1 | 15 | 35 | 15 | 15 | 10 | 93.5 | 0.38 | |
| 실시예 2 | 5 | 10 | 35 | 15 | 15 | 10 | 93.2 | 0.45 |
| 실시예 3 | 5 | 10 | 35 | 30 | 10 | 94.3 | 1.22 | |
| 실시예 4 | 15 | 35 | 30 | 10 | 95.1 | 1.61 | ||
여기서,
알루미늄박의 열전도율,σAL: 238 W/mK
외부 고분자 수지층의 열전도율, σPA: 0.25 W/mK
내부 고분자 수지층의 열전도율, σPP: 0.11 W/mK
외부 열전도성 고분자 복합수지층의 열전도율, σcompo: 2.0 W/mK
내부 열전도성 고분자 복합수지층의 열전도율, σcompi: 2.0 W/mK
접착층의 열전도율: 0.3 W/mK
상기 외부 내지 내부 열전도성 고분자 복합수지의 열전도율 값은 복합수지의 조성물에 따라서 0.5 내지 5.0 W/mK 정도로 공지의 발표자료에서 확인할 수 있다.
표 1에서 알 수 있듯이 통상적 적층체 시트(10)의 열전도율 값은 파우치 평면과의 수평 방향 값과 수직 방향 값이 거의 300배 이상 차이가 나는 이방성 특징을 보이고 있다. 이러한 경향은 공지의 발표자료들과 부합된 결과이다.
한편, 본 발명의 실시예 1 내지 4에서의 적층체 시트(20) 내지 시트(40)의 열전도율 값은 특히 파우치 평면과의 수직 방향, 즉 두께 방향의 열전도율 값이 통상의 적층체 시트의 두께 방향 열전도율 값보다 50 내지 550 % 이상의 높은 값을 보이고 있고 이방성도 약화되어 있음을 확인할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 본 발명의 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다
10: 이차 전지용 파우치에 적용되는 종래의 통상적인 적층체 시트
11: 외부 고분자 수지층
12: 금속층
13: 내부 고분자 수지층
20: 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 적층체 시트
21: 외부 고분자 수지층
22: 금속층
23: 내부 고분자 수지층
2A: 내부 열전도성 고분자 복합수지층
30: 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 적층체 시트
31: 외부 고분자 수지층
32: 금속층
33: 내부 고분자 수지층
3A: 내부 열전도성 고분자 복합수지층
3B: 외부 열전도성 고분자 복합수지층
40: 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 적층체 시트
41: 외부 고분자 수지층
42: 금속층
4A: 내부 열전도성 고분자 복합수지층
4B: 외부 열전도성 고분자 복합수지층
50: 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 적층체 시트
52: 금속층
5A: 내부 열전도성 고분자 복합수지층
5B: 외부 열전도성 고분자 복합수지층
11: 외부 고분자 수지층
12: 금속층
13: 내부 고분자 수지층
20: 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 적층체 시트
21: 외부 고분자 수지층
22: 금속층
23: 내부 고분자 수지층
2A: 내부 열전도성 고분자 복합수지층
30: 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 적층체 시트
31: 외부 고분자 수지층
32: 금속층
33: 내부 고분자 수지층
3A: 내부 열전도성 고분자 복합수지층
3B: 외부 열전도성 고분자 복합수지층
40: 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 적층체 시트
41: 외부 고분자 수지층
42: 금속층
4A: 내부 열전도성 고분자 복합수지층
4B: 외부 열전도성 고분자 복합수지층
50: 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 적층체 시트
52: 금속층
5A: 내부 열전도성 고분자 복합수지층
5B: 외부 열전도성 고분자 복합수지층
Claims (6)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 이차 전지 파우치용 적층체 시트에 있어서,
적층체 시트(50)는 외부표면층으로부터 순서에 따라 외부 열전도성 고분자 복합수지층 (5B), 금속층(52), 내부 열전도성 고분자 복합수지층층(5A)을 적층하여 구성한 것으로서, 상기 외부 열전도성 고분자 복합수지층(5B)은 폴리에스테르계 수지 또는 폴리아미드계 수지에 높은 열전도율을 가지는 무기 입자와 절연내력 증가 목적의 무기 입자를 분산시켜 제조된, 열전도율이 0.5 내지 5.0 W/mK 값을 가지는 필름으로 형성되고, 상기 내부 열전도성 고분자 복합수지층(5A)은 폴리올레핀계 수지에 높은 열전도율을 가지는 무기 입자와 절연내력 증가 목적의 무기 입자를 분산시켜 제조된, 열전도율이 0.5 내지 5.0 W/mK 값을 가지는 필름으로 형성되는 것을 특징으로 한다. - 청구항 4에 있어서,
상기 내부 열전도성 고분자 복합수지층은 알루미늄 질화물(Aluminum nitride), 보론 질화물(BN) 등의 질화물, 알루미늄 산화물(Aluminum oxide), 바륨티타네이트(BaTiO3), 아연 산화물(ZnO) 등의 금속 산화물, 카본나노튜브, 탄소 섬유, 그래핀(Graphene), 흑연(Graphite) 등의 탄소 물질, 은(Ag), 구리(Cu) 등의 금속 분말, 칼슘 카보네이트(CaCO3) 마그네타이트(Fe3O4), 탈크 등으로 이루어진 광물질 군에서 선택되는 1종 이상의 열전도율 증가 목적의 무기 입자와 SiO2, Al2O3, MgO, ZnO 등과 같은 무기산화물 입자, BN, AlN 등과 같은 질화물 입자, montmorillonite (MMT), nanoclay(layered silicates) 등과 같은 미네랄 입자 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 절연내력 증가 목적의 무기 입자들을 포함할 수 있다. - 청구항 4에 있어서,
상기 외부 열전도성 고분자 복합수지층은 알루미늄 질화물(Aluminum nitride), 보론 질화물(BN) 등의 질화물, 알루미늄 산화물(Aluminum oxide), 바륨티타네이트(BaTiO3), 아연 산화물(ZnO) 등의 금속 산화물, 카본나노튜브, 탄소 섬유, 그래핀(Graphene), 흑연(Graphite) 등의 탄소 물질, 은(Ag), 구리(Cu) 등의 금속 분말, 칼슘 카보네이트(CaCO3) 마그네타이트(Fe3O4), 탈크 등으로 이루어진 광물질 군에서 선택되는 1종 이상의 열전도율 증가 목적의 무기 입자와 SiO2, Al2O3, MgO, ZnO 등과 같은 무기산화물 입자, BN, AlN 등과 같은 질화물 입자, montmorillonite (MMT), nanoclay(layered silicates) 등과 같은 미네랄 입자 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 절연내력 증가 목적의 무기 입자들을 포함할 수 있다.
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008305577A (ja) * | 2007-06-05 | 2008-12-18 | Denso Corp | 組電池 |
| KR20130011977A (ko) * | 2011-07-21 | 2013-01-30 | 한화케미칼 주식회사 | 방열특성을 갖는 전지용 포장재 |
| KR20130089614A (ko) * | 2012-02-02 | 2013-08-12 | 주식회사 엘지화학 | 리튬 이차전지용 외장재 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 |
| KR20170142624A (ko) * | 2016-06-20 | 2017-12-28 | 주식회사 비티엘첨단소재 | 이차전지용 알루미늄 파우치 필름 및 이의 제조방법 |
| KR20230032880A (ko) * | 2021-08-31 | 2023-03-07 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 절연 및 열발산 특성이 우수한 파우치형 이차전지 |
-
2023
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