KR102608580B1 - 웰 검출을 통한 셀타입 전지 파우치용 필름의 성형 깊이 한계 설정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 최외층, 금속층 및 실란트층을 포함하는 셀타입 전지 파우치용 필름에 있어서, 상기 금속층의 웰(well)을 검출하는 단계와, 상기 검출된 웰로 부터 상기 금속층의 두께 대비 상기 웰의 깊이를 고려하여 불량 웰을 표시하는 단계와, 상기 불량 웰로 표시된 영역은 상기 파우치용 필름의 제조시 불량 영역으로 분류하는 단계와, 상기 웰의 깊이에 따라 파우치의 성형 깊이의 한계를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웰 검출을 통한 셀타입 전지 파우치용 필름의 성형 깊이 한계 설정 방법을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 본 발명은 웰 검출을 통하여 불량 영역을 설정하고, 성형 깊이의 한계를 설정하여 파우치 성형의 불량률을 줄여 전지의 안정성을 제고하는 효과가 있다.

Description

웰 검출을 통한 셀타입 전지 파우치용 필름의 성형 깊이 한계 설정 방법{Method for setting a limit on molding depth of a film for a cell-type battery pouch by well detection}
본 발명은 웰 검출을 통하여 불량 영역을 설정하고, 성형 깊이의 한계를 설정하는 웰 검출을 통한 셀타입 전지 파우치용 필름의 성형 깊이 한계 설정 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 환경오염 등의 문제로 인해 화석연료의 사용을 줄이기 위하여 노력하고 있으며, 특히 자동차의 경우에는 석유를 정제한 화석연료를 사용하지 않고, 친환경 에너지인 전기에너지를 이용하는 전기차가 개발되고 있으며, 이외에도 다양한 분야에서 전기를 이용한 제품들이 개발되고 있다.
이와 같이 전기를 이용한 제품들은 충방전이 가능한 이차전지를 구비하고 있으며, 특히 전기차 등에 적용되는 대용량의 이차전지는 외장재의 종류에 따라 파우치형, 원통형, 각형 등으로 분류할 수 있다.
이러한 이차전지 중에서 파우치형 전지는 전극 조립체(셀)가 금속 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 형태로서, 제조가 쉽고 제조원가가 낮으며 특히 복수의 단위 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 대용량의 전지 팩(배터리 팩)을 제조하기 쉽다는 장점이 있기 때문에, 주로 전기차와 같이 대용량의 이차전지가 필요한 분야에서 활용되고 있다.
특히, 리튬이차전지(Lithi㎛ ion Battery)는 높은 에너지 밀도와 우수한 출력을 갖는 등의 장점을 바탕으로 다양한 어플리케이션에 적용되고 있으며, 이러한 셀 타입의 리튬이차전지의 전극군과 전해액을 감싸는 외장재로서, 금속 박막과 고분자로 이루어지는 파우치는 층간의 접착력, 열융착 강도, 내전해액성, 기밀성, 수분 침투성, 성형성 등의 요구 특성을 만족하여야 한다.
특히, 최근에는 전기자동차 및 ESS(Energy Storage System)에 셀 타입의 전지 파우치가 적용되면서 그 수요가 증가하고 있다. 따라서 종래에 많이 사용되는 IT 등 모바일 기기에 비해 셀 파우치에 대한 안전성 등에 관한 이슈가 증가하고 있는 실정이다.
일반적으로 이러한 셀 타입 전지 파우치는, 그 구조가 실란트층(sealant layer), 가스 배리어를 위한 금속층, 그리고 최외각층으로서 최외층을 포함하는 적층 구조체를 포함하고 있다.
특히 금속층은 기계적 강도와 함께 가스 출입을 차단하기 위한 것으로, 주로 알루미늄 박막(Al foil)이 사용되고 있다.
한편, 상기 금속층에 사용되는 알루미늄 원재료는 압연 과정에서 웰뿐만 아니라 다수의 웰(well) 모양의 홈이 존재함을 확인하였고, 도 1에 나타낸 바와 같이, 파우치 성형 시 이러한 웰 부분에서 크랙, 뚫림 또는 찢어짐이 발생하였다.
이러한 파우치의 불량은 전지의 안전성 및 성능 저하에 심각한 영향을 초래하게 된다.
본 발명은 상기 필요성에 의해 도출된 것으로서, 웰 검출을 통하여 불량 영역을 설정하고, 성형 깊이의 한계를 설정하여 파우치 성형의 불량률을 줄여 전지의 안정성을 제고하기 위한 웰 검출을 통한 셀타입 전지 파우치용 필름의 성형 깊이 한계 설정 방법의 제공을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 최외층, 금속층 및 실란트층을 포함하는 셀타입 전지 파우치용 필름에 있어서, 상기 금속층의 웰(well)을 검출하는 단계와, 상기 검출된 웰로 부터 상기 금속층의 두께 대비 상기 웰의 깊이를 고려하여 불량 웰을 표시하는 단계와, 상기 불량 웰로 표시된 영역은 상기 파우치용 필름의 제조시 불량 영역으로 분류하는 단계와, 상기 웰의 깊이에 따라 파우치의 성형 깊이의 한계를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웰 검출을 통한 셀타입 전지 파우치용 필름의 성형 깊이 한계 설정 방법을 기술적 요지로 한다.
또한, 상기 웰을 검출하는 단계는, 공정 라인 상에서 두께 측정기를 이용하여 금속층의 두께를 측정하고, 이상 두께 부위 발생시 금속층에 이를 표시한 후, 표시된 금속층을 채취하여 조도 측정기를 이용하여 웰의 너비와 깊이를 측정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 검출된 웰로 부터 상기 금속층의 두께 대비 상기 웰의 깊이가 20% ~ 35% 이상일 때 불량 웰로 표시하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 불량 영역이 존재하는 경우 상기 웰을 제거하거나 완화시키는 공정이 추가로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 웰을 제거하는 공정은, 상기 금속층과 상기 실란트층 또는/및 상기 최외층의 사이에 웰제거층을 더 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 웰제거층이 상기 금속층의 양측에 형성된 경우, 상기 실란트층 측에 형성된 상기 웰제거층의 두께가 상기 최외층 측에 형성된 상기 웰제거층의 두께보다 상대적으로 더 두꺼운 것이 바람직하다.
또한, 상기 웰제거층은, 도금 공정, 증착 공정 및 코팅 공정 중 어느 하나 또는 둘 이상의 복합 공정에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 웰을 완화시키는 공정은, 상기 파우치용 필름의 제조공정 시 원단의 텐션을 높이거나, 상기 파우치용 필름의 제조공정 시 압동롤의 압력을 높이는 것이 바람직하다.
본 발명은 웰 검출을 통하여 불량 영역을 설정하고, 성형 깊이의 한계를 설정하여 파우치 성형의 불량률을 줄여 전지의 안정성을 제고하는 효과가 있다.
도 1 - 파우치 성형 시 이러한 웰 부분에서 크랙, 뚫림 또는 찢어짐이 발생하는 것을 나타낸 도.
도 2 - 금속층에서 검출되는 다양한 형상의 웰을 나타낸 모식도.
도 3 - 본 발명의 일실시예에 따라 웰을 검출하는 방법을 나타낸 모식도.
본 발명은 웰 검출을 통하여 불량 영역을 설정하고, 성형 깊이의 한계를 설정하여 파우치 성형의 불량률을 줄여 전지의 안정성을 제고하기 위한 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 2는 금속층에서 검출되는 다양한 형상의 웰을 나타낸 모식도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 웰을 검출하는 방법을 나타낸 모식도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 웰 검출을 통한 셀타입 전지 파우치용 필름의 성형 깊이 한계 설정 방법은, 최외층, 금속층 및 실란트층을 포함하는 셀타입 전지 파우치용 필름에 있어서, 상기 금속층의 웰(well)을 검출하는 단계와, 상기 검출된 웰로 부터 상기 금속층의 두께 대비 상기 웰의 깊이를 고려하여 불량 웰을 표시하는 단계와, 상기 불량 웰로 표시된 영역은 상기 파우치용 필름의 제조시 불량 영역으로 분류하는 단계와, 상기 웰의 깊이에 따라 파우치의 성형 깊이의 한계를 설정하는 단계를 포함한다.
일반적으로 셀타입 전지 파우치용 필름에 사용되는 금속층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 호일이 사용되고 있으며, 원재료를 가공하는 과정에서 웰이 발생하는 것으로 알려져 있다.
이러한 웰을 검출하는 과정에서 웰뿐만 아니라 다수의 웰(well) 모양의 홈이 존재함을 확인하였고, 이는 파우치 성형 시 크랙 및 뚫림의 원인이 되었다.
본 발명에서의 웰은 직경 또는 폭이 대략 100㎛ 이하의 경우의 금속층 표면으로부터 발생한 홈으로 정의하며, 도 2와 같이 다양한 형상으로 관찰되었다. 즉, 다양한 너비, 깊이, 기울기 등을 가지면서 금속층 원단 상에 랜덤하게 관찰되었다.
본 발명의 일실시예에 따른 금속층에서 웰을 검출하는 공정은, 도 3에 도시한 바와 같이 공정 라인 상에서 두께 측정기를 이용하여 금속층의 두께를 측정하고, 이상 두께 부위 발생시 금속층에 이를 표시한 후, 표시된 금속층을 채취하여 조도 측정기를 이용하여 웰의 너비와 깊이를 측정하는 것이다.
그리고 상기 검출된 웰로 부터 상기 금속층의 두께 대비 상기 웰의 깊이를 고려하여 불량 웰을 표시하게 된다.
즉, 금속층의 두께 대비 웰의 깊이가 너무 낮은 경우에는 웰로 검출하지 않으며, 금속층의 두께 대비 웰의 깊이가 일정 이상 되어야 웰로 검출하게 된다.
본 발명에서는 상기 검출된 웰로 부터 상기 금속층의 두께 대비 상기 웰의 깊이가 20% ~ 35% 이상일 때 불량 웰로 표시하게 된다. 이는 웰이 상기 범위 이하의 경우에는 파우치 성형시 성형 깊이에 따라 불량률이 거의 없어 본 발명에서는 불량 웰로 표시하지 않는다. 즉, 웰이 존재하는 부위를 성형 시 금속층의 잔존률에 따라 파우치 성형 불량이 결정되게 된다.
그리고, 상기 불량 웰로 표시된 영역은 상기 파우치용 필름의 제조시 불량 영역으로 분류하게 된다. 즉, 웰의 깊이가 금속층의 두께 대비 20% ~ 30% 이상인 경우, 성형 깊이 한계치(12mm, 금속층의 두께가 60㎛)에 못미치게 되며, 이 경우 금속층 원단의 재검을 수행하거나, 파기를 하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 웰의 깊이에 따라 파우치의 성형 깊이의 한계를 설정한다. 즉, 금속층의 두께 대비 웰의 깊이를 측정하고, 이에 따라 파우치가 불량없이 성형할 수 있는 한계치를 설정하게 된다.
예를 들면 웰의 깊이가 금속층의 두께 대비 10% ~ 20% 사이에 존재하는 경우, 파우치의 성형 깊이 한계치(12mm, 금속층의 두께가 60㎛)에서도 성형 불량이 관찰되지 않았다.
이와 같이 웰의 검출을 통해, 금속층의 두께 대비 웰의 깊이를 측정하여 불량 영역을 설정하고, 성형 깊이의 한계를 설정하여 파우치 성형의 불량률을 줄여 전지의 안정성을 제고하도록 한 것이다.
한편, 이러한 웰의 검출을 통해, 불량 영역이 존재하는 경우, 상기 웰을 제거하거나 완화시키는 공정이 추가로 이루어질 수 있다. 이를 통해 금속층의 두께 대비 웰의 깊이를 더 확장시킬 수 있으며, 보다 파우치 성형의 불량률을 줄일 수 있게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 상기 웰을 제거하는 공정은, 상기 금속층과 상기 실란트층 또는/및 상기 최외층의 사이에 웰제거층을 더 형성할 수 있다.
즉, 웰과 같은 결함의 영향을 최소화하기 위하여, 금속층 상의 일측(상부 또는 하부) 또는 양측(상부 및 하부)에 웰제거층을 형성하여 성형 깊이에 따른 보다 안정적인 성형이 가능하게 된다.
상기 금속층과 상기 웰제거층은 바로 직접 대면하여 상기 금속층의 상부면 또는/및 하부면에 형성되거나, 상기 금속층과 상기 웰제거층 사이에 다른 기능층, 예컨대 부식방지층 등이 형성될 수도 있다.
상기 웰제거층은 상기 금속층의 상부 또는/및 하부의 일영역 또는 전체 영역에 형성될 수 있으며, 금속층에 형성된 웰을 줄이기 위한 어떠한 재료나 형상이어도 무방하다.
가령 상기 웰제거층은 상기 금속층의 웰 영역에만 패터닝되어 형성될 수도 있고, 그 상층에 수지층(실란트층, 최외층 또는 접착층 등)이 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 상기 웰제거층으로 상기 금속층의 일측(상부 또는 하부) 또는 양측(상부 및 하부)에 도금 공정, 증착 공정 및 코팅 공정 중 어느 하나 또는 둘 이상의 복합 공정에 의해 형성될 수 있다. 즉, 공정의 편의 상 상기 금속층의 전체 영역에 적층되어 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 웰제거층은 상기 금속층의 표면 상태나 두께에 따라 같거나 서로 다른 금속으로 복수개의 웰제거층을 형성할 수도 있다.
이와 같이 본 발명에서의 웰제거층은 상기 금속층의 일측 또는 양측에 형성될 수 있으며, 상기 금속층의 양측에 웰제거층이 형성된 경우, 웰의 제거 또는 완화 특성이 더욱 개선된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 웰제거층이 상기 금속층의 양측에 형성된 경우, 상기 실란트층에 형성된 웰제거층의 두께가 상기 최외층 측에 형성된 웰제거층의 두께보다 상대적으로 더 두꺼운 것이 바람직하다. 즉, 셀에 가까운 쪽의 웰제거층의 두께를 더 두껍게 형성하는 것이다. 이에 의해 전해액의 확산이나 누설, 가스 출입에 따라 파우치가 보다 안정적으로 작용하도록 한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 웰제거층은, 도금 공정, 증착 공정 및 코팅 공정 중 어느 하나 또는 둘 이상의 복합 공정에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 도금 공정에 의해 상기 금속층의 일측 또는 양측에 웰제거층을 형성할 수 있다.
상기 도금 공정에 활용되는 금속은 니켈, 아연, 주석, 크롬, 코발트, 금, 은, 백금 등이 사용될 수 있으며, 상기 금속층의 표면 상태(표면 거칠기, 웰의 크기나 웰의 면적)나 두께에 따라 상기 도금 공정을 2회 이상 반복할 수 있으며, 단일층 또는 같은 금속 또는 서로 다른 금속의 복수층으로 형성될 수 있다.
상기 도금 공정에 의해 형성되는 웰제거층의 두께는 0.01~5㎛로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 0.02~5㎛의 두께로 형성될 수 있다.
상기 웰제거층의 두께는 상술한 바와 같이 상기 금속층의 표면 상태나 두께에 따라 조절하여 형성할 수 있으며, 웰의 깊이를 완화할 수 있도록 0.02~3㎛로 형성되는 것이 더욱 바람직하다. 또한 0.02~1㎛로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
상기 도금 공정은 무전해 도금, 전기 도금, 진공 도금 등이 가능하며, 본 발명의 일실시에에서는 다른 공정에 비해 얼룩이 없고 균일한 도금층의 구현이 가능한 무전해 도금을 수행하다. 이에 의해 수분배리어성, 전해액 확산 방지성 확보 및 금속층과 웰제거층 간의 높은 밀착성에 유리하다.
본 발명의 일실시예에 따라 도금 공정을 진행하는 경우, 상기 금속층의 표면은 소수성 또는 친수성 표면 처리를 먼저 수행할 수 있다. 이는 도금 공정 시 웰제거층의 도막성을 향상시키고, 접합 강도(금속층과 웰제거층)를 개선시키기 위한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 상기 표면 처리는 공지된 다양한 방법에 의해 구현될 수 있다. 예컨대 친수성 표면 처리는 금속층 상에 산화물층을 형성하거나, 산소 플라즈마 표면 처리 등을 수행하여 구현할 수 있으며, 소수성 표면 처리는 소수성 물질의 코팅 또는 플라즈마 처리에 의해 구현할 수 있다.
또한, 상기 도금 공정에 의한 상기 웰제거층의 균일도와 표면 조도를 개선시키기 위해 상기 웰제거층을 형성하기 전에 상기 금속층의 표면에 시드층(Seed Layer)을 더 형성할 수 있다.
상기 시드층은 상기 금속층 상에 증착 방법 또는 도금 방법으로 형성할 수 있으며, 본 발명의 일실시예에서는 균일도가 우수한 전기도금 방식으로 형성한다.
상기 시드층은, 상기 웰제거층의 형성 재료와 유사하게, 니켈, 아연, 주석, 크롬, 코발트, 금, 은, 백금 중 어느 하나의 재료료 형성될 수 있다.
한편, 상기 금속층의 일측 또는 양측에 바로 또는 상기 금속층에 웰제거층을 형성한 후에 그 상부에 부식방지층을 형성할 수 있다. 상기 부식방지층은 전해액이나 산에 의한 금속층의 부식을 방지하기 위한 것으로, 상기 금속층의 표면을 내산성 처리하거나, 상기 금속층 또는 웰제거층 상부에 부식방지 수지를 코팅하여 부식방지코팅층을 형성할 수 있다.
본 발명의 일실시예로 상기 부식방지층은 상기 금속층의 표면을 화성 처리하여 화성 피막을 형성하는 것이다. 상기 화성 피막이 형성된 금속층의 일측 또는 양측에 상기 웰제거층이 형성될 수 있다. 구체적으로는 상기 화성 처리는 상기 금속층의 표면에 인산과 산화 티타늄, 산화 란탄 또는 산화 알루미늄의 혼합 수용액을 코팅하여 건조하여 형성할 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않고 공지된 금속의 화성 처리 공정을 적용할 수 있다.
또한 상기 부식방지층은 상기 화성 처리에 의한 화성 피막과는 별개로 또는 화성 피막 상층에 또는 상기 웰제거층 상부에 부식방지코팅층을 형성할 수도 있다. 상기 부식방지코팅층은 양이온성 중합체를 가교제로 가교시킨 수지층을 형성할 수 있다. 여기서, 양이온성 중합체로서는, 예를 들어 폴리에틸렌이민, 폴리에틸렌이민과 카르복실산을 갖는 중합체를 포함하는 이온 고분자 착체, 아크릴 주골격에 1급아민을 그래프트시킨 1급 아민 그래프트 아크릴 수지, 폴리아릴아민 또는 그 유도체, 아미노페놀 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한, 가교제로서는, 예를 들어 이소시아네이트기, 글리시딜기, 카르복실기 및 옥사졸린기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 관능기를 갖는 화합물, 실란커플링제 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
이에 의해 상기 도금 공정에 의해 웰제거층을 형성함으로써, 수분배리어성, 전해액 확산 방지성 확보 및 금속층과 웰제거층 간의 높은 밀착성에 유리하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 증착 공정에 의해 상기 금속층의 일측 또는 양측에 웰제거층을 형성한다. 상기 증착 공정은 무기재료, 유기재료, 또는 유무기 하이브리드 재료가 사용될 수 있다.
무기재료로는 수분 투과를 억제하는 기능을 발휘하는 것이면 제한되지 않는다. 예컨대, 알루미늄, 스테인리스, 티타늄 등의 금속, 산화규소, 산화티타늄, 산화알루미늄, 산화망간 등의 무기 산화물, 특히 금속, 무기 산화물 또는 탄소 함유 무기 산화물의 증착막일 수 있다. 특히 알루미늄 증착막으로 웰제거층이 형성되는 것이 바람직하다.
유기재료로는 폴리아크릴산, 에폭시 수지, 폴리비닐알콜 등, 또는 유무기 하이브리드 재료도 가능하다.
상기 유무기 하이브리드 재료는, 무기성분의 실리카와 유기성분의 수지를 졸겔법을 통해 형성 가능하며, 예시로 실리카와 폴리비닐알콜(PVA)의 복합재료 등이 가능하다. 또한 PVA 외에 카르복실기, 아세토아세틸기 등으로 변성된 PVA도 가능하다. 무기성분으로 규소 알콕시드(테트라에톡시실란, 메틸트리에톡시실란)를 이용가능하다.
상기 증착 공정에 의해 형성되는 웰제거층의 두께는 0.01~5㎛로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 0.02~5㎛의 두께로 형성될 수 있다.
상기 웰제거층의 두께는 상술한 바와 같이 상기 금속층의 표면 상태나 두께에 따라 조절하여 형성할 수 있으며, 웰의 깊이를 완화할 수 있도록 0.02~3㎛로 형성되는 것이 더욱 바람직하다. 또한 0.02~1㎛로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 따라 증착 공정을 진행하는 경우, 상기 금속층의 표면은 소수성 또는 친수성 표면 처리를 먼저 수행할 수 있다. 이는 증착 공정 시 웰제거층의 코팅성을 향상시키고, 접합 강도(금속층과 웰제거층)를 개선시키기 위한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 상기 표면 처리는 공지된 다양한 방법에 의해 구현될 수 있다. 예컨대 친수성 표면 처리는 금속층 상에 산화물층을 형성하거나, 산소 플라즈마 표면 처리 등을 수행하여 구현할 수 있으며, 소수성 표면 처리는 소수성 물질의 코팅 또는 플라즈마 처리에 의해 구현할 수 있다.
또한, 상기 증착 공정에 의한 상기 웰제거층의 균일도와 표면 조도를 개선시키기 위해 상기 웰제거층을 형성하기 전에 상기 금속층의 표면에 시드층(Seed Layer)을 더 형성할 수 있다.
상기 시드층은 상기 금속층 상에 증착 방법 또는 도금 방법으로 형성할 수 있으며, 본 발명의 일실시예에서는 균일도가 우수한 전기도금 방식으로 형성한다.
상기 시드층은, 상기 웰제거층의 형성 재료와 유사하게, 니켈, 아연, 주석, 크롬, 코발트, 금, 은, 백금 중 어느 하나의 재료료 형성될 수 있다.
한편, 상기 금속층의 일측 또는 양측에 바로 또는 상기 금속층에 웰제거층을 형성한 후에 그 상부에 부식방지층을 형성할 수 있다. 상기 부식방지층은 전해액이나 산에 의한 금속층의 부식을 방지하기 위한 것으로, 상기 금속층의 표면을 내산성 처리하거나, 상기 금속층 또는 웰제거층 상부에 부식방지 수지를 코팅하여 부식방지코팅층을 형성할 수 있다.
본 발명의 일실시예로 상기 부식방지층은 상기 금속층의 표면을 화성 처리하여 화성 피막을 형성하는 것이다. 상기 화성 피막이 형성된 금속층의 일측 또는 양측에 상기 웰제거층이 형성될 수 있다. 구체적으로는 상기 화성 처리는 상기 금속층의 표면에 인산과 산화 티타늄, 산화 란탄 또는 산화 알루미늄의 혼합 수용액을 코팅하여 건조하여 형성할 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않고 공지된 금속의 화성 처리 공정을 적용할 수 있다.
또한 상기 부식방지층은 상기 화성 처리에 의한 화성 피막과는 별개로 또는 화성 피막 상층에 또는 상기 웰제거층 상부에 부식방지코팅층을 형성할 수도 있다. 상기 부식방지코팅층은 양이온성 중합체를 가교제로 가교시킨 수지층을 형성할 수 있다. 여기서, 양이온성 중합체로서는, 예를 들어 폴리에틸렌이민, 폴리에틸렌이민과 카르복실산을 갖는 중합체를 포함하는 이온 고분자 착체, 아크릴 주골격에 1급아민을 그래프트시킨 1급 아민 그래프트 아크릴 수지, 폴리아릴아민 또는 그 유도체, 아미노페놀 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한, 가교제로서는, 예를 들어 이소시아네이트기, 글리시딜기, 카르복실기 및 옥사졸린기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 관능기를 갖는 화합물, 실란커플링제 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
이에 의해 상기 증착 공정에 의해 웰제거층을 형성함으로써, 수분배리어성, 전해액 확산 방지성 확보 및 금속층과 웰제거층 간의 높은 밀착성에 유리하다
본 발명의 또 다른 실시예로, 코팅 공정에 의해 금속층 상에 웰제거층을 형성할 수 있으며, 상기 실시예와 동일한 부분은 설명을 생략하고자 한다.
상기 코팅 공정은 상기 금속층 상에 코팅액을 바(Bar) 코팅 공정, 롤 코팅 공정, 그라비어 코팅 공정, 침지법 등과 같은 공지의 방법으로부터 선택된 코팅법에 의해 금속층 상에 웰제거층을 형성한다.
본 발명의 일실시예로, 상기 금속층 상의 일측 표면은 다이렉트코팅(Direct coating) 및 RKC(Reverse Kiss Coating) 겸용 방식으로 수계 및 용제계 코팅액을 도포하는 제1차 코팅을 수행하고, 상기 금속층 상의 다른 일측표면은 RKC 및 필름업다운코팅(Film up/down coating) 방식으로 코팅액을 도포하는 제2차 코팅을 수행하여 구현될 수 있다.
이는 코팅액의 물성 및 변경까지 고려한 것으로, 기재접촉면과 'Coating Roll' 및 'Doctor'의 위치를 조정할 수 있도록 구성함으로써, 코팅의 균일도 및 작업 속도 향상을 가능하도록 할 수 있는 것이다.
이에 의해 상기 알루미나 코팅 공정에 의해 웰제거층을 형성함으로써, 수분배리어성, 전해액 확산 방지성 확보 및 금속층과 웰제거층 간의 높은 밀착성에 유리하다.
한편 상기 금속층의 양면에 형성되는 웰제거층을 형성하기 전에, 상기 금속층의 양측표면에 방전처리를 수행하여 유분을 제거하는 이물질제거과정을 거칠 수 있으며, 유분이 제거된 금속층 양쪽 표면에서 웰의 발생 여부를 측정하게 되어, 상기 웰제거층 형성 전의 웰 면적을 측정하게 된다.
이와 같이 금속층의 표면에 화성 피막을 형성하고, 그 상부에 웰제거층을 형성하고, 선택적으로 부식방지코팅층을 형성한 후, 상기 금속층의 외측 즉, 상기 웰제거층 상부 또는 화성 피막(또는 부식방지코팅층) 상부에 최외층을 접합 적층하고, 상기 금속층의 내측 즉, 상기 웰제거층 하부 또는 화성 피막(또는 부식방지코팅층) 하부에 실란트층을 접착 적층함으로써, 본 발명에 따른 웰제거층이 구비된 셀 타입 전지 파우치용 적층 구조체가 완성되게 된다.
본 발명의 일실시예로 바깥층부터 최외층/웰제거층/화석 피막(또는 부식방지코팅층)/금속층/화성 피막(또는 부식방지코팅층)/실란트층을 구비할 수 있다.
또 다른 실시예로 도 1에 도시한 바와 같이, 최외층/부식방지코팅층/웰제거층/금속층/웰제거층/부식방지코팅층/실란트층을 구비할 수 있다.
또 다른 실시예로 최외층/웰제거층/화석 피막(또는 부식방지코팅층)/금속층/화성 피막(또는 부식방지코팅층)/웰제거층/실란트층, 또 다른 실시예로 최외층/부식방지코팅층/웰제거층/화성 피막/금속층/화성 피막/웰제거층/부식방지코팅층/실란트층 등의 적층 구조체 등 다양하게 실시될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 실시예는 웰제거층이 금속층의 일측 또는 양측에 형성될 수 있으며, 상기 금속층은 화성 처리되거나, 추가로 부식방지코팅층이 화성 피막의 상측이나 웰제거층의 상측에 형성될 수 있다. 또한 금속층의 화성 처리 없이 부식방지코팅층만 금속층의 상부 또는 웰제거층 상부에 형성될 수도 있다.
상기 웰제거층, 화성 피막, 부식방지코팅층은 각각 상기 금속층의 일측에 형성되거나, 양측에 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 웰을 완화시키는 공정으로, 상기 파우치용 필름의 제조공정 시 원단의 텐션을 높이거나, 상기 파우치용 필름의 제조공정 시 압동롤의 압력을 높일 수 있다.
기존 대비 텐션을 10% ~ 20% 높이거나, 기존 대비 압동롤의 압력을 10% ~ 20% 높임으로써, 웰의 깊이를 완화시킬 수 있으며, 이에 따라 웰의 성형 깊이 한계치를 높이게 된다.
이와 같이 제조된 본 발명에 따른 웰제거층이 구비된 셀 타입 전지 파우치용 필름은 리튬이온전지 셀을 내부에 포함할 수 있도록 파우치 형태로 성형되면서, 최종 파우치형 리튬이온전지를 제공하게 된다.
이하에서는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 실험 결과 테이타를 나타내고자 한다.
(실험 1) 두께 측정기 및 조도 측정기를 이용, 두께 60㎛인 알루미늄 원단 1,000m 1롤을 검사하여 웰의 존재여부를 확인하였다. 검사한 알루미늄 원단의 웰의 깊이는 10㎛ ~ 50㎛ 수준으로 다양하게 검출 되었다. 검출된 알루미늄 원단에 웰의 위치를 표시한 후, 파우치를 제작 하여 각 4mm ~ 16mm 깊이의 성형을 찍어 크랙이나 원단 찢어짐 현상을 관찰하였다.
(성형성 실험방법) 23±2℃, 50±10% 조건에서 성형기와 시험용 금형을 이용하여 깊이별로 성형 후 금속층에 크랙이 발생하지 않는 한계 깊이 측정을 통한 성형성 평가를 실시하였다. 시험용 금형 규격은 30mm x 75mm이고, 파우치 크기는 150mm x 200mm 로 재단하여 실시하였다.
성형기의 성형 깊이를 각 4mm, 8mm, 12mm, 16mm로 설정하여 각 깊이에서의 성형시료(PET필름(두께 12㎛)/나일론(Nylon) 필름(두께 15㎛)(최외층)/금속층(알루미늄 박판)(두께 60㎛)/폴리프로필렌 필름(실란트층)(두께 80㎛))가 크랙과 찢어짐이 발생하는지 여부를 육안으로 관찰하였다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 웰의 깊이가 10㎛일때는 성형 깊이 한계치인 12mm까지 성형하는데 문제가 없었고 웰의 깊이가 20, 30, 40, 50㎛인 시료는 성형 한계치에 못 미치는 성형성 평가 결과가 나왔다. 알루미늄 두께 60㎛인 원단 기준으로는 웰의 깊이가 10㎛ 미만이 되어야 성형성 목표치인 12mm를 성형하는데 문제없음을 확인하였다.
< 표 1 >
참고로, 핀홀 검출기를 통해 핀홀이 검출된 알루미늄 원단(두께 60㎛)을 파우치로 제작 후 똑 같이 성형을 찍어 크랙이나 원단 찢어짐 현상을 관찰하였고 핀홀은 Size가 작고 크고를 떠나 핀홀이 포함된 모든 원단이 크렉이 가거나 찢어지는 현상을 보였다.
(실험 2) 20㎛ 깊이의 웰이 형성된 시료(PET필름(두께 12㎛)/나일론(Nylon) 필름(두께 15㎛)(최외층)/금속층(알루미늄 박판)(두께 60㎛)/폴리프로필렌 필름(실란트층)(두께 80㎛))과, 20㎛ 깊이의 웰에 웰제거층이 형성된 시료(PET필름(두께 12㎛)/나일론(Nylon) 필름(두께 15㎛)(최외층)/금속층(알루미늄 박판)(두께 60㎛)/웰제거층(두께 0.5~1㎛/폴리프로필렌 필름(실란트층)(두께 80㎛))에 대한 성형성 평가를 실시하여, 다음 표 2에 나타내었다.
< 표 2 >
웰제거층이 형성된 경우에 웰의 성형 한계치(12mm)가 웰의 깊이 20㎛에도 가능함을 확인할 수 있었다.
(실험 3) 20㎛ 깊이의 웰이 형성된 시료(PET필름(두께 12㎛)/나일론(Nylon) 필름(두께 15㎛)(최외층)/금속층(알루미늄 박판)(두께 60㎛)/폴리프로필렌 필름(실란트층)(두께 80㎛))와 20㎛ 깊이의 웰이 형성된 금속층에 고텐션 및 압동롤의 고압력 작업을 수행한 경우(PET필름(두께 12㎛)/나일론(Nylon) 필름(두께 15㎛)(최외층)/금속층(알루미늄 박판)(두께 60㎛)/폴리프로필렌 필름(실란트층)(두께 80㎛))에 대한 성형성 평가를 실시하여, 다음 표 3에 나타내었다.
< 표 3 >
고텐션, 압동롤의 고압력 작업을 수행한 경우에 성형 한계치(12mm)가 웰의 깊이 20㎛에도 가능함을 확인할 수 있었다.

Claims (9)

  1. 최외층, 금속층 및 실란트층을 포함하는 셀타입 전지 파우치용 필름에 있어서, 상기 금속층의 웰(well)을 검출하는 단계;
    상기 검출된 웰로 부터 상기 금속층의 두께 대비 상기 웰의 깊이를 고려하여 불량 웰을 표시하는 단계;
    상기 불량 웰로 표시된 영역은 상기 파우치용 필름의 제조시 불량 영역으로 분류하는 단계;
    상기 웰의 깊이에 따라 파우치의 성형 깊이의 한계를 설정하는 단계;를 포함하며,
    상기 불량 영역이 존재하는 경우 상기 웰을 제거하거나 완화시키는 공정이 추가로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웰 검출을 통한 셀타입 전지 파우치용 필름의 성형 깊이 한계 설정 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 웰을 검출하는 단계는,
    공정 라인 상에서 두께 측정기를 이용하여 금속층의 두께를 측정하고,
    이상 두께 부위 발생시 금속층에 이를 표시한 후, 표시된 금속층을 채취하여 조도 측정기를 이용하여 웰의 너비와 깊이를 측정하는 것을 특징으로 하는 웰 검출을 통한 셀타입 전지 파우치용 필름의 성형 깊이 한계 설정 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 검출된 웰로 부터 상기 금속층의 두께 대비 상기 웰의 깊이가 20% ~ 35% 이상일 때 불량 웰로 표시하는 것을 특징으로 하는 웰 검출을 통한 셀타입 전지 파우치용 필름의 성형 깊이 한계 설정 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 웰을 제거하는 공정은,
    상기 금속층과 상기 실란트층 사이에 웰제거층을 형성하거나,
    상기 금속층과 상기 최외층의 사이에 웰제거층을 형성하거나,
    상기 금속층과 상기 실란트층, 상기 금속층과 상기 최외층의 사이에 각각 웰제거층을 형성하는 것을 특징으로 하는 웰 검출을 통한 셀타입 전지 파우치용 필름의 성형 깊이 한계 설정 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 웰제거층이 상기 금속층의 양측에 형성된 경우,
    상기 실란트층 측에 형성된 상기 웰제거층의 두께가 상기 최외층 측에 형성된 상기 웰제거층의 두께보다 상대적으로 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 웰 검출을 통한 셀타입 전지 파우치용 필름의 성형 깊이 한계 설정 방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 웰제거층은,
    도금 공정, 증착 공정 및 코팅 공정 중 어느 하나 또는 둘 이상의 복합 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 웰 검출을 통한 셀타입 전지 파우치용 필름의 성형 깊이 한계 설정 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 웰을 완화시키는 공정은,
    상기 파우치용 필름의 제조공정 시 원단의 텐션을 높이는 것을 특징으로 하는 웰 검출을 통한 셀타입 전지 파우치용 필름의 성형 깊이 한계 설정 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 웰을 완화시키는 공정은,
    상기 파우치용 필름의 제조공정 시 압동롤의 압력을 높이는 것을 특징으로 하는 웰 검출을 통한 셀타입 전지 파우치용 필름의 성형 깊이 한계 설정 방법.
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