KR102643890B1 - 이차전지 파우치용 다층 필름 및 이의 제조방법 - Google Patents

이차전지 파우치용 다층 필름 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부 수지층, 금속층 및 내부 수지층을 포함하고, 상기 금속층과 상기 내부 수지층 사이에, 수지 매트릭스 내 금속-포스페이트계 층상 입자가 분산된 절연 수지층이 구비된 이차전지 파우치용 다층 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

이차전지 파우치용 다층 필름 및 이의 제조방법{MULTILAYER FILM FOR SECONDARY BATTERY POUCH AND PREPARATION METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 이차전지 파우치용 다층 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 리튬 이차 전지는 전해액의 형태에 따라 리튬이온 이차전지, 리튬이온 폴리머 전지 및 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되고 있다. 그리고 외형에 따라 크게 원통형 이차전지, 각형 이차전지 및 파우치(pouch)형 이차전지 등으로 구분되고 있다. 이 중, 파우치형 이차전지는 원통형 이차전지나 각형 이차전지에 비하여 경량화 및 소형화에 유리하여, 전기 자동차 및 하이브리드 전기 자동차의 동력원으로써 주목 받고 있다.
파우치형 이차전지는 양극판, 세퍼레이터 및 음극판을 포함하는 단위 셀을 반복적으로 적층시킨 구조의 셀 어셈블리 및 이를 실링하는 파우치 필름을 기본 구조로서 포함한다. 나아가, 파우치형 이차전지에 적용되는 파우치 필름은 알루미늄과 같은 금속 재질의 금속층을 포함하여, 셀 어셈블리를 외부 환경과 차단하게 된다. 파우치형 이차전지는 각각의 단위셀에 리드탭이 접합되며, 리드탭은 파우치 필름과 열융착 등의 방법으로 접합된다. 파우치형 이차전지는 리드탭을 통하여 충방전이 이루어지게 되며, 리드탭과 파우치 필름 내의 금속층의 단락은 이차전지의 기능 상실을 일으키는 매우 중요한 문제로 작용한다. 그러므로, 리드탭과의 단락 가능성을 최소화할 수 있는 파우치 필름의 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제 10-1381598 호
본 발명은 이차전지 파우치용 다층 필름 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다. 구체적으로, 효과적인 리드탭과의 단락을 방지가 가능한 이차전지 파우치용 다층 필름 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시상태는, 외부 수지층, 금속층 및 내부 수지층을 포함하고, 상기 금속층과 상기 내부 수지층 사이에, 수지 매트릭스 내 금속-포스페이트계 층상 입자가 분산된 절연 수지층이 구비된, 이차전지 파우치용 다층 필름을 제공한다.
본 발명의 다른 실시상태는, 준비된 금속-포스페이트계 층상 입자를 수용성 고분자를 포함하는 고분자 용액에 분산시켜 절연 수지 조성물을 제조하는 단계; 상기 절연 수지 조성물을 금속층의 일면 상에 도포한 후 건조하여 절연 수지층을 형성하는 단계; 상기 절연 수지층 상에 내부 수지층을 형성하는 단계; 및 상기 금속층의 타면 상에 외부 수지층을 형성하는 단계;를 포함하는, 상기 이차전지 파우치용 다층 필름의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 이차전지 파우치용 다층 필름은 효과적으로 리드탭과의 단락을 방지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명의 일 실시상태에 따른 이차전지 파우치용 다층 필름은 열압착을 통한 리드탭과의 접합 과정에서 열에 의해 용융되지 않는 금속-포스페이트계 층상 입자가 포함된 절연 수지층을 포함함으로써 용융 압착 과정에서 리드탭과의 단락을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 이차전지 파우치용 다층 필름의 적층 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 제조된 금속-포스페이트계 층상 입자의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 3은 금속-포스페이트계 층상 입자의 층 간에 계면활성제가 구비되는 것을 나타낸 것이다.
도 4는 계면활성제가 층 간에 삽입된 금속-포스페이트계 층상 입자의 분말을 수득한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 2에 따른 절연 수지층의 산소투과도를 나타낸 것이다.
도 6은 실시예에 따른 절연 수지층의 모식도를 나타낸 것이다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에 있어서, "종횡비" 는 층상형 또는 판상형 화합물의 두께에 대한 최대 치수의 비, 구체적으로 두께에 대한 최대 길이의 비를 의미할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 어느 부재의 두께는 micrometer를 이용하여 측정될 수 있다.
본 발명자들은 파우치형 이차전지의 리드탭을 열압착 등을 통하여 밀봉하는 경우, 금속층이 포함된 파우치 필름과 리드탭이 단락되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 기술을 연구한 결과 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 구체적으로, 본 발명은 일반적인 파우치형 이차전지의 다층필름의 내부 수지층과 금속층 사이에 금속-포스페이트계 층상 입자를 포함하는 추가의 절연 수지층을 구비함으로써, 파우치 필름과 리드탭과의 단락을 손쉽게 방지할 수 있음을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시상태는, 외부 수지층, 금속층 및 내부 수지층을 포함하고, 상기 금속층과 상기 내부 수지층 사이에, 수지 매트릭스 내 금속-포스페이트계 층상 입자가 분산된 절연 수지층이 구비된, 이차전지 파우치용 다층 필름을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속-포스페이트계 층상 입자는 금속-포스페이트계 층상 화합물로부터 유래되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 금속-포스페이트계 층상 입자는 금속-포스페이트계 층상 화합물 자체 또는 상기 금속-포스페이트계 층상 화합물로부터 유래된 금속-포스페이트계 판상형 화합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속-포스페이트계 층상 입자는 층 간에 계면활성제가 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 금속-포스페이트계 층상 입자는 금속-포스페이트계 층상 화합물의 층 간에 계면활성제를 삽입하여 층간 간격을 크게 하거나, 금속-포스페이트계 층상 화합물을 박리하여 각 층을 분리할 수도 있다. 이와 같은 계면활성제의 삽입으로 인하여, 상기 절연 수지층의 수지 매트릭스를 구성하는 수지 용액에서 상기 금속-포스페이트계 층상 입자가 용이하게 분산될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속-포스페이트계 층상 입자의 층 간에 구비되는 계면활성제는 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제 중 적어도 1종을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 계면활성제는 비이온성 계면활성제일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 계면활성제는 아민계 계면활성제일 수 있으며, 비제한적인 예시로서 상기 계면활성제는 Triethanol amine(TEA), triisopropanol amine(TIPA), diisopropanol amine(DIPA), dimethylethanol amine(DMEA), N-Methyldiethanolamine(MDA), N-Butyldiethanolamine(BDA), 및 Tris(hydroxymethyl)aminomethane(TRIS) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속-포스페이트계 층상 입자는 판상형 화합물로서, 높은 종횡비를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 금속-포스페이트계 층상 입자는 10 내지 100,000의 종횡비(aspect ratio)를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속-포스페이트계 층상 입자의 금속 원소는 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 하프늄(Hf), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 칼슘(Ca), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 망간(Mn), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 카드뮴(Cd), 갈륨(Ga), 인듐(In), 은(Ag), 금(Au), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 텅스텐(W), 철(Fe), 루테늄(Ru) 및 로듐(Rh)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 금속-포스페이트계 층상 입자는 α-Zr(HPO4)2·H2O, γ-Zr(PO4)(H2PO4)·2H2O, ZrPO4Cl(CH3)2SO 등과 같은 지르코늄-포스페이트계 층상 입자; α-Ti(HPO4)2·H2O, γ-Ti(PO4)(H2PO4)·2H2O 등과 같은 티타늄-포스페이트계 층상 입자; α-Hf(HPO4)2·H2O과 같은 하프늄-포스페이트계 층상 입자; α-Si(HPO4)2와 같은 실리콘-포스페이트계 층상 입자; α-Ge(HPO4)2·H2O와 같은 게르마늄-포스페이트계 층상 입자; α-Sn(HPO4)2·H2O와 같은 주석-포스페이트계 층상 입자; α-Pb(HPO4)2·H2O와 같은 납-포스페이트계 층상 입자; VOPO4·2H2O, VO(HPO4)·0.5H2O 등과 같은 바나듐-포스페이트계 층상 입자; NbOPO4·3H2O, HNb(PO4)2 등과 같은 니오븀-포스페이트계 층상 입자; 및 HTa(PO4)2·2H2O와 같은 탄탈륨-포스페이트계 층상 입자로 선택된 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속-포스페이트계 층상 입자는 상기 절연 수지층의 면방향과 평행하게 배향될 수 있다. 구체적으로, 상기 금속-포스페이트계 층상 입자는 높은 종횡비를 가지고, 상기 절연 수지층의 면방향과 평행하게 횡방향으로 분포되어, 낮은 함량으로도 효과적으로 상기 금속층과 리드탭의 접촉을 방지할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 이차전지 파우치용 다층필름을 리드탭과 열압착하는 경우, 상기 금속-포스페이트계 층상 입자는 단위 면적당 높은 밀도로 상기 금속층과 리드탭 사이에 위치하게 되고, 나아가 높은 종횡비 특성에 의하여 낮은 함량으로도 서로 겹치는 영역이 쉽게 형성되어 효과적으로 상기 금속층과 리드탭을 절연시킬 수 있다. 즉, 상기 이차전지 파우치용 다층 필름의 열압착 시 국지적으로 높은 압력이 걸리게 되는 경우, 상기 금속-포스페이트계 층상 입자는 상기 금속층과 리드탭 과의 단락을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 이차전지 파우치용 다층 필름의 적층 구조를 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 1은 금속-포스페이트계 층상 입자가 내부에 분포된 절연 수지층(40)이 금속층(30)과 내부 수지층(20) 사이에 구비되고, 금속층(30)의 외면 방향으로 외부 수지층(10)이 구비된 이차전지 파우치용 다층 필름(100)을 나타낸 것이다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속-포스페이트계 층상 입자의 최대 직경은 10 ㎚ 이상 100 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 금속-포스페이트계 층상 입자의 최대 직경은 횡 방향 면에서의 최대 직경을 의미할 수 있다. 상기 금속-포스페이트계 층상 입자의 최대 직경이 상기 범위 내인 경우, 상기 절연 수지층을 형성하기 위한 절연 수지 조성물 내에서 효과적으로 분산될 수 있고, 이에 따라 상기 절연 수지층 내에서 높은 균일도를 가지며 구비될 수 있다. 나아가, 상기 금속-포스페이트계 층상 입자의 최대 직경이 상기 범위 내인 경우, 상기 절연 수지층을 제조하는 과정에서의 절연 수지 조성물의 유동성을 적절하게 확보하여, 균질한 두께의 절연 수지층을 제조할 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 절연 수지층 내의, 상기 수지 매트릭스와 상기 금속-포스페이트계 층상 입자의 중량비는 1:0.5 내지 1:10 일 수 있다. 상기 금속-포스페이트계 층상 입자의 함량이 상기 범위 내인 경우, 상기 절연 수지층은 효과적으로 금속층과 리드탭의 단락을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 절연 수지층 내의 상기 수지 매트릭스는 폴리아크릴아미드, 폴리비닐알코올 및 폴리아크릴산으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 절연 수지층의 수지 매트릭스는 수용성 고분자로부터 유래된 것일 수 있다. 상기 수용성 고분자는 폴리아크릴아미드, 폴리비닐알코올 및 폴리아크릴산으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함할 수 있다. 상기 절연 수지층은 수용성 고분자를 포함하는 고분자 용액에 상기 금속-포스페이트계 층상 입자를 분산시킨 조성물을 도포한 후 건조하는 방법으로 손쉽게 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 절연 수지층의 두께는 0.5 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 두께 범위 내에서 최소한의 두께로 상기 절연 수지층은 상기 이차전지 파우치용 다층 필름에 필요한 물성을 저해하지 않으며 적용될 수 있다.
상기 외부 수지층은 외부 환경으로부터 파우치형 이차전지를 1차적으로 보호하고, 외부환경으로부터 하부 금속층의 부식 또는 손상을 방지하기 위한 역할을 하여야 하므로, 소정의 인장 강도와 내후성을 가지는 내후성 고분자로 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 외부 수지층은 폴리에틸렌프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 또는 나일론 재질로 구성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 당업계에 알려진 내후성 고분자가 적용될 수 있다.
상기 내부 수지층은 리드탭과 열압착을 통하여 이차전지 내부의 전해액 및 가스 등의 유출을 방지하기 위한 것으로서, 열가소성 수지로 구성될 수 있다. 상기 열가소성 수지는 열가소성 폴리올레핀 수지로서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리-1-부텐, 폴리이소부틸렌, 프로필렌과 에틸렌의 공중합체, 프로필렌과 올레핀계 모노머의 공중합체, 폴리에테르에테르케톤, 폴리페닐렌술파이드 수지(SPS), 폴리페닐렌에테르, 폴리스티렌, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 및 폴리부틸렌나프탈레이트(PBN) 및 폴리메틸펜텐으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 당업계에 알려진 열가소성 수지가 적용될 수 있다.
상기 금속층은 파우치형 이차전지에서의 가스, 습기 등의 이물질 유입 또는 누출을 방지하는 기능뿐만 아니라 이차전지 케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록 하는 역할을 할 수 있다. 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속층은 알루미늄(Al), 철(Fe), 구리(Cu), 주석(Sn), 니켈(Ni), 코발트(Co), 은(Ag), 스테인레스(stainless steel), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn), 및 티탄(Ti)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 금속 또는 이들의 합금일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속층은 화성 처리된 금속층일 수 있다.
본 발명의 다른 실시상태에 따르면, 준비된 금속-포스페이트계 층상 입자를 수용성 고분자를 포함하는 고분자 용액에 분산시켜 절연 수지 조성물을 제조하는 단계; 상기 절연 수지 조성물을 금속층의 일면 상에 도포한 후 건조하여 절연 수지층을 형성하는 단계; 상기 절연 수지층 상에 내부 수지층을 형성하는 단계; 및 상기 금속층의 타면 상에 외부 수지층을 형성하는 단계;를 포함하는, 이차전지 파우치용 다층 필름의 제조방법을 제공한다.
상기 이차전지 파우치용 다층 필름의 제조방법을 통하여 전술한 이차전지 파우치용 다층 필름을 제조할 수 있다. 나아가, 이차전지 파우치용 다층 필름의 제조방법에서 언급되는 각 구성은 전술한 이차전지 파우치용 다층 필름에서의 구성과 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 절연 수지 조성물은 상기 수용성 고분자를 수용성 용매에 용해시킨 고분자 용액에 상기 금속-포스페이트계 층상 입자를 분산시킨 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 절연 수지층을 형성하는 단계는 바 코팅법, 그라비아 코팅법, 콤마 코팅법, 슬롯 다이 코팅법 또는 스프레이 코팅법을 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 수용성 고분자와 상기 금속-포스페이트계 층상 입자의 중량비는 1:0.5 내지 1:10일 수 있다. 상기 중량비의 범위 내에서 상기 금속-포스페이트계 층상 입자의 분산성이 유지되어, 효과적인 절연 수지층이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 내부 수지층을 형성하는 단계, 및 상기 외부 수지층을 형성하는 단계는 각각 용도에 적합한 수지 조성물을 이용하여 도포한 후 경화하는 방법을 이용할 수 있다. 이는 당업계에서 알려진 코팅층 형성 방법을 제한 없이 적용할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
[제조예 1-1] - 금속-포스페이트계 층상 입자의 제조
ZrOCl2·8H2O 10 g을 12 M의 인산 수용액 100 ml에 투입하고, 이를 Teflon lined 고압반응기에 넣고 약 100 ℃에서 약 24시간 동안 반응을 진행하였다. 반응 종료 후, 원심분리기를 이용하여 미반응물을 제거하고, 침전물을 건조하여 α-ZrP 층상 입자를 얻었다.
도 2는 수득된 금속-포스페이트계 층상 입자의 SEM 이미지를 나타낸 것이다. 구체적으로, 합성된 α-ZrP 층상 입자의 크기는 길이 방향으로 약 400 nm 내지 약 1 ㎛ 을 나타내며, 여러 층이 적층된 두께는 약 150 nm 내지 약 250 nm이었다.
상기와 같이 수득된 α-ZrP 층상 입자 2 g을 증류수 50 ml에 투입하고 분산시켰다. 그리고 나서, 계면활성제인 Tris(hydroxymethyl)aminomethane(TRIS) 를 3g 투입한 후 약 10분 동안 초음파 처리하였다. 그리고, 상온에서 약 24시간 동안 교반한 후, 17,000rpm으로 약 2시간 동안 원심분리하여 얻은 하부의 겔을 동결 건조하여 계면활성제가 층간에 삽입된 α-ZrP 층상 입자를 수득하였다.
도 3은 금속-포스페이트계 층상 입자의 층 간에 계면활성제가 구비되는 것을 나타낸 것이다.
도 4는 계면활성제가 층 간에 삽입된 금속-포스페이트계 층상 입자의 분말을 수득한 결과를 나타낸 것이다.
[제조예 1-2]
계면활성제를 N-Butyldiethanolamine(BDA)로 변경한 것을 제외하고 제조예 1-1과 동일한 방법으로 금속-포스페이트계 층상 입자를 제조하였다.
[제조예 1-3]
계면활성제를 N-Methyldiethanolamine(MDA)로 변경한 것을 제외하고 제조예 1-1과 동일한 방법으로 금속-포스페이트계 층상 입자를 제조하였다.
[실시예 1] - 절연 수지층의 표면 저항 및 접착 강도
제조예 1-1에서 수득한 금속-포스페이트계 층상 입자(α-ZrP)를 PVA 수용액에 하기 표 1과 같은 조성으로 제조한 후, 화성 처리된 Al 호일(15 cm X 15 cm)의 표면 상에 바 코팅(RDS No. 12)하고, 약 80 ℃에서 약 2시간 동안 건조한 후에 4 탐침형(4-pin probe type)의 표면저항 측정기(Mitsubishi사의 Loresta-GP MCP-T610 model)를 이용하여 표면 저항을 측정하였다. 나아가, 180 ℃의 heating block에서 약 4초 동안 0.2 MPa의 압력으로 상기 절연 수지층과 리드탭을 융착시킨 후 전해액에 침지하여 약 80 ℃의 오븐에서 24시간 동안 보관한 후에 시편을 꺼내어 리드탭과 절연 수지층 사이의 접착강도(adhesion strength)를 측정하였다.
PVA
(wt%) 		α-ZrP
(wt%) 		표면저항
(mΩ/□) 		Adhesion Strength
(N/10mm)
비교예 1 0 0 1.6x10 -4 17.4
비교예 2 1 0 2.1x10 -4 16.7
비교예 3 2 0 2.1x10 -2 17.2
비교예 4 3 0 > 10 8 17.3
실시예 1 1 1 2.2x10 -4 16.8
실시예 2 1 2 10 16.7
실시예 3 1 3 > 10 8 17.0
표 1에 따르면, 비교예 2 내지 4에 있어서, PVA의 함량이 늘어나 PVA층이 두꺼워질수록 표면 저항이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이에 반하여, 실시예 1 내지 3에 따르면, PAV의 함량이 적더라도 금속-포스페이트계 층상 입자를 포함시킴으로써 두께 증가 없이도 표면 저항을 향상시킬 수 있음을 알 수 있었으며, 리드탭과의 부착력의 감소도 실질적으로 거의 없음을 확인할 수 있었다.
[실시예 2] - 절연 수지층의 산소 투과도
제조예 1-1 내지 1-3에서 수득한 금속-포스페이트계 층상 입자(α-ZrP)를 각각 PVA 수용액에 분산하여 하기 표 2와 같은 조성으로 제조한 후, 플라즈마 처리된 BOPP 필름 위에 바 코팅(RDS No. 12)하고, 약 80 ℃에서 약 2시간 동안 건조하였다. 절연 수지층이 코팅된 BOPP 필름을 산소투과도 측정장치(MOCON 사의 OX-TRAN 2/21)를 이용하여 23.0 ℃ 및 0 RH%의 조건에서 산소 투과도를 측정하여, 도 5에 나타내었다. 도 5의 #1은 제조예 1-1에 따른 금속-포스페이트계 층상 입자(α-ZrP/TRIS)를 이용한 결과이고, #2는 제조예 1-2에 따른 금속-포스페이트계 층상 입자(α-ZrP/BDA)를 이용한 결과이며, #3은 제조예 1-3에 따른 금속-포스페이트계 층상 입자(α-ZrP/MDA)를 이용한 결과이다.
PVA (wt%) α-ZrP
(wt%) 		PVA:α-ZrP
실시예 4 1 0.5 2:1
실시예 5 1 1 1:1
실시예 6 1 3 1:3
실시예 7 1 5 1:5
실시예 8 1 10 1:10
도 5의 결과에 따르면, 금속-포스페이트계 층상 입자 없이 1 wt%의 PVA 용액을 바 코팅한 BOPP 필름의 산소투과도는 26.4 cc/㎡/day이었으며, 금속-포스페이트계 층상 입자의 함량이 증가함에 따라 산소투과도가 감소하는 것을 볼 수 있었다. 금속-포스페이트계 층상 입자(α-ZrP)가 PVA 매트릭스 내에 분산될 때 도 6에 따른 절연 수지층의 모식도와 같이 면방향에 평행하게 배치되면 tortuosity effect로 인해 산소투과도가 감소하게 된다. 특히, #1, #3의 경우, 각각 금속-포스페이트계 층상 입자 함량이 3 wt%인 경우, 1 cc/㎡/day 내외의 산소투과도를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이와 같은 낮은 산소 투과도는 PVA 매트릭스 내에 금속-포스페이트계 층상 입자가 고르게 분산됨을 의미하므로, 금속-포스페이트계 층상 입자에 따른 절연 특성의 향상도 기대할 수 있다.
10: 외부 수지층
20: 내부 수지층
30: 금속층
40: 절연 수지층
100: 이차전지 파우치용 다층 필름

Claims (11)

  1. 외부 수지층, 금속층 및 내부 수지층을 포함하고,
    상기 금속층과 상기 내부 수지층 사이에, 수지 매트릭스 내 금속-포스페이트계 층상 입자가 분산된 절연 수지층이 구비되며,
    상기 금속-포스페이트계 층상 입자는 층 간에 계면활성제가 구비되고,
    상기 절연 수지층 내의, 상기 수지 매트릭스와 상기 금속-포스페이트계 층상 입자의 중량비는 1:2 내지 1:10 인, 이차전지 파우치용 다층 필름.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속-포스페이트계 층상 입자는 10 내지 100,000의 종횡비(aspect ratio)를 가지는 것을 특징으로 하는, 이차전지 파우치용 다층 필름.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속-포스페이트계 층상 입자의 최대 직경은 10 ㎚ 이상 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 이차전지 파우치용 다층 필름.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속-포스페이트계 층상 입자의 금속 원소는 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 하프늄(Hf), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 칼슘(Ca), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 망간(Mn), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 카드뮴(Cd), 갈륨(Ga), 인듐(In), 은(Ag), 금(Au), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 텅스텐(W), 철(Fe), 루테늄(Ru) 및 로듐(Rh)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는, 이차전지 파우치용 다층 필름.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연 수지층 내의 상기 수지 매트릭스는 폴리아크릴아미드, 폴리비닐알코올 및 폴리아크릴산으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는, 이차전지 파우치용 다층 필름.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속-포스페이트계 층상 입자는 상기 절연 수지층의 면방향과 평행하게 배향되는 것을 특징으로 하는, 이차전지 파우치용 다층 필름.
  9. 준비된 금속-포스페이트계 층상 입자를 수용성 고분자를 포함하는 고분자 용액에 분산시켜 절연 수지 조성물을 제조하는 단계;
    상기 절연 수지 조성물을 금속층의 일면 상에 도포한 후 건조하여 절연 수지층을 형성하는 단계;
    상기 절연 수지층 상에 내부 수지층을 형성하는 단계; 및
    상기 금속층의 타면 상에 외부 수지층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 금속-포스페이트계 층상 입자는 층 간에 계면활성제가 구비되고,
    상기 수용성 고분자와 상기 금속-포스페이트계 층상 입자의 중량비는 1:2 내지 1:10인, 이차전지 파우치용 다층 필름의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 절연 수지층을 형성하는 단계는 바 코팅법, 그라비아 코팅법, 콤마 코팅법, 슬롯 다이 코팅법 또는 스프레이 코팅법을 이용하는 것을 특징으로 하는, 이차전지 파우치용 다층 필름의 제조방법.
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