KR20000015488A - 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재 - Google Patents
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Abstract
플라스틱 리튬 이온전지의 외장재가 개시된다. 개시된 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재는, 플라스틱 리튬 이온전지에서 전류를 생성하는 전지본체를 둘러싸서 밀봉하는 것으로, 상기 전지본체에 대하여 최내각층이며, 상기 전지본체를 밀봉시 상호 접착이 이루어지는 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층과, 상기 전지본체에 대하여 최외각층인 나일론층 및 상기 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층과 나일론 층 사이에 형성된 금속재로 된 방수층을 포함한다.
Description
본 발명은 플라스틱 리튬 이온전지(Plastic Lithium Ion Battery)의 외장재에 관한 것으로서, 상세하게는 전류를 생성하는 전지본체를 밀봉하여 감싸서 전지의 외형을 이루는 절연성의 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재에 관한 것이다.
전자기기, 특히 캠코더, 셀룰라폰 및 노트북 컴퓨터 등의 소형화, 경량화 및 무선화가 급속하게 진행됨에 따라 이들 전자기기의 구동전원으로서 소형, 경량이며 에너지밀도가 높은 2차전지에 대한 요구가 증대되고 있다. 이러한 점에서, 특히 리튬 2차전지가 주목을 받고 있다.
리튬 2차전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드륨전지, 니켈-수소전지, 니켈-아연전지 등과 비교하여 단위 중량당 에너지 밀도가 3배 정도 높고 급속 충전이 가능하기 때문에 많은 기대를 가지고 국내외에서 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 리튬 2차전지는 전해질, 전극 재료에 따라 리튬 이온전지, 고분자 전해질전지, 플라스틱 리튬 이온전지 등으로 구분된다. 이중 플라스틱 리튬 이온전지는 전해질이 함침되어 있는 폴리머 세퍼레이터를 채용한 구성으로서, 안정성이 우수하며 판상형태의 제작이 가능하여 많은 분야에서 이용 가능하다는 장점이 있다.
통상적으로 이러한 플라스틱 리튬 이온전지는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터가 적층되어 전류를 생성하는 전지본체를 구비한다. 그리고, 전지본체에는 외부와의 전기적 통로역할을 하는 전극단자가 연결되며, 전지본체와 전극단자의 일부는 절연성의 외장재에 의해 밀봉된다. 이러한 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재는 전지몸체를 둘러싸는 형태로 전지몸체에 대하여 최내각층에 열접착성 물질층이 형성되어 상호 접착됨으로써 그 내부를 밀봉하게 된다.
도 1은 종래의 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재의 적층구조를 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 이 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재는 전지몸체(10)에 대하여 최내각층인 열접착성 물질층으로서, 에틸렌과 아크릴산의 공중합체(Poly(Ethylene-co-acrylic acid))에 나트륨, 칼륨, 마그네슘 또는 아연 등을 가하여 측쇄의 카르볼실산을 중화시킨 SURLYN(DUPONT사의 상품명)층(11)을 구비한다. 그리고, SURLYN층(11) 상에 알루미늄층(12)이 형성되어 수분 침투 방지와, 전해액의 손실을 방지한다. 그리고, 알루미늄층(12) 상에 폴리에틸렌층(13)과 폴리에스테르층(14)이 순차적으로 적층되는데, 폴리에스테르층(14)은 전지몸체에 대하여 최외각층으로서 외부로부터의 보호층 역할을 하고, 폴리에틸렌층(13)은 최외각층의 기능을 강화하고 접착기능을 향상하는 역할을 한다.
하지만, 상술한 바와 같은 종래의 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재에서, 알루미늄층(12)의 두께가 약 9㎛ 정도로 얇게 형성되며, 최외각층에 폴리에스테르층(14)이 형성되기 때문에 기계적 강도가 취약하여 성형가공이 용이하지 못하다는 문제점이 있다. 특히, 최외각층으로 이용되는 폴리에스테르층(14)은 성형가공시 균열등이 발생하기 때문에 전지 외장재의 형상을 다양하게 설정할 수 없게 된다. 따라서, 상술한 바와 같은 외장재를 이용하는 플라스틱 리튬 이온전지는 그 제조가 용이하지 못하여 대량양산시 생산성이 나빠진다는 문제점 있다. 또한, 전지의 형상을 다양하게 형성할 수 없기 때문에 적용되는 제품에 따라 적절한 외형을 형성할 수 없다는 문제점도 있다.
그리고, 전지몸체(10)를 둘러싼 외장재를 밀봉하는 과정은 전지몸체(10)에 대하여 최내각층의 상호 겹쳐진 부분에 대한 간단한 열접착가공을 통하여 밀봉하는 방법으로 이루어진다. 하지만, 종래의 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재의 적층구조상 구조적 강도가 취약하여 접합압력 및 접합시간 등을 적절하게 설정하는 것이 용이하지 않기 때문에 소정 밀봉부위에 완전한 밀봉이 이루어지지 않아 전해액이 누출되는 문제점이 발생하여 신뢰성이 저하된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 플라스틱 리튬 이온전지의 전지본체를 감싸서 밀봉하는 것으로, 전지의 대량 양산이 가능하도록 그 성형이 용이하며, 밀봉과정시 신뢰성이 향상되도록 개선된 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재를 도시한 단면도,
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재의 실시예를 각각 도시한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20,30,40.전지본체
21,31,41,46.에틸렌과 아크릴산의 공중합체
22,32,42,24,45. 나일론(Nylon)층 23,33,43.알루미늄층
34,44.폴리에틸렌(Polyethylene)층
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명인 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재는, 플라스틱 리튬 이온전지에서 전류를 생성하는 전지본체를 둘러싸서 밀봉하는 것으로, 상기 전지본체에 대하여 최내각층이며, 상기 전지본체를 밀봉시 상호 접착이 이루어지는 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층과, 상기 전지본체에 대하여 최외각층인 나일론층 및 상기 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층과 나일론층 사이에 형성된 금속재로 된 방수층을 포함한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재의 일실시예를 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 이 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재는 플라스틱 리튬 이온전지에서 전류를 생성하는 전지본체를 둘러싸서 밀봉하는 것으로, 전지본체(20)에 대하여 최내각층으로 형성된 에틸렌과 아크릴산의 공중합체(Poly(Ethylene-co-acrylic acid))층(21)을 구비한다. 이 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층(21)은 전지몸체(20)를 둘러싸는 과정에서 상호 접촉되는 부위가 열접착되어 전지의 내부를 밀봉한다. 그리고, 전지본체(20)에 대하여 최외각층인 나일론(Nylon)층(22)이 마련된다. 이 나일론층(22)은 외부로부터의 보호층의 역할로서, 전지의 외주면에 균열이 발생하는 것을 방지하며 전체적인 성형을 용이하게 한다.
그리고, 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층(21)과 나일론층(22) 사이에는 수분침투 및 전해액의 손실을 방지하기 위하여 금속재로 된 방수층, 예컨대 알루미늄층(23)이 형성된다.
그리고, 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층(21)과 알루미늄층(23) 사이에 나일론층(24)이 형성된다. 이 나일론층(24)은 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층(21)과 알루미늄층(23)의 밀착성을 증진시키며, 알루미늄층(23)의 성형가공이 원할히 이루어지도록 한다. 그리고, 이러한 각 층 사이는 폴리우레탄(polyurethane)접착제를 이용하여 접착시킴으로써, 접착력을 향상시킬 수 있다.
상술한 적층구조를 가지는 외장재의 각 층별 두께는 예컨대, 나일론층(21) : 30㎛, 알루미늄층(23) : 50㎛, 나일론층(24) : 25㎛ , 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층(21) : 55㎛ 로 형성할 수 있다.
그리고, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재의 다른 실시예를 각각 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 전지본체(30)에 대하여 최내각층으로서 에틸렌과 아크릴산의 공중합체(Poly(Ethylene-co-acrylic acid))층(31) 및 전지본체(30)에 대하여 최외각층인 나일론층(32)이 마련된다. 그리고, 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층(31)과 나일론층(32) 사이에 알루미늄층(33)이 형성되는데, 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층(31)과 알루미늄층(33) 사이 및 알루미늄층(33)과 나일론층(32) 사이에 밀착성 증진 및 알루미늄층(33)의 성형이 용이하게 이루어지도록 폴리에틸렌층(34)이 각각 형성된다.
상술한 적층구조를 가지는 외장재의 각 층별 두께는 예컨대, 나일론층(32) : 15㎛, 폴리에틸렌층(34) : 15㎛, 알루미늄층(33) : 55㎛, 폴리에틸렌층(34) : 15㎛, 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층(31) : 45㎛ 로 형성할 수 있다.
그리고, 도 4를 참조하면, 전지본체(40)에 대하여 최내각층으로서 에틸렌과 아크릴산의 공중합체(Poly(Ethylene-co-acrylic acid))층(41) 및 전지본체(40)에 대하여 최외각층인 나일론층(42)이 마련된다. 그리고, 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층(41)과 나일론층(42) 사이에 알루미늄층(43)이 형성된다. 그리고, 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층(41)과 알루미늄층(43) 사이에는 전해액 누액 방지 및 성형을 용이하게 하기 위해 폴리에틸렌층(44), 나일론층(45), 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층(46)이 순차적으로 형성된다. 한편, 상기 나일론층(42)의 아랫면에는 전지본체(40)의 과충전시 발생할 수 있는 화재의 위험을 배제하기 위하여 내열성을 가진 폴리염화비닐층(Poly Vinyl Chloride,PVC,47)을 더 형성시킬 수 있다.
상술한 적층구조를 가지는 외장재의 각 층별 두께는 예컨대, 나일론층(42) : 15㎛, 알루미늄층(43) : 50㎛, 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층(46) : 15㎛, 나일론층(45) : 25㎛, 폴리에틸렌층(44) : 15㎛, 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층(41) : 45㎛ 로 형성할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재는 전지몸체(20)(30)(40)에 대하여 최내각층 및 최외각층으로서 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층(21)(31)(41)과 나일론층(22)(32)(42)으로 각각 형성하며, 그 사이에 적어도 50㎛ 이상의 두께로 알루미늄층(22)(32)(42)을 형성한 구조다. 이러한 구조에서 최외각층인 나일론층(22)(32)(42)은 성형시 전지의 외주면에 균열이 발생하는 것을 방지하며, 적어도 50㎛ 이상의 두께로 형성된 알루미늄층(22)(32)(42)은 성형을 용이하게 한다. 그리고, 상술한 최외각층과 최내각층 및 알루미늄층 사이에 에틸렌과 아크릴산의 공중합체, 나일론, 폴리에틸렌을 이용한 별도의 층을 각각 형성한 구조를 취함으로써, 전체적인 층간의 밀착성, 성형성이 향상되며, 전해액의 누액방지 기능이 향산된다.
그리고, 본 발명에 따른 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재를 이용하여 소정 전지를 제조하기 위해서, 전지의 형상에 적합한 소정 금형을 제작한 후 금형가공을 통하여 외장재를 소정 형상으로 성형함으로써, 전지의 대량생산이 용이하게 이루어질 수 있다. 그리고, 본 발명에 따른 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재는 기계적 강도가 우수하므로 밀봉부위에 적용되는 압력, 온도 및 접합시간을 적절하게 설정하여 상호 접착시킴으로써, 밀봉부위의 접합강도가 향상된다.
본 발명에 따른 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재는, 전지몸체에 대하여 최내각층 및 최외각층으로서 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층과 나일론층으로 각각 형성하며, 그 사이에 적어도 50㎛ 이상의 두께로 알루미늄층을 형성한 구조로 성형이 용이하며, 전해액의 누액방지 기능이 향상된다는 장점이 있다. 따라서, 이러한 외장재를 이용하는 플라스틱 리튬 이온전지는 다양한 외형의 제작 및 대량생산이 용이하며, 신뢰성이 향상된다는 장점이 있다.
Claims (5)
- 플라스틱 리튬 이온전지에서 전류를 생성하는 전지본체를 둘러싸서 밀봉하는 것으로,상기 전지본체에 대하여 최내각층이며, 상기 전지본체를 밀봉시 상호 접착이 이루어지는 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층;상기 전지본체에 대하여 최외각층인 나일론층; 및상기 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층과 나일론층 사이에 형성된 금속재로 된 방수층;을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재.
- 제1항에 있어서,상기 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층과 방수층 사이에 형성된 나일론층을 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재.
- 제1항에 있어서,상기 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층과 방수층 사이 및 상기 방수층과 나일론층 사이에 밀착성 증진을 위하여 형성된 폴리에틸렌층을 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재.
- 제1항에 있어서,상기 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층과 방수층 사이에 형성된 폴리에틸렌층, 나일론층, 에틸렌과 아크릴산의 공중합체층을 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재.
- 제1항에 있어서,상기 나일론층의 아랫면에 형성된 폴리염화비닐층을 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 플라스틱 리튬 이온전지의 외장재.
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