KR20010045902A - 전지의 외장재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전류를 발생하는 전지 본체를 둘러싸서 밀봉하는 전지의 외장재에 있어서, 상기 전지 본체에 대하여 최내각층이며, 상기 전지본체를 밀봉시 상호 접착이 이루어지는 제1폴리에틸렌테레프탈레이트층; 상기 제1폴리에틸렌테레프탈레이트층 상부에 형성되어 있는 폴리머층; 상기 폴리머층 상부에 형성되어 있는 제2폴리에틸렌테레프탈레이트층; 및 상기 전지본체에 대하여 최외각층이며, 상기 제2폴리에틸렌테레프탈레이트층 상부에 형성된 폴리프로필렌층;을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 전지의 외장재를 개시한다. 본 발명에 따르면, 상부 케이스 가장자리 부분과 하부 케이스 가장자리 부분의 접합시 발생되는 전지 단락을 막아 외장재 실링 공정의 수율을 향상시킬 수 있게 된다. 이와 아울러 외장재 접합시 발생되는 미세 단락에 의한 전지의 성능 저하를 막을 수 있고 열융착온도, 압력, 시간 등의 공정조건에 무관하게 실링을 안전하게 실시할 수 있다는 잇점이 있다.
Description
본 발명은 전지의 외장재에 관한 것으로서, 보다 상세하기로는 전류를 생성하는 전지 본체를 밀봉하여 감싸서 전지의 외형을 이루는 전지의 외장재에 관한 것이다.
리튬 2차전지는 전해질의 종류에 따라서 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와 고체형 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다.
리튬 이온 폴리머 전지에서는 캐소드, 애노드 및 세퍼레이타를 적층시킴으로써 전류를 생성하는 전지 본체를 구비한다. 그리고 전지 본체에는 외부와의 전기적 통로 역할을 하는 전극 단자가 연결되며, 전지 본체와 전극 단자의 일부는 절연성의 외장재에 의하여 밀봉된다. 이러한 리튬 이온 폴리머 전지의 외장재는 전지 본체를 둘러싸는 형태로 전지 본체에 대하여 최내각층에 열접착성 물질층이 형성되어 상호 접착됨으로써 그 내부를 밀봉하게 된다.
도 1은 종래에 따른 리튬 이온 폴리머 전지의 일예를 모식적으로 도시한 분리사시도이다.
이를 참조하면, 리튬 이온 폴리머 전지는 캐소드판, 애노드판 및 세퍼레이타를 구비하는 전극 조립체 (11)와, 상기 전극 조립체 (11)를 감싸서 밀봉하는 외장재 (12)를 구비하여 이루어진다. 그리고 상기 전극 조립체 (11)와 상기 전극 조립체(11)에서 형성된 전류를 외부로 유도하기 위한 전기적 통로역할을 하는 전극탭(14, 14')은 케이스 (12) 밖으로 소정 길이 노출되도록 설치된다.
상기 케이스 (12)는 외장재로서, 도 2에 도시된 바와 같은 적층 구조를 가지고 있절연성 필름이다. 도 2를 참조하면, 외장재는 전지 본체 (20)에 대하여 최내각층으로서 열접착성 물질층인 폴리(에틸렌-코-아크릴산)[poly(ethylene-co-acrylic acid: EAA] (21) 상부에, (폴리에틸렌층)(polyethylene: PE) (22), 나일론층 (23), EAA층 (21') 및 알루미늄층 (24)이 순차적으로 적층되어 있고, 이 결과물 상부에 최외각층으로서 나일론층 (23')이 적층되어 있는 구조를 가지고 있다. 여기에서 PE층(22)은 마일라 기능 강화(절연효과 강화) 및 접착 기능을 가지고 있으며, EAA층 (21')은 전해액으로 인하여 외장재가 부푸는 것을 방지하는 기능이 있으며, 알루미늄층 (24)은 수분 침투 방지와 전해액 누출 방지 기능을 가지고 있다. 그리고 나일론층 (23)은 외부층에 크랙이 발생되는 것을 방지하면서 내층 성형가공을 원활하게 하는 기능을 가지고 있다.
상술한 바와 같은 케이스 (12)는, 전극탭 (14, 14')의 일부분만을 노출시킨 채 전극 조립체 (11)를 이 케이스 (12)내에 넣고 반을 접은 후, 열과 압력을 가하여 상부 케이스의 가장자리 부분과 하부 케이스의 가장자리 부분의 열접착성 물질끼리 접착하도록 하여 전지를 밀봉하고 있다.
그런데, 상술한 상부 케이스의 가장자리 부분과 하부 케이스의 가장자리 부분의 열융착과정에서 온도와 압력이 지나치게 높고 그 열융착에 많은 시간이 소요되는 경우에는 외장재 표면의 폴리머층(EAA층)이 녹아 전지 단자와의 단락을 발생시켜 전지 조립 수율이 떨어지고 이와 아울러 미세 단락인경우에는 전지의 성능을 저하되는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여 열융착시 전지 단락을 방지할 수 있는 전지의 외장재를 제공하는 것이다.
도 1은 종래에 따른 리튬 이온 폴리머 전지의 일예를 모식적으로 도시한 분리사시도이고,
도 2는 종래기술에 따른 전지의 외장재의 단면을 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 전지의 외장재 단면을 나타낸 도면이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
11... 전극 조립체 12... 외장재
13, 13'... 연결탭 14, 14'... 전극탭
20, 30... 전지 본체 21, 21'... 폴리(에틸렌-코-아크릴산)층
22... 폴리에틸렌층 23, 23'... 나일론층
24... 알루미늄층 21, 21'... 폴리에틸렌테레프탈레이트층
22... 폴리머층 23... 폴리프로필렌층
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는, 전류를 발생하는 전지 본체를 둘러싸서 밀봉하는 전지의 외장재에 있어서,
상기 전지 본체에 대하여 최내각층이며, 상기 전지 본체를 밀봉시 상호 접착이 이루어지는 제1폴리에틸렌테레프탈레이트층;
상기 제1폴리에틸렌테레프탈레이트층 상부에 형성되어 있는 폴리머층;
상기 폴리머층 상부에 형성되어 있는 제2폴리에틸렌테레프탈레이트층; 및
상기 전지 본체에 대하여 최외각층이며, 상기 제2폴리에틸렌테레프탈레이트층 상부에 형성된 폴리프로필렌층;을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 전지의 외장재를 제공한다.
상기 폴리머층은 폴리사불화에틸렌(polytetrafluoroethylene: PTFE) 수지, 폴리이미드 수지 및 실리콘 수지중에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직한데, 이러한 물질들이 내열성, 내산화성, 내화학성 등의 특성이 우수할 뿐만 아니라 공기 투과율이 낮아서 수분의 침투를 억제하고 전해액의 손실을 방지하는 장점을 가지고 있기 때문이다. 그리고 이러한 폴리머층의 두께는 10 내지 100㎛인 것이 바람직하다.
본 발명의 전지용 외장재의 단면은 도 3에 도시된 바와 같다.
도 3을 참조하면, 전지의 외장재는 전류를 생성하는 전지 본체를 둘러싸서 밀봉하는 것으로 전지 본체 (30)에 대하여 최내각층으로 형성된 제1폴리에틸렌테레프탈레이트층 (31)을 구비한다. 이 제1폴리에틸렌테레프탈레이트층 (31)은 전지 본체를 둘러싸는 과정에서 상호 접촉되는 부위가 열접착되어 전지의 내부를 밀봉한다. 그리고 전지 본체 (30)에 대하여 최외각층인 폴리프로필렌층 (33)이 마련된다. 이 폴리프로필렌층 (33)은 외부로터의 내부층들을 보호하는 역할을 하며, 전지의 외주면에 균열이 발생하는 것을 방지하여 전체적인 성형을 용이하게 한다. 이러한 폴리프로필렌층 (33)은 고온용 폴리프로필렌으로 형성하는 것이 보다 바람직한데, 이 물질이 내열성이 보다 우수하기 때문이다.
상기 제1폴리에틸렌테레프탈레이트층 (31) 상부에는 수분 침투 및 전해액의 손실을 방지하기 위한 폴리머층 (32)이 형성되고 이 폴리머층 (32) 상부에는 이 폴리머층 (32)을 폴리프로필렌층 (33)과 접착시키기 위한 제2폴리에틸렌테레프탈레이트층 (31')이 형성된다.
상기 폴리머층 (32)은 PTFE 수지, 폴리이미드 수지 및 실리콘 수지중에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직한데, 그 이유는 이러한 재질들이 내열성, 내산화성 및 내화학성이 우수하고 공기 투과율이 낮기 때문이다.
상술한 적층 구조를 갖는 외장재의 각 층별 두께는 다음과 같다.
제1폴리에틸렌테레프탈레이트층 (21)의 두께는 10 내지 30㎛, 폴리머층(22) 의 두께는 10 내지 50㎛, 제2폴리에틸렌테레프탈레이트층 (21')의 두께는 10 내지 30㎛, 폴리프로필렌층 (23)의 두께는 10 내지 20㎛이다. 여기에서 폴리머층 (22)의 두께가 10㎛ 미만인 경우에는 가공이 힘들고, 50㎛를 초과하는 경우에는 pouch의 두께가 두꺼워져 전지의 두께가 증가하여 바람직하지 못하다.
이와 같은 전지의 외장재는 그 적용범위가 매우 광범위하며, 특히 리튬 이온 폴리머 전지에서 매우 유용하다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 상세히 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예
전지 본체에 대하여 최내각층인 두께 20㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트층 상부에, 두께 50㎛인 PTFE층, 두께 20㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트층 및 두께 15㎛인 폴리프로필렌층을 순차적으로 적층하여 리튬 이온 전지의 외장재를 제조하였다.
비교예
전지 본체에 대하여 최내각층인 두께 15㎛인 EAA층 상부에, 두께 15㎛인 PE층, 두께 25㎛인 나일론층, 두께 15㎛인 EAA층, 두께 50㎛인 알루미늄층 및 두께 25㎛인 나일론층을 순차적으로 적층하여 리튬 이온 폴리머 전지의 외장재를 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 외장재를 하기 표 1의 조건에 따라 열융착하는 경우, 전지 조립 수율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
| 구분 | 열융착조건 | 전지 조립 수율() | ||
| 온도(℃) | 압력(bar) | 시간(sec) | ||
| 실시예 | 160 | 3 | 2 | 100 |
| 170 | 3 | 3 | 100 | |
| 180 | 3 | 4 | 100 | |
| 비교예 | 160 | 3 | 2 | 87 |
| 170 | 3 | 3 | 70 | |
| 180 | 3 | 4 | 63 |
상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예의 경우는 열융착 온도가 높아질수록 그리고 열융착 소요 시간이 길어질수록 전지 조립 수율이 매우 떨어졌다. 이는 전지 본체에 대하여 최내각층인 EAA층이 녹아서 전지 단자와의 단락이 빈번하게 발생되었기 때문이다.
반면, 실시예는 열융착온도, 압력 및 시간에 관계없이 비교예의 경우와는 달리 전지 조립 수율이 100로 매우 우수하였다. 이는 실시예와 같은 적층 구조를 갖는 외장재는 내열성, 내화학성이 우수하고 공기 투과율이 낮은 PTFE층으로 말미암아 전지 단락 현상이 일어나지 않았기 때문이다.
본 발명에 따르면, 상부 케이스 가장자리 부분과 하부 케이스 가장자리 부분의 접합시 발생되는 전지 단락을 막아 외장재 실링 공정의 수율을 향상시킬 수 있게 된다. 이와 아울러 외장재 접합시 발생되는 미세 단락에 의한 전지의 성능 저하를 막을 수 있고 열융착온도, 압력, 시간 등의 공정조건에 무관하게 실링을 안전하게 실시할 수 있다는 잇점이 있다.
Claims (3)
- 전류를 발생하는 전지 본체를 둘러싸서 밀봉하는 전지의 외장재에 있어서,상기 전지 본체에 대하여 최내각층이며, 상기 전지 본체를 밀봉시 상호 접착이 이루어지는 제1폴리에틸렌테레프탈레이트층;상기 제1폴리에틸렌테레프탈레이트층 상부에 형성되어 있는 폴리머층;상기 폴리머층 상부에 형성되어 있는 제2폴리에틸렌테레프탈레이트층; 및상기 전지 본체에 대하여 최외각층이며, 상기 제2폴리에틸렌테레프탈레이트층 상부에 형성된 폴리프로필렌층;을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 전지의 외장재.
- 재1항에 있어서, 상기 폴리머층이 폴리사불화에틸렌 수지, 폴리이미드 수지 및 실리콘 수지중에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지의 외장재.
- 제1항에 있어서, 상기 폴리머층의 두께가 10 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 전지의 외장재.
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