KR20100099532A - 전지케이스용 라미네이트 시트 및 이를 이용한 리튬 이차전지 - Google Patents

전지케이스용 라미네이트 시트 및 이를 이용한 리튬 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 전지케이스의 제조에 사용되는 라미네이트 시트는, 외부 피복층/베리어층/수지 실란트층을 포함하고, 상기 수지 실란트층은 열융착 소재의 매트릭스 내에 무기물 필러 및/또는 유리 전이온도(Tg)가 상기 열융착 소재의 용융 온도 이상인 유기물 필러가 도입되어 있는 라미네이트 시트이다.
이러한 라미네이트 시트는 우수한 기계적 강도를 갖고 열융착 공정 또는 사용 과정에서 수지 실란트층이 붕괴되거나 크랙(crack)이 발생함으로써 베리어층이 부식되는 것을 억제할 수 있어서, 궁극적으로 이를 이용한 이차전지의 안전성 및 수명 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

전지케이스용 라미네이트 시트 및 이를 이용한 리튬 이차전지 {Laminate Sheet for Battery Case and Lithium Secondary Battery Using The Same}
본 발명은 전지케이스용 라미네이트 시트 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전지케이스의 제조에 사용되는 라미네이트 시트로서, 외부 피복층/베리어층/수지 실란트층을 포함하고, 상기 수지 실란트층은 열융착 소재의 매트릭스 내에 무기물 필러 및/또는 유리 전이온도(Tg)가 상기 열융착 소재의 용융 온도 이상인 유기물 필러가 도입되어 있는 라미네이트 시트에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
리튬 이차전지는 그것의 외형에 따라 크게 원통형 전지, 각형 전지, 파우치 형 전지 등으로 분류되며, 전해액의 형태에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 한다.
모바일 기기의 소형화에 대한 최근의 경향으로 인해, 두께가 얇은 각형 전지, 파우치형 전지에 대한 수요가 증가하고 있으며, 특히, 형태의 변형이 용이하고 제조비용이 저렴하며 중량이 작은 파우치형 전지에 대한 관심이 높은 실정이다.
일반적으로, 파우치형 전지는 수지층과 금속층을 포함하는 것으로 구성된 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 내부에 전극조립체와 전해질이 밀봉되어 있는 전지를 말한다. 전지케이스에 수납되는 전극조립체는 젤리-롤형(권취형), 스택형(적층형), 또는 복합형(스택/폴딩형)의 구조로 이루어져 있다. 파우치형 이차전지는 라미네이트 시트에 전극조립체의 장착을 위한 수납부를 형성하고, 상기 수납부에 전극조립체를 장착한 상태에서 상기 시트와 분리되어 있는 별도의 시트 또는 그로부터 연장되어 있는 시트를 열융착하여 밀봉하는 것으로 제조된다.
도 1을 참조하면 전지케이스(10)는 전극조립체(도시되지 않음)를 장착하기 위한 수납부(11)가 형성되어 있는 본체 및 본체와 일체화되어 있으며, 수납부(11)를 밀봉할 수 있는 형태의 덮개(12)로 이루어져 있다.
따라서, 파우치형 이차전지는 전지케이스(10)의 수납부(11)에 전극조립체를 장착한 후, 본체(13)와 덮개(12)의 연결 부위에서 절곡을 행하고, 수납부(11)를 밀봉하기 위하여 절곡 부위를 제외한 본체(13)의 실링부 3면과 덮개(12)를 열융착함으로써 제조된다.
이때, 최내층에 해당하는 수지 실란트층이 서로 대면하고 있는 상기 본체와 덮개의 실링부에 열을 가하는 경우, 수지 실란트층이 용융되면서 본체와 덮개가 융착에 의해 결합 및 밀봉된다.
그러나, 이러한 열융착 공정에서 가해지는 고온의 열에 의해 전지케이스를 구성하는 수지 실란트층에 자유 라디칼이 생성될 수 있다. 이에 따라, 수지 실란트층이 산화되거나 미세한 크랙이 발생하는 등의 열화가 유발될 수 있다.
이 경우, 전지의 밀봉성이 저하되므로 전해액이 외부로 누액되거나 외부의 수분이 전지 내로 침투할 수 있다는 문제점이 발생하고, 이로 인해 전지의 수명이 단축될 수 있으며, 전지의 안전성에 심각한 문제가 생길 수 있다. 상기와 같은 이유로 노출된 알루미늄 층이 전해액 또는 전극탭과 접촉하게 되면 절연 저항이 파괴되며, 통전된 상태에서 충방전이 행해질 경우, 도 3에서 보는 바와 같이, 알루미늄이 산화되어 리튬 알루미늄 합금을 형성하고, 이러한 알루미늄 합금이 전해액으로 용출되어, 알루미늄 베리어층에 미세 기공들이 형성된다.
그 결과, 수분 차단성이 없는 외부 피복층을 통해 유입된 수분이 알루미늄 층에 형성된 미세 크랙을 통해 전지케이스 내부로 유입되어 전지의 스웰링을 초래하고, 결과적으로 리튬 이차전지의 안전성, 전지 내부로 침투 또는 확산된 수분 등에 의해 전지의 스웰링, 수명특성 저하, 장기 보관특성 저하, 절연저항 감소와 같은 악영향을 발생시키게 된다.
따라서, 열융착시 유발될 수 있는 수지 실란트층의 산화 또는 열화로 인해 전지케이스에 크랙이 발생하는 등 전지 성능이 저하되는 문제를 근본적으로 방지하고, 전지의 안정성을 확보할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 종래기술의 문제점들과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 내부 절연피막의 파단 및 붕괴를 억제하고, 그 내부에 위치하는 금속 베리어층의 부식을 방지함으로써 신뢰도 및 성능이 향상된 리튬 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 라미네이트 시트의 수지 실란트층의 크랙 발생 및 금속층의 부식 발생을 최소화 하기 위한 다양한 방법을 시도해 본 결과, 수지 실란트층에서 열융착 소재의 매트릭스 내에 무기물 필러 및/또는 유리 전이온도(Tg)가 상기 열융착 소재의 용융 온도 이상인 유기물 필러를 도입하는 경우, 상기 소망하는 목적들을 모두 만족시킬 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은 전지케이스의 제조에 사용되는 라미네이트 시트로서, 외부 피복층/베리어층/수지 실란트층을 포함하고, 상기 수지 실란트층은 열융착 소재의 매트릭스 내에 무기물 필러 및/또는 유리 전이온도(Tg)가 상기 열융착 소재의 용융 온도 이상인 유기물 필러가 도입되어 있는 것으로 이루어져 있다.
이와 같이, 열융착이 수행되는 수지 실란트층에 소정의 유기, 무기 필러를 도입함으로써, 이를 사용한 전지의 제작시 힛 씰링 툴(heat sealing tool)의 압력 및 고온 노출에 의해 수지 실란트층이 붕괴되거나 크랙이 발생하면서 절연 저항이 파괴되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 베리어층이 수지 실란트층으로부터 노출되는 것을 방지하여 베리어층의 부식(corrosion)을 억제할 수 있어서, 전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있으며, 스웰링 억제를 할 수 있고, 이로 인하여 본 발명은 기존과 대비하여 성능이 향상된 리튬 이차전지를 제조할 수 있다.
상기 열융착은 바람직하게는 150℃ 내지 200℃의 온도에서 이루어질 수 있으므로, 열융착 소재의 매트릭스는 상기 온도범위에서 융점을 가진 소재로 이루어져 있다. 또한, 상기 매트릭스는 베리어층의 절연성을 담보하는 역할을 하므로, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮고 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않아야 한다.
이러한 열융착 소재의 매트릭스의 바람직한 예로는, 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리에틸렌 아크릴산(polyethylene acrylic acid), 무연신 폴리프로필렌(casted polypropylene), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리아미드(polyamide), 폴리아미드 이미드(polyamide-imide), 폴리이미드(polyimide) 및 이들의 혼합물 또는 공중합체 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서, 상기 수지 실란트층은 열융착 소재의 매트릭스 내에 무기물 필러 및/또는 유리 전이온도(Tg)가 상기 열융착 소재의 용융 온도 이상인 유기물 필러가 도입되어 있는 구조를 가진다.
이러한 유기, 무기물 필러는 열융착 과정에서 매트릭스의 구조를 지지하여 기계적 강도를 향상시켜, 수지 실린트층이 붕괴되거나 수지 실린트층에 크랙이 발생하는 것을 방지하여 준다. 결과적으로, 베리어층과 전해액이 반응하는 것을 차단하여 베리어층이 부식되는 것을 방지할 수 있다.
상기 무기물 필러의 종류는 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직한 예로는, Al2O3, ZnO, ZnS, SiO2, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, CaO, Y2O3, TiO2, Sb2O3, BaTiO3, SrTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 (PLZT), Fe3O4, (Co, Ni)O-(Cr, Fe)2O3, PbCrO4, ZnCrO4, BaCrO4, CdS, FeO(OH) nH2O, TiO2-NiO-Sb2O3, Pb(CN)2, Ca2PbO4, Al,Fe,Sn-2PbO-Sb2O5, V-SnO2, V-ZrO2, Pr-ZrSiO4, CrSbO4 또는 Cr2WO6-TiO2, ZrSO4 coated CdS 또는 (CdZn)S, PbCrO4 PbO, PbCrO4 PbMoO4 , PbSO4, Fe2O3+FeO, Fe2O3+MnO2+Mn3O4, ZnO·(Al, Cr, Fe)2O3, Fe2O3, Pb3O4, HgS, CdS+CdSe, CdS+HgS, 2Sb2S3 Sb2O3, Co3(PO4)2, Co3(PO4)2 4H2O, Co3(PO4)2 8H2O, 3NaAl SiO4 Na2S2, Fe4[Fe(CN6)3] nH2O, CoO nAl2O3, CoO nSnO2 mMgO(n=1.5~3.5, m=2~6), Co3O4+SiO2+Al2O3+Fe2O3+NiO+MnO, CoO-nAl2O3 또는 (Co, Zn)O-nAl2O3, 2(Co, Zn)O ·SiO2, V-ZrSiO4, Cr2O3, Cr2O(OH)4, Cu(CH3CO2)2 3CuO(AsO2)2, CoO-ZnO-MgO, (Co, Zn)O ·(Al, Cr)2O3, 3CaO-Cr2O3 ·3SiO2, (Al, Cr)2O3, Sb-SnO2, Co,Ni-ZrSiO4, Mn,P-α- Al2O3, ZnO·(Al, Cr)2O3, Cr-CaO·SnO2·SiO2, Fe-ZrSiO4, Cr,Co-CaO·SnO2·SiO2, ZrSiO4 coated Cd(S,Se), ZnS, Zn2SiO4, (Zn,Cd)S, CaS, SrS, CaWO4, SiC 및 Si3N4 로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 무기물 필러는 전해액 및 전극 활물질과 반응하지 않고 전지의 성능을 저하시키지 않으면서 전지 내의 수분을 흡착할 수 있는, 활성탄(Activated Carbon), 제올라이트(Zeolite), 알루미나(Alumina), 실리카겔(Silica Gel), 모레큘라 시브 (Molecular Sieve), 마그네시아(magnesia: MgO), 이산화티타늄(titania: TiO2)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
이러한 무기물 필러는 전지 자체에 존재하는 수분을 흡수함으로써, 베리어층의 부식을 방지할 수 있고, HF와 같은 유해 물질이 생성되는 것을 방지할 수 있으므로, 전지의 성능, 수명 특성 저하 및 전지 열화를 방지할 수 있다.
또한, 상기 유기물 필러는 열융착 소재의 용융 온도보다 높은 유리전이 온도를 갖는 범위에서, 바람직하게는 160 ~ 250℃의 유리전이온도를 갖는 물질일 수 있다. 유기물 필러의 유리전이온도가 열융착 소재의 용융 온도와 같거나 그 보다 낮으면, 열용착시의 온도와 압력에서 유기물 필러의 형태를 유지하기 어려우므로, 앞서 설명한 바와 같은 효과를 발휘하기 어렵다. 그러한 유기물 필러의 예로는 폴리부틸렌, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, ABS 수지 등의 고분자 수지를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 필러의 함량이 너무 적으면 첨가에 따른 효과를 발휘하기 어려울 수 있고, 필러의 함량이 너무 많으면 실링시의 열융착성이 저하될 수 있다. 또한, 상기 필러의 입경이 너무 작으면 응집에 의해 매트릭스에 균일하게 분포되기 어려울 수 있고 열융착 과정에서 압력에 대해 수지 실란트층을 지지하는 효과를 발휘할 수 없으며, 반대로 입경이 지나치게 크면 열융착을 어렵게 만들고 수지 실란트층의 두께 증가를 유발하므로 바람직하지 않다. 이에, 상기 필러의 함량은 수지 실란트층의 전체 중량에 대하여 0.1 내지 30 중량%인 것이 바람직하며, 상기 필러의 평균 입경(D50)은 실란트층의 두께를 기준으로 10 내지 80%인 것이 바람직하다.
상기 유, 무기물 필러를 매트릭스에 도입하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 용융 압출 방법에 의해 수지 실란트층을 제조할 때 원료 물질에 소정의 유무기 필러를 혼합하여 용융 압출을 수행할 수 있다. 경우에 따라서는 매트릭스에 대한 필러의 결합력을 높이기 위하여, 실란 화합물 등에 의해 필러의 표면을 처리할 수도 있다.
상기 외부 피복층은 외부로부터 전지를 보호하는 역할을 하기 위해 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로 두께 대비 우수한 인장강도와 내후성 등이 요구된다. 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polydethyleneterephthalate; PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polydbuthyleneterephthalate; PBT), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polydethylenenaphthalate; PEN) 등의 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리스티렌 등의 폴리스티렌계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리염화비닐리덴계 수지 등이 사용될 수 있다. 이러한 소재는 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 등이 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 베리어층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있으며, 알루미늄 합금으로는 예를 들어, 합금번호 8079, 1N30, 8021, 3003, 3004, 3005, 3104, 3105 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다. 그 중에서도 8079, 1N30, 8021 및 3004이 베리어층의 금속박으로서 특히 바람직하게 사용될 수 있다.
일반적으로 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀계 수지는 금속과의 접착력이 낮으므로 접착력을 향상시키기 위하여 상기 수지 실란트층에 대면하는 베리어층의 표면은 다수의 요철이 형성될 수 있도록 화학적 및/또는 물리적으로 처리될 수 있다. 이러한 요철은, 예를 들어, 베리어층의 표면에 샌드 블라스팅이나 화학적 엣칭 등을 행하여 형성될 수 있으며, 더욱 넓은 표면적의 확보에 의한 접착력 향상을 기대할 수 있다. 요철의 크기는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 층 상호간의 높은 결합력을 제공할 수 있도록, 10 내지 200 ㎛의 크기인 것이 바람직하다.
상기 라미네이트 시트는 외부 피복층과 베리어층 사이 및/또는 베리어층과 수지 실란트층 사이에 접착층을 추가로 포함하는 구조를 가질 수 있다. 접착층은 베리어층과 외부 피복층부 및 베리어층과 수지 실란트층간의 접착력을 보완하는 역할을 한다.
상기 접착층으로는 예를 들어, 에폭시계, 페놀계, 멜라민계, 폴리 이미드계, 폴리에스테르계, 우레탄계, 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체, 폴리에테르우레탄계 등의 수지를 포함하는 접착제가 사용될 수 있고 (변성)폴리프로필렌 또는 (변성)폴리에틸렌 수지를 용융압출 코팅하여 형성한 용융 압출 수지층이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 라미네이트 시트는 상기 외부 피복층의 두께는 5 내지 40 ㎛이고, 상기 베리어층의 두께는 20 내지 150 ㎛이며, 상기 수지 실란트층의 두께는 10 내지 50 ㎛인 것이 바람직하다. 상기 두께들이 너무 얇은 경우에는 물질에 대한 차단 기능과 강도 향상을 기대하기 어렵고, 반대로 너무 두꺼우면 가공성이 떨어지고 시트의 두께 증가를 유발하므로 바람직하지 않다.
하나의 바람직한 예에서, 본 발명에 따른 라미네이트 시트는 약 7.0 kgf 이상의 침상 관통력을 갖는 고강도 라미네이트 시트일 수 있다. 이러한 고강도 라미네이트 시트의 바람직한 예로는, 베리어층의 상기 베리어층은 알루미늄 합금으로 이루어져 있고, 상기 외부 피복층이 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)로 이루어져 있거나 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)의 외부 피복층의 외면에 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)층이 구비되어 있는 시트를 들 수 있다.
이러한 고강도 라미네이트 시트는 종래 물질의 유입 내지 누출을 방지하는 작용을 주요 기능으로 하던 금속박의 베리어층이 상기 차단 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 가지도록 구성되어 있고 외부 피복층 또는 그것의 외면에 별도의 수지층을 더 포함함으로써 높은 강도를 갖는다.
상기 침상 관통력은 FTMS 101C 기준 측정방식으로 측정된 관통력을 의미하는 바, 종래의 라미네이트 시트형 전지케이스가 대략 5.0 kgf의 침상 관통력을 가지는 데 반하여, 상기 전지케이스는 적어도 7.0 kgf 이상, 바람직하게는 7.0 ~ 10.0 kgf, 더욱 바람직하게는 7.0 ~ 8.5 kgf의 침상 관통력을 가진다. 상기 범위의 침상 관통력은 전지의 사용시 다양한 침상부재에 의해 전지가 훼손될 수 있는 가능성에 대응하여 전지의 안전성이 보장되는 범위라 할 수 있다.
상기 고강도 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스를 사용하면 상단 캡 및 하단 캡 만으로 구성된 팩 케이스를 사용하는 경우에도 박스형의 팩 케이스에 비견될 정도로 높은 기계적 강도를 가질 수 있다. 따라서, 전지팩의 부피 효율이 높고, 상대적으로 고용량인 전지를 제공할 수 있다.
본 발명은 또한, 라미네이트 시트를 이용한 이차전지용 전지 케이스를 제공한다.
상기 이차전지용 케이스는 바람직하게는 파우치형일 수 있고, 이는 라미네이트 시트의 일측에 딥-드로잉에 의해 전극조립체가 안착될 수 있는 수납부를 형성하고 타측을 덮개의 형태로 절곡하여 제조될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 파우치형 이차전지 케이스의 수납부에 전극조립체를 장착한 후 리튬 이차전지를 제공한다. 예를 들어, 이차전지 케이스의 수납부와 덮개의 외주면에서 수지 실란트층을 상호 열융착하여 실링부를 형성함으로써 밀봉될 수 있다. 이러한 리튬 이차전지는 단위전지로 하여 2 이상의 전지를 연결하여 중대형 전지팩으로 이용될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 라미네이트 시트의 단면 구조의 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 라미네이트 시트(100)는 최외층으로서의 외부 피복층(110) 및 열융착성의 수지 실란트층(130)의 사이에 베리어층(120)이 적층되어 있는 구조로 이루어져 있다. 즉, 외측으로부터 외부 피복층(110), 베리어층(120) 및 수지 실란트층(130)이 순서대로 적층되어 있다.
외부 피복층(110)은 전지케이스의 외면을 형성하므로, 외부 환경에 대해 안정적으로 전극조립체를 보호할 수 있는 인장강도와 내후성이 요구되며, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 연신 나일론(Ony)으로 이루어진 외부 피복층(110)은 이러한 요건을 만족시킬 수 있다.
베리어층(120)은 공기를 포함한 가스, 습기 등을 차단하는 층으로서, 성형성이 우수하고, 소정의 강도를 부여할 수 있으며 수분이나 공기를 차단할 수 있는 것이 바람직하며, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 등을 사용할 수 있다.
경우에 따라, 수지 실란트층(130)과 대면하는 베리어층(120)의 표면을 화학적 및/또는 물리적으로 처리하여 미세한 요철들을 형성함으로써 이들 사이의 결합력을 높일 수 있다.
수지 실란트층(130)은 파우치 케이스에서 수납부와 덮개의 내측을 형성하므로 리튬 함유 전해액에 대해 내성이 요구된다. 그와 동시에, 수지 실란트층(130)은 열융착이 행해지는 부위이므로, 수지 실란트층(130)의 소재는 내전해액성과 열융착성을 겸비한 CPP(무연신 폴리프로필렌 필름)을 매트릭스로 하여 이루어질 수 있다. 여기에, 필러(150)가 도입되어 균일하게 분포하고 있다. 필러(150)는 무기물 필러 및/또는 유리 전이온도(Tg)가 상기 열융착 소재의 용융 온도 이상인 유기물 필러일 수 있다.
이와 같이, 필러(150)가 도입되어 있어서, 라미네이트 시트의 강도를 보강할 수 있고, 매트릭스를 지지함으로써 열융착시 수지 실란트층(130)의 붕괴 또는 크랙을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 전해액이 베리어층(120)과 접촉하는 것을 최소화할 수 있으므로 절연 저항을 향상시킬 수 있어서, 궁극적으로 이를 사용한 이차전지의 안전성을 높일 수 있다.
도 3에는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따라 접착층이 추가적으로 포함되어 있는 라미네이트 시트의 단면 구조의 모식도가 도시되어 있다.
본 도면에서는 접착층(140)은 외부 피복층(110)과 베리어층(120) 사이 및 베리어층(120)과 수지 실란트층(130) 사이에 모두 형성되어 있으나, 이들 중 어느 하나에만 포함될 수도 있다.
도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지 케이스(100)를 이용하여 이차전지를 제조하는 과정이 모식적으로 도시되어 있다.
이차전지 케이스(200)는 라미네이트 시트(도 2 및 3 참조)의 일측에 딥-드로 잉에 의해 전극조립체(300)가 안착될 수 있는 수납부(210)를 형성하고 타측을 덮개(220)가 구비된 파우치 형태로 제조될 수 있다. 이러한 이차전지 케이스(200)의 수납부(210)에 전극조립체(300)를 장착하고, 덮개(220)를 절곡하여 수납부(210)를 덮은 후, 절곡 부위를 제외한 본체의 실링부(230) 3면과 덮개(220)를 열융착함으로써 파우치형 전지케이스를 제조할 수 있다.
이차전지는 파우치형 이차전지 케이스(100)의 수납부(120)에 전극조립체(150)를 장착한 후, 서로 대면하고 있는 수지 실란트층(도 3 참조; 130)은 수납부(210)의 외주부(230)에서 덮개(220)의 내측과 접한 상태에서 열융착을 하여 실링부를 형성함으로써 제조될 수 있다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 라미네이트 시트는 수지 실란트층에 유기 또는 무기 필러를 함유시킴으로 라미네이트 시트의 기계적 강도를 향상시키고, 매트릭스를 지지함으로써 열융착시 수지 실란트층이 파단 또는 붕괴되어 절연저항이 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 베리어층의 표면 부식이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
도 1은 일반적인 파우치형 전지케이스의 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 라미네이트 시트의 단면 구조의 모식도이다;
도 3은 본 발명이 또 다른 하나의 실시예에 따른 접착층이 추가로 포함되어 있는 구조의 라미네이트 시트의 단면 구조의 모식도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스를 이용하여 이차전지를 형성하는 과정의 모식도이다.

Claims (17)

  1. 전지케이스의 제조에 사용되는 라미네이트 시트로서, 외부 피복층/베리어층/수지 실란트층을 포함하고, 상기 수지 실란트층은 열융착 소재의 매트릭스 내에 무기물 필러 및/또는 유리 전이온도(Tg)가 상기 열융착 소재의 용융 온도 이상인 유기물 필러가 도입되어 있는 것을 특징으로 하는 라미네이트 시트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열융착 온도는 150 ~ 200℃인 것을 특징으로 하는 라미네이트 시트.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 열융착 소재의 매트릭스는 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리에틸렌 아크릴산(polyethylene acrylic acid), 무연신 폴리프로필렌(casted polypropylene), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리아미드(polyamide), 폴리아미드 이미드(polyamide-imide), 폴리이미드(polyimide) 및 이들의 혼합물 또는 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 라미네이트 시트.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 무기물 필러는 Al2O3, ZnO, ZnS, SiO2, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, CaO, Y2O3, TiO2, Sb2O3, BaTiO3, SrTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1-xLaxZr1- yTiyO3 (PLZT), Fe3O4, (Co, Ni)O-(Cr, Fe)2O3, PbCrO4, ZnCrO4, BaCrO4, CdS, FeO(OH) nH2O, TiO2-NiO-Sb2O3, Pb(CN)2, Ca2PbO4, Al,Fe,Sn-2PbO-Sb2O5, V-SnO2, V-ZrO2, Pr-ZrSiO4, CrSbO4 또는 Cr2WO6--TiO2, ZrSO4 coated CdS 또는 (CdZn)S, PbCrO4 PbO, PbCrO4 PbMoO4 , PbSO4, Fe2O3+FeO, Fe2O3+MnO2+Mn3O4, ZnO·(Al, Cr, Fe)2O3, Fe2O3, Pb3O4, HgS, CdS+CdSe, CdS+HgS, 2Sb2S3 Sb2O3, Co3(PO4)2, Co3(PO4)2 4H2O, Co3(PO4)2 8H2O, 3NaAl SiO4 Na2S2, Fe4[Fe(CN6)3] nH2O, CoO nAl2O3, CoO nSnO2 mMgO(n=1.5~3.5, m=2~6), Co3O4+SiO2+Al2O3+Fe2O3+NiO+MnO, CoO-nAl2O3 또는 (Co, Zn)O-nAl2O3, 2(Co, Zn)O ·SiO2, V-ZrSiO4, Cr2O3, Cr2O(OH)4, Cu(CH3CO2)2 3CuO(AsO2)2, CoO-ZnO-MgO, (Co, Zn)O ·(Al, Cr)2O3, 3CaO-Cr2O3 ·3SiO2, (Al, Cr)2O3, Sb-SnO2, Co,Ni-ZrSiO4, Mn,P-α-Al2O3, ZnO·(Al, Cr)2O3, Cr-CaO·SnO2·SiO2, Fe-ZrSiO4, Cr,Co-CaO·SnO2·SiO2, ZrSiO4 coated Cd(S,Se), ZnS, Zn2SiO4, (Zn,Cd)S, CaS, SrS, CaWO4, SiC 및 Si3N4로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 라미네이트 시트.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 유기물 필러는 고분자 수지로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 라미네이트 시트.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 필러의 함량은 수지 실란트층의 전체 중량에 대하여 0.1 내지 30 중량%인 것을 특징으로 하는 라미네이트 시트.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 필러의 평균 입경(D50)은 실란트층의 두께를 기준으로 10 내지 80%의 크기인 것을 특징으로 하는 라미네이트 시트.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 라미네이트 시트는 외부 피복층과 베리어층 사이 및/또는 베리어층과 수지 실란트층 사이에 접착층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트 시트.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 피복층은 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)인 것을 특징으로 하는 라미네이트 시트.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 베리어층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 라미네이트 시트.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 수지 실란트에 대면하는 베리어층의 표면은 다수의 요철이 형성될 수 있도록 화학적 및/또는 물리적으로 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 라미네이트 시트.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 피복층의 두께는 5 내지 40 ㎛이고, 상기 베리어층의 두께는 20 내지 150 ㎛이며, 상기 수지 실란트의 두께는 10 내지 50 ㎛인 것을 특징으로 하는 라미네이트 시트.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 베리어층은 알루미늄 합금으로 이루어져 있고, 상기 외부 피복층이 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)로 이루어져 있거나 및/또는 상기 외부 피복층의 외면에 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)층이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 라미네이트 시트.
  14. 제 1 항에 따른 라미네이트 시트를 이용한 이차전지용 전지 케이스.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 라미네이트 시트의 일측에 딥-드로잉에 의해 전극조립체가 안착될 수 있는 수납부를 형성하고 타측을 덮개의 형태로 절곡하여 파우치형 형태로 제조되는 것을 특징으로 하는 이차전지 케이스.
  16. 제 15 항에 따른 전지 케이스 및 전극조립체를 포함하는 리튬 이차전지.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 이차전지는 중대형 전지팩의 단위전지로서 사용되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
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