KR20120042537A - 전지 외장재 및 이를 포함하는 이차전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기밀성과 성형성이 우수하고, 외부의 충격에 보다 더 안정한 리튬이온 이차전지의 전지 외장재와 이를 이용한 전지의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 전지 외장재는, 냉연강, 알루미늄 또는 스테인레스강을 포함하는 금속판에 니켈 또는 아연 도금층이 형성되어 있고, 금속판의 양면 중 전지 외장재의 내면이 되는 면의 도금층 상에 인산염 화성 피막층, 크로메이트계 화성 피막층 또는 이들의 결합층이 형성되어 있고, 금속판은 전지 극판 조립체를 감싸는 상판과 하판으로 이루어져 있고, 상판 및 하판 중 적어도 어느 하나는 전지 극판 조립체가 함입되도록 5 ~ 200 mm 이상의 깊이로 함몰 성형되어 있고, 상판 및 하판의 사방 끝단은 용접에 의하여 상호 밀봉되어 있는 것이고, 본 발명의 전지의 제조방법은 (a) 냉연강, 알루미늄 또는 스테인레스강을 포함하는 금속판 상판 및 하판 중 적어도 어느 하나를, 전지 극판 조립체가 함입되도록 0.5 ~ 200 mm 이상의 깊이로 함몰 성형하는 단계, (b) 금속판에 니켈 도금층 또는 아연 도금층을 형성하는 단계, (c) 금속판의 양면 중 전지 외장재의 내면을 이루는 면의 도금층 상에 인산염 화성 피막층, 크로메이트계 화성 피막층 또는 이들의 결합층을 형성하는 단계, (d) 함몰 부위에 폴리머 전지를 위치시키고 상판 및 하판으로 케이싱하는 단계 및 (d) 상판과 하판의 테두리를 서로 밀봉되도록 용접하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 기밀성과 성형성이 우수하고, 외부의 충격에 보다 더 안정한 리튬이온 이차전지의 전지 외장재 (외장 케이스)와 이를 이용한 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.
리튬 이차전지는 셀룰러폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등 전자기기 분야에 널리 사용되고 있으며, 하이브리드 전기 자동차 등의 전지로 사용된다.
리튬 이차전지의 외장재로는 알루미늄, 니켈 또는 냉연강판 등을 성형가공하여 원통형 또는 평행육면체형 등으로 제작한 금속캔, 또는 알루미늄과 폴리올레핀계 필름 등을 라미네이트하여 제작하는 파우치형 전지 외장재 등이 사용된다.
특히 고용량 및 고율방전이 요구되는 전기자동차용 전지를 제조하기 위하여, 전지의 형태적 장점을 가지는 알루미늄 파우치형 전지 외장재가 주로 사용된다. 알루미늄 파우치형 전지 외장재는 전지의 형태적인 장점에도 불구하고, 특히 전기자동차용 이차전지에서 요구되는 성능적 특성을 충분히 만족하지 못하고 있다.
이는 전지의 크기가 대형화됨에 따라 전지의 외장재가 보다 튼튼해져서 외부의 충격에도 견딜 수 있는 물성이 필요하지만, 종래의 알루미늄 파우치형 전지 외장재의 경우에는 이를 만족시키기가 매우 어렵기 때문이다.
종래의 파우치형 전지 외장재의 경우 알루미늄 등의 금속과 다층필름이 라미네이트 된 구조로 일정 깊이 이상 전지 케이스 성형 시에 알루미늄 금속판과 폴리프로필렌층 등, 이종 물질 간 연신율 차이로 인한 알루미늄 금속판과 폴리프로필렌층의 박리현상 등이 발생하고 이러한 요인으로 일정 깊이 이상 성형이 불가한 문제점이 있다.
또한 종래의 파우치형 전지 외장재의 경우, 전지의 전해액에 불화수소산 (HF)의 함량이 증가할 경우 알루미늄 파우치의 알루미늄층에 급격한 부식을 발생시키게 되어, 이는 전지의 내식성 저하 및 전해액 누액의 원인으로 지목되고 있다.
또한 전지를 성형하고 진공 밀봉함에 있어서, 종래의 알루미늄 파우치형 전지 외장재의 경우 충분한 강도를 지니지 못하여 외장재가 찌그러지고 변형되어 외장재로서의 역할을 하지 못하고, 미세구멍 등이 발생하여 전지의 밀봉에 실패하는 요인이 되고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 알루미늄 파우치형 전지 외장재의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 중대형 리튬 폴리머전지의 전지 외장재로 사용되고 있는 알루미늄 파우치형 전지 외장재의 단점인 성형성, 밀봉성 및 내구성 등을 개선하는 것으로서, 예를 들어 10mm 이상의 깊이로 성형이 가능하므로, 알루미늄 파우치형 외장재가 가지고 있는 성형 깊이의 한계를 극복하고 전지 외장재의 성형성을 대폭 개선하여 보다 큰 용량의 전지에 적용 가능한 파우치형 전지 외장재를 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한 밀봉성 및 내구성 향상으로 고용량 전지, 특히 전기 자동차 등의 전지에서 요구하는 특성에 부합하는 파우치형 전지 외장재를 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
특히, 가스 투과성을 효과적으로 차단하여 전지의 기밀성을 효과적으로 개선하여 금속판 상호간, 금속판과 수지층 간 또는 수지층 간의 밀착력을 향상시킨 전지 외장재를 및 이를 이용한 이차전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 전지 외장재는, 냉연강, 알루미늄 또는 스테인레스강을 포함하는 금속판에 니켈 도금층 또는 아연 도금층이 형성되어 있고, 상기 금속판의 양면 중 전지 외장재의 내면이 되는 면의 도금층 상에 인산염 화성 피막층, 크로메이트계 화성 피막층 또는 이들의 결합층이 형성되어 있고, 상기 금속판은 전지 극판 조립체를 감싸는 상판과 하판으로 이루어져 있고, 상기 상판 및 하판 중 적어도 어느 하나는 상기 전지 극판 조립체가 함입되도록 5 ~ 200 mm 이상의 깊이로 함몰 성형되어 있고, 상기 상판 및 하판의 사방 끝단은 용접에 의하여 상호 밀봉되어 있는 것이다.
본 발명의 전지의 제조방법은 (a) 냉연강, 알루미늄 또는 스테인레스강을 포함하는 금속판 상판 및 하판 중 적어도 어느 하나를, 전지 극판 조립체가 함입되도록 0.5 ~ 200 mm 이상의 깊이로 함몰 성형하는 단계, (b) 상기 금속판에 니켈 도금층 또는 아연 도금층을 형성하는 단계, (c) 상기 금속판의 양면 중 전지 외장재의 내면을 이루는 면의 도금층 상에 인산염 화성 피막층, 크로메이트계 화성 피막층 또는 이들의 결합층을 형성하는 단계, (d) 상기 함몰 부위에 폴리머 전지를 위치시키고 상기 상판 및 하판으로 케이싱하는 단계 및 (d) 상기 상판과 하판의 테두리를 서로 밀봉되도록 용접하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면 전지의 외장재로 알루미늄, 니켈 또는 냉연강판 등의 금속판을 성형하고 도금, 화성 피막 처리를 하여 사용하여 전지의 성형성 및 기밀성을 향상시키고, 폴리올레핀계 수지를 코팅하여 절연성을 부여하고 외부를 다시 용접 밀봉하여 밀봉성을 향상시킴으로서, 보다 안정하고 내구성있는 리튬 이차전지를 제공하며, 특히 대용량 전지를 제조하는데 적합한 외장재 및 이를 이용한 이차전지의 제조방법을 제공한다.
금속판을 일정 깊이로 성형한 후에 금속판 일면을 도근 처리하고, 상기 도금층 상에 화성 피막처리하고, 상기 화성 피막층 상에 폴리올레핀계 수지를 0.2 m 이하의 크기로 분쇄하여 정전 분체도장 방식으로 코팅함으로써 효과적인 절연기능을 부여함으로써, 종래의 파우치형 전지 외장재에서는 제작하기 힘든 10 mm 이상의 깊이로 성형이 가능하고, 금속판의 테두리를 용접 밀봉함으로써 전지의 기밀성을 향상시켜 전지 내부의 가스 또는 전해액의 누출, 외부 수증기의 투과 등을 방지한다.
특히 금속판 내면의 화성 피막 처리에 의하여 금속판과 폴리올레핀 수지층과의 부착력을 극대화시켜 종래의 알루미늄 파우치형태의 전지 외장재에 비하여 전지의 내구성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 함몰 성형된 상판 및 하판 금속판의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 폴리올레핀계 수지층 형성 전의 외장재의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 폴리올레핀계 수지층을 형성한 후 외장재의 상판 또는 하판의 테두리부 확대도이다.
도 4는 본 발명의 외장재의 단자부 및 단자부와 외장재의 결합 개념도이다.
도 5는 본 발명의 리튬이온 이차전지의 분해개념도이다.
도 6은 본 발명의 리튬이온 이차전지의 제조공정 개념도이다.
도 7은 본 발명의 전지 외장재를 구비한 리튬이온이차전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 폴리올레핀계 수지층 형성 전의 외장재의 단면도이다.
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도 5는 본 발명의 리튬이온 이차전지의 분해개념도이다.
도 6은 본 발명의 리튬이온 이차전지의 제조공정 개념도이다.
도 7은 본 발명의 전지 외장재를 구비한 리튬이온이차전지의 사시도이다.
본 발명의 전지 외장재는 냉연강, 알루미늄 또는 스테인레스강을 포함하는 금속판에 니켈 도금층 또는 아연 도금층이 형성되어 있고, 상기 금속판의 양면 중 전지 외장재의 내면이 되는 면의 도금층 상에 인산염 화성 피막층, 크로메이트계 화성 피막층 또는 이들의 결합층이 형성되어 있고, 상기 금속판은 전지 극판 조립체를 감싸는 상판과 하판으로 이루어져 있고, 상기 상판 및 하판 중 적어도 어느 하나는 상기 전지 극판 조립체가 함입되도록 5 ~ 200 mm 이상의 깊이로 함몰 성형되어 있고, 상기 상판 및 하판의 사방 끝단은 용접에 의하여 상호 밀봉되어 있는 것이다.
상기 금속판은 전해액의 주입 및 가스 배출을 위한 측면 돌출부를 포함하는 것일 수 있고, 상기 금속판의 두께는 0.05 ~ 3 mm, 상기 도금층의 두께는 0.2 ~ 20 ㎛일 수 있다.
상기 화성 피막층 상에 폴리올리핀계 수지층이 더 형성되어 있을 수 있고, 상기 폴리올리핀계 수지층은 산변성 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 수지층일 수 있고, 상기 폴리올리핀계 수지층의 두께는 0.01 ~ 2.0 mm, 상기 폴리올레핀계 수지층은 0.2 mm 이하의 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 수지 입자를 포함하는 것일 수 있다. 폴리올리핀계 수지층이 0.01 mm보다 얇으면 절연성 및 안전성의 문제가 발생할 수 있고, 0.3 mm보다 더 두꺼우면 제조공정에 어려움이 있을 수 있다.
후술할 본 발명의 제조방법에 의하여 형성하여 폴리올리핀계 수지층과 금속판 간의 박리 현상이 발생하지 않는 것이 특징이다. 폴리올리핀계 수지층과 금속판은 상호 접착성이 좋지 않기 때문에, 폴리올리핀계 수지 및 금속과의 접합력이 모두 뛰어난 화성 피막층을 형성함으로써 양자 간의 접합력을 향상시키는 것이다.
금속판으로 이루어진 리튬이온 이차전지 외장재와 폴리올레핀 수지가 성형된 전지단자를 사용하여 효과적으로 대용량 전지를 개발할 수 있고 전지의 기밀성과 내구성을 확보할 수 있다. 상기 금속판만으로 이루어진 전지 외장재는 전지 외장재가 전해액에 접촉하고 있으므로 전지 외장재와 전극 단자 간의 고유전위에 의한 전위차가 발생한다. 이는 단자와 전지 외장재가 절연되어 있어 전하의 흐름은 없지만, 전지 외장재의 재질에 따라서 전위가 나타나는 구조이다. 이에 전지 외장재의 내면에 폴리올레핀 수지를 분체도장하여 이러한 특성을 효과적으로 개선하였다.
도 1은 본 발명의 함몰 성형된 상판 및 하판 금속판의 사시도이다. 도 1과 같이 상판 및 하판 모두가 함몰 성형되어 있을 수도 있고, 상판 또는 하판 중 어느 하나만이 함몰 성형되어 있을 수도 있다. 상판 및 하판의 테두리부는 상호 용접으로 밀봉된다. 본 발명의 전지 외장재는 먼저 금속판을 함몰 성형한 후 폴리올레핀 수지층을 코팅하므로 종래의 파우치 (POUCH) 형태의 외장재에 비하여 폴리올리핀계 수지층과 금속판 간의 박리 현상이 발생하지 않고 기밀성이 향상되는 특징이 있다.
도 2는 본 발명의 폴리올레핀계 수지층 형성 전의 외장재의 단면도이고,도 3은 본 발명의 폴리올레핀계 수지층을 형성한 후 외장재의 상판 또는 하판의 테두리부 확대도이다.
도 3에서 화성 피막 처리 후 금속판 (50)은 금속판 (10), 도금층 (20) 및 화성 피막층 (30)을 포함하는 것이다.
전지 극판 조립체를 감싸는 (케이싱) 금속판 (10)은 냉연강판, 알루미늄판 또는 스텐레스강판 등일 수 있는데, 금속판 상에 니켈 또는 아연 도금층 (20)이 형성되고, 도금층 상에 화성 피막층 (30)이 형성된다.
도금층은 용접성 및 내식성을 향상을 위한 것이며, 금속판이 냉연강판인 경우에는 니켈 또는 아연 도금층이 형성될 수 있고, 금속판이 알루미늄판인 경우에는 니켈 도금층이 형성될 수 있다.
화성 피막층은 인산염 화성 피막층, 크로메이트계 화성 피막층 또는 이들의 결합층일 수 있고, 폴리올레핀 수지층 (40)과 금속판 간의 결합력을 향상시키기 위한 것이다. 이는 전지의 전해액에 의한 폴리올레핀수지의 팽윤과 또한 전해액의 불화물에 의한 금속판의 반응으로 폴리올레핀계 수지층과 금속판 간의 접착력 저하를 효과적으로 방지하기 위한 것이며, 전지의 기밀성과 전지 외장재의 절연성을 크게 향상시킨다.
본 발명의 전지 외장재는 사출 성형된 폴리올레핀계 수지 및 금속단자를 포함하는 단자부를 더 포함하고, 상기 단자부는 전지 외장재와 열융착 방식으로 결합되어 있는 것일 수 있다.
도 4는 본 발명의 외장재의 단자부 및 단자부와 외장재의 결합 개념도이다. 단자부와 전지 외장재를 열융착하여 단자부와 전지 외장재를 효과적으로 결합하고 전지를 밀봉하며 또한 단자와 단자 및 단자와 전지 외장재를 절연하게 된다.
상기 단자부는 금속 전극 단자를 금형 내에 위치시키고 폴리올레핀계 수지를 성형하여 제조하는 인서트 사출 성형 방식에 의하여 제조할 수도 있고, 폴리올레핀 수지를 성형하고 금속 단자와 열융착하는 방식으로 제조할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 리튬이온이차전지의 분해개념도이다.
본 발명의 전지의 제조방법은 (a) 냉연강, 알루미늄 또는 스테인레스강을 포함하는 금속판 상판 및 하판 중 적어도 어느 하나를, 전지 극판 조립체가 함입되도록 0.5 ~ 200 mm 이상의 깊이로 함몰 성형하는 단계, (b) 상기 금속판에 니켈 도금층 또는 아연 도금층을 형성하는 단계, (c) 상기 금속판의 양면 중 전지 외장재의 내면을 이루는 면의 도금층 상에 인산염 화성 피막층, 크로메이트계 화성 피막층 또는 이들의 결합층을 형성하는 단계, (d) 상기 함몰 부위에 폴리머 전지를 위치시키고 상기 상판 및 하판으로 케이싱하는 단계 및 (d) 상기 상판과 하판의 테두리를 서로 밀봉되도록 용접하는 단계를 포함한다.
단계 (c) 이후에, (c') 상기 도금층 상에 정전 분체 도장 방식에 의하여 그 크기가 0.2 mm 이하의 미립분말을 포함하는 폴리올리핀계 수지층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
폴리머 전지의 함입을 위한 금속판의 성형 단계에서, 금속판과 폴리올레핀 수지층이 라미네이트 되어있는 구조에서 상호 연신율이 상이하여 10 mm 이상의 깊이로 성형하기가 매우 어렵고 이에 대용량 전지를 제조하기에 많은 어려움이 있으므로, 본 발명에서는 금속판 함몰 성형을 먼저 실시한 후에 폴리올레핀계 수지를 분체 도장 실시하여 코팅하여 성형성을 개선한 것이다.
폴리올레핀계 수지층은 정전 분체도장 방식으로 형성하는데, 이를 위하여 산변성 폴리올레핀 수지를 저온에서 미분하여 파우더를 제조하고, 이를 분쇄한다. 분체도장의 품질을 높이기 위하여 0.1 mm 이하의 크기로 미분하는 것이 바람직하다.
단계 (c) 이후에, (c'') 사출 성형된 폴리올레핀계 수지 및 금속단자를 포함하는 단자부를 열융착 방식으로 상기 외장재에 결합하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 단자부는 금속 전극 단자를 금형 내에 위치시키고 폴리올레핀계 수지를 성형하여 제조하는 인서트 사출 성형 방식에 의하여 제조하거나, 폴리올레핀 수지를 성형하고 금속 단자와 열융착하는 방식으로 제조하는 것일 수 있다.
단계 (e)는, (e-1) 상기 외장재의 일측면을 제외하고 열융착 및 용접하고, 상기 일측면으로 전해액을 주입하는 단계, (e-2) 상기 일측면을 가용접하고 전지를 화성하는 단계 및 (e-3) 상기 전지 화성 중 발생한 가스를 배출하고 상기 일측면을 열융착 및 용접하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
도 6은 본 발명의 리튬이온 이차전지의 제조공정 개념도이다.
폴리올레핀 수지층의 분체도장은, 전지 극판 조립체를 함입을 위한 금속판의 성형 단계에서, 기존의 POUCH형 전지 외장재에서는 금속판과과 폴리올레핀 수지층이 라미네이트 되어있는 구조에서 성형을 실시함으로 상호 연신율이 상이하여 10 mm 이상의 깊이로 성형하기가 매우 어렵고, 이에 따라 대용량 전지를 제조하기에 많은 어려움이 있었다. 본 발명에서는 금속판 함몰 성형을 먼저 실시한 후에 폴리올레핀계 수지를 분체 도장 실시하여 코팅하여 성형성을 개선한 것이다. 분체도장의 품질을 높이기 위하여, 본 발명의 폴리올레핀 수지 분체도장은 폴리올레핀 수지를 0.2 mm 이하의 크기로 미분하여 코팅하는 방식으로 정전분체도장 또는 열용사 코팅 방식이 가능하다. 하지만 정전분체도장 방식이 바람직하다.
본 발명의 전지 외장재는 외장재 테두리부의 용접이 가능하도록, 성형된 금속판의 가장자리 테두리의 일정부분 마스킹부를 마스킹 한 후 폴리올레핀 수지를 코팅하였다 (도 3 참조). 이후 이 마스킹을 제거한 후 노출된 금속판을 용접을 실시하여 전지를 밀봉하는 것이다.
단계 (e)의 용접은 시임용접이 바람직하다. 일반적인 레이저 용접의 경우에는 대용량 전지에서 누액 발생의 우려가 있기 때문에, 저항 용접인 시임용접으로 긴밀성 및 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한 용접 공정 전에 열융착을 통하여 1차 밀봉 및 절연할 수 있다.
상술한 본 발명의 전지 외장재 제조방법에 의하면, 전지 외장재의 내식성 용접성 기밀성 등을 향상시키며, 이는 전지 외장재의 테두리부를 용접함으로 용이하게 확보될 수 있다. 또한 전지 외장재와 전극 단자부를 선 열융착하여 전지를 제조할 수 있으며 효과적으로 전해액 주입 및 전지의 화성 공정 중 발생하는 가스를 제거할 수 있다 또한 상기 전지 외장재가 전지 내부의 전해액에 접촉하고 있는 구조를 개선하기 위하여 전지의 내부를 폴리올레핀계 수지를 코팅하여 절연성을 부여하고, 전지 외장재의 테두리부를 시임용접 등의 방법으로 용접 밀봉하여 보다 안정하고 내구성 있는 이차전지를 제공할 수 있다. 이는 특히 함몰 성형 깊이의 한계를 극복하여 대용량 전지를 제조하는데 적합하다.
실시예
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 이는 일 실시예일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
금속판으로는 냉연강판 및 알루미늄판을 사용하였고, 각각에 니켈 도금층을 형성하고, 이에 인산염층을 형성하였으며, 분체도장에 이용된 폴리올페핀계 수지 파우더는 말레인산 중합 폴리프로필렌 수지를 액화질소를 이용하여 60 ~ 80 ㎛ 크기로 미분쇄하여 사용하였다. 폴리올레핀계 수지층은 0.01 ~ 0.2 mm로 형성하였다.
실시예 1
두께 0.2 mm인 Scp 3종 냉연강판을 가로 세로 깊이 각각 250 * 200 * 10 mm의 형태로 금속판 상판을 성형하였다. 이 성형된 냉연강판을 니켈 도금 처리하고 사출 성형된 전지 단자부의 산변성 폴리프로필렌 층과의 접착력 증대를 위하여 화성 피막 처리하였다. 함몰부에 전지 극판 조립체를 넣고 전해액을 주입하고 화성 공정을 실시하여 전지를 제조하고, 하판을 시입용접하여 밀봉하였다.
실시예 2
두께 0.2 mm인 Scp 3종 냉연강판을 가로 세로 깊이 각각 250 * 200 * 10 mm의 형태로 금속판 상판을 성형하였다. 이 성형된 냉연강판을 니켈 도금 처리하고, 산변성 폴리프로핀렌층과의 접착력을 증대시키기 위하여 화성 피막 처리하였다.
폴리프로필렌 수지를 액화질소를 이용하여 극저온상태에서 분쇄하여 0.1 mm 이하의 크기로 파우더를 제작하였다. 이를 이용하여 분체도장을 실시하였다. 전지의 테두리부의 가장자리를 마스킹하여 이후 용접이 가능하게 제작하였다.
함몰부에 전지 극판 조립체를 넣고 용융착 및 용접하고 전해액을 주입 및 화성 공정을 실시하여 전지를 제조하였다.
실시예 3
두께 0.2 mm인 Scp 3종 냉연강판을 가로 세로 깊이 각각 250 * 200 * 10 mm의 형태로 금속판 상판을 성형하였다. 폴리프로핀렌층과의 접착력을 증대시키기 위하여, 성형된 냉연강판을 인산염 화성 피막 처리를 하였다.
이후는 실시예 2와 같은 방법으로 폴리올레핀 수지를 코팅하고 시험용 전지를 제조하였다.
실시예 4
두께 0.3 mm인 알루미늄판을 가로 세로 깊이 각각 250 * 200 * 10 mm의 형태로 금속판 상판을 성형하였다. 이 성형된 알루미늄판을 니켈 도금 처리하였다. 그리고 사출 성형된 전지 단자부의 산변성 폴리프로핀렌층과의 접착력을 증대시키기 위하여 화성 피막 처리를 하였다. 그리고 전지 극판 조립체를 함몰 성형부에 넣고 전해액 주입 및 화성공정을 실시하여 전지를 제조하였다.
실시예 5
두께 0.3 mm인 알루미늄판을 가로 세로 깊이 각각 250 * 200 * 10 mm의 형태로 금속판 상판을 성형하였다. 이 성형된 알루미늄판을 니켈 도금 처리하였다. 그리고 산변성 폴리프로핀렌층과의 접착력을 증대시키기 위하여 화성 피막 처리를 하였다.
이후는 실시예 2와 같은 방법으로 폴리올레핀 수지층을 형성하고, 전지를 제작하였다.
비교예 1
실시예 1과 같은 크기의 시험용 전지를 알루미늄 POUCH를 이용하여 제조하였다.
아래의 표 1은 상기 실시예 1)과 비교예의 시험용 전지를 사용하여 60℃, 90 %Rh 상태에서 보관하여 수분투과성을 비교한 결과이다.
| 20일 | 40일 | 60일 | |
| 실시예 1 | - | - | - |
| 실시예 2 | - | - | - |
| 실시예 3 | - | - | - |
| 실시예 4 | - | - | - |
| 실시예 5 | - | - | - |
| 비교예 1 | - | 80 | 150 |
비교예의 경우에는 40일 이후부터 수분 투과가 확인되나, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 5의 경우에는 60일까지도 수분 투과가 나타나지 않았다.
아래의 표 2는 상기 실시예 1 내지 실시예 5의 전지와 비교예 1의 전지를 사용하여 60 ℃ 오븐에서 seal strength 시험을 실시한 결과이다.
| 2일 | 20일 | 40일 | |
| 실시예 1 | 58 | 57 | 57 |
| 실시예 2 | 58 | 58 | 58 |
| 실시예 3 | 56 | 57 | 57 |
| 실시예 4 | 42 | 41 | 41 |
| 실시예 5 | 42 | 42 | 42 |
| 비교예 1 | 9 | 7 | 6 |
비교예 1의 종래의 POUCH 형태의 리튬이온 이차전지의 경우 고온의 전해액 내에서 전지 외장재의 밀봉부위의 Seal Strength가 시간이 지날수록 약해지는데, 이는 전지의 밀봉을 폴리올레핀계 수지로만 밀봉을 해서 발생된 것으로 볼 수 있다. 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 5에서의 전지는 전지의 밀봉이 용접을 통해서 이루어져 고온의 전해액에 노출되더라도 Seal Strength가 약화되지 않는 것을 확인할 수 있다.
10 : 금속판
11 : 금속판 상판
12 : 금속판 하판
20 : 도금층
30 : 화성 피막 층
40 : 폴리올레핀계 수지층
50 : 도금층 및 화성 피막층이 형성된 금속판
60 : 금속단자
70 : 단자 상의 폴리올레핀 수지층
80 : 폴리올레핀 수지층이 형성된 단자
90 : 전지 극판 조립체
11 : 금속판 상판
12 : 금속판 하판
20 : 도금층
30 : 화성 피막 층
40 : 폴리올레핀계 수지층
50 : 도금층 및 화성 피막층이 형성된 금속판
60 : 금속단자
70 : 단자 상의 폴리올레핀 수지층
80 : 폴리올레핀 수지층이 형성된 단자
90 : 전지 극판 조립체
Claims (15)
- 냉연강, 알루미늄 또는 스테인레스강을 포함하는 금속판에 니켈 도금층 또는 아연 도금층이 형성되어 있고,
상기 금속판의 양면 중 전지 외장재의 내면이 되는 면의 도금층 상에 인산염 화성 피막층, 크로메이트계 화성 피막층 또는 이들의 결합층이 형성되어 있고,
상기 금속판은 전지 극판 조립체를 감싸는 상판과 하판으로 이루어져 있고, 상기 상판 및 하판 중 적어도 어느 하나는 상기 전지 극판 조립체가 함입되도록 5 ~ 200 mm 이상의 깊이로 함몰 성형되어 있고, 상기 상판 및 하판의 사방 끝단은 용접에 의하여 상호 밀봉되어 있는 것인 전지 외장재. - 제1항에 있어서, 상기 금속판은 전해액의 주입 및 가스 배출을 위한 측면 돌출부를 포함하는 것인 전지 외장재.
- 제1항에 있어서, 상기 금속판의 두께는 0.05 ~ 3 mm인 것인 전지 외장재.
- 제1항에 있어서, 상기 도금층의 두께는 0.2 ~ 20 ㎛인 것인 전지 외장재.
- 제1항에 있어서, 상기 화성 피막층 상에 폴리올리핀계 수지층이 형성되어 있는 것인 전지 외장재.
- 제5항에 있어서, 상기 폴리올리핀계 수지층은 산변성 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 수지층인 것인 리튬이차전지 외장재.
- 제5항에 있어서, 상기 폴리올리핀계 수지층의 두께는 0.01 ~ 2.0 mm인 것인 전지 외장재.
- 제5항에 있어서, 상기 폴리올레핀계 수지층은 0.2 mm 이하의 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 수지 입자를 포함하는 것인 전지 외장재.
- 제1항에 있어서, 사출 성형된 폴리올레핀계 수지 및 금속단자를 포함하는 단자부를 더 포함하고, 상기 단자부는 전지 외장재와 열융착 방식으로 결합되어 있는 것인 전지 외장재.
- (a) 냉연강, 알루미늄 또는 스테인레스강을 포함하는 금속판 상판 및 하판 중 적어도 어느 하나를, 전지 극판 조립체가 함입되도록 0.5 ~ 200 mm 이상의 깊이로 함몰 성형하는 단계;
(b) 상기 금속판에 니켈 도금층 또는 아연 도금층을 형성하는 단계;
(c) 상기 금속판의 양면 중 전지 외장재의 내면을 이루는 면의 도금층 상에 인산염 화성 피막층, 크로메이트계 화성 피막층 또는 이들의 결합층을 형성하는 단계;
(d) 상기 함몰 부위에 폴리머 전지를 위치시키고 상기 상판 및 하판으로 케이싱하는 단계; 및
(d) 상기 상판과 하판의 테두리를 서로 밀봉되도록 용접하는 단계
를 포함하는 전지의 제조방법. - 제10항에 있어서, 단계 (c) 이후에,
(c') 상기 도금층 상에 정전 분체 도장 방식에 의하여 그 크기가 0.2 mm 이하의 미립분말을 포함하는 폴리올리핀계 수지층을 형성하는 단계;
를 더 포함하는 것인 전지의 제조방법. - 제10항에 있어서, 단계 (c) 이후에,
(c'') 사출 성형된 폴리올레핀계 수지 및 금속단자를 포함하는 단자부를 열융착 방식으로 상기 외장재에 결합하는 단계
를 더 포함하는 것인 전지의 제조방법. - 제12항에 있어서, 상기 단자부는 금속 전극 단자를 금형 내에 위치시키고 폴리올레핀계 수지를 성형하여 제조하는 인서트 사출 성형 방식에 의하여 제조하거나, 폴리올레핀 수지를 성형하고 금속 단자와 열융착하는 방식으로 제조하는 것인 전지의 제조방법.
- 제11항에 있어서, 단계 (e)는,
(e-1) 상기 외장재의 일측면을 제외하고 열융착 및 용접하고, 상기 일측면으로 전해액을 주입하는 단계;
(e-2) 상기 일측면을 가용접하고 전지를 화성하는 단계; 및
(e-3) 상기 전지 화성 중 발생한 가스를 배출하고 상기 일측면을 열융착 및 용접하는 단계;
를 포함하는 것인 전지의 제조방법. - 제10항에 있어서, 단계 (e)의 용접은 시임용접인 것인 전지의 제조방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020100104256A KR20120042537A (ko) | 2010-10-25 | 2010-10-25 | 전지 외장재 및 이를 포함하는 이차전지의 제조방법 |
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|---|---|---|---|
| KR1020100104256A KR20120042537A (ko) | 2010-10-25 | 2010-10-25 | 전지 외장재 및 이를 포함하는 이차전지의 제조방법 |
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103579697A (zh) * | 2012-07-24 | 2014-02-12 | 罗伯特·博世有限公司 | 电池包装和/或电池防火装置 |
| US9722217B2 (en) | 2013-08-07 | 2017-08-01 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Pouch type battery cell |
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| KR102208159B1 (ko) * | 2020-10-27 | 2021-01-28 | 정치효 | 배터리케이스의 자동 크리닝 장치 |
| KR102235524B1 (ko) * | 2020-10-27 | 2021-04-06 | 정치효 | 배터리케이스의 분체 도장 시스템 및 방법 |
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-
2010
- 2010-10-25 KR KR1020100104256A patent/KR20120042537A/ko not_active Application Discontinuation
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