KR20150117778A - 복합 필름 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20150117778A
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 복합 필름 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 가요성 또는 유연성이 우수하고, 열팽창 계수 차이에 의한 층간 변형 또는 층간 박리 현상을 방지할 수 있는 복합 필름 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. 이를 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 필름은 제 1 보호층 및 제 1 보호층에 접착제로 접착된 직물층을 포함한다.

Description

복합 필름 및 그 제조 방법{Composite film and method of fabricating the same}
본 발명은 복합 필름 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 우수한 유연성을 갖고 층간 변형 또는 층간 박리 현상이 개선된 복합 필름 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 액체를 수용하는 파우치 또는 포장재는 내부의 액체가 외부로 유출되지 않고, 외부의 수분이나 이물질이 내부로 유입되지 않는 것을 요구한다. 이러한 파우치 또는 포장재로서 고분자 수지가 사용되는 것이 일반적이다. 이러한 고분자 수지는 사각형 또는 원형과 같은 일정 형태를 갖도록 프레스에 의한 드로잉(drawing) 또는 폴딩(folding) 공정이 적용되어 다양한 제품 포장으로 응용될 수 있다.
종래의 파우칭 또는 포장재용 고분자 수지는 액체가 외부로 유출되지 않거나 외부의 수분이나 이물질이 내부로 유입되지 않도록 하기 위해 후막화하거나 고밀도화하지만, 이러한 접근은 상기 포장재의 가요성 또는 유연성을 향상시키는 것을 제한하고, 다른 층을 적층하여 복합화하는 경우에 열팽창 계수차에 의한 다양한 변형 또는 박리 현상을 초래하는 문제점이 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 가요성 또는 유연성을 확보하면서도 층간 변형 또는 층간 박리 현상을 개선하여 내부의 액체가 외부로 유출되지 않고, 외부의 수분이나 이물질이 내부로 유입되지 않는 특성을 만족시키는 복합 필름을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 전술한 복합 필름의 경제적이면서도 간단한 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 복합 필름은, 제 1 보호층; 및 상기 제 1 보호층 상에 접착제로 접착된 직물층을 포함한다.일 실시예에서, 상기 제 1 보호층은 폴리프로필렌계 고분자 수지, 폴리에틸렌계 고분자 수지 및 이들의 공중합체 중 어느 하나 또는 이의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 폴리에틸렌계 고분자 수지는, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(EVA), 아크릴산-에틸렌 공중합체(EAA), 메타크릴산-에틸렌 공중합체(EMAA), 아크릴산 에틸-에틸렌 공중합체(EEA), 아크릴산 메틸-에틸렌 공중합체(EMA), 또는 메타크릴산 메틸-에틸렌 공중합체(EMMA)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 보호층은 10 ㎛ 내지 40 ㎛의 두께를 갖는다. 상기 직물층은 면직물, 마직물, 모직물, 견직물, 혼방직물, 교직물, 부직포 또는 극세사천을 포함할 수 있다. 또한, 상기 직물층은 고어텍스(Gore-tex)를 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 상기 직물층은 100 ㎛ 내지 2,000 ㎛의 두께를 갖는다.
상기 복합 필름은 상기 제 1 보호층과 상기 직물층 사이에 금속층을 더 포함할 수 있다. 상기 금속층은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni) 또는 이의 합금을 포함할 수 있다. 상기 금속층은 금속 포일 또는 금속 박막을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 금속층은 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께를 갖는다. 바람직하게는, 상기 금속층은 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛의 두께를 갖는다.
또한, 상기 복합 필름은 상기 금속층과 상기 직물층 사이에 제 2 보호층을 더 포함할 수 있다. 상기 제 2 보호층은 나일론, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트 또는 이들의 유도체를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제 2 보호층은 10 ㎛ 내지 30 ㎛의 두께를 갖는다. 상기 접착제는 아크릴계 접착제 또는 에폭시계 접착제일 수 있다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 복합 필름의 제조 방법은, 제 1 보호층을 제공하는 단계; 상기 제 1 보호층의 일면에 금속층을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 보호층과 접하지 않는 상기 금속층의 타면에 직물층을 형성하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 직물층을 형성하는 단계 이전에, 상기 금속층의 타면에 제 2 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 금속층과 접하지 않는 상기 제 2 보호층의 타면에 상기 직물층이 형성될 수도 있다.
상기 직물층을 형성하는 단계는 상기 제 2 보호층의 타면에 접착제를 도포한 후 상기 직물층을 적층한 후 건조하는 단계를 포함한다. 상기 직물층을 형성하는 형성 단계는 프레스로 상기 직물층을 가압하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 복합 필름의 제조 방법은, 상기 제 1 보호층에 상기 직물층을 형성하거나, 상기 직물층에 상기 제 1 보호층을 형성할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 복합 필름을 이루는 기재층인 보호층의 표면에 직물층을 라미네이팅함으로써, 가요성 또는 유연성이 우수하고, 상기 기재층과 직물층 사이의 열팽창 계수차에 의한 변형 또는 층간 박리 현상을 상기 직물층이 억제 또는 개선하여 포장의 수명과 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있는 복합 필름 및 이의 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 기재층인 보호층에 전해액과 같은 액체의 침습 및 외부의 수분 유입이 어려워, 전해액을 포함하는 리튬 이온 전지, 캐패시터 또는 이중층 캐패시터와 같은 에너지 저장 장치를 수용하는 파우치와 같은 전지의 외장재로서 사용시 외피로서 외부에 직물층이 노출되는 복합 필름 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 가요성 및 유연성이 우수할 뿐만 아니라 방수 성능이 우수한 기재층 및 직물층을 이용함으로써, 몸에 착용하거나 입는 시계, 벨트, 안경, 배터리와 같은 웨어러블 스마트 기기의 외장재로 사용될 수 있는 복합 필름, 상기 외장재를 포함하는 전지 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 필름을 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 필름을 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 필름을 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 필름의 제조 방법을 도시하는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 필름의 제조 방법을 도시하는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 필름의 제조 방법을 도시하는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 필름의 제조 방법을 도시하는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 외장재 및 이를 포함하는 전지를 도시하는 분해 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위해 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상, 단계, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 단계, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 아니 된다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술한 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 필름(10)의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 복합 필름(10)은 면상 제 1 보호층(11) 및 제 1 보호층(11)상에 접착층(13)을 매개로 하여 접착된 면상 직물층(12)을 포함한다. 제 1 보호층(11)은 열 융착층일 수 있다. 복합 필름(10)을 포개어 제 1 보호층(11)의 노출된 저면(11S)끼리 서로 대향시킨 후에 서로 열융착이 가능하거나 다른 기판에 제 1 보호층(11)을 덧댄 후 열을 가함으로써 복합 필름을 상기 기판 상에 융착시킬 수 있다.
상기 열 융착층은, 폴리프로필렌계 고분자 수지, 폴리에틸렌계 고분자 수지 또는, 이들의 공중합체(예를 들면, 에틸렌-프로필렌 공중합체임)를 포함할 수 있으며, 바람직하게는, 폴리에틸렌계 고분자 수지 또는 이의 공중합체를 포함할 수 있다. 상기 폴리에틸렌계 고분자 수지는 상기 폴리프로필렌계 고분자 수지에 비하여 더 낮은 융점을 갖기 때문에, 상대적으로 저온, 예를 들면, 80 ℃ 내지 130 ℃에서 열융착 공정이 가능하다.
일 실시예에서, 상기 폴리에틸렌계 고분자 수지는, 폴리에틸렌(PE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 또는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 폴리에틸렌계 고분자 수지는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(EVA), 아크릴산-에틸렌 공중합체(EAA), 메타크릴산-에틸렌 공중합체(EMAA), 아크릴산 에틸-에틸렌 공중합체(EEA), 아크릴산 메틸-에틸렌 공중합체(EMA), 또는 메타크릴산 메틸-에틸렌 공중합체(EMMA)을 포함하는 폴리에틸렌 공중합체일 수도 있다. 저융점의 폴리에틸렌계 고분자 수지는, 직물층(12)으로 인하여 열 전도율이 감소되고 복합 필름의 두께가 두꺼워진다 하더라도 상대적으로 낮은 온도에서 열융착 또는 포장의 실링이 가능하여 복합 필름(10)을 이용한 포장 공정의 신뢰성과 속도를 향상시킬 수 있다. 일 실시예로서, 복합 필름(10)은 저온 공정이 가능한 전지의 외장재로서 사용될 수 있을 것이다.
전술한 제 1 보호층(11)에 층에 관한 재료는 예시적이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 제 1 보호층(11)은 수분 또는 전해액에 안정성을 확보하면서 열융착이 가능한 재료인 PET수지, 나일론 수지 등 폴리에스테르계 수지, 폴리아마이드계 수지를 포함할 수도 있다.
제 1 보호층(11)은 10 ㎛ 내지 40 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 제 1 보호층(11)의 두께가 10 ㎛ 미만인 경우 염 또는 전해질과 같은 내용물에 대한 내화학성 및 누설 문제가 발생하고, 외부로부터 수분 유입 방지 특성이 저하된다. 또한, 복합 필름(10)을 이용한 포장 또는 패키지 공정시, 제 1 보호층(11)의 저면 사이의 열융착 공정에 따른 접합 두께가 감소되어 충분한 기계적 강도와 기밀 특성을 유지할 수 없다. 제 1 보호층(11)의 두께가 40 ㎛를 초과하는 경우, 포장 또는 패키징 공정에서 복합 필름(1)의 드로잉 또는 폴딩이 어렵고 복합 필름(10)의 두께가 두꺼워져 유연성이 열화된다.
직물층(12)은 제 1 보호층(11)을 포함하는 내부층을 외부 환경으로부터 보호하고, 이의 섬유 구조가 갖는 유연성에 기초하여 상기 내부층의 균열을 방지하고, 복합 필름(10)의 외주면(12S)(예를 들면, 상기 외주면은 파우치의 외피임)에 균열이 발생하는 것을 방지하여 제품 수명을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 포장 또는 패키징을 위한 복합 필름(10)의 드로잉 공정 또는 폴딩 공정에서의 내성과 신뢰성을 확보할 수 있도록 한다. 또한, 직물층(12)은 섬유 구조의 특이성에 기초하여 복합 필름(10)의 가요성 또는 유연성을 향상시키고, 상기 내부층과 직물층(12) 사이 또는 상기 내부층이 복수의 적층 구조를 갖는 경우 이들 내부층들 사이의 열팽창 계수의 차이에 의한 응력에 따른 변형 또는 층간 박리 현상을 직물층(12)이 흡수 및 보완함으로써 복합 필름(10)의 구조를 안정적으로 유지할 수 있도록 한다.
또한, 직물층(12)은 포장재로 사용될 때, 그 유연성과 함께 사용자 친화적인 질감이나 촉감을 갖는 인터페이스를 구현할 수 있어 상품성이 향상되고 그 응용이 확대될 수 있다. 예를 들면, 스마트 의복 또는 신발과 같은 웨어러블 디바이스의 외장재로서 복합 필름(10)이 적용되거나 이의 에너지원인 전지의 파우치로 사용되는 경우 별도의 외장재 없이도 그 자체가 외장재로서 기존의 의복, 신발, 가방, 또는 캠핑 용구에 부착되거나 일체화될 수 있기 때문에, 그 응용은 물론 새로운 규격과 디자인을 갖는 제품을 창출할 수 있다.
일 실시예에서, 직물층(12)은 면직물, 마직물, 모직물, 견직물, 혼방직물, 교직물, 부직포 또는 극세사천을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 직물층(12)은 복합 섬유층일 수 있으며, 예를 들면, 직물층에 방수 가공막이 적층된 고어텍스(gore-tex)를 포함할 수 있다. 그러나, 이들 재료는 예시적이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 직물층(12)은 접착제(13)와 함께 제 1 보호층(11) 위에 안착된 후 상온(예를 들면, 25 ℃)을 포함하는 20 ℃ 내지 50 ℃에서 건조되어 형성되거나, 또는 프레스로 가압되어 형성될 수 있는 여하의 재료일 수 있다. 이러한 직물층(12) 적층 공정은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
직물층(12)은 100 ㎛ 내지 2,000 ㎛의 두께로 형성될 수 있다. 직물층(12)의 두께가 대략 100 ㎛ 미만일 경우 외부 충격에 쉽게 파손되거나, 열팽창 계수차에 의한 층간 변형 또는 층간 박리 현상 억제율이 작아 외피로서 바람직하지 않다. 또한 직물층(12)의 두께가 2,000 ㎛를 초과하는 경우 복합 필름(10)을 이용한 포장 공정, 예를 들면, 파우치의 제조 공정에서, 예를 들면, 드로잉 또는 폴딩이 어려워 가공 원가 상승과 불량을 초래할 수 있으며, 복합 필름(10)의 두께 자체가 증가되어 가요성 또는 유연성의 저하가 발생될 수 있다.
접착제(13)는 아크릴계 접착제 또는 에폭시계 접착제일 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 접착제(13)는 직물층(12)을 제 1 보호층(11)에 접착시킬 수 있을 뿐만 아니라, 일정 범위의 탄성력을 가지고 있음으로써, 복합 필름(10)이 드로잉되거나 폴딩될 때, 제 1 보호층(11)과 직물층(12)이 상호간 분리되지 않도록 한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 필름(20)의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 복합 필름(20)은 면상의 제 1 보호층(11), 제 1 보호층(11) 상에 형성된 면상 금속층(21) 및 금속층(21)에 접착제(13)에 의해 접착된 면상의 직물층(12)을 포함한다. 도 2의 구성 부재들 중 도 1의 구성 부재와 동일한 참조 부호를 갖는 구성 부재에 관하여는 전술한 개시 사항을 참조할 수 있다.
금속층(21)은 외부 환경으로부터 하지의 제 1 보호층(11)으로 수분 또는 가스가 침투하여 제 1 보호층(11)이 부풀거나 열화되는 것을 방지한다. 또한, 포장 또는 패키지 공정시, 그 내용물이 전해질과 같은 액상 물질인 경우 제 1 보호층(11)을 통해 누설되는 것을 방지하고 전체 패키지의 강도를 유지하는 역할을 한다.
금속층(21)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni) 또는 이의 합금을 포함할 수 있다. 예를 들면, 금속층(21)은 기계적 강도를 강화하기 위해 철을 함유하고, 유연성 및 가요성을 향상시키기 위해 알루미늄을 주요 조성으로 포함할 수 있다. 금속층(21)이 철을 함유하는 재료를 포함하는 경우, 철 84∼88.2%, 탄소 0.5% 이하, 크롬 11∼15% 및 망간 0.3∼0.5%로 이루어진 합금, 또는 철 63.7∼75.9%, 탄소 0.1∼0.3%, 크롬 12∼18% 및 니켈 7∼12%의 합금이 사용될 수 있다.
금속층(21)의 두께는 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛, 바람직하게는 1 ㎛ 내지 20 ㎛ 의 범위 내일 수 있다. 금속층(21)의 두께가 0.1 ㎛ 보다 작을 경우에는 포장 및 패키징 공정을 위한 드로잉 또는 폴딩 공정 시 쉽게 크랙, 파단 또는 손상될 수 있고, 100 ㎛ 보다 높을 경우에는 드로잉이나 폴딩이 어려워 포장 또는 패키징 공정이 어렵고, 포장된 제품의 유연성과 그에 관한 기대 수명이 열화될 수 있다.
금속층(21)은 금속 포일 또는 금속 박막일 수 있다. 상기 금속 포일의 경우, 제 1 보호층(11)을 금속층(21)의 표면에 코팅 또는 라미네이팅하여 복합 필름(20)을 제조하기 위한 중간 제조물을 형성할 수 있다. 상기 금속 박막의 경우에는, 제 1 보호층(11) 상에 스퍼터링이나 열증착과 같은 기상 증착 공정 또는 비전해 도금 공정 또는 이 둘의 복합공정을 통하여 금속층(21)을 형성할 수 있다.
금속층(21)이 상기 금속 박막인 경우, 복합 필름(20)의 유연성/가요성을 증가시킬 수 있다. 상기 금속 박막의 두께는 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위 내이다. 금속층(21)이 박막화된 복합 필름(10)은 일례로 고체 전해질을 포함하는 전지를 위한 전지 외장재로 상술한 복합 필름(10)이 이용될 경우 유용하다. 액체 전해질을 사용하는 전지와 다르게 고체 전해질을 사용하는 전지는 전해질이 전지 외장재로 누액될 염려가 작으므로, 상술한 바와 같이 금속층(21)을 박막화하거나 생략할 수 있는 이점이 있다.
직물층(12)은 접착제(13)에 의해 금속층(21) 상에 부착된다. 직물층(12)은 복합 필름(20)의 유연성과 가요성을 증가시켜 복합 필름(20) 자체를 외피로 사용하는 포장 및 패키징의 유연성 및 가요성을 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 복합 필름(20)을 물통 또는 전해액이 충전된 전지 셀의 외장재로 사용될 경우, 전해액에 의한 제 1 보호층(11)의 스웰링 및 제 1 보호층(11)과 금속층(21) 사이의 열팽창 계수차에 의한 박리 및 변형을 완화하여 제품의 수명을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 필름(30)의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 복합 필름(30)은 제 1 보호층(11), 제 1 보호층(11) 상의 금속층(21), 금속층(21) 상의 제 2 보호층(31), 및 제 2 보호층(31) 상의 접착제(13)에 의한 직물층(12)을 포함한다. 도 3의 복합 필름(30)은 도 2의 복합 필름(20)과 유사한 구조이므로, 그 차이점을 중심으로 설명한다.
제 2 보호층(31)은 금속층(21)의 표면에 일정 두께로 코팅 또는 라미네이팅되어 형성될 수 있다. 제 2 보호층(31)은 외부로부터 내부층들을 보호하는 역할을 하며, 복합 필름(10)으로 형성된 파우치의 외주면에 균열이 발생하는 것을 방지하여 전체적인 성형을 용이하게 한다.
제 2 보호층(31)은 나일론, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트 또는 이들의 유도체를 포함할 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 제 2 보호층(31)은 상술한 고분자 수지를 금속층(21)의 표면에 액상 코팅하거나, 고분자 수지를 미리 필름 형태로 만들어 각종 라미네이팅 방법에 의해 적층시켜 형성할 수 있다. 또한, 제 2 보호층(31)을 다층화하거나, 제 2 보호층(31)의 표면에 불소계 수지, 또는 아크릴계 수지층을 복합화하여 제 2 보호층(31)의 표면을 보호하거나 성형 가공성을 향상시킬 수 있다.
제 2 보호층(31)은 10 ㎛ 내지 30 ㎛의 두께로 형성될 수 있다. 제 2 보호층(31)의 두께가 10 ㎛ 미만인 경우 포장 또는 패키징 공정의 드로잉 또는 폴딩과 같은 가공이 힘들고, 30 ㎛ 를 초과하면 복합 필름(10)을 이용한 포장의 두께가 두꺼워져 바람직하지 않다.
이하에서는 본 발명에 따른 복합 필름의 제조 방법에 대해서 설명하며, 재료 및 두께 등은 앞에서 설명한 것과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 필름(10)의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 필름(10)의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 1을 함께 참조하여 제조 방법에 관하여 개시한다.
도 4를 참조하면, 다른 실시예에 따른 복합 필름(10)의 제조 방법은 제 1 보호층 형성 단계(S11) 및 직물층 형성 단계(S12)를 포함할 수 있다. 본 발명은 제 1 보호층(11) 위에 금속층(21)없이 접착제(13)에 의해 직접 직물층(12)을 형성할 수 있다.
도 5를 참조하면, 다른 실시예에 따른 복합 필름(10)의 제조 방법은 직물층 형성 단계(S11') 및 제 1 보호층 형성 단계(S12')를 포함할 수 있다. 직물층(12) 상에 금속층(21) 없이 직접 제 1 보호층(11)이 형성될 수 있다. 여기서, 제 1 보호층(11)은 직물층(12) 상에 코팅 또는 라미네이팅 방식으로 직접 형성될 수 있다.
일부 실시예에서는, 상술한 라미네이팅 방식의 경우 프레스를 이용한 가압 방식을 적용함으로써, 제 1 보호층(11)과 직물층(12)이 신속하고 강력하게 접착되도록 할 수 있다. 금속층(21)이 없는 복합 필름(10)은 일례로 고체 전해질을 포함하는 전지를 위한 전지 외장재로 상술한 복합 필름(10)이 이용될 경우 유용하다. 예를 들면, 액체 전해질을 사용하는 전지와 다르게 고체 전해질을 사용하는 전지는 전해질이 전지 외장재로 누액될 염려가 작으므로, 상술한 바와 같이 금속층(21)없는 복합 필름(10)이 전지 외장재로 가공될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 필름(20)의 제조 방법을 도시하는 순서도이다. 여기서는, 도 2를 함께 참조한다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 복합 필름(20)의 제조 방법은 금속층 형성 단계(S21) 및 제 1 보호층/직물층 형성 단계(S22)를 포함한다. 금속층(21)의 형성 단계(S21)에서는 모재에 통상의 성형 공정을 적용하여 원하는 두께의 포일로 형성하며, 드로잉이나 폴딩 시에 금속층(21)이 크랙되지 않고, 연실율이 향상되도록 불활성 가스 분위기에서 열처리 등의 추가 공정이 진행될 수도 있다. 제 1 보호층(11)/직물층(12)의 형성 단계(S22)에서는 금속층(21)의 일면에 제 1 보호층(11)을 코팅 또는 라미네이팅한 후 금속층(21)의 타면에 직물층(12)을 접착제(13)로 접착한다. 여기서, 제 1 보호층(11)을 형성한 후, 직물층(12)을 형성하거나, 직물층(12)을 형성한 후 제 1 보호층(11)을 형성할 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 제 1 보호층(11)과 직물층(12)이 동시에 형성될 수도 있다.
금속층(21)은 제 1 보호층(11)의 표면에 스퍼터링이나 도금 공정을 적용하여 원하는 두께의 금속박으로 형성할 수도 있다. 제 1 보호층(11)이 먼저 제공되며, 이러한 공정 이후 제 1 보호층(11)이 형성되지 않은 금속층(21)의 표면에 직물층(12)이 접착제(13)로 접착될 수 있다. 직물층(12)은 접착제(13)를 사이에 두고 금속층(21)의 표면에 위치되어 상온에서 건조되거나 또는 프레스에 의해 일정한 압력으로 가압되어 형성될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 필름(30)의 제조 방법을 도시하는 순서도이다. 여기서, 도 3을 함께 참조한다.
도 7을 참조하면, 다른 실시예에 따른 복합 필름(30)의 제조 방법은 금속층 형성 단계(S31), 제 1 보호층/제 2 보호층 형성 단계(S32), 및 직물층 형성 단계(S33)를 포함한다.
제 1 보호층(11)/제 2 보호층(31)의 형성 단계(S32)는 금속층(21)의 일면에 제 1 보호층(11)을 형성하고, 금속층(21)의 타면에 제 2 보호층(31)을 형성하여 이루어질 수 있다. 선택적으로는, 금속층(21)의 일면에 제 2 보호층(31)을 형성하고, 금속층(21)의 타면에 제 1 보호층(11)을 형성하여 이루어질 수도 있다. 제 1 보호층(11) 및 제 2 보호층(31)은 상술한 바와 같이 코팅이나 라미네이팅 방식으로 금속층(21)의 일면 및 타면에 각각 형성될 수 있다. 직물층(12)의 형성 단계(S33)는 제 2 보호층(31) 상에 접착제(13)를 사이에 두고 직물층(12)을 위치시켜 상온에서 건조시키거나 또는 프레스로 가압하여 수행될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 외장재(320) 및 이를 포함하는 전지의 분해 사시도이다.
도 8을 참조하면, 일 실시예에 따른 전지 외장재(320)는 전극조립체(310)가 수납될 수 있는 공간부(325)가 형성되어 있는 외장재 본체(324), 및 외장재 본체(324)와 적어도 일변이 접하여 있는 외장재 커버(322)를 포함한다. 외장재 커버(322)가 일체로 연결되어 있는 일 측변을 제외한 외장재 본체(324)의 3변 가장자리를 따라서 외장재 커버(322)와의 접합을 위한 밀봉부(324a)가 형성되어 있다.
전지 외장재(320)는, 예를 들면, 전술한 복합 필름과 같이 직물층(322a)/금속층(322b)/제 1 보호층(322c)을 포함할 수 있다. 직물층(322a)는 전지의 포장 외피를 구성하고, 제 1 보호층(322c)은 열 융착층으로서 전지의 포장 내피를 구성한다. 외장재 본체(324)와 외장재 커버(322)를 밀착시킨 상태에서 밀봉부(324a)를 열융착시키면, 밀봉부(324a)의 제 1 보호층(열접착층)들이 서로 접착되어 전지 외장재가 밀봉된다. 상기 층 구조에 대해서는 전술한 다양한 실시예에 따른 복합 필름, 예를 들면, 제 1 보호층/직물층, 제 1 보호층/금속층/제 2 보호층/직물층과 같은 구조의 필름이 적용될 수 있으며, 전술한 개시 사항이 참조될 수 있다.
전극 조립체(310)는 제 1 전극(312), 제 2 전극(314) 및 이들 사이에 분리막(313)를 개재하여 권취된 젤리롤(jellyroll) 형태로 제조되거나 이들이 적층된 판상 적층형 전극 조립체로 제조될 수 있다. 제 1 전극(312) 및 제 2 전극(314)은 서로 극성을 달리하며, 양극 또는 음극에 각각 대응될 수 있다. 제 1 전극(312) 및 제 2 전극(314)은 집전체와 집전체의 적어도 일면에 도포되는 전극 활물질, 즉 양극 활물질 또는 음극 활물질을 포함한다. 또는, 제 1 전극(312) 및 제 2 전극(314)은 본 출원인의 2010년 10월 16일자로 출원된 한국 특허 제1088073호에 의한 전극 구조를 가질 수 있으며, 이는 예시적일 뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
제 1 전극(312) 또는 제 2 전극(314)이 양극으로 사용되는 경우, 전극 집전체로는 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티타늄 또는 이들의 합금, 알루미늄 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티타늄, 은을 표면 처리시킨 것 등을 사용할 수 있고, 이들 중 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 바람직하다. 제 1 전극(312) 또는 제 2 전극(314)이 음극으로 사용되는 경우, 전극 집전체로는 스테인레스강, 니켈, 구리, 티타늄 또는 이들의 합금, 구리 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티타늄, 은을 표면 처리시킨 것 등을 사용할 수 있고, 이들 중 구리 또는 구리 합금이 바람직하다.
양극 활물질로는 통상적으로 리튬함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물을 모두 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, 또는 LiNi1-x-yCoxMyO2 (0 = x = 1, 0 = y = 1, 0 = x+y = 1, M은 Al, Sr, Mg, La 등의 금속) 등의 금속 산화물이 사용될 수 있다. 음극 활물질로는 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬 합금 등이 사용될 수 있다. 분리막(313)은 제1전극(312) 및 제2전극(314) 사이의 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로서, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀계 고분자막 또는 이들의 다중막, 미세다공성 필름, 직포 및 부직포와 같은 공지된 것을 사용할 수 있다.
전극 조립체(310)의 제 1 전극(312) 및 제 2 전극(314)에는 각각 제 1 전극탭(315) 및 제 2 전극탭(316)이 레이저 용접, 초음파 용접, 저항 용접과 같은 용접이나 도전성 접착제에 의하여 통전 가능하도록 부착되어 있다. 이들 전극탭(315, 316)은 전극 조립체(310)가 권취되는 방향과 수직한 방향으로 전극 조립체(310)로부터 돌출되도록 형성되어 있다.
밀봉부(324a) 중 외장재 본체(324)와 외장재 커버(322)가 연결되어 있는 변과 반대편에 위치한 밀봉부를 통해서 전극 조립체(310)의 제 1 전극탭(315)과 제 2 전극탭(316)이 인출될 수 있다. 전극탭(315, 316)에는 절연성 소재로 만들어진 보호 테이프(317)가 부착되어 전극간의 단락을 방지한다.
도면에 도시되어 있지는 않지만, 제 1 전극탭(315)과 제 2 전극탭(316)에 보호회로 모듈이 전기적으로 연결됨으로써, 전지의 과충전 및 과방전을 방지하고, 외부 단락 시 전지가 위험한 상태가 되지 않도록 할 수 있다. 전술한 전지 외장재 및 이를 사용한 전지도 본 발명의 실시예들에 포함됨을 이해하여야 한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 복합 필름 및 그 제조 방법을 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것이며, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10, 20, 3: 본 발명의 실시예들에 따른 복합 필름
11: 제 1 보호층 12: 직물층
13: 접착제 21: 금속층
31: 제 2 보호층

Claims (20)

  1. 제 1 보호층; 및
    상기 제 1 보호층 상에 접착제로 접착된 직물층을 포함하는 복합 필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 보호층은 폴리프로필렌계 고분자 수지, 폴리에틸렌계 고분자 수지 및 이들의 공중합체 중 어느 하나 또는 이의 혼합물을 포함하는 복합 필름.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌계 고분자 수지는, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(EVA), 아크릴산-에틸렌 공중합체(EAA), 메타크릴산-에틸렌 공중합체(EMAA), 아크릴산 에틸-에틸렌 공중합체(EEA), 아크릴산 메틸-에틸렌 공중합체(EMA), 또는 메타크릴산 메틸-에틸렌 공중합체(EMMA)을 포함하는 폴리에틸렌 공중합체인 복합 필름.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 보호층은 10 ㎛ 내지 40 ㎛의 두께를 갖는 복합 필름.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 직물층은 면직물, 마직물, 모직물, 견직물, 혼방직물, 교직물, 부직포 또는 극세사천을 포함하는 복합 필름.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 직물층은 고어텍스(Gore-tex)를 포함하는 복합 필름.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 직물층은 100 ㎛ 내지 2,000 ㎛의 두께를 갖는 복합 필름.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 보호층과 상기 직물층 사이에 금속층을 더 포함하고,
    상기 금속층은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni) 또는 이의 합금을 포함하는 복합 필름.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 금속층은 금속 포일 또는 금속 박막을 포함하는 복합 필름.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 금속층은 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께를 갖는 복합 필름.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 금속층은 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛의 두께를 갖는 복합 필름.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 금속층과 상기 직물층 사이에 제 2 보호층을 더 포함하는 복합 필름.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 보호층은 나일론, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트 또는 이들의 유도체를 포함하는 복합 필름.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 보호층은 10 ㎛ 내지 30 ㎛의 두께를 갖는 복합 필름.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착제는 아크릴계 접착제 또는 에폭시계 접착제를 포함하는 복합 필름.
  16. 제 1 보호층을 제공하는 단계;
    상기 제 1 보호층의 일면에 금속층을 형성하는 단계; 및
    상기 제 1 보호층과 접하지 않는 상기 금속층의 타면에 직물층을 형성하는 단계를 포함하는 복합 필름의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 직물층을 형성하는 단계 이전에,
    상기 금속층의 타면에 제 2 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 금속층과 접하지 않는 상기 제 2 보호층의 타면에 상기 직물층을 형성하는 복합 필름의 제조 방법.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 직물층을 형성하는 단계는 상기 제 2 보호층의 타면에 접착제를 도포한 후 상기 직물층을 적층하고 건조하는 단계를 포함하는 복합 필름의 제조 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 직물층을 형성하는 형성 단계는 프레스로 상기 직물층을 가압하는 단계를 포함하는 복합 필름의 제조 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 보호층에 상기 직물층을 형성하거나, 상기 직물층에 상기 제 1 보호층을 형성하는 복합 필름의 제조 방법.
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