KR20160073837A - 플렉서블 셀 파우치 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents
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Abstract
최내층; 최내층 상에 형성되는 중간층; 중간층 상에 형성되는 배리어층; 배리어층 상에 형성되는 압출 수지층; 및 압출 수지층 상에 형성된 최외층을 포함하며, 최외층은 나일론 수지를 포함하며, 압출 수지층은 폴리에틸렌계 수지 및 접착제를 포함하는 플렉서블 셀 파우치가 제공된다.
Description
본 발명은 플렉서블 셀 파우치(Flexible cell pouch) 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구부림성 및 배리어성이 우수한 플렉서블 셀 파우치 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 리튬 이온 2차 전지 등의 전지(cell)는 금속 캔(metal can)에 내장되고 있다. 금속 캔은 주로 알루미늄(Al)이 사용되며, 프레스 가공을 통하여 원통형이나 각형(직육면체 등)의 형상을 갖는다.
그러나 금속 캔은 외벽이 단단하여 셀 자체의 형상이 금속 캔의 형상에 의해 결정되는 제약이 있다. 이러한 제약을 극복하고자 플렉서블 셀 파우치(Flexible cell pouch)가 개발되어 사용되고 있다. 일반적으로, 플렉서블 셀 파우치는 가스 배리어(barrier)성, 내전해액성 및 열접착성 등을 고려하여 다층 구조로 제조되고 있다. 도 1은 종래 기술에 따른 플렉서블 셀 파우치의 단면 구성도(적층 구조)를 보인 것이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 플렉서블 셀 파우치는 최내층(2); 중간층(4); 가스 배리어를 위한 배리어층(6); 및 최외층(8)을 포함한다. 최내층(2)은 플렉서블 셀 파우치의 가장 내부에 위치하여 내용물, 즉 셀과 접촉된다. 중간층(4)은 전지의 내열성 및 내한성을 안정화하기 위하여 형성되며 주로 폴리 프로필렌계 수지가 사용된다. 배리어층(6)은 기계적 강도와 함께 가스 출입을 차단하기 위한 것으로서, 이는 주로 알루미늄 박막(Al foil)이 사용된다. 그리고 최외층(8)은 배리어층(6)을 보호하기 위한 것으로서, 이는 내열성, 내핀홀성 및 내마모성 등을 고려하여 주로 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지(Polyethylene terephthalate, PET) 수지 및/또는 나일론(Nylon) 수지가 사용된다.
한편, 최근 제품의 소형화의 추세 및 구부림성이 우수한 플렉서블 파우치에 대한 관심이 대두됨에 따라 초박막의 플렉서블 셀 파우치가 요구되고 있다. 박막형의 플렉서블 셀 파우치를 형성하기 위해서는 배리어층(6)의 두께가 얇아지게 되는데, 배리어층(6)의 두께가 얇은 경우 배리어성이 저하될 뿐만 아니라, 상기 플렉서블 셀 파우치에 외력을 지속적으로 가하는 경우 배리어층(6)의 내부에 홀이 생기고 심지어 셀파우치가 찢어지는 등의 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 현재 플렉서블 기기에 적용되는 이차전지는 일반 핸드폰용 전지에 비해 높은 구부림성을 요구하고 있다. 이는 일반적으로 플렉서블 기기에 사용되는 이차전지는 플렉서블 기기에 장착 후 지속적으로 구부러진 형태와 평평한 형태를 반복해야 하기 때문이다.
뿐만 아니라, 현재 핸드폰, 전기 자동차 등에 주로 사용되는 플렉서블 셀파우치는 전지 용량 향상을 위하여 최대 범위로 성형(forming)을 하고, 전극군을 상기 성형된 셀파우치에 수납하여 이를 포함하는 이차전지를 제조하고 있다. 하지만, 상기 성형 공정상에서 배리어층(6)에 홀이 발생하여 배리어성이 저하되고 전지로서 기능을 상실하는 등의 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 플렉서블 셀 파우치의 최외층 및 배리어층 사이에 압출 폴리에틸렌계 수지를 포함하는 압출 수지층을 형성하여, 이를 포함하는 이차 전지의 구부림성 및 배리어성을 향상시키는 플렉서블 셀 파우치 및 이를 포함하는 이차전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 일 구현예에서, 최내층; 상기 최내층 상에 형성되는 중간층; 상기 중간층 상에 형성되는 배리어층; 상기 배리어층 상에 형성되는 압출 수지층; 및 상기 압출 수지층 상에 형성된 최외층을 포함하며, 상기 최외층은 나일론 수지를 포함하며, 상기 압출 수지층은 폴리에틸렌계 수지 및 접착제를 포함하는 플렉서블 셀 파우치(Flexible cell pouch) 가 제공된다.
예시적인 구현예에서, 상기 압출 수지층은 압출 수지층 전체 중량에 대하여 폴리에틸렌계 수지 70 내지 80 중량부 및 접착제 20 내지 30 중량부를 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 배리어층은 알루미늄을 포함하고, 9 내지 15μm의 두께를 가질 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 폴리에틸렌계 수지는 저밀도폴리에틸렌(Low density polyethylene, LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(Linear low density polyethylene, LDPE) 및 고밀도폴리에틸렌(High density polyethylene, HDPE)을 포함하는 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 접착제는 에틸렌 모노머, 프로필렌 모노머, 변성 에틸렌 모노머 및 변성 프로필렌 모노머로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 공중합물일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 접착제는 타이레진일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 압출 수지층은 10 내지 20 μm의 두께를 가질 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 최내층은 무연신 폴리프로필렌계 필름(Casting Polypropylene, CPP) 또는 폴리에틸렌계(Polyethylene, PE) 수지를 포함하고, 상기 중간층은 폴리프로필렌계(Polypropylene, PP) 수지를 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 플렉서블 셀 파우치는 구부림성이 있을 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 일 구현예에서, 상기 플렉서블 셀 파우치를 포함하는 이차 전지가 제공될 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따른 플렉서블 셀 파우치는 최외층 및 배리어층 사이에 형성되는 압출 수지층을 포함한다 상기 압출 수지층은 배리어성이 뛰어나면서도 유연한 폴리에틸렌계 수지 및/또는 배리어층과의 접착향상을 위한 접착제를 포함한다. 이에 따라, 상기 배리어층의 두께가 약 15μm 이하인 경우에도 이를 포함하는 전지의 구부림성 및 가스 배리어성이 향상될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 플렉서블 셀 파우치의 단면 구성도이다.
도 2은 본 발명의 일 구현예에 따른 플렉서블 셀 파우치의 단면 구성도이다.
도 3은 각각 PET 수지 및 나일론 수지로 이루어진 최외층들을 포함하는 전지의 구부림성 테스트를 실험한 결과를 나타내는 사진이다.
도 2은 본 발명의 일 구현예에 따른 플렉서블 셀 파우치의 단면 구성도이다.
도 3은 각각 PET 수지 및 나일론 수지로 이루어진 최외층들을 포함하는 전지의 구부림성 테스트를 실험한 결과를 나타내는 사진이다.
이하, 본 발명의 구현예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 구현예들이 첨부된 도면을 참고로 설명되었으나 이는 예시를 위하여 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 적용이 제한되지 않는다.
본 명세서에서 "셀(cell)" 이라 함은 전지를 의미하는 것으로서, 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 등과 같은 이차 전지나 휴대용 축전지 등과 같은 각종 전지를 모두 포함하는 최광의의 의미이다.
본 명세서에서 "셀 파우치(cell pouch)"는 양극, 음극 및 세퍼레이터(separator) 등의 셀 구성 요소가 전해액에 함침되어 수납된 것으로서, 상기 셀 구성 요소를 수납하기 위하여 가스 배리어성, 내전해액성 및 열접착성 등을 고려한 적층 구조의 필름을 주머니 형태나 박스형태 등으로 가공된 것을 모두 포함하는 최광의의 의미이다.
본 명세서에서 “배리어성”은 전지 외부로부터 수중기를 차단하는 성능을 의미한다.
본 명세서에서 “구부림성(flexibility)”은 셀 및/또는 셀파우치의 휘어짐의 정도를 의미하는 것으로서, 구부림성이 우수할수록 셀 및/또는 플렉서블 셀 파우치가 용이하게 휘어질 수 있다.
플렉서블 셀 파우치
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 플렉서블 셀 파우치의 단면 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 플렉서블 셀 파우치는 순차적으로 적층된 최내층(12); 중간층(14); 배리어층(16); 압출 수지층(17); 및 최외층(18)을 포함한다.
최내층(12)은 셀이 수납(내장)된 후, 열에 의해 접착(열융착)되어 실링(sealing)성을 부여하는 것으로서 열접착을 위한 실링 수지(sealing resin)를 포함할 수 있다.
상기 실링 수지는 열에 의해 융착(열접착)될 수 있으면 제한되지 않으며, 바람직하게는 열접착성과 함께 절연성, 내전해액성 및/또는 내한성 등을 가지는 수지일 수 있다.
실링 수지는, 바람직하게는 저온에서 열융착이 가능한 저융점 수지로부터 선택될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 실링 수지로서는 최내층(12) 상호 간의 접착을 위하여 폴리에틸렌(PE)계 수지를 코팅하여 사용할 수 있으며, 이와는 달리 무연신 폴리프로필렌(Casted Polypropylene,?CPP) 필름을 사용할 수 있다. 중간층(14)은 최내층(12)에 인접하여 최내층(14)을 보조하는 역할을 수행하며, 전지의 내열성 및 내한성을 안정화할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 중간층(14)은 폴리프로필렌(PP)계 수지를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 중간층(14)은 호모 폴리프로필렌(homo-PP), 폴리프로필렌 공중합체(PP co-polymer) 및 폴리프로필렌 터폴리머(PP ter-polymer) 등으로부터 선택된 하나 이상의 폴리프로필렌(PP)계를 단독으로 사용하여 형성된 물질을 포함할 수 있으며, 상기 폴리프로필렌(PP)계에 폴리에틸렌(PE)계나 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 등을 혼합하여 형성된 물질을 포함할 수도 있다. 일반적으로 폴리프로필렌(PP)계 수지는 열접착성(실링성) 및 절연성이 양호함은 물론 인장 강도, 강성 및 표면 경도 등의 기계적 물성과, 내전해액성 등의 내화학성이 뛰어나 본 발명에 유용하게 사용될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 중간층(14)은 약 5 내지 20μm의 두께를 가질 수 있다.
배리어층(16)은 가스 배리어(barrier)성을 가지는 금속이면 제한되지 않는다. 배리어층(16)은 외부의 습기나 공기, 그리고 내부에서 발생된 가스의 출입을 차단할 수 있다. 배리어층(16)은 금속 박막 및 금속 증착층 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 이때, 상기 금속 박막은 금속 포일(metal foil) 등을 사용할 수 있으며, 금속 증착층은 별도의 플라스틱 필름, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP) 등의 필름에 진공 증착되어 형성될 수 있다.
배리어층(16)을 구성하는 금속, 구체적으로 상기 금속 박막이나 금속 증착층을 구성하는 금속은, 예를 들어 알루미늄(Al), 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In) 및 텡스텐(W) 등으로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상(단일 금속 또는 단일 금속의 혼합), 또는 이들로부터 선택된 2 이상의 합금(alloy) 등을 예로 들 수 있다. 상기 금속은, 바람직하게는 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy)으로부터 선택되면 좋다. 아울러, 배리어층(16)은 내부식성을 위해, 인산이나 크롬 등에 의해 표면 처리된 것이 사용될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 배리어층(16)은 15㎛이하의 두께를 가질 수 있다.
바람직하게는 배리어층(16)은 9 내지 15㎛의 두께를 가질 수 있다. 배리어층(16)의 두께가 9㎛ 이하인 경우에는 이차전지의 셀파우치로서의 구현이 용이하지 않으며, 배리어층(16)의 두께가 15㎛ 이상인 경우에는 플렉서블 셀 파우치의 구부림성 테스트에서 전지용량이 급격하게 줄어들 수 있다.
압출 수지층(17)은 폴리에틸렌계 수지 및 접착제를 포함하며 플렉서블 셀 파우치의 구부림성을 향상시킬 수 있다.
압출 수지층(17)은 압출 수지층 전체 중량에 대하여 폴리에틸렌계 수지 70 내지 80 중량부 및 접착제 20 내지 30 중량부를 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 폴리에틸렌계 수지는 구체적으로 저밀도폴리에틸렌(Low density polyethylene, LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(Linear low density polyethylene, LDPE), 고밀도폴리에틸렌(High density polyethylene, HDPE) 등일 수 있다. 상기 폴리에틸렌계 수지는 일반적으로 폴리프로필렌계 수지보다 부드러운 특성을 갖고 있으며, 내충격성, 내저온취화성, 유연성 등이 우수한 것으로 알려져 있다. 이에 따라, 상기 폴리에틸렌계 수지가 압출 수지층(17)에 사용되는 경우 배리어층(16)을 보호할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 접착제는 배리어층(16) 및/또는 최외층(18)과의 접착력이 우수할 수 있으며, 구체적으로 에틸렌 모노머, 프로필렌 모노머, 변성 에틸렌 모노머 및 변성 프로필렌 모노머로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 형성된 공중합물을 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 접착제로서는 타이레진이 사용될 수 있다. 일반적으로 금속과 필름 혹은 극성이 서로 다른 고분자물질들 간에는 접착력이 우수하지 않다. 이에 반해, 타이레진은 프로필렌계 단량체들로 이루어진 주쇄와 이에 결합된 에틸렌계 단량체들로 이루어진 곁사슬로 이루어진 고분자 구조 혹은 에틸렌계 단량체들로 이루어진 주쇄와 이에 결합된 프로필렌계 단량체들로 이루어진 곁사슬로 이루어진 고분자 구조를 갖는 를 가질 수 있다. 즉, 타이레진은 폴리프로필렌계 수지 및 폴리에틸렌계 수지의 특성을 모두 가질 수 있다. 이에 따라, 압출 수지층(17)이 폴리에틸렌계 수지와 타이레진을 포함하는 경우 상기 타이레진의 폴리프로필렌계 수지의 성질이 폴리에틸렌계 수지와의 접착력을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 타이레진의 폴리에틸렌계 수지 및 폴리프로필렌계 수지의 특성이 배리어층(16) 및/또는 최외층(18)과의 접착력을 향상시키는 데 기여할 수 있다. 또한, 일반적으로 타이레진은 내구성이 우수하므로, 상기 폴리에틸렌계 수지와 함께 사용되는 경우 배리어층(16) 및/또는 최외층(18)을 보호할 수 있다. 뿐만 아니라, 타이레진은 내화학성, 전기절연성 등의 특성이 우수하여 셀 파우치의 구성요소로서 사용되는 경우 셀 파우치의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
예시적인 구현예에서, 압출 수지층(17)은 약 10 내지 20μm의 두께를 가질 수 있다.
최외층(18)은 배리어층(16)을 보호할 수 있다. 최외층(18)은, 바람직하게는 내마모성과 함께 예를 들어 내열성, 내한성, 내핀홀성, 절연성, 내용제성 및/또는 성형성(플렉서블 셀 파우치를 소정의 형상(박스 등)으로 가공할 시의 형태 유지성) 등의 특성을 가지는 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 최외층(18)은, 나일론 수지(Nylon resin), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지 및 폴리올레핀계 수지 등으로부터 선택된 하나 이상의 수지를 포함할 수 있다. 이때, 상기 폴리올레핀계 수지는 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP)을 예로 들 수 있다.
예시적인 구현예에서, 최외층(18)은 바람직하게는 나일론 수지(Nylon resin) 를 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 최외층(18)은 약 5 내지 25μm의 두께를 가질 수 있다.
예시적인 구현예에서, 최외층(18)과 압출 수지층(17) 사이에 점착층이 추가적으로 형성될 수도 있다. 이때, 점착층은 통상적으로 사용되는 접착제를 포함할 수 있으며, 점착층의 두께는 약 2 내지 3μm일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 플렉서블 셀 파우치는 배리어층(16) 및 최외층(18)사이에 폴리에틸렌계 수지 및 접착제를 포함하는 압출 수지층(17)을 포함할 수 있다. 압출 수지층(17)은 유연한 폴리에틸렌계 수지를 포함하고 있으므로, 이를 포함하는 플렉서블 셀 파우치 완제품의 구부림성을 향상시킬 수 있다. 또한, 플렉서블 셀 파우치 완제품의 구부림성이 향상되는 경우 셀의 구부림성의 미흡으로 인한 핀홀 등이 생기는 문제점이 개선될 수 있다.
또한, 압출 수지층(17)은 배리어성이 우수한 폴리에틸렌계 수지를 포함하므로 이를 포함하는 플렉서블 셀 파우치의 배리어성도 향상될 수 있다.
플렉서블 셀 파우치의 제조 방법
본 발명의 일 구현예에 따른 플렉서블 셀 파우치의 제조 방법은 최외층 및 배리어층을 형성하는 단계; 폴리에틸렌계 수지 및 접착제를 압출시켜 상기 최외층 및 상기 배리어층 사이에 개재된 압출 수지층을 형성하는 단계; 최내층을 형성하는 단계; 및 노출된 배리어층의 표면 및 상기 최내층 표면 사이에 폴리에틸렌계 수지를 압출하여 상기 최내층 및 상기 배리어층 사이에 개재된 중간층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 최외층, 압출수지층, 배리어층, 중간층 및 최내층의 구체적인 구성성분은 전술한 플렉서블 셀 파우치와 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
우선, 나일론 수지(Nylon resin), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지 및 폴리올레핀계 수지 등을 이용하여 최외층을 형성한다. 또한, 알루미늄(Al), 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In) 및 텡스텐(W) 등의 금속을 이용하여 배리어층을 형성한다.
이후, 폴리에틸렌계 수지 및 접착제가 섞인 수지를 상기 최외층 및 배리어층 사이에 압출하여 압출 수지층을 형성한다.
즉, 폴리에틸렌계 수지 및 접착제가 섞인 수지를 이용한 압출코팅공정을 통해, 상기 압출 수지층을 형성하고 상기 압출 수지층을 매개로 하여 상기 최외층 및 배리어층을 합지시킨다.
이어서, 상기 최외층이 합지되어 있지 않은 상기 배리어층의 표면을 표면처리 한다. 구체적으로, 상기 배리어층은 인산이나 크롬 등에 의해 표면처리 될 수 있다. 이에 따라, 상기 공기 중에 노출된 배리어층의 표면의 부식성이 향상될 수 있다.
이후, 무연신 폴리프로필렌계 필름, 폴리에틸렌계 수지 등을 사용하여 최내층을 형성한다.
이어서, 상기 최내층과 상기 표면처리된 배리어층 사이에 폴리프로필렌계수지를 압출하여 상기 최내층과 상기 배리어층 사이에 개재된 중간층을 형성한다. 이에 따라, 상기 중간층을 매개로 하여 상기 배리어층과 상기 최내층이 합지될 수 있다.
이에 따라, 전술한 공정을 통해 순차적으로 적층된 최내층, 중간층, 배리어층, 압출 수지층 및 최외층을 포함하는 셀 파우치가 제조될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예들에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
실시예 1
나일론 수지를 이용하여 약 12 μm의 두께를 갖는 최외층을 형성하고, 알루미늄을 이용하여 약 9 μm의 두께를 갖는 배리어층을 형성하였다.
이후, 상기 최외층의 표면에 접착제를 코팅하며 상기 최외층과 상기 배리어층을 합지하여 합지물을 형성하였다. 이후, 상기 최외층과 합지되어 있지 않은 상기 배리어층의 표면을 크롬을 이용하여 표면처리 하였다. 이후, 무연신 폴리프로필렌계 필름을 사용하여 약 25 내지 28μm의 두께를 갖는 최내층을 형성하였다. 이후, 상기 최내층과 상기 합지물 사이에 폴리프로필렌계수지를 압출하여 상기 최내층과 상기 합지물 사이에 개재된 중간층을 형성하고 상기 합지물과 상기 최내층을 합지하였다. 이때 중간층의 두께는 약 15μm를 갖도록 형성되었다. 이에 따라, 순차적으로 적층된 최내층, 중간층, 배리어층 및 최외층을 포함하며, 성형하지 않은 상태의 평평(flat)한 형상을 갖는 셀 파우치를 제조하였다. 이후, 상기 셀파우치에 전극군을 삽입하여 이차전지를 제조하였다.
실시예 2
나일론 수지를 이용하여 약 15 μm의 두께를 갖는 최외층을 형성하고, 알루미늄을 이용하여 약 9 μm의 두께를 갖는 배리어층을 형성하였다. 이후, 폴리에틸렌계 수지 및 타이레진이 섞인 수지를 상기 최외층 및 배리어층 사이에 압출하여 약 15 μm의 두께를 갖는 압출 수지층을 형성하였다. 이에 따라, 배리어층, 압출수지층 및 최외층이 순차적으로 적층된 합지물을 형성하였다.
이후, 상기 배리어층의 노출된 표면을 크롬을 이용하여 표면처리 하였다. 이후, 무연신 폴리프로필렌계 필름을 사용하여 약 28 μm의 두께를 갖는 최내층을 형성하였다. 이후, 상기 최내층과 상기 합지물 사이에 폴리프로필렌계수지를 압출하여 상기 최내층과 상기 합지물 사이에 개재된 중간층을 형성하여, 상기 합지물과 상기 최내층을 합지하였다. 이때 상기 중간층의 두께는 15 μm의 두께를 갖도록 제조되었다. 이에 따라, 순차적으로 적층된 최내층, 중간층, 배리어층, 압출 수지층 및 최외층을 포함하며, 성형하지 않는 상태의 평평(flat)한 형상을 갖는 셀 파우치를 제조하였다. 이후, 상기 셀파우치에 전극군을 삽입하여 이차전지를 제조하였다.
비교예 1
실시예 1에서, 나일론 수지 대신 PET 수지를 이용하여 약 15μm의 두께를 갖는 최외층을 형성한 것을 제외하고는 동일한 조건으로 셀 파우치를 제조한 후 이를 포함하는 이차 전지를 제조하였다.
비교예 2
실시예 2에서, 압출 수지층을 형성하지 않는 점을 제외하고는 동일한 조건으로 셀 파우치를 제조한 후 이를 포함하는 이차 전지를 제조하였다.
비교예 3
실시예 2에서, 배리어층의 두께를 약 20um로 형성한 점을 제외하고는 동일한 조건으로 셀 파우치를 제조한 후 이를 포함하는 이차 전지를 제조하였다.
실험예 1: 나일론 수지 사용에 따른 전지의 구부림성 및 전지용량 측정
실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 이차 전지를 구부림성 테스트기에 각각 고정시키고 25R의 각도로 구부렸다 폈다를 계속하여 반복하여 구부림성 테스트를 수행하였다. 이때, 25R은 반지름이 2.5cm인 구체의 곡률 반경을 의미한다.이후, 이의 결과를 도 3 및 표 1에 나타내었다. 특히 표 1의 전지용량 테스트에서는 구부림성 테스트 이전의 이차전지 용량을 100%(기준)로 설정한 뒤, 각각 구부림성 테스트시의 전지용량을 측정하여 이를 표시하였다.
| 구부림성 테스트의 수행횟수 | 전지용량 테스트 결과(%) | |
| PET 수지(비교예 1) | 나일론 수지(실시예 1) | |
| 50 | 95 | 95 |
| 1,000 | 51.9 | 85.2 |
| 2,000 | 37.1 | 84.1 |
| 3,000 | 1.6 | 85 |
| 4,000 | 0 | 83.2 |
| 5,000 | 0 | 84.6 |
| 6,000 | 0 | 86 |
| 7,000 | 0 | 85.3 |
| 8,000 | 0 | 84 |
| 9,000 | 0 | 84.8 |
| 10,000 | 0 | 0 |
도 3을 참조하면, 비교예 1에 따라 제조된 셀 파우치를 포함하는 이차 전지의 경우, 2,000회 또는 3,000회 구부림성 테스트를 수행한 결과 셀의 내부가 끊어진 것을 확인할 수 있었다. 이에 반해, 실시예 1에 따라 제조된 셀 파우치를 포함하는 이차전지의 경우 10,000회의 구부림성 테스트에도 끊어지지 않고 외형이 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 최외층이 나일론층을 포함하는 경우 최외층이 PET 수지를 포함하는 경우보다 구부림성이 우수함을 확인할 수 있었다.
또한, 표 1을 살펴보면, 비교예 1에 따라 제조된 이차 전지의 경우, 약 3,000회의 구부림성 테스트에서 전지 용량이 1.6% 값을 보여 매우 미흡함을 확인할 수 있었다. 또한, 구부림성 테스트를 약 4,000회 수행할 때에 전지가 끊겨 전지용량을 측정할 수 없었다. 이에 반해, 실시예 1에 따라 제조된 이차 전지의 경우 구부림성 테스트를 약 9,000회 수행하는 경우 전지용량이 약 84.8%를 보여 매우 우수함을 알 수 있었다. 이에 따라, 최외층이 나일론 수지를 포함하는 경우 구부림성 테스트 및 전지용량 테스트 모두에서 우수한 결과를 보임을 알 수 있었다.
실험예 2: 압출 수지층 유무에 따른 전지의 구부림성 및 전지용량 측정
실시예 2 및 비교예 2에 따라 제조된 이차 전지를 구부림성 테스트기에 각각 고정시키고 25R의 각도로 구부렸다 폈다를 계속하여 반복하여 구부림성 테스트를 수행하였다. 이때, 25R은 반지름이 2.5cm인 구체의 곡률 반경을 의미한다. 또한, 각 구부림성 테스트의 수행횟수에 따른 전지용량값을 표 2에 나타내었다. 이때, 구부림성 테스트 전의 이차전지의 전지용량을 100%(기준)로 설정한 뒤, 각각 구부림성 테스트 시의 전지용량을 측정하여 이를 표시하였다.
| 구부림성 테스트의 수행횟수 | 전지용량 테스트 결과(%) | |
| 실시예 2 | 비교예 2 | |
| 50 | 98 | 95 |
| 1,000 | 95.4 | 85.2 |
| 2,000 | 91 | 84.1 |
| 3,000 | 88.3 | 85 |
| 4,000 | 86.4 | 83.2 |
| 5,000 | 85 | 84.6 |
| 8,000 | 84 | 86 |
| 9,000 | 85.8 | 85.3 |
| 10,000 | 84.5 | 84 |
| 12,000 | 83.2 | 0 |
| 15,000 | 83.6 | 0 |
| 17,000 | 82.1 | 0 |
| 20,000 | 81.4 | 0 |
표 2를 살펴보면, 비교예 2에 따라 제조된 이차 전지의 경우, 약 50회 이상의 구부림성 테스트 이후에서는 실시예 2에 따라 제조된 이차 전지에 비해 전지용량이 적은 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라, 비교예 2에 따라 제조된 이차 전지의 경우, 약 10, 000회 이상의 구부림성 테스트 이후에서는 전지가 끊겨 전지용량을 측정할 수 없었다. 이에 반해, 실시예 2에 따라 제조된 이차 전지의 경우 구부림성 테스트를 약 20,000회 수행하는 경우에도 전지가 끊기지 않고 구부림성 테스트 전의 약 80% 이상에 해당하는 전지용량을 보였다. 이에 따라, 압출 수지층을 포함하는 이차전지의 경우, 구부림성 테스트 및 전지용량 테스트 모두에서 우수한 결과를 보임을 확인할 수 있었다.
실험예 3:알루미늄 두께에 따른 전지의 구부림성 및 전지용량 측정
실시예 2 및 비교예 3에 따라 제조된 이차 전지들을 구부림성 테스트기에 각각 고정시키고 25R의 각도로 구부렸다 폈다를 계속하여 반복하여 구부림성 테스트를 수행하였다. 이때, 25R은 반지름이 2.5cm인 구체의 곡률 반경을 의미한다. 또한, 이때 각 구부림성 테스트의 수행횟수에 따른 전지용량값을 측정하여, 표 3에 나타내었다. 이때, 구부림성 테스트 전의 이차전지 용량을 100% (기준)로 설정하여 각각의 구부림성 테스트시의 전지용량 수치를 표시하였다.
| 구부림성 테스트의 수행횟수 | 전지용량 테스트 결과(%) | |
| 비교예 3 | 실시예 2 | |
| 50 | 88 | 98 |
| 1,000 | 75.4 | 95.4 |
| 2,000 | 68.2 | 91 |
| 3,000 | 0 | 88.3 |
| 4,000 | 0 | 86.4 |
| 5,000 | 0 | 85 |
| 8,000 | 0 | 84 |
| 9,000 | 0 | 85.8 |
| 10,000 | 0 | 84.5 |
| 12,000 | 0 | 83.2 |
| 15,000 | 0 | 83.6 |
| 17,000 | 0 | 82.1 |
| 20,000 | 0 | 81.4 |
표 3을 살펴보면, 비교예 3에 따라 제조된 이차 전지의 경우, 약 50회 이상의 구부림성 테스트 이후에서는 실시예 2에 따라 제조된 이차 전지에 비해 전지용량이 적은 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 약 1,000회 이상의 구부림성 테스트를 수행한 이후에는 전지용량이 전지업체에서 일반적으로 요구하는 최저 기준인 80% 이하로 떨어져 미흡한 결과를 보이는 것을 확인할 수 있었다. 이에 반해, 실시예 2에 따라 제조된 이차전지의 경우, 구부림성 테스트를 약 20,000회 수행하는 경우에도 전지가 끊기지 않고 구부림성 테스트 전의 약 80% 이상에 해당하는 전지용량을 보였다. 이에 따라, 배리어층의 두께가 15μm 이상인 약 20 μm 인 경우에는 구부림성 테스트 실시 시에 전지용량이 급격히 줄어듦을 확인할 수 있었다.
2, 12: 최내층 4, 14: 중간층
6, 16: 배리어층 17: 압출 수지층
8, 18: 최외층
6, 16: 배리어층 17: 압출 수지층
8, 18: 최외층
Claims (10)
- 최내층;
상기 최내층 상에 형성되는 중간층;
상기 중간층 상에 형성되는 배리어층;
상기 배리어층 상에 형성되는 압출 수지층; 및
상기 압출 수지층 상에 형성된 최외층을 포함하며,
상기 최외층은 나일론 수지를 포함하며, 상기 압출 수지층은 폴리에틸렌계 수지 및 접착제를 포함하는 플렉서블 셀 파우치(Flexible cell pouch). - 제1항에 있어서,
상기 압출 수지층은 압출 수지층 전체 중량에 대하여 폴리에틸렌계 수지 70 내지 80중량부 및 접착제 20 내지 30 중량부를 포함하는 플렉서블 셀 파우치. - 제2항에 있어서,
상기 배리어층은 알루미늄을 포함하고, 9 내지 15μm의 두께를 갖는 플렉서블 셀 파우치. - 제1항에 있어서,
상기 폴리에틸렌계 수지는 저밀도폴리에틸렌(Low density polyethylene, LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(Linear low density polyethylene, LDPE) 및 고밀도폴리에틸렌(High density polyethylene, HDPE)을 포함하는 그룹에서 선택된 하나 이상인 플렉서블 셀 파우치. - 제1항에 있어서,
상기 접착제는 에틸렌 모노머, 프로필렌 모노머, 변성 에틸렌 모노머 및 변성 프로필렌 모노머로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 공중합물인 플렉서블 셀 파우치. - 제5항에 있어서,
상기 접착제는 프로필렌계 단량체들로 이루어진 주쇄와 이에 결합된 에틸렌계 단량체들로 이루어진 곁사슬로 이루어진 고분자 구조 혹은 에틸렌계 단량체들로 이루어진 주쇄와 이에 결합된 프로필렌계 단량체들로 이루어진 곁사슬로 이루어진 고분자 구조를 갖는 플렉서블 셀 파우치. - 제1항에 있어서,
상기 압출 수지층은 10 내지 20 μm의 두께를 갖는 플렉서블 셀 파우치. - 제1항에 있어서,
상기 최내층은 무연신 폴리프로필렌(Casting Polypropylene, CPP)계 필름 또는 폴리에틸렌계(Polyethylene, PE) 수지를 포함하고, 상기 중간층은 폴리프로필렌계(Polypropylene, PP) 수지를 포함하는 플렉서블 셀 파우치. - 제1항에 있어서,
상기 플렉서블 셀 파우치는 구부림성이 있는 플렉서블 셀 파우치. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 플렉서블 셀 파우치를 포함하는 이차 전지.
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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