KR20180132378A - Packaging film for lithium ion battery with impact absorbing property - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a packaging film for a lithium ion battery with impact absorbing property which includes an aluminum layer, a polymer film layer, a micro-damping layer and a self-adhesive layer. The packaging film for a lithium ion battery film of the present invention can disperse impacts or shock waves applied to the lithium ion battery by a micro-damping layer as much as possible, and minimize impacts applied to a cell, thereby making it possible to safely use the lithium ion battery.

Description

충격흡수능이 있는 리튬 이온 전지의 포장용 필름 {Packaging film for lithium ion battery with impact absorbing property}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a packaging film for a lithium ion battery having shock absorbing capability,

본 발명은 리튬 이온 전지의 포장용 필름에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 충격흡수능이 있는 리튬 이온 전지의 포장용 필름에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a packaging film for a lithium ion battery, and more particularly to a packaging film for a lithium ion battery having a shock absorbing capability.

리튬 이온 전지(Lithium ion battery, Lithium battery)는 이차 전지의 일종으로서, 양극(리튬 코발트 산화물)과 음극(탄소) 사이에 유기 전해질을 넣어 충전과 방전을 반복하게 하는 원리이다. 방전과정에서는 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동하면서 전기를 발생시키고, 충전과정에는 리튬 이온이 양극에서 음극으로 다시 이동하여 제자리를 찾게 된다. 통상적인 리튬 이온 전지의 구조를 도 1에 나타내었다. Lithium ion battery (Lithium ion battery) is a type of secondary battery. It is a principle that charges and discharges repeatedly by putting an organic electrolyte between the anode (lithium cobalt oxide) and the cathode (carbon). During the discharging process, lithium ions move from the cathode to the anode and generate electricity. During the charging process, lithium ions move from the anode to the cathode again to find the place. The structure of a conventional lithium ion battery is shown in Fig.

리튬 이온 전지는 무게가 가볍고 고용량의 전지를 만드는 데 유리하므로 휴대폰, 노트북, 디지털 카메라 등에 많이 사용되고 있다. 그러나, 리튬 이온 전지에 사용되는 리튬은 기본적으로 불안정한 원소로 고온이나 일반 공기와 접촉하면 발화하거나 공기 중의 수분과 급격하게 반응하여 폭발하기 쉬운 위험성이 있으며, 전지 내 전해액은 과열에 의해 화재가 일어날 위험성이 있다. 이와 같이, 리튬 이온 전지는 구조적으로 발화 가능성이 있지만 발열방지 기술이 발전하여 압력이나 충격과 같은 외부 요인을 제외하면 자연상태에서 발화하는 예는 극히 드물다. Lithium ion batteries are widely used in mobile phones, notebooks, and digital cameras because they are lighter in weight and have the advantage of making high capacity batteries. However, lithium used in a lithium ion battery is basically an unstable element. When it comes into contact with a high temperature or ordinary air, there is a risk that the battery is likely to explode due to ignition or abrupt reaction with moisture in the air. . As such, lithium-ion batteries are structurally feasible, but with the development of anti-heat technology, it is very rare to ignite in a natural state except for external factors such as pressure or impact.

리튬 이온 전지의 외부에 강한 충격이나 압력이 가해지면 리튬 이온 전지 내부에서 양극이 접합되는 변형이 올 수 있고, 가열하면 전지 내부의 온도와 압력이 급속히 올라가게 된다. 이때 리튬 이온 전지를 감싸고 있는 금속 캔이 부풀어 오르다 압력을 견디지 못하여 폭발하게 되고, 외부의 금속 캔이 폭발함에 따라 리튬 이온 전지 내부의 리튬 성분이 공기와 만나게 되면서 발화하게 된다. 외부충격으로 분리막이 단락된 상태를 도 2에 나타내었다. When a strong impact or pressure is applied to the outside of the lithium ion battery, the anode may be deformed in the inside of the lithium ion battery, and if heated, the temperature and pressure inside the battery rapidly rise. At this time, the metal can surrounding the lithium ion battery swells and explodes because it can not withstand the pressure. As the external metal can explodes, the lithium component inside the lithium ion battery meets the air and ignites. Fig. 2 shows a state in which the separator is short-circuited due to external impact.

리튬 이온 전지는 1개의 셀(cell) 전지로 생산되지 않고 대부분 배터리-팩(battery pack)으로 생산되며, 안전을 위하여 기포방출구를 갖추고 있다. 더 나아가 기계적, 전기적 안전요소들, 예를 들면, 압력이 높을 경우의 전류차단, 과부하 제어, 충/방전 전압 제어 및 온도제어와 같은 기계적, 전기적 안전요소들을 충족시켜야 하고, 특히 충전시에는 세심한 주의를 기울여야한다는 전제조건을 충족시켜야 한다.Lithium-ion batteries are not produced as a single cell but are mostly produced as a battery pack and have a bubble outlet for safety. Furthermore, mechanical and electrical safety factors, such as current interruption at high pressure, overload control, charge / discharge voltage control and temperature control, must be met, especially when charging. To meet the precondition that you have to pay.

그렇지만 시장에서 용량은 크면서 크기는 보다 작은 배터리를 원하고 있기 때문에 안정성은 더욱 낮아지고 있다. 실제 시판되는 휴대폰용 리튬 이온 전지는 용량을 높이면서도 크기를 줄이고 있다. 용량을 크게 하면서 크기를 줄이려면 더 얇은 분리막을 사용하고 더 많은 양극재와 음극재를 넣어야 하는데, 이러한 점은 발화 가능성을 높이는 결정적 요인이 된다. 결국 분리막 등 셀의 전기적 안정장치를 통해서는 외부충격이나 압력으로 인한 전지의 파괴를 완전히 방지하기는 어려운 상황이다.However, stability is further lowered because of the larger capacity in the market and the smaller size of the battery. Actually, lithium-ion cells for mobile phones are increasing in capacity and reducing in size. In order to reduce the size while increasing the capacity, it is necessary to use thinner membranes and to add more cathodes and cathodes, which is a decisive factor in increasing the likelihood of ignition. As a result, it is difficult to completely prevent the cell from being damaged due to external impact or pressure through the electric stabilizer of the cell such as the separator.

리튬 전지는 다양한 위협 요소가 내재되어 있음에도 불구하고 높은 에너지 효율 때문에 스마트폰, 노트북, 자동차, 드론, ESS 등에 폭넓게 사용되고 있으며 향후 한국경제의 성장동력 중 하나가 될 것으로 각광받고 있다. Lithium batteries are widely used in smartphones, notebooks, cars, drones, and ESSs because of their high energy efficiency, despite their various threats, and they are expected to become one of the growth engines of the Korean economy in the future.

리튬 이온 전지 외부의 금속 캔이 폭발하는 문제점을 해소하기 위하여, 리튬 이온 전지의 포장에 알루미늄을 사용한 파우치 필름을 사용하는 파우치 필름을 사용하는 기술들이 있다. 알루미늄을 사용한 파우치 필름은 통상 알루미늄층, 알루미늄층의 상부에 형성되는 고분자층 및 알루미늄층의 하부에 형성되는 고분자층을 포함하여 이루어진다. In order to solve the problem of explosion of the metal can outside the lithium ion battery, there are techniques using a pouch film using a pouch film made of aluminum for the packaging of a lithium ion battery. The pouch film using aluminum usually comprises an aluminum layer, a polymer layer formed on the upper part of the aluminum layer, and a polymer layer formed on the lower part of the aluminum layer.

그러나, 이러한 알루미늄을 사용한 파우치 필름은 금속 캔의 문제점을 해결할 수는 있지만 충격을 흡수할 수 있는 층이 없는 일반 필름이어서 리튬 이온 전지에 가해지는 충돌이나 충격파를 그대로 셀에 전달하는 문제점이 있다. However, such a pouch film using aluminum can solve the problem of a metal can, but it is a general film free from a layer capable of absorbing impact, and thus has a problem that a collision or a shock wave applied to a lithium ion battery is directly transmitted to a cell.

대한민국 등록특허 제10-1454417호Korean Patent No. 10-1454417 대한민국 공개특허 제10-2013-0081445호Korean Patent Publication No. 10-2013-0081445 대한민국 공개특허 제10-2016-0100605호Korean Patent Publication No. 10-2016-0100605

상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 리튬 이온 전지에 가해지는 충돌이나 충격파를 최대한 분산시켜 리튬 이온 전지에 가해지는 충격을 최소화할 수 있는 리튬 이온 전지의 포장용 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a packaging film for a lithium ion battery capable of minimizing impact applied to a lithium ion battery by dispersing a collision or a shock wave applied to the lithium ion battery as much as possible.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는.In order to achieve the above object, in the present invention,

알루미늄층, 상기 알루미늄층 위에 형성된 고분자 필름층, 상기 고분자 필름층 위에 형성된 마이크로 댐핑층 및 상기 마이크로 댐핑층의 위에 형성된 자기점착층을 포함하는, 충격흡수능이 있는 리튬 이온 전지의 포장용 필름을 제공한다.A packaging film for a shock absorbing lithium ion battery comprising an aluminum layer, a polymer film layer formed on the aluminum layer, a micro damping layer formed on the polymer film layer, and a self-adhesive layer formed on the micro damping layer.

상기 마이크로 댐핑층은 바람직하게는 아크릴계 또는 우레탄계 화합물로 이루어진다.The micro-damping layer is preferably made of an acrylic or urethane-based compound.

상기 리튬 이온 전지의 포장용 필름은 특히 리튬 이온 전지용 셀 파우치 필름과 배터리 팩 포장용 필름을 포함한다. The packing film of the lithium ion battery particularly includes a cell pouch film for a lithium ion battery and a film for packaging a battery pack.

본 발명의 리튬 이온 전지의 포장용 필름은 마이크로 댐핑층의 충격흡수효과에 의하여 리튬 이온 전지에 가해지는 충돌이나 충격파를 최대한 분산시킬 수 있어 전지 셀에 가해지는 충격을 최소화하는 효과가 있다. 따라서, 외부충격이나 압력으로 인한 전지의 파괴를 막을 수 있어 리튬 이온 전지를 안전하게 사용할 수 있다. The packing film of the lithium ion battery of the present invention has the effect of minimizing the impact applied to the battery cell because the collision and shock waves applied to the lithium ion battery can be dispersed to the maximum by the shock absorbing effect of the micro-damping layer. Therefore, it is possible to prevent the battery from being damaged due to external impact or pressure, so that the lithium ion battery can be safely used.

도 1은 리튬 이온 전지의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 외부충격으로 리튬 이온 전지 내 분리막이 단락된 상태를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 파우치 필름을 사용한 리튬 이온 전지 팩의 사용예를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 파우치 필름에 대한 내충격성 시험과정을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 파우치 필름에 대한 내충격성 시험의 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 파우치 필름의 충격분산 이미지를 나타낸 것이다. 1 shows a structure of a lithium ion battery.
FIG. 2 shows a state in which a separator in a lithium ion battery is short-circuited by an external impact.
3 shows an example of using a lithium ion battery pack using the pouch film of the present invention.
Fig. 4 schematically shows the impact resistance test process for the pouch film of the present invention.
5 shows the results of the impact resistance test on the pouch film of the present invention.
6 shows an image of the impact dispersion of the pouch film of the present invention.

본 발명의 충격흡수능이 있는 리튬 이온 전지의 포장용 필름은 알루미늄층, 상기 알루미늄층 위에 형성된 고분자필름층, 상기 고분자 필름층 위에 형성된 마이크로댐핑층 및 상기 마이크로댐핑층의 위에 형성된 자기점착층을 포함하고, 상기 마이크로댐핑층은 아크릴계 또는 우레탄계 화합물인 것을 특징으로 한다. The packing film of a lithium ion battery having shock absorbing capability of the present invention comprises an aluminum layer, a polymer film layer formed on the aluminum layer, a micro-damping layer formed on the polymer film layer, and a self-adhesive layer formed on the micro- The micro-damping layer is characterized by being an acrylic-based or urethane-based compound.

(1) 알루미늄층(1) Aluminum layer

알루미늄층은 연질의 알루미늄으로 제조한다. 3~40㎛의 두께로 형성하는 것이 바람직하고, 40㎛의 두께로 형성하는 것이 특히 바람직하다.The aluminum layer is made of soft aluminum. It is preferable to form it to a thickness of 3 to 40 mu m, and it is particularly preferable to form it to a thickness of 40 mu m.

알루미늄층은 완성된 리튬 이온 전지의 표면을 구성하며, 알루미늄층에는 필요에 따라 원하는 문구를 인쇄할 수 있다. The aluminum layer constitutes the surface of the completed lithium ion battery, and the desired text can be printed on the aluminum layer as required.

(2) 고분자 필름층(2) Polymer film layer

상기 알루미늄층 위에 고분자 필름층을 형성한다. A polymer film layer is formed on the aluminum layer.

고분자 필름층은 PET(Polyethylene terephthalate, 폴리에틸렌 테레프탈레이트), 나일론, OPP(Oriented polypropylene, 연신폴리프로필렌) 등의 절연성 수지를 사용한다. 나일론을 사용하는 것이 보다 바람직한데, 나일론 필름은 파열강도, 내핀홀성, 가스차단성, 내열성, 내한성 및 기계적 강도가 우수하기 때문이다. As the polymer film layer, an insulating resin such as PET (polyethylene terephthalate), nylon, OPP (Oriented polypropylene, stretched polypropylene) is used. It is more preferable to use nylon because nylon film has excellent rupture strength, pinhole property, gas barrier property, heat resistance, cold resistance and mechanical strength.

고분자 필름층은 20~300㎛의 두께로 형성하며, 20㎛의 두께로 형성하는 것이 특히 바람직하다. The polymer film layer is formed to a thickness of 20 to 300 mu m, and it is particularly preferable to form the polymer film layer to a thickness of 20 mu m.

고분자 필름층은, 이에 제한되는 것은 아니지만, 드라이 라미네이션법, 압축라미네이션법 등 통상적인 방법으로 형성할 수 있다.The polymer film layer can be formed by a conventional method such as a dry lamination method, a compression lamination method and the like, though not limited thereto.

(3) 마이크로 댐핑층(Micro damping layer)(3) Micro damping layer

상기 고분자 필름층 위에 마이크로 댐핑층을 형성한다. 마이크로 댐핑층은 충격을 흡수하는 작용을 하여 리튬 이온 전지에 파우치 필름을 적용할 때 충격흡수능을 높인다. A micro-damping layer is formed on the polymer film layer. The micro-damping layer acts to absorb the impact, increasing the shock absorbing ability when applying the pouch film to the lithium ion battery.

마이크로 댐핑층은 아크릴계 또는 우레탄계 화합물을 사용한다. 수성 아크릴 분산액(Aqueous Acrylic Dispersion)을 사용하는 것이 보다 바람직한데, 수성 아크릴 분산액은 고성능 접착제와 방습제의 제조에 사용되는 기본물질로서, 음이온 고극성의 중합체인 아크릴이다. 수성 아크릴 분산액은 수분과 내약성이 뛰어나며 높은 안료 결합력이 있고, 뛰어난 화재 저항성이 있으며 다른 첨가제와의 결합력도 우수하다. The micro-damping layer uses an acrylic-based or urethane-based compound. It is more preferable to use an aqueous acrylic dispersion. The aqueous acrylic dispersion is a base material used in the production of a high-performance adhesive agent and a desiccant, and is an anionic high-polarity polymer. The aqueous acrylic dispersions are excellent in moisture and tolerance, have high pigment binding power, excellent fire resistance, and excellent adhesion to other additives.

마이크로 댐핑층은 20~200㎛의 두께로 형성하는 것이 바람직하며, 20㎛의 두께로 형성하는 것이 특히 바람직하다.The micro-damping layer is preferably formed to a thickness of 20 to 200 mu m, particularly preferably to a thickness of 20 mu m.

마이크로 댐핑층은, 이에 제한되는 것은 아니지만, 드라이 라미네이션법, 압축라미네이션법 등 통상적인 방법으로 형성할 수 있다.The micro-damping layer can be formed by a conventional method such as a dry lamination method, a compression lamination method and the like, though not limited thereto.

(4) 자가점착층(self adhesive layer)(4) Self Adhesive Layer

점착제의 자기점착층은 아크릴, 핫멜트, 고무(rubber) 계열의 점착제로 형성한다. 이때 점착력은 300~3,000 gf/inch인 것이 바람직하다.The self-adhesive layer of the pressure-sensitive adhesive is formed of an acrylic, hot-melt, or rubber-based pressure-sensitive adhesive. At this time, the adhesive strength is preferably 300 to 3,000 gf / inch.

자가점착층은, 이에 제한되는 것은 아니지만, 드라이 라미네이션법, 압축라미네이션법 등 통상적인 방법으로 형성할 수 있다.The self-adhesive layer can be formed by a conventional method such as a dry lamination method, a compression lamination method and the like, though not limited thereto.

본 발명의 리튬 이온 전지의 포장용 필름은 여러 가지 형태의 리튬 이온 전지용 포장재로 사용될 수 있다. 특히 본 발명의 리튬 이온 전지의 포장용 필름은 리튬 이온 전지용 셀 파우치 필름과 배터리 팩 포장용 필름을 사용될 수 있다. The packaging film of the lithium ion battery of the present invention can be used as packaging materials for various types of lithium ion batteries. In particular, the packaging film of the lithium ion battery of the present invention can be used as a cell pouch film for a lithium ion battery and a film for packaging a battery pack.

상기와 같은 본 발명의 포장용 필름은 내부에 전극 조립체를 수납하여 내충격성이 강한 리튬 이온 전지를 얻을 수 있다.In the packaging film of the present invention as described above, the lithium ion battery having high impact resistance can be obtained by accommodating the electrode assembly therein.

본 발명의 포장용 필름을 사용한 리튬 이온전지 팩의 사용예를 도 3에 나타내었다. An example of the use of the lithium ion battery pack using the packaging film of the present invention is shown in Fig.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. These examples illustrate the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

<< 실시예Example >>

40㎛ 두께의 알루미늄층을 제조하였다. 제조된 알루미늄층의 일면에 20㎛ 두께의 나일론 필름층을 형성하였다. 상기 나일론 필름층 위에 수성 아크릴 분산액을 20㎛ 두께로 형성하여 마이크로 댐핑층을 형성하였다. 상기 마이크로댐핑층 위에 아크릴 점착제로 자가점착층을 형성하여 충격흡수 필름을 완성하였다.An aluminum layer having a thickness of 40 mu m was produced. A layer of nylon film having a thickness of 20 mu m was formed on one side of the aluminum layer thus produced. An aqueous acrylic dispersion was formed to a thickness of 20 탆 on the nylon film layer to form a micro-damping layer. A self-adhesive layer was formed on the micro-damping layer with an acrylic adhesive to complete the shock-absorbing film.

<< 실험예Experimental Example 1> 1>

내충격성 시험Impact resistance test

내충격성을 시험하기 위하여 금속판 위에 유리판(글라스)를 놓고, 유리판 위에 감압필름을 놓았다. 감압필름 위에 시험용 필름을 놓고, 높이 500mm로부터 130g의 철구를 낙하시킨 후 감압필름의 발색과 착색면적을 비교하였다. 이러한 시험과정을 도 4에 나타내었다. To test the impact resistance, a glass plate (glass) was placed on a metal plate, and a pressure-sensitive film was placed on the glass plate. The test film was placed on the pressure-reducing film, and 130 g of steel balls were dropped from 500 mm in height. Then, the color development and the coloring area of the pressure-sensitive film were compared. This test procedure is shown in Fig.

시험용 필름으로는 실시예의 충격흡수 필름을 사용하였다. 비교예로는 통상적으로 사용되는 50㎛ 두께의 보호필름을 사용하였고, 비교를 위하여 보호필름을 사용하지 않은 경우를 시험하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다. As the test film, the shock-absorbing film of the example was used. As a comparative example, a normally used protective film having a thickness of 50 mu m was used, and a case where no protective film was used for comparison was tested. The results are shown in Fig.

도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예의 충격흡수 필름의 경우 넓은 범위로 발색이 나타났다. 필름의 마이크로 댐핑층에 의해 힘이 넓은 범위로 분산되어 약한 힘이 가해졌기 때문인 것으로 보인다.As can be seen from Fig. 5, in the case of the impact-absorbing film of the example, the color developed in a wide range. It seems to be due to the fact that the microdamping layer of the film dispersed the force in a wide range and applied weak force.

반면, 비교예의 통상의 보호필름의 경우에는 실시예의 1/4 정도 넓이의 발색이 나타났다. 이는 좁은 범위로 힘을 분산하여 중정도의 힘이 가해졌기 때문인 것으로 보인다.On the other hand, in the case of the conventional protective film of the comparative example, the color development was shown to be about 1/4 of the width of the example. This seems to be due to the fact that the force is distributed in a narrow range and a moderate force is applied.

보호필름을 사용하지 않은 경우에는 실시예의 1/7 정도 넓이의 발색이 나타났다. 이는 보호필름이 없어 힘을 분산시키지 못하여 좁은 면적에 강한 힘이 작용하였기 때문인 것으로 보인다.When a protective film was not used, the color developed in a width of about 1/7 of that in the example. This seems to be due to the fact that strong force was applied to a narrow area due to the absence of the protective film and the failure to disperse the force.

상기와 같이 본 발명의 충격흡수 필름은 뛰어난 충격분산성에 의하여 가해지는 충격을 넓은 범위로 분산시켜 유리판을 보호하였다. 이와 같이 확인된 충격흡수 필름의 충격분산 이미지를 도 6에 나타내었다. As described above, the impact-absorbing film of the present invention protects the glass plate by dispersing the impact applied by the excellent impact dispersibility over a wide range. The impact dispersion image of the thus-confirmed shock-absorbing film is shown in Fig.

도 6에서 확인되는 바와 같이, 충격흡수필름, 일반보호필름, 일반필름의 순서로 힘이 미치는 범위가 좁아져서 유리판이 깨어지기 쉬우며, 일반필름 뿐 아니라 일반보호필름도 파산레벨보다 높은 힘이 가해져 유리가 깨어질 수 있다. As can be seen in FIG. 6, the range of the force is narrowed in the order of the shock-absorbing film, the general protective film, and the general film, so that the glass plate is liable to be broken. In addition to the ordinary film, The glass can break.

Claims (3)

알루미늄층,
상기 알루미늄층 위에 형성된 고분자 필름층,
상기 고분자 필름층 위에 형성된 마이크로 댐핑층 및
상기 마이크로 댐핑층의 위에 형성된 자기점착층을 포함하는, 충격흡수능이 있는 리튬 이온 전지의 포장용 필름.Aluminum layer,
A polymer film layer formed on the aluminum layer,
A micro-damping layer formed on the polymer film layer and
And a self-adhesive layer formed on the micro-damping layer. 제1항에 있어서,
상기 마이크로 댐핑층은 아크릴계 또는 우레탄계 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는, 충격흡수능이 있는 리튬 이온 전지의 포장용 필름.The method according to claim 1,
Wherein the micro-damping layer is made of an acrylic or urethane-based compound. 제1항에 있어서,
상기 리튬 이온 전지의 포장용 필름은 리튬 이온 전지용 셀 파우치 필름과 배터리 팩 포장용 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는, 충격흡수능이 있는 리튬 이온 전지의 포장용 필름.
The method according to claim 1,
Wherein the packaging film of the lithium ion battery comprises a cell pouch film for a lithium ion battery and a film for packaging a battery pack.
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