KR20190086006A - 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름 및 이를 사용한 리튬 이온 전지 - Google Patents

알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름 및 이를 사용한 리튬 이온 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름 및 이를 사용한 리튬 이온 전지를 제공하며, 상기 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름(1)은 알루미늄 층(12), 그래핀 층(14) 및 밀봉층(13)을 차례로 포함하며, 상기 그래핀 층(14)은 그래핀 시트 및 열가소성 고분자접착제를 포함한다. 그래핀이 층상 구조이므로, 불규칙적으로 배열된 그래핀의 시트와 시트 사이가 교차하는 위치에 굴곡적이고 복잡한 경로가 형성되어, 리튬 이온이 알루미늄 층으로 이동하는 과정에서 극대한 저애 작용을 받게 되고, 나아가 리튬 이온과 알루미늄 금속이 알루미늄 - 리튬 합금을 형성하는 것을 방지하며, 알루미늄 층(12)의 부식을 피할 수 있다.

Description

알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름 및 이를 사용한 리튬 이온 전지
본 발명은 리튬 이온 전지 신재료 분야에 속하며, 특히 내 부식성 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름에 관한 것이다.
리튬 이온 전지는 친환경, 고효율 및 휴대용 에너지원으로서 3C 소비자 전자 제품 분야, 전기 교통 수단, 에너지 저장 발전소 등의 분야에 널리 사용되며, 우리 나라의 제 13차 5개년 계획의 주요 발전 산업으로 인정을 받고 있다.
리튬 이온 전지는 외형과 포장에 따라 사각형 전지, 원형 전지 및 유연 포장 전지로 구분된다. 유연 포장 전지는 사각형 전지와 원형 전지에 비해 유연한 외형, 높은 에너지 밀도, 우수한 안전성 등의 장점을 가지고 있으나, 전해액이 유연 포장 케이스를 부식하여 발생하는 안전 문제와 같은 고질적인 문제도 존재한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 유연 포장 케이스는 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름(1)으로도 지칭되며, 전지의 관점에서, 그의 구조는 외부에서 내부로의 순서로 나일론 층(11), 알루미늄 층(12) 및 밀봉층(13)으로 구성된다. 나일론 층(11)은 주로 아름다운 외관을 형성하고 공기 중의 산소 및 수분이 전지 내부로 진입하는 것을 차단하는 역할을 한다. 알루미늄 층(12)은 주로 공기 중의 산소 및 수분의 진입을 진일보 차단하고 골격으로서 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름(1)의 외형을 지지하는 역할을 한다. 최 내각의 밀봉층(13)은 2 층의 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름 사이에서 가열 밀봉 접합 작용을 하고 알루미늄 층(12)을 전해액의 부식 작용으로부터 보호하는 역할을 한다. 밀봉층(13)의 융점은 160℃ ~ 170℃이며, 고온 고압 하에서 2 층의 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름(1)의 밀봉층(13)이 용융되고 냉각된 후에 서로 접합된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 밀봉층(13)의 두께는 약 30μm이며, 비교적 우수한 공정 조건에서 가열 밀봉된 후 용융된 밀봉층(13)은 균일한 두께를 가지며 알루미늄 층(12)을 잘 커버할 수 있다. 가열 밀봉기의 파라미터가 인위 또는 설비의 요인으로 인해 변화되었을 경우, 예를 들어 가열 밀봉 온도가 상승하거나 가열 밀봉 압력이 증가하거나 가열 밀봉 시간이 길어질 경우에 과도하게 패키징되는 상황, 즉, 가열 밀봉 헤드 위치에 대응하는 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름 밀봉층(13)이 압출되어 과하게 얇아지거나 소실되는 상황이 발생할 수 있으며, 예를 들어 도 2의 (13a)가 도시하는 부분이 밀봉층(13)의 약한 부분(13a)이며, 약한 부분(13a)의 폴리머가 과하게 얇으면 알루미늄 층(12)이 노출될 수 있다. 도 3은 전지의 모식도이며, 밀봉층(13)의 약한 부분(13a)은 일반적으로 전지(2)의 상단/측면 가장자리의 가열 밀봉 영역(1a, 1b)에서 발생한다. 또한, 도 4는 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름(1)이 전지 케이스로 가공 형성되는 과정을 나타내며, 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름(1)은 케이스 스탬핑 암형 몰드(32) 상에 지지되고, 케이스 스탬핑 수형 몰드(31)가 하향 스탬핑되어 전지 케이스가 형성되고, 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름(1)에서 굽힘이 발생되는 부분은 밀봉층(13)에 연신이 가장 격하게 부가되는 위치, 즉, 도 4의 밀봉층(13)의 약한 부분(13a)이며, 이 부분에서 밀봉층(13)이 파손되어 알루미늄 층(12)이 노출되는 상황이 가장 많이 발생한다. 나아가 알루미늄 층(12)이 전해액과 직접 접촉하게 되며, 이때 전해액에 존재하는 미량의 불화수소산이 알루미늄 층에 접촉하여 점상 부식을 일으키며, 수증기와 공기를 차단하는 기능을 잃게 되어 리튬 이온 전지에 팽창이나 누액과 같은 고장이 발생한다.
도 5는 밀봉층이 파단된 후의 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름(1)의 부식을 나타내는 모식도이며, 밀봉층(13)이 파손되는 부분에서 알루미늄 층(12)이 전지의 내부 환경, 즉 전해액에 노출된 경우, 음극 탭(21)의 금속판이 대응 위치의 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름(1)의 알루미늄 층(12)과 접촉하면, 밀봉층(13)의 파손 위치의 알루미늄 층(12)이 전해액과 접촉하게 되어 회로를 형성하며, 즉, 알루미늄 층(12)의 전위가 음극 탭(21)의 전위와 일치해지고, 양/음극의 전압 하에서 전해액 중의 리튬 이온(Li+)이 알루미늄 층(12)으로 이동하여 느슨한 알루미늄 - 리튬 합금을 형성하며, 알루미늄 층(12)에 대해 전기화학적 부식을 진행하여 알루미늄 층(12)의 부식 정도를 가속시키고, 알루미늄 층(12)이 천공된 후에, 외부의 공기 및 수분이 전지 내부로 진입하게 되어 엄중한 안전 위험이 초래된다.
본 발명의 목적은 전지 내부가 부식되는 문제를 해결하기 위해 그래핀 층을 포함하는 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름 및 이 필름을 사용한 리튬 이온 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 알루미늄 층, 그래핀 층 및 밀봉층을 차례로 포함하는 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름이 제공되며, 상기 그래핀 층은 그래핀 시트 및 열가소성 고분자접착제를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 그래핀 층의 두께는 0.5 ~ 10μm이다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 그래핀 층의 두께는 2 ~ 8μm이다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 그래핀 층의 그래핀 함유량은 1wt％ ~ 10wt％이다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 그래핀 층의 그래핀 함유량은 2wt％ ~ 8wt％이다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 그래핀 층에서의 단일층 그래핀의 비율은 30wt％ 이상이다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 그래핀 층에서의 단일층 그래핀의 비율은 60wt％ 이상이다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 그래핀 층의 융점은 200℃ ~ 400℃이다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 그래핀 층의 융점은 250℃ ~ 350℃이다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름을 포함하는 리튬 이온 전지가 제공된다.
본 발명의 그래핀 층은 그래핀 시트와 고분자접착액을 혼합한 후 알루미늄 층의 표면에 균일하게 코팅하여 형성된 것으로, 그래핀 층에는 단위 두께 당 수만 개의 그래핀 층상 구조가 단면을 따라 수직으로 배열된다. 전지의 가공 과정에서 밀봉층이 파손되면 리튬 이온이 그래핀 층과 직접 접촉하며, 그래핀이 층상 구조이므로, 불규칙적으로 배열된 그래핀의 시트와 시트 사이가 교차하는 위치에 굴곡적이고 복잡한 경로가 형성되어, 리튬 이온이 알루미늄 층으로 이동하는 과정에서 극대한 저애 작용을 받게 되고, 나아가 리튬 이온과 아루미늄 금속이 알루미늄 - 리튬 합금을 형성하는 것을 방지하며, 최종적으로 알루미늄 층의 부식을 피할 수 있다.
이와 동시에, 본 발명의 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름은 그래핀 층을 포함하며, 그래핀 자체의 특성으로 인해, 사용되는 그래핀 층은 우수한 가소성을 가지며 알루미늄 층과 양호하게 접합되고 외부 힘의 작용 하에서 표준 변형을 일으킬 수 있다. 또한 우수한 인성을 가지고 있으므로, 일정한 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름의 변형량 범위 내에서 파단되지 않는다. 동시에, 우수한 열 안정성을 가지고 있으므로, 200℃ 이하에서 용융 분해되지 않으며, 나아가 알루미늄 층에 대한 커버 보호를 보장한다.
도면을 참조하여 상세하게 설명한 예시적인 실시형태에 의해 본 발명의 상기 및 다른 특징과 장점은 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 종래 기술의 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름의 단면 모식도이다.
도 2는 종래 기술의 연신 후의 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름의 단면 모식도이다.
도 3은 종래 기술의 전지의 모식도이다.
도 4는 종래 기술의 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름의 가공 과정을 나타내는 모식도이다.
도 5는 종래 기술의 밀봉층이 파단된 후의 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름의 부식을 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 그래핀 층을 포함하는 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름의 단면 모식도이다.
도 7은 본 발명의 그래핀 층을 포함하는 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름의 내 부식성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 8은 본 발명의 그래핀 층이 알루미늄 층에 대한 리튬 이온의 부식을 저애하는 것을 나태내는 모식도이다.
여기서, 부호의 설명은 다음과 같다.
1 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름
1a 전지 상단 가장자리의 가열 밀봉 영역
1b 전지 측면 가장자리의 가열 밀봉 영역
11 나일론 층
12 알루미늄 층
13 밀봉층
13a 밀봉층의 약한 부분
14 그래핀 층
2 전지
21 양극
22 음극
31 케이스 스탬핑 수형 몰드
32 케이스 스탬핑 암형 몰드
이하, 구체적인 실시형태를 결합하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 6은 본 실시예의 그래핀 층을 포함하는 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름의 단면 모식도이고, 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름(1)은 나일론 층(11), 알루미늄 층(12), 그래핀 층(14) 및 밀봉층(13)을 차례로 포함한다.
나일론 층(11)은 포장재의 외측에 위치하여 외부 층을 보호하는 작용을 하며, 콜드 스탬핑 성형된 외부 층 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 제품 외관상의 수요에 따라서는 나일론 층(11)의 외부 표면에 매트층, 염색 코팅층 등의 장식층(미도시)을 추가하여 제품의 미관성을 향상시킬 수도 있다.
밀봉층(13)은 최 내측에 위치하며 전해액 및 베어 셀과 직접 접촉한다. 본 실시예에서, 밀봉층(13)의 재료는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌등의 재료로부터 선택될 수 있다.
알루미늄 층(12)과 그래핀 층(14)은 나일론 층(11)과 밀봉층(13) 사이에 위치한다.
이하, 그래핀 층(14)을 중심으로 설명한다. 본 실시예에서, 그래핀 층(14)은 그래핀과 열가소성 고분자접착액을 혼합한 후 알루미늄 층(12)의 표면에 균일하게 코팅한 후 경화시켜 형성할 수 있다. 열가소성 고분자접착제는 리튬 이온 전지에 사용되는, 즉, 전지의 작동 온도에서 전해액과 화학 반응을 일으키지 않고 휘발하거나 분해되지 않는 임의의 고분자접착제일 수 있다. 하기 실시예에서 고분자접착제는 지방족 폴리에테르 폴리우레탄, 열가소성 폴리이미드 접착제 및 에틸렌 비스 스테아마이드를 포함하되, 상기 고분자접착제는 단지 예시일 뿐이며 본 발명을 한정하지 않는다.
그래핀 층(14)의 두께는 바람직하게는 0.5 ~ 10μm이고, 보다 바람직하게는 3 ~ 8μm이다.
그래핀 층(14)의 그래핀 함유량은 바람직하게는 1wt％ ~ 10wt％이고, 보다 바람직하게는 2wt％ ~ 8wt％이다.
그래핀 층(14)에서의 단일층 그래핀의 비율은 바람직하게는 30wt％ 이상이고, 보다 바람직하게는 60wt％ 이상이다.
그래핀 층(14)의 융점은 바람직하게는 200℃ ~ 400℃이고, 보다 바람직하게는 250℃ ~ 350℃이다.
도 7은 그래핀 층을 포함하는 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름의 내 부식성을 나타내는 단면 모식도이며, 그래핀 층(14)에는 단위 두께 당 수만 개의 그래핀 층상 구조가 단면을 따라 수직으로 배열된다. 전지의 가공 과정에서 밀봉층(13)이 파손되면 리튬 이온 및 전해액이 그래핀 층과 직접 접촉한다. 도 8은 그래핀 층이 알루미늄 층에 대한 리튬 이온의 부식을 저애하는 것을 나타내는 모식도이며, 그래핀이 층상 구조이므로, 불규칙적으로 배열된 그래핀의 시트와 시트 사이가 교차하는 위치에 굴곡적이고 복잡한 경로가 형성되어, 리튬 이온 및 전해액이 알루미늄 층(12)으로 이동하는 과정에서 극대한 저애 작용을 받게 되고, 나아가 리튬 이온과 알루미늄 금속이 알루미늄 - 리튬 합금을 형성하는 것을 방지하며, 최종적으로 알루미늄 층의 전기화학적 부식 및 화학적 부식을 피할 수 있다.
알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름의 제조
통상의 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름의 제조에 기초하여, 그래핀 층(14)과 알루미늄 층(12)을 포함하는 접합 과정을 상세하게 설명한다.
포장재의 제조는 외부 층으로부터 내부 층으로 나일론 층(11), 알루미늄 층(12), 그래핀 층(14) 및 밀봉층(13)을 포함한다. 하기 실시예에서 사용되는 나일론 층(11)의 두께는 30μm이고, 알루미늄 층(12)의 두께는 40μm이며, 밀봉층(13)은 두께가 30μm인 폴리프로필렌을 사용하고, 하기 실시예에서는 자세한 설명을 생략하도록 한다. 하기 실시예 1 - 6에서 그래핀 층(14)이 알루미늄 층(12)에 형성되는 과정을 상세하게 설명하도록 한다.
실시예 1
단일층 비율이 50wt％인 그래핀 원료를 사용하여 그래핀 원료, 지방족 폴리에테르 폴리우레탄과 물을 4:4:2의 질량비로 충분히 분산시키고, 혼합 분산액을 온도가 300℃인 열가소성 폴리이미드 접착액에 첨가하여 300℃의 고온 상태를 유지시키며, 진공 고속 전단기를 사용하여 고온에서 6 시간 동안 분산시킨 후에 작동 주파수가 50kHZ ~ 100kHZ인 초음파 분쇄 분산기를 사용하여 6 시간 동안 분산시켜 왕복으로 5 회 순환하고, 첫 번째 사이클이 끝난 후에 질량 분율이 1％인 에틸렌 비스 스테아마이드를 첨가한다.
고온 그래핀 고분자접착액이 제조된 후, 고정도 코터를 사용하여 알루미늄 호일에 정밀 코팅를 진행하고, 코팅 후에 300℃, 250℃, 200℃에서 온도 별로 냉각시키며, 코터의 말단에 정밀 롤 프레스가 구비되고, 롤 프레싱 온도를 150℃, 롤 프레싱 압력을 100 ~ 300kgf/cm2로 설정하여, 롤 프레싱을 진행한 후에 측정한 그래핀 층의 두께가 8μm, 그래핀 층의 그래핀 함유량이 8wt％이다.
실시예 2
단일층 비율이 30wt％인 그래핀 원료를 사용하여 그래핀 원료, 지방족 폴리에테르 폴리우레탄과 물을 4:4:2의 질량비로 충분히 분산시키고, 혼합 분산액을 온도가 300℃인 열가소성 폴리이미드 접착액에 첨가하여 300℃의 고온 상태를 유지시키며, 진공 고속 전단기를 사용하여 고온에서 6 시간 동안 분산시킨 후에 작동 주파수가 50kHZ ~ 100kHZ인 초음파 분쇄 분산기를 사용하여 6 시간 동안 분산시켜 왕복으로 5 회 순환하고, 첫 번째 사이클이 끝난 후에 질량 분율이 1％인 에틸렌 비스 스테아마이드를 첨가한다.
고온 그래핀 고분자접착액이 제조된 후, 고정도 코터를 사용하여 알루미늄 호일에 정밀 코팅를 진행하고, 코팅 후에 300℃, 250℃, 200℃에서 온도 별로 냉각시키며, 코터의 말단에 정밀 롤 프레스가 구비되고, 롤 프레싱 온도를 150℃, 롤 프레싱 압력을 100 ~ 300kgf/cm2로 설정하여, 롤 프레싱을 진행한 후에 측정한 그래핀 층의 두께가 10μm, 그래핀 층의 그래핀 함유량이 5wt％이다.
실시예 3
단일층 비율이 60wt％인 그래핀 원료를 사용하여 그래핀 원료, 지방족 폴리에테르 폴리우레탄과 물을 4:4:2의 질량비로 충분히 분산시키고, 혼합 분산액을 온도가 300℃인 열가소성 폴리이미드 접착액에 첨가하여 300℃의 고온 상태를 유지시키며, 진공 고속 전단기를 사용하여 고온에서 6 시간 동안 분산시킨 후에 작동 주파수가 50kHZ ~ 100kHZ인 초음파 분쇄 분산기를 사용하여 6 시간 동안 분산시켜 왕복으로 5 회 순환하고, 첫 번째 사이클이 끝난 후에 질량 분율이 1％인 에틸렌 비스 스테아마이드를 첨가한다.
고온 그래핀 고분자접착액이 제조된 후, 고정도 코터를 사용하여 알루미늄 호일에 정밀 코팅를 진행하고, 코팅 후에 300℃, 250℃, 200℃에서 온도 별로 냉각시키며, 코터의 말단에 정밀 롤 프레스가 구비되고, 롤 프레싱 온도를 150℃, 롤 프레싱 압력을 100 ~ 300kgf/cm2로 설정하여, 롤 프레싱을 진행한 후에 측정한 그래핀 층의 두께가 3μm, 그래핀 층의 그래핀 함유량이 1wt％이다.
실시예 4
단일층 비율이 95wt％인 그래핀 원료를 사용하여 그래핀 원료, 지방족 폴리에테르 폴리우레탄과 물을 4:4:2의 질량비로 충분히 분산시키고, 혼합 분산액을 온도가 300℃인 열가소성 폴리이미드 접착액에 첨가하여 300℃의 고온 상태를 유지시키며, 진공 고속 전단기를 사용하여 고온에서 6 시간 동안 분산시킨 후에 작동 주파수가 50kHZ ~ 100kHZ인 초음파 분쇄 분산기를 사용하여 6 시간 동안 분산시켜 왕복으로 5 회 순환하고, 첫 번째 사이클이 끝난 후에 질량 분율이 1％인 에틸렌 비스 스테아마이드를 첨가한다.
고온 그래핀 고분자접착액이 제조된 후, 고정도 코터를 사용하여 알루미늄 호일에 정밀 코팅를 진행하고, 코팅 후에 300℃, 250℃, 200℃에서 온도 별로 냉각시키며, 코터의 말단에 정밀 롤 프레스가 구비되고, 롤 프레싱 온도를 150℃, 롤 프레싱 압력을 100 ~ 300kgf/cm2로 설정하여, 롤 프레싱을 진행한 후에 측정한 그래핀 층의 두께가 2μm, 그래핀 층의 그래핀 함유량이 7wt％이다.
실시예 5
단일층 비율이 80wt％인 그래핀 원료를 사용하여 그래핀 원료, 지방족 폴리에테르 폴리우레탄과 물을 4:4:2의 질량비로 충분히 분산시키고, 혼합 분산액을 온도가 300℃인 열가소성 폴리이미드 접착액에 첨가하여 300℃의 고온 상태를 유지시키며, 진공 고속 전단기를 사용하여 고온에서 6 시간 동안 분산시킨 후에 작동 주파수가 50kHZ ~ 100kHZ인 초음파 분쇄 분산기를 사용하여 6 시간 동안 분산시켜 왕복으로 5 회 순환하고, 첫 번째 사이클이 끝난 후에 질량 분율이 1％인 에틸렌 비스 스테아마이드를 첨가한다.
고온 그래핀 고분자접착액이 제조된 후, 고정도 코터를 사용하여 알루미늄 호일에 정밀 코팅를 진행하고, 코팅 후에 300℃, 250℃, 200℃에서 온도 별로 냉각시키며, 코터의 말단에 정밀 롤 프레스가 구비되고, 롤 프레싱 온도를 150℃, 롤 프레싱 압력을 100 ~ 300kgf/cm2로 설정하여, 롤 프레싱을 진행한 후에 측정한 그래핀 층의 두께가 0.5μm, 그래핀 층의 그래핀 함유량이 10wt％이다.
실시예 6
단일층 비율이 70wt％인 그래핀 원료를 사용하여 그래핀 원료, 지방족 폴리에테르 폴리우레탄과 물을 4:4:2의 질량비로 충분히 분산시키고, 혼합 분산액을 온도가 300℃인 열가소성 폴리이미드 접착액에 첨가하여 300℃의 고온 상태를 유지시키며, 진공 고속 전단기를 사용하여 고온에서 6 시간 동안 분산시킨 후에 작동 주파수가 50kHZ ~ 100kHZ인 초음파 분쇄 분산기를 사용하여 6 시간 동안 분산시켜 왕복으로 5 회 순환하고, 첫 번째 사이클이 끝난 후에 질량 분율이 1％인 에틸렌 비스 스테아마이드를 첨가한다.
고온 그래핀 고분자접착용액이 제조된 후, 고정도 코터를 사용하여 알루미늄 호일에 정밀 코팅를 진행하고, 코팅 후에 300℃, 250℃, 200℃에서 온도 별로 냉각시키며, 코터의 말단에 정밀 롤 프레스가 구비되고, 롤 프레싱 온도를 150℃, 롤 프레싱 압력을 100 ~ 300kgf/cm2로 설정하여, 롤 프레싱을 진행한 후에 측정한 그래핀 층의 두께가 6μm, 그래핀 층의 그래핀 함유량이 2wt％이다.
리튬 이온 전지의 제조
1) 양극판의 제조
양극 활물질, 도전제인 도전성 카본 블랙 Super - P, 바인더를 용매에 균일하게 분산시켜 양극 슬러리를 제조한다. 양극 슬러리를 양극 집전체에 균일하게 코팅한다. 이어서 건조, 냉간 프레싱, 트리밍, 절단, 슬리팅, 건조, 탭 용접을 진행하여 양극판을 얻는다.
2) 음극판의 제조
음극 활물질인 인조 흑연, 도전제인 도전성 카본 블랙 Super - P, 증점제, 접착제를 탈 이온수에 균일하게 혼합시켜 음극 슬러리를 제조한다. 음극 슬러리를 음극 집전체에 균일하게 코팅한 후 건조, 냉간 프레싱, 트리밍, 절단, 슬리팅, 건조, 탭 용접을 진행하여 음극판을 얻는다.
3) 세퍼레이터의 제조
폴리프로필렌 필름을 세퍼레이터로 사용한다.
4) 리튬 이온 전지의 제조
양극판, 세퍼레이터, 음극판을 차례로 적층한 후 권취하여 베어 셀을 형성한다. 실시예 1 - 6에서 제조된 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름으로 형성된 케이스에 베어 셀을 넣고 전해액을 주입하며 진공 패키징을 거쳐 24h 동안 방치한 후, 0.1C의 정전류로 4.4V까지 충전하고, 4.4V의 정전압으로 전류가 0.05C로 떨어질 때까지 충전하며, 0.1C의 정전류로 3.0V까지 방전하고, 충/방전을 2 회 반복하여 마지막으로 0.1C의 정전류로 3.8V까지 충전하여 리튬 이온 전지의 제조가 완료된다. 실시예 1 - 6에서 제조된 케이스를 사용하여 실시예 7 - 12의 리튬 이온 전지를 각각 형성한다.
비교예 1
리튬 이온 전지의 케이스는 그래핀 층이 포함되지 않는 것을 제외하고 나머지 조성은 실시예 1 - 6에서 제조된 케이스와 동일하다.
가속 부식 시험
완충된 리튬 이온 전지의 음극 탭과 포장 필름을 금속 와이어로 단락시켜 전자 채널을 형성한 후, 실시예 71 - 2에서 제조된 전지를 40 - 50℃, 상대 습도 > 90％인 환경에 방치하여 보관하며, 전지 케이스에 화학적 부식이 발생했는지 여부를 정기적으로 검사한다. 테스트 결과는 표 1에 나타낸 바와 같다.
[표 1]
Figure pct00001
실시예 1 - 6에서 제조된 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름을 사용함으로써 리튬 이온 전지는 항불화수소산 성능이 현저히 개선되고 리튬 합금이 쉽게 형성되지 않으며 음극과 포장재 사이에 단락된 경우에도 리튬이 석출되지 않았다. 따라서, 전기화학적 부식을 보다 잘 저항할 수 있고 리튬 이온 전지의 사용 안전성을 향상하고 사용 수명을 증가시킬 수 있다. 이와 동시에 리튬 이온 전지의 항침투성 또한 개선되었다.
상기 설명은 본 발명의 바람직한 실시형태일 뿐이며, 당업자는 본 발명의 원리를 벗어나지 않으면서 다양한 개선, 수정 및 공정 최적화를 진행할 수 있고, 이러한 개선, 수정 및 공정 최적화 또한 본 발명의 보호범위 내에 포함된다.
1 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름
1a 전지 상단 가장자리의 가열 밀봉 영역
1b 전지 측면 가장자리의 가열 밀봉 영역
11 나일론 층
12 알루미늄 층
13 밀봉층
13a 밀봉층의 약한 부분
14 그래핀 층
2 전지
21 양극
22 음극
31 케이스 스탬핑 수형 몰드
32 케이스 스탬핑 암형 몰드

Claims (10)

  1. 알루미늄 층, 그래핀 층 및 밀봉층을 차례로 포함하며, 상기 그래핀 층은 그래핀 시트 및 열가소성 고분자접착제를 포함하는
    것을 특징으로 하는 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀 층의 두께는 0.5 ~ 10μm인
    것을 특징으로 하는 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 그래핀 층의 두께는 2 ~ 8μm인
    것을 특징으로 하는 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀 층의 그래핀 함유량은 1wt％ ~ 10wt％인
    것을 특징으로 하는 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 그래핀 층의 그래핀 함유량은 2wt％ ~ 8wt％인
    것을 특징으로 하는 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀 층에서의 단일층 그래핀의 비율은 30wt％ 이상인
    것을 특징으로 하는 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 그래핀 층에서의 단일층 그래핀의 비율은 60wt％ 이상인
    것을 특징으로 하는 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀 층의 융점은 200℃ ~ 400℃인
    것을 특징으로 하는 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 그래핀 층의 융점은 250℃ ~ 350℃인
    것을 특징으로 하는 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 알루미늄 - 플라스틱 패키징 필름을 포함하는
    것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지.
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