KR20200074359A - 리드 실런트 필름 및 이를 이용한 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극 리드와 케이스 사이를 밀봉하기 위한 접착성이 높으면서 변성에 강한 리드 실런트 필름 및 이를 이용한 이차 전지에 관한 것이다. 본 발명에 따른 리드 실런트 필름은 산변성 공중합체, 에틸렌계 탄성체 및 저밀도 폴리올레핀을 포함하는 제1층, 제1층 상에 접합되며, 산변성 공중합체, 에틸렌계 탄성체, 저밀도 폴리올레핀, 가교제를 포함하는 제2층 및 제2층 상에 접합되며, 산변성 공중합체, 에틸렌계 탄성체 및 비닐계 공중합체를 포함하는 제3층을 포함하고, 제1층 내지 제3층 중 적어도 하나의 산변성 공중합체는 산화 방지제를 포함하고, 산화 방지제는 Hindered armin light stabilizer(HALS), 포스페이트계 산화 방지제 및 아민계 산화 방지제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

리드 실런트 필름 및 이를 이용한 이차 전지{Lead sealant films and secondary batteries using the same}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가교 영역을 가교 시키기 위한 전자선 조사에 따라 비가교 영역을 보호하기 위한 리드 실런트 필름 및 이를 이용한 이차 전지에 관한 것이다.
최근, 소형 경량화된 카메라 일체형 비디오 테이프 레코더(VTR), 휴대 전화, 휴대용 컴퓨터 등의 휴대용 전자 기기가 많이 등장하고 있다. 그리고 이들 전자 기기의 휴대용 전원으로서, 전지, 특히 이차 전지, 그 중에서도 비수 전해질 이차 전지(소위 리튬 이온 전지)에 대해서, 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
리튬 이차전지는 박형 경량이라는 이점을 살리기 위해 플라스틱 필름이나 플라스틱 필름과 금속을 접합시킨 소위 라미네이트 필름을 이용하여 전지 소자를 봉입하는 타입의 전지가 다양하게 연구되고 있다.
한편 파우치형 리튬 이차전지는 전극 조립체와, 전극 조립체로부터 연장되어 있는 전극 탭들과, 전극 탭들에 용접되어 있는 전극 리드들 및 전극 조립체를 수용하는 케이스를 포함하여 구성된다.
여기서 전극 리드와 케이스는 필름을 사이에 두고, 열융착에 의해 일체화 된다. 이때 열융착 과정에서 상대적으로 높은 열 또는 압력이 인가되면, 필름이 손상되어 전극 리드가 노출되는 문제점이 발생된다.
이에 따라 케이스와 전극 리드가 접촉되어 단락이 발생되므로, 안전성이 크게 저하되고, 전지의 수명이 단축되는 문제점이 있었다.
또한 파우치형 리튬 이차전지는 계속되는 충방전 작동과, 진동, 낙하 등의 외력 등에 의하여 필름과 케이스 또는 필름과 전극 리드의 접착력이 감소하여 내부 전해액이 누출되는 문제점이 발생될 수 있다.
일본공개특허 제2007-0005101호는 도체의 표면에 절연체가 형성되어 있는 비수 전해질 전지용 리드선으로서, 상기 절연체에는 도체에 접착되는 접착제 층과, 접착제 층을 기준으로 상기 도체의 반대층에 적층되는 가교 수지층이 형성되고, 상기 가교 수지층에는 접착제 층과 동일한 재료가 충전된 복수의 홈 또는 구멍이 형성되어 있어서, 전극리드 주위에 위치하는 열융착 부위의 전기 절연성과 밀봉성을 향상시킬 수 있는 리드선을 개시하고 있다.
그러나, 개시된 비수 전해질 전지용 리드선은 가교 영역인 가교 수지층을 가교하는 과정에서 비가교 영역인 접착체 층이 함께 가교되거나, 분해되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 가교 영역을 가교 시키기 위한 전자선 조사에 따라 비가교 영역을 보호할 수 있는 리드 실런트 필름 및 이를 이용한 이차 전지를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 리드 실런트 필름은 산변성 공중합체, 에틸렌계 탄성체 및 저밀도 폴리올레핀을 포함하는 제1층, 상기 제1층 상에 접합되며, 산변성 공중합체, 에틸렌계 탄성체, 저밀도 폴리올레핀, 가교제를 포함하는 제2층 및 상기 제2층 상에 접합되며, 산변성 공중합체, 에틸렌계 탄성체 및 비닐계 공중합체를 포함하는 제3층을 포함하고, 상기 제1층 내지 제3층 중 적어도 하나의 상기 산변성 공중합체는 산화 방지제를 포함하고, 상기 산화 방지제는 Hindered armin light stabilizer(HALS), 포스페이트계 산화 방지제 및 아민계 산화 방지제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 리드 실런트 필름에 있어서, 상기 산화방지제는 상기 산변성 공중합체 100 중량부에 대하여 상기 Hindered armin light stabilizer(HALS) 3 ~ 7 중량부, 상기 포스트페이트계 산화 방지제 1 ~ 4 중량부 및 상기 아민계 산화 방지제 1 ~ 4 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 리드 실런트 필름에 있어서, 상기 산변성 공중합체는 무수말레인산 변성 폴리프로필렌, 무수말레인산 변성 폴리에틸렌, 카르복실산 변성 폴리프로필렌, 카르복실산 변성 폴리에틸렌, 아크릴 변성 폴리프로필렌 및 아크릴 변성 폴리에틸렌 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 리드 실런트 필름에 있어서, 상기 가교제의 관능기 수는 2 ~ 4인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 리드 실런트 필름에 있어서, 상기 가교제의 함량은 상기 제2층의 화합물 100 중량부에 대하여 5 ~ 10 중량부 인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 리드 실런트 필름은 Hindered armin light stabilizer(HALS), 포스페이트계 산화 방지제 및 아민계 산화 방지제를 포함하는 산화 방지제를 사용하여 전자선 조사에 따른 비가교 영역을 보호할 수 있다.
이에 따라 본 발명에 따른 리드 실런트 필름은 접착성을 높이기 위한 별도의 공정 없이도, 접착성이 높으면서 변성에 강한 리드 실런트 필름을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이차 전지를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 이차 전지를 조립한 상태에서 전극 리드, 리드 실런트 필름 및 케이스의 조립 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 리드 실런트 필름을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 리드 실런트 필름의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 비교예 1에 따른 산화 방지제를 제1층에 적용한 전자선 선량에 따른 인장력을 나타낸 그래프이다.
도 6은 비교예 2에 따른 산화 방지제를 제1층에 적용한 전자선 선량에 따른 인장력을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 산화 방지제를 제1층에 적용한 전자선 선량에 따른 인장력을 나타낸 그래프이다.
도 8은 비교예 3에 따른 산화 방지제를 제1층에 적용한 전자선 선량에 따른 인장력을 나타낸 그래프이다.
도 9는 비교예 1에 따른 산화 방지제를 제3층에 적용한 전자선 선량에 따른 인장력을 나타낸 그래프이다.
도10은 비교예 2에 따른 산화 방지제를 제3층에 적용한 전자선 선량에 따른 인장력을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 산화 방지제를 제3층에 적용한 전자선 선량에 따른 인장력을 나타낸 그래프이다.
도 12은 비교예 3에 따른 산화 방지제를 제3층에 적용한 전자선 선량에 따른 인장력을 나타낸 그래프이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 이차 전지를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 이차 전지를 조립한 상태에서 전극 리드, 리드 실런트 필름 및 케이스의 조립 상태를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 리드 실런트 필름을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지(10)는 전극 조립체(30), 리드 실런트 필름(80) 및 케이스(20)를 포함한다.
전극 조립체(30)는 도시되지는 않지만, 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 스택형, 긴 시트형의 양극 및 음극을 분리막이 개재된 상태로 적층하여, 단면상 원형 구조로 권취한 후 일측 방향으로 압축하여 단면상 판상형 구조로 제조되는 젤리-롤형 발전 소자가 될 수 있다.
이러한 전극 조립체(30)는 복수의 전극 탭(40, 50)을 포함할 수 있다. 여기서 복수의 전극 탭(40, 50)은 양극의 집전체로부터 연장되어 돌출되는 양극 탭(40) 및 음극의 집전체로부터 연장되어 돌출되는 음극 탭(50)을 포함할 수 있다. 여기서 양극 집전체 및 음극 집전체가 복수로 구비되는 경우, 양극 탭(40) 및 응극 탭(50) 각각은 복수로 구비되어 용접에 의해 일체로 결합될 수 있다.
또한 전극 조립체(30)는 복수의 전극 탭(40, 50)과 전기적으로 연결되는 복수의 전극 리드(60, 70)를 포함할 수 있다. 여기서 복수의 전극 리드(60, 70)는 양극 탭(40)에 전기적으로 연결되는 양극 전극 리드(60)와, 음극 탭(50)에 전기적으로 연결되는 음극 전극 리드(70)를 포함할 수 있다. 양극 전극 리드(60)와 음극 전극 리드(70)는 용접에 의해 각각 양극 탭(40) 및 음극 탭(50)에 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 전극 조립체(30)는 복수의 전극 리드(60, 70)의 일부가 외부로 노출된 상태에서 케이스(20) 내부에 내장될 수 있다.
리드 실런트 필름(80)은 전극 조립체(30)의 복수의 전극 리드(60, 70) 각각의 적어도 일측면에 부착될 수 있다. 즉 리드 실런트 필름(80)은 복수의 전극 리드(60, 70)와 케이스(20) 사이에 구비되어 케이스(20)의 밀봉도를 높이고, 복수의 전극 리드(60, 70)와 케이스(20) 사이의 전기적 절연 상태를 확보할 수 있다. 여기서 리드 실런트 필름(80)은 복수의 전극 리드(60, 70) 각각의 양측면에 부착될 경우, 서로 동일한 길이를 가져 복수의 전극 리드(60, 70) 각각을 사이에 두고 서로 중첩되어 구비될 수 있다.
이러한 리드 실런트 필름(80)은 제1층(81), 제2층(82) 및 제3층(83)을 포함할 수 있다.
여기서 제1층(81)은 복수의 전극 리드(60, 70)와 접촉하는 층으로, 산변성 공중합체, 에틸렌계 탄성체 및 저밀도 폴리올레핀을 포함하는 제1 화합물을 포함할 수 있다. 여기서 제1 화합물은 산화 방지제를 더 포함할 수 있다.
여기서 산변성 공중합체는 무수말레인산 변성 폴리프로필렌, 무수말레인산 변성 폴리에틸렌, 카르복실산 변성 폴리프로필렌, 카르복실산 변성 폴리에틸렌, 아크릴 변성 폴리프로필렌 및 아크릴 변성 폴리에틸렌 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
예컨데 산변성 폴리프로필렌 수지로는 불포화 카르복실산이 그라프트된 랜덤 타입 폴리프로필렌 또는 블록 타입 폴리프로필렌이 사용될 수 있다. 여기서 폴리프로필렌으로는 호모 타입 폴리프로필렌, 랜덤 타입 폴리프로필렌 또는 블록 타입 폴리프로필렌이 사용될 수 있다. 즉 산변성 폴리프로필렌 수지로는 복수의 전극 리드(60, 70)와의 접착성과 외장재와의 양호한 열융착을 겸비하는 것으로, 말레산 무수물로 변성함으로써 분자량이 1만 이상인 것을 사용할 수 있다.
또한 산변성 공중합체는 산화 방지제를 포함할 수 있다. 여기서 산화 방지제는 Hindered armin light stabilizer(HALS), 포스페이트계 산화 방지제 및 아민계 산화 방지제를 포함한다.
산화 방지제는 산변성 공중합체 100 중량부에 대하여 Hindered armin light stabilizer(HALS) 3 ~ 7 중량부, 포스트페이트계 산화 방지제 1 ~ 4 중량부 및 아민계 산화 방지제 1 ~ 4 중량부를 포함할 수 있다.
에틸렌계 탄성체는 에틸렌프로플렌 고무(EPDM) 및 에틸렌프로필렌공중합체(EPR) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
저밀도 폴리올레핀은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 및 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
한편 제1층(81)은 제1 화합물에서 산변성 공중합체의 비율이 20% 이상이 될 수 있다. 즉 산변성 공중합체를 통하여 제1층(81)에 극성(Polarity)을 부여함으로써, 복수의 전극 리드(60, 70)와의 접착력을 확보할 수 있다. 여기서 산변성 공중합체의 비율이 20% 보다 작을 경우 복수의 전극 리드(60, 70)와의 접착력이 낮아지는 문제점이 발생될 수 있다.
또한 제1층(81)은 산변성 공중합체 100 중량부에 대하여 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌의 함량이 10 중량부 이상이 될 수 있다. 이때 제1층(81)은 융점이 130 ~ 150℃ 사이가 될 수 있다. 즉 제1층(81)은 산변성 공중합체에서 폴리플로필렌 또는 폴리에틸렌의 함량을 조절하여 융점이 130 ~ 150℃ 가 되도록 설정할 수 있다. 여기서 제1층(81)의 융점이 130℃ 미만인 경우, 이차 전지의 사용자가 고온 환경에 노출되었을때, 신뢰성을 확보할 수 없는 문제점이 있다. 제1층(81)의 융점이 150℃를 초과할 경우, 제2층(82)과의 융점 차이가 작아지고, 결과적으로 공압출시 단락이 발생될 수 있다.
제2층(82)은 제1층(81)과 제3층(83) 사이에 구비되며, 산변성 공중합체, 에틸렌계 탄성체 및 저밀도 폴리올레핀을 포함하는 제2 화합물을 포함할 수 있다. 여기서 제2층(82)은 가교제 및 산화 방지제를 더 포함할 수 있다.
여기서 산변성 공중합체는 무수말레인산 변성 폴리프로필렌, 무수말레인산 변성 폴리에틸렌, 카르복실산 변성 폴리프로필렌, 카르복실산 변성 폴리에틸렌, 아크릴 변성 폴리프로필렌 및 아크릴 변성 폴리에틸렌 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
예컨데 산변성 폴리프로필렌 수지로는 불포화 카르복실산이 그라프트된 랜덤 타입 폴리프로필렌 또는 블록 타입 폴리프로필렌이 사용될 수 있다. 여기서 폴리프로필렌으로는 호모 타입 폴리프로필렌, 랜덤 타입 폴리프로필렌 또는 블록 타입 폴리프로필렌이 사용될 수 있다. 즉 산변성 폴리프로필렌 수지로는 복수의 전극 리드(60, 70)와의 접착성과 외장재와의 양호한 열융착을 겸비하는 것으로, 말레산 무수물로 변성함으로써 분자량이 1만 이상인 것을 사용할 수 있다.
에틸렌계 탄성체는 에틸렌프로플렌 고무(EPDM) 및 에틸렌프로필렌공중합체(EPR) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
저밀도 폴리올레핀은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 및 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
가교제는 트리메티롤프로판 메타크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 에칭 리콜 디메타크릴레이트, 트리알릴 시아누레이트, 및 트리아릴이소시아누레이트로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나가 될 수 있다. 여기서 제2층(82)은 가교제를 포함함으로써, 제1층(81), 제2층(82) 및 제3층(83)을 공압출 한 후에, 전자선을 조사하여 제2층(82)을 선택적으로 가교 시킴으로써 제1층(81), 제2층(82) 및 제3층(83) 사이의 접착력을 높일 수 있다.
여기서 가교제의 관능기 수는 2 ~ 4가 될 수 있다. 이때 가교제의 관능기가 5 이상일 경우, 입체 구조 장애로 인하여 반응이 잘 일어나지 않을 가능성이 있으며, 가교가 되더라도 단단해져 제품으로 활용할 수 없는 문제점이 발생될 수 있다.
또한 가교제의 함량은 제2층(82)의 제2 화합물 100 중량부에 대하여 5 ~ 10 중량부를 포함할 수 있다. 여기서 가교제의 함량이 10 중량부를 초과할 경우, 가공 성능이 떨어지는 문제점이 발생될 수 있다. 또한 가교제의 함량이 5 중량부 미만일 경우 가교 반응이 제대로 이루어 지지 않아 접착성이 약해지는 문제점이 발생될 수 있다.
또한 제2층(82)은 무기 충진제를 더 포함할 수 있다. 예컨데 무기 충전제는 점토(Clay), 실리카(Silica), 탄산칼슘(CaCO3), 이산화 티타늄(TiO2), 유리 섬유 등을 포함할 수 있다. 무기 충진제는 표면 에너지가 높아 극성이 낮은 올레핀계 고분자와는 친화성이 없지만, 산변성 공중합체의 함량에 의해 제2층(82)과 대비하여 극성이 높은 제1층(81)과의 극성 차이에 의해 무기 충진제의 고분자 간 이동 현상에 의해 고분자들의 계면에 무기 충진제를 위치시켜 접착력을 높일 수 있다.
또한 제2층(82)은 산변성 공중합체 100 중량부에 대하여 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌의 함량이 20 중량부 이상이 될 수 있다. 이때 제2층(82)은 융점이 150 ~ 170℃ 가 될 수 있다. 여기서 제2층(82)의 융점이 150℃ 미만일 경우, 제1층(81) 또는 제3층(83)과의 융점 차이가 작아 공압출시 단락이 발생될 가능성이 있으며, 170℃를 초과하여 융점을 조절하는 것은 힘들다.
제3층(83)은 제2층(82)과 접합되며, 케이스(20)와 실질적으로 맞닿는 부분이다. 이러한 제3층(83)은 산변성 공중합체, 에틸렌계 탄성체 및 비닐계 공중합체를 포함하는 제3 화합물을 포함할 수 있다.
여기서 산변성 공중합체는 무수말레인산 변성 폴리프로필렌, 무수말레인산 변성 폴리에틸렌, 카르복실산 변성 폴리프로필렌, 카르복실산 변성 폴리에틸렌, 아크릴 변성 폴리프로필렌 및 아크릴 변성 폴리에틸렌 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
예컨데 산변성 폴리프로필렌 수지로는 불포화 카르복실산이 그라프트된 랜덤 타입 폴리프로필렌 또는 블록 타입 폴리프로필렌이 사용될 수 있다. 여기서 폴리프로필렌으로는 호모 타입 폴리프로필렌, 랜덤 타입 폴리프로필렌 또는 블록 타입 폴리프로필렌이 사용될 수 있다. 즉 산변성 폴리프로필렌 수지로는 복수의 전극 리드(60, 70)와의 접착성과 외장재와의 양호한 열융착을 겸비하는 것으로, 말레산 무수물로 변성함으로써 분자량이 1만 이상인 것을 사용할 수 있다.
또한 산변성 공중합체는 산화 방지제를 포함할 수 있다. 여기서 산화 방지제는 Hindered armin light stabilizer(HALS), 포스페이트계 산화 방지제 및 아민계 산화 방지제를 포함한다.
산화 방지제는 산변성 공중합체 100 중량부에 대하여 Hindered armin light stabilizer(HALS) 3 ~ 7 중량부, 포스트페이트계 산화 방지제 1 ~ 4 중량부 및 아민계 산화 방지제 1 ~ 4 중량부를 포함할 수 있다.
에틸렌계 탄성체는 에틸렌프로플렌 고무(EPDM) 및 에틸렌프로필렌공중합체(EPR) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
비닐계 공중합체는 에틸렌초산비닐 공중합체(ethylene vinyl acetate) 또는 에틸렌염화비닐 공중합체(ethylene vinyl chloride)를 포함할 수 있다.
또한 제3층(83)은 산변성 공중합체 100 중량부에 대하여 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌의 함량이 10 중량부 이상이 될 수 있다. 이때 제1층(83)은 융점이 130 ~ 150℃ 사이가 될 수 있다. 즉 제3층(83)은 산변성 공중합체에서 폴리플로필렌 또는 폴리에틸렌의 함량을 조절하여 융점이 130 ~ 150℃ 가 되도록 설정할 수 있다. 여기서 제3층(83)의 융점이 130℃ 미만인 경우, 이차 전지의 사용자가 고온 환경에 노출되었을때, 신뢰성을 확보할 수 없는 문제점이 있다. 제3층(83)의 융점이 150℃를 초과할 경우, 제2층(82)과의 융점 차이가 작아지고, 결과적으로 공압출시 단락이 발생될 수 있다.
즉 제1층, 제2층 및 제3층의 융점을 M1, M2 및 M3로 표현하였을때, M2 > M1 > M3 를 만족할 수 있다. 여기서 M1과 M3의 차이는 10 ~ 20℃가 될 수 있다.
케이스(20)는 복수의 전극 리드(60, 70)의 일부가 노출된 상태에서 내부에 전극 조립체(30)를 수용할 수 있다. 이러한 케이스(20)는 전극 조립체(30)를 수용하기 위한 공간이 형성된 케이스 본체(21)와, 케이스 본체(21)와 결합되어 전극 조립체(30)를 밀봉하는 케이스 커버(22)를 포함할 수 있다. 여기서 케이스 본체(21)와 케이스 커버(22)는 각각 외부 피복층(20a)과, 배리어층(20b) 및 내부 실란트층(20c)를 포함할 수 있다. 예컨데 외부 피복층(20a)은 연신 나일론 필름(ONy)을 포함할 수 있다. 예컨데 배리어층(20b)은 알루미늄을 포함할 수 있다. 예컨데 내부 실란트 층(20c)은 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)을 포함할 수 있다. 또한 내부 실란트층(20c)의 테두리에는 핫멜트층(미도시)이 코팅되어 있어, 케이스 본체(21)와 케이스 커버(22)는 열융착기에 의해 서로 열과 압력을 통해 밀착 고정될 수 있다.
이하 본 발명에 따른 리드 실런트 필름의 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명에 따른 리드 실런트 필름의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 S10 단계에서 제1 화합물, 제2 화합물 및 제3 화합물을 제조한다. 여기서 제1 화합물은 산변성 공중합체, 에틸렌계 탄성체 및 저밀도 폴리올레핀을 포함할 수 있다. 제2 화합물은 산변성 공중합체, 에틸렌계 탄성체 및 저밀도 폴리올레핀을 포함할 수 있다. 제3 화합물은 산변성 공중합체, 에틸렌계 탄성체 및 비닐계 공중합체를 포함할 수 있다. 산변성 공중합체, 에틸렌계 탄성체, 저밀도 폴리올레핀 및 비닐계 공중합체에 대한 예시는 상술하였으므로 생략하도록 한다. 여기서 제1 화합물, 제2 화합물 및 제3 화합물은 마스터 배치(Master batch) 형태로 형성할 수 있다.
또한 S10 단계에서 제2 화합물에 가교제를 첨가할 수 있다. 제2 화합물에 가교제를 첨가함으로써, 후술할 S30 단계에서 전자선 조사를 통해 제2 화합물이 포함된 제2층을 선택적으로 가교시킬 수 있다.
더하여 S10 단계에서 제1 화합물, 제2 화합물 및 제3 화합물에 산화 방지제를 첨가할 수 있으며, 바람직하게는 제2 화합물에 가교제를 첨가하고, 제1 및 제3 화합물에 산화 방지제를 첨가할 수 있다.
또한 S10 단계에서 제2 화합물에 무기 충진제를 첨가할 수 있다. 여기서 무기 충진제는 표면 에너지가 높아 극성이 낮은 올레핀계 고분자와는 친화성이 없지만, 산변성 공중합체의 함량에 의해 제2 화합물을 포함하는 제2층과 대비하여 극성이 높은 제1 화합물을 포함하는 제1층과의 극성 차이에 의해 무기 충진제의 고분자 간 이동 현상에 의해 고분자들의 계면에 무기 충진제를 위치시켜 접착력을 높일 수 있다.
다음으로 S20 단계에서 마스터 배치 형태의 제1 화합물, 제2 화합물 및 제3 화합물을 공압출하여 제1 화합물을 포함하는 제1층, 제2 화합물을 포함하는 제2층, 제3 화합물을 포함하는 제3층을 포함하는 리드 실런트 필름을 제조할 수 있다. 여기서 제1층, 제2층 및 제3층의 산변성 공중합체에 포함된 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌의 함량을 달리하여, 제1층, 제2층 및 제3층 사이에 융점을 달리하여 별도의 접착층이 필요없이 공압출을 통해 라미네이트 구조를 갖는 리드 실런트 필름을 제조할 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 리드 실런트 필름의 제조 방법은 제조 비용을 절감할 수 있다.
예컨데 제1층, 제2층 및 제3층의 융점을 M1, M2 및 M3로 표현하였을때, M2 > M1 > M3 를 만족할 수 있다. 여기서 M1과 M3의 차이는 10 ~ 20℃가 될 수 있다. 여기서 제2층(82)의 융점 M2는 150 ~ 170℃가 될 수 있으며, 제1층 및 제3층의 융점 M1 및 M3는 130 ~ 150℃가 될 수 있다.
다음으로 S30 단계에서 리드 실런트 필름에 전자선을 조사하여 제2층을 선택적으로 가교시킬 수 있다. 즉 S10 단계에서 제2 화합물에 가교제를 포함시키고, S30 단계에서 전자선을 조사하여 제2층을 선택적으로 가교시킴으로써 제1층, 제2층 및 제3층 사이에 접착력을 배가 시킬 수 있다.
다음으로 S40 단계에서 리드 실런트 필름을 열합지 공정을 통해 완전히 합지시켜 본 발명에 따른 리드 실런트 필름을 제조할 수 있다.
한편 본 발명에 따른 리드 실런트 필름의 제조 방법에서는 공압출된 리드 실런트 필름에 전자선을 조사(S30) 한 후 열합지 공정(S40)을 수행하지만 이에 한정된 것은 아니고, 열합지 공정(S40)을 수행한 후 전자선을 조사(S30)시킬 수 있다.
이하 실시예를 통해 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.
Figure pat00001
표 1을 참조하면, 동일한 성분과 함량으로 제1층 및 제3층을 형성하고, 제2층의 가교제의 관능기 수와 함량에 따른 필름 가공성, 두께 감소율에 대하여 실험을 진행하였다.
실험 결과, 가교제의 관능기가 5 이상일 경우, 입체 구조 장애로 인하여 반응이 잘 일어나지 않을 가능성이 있으며, 가교가 되더라도 단단해져 제품으로 활용할 수 없는 문제점이 발생될 수 있음을 확인하였다.
또한 제2층의 화합물 100 중량부에 대하여 가교제의 함량이 10 중량부를 초과할 경우, 가공 성능이 떨어지는 문제점이 발생되는 것을 확인하였다. 또한 가교제의 함량이 5 중량부 미만일 경우 가교 반응이 제대로 이루어 지지 않아 접착성이 약해지는 문제점이 발생되는 것을 확인하였다.
Figure pat00002
표 2를 참조하면, 실시예와 비교예 1 내지 3 모두 동일한 성분과 함량으로 제2층을 형성하고, 제1층 및 제3층의 산화 방지제의 종류 및 함량을 각각 조절하여 실험을 진행하였다.
먼저 실시예는 산변성 공중합체 100 중량부에 대하여 Hindered armin light stabilizer(HALS) 5 중량부, 포스트페이트계 산화 방지제 2.5 중량부 및 상기 아민계 산화 방지제 2.5 중량부를 사용하였다.
비교예 1은 산변성 공중합체 100 중량부에 대하여 폐놀계 산화 방지제(Phenolic Antioxidants) 5 중량부, 포스페이트계 산화 방지제(Phosphate Antioxidants) 5 중량부를 사용하였다.
비교예 2는 산변성 공중합체 100 중량부에 대하여 Hindered armin light stabilizer(HALS) 5 중량부, 포스페이트계 산화 방지제(Phosphite processing stabilizer) 2.5 중량부, 아민계 산화 방지제(hydroxyl amine) 2.5 중량부를 사용하였다.
비교예 3은 산변성 공중합체 100 중량부에 대하여 포스페이트계 산화 방지제(phenol free phosphate antioxidant) 5 중량부, 아민계 산화 방지제(dialkyl hydroxy amine) 중량부를 사용하였다.
한편 도 5는 비교예 1에 따른 산화 방지제를 제1층에 적용한 전자선 선량에 따른 인장력을 나타낸 그래프이고, 도 6은 비교예 2에 따른 산화 방지제를 제1층에 적용한 전자선 선량에 따른 인장력을 나타낸 그래프이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 산화 방지제를 제1층에 적용한 전자선 선량에 따른 인장력을 나타낸 그래프이고, 도 8은 비교예 3에 따른 산화 방지제를 제1층에 적용한 전자선 선량에 따른 인장력을 나타낸 그래프이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 제1층에 실시예와 비교예에 따른 산화 방지제를 사용하고, 전자선 선량을 0kgy, 20kgy, 50kgy, 100kgy, 150kgy 순으로 증가시키면서 인장력을 측정하였다.
그 결과, 비교예 1은 전자선 선량에 따라 인장력의 감소폭이 4.55 / 4.35 / 4.09 / 4.22 순으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
비교예 2는 전자선 선량에 따라 인장력의 감소폭이 5.65 / 6.31 / 5.23 / 0.78 순으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
실시예는 전자선 선량에 따라 인장력의 감소폭이 -0.36 / 4.98 / 9.54 / 3.45 인 것을 확인할 수 있었다.
비교예 3은 전자선 선량에 따라 인장력의 감소폭이 7.37 / 4 / 4.07 / 5.75 순으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
종합하면, 전자선 조사 선량이 일정 수준(50kgy)보다 클수록 분열 현상이 나타나는 것으로 확인되었다.
또한 실시예는 전자선 조사 전 최초 월등한 인장력을 갖고 있으며, 비교예 1 내지 3과 대비하여 인장력 감소폭이 0 ~ 20kgy 에서 현저하게 낮은 것을 확인할 수 있었다.
도 9는 비교예 1에 따른 산화 방지제를 제3층에 적용한 전자선 선량에 따른 인장력을 나타낸 그래프이고, 도10은 비교예 2에 따른 산화 방지제를 제3층에 적용한 전자선 선량에 따른 인장력을 나타낸 그래프이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 산화 방지제를 제3층에 적용한 전자선 선량에 따른 인장력을 나타낸 그래프이고, 도 12은 비교예 3에 따른 산화 방지제를 제3층에 적용한 전자선 선량에 따른 인장력을 나타낸 그래프이다.
도 9 내지 도 12를 참조하면, 제3층에 실시예와 비교예에 따른 산화 방지제를 사용하고, 전자선 선량을 0kgy, 20kgy, 50kgy, 100kgy, 150kgy 순으로 증가시키면서 인장력을 측정하였다.
그 결과, 비교예 1은 전자선 선량에 따라 인장력의 감소폭이 7.68 / 0.33 / 5.34 / 2.81 순으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
비교예 2는 전자선 선량에 따라 인장력의 감소폭이 2.89 / 3.72 / 6.5 / 1.54 순으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
실시예는 전자선 선량에 따라 인장력의 감소폭이 2.96 / 9.2 / 3.56 / 5.7 인 것을 확인할 수 있었다.
비교예 3은 전자선 선량에 따라 인장력의 감소폭이 5.35 / 12.66 / -2.44 / 4.16 순으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
종합하면, 전자선 조사 선량이 일정 수준(50kgy)보다 클수록 분열 현상이 나타나는 것으로 확인되었다.
또한 실시예는 전자선 조사 전 최초 월등한 인장력을 갖고 있으며, 비교예 1 내지 3과 대비하여 인장력 감소폭이 0 ~ 20kgy 에서 현저하게 낮은 것을 확인할 수 있었다.
한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
10 : 이차 전지 20 : 케이스
21 : 케이스 본체 22 : 케이스 커버
30 : 전극 조립체 40 : 양극 전극 탭
50 : 음극 전극 탭 60 : 양극 전극 리드
70 : 음극 전극 리드 80 : 리드 실런트 필름
81 : 제1층 82 : 제2층
83 : 제3층

Claims (4)

  1. 산화 방지제를 포함하는 산병성 공중합체를 포함하는 제1층 및 제3층과, 상기 제1층 및 상기 제3층 사이에 위치하는 제2층을 포함하는 리드 실런트 필름에 있어서,
    상기 산화 방지제는,
    Hindered armin light stabilizer(HALS), 포스페이트계 산화 방지제 및 아민계 산화 방지제를 포함하는 것을 특징으로 하는 리드 실런트 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화방지제는,
    상기 산변성 공중합체 100 중량부에 대하여 상기 Hindered armin light stabilizer(HALS) 3 ~ 7 중량부, 상기 포스트페이트계 산화 방지제 1 ~ 4 중량부 및 상기 아민계 산화 방지제 1 ~ 4 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리드 실런트 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2층은 가교제를 포함하고,
    상기 가교제의 관능기 수는 2 ~ 4인 것을 특징으로 하는 리드 실런트 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가교제의 함량은 상기 제2층의 화합물 100 중량부에 대하여 5 ~ 10 중량부 인 것을 특징으로 하는 리드 실런트 필름.
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