KR20200112748A

KR20200112748A - 복합체, 성형품, 전지 케이스, 및 전지

Info

Publication number: KR20200112748A
Application number: KR1020200034686A
Authority: KR
Inventors: 이은성; 유정은; 김성덕; 빅토르 로에브
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2020-10-05
Also published as: KR102353727B1; US20200332095A1

Abstract

폴리머 매트릭스, 탄소계 담지체 또는 투명 담지체, 및 상기 탄소계 담지체 또는 투명 담지체에 담지된 무기 흡습제를 포함하는 복합체, 상기 복합체를 포함하는 성형품, 상기 복합체를 포함하는 전지 케이스, 및 상기 전지 케이스와 상기 전지 케이스의 수용부에 수용되는 전극 조립체를 포함하는 전지에 관한 것이다.

Description

복합체, 성형품, 전지 케이스, 및 전지 {COMPOSITE, ARTICLE, BATTERY CASE, AND BATTERY}

본 기재는 복합체, 성형품, 전지 케이스, 및 전지에 관한 것이다.

다양한 종류의 이동성 전자 기기 및 다양한 종류의 전기적 이동 수단의 개발에 따라 이들 기기 또는 이동 수단에 전력 (또는 동력)을 공급하기 공급원 (예컨대, 전지)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 전지는 케이스 내에 수납되어 개별적으로 또는 모듈로서 해당 기기 또는 이동 수단 내에 배치될 수 있다. 이러한 케이스의 물성을 향상시킬 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.

일 구현예는 내투습성, 기계적 물성, 열전도도, 및 난연성이 우수한 복합체를 제공하는 것이다.

다른 구현예는 상기 복합체를 포함하는 성형품을 제공하는 것이다.

또 다른 구현예는 상기 복합체를 포함하는 전지 케이스를 제공하는 것이다.

또 다른 일 구현예는 상기 전지 케이스를 포함하는 전지를 제공하는 것이다.

일 구현예에 따른 복합체는 폴리머 매트릭스, 탄소계 담지체, 및 상기 탄소계 담지체에 담지된 무기 흡습제를 포함하는 복합체를 제공한다.

상기 폴리머 매트릭스는 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리비닐, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리페닐렌 설파이드 (PPS), 폴리페닐렌 에테르, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리사이클릭 올레핀 코폴리머, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 액정 고분자 (LCP), 이들의 혼합물, 이들의 얼로이, 또는 이들의 공중합체를 포함한다.

상기 폴리머 매트릭스는 고밀도 폴리에틸렌 (High Density Polyethylene: HDPE) 또는 액정 고분자 (Liquid Crystal Polymer: LCP)를 포함한다.

상기 탄소계 담지체는 비표면적이 100 m²/g 이상이고, 응집구조체(aggregate)의 D₅₀입경이 약 0.1 마이크로미터 이상이다.

상기 탄소계 담지체는 카본 블랙, 케첸 블랙, 그래파이트, 팽창 그래파이트, 카본 파이버, 카본 나노플레이트, 또는 이들의 조합을 포함한다.

상기 탄소계 담지체는 카본 블랙을 포함한다.

상기 무기 흡습제는 실리카겔, 제올라이트, CaO, BaO, MgSO₄, Mg(ClO₄)₂, MgO, P₂O₅, Al₂O₃, CaH₂, NaH, LiAlH₄, CaSO₄, Na₂SO₄, Na₂CO₃, CaCO₃, K₂CO₃, CaCl₂, Ba(ClO₄)₂, Ca, 또는 이들의 조합을 포함한다.

상기 무기 흡습제는 MgO, CaO, 또는 이들의 조합을 포함한다.

상기 무기 흡습제의 크기는 D₅₀입경이 약 5 nm 이상, 약 1 마이크로미터 미만이다.

상기 탄소계 담지체와 상기 탄소계 담지체에 담지된 무기 흡습제의 총량은 상기 복합체의 총 질량을 기준으로 5 % 이상이다.

상기 복합체 내 상기 무기 흡습제의 총량은 상기 탄소계 담지체의 총 질량 대비 약 3 % 내지 약 50 % 이다.

상기 복합체는 용해도 파라미터가 15 MPa^1/2 내지 30 MPa^1/2 범위인 용매에 용해되고, 아미노기, 소수성 작용기, 및 양쪽성 작용기 중 하나 이상을 가지는 올리고머 또는 폴리머를 더 포함할 수 있다.

상기 올리고머 또는 폴리머의 소수성 작용기는 지방족 탄화수소기, 지환족 탄화수소기, 방향족 탄화수소기, (메트)아크릴로일기, 할로겐으로 치환된 지방족, 지환족, 또는 방향족 탄화수소기, 또는 이들의 조합을 포함한다.

상기 올리고머 또는 폴리머는 아미노기를 포함하고, 아민가가 1 mg KOH/g 내지 100 mg KOH/g 범위일 수 있다.

상기 올리고머 또는 폴리머는 상기 탄소계 담지체 100 질량부당 50 질량부 이하의 함량으로 포함될 수 있다.

다른 일 구현예에 따른 성형품은 일 구현예에 따른 복합체를 포함한다.

상기 성형품은 1 mm 두께에서, ISO 15106에 따라, 38°C, 및 상대습도 100%에서 측정한 수증기투과율(WVTR)이 0.4 g/m²/day 미만이다.

또다른 일 구현예에 따른 전지 케이스는 일 구현예에 따른 복합체를 포함한다.

또다른 일 구현예에 따른 전지는 일 구현예에 따른 전지 케이스, 및 상기 전지 케이스에 수용되는 양극 및 음극을 포함하는 전극 조립체를 포함한다.

또다른 일 구현예에 따른 복합체는 폴리머 매트릭스, 투명 담지체, 및 상기 투명 담지체에 담지된 무기 흡습제를 포함한다.

상기 투명 담지체는 메조 기공성 실리카, 메조 기공성 비정질 실리카, 다공성 알루미나, 또는 금속 유기물 구조체(MOF: Metal Organic Frame)를 형성하는 다공성 금속 산화물을 포함하고, 상기 투명 담지체에 담지되는 무기 흡습제의 D₅₀ 입경은 40 nm 이하이다.

일 구현예에 따른 복합체는 폴리머 매트릭스와, 이에 분산된 탄소계 담지체, 및 상기 탄소계 담지체에 담지된 나노 크기의 무기 흡습제를 포함함으로써, 폴리머 매트릭스 내에서 잘 분산되지 않고 응집하는 무기 흡습제를 효율적으로 분산된 형태로 다량 포함함에 따라, 내투습성이 증가하면서도 무기 흡습제의 응집으로 의한 기계적 물성 저하가 없고 인장 강도가 개선될 수 있다. 뿐만 아니라, 탄소계 담지체로 인한 열전도도의 개선, 및 난연성도 확보할 수 있다. 나아가, 폴리머 매트릭스로서 폴리올레핀과 같은 저가의 고분자 재료를 포함하는 경우에도 상기한 물성을 구현할 수 있으며, 다양한 크기 및 형태로 용이하게 성형할 수 있다. 따라서, 일 구현예에 따른 복합체, 및 이를 포함하는 성형품은 무게가 가볍고, 형상 자유도를 가지며, 내투습성, 기계적 물성, 방열 특성, 및 난연성을 요하는 다양한 제품, 예를 들어, 리튬 이차전지와 같은 에너지 저장 장치, 전자 장치, 표시 장치, 휴대용 전자 기기 등의 외장 케이스의 제조에 유리하게 사용될 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 전지 케이스의 분해 사시도를 나타낸 것이다.
도 2는 다른 일 실시예에 따른 전지 케이스의 분해 사시도를 나타낸 것이다.
도 3은 마그네슘 옥사이드(MgO)-담지된 카본 블랙에 대한 열중량분석(TGA: Thermogravimetric Analysis) 그래프이다.
도 4는 마그네슘 옥사이드(MgO)-담지된 카본 블랙에 대한 투사전자현미경 (TEM: Transmission Electron Microscopy) 사진이다.
도 5는 카본 블랙에 담지된 마그네슘 옥사이드의 함량에 따른 수증기 투과율의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 카본 블랙에 담지된 마그네슘 옥사이드의 함량에 따른 인장강도 및 내부 충격강도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 카본 블랙에 담지된 마그네슘 옥사이드의 함량에 따른 열전도도의 변화를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 　다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

도면에서 각 부분은 설명의 편의를 위하여 두께 등을 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

최근 동력(motive power)의 일부 또는 전부를 제공하기 위해 하나 이상의 전지 시스템을 사용하는 전기 자동차 (Electric vehicle: EV)에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 전기 자동차는 내연기관에 의해 구동되는 전통적인 자동차에 비해 공해 물질을 덜 배출하며, 보다 높은 연료 효율을 나타낼 수 있다. 일부의 경우, 전력을 이용하는 자동차는 가솔린을 전혀 사용하지 않거나, 전체 동력을 전력에서 얻기도 한다. 이에 관한 연구가 계속될수록, 그러한 자동차를 위한 개선된 동력원, 예를 들어, 개선된 전지 또는 전지 모듈에 대한 요구가 증가하고 있다.

전기 자동차 등에서 사용하기 위한 전지를 구성하는 전기화학 소자로서 충방전이 가능하며 에너지 밀도가 높은 리튬 이차전지의 적용이 고려되고 있다. 리튬 이차 전지는 상승된 온도에서 작동하며 수분 등에 취약하여 전지 케이스로서 주로 내투습성이 우수한 알루미늄 소재를 주로 사용하고 있다. 즉, 알루미늄 파우치 및 알루미늄 캔 형태의 케이스에 양극 및 음극을 포함하는 전극 조립체를 삽입, 밀봉하여 전지 셀을 만들고, 이와 같이 제조된 다수의 전지 셀로부터 전지 모듈을 구성한다. 그러나, 이러한 방법은 조립 공정이 복잡하고, 제조 시간 및 비용이 많이 드는 방법으로서 생산성을 개선할 필요가 있다. 또한, 금속 제작 기술상의 한계로 인해, 종래 금속으로 제작된 전지 케이스는 형태 면에서 한계가 있고, 원하는 형태 및/또는 크기의 전지 케이스를 제조하기 위해서는 여러 단계의 공정과 많은 비용 및 시간이 소요된다.

상기한 문제점들을 해결하기 위해, 무게가 가볍고, 원하는 형태로 용이하게 제작 가능한 고분자 소재를 이용한 전지 케이스에 관한 연구가 진행 중에 있다. 그러나, 고분자 소재를 이용한 전지 케이스는 내투습성, 기계적 강도 등을 더 보강해야 한다. 또한, 고온에서 작동하는 리튬 이차 전지의 특성상 전지 케이스 내부의 열을 효율적으로 외부로 방출하지 못할 경우 폭발이나 화재의 위험성이 있다. 알루미늄과 같은 금속재 케이스는 기본적으로 난연성이나, 고분자 소재를 사용할 경우, 난연성 및 방열 특성 또한 해결해야 할 과제 중 하나이다.

따라서, 열관리, 내투습성, 난연성, 및 기계적 물성 등을 해결할 수 있고, 제조 비용이 저렴하면서도, 원하는 형태 및 크기를 가지도록 용이하게 제조 가능한 재료에 대한 요구가 있어 왔다.

본원 발명자들은 원하는 크기와 형태로 쉽게 성형 가능하며, 가볍고 값싼고분자 수지를 기초로 하여, 내투습성과 기계적 물성, 열전도도, 및 난연성을 동시에 개선할 수 있는 유무기 복합 재료를 개발하기 위해 노력하였으며, 그 결과, 폴리머 매트릭스와, 상기 폴리머 매트릭스에 분산된 탄소계 담지체, 및 상기 탄소계 담지체에 담지된 나노 크기의 무기 흡습제를 포함하는 복합체가 상기한 효과들을 모두 달성할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.

고분자 수지를 기초로 한 재료의 내투습성 증가를 위한 방법으로서 고분자 매트릭스에 무기 흡습제를 분산시켜 유무기 복합체를 형성하는 방법이 알려져 있다. 무기 흡습제의 성능은 무기 흡습제의 비표면적에 비례하며, 따라서, 나노 크기와 같이 작은 입자 크기를 가지는 무기 흡습제를 동일 함량 포함하는 것이 보다 큰 입자 크기를 가지는 무기 흡습제를 동일 함량 포함하는 경우에 비해 내투습성 개선 효과가 더 클 수 있다. 그러나, 나노 크기의 무기 흡습제를 고분자 수지와 혼합하여 압출 및/또는 사출하여 성형품을 제조하는 공정에서, 온도가 상승함에 따라 고분자 수지의 점도가 점점 높아지고, 이때 나노 크기의 무기 흡습제 입자들을 점도가 높은 고분자 수지 내에 고르게 분산시키는 것은 매우 어렵다. 이에 따라, 제조된 성형품 내에서 나노 크기의 무기 흡습제들은 폴리머 매트릭스 내에 고르게 분산되지 못하고 응집체 형태로 존재할 수 있고, 응집체 형태로 존재하는 무기 흡습제는 나노 크기에 의한 비표면적 증가로 인한 내투습성 향상 효과를 발휘할 수 없다.

한편, 고분자 수지를 기초로 하는 재료의 방열 특성을 향상시키기 위해 열전도성 무기 필러를 포함하여 복합체를 제조하는 것이 연구되고 있다. 이러한 열전도성 무기 필러로서 탄소계 물질, 예를 들어, 카본 블랙, 케첸 블랙, 그래파이트, 팽창 그래파이트, 카본 파이버, 카본 나노플레이트 등을 사용할 수 있음이 알려져 있다. 이들 열전도성 무기 필러는 폴리머 매트릭스 내에서 포논 (phonon) 전달체로 사용되어 고분자 수지 내 열을 외부로 방출하는 역할을 할 수 있다. 따라서, 열전도성 무기 필러는 폴리머 매트릭스 내에서 열 전달 경로를 형성하기에 충분한 양으로 존재해야 하고, 이를 위해 열전도성 무기 필러의 입자 크기가 클수록 유리하다.

본원 발명자들은 고분자 재료의 내투습성을 향상시키기 위해 나노 크기의 무기 흡습제를 포함하되, 이들의 응집을 방지하여 나노 크기를 유지하고, 또한 분산성을 개선하는 방법으로 열전도성 무기 필러에 나노 크기의 무기 흡습제를 담지시켜 분산시키는 방법을 고안하였다. 상기 열전도성 무기 필러, 예를 들어, 탄소계 물질들은 다양한 형태를 가질 수 있고, 특히 큰 비표면적을 가지는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 탄소계 물질로 알려진 카본 블랙은 나노 크기의 1차 구형 탄소 입자들이 경화 응집(hard aggregation)하여 약 0.1 마이크로미터 이상의 크기를 가지는 응집 구조체(aggregate)를 형성하고 있다. 이 응집 구조체는 나노 크기의 1차 구형 입자들이 불규칙한 형태로 응집하여 형성됨에 따라 비표면적이 매우 크다. 이와 같이 큰 비표면적을 가지는 탄소계 물질의 표면에 무기 흡습제의 전구체를 흡착시킨 후, 상기 흡착된 무기 흡습제의 전구체를 무기 흡습제로 전환시킴으로써, 탄소계 물질의 표면에 나노 크기의 무기 흡습제가 담지된 탄소계 담지체를 제조할 수 있다. 이와 같은 나노 크기의 무기 흡습제가 담지된 탄소계 담지체는 상기한 응집 구조체의 형태로서 D₅₀입경이 약 0.1 마이크로미터 이상이며, 이러한 크기를 가지는 물질을 고분자 수지에 분산시키는 것은 용이하다.

따라서, 일 구현예에 따른 복합체는 나노 크기를 가지는 무기 흡습제를 포함하되, 상기 무기 흡습제가 입자 크기가 큰 탄소계 담지체의 표면에 흡착되어 고분자 매트릭스 내에 균일하게 분포함으로써, 나노 크기를 가지는 무기 흡습제의 내투습 효과를 충분히 발휘할 수 있다. 또한, 상기 탄소계 담지체의 함량에 비례하여 상기 나노 크기의 무기 흡습제를 다량 포함할 수 있음에 따라 내투습 효과를 극대화할 수 있다. 나아가, 상기 복합체는 약 0.1 마이크로미터 이상 크기의 상기 탄소계 담지체의 응집 구조체들을 포함하고, 상기 응집 구조체들을 통해 고분자 매트릭스 내 포논의 이동 경로를 형성함으로써, 상기 복합체의 방열 특성도 개선될 수 있다. 뿐만 아니라, 탄소계 담지체는 그 자체로 우수한 기계적 물성을 가지며, 이를 포함하는 복합체의 기계적 물성 또한 증가시킬 수 있다.

상기 탄소계 담지체의 예로는, 기존에 열전도성을 가지는 탄소계 무기 필러로 알려진 임의의 탄소계 담지체를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 카본 블랙, 케첸 블랙, 그래파이트, 팽창 그래파이트, 카본 파이버, 카본 나노플레이트, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 일 실시예에서, 상기 탄소계 담지체는 카본 블랙일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

상술한 바와 같이, 카본 블랙은 나노 크기의 구형 1차 탄소 입자들이 불규칙한 형태로 응집한 응집 구조체의 형태이나, 이에 한정되지 않고, 상기 탄소계 담지체는 그 종류에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 그래파이트는 탄소 원자들이 2차원 평면 형태로 연장된 여러 장의 시트가 적층된 형태로서, 이들 적층체 사이의 공간 또는 표면으로 무기 흡습제의 전구체가 침투하여 상기 적층체를 이루는 시트 표면에 흡착하여 담지될 수 있다. 팽창 그래파이트는 황산 등의 강산으로 처리하여 그래파이트의 각 층 사이에 산소 등의 성분을 포함하고 있는 그래파이트로서, 상기 그래파이트와 동일한 원리로 담지체를 형성할 수 있다. 이와 같이, 탄소계 담지체는 종류에 따라 형태가 상이할 수 있으나, 무기 흡습제의 전구체가 침투하여 흡착할 수 있는 넓은 표면적과 일정 크기 이상의 크기를 가지며, 열 전도도가 높은 것이라면 어떤 것이라도 사용 가능하고, 그 형태나 크기에 특별한 제한은 없다.

일 실시예에서, 상기 탄소계 담지체는 비표면적이 100 m²/g 이상이고, 응집 구조체(aggregate)의 D₅₀입경이 약 0.1 마이크로미터 이상일 수 있다. 탄소계 담지체의 비표면적이 100 m²/g 이상으로 클 경우, 상기 탄소계 담지체의 넓은 표면에 나노 크기의 무기 흡습제가 충분한 양으로 담지될 수 있다. 또한, 탄소계 담지체의 응집 구조체(aggregate)의 D₅₀입경이 약 0.1 마이크로미터 이상인 경우, 고분자 수지에 혼합되어 압출 및/또는 사출 공정에 적용될 경우에도 용이하게 분산 가능하며, 고분자 매트릭스 내에서 포논의 전달 경로를 형성하기에 유리할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 탄소계 담지체는 비표면적은 100 m²/g 이상, 예를 들어, 200 m²/g 이상, 예를 들어, 300 m²/g 이상, 예를 들어, 400 m²/g 이상, 예를 들어, 500 m²/g 이상, 예를 들어, 600 m²/g 이상, 예를 들어, 700 m²/g 이상, 예를 들어, 800 m²/g 이상, 예를 들어, 900 m²/g 이상, 예를 들어, 1,000 m²/g 이상, 예를 들어, 1,010 m²/g 이상, 예를 들어, 1,030 m²/g 이상, 예를 들어, 1,050 m²/g 이상, 예를 들어, 1,100 m²/g 이상, 예를 들어, 1,150 m²/g 이상, 예를 들어, 1,200 m²/g 이상, 예를 들어, 1,250 m²/g 이상, 예를 들어, 1,300 m²/g 이상, 예를 들어, 1,350 m²/g 이상, 예를 들어, 1,400 m²/g 이상, 예를 들어, 1,450 m²/g 이상, 예를 들어, 1,500 m²/g 이상일 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.

일 실시예에서, 상기 탄소계 담지체의 응집 구조체의 D₅₀입경은 약 0.11 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 0.12 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 0.13 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 0.15 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 0.17 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 0.20 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 0.25 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 0.30 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 0.35 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 0.40 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 0.45 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 0.50 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 0.55 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 0.60 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 0.70 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 0.80 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 0.90 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 1.00 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 1.10 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 1.20 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 1.30 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 1.40 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 1.50 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 1.60 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 1.70 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 1.80 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 1.90 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 2.0 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 2.1 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 2.2 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 2.3 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 2.4 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 2.5 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 2.6 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 2.7 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 2.8 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 2.9 마이크로미터 이상, 예를 들어, 약 3.0 마이크로미터 이상일 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.

일 실시예에서, 상기 탄소계 담지체의 응집 구조체의 D₅₀입경은 약 100 마이크로미터 이하, 예를 들어, 약 90 마이크로미터 이하, 약 80 마이크로미터 이하, 약 70 마이크로미터 이하, 약 60 마이크로미터 이하, 약 50 마이크로미터 이하, 약 40 마이크로미터 이하, 약 30 마이크로미터 이하, 약 20 마이크로미터 이하, 또는 약 90 마이크로미터 이하일 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.

상기 무기 흡습제는 실리카겔, 제올라이트, CaO, BaO, MgSO₄, Mg(ClO₄)₂, MgO, P₂O₅, Al₂O₃, CaH₂, NaH, LiAlH₄, CaSO₄, Na₂SO₄, Na₂CO₃, CaCO₃, K₂CO₃, CaCl₂, Ba(ClO₄)₂, Ca, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 무기 흡습제는 제올라이트, CaO, MgO, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 예를 들어, 무기 흡습제는 CaO 또는 MgO일 수 있다.

상기 무기 흡습제의 입자 크기는 D₅₀입경이 약 5 nm 이상, 약 1 마이크로미터 미만, 예를 들어, 약 10 nm 내지 약 950 nm, 예를 들어, 약 10 nm 내지 약 900 nm, 예를 들어, 약 10 nm 내지 약 850 nm, 예를 들어, 약 10 nm 내지 약 800 nm, 예를 들어, 약 10 nm 내지 약 750 nm, 예를 들어, 약 10 nm 내지 약 700 nm, 예를 들어, 약 10 nm 내지 약 650 nm, 예를 들어, 약 10 nm 내지 약 600 nm, 예를 들어, 약 10 nm 내지 약 550 nm, 예를 들어, 약 10 nm 내지 약 500 nm, 예를 들어, 약 20 nm 내지 약 500 nm, 예를 들어, 약 20 nm 내지 약 450 nm, 예를 들어, 약 20 nm 내지 약 400 nm, 예를 들어, 약 20 nm 내지 약 350 nm, 예를 들어, 약 20 nm 내지 약 300 nm, 예를 들어, 약 20 nm 내지 약 250 nm, 예를 들어, 약 20 nm 내지 약 200 nm, 예를 들어, 약 20 nm 내지 약 150 nm, 예를 들어, 약 20 nm 내지 약 100 nm, 예를 들어, 약 30 nm 내지 약 300 nm, 예를 들어, 약 30 nm 내지 약 250 nm, 예를 들어, 약 30 nm 내지 약 200 nm, 예를 들어, 약 30 nm 내지 약 150 nm, 예를 들어, 약 30 nm 내지 약 100 nm, 예를 들어, 약 30 nm 내지 약 80 nm, 예를 들어, 약 30 nm 내지 약 50 nm 일 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.

상기 무기 흡습제를 상기 탄소계 담지체에 담지시키는 방법은, 상기 무기 흡습제의 전구체를 유기 용매 등에 녹인 후, 이 용액에 상기 탄소계 담지체를 분산시켜 상기 무기 흡습제의 전구체가 상기 탄소계 담지체의 표면에 흡착되게 하고, 그 후, 상기 무기 흡습제의 전구체가 흡착된 탄소계 담지체를 용액으로부터 분리하여 용매를 증발시키고, 추가 열처리를 통해 상기 탄소계 담지체에 흡착된 상기 무기 흡습제의 전구체가 나노미터 크기의 무기 흡습제로 전환되도록 함으로써 제조할 수 있다.

무기 흡습제의 종류에 따라 다양한 전구체들이 알려져 있다. 예를 들어, 무기 흡습제로서 CaO를 포함하는 경우, CaO의 전구체로서 칼슘 나이트레이트, 칼슘 아세테이트, 칼슘 프로피오네이트, 칼슘 포메이트, 칼슘 옥살레이트, 칼슘 아세틸아세토네이트 등을 사용할 수 있고, 무기 흡습제로서 MgO를 사용하는 경우, 마그네슘 클로라이드, 마그네슘 클로라이드의 수화물, 마그네슘 아세테이트 등을 사용할 수 있으며, 이들에 제한되지 않는다.

상기 무기 흡습제의 전구체는 다양한 용매, 예를 들어, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올과 같은 알코올계 용매, 톨루엔과 같은 방향족 용매, 에틸 아세테이트 같은 아세테이트계 용매, 또는 아세톤과 같은 케톤계 용매를 포함한 다양한 종류의 유기 용매에 적정 함량으로 녹일 수 있다. 여기서, 상기 유기 용매에 용해되는 무기 흡습제의 전구체의 함량에 따라, 상기 탄소계 담지체에 담지되는 무기 흡습제의 함량을 조절할 수 있다. 즉, 상기 용매 내 무기 흡습제 전구체의 함량이 높을수록, 그로부터 제조되는 탄소계 담지체에 담지되는 무기 흡습제의 함량을 높일 수 있다.

상기 용액에 탄소계 담지체, 예를 들어, 상기한 카본 블랙, 케첸 블랙, 그래파이트, 팽창 그래파이트, 카본 파이버, 카본 나노플레이트, 또는 이들의 조합을 분산시켜, 이들 탄소계 담지체의 표면에 무기 흡습제의 전구체가 흡착되도록 한 후, 상기 무기 흡습제의 전구체가 흡착된 탄소계 담지체를 분리하여 용매를 증발시키고, 추가 열처리에 의해 상기 흡착된 무기 흡습제의 전구체를 무기 흡습제로 전환시킴으로써, 탄소계 담지체에 나노 크기의 무기 흡습제를 담지할 수 있다.

일 구현예에 따른 복합체 내 상기 탄소계 담지체와 상기 탄소계 담지체에 담지된 무기 흡습제의 총 양은 상기 복합체의 총 질량을 기준으로 약 5% 이상일 수 있고, 예를 들어, 약 7% 이상, 예를 들어, 약 10% 이상, 예를 들어, 약 11% 이상, 예를 들어, 약 13% 이상, 예를 들어, 약 15% 이상, 예를 들어, 약 17% 이상, 예를 들어, 약 18% 이상, 예를 들어, 약 20% 이상, 예를 들어, 약 21% 이상, 예를 들어, 약 22% 이상, 예를 들어, 약 23% 이상, 예를 들어, 약 24% 이상, 예를 들어, 약 25% 이상일 수 있고, 이들에 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 상기 탄소계 담지체와 상기 담지체에 담지된 무기 흡습제의 총 양은 상기 복합체의 총 질량을 기준으로 약 30 % 이하일 수 있고, 예를 들어, 약 29 % 이하, 예를 들어, 약 28 % 이하, 예를 들어, 약 27 % 이하, 예를 들어, 약 26 % 이하일 수 있고, 상기 범위 내에서 약 8 % 내지 약 30 %, 예를 들어, 약 10 % 내지 약 30 %, 예를 들어, 약 10 % 내지 약 28 %, 예를 들어, 약 10 % 내지 약 25 %, 예를 들어, 약 10 % 내지 약 23 %, 예를 들어, 약 10 % 내지 약 22 %, 예를 들어, 약 10 % 내지 약 20 %, 예를 들어, 약 13 % 내지 약 20 %, 예를 들어, 약 15 % 내지 약 20 % 일 수 있고, 이들에 제한되지 않는다. 복합체의 총 질량을 기준으로 탄소계 담지체, 및 이에 담지된 무기 흡습제를 상기 함량 범위로 포함함으로써, 일 구현예에 따른 복합체는 우수한 내투습성, 기계적 물성, 및 열전도도를 가질 수 있다.

한편, 상기 탄소계 담지체에 담지되는 무기 흡습제의 양은 상기 탄소계 담지체의 총 질량 대비 약 3% 내지 약 50% 일 수 있다. 예를 들어, 상기 무기 흡습제는 상기 탄소계 담지체의 총 질량 대비 약 5% 내지 약 50%, 예를 들어, 약 8% 내지 약 50%, 예를 들어, 약 10% 내지 약 50%, 예를 들어, 약 10% 내지 약 45%, 예를 들어, 약 10% 내지 약 40%, 예를 들어, 약 10% 내지 약 35%, 예를 들어, 약 10% 내지 약 30%, 예를 들어, 약 15% 내지 약 35%, 예를 들어, 약 15% 내지 약 30%, 예를 들어, 약 15% 내지 약 25%, 예를 들어, 약 15% 내지 약 20%, 예를 들어, 약 17% 내지 약 30%, 예를 들어, 약 17% 내지 약 25% 포함, 예를 들어, 약 17% 내지 약 20% 포함될 수 있고, 이들 범위에 제한되지 않는다. 상기 복합체 내 탄소계 담지체의 총 질량 대비 무기 흡습제를 상기 함량 범위로 포함함으로써, 일 구현예에 따른 복합체는 우수한 내투습성, 기계적 물성, 및 열전도도를 가질 수 있다.

상술한 바와 같이, 탄소계 담지체에 담지되는 무기 흡습제의 양은 탄소계 담지체에 무기 흡습제를 담지하기 위한 공정 중 유기 용매에 무기 흡습제의 전구체를 용해시키는 함량을 조절함으로써 조절 가능하다. 즉, 무기 흡습제의 전구체를 포함하는 용액 내 무기 흡습제의 전구체의 함량이 높을수록 탄소계 담지체에 담지되는 무기 흡습제의 함량을 높일 수 있다.

상기 복합체에 포함되는 폴리머 매트릭스는 기본적인 내투습성 및 기계적 강도가 우수하고, 용이하게 성형 가능한 것이라면 어떤 종류의 폴리머라도 포함 가능하며, 예를 들어, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리비닐, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리페닐렌 설파이드 (PPS), 폴리페닐렌 에테르, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리사이클릭 올레핀 코폴리머, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 액정 고분자 (LCP), 이들의 혼합물, 이들의 얼로이, 또는 이들의 공중합체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리머 매트릭스는 내투습성이 우수한 액정 고분자 (LCP), 또는 저렴하면서도 기계적 물성이 우수한 폴리올레핀일 수 있고, 일 실시예에서 상기 폴리머 매트릭스는 폴리올레핀, 예를 들어, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE: High Density Polyethylene)일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 폴리머 매트릭스는 불소계 수지를 더 포함할 수 있다. 상기 불소계 수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF), 폴리클로로트리플루오로에틸렌 (PCTFE), 또는 이들의 혼합물 또는 공중합체를 들 수 있고, 상기 폴리머 매트릭스가 이러한 불소계 수지를 더 포함할 경우, 그로부터 제조되는 복합체의 내투습성을 더욱 높일 수 있다.

상기 불소계 수지는 소수성을 띄며, 따라서, 상기 복합체의 총 질량을 기준으로 약 20 % 이하, 예를 들어, 약 15 % 이하, 약 10 % 이하, 예를 들어, 약 3 % 내지 약 10 %, 예를 들어, 약 5 % 내지 약 10 %의 불소계 수지를 더 포함할 경우, 이를 포함하는 복합체로부터 제조되는 성형품은 외기와 접촉하는 성형품의 표면에서부터 수분을 차단하는 효과를 가질 것으로 생각된다.

한편, 일 구현예에 따른 복합체는 용해도 파라미터가 15 MPa^1/2 내지 30 MPa^1/2 범위인 용매에 용해되고 아미노기, 소수성 작용기, 및 양쪽성 작용기 중 하나 이상을 가지는 올리고머 또는 폴리머를 더 포함할 수 있다. 일 구현예에 따른 복합체가 상기한 올리고머 또는 폴리머를 더 포함하는 경우, 이로부터 제조되는 성형품의 기계적 물성, 예를 들어, 인장강도 및 충격강도를 더욱 개선할 수 있다. 상기 용해도 파라미터가 15 MPa^1/2 내지 30 MPa^1/2 범위인 용매에 용해되고 아미노기, 소수성 작용기, 및 양쪽성 작용기 중 하나 이상을 가지는 올리고머 또는 폴리머는, 일 구현예에 따른 복합체 내에서, 상기 폴리머 매트릭스와 상기 탄소계 담지체 모두와 친화성을 가지는 물질로서, 상기 탄소계 담지체가 상기 폴리머 매트릭스 내에 더욱 잘 분산되도록 하는 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 상기 용해도 파라미터가 15 MPa^1/2 내지 30 MPa^1/2 범위인 용매에 용해되고 아미노기, 소수성 작용기, 및 양쪽성 작용기 중 하나 이상을 가지는 올리고머 또는 폴리머는, 상기 용매의 존재 하에, 또는 상기 용매가 존재하지 않는 경우에도, 상기 폴리머 매트릭스, 및 상기 탄소계 담지체 모두와 잘 혼합될 수 있다. 특히, 상기 올리고머 또는 폴리머는 아미노기, 소수성 작용기, 및/또는 양쪽성 작용기를 포함함으로써, 상기 탄소계 담지체의 표면에 잘 흡착할 수 있다.

특정 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니나, 상기 올리고머 또는 폴리머가 상기 탄소계 담지체의 표면에 흡착하는 원리는, 상기 올리고머 또는 폴리머의 아미노기의 질소 원자의 비공유 전자쌍에 의한 탄소계 담지체와의 비공유 결합, 또는 상기 올리고머 또는 폴리머의 소수성 작용기와 상기 탄소계 담지체간 소수성 블록 형성에 의한 반데르발스 결합 또는 물리적 흡착에 의한 파이(Π)-전자 결합(stakcing), 또는 상기 양쪽성 작용기 중 하나와 상기 탄소계 담지체 표면에 있는 카르복실기, 하이드록시기 등의 작용기와의 화학적 결합 등 다양한 방식에 의한 결합에 의한 것으로 생각할 수 있으며, 이들에 제한되지 않는다.

상기 가능한 여러 메커니즘에 의해 상기 올리고머 또는 폴리머는 상기 탄소계 담지체의 표면에 결합 또는 흡착할 수 있고, 또한 상기 폴리머 매트릭스와도 잘 혼합됨으로써, 궁극적으로, 상기 복합체 내에서 상기 폴리머 매트릭스와 상기 탄소계 담지체가 더욱 잘 혼합되고 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 올리고머 또는 폴리머를 추가로 포함하는 복합체는 성형시 인장강도 및 충격강도와 같은 기계적 물성이 더욱 개선되고, 열전도도도 더욱 증가할 수 있다.

일 구현예에 따른 복합체가 상기 올리고머 또는 폴리머를 더 포함할 경우, 이를 포함하는 복합체는, 상기 탄소계 담지체에 무기 흡습제를 담지한 후, 이를 폴리머 매트릭스와 혼합하기 전에, 상기 올리고머 또는 폴리머와 예비 혼합하여 상기 올리고머 또는 폴리머가 상기 탄소계 담지체의 표면에 결합 또는 흡착하게 한 후, 최종적으로 상기 올리고머 또는 폴리머로 표면 처리된 탄소계 담지체를 폴리머 매트릭스와 혼합함으로써 제조될 수 있다. 또는, 상기 폴리머 매트릭스와, 상기 무기 흡습제가 담지된 탄소계 담지체, 및 상기 올리고머 또는 폴리머를 동시에 혼합함으로써, 즉석에서 (in-situ) 복합체를 형성할 수도 있다. 일 실시예에서는, 상기 올리고머 또는 폴리머가 상기 탄소계 담지체에 보다 효율적으로 결합 또는 흡착할 수 있도록, 상기 폴리머 매트릭스와 혼합하기 전에, 상기 무기 흡습제-담지된 탄소계 담지체와 상기 올리고머 또는 폴리머를 예비 혼합하는 과정을 포함할 수 있다. 이 경우, 편의상, 상기 올리고머 또는 폴리머는 상기 무기 흡습제-담지된 탄소계 담지체의 표면 처리제로 부를 수 있다.

한편, 상기 올리고머 또는 폴리머가 아미노기를 포함하는 경우, 상기 올리고머 또는 폴리머의 아민가는 1 mg KOH/g 내지 100 mg KOH/g 범위일 수 있다. 상기 올리고머 또는 폴리머 내 아미노기의 함량을 의미하는 아민가가 상기 범위일 경우, 상기 올리고머 또는 폴리머는 상기 탄소계 담지체에 용이하게 흡착 또는 결합할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 올리고머 또는 폴리머의 아민가는 1 mg KOH/g 내지 90 mg KOH/g, 예를 들어, 2 mg KOH/g 내지 80 mg KOH/g, 예를 들어, 3 mg KOH/g 내지 80 mg KOH/g, 예를 들어, 3 mg KOH/g 내지 75 mg KOH/g, 예를 들어, 3 mg KOH/g 내지 70 mg KOH/g, 예를 들어, 3 mg KOH/g 내지 65 mg KOH/g, 예를 들어, 3 mg KOH/g 내지 60 mg KOH/g, 예를 들어, 4 mg KOH/g 내지 80 mg KOH/g, 예를 들어, 4 mg KOH/g 내지 75 mg KOH/g, 예를 들어, 4 mg KOH/g 내지 70 mg KOH/g, 예를 들어, 4 mg KOH/g 내지 65 mg KOH/g, 예를 들어, 4 mg KOH/g 내지 60 mg KOH/g, 예를 들어, 4 mg KOH/g 내지 58 mg KOH/g, 예를 들어, 4 mg KOH/g 내지 57 mg KOH/g 일 수 있고, 이에 제한되지 않으며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자들은 일 구현예에 따른 복합체를 제조하기 위해 적절한 아민가를 가지는 상기 올리고머 또는 폴리머를 용이하게 선택하거나 제조할 수 있을 것이다.

상기 올리고머 또는 폴리머의 소수성 작용기는 소수성을 띠는 임의의 유기기일 수 있고, 예를 들어, 지방족 탄화수소기, 지환족 탄화수소기, 방향족 탄화수소기, (메트)아크릴로일기, 할로겐으로 치환된 지방족, 지환족, 또는 방향족 탄화수소기, 또는 이들의 조합일 수 있고, 예를 들어, 분자 내에 하나 이상의 불포화 결합을 가지는 것일 수도 있다.

상기 소수성 작용기의 예로서, 직쇄상 또는 분지된 C1 내지 C30 알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, 하나 이상의 이중 결합을 포함하는 C2 내지 C30 알케닐기, 하나 이상의 삼중 결합을 포함하는 C2 내지 C30 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C7 내지 C30 알킬아릴기, C10 내지 C30 사이클로알킬아릴기, (메트)아크릴로일기, 플루오르화 알킬기, 플루오르화 사이클로알킬기, 플루오르화 아릴기, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.

상기 올리고머 또는 폴리머의 양쪽성 작용기는 한 작용기 내에 음이온성 작용기 및 양이온성 작용기를 모두 가지는 작용기로서, 예를 들어, 양이온성 작용기로서, 암모늄기, 이미다졸기, 설포늄기, 또는 이들의 조합을 가지고, 음이온성 작용기로서, 포스포늄기, 카르복시기, 실레인기, 또는 이들의 조합을 가지는 것일 수 있다.

상기 올리고머 또는 폴리머는 상기 탄소계 담지체 100 질량부당 50 질량부 이하의 함량으로 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 올리고머 또는 폴리머는 상기 탄소계 담지체 100 질량부당 45 질량부 이하의 함량, 예를 들어, 상기 탄소계 담지체 100 질량부당 40 질량부 이하, 예를 들어, 상기 탄소계 담지체 100 질량부당 35 중량부 이하, 예를 들어, 상기 탄소계 담지체 100 질량부당 10 질량부 내지 50 질량부, 예를 들어, 상기 탄소계 담지체 100 질량부당 15 질량부 내지 50 질량부, 예를 들어, 상기 탄소계 담지체 100 질량부당 20 질량부 내지 50 질량부, 예를 들어, 상기 탄소계 담지체 100 질량부당 25 질량부 내지 50 질량부, 예를 들어, 상기 탄소계 담지체 100 질량부당 25 질량부 내지 45 질량부, 예를 들어, 상기 탄소계 담지체 100 질량부당 25 질량부 내지 40 질량부, 예를 들어, 상기 탄소계 담지체 100 질량부당 25 질량부 내지 35 질량부, 예를 들어, 상기 탄소계 담지체 100 질량부당 25 질량부 내지 30 질량부의 함량으로 포함될 수 있고, 이들에 제한되지 않는다. 상기 올리고머 또는 폴리머의 함량은 사용하는 탄소계 담지체의 종류 및 함량, 그리고 상기 올리고머 또는 폴리머의 종류, 상기 올리고머 또는 폴리머에 포함된 작용기의 종류, 및/또는 함량 등에 따라, 상기 범위 내에서, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자가 적절한 범위로 선택, 조절할 수 있다.

상기 복합체 내 상기 폴리머 매트릭스의 함량은, 상기 복합체의 총 질량을 기준으로 하여, 상기한 탄소계 담지체, 및 상기 탄소계 담지체에 담지되는 무기 흡습제의 함량, 그리고, 만약 선택적으로 포함된다면, 상기 용해도 파라미터가 15 MPa^1/2 내지 30 MPa^1/2 범위인 용매에 용해되고 아미노기, 소수성 작용기, 및 양쪽성 작용기 중 하나 이상을 가지는 올리고머 또는 폴리머의 함량을 제외한 나머지 함량일 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리머 매트릭스의 함량은 상기 복합체의 총 질량을 기준으로, 약 50 % 내지 약 95 % 일 수 있고, 예를 들어, 약 55 % 내지 약 95 %, 예를 들어, 약 60 % 내지 약 95 %, 예를 들어, 약 65 % 내지 약 95 %, 예를 들어, 약 70 % 내지 약 95 %, 예를 들어, 약 75 % 내지 약 95 %, 예를 들어, 약 75 % 내지 약 90 %, 예를 들어, 약 75 % 내지 약 85 %, 예를 들어, 약 80 % 내지 약 95 %, 예를 들어, 약 80 % 내지 약 90 %, 예를 들어, 약 85 % 내지 약 90 % 일 수 있고, 이에 제한되지 않는다.

일 구현예에 따른 복합체는 상기 폴리머 매트릭스의 종류 및 함량, 상기 탄소계 담지체의 종류 및 함량, 그리고 상기 탄소계 담지체에 담지된 나노 크기 무기 흡습제의 종류 및 함량 등을 조절함으로써, 1 mm 두께로 성형한 성형품에 대해, ISO 15106에 따라, 38°C, 및 상대습도 100%에서 측정하였을 때의 수증기투과율(WVTR: Water vapor transmission rate)이 0.4 g/m²/day 미만, 예를 들어, 0.3 g/m²/day 이하, 예를 들어, 0.2 g/m²/day 이하, 예를 들어, 0.1 g/m²/day 이하, 예를 들어, 0.09 g/m²/day 이하, 예를 들어, 0.08 g/m²/day 이하, 예를 들어, 0.07 g/m²/day 이하, 예를 들어, 0.06 g/m²/day 이하, 예를 들어, 0.05 g/m²/day 이하, 예를 들어, 0.045 g/m²/day 이하, 예를 들어, 0.04 g/m²/day 이하, 예를 들어, 0.035 g/m²/day 이하, 예를 들어, 0.03 g/m²/day 이하, 예를 들어, 0.025 g/m²/day 이하, 예를 들어, 0.02 g/m²/day 이하, 예를 들어, 0.015 g/m²/day 이하, 예를 들어, 0.01 g/m²/day 이하까지 감소시킬 수 있고, 이에 제한되지 않고, 더 낮은 함량까지 감소시킬 수도 있다.

또한, 상기 성형품은 UTM (Universal Testing Machine)을 사용하여 ASTM D638에 따라 측정한 인장 강도가 350 kg/cm² 이상일 수 있고, 예를 들어, 380 kg/cm² 이상의 인장 강도, 예를 들어, 400 kg/cm² 이상의 인장 강도, 예를 들어, 410 kg/cm² 이상의 인장 강도, 예를 들어, 420 kg/cm² 이상의 인장 강도, 예를 들어, 430 kg/cm² 이상의 인장 강도, 예를 들어, 440 kg/cm² 이상의 인장 강도, 예를 들어, 450 kg/cm² 이상의 인장 강도, 예를 들어, 460 kg/cm² 이상의 인장 강도, 예를 들어, 470 kg/cm² 이상의 인장 강도를 가질 수 있고, 이에 제한되지 않는다.

나아가, 상기 성형품은 Instron (impactor II, CEAST 9050)을 사용하여, ASTM D265에 따라, un-notched 타입 Izod 충격 강도를 측정한 결과, 깨지지 않거나 (unbreakable), 또는 적어도 60 kJ/m² 이상, 예를 들어, 65 kJ/m² 이상, 예를 들어, 70 kJ/m² 이상, 예를 들어, 75 kJ/m² 이상, 예를 들어, 80 kJ/m² 이상, 예를 들어, 85 kJ/m² 이상, 예를 들어, 90 kJ/m² 이상, 예를 들어, 95 kJ/m² 이상, 예를 들어, 97 kJ/m² 이상의 충격강도를 가질 수 있다.

또한, 상기 성형품은 레이저 플래쉬 (Laser flash) 방법으로 측정한 수직방향 및 수평방향 열전도도가 각각 약 0.3 W/mK 이상, 예를 들어, 각각 약 0.4 W/mK 이상, 예를 들어, 각각 약 0.45 W/mK 이상, 예를 들어, 각각 약 0.5 W/mK 이상, 예를 들어, 각각 약 0.55 W/mK 이상, 예를 들어, 각각 약 0.6 W/mK 이상, 예를 들어, 각각 약 0.65 W/mK 이상, 예를 들어, 각각 약 0.7 W/mK 이상, 예를 들어, 각각 약 0.75 W/mK 이상, 예를 들어, 각각 약 0.8 W/mK 이상일 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.

일 구현예에 따른 복합체로부터 제조되는 성형품은 상기와 같은 낮은 수증기투과율을 가지며, 이는 종래 리튬 이차 전지용 전극 조립체를 감싸던 금속 파우치 형태 외장재의 수증기투과율과 유사한 수준이다. 따라서, 일 구현예에 따른 복합체로부터 전지 케이스 등의 성형품을 제조할 경우, 별도 제조된 전극 조립체를 금속 파우치 등의 추가 외장재로 감쌀 필요 없이, 상기 전지 케이스의 전극 조립체를 수용하기 위한 공간에 직접 도입함으로써, 셀-모듈 일체형 전지를 제조할 수 있다. 따라서, 다른 일 구현예는 상기 일 구현예에 따른 복합체를 포함하는 전지 케이스를 제공한다.

상기 일 구현예에 따른 전지 케이스는 전극 조립체를 수용하는 수용부(container)를 포함하고, 상기 수용부는 하부벽(bottom wall) 및 복수개의 측벽(side wall)들을 포함하고, 상기 하부벽 및 상기 측벽들은 일체화되어 상기 하부벽에 대향하는 개방면(open side)을 가지며 전극 조립체가 수용될 공간을 형성하고, 상기 수용부를 형성하는 하부벽 및 복수개의 측벽 중 하나 이상은 상기 일 구현예에 따른 복합체를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 전지 케이스의 상기 수용부를 형성하는 하부벽 및 복수개의 측벽 모두는 상기 일 구현예에 따른 복합체를 포함할 수 있다.

상기 전지 케이스의 수용부는 상기 공간 내에 1 이상의 격벽(partition wall)을 포함하여 상기 수용부 내 공간을 2 이상의 구역으로 구획할 수 있다. 이 경우, 상기 2 이상의 구역에는 각각 별도로 제조된 전극 조립체가 수용될 수 있다. 상기한 바와 같이, 일 구현예에 따른 복합체로부터 제조되는 성형품은 우수한 내투습성 및 기계적 물성을 가지며, 따라서, 상기 별도로 제조한 전극 조립체는 추가적인 금속 파우치 등으로 감쌀 필요 없이, 상기 일 구현예에 따른 전지 케이스 내 수용부의 2 이상의 공간에 그대로 수용될 수 있다. 따라서, 일 구현예에서는 다수의 전극 조립체를 각각 별도의 셀로 포장할 필요 없이, 바로 전지 케이스의 수용부 내 각각의 공간에 수용할 수 있고, 따라서, 다수의 전극 조립체를 포함하는 셀-모듈 일체형 전지를 용이하게 제조할 수 있다.

기존에는 양극과 음극을 포함하는 전극 조립체를 형성한 후, 이를 내투습성을 갖는 금속 파우치로 감싸 전지 셀을 형성하고, 이를 다시 금속성 전지 케이스에 패킹하여 전지 모듈을 제조해야 하므로, 공정 면에서 복잡하고, 시간이 오래 걸리며, 제조 비용이 증가하고, 제조된 전지 모듈의 중량 또한 상당하였다. 상기한 바와 같이, 일 구현예에 따른 복합체로부터 제조되는 전지 케이스는 셀-모듈 일체형으로도 용이하게 제조 가능하며, 전지 모듈 제조시 제조 비용과 시간 면에서 기존의 금속성 전지 케이스를 이용하는 경우에 비해 현저한 절감 효과를 가져올 수 있고, 또한 무게가 가볍고, 형상 자유도를 가져 유리하다.

상기 전지 케이스?z 리튬 이차전지용 전지 케이스일 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 내투습성과 기계적 물성, 및 방열 특성 등을 요하는 임의의 전극 조립체를 수용하는 전지용 케이스일 수 있다.

한편, 상기 전지 케이스는 상기 수용부의 상기 개방면의 적어도 일부를 덮어서 닫기 위한, 예컨대, 밀봉하기 위한 덮개부를 더 포함할 수 있다. 상기 덮개부는 양극 단자 및 음극 단자 중 적어도 하나, 예를 들어, 양극 단자 및 음극 단자 모두 가짐으로써, 전지 케이스 내의 전지가 전기적으로 전지 케이스 외부와 연결될 수 있도록 할 수 있다. 상기 덮개부는 상기 수용부와 동일한 재료를 포함할 수 있거나, 또는 덮개부는 상기 수용부와 상이한 재료를 포함할 수도 있다.

이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여, 일 실시예에 따른 전지 케이스를 설명한다.

도 1은 일 실시예에 따른 전지 케이스의 분해 사시도를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 전지 케이스는, 하부벽(2)과 복수개(예컨대, 3개, 4개, 또는 그 이상의)의 측벽들(3a, 3b, 3c, 3d)이 일체화되어 전극 조립체의 수용 공간을 형성하는 수용부(1)을 포함한다. 수용부(1)는 상기 하부벽(2)에 대향하는 개방면을 가지며, 상기 개방면을 통해 수용부(1) 내로 전극 조립체를 수용할 수 있다.

여기서, "일체화"란, 상기 하부벽과 상기 복수개의 측벽들이 서로 연결되어, 상기 개방면을 제외한 나머지 부분들이 하나의 밀폐된(closed) 공간을 제공하도록 형성된 상태를 의미한다. 이러한 일체화를 위한 방법은 특정 방법으로 제한되지 않으며, 예를 들어, 후술하는 바와 같이, 상기 베이스 폴리머와 무기 흡습제를 포함하는 상기 조성물을, 상기 하부벽과 상기 복수개의 측벽들이 일체화되어 전극을 수용할 수 있는 공간을 형성하는 수용부의 형태로 1 단계로 성형하는 방법, 또는 상기 하부벽과 상기 복수개의 측벽들을 각각 별개의 성형품으로 성형한 후, 이들을 용접이나 접착 등 공지의 접합 방법을 이용하여 서로 연결함으로써, 하나의 일체화된 형태를 이루도록 하는 방법으로 제조할 수 있다. 상기한 바와 같이, 일체화를 위한 방법은 이들 특정 방법으로 제한되지 않고, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자들에게 알려진 다양한 방법을 통해 상기 하부벽과 상기 복수개의 측벽들을 일체화하여 전극 조립체가 수용되기 위한 공간을 형성하는 전지 케이스의 수용부를 제조할 수 있을 것이다.

전지 케이스는, 수용부 (1)의 상기 개방면의 적어도 일부, 예를 들어, 전부를 닫기 위한, 예컨대, 밀봉하기 위한, 덮개부(4)를 더 포함할 수 있다. 상기 덮개부(4)는 양극 단자 (5a) 및 음극 단자 (5b) 중 적어도 하나(예를 들어, 양극 단자 및 음극 단자)를 가질 수 있다. 덮개부(4)는 수용부(1)와 동일한 재료를 포함하거나, 또는 수용부(1)와 상이한 재료를 포함할 수 있고, 수용부(1)의 개방면을 상기 덮개부(4)로 덮어 밀봉함으로써, 일 실시예에 따른 전지 케이스는 전체적으로 밀봉된(sealed) 상태로 될 수 있다.

도 2는 다른 일 실시예에 따른 전지 케이스의 분해 사시도를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 전지 케이스의 수용부(1)는 하부벽(12)과 복수개 (예컨대, 3개, 4개, 또는 그 이상의)의 측벽들(13a, 13b, 13c, 13d)이 일체화되어 내부에 공간을 형성하고, 상기 하부벽(12)에 대향하는 개방면을 가지며, 상기 공간 내에 1개 이상 (예컨대, 2개, 3개, 4개, 5개, 또는 그 이상)의 격벽(6)이 제공된다. 따라서, 상기 수용부는 상기 격벽(6)에 의해 복수개(예컨대, 2개 이상, 예컨대, 3개 이상, 예컨대, 4개 이상, 또는 예컨대, 5개 이상)의 전지 구획부(7)를 포함할 수 있다. 각각의 전지 구획부(7)에는, 후술하는 전극 조립체를 각각 수용할 수 있고, 2 이상의 전극 조립체를 각각의 전지 구획부에 수용한 후 전해액을 주입함으로써, 전지 모듈을 제조할 수 있다. 전극 조립체의 배치 및 전해액의 주입 후, 상기 수용부(1)의 개방면을 도시하지 않은 덮개부로 밀폐 또는 봉지할 수 있다.

도 1과 도 2에서는 직육면체 형태의 전지 케이스의 수용부(1)를 도시하였으나, 일 구현예에 따른 전지 케이스는 상기 형태에 제한되지 않고, 다양한 형태와 크기를 가질 수 있다.

다른 일 구현예는 상기 구현예에 따른 전지 케이스, 및 상기 전지 케이스의 수용부에 수용되는, 양극과 음극을 포함하는 전극 조립체를 포함하는 전지를 제공한다. 전지 케이스에 대한 내용은 전술한 바와 같다.

상기 전극 조립체는, 양극, 음극, 및 이들 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함할 수 있다. 상기 전극 조립체는, 예컨대, 상기 세퍼레이터 내에, 수계 또는 비수계 전해액을 더 포함할 수 있다. 상기 전극 조립체의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 일 구현예에서, 상기 전극 조립체는, 리튬 이차 전지를 위한 전극 조립체를 포함할 수 있다. 상기 전극 조립체의 양극, 음극, 및 세퍼레이터와 전해액은, 전극의 종류에 따라 적절히 선택할 수 있으며 특별히 제한되지 않는다. 이하, 리튬 이차 전지를 위한 전극 조립체를 예로 들어 상세히 설명하지만, 이에 제한되지 않는다.

양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 배치된 양극 활물질을 포함하며 도전재 및 바인더 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 양극은, 충진제를 더 포함할 수 있다. 음극은 음극 집전체 상에 배치된 음극 활물질을 포함하며 도전재 및 바인더 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 음극은 충진제를 더 포함할 수 있다.

상기 양극 활물질은, 예를 들면, 리튬을 포함하는 (고용체) 산화물을 포함할 수 있으며, 전기 화학적으로 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 물질이라면 특별히 제한되지 않는다. 상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO₂), 리튬 니켈 산화물(LiNiO₂) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li_1+xMn_2-xO₄ (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO₃, LiMn₂O₃, LiMnO₂ 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li₂CuO₂); LiV₃O₈, LiFe₃O₄, V₂O₅, Cu₂V₂O₇ 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi_1-xMxO₂ (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn_2-xM_xO₂ (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1임) 또는 Li₂Mn₃MO₈ (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn₂O₄; 디설파이드 화합물; Fe₂(MoO₄)₃ 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

상기 도전재의 예는, 케첸　블랙, 아세틸렌 블랙 등의 카본블랙, 천연흑연, 인조흑연 등을 포함하나, 양극의 도전성을 높이기 위한 것이라면 특별히 제한되지 않는다.

상기 바인더는 예를 들면, 폴리비닐리덴플루오라이드, 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원 공중합체, 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 플루오르 고무, 폴리비닐아세테이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌, 니트로셀룰로오스 등을 들 수 있으나, (양극 또는 음극) 활물질 및 도전재를 집전체 위로 결착시킬 수 있으면 특별히 제한되지 않는다. 상기 바인더의 예로는, 앞서 설명한 것 이외에 폴리비닐 알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체, 고분자 고검화 폴리비닐알코올 등을 들 수 있다.

음극 활물질로는, 예를 들어, 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연, 탄소섬유, 난흑연화성 탄소, 카본블랙, 카본나노튜브, 플러렌, 활성탄 등의 탄소 및 흑연재료; 리튬과 합금이 가능한 Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Pd, Pt, Ti 등의 금속 및 이러한 원소를 포함하는 화합물; 금속 및 그 화합물과 탄소 및 흑연재료의 복합물; 리튬 함유 질화물 등을 들 수 있다. 그 중에서도 탄소계 활물질, 규소계 활물질, 주석계 활물질, 또는 규소-탄소계 활물질이 더욱 바람직하며, 이들은 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수도 있다.

상기 세퍼레이터는 특별히 제한되지 않고, 리튬 이차 전지의 세퍼레이터로서 사용되는 것이라면 어떠한 것이어도 된다. 예를 들면, 우수한 고율방전 성능을 나타내는 다공막이나 부직포 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 세퍼레이터는 기공을 포함하며, 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 상기 세퍼레이터의 기재는 예를 들면, 폴리올레핀계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-퍼플루오로비닐에테르 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-트리플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로아세톤 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-에틸렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-프로필렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-트리플루오로프로필렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체 등을 포함할 수 있다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.

상기 도전재는 전극 활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분으로서, 전극 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이러한 도전재는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 나노튜브나 플러렌 등의 탄소 유도체, 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.

상기 충진제는 전극의 팽창을 억제하는 보조성분으로서, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.

상기 전극에서 집전체는 활물질의 전기화학적 반응에서 전자의 이동이 일어나는 부위로서, 전극의 종류에 따라 음극 집전체와 양극 집전체가 존재한다. 상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다.

상기 양극 집전체는 3 내지 500 ㎛의 두께를 가질 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이러한 양극 집전체는, 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다.

이들 집전체들은 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 전극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.

상기 리튬 함유 비수계 전해액은 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다.

상기 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해액에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO₄, LiBF₄, LiB₁₀Cl₁₀, LiPF₆, LiCF₃SO₃, LiCF₃CO₂, LiAsF₆, LiSbF₆, LiAlCl₄, CH₃SO₃Li, CF₃SO₃Li, (CF₃SO₂)₂NLi, 클로로 보란리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬 (탄소수 10 이하의 지방족 카르복산 리튬), 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.

경우에 따라서는 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용될 수도 있다.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li₃N, LiI, Li5NI₂, Li₃N-LiI-LiOH, LiSiO₄, LiSiO₄-LiI-LiOH, Li₂SiS₃, Li₄SiO₄, Li₄SiO₄-LiI-LiOH, Li₃PO₄-Li₂S-SiS₂ 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.

비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.

상기한 바와 같이, 일 구현예예 따른 전지 케이스를 포함하는 전지는 전극 조립체에 추가의 내투습성 재료로 이루어진 외장재를 포함하는 단위 셀로의 제조가 필요하지 않으므로, 상기 전지 케이스의 수용부에 수용되는 전극 조립체는 추가의 외장재를 포함하지 않는다.

한편, 일 구현예에 따른 전지 케이스는, 폴리머 매트릭스, 및 나노 크기의 무기 흡습제가 담지된 탄소계 담지체를 포함하는 복합체로부터 용이하게 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리머 매트릭스, 및 나노 크기의 무기 흡습제가 담지된 탄소계 담지체를 포함하는 혼합물 형태의 복합체를, 당해 기술 분야에서 공지된 다양한 플라스틱 성형 방법, 예를 들어, 압출 성형, 사출 성형, 블로우 몰딩(Blow molding), 프레스 성형 (Press molding) 등의 방법을 사용하여, 원하는 크기 및 형태를 가지는 일 구현예에 따른 전지 케이스로 용이하게 성형 가능하다. 이와 같이 제조된 전지 케이스의 수용부에, 별도로 제조된 양극 및 음극을 포함하는 전극 조립체를 수용하고, 상기 전극 조립체가 수용된 상기 전지 수용부에 전해액을 주입하고 밀봉함으로써, 일 구현예에 따른 전지를 용이하게 제조할 수 있다.

상기 전지 제조 방법은 전극 조립체를 기존의 금속제 외장재로 패킹하는 공정을 필요로 하지 않으므로, 단순화된 공정 단계를 포함하여 빠르고 용이하게 전지 또는 전지 모듈을 제조할 수 있다. 특히, 상기 전지 케이스는 상기 전지 수용부의 공간 내에 1 이상의 격벽을 자유롭게 형성함으로써, 그에 의해 구분되는 2 이상의 전지 구획부를 원하는 수 및 크기로 용이하게 포함하도록 제조할 수 있다. 그에 따라, 원하는 수 및 크기로 제조된 전극 조립체를 추가의 금속 파우치 등으로 감싸는 공정 없이, 상기 제조된 2 이상의 전지 구획부에 각각 단순 도입함으로써, 원하는 수의 전극 조립체를 포함하는 전지 모듈을 자유롭게 제조할 수 있다. 이와 같이 제조된 전지 모듈은 보다 가벼운 전지 케이스의 무게로 인해 전체 무게가 더욱 감소하여 에너지 효율 면에서도 유리할 수 있다.

한편, 상기에서는 일 구현예에 따른 복합체가 폴리머 매트릭스와 탄소계 담지체, 및 상기 탄소계 담지체에 담지되는 무기 흡습제를 포함하는 것에 대해 주로 설명하였으나, 본원 발명은 이에 제한되지 않고, 상기 탄소계 담지체 대신 임의의 투명 담지체를 포함하는 복합체에도 동일하게 적용될 수 있다.

상기 투명 담지체는, 예를 들어, 메조 기공성 실리카, 메조 기공성 비정질 실리카, 다공성 알루미나, 또는 금속 유기물 구조체(MOF: Metal Organic Frame)를 구성하는 다공성 금속 산화물을 포함할 수 있고, 이 때, 상기 투명 담지체에 담지되는 무기 흡습제의 D₅₀ 입경은 40 nm 이하일 수 있다.

일 구현예에 따른 복합체가 탄소계 담지체가 아닌 투명 담지체를 포함하고, 상기 투명 담지체에 담지되는 무기 흡습제의 D₅₀ 입경이 40 nm 이하일 경우, 상기 복합체를 포함하는 성형품은 광학적으로 투명할 수 있다. 상기 복합체가 투명 담지체를 포함할 경우, 두께 2.3 mm의 상기 복합체의 샘플은 ASTM D1003-15 (방법 B)에 따라 측정할 때, 85% 이상, 또는 90% 이상, 또는 95% 이상의 광 투과율을 가질 수 있다. 이와 같이 투명한 성형품은 표시 장치, 특히, 유기발광다이오드 (OLED: Organic Light Emitting Diode)와 같은 표시 장치용 외장 케이스 등으로 유리하게 적용될 수 있다.

이하, 실시예　및 비교예를 통해 상기 구현예들을 보다 상세하게 설명한다. 하기 실시예　및 비교예는 설명의 목적을 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예

합성예 1: MgO-담지된 카본 블랙의 제조

무기 흡습제의 전구체로서 마그네슘 클로라이드의 육수화물 (MgCl₂·6H₂O)을, 탄소계 담지체로서 카본 블랙의 일종인 케첸블랙 EC-600JD (KB-600: 미츠비시사 제품; 비표면적 1,270 m²/g)에 흡착시켜 건조, 소성함으로써, 마그네슘 옥사이드 (MgO)-담지된 카본블랙을 얻는다.

구체적으로, 상기 카본블랙 100 질량부당 5 질량부, 10 질량부, 15 질량부, 20 질량부, 및 25 질량부의 마그네슘 클로라이드 육수화물(MgCl₂·6H₂O)을 각각 에탄올에 용해하고, 각 용액에 상기 케첸블랙 분말을 100 질량부씩 첨가하여 15 분간 초음파 처리한다. 그 후, 5 시간 동안 교반하여 마그네슘 클로라이드의 육수화물이 케첸 블랙 상에 흡착되도록 하고, 이후, 상기 용액으로부터 마그네슘 클로라이드 육수화물이 담지된 케첸블랙을 분리한다.

상기 분리된 마그네슘 클로라이드의 육수화물이 담지된 케첸블랙을 밤새 120 도씨에 두어 완전히 건조한다. 이후, 이를 질소 (N₂) 대기 하에서 0.5 도씨/분의 승온 속도로 420 도씨까지 가열하고, 상기 온도에서 30 분간 유지하여 소성한 후, 상온으로 냉각함으로써, 마그네슘 옥사이드(MgO)-담지된 카본 블랙 (CSMO: Carbon Supported Magnesium Oxide)을 얻는다.

상기 제조된 마그네슘 옥사이드-담지된 카본 블랙(CSMO)을 700 도씨까지 가열하면서, TA Instruments 사의 Discovery TGA (Thermogravimetric analysis)를 사용하여 측정한 그래프를 도 3에 나타낸다. 도 3으로부터 알 수 있는 것처럼, 카본 블랙은 400 도씨 내지 600 도씨 범위에서 급격히 분해되고, 그 이상의 온도에서는 마그네슘 옥사이드만 잔류하게 된다. 상기 그래프로부터, 각각 잔존하는 마그네슘 옥사이드의 함량은 MgO-담지된 카본블랙 (CSMO) 제조를 위해 사용한 마그네슘 클로라이드 육수화물의 농도에 비례함을 알 수 있다.

도 4는 상기 제조된 마그네슘 옥사이드-담지된 카본 블랙(CSMO)의 TEM (Transmission Electron Microscopy) 이미지로, 카본 블랙 표면에 약 50 nm 내지 100 nm 크기의 MgO 입자들이 균일하게 담지된 것을 볼 수 있다.

합성예 2: 올리고머 또는 폴리머로 표면처리된 카본 블랙의 제조

합성예 1에서 제조된 MgO-담지된 카본 블랙 각 10 그램씩에 대해, BYK사 제품인 (1) Disperbyk 2150 (아민가 57 mg KOH/g), (2) Disperbyk 2155 (아민가 48 mg KOH/g), (3) Disperbyk 2200 (아민가 18 mg KOH/g), (4) Disperbyk 170 (아민가 27 mg KOH/g), 및 (5) 이미다졸계 표면처리제를, 각각 0.5 g씩, 분산제인 아세톤(용해도 파라미터: 19.9 MPa^1/2)에 함께 투입하여 분산시킨다. 상기 분산액을 상온에서 약 24 시간 숙성(aging)시킨 후, 상기 올리고머 또는 폴리머가 각각 표면에 흡착된 MgO-담지된 카본 블랙을, 아세톤 및 톨루엔을 교대로 사용하여 세척하고, 플라스크에서 진공 여과한 후, 150 도씨에서 30 분간 건조시켜, 상기 각 표면처리제로 코팅된 MgO-담지된 카본 블랙을 얻는다.

실시예 1-1 내지 1-4: 복합체 및 성형품의 제조 및 평가

중량평균분자량 약 10⁵ g/mol 이상의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)에 합성예 1에서 제조된, 카본 블랙 100 질량부당 17 질량부의 MgO가 담지된 카본 블랙(CSMO)을, 상기 HDPE와 CSMO의 총 질량을 기준으로, 각각 5 질량% (실시예 1-1), 10 질량% (실시예 1-2), 15 질량% (실시예 1-3), 및 20 질량% (실시예 1-4)의 함량으로 혼합하여 복합체를 제조한다.

구체적으로, 2 개의 스크류축을 포함하는 압출기 내로 상기 각 함량의 HDPE 및 MgO-담지된 카본 블랙(CSMO)을 함께 유입시키고, 용융, 혼합하여 펠렛을 제조함으로써 복합체를 제조한다. 이 때, 압출기의 온도 프로파일은, 입구 180 도씨에서 출구 150 도씨까지 8 개의 온도 구역(zone)으로 나누어 제어하며, 스크류 속도는 50 내지 100 rpm이다. 또한, 상기 제조된 펠렛을 사출기(HAAKE MinijetII, Thermo Fisher Scientific)에 투입하여 성형함으로써 성형품을 제조한다.

상기 제조한 각각의 성형품에 대해, 수증기투과율(WVTR), 인장강도, 내부충격강도, 및 열전도도를 하기 방법에 따라 측정한다.

수증기 투과율은, ISO15106-3에 따라, Aquatran 장비(Mocon Inc.)를 사용하여, 38도씨, 및 100%의 상대습도에서, 두께 1 mm 및 직경 34 mm 로 성형된 성형품에 대해 측정하고, 그 결과를 도 5에 나타낸다.

인장강도는 UTM (Universal Testing Machine)을 사용하여 ASTM D638에 따라 측정하고, 그 결과를 도 6에 나타낸다.

내부 충격강도는 Instron (impactor II, CEAST 9050)을 사용하여, ASTM D265에 따라, un-notched 타입 Izod 충격 강도를 측정하고, 그 결과를 도 6에 나타낸다.

수평방향 열전도도는 LFA467 (Netzsch 사)을 사용하여 상온에서, 25 mm 직경, 및 1 mm 두께를 가지는 성형품에 대해 측정하고, 그 결과를 도 7에 나타낸다.

도 5로부터 알 수 있는 것처럼, 복합체 내 MgO-담지된 카본블랙(CSMO)의 함량이 증가할수록 복합체의 수증기 투과율이 낮아지며, 특히, CSMO의 함량이 20 질량%일 때, 수증기 투과율은 0.5 mg/m²/day로 매우 낮아짐을 알 수 있다.

반면, 수평방향 열전도도는 CSMO의 함량이 증가할수록 점점 증가한다.

또한, 인장강도 역시 CSMO의 함량이 증가할수록 점점 증가한다.

이로써, 일 구현예에 따라 폴리머에 MgO-담지된 카본블랙을 포함하는 복합체는 낮은 수증기 투과율과, 높은 열전도도, 및 높은 기계적 물성을 동시에 달성할 수 있음을 알 수 있다.

한편, 기계적 물성 중 내부 충격강도는 CSMO의 함량이 증가할수록 감소한다. 구체적으로 CMSO의 함량이 0인 경우, 즉, CSMO를 포함하지 않고 HDPE로만 이루어지는 성형품의 내부 충격강도는 약 450 KJ/m²이나, CSMO를 20 질량% 포함하는 복합체의 내부 충격강도는 약 71 KJ/m²이다. 즉, CSMO의 함량이 증가할수록 복합체의 내부 충격강도는 감소한다. 이는 CSMO를 포함하지 않을 경우, HDPE 사슬 사이의 공간이 외부의 충격을 흡수하는 역할을 하는 반면, CSMO를 포함할 경우, 그 공간이 줄어들기 때문으로 생각된다. 내부 충격강도의 감소는 복합체의 기계적 물성 면으로는 좋지 않다. 그러나, CSMO를 20 질량% 포함할 경우의 내부 충격강도 71 KJ/m²은 전기차용 리튬 이온 전지 팩에 대해서는 충분히 수용할 만한 수준이며, 이는 또한, 상기 합성예 2에서 제조한 것과 같은, 표면 처리제로 처리된 CSMO를 포함하여 복합체를 제조함으로써 보완 가능한 문제이다.

따라서, 일 구현예에 따라 폴리머 매트릭스와, 이 폴리머 매트릭스에 분산된탄소계 담지체, 및 상기 탄소계 담지체에 담지된 무기 흡습제를 포함하는 복합체는 낮은 수증기 투과율, 높은 열전도도, 및 높은 기계적 물성을 동시에 달성할 수 있다.

실시예 2: 복합체 및 성형품의 제조 및 평가

중량평균분자량 약 10⁵ g/mol 이상의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 90 질량%와, 카본 블랙 100 질량부당 17 질량부의 함량으로 MgO-담지된 카본 블랙 10 질량%를 혼합하여 복합제를 제조하되, 상기 MgO-담지된 카본 블랙은 합성예 2에 따라 Disperbyk 2155에 의해 표면 처리된 MgO-담지된 카본 블랙을 사용하여 복합체를 제조한다.

상기와 같이, 합성예 2에 따라 Disperbyk 2155에 의해 표면 처리된 MgO-담지된 카본 블랙을 사용하는 점을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 복합체, 및 성형품을 제조하고, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 수증기투과율(WVTR), 인장강도, 내부 충격강도, 및 열전도도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 기재한다.

실시예 3: 복합체 및 성형품의 제조 및 평가

중량평균분자량 약 10⁵ g/mol 이상의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 85 질량%와, 카본 블랙 100 질량부당 17 질량부의 함량으로 MgO-담지된 카본 블랙 15 질량%를 혼합하여 복합제를 제조하되, 상기 MgO-담지된 카본 블랙은 합성예 2에 따라 Disperbyk 2155에 의해 표면 처리된 MgO-담지된 카본 블랙을 사용하여 복합체를 제조한다.

즉, HDPE 85 질량%와, Disperbyk 2155에 의해 표면 처리된 MgO-담지된 카본 블랙 15 질량%를 사용하는 점을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 복합체, 및 성형품을 제조하고, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 수증기투과율(WVTR), 인장강도, 내부 충격강도, 및 열전도도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 기재한다.

실시예 4: 복합체 및 성형품의 제조 및 평가

중량평균분자량 약 10⁵ g/mol 이상의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 85 질량%와, 카본 블랙 100 질량부당 17 질량부의 함량으로 MgO-담지된 카본 블랙 15 질량%를 혼합하여 복합제를 제조하되, 상기 MgO-담지된 카본 블랙은 합성예 2에 따라 Disperbyk 2150에 의해 표면 처리된 MgO-담지된 카본 블랙을 사용하여 복합체를 제조한다.

즉, HDPE 85 중량%와, Disperbyk 2150에 의해 표면 처리된 MgO-담지된 카본 블랙 15 질량%를 사용하는 점을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 복합체, 및 성형품을 제조하고, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 수증기투과율(WVTR), 인장강도, 내부 충격강도, 및 열전도도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 기재한다.

실시예 5: 복합체 및 성형품의 제조 및 평가

중량평균분자량 약 10⁵ g/mol 이상의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 85 질량%와, 카본 블랙 100 질량부당 17 질량부의 함량으로 MgO-담지된 카본 블랙 15 질량%를 혼합하여 복합제를 제조하되, 상기 MgO-담지된 카본 블랙은 합성예 2에 따라 Disperbyk 170에 의해 표면 처리된 MgO-담지된 카본 블랙을 사용하여 복합체를 제조한다.

즉, HDPE 85 질량%와, Disperbyk 170에 의해 표면 처리된 MgO-담지된 카본 블랙 15 질량%를 사용하는 점을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 복합체, 및 성형품을 제조하고, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 수증기투과율(WVTR), 인장강도, 내부 충격강도, 및 열전도도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 기재한다.

실시예 6: 복합체 및 성형품의 제조 및 평가

중량평균분자량 약 10⁵ g/mol 이상의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 85 질량%와, 카본 블랙 100 질량부당 17 질량부의 함량으로 MgO-담지된 카본 블랙 15 질량%를 혼합하여 복합제를 제조하되, 상기 MgO-담지된 카본 블랙은 합성예 2에 따라 Disperbyk 2200에 의해 표면 처리된 MgO-담지된 카본 블랙을 사용하여 복합체를 제조한다.

즉, HDPE 85 질량%와, Disperbyk 2200에 의해 표면 처리된 MgO-담지된 카본 블랙 15 질량%를 사용하는 점을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 복합체, 및 성형품을 제조하고, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 수증기투과율(WVTR), 인장강도, 내부 충격강도, 및 열전도도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 기재한다.

실시예 7: 복합체 및 성형품의 제조 및 평가

중량평균분자량 약 10⁵ g/mol 이상의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 85 질량%와, 카본 블랙 100 질량부당 17 질량부의 함량으로 MgO-담지된 카본 블랙 15 질량%를 혼합하여 복합제를 제조하되, 상기 MgO-담지된 카본 블랙은 합성예 2에 따라 이미다졸계 표면 처리제에 의해 표면 처리된 MgO-담지된 카본 블랙을 사용하여 복합체를 제조한다.

즉, HDPE 85 질량%와, 이미다졸계 표면 처리제에 의해 표면 처리된 MgO-담지된 카본 블랙 15 질량%를 사용하는 점을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 복합체, 및 성형품을 제조하고, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 수증기투과율(WVTR), 인장강도, 내부 충격강도, 및 열전도도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 기재한다.

실시예 8: 복합체 및 성형품의 제조 및 평가

중량평균분자량 약 10⁵ g/mol 이상의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 85 질량%와, 카본 블랙 100 질량부당 22 질량부의 함량으로 MgO-담지된 카본 블랙 15 질량%를 혼합하여 복합제를 제조하되, 상기 MgO-담지된 카본 블랙은 합성예 2에 따라 Disperbyk 2200에 의해 표면 처리된 MgO-담지된 카본 블랙을 사용하여 복합체를 제조한다.

즉, HDPE 85 질량%와, Disperbyk 2200에 의해 표면 처리된 MgO-담지된 카본 블랙 15 질량%를 사용하되, 상기 MgO-담지된 카본 블랙 100 질량부당 MgO의 함량이 17 질량부가 아닌 22 질량부인 점을 제외하고는, 실시예 6에서와 동일한 방법으로 복합체, 및 성형품을 제조하고, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 수증기투과율(WVTR), 인장강도, 내부 충격강도, 및 열전도도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 기재한다.

실시예 9: 복합체 및 성형품의 제조 및 평가

중량평균분자량 약 10⁵ g/mol 이상의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 80 질량%와, 카본 블랙 100 질량부당 17 질량부의 함량으로 MgO-담지된 카본 블랙 20 질량%를 혼합하여 복합제를 제조하되, 상기 MgO-담지된 카본 블랙은 합성예 2에 따라 Disperbyk 2200에 의해 표면 처리된 MgO-담지된 카본 블랙을 사용하여 복합체를 제조한다.

즉, HDPE 80 질량%와, Disperbyk 2200에 의해 표면 처리된 MgO-담지된 카본 블랙 20 질량%를 사용하는 점을 제외하고는, 실시예 6에서와 동일한 방법으로 복합체, 및 성형품을 제조하고, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 수증기투과율(WVTR), 인장강도, 내부 충격강도, 및 열전도도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 기재한다.

실시예 10: 복합체 및 성형품의 제조 및 평가

중량평균분자량 약 10⁵ g/mol 이상의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 90 질량%와, 합성예 1에서 제조된, 카본 블랙 100 질량부당 22 질량부의 함량으로 MgO-담지된 카본 블랙 10 질량%를 혼합하여 복합체를 제조한다.

즉, HDPE 90 질량%와, MgO-담지된 카본 블랙 10 질량%를 사용하되, 상기 MgO-담지된 카본 블랙 100 질량부당 MgO의 함량이 17 질량부가 아닌 22 질량부인 점을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 복합체, 및 성형품을 제조하고, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 수증기투과율(WVTR), 인장강도, 내부 충격강도, 및 열전도도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 기재한다.

실시예 11: 복합체 및 성형품의 제조 및 평가

중량평균분자량 약 10⁵ g/mol 이상의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 85 질량%와, 합성예 1에서 제조된, 카본 블랙 100 질량부당 22 질량부의 함량으로 MgO-담지된 카본 블랙 15 질량%를 혼합하여 복합체를 제조한다.

즉, HDPE 85 질량%와, MgO-담지된 카본 블랙 15 질량%를 사용하는 점을 제외하고는, 실시예 10에서와 동일한 방법으로 복합체, 및 성형품을 제조하고, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 수증기투과율(WVTR), 인장강도, 내부 충격강도, 및 열전도도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 기재한다.

비교예 1: 고밀도 폴리에틸렌 성형품의 제조 및 평가

중량평균분자량 약 10⁵ g/mol 이상의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 100 질량% 사용하여 성형품을 제조한다. 즉, 합성예 1 또는 합성예 2에 따른 카본블랙이나 별도의 무기 흡습제 없이, 폴리머인 HDPE만 사용하여 성형품을 제조하고, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 수증기투과율(WVTR), 인장강도, 내부 충격강도, 및 열전도도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 기재한다.

	HDPE (질량%)	MgO-담지된 카본블랙(질량%)	MgO(카본블랙100질량부 대비 질량부)	표면 처리제	WVTR (g/m²/day)	인장강도 (kg/cm²)	충격강도(kJ/m²)	열전도도 (W/mK)
실시예 1-2	90	10	17	-	0.020	417±9	Unbreakable	-
실시예 2	85	15	17	Disperbyk 2155	-	401±12	Unbreakable	-
실시예 3	85	15	17	Disperbyk 2155	-	400±11	99	-
실시예 4	85	15	17	Disperbyk 2150	-	393±7	101	0.49(수직) 0.69(수평)
실시예 5	85	15	17	Disperbyk 170	-	-	97	-
실시예 6	85	15	17	Disperbyk 2200	0.053	399±13	Unbreakable	-
실시예 7	85	15	17	이미다졸계	-	-	60	-
실시예 8	85	15	22	Disperbyk 2200	0.073	470±8	93	0.8(수평)
실시예 9	80	20	17	Disperbyk 2200	-	-	82	-
실시예 10	90	10	22	-	0.045	426±6	98	-
실시예 11	85	15	22	-	0.005	465±7	80	1.0(수평)
비교예 1	100	0	0	-	0.4	350	Unbreakable	0.3(수직)

표 1로부터 알 수 있는 것처럼, 일 구현예에 따라, 폴리머 매트릭스인 HDPE와, 이에 분산된 탄소계 담지체인 카본 블랙, 및 상기 카본 블랙에 담지된 무기 흡습제인 마그네슘 옥사이드를 모두 포함하는 실시예 1-2 내지 실시예 11에 따른 복합체의 성형품은, HDPE 단독으로 이루어진 비교예 1에 따른 성형품에 비해 수증기투과율(WVTR)이 최소 약 1/5 수준(실시예 10)에서 최대 약 1/100 수준(실시예 11)까지 감소되고, 인장강도는 대부분 증가하며, 충격강도는 균등 정도이거나 일부 감소하며, 열전도도도 더욱 증가함을 알 수 있다. 즉, 일 구현예에 따라 폴리머 매트릭스와, 이에 분산된 탄소계 담지체, 및 상기 탄소계 담지체에 담지된 나노 크기의 무기 흡습제를 포함하는 복합체의 성형품은 내투습성, 기계적 물성, 및 열전도도 특성이 모두 개선됨을 알 수 있다.

한편, 실시예 8과 실시예 11로부터 알 수 있는 것처럼, 폴리머 매트릭스와 탄소계 담지체, 및 탄소계 담지체에 담지된 무기 흡습제의 함량이 모두 동일하나, 탄소계 담지체의 표면을 올리고머 또는 폴리머로 표면 처리한 실시예 8에 따른 복합체로부터 제조된 성형품이, 표면 처리하지 않은 탄소계 담지체를 포함하는 실시예 11에 따른 복합체로부터 제조된 성형품에 비해, 인장강도 및 충격강도와 같은 기계적 물성이 좀 더 증가하나, 수증기투과율과 열전도도는 실시예 11에 따른 복합체로부터 제조된 성형품이 좀 더 우수하다.

또한, 실시예 6과 실시예 8, 및 실시예 1과 실시예 10을 비교하여 알 수 있는 것처럼, 폴리머 매트릭스와 탄소계 담지체의 함량이 동일한 경우, 탄소계 담지체에 담지된 무기 흡습제의 함량이 탄소계 담지체 100 질량부에 대해 17 질량부인 경우(실시예 1-2 및 실시예 6)가, 탄소계 담지체 100 질량부에 대해 22 질량부인 경우(실시예 10 및 실시예 8)에 비해, 수증기투과율이 더 감소하고, 충격강도도 더 증가함을 알 수 있다.

이상 살펴본 바와 같이, 일 구현예에 따라, 폴리머 매트릭스와, 탄소계 담지체, 및 탄소계 담지체에 담지된 무기 흡습제를 포함하는 복합체로부터 제조되는 성형품은 내투습성과 기계적 물성, 및 방열 특성을 동시에 확보할 수 있음을 알 수 있다. 내투습성과 기계적 물성, 및/또는 방열 특성 등은 트레이드-오프 관계에 있는 물성으로서, 상기 물성들을 동시에 증가시키기는 어렵다. 따라서, 상기 물성들을 모두 개선할 수 있는 일 구현예에 따른 복합체, 및 이를 포함하는 성형품은 상기 물성을 요하는 다양한 제품에 유리하게 적용될 수 있을 것이다. 이러한 물품으로는 리튬 이차 전지와 같은 에너지 저장장치, 수분에 약한 전자장치, 휴대용 기기, 및 표시 장치 등을 포함할 수 있다.

또한, 상기 실시예에서는 주로 탄소계 담지체에 대해서만 설명했으나, 탄소계 담지체 외 투명 담지체와, 무기 흡습제로서 입자 크기가 40 nm 이하인 무기 흡습제를 적용하는 경우, 특히, OLED 등의 표시 장치에 더욱 유리하게 적용될 수 있을 것이다.

이상을 통해 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims

폴리머 매트릭스, 탄소계 담지체, 및 상기 탄소계 담지체에 담지된 무기 흡습제를 포함하는 복합체.
제1항에서,
상기 폴리머 매트릭스는 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리페닐렌 설파이드 (PPS), 폴리페닐렌 에테르, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리사이클릭 올레핀 코폴리머, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 액정 고분자 (LCP), 이들의 혼합물, 이들의 얼로이, 또는 이들의 공중합체를 포함하는 복합체.
제1항에서,
상기 폴리머 매트릭스는 고밀도 폴리에틸렌 (High Density Polyethylene: HDPE) 또는 액정 고분자 (Liquid Crystal Polymer: LCP)를 포함하는 복합체.
제1항에서,
상기 탄소계 담지체는 비표면적이 100 m²/g 이상이고, 응집 구조체(aggregate)의 D₅₀입경이 약 0.1 마이크로미터 이상인 복합체.
제1항에서,
상기 탄소계 담지체는 카본 블랙, 케첸 블랙, 그래파이트, 팽창 그래파이트, 카본 파이버, 카본 나노플레이트, 또는 이들의 조합을 포함하는 복합체.
제1항에서,
상기 탄소계 담지체는 카본 블랙인 복합체.
제1항에서,
상기 무기 흡습제는 실리카겔, 제올라이트, CaO, BaO, MgSO₄, Mg(ClO₄)₂, MgO, P₂O₅, Al₂O₃, CaH₂, NaH, LiAlH₄, CaSO₄, Na₂SO₄, Na₂CO₃, CaCO₃, K₂CO₃, CaCl₂, Ba(ClO₄)₂, Ca, 또는 이들의 조합을 포함하는 복합체.
제1항에서,
상기 무기 흡습제는 MgO, CaO, 또는 이들의 조합인 복합체.
제1항에서,
상기 무기 흡습제의 크기는 D₅₀입경이 약 5 nm 이상, 약 1 마이크로미터 미만인 복합체.
제1항에서,
상기 탄소계 담지체와 상기 탄소계 담지체에 담지된 무기 흡습제의 총 함량은 상기 복합체의 총 질량을 기준으로 5 % 이상인 복합체.
제1항에서,
상기 복합체 내 상기 무기 흡습제의 양은 상기 탄소계 담지체의 총 질량 대비 약 3% 내지 약 50% 인 복합체.
제1항에서,
용해도 파라미터가 15 MPa^1/2 내지 30 MPa^1/2 범위인 용매에 용해되고 아미노기, 소수성 작용기, 및 양쪽성 작용기 중 하나 이상을 가지는 올리고머 또는 폴리머를 더 포함하는 복합체.
제12항에서,
상기 올리고머 또는 폴리머의 소수성 작용기는 지방족 탄화수소기, 지환족 탄화수소기, 방향족 탄화수소기, (메트)아크릴로일기, 할로겐으로 치환된 지방족, 지환족, 또는 방향족 탄화수소기, 또는 이들의 조합을 포함하는 복합체.
제12항에서,
상기 올리고머 또는 폴리머는 아미노기를 포함하고, 아민가가 1 mg KOH/g 내지 100 mg KOH/g 범위인 복합체.
제12항에서,
상기 올리고머 또는 폴리머는 상기 탄소계 필러 100 질량부당 50 질량부 이하의 함량으로 포함되는 복합체.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 복합체를 포함하는 성형품.
제16항에서,
상기 성형품은, 1mm 두께에서, ISO 15106에 따라, 38°C, 및 상대습도 100%에서 측정한 수증기투과율(WVTR)이 0.4 g/m²/day 미만인 성형품.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 복합체를 포함하는 전지 케이스.
제18항에 따른 전지 케이스, 및 상기 전지 케이스에 수용되는 양극 및 음극을 포함하는 전극 조립체를 포함하는 전지.
폴리머 매트릭스, 투명 담지체, 및 상기 투명 담지체에 담지된 무기 흡습제를 포함하는 복합체.
제20항에서,
상기 투명 담지체는 메조 기공성 실리카, 메조 기공성 비정질 실리카, 다공성 알루미나, 또는 금속 유기물 구조체(MOF: Metal Organic Frame)를 형성하는 다공성 금속 산화물을 포함하고, 상기 투명 담지체에 담지되는 무기 흡습제의 D₅₀ 입경은 40 nm 이하인 복합체.