KR20200112767A - 고분자 수지 코팅층을 최외층으로 포함하는 셀 파우치 - Google Patents

고분자 수지 코팅층을 최외층으로 포함하는 셀 파우치 Download PDF

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Abstract

본 명세서에는 고분자 수지 코팅층, 예를 들어 폴리이미드 코팅층을 최외층으로 포함하는 셀 파우치 및 이의 제조방법이 개시된다. 상기 셀 파우치는 접착제를 사용하지 않고 최외층을 형성하여 접착제가 필요 없는 형태로써 제조공정상의 시간 단축, 간편화 및 비용 절감 효과를 제공한다.

Description

고분자 수지 코팅층을 최외층으로 포함하는 셀 파우치{Cell pouch comprising a polymer resin coating layer as the most ouer layer}
본 명세서에는 고분자 수지 코팅층, 예를 들어 폴리이미드 코팅층을 최외층으로 포함하는 셀 파우치 및 이의 제조방법이 개시된다.
일반적으로 이차 전지 등의 전지 (cell)는 금속 캔 (metal can)에 내장되고 있다.　금속 캔은 주로 알루미늄 (Al)이 사용되며, 프레스 가공을 통하여 원통형이나 각형 (직육면체 등)의 형상으로 제조된다.
그러나, 금속 캔은 외벽이 단단하여 셀 자체의 형상이 금속 캔의 형상에 의해 결정되는 제약이 있다.　이러한 제약을 극복하고자 플렉서블 셀 파우치 (Flexible cell pouch)가 개발되어 사용되고 있으며, 일반적으로 플렉서블 셀 파우치는 가스 배리어성, 내전해액성 및 열접착성 등을 고려하여 다층 구조로 제조되고 있다.
셀 파우치는 일반적으로 실란트층 (sealant layer)과, 가스 배리어를 위한 금속 배리어층 (예를 들어, 알루미늄 금속층)과, 최외각층으로서 최외층 (예를 들어, 나일론 수지층)을 포함한다.
실란트층은 셀 파우치의 가장 내부에 위치하여 내용물, 즉 셀과 접촉된다. 실란트층은 주로 전지의 내열성 및 내한성을 안정화하기 위해 폴리프로필렌계 수지를 포함한다. 금속 배리어층은 기계적 강도와 함께 가스 출입을 차단하기 위한 것으로서, 이는 주로 알루미늄 박막 (Al foil)이 사용된다. 그리고 최외층은 금속 배리어층을 보호하기 위한 것으로서, 이는 내열성, 내핀홀성 및 내마모성 등을 고려하여 주로 폴리에틸렌테레프탈레이트 (Polyethylene terephthalate, PET) 수지 및/또는 나일론 (Nylon) 수지가 사용된다.
폴리에스테르계 필름은 인장강도, 강성, 내충격강도 등의 기계적 특성, 광택성, 투명성 등의 다양한 특성이 뛰어나 이차 전지용 셀 파우치에 이용되고 있으나, 나일론 필름에 비해 신율이 떨어진다는 단점을 가지고 있다. 이차 전지용 셀 파우치의 특성 중 밴딩성은 물리적인 구부림에 의한 셀 파우치의 파단 또는 균열로 인해 안정성과 연관되고, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트 (PBT)를 적용한 셀 파우치는 나일론 (NY)을 적용한 셀 파우치에 비해 밴딩성이 부족한 특성을 보인다. 이러한 경우, 작은 물리적 스트레스로 인해 이차전지가 파손되는 문제가 있다.
KR 10-2015-0062491 A
일 측면에서, 본 명세서는 고분자 수지 코팅층, 예를 들어 폴리이미드 코팅층을 최외층으로 포함하는 셀 파우치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
다른 측면에서, 본 명세서는 상기 셀 파우치를 포함하는 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
다른 측면에서, 본 명세서는 셀 파우치의 최외층을 고분자 수지, 예를 들어 폴리이미드 코팅으로 형성하는 셀 파우치의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 실란트층; 상기 실란트층 상에 형성된 금속 배리어층; 및 상기 금속 배리어층 상에 형성된 최외층을 포함하고, 상기 최외층은 고분자 수지로 코팅 형성된 고분자 수지 코팅층인 것을 특징으로 하는 셀 파우치를 제공한다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 고분자 수지 코팅층은 폴리이미드 코팅층인 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 최외층은 5 내지 25 ㎛의 두께를 갖는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 최외층은 폴리이미드 코팅액으로 코팅된 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 폴리이미드 코팅액은 200 내지 10,000 cps의 점도를 갖는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 폴리이미드 코팅액은 코팅액 전체 중량을 기준으로 10 내지 20 중량%의 고형분을 포함하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 폴리이미드 코팅액의 용매는 톨루엔, NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidone), DMF (dimethylformamide) 및 DMAc (dimethylacetamide)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 고분자 수지 코팅층은 딥 코팅, 다이 코팅, 콤마 코팅, 그라비아 코팅 또는 바 코팅으로 코팅 형성된 것일 수 있다.
다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 상기 셀 파우치를 포함하는 이차 전지를 제공한다.
다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 상기 셀 파우치의 제조방법으로, 실란트층을 형성하는 단계; 상기 실란트층 상에 금속 배리어층을 형성하는 단계; 및 상기 금속 배리어층 상에 최외층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 최외층은 폴리이미드 코팅층인 것을 특징으로 하는 셀 파우치의 제조방법을 제공한다.
다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 상기 셀 파우치의 제조방법으로, 금속 배리어층을 형성하는 단계; 상기 금속 배리어층의 일면에 최외층을 형성하는 단계; 및 상기 금속 배리어층의 다른 일면에 실란트층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 최외층은 폴리이미드 코팅층인 것을 특징으로 하는 셀 파우치의 제조방법을 제공한다.
일 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 고분자 수지 코팅층, 예를 들어 폴리이미드 코팅층을 최외층으로 포함하는 셀 파우치를 제공하는 효과가 있다. 고분자 수지 코팅층을 최외층으로 포함함으로써 기존 셀 파우치의 외층 필름보다 우수한 내열성, 내화학성, 전기절연성, 난연성 및 치수안정성을 제공하는 효과가 있다.
다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 상기 셀 파우치를 포함하는 이차 전지를 제공하는 효과가 있다.
다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 셀 파우치의 최외층을 고분자 수지 코팅으로 형성하는 셀 파우치의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 셀 파우치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 폴리이미드 구조식을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 명세서에 따른 셀 파우치는 최외층이 고분자 수지로 코팅 형성된 고분자 수지 코팅층, 예컨대 폴리이미드 코팅층으로 이루어진 것으로, 일반적으로 금속 배리어층 상에 최외층을 형성하기 위해 요구되는 접착제를 사용하지 않고 금속 배리어층 상에 직접 고분자 수지 코팅층을 형성함으로써 최외층을 형성할 수 있다. 즉, 상기 셀 파우치는 접착제를 사용하지 않고 최외층 형성이 가능한 점에서 접착제가 필요 없는 형태로 제조공정상의 시간 단축, 간편화 및 비용 절감 효과를 제공한다.
본 명세서에서 "셀 (cell)"이라 함은 전지를 의미하는 것으로서, 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 등과 같은 이차 전지나 휴대용 축전지 등과 같은 각종 전지를 모두 포함하는 최광의의 의미이다.
본 명세서에서 "셀 파우치 (cell pouch)"라 함은 양극, 음극 및 세퍼레이터 (separator) 등의 셀 구성 요소가 전해액에 함침되어 수납된 것으로서, 상기 셀 구성 요소를 수납하기 위하여 가스 배리어성, 내전해액성 및 열접착성 등을 고려한 적층 구조의 필름을 주머니 형태나 박스 형태 등으로 가공한 것을 모두 포함하는 최광의의 의미이다.
본 명세서에서 어떤 층 또는 부재가 다른 층 또는 부재의 "일면에" 또는 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 층 또는 부재가 다른 층 또는 부재에 접해 있는 경우뿐만 아니라 두 층 또는 두 부재 사이에 또 다른 층 또는 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에 따른 셀 파우치는 순차적으로 적층된 실란트층; 금속 배리어층; 및 최외층을 포함하여 적어도 3층 이상의 다층 구조를 갖는다. 본 명세서의 다른 일 구현예에 따른 셀 파우치는 순차적으로 적층된 실란트층; 중간층; 금속 배리어층; 및 최외층을 포함한다. 상기 셀 파우치의 각 층 사이에는 접착성, 내열성, 내한성, 내스크래치성, 내화학성, 내부식성, 절연성 및/또는 성형성 등을 위해 통상적으로 사용되는 층 구조, 구성 성분 등을 적절히 채용하여 구성할 수 있다.
상기 실란트층은 셀이 수납 (내장)된 후, 열에 의해 접착 (열융착)되어 실링성을 부여하는 것으로서, 열접착을 위한 실링 수지를 포함할 수 있다. 실란트층은 셀 구성 요소와 접촉되므로 열접착성, 성형성, 내전해액성 및/또는 절연저항성을 부여하기 위해 통상 사용되는 층 구성을 적절하게 채용하여 구성할 수 있다.
상기 실링 수지는 열에 의해 융착 (열접착)될 수 있는 것이면 제한되지 않으며, 바람직하게는 열접착성과 함께 절연성, 내전해액성 및/또는 내한성 등을 가지는 수지일 수 있다. 실링 수지는 바람직하게는 저온에서 열융착이 가능한 저융점 수지로부터 선택될 수 있다.　
예시적인 일 구현예에서, 상기 실링 수지는 이에 제한하는 것은 아니나, 폴리프로필렌 (PP)계나 폴리에틸렌 (PE)계 등의 폴리올레핀계 및 이들의 공중합체나 유도체, 및 에틸렌비닐아세테이트 (EVA) 등으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다.　또한, 실링 수지는 공중합체 (co-polymer)나 터폴리머 (ter-polymer)로서, 예를 들어 에틸렌/프로필렌 공중합체나 에틸렌/프로필렌/부타디엔의 터폴리머 (3원 공중합체) 등으로부터 선택될 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 실링 수지는 폴리프로필렌 (PP)계일 수 있다. 상기 실링 수지는, 구체적으로 호모 폴리프로필렌 (homo-PP), 폴리프로필렌 공중합체 (PP co-polymer) 및 폴리프로필렌 터폴리머 (PP ter-polymer) 등으로부터 선택되는 하나 이상의 폴리프로필렌 (PP)계를 단독으로 사용하거나, 상기 폴리프로필렌 (PP)계에 폴리에틸렌 (PE)계나 에틸렌비닐아세테이트 (EVA) 등을 혼합하여 사용할 수 있다. 폴리프로필렌 (PP)계 수지는 열접착성 (실링성) 및 절연성이 양호함은 물론 인장 강도, 강성 및 표면 경도 등의 기계적 물성과, 내전해액성 등의 내화학성, 및 폴리염화비닐리덴과의 혼화성이 뛰어나 유용하게 사용될 수 있다.
상기 실란트층의 두께는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 5 ㎛ 내지 150 ㎛, 10 ㎛ 내지 100 ㎛ 또는 10 ㎛ 내지 80 ㎛의 두께를 가질 수 있다.　실란트층은, 바람직하게는 양호한 열접착 강도 (실링성)를 위해 20 ㎛ 이상, 구체적으로는 20 ㎛ 내지 70 ㎛, 보다 바람직하게는 30 ㎛ 내지 60 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 금속 배리어층은 가스 배리어성을 가지는 금속이면 제한되지 않는다. 금속층은 외부의 습기나 공기, 그리고 내부에서 발생된 가스의 출입을 차단할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 금속 배리어층은 금속 박막 및 금속 증착층 등으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.　이때, 상기 금속 박막은 금속 포일 (metal foil) 등을 사용할 수 있으며, 상기 금속 증착층은 별도의 플라스틱 필름, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌 (PE) 또는 폴리프로필렌 (PP) 등의 필름에 진공 증착되어 형성될 수 있다.　
상기 금속 배리어층을 구성하는 금속, 구체적으로 상기 금속 박막이나 금속 증착층을 구성하는 금속은, 이에 제한하는 것은 아니나, 예를 들어 알루미늄 (Al), 철 (Fe), 구리 (Cu), 니켈 (Ni), 주석 (Sn), 아연 (Zn), 인듐 (In) 및 텡스텐 (W) 등으로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나 이상 (단일 금속 또는 단일 금속의 혼합), 또는 이들로부터 선택되는 2 이상의 합금 (alloy) 등을 예로 들 수 있다. 바람직하게는 알루미늄 (Al) 또는 알루미늄 합금 (Al alloy)으로부터 선택될 수 있다. 아울러, 상기 금속 배리어층은 내부식성을 위해, 인산이나 크롬 등에 의한 표면 처리 또는 미세 요철 처리된 것을 사용할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 금속 배리어층은 1 ㎛ 내지 60 ㎛, 5 ㎛ 내지 50 ㎛, 10 ㎛ 내지 40 ㎛ 또는 10 ㎛ 내지 30 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 최외층은 금속 배리어층을 보호하고, 내마모성과 함께 예를 들어 내열성, 내한성, 내화학성, 내핀홀성, 절연성, 내용제성 및/또는 성형성 (플렉서블 셀 파우치를 소정의 형상 (박스 등)으로 가공할 시의 형태 유지성) 등의 특성을 부여하기 위해 통상 사용되는 수지를 포함하여 층 구성을 적절하게 채용하여 구성할 수 있다.
본 명세서에 따른 셀 파우치는 최외층을 필름이 아닌 코팅층으로 형성하여 종래 PET 및/또는 나일론으로 구성된 최외층을 포함하는 셀 파우치 또는 폴리이미드 필름으로 구성된 최외층을 포함하는 셀 파우치에 비해 우수한 내스크래치성, 내화학성, 밴딩성을 제공하고 들뜸 현상을 방지하는 효과가 있다. 셀 파우치에 PI 필름 자체를 적용하기 어려운 이유는 갈색 빛을 띠고 가격이 매우 고가이기 때문이다. 본 명세서에 따른 셀 파우치는 필름을 사용하지 않고 코팅액 자체를 사용하여 가격 단가를 현저하게 낮추고 접착제 사용 없이 최외층을 형성하여 비용 절감과 함께 공정의 간편화를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 명세서에 따른 셀 파우치는 접착제 사용 없이 고분자 수지 코팅액, 예를 들어 폴리이미드 코팅액으로부터 바로 금속 배리어층 상에 폴리이미드 코팅층을 형성하여 용이하게 최외층 형성이 가능하다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 고분자 수지 코팅층은 PU (polyurethane), PA (polyacryl), NY (nylon), PTFE (polytetrafluoroethylene) 및 PI (polyimide)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 수지로 코팅 형성된 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 최외층의 두께는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 5 내지 25 ㎛, 5 ㎛ 내지 20 ㎛, 5 ㎛ 내지 15 ㎛, 5 ㎛ 내지 10 ㎛, 10 ㎛ 내지 25 ㎛ 또는 15 ㎛ 내지 25 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 본 명세서에 따른 셀 파우치는 25 ㎛ 두께를 갖는 최외층을 금속 배리어층 상에 직접 형성할 수 있으며, 접착제 없이 형성된 폴리이미드 코팅층을 최외층으로 사용하여 뛰어난 내열성, 내화학성, 전기 절연성, 난연성, 저온 특성, 치수 안정성 등의 특성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 고분자 수지 코팅액, 예를 들어 폴리이미드 코팅액은 25 ℃에서 200 내지 10,000 cps의 점도를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 예시적인 일 구현예에서, 상기 고분자 수지 코팅액은 25 ℃에서 200 cps 이상, 300 cps 이상, 400 cps 이상, 500 cps 이상, 600 cps 이상, 700 cps 이상, 800 cps 이상, 900 cps 이상 또는 1,000 cps 이상이고, 10,000 cps 이하, 9,000 cps 이하, 8,000 cps 이하, 7,000 cps 이하, 6,000 cps 이하, 5,000 cps 이하, 4,000 cps 이하, 3,000 cps 이하, 2,000 cps 이하, 1,000 cps 이하, 900 cps 이하, 800 cps 이하, 700 cps 이하, 600 cps 이하, 500 cps 이하, 400 cps 이하 또는 300 cps 이하의 점도를 갖는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 수지 코팅액은 25 ℃에서 1,000 내지 5,000 cps의 점도를 갖는 것이 셀 파우치의 우수한 내스크래치성, 밴딩성, 내화학성을 확보하고 들뜸 현상을 방지하는데 있어서 효과적일 수 있다. 또한, 코팅층 형성 시 두꺼운 도막 형성이 어려우나 상기와 같은 고분자 수지 코팅액을 통해 25 ㎛의 두꺼운 도막 형성이 가능한 효과가 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 고분자 수지 코팅액, 예를 들어 폴리이미드 코팅액은 코팅액 전체 중량을 기준으로 10 내지 20 중량%의 고형분을 포함하는 것이 셀 파우치의 우수한 내스크래치성, 밴딩성, 내화학성을 확보하고 들뜸 현상을 방지하는데 있어서 효과적일 수 있다. 예시적인 일 구현예에서, 상기 고분자 수지 코팅액은 코팅액 전체 중량을 기준으로 10 중량% 이상, 11 중량% 이상, 12 중량% 이상, 13 중량% 이상, 14 중량% 이상, 15 중량% 이상, 16 중량% 이상, 17 중량% 이상, 18 중량% 이상 또는 19 중량% 이상이고, 20 중량% 이하, 19 중량% 이하, 18 중량% 이하, 17 중량% 이하, 16 중량% 이하, 15 중량% 이하, 14 중량% 이하, 13 중량% 이하, 12 중량% 이하 또는 11 중량% 이하의 고형분을 포함하는 것일 수 있다. 코팅층 형성 시 두꺼운 도막 형성이 어려우나 상기와 같은 고분자 수지 코팅액을 통해 25 ㎛의 두꺼운 도막 형성이 가능한 효과가 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 고분자 수지 코팅액, 예를 들어 폴리이미드 코팅액의 용매는 톨루엔, NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidone), DMF (dimethylformamide) 및 DMAc (dimethylacetamide)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인 것일 수 있다.
상기 코팅 방법에는 제한이 없으며 적절하게 코팅 방법을 선택하여 코팅층을 형성할 수 있다. 예시적인 일 구현예에서, 이에 제한하는 것은 아니나 상기 고분자 수지 코팅층은 딥 코팅, 다이 코팅, 콤마 코팅, 그라비아 코팅 또는 바 코팅으로 코팅 형성된 것일 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 셀 파우치는 상기한 바와 같은 다층 구조를 가지되, 그 제조방법은 제한되지 않으며, 예컨대 공압출 또는 라미네이션을 통하여 제조될 수 있다. 예시적인 일 구현예에서, 상기 실란트층은 금속 배리어층 상에 공압출되어 형성될 수 있다.　아울러, 상기 중간층의 경우에도 금속 배리어층 상에 공압출되어 형성될 수 있다.　이때, 공압출 시 특별히 이에 한정하는 것은 아니지만, 400 ℃ 이하의 온도에서 공압출될 수 있다.　구체적인 예로는, 150 내지 400 ℃, 보다 구체적으로는 200 내지 350 ℃의 온도에서 공압출될 수 있다.　
또한, 상기 실란트층, 중간층 및 최외층 중에서 선택되는 하나 이상은 이들을 구성하는 기본 수지 (주성분) 이외에 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 방담제, 슬립제 및 안티블로킹제 등으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하며, 첨가제의 종류가 이에 제한되는 것은 아니다.　예시적인 일 구현예에서, 상기 첨가제는 각 층을 구성하는 기본 수지 100 중량부에 대하여 예를 들어 0.01 내지 20 중량부, 보다 구체적으로는 0.05 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 셀 파우치는, 실란트층을 형성하는 단계; 상기 실란트층 상에 금속 배리어층을 형성하는 단계; 및 상기 금속 배리어층 상에 최외층을 형성하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 셀 파우치는, 금속 배리어층을 형성하는 단계; 상기 금속 배리어층의 일면에 최외층을 형성하는 단계; 및 상기 금속 배리어층의 다른 일면에 실란트층을 형성하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다. 다른 예시적인 일 구현예에서, 상기 실란트층은 최외층이 형성되기 전에 먼저 형성될 수도 있으며, 각 단계의 순서를 이에 제한하는 것은 아니다.
본 명세서에 따른 셀 파우치는 기존 셀 파우치가 갖는 강도, 내구성, 수증기 및 그 외의 가스 배리어성, 전극단자와의 열 접착성 등을 갖는 동시에, 내화학성과 내스크래치성이 우수한 이차 전지용 파우치 (외포장재)를 제공하는 효과가 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1.
NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidone)를 용매로 사용하여 15 중량%의 고형분을 갖고 2,000~2,500 cps의 점도를 갖는 폴리이미드 코팅액을 제조하였다. 금속 배리어층으로서 두께 40 ㎛의 알루미늄 (Al) 박막을 준비하고, 상기 알루미늄 박막의 일면에 폴리이미드 코팅액을 사용하여 최외층을 25 ㎛의 두께를 갖도록 콤마 코터로 코팅한 후 열풍건조시켰다. 이후, 폴리프로필렌 용융압출수지를 통해 상기 알루미늄 (Al) 박막의 다른 일면에 실란트층을 300 ℃에서 50 ㎛의 두께를 갖도록 형성하였다. 이에 따라, 실란트층 (PP)/금속 배리어층 (Al)/최외층 (PI 코팅, 25 ㎛)이 적층된 셀 파우치를 제조하였다.
비교예 1.
금속 배리어층으로서 두께 40 ㎛의 알루미늄 (Al) 박막을 준비하고, 상기 알루미늄 박막의 일면에 에폭시 수지 접착제를 코팅하여 접착제층을 형성한 다음 접착제층 상에 나일론 수지를 사용하여 최외층을 25 ㎛의 두께를 갖도록 형성하였다. 이후, 폴리프로필렌 용융압출수지를 통해 상기 알루미늄 (Al) 박막의 다른 일면에 실란트층을 300 ℃에서 50 ㎛의 두께를 갖도록 형성하였다. 이에 따라, 실란트층 (PP)/금속 배리어층 (Al)/최외층 (NY 필름)이 적층된 셀 파우치를 제조하였다.
비교예 2.
상기 비교예 1과 동일한 방법으로 셀 파우치를 제조하되, 나일론 수지가 아닌 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 사용하여 최외층을 형성하여 실란트층 (PP)/금속 배리어층 (Al)/최외층 (PET 필름)이 적층된 셀 파우치를 제조하였다.
비교예 3.
상기 비교예 1과 동일한 방법으로 셀 파우치를 제조하되, 나일론 수지가 아닌 폴리이미드 수지를 사용하여 최외층을 형성하여 실란트층 (PP)/금속 배리어층 (Al)/최외층 (PI 필름)이 적층된 셀 파우치를 제조하였다.
시험예 1. 내스크리치, 들뜸 및 밴딩성 평가
상기 비교예 및 실시예에서 제조한 셀 파우치의 물성을 하기와 같이 평가하였다.
셀 파우치의 최외층에 15 cm의 거리를 3회 왕복하여 스크래치를 가한 후 내스크래치성을 평가하였다. 2×2 cm의 스틸울 (#0000규격)을 700 g의 압력으로 사용하였다.
또한, 셀 파우치를 가로, 세로 3×4 cm 규격, 깊이 4 mm 규격을 갖도록 성형하여 샘플을 제작하여 끓는 물에 1시간 동안 함침시킨 후 최외층의 들뜸 현상, 즉 금속 배리어층과 최외층의 박리 현상을 확인하였다.
또한, 셀 파우치를 가로, 세로 10×10 cm 규격으로 잘라서 TD 방향으로 한번 접어 평평한 지그 사이에 고정시킨 다음, 1 kg의 압력으로 양쪽 방향을 한번씩 번갈아가면서 눌러주어 반복 횟수에 따른 셀 파우치의 균열 여부를 체크하여 밴딩성을 평가하였다.
그 결과, 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 셀 파우치는 내스크래치성, 들뜸 방지, 밴딩성을 모두 만족하는 것으로 나타났다. 이에 따라, 최외층을 폴리이미드 코팅층으로 형성함으로써 기존 NY 필름, PET 필름 또는 PI 필름을 최외층으로 포함하는 셀 파우치 대비 우수한 내스크래치성, 들뜸 방지, 밴딩성을 갖는 것을 확인하였다.
비교예 1 비교예 2 비교예 3 실시예 1
내스크래치 △ ○ ◎ ◎
들뜸 △ △ △ ◎
밴딩 ◎ △ ○ ◎
우수(◎) 양호(○) 보통(△) 불만족(X)
시험예 2. 내화학성 평가
상기 비교예 및 실시예에서 제조한 셀 파우치에 대해 각각의 내화학성을 하기와 같이 평가하였다.
스포이드로 이차 전지용 전해액을 셀 파우치 시료 최외층에 한 방울 떨어뜨린 후, 일정한 시간 간격으로 최외층 표면을 닦아 내어 표면 상태를 확인하였다. 내화학성이 높을수록 표면 상태가 원래 형태를 유지하며 내화학성이 우수하다고 판단한다.
그 결과, 표 2에 나타난 바와 같이, 최외층을 폴리이미드 코팅층으로 형성함으로써 기존 NY 필름 또는 PET 필름을 최외층으로 포함하는 셀 파우치 대비 내화학성이 향상되는 것을 확인하였다. 한편, 비교예 3의 셀 파우치는 PI 필름 자체의 우수한 내화학성으로 인해 PI 코팅층을 갖는 셀 파우치와 동일한 결과를 나타내었다.
비고 비교예 1 비교예 2 비교예 3 실시예 1
내화학성
표면상태		 초기 표면상태 ◎ ◎ ◎ ◎
5분 △ ○ ◎ ◎
10분 X ○ ◎ ◎
30분 X ○ ◎ ◎
우수(◎) 양호(○) 보통(△) 불만족(X)
이상, 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시 태양일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.

Claims (7)

  1. 셀 파우치 최외층의 들뜸 현상 및 밴딩성을 개선하는 방법으로서,
    실란트층을 형성하는 단계;
    상기 실란트층 상에 금속 배리어층을 형성하는 단계; 및
    상기 금속 배리어층 상에 15 내지 25 ㎛의 두께로 최외층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 최외층은 1,000 내지 2,500 cps의 점도를 갖는 폴리이미드 코팅액으로 코팅된 폴리이미드 코팅층인 것을 특징으로 하는, 셀 파우치 최외층의 들뜸 현상 및 밴딩성 개선 방법.
  2. 금속 배리어층을 형성하는 단계;
    상기 금속 배리어층의 일면에 15 내지 25 ㎛의 두께로 최외층을 형성하는 단계; 및
    상기 금속 배리어층의 다른 일면에 실란트층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 최외층은 1,000 내지 2,500 cps의 점도를 갖는 폴리이미드 코팅액으로 코팅된 폴리이미드 코팅층인 것을 특징으로 하는, 셀 파우치 최외층의 들뜸 현상 및 밴딩성 개선 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 최외층은 25 ㎛의 두께로 형성하는 것인, 셀 파우치 최외층의 들뜸 현상 및 밴딩성 개선 방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 폴리이미드 코팅액은 2,000 내지 2,500 cps의 점도를 갖는 것인, 셀 파우치 최외층의 들뜸 현상 및 밴딩성 개선 방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 폴리이미드 코팅액은 코팅액 전체 중량을 기준으로 10 내지 20 중량%의 고형분을 포함하는 것인, 셀 파우치 최외층의 들뜸 현상 및 밴딩성 개선 방법.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 폴리이미드 코팅액의 용매는 톨루엔, NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidone), DMF (dimethylformamide) 및 DMAc (dimethylacetamide)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인, 셀 파우치 최외층의 들뜸 현상 및 밴딩성 개선 방법.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 폴리이미드 코팅층은 딥 코팅, 다이 코팅, 콤마 코팅, 그라비아 코팅 또는 바 코팅으로 형성된 것인, 셀 파우치 최외층의 들뜸 현상 및 밴딩성 개선 방법.
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