KR20210100467A - 고온 안정성이 향상된 셀파우치 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
고온안정성 향상을 위하여 다양한 종류의 변성 에폭시 중에서 특히 실록산 이미드계 변성 에폭시 수지가 셀 파우치 접착층에 적용된, 고온 안정성이 향상된 셀파우치 및 그 제조 방법이 개시된다. 이에 따르면 경화 안정성이 향상되고 접착력이 향상되어 고온 환경에서도 제품 안정성을 구현할 수 있다. 이러한 셀 파우치는 특히 고온 안정성이 요구되는 전기 자동차나 에너지 저장 장치 등 중대형 셀 파우치로서 유용하다.
Description
본 명세서는 고온 안정성이 향상된 셀 파우치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하는 경화 안정화 및 접착력을 향상시켜 고온 안정성이 향상된 셀 파우치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
리튬이차전지(LiB)는 높은 에너지밀도와 우수한 출력을 갖는 등 다양한 장점을 바탕으로 많은 어플리케이션에 적용되고 있다.
셀 파우치는 이러한 이차전지의 전극군과 전해액을 감싸는 외장재로서, 금속 박막과 고분자로 이루어지는 층간의 접착력, 열융착 강도, 내전해액성, 기밀성, 수분 침투성, 성형성 등의 요구 특성을 만족하여야 한다.
셀 파우치는 크게 외층, 배리어층, 내층의 실란트층으로 구성되어 있다. 통상 외층 또는 최외층은 나일론이나 나일론과 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)의 혼합 소재, OPP (연신 폴리프로필렌), 폴리에틸렌 등으로 구성되고 있다. 이러한 외층 또는 최외층의 요구 특성으로서는 내열성, 내핀홀성, 내화학성, 성형성 및 절연성 등이 요구된다.
배리어층은 수증기나 기타 기체에 대한 배리어성과 함께 성형성이 요구된다. 이러한 측면에서 배리어층에는 성형 가능한 금속 예컨대 알루미늄(Al), 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni) 등이 사용되며, 현재 알루미늄이 가장 많이 사용되고 있다.
내층의 실란트층은 열접착성, 성형성과 함께 전해액과 접촉하는 층이라는 점에서 내전해액성, 절연저항성 등이 요구된다.
리튬이온전지의 적용 분야가 소형 분야에서 자동차 등 중대형으로 확대되면서 중대형에 적합한 특성이 요구된다. 예컨대 내전해액성, 절연저항 등과 함께 고온의 환경에서도 안정성이 요구되고 있다. 즉, 예컨대 자동차용 리튬이온 전지의 경우 고온의 환경에서 장기간 사용이 되기 때문에 리튬이온전지의 외포장재인 셀파우치 필름도 고온 안정성이 요구된다.
본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 일 측면에서, 전기 자동차나 에너지 저장 장치 등 중대형 셀 파우치에 요구되는 고온 안정성이 우수한 셀파우치 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 다른 측면에서, 경화 반응 시간을 감소시키고 반응 안정성을 향상시킨 접착층 조성물로 균일한 고온 접착력을 달성할 수 있는 셀 파우치 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 셀 파우치 접착층 조성물로서, 실록산 이미드계 변성 에폭시 수지를 포함하는 셀 파우치 접착층 조성물을 제공한다.
본 발명의 예시적인 구현예들에서는 또한, 셀 파우치로서, 실록산 이미드계 변성 에폭시 수지를 포함하는 접착층을 포함하는 셀 파우치를 제공한다.
본 발명의 예시적인 구현예들에서는 또한, 셀 파우치 제조 방법으로서, 셀 파우치 제조 시, 실록산 이미드계 변성 에폭시 수지를 포함하는 셀 파우치 접착층 조성물을 사용하여 외층과 배리어층 및/또는 배리어층과 내층을 접착하는 단계;를 포함하는 셀 파우치 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 예시적인 구현예들에서는 또한, 셀 파우치의 고온 안정성 향상 방법으로서, 실록산 이미드계 변성 에폭시 수지를 포함하는 셀 파우치 접착층 조성물을 사용하여 외층과 배리어층 및/또는 배리어층과 내층을 접착하는 단계;를 포함하는 셀 파우치의 고온 안정성 향상 방법을 제공한다.
본 발명의 예시적인 구현예들의 셀 파우치 접착층 조성물, 해당 접착층이 적용된 셀 파우치에 의하면, 경화 안정성이 향상되고 접착력이 향상되어 고온 환경에서도 제품 안정성을 구현할 수 있다. 이러한 셀 파우치는 특히 고온 안정성이 요구되는 전기 자동차나 에너지 저장 장치 등 중대형 셀 파우치로서 유용하다.
도 1은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 셀 파우치 구조를 나타내는 개략도이다.
본 명세서에서 고온 안정성이란 셀파우치 필름 총 두께 113㎛을 기준으로 하는 경우 80℃ 분위기에서 배리어층(AL)/실란트층(PP) 층간 박리강도가 최소 4N/15mm 이상 유지하는 것을 의미하며, 추가적으로, 120℃ 분위기에서는 배리어층(AL)/실란트층(PP) 층간 디라미네이션(de-lamination) 현상이 없는 것을 의미한다. 구체적인 박리 강도 수치는 두께에 따라서 달라질 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 구현예들을 상세히 설명한다.
본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 고온안정성 향상을 위하여 다양한 종류의 변성 에폭시 중에서 특히 실록산 이미드계 변성 에폭시 수지를 셀 파우치 접착층에 적용한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 셀 파우치 구조를 나타내는 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 셀파우치는 외층과 통상 금속인 배리어층의 접착층 및/또는 배리어층과 내층인 실란트층의 접착층에 전술한 실록산 이미드계 변성 에폭시 수지를 적용한다.
이에 따라 경화 반응 시간이 감소되고 반응 안정성이 향상되어 고온에서도 균일한 접착력을 확보할 수 있어 신뢰성이 우수하다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 실록산 이미드계 변성 에폭시 수지는 접착층 중 5~30 중량%로 사용할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 실록산 이미드계 변성 에폭시 수지는 내열성이 우수한 폴리이미드 합성 중 실록산을 투입하여 실록산이미드를 제조하고, 실록산이미드의 말단을 에폭시기와 반응시켜 변성 에폭시 수지를 합성하여 사용할 수 있다. 이를 통해 내열성과 접착력을 향상시킬 수 있다.
비제한적인 예시에서, 상기 실록산 이미드계 변성 에폭시 수지는 실록산 이미드계 변성에폭시수지 100 중량 중에 실록산이미드가 10~40 중량% 및 에폭시 수지는 60~90 중량%로 포함되는 것이 내열성 및 접착력 측면에서 바람직할 수 있다.
또한 예시적인 일 구현예에서, 상기 접착층에는 추가적으로 경화제 및 첨가제등이 더 포함될 수 있다.
비제한적인 예시에서, 상기 접착제 조성물에 첨가제로 경화촉진제, 커플링제 등을 하나 이상 사용할 수 있으며, 해당 첨가제는 실록산 이미드계 변성 에폭시 수지 100 중량부 대비 0.1~30 중량부를 사용할 수 있다. 경화제로는 아민과 카르복실무수산 등을 사용할 수 있고, 실록산 이미드계 변성 에폭시 수지 1당량에 0.5~5 당량 사용하는 것이 적절하다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 접착층은 예컨대 1~5㎛의 두께로 접착될 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 셀파우치 필름 총 두께 113㎛을 기준으로 하는 경우 80℃ 분위기에서 배리어층(AL)/실란트층(PP) 층간 박리강도가 최소 4N/15mm 이상 유지되는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 또한 셀파우치 총 두께 113㎛을 기준으로 하는 경우 120℃ 분위기에서 배리어층(AL)/실란트층(PP) 층간 디라미네이션(de-lamination) 현상이 없는 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 예시적인 구현예들에서는 전술한 셀 파우치로 외장된 이차 전지를 제공한다. 이러한 이차전지는 대표적으로 리튬이차전지일 수 있으며, 특히 전기자동차(EV)나 에너지저장장치(ESS) 등의 중대형 이차전지일 수 있다.
또한, 본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 전술한 셀 파우치 제조 방법으로서, 셀 파우치 제조 시, 실록산 이미드계 변성 에폭시 수지를 포함하는 셀 파우치 접착층 조성물을 사용하여 외층과 배리어층 및/또는 배리어층과 내층을 접착하는 단계;를 포함하는 셀 파우치 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 셀 파우치의 고온 안정성 향상 방법으로서, 실록산 이미드계 변성 에폭시 수지를 포함하는 셀 파우치 접착층 조성물을 사용하여 외층과 배리어층 및/또는 배리어층과 내층을 접착하는 단계;를 포함하는 셀 파우치의 고온 안정성 향상 방법을 제공한다.
이하의 실시예를 통하여 본 발명의 예시적인 구현예들을 더욱 상세하게 설명된다. 본 명세서에 개시된 실시예들은 단지 설명을 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
[실시예 1: 실록산이미드 변성 에폭시 수지]
베리어층으로서 두께 40㎛의 알루미늄(Al) 박막을 준비하고, 상기 알루미늄 박막의 일면에 나일론 수지를 사용하여 외층을 25㎛의 두께를 갖도록 코팅하였다. 이후, 베리어층(40㎛) 과 실란트층(40㎛) 사이에 제 2 접착층을 형성하였다. 제 2 접착층은 실록산이미드 변성 에폭시 수지에 경화제 1~5중량부, 커플링제 5~10중량부를 포함하도록 구성하였다.
즉, 실란트층/금속층/외층의 적층 구조를 가지며, 포밍 전의 평평(flat)한 형상을 갖는 셀 파우치를 제조하였다. 총 셀 파우치 필름 두께는 113㎛이었다.
[비교예 1: 실란 변성 에폭시 수지]
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 셀 파우치를 제조하되, 제 2 접착층은 실란 변성 에폭시 수지에 경화제 1~5중량부, 커플링제 5~10중량부을 포함하도록 구성하였다.
[비교예 2: 우레탄 변성 에폭시 수지]
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 셀 파우치를 제조하되, 제 2 접착층은 우레탄 변성 에폭시 수지에 경화제 1~5중량부, 커플링제 5~10중량부를 포함하도록 구성하였다
특성 평가
<실험 1 : 내전해액성 평가>
셀파우치를 전해액[EC:DEC:EMC 1:1:1, LiPF6 1M 인 전해액]에 함침 후 일정 시간 간격으로 금속층//실런트층의 박리강도를 측정하였다. 측정 시 시료의 폭은 15mm, 표점거리는 300mm, 속도는 200mm/min으로 하였다. 박리강도가 높을 수록 내전해액성이 우수하다고 판단한다. 아래 표 1에 내전해액성 평가 결과를 표시하였다.
| 실시예1 | 비교예1 | 비교예2 | ||
| 금속층//실런트층 박리강도 (N/15mm) |
함침 후 24시간 | 16 | 10 | 8 |
| 함침 후 48시간 | 15 | 9 | 7 | |
| 함침 후 72시간 | 14.5 | 7 | 5 | |
| 함침 후 96시간 | 14 | 5 | 3 | |
| 함침 후 120시간 | 13.5 | 0 | 0 | |
| 함침 후 144시간 | 13 | 0 | 0 | |
| 함침 후 168시간 | 11 | 0 | 0 | |
<실험 2: 고온 박리 강도 평가>
고온의 환경에서 챔버형 UTM기를 이용하여 셀파우치의 금속층//실런트층 박리강도를 측정하였다. 표 2에 평가 결과를 표시하였다. 참고로, 챔버의 온도를 80℃, 100℃, 120℃로 설정한 후 박리강도를 측정하였을 때 De-lamination 현상이 없어야 한다.
| 실시예1 | 비교예1 | 비교예2 | ||
| 금속층//실런트층 박리강도 (N/15mm) |
80℃ | 8 | 4 | 3 |
| 100℃ | 6.5 | 2 | 1 | |
| 120℃ | 5.0 | 0 | 0 | |
위 표에서 알 수 있듯이, 실시예 1의 경우 120℃에서도 박리 강도가 5N/15mm로서 매우 우수하며 층간 디라미네이션(De-lamination) 현상이 없는 반면, 비교예 1 및 2의 경우 전체적으로 박리 강도가 저조하였고, 120℃에서 디라미네이션(De-lamination)이 발생하였다.
이와 같이, 접착층에 변성 에폭시 수지로서 특히 실록산이미드 변성 에폭시 수지를 사용한 실시예의 경우 실란 변성 에폭시 수지나 우레탄 변성 에폭시 수지와 대비하여 월등히 우수한 내전해액성과 고온 박리 강도를 나타내어 고온 안정성이 우수함을 보여주었다.
이상에서 본 발명의 비제한적이고 예시적인 구현예들을 설명하였으나, 본 발명의 기술 사상은 첨부 도면이나 상기 설명 내용에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함이 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하며, 또한, 이러한 형태의 변형은 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 할 것이다.
Claims (16)
- 셀 파우치 접착층 조성물로서,
실록산 이미드계 변성 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 파우치 접착층 조성물.
- 제 1 항에 있어서,
실록산 이미드계 변성 에폭시 수지가 5~30중량% 범위로 포함되는 것을 특징으로 하는 셀 파우치 접착층 조성물.
- 제 2 항에 있어서,
상기 실록산 이미드계 변성 에폭시 수지는 실록산 이미드계 변성에폭시수지 100 중량 중 실록산이미드가 10~40 중량% 및 에폭시 수지가 60~90 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 셀 파우치 접착층 조성물.
- 제 3 항에 있어서,
상기 셀 파우치 접착층 조성물은 경화촉진제 및 커플링제 중에서 선택되는 하나 이상의 첨가제; 및 경화제;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 파우치 접착층 조성물.
- 셀 파우치로서,
셀 파우치 접착층에 실록산 이미드계 변성 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 파우치.
- 제 5 항에 있어서,
실록산 이미드계 변성 에폭시 수지가 포함된 접착층 한 층에 실록산 이미드계 변성 에폭시 수지가 5~30중량% 범위로 포함되는 것을 특징으로 하는 셀 파우치.
- 제 5 항에 있어서,
상기 실록산 이미드계 변성 에폭시 수지는 실록산 이미드계 변성에폭시수지 100 중량 중 실록산이미드가 10~40 중량% 및 에폭시 수지가 60~90 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 셀 파우치.
- 제 5 항에 있어서,
상기 셀 파우치 접착층은 경화촉진제 및 커플링제 중에서 선택되는 하나 이상의 첨가제; 및 경화제;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 파우치.
- 제 5 항에 있어서,
상기 셀 파우치는 외층과 배리어층 사이 및 배리어층과 내층인 실런트층 사이 중 하나 이상의 접착층에 실록산 이미드계 변성 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 파우치.
- 제 5 항에 있어서,
셀파우치 필름의 총 두께가 113㎛일 때 80℃ 분위기에서 배리어층 및 실란트층 층간 박리강도가 4N/15mm 이상 유지되는 것을 특징으로 하는 셀 파우치.
- 제 5 항에 있어서,
셀파우치 필름의 총 두께가 113㎛일 때 120℃ 분위기에서 배리어층 및 실란트층 층간 디라미네이션(de-lamination) 현상이 없는 것을 특징으로 하는 셀 파우치.
- 제 5 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 셀 파우치로 외장된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 12 항에 있어서,
상기 이차 전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 12 항에 있어서,
상기 이차 전지는 전기 자동차 또는 에너지 저장 장치용인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
- 제 5 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 셀 파우치 제조 방법에 있어서,
실록산 이미드계 변성 에폭시 수지를 포함하는 셀 파우치 접착층 조성물을 사용하여 외층과 배리어층 및 배리어층과 내층 중 하나 이상을 접착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 파우치 제조 방법.
- 셀 파우치의 고온 안정성 향상 방법으로서,
실록산 이미드계 변성 에폭시 수지를 포함하는 셀 파우치 접착층 조성물을 사용하여 외층과 배리어층 및 배리어층과 내층 중 하나 이상을 접착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 파우치의 고온 안정성 향상 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200014483A KR102299209B1 (ko) | 2020-02-06 | 2020-02-06 | 고온 안정성이 향상된 셀파우치 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020200014483A KR102299209B1 (ko) | 2020-02-06 | 2020-02-06 | 고온 안정성이 향상된 셀파우치 및 그 제조 방법 |
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| KR20210100467A true KR20210100467A (ko) | 2021-08-17 |
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| KR1020200014483A KR102299209B1 (ko) | 2020-02-06 | 2020-02-06 | 고온 안정성이 향상된 셀파우치 및 그 제조 방법 |
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Citations (5)
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| KR101788899B1 (ko) | 2013-10-14 | 2017-10-20 | 주식회사 엘지화학 | 전지 봉지용 접착제 조성물 및 접착필름 |
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-
2020
- 2020-02-06 KR KR1020200014483A patent/KR102299209B1/ko active IP Right Grant
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Siloxane- and Imide-modified Epoxy Resin Cured with Siloxane-containing Dianhydride(Hsun-Tien Li 외, 2005년) * |
| 실록산 이미드로 개질된 변성 에폭시 수지의 물성 (공희진 외, 2008년) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102299209B1 (ko) | 2021-09-09 |
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