KR20230000022A - Sealant film for cell pouch having barrier properties using hygroscopicity of inorganic materals, cell pouch including the same and method for preparing the same - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a sealant film having a sealant layer in a multilayer structure that has 2 or more layers, a cell pouch including the same, and a preparation method thereof, wherein the content of an elastomer in each sealant layer becomes gradually different and an inorganic adhesive is contained in the sealant layer in contact with a barrier layer. In order to prevent a disadvantage that the inclusion of the elastomer into the sealant layer of the cell pouch decreases crystallinity and chemical resistance, the sealant layer is configured to have multiple layers and the amount of added elastomer is gradually adjusted in each layer. In particular, the minimum amount is added to an inner layer touched by an inner electrolyte to improve chemical resistance, thereby enhancing insulation resistance. In addition, an excessive amount of the elastomer and an inorganic additive are added to the sealant layer that comes in planar contact with the barrier layer to impart excellent thermal adhesion strength and properties of adhering to the barrier layer and improve moisture permeability, thereby achieving improved sealing performance and barrier performance.

Description

무기물 흡습성을 이용한 배리어 특성을 가지는 셀 파우치용 실란트 필름, 이를 포함하는 셀 파우치 및 그 제조 방법{Sealant film for cell pouch having barrier properties using hygroscopicity of inorganic materals, cell pouch including the same and method for preparing the same}Sealant film for cell pouch having barrier properties using inorganic hygroscopicity, cell pouch including the same, and manufacturing method thereof

본 명세서는 무기물 흡습성을 이용한 배리어 특성을 가지는 셀 파우치용 실란트 필름, 이를 포함하는 셀 파우치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present specification relates to a sealant film for a cell pouch having barrier properties using inorganic hygroscopicity, a cell pouch including the same, and a manufacturing method thereof.

리튬이차전지(LiB)는 높은 에너지밀도와 우수한 출력을 갖는 등 다양한 장점을 바탕으로 많은 어플리케이션에 적용되고 있다. Lithium secondary batteries (LiB) are being applied to many applications based on various advantages such as high energy density and excellent output.

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. The cell pouch is an exterior material that surrounds the electrode group and electrolyte of such a secondary battery, and must satisfy required properties such as adhesion between metal thin films and polymer layers, thermal fusion strength, electrolyte resistance, airtightness, moisture permeability, and moldability.

도 1은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 셀 파우치의 층 구성을 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing the layer configuration of a cell pouch according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 셀 파우치는 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. As shown in FIG. 1, the cell pouch is composed of an outer layer, a barrier layer, and an inner sealant layer. Usually, the outer or outermost layer is made of nylon, a mixed material of nylon and PET (polyethylene terephthalate), OPP (stretched polypropylene), polyethylene, or the like. Heat resistance, pinhole resistance, chemical resistance, moldability and insulation are required as required properties of the outer layer or the outermost layer.

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.The barrier layer requires moldability as well as barrier properties against water vapor or other gases. In this respect, formable metals such as aluminum (Al), iron (Fe), copper (Cu), and nickel (Ni) are used for the barrier layer, and aluminum is currently used most often.

내층의 실란트층은 열접착성, 성형성과 함께 전해액과 접촉하는 층이라는 점에서 내전해액성, 절연저항성 등이 요구된다.Since the sealant layer of the inner layer is a layer in contact with the electrolyte along with thermal adhesion and moldability, electrolyte resistance and insulation resistance are required.

그런데, 종래의 실란트 필름에는 코폴리머 및 엘라스토머가 과량 포함하고 있어 열접착 특성은 우수하나 낮은 결정화도로 인해 고분자 자유 부피(free Voulme)가 높아지기 때문에 투습도가 높고 수분 침투성이 나빠져 고온 보관시 수분 침투에 의한 불산 발생으로 전지 불량이 발생 할 수 있다. By the way, the conventional sealant film contains an excessive amount of copolymer and elastomer, so it has excellent thermal bonding properties, but due to low crystallinity, the free volume of the polymer is high, so the moisture permeability is high and the moisture permeability is poor. Battery failure may occur due to hydrofluoric acid generation.

이러한 기존 실란트 필름인 폴리프로필렌 고유의 투습성을 개선하기 위해서는 결정화도를 극대화 시켜야 하지만 코폴리머와 엘라스토머 원료를 반드시 써야하기 때문에 이를 개선하는데는 한계가 존재한다.In order to improve the inherent moisture permeability of polypropylene, which is an existing sealant film, crystallinity should be maximized, but there is a limit to improving this because copolymer and elastomer raw materials must be used.

일본특허 제6595634호Japanese Patent No. 6595634

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 일 측면에서, 종래의 실란트층의 엘라스토머와 코폴리머의 과량 사용으로 인한 낮은 절연 특성 등의 문제점을 개선하여 우수한 내화학성과 절연저항 특성, 특히 고온 절연 특성을 가지는 셀 파우치용 실란트 필름, 이를 포함하는 셀 파우치 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다. In exemplary embodiments of the present invention, in one aspect, excellent chemical resistance and insulation resistance properties, especially high-temperature insulation properties, are improved by improving problems such as low insulation properties due to excessive use of elastomers and copolymers in conventional sealant layers. It is intended to provide a sealant film for a cell pouch, a cell pouch including the same, and a manufacturing method thereof.

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 다른 측면에서, 우수한 열접착 강도와 배리어층 접착 특성을 가지면서 투습성을 더 개선하여 더욱 향상된 밀봉성 및 배리어성을 달성할 수 있는 셀 파우치용 실란트 필름, 이를 포함하는 셀 파우치 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다. In exemplary embodiments of the present invention, on the other hand, a sealant film for a cell pouch capable of achieving further improved sealing and barrier properties by further improving moisture permeability while having excellent thermal bonding strength and barrier layer adhesive properties, It is intended to provide a cell pouch containing and a method for manufacturing the same.

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 2층 이상의 다층 구조의 실란트 층을 가지는 실란트 필름으로서, 각 실란트 층의 엘라스토머 함량이 상이하고, 배리어층과 접하는 실란트 층에 무기계 첨가제가 함유된 셀파우치용 실란트 필름을 제공한다. In exemplary embodiments of the present invention, a sealant film having a sealant layer having a multi-layer structure of two or more layers, each sealant layer having a different elastomer content, and a sealant layer contacting a barrier layer containing an inorganic additive, a sealant for a cell pouch. provide film.

본 발명의 예시적인 구현예들에서는 또한, 상기 실란트 필름을 포함하는 셀파우치를 제공한다.Exemplary embodiments of the present invention also provide a cell pouch including the sealant film.

본 발명의 예시적인 구현예들에서는 또한, 셀 파우치 제조 방법으로서, 2층 이상의 다층 구조의 실란트 층을 가지도록 실란트 필름을 제조하되, 각 실란트 층의 엘라스토머 함량이 상이하도록 하고, 배리어층과 접하는 실란트 층에 무기계 첨가제를 제공하는 단계;를 포함하는 셀 파우치 제조 방법을 제공한다.In exemplary embodiments of the present invention, as a cell pouch manufacturing method, a sealant film is prepared to have a sealant layer having a multilayer structure of two or more layers, but the elastomer content of each sealant layer is different, and the sealant in contact with the barrier layer Provides a method for manufacturing a cell pouch comprising: providing an inorganic additive to the layer.

본 발명의 예시적인 구현예들에서는 또한, 셀 파우치의 고온 절연 저항 특성 향상 방법으로서, 2층 이상의 다층 구조의 실란트 층을 가지도록 실란트 필름을 제조하되, 각 실란트 층의 엘라스토머 함량이 상이하도록 하고, 배리어층과 접하는 실란트 층에 무기계 첨가제를 제공하는 단계;를 포함하는 셀 파우치의 절연 특성 향상 방법을 제공한다. In exemplary embodiments of the present invention, as a method for improving high-temperature insulation resistance properties of a cell pouch, a sealant film is prepared to have a sealant layer having a multi-layer structure of two or more layers, but the elastomer content of each sealant layer is different, Provides a method for improving the insulating properties of a cell pouch including providing an inorganic additive to a sealant layer in contact with the barrier layer.

본 발명의 예시적인 구현예들에 의하면, 셀파우치의 실란트 층에 엘라스토머를 적용 시 결정화도 및 내화학성이 낮아지는 단점을 방지하기 위해서 실란트 층을 다층으로 구성하고 각 층에서 점진적으로 엘라스토머 첨가량을 조절한다. 특히 내전해액이 닿는 내면층에는 최소량 첨가함으로써 내화학성을 개선하여 절연저항을 향상할 수 있다. 또한, 배리어층의 접착면인 실란트층에는 엘라스토머를 과량 첨가하고 무기계 첨가제를 소정량 함유하도록 함으로써 우수한 열접착 강도와 배리어층 접착 특성을 가지며 투습성이 개선되어 더 향상된 밀봉성 및 배리어성을 구현할 수 있다.According to exemplary embodiments of the present invention, in order to prevent the disadvantages of lowering crystallinity and chemical resistance when elastomer is applied to the sealant layer of the cell pouch, the sealant layer is composed of multiple layers and the amount of elastomer added is gradually adjusted in each layer. . In particular, by adding a minimum amount to the inner layer that comes into contact with the internal electrolyte solution, chemical resistance can be improved and insulation resistance can be improved. In addition, by adding an excessive amount of elastomer to the sealant layer, which is the adhesive surface of the barrier layer, and containing a predetermined amount of inorganic additives, it has excellent thermal bonding strength and barrier layer adhesive properties, and has improved moisture permeability, so that more improved sealing and barrier properties can be implemented. .

도 1은 일반적인 셀파우치 층 구조를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 다층 구조의 실란트 필름을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 비교예 1(도 3a), 비교예 2(도 3b) 및 실시예 1(도 3a)에 따른 셀파우치 실란트 필름 층 구성을 나타내는 개략도이다.
1 is a schematic diagram showing a general cell pouch layer structure.
2 is a schematic diagram showing a sealant film having a multilayer structure according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram showing the composition of the cell pouch sealant film layer according to Comparative Example 1 (Fig. 3a), Comparative Example 2 (Fig. 3b) and Example 1 (Fig. 3a) of the present invention.

본 명세서에서 경사 조성형이란 2층 이상의 실란트 층에서 각 층의 엘라스토머의 함량이 점진적으로 상이한 것(gradient)을 의미한다.In the present specification, the gradient composition type means that the content of the elastomer in each layer is gradually different (gradient) in two or more sealant layers.

본 명세서에서 고온 절연 저항 특성에서 고온은 60℃ 이상을 의미한다.In this specification, in the high temperature insulation resistance characteristics, the high temperature is above 60°C.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 구현예들을 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary implementations of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 2층 이상의 다층 구조의 실란트 층을 가지는 실란트 필름으로서, 각 실란트 층의 엘라스토머 함량이 상이하도록 한 경사 조성형 셀파우치용 실란트 필름을 제공하는 한편, 해당 경사 조성형 셀파우치용 실란트 필름에 있어서, 배리어층(통상 금속층)에 접촉하는 스킨층에 소정의 무기계 첨가제를 첨가하여 밀봉성을 더욱 높이고 투습성을 개선할 수 있다.In exemplary embodiments of the present invention, a sealant film for a gradient composition-type cell pouch is provided as a sealant film having two or more multi-layered sealant layers, the elastomer content of each sealant layer being different, and the corresponding gradient composition-type cell In the sealant film for a pouch, a predetermined inorganic additive may be added to the skin layer in contact with the barrier layer (usually a metal layer) to further increase sealing properties and improve moisture permeability.

도 2는 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 다층 실란트 필름 구성을 나타내는 개략도이다. 2 is a schematic diagram showing a multi-layer sealant film configuration according to an exemplary embodiment of the present invention.

예시적인 일 구현예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 다층 구조의 실란트층은 예컨대 코어층인 실란트층과 양 측의 스킨층을 가지는 3층의 실란트층이다. 즉, 배리어층(통상 금속층)과 접촉하는 실란트층인 제1 스킨층, 코어층인 실란트층, 전해액과 직접 접촉하는 실란트층인 제2 스킨층으로 구성된다. 제1 스킨층은 배리어층인 금속과의 접착성과 함께 내전해액성, 내불산성, 절연성이 요구된다. 코어층은 내열성, 열접착성과 함께 내전해액성, 내불산성, 절연성이 요구된다. 제2 스킨층은 슬립(slip)성, 협착물 접착성과 함께, 열접착성, 내전해액성, 절연성이 요구된다.In an exemplary embodiment, as shown in FIG. 2 , the sealant layer of the multilayer structure is a three-layer sealant layer having, for example, a sealant layer as a core layer and skin layers on both sides. That is, it is composed of a first skin layer as a sealant layer in contact with the barrier layer (usually a metal layer), a sealant layer as a core layer, and a second skin layer as a sealant layer in direct contact with the electrolyte. The first skin layer requires electrolyte resistance, hydrofluoric acid resistance, and insulation properties as well as adhesion to a metal that is a barrier layer. The core layer is required to have heat resistance, thermal adhesiveness, electrolyte resistance, hydrofluoric acid resistance, and insulation. The second skin layer requires thermal adhesiveness, electrolyte resistance, and insulation properties as well as slip properties and constrictor adhesion properties.

예시적인 일 구현예에서, 제1 스킨층의 엘라스토머 함량은 코어층의 엘라스토머 함량보다 많고, 코어층의 엘라스토머 함량은 제2 스킨층의 엘라스토머 함량보다 많도록 한다. In an exemplary embodiment, the elastomer content of the first skin layer is greater than that of the core layer, and the elastomer content of the core layer is greater than that of the second skin layer.

보다 상술하면, 엘라스토머 첨가에 대한 결정화도 및 내화학성이 낮아지는 단점을 방지하기 위해서 점진적으로 엘라스토머 첨가량을 조절하는데, 전해액이 닿는 제2 스킨층에는 최소량으로 엘라스토머를 첨가해 내화학성을 개선하여 절연저항성을 높이고, 배리어층(통상 금속층) 접착면인 제1 스킨층에는 엘라스토머를 과량 첨가함으로써 우수한 열접착 강도와 배리어층 접착 특성을 가지도록 한다. 나아가, 제1 스킨층에 추가적으로 흡수성이 높은 무기계 첨가제를 첨가함으로써 전지 셀안에서 발생하는 수분을 차단하는 효과를 가지도록 하여, 더 향상된 고밀봉성 및 고배리어성을 달성할 수 있다.More specifically, in order to prevent the disadvantages of lowering the crystallinity and chemical resistance of the elastomer addition, the amount of elastomer added is gradually adjusted, and the chemical resistance is improved by adding a minimum amount of elastomer to the second skin layer in contact with the electrolyte to improve insulation resistance. and an excessive amount of elastomer is added to the first skin layer, which is the adhesive surface of the barrier layer (usually a metal layer), so as to have excellent thermal bonding strength and barrier layer adhesive properties. Furthermore, by adding an inorganic additive with high absorbency to the first skin layer, it is possible to achieve an effect of blocking moisture generated in the battery cell, thereby achieving further improved sealing and high barrier properties.

예시적인 일 구현예에서, 상기 무기계 첨가제는 예컨대 다공성 무기계 첨가제로서 CaCO3, BaSO4, TiO2, 제올라이트(Zeolite), 실리카(Silica) 중 하나 이상을 사용할 수 있으며, 유효 함량은 실란트 필름의 해당 스킨층 중량 기준 1중량%~10중량%를 첨가하는 것이 바람직하다. 1중량% 미만으로 첨가하는 경우 흡습성 효과가 미비하며 10중량%를 초과하는 경우 제품 외관에 문제가 발생 할 수 있다.In an exemplary embodiment, the inorganic additive may use, for example, one or more of CaCO 3 , BaSO 4 , TiO 2 , zeolite, and silica as a porous inorganic additive, and the effective content is the corresponding skin of the sealant film. It is preferred to add from 1% to 10% by weight based on the weight of the layer. When added at less than 1% by weight, the hygroscopic effect is insufficient, and when it exceeds 10% by weight, problems may occur in the appearance of the product.

예시적인 일 구현예에서, 배리어층 측의 제1 스킨층은 랜덤(Random) PP[R PP] 또는 터(Ter) PP [TER PP], 또는 블록(Block) PP를 스킨층 총 조성물의 50~90중량%로 사용 가능하다. 매트릭스에 해당하는 PP층이 90중량 %를 초과하여 사용하게 되면 파우치 연신시 백화현상이 발생할 수 있어 단독 사용이 불가능할 수 있고, 50 중량 % 미만으로 사용하게 되면 엘라스토머(Elastomer) 함량이 늘어나게 되어 저온 실링성은 향상되지만 고온 안정성 및 내화학성이 크게 떨어질 수 있다.In an exemplary embodiment, the first skin layer on the barrier layer side uses Random PP [R PP], Ter PP [TER PP], or Block PP as 50 to 50 of the total composition of the skin layer. It can be used at 90% by weight. If the PP layer corresponding to the matrix is used in excess of 90% by weight, whitening may occur during pouch stretching, making it impossible to use it alone. Although performance is improved, high-temperature stability and chemical resistance may be greatly reduced.

한편, 제1 스킨층에서 엘라스토머를 해당 스킨층 전체 조성물 중 총 40~70중량%로 사용할 수 있다. 제 1스킨층에서 엘라스토머가 해당 범위 보다 낮게 처방되는 경우 백화 및 실링성이 떨어질 수 있다.Meanwhile, in the first skin layer, the elastomer may be used in a total amount of 40 to 70% by weight of the total composition of the corresponding skin layer. If the elastomer in the first skin layer is prescribed lower than the corresponding range, whitening and sealing properties may be deteriorated.

예시적인 일 구현예에서, 실란트 필름 코어층은 호모 PP와 블록 PP를 함께 사용할 수 있다. 코어층의 터(TER) PP, 랜덤 PP를 사용하게 되면 전해액에 의한 스웰링(Swelling) 현상에 취약하게 때문에 반드시 매트릭스 층은 호모 PP(Homo PP), 블록 PP(Block PP)를 사용하며, 각 성분의 함량비는 호모 PP의 함량이 최대 50%을 넘지 않도록 한다. 함량이 너무 높으면 제품의 탄성율이 올라가게 되어 백화현상이 발생하고 성형성이 떨어질 수 있다. In one exemplary embodiment, the sealant film core layer may use both homo PP and block PP. If TER PP and random PP are used in the core layer, they are vulnerable to the swelling phenomenon caused by the electrolyte, so the matrix layer must use Homo PP and block PP. The content ratio of components is such that the content of homo PP does not exceed a maximum of 50%. If the content is too high, the modulus of elasticity of the product increases, resulting in whitening and poor formability.

한편, 엘라스토머는 해당 코어층 전체 조성물 중 총 10~40중량%로 사용할 수 있다. 코어층에서 엘라스토머가 10중량% 미만으로 사용할 경우 백화현상이 발생하고, 실링성이 떨어지고, 40중량% 초과하여 사용할 경우 분산성 및 내화학성이 떨어질 수 있다.Meanwhile, the elastomer may be used in a total amount of 10 to 40% by weight of the total composition of the core layer. When the elastomer is used in an amount of less than 10% by weight in the core layer, whitening occurs and sealing property is deteriorated, and when it is used in an amount exceeding 40% by weight, dispersibility and chemical resistance may be deteriorated.

예시적인 일 구현예에서, 전해액과 접촉하는 가장 내면의 제2 스킨층인 실란트층은 호모 PP와 블록 PP. 랜덤 PP, 터 PP를 함께 사용할 수 있으며 호모 PP의 함량이 최대 50%을 넘어가지 않도록 구성한다. 이 제2 스킨층은 전해액과 접촉하는 층이므로 내화학성이 가장 뛰어나야 하므로 PP 함량을 최대 90% 투입해 내화학성을 확보하는 것이 필요하다. 즉, PP 매트릭스 함량을 최대로 유지하되 성형성을 위한 최소한의 엘라스토머(Elastomer) 처방이 중요하다. PP 매트릭스는 내전해액성을 고려하여 코어와 마찬가지로 호모 PP, 블록 PP를 사용하며, 엘라스토머(Elastomer) 함량은 10중량% 이내로 처방한다.In an exemplary embodiment, the sealant layer, which is the innermost second skin layer in contact with the electrolyte solution, includes homo PP and block PP. Random PP and random PP can be used together, and the content of homo PP is configured so that the maximum does not exceed 50%. Since this second skin layer is a layer in contact with the electrolyte, it must have the best chemical resistance, so it is necessary to secure chemical resistance by injecting up to 90% of PP content. That is, it is important to keep the PP matrix content to the maximum but to minimize the elastomer prescription for moldability. Considering the electrolyte resistance, the PP matrix uses homo PP and block PP like the core, and the elastomer content is prescribed within 10% by weight.

비제한적인 예시에서, 엘라스토머를 해당 제2 스킨층 전체 조성물 중 총 1~10중량%로 사용할 수 있다. 제2스킨층에서 엘라스토머를 과량 첨가할 경우 전해액이 스킨층으로 침투하는 현상이 심화되어 절연저항성이 크게 떨어질 수 있다.In a non-limiting example, the elastomer may be used in a total amount of 1 to 10% by weight of the total composition of the second skin layer. When an excessive amount of elastomer is added in the second skin layer, penetration of the electrolyte solution into the skin layer is intensified, and insulation resistance may be greatly reduced.

예시적인 일 구현예에서, 엘라스토머로는 에틸렌프로필렌고무 (EPR, ethylene propylene rubber), 에틸렌부텐고무 (EBR, ethylene butane rubber), LLDPE 기반 엘라스토머 등 열가소성 폴리올레핀 엘라스토머(TPO), RTPO (reactor made thermoplastic olefin), 열가소성 폴리우레탄(TPU, thermoplastic polyurethane) 등의 엘라스토머를 사용할 수 있다.In an exemplary embodiment, the elastomer includes ethylene propylene rubber (EPR), ethylene butane rubber (EBR), thermoplastic polyolefin elastomer (TPO) such as LLDPE-based elastomer, reactor made thermoplastic olefin (RTPO) , elastomers such as thermoplastic polyurethane (TPU) can be used.

이와 같이, 밀봉성 효과를 부여하는 엘라스토머를 사용하되 엘라스토머 첨가에 따른 결정화도 및 내화학성이 낮아지는 단점을 방지하기 위해서 점진적으로 엘라스토머 첨가량을 조절한다. 특히, 내전해액이 닿는 가장 내면층인 제2스킨층에는 최소량 첨가해 내화학성을 개선하여 절연저항을 개선하고, 알루미늄 등으로 이루어진 배리어층 접착면에는 엘라스토머를 과량 첨가함으로 우수한 열접착 강도와 배리어층 접착 특성을 갖는 고밀봉성 및 고배리어성을 달성하도록 한다. 나아가, 흡성성이 높은 다공성 무기계 첨가제를 배리어층(통상 금속층)에 접하는 제1 스킨층에 첨가함으로써 전지 셀안에서 발생하는 수분을 더 차단하여 투습성을 개선하고 더 향상된 고밀봉성 및 고배리어성을 달성할 수 있다.In this way, an elastomer imparting a sealing effect is used, but the addition amount of the elastomer is gradually adjusted in order to prevent the deterioration of crystallinity and chemical resistance due to the addition of the elastomer. In particular, a minimum amount is added to the second skin layer, the innermost layer that comes into contact with the electrolyte, to improve chemical resistance and insulation resistance, and an excessive amount of elastomer is added to the adhesive surface of the barrier layer made of aluminum to achieve excellent thermal bonding strength and barrier layer To achieve high sealability and high barrier properties with adhesive properties. Furthermore, by adding a porous inorganic additive with high absorptivity to the first skin layer in contact with the barrier layer (usually a metal layer), moisture generated in the battery cell is further blocked to improve moisture permeability, and further improved sealing and high barrier properties can be achieved. there is.

예시적인 일 구현예에서, 제2 스킨층인 실란트층은 전체 실란트 층의 약 10~20%에 해당하는 두께를 갖는 것이 바람직하며, 최소 3~10㎛ 정도의 두께인 것이 적합하다. 너무 얇으면 실란트층 협착물 간의 접착성과 내전해액성이 떨어지고, 너무 두꺼우면 열접착성이 떨어질 수 있다.In an exemplary embodiment, the sealant layer, which is the second skin layer, preferably has a thickness corresponding to about 10 to 20% of the entire sealant layer, and preferably has a thickness of at least 3 to 10 μm. If it is too thin, adhesion and electrolyte resistance between constricted substances in the sealant layer may be deteriorated, and if it is too thick, thermal adhesiveness may be deteriorated.

상기 제2 스킨층에는 슬립(slip)성이 요구되므로, 안티블록킹(Anti-Blocking)제, 슬립(Slip)제(예컨대 아미드 계열) 등의 첨가제를 하나 이상 포함하는 것이 바람직하다. 안티블로킹제로는 제올라이트, 실리콘입자 등과 같은 무기물 입자를 첨가하며, 안티블록킹제를 함유함으로써 필름 표면에 돌출이 되도록 한다. 한편, 슬립제는 Erucamide, Behen-amide, Oleamide, 실리콘 Oil 등을 사용하며, 슬립제를 함유함으로써 필름 표면이 미끄럽도록 해줄 수 있다.Since the second skin layer requires slip properties, it is preferable to include one or more additives such as an anti-blocking agent and a slip agent (eg, amide-based). As the anti-blocking agent, inorganic particles such as zeolite and silicon particles are added, and the anti-blocking agent is contained so that the film surface protrudes. On the other hand, the slip agent uses Erucamide, Behen-amide, Oleamide, silicone oil, etc., and the film surface can be made slippery by containing the slip agent.

한편, 코어층인 실란트층은 전체 실란트 층의 50~80%에 해당하는 두께를 갖는 것이 좋으며, 최소 10~40㎛ 이상인 것이 적합하다. 실란트층에서 요구되는 대부분의 특성이 이 코어층으로부터 구현될 수 있으므로 스킨층들보다 두꺼워야 한다.Meanwhile, the sealant layer, which is the core layer, preferably has a thickness corresponding to 50 to 80% of the total sealant layer, and preferably has a thickness of at least 10 to 40 μm. Since most of the properties required in the sealant layer can be implemented from this core layer, it should be thicker than the skin layers.

이러한 코어층에서는 내열성을 위하여 중간층 원료의 용융점(Tm)이 150℃ 이상인 것이 바람직하며, 이러한 측면에서 융점이 160℃ 이상인 호모 PP를 포함하도록 한다. 이러한 호모 PP는 열적 안정성과 치수 안정성을 가진다.In this core layer, it is preferable that the melting point (Tm) of the intermediate layer material is 150° C. or more for heat resistance, and in this respect, homo PP having a melting point of 160° C. or more is included. Such homo PP has thermal stability and dimensional stability.

또한, 배리어층 접촉층인 제1 스킨층은 금속접착력 및 내전해액성을 위해 전체 실란트 층의 10~20%에 해당하는 두께를 갖는 것이 좋다.In addition, the first skin layer, which is a barrier layer contact layer, preferably has a thickness corresponding to 10 to 20% of the entire sealant layer for metal adhesion and electrolyte resistance.

한편, 본 발명의 예시적인 구현예들에서는 전술한 실란트 필름을 포함하는 셀 파우치와 해당 셀 파우치로 외장된 이차 전지를 제공한다. 이러한 이차전지는 대표적으로 리튬이차전지일 수 있으며, 특히 전기자동차(EV)나 에너지저장장치(ESS) 등의 중대형 이차전지일 수 있다.Meanwhile, in exemplary embodiments of the present invention, a cell pouch including the above-described sealant film and a secondary battery external to the cell pouch are provided. Such a secondary battery may typically be a lithium secondary battery, and in particular, may be a medium or large secondary battery such as an electric vehicle (EV) or an energy storage system (ESS).

예시적인 일 구현예에서, 상기 셀 파우치는 예컨대 나일론을 포함하는 외층, 알루미늄을 포함하는 배리어층 및 상기 실란트 필름을 포함하는 것일 수 있다. In an exemplary embodiment, the cell pouch may include, for example, an outer layer including nylon, a barrier layer including aluminum, and the sealant film.

예시적인 일 구현예에서, 상기 셀 파우치는 또한 상기 외층의 최외층으로서 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함하는 최외층을 더 포함할 수 있다. 이와 같이 PET을 최외층으로 더 포함하는 구성은 중대형 이차 전지에 특히 적용될 수 있다.In one exemplary embodiment, the cell pouch may further include an outermost layer including polyethylene terephthalate (PET) as an outermost layer of the outer layer. In this way, a configuration further including PET as an outermost layer may be particularly applied to medium or large-sized secondary batteries.

본 발명의 예시적인 구현예들에서는 또한, 전술한 셀 파우치 제조 방법에 있어서, 2층 이상의 다층 구조의 실란트 층을 가지도록 셀 파우치 실란트 필름을 제조하되, 각 실란트 층의 엘라스토머 함량이 상이하도록 하고, 배리어층과 접하는 실란트 층에 무기계 첨가제를 제공하는 단계;를 포함하는 셀 파우치 제조 방법을 제공한다. In exemplary embodiments of the present invention, in the cell pouch manufacturing method described above, a cell pouch sealant film is prepared to have a sealant layer having a multilayer structure of two or more layers, but the elastomer content of each sealant layer is different, Provides a cell pouch manufacturing method comprising: providing an inorganic additive to a sealant layer in contact with the barrier layer.

또한, 본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 셀 파우치의 절연 특성 향상 방법으로서, 2층 이상의 다층 구조의 실란트 층을 가지도록 셀 파우치 실란트 필름을 제조하되, 각 실란트 층의 엘라스토머 함량이 상이하도록 하고, 배리어층과 접하는 실란트 층에 무기계 첨가제를 제공하는 단계;를 포함하는 셀 파우치의 절연 특성 향상 방법을 제공한다.In addition, in exemplary embodiments of the present invention, as a method for improving the insulation properties of a cell pouch, a cell pouch sealant film is prepared to have a sealant layer having a multi-layer structure of two or more layers, but the elastomer content of each sealant layer is different, , Providing an inorganic additive to the sealant layer in contact with the barrier layer; provides a method for improving the insulating properties of a cell pouch including.

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. Exemplary embodiments of the present invention are described in more detail through the following examples. Embodiments disclosed herein are illustrated for purposes of explanation only, and embodiments of the present invention may be implemented in various forms and should not be construed as being limited to the embodiments described herein.

아래 실시예 및 비교예 파우치에서 공통되는 구성으로서 최외층 PET 12㎛, 외층 NY(나일론) 15㎛, 배리어층 Al 40㎛, 내층인 실란트 필름 50㎛로 구성하였다.As a configuration common to the pouches of Examples and Comparative Examples below, the outermost layer of PET was 12 μm, the outer layer of NY (nylon) was 15 μm, the barrier layer of Al was 40 μm, and the sealant film of the inner layer was 50 μm.

[실험 1][Experiment 1]

비교예 1 구성Comparative Example 1 Configuration

도 3a에 도시된 바와 같이, 비교예 1에서는 제1 스킨층 고분자 구성은 랜덤(Random) PP, 터(Ter) PP, 블록(Block) PP로 구성하고 EPR(에틸렌프로필렌고무) 계 엘라스토머를 해당 제1 스킨층 전체 조성물 중 총 15중량%로 첨가하였다. 무기계 첨가제는 사용하지 않았다.As shown in FIG. 3A, in Comparative Example 1, the polymer composition of the first skin layer is composed of random PP, ter PP, and block PP, and EPR (ethylene propylene rubber)-based elastomer is used as the corresponding agent. One skin layer was added in a total of 15% by weight of the total composition. No inorganic additives were used.

코어층에서는 블록 PP로 구성하고 EPR(에틸렌프로필렌고무) 계 엘라스토머를 첨가하였다. The core layer was composed of block PP and EPR (ethylene propylene rubber)-based elastomer was added.

제2 스킨층에서는 제1 스킨층과 동일하게 구성하였다. 제1 스킨층, 코어층, 제2 스킨층에서 엘라스토머 함량은 스킨층 양쪽을 동일하게 15중량%로 처방하고, 코어층은 50중량%를 처방하였다. The second skin layer was configured in the same way as the first skin layer. The elastomer content in the first skin layer, the core layer, and the second skin layer was equally prescribed at 15% by weight on both sides of the skin layer, and 50% by weight in the core layer.

비교예 2 구성Comparative Example 2 Configuration

도 3b에 도시된 바와 같이, 비교예 2에서는 제1스킨층을 랜덤(Random) PP, 터(Ter) PP, 블록(Block) PP로 구성하고 EPR(에틸렌프로필렌고무) 계 엘라스토머를 해당 제1 스킨층 전체 조성물 중 총 40중량%로 사용하여 구성하였다. 제1스킨층에 무기 첨가제(Zeolite)를 11중량% 첨가하였다.As shown in FIG. 3B, in Comparative Example 2, the first skin layer was composed of Random PP, Ter PP, and Block PP, and EPR (ethylene propylene rubber)-based elastomer was used as the first skin layer. It was constituted by using a total of 40% by weight of the total composition of the layer. 11% by weight of an inorganic additive (Zeolite) was added to the first skin layer.

코어층은 호모 PP와 블록 PP를 함께 사용하고, 엘라스토머를 해당 코어층 전체 조성물 중 총 15중량%로 사용하였다. For the core layer, both homo PP and block PP were used, and the elastomer was used in a total of 15% by weight of the total composition of the core layer.

제2 스킨층은 호모 PP와 블록 PP를 함께 사용하고, 엘라스토머를 해당 제2 스킨층 전체 조성물 중 총 5중량%로 사용하였다.For the second skin layer, both homo PP and block PP were used, and the elastomer was used in a total amount of 5% by weight of the total composition of the second skin layer.

실시예 1 구성Example 1 Configuration

도 3c에 도시된 바와 같이, 실시예 1에서는 제1스킨층을 랜덤(Random) PP, 터(Ter) PP, 블록(Block) PP로 구성하고, EPR(에틸렌프로필렌고무) 계 엘라스토머를 해당 제1 스킨층 전체 조성물 중 총 40중량%로 첨가하였다. 무기 첨가제(Zeolite)를 제1 스킨층 전체 조성물 중 5 중량%로 구성하였다. As shown in FIG. 3C, in Example 1, the first skin layer is composed of Random PP, Ter PP, and Block PP, and EPR (ethylene propylene rubber)-based elastomer is used in the first skin layer. It was added in a total of 40% by weight of the total composition of the skin layer. The inorganic additive (Zeolite) was composed of 5% by weight of the total composition of the first skin layer.

코어층 및 제2 스킨층은 비교예 2와 동일하게 구성하였다.The core layer and the second skin layer were configured in the same manner as in Comparative Example 2.

열접착 강도heat seal strength

열접착 강도는 UTM 측정기(일본, SHIMADZU 사의 AGS-1kNX 모델)를 사용하여 열접착기 200도 2sec 30kgf 하중을 가하여, 열 접착강도를 측정하였다. Thermal bonding strength was measured using a UTM measuring device (AGS-1kNX model manufactured by SHIMADZU, Japan) by applying a load of 30 kgf at 200 degrees for 2 sec to the thermal bonding machine.

투습도moisture permeability

실링 필름 자체의 투습도 테스트는 미국 MOCON사의 투습도 측정 장비 (PEMATRAN_W 3/33 MA 모델)를 이용하여 측정하였다. The moisture permeability test of the sealing film itself was measured using a moisture permeability measuring device (PEMATRAN_W 3/33 MA model) from MOCON, USA.

절연저항Insulation Resistance

절연저항은 DUMMY CELL 제조 후 500V 전압을 Al층에 인가하여 미국 Megger사의 절연저항 측정 장비를 이용하여 측정하였다. Insulation resistance was measured by applying a 500V voltage to the Al layer after manufacturing the DUMMY CELL and using an insulation resistance measuring device from Megger, USA.

고온 절연저항은 DUMMYCELL 제조 후 상온에 1일 숙성하고 5일간 방치했을 때 셀이 불산 가스(Gas)로 인해 파괴된 갯수로 측정하였다. The high-temperature insulation resistance was measured by the number of cells destroyed by hydrofluoric acid gas when the DUMMYCELL was aged for 1 day at room temperature and left for 5 days after manufacturing the DUMMYCELL.

이상의 테스트 결과를 하기 표 1에 표시하였다.The above test results are shown in Table 1 below.

항목Item 단위unit 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 실시예 1
(엘라스토머+
무기계 첨가제)
Example 1
(Elastomer+
inorganic additives)
무기계 첨가제inorganic additives wt%wt% 0wt%0wt% 11wt%
(10%초과)
11wt%
(more than 10%)
5wt%5wt%
열접착강도
(하중)
Thermal bonding strength
(weight)
N/15mmN/15mm 80N80N 110N110N 100N100N
투습도moisture permeability mg/cc.daymg/cc.day 9.09.0 6.56.5 7.07.0 성형성formability mmmm 1010 N.G (6이하)N.G (below 6) 1010 절연
저항
Isolation
resistance
상온normal temperature 10개 중 N.G
(1G이하)
개수
NG out of 10
(less than 1G)
Count
8/108/10 1/101/10 1/101/10
고온High temperature 10/1010/10 7/107/10 2/102/10

*N.G: Not Good*N.G: Not Good

이상에서와 같이, 본 발명의 실시예의 경우 비교예 1과 달리 투습도 및 절연저항 특성이 좋아지는 것을 확인 할 수 있었다. 즉, 필름 자체의 투습도 측정 결과 실란트 필름의 배리어 특성(투습도)이 우수한 것을 확인 할 수 있었다. 투습도는 실시예1과 비교예 2 모두 양호하였으나, 셀 내부의 수분으로 인한 고온 절연저항 평가에서는 특히 실시예 1이 가장 우수하였다. 한편, 무기계 첨가제 함량이 10wt% 초과 할 경우 성형성이 6mm (max forming depths) 이하로 측정되어 제품화 수준의 성형성이 나오지 않게 된다. As described above, in the case of the embodiment of the present invention, unlike Comparative Example 1, it was confirmed that the moisture permeability and insulation resistance characteristics were improved. That is, as a result of measuring the moisture permeability of the film itself, it was confirmed that the sealant film had excellent barrier properties (water vapor transmission rate). The moisture permeability was good in both Example 1 and Comparative Example 2, but Example 1 was particularly excellent in the evaluation of high-temperature insulation resistance due to moisture inside the cell. On the other hand, when the content of inorganic additives exceeds 10wt%, the moldability is measured as 6mm (max forming depths) or less, and the moldability at the commercialization level is not obtained.

이상 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. Although non-limiting and exemplary implementations of the present invention have been described above, the technical idea of the present invention is not limited to the accompanying drawings or the above description. It is obvious to those skilled in the art that various types of modifications are possible within the scope of the technical spirit of the present invention, and also, these types of modifications will fall within the scope of the claims of the present invention.

Claims (14)

2층 이상의 다층 구조의 실란트 층을 가지는 실란트 필름으로서,
각 실란트 층의 엘라스토머 함량이 상이하고, 배리어층과 접하는 실란트 층에 무기계 첨가제가 함유된 것을 특징으로 하는 셀파우치용 실란트 필름.
A sealant film having a sealant layer having a multilayer structure of two or more layers,
A sealant film for a cell pouch, characterized in that each sealant layer has a different elastomer content and an inorganic additive is contained in the sealant layer in contact with the barrier layer.
제 1 항에 있어서,
상기 실란트 필름은 배리어층과 접하는 제1 스킨층인 실란트층, 코어층인 실란트층 및 전해액과 접하는 제2 스킨층인 실란트층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 셀파우치용 실란트 필름.
According to claim 1,
The sealant film is a sealant film for a cell pouch, characterized in that composed of a sealant layer as a first skin layer in contact with the barrier layer, a sealant layer as a core layer, and a sealant layer as a second skin layer in contact with the electrolyte.
제 2 항에 있어서,
제1 스킨층의 엘라스토머 함량은 코어층의 엘라스토머 함량보다 많고,
코어층의 엘라스토머 함량은 제2 스킨층의 엘라스토머 함량보다 많은 것을 특징으로 하는 셀파우치용 실란트 필름.
According to claim 2,
The elastomer content of the first skin layer is greater than the elastomer content of the core layer,
A sealant film for a cell pouch, characterized in that the elastomer content of the core layer is greater than the elastomer content of the second skin layer.
제 3 항에 있어서,
코어층은 호머 PP를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀파우치용 실란트 필름.
According to claim 3,
The core layer is a sealant film for a cell pouch, characterized in that it comprises Homer PP.
제 4 항에 있어서,
제1 스킨층은 랜덤 PP, 터(Ter) PP 및 블록 PP를 포함하고,
코어층은 호머 PP 및 블록 PP를 포함하고,
제2 스킨층은 호머 PP 및 블록 PP를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀파우치용 실란트 필름.
According to claim 4,
The first skin layer includes random PP, Ter PP, and block PP,
The core layer includes Homer PP and block PP,
The second skin layer is a sealant film for a cell pouch, characterized in that it comprises Homer PP and block PP.
제 5 항에 있어서,
제1 스킨층은 엘라스토머를 제1 스킨층 조성물 총 중량에 대하여 40 내지 70중량%로 포함하고, 상기 무기계 첨가제를 제1 스킨층 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 10중량%로 포함하며,
코어층은 엘라스토머를 코어 층 조성물 총 중량에 대하여 10 내지 40중량%로 포함하고,
제2 스킨층은 엘라스토머를 제2 스킨층 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 10중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 셀파우치용 실란트 필름.
According to claim 5,
The first skin layer includes 40 to 70% by weight of an elastomer based on the total weight of the first skin layer composition, and 1 to 10% by weight of the inorganic additive based on the total weight of the first skin layer composition,
The core layer contains an elastomer in an amount of 10 to 40% by weight based on the total weight of the core layer composition,
The sealant film for a cell pouch, characterized in that the second skin layer contains an elastomer in an amount of 1 to 10% by weight based on the total weight of the second skin layer composition.
제 1 항에 있어서,
상기 무기계 첨가제는 CaCO3, BaSO4, TiO2, 제올라이트(Zeolite), 실리카(Silica)로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 셀파우치용 실란트 필름.
According to claim 1,
The inorganic additive is a sealant film for a cell pouch, characterized in that at least one selected from the group consisting of CaCO 3 , BaSO 4 , TiO 2 , zeolite, and silica.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 실란트 필름을 포함하는 셀 파우치.
A cell pouch comprising the sealant film of any one of claims 1 to 7.
제 8 항에 있어서,
상기 셀 파우치는 나일론 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 중 하나 이상을 포함하는 외층, 알루미늄을 포함하는 배리어층 및 상기 실란트 필름을 포함하는 셀 파우치.
According to claim 8,
The cell pouch includes an outer layer containing at least one of nylon and polyethylene terephthalate (PET), a barrier layer containing aluminum, and the sealant film.
제 8 항의 셀 파우치로 외장된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
A secondary battery characterized in that it is exteriorized with the cell pouch of claim 8.
제 10 항에 있어서,
상기 이차 전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
According to claim 10,
The secondary battery, characterized in that the secondary battery is a lithium secondary battery.
제 10 항에 있어서,
상기 이차 전지는 전기 자동차 또는 에너지 저장 장치 용인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
According to claim 10,
The secondary battery, characterized in that for an electric vehicle or an energy storage device.
제 8 항의 셀 파우치 제조 방법에 있어서,
2층 이상의 다층 구조의 실란트 층을 가지도록 셀 파우치 실란트 필름을 제조하되, 각 실란트 층의 엘라스토머 함량이 상이하도록 하고, 배리어층과 접하는 실란트 층에 무기계 첨가제를 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 파우치 제조 방법.
In the cell pouch manufacturing method of claim 8,
manufacturing a cell pouch sealant film to have two or more multi-layered sealant layers, making the elastomer content of each sealant layer different, and providing an inorganic additive to the sealant layer in contact with the barrier layer; A method for manufacturing a cell pouch.
셀 파우치의 고온 절연 저항 향상 방법으로서,
2층 이상의 다층 구조의 실란트 층을 가지도록 셀 파우치 실란트 필름을 제조하되, 각 실란트 층의 엘라스토머 함량이 상이하도록 하고, 배리어층과 접하는 실란트 층에 무기계 첨가제를 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 파우치의 절연 특성 향상 방법.
A method for improving the high temperature insulation resistance of a cell pouch,
manufacturing a cell pouch sealant film to have two or more multi-layered sealant layers, making the elastomer content of each sealant layer different, and providing an inorganic additive to the sealant layer in contact with the barrier layer; A method for improving the insulation properties of a cell pouch.
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