KR20240000780A - 이차전지용 알루미늄 파우치 필름 및 이의 제조방법 - Google Patents
이차전지용 알루미늄 파우치 필름 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 배리어층; 상기 배리어층의 제1 표면에 적층되는 기능성 코팅층; 및 상기 배리어층의 제2 표면에 적층되는 최내층;을 포함하고, 상기 기능성 코팅층은 수지 및 기능성 첨가제를 포함하는 이차전지용 알루미늄 파우치 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 이차전지용 알루미늄 파우치 필름 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래에 사용되는 파우치 필름에 비하여 박막화 및 다양한 기능성을 부여하는 이차전지용 알루미늄 파우치 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 다양한 전자 및 전기 제품의 전원을 공급하기 위해 사용되는 전기화학적 디바이스인 이차전지는 보통 리튬 이차전지를 지칭하는 것으로, 고분자 폴리머 전해질을 갖고, 리튬이온의 이동으로 전류를 발생시키는 전지를 말하며, 이러한 이차전지를 보호하기 위하여 포장하는 외장재로서 폴리머와 금속을 적층시킨 파우치 필름이 사용된다. 이러한 이차전지용 파우치 필름은 전극 조립체와 후속 공정에 의하여 내부로 충진된 전해액으로 이루어지는 전지 셀(Cell)을 보호하고, 셀의 전기화학적 성질 등을 안정적으로 유지하기 위하여 알루미늄 박막이 개재된 형태로 구성되며, 상기 전지 셀을 외부의 충격으로부터 보호하기 위하여 상기 알루미늄 박막에 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET)필름, 나일론(Nylon)필름 등이 외부수지층으로 형성된다.
파우치 필름은 배리어층의 외주면 부분에서 상부 필름과 하부 필름이 열융착 등에 의하여 접합되는데, 상부 필름의 하면과 하부 필름의 상면 사이에는 상호 계면 간의 접착을 위하여 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 등의 열가소성 폴리올레핀 또는 이들의 공중합체에 의한 접착층이 형성된다.
파우치 필름은 일반적으로 전해액과 직접 접촉하는 내부수지층, 제2 접착층, 알루미늄층, 제1 접착층 그리고 외부와 직접적으로 만나는 외부수지층의 순서를 가지는 소정의 층상의 구조로 이루어진다.
상기의 구조로 이루어지는 파우치형 이차전지는 다양한 환경하에서 여러가지 이유로 손상을 입을 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 조립체를 상기 파우치 내부에 수납하는 과정에서 전극 탭이나 전극 리드 등의 돌출 부위가 파우치 내부층에 크랙(crack) 등의 손상을 주게 되고, 이러한 손상에 의해 상기 알루미늄층이 노출될 수 있다.
또한, 파우치 필름을 히트 실링(Heat Sealing)하는 경우에는 외부에서 열이 가해지게 되는데, 이러한 열에 의해 미세한 핀홀(Pin-Hole)이 발생하거나 손상을 입어 내부 접착층에 크랙이 발생하여 상기 알루미늄층이 전해액 등에 노출될 수 있다.
상기 이유뿐만 아니라 낙하, 충격, 압력 또는 압착 등에 의해서도 얇은 박막 형태로 구성되는 접착층이 손상을 입게 될 수 있으며, 손상된 부위를 통하여 알루미늄층이 전해액 등에 노출되게 된다.
이렇게 전해액에 노출된 알루미늄층은 전지 내부로 침투 또는 확산된 전해액이 산소 또는 수분과 화학 반응을 일으키게 되어 부식될 수 있으며, 이를 통해 부식성 가스가 발생하여 전지 내부를 팽창시키는 스웰링(swelling) 현상이 발생하게 되는 문제점을 안고 있다.
보다 상세하게는, LiPF6가 물 및 산소와 반응하여 부식성 가스인 플루오르화수소산(HF)이 생성될 수 있다. 이러한 플루오르화수소산은 알루미늄과 반응하여 급격한 발열 반응을 일으킬 수도 있으며, 2차 반응으로 알루미늄 표면으로 흡착되어 조직 내부로 침투하게 되면 조직의 취성이 증가하여 미세 충격에도 파우치 필름의 크랙이 발생 가능하며 이때, 전해액의 누액으로 인해 리튬과 대기가 반응하여 발화가 발생할 수 있다.
따라서, 상기와 같이 부식성 플루오르화수소산이 생성되더라도 중심부의 알루미늄과 접촉을 방지하기 위하여, 다양한 알루미늄 표면개질 기술이 연구되고 있다. 알루미늄 표면개질 기술로는 열처리를 하거나, 기타 화성처리, 졸겔 코팅, 프라이머 처리, 코로나, 플라즈마 등의 처리 등을 들 수 있다.
그러나, 최근 이차전지의 용량이 점차 대용량화 되고 있는 추세이기 때문에, 알루미늄의 표면 개질만으로는 상기와 같은 문제점을 해결하는 것에는 한계가 있어, 내화학성, 내구성, 내전해액성 및 성형성이 뛰어난 이차전지용 알루미늄 파우치 필름에 대한 필요성이 지속적으로 대두되고 있다.
또한 최근 이차전지는 전부터 연구가 진행되어 온 전기자동차 산업뿐만 아니라 조선, 항공산업 등에도 적용범위를 넓혀가며 대용량화된 이차전지를 적용하기 위한 연구개발이 활발하게 이루어지고 있다.
일반적으로, 이차전지의 용량을 증대시킬 수 있는 요소로서 파우치 필름의 박막화가 있다. 즉, 이차전지의 포장재인 파우치 필름의 두께가 얇을수록 이차전지의 용량을 증대시킬 수 있다. 그러나, 종래의 파우치 필름은 외층필름 및 이를 접착시키기 위한 외층접착제를 포함하고, 상기 외층필름은 일반적으로 15 내지 30 ㎛의 두께를 가지고, 상기 외층접착제는 일반적으로 3 내지 5 ㎛의 두께를 가지므로, 파우치 필름의 박막화를 위한 두께 조절에 한계가 있다. 따라서, 외층필름을 포함하는 파우치필름의 경우, 파우치 필름의 박막화의 어려움이 있다. 또한, 외층필름에 사용되는 수지는 주로 폴리에스테르 수지나 폴리아마이드 수지가 사용되는데, 상기 외층필름에 사용되는 필름 형태의 상기 수지들은 다른 기능성을 추가로 부여하기 어려운 문제점이 있다.
이를 극복하기 위하여, 파우치형 이차전지의 박막화 및 다양한 기능성을 부여하는 파우치 필름에 대한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 파우치 필름의 박막화 및 이로 인한 전지의 용량을 증대시키고, 다양한 기능성을 부여하는 이차전지용 알루미늄 파우치 필름 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 배리어층; 상기 배리어층의 제1 표면에 적층되는 기능성 코팅층; 및 상기 배리어층의 제2 표면에 적층되는 최내층;을 포함하고, 상기 기능성 코팅층은 수지 및 기능성 첨가제를 포함하는 이차전지용 알루미늄 파우치 필름을 제공한다.
또한, 상기 배리어층과 상기 최내층 사이에 접착층을 더 포함하는 것인 이차전지용 알루미늄 파우치 필름을 제공한다.
또한, 상기 수지는 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 아미노계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리올계 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 이차전지용 알루미늄 파우치 필름을 제공한다.
또한, 상기 기능성 첨가제는 고경도제, 고내열제, 내용제, 내화학제, 내오염제, 내마모제, 수분차단제, 산소차단제, 방열제, 대전방지제, 슬립제 및 난연제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 이차전지용 알루미늄 파우치 필름을 제공한다.
또한, 상기 배리어층은 적어도 하나 이상의 화성처리층을 더 포함하는 것인 이차전지용 알루미늄 파우치 필름을 제공한다.
또한, 상기 화성처리층은 인산크로메이트 처리에 의해 형성되는 것인 이차전지용 알루미늄 파우치 필름을 제공한다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, (S1) 배리어층을 준비하는 단계; (S2) 상기 배리어층의 제1 표면에 기능성 코팅층을 형성하는 단계; 및 (S3) 상기 배리어층의 제2 표면에 최내층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 기능성 코팅층은 수지 및 기능성 첨가제를 포함하는 이차전지용 알루미늄 파우치 필름의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 (S1)에서, 상기 배리어층의 적어도 하나 이상의 표면에 화성처리층을 형성하는 단계를 더 포함하는 이차전지용 알루미늄 파우치 필름의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 화성처리층은 인산크로메이트 처리에 의해 형성되는 이차전지용 알루미늄 파우치 필름의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 이차전지용 알루미늄 파우치 필름은 필름의 박막화로 인해 이차전지의 용량이 증대되고, 다양한 기능성 첨가제로 인해 파우치 필름이 다양한 기능을 가질 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 알루미늄 파우치 필름의 구조를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다. 또한, 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 각 구성 요소의 크기나 두께는 설명의 편의를 위해 과장되어 있을 수 있다.
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은, 이차전지용 알루미늄 파우치 필름을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 알루미늄 파우치 필름의 구조를 나타낸 것이다.
이하 본 발명의 이차전지용 알루미늄 파우치 필름의 각 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
배리어층 (10)
본 발명의 이차전지 포장재용 필름에 있어, 배리어층(10)은 상기 외부로부터 산소 또는 수분 등의 침투를 방지하기 위한 층이고, 상기 배리어층에 사용되는 금속박막의 재질은 알루미늄 또는 알루미늄의 합금이 적당하다. 알루미늄의 합금에는 순수한 알루미늄에 다양한 금속 및 비금속을 첨가한 합금 또는 스텐레스 합금을 사용할 수 있다. 알루미늄층은 바람직하게는 연질의 알루미늄 박을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 알루미늄 박의 성형성을 부여시키기 위해, 철이 함유된 알루미늄 박을 사용한다. 상기 알루미늄 박은 순도가 높은 계열이 가공성이 우수하므로 1000번 또는 8000번대의 알루미늄 합금 박이 바람직하다. 또한, 상기 알루미늄 기재는 선택적으로 실리콘, 붕소, 게르마늄, 비소, 안티몬, 구리, 마그네슘, 망간, 아연, 리튬, 철, 크롬, 바나듐, 티타늄, 비스무스, 칼륨, 주석, 납, 지르코늄, 니켈, 코발트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 원소를 포함하는 합금일 수 있다. 상기 철을 함유하는 알루미늄 박에 있어서, 전체 알루미늄 박의 중량 100에 대하여, 바람직하게는 0.1 내지 9.0 중량%를 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는, 0.5 내지 2.0 중량%를 포함할 수 있다. 상기 알루미늄 박의 철의 함유량이 0.1 중량% 미만이 되면, 알루미늄층의 연성이 떨어지게 되고, 9.0 중량%를 초과하여 함유하게 되면 성형성이 떨어지는 문제점이 발생한다. 알루미늄 층에 사용하는 알루미늄 박은, 최내층과의 접착성 향상을 위해, 표면을 에칭 또는 탈지를 실시하는 것이 가능하나, 공정 속도의 절감을 위하여는 생략할 수 있다. 상기 알루미늄층은 외부로부터 전지의 내부에 가스 및 수증기가 침투하는 것을 방지하기 위한 것으로, 알루미늄 박막의 핀홀, 및 가공적성(파우치화, 엠보스 형성)이 없는 것이 필요하다. 두께는 가공성, 산소 및 수분 차단 특성 등을 고려하여 10 내지 100 ㎛인 것이 바람직하며, 30 내지 60 ㎛인 것이 더욱 바람직하다. 상기 범위를 만족하지 않는 경우, 10 ㎛ 미만이면 쉽게 찢어 지며, 내전해성 및 절연성이 떨어지게 되고, 100 ㎛를 초과하면 성형성이 떨어지는 문제점이 있다.
기능성 코팅층(20)
본 발명의 이차전지 포장재용 필름에 있어, 기능성 코팅층(20)은 하드웨어와 직접 맞닿는 부위로서, 외부 접촉으로부터 배리어층을 보호하는 역할을 한다. 종래에는, 배리어층의 상부에 외층필름을 적층할 경우, 상기 외층필름과 배리어층 사이에 일정 두께의 외층접착제가 포함되는데, 이는 이차전지용 파우치 필름의 박막화가 어려운 원인 중 하나이다. 이에, 본 발명자는 이차전지용 파우치 필름에서, 상기 외층필름 및 외층접착제 대신 상기 기능성 코팅층을 적층함으로써, 박막화 및 다양한 기능성이 부여된 파우치 필름을 완성하였다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기능성 코팅층(20)은 수지 및 기능성 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 기능성 코팅층은 첨가제의 종류에 따라 파우치 필름에 부여되는 기능이 다양할 수 있다.
상기 수지는 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계수지, 아미노계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리올계 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로는, 상기 수지는 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 아미노계 수지, 폴리카보네이트계 수지 또는 폴리올계 수지의 성분을 1종류 단독으로 사용하여도 되고, 또한 2종류 이상을 조합하여 사용하여도 된다. 2종류 이상의 성분의 조합 형태에 대해서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 그 성분으로서, 폴리우레탄계 수지와 에폭시계 수지의 혼합 수지, 폴리우레탄계 수지와 아크릴계 수지의 혼합 수지, 에폭시계 수지와 아크릴계 수지의 혼합 수지 등을 들 수 있다.
상기 기능성 첨가제는 고경도제, 고내열제, 내용제, 내화학제, 내오염제, 내마모제, 수분차단제, 산소차단제, 방열제, 대전방지제, 슬립제(slip agent) 및 난연제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 기능성 첨가제의 함량은 기능성 코팅층 총 중량 기준 0.01 중량% 내지 10.0 중량%를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기능성 첨가제의 함량은 0.01 중량% 이상, 0.05 중량% 이상, 0.10 중량% 이상, 0.15 중량% 이상, 0.20 중량% 이상, 0.25 중량% 이상, 0.30 중량% 이상, 0.35 중량% 이상, 0.40 중량% 이상, 0.45 중량% 이상, 0.50 중량% 이상, 0.55 중량% 이상, 0.60 중량% 이상, 0.65 중량% 이상, 0.70 중량% 이상, 0.75 중량% 이상, 0.80 중량% 이상, 0.85 중량% 이상, 0.90 중량% 이상, 0.95 중량% 이상, 1.0 중량% 이상이거나, 10.0 중량% 이하, 9.5 중량% 이하, 9.0 중량% 이하, 8.5 중량% 이하, 8.0 중량% 이하, 7.5 중량% 이하, 7.0 중량% 이하, 6.5 중량% 이하, 6.0 중량% 이하, 5.5 중량% 이하, 5.0 중량% 이하, 4.5 중량% 이하, 4.0 중량% 이하, 3.5 중량% 이하, 3.0 중량% 이하일 수 있다. 상기 기능성 첨가제의 함량이 1 중량% 미만일 경우, 기능성 코팅층이 첨가제의 종류에 따른 기능성을 발현하지 못할 수 있고, 상기 기능성 첨가제의 함량이 40 중량% 초과일 경우, 파우치 필름의 형성이 어려울 수 있다.
상기 기능성 코팅층의 두께는 1.0 μm 내지 15.0 μm일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기능성 코팅층의 두께는 1.0 μm 이상, 1.5 μm 이상, 2.0 μm 이상, 2.5 μm 이상, 3.0 μm 이상, 3.5 μm 이상, 4.0 μm 이상, 4.5 μm 이상, 5.0 μm 이상이거나, 15.0 μm 이하, 14.5 μm 이하, 14.0 μm 이하, 13.5 μm 이하, 13.0 μm 이하, 12.5 μm 이하, 12.0 μm 이하, 11.5 μm 이하, 11.0 μm 이하, 10.5 μm 이하, 10.0 μm 이하일 수 있다. 상기 기능성 코팅층의 두께가 1.0 μm 미만인 경우, 외부 충격으로부터 파우치 필름 내의 단락이 발생하고, 수분 및 산소 차단성이 저하될 수 있고, 상기 기능성 코팅층의 두께가 15.0 μm 초과인 경우, 파우치 필름의 박막화가 어려워 전지의 용량이 저하될 수 있다.
최내층 (30)
본 발명의 이차전지용 알루미늄 파우치 필름에 있어서, 상기 최내층(30)은 전지의 조립 시에 최내층끼리 가열 융착되어 전지 소자를 밀봉하는 층이다.
상기 이차전지용 알루미늄 파우치 필름에 있어서, 상기 최내층(30)으로는 폴리에틸렌(polyethylene, PE) 또는 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 등의 폴리올레핀 또는 이들의 공중합체를 사용할 수 있다. 상기 최내층은 이에 특별히 제한되는 것은 아니며 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 외에도 에틸렌코폴리머, 프로필렌코폴리머, 폴리에스테르계, 폴리아마이드계, 폴리카보네이트계, 불소계, 실리콘계, 아크릴계, 에틸렌-프로필렌-다이엔-모노머 러버(EPDM) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 수지층으로 구성된다. 바람직하게는, 폴리올레핀계 수지층 또는 폴리부타디엔과 폴리올레핀의 혼합 수지층을 사용할 수 있다.
상기에서 사용하는 폴리올레핀의 구체적인 예로서는, 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 선상 저밀도 폴리에틸렌 등의 폴리에틸렌; 호모폴리프로필렌, 폴리프로필렌의 블록 공중합체(예를 들어 프로필렌과 에틸렌의 블록 공중합체), 폴리프로필렌의 랜덤 공중합체(예를 들어 프로필렌과 에틸렌의 랜덤 공중합체) 등의 폴리프로필렌; 에틸렌-부텐-프로필렌의 3원 공중합체; 등을 들 수 있다. 이들 폴리올레핀 중에서도, 바람직하게는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 들 수 있다.
상기 최내층에 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 또는 이들의 공중합체를 사용하는 경우, 양호한 히트 시일성, 방습성, 내열성 등의 이차전지용 포장재료로서 요구되는 물성을 갖을 뿐만 아니라 라미네이션 등의 가공성이 좋기 때문에 바람직하다. 상기 최내층의 고분자층의 두께는 성형성, 절연성 및 내전해액성 등을 고려하여 20 내지 100 ㎛ 인 것이 바람직하고, 30 내지 80 ㎛인 것이 보다 바람직하다. 상기 범위를 만족하지 않는 경우 성형성, 절연성 및 내전해액성이 떨어지게 되는 문제점이 발생할 수 있다.
접착층 (40)
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 알루미늄 파우치 필름의 구조를 나타낸 것이다.
도 2에서와 같이, 접착층(40)은 배리어층(10)과 최내층(30) 사이에 적층될 수 있고, 상기 접착층(40)은 최내층(30) 및 배리어층(10) 간의 밀착성을 높이는 층이다.
본 발명의 이차전지용 알루미늄 파우치 필름에 있어서, 상기 접착층(40)으로는 폴리우레탄, 산변성 폴리올레핀 수지 또는 에폭시 등을 사용할 수 있다. 상기 접착층에 사용되는 접착제의 구체적인 예로는 말레익 안하이드라이드 폴리프로필렌(MAHPP) 등일 수 있으나, 이들의 예로만 한정되는 것은 아니다.
상기 열접착성 올레핀계 수지의 예로는 폴리에틸렌, 에틸렌-α-올레핀 공중합체, 에틸렌-아크릴산 공중합체, 에틸렌-메타크릴산 공중합체, 에틸렌-아크릴산 에스테르 공중합체, 에틸렌-메타크릴산 에스테르 공중합체, 에틸렌 -아세트산 비닐 공중합체, 이오노머(ionomers), 폴리프로필렌, 무수말레인산 변성 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 및 프로필렌-1-부텐-에틸렌 공중합체 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 및 프로필렌-1-부텐-에틸렌 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 올레핀계 수지를 포함할 수 있다.
접착층의 형성에 사용되는 산변성 폴리올레핀이란, 폴리올레핀을 불포화 카르복실산으로 그래프트 중합하는 것 등에 의해 변성된 중합체이다. 산변성되는 폴리올레핀으로서는, 구체적으로는, 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 선상 저밀도 폴리에틸렌 등의 폴리에틸렌; 호모 폴리프로필렌, 폴리프로필렌의 블록 공중합체(예를 들어, 프로필렌과 에틸렌의 블록 공중합체), 폴리프로필렌의 랜덤 공중합체(예를 들어, 프로필렌과 에틸렌의 랜덤 공중합체) 등의 결정성 또는 비정질성의 폴리프로필렌; 에틸렌-부텐-프로필렌의 삼원공중합체 등을 들 수 있다. 이 폴리올레핀 중에서도, 내열성의 점에서, 바람직하게는 적어도 프로필렌을 구성 단량체로서 갖는 폴리올레핀, 더 바람직하게는, 에틸렌-부텐-프로필렌의 삼원공중합체 및 프로필렌-에틸렌의 랜덤 공중합체를 들 수 있다. 변성에 사용되는 불포화 카르복실산으로서는, 예를 들어 말레익산, 아크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 무수말레산, 무수이타콘산 등을 들 수 있다. 이 불포화 카르복실산 중에서도, 바람직하게는 말레익산, 무수말레익산을 들 수 있다. 산변성 폴리올레핀은, 1종류 단독으로 사용하여도 되고, 2 종류 이상을 조합하여 사용하여도 된다.
상기 접착층은 최내층과의 접착성 및 성형 후 두께 등을 고려하여 2 내지 10 ㎛인 것이 바람직하고, 3 내지 5 ㎛인 것이 보다 바람직하다. 상기 범위를 만족하지 않는 경우 2 ㎛ 미만인 경우에는 접착성이 떨어지며, 5 ㎛를 초과하는 경우에는 크랙이 발생하는 등의 문제점이 발생할 수 있다.
상기 접착층(100)에 최내층(30)과 배리어층(10)을 적층하는 경우, 특별한 제한은 없으나 바람직하게는 드라이 라미네이션법, 히트 라미네이션법, 압출 라미네이션법을 사용하여 라미네이트하여 적층할 수 있다.
화성처리층(50)
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 알루미늄 파우치 필름의 구조를 나타낸 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 배리어층(10)은 적어도 하나 이상의 화성처리층(50)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 화성처리라 함은 인산염, 크롬산염, 불화물, 트리아진티올 화합물 등의 내산성 피막을 형성하는 것을 말한다. 상기 화성처리층은 배리어층(10)과 기능성 코팅층(20) 사이 또는 배리어층(10)과 최내층(30) 사이의 디라미네이션을 방지할 수 있고, 이차전지의 전해질과 수분에 의한 반응에서 생성하는 불화수소에 의해 알루미늄표면의 용해, 부식, 특히 알루미늄의 표면에 존재하는 산화 알루미늄이 용해, 부식하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 알루미늄표면의 접착성(습윤성)을 향상시킬 수 있다.
상기 화성처리층(50)은 제1 화성처리층(51) 및 제2 화성처리층(52)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 배리어층(10)은 양면에 화성처리할 수 있다.
도 3에서와 같이, 제1 화성처리층(51)은 배리어층(10)과 기능성 수지층(20) 사이에 적층될 수 있고, 제2 화성처리층(52)은 배리어층(10)과 접착층(30) 사이에 적층될 수 있다.
이차전지용 알루미늄 파우치 필름의 제조방법
본 발명은 (S1) 배리어층을 준비하는 단계; (S2) 상기 배리어층의 제1 표면에 기능성 코팅층을 형성하는 단계; 및 (S3) 상기 배리어층의 제2 표면에 최내층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 기능성 코팅층은 수지 및 기능성 첨가제를 포함하는 이차전지용 알루미늄 파우치 필름의 제조방법을 제공한다.
(S1) 배리어층을 준비하는 단계
본 발명의 이차전지용 알루미늄 파우치 필름의 배리어층으로는 연질의 알루미늄 박을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 내핀홀성 및 냉간 성형시 연성을 더 부여시키기 위해서, 철을 포함하는 알루미늄 박을 사용할 수가 있다. 상기 철을 포함하는 알루미늄 박에 있어서, 철의 함유량은 전체 알루미늄 박 100 중량%에 대하여, 바람직하게는 0.1 내지 9.0 중량%를 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 2.0중량%를 포함할 수 있다. 상기 전체 알루미늄 박 100 중량%에 대한 철의 함유량이 0.1 중량% 미만으로 포함하면 알루미늄층의 연성이 떨어지게 되고, 9.0 중량%을 초과하여 포함하게 되면 성형성이 떨어지는 문제점이 생긴다.
상기 배리어층의 두께는 내핀홀성, 가공성, 산소 및 수분 차단 특성 등을 고려하여 10 내지 100㎛인 것이 바람직하며, 30 내지 60㎛인 것이 더욱 바람직하다. 상기 범위를 만족하지 않는 경우, 10㎛ 미만이면 쉽게 찢어지고 내전해액성 및 절연성이 떨어지게 되고, 100㎛를 초과하면 성형성이 안 좋아지는 문제점이 있다.
배리어층에 사용되는 알루미늄 박으로는, 미처리 알루미늄 박을 사용해도 되지만, 내전기분해액성 및 내전해액성 등을 부여하는 점에서 탈지 처리를 실시한 알루미늄 박을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 탈지 처리 방법으로 웨트 타입과 드라이 타입의 처리방법을 들 수 있다.
웨트 타입의 탈지 처리의 예로는 산탈지나 알칼리탈지 등을 들 수 있다. 산탈지에 사용하는 산으로서는, 예를 들면 황산, 초산, 인산, 불산 등의 무기산을 들 수 있는데, 상기 산은 1종 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다. 또한, 알루미늄 박의 에칭효과를 향상시키기 위해서, 필요한 경우 각종 금속염을 배합할 수도 있다. 알칼리탈지에 사용되는 알칼리로서는, 예를 들면 수산화나트륨 등의 강 알칼리를 들 수 있으며, 여기에 약 알칼리계나 계면활성제를 함께 배합한 것을 사용할 수도 있다.
드라이 타입의 탈지 처리의 예로는 알루미늄을 고온에서 소둔(annealing) 처리하는 공정으로, 탈지 처리를 행하는 방법을 들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (S1) 단계에서, 상기 배리어층의 적어도 하나 이상의 표면에 화성처리층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
하기 (S2) 및 (S3) 단계에서, 기능성 코팅층 및 최내층을 상기 배리어층의 일 표면에 적층하기 전에, 상기 배리어층(10)의 표면에, 화성처리를 실시해서 화성처리층(50)을 형성할 수 있다. 화성처리는, 배리어층(10)의 표면, 이면에 각각 따로 행한다. 예를 들면, 상기 인산크로메이트에 의한 화성처리는, 상기 물질의 용액을 로울 코팅 등의 방법에 의해, 배리어층 표면에 도포하고, 배리어층(알루미늄) 표면온도가 100~200℃에 도달하는 조건으로 해서 피막형성을 한다.
상기와 같이 배리어층의 적어도 하나 이상의 표면에 화성처리층을 형성한 후, 하기 (S2) 단계에서, 상기 화성처리를 실시한 배리어층(10)의 제1 표면에 기능성 수지층(20)을 적층하고, 하기 (S3) 단계에서, 상기 화성처리를 실시한 배리어층(10)의 제2 표면에 최내층(30)을 적층함으로써, 본 발명의 이차전지용 알루미늄 파우치 필름을 제조할 수 있다.
(S2) 상기 배리어층의 제1 표면에 기능성 코팅층을 형성하는 단계
본 발명의 이차전지용 알루미늄 파우치 필름의 배리어층(10)의 제1 표면에 기능성 코팅층(20)을 형성하는 단계에 있어서, 상기 기능성 코팅층(20)은 수지 및 기능성 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 기능성 코팅층(20)은 기능성 코팅액을 상기 배리어층(10)의 제1 표면 상에 코팅함으로써 형성될 수 있다. 상기 기능성 코팅액은 수지 및 기능성 첨가제를 포함한 용액일 수 있다.
상기 수지는 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계수지, 아미노계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리올계 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로는, 상기 수지는 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계수지, 아미노계 수지, 폴리카보네이트계 수지 또는 폴리올계 수지의 성분을 1종류 단독으로 사용하여도 되고, 또한 2종류 이상을 조합하여 사용하여도 된다. 2종류 이상의 성분의 조합 형태에 대해서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 그 성분으로서, 폴리우레탄계 수지와 에폭시계 수지의 혼합 수지, 폴리우레탄계 수지와 아크릴계 수지의 혼합 수지, 에폭시계 수지와 아크릴계 수지의 혼합 수지 등을 들 수 있다.
상기 기능성 첨가제는 고경도제, 고내열제, 내용제, 내화학제, 내오염제, 내마모제, 수분차단제, 산소차단제, 방열제, 대전방지제, 슬립제(slip agent) 및 난연제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 기능성 첨가제의 함량은 기능성 코팅층 총 중량 기준 0.01 중량% 내지 10.0 중량%를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기능성 첨가제의 함량은 0.01 중량% 이상, 0.05 중량% 이상, 0.10 중량% 이상, 0.15 중량% 이상, 0.20 중량% 이상, 0.25 중량% 이상, 0.30 중량% 이상, 0.35 중량% 이상, 0.40 중량% 이상, 0.45 중량% 이상, 0.50 중량% 이상, 0.55 중량% 이상, 0.60 중량% 이상, 0.65 중량% 이상, 0.70 중량% 이상, 0.75 중량% 이상, 0.80 중량% 이상, 0.85 중량% 이상, 0.90 중량% 이상, 0.95 중량% 이상, 1.0 중량% 이상이거나, 10.0 중량% 이하, 9.5 중량% 이하, 9.0 중량% 이하, 8.5 중량% 이하, 8.0 중량% 이하, 7.5 중량% 이하, 7.0 중량% 이하, 6.5 중량% 이하, 6.0 중량% 이하, 5.5 중량% 이하, 5.0 중량% 이하, 4.5 중량% 이하, 4.0 중량% 이하, 3.5 중량% 이하, 3.0 중량% 이하일 수 있다. 상기 기능성 첨가제의 함량이 1 중량% 미만일 경우, 기능성 코팅층이 첨가제의 종류에 따른 기능성을 발현하지 못할 수 있고, 상기 기능성 첨가제의 함량이 40 중량% 초과일 경우, 파우치 필름의 형성이 어려울 수 있다.
상기 기능성 코팅층의 두께는 1.0 μm 내지 15.0 μm일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기능성 코팅층의 두께는 1.0 μm 이상, 1.5 μm 이상, 2.0 μm 이상, 2.5 μm 이상, 3.0 μm 이상, 3.5 μm 이상, 4.0 μm 이상, 4.5 μm 이상, 5.0 μm 이상이거나, 15.0 μm 이하, 14.5 μm 이하, 14.0 μm 이하, 13.5 μm 이하, 13.0 μm 이하, 12.5 μm 이하, 12.0 μm 이하, 11.5 μm 이하, 11.0 μm 이하, 10.5 μm 이하, 10.0 μm 이하일 수 있다. 상기 기능성 코팅층의 두께가 1.0 μm 미만인 경우, 외부 충격으로부터 파우치 필름 내의 단락이 발생하고, 수분 및 산소 차단성이 저하될 수 있고, 상기 기능성 코팅층의 두께가 15.0 μm 초과인 경우, 파우치 필름의 박막화가 어려워 전지의 용량이 저하될 수 있다.
상기 기능성 코팅층을 배리어층에 적층하는 경우, 특별한 제한은 없으나 바람직하게는 드라이 라미네이션법, 압출 라미네이션법을 사용하여 라미네이트하여 기능성 코팅층을 상기 배리어층의 제1 표면에 적층할 수 있다
(S3) 상기 배리어층의 제2 표면에 최내층을 형성하는 단계
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이차전지용 알루미늄 파우치 필름의 제조방법은 (S3) 상기 배리어층(10)의 제2 표면에 최내층(30)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 (S3) 단계에서, 상기 배리어층(10)의 일면에 접착층(40)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 배리어층(10)과 최내층(30)을 접착하는 접착층으로는 폴리우레탄, 산변성 폴리올레핀 수지 또는 에폭시 등을 사용할 수 있으며, 구체적인 예로는 말레익 안하이드라이드 폴리프로필렌(MAHPP) 등을 사용할 수 있다.
상기 접착층은 최내층과의 접착성 및 성형후 두께 등을 고려하여 2 내지 10 ㎛인 것이 바람직하고, 3 내지 5 ㎛인 것이 보다 바람직하다. 상기 범위를 만족하지 않는 경우 2 ㎛ 미만인 경우에는 접착성이 떨어지며, 10 ㎛를 초과하는 경우에는 크랙이 발생하는 등의 문제점이 발생할 수 있다.
상기 최내층을 배리어층에 적층하는 경우, 특별한 제한은 없으나 바람직하게는 드라이 라미네이션법, 압출 라미네이션법을 사용하여 라미네이트하여 최내층을 적층할 수 있다.
10:
배리어층
20: 기능성 코팅층
30: 최내층
40: 접착층
50: 화성처리층
51: 제1 화성처리층
52: 제2 화성처리층
20: 기능성 코팅층
30: 최내층
40: 접착층
50: 화성처리층
51: 제1 화성처리층
52: 제2 화성처리층
Claims (11)
- 배리어층;
상기 배리어층의 제1 표면에 적층되는 기능성 코팅층; 및
상기 배리어층의 제2 표면에 적층되는 최내층;을 포함하고,
상기 기능성 코팅층은 수지 및 기능성 첨가제를 포함하는 것인, 이차전지용 알루미늄 파우치 필름. - 제1항에 있어서,
상기 배리어층과 상기 최내층 사이에 접착층을 더 포함하는 것인, 이차전지용 알루미늄 파우치 필름. - 제1항에 있어서,
상기 수지는 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계수지, 아미노계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리올계 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인, 이차전지용 알루미늄 파우치 필름. - 제1항에 있어서,
상기 기능성 첨가제는 고경도제, 고내열제, 내용제, 내화학제, 내오염제, 내마모제, 수분차단제, 산소차단제, 방열제, 대전방지제, 슬립제 및 난연제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인, 이차전지용 알루미늄 파우치 필름. - 제1항에 있어서,
상기 배리어층은 적어도 하나 이상의 화성처리층을 더 포함하는 것인, 이차전지용 알루미늄 파우치 필름. - 제5항에 있어서,
상기 화성처리층은 제1 화성처리층 및 제2 화성처리층을 포함하는 것인, 이차전지용 알루미늄 파우치 필름. - 제5항에 있어서,
상기 화성처리층은 인산크로메이트 처리에 의해 형성되는 것인, 이차전지용 알루미늄 파우치 필름. - (S1) 배리어층을 준비하는 단계;
(S2) 상기 배리어층의 제1 표면에 기능성 코팅층을 형성하는 단계; 및
(S3) 상기 배리어층의 제2 표면에 최내층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 기능성 코팅층은 수지 및 기능성 첨가제를 포함하는 것인, 이차전지용 알루미늄 파우치 필름의 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 (S3)에서, 상기 배리어층의 일면에 접착층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것인, 이차전지용 알루미늄 파우치 필름의 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 (S1)에서, 상기 배리어층의 적어도 하나 이상의 표면에 화성처리층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것인, 이차전지용 알루미늄 파우치 필름의 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 화성처리층은 인산크로메이트 처리에 의해 형성되는 것인, 이차전지용 알루미늄 파우치 필름의 제조방법.
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