KR20240064556A - 경량화 및 안정성이 우수한 이차전지 파우치 필름과 그 설계 방법, 이를 이용한 이차전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

경량화 및 안정성이 우수한 이차전지 파우치 필름과 그 설계 방법, 이를 이용한 이차전지 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

이차전지 파우치 필름으로서, 적어도 외층, 배리어층, 실란트층이 순차적으로 적층된 것이고, 이차전지 필름의 단위 부피당 무게가 1.45 mg/mm3 초과, 1.6 mg/mm3 미만인, 이차전지 파우치 필름 및 그 설계 방법, 이를 이용한 이차 전지 및 그 제조 방법이 개시된다. 이와 같이 이차전지 파우치 필름의 단위 부피 당 중량과 나아가 성형 시 사용된 파우치 무게를 조절하여 매우 손쉽게 이차전지 파우치 필름의 신뢰성 및 안전성을 확보하면서도 경량화가 최대화되도록 할 수 있다. 이러한 이차전지 파우치 필름은 특히 경량화와 신뢰성, 안전성이 요구되는 중대형 이차전지 특히 전기자동차용 이차전지의 파우치 제조 공정에 특히 유용하다.

Description

경량화 및 안정성이 우수한 이차전지 파우치 필름과 그 설계 방법, 이를 이용한 이차전지 및 그 제조 방법{Lightweight and highly stable secondary battery pouch film and method for designing the same, secondary battery using the pouch film and method for manufacturing the secondary battery}
본 명세서는 경량화 및 안정성이 우수한 이차전지 파우치 필름과 그 설계 방법, 이를 이용한 이차전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 절연성, 성형성 등이 확보되면서 경량화를 최대화하고 에너지 밀도를 최대화할 수 있는 경량화 및 안정성이 우수한 이차전지 파우치 필름과 그 설계 방법, 이를 이용한 이차전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
리튬이차전지(LiB)는 높은 에너지밀도와 우수한 출력을 갖는 등 다양한 장점을 바탕으로 많은 어플리케이션에 적용되고 있다.
리튬 이차전지는 캔 타입과 파우치 타입으로 구분된다. 전지 형태 자유도 등을 고려시 파우치 타입 전지가 유리하다.
이차전지 파우치 필름은 이러한 이차전지의 전극군과 전해액을 감싸는 다층 구조의 포장용 적층 필름으로서, 전지의 안정성, 수명특성 그리고 작동지속력을 결정하는 핵심 부품소재이며, 기계적 유연성 및 강도, 높은 산소/수증기 배리어성, 높은 열적 실링강도, 전해액에 대한 내화학성, 전기절연성, 고온 안정성 등이 요구된다.
이차전지 파우치 필름은 일반적으로 다층으로 구성되어 있으며, 통상 크게 외층/배리어층/내측 실란트층으로 이루어져 있다.
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.
리튬이차전지의 적용 분야가 소형 분야에서 자동차 용이나 ESS용의 중대형으로 확대되면서 이차전지 파우치 필름 역시 중대형에 적합한 특성이 요구되고 있다. 특히 리튬 이차전지가 전기 자동차(EV) 등의 용도로 사용하게 되면서 이차전지의 경량화 등이 주요 이슈가 되고 있다.
본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 일 측면에서, 이차전지 파우치 필름의 신뢰성 및 안전성을 확보하면서도 경량화가 최대한 가능한 이차전지 파우치 필름과 이를 이용한 이차전지 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 다른 일 측면에서, 이차전지 파우치 필름의 신뢰성 및 안전성을 확보하면서도 경량화가 최대한 가능하도록 할 수 있는, 신규하고 유용한 이차전치 파우치 필름의 설계 파라미터와 이에 따른 설계 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 이차전지 파우치 필름으로서, 적어도 외층, 배리어층, 실란트층이 순차적으로 적층된 것이고, 하기 방법으로 측정된 단위 부피당 무게가 1.45 mg/mm3 초과, 1.6 mg/mm3 미만인, 이차전지 파우치 필름을 제공한다.
[단위 부피당 무게 측정]
이차전지 파우치 필름을 가로 10 cm (100mm) 및 세로 10 cm (100mm) 크기로 각각 슬리팅 하여 10장씩 샘플을 채취함. 마이크로미터 두께 측정기를 이용하여 각 파우치 필름의 두께를 측정함. 또한, 각 10장의 샘플의 무게를 재어 샘플의 평균 무게를 측정함. 하기 식에 의하여 단위 부피 당 무게를 측정함.
이차전지 파우치 필름의 단위 부피당 무게 = 10장 샘플의 평균 무게(g) / (100mm x 100mm x 10장 샘플의 평균 두께(㎛))
본 발명의 예시적인 구현예들에서는 또한, 이차전지 파우치 필름 설계 방법 또는 제조 방법으로서, 전술한 방법으로 측정된 파우치 필름의 단위 부피당 무게를 1.45 mg/mm3 초과, 1.6 mg/mm3 미만이 되도록 하는, 이차전지 파우치 필름 설계 방법 또는 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 예시적인 구현예들에서는 또한, 이차전지 파우치 필름의 경량화, 절연성 및 성형성을 향상하는 방법으로서, 전술한 방법으로 측정된 파우치 필름의 단위 부피당 무게를 1.45 mg/mm3 초과, 1.6 mg/mm3 미만이 되도록 하는, 이차전지 파우치 필름의 경량화, 절연성 및 성형성 향상 방법을 제공한다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 이차전지 파우치 필름은 하기 방법으로 측정된 성형 시 사용된 파우치 필름의 무게가 4.0g 이상, 7.0 g 이하일 수 있다.
[성형시 사용된 파우치 필름의 무게 측정]
파우치 필름을 가로 26 cm (260mm) 및 세로 24 cm (240mm) 크기로 각각 슬리팅 하여 샘플을 채취함. 채취한 샘플을 금형 (16cm X 9cm 크기)을 사용하여 성형함. 성형 깊이 설정을 변경하며 성형 평가를 반복하였으며, 샘플이 10개 이상 깨지지 않을 때까지 진행함. 10개 이상 깨지지 않은 깊이를 최대 성형 깊이로 정의함. 다음의 식들에 따라서 각 성형 시 내부 부피, 성형 시 사용된 파우치 필름 부피, 성형시 사용된 파우치 필름 무게를 계산함
[식 2]
파우치 필름의 성형 시 내부 부피 = 파우치 필름의 성형 시 내부면적 x 파우치 필름의 최대 성형 깊이
[식 3]
성형시 사용된 파우치 필름 부피 = [(160mm+2 x 파우치 필름 두께) x (90mm+2 x 파우치 필름 두께) x (최대 성형 깊이+파우치 필름 두께)]-(160mmx 90mm x 최대 성형 깊이)
[식 4]
성형시 사용된 파우치 필름 무게 = 파우치 필름 단위 부피당 무게 x 성형시 사용된 파우치 필름 부피
예시적인 일 구현예에서, 상기 이차전지 파우치 필름은 하기 방법으로 측정한 절연저항이 50 GΩ이상일 수 있다.
[절연저항 평가]
파우치 필름을 가로 15 cm (150mm) 및 세로 15 cm (150mm) 크기로 각각 슬리팅 하여 샘플을 채취함. 채취한 샘플을 금형 (4cm X 3cm 크기)을 사용하여 5mm 깊이로 성형함. 전해액 2ml를 넣고 사이드실링, 탭 실링을 통해 더미셀을 제작함. 시료수는 샘플당 10개로 더미셀 제작 후, 상온에서 24시간 보관 후 1,000V 전압을 가했을 때의 저항을 측정함. 절연저항 값은 10개 샘플의 평균값임. 실링 절연저항 측정시 실링조건은 180℃, 3초로 실링함.
본 발명의 예시적인 구현예들에서는 또한, 전술한 이차전지 파우치 필름으로 외장된 이차 전지를 제공한다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 이차전지는 전기 자동차 또는 에너지 저장 장치용일 수 있다.
또한, 본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 이차전지 제조 방법으로서, 전술한 이차전지 파우치 필름으로 이차 전지를 외장하는 단계;를 포함하는 이차전지 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 이차전지 파우치 필름 자체의 단위 부피 당 무게 및 성형 시 사용된 파우치 필름 무게를 조절하여 매우 손쉽게 이차전지 파우치 필름의 신뢰성 및 안전성을 확보하면서도 경량화가 최대화되도록 할 수 있다. 이러한 이차전지 파우치 필름은 특히 경량화와 신뢰성, 안전성이 요구되는 중대형 이차전지 특히 전기자동차용 이차전지의 파우치 제조 공정에 특히 유용하다.
도 1은 본 발명의 실험예에서의 이차전지 파우치 필름 성형 예를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명 실험예에서 이차전지 파우치 필름의 단위 부피당 무게에 따른 절연 저항 값을 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명 실험예에서 이차전지 파우치 필름의 단위 부피당 무게에 따른 성형시 사용된 파우치 필름의 무게 및 절연 저항 값을 각 도시한 그래프이다.
용어 정의
본 명세서에서 에너지 밀도란 성형시 사용된 파우치 필름의 무게가 적으면서도 성형 깊이가 깊은 것을 의미한다.
본 명세서에서 신뢰성 및 안전성이란 이차전지 배터리 성능과 직접적으로 연관된 특성으로서, 대표적으로 절연성 또는 절연저항성을 의미할 수 있다.
본 명세서에서 이차전지 파우치의 각 층이 포함되는 경우 반드시 해당 층만으로 구성되는 것이 아니라 추가적인 층이 포함될 수 있다.
본 명세서에서 특정 층 '상'에 형성된다는 것은 해당 층에 직접 형성되는 것뿐만 아니라 추가적인 다른 층을 개재시킨 후 형성되는 것도 포함한다.
예시적인 구현예들의 설명
이하 본 발명의 예시적인 구현예들을 상술한다.
중대형 특히 전기 자동차용 이차전지의 파우치 성형 깊이는 이차전지 용량에 크게 영향을 미치는 인자이다. 이차전지 파우치의 성형 깊이가 깊을수록 전지용량이 증가하나, 절연성(절연저항성) 등의 안전성 측면에서 불리해 질 수 있다.
이차전지 파우치 필름의 성형 깊이를 높이기 위해 외층 및 내층의 마찰 계수 조절 등을 조절할 수 있으나 이차전지 필름은 다층의 다종의 소재로 이루어져 있기 때문에 성형성과 절연성 등의 신뢰성과 인전성을 모두 충족시키는 것은 실제 어렵다.
이러한 상황에서 본 발명자들은 이차전지 전체의 경량화가 아닌 이차전지 필름 자체의 중량과 경량화, 에너지 밀도에 주목하는 것이 기술적 난제 해결의 실마리가 될 수 있음을 알게 되었다. 의외로, 파우치 전체 두께가 결정 되었을 때, 파우치 필름의 무게가 성형성과 관계를 가지는 것으로 생각된다. 이에 따라, 파우치 필름의 전체 두께가 결정 되었을 때, 경량화하면서도 최대 성형 깊이를 달성할 수 있는 조절이 가능하게 된다.
한편, 이차전지 파우치 필름의 경량화만을 위하여 파우치 필름을 설계하면, 성형성이 문제될 뿐만 아니라 절연저항이나 벤딩성 등 신뢰성 및 안전성이 문제될 수 있지만, 이차전지 필름의 단위 부피 당 무게를 일정 범위로 제어하면, 이차전지 파우치 필름의 성형성과 신뢰성, 안전성을 확보하면서도 경량화가 최대로 된다는 것을 확인하고 연구를 거듭하여 본 발명에 이르렀다.
구체적으로 본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 적어도 외층, 배리어층, 실란트층이 순차적으로 적층된 이차 전지 파우치 필름의 단위 부피당 무게가 1.45 mg/mm3 초과, 1.6 mg/mm3 미만이 되는 이차전지 파우치 필름을 제공한다.
여기서 이차전지 파우치 필름의 단위 부피당 무게는 성형을 위하여 재단된 이차전지 필름의 면적에 두께를 곱하여 얻은 부피로 해당 이차전지 필름의 무게를 나눈 것이다. 즉, 이차전지 파우치 필름의 밀도에 해당한다고 할 수 있다. 구체적으로 해당 단위 부피당 무게는 다음과 같이 측정한다.
[단위 부피당 무게 측정]
파우치 필름을 가로 10 cm (100mm) 및 세로 10 cm (100mm) 크기로 각각 슬리팅 하여 10장씩 샘플을 채취함. 마이크로미터 두께 측정기를 이용하여 각 파우치 필름의 두께를 측정함. 또한, 각 10장의 샘플의 무게를 재어 샘플의 평균 무게를 측정함. 하기 [식 1]에 의하여 단위 부피 당 무게를 측정함.
[식 1]
파우치 필름의 단위 부피당 무게 = 10장 샘플의 평균 무게(g) / (100mm x 100mm x 10장 샘플의 평균 두께(㎛))
후술하는 실험예로부터 알 수 있듯이, 상기 이차전지 파우치 필름의 단위 부피당 무게가 1.6 mg/mm3 이상인 경우 최대 성형 깊이가 작아 성형성이 저조하거나 성형성은 양호하더라도 절연성이 저조하게 된다. 또한, 상기 이차전지 파우치 필름의 단위 부피당 무게가 1.45 mg/mm3 이하인 경우 성형성이 저조해지고 알루미늄 등의 금속박층에 핀홀이 발생할 수 있으며, 또한 절연성도 저조할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 이차전지 파우치 필름의 단위 부피당 무게는 1.46 mg/mm3, 1.47 mg/mm3, 1.48 mg/mm3, 1.49 mg/mm3, 1.50 mg/mm3, 1.51 mg/mm3, 1.52 mg/mm3, 1.53 mg/mm3, 1.54 mg/mm3, 1.55 mg/mm3, 1.56 mg/mm3, 1.57 mg/mm3, 1.58 mg/mm3, 1.59 mg/mm3일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 이차전지 파우치 필름은 하기 방법으로 측정된 성형 시 사용된 파우치 필름의 무게가 4.0g 이상, 7.0 g 이하일 수 있다.
[성형시 사용된 파우치 필름의 무게 측정]
파우치 필름을 가로 26 cm (260mm) 및 세로 24 cm (240mm) 크기로 각각 슬리팅 하여 샘플을 채취함. 채취한 샘플을 금형 (16cm X 9cm 크기)을 사용하여 성형함. 성형 깊이 설정을 변경하며 성형 평가를 반복하였으며, 샘플이 10개 이상 깨지지 않을 때까지 진행함. 10개 이상 깨지지 않은 깊이를 최대 성형 깊이로 정의함. 다음의 식들에 따라서 각 성형 시 내부 부피, 성형 시 사용된 파우치 필름 부피, 성형시 사용된 파우치 필름 무게를 계산함
[식 2]
파우치 필름의 성형 시 내부 부피 = 파우치 필름의 성형 시 내부면적 x 파우치 필름의 최대 성형 깊이
[식 3]
성형시 사용된 파우치 필름 부피 = [(160mm+2 x 파우치 필름 두께) x (90mm+2 x 파우치필름 두께) x (최대 성형 깊이+파우치 필름 두께)]-(160mmx 90mm x 최대 성형 깊이). 여기서 파우치 필름 두께는 도 1에 나타난 바와 같이 각각 가로 방향(16cm 측) 두께, 세로 방향 (9cm 측) 두께, 높이 방향 두께이다.
[식 4]
성형시 사용된 파우치 필름 무게 = 파우치 필름 단위 부피당 무게 x 성형시 사용된 파우치 필름 부피
예시적인 일 구현예에서, 상기 성형시 사용된 파우치 필름 무게는 4.0g 이상, 4.1g 이상, 4.2g 이상, 4.3g 이상, 4.4g 이상, 4.5g 이상, 4.6g 이상, 4.7g 이상, 4.8g 이상, 4.9g 이상, 5.0g 이상, 5.1g 이상, 5.2g 이상, 5.3g 이상, 5.4g 이상, 5.5g 이상, 5.6g 이상, 5.7g 이상, 5.8g 이상, 5.9g 이상, 6.0g 이상, 6.1g 이상, 6.2g 이상, 6.3g 이상, 6.4g 이상, 6.5g 이상, 6.6g 이상, 6.7g 이상, 6.8g 이상, 또는 6.9g 이상일 수 있다. 또는 7.0g 이하, 6.9g 이하, 6.8g 이하, 6.7g 이하, 6.6g 이하, 6.5g 이하, 6.4g 이하, 6.3g 이하, 6.2g 이하, 6.1g 이하, 6.0g 이하, 5.9g 이하, 5.8g 이하, 5.7g 이하, 5.6g 이하, 5.5g 이하, 5.4g 이하, 5.3g 이하, 5.2g 이하, 5.1g 이하, 5.0g 이하, 4.9g 이하, 4.8g 이하, 4.7g 이하, 4.6g 이하, 4.5g 이하, 4.4g 이하, 4.3g 이하, 4.2g 이하, 또는 4.1g 이하일 수 있다.
상기 성형시 사용된 파우치 필름 무게가 4.0g 미만시 후술하는 실험에서 확인되듯이 절연성이 저하되고 또한 알루미늄 등의 금속층에 핀홀 발생 우려 있다. 상기 성형시 사용된 파우치 필름 무게가 7.0 초과인 경우 후술하는 실험에서 확인되듯이 절연성이 다시 저하되고 또한 성형시 에너지 밀도가 감소될 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 이차전지 파우치 필름은 하기 방법으로 측정한 절연저항이 50 GΩ이상일 수 있다.
[절연저항 평가]
파우치 필름을 가로 15 cm (150mm) 및 15 cm (150mm) 크기로 각각 슬리팅 하여 샘플을 채취함. 채취한 샘플을 금형 (4cm X 3cm 크기)을 사용하여 5mm 깊이로 성형함. 전해액 2ml를 넣고 사이드실링, 탭 실링을 통해 더미셀을 제작함. 시료수는 샘플당 10개로 더미셀 제작 후, 상온에서 24시간 보관 후 1,000V 전압을 가했을 때의 저항을 측정함. 절연저항 값은 10개 샘플의 평균값임. 절연저항 측정시 실링조건은 180℃, 3초로 실링함.
예시적인 일 구현예에서, 상기 절연 저항은 50 GΩ이상, 55 GΩ이상, 60 GΩ이상, 65 GΩ이상, 70 GΩ이상, 75 GΩ이상, 80 GΩ이상, 85 GΩ이상, 90 GΩ이상, 95 GΩ, 100 GΩ이상일 수 있으며, 100 GΩ이하, 200 GΩ이하, 300 GΩ이하, 400 GΩ이하, 500 GΩ이하, 600 GΩ 이하, 700 GΩ이하, 800 GΩ이하, 900 GΩ이하, 1,000 GΩ이하 일 수 있다
소형 이차전지용 파우치 필름에 비해서, 전기차용 이차전지용 파우치 필름의 신뢰성 및 안전성은 특히 요구된다. 기존 50V 전압, 100V 전압 등의 절연저항 시험대비 최근에는 1,000V 전압 등의 가혹한 절연저항 시험이 요구되고 있다.
예시적인 일 구현예에서, 외층으로는 나일론, PET(폴리에틸렌테레프탈레이트), PBT(폴리부틸렌테레프탈레이트), 나일론과 PET의 혼합층(나일론 및 PET의 합지 필름) 등으로 구성될 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 외층 중 나일론 필름은 성형성 측면에서 두께가 20㎛ 이상인 것이 바람직하고 25㎛ 이상이 더 바람직하지만 나일론 필름 두께가 30㎛를 넘는 경우 절연파괴전압이 떨어질 수 있다. 따라서, 바람직한 나일론 필름 두께는 20㎛~30㎛, 바람직하게는 25㎛~30㎛일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 외층 중 PET 필름의 두께가 얇고, 나일론 필름 두께가 두꺼울수록 성형성에 유리하다. 다만 PET 필름 두께가 얇을수록 절연파괴 전압 측면에서 불리할 수 있으므로, 이러한 관점에서 PET 필름은 7㎛~12㎛인 것이 바람직하다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 외층 예컨대 나일론 층의 외면에는 매트층을 코팅할 수 있다. 비제한적인 예시에서, 매트층은 예컨대 폴리우레탄 접착제 및 실리카, 탄산칼슘 등을 포함할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 매트층은 예컨대 0.5~3 ㎛일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 실란트층은 폴리프로필렌층(PP) 예컨대 무연신폴리프로필(CPP) 필름으로 구성되고, 해당 폴리프로필렌(PP)층과 배리어층이 폴리프로필렌계 수지의 압출 코팅(Extrusion Coating; EC)층에 의하여 접합되거나(EC 방식), 또는 변성 올레핀계 접착제와 같은 접착제를 사용하여 건조 후 접착할 수 있다(Solvent Dry Lamination 즉, SDL 방식). 실험예의 파우치 필름 A, B, C는 SDL 방식이고, 그 외 나머지는 EC 방식이라 할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 실란트층의 폴리프로필렌(PP) 층은 요구물성에 따라 각종 첨가제(고무, 엘라스토머, 슬립제 등)를 함유할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 배리어층 또는 금속층은 알루미늄, SUS 합금, 구리 등의 금속으로 구성될 수 있으며, 수분침투성 및 내충격성을 가진다. 해당 금속층의 일면 또는 양면에는 부식방지 처리액 (크로메이트계)으로 코팅하여, 부식방지층을 형성할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 이차전지 파우치 필름의 총 두께는 예컨대 60~220㎛ 일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 배리어층 또는 금속층 두께는 예컨대 20~80㎛, 바람직하게는 40~60㎛ 일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 배리어층 또는 금속층과 상기 외층은 접착층에 의하여 접착될 수 있다. 비제한적인 예시에서, 상기 접착층의 접착제는 예컨대 2액 경화형 폴리 우레탄 접착제일 수 있고, 추가적으로 접착층의 접착제 조성물 중 카본 블랙을 약 1~10 중량%으로 첨가하여 사용할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 실란트층 두께는 예컨대 20~80㎛ 일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 실란트층의 무연신폴리프로필렌(CPP) 필름 층 두께는 예컨대 20~80㎛ 일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, EC 방식의 경우 상기 실란트층의 압출 폴리프로필렌(PP)층 두께는 예컨대 0~60㎛ 일 수 있다. SDL 방식의 경우 변성 올레핀계 접착제 층은 예컨대 1~5 ㎛일 수 있다.
한편, 본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 이차전지 파우치 필름 설계 방법(또는 제조 방법으)로서, 성형을 위하여 재단된 이차전지 파우치 필름의 단위 부피당 무게를 1.45 mg/mm3 초과, 1.6 mg/mm3 미만이 되도록 하는, 이차전지 파우치 필름 설계 방법(또는 제조 방법)을 제공한다.
또한, 본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 성형을 위하여 재단된 이차전지 파우치 필름의 단위 부피당 무게를 1.45 mg/mm3 초과, 1.6 mg/mm3 미만이 되도록 하는, 이차전지 파우치 필름의 경량화, 절연성 및 성형성 향상 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 전술한 이차전지 파우치 필름으로 외장된 이차 전지를 제공한다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 이차전지는 전기 자동차 또는 에너지 저장 장치용일 수 있다.
또한, 본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 이차전지 제조 방법으로서, 전술한 이차전지 파우치 필름으로 이차 전지를 외장하는 단계;를 포함하는 이차전지 제조 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.
[실험]
<이차전지 파우치 필름 제조>
이차전지 파우치 필름 A 내지 K를 아래와 같이 제조하였다. 각 필름 중 E, F, H, I, J가 실시예에 해당하고, 나머지 필름들은 비교예에 해당한다.
1. 파우치 필름 A
1) 두께 30㎛의 알루미늄 포일의 양면을 부식방지 처리액 (크로메이트계)으로 코팅하여, 부식방지층을 형성하였다.
2) 두께 15㎛의 나일론 필름 내면과 1)의 알루미늄 포일 외면을 블랙 접착층을 이용하여 적층하였다. 블랙 접착층은 2액 경화형 폴리 우레탄 접착제와 카본 블랙 [카본 블랙은 접착층 조성물 중 약 1~10 중량%으로 첨가할 수 있으며, 본 필름 제조 시에는 5중량% 첨가함]으로 구성되었다.
3) 나일론 필름의 외면에 매트층을 코팅하였다. 매트층은 폴리우레탄 접착제 및 실리카, 탄산칼슘으로 구성되어 있다. (폴리우레탄 8%, 탄산칼슘 및 실리카 12%, 기타용제 등 80%로 구성).
4) 두께 22㎛의 CPP 필름과 알루미늄 포일 내면을 변성 올레핀계 접착층을 이용하여 적층하였다.
5) 매트층/나일론필름층/블랙접착층/외면부식방지층/알루미늄호일층/내면부식방지층/변성올레핀계접착층/CPP필름층 구조의 이차전지 파우치 필름을 얻었다.
2. 파우치 필름 B
1) 두께 35㎛의 알루미늄 포일의 양면을 부식방지 처리액 (크로메이트계)으로 코팅하여, 부식방지층을 형성하였다.
2) 두께 15㎛의 나일론 필름 내면과 1)의 알루미늄 포일 외면을 2액 경화형 폴리우레탄계 외면 접착층을 이용하여 적층하였다.
3) 두께 30㎛의 CPP 필름과 알루미늄 포일 내면을 변성 올레핀계 접착층을 이용하여 적층하였다.
4) 나일론필름층/외면접착층/외면부식방지층/알루미늄호일층/내면부식방지층/변성올레핀계접착층/CPP필름층 구조의 이차전지 파우치 필름을 얻었다.
3. 파우치 필름 C
1) 두께 35㎛의 알루미늄 포일의 양면을 부식방지 처리액 (크로메이트계)으로 코팅하여, 부식방지층을 형성하였다.
2) 두께 15㎛의 나일론 필름 내면과 1)의 알루미늄 포일 외면을 블랙 접착층을 이용하여 적층하였다. 블랙 접착층은 파우치 필름 A에서 사용한 것과 동일하다.
3) 나일론 필름의 외면에 매트층을 코팅하였다. 매트층은 파우치 필름 A에서사용한 것과 동일하다.
4) 두께 30㎛의 CPP 필름과 알루미늄 포일 내면을 변성 올레핀계 접착층을 이용하여 적층하였다.
5) 매트층/나일론필름층/블랙접착층/외면부식방지층/알루미늄호일층/내면부식방지층/변성올레핀계접착층/CPP필름층 구조의 이차전지 파우치 필름을 얻었다.
4. 파우치 필름 D
1) 두께 40㎛의 알루미늄 포일의 양면을 부식방지 처리액 (크로메이트계)으로 코팅하여, 부식방지층을 형성하였다.
2) 두께 25㎛의 나일론 필름 내면과 1)의 알루미늄 포일 외면을 2액 경화형 폴리우레탄계 외면 접착층을 이용하여 적층하였다.
3) 2)에서 얻어진 다층필름의 내면 부식 방지층에 프라이머층(변성 올레핀계 수지 포함)을 코팅 후 건조하였다.
4) 두께 28㎛의 CPP 필름과 알루미늄 포일 내면을 올레핀계 압출층 (두께 17 ㎛)을 이용하여 적층하였다.
5) 나일론필름층/외면접착층/외면부식방지층/알루미늄호일층/내면부식방지층/프라이머층/올레핀계압출층/CPP필름층 구조의 이차전지 파우치 필름을 얻었다.
5. 파우치 필름 E
1) 두께 40㎛의 알루미늄 포일의 양면을 부식방지 처리액 (크로메이트계)으로 코팅하여, 부식방지층을 형성하였다.
2) 두께 12㎛의 PET 필름과 두께 15㎛의 나일론 필름을 2액 경화형 폴리우레탄계 접착층 (외면접착층 1)을 이용하여 적층하였다.
3) 2)에서 얻어진 다층필름과 1)의 알루미늄 포일 외면을 2액 경화형 폴리우레탄계 외면 접착층 (외면접착층 2)을 이용하여 적층하였다.
4) 3)에서 얻어진 다층필름의 내면 부식 방지층에 프라이머층(변성 올레핀계 수지 포함)을 코팅 후 건조하였다.
5) 두께 50㎛의 CPP 필름과 알루미늄 포일 내면을 올레핀계 압출층(두께 30㎛)을 이용하여 적층하였다.
6) PET필름층/외면접착층 1/나일론필름층/외면접착층 2/외면부식방지층/알루미늄호일층/내면부식방지층/프라이머층/올레핀계압출층/CPP필름층 구조의 이차전지 파우치 필름을 얻었다.
6. 파우치 필름 F
1) 두께 60㎛의 알루미늄 포일의 양면을 부식방지 처리액 (크로메이트계)으로 코팅하여, 부식방지층을 형성하였다.
2) 두께 12㎛의 PET 필름과 두께 25㎛의 나일론 필름을 2액 경화형 폴리우레탄계 접착층 (외면접착층 1)을 이용하여 적층하였다.
3) 2)에서 얻어진 다층필름과 1)의 알루미늄 포일 외면을 2액 경화형 폴리우레탄계 외면 접착층 (외면접착층 2)을 이용하여 적층하였다.
4) 3)에서 얻어진 다층필름의 내면 부식 방지층에 프라이머층(변성 올레핀계 수지 포함)을 코팅 후 건조하였다.
5) 두께 50㎛의 CPP 필름과 알루미늄 포일 내면을 올레핀계 압출층(두께 30 ㎛)을 이용하여 적층하였다.
6) PET필름층/외면접착층 1/나일론필름층/외면접착층 2/외면부식방지층/알루미늄호일층/내면부식방지층/프라이머층/올레핀계압출층/CPP필름층 구조의 이차전지 파우치 필름을 얻었다.
7. 파우치 필름 G
1) 두께 80㎛의 알루미늄 포일의 양면을 부식방지 처리액 (크로메이트계)으로 코팅하여, 부식방지층을 형성하였다.
2) 두께 12㎛의 PET 필름과 두께 25㎛의 나일론 필름을 2액 경화형 폴리우레탄계 접착층 (외면접착층 1)을 이용하여 적층하였다.
3) 2)에서 얻어진 다층필름과 1)의 알루미늄 포일 외면을 2액 경화형 폴리우레탄계 외면 접착층 (외면접착층 2)을 이용하여 적층하였다.
4) 3)에서 얻어진 다층필름의 내면 부식 방지층에 프라이머층(변성 올레핀계 수지 포함)을 코팅 후 건조하였다.
5) 두께 40㎛의 CPP 필름과 알루미늄 포일 내면을 올레핀계 압출층(두께 20 ㎛)을 이용하여 적층하였다.
6) PET필름층/외면접착층 1/나일론필름층/외면접착층 2/외면부식방지층/알루미늄호일층/내면부식방지층/프라이머층/올레핀계압출층/CPP필름층 구조의 이차전지 파우치 필름을 얻었다.
8. 파우치 필름 H
1) 두께 60㎛의 알루미늄 포일의 양면을 부식방지 처리액 (크로메이트계)으로 코팅하여, 부식방지층을 형성하였다.
2) 두께 12㎛의 PET 필름과 두께 25㎛의 나일론 필름을 2액 경화형 폴리우레탄계 접착층 (외면접착층 1)을 이용하여 적층하였다.
3) 2)에서 얻어진 다층필름과 1)의 알루미늄 포일 외면을 2액 경화형 폴리우레탄계 외면 접착층 (외면접착층 2)을 이용하여 적층하였다.
4) 3)에서 얻어진 다층필름의 내면 부식 방지층에 프라이머층(변성 올레핀계 수지 포함)을 코팅 후 건조하였다.
5) 두께 70㎛의 CPP 필름과 알루미늄 포일 내면을 올레핀계 압출층(두께 30 ㎛)을 이용하여 적층하였다.
6) PET필름층/외면접착층 1/나일론필름층/외면접착층 2/외면부식방지층/알루미늄호일층/내면부식방지층/프라이머층/올레핀계압출층/CPP필름층 구조의 이차전지 파우치 필름을 얻었다.
9. 파우치 필름 I
1) 두께 40㎛의 알루미늄 포일의 양면을 부식방지 처리액 (크로메이트계)으로 코팅하여, 부식방지층을 형성하였다.
2) 두께 12㎛의 PET 필름과 두께 15㎛의 나일론 필름을 2액 경화형 폴리우레탄계 접착층 (외면접착층 1)을 이용하여 적층하였다.
3) 2)에서 얻어진 다층필름과 1)의 알루미늄 포일 외면을 2액 경화형 폴리우레탄계 외면 접착층 (외면접착층 2)을 이용하여 적층하였다.
4) 3)에서 얻어진 다층필름의 내면 부식 방지층에 변성 올레핀계 압출층(두께 40 미크론)을 적층하였다.
5) 4)에서 얻어진 변성 올레핀계 압출층에 올레핀계 압출층 (두께 40㎛)을 적층 하였다.
6) PET필름층/외면접착층 1/나일론필름층/외면접착층 2/외면부식방지층/알루미늄호일층/내면부식방지층/변성올레핀계압출층/올레핀계압출층 구조의 이차전지 파우치 필름을 얻었다.
10. 파우치 필름 J
1) 두께 60㎛의 알루미늄 포일의 양면을 부식방지 처리액 (크로메이트계)으로 코팅하여, 부식방지층을 형성하였다.
2) 두께 12㎛의 PET 필름과 두께 25㎛의 나일론 필름을 2액 경화형 폴리우레탄계 접착층 (외면접착층 1)을 이용하여 적층하였다.
3) 2)에서 얻어진 다층필름과 1)의 알루미늄 포일 외면을 2액 경화형 폴리우레탄계 외면 접착층 (외면접착층 2)을 이용하여 적층하였다.
4) 3)에서 얻어진 다층필름의 내면 부식 방지층에 변성 올레핀계 압출층(두께 40 미크론)을 적층하였다.
5) 4)에서 얻어진 변성 올레핀계 압출층에 올레핀계 압출층 (두께 40㎛)을 적층 하였다.
6) PET필름층/외면접착층 1/나일론필름층/외면접착층 2/외면부식방지층/알루미늄호일층/내면부식방지층/변성올레핀계압출층/올레핀계압출층 구조의 이차전지 파우치 필름을 얻었다.
11. 파우치 필름 K
1) 두께 30㎛의 알루미늄 포일의 양면을 부식방지 처리액 (크로메이트계)으로 코팅하여, 부식방지층을 형성하였다.
2) 두께 25㎛의 나일론 필름 내면과 1)의 알루미늄 포일 외면을 2액 경화형 폴리우레탄계 외면 접착층을 이용하여 적층하였다.
3) 2)에서 얻어진 다층필름의 내면 부식 방지층에 프라이머층(변성 올레핀계 수지 포함)을 코팅 후 건조하였다.
4) 두께 33㎛의 CPP 필름과 알루미늄 포일 내면을 올레핀계 압출층 (두께 17 ㎛)을 이용하여 적층하였다.
5) 나일론필름층/외면접착층/외면부식방지층/알루미늄호일층/내면부식방지층/프라이머층/올레핀계압출층/CPP필름층 구조의 이차전지 파우치 필름을 얻었다.
<이차전지 파우치 필름 두께, 무게 측정>
제조된 이차전지 파우치 필름 A~K 을 가로 10 cm, 세로 10 cm 크기로 각각 슬리팅 하여 10장씩 샘플을 채취하였다. 마이크로미터 두께 측정기를 이용하여 파우치 필름의 두께(10장 샘플의 평균 두께)를 측정하였다. 또한, 각 10장의 샘플의 무게를 재어 샘플의 평균 무게를 측정하였다. 아래 표에 각 측정된 두께와 무게(평균 무게), 단위 부피당 무게를 표시하였다.
파우치 필름 평균 두께
(마이크로미터)		 평균 무게 (g) 단위 부피당 무게* (mg/mm3)
A 76 1.2791 1.683
B 88 1.4718 1.673
C 90 1.4836 1.648
D 113 1.8083 1.600
E 153 2.2507 1.471
F 183 2.8609 1.563
G 183 3.2080 1.753
H 203 3.0861 1.520
I 151 2.2131 1.466
J 181 2.8447 1.572
K 113 1.6326 1.445
* 단위 부피당 무게 = 10장 샘플의 평균 무게(g) / (100mm x 100mm x 10장 샘플의 평균 두께(㎛))
<이차전지 파우치 필름 최대 성형 깊이 측정>
제조된 이차전지 파우치 필름 A~K을 가로 26 cm, 세로 24 cm 크기로 각각 슬리팅 하여 샘플을 채취하였다. 채취한 샘플을 율촌화학의 시험용 금형 (16cm X 9cm 크기)을 사용하여 도 1에 도시된 바와 같이 각 샘플들을 성형하였다. 성형 깊이 설정을 변경하며 성형 평가를 반복하였으며, 샘플이 10개 이상 깨지지 않을 때까지 진행하였다. 10개 이상 깨지지 않은 깊이를 최대 성형 깊이로 정의하였다. 각 파우치 필름의 최대 성형 깊이를 아래 표에 표시하였다.
파우치 필름 최대 성형 깊이 (mm)
A 6
B 9
C 9.5
D 14.5
E 15
F 15
G 16
H 12.5
I 11
J 13
K 10
<이차전지 파우치 필름 성형시 부피, 무게 등>
다음과 같이 각 이차전지 파우치 필름의 성형 시 내부 면적, 성형시 내부 부피, 성형 시 사용된 파우치 필름 부피, 성형시 사용된 파우치 필름 무게를 산출하고, 이에 따라 성형 시 사용된 파우치 필름 단위 무게 당 내부 성형 부피를 산출하였다. 그 결과를 하기 표에 나타내었다.
파우치
필름		 성형시
내부면적 (mm2)		 성형시
내부 부피* (mm3)		 성형시
사용된
파우치 필름
부피** (mm3)		 성형시 사용된
파우치 필름
무게*** (g)
A 14,400 86,400 1,325 2.231
B 14,400 129,600 1,667 2.789
C 14,400 136,800 1,728 2.848
D 14,400 208,800 2,454 3.926
E 14,400 216,000 3,364 4.948
F 14,400 216,000 4,026 6.295
G 14,400 230,400 4,118 7.219
H 14,400 180,000 4,215 6.407
I 14,400 158,400 3,017 4.422
J 14,400 187,200 3,801 5.974
K 14,400 144,000 2.199 3.177
*성형시 내부 부피: 성형시 내부면적 x 최대 성형 깊이
**성형시 사용된 파우치 필름 부피: [(160mm+2x파우치 필름 두께) x (90mm+2x파우치 필름 두께) x (최대성형깊이+파우치 필름 두께)]-(160mmx 90mm x 최대 성형 깊이). 여기서 파우치 필름 두께는 도 1에 나타난 바와 같이 각각 가로 방향(16cm 측) 두께, 세로 방향 (9cm 측) 두께, 높이 방향 두께이다.
***성형시 사용된 파우치 필름 무게: 파우치 필름 단위 부피당 무게 x 성형시 사용된 파우치 필름 부피
<1,000V 절연저항 측정>
절연저항의 평가는 율촌화학의 시험용 금형 (4cm X 3cm 크기) 으로 5mm깊이로 성형하였다. 즉, 제조된 이차전지 파우치 필름 A~K을 가로 15 cm, 세로 15 cm 크기로 각각 슬리팅 하여 샘플을 채취하고, 채취한 샘플을 시험용 금형 (4cm X 3cm 크기)을 사용하여 각 샘플들을 5mm 깊이로 성형하고, 전해액 2ml 기준으로 사이드실링, 탭 실링을 통해 더미셀을 제작하였다. 시료수는 샘플당 10개로 더미셀 제작 후, 24시간이 지난 뒤 1,000V 전압을 가했을 때의 저항을 측정하였다. 절연저항 값은 10개 샘플의 평균값을 구하였다. 상기 실링 시 실링조건은 180℃, 3초로 하였다.
측정 결과를 아래 표에 나타내었다.
파우치 필름 절연저항 (GΩ)
A 0
B 0
C 0
D 0
E 60
F 60
G 30
H 100
I 90
J 90
K 0
도 2는 본 발명 실험예에서 이차전지 파우치 필름의 단위 부피당 무게에 따른 절연 저항 값을 도시한 그래프이다.
도 2는 경량화 이면서 신뢰성과안전성 (절연저항) 이 현저히 우수한 파우치 필름의 범위를 한눈에 보여주는 것으로서, 이차전지 파우치 필름의 단위 부피당 무게가 1.45 mg/mm3 초과, 1.6 mg/mm3 미만인 경우(이차전지 파우치 필름 E, F, H, I, J)가 그 범위를 벗어나는 경우(이차전지 파우치 필름 A, B, C, D, G, K)와 대비하여 1000V 절연저항이 50 GΩ 이상으로 현저히 우수한 것을 알 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명 실험예에서 이차전지 파우치 필름의 단위 부피당 무게에 따른 성형시 사용된 파우치 필름의 무게 및 절연 저항 값을 각 도시한 그래프이다.
도 3도 경량화 이면서도 신뢰성 및 안전성 (절연저항) 이 현저히 우수한 최적 성형 부피 파우치 필름의 범위를 한눈에 보여준다. 즉, 이차전지 파우치 필름의 단위 부피당 무게가 1.45 mg/mm3 초과, 1.6 mg/mm3 미만인 경우(이차전지 파우치 필름 E, F, H, I, J)가 1000V 절연저항이 50 GΩ 이상이고, 또한 최적의 성형 시 사용된 파우치 필름 무게가 4.0g 이상, 7.0g 이하를 가지는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 예시적인 구현예들에서는 이차전지 파우치 필름의 단위 부피당 무게를 1.45 mg/mm3 초과, 1.6 mg/mm3 미만으로 제어하고, 추가적으로 성형 시 사용된 파우치 필름 무게를 4.0g 이상, 7.0g 이하로 제어 하여 경량화 및 신뢰성과 안전성 (절연저항성 등)을 동시에 충족시킬 수 있다. 그러므로, 해당 이차전지 파우치 필름의 단위 부피 당 무게 및 성형 시 사용된 파우치 무게는 신규하고 유용한 이차전치 파우치 필름의 설계 파라미터로 사용될 수 있다.
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 (9)

  1. 이차전지 파우치 필름으로서,
    적어도 외층, 배리어층, 실란트층이 순차적으로 적층된 것이고,
    하기 방법으로 측정된 단위 부피당 무게가 1.45 mg/mm3 초과, 1.6 mg/mm3 미만인 것을 특징으로 하는 이차전지 파우치 필름.
    [단위 부피당 무게 측정]
    이차전지 파우치 필름을 가로 10 cm (100mm) 및 세로 10 cm (100mm) 크기로 각각 슬리팅 하여 10장씩 샘플을 채취함. 마이크로미터 두께 측정기를 이용하여 각 파우치 필름의 두께를 측정함. 또한, 각 10장의 샘플의 무게를 재어 샘플의 평균 무게를 측정함. 하기 식에 의하여 단위 부피 당 무게를 측정함.
    이차전지 파우치 필름의 단위 부피당 무게 = 10장 샘플의 평균 무게(g) / (100mm x 100mm x 10장 샘플의 평균 두께(㎛))
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이차전지 파우치 필름은 하기 방법으로 측정된 성형 시 사용된 파우치 필름의 무게가 4.0g 이상, 7.0 g 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지 파우치 필름.
    [성형시 사용된 파우치 필름의 무게 측정]
    파우치 필름을 가로 26 cm (260mm) 및 세로 24 cm (240mm) 크기로 각각 슬리팅 하여 샘플을 채취함. 채취한 샘플을 금형 (16cm X 9cm 크기)을 사용하여 성형함. 성형 깊이 설정을 변경하며 성형 평가를 반복하였으며, 샘플이 10개 이상 깨지지 않을 때까지 진행함. 10개 이상 깨지지 않은 깊이를 최대 성형 깊이로 정의함. 다음의 식들에 따라서 각 성형 시 내부 부피, 성형 시 사용된 파우치 필름 부피, 성형시 사용된 파우치 필름 무게를 계산함
    [식 2]
    파우치 필름의 성형 시 내부 부피 = 파우치 필름의 성형 시 내부면적 x 파우치 필름의 최대 성형 깊이
    [식 3]
    성형시 사용된 파우치 필름 부피 = [(160mm+2 x 파우치 필름 두께) x (90mm+2 x 파우치 필름 두께) x (최대 성형 깊이+파우치 필름 두께)]-(160mmx 90mm x 최대 성형 깊이)
    [식 4]
    성형시 사용된 파우치 필름 무게 = 파우치 필름 단위 부피당 무게 x 성형시 사용된 파우치 필름 부피
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 이차전지 파우치 필름은 하기 방법으로 측정한 절연저항이 50 GΩ이상인 것을 특징으로 하는 이차전지 파우치 필름.
    [절연저항 평가]
    파우치 필름을 가로 15 cm (150mm) 및 세로 15 cm (150mm) 크기로 각각 슬리팅 하여 샘플을 채취함. 채취한 샘플을 금형 (4cm X 3cm 크기)을 사용하여 5mm 깊이로 성형함. 전해액 2ml를 넣고 사이드실링, 탭 실링을 통해 더미셀을 제작함. 시료수는 샘플당 10개로 더미셀 제작 후, 24시간이 지난 뒤 1,000V 전압을 가했을 때의 저항을 측정함. 절연저항 값은 10개 샘플의 평균값임. 절연저항 측정시 실링 조건은 180℃, 3초로 실링함.
  4. 이차전지 파우치 필름 설계 방법으로서,
    하기 방법으로 측정된 단위 부피당 무게가 1.45 mg/mm3 초과, 1.6 mg/mm3 미만이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 이차전지 파우치 필름 설계 방법.
    [단위 부피당 무게 측정]
    이차전지 파우치 필름을 가로 10 cm (100mm) 및 세로 10 cm (100mm) 크기로 각각 슬리팅 하여 10장씩 샘플을 채취함. 마이크로미터 두께 측정기를 이용하여 각 파우치 필름의 두께를 측정함. 또한, 각 10장의 샘플의 무게를 재어 샘플의 평균 무게를 측정함. 하기 식에 의하여 단위 부피 당 무게를 측정함.
    이차전지 파우치 필름의 단위 부피당 무게 = 10장 샘플의 평균 무게(g) / (100mm x 100mm x 10장 샘플의 평균 두께(㎛))
  5. 제 4 항에 있어서,
    하기 방법으로 측정된 성형 시 사용된 파우치 필름의 무게가 4.0g 이상, 7.0 g 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 이차전지 파우치 필름의 설계 방법.
    [성형시 사용된 파우치 필름의 무게 측정]
    파우치 필름을 가로 26 cm (260mm) 및 세로 24 cm (240mm) 크기로 각각 슬리팅 하여 샘플을 채취함. 채취한 샘플을 금형 (16cm X 9cm 크기)을 사용하여 성형함. 성형 깊이 설정을 변경하며 성형 평가를 반복하였으며, 샘플이 10개 이상 깨지지 않을 때까지 진행함. 10개 이상 깨지지 않은 깊이를 최대 성형 깊이로 정의함. 다음의 식들에 따라서 각 성형 시 내부 부피, 성형 시 사용된 파우치 필름 부피, 성형시 사용된 파우치 필름 무게를 계산함
    [식 2]
    파우치 필름의 성형 시 내부 부피 = 파우치 필름의 성형 시 내부면적 x 파우치 필름의 최대 성형 깊이
    [식 3]
    성형시 사용된 파우치 필름 부피 = [(160mm+2 x 파우치 필름 두께) x (90mm+2 x 파우치 필름 두께) x (최대 성형 깊이+파우치 필름 두께)]-(160mmx 90mm x 최대 성형 깊이)
    [식 4]
    성형시 사용된 파우치 필름 무게 = 파우치 필름 단위 부피당 무게 x 성형시 사용된 파우치 필름 부피
  6. 제 5 항에 있어서,
    하기 방법으로 측정한 절연저항이 50 GΩ이상인 것을 특징으로 하는 이차전지 파우치 필름의 설계 방법.
    [절연저항 평가]
    파우치 필름을 가로 15 cm (150mm) 및 세로 15 cm (150mm) 크기로 각각 슬리팅 하여 샘플을 채취함. 채취한 샘플을 금형 (4cm X 3cm 크기)을 사용하여 5mm 깊이로 성형함. 전해액 2ml를 넣고 사이드실링, 탭 실링을 통해 더미셀을 제작함. 시료수는 샘플당 10개로 더미셀 제작 후, 24시간이 지난 뒤 1,000V 전압을 가했을 때의 저항을 측정함. 절연저항 값은 10개 샘플의 평균값임. 절연저항 측정시 실링조건은 180℃, 3초로 실링함.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 이차전지 파우치 필름으로 외장된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 이차전지는 전기 자동차 또는 에너지 저장 장치용인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 이차전지 제조 방법으로서,
    제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 이차전지 파우치 필름으로 이차전지를 외장하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조 방법.
KR1020230150351A 2022-11-04 2023-11-02 경량화 및 안정성이 우수한 이차전지 파우치 필름과 그 설계 방법, 이를 이용한 이차전지 및 그 제조 방법 KR20240064556A (ko)

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