WO2022098060A1 - 리드 탭용 필름과 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents

리드 탭용 필름과 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 이차전지 Download PDF

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WO2022098060A1
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film
polypropylene
lead tab
ter
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안동일
차선오
김윤식
김원헌
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(주)풍산디에이케이
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Definitions

  • the present invention relates to a film for a lead tab, a manufacturing method thereof, and a secondary battery including the same.
  • lithium secondary batteries are classified into lithium ion secondary batteries, lithium ion polymer batteries, lithium polymer batteries, and the like according to the type of electrolyte. Furthermore, depending on the external appearance, it is largely classified into a cylindrical secondary battery, a prismatic secondary battery, and a pouch-type secondary battery.
  • Such a pouch-type secondary battery is attracting attention as a power source for a battery vehicle or a hybrid electric vehicle because it is advantageous for weight reduction and miniaturization compared to a cylindrical or prismatic secondary battery.
  • a lead tab drawn out from the electrode group, and the lead tab and the exterior material (pouch) are sealed through a lead tab film (or a sealing film).
  • a film for a lead tab is manufactured as a three-layer film having a structure of an outer layer/middle layer/inner layer through a three-layer coextrusion method, and the inner layer is adhered to the lead tab to seal the pouch.
  • the thickness of the lead tab tends to become thicker, and in order to completely seal it, the thickness of the inner layer attached to the lead tab becomes thicker. There are difficulties in making changes.
  • an object of the present invention is to provide a film for a lead tab that does not cause delamination and a method for manufacturing the same while increasing the thickness of the inner layer without changing the three-layer co-extrusion facility.
  • Another object of the present invention is to provide a secondary battery including the film for the lead tab.
  • One aspect of the present invention for achieving the above object is a first film of the co-extruded triple layer; and a second film of a single layer; a film for lead tabs manufactured by thermal lamination, wherein the first film is sequentially a random polypropylene layer (layer A), a block polypropylene layer (layer B) and a first ter polypropylene layer ( C1 layer), the second film is composed of a second tertiary polypropylene layer (C2 layer), and the first tertiary polypropylene layer (C1 layer) of the first film and the second tertiary polypropylene layer of the second film It relates to a film for lead tabs, characterized in that the polypropylene layer (C2 layer) is thermally laminated so as to be in contact with each other.
  • the film for the lead tab has a random polypropylene layer (layer A): a block polypropylene layer (layer B): a thickness ratio of the terpolypropylene layer (layer C1 + layer C2) of 1:1 to 2:2 It may be characterized in that it is 3 to 3.
  • the tertiary polypropylene layer (C1 layer + C2 layer) has a thickness ratio of the first tertiary polypropylene layer (C1 layer): the second tertiary polypropylene layer (C2 layer) is 1:1 to 10. may be characterized.
  • another aspect of the present invention is a random polypropylene (r-PP), block polypropylene (B-PP) and first ter-polypropylene (ter-PP) by co-extrusion sequentially random polypropylene layer (A layer) ), preparing a first film of a triple layer consisting of a block polypropylene layer (B layer) and a first ter polypropylene layer (C1 layer); and preparing a film for a lead tab by thermally laminating a second film of a single layer consisting of the first film and the second tertiary polypropylene layer (C2 layer); including, the first tertiary polypropylene layer of the first film (C1 layer) and the second tertiary polypropylene layer (C2 layer) of the second film, it relates to a method for producing a film for a lead tab, characterized in that the thermal lamination so as to be in contact with each other.
  • the film for the lead tab has a random polypropylene layer (layer A): a block polypropylene layer (layer B): a thickness ratio of the ter polypropylene layer (layer C1 + layer C2) 1: 1 to 2: It may be characterized in that it is 2-3.
  • the tertiary polypropylene layer (C1 layer + C2 layer) has a thickness ratio of the first tertiary polypropylene layer (C1 layer): the second tertiary polypropylene layer (C2 layer) is 1:1 to 10. It may be characterized by
  • the tension applied to the first film is controlled to 9 to 21 N
  • the tension applied to the second film is controlled to 3 to 13 N to heat It may be amalgamation.
  • the method for manufacturing the film for the lead tab may be to control the tension applied to each film to satisfy the following Relational Expression 1 or Relational Expression 2.
  • T 1 is the tension (N) applied to the second film when the tension applied to the first film is controlled to be less than 9 to 18 N
  • T 2 is the tension (N) applied to the second film when the tension applied to the first film is controlled to be 18 to 21 N.
  • another aspect of the present invention relates to a secondary battery including the film for the lead tab described above, wherein the secondary battery may be a pouch-type secondary battery.
  • the film for the lead tab may be thermally bonded to the lead tab of the secondary battery.
  • the film for lead tab according to the present invention is formed by thermally laminating the co-extruded triple-layered first film and single-layered second film to form an inner terpolypropylene layer (C layer, C1 + C2).
  • the thickness of the inner layer can be adjusted as desired without changing the
  • first ter polypropylene layer (C1 layer) and the second ter polypropylene layer (C2 layer), which are the same material, are thermally laminated so that they come into contact with each other, delamination does not easily occur even after thermal lamination. It has the advantage of being able to seal more effectively.
  • FIG. 1 is a schematic view briefly showing a method of manufacturing a film for a lead tab according to an embodiment of the present invention.
  • the film for lead tabs according to the present invention is composed of a random polypropylene layer (layer A) as an outer layer, a block polypropylene layer (layer B) as an intermediate layer, and a terpolypropylene layer (layer C) as an inner layer, wherein the inner layer is a pouch-type secondary It may be a layer that is adhered to the lead tab of the battery to seal the pouch.
  • the film for a lead tab includes a co-extruded triple-layered first film; and a second film of a single layer; a film for lead tabs manufactured by thermal lamination, wherein the first film is sequentially a random polypropylene layer (layer A), a block polypropylene layer (layer B) and a first ter polypropylene layer ( C1 layer), the second film is composed of a second tertiary polypropylene layer (C2 layer), and the first tertiary polypropylene layer (C1 layer) of the first film and the second tertiary polypropylene layer of the second film It may be characterized in that the polypropylene layer (C2 layer) is thermally laminated to be in contact with each other.
  • the film for lead tab according to the present invention is formed by thermally laminating the co-extruded triple-layered first film and single-layered second film to form an inner terpolypropylene layer (C layer, C1 + C2).
  • the thickness of the inner layer can be adjusted as desired without changing the extrusion equipment, and the cost can be reduced because the co-extrusion equipment may not be changed.
  • first ter polypropylene layer (C1 layer) and the second ter polypropylene layer (C2 layer), which are the same material, are thermally laminated so that they come into contact with each other, delamination does not easily occur even after thermal lamination. It has the advantage of being able to seal more effectively.
  • the random polypropylene layer is a layer made of a random copolymer of a propylene monomer and another olefin monomer, for example, a layer made of a propylene-ethylene random copolymer or a propylene-1-butene random copolymer. and, preferably, in terms of improving tensile strength, it may be a layer made of a propylene-ethylene random copolymer.
  • the propylene-ethylene random copolymer may have a molecular weight distribution (Mw/Mn) of 4.0 to 15.0, preferably 4.5 to 9.0.
  • the propylene-ethylene random copolymer may have a melt index (MI, 230° C., 2.16 kg load) of 3 to 10 g/10 min, and more preferably, a melt index (MI, 230° C., 2.16 kg load) It may be 4 to 7 g/10min, but is not necessarily limited thereto.
  • Block polypropylene layer (B layer) which is an intermediate
  • the block polypropylene layer is a layer made of a block copolymer of a propylene monomer and another olefin monomer, for example, a layer made of a propylene-ethylene block copolymer or a propylene-1-butene block copolymer. It may be, preferably, a layer made of a propylene-ethylene block copolymer in terms of improving tensile strength.
  • the propylene-ethylene block copolymer may have a molecular weight distribution (Mw/Mn) of 4.0 to 8.0, and more preferably 4.5 to 7.5.
  • the propylene-ethylene block copolymer may have a melt index (MI, 230°C, 2.16kg load) of 1 to 10 g/10min, and more preferably, a melt index (MI, 230°C, 2.16kg load) It may be 1 to 5 g/10min, but is not necessarily limited thereto.
  • the ter polypropylene layer (C layer) is a thermal lamination process of the first ter polypropylene layer (C1 layer) of the first film and the second ter polypropylene layer (C2 layer) of the second film As a layer laminated together through
  • the terpolypropylene layer (C layer) may be a layer made of a propylene-ethylene-1-butene random triple copolymer, and in a more specific example, the propylene-ethylene-1-butene random triple copolymer may have a molecular weight distribution (Mw/Mn) of 2.0 to 9.5, and more preferably 2.5 to 9.0.
  • the propylene-ethylene-1-butene random triple copolymer may have a melt index (MI, 230° C., 2.16 kg load) of 3 to 10 g/10 min, and more preferably, a melt index (MI, 230° C., 2.16kg load) may be 4 to 7 g/10min, but is not necessarily limited thereto.
  • the thickness of the lead tab tends to increase in order to provide a high-performance secondary battery with improved capacity.
  • the thickness of the inner layer only through three-layer co-extrusion, there is a problem in that the existing three-layer co-extrusion equipment needs to be changed, resulting in excessive cost.
  • the present inventors have repeatedly studied a method for increasing the thickness of the inner layer while using the existing equipment as it is, after repeatedly studying a random polypropylene layer (A layer), a block polypropylene layer (B layer) and a first tertiary polypropylene layer ( Prepare the first film of the co-extruded triple layer consisting of layer C1), and laminate the first film and the second film of a single layer (second ter polypropylene layer (C2 layer)) through a thermal lamination process to form the inner layer It was possible to develop a film for lead tabs that does not easily cause delamination while increasing the thickness of the terpolypropylene layer (layer C).
  • the film for the lead tab may have a total film thickness of 80 to 150 ⁇ m, more preferably 90 to 130 ⁇ m, and even more preferably 95 to 110 ⁇ m.
  • the film for the lead tab has a thickness ratio of random polypropylene layer (layer A): block polypropylene layer (layer B): terpolypropylene layer (layer C1 + layer C2) of 1:1 to 2:2 to 3, more preferably 1: 1.2 to 1.8: 2.2 to 2.8, and most preferably 1: 1.4 to 1.6: 2.4 to 2.6.
  • layer A random polypropylene layer
  • layer B block polypropylene layer
  • terpolypropylene layer layer C1 + layer C2
  • the thickness ratio of the first tertiary polypropylene layer (C1 layer): the second tertiary polypropylene layer (C2 layer) may be 1:1 to 10, and better is 1: 2 to 8, more preferably 1: 3 to 5 may be characterized.
  • the thickness of the inner layer can be adjusted according to the target without changing the existing equipment, and the first ter polypropylene layer (C1 layer) and the second tertiary polypropylene layer (C2 layer) are effectively laminated well during the thermal lamination process. It may not delaminate easily.
  • the film for the lead tab can be manufactured by thermally laminating the co-extruded first film of the triple layer and the second film of the single layer as described above, and specifically, the method of manufacturing the film for the lead tab is random polypropylene (r- PP), a block polypropylene (B-PP), and a first ter polypropylene (ter-PP) are co-extruded to sequentially a random polypropylene layer (A layer), a block polypropylene layer (B layer) and a first ter poly Preparing a triple-layered first film consisting of a propylene layer (C1 layer); and preparing a film for a lead tab by thermally laminating a second film of a single layer consisting of the first film and the second tertiary polypropylene layer (C2 layer); including, the first tertiary polypropylene layer of the first film (C1 layer) and the second tertiary polypropylene layer (C2 layer) of the second film
  • a random polypropylene (r-PP), a block polypropylene (B-PP) and a first ter-polypropylene (ter-PP) are co-extruded to sequentially a random polypropylene layer (A layer), a block polypropylene layer ( B layer) and the first tertiary polypropylene layer (C1 layer) can perform the step of manufacturing the first film of the triple layer, in this case, the polymer material used for each layer is the same as described above, so the overlapping description is Omitted, and their co-extrusion may be performed under conditions commonly used in the art.
  • the first film and the second tertiary polypropylene layer may be thermally laminated to prepare a film for a lead tab by thermally laminating the second film, wherein the second film is made of a ter polypropylene material. It may be prepared by single extrusion.
  • the first film wound on the upper roll and the second film wound on the lower roll are laminated on each other at the unwinding unit, and then sent to the heating unit to perform thermal lamination, which is cooled by the cooling unit and wound up at the winding unit. to manufacture a film for lead tabs.
  • a film for lead tabs with excellent quality by properly adjusting the tension applied to each film when the first film wound on the upper roll and the second film wound on the lower roll are laminated together in the unwinding unit and sent to the heating unit It is preferable to be able to manufacture
  • the first film may be thermally laminated by controlling the tension applied to the film to 9 to 21 N, and controlling the tension applied to the second film to 3 to 13 N.
  • this range there is no discoloration, wrinkles are minimized, and it is good to be able to manufacture a film for a lead tab in which the thickness is hardly reduced.
  • the method of manufacturing the film for the lead tab may control the tension applied to each film to satisfy the following Relational Expression 1 or Relational Expression 2.
  • T 1 is the tension (N) applied to the second film when the tension applied to the first film is controlled to be less than 9 to 18 N
  • T 2 is the tension (N) applied to the second film when the tension applied to the first film is controlled to be 18 to 21 N.
  • the tension applied to the first film is relatively small, 9 to less than 18 N, it is preferable to control the tension applied to the second film to 8 to 11 N, and the tension applied to the first film is 18 to 21 N.
  • N is relatively high, it is preferable to control the tension applied to the second film to 3 to 11 N. In this range, the film for lead tabs having the best quality can be manufactured.
  • the temperature during the thermal lamination process may be 100 to 150 °C, more preferably 105 to 130 °C, most preferably 110 to 120 °C may be. In such a range, the first film and the second film are effectively laminated and may not be easily delaminated.
  • the thermally laminated film for the lead tab may be cooled in the cooling unit, and the cooling may be to cool the thermally laminated film for the lead tab to a temperature of room temperature.
  • the cooled film for the lead tab may be wound on a roll again in the winding unit, and the tension applied to the film for the lead tab at this time may be 20 to 30 N.
  • the tension applied to the film for the lead tab is less than 20 N, the film for the lead tab may not be wound on the roll, and when the tension applied to the film for the lead tab exceeds 30 N, the camber phenomenon may become severe, which is not good.
  • another aspect of the present invention relates to a secondary battery including the film for the lead tab described above, wherein the secondary battery may be a pouch-type secondary battery commonly used in the art, the specific configuration of which can be understood by those skilled in the art. A detailed description of the bar will be omitted.
  • the film for the lead tab may be thermally bonded to the lead tab of the secondary battery to completely seal the lead tab and the pouch of the secondary battery.
  • Random polypropylene (A, Lotte Chemical, sfc550), block polypropylene (B, Lotte Chemical, fc330), and the first ter polypropylene (C1, Lotte Chemical, bp402) were sequentially heated at 145°C, 163°C, 145°C
  • the tension applied to the first film of the upper roll and the tension applied to the second film of the lower roll was performed by controlling as described in Table 1 below, wherein the thermal lamination temperature was controlled to 115 °C.
  • the vertical dimension is the tension (0 to 22 N) applied to the first film of the upper roll
  • the horizontal is the tension (0 to 14 N) applied to the second film of the lower roll.
  • the film for the triple-layer lead tab when the film for the triple-layer lead tab is manufactured, when the tension applied to the first film of the upper roll is 9 to 17 N, the film of the highest quality when the tension applied to the second film of the lower roll is controlled to 8 to 11 could be manufactured.
  • the tension applied to the first film of the upper roll is slightly increased to 18 to 21 N, the film of the highest quality can be manufactured when the tension applied to the second film of the lower roll is controlled to 3 to 11 N. there was.

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Abstract

본 발명은 순차적으로 랜덤 폴리프로필렌층(A층), 블록 폴리프로필렌층(B층) 및 제1터폴리프로필렌층(C1층)으로 이루어지며, 공압출된 3중층의 제1필름; 및 제2터폴리프로필렌층(C2층)으로 이루어진 단층의 제2필름;을 열합지하여 제조된 리드 탭용 필름과 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.

Description

리드 탭용 필름과 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 이차전지
본 발명은 리드 탭용 필름과 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
최근, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 이차전지에 대한 수요도 증가하고 있으며, 이러한 이차전지들 중에서도 특히 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가지는 리튬 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 전해액의 형태에 따라 리튬 이온 이차전지, 리튬 이온 폴리머 전지 및 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되고 있다. 나아가, 외형에 따라서는 크게 원통형 이차전지, 각형 이차전지 및 파우치(pouch)형 이차전지 등으로 구분되고 있다.
이 중에서, 모바일 기기의 소형화 추세에 맞추어 두께가 얇은 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 증가하고 있으며, 특히 형태의 변형이 용이하고 제조비용이 저렴한 파우치형 이차전지에 대한 관심이 높아지고 있다.
이와 같은 파우치형 이차전지는 원통형이나 각형 이차전지에 비하여 경량화 및 소형화에 유리하여 전지 자동차나 하이브리드 전기 자동차의 전원으로 주목받고 있다.
대부분의 파우치형 이차전지는 전극군으로부터 인출된 리드 탭(lead tab)을 가지며, 이 리드 탭과 외장재(파우치)는 리드 탭용 필름(또는 실링 필름, sealing film)을 통해 밀봉된다. 이와 같은 리드 탭용 필름은 3층 공압출(coextrusion) 방법을 통해 외층/중간층/내층의 구조를 가진 3중층 필름으로 제조되며, 이때 내층이 리드 탭과 접착되어 파우치가 밀봉된다.
한편, 용량이 향상된 고성능 이차전지를 제공하기 위해서 리드 탭의 두께가 두꺼워지는 추세이며, 이를 완벽히 밀봉하기 위해서는 리드 탭과 접착되는 내층의 두께가 더욱 두꺼워져 하나, 이를 위해서는 기존 3층 공압출 설비를 변경해야 하는 어려움이 있다.
이에, 3층 공압출 설비의 변경 없이 내층의 두께를 더 두껍게 하면서도, 층간박리가 발생하지 않는 리드 탭용 3중층 필름의 개발이 필요한 실정이다.
이에 대한 유사 선행문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-2089415호가 제시되어 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 3층 공압출 설비의 변경 없이 내층의 두께를 더 두껍게 하면서도, 층간박리가 발생하지 않는 리드 탭용 필름 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 리드 탭용 필름을 포함하는 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만 상기 목적은 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 공압출된 3중층의 제1필름; 및 단층의 제2필름;을 열합지하여 제조된 리드 탭용 필름으로, 상기 제1필름은 순차적으로 랜덤 폴리프로필렌층(A층), 블록 폴리프로필렌층(B층) 및 제1터폴리프로필렌층(C1층)으로 이루어지고, 상기 제2필름은 제2터폴리프로필렌층(C2층)으로 이루어지며, 상기 제1필름의 제1터폴리프로필렌층(C1층)과 상기 제2필름의 제2터폴리프로필렌층(C2층)이 서로 맞닿도록 열합지된 것을 특징으로 하는, 리드 탭용 필름에 관한 것이다.
상기 일 양태에 있어, 상기 리드 탭용 필름은 랜덤 폴리프로필렌층(A층):블록 폴리프로필렌층(B층):터폴리프로필렌층(C1층+C2층)의 두께비가 1 : 1 내지 2 : 2 내지 3인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 터폴리프로필렌층(C1층+C2층)은 제1터폴리프로필렌층(C1층):제2터폴리프로필렌층(C2층)의 두께비가 1 : 1 내지 10인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 랜덤 폴리프로필렌(r-PP), 블록 폴리프로필렌(B-PP) 및 제1터폴리프로필렌(ter-PP)을 공압출하여 순차적으로 랜덤 폴리프로필렌층(A층), 블록 폴리프로필렌층(B층) 및 제1터폴리프로필렌층(C1층)으로 이루어진 3중층의 제1필름을 제조하는 단계; 및 상기 제1필름과 제2터폴리프로필렌층(C2층)으로 이루어진 단층의 제2필름을 열합지하여 리드 탭용 필름을 제조하는 단계;를 포함하며, 상기 제1필름의 제1터폴리프로필렌층(C1층)과 상기 제2필름의 제2터폴리프로필렌층(C2층)이 서로 맞닿도록 열합지하는 것을 특징으로 하는, 리드 탭용 필름의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 리드 탭용 필름은 랜덤 폴리프로필렌층(A층):블록 폴리프로필렌층(B층):터폴리프로필렌층(C1층+C2층)의 두께비가 1 : 1 내지 2 : 2 내지 3인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 터폴리프로필렌층(C1층+C2층)은 제1터폴리프로필렌층(C1층):제2터폴리프로필렌층(C2층)의 두께비가 1 : 1 내지 10인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 리드 탭용 필름의 제조 방법은, 상기 제1필름에 가해지는 장력을 9 내지 21 N으로 제어하고, 상기 제2필름에 가해지는 장력을 3 내지 13 N으로 제어하여 열합지하는 것일 수 있다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 리드 탭용 필름의 제조 방법은 하기 관계식 1 또는 관계식 2를 만족하도록 각 필름에 가해지는 장력을 제어하는 것일 수 있다.
[관계식 1]
8 ≤ T1 ≤ 11
[관계식 2]
3 ≤ T2 ≤ 11
(상기 관계식 1에서 T1은 제1필름에 가해지는 장력이 9 내지 18 N 미만으로 제어될 때 제2필름에 가해지는 장력(N)이며,
상기 관계식 2에서 T2는 제1필름에 가해지는 장력이 18 내지 21 N으로 제어될 때 제2필름에 가해지는 장력(N)이다.)
또한, 본 발명의 또 다른 일 양태는 전술한 리드 탭용 필름을 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 이때 이차전지는 파우치형 이차전지일 수 있다.
상기 또 다른 일 양태에 있어, 상기 리드 탭용 필름은 이차전지의 리드 탭과 열 접착된 것일 수 있다.
본 발명에 따른 리드 탭용 필름은 공압출된 3중층의 제1필름과 단층의 제2필름을 열 합지하여 내층인 터폴리프로필렌층(C층, C1+C2)을 형성함에 따라, 기존 공압출 설비를 변경하지 않아도 내층의 두께를 원하는 바에 따라 조절할 수 있으며, 공압출 설비를 변경하지 않을 수 있음에 따라 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 동일한 재료인 제1터폴리프로필렌층(C1층)과 제2터폴리프로필렌층(C2층)이 서로 맞닿도록 열합지되어 제조된 것임에 따라 열 합지 후에도 층간박리가 쉽게 발생하지 않아 리드 탭을 보다 효과적으로 밀봉할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 리드 탭용 필름의 제조 방법을 간략하게 나타낸 모식도이다.
110: 상부롤 120: 하부롤
200: 권출부 300: 가열부
400: 냉각부 500: 권취부
이하 본 발명에 따른 리드 탭용 필름과 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 이차전지에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 리드 탭용 필름은 외층인 랜덤 폴리프로필렌층(A층), 중간층인 블록 폴리프로필렌층(B층) 및 내층인 터폴리프로필렌층(C층)으로 구성되며, 이때 내층이 파우치형 이차전지의 리드 탭과 접착되어 파우치를 밀봉시키는 층일 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 예에 따른 리드 탭용 필름은 공압출된 3중층의 제1필름; 및 단층의 제2필름;을 열합지하여 제조된 리드 탭용 필름으로, 상기 제1필름은 순차적으로 랜덤 폴리프로필렌층(A층), 블록 폴리프로필렌층(B층) 및 제1터폴리프로필렌층(C1층)으로 이루어지고, 상기 제2필름은 제2터폴리프로필렌층(C2층)으로 이루어지며, 상기 제1필름의 제1터폴리프로필렌층(C1층)과 상기 제2필름의 제2터폴리프로필렌층(C2층)이 서로 맞닿도록 열합지된 것을 특징으로 할 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 리드 탭용 필름은 공압출된 3중층의 제1필름과 단층의 제2필름을 열 합지하여 내층인 터폴리프로필렌층(C층, C1+C2)을 형성함에 따라, 기존 공압출 설비를 변경하지 않아도 내층의 두께를 원하는 바에 따라 조절할 수 있으며, 공압출 설비를 변경하지 않을 수 있음에 따라 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 동일한 재료인 제1터폴리프로필렌층(C1층)과 제2터폴리프로필렌층(C2층)이 서로 맞닿도록 열합지되어 제조된 것임에 따라 열 합지 후에도 층간박리가 쉽게 발생하지 않아 리드 탭을 보다 효과적으로 밀봉할 수 있다는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 일 예에 따른 리드 탭용 필름의 각 구성 요소에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 외층인 랜덤 폴리프로필렌층(A층)에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 랜덤 폴리프로필렌층은 프로필렌 단량체와 다른 올레핀 단량체의 랜덤 공중합체로 이루어진 층으로, 예를 들면 프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체 또는 프로필렌-1-부텐 랜덤 공중합체로 이루어진 층일 수 있으며, 바람직하게는 인장강도 향상 측면에서 프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체로 이루어진 층일 수 있다. 보다 구체적인 일 예시로, 상기 프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체는 분자량 분포도(Mw/Mn)가 4.0~15.0인 폴리프로필렌 랜덤 공중합체, 보다 좋게는 4.5~9.0인 것일 수 있다. 또한, 상기 프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체는 용융지수(MI, 230℃, 2.16kg 하중)가 3 내지 10 g/10min인 것일 수 있으며, 보다 좋게는 용융지수(MI, 230℃, 2.16kg 하중)가 4 내지 7 g/10min인 것일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 중간층인 블록 폴리프로필렌층(B층)에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 블록 폴리프로필렌층은 프로필렌 단량체와 다른 올레핀 단량체의 블록 공중합체로 이루어진 층으로, 예를 들면 프로필렌-에틸렌 블록 공중합체 또는 프로필렌-1-부텐 블록 공중합체로 이루어진 층일 수 있으며, 바람직하게는 인장강도 향상 측면에서 프로필렌-에틸렌 블록 공중합체로 이루어진 층일 수 있다. 보다 구체적인 일 예시로, 상기 프로필렌-에틸렌 블록 공중합체는 분자량 분포도(Mw/Mn)가 4.0~8.0인 것일 수 있으며, 보다 좋게는 4.5~7.5인 것일 수 있다. 또한, 상기 프로필렌-에틸렌 블록 공중합체는 용융지수(MI, 230℃, 2.16kg 하중)가 1 내지 10 g/10min인 것일 수 있으며, 보다 좋게는 용융지수(MI, 230℃, 2.16kg 하중)가 1 내지 5 g/10min인 것일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 내층인 터폴리프로필렌층(C층)에 대하여 설명한다.
전술한 바와 같이, 상기 터폴리프로필렌층(C층)은 상기 제1필름의 제1터폴리프로필렌층(C1층)과 상기 제2필름의 제2터폴리프로필렌층(C2층)이 열합지 공정을 통해 하나로 합지된 층으로, 상기 제1터폴리프로필렌층(C1층)과 제2터폴리프로필렌층(C2층)은 동일한 성분으로 이루어진 것일 수 있다.
구체적인 일 예시로, 상기 터폴리프로필렌층(C층)은 프로필렌-에틸렌-1-부텐 랜덤 삼중 공중합체로 이루어진 층일 수 있으며, 보다 구체적인 일 예시로, 상기 프로필렌-에틸렌-1-부텐 랜덤 삼중 공중합체는 분자량 분포도(Mw/Mn)가 2.0~9.5인 것일 수 있으며, 보다 좋게는 2.5~9.0인 것일 수 있다. 또한, 상기 프로필렌-에틸렌-1-부텐 랜덤 삼중 공중합체는 용융지수(MI, 230℃, 2.16kg 하중)가 3 내지 10 g/10min인 것일 수 있으며, 보다 좋게는 용융지수(MI, 230℃, 2.16kg 하중)가 4 내지 7 g/10min인 것일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 배경 기술에서 설명한 바와 같이, 용량이 향상된 고성능 이차전지를 제공하기 위해서 리드 탭의 두께가 두꺼워지는 추세이며, 이를 완벽히 밀봉하기 위해서는 리드 탭과 접착되는 내층의 두께가 더욱 두꺼워져 한다. 그러나, 3층 공압출만으로 내층의 두께를 보다 두껍게 하기 위해서는 기존 3층 공압출 설비를 변경해야함에 따라 과도한 비용이 지출되는 문제가 있었다.
이에 본 발명자들은 기존 설비를 그대로 사용하면서 내층의 두께를 두껍게 하기 위한 방법에 대하여 거듭 연구한 끝에, 랜덤 폴리프로필렌층(A층), 블록 폴리프로필렌층(B층) 및 제1터폴리프로필렌층(C1층)으로 이루어진 공압출된 3중층의 제1필름을 준비하고, 이 제1필름과 단층의 제2필름(제2터폴리프로필렌층(C2층))을 열합지 공정을 통해 합지시킴으로써 내층인 터폴리프로필렌층(C층)의 두께를 두껍게 하면서도 층간박리가 쉽게 발생하지 않는 리드 탭용 필름을 개발할 수 있었다.
구체적으로, 상기 리드 탭용 필름은 필름 총 두께가 80 내지 150 ㎛일 수 있으며, 보다 좋게는 90 내지 130 ㎛, 더욱 좋게는 95 내지 110 ㎛일 수 있다. 상기 두께 조건에서, 각 층의 두께비를 적절하게 제어하여 주는 것이 특히 중요한데, 필름 전체 두께 중 내층의 두께가 너무 얇을 경우 리드 탭의 말단 영역과 리드 탭용 필름 간 빈틈의 면적이 넓어질 수 있어 좋지 않으며, 내층의 두께가 너무 두꺼워질 경우 필름 자체의 인장강도 등 기계적 물성이 저하되어 리드 탭을 충분히 보호하기 어려울 수 있다.
바람직한 일 예시로, 상기 리드 탭용 필름은 랜덤 폴리프로필렌층(A층):블록 폴리프로필렌층(B층):터폴리프로필렌층(C1층+C2층)의 두께비가 1 : 1 내지 2 : 2 내지 3일 수 있으며, 보다 좋게는 1 : 1.2 내지 1.8 : 2.2 내지 2.8, 가장 좋게는 1 : 1.4 내지 1.6 : 2.4 내지 2.6인 것을 특징으로 할 수 있다. 이와 같은 범위에서 인장강도 등의 기계적 물성이 우수하면서도 내층의 두께가 충분히 두꺼워 기존 대비 보다 두꺼워진 리드 탭을 효과적으로 밀봉할 수 있다.
또한, 상기 터폴리프로필렌층(C1층+C2층)은 제1터폴리프로필렌층(C1층):제2터폴리프로필렌층(C2층)의 두께비가 1 : 1 내지 10일 수 있으며, 보다 좋게는 1 : 2 내지 8, 더욱 좋게는 1: 3 내지 5인 것을 특징으로 할 수 있다. 이와 같은 범위에서 기존 설비 변경 없이 내층의 두께를 목표하는 바에 따라 조절할 수 있으며, 열합지 공정 시 제1터폴리프로필렌층(C1층)과 제2터폴리프로필렌층(C2층)이 효과적으로 잘 합지되어 쉽게 층간박리되지 않을 수 있다.
이와 같은, 리드 탭용 필름은 전술한 바와 같이 공압출된 3중층의 제1필름과 단층의 제2필름을 열합지하여 제조될 수 있으며, 구체적으로 리드 탭용 필름의 제조 방법은 랜덤 폴리프로필렌(r-PP), 블록 폴리프로필렌(B-PP) 및 제1터폴리프로필렌(ter-PP)을 공압출하여 순차적으로 랜덤 폴리프로필렌층(A층), 블록 폴리프로필렌층(B층) 및 제1터폴리프로필렌층(C1층)으로 이루어진 3중층의 제1필름을 제조하는 단계; 및 상기 제1필름과 제2터폴리프로필렌층(C2층)으로 이루어진 단층의 제2필름을 열합지하여 리드 탭용 필름을 제조하는 단계;를 포함하며, 상기 제1필름의 제1터폴리프로필렌층(C1층)과 상기 제2필름의 제2터폴리프로필렌층(C2층)이 서로 맞닿도록 열합지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이를 통해 기존 공압출 설비를 변경하지 않으면서도 원하는 두께를 가진, 즉 보다 두꺼워진 내층을 가진 리드 탭용 필름을 효과적으로 제조할 수 있다.
먼저, 랜덤 폴리프로필렌(r-PP), 블록 폴리프로필렌(B-PP) 및 제1터폴리프로필렌(ter-PP)을 공압출하여 순차적으로 랜덤 폴리프로필렌층(A층), 블록 폴리프로필렌층(B층) 및 제1터폴리프로필렌층(C1층)으로 이루어진 3중층의 제1필름을 제조하는 단계를 수행할 수 있으며, 이때 각 층에 사용되는 고분자 소재는 앞서 설명한 바와 동일함에 따라 중복 설명은 생략하며, 이들의 공압출은 당업계에서 통상적으로 사용하는 조건 하에서 수행될 수 있다.
다음으로, 상기 제1필름과 제2터폴리프로필렌층(C2층)으로 이루어진 단층의 제2필름을 열합지하여 리드 탭용 필름을 제조하는 단계를 수 있으며, 이때 제2필름은 터폴리프로필렌 소재를 단일 압출하여 제조된 것일 수 있다.
도 1을 참조하면, 상부롤에 감겨있는 제1필름과 하부롤에 감겨있는 제2필름을 권출부에서 서로 적층시킨 후 가열부로 보내어 열 합지를 수행하고, 이를 냉각부에서 냉각, 권취부에서 권취시켜 리드 탭용 필름을 제조할 수 있다.
특히, 권출부에서 상부롤에 감겨있는 제1필름과 하부롤에 감겨있는 제2필름을 서로 적층시켜 가열부로 보낼 시 각 필름에 가해지는 장력을 적절하게 조절하여 주는 것이 우수한 품질을 가진 리드 탭용 필름을 제조할 수 있어 바람직하다.
구체적인 일 예시로, 상기 제1필름에 가해지는 장력을 9 내지 21 N으로 제어하고, 상기 제2필름에 가해지는 장력을 3 내지 13 N으로 제어하여 열합지할 수 있다. 이와 같은 범위에서 변색이 없고, 주름이 최소화되며, 두께가 거의 감소되지 않은 리드 탭용 필름을 제조할 수 있어 좋다.
더욱 바람직하게, 상기 리드 탭용 필름의 제조 방법은 하기 관계식 1 또는 관계식 2를 만족하도록 각 필름에 가해지는 장력을 제어할 수 있다.
[관계식 1]
8 ≤ T1 ≤ 11
[관계식 2]
3 ≤ T2 ≤ 11
(상기 관계식 1에서 T1은 제1필름에 가해지는 장력이 9 내지 18 N 미만으로 제어될 때 제2필름에 가해지는 장력(N)이며,
상기 관계식 2에서 T2는 제1필름에 가해지는 장력이 18 내지 21 N으로 제어될 때 제2필름에 가해지는 장력(N)이다.)
즉, 제1필름에 가해지는 장력이 9 내지 18 N 미만으로 상대적으로 작을 때는 제2필름에 가해지는 장력을 8 내지 11 N으로 제어하는 것이 바람직하며, 제1필름에 가해지는 장력이 18 내지 21 N으로 상대적으로 높을 때는 제2필름에 가해지는 장력을 3 내지 11 N으로 제어하는 것이 바람직하다. 이와 같은 범위에서 가장 우수한 품질을 가진 리드 탭용 필름을 제조할 수 있다.
한편, 상기 열합지 공정 시 온도는 100 내지 150℃일 수 있으며, 보다 좋게는 105 내지 130℃, 가장 좋게는 110 내지 120℃일 수 있다. 이와 같은 범위에서 제1필름과 제2필름이 효과적으로 합지되어 쉽게 층간박리되지 않을 수 있다.
이후 냉각부에서 열합지된 리드 탭용 필름이 냉각될 수 있으며, 냉각은 열합지된 리드 탭용 필름을 상온의 온도로 냉각시키는 것일 수 있다.
끝으로, 냉각된 리드 탭용 필름을 권취부에서 다시 롤에 감을 수 있으며, 이때 리드 탭용 필름에 가해지는 장력은 20 내지 30 N일 수 있다. 리드 탭용 필름에 가해지는 장력이 20 N 미만일 시 롤에 리드 탭용 필름이 권취되지 않을 수 있으며, 리드 탭용 필름에 가해지는 장력이 30 N 초과일 시 캠버(camber) 현상이 심해질 수 있어 좋지 않다.
한편, 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 리드 탭용 필름을 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 이때 이차전지는 당업계에서 통상적으로 사용되는 파우치형 이차전지일 수 있으며, 구체적인 구성은 당업자라면 알 수 있는 바 구체적인 설명한 생략한다. 상기 리드 탭용 필름은 이차전지의 리드 탭과 열 접착되어 이차전지의 리드 탭 및 파우치를 완전히 밀봉시킬 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 리드 탭용 필름과 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 이차전지에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.
[실시예 1]
랜덤 폴리프로필렌(A, 롯데케미칼, sfc550), 블록 폴리프로필렌(B, 롯데케미칼, fc330) 및 제1터폴리프로필렌(C1, 롯데케미칼, bp402)을 순차적으로 145℃, 163℃, 145℃의 온도 조건에서 공압출하여 A/B/C1 3중층 구조의 제1필름(A/B/C1의 두께=20/30/10 ㎛)을 제조하였다.
제2터폴리프로필렌(C2, 롯데케미칼, bp402)을 압출하여 C2 단층의 제2필름(C2의 두께=40 ㎛)을 제조하였다.
다음으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부롤에는 제1필름을, 하부롤에는 제2필름을 롤링한 후 상부롤의 제1필름에 가해지는 장력과 하부롤의 제2필름에 가해지는 장력을 하기 표 1에 기재된 바와 같이 제어하여 열합지 공정을 수행하였으며, 이때 열 합지 온도는 115℃로 제어하였다. 이때, 하기 표 1의 세로는 상부롤의 제1필름에 가해지는 장력(0~22 N)이며, 가로는 하부롤의 제2필름에 가해지는 장력(0~14 N)이다.
이로부터 A/B/C 구조의 3중층 리드 탭용 필름을 제조하였으며, 각 층의 두께는 A/B/C = 20/30/50 ㎛이었다.
이후 제조된 필름의 특성을 평가하였으며, 두께 감소 및 주름 형성이 없는 경우 ◎, 2 ㎛ 이하의 두께 감소 또는 약한 주름이 형성된 경우 ○, 육안 상 명확한 주름이 형성된 경우 △, 2 ㎛ 초과로 두께가 감소한 경우 ▲, 변색이 발생한 경우 ◆로 평가하였다.
[표 1]
Figure PCTKR2021015712-appb-I000001
상기 표 1을 통해 알 수 있는 바와 같이, 우수한 품질을 가진 3중층 리드 탭용 필름을 제조하기 위해서는 열 합지 시 각 필름에 가해지는 장력을 적절하게 제어하여 주는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
특히, 제1필름(A/B/C1의 두께=20/30/10 ㎛)과 제2필름(C2의 두께=40 ㎛)을 열 합지하여 A/B/C = 20/30/50 ㎛인 3중층 리드 탭용 필름을 제조할 시, 상부롤의 제1필름에 가해지는 장력이 9 내지 17 N일 경우 하부롤의 제2필름에 가해지는 장력을 8 내지 11로 제어하였을 때 가장 우수한 품질의 필름을 제조할 수 있었다. 아울러, 상부롤의 제1필름에 가해지는 장력이 18 내지 21 N으로 다소 커진 경우에는 하부롤의 제2필름에 가해지는 장력을 3 내지 11 N으로 제어하였을 때 가장 우수한 품질의 필름을 제조할 수 있었다.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. 공압출된 3중층의 제1필름; 및 단층의 제2필름;을 열합지하여 제조된 리드 탭용 필름으로,
    상기 제1필름은 순차적으로 랜덤 폴리프로필렌층(A층), 블록 폴리프로필렌층(B층) 및 제1터폴리프로필렌층(C1층)으로 이루어지고, 상기 제2필름은 제2터폴리프로필렌층(C2층)으로 이루어지며,
    상기 제1필름의 제1터폴리프로필렌층(C1층)과 상기 제2필름의 제2터폴리프로필렌층(C2층)이 서로 맞닿도록 열합지된 것을 특징으로 하는, 리드 탭용 필름.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 리드 탭용 필름은 랜덤 폴리프로필렌층(A층):블록 폴리프로필렌층(B층):터폴리프로필렌층(C1층+C2층)의 두께비가 1 : 1 내지 2 : 2 내지 3인 것을 특징으로 하는, 리드 탭용 필름.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 터폴리프로필렌층(C1층+C2층)은 제1터폴리프로필렌층(C1층):제2터폴리프로필렌층(C2층)의 두께비가 1 : 1 내지 10인 것을 특징으로 하는, 리드 탭용 필름.
  4. 랜덤 폴리프로필렌(r-PP), 블록 폴리프로필렌(B-PP) 및 제1터폴리프로필렌(ter-PP)을 공압출하여 순차적으로 랜덤 폴리프로필렌층(A층), 블록 폴리프로필렌층(B층) 및 제1터폴리프로필렌층(C1층)으로 이루어진 3중층의 제1필름을 제조하는 단계; 및
    상기 제1필름과 제2터폴리프로필렌층(C2층)으로 이루어진 단층의 제2필름을 열합지하여 리드 탭용 필름을 제조하는 단계;를 포함하며,
    상기 제1필름의 제1터폴리프로필렌층(C1층)과 상기 제2필름의 제2터폴리프로필렌층(C2층)이 서로 맞닿도록 열합지하는 것을 특징으로 하는, 리드 탭용 필름의 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 리드 탭용 필름은 랜덤 폴리프로필렌층(A층):블록 폴리프로필렌층(B층):터폴리프로필렌층(C1층+C2층)의 두께비가 1 : 1 내지 2 : 2 내지 3인 것을 특징으로 하는, 리드 탭용 필름의 제조 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 터폴리프로필렌층(C1층+C2층)은 제1터폴리프로필렌층(C1층):제2터폴리프로필렌층(C2층)의 두께비가 1 : 1 내지 10인 것을 특징으로 하는, 리드 탭용 필름의 제조 방법.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 리드 탭용 필름의 제조 방법은, 상기 제1필름에 가해지는 장력을 9 내지 21 N으로 제어하고, 상기 제2필름에 가해지는 장력을 3 내지 13 N으로 제어하여 열합지하는 것인, 리드 탭용 필름의 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 리드 탭용 필름의 제조 방법은 하기 관계식 1 또는 관계식 2를 만족하도록 각 필름에 가해지는 장력을 제어하는 것인, 리드 탭용 필름의 제조 방법.
    [관계식 1]
    8 ≤ T1 ≤ 11
    [관계식 2]
    3 ≤ T2 ≤ 11
    (상기 관계식 1에서 T1은 제1필름에 가해지는 장력이 9 내지 18 N 미만으로 제어될 때 제2필름에 가해지는 장력(N)이며,
    상기 관계식 2에서 T2는 제1필름에 가해지는 장력이 18 내지 21 N으로 제어될 때 제2필름에 가해지는 장력(N)이다.)
  9. 제 1항의 리드 탭용 필름을 포함하는 이차전지.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 리드 탭용 필름은 이차전지의 리드 탭과 열 접착된 것인, 이차전지.
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