WO2024010250A1 - 접착력이 개선된 보호필름이 구비된 파우치형 이차 전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

접착력이 개선된 보호필름이 구비된 파우치형 이차 전지 및 이의 제조방법 Download PDF

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protective film
secondary battery
pouch
type secondary
electrode
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우민기
안창범
최병만
정재봉
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a pouch-type secondary battery equipped with a protective film with improved adhesion and a manufacturing method thereof. Specifically, the adhesion of the protective film located on the welded portion of the electrode tab and the electrode lead is improved to enable electrolyte wetting. It relates to a pouch-type secondary battery equipped with a protective film with improved adhesion that can prevent the protective film from moving out of position even after processing, and a method of manufacturing the same.
  • Secondary batteries that can store the generated electrical energy is increasing due to air pollution caused by the use of fossil fuels and the development of alternative energy due to energy depletion.
  • Secondary batteries that can be charged and discharged are closely used in our daily lives, including in mobile devices, electric vehicles, and hybrid electric vehicles.
  • the battery cell is provided with a protective film on the part where the electrode tab and electrode lead are welded and connected.
  • the adhesive strength of the protective film is reduced, causing folding or displacement of the protective film, resulting in poor performance and defects. It may also lead to .
  • FIG 1 is an exploded perspective view showing a battery cell in the prior art.
  • a battery cell according to the prior art includes an electrode assembly 10, a case 20 for storing the electrode assembly 10, an electrode tab 30 extending to one side of the electrode assembly 10, and one side An electrode lead 40 connected to the electrode tab 30 and the other side protruding outside the case 20, and a ring-shaped protective film 50 surrounding the connection portion of the electrode tab 30 and the electrode lead 40. It is composed.
  • connection between the electrode tab 30 and the electrode lead 40 is covered with a protective film 50 coated with an acrylic resin adhesive to protect the connection from shock resistance, etc.
  • the protective film 50 is fixed by tension due to the adhesive force of the acrylic resin adhesive, and due to insufficient adhesive and fixing force, it moves in the longitudinal direction of the electrode tab 30 and the electrode lead 40 during the electrolyte wetting process. There is a problem that position deviation may occur.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 2009-0077420
  • the present invention provides a pouch-type secondary battery equipped with a protective film with improved adhesion that can maintain high adhesion even after the electrolyte impregnation (wetting) process and prevent folding or displacement of the protective film.
  • the purpose is to provide a method for manufacturing the same.
  • a pouch-type secondary battery equipped with a protective film with improved adhesion includes a case 100 made of a laminated sheet structure; an electrode assembly 200 stored inside the case 100; an electrode tab 300 extending from the electrode assembly 200; an electrode lead 400 whose one side is connected to the electrode tab 300 and whose other side protrudes outward from the case 100; A protective film 500 located on the upper and lower surfaces of the welded portion W of the electrode tab 300 and the electrode lead 400, wherein the protective film 500 is EVA (Ethylene-EVA) in close contact with the surface of the welded portion.
  • EVA Ethylene-EVA
  • Vinyl Acetate Copolymer Vinyl Acetate Copolymer-based adhesive layer (520), and a support layer (510) made of one or more of PP (polypylene), CPP (cast polypyrene), or PET (Polyethylene Terephthalate) located on one side of the adhesive layer (520). It is characterized by
  • the support layer 510 is characterized by being made of CPP (cast polypylene) material.
  • the support layer 510 is made of PET (Polyethylene Terephthalate) material.
  • the protective film 500 is located in an internal space that does not overlap the sealing part of the case 100 and completely surrounds the welding portion (W). do.
  • the thickness of the protective film 500 is characterized in that it is greater than or equal to the height of the bead generated during welding.
  • the protective film 500 is characterized in that it consists of a pair located respectively on one side and the other side of the welding portion (W).
  • the protective film 500 is characterized in that it is composed of one piece bent to cover one side and the other side of the welded portion (W).
  • the pouch-type secondary battery manufacturing method includes a first step of preparing an electrode assembly 200; A second step of welding the electrode tab 300 and the electrode lead 400 extending from the electrode assembly 200; A third step of positioning the protective film 500 to cover the welded portion W of the electrode tab 300 and the electrode lead 400; A fourth step of thermally compressing the protective film 500; A fifth step of storing the electrode assembly 200 in the case 100; and a sixth step of sealing the edge of the case 100, wherein the protective film 500 includes an EVA (Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer) adhesive layer 520 in close contact with the surface of the welding portion (W), and It is characterized by being composed of a support layer 510 made of one or more of polypylene (PP), cast polypylene (CPP), or polyethylene terephthalate (PET) located on one side of the adhesive layer.
  • EVA Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer
  • the support layer 510 is characterized by being made of CPP (cast polypylene) material.
  • the protective film 500 completely surrounds the welding portion W, and in the fifth step, the protective film 500 is in the case. It is characterized in that it is located in an internal space that does not overlap with the sealing part of.
  • the thickness of the protective film 500 is less than or equal to the height of the bead generated during welding.
  • the thermal compression in the fourth step is performed sequentially in the first thermal compression and secondary thermal compression steps, and the heating temperature during the secondary thermal compression is equal to that of the first thermal compression. It is characterized by being higher than the heating temperature during heat compression.
  • the heating temperature during the secondary heat compression is 100 to 145 ° C.
  • the present invention provides a battery module including the pouch-type secondary battery described above.
  • the pouch-type secondary battery according to the present invention can maintain high adhesive strength because it uses an EVA (Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer)-based adhesive as the adhesive layer of the protective film, and as a result, the electrolyte solution wetting process is used. This has the advantage of preventing the protective film from being folded or moved out of position.
  • EVA Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer
  • a protective film with excellent adhesion is located at the welded portion of the electrode tab and the electrode lead, so it is possible to prevent insulation resistance defects that may occur when the case interferes with the electrode tab and the electrode lead welded portion. There is an advantage.
  • Figure 1 is an exploded perspective view showing a battery cell in the prior art.
  • Figure 2 is an exploded perspective view of a pouch-type secondary battery according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of the protective film shown in FIG. 2, where (A) is a cross-sectional view in the a-a direction of FIG. 2, and (B) is a cross-sectional view in the b-b direction of FIG. 2.
  • Figure 4 is an exploded perspective view of a pouch-type secondary battery according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a pouch-type secondary battery according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the pouch-type secondary battery according to the present invention
  • Figure 3 is a vertical cross-sectional view of the protective film according to the present invention
  • (A) is a cross-sectional view in the direction a-a of Figure 2
  • (B) is a cross-sectional view of the protective film according to the present invention. This is a cross-sectional view in the b-b direction.
  • the pouch-type secondary battery according to the present invention includes a case 100, an electrode assembly 200, an electrode tab 300, an electrode lead 400, and a protective film 500. It consists of:
  • the case 100 may be composed of an upper case and a lower case, and a pocket-shaped storage portion is formed to accommodate the electrode assembly 200.
  • This case 100 is formed by forming a laminate sheet consisting of an external resin layer 110, a metal layer 120, and an internal resin layer 130 to form a receiving part.
  • the external resin layer 110 is located on the outside of the case 100, and this external resin layer 110 protects the electrode assembly 200 and secures heat resistance and chemical resistance, tensile strength, moisture resistance, and air resistance.
  • a heat-resistant polymer with excellent permeation prevention properties may be used, and for example, nylon or polyethylene terephthalate may be used, but is not limited thereto.
  • the metal layer 120 in contact with the external resin layer 110 corresponds to a barrier layer that prevents moisture or various gases from penetrating into the battery from the outside.
  • a preferred material for this metal layer is aluminum thin film, which is lightweight and has excellent formability. You can use it.
  • the internal resin layer 130 since the internal resin layer 130 is in direct contact with the electrode assembly 200, it must have insulating and electrolytic resistance, and also has excellent sealing properties for sealing from the outside, that is, the sealing area where the internal layers are heat-adhered to each other has excellent thermal adhesion. Must have strength.
  • Materials of this internal resin layer 130 include polypropylene, which has excellent chemical resistance and good sealing properties, cast polypropylene (CPP), polyethylene, polyethylene acrylic acid, It can be selected from polyolefin resins such as polybutylene, polyurethane resins, and polyimide resins, but is not limited to these. Poly has excellent mechanical properties such as tensile strength, rigidity, surface hardness, and impact resistance, and chemical resistance. Propylene or non-stretched polypropylene (Cast Polypropylene, CPP) is most preferred.
  • FIG. 2 shows that both the upper case and the lower case are provided with a storage unit
  • the storage unit may be provided only in the upper case or the lower case.
  • the electrode assembly 200 which is seated in the receiving portion of the case 100, is a jelly-roll type electrode assembly composed of a long sheet-shaped cathode and an anode with a separator interposed between them and then wound, or a rectangular anode and cathode with a separator between them.
  • a stacked electrode assembly composed of unit cells in a structure that are stacked with the unit cells interposed, a stack-folded electrode assembly in which the unit cells are wound by a long separation film, or a stacked electrode assembly in which the unit cells are stacked with a separator interposed between them. It may be composed of a lamination-stack type electrode assembly that is attached to each other, but is not limited thereto.
  • the negative electrode is manufactured by applying a slurry mixed with a negative electrode active material and a binder to the negative electrode current collector.
  • the negative electrode active material includes, for example, carbon such as non-graphitizable carbon and graphitic carbon; Li x Fe 2 O 3 (0 ⁇ x ⁇ 1), Li x WO 2 (0 ⁇ x ⁇ 1), Sn , B, P, Si, elements of groups 1, 2, and 3 of the periodic table, halogen; metal complex oxides such as 0 ⁇ x ⁇ 1;1 ⁇ y ⁇ 3;1 ⁇ z ⁇ 8); lithium metal; lithium alloy; silicon-based alloy; tin-based alloy; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , metal oxides such as Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni based materials; Si, SiO, SiO 2 alone or a Si-based mixture thereof can be used, but is not
  • the positive electrode is manufactured by applying a slurry mixed with a positive electrode active material and a binder to the positive electrode current collector.
  • the negative electrode current collector and the positive electrode dust collector are composed of a coated part to which slurry mixed with active materials is applied and an uncoated part to which no slurry is applied. It is formed by cutting the uncoated part or connecting a separate conductive member to the uncoated part by ultrasonic welding, etc. An electrode tab 300 is formed.
  • a pair of electrode leads 400 consisting of a positive electrode lead and a negative electrode lead are electrically connected to the electrode tab 300 consisting of a positive electrode tab and a negative electrode tab of the electrode assembly 200, respectively, and are then exposed to the outside of the case.
  • the electrode tab 300 and the electrode lead 400 can be electrically connected by welding, more specifically, ultrasonic welding.
  • the joining by ultrasonic welding is performed by ultrasonic waves as high as approximately 20 kHz.
  • welding is carried out rapidly as the vibration energy is converted into heat energy by friction according to the operation of the horn and anvil at the interface between the electrode tab and the electrode lead.
  • the edges of the upper and lower cases are sealed with a portion of the electrode lead 400 protruding to the outside.
  • the sealing is performed under heating and pressure at a high temperature, there is a possibility that the electrode lead 400 may be damaged and an electrical short circuit may occur between the electrode lead and the case 100.
  • the lead film 410 is positioned on the upper and lower surfaces of the electrode lead 400.
  • the lead film 410 can be formed to cover all surfaces of the electrode lead 400, but it prevents damage to the electrode lead 400 and electrical short-circuiting between the electrode lead 400 and the case 100 during sealing. For this reason, it may be attached only to the position of the electrode lead 400 that faces the case 100.
  • the protective film 500 is disposed to surround the portion where the electrode tab 300 and the electrode lead 400 overlap, that is, their welded portion W.
  • the surfaces of the electrode tab 300 and the electrode lead 400 may not be smooth. In other words, during the welding process of the electrode tab 300 and the electrode lead 400, beads that are melted and then hardened during laser welding are generally generated.
  • the welding area (W) and the case 100 may come into contact during an external impact, and the case 100 may be damaged, causing insulation defects, etc. Although it may cause problems, the above-mentioned problems can be overcome because the protective film 500 surrounds the welded portion (W).
  • the protective film 500 may include a support layer 510 and an adhesive layer 520. This protective film 500 is located on the upper and lower surfaces of the welded portion W, respectively, and completely surrounds them.
  • the protective film 500 is located in an internal space that does not overlap the sealing part of the case 100.
  • the support layer 510 may be an insulating material.
  • it is preferably made of polypropylene (PP), cast polypropylene (CPP), or polyethylene terephthalate (PET). .
  • the support layer 510 is made of non-stretched polypropylene (CPP) or polypropylene (PP), which is the same material as the internal resin layer 130, it is made of the same material even if the attachment position is unintentionally slightly shifted. This has the advantage that adhesion does not deteriorate.
  • CPP non-stretched polypropylene
  • PP polypropylene
  • the support layer 510 is made of polyethylene terephthalate (PET)
  • PET polyethylene terephthalate
  • the melting temperature is about 160°C, which is higher than that of non-stretched polypropylene (Cast Polypropylene, CPP), so the heat compression process of the protective film can be easier. there is.
  • the adhesive layer 520 provided on one side of the support layer 510, that is, the side facing the welding portion W, is preferably made of a material that exhibits adhesive strength when heated at a temperature above a certain level, and in particular, EVA (Ethylene- Vinyl Acetate Copolymer (Vinyl Acetate Copolymer)-based adhesives are more preferable.
  • EVA Ethylene- Vinyl Acetate Copolymer (Vinyl Acetate Copolymer)-based adhesives are more preferable.
  • EVA Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer
  • Acrylic adhesives have been used as conventional adhesive layer materials, and since these acrylic adhesives provide adhesive strength by applying pressure at room temperature, the bonded areas fall apart during the electrolyte wetting process due to their relatively low adhesive strength, resulting in folding, displacement, or severe problems. In this case, it is separated from the welding area (W), which may lead to quality deterioration or product defects.
  • the support layer 510 of the present invention uses an EVA (Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer)-based adhesive, it exhibits excellent adhesion by performing the adhesion process under heating and pressure conditions, and thus can greatly reduce the frequency of occurrence of the above-mentioned problems. there is.
  • EVA Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer
  • the thickness of the protective film 500 should be equal to or slightly thicker than the bead height so that the bead is not exposed.
  • the protective film 500 is preferably at least 110 ⁇ m.
  • the respective thicknesses of the support layer 510 and the adhesive layer 520 are not particularly limited as long as they are within the thickness range of the protective film 500.
  • the support layer 510 and the adhesive layer 520 may be 90 ⁇ m and 20 ⁇ m, respectively, and may also be 80 ⁇ m and 30 ⁇ m.
  • the thickness of the electrode lead and electrode tab and the height of the bead generated during the welding process may also increase, so the thickness of the protective film 500 can be changed as much as desired.
  • Figure 4 is an exploded perspective view of a pouch-type secondary battery according to a second embodiment of the present invention. Only the outer appearance of the protective film 500 is different from the first embodiment described with reference to FIGS. 2 and 3, but the remaining configuration is the same.
  • the protective film 500 of the pouch-type secondary battery according to the second embodiment of the present invention is composed of one protective film 500 and is folded and positioned on the upper and lower surfaces of the welded portion (W).
  • the adhesive layers 520 of the protective film 500 face each other so as to face the welding portion W.
  • Figure 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a pouch-type secondary battery according to a first preferred embodiment of the present invention.
  • the method of manufacturing a pouch-type secondary battery according to the first embodiment of the present invention includes the first step of preparing the electrode assembly 200, the electrode tab 300 extending on the side of the electrode assembly 200. ) and the second step of welding the electrode lead 400, the third step of positioning the protective film 500 to cover the welded portion W of the electrode tab 300 and the electrode lead 400, the protective film ( It includes a fourth step of thermocompressing the electrode assembly 200, a fifth step of storing the electrode assembly 200 in the case 100, and a sixth step of sealing the edge of the case.
  • the first step of preparing the electrode assembly 200 is to prepare the electrode assembly 200 in which one or more anodes, cathodes, and separators are stacked and provided with an electrode tab 300 extending outward.
  • the second step of welding the electrode tab 300 and the electrode lead 400 extending from the electrode assembly 200 is performed by overlapping a portion of the electrode tab 300 and the electrode lead 400 and then using laser welding or resistance welding. This is a step of electrically connecting and fixing them using known joining means.
  • the third step of positioning the protective film 500 to cover the welded portion W of the electrode tab 300 and the electrode lead 400 is to place a pair of protective films 500 on the upper and lower surfaces of the welded portion W. ) is the step of placing them in close contact with each other.
  • the fourth step of thermocompression bonding the protective film 500 is to apply heat and pressure to the protective film 500 to melt a portion of the adhesive layer 520 of the protective film 500, thereby melting the adhesive layer 520 located on the upper and lower surfaces of the welded portion W.
  • This is the step of firmly adhering a pair of protective films 500 to each other.
  • the portion where the protective film 500 and the weld zone (W) overlap each other are joined to the adhesive layer 520 and the weld zone (W), and the portion that does not overlap the weld zone (W) is the adhesive layer 520 located above and below. are combined.
  • the heat compression step is preferably carried out in two stages, that is, the second heat compression is performed after the first heat compression, and it is more preferable that the heating temperature is higher during the second heat compression than during the first heat compression.
  • the first heat compression is performed at 80 ⁇ 90°C and 2 ⁇ 5kgf/cm 2 for 2 ⁇ 4 seconds
  • the second heat compression is performed at 100 ⁇ 160°C and 2 ⁇ 5kgf/cm 2 for 2 ⁇ 4 seconds. do.
  • the first heat compression step is to melt the adhesive layer 520 to fix and temporarily bond the approximate position of the protective film 500
  • the second heat compression step is to melt the adhesive layer 520 and temporarily bond the protective film 500. This is a step to improve the fixing power of the protective film 500 by applying heat and pressure once more to the protective film 500.
  • the adhesive of a conventional welding protection film is a material that exhibits adhesive power at room temperature, it is always in a sticky state, and therefore, when cutting the protective film or placing it on the welding area (W), it frequently occurs that it is not accurately attached to the desired position.
  • the adhesive layer 520 of the present invention since the adhesive layer 520 of the present invention has no adhesive force until heat is applied, it can be accurately positioned at a desired location, and it is very advantageous to cut it to a certain size or store it.
  • the fifth step of storing the electrode assembly 200 in the case 100 is to place the electrode assembly 200, with the protective film 500 in close contact with the upper and lower surfaces of the welded portion W, in the receiving portion of the case 100. This is the stage of storage. At this time, it is better to store the protective film 500 in an internal space that does not overlap the sealing part of the case 100.
  • the sixth step of sealing the edge of the case is a step of pressing two or three sides of the edge of the case 100 at a certain temperature and pressure. Afterwards, the electrolyte is injected and an activation process is performed. Since these processes are the same as the manufacturing process of a pouch-type secondary battery, detailed explanations will be omitted.
  • the present invention may be a battery module including the pouch-type secondary battery described above, and may be a battery pack including the battery module described above.
  • thermal compression was performed at 130°C and 5kgf/cm 2 for 3 seconds.
  • the adhesive layer used an EVA resin composition mixed with 18 parts by weight of a crosslinking agent based on 100 parts by weight of EVA resin, and the EVA resin had a vinyl acetate (VA) content of 18% by weight and a melt index (MFI) of 15g/10 minutes (190%).
  • VA vinyl acetate
  • MFI melt index
  • °C when measured with a load of 2.16 kg), and the cross-linking agent is dialkyl peroxide, and the 1-hour half-life temperature (cross-linking reaction temperature) is di-t-butyl peroxide (di-tert) between 135 and 150 °C. -butyl peroxide) was used.
  • the protective layer is non-stretched polypropylene (Cast Polypropylene, CPP) with a tensile strength of 4.5kgf/mm 2 (Machine Direction, MD) as measured by ASTM D882 and an elongation of 750% (Machine Direction, MD) as measured by ASTM D882. was used.
  • CPP non-stretched polypropylene
  • the beads in the weld zone were distributed in the range of 36 to 91 ⁇ m, and the thickness of the adhesive layer and protective layer were 20 ⁇ m and 100 ⁇ m, respectively, for a total thickness of 120 ⁇ m.
  • Example 2 The rest is the same as Example 1, except that the thicknesses of the adhesive layer and the protective layer were changed to 50 ⁇ m and 100 ⁇ m, respectively, and the total thickness was changed to 150 ⁇ m. Meanwhile, the beads in the weld area were distributed in the range of 44 to 103 ⁇ m.
  • a two-layer protective film consisting of an adhesive layer and a protective layer was fixed to the welded area of the aluminum anode lead and the aluminum anode tab. At this time, the beads in the weld zone were distributed in the range of 48 to 108 ⁇ m, and the rest was the same as Example 1.
  • a two-layer protective film consisting of an adhesive layer and a protective layer was fixed to the welded part of the anode lead made of aluminum and the anode tab made of aluminum. At this time, the beads in the weld zone were distributed in the range of 39 to 110 ⁇ m, and the rest was the same as Example 2.
  • Example 2 The rest is the same as Example 1 except that the beads in the weld zone are distributed in the range of 45 to 100 ⁇ m.
  • Example 2 The rest is the same as Example 2, except that the beads in the weld zone are distributed in the range of 39 to 89 ⁇ m.
  • Example 3 The rest is the same as Example 3, except that the beads in the weld zone are distributed in the range of 41 to 99 ⁇ m.
  • Example 4 The rest is the same as Example 4, except that the beads in the weld zone are distributed in the range of 54 to 108 ⁇ m.
  • thermal compression was performed at 130°C and 5kgf/cm 2 for 3 seconds.
  • the beads in the weld zone were distributed in the range of 48 to 11O ⁇ m, and the thickness of the adhesive layer and protective layer were 50 ⁇ m and 100 ⁇ m, respectively, for a total thickness of 150 ⁇ m.
  • a two-layer protective film consisting of an adhesive layer and a protective layer was positioned to cover the welded area of the aluminum anode lead and the aluminum anode tab.
  • thermal compression was performed at 130°C and 5kgf/cm 2 for 3 seconds.
  • the adhesive layer is the same as Example 1, and the protective layer has a tensile strength of 26.6kgf/mm 2 (Machine Direction, MD) as measured by ASTM D882 and an elongation of 114% (Machine Direction, MD) as measured by ASTM D882. ), polyethylene terephthalate (PET), was used.
  • MD Machine Direction
  • PET polyethylene terephthalate
  • the beads in the weld area were distributed in the range of 39 to 89 ⁇ m on average, and the thickness of the adhesive layer and protective layer were 50 ⁇ m and 100 ⁇ m, respectively, for a total thickness of 150 ⁇ m.
  • the adhesive layer was acrylic, and the protective layer was prepared with a two-layer protective film made of non-stretched polypropylene, and then positioned to cover the welded area of the nickel cathode lead and the copper cathode tab. Afterwards, it was pressurized at 120°C and 5kgf/cm 2 for 3 seconds.
  • the thickness of the adhesive layer and protective layer were 10 ⁇ m and 100 ⁇ m, respectively, for a total thickness of 110 ⁇ m, and the beads in the weld zone were distributed in the range of 38 ⁇ 87 ⁇ m.
  • a two-layer protective film made of the same acrylic and unstretched polypropylene as in Comparative Example 1 was fixed to the welded portion of the anode lead made of aluminum and the anode tab made of aluminum, and the beads in the welded portion were distributed in the range of 49 to 98 ⁇ m. Except for this, the rest is the same as Comparative Example 1.
  • adhesive layer protective layer bead height electrode matter thickness matter thickness
  • Example 1 EVA 20 CPP 100 36 ⁇ 91 ⁇ m cathode
  • Example 2 EVA 50 CPP 100 44 ⁇ 103 ⁇ m cathode
  • Example 3 EVA 20 CPP 100 48 ⁇ 108 ⁇ m anode
  • Example 4 EVA 50 CPP 100 39 ⁇ 110 ⁇ m anode
  • Example 5 EVA 20 CPP 100 45 ⁇ 100 ⁇ m cathode
  • Example 6 EVA 50 CPP 100 39 ⁇ 89 ⁇ m cathode
  • Example 7 EVA 20 CPP 100 41 ⁇ 99 ⁇ m anode
  • Example 8 EVA 50 CPP 100 54 ⁇ 108 ⁇ m anode
  • Example 9 EVA 50 CPP 100 48 ⁇ 11O ⁇ m anode
  • Example 10 EVA 50 PET 100 39 ⁇ 89 ⁇ m anode Comparative Example 1 acryl 10 CPP 100 38 ⁇ 87 ⁇ m cathode Comparative Example 2 acryl 10 CPP 100 49 ⁇ 98 ⁇ m anode Comparative Example 3 acryl 10 CPP 100 36 ⁇ 89 ⁇ m cathode Compar
  • thermo bonding strength of the protective films according to Examples 1-10 and Comparative Examples 1-5 was evaluated separately before and after impregnation with the electrolyte solution.
  • electrolyte impregnation refers to the results of measuring the thermal bond strength after a certain period of time without contact with the electrolyte after fixing the protective film to the welded part, and after impregnating the electrolyte means the result of continuously contacting the electrolyte after fixing the protective film to the welded part. It refers to the result of measuring the thermal bond strength after curing for a certain period of time in the original condition.
  • the electrolyte is 50 ⁇ 55% by volume of Ethyl methyl carbonate, 30 ⁇ 35% by volume of ethylene carbonate, 10 ⁇ 15% by volume of Lithium hexafluorophosphate, 0.1 ⁇ 5% by volume of Vinylene carbonate, 0.1 ⁇ 5% by volume of 1,3,2-Dioxathiolane, and lithium tetra. It contains 0.1 to 5% by weight of fluoroborate and 0.1 to 5% by volume of propane sultone.
  • the thermal bond strength was measured between the negative lead or positive lead and the protective film by applying a load rising at a speed of 50 mm/min using an adhesive strength meter (Instron, universal material testing machine 6800 series model).
  • Example 1 389gf/6.0mm 395gf/6.0mm cathode
  • Example 2 700gf/6.0mm 700gf/6.0mm cathode
  • Example 3 282gf/6.0mm 290gf/6.0mm anode
  • Example 4 417gf/6.0mm 390gf/6.0mm anode
  • Example 5 263gf/6.0mm 340gf/6.0mm cathode
  • Example 6 523gf/6.0mm 490gf/6.0mm cathode
  • Example 7 218gf/6.0mm 235gf/6.0mm anode
  • Example 8 470gf/6.0mm 493gf/6.0mm anode Comparative Example 1 95gf/6.0mm 38gf/6.0mm cathode Comparative Example 2 57gf/6.0mm 33gf/6.0mm anode Comparative Example 3 85gf/6.0mm 37gf/6.0mm cathode Comparative Example 4 100gf/6.0mm 35gf/6.0mm anode
  • the adhesive strength was in the range of 57 to 100 gf/6.0mm before impregnation with the electrolyte solution, and significantly lowered to 33 to 38 gf/6.0mm after impregnation with the electrolyte solution.
  • the adhesive strength is maintained at 235 ⁇ 700 gf/6.0mm even after impregnation with electrolyte solution without any particular decrease.
  • Example 9-10 and Comparative Example 5 are shown in Table 3 below. The results were measured immediately after heat compression before electrolyte impregnation, and the results were measured at regular intervals after impregnation.
  • Example 9 which used EVA as the adhesive layer and CPP as the protective layer
  • Example 10 which used EVA as the adhesive layer and PET as the protective layer
  • the thickness of the adhesive layer and protective layer were 50 ⁇ m and 100 ⁇ m, respectively, and the bead of the welded area was positioned to surround the welded area of the anode lead and anode tab distributed in the range of 57 ⁇ 10O ⁇ m.
  • everything else was the same as Example 1 except that heat compression was performed at 120°C.
  • Example 11 Everything else was the same as Example 11 except that heat compression was performed at 125°C.
  • Example 11 The rest is the same as Example 11, except that the protective layer was the PET of Example 10, and the thicknesses of the adhesive layer and protective layer were changed to 75 ⁇ m and 75 ⁇ m, respectively.
  • Example 17 Everything else was the same as Example 17 except that heat compression was performed at 125°C.
  • Example 17 Everything else was the same as Example 17 except that heat compression was performed at 145°C.
  • Example 17 Everything else was the same as Example 17 except that heat compression was performed at 155°C.
  • Example 11 Everything else was the same as Example 11 except that heat compression was performed at 155°C.
  • Example 13 EVA (50 ⁇ m) CPP (100 ⁇ m) 375 390 Good
  • Example 14 EVA (50 ⁇ m) CPP (100 ⁇ m) 380 525 Good
  • Example 15 EVA (50 ⁇ m) CPP (100 ⁇ m) 700 700 Good
  • Example 16 EVA (50 ⁇ m) CPP (100 ⁇ m) 425 485 Good
  • Example 17 EVA (75 ⁇ m) PET (75 ⁇ m) 170 160 Good
  • Example 18 EVA (75 ⁇ m) PET (75 ⁇ m) 125 270 Good
  • Example 19 EVA (75 ⁇ m) PET (75 ⁇ m) 405 440 Good
  • Example 20 EVA (75 ⁇ m) PET (75 ⁇ m) 290 340 Good
  • Example 21 EVA (75 ⁇ m) PET (75 ⁇ m) 5
  • the heating temperature is maintained at 155 °C or lower, and if the protective layer is CPP, the heating temperature is maintained at 145 °C or lower. It can be confirmed that this is desirable.

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Abstract

본 발명은 접착력이 개선된 보호필름이 구비된 파우치형 이차 전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 라미네이트 시트 구조로 이루어진 케이스; 상기 케이스 내부에 수납되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체에서 연장된 전극 탭; 일측은 상기 전극 탭과 연결되고 타측은 상기 케이스 외측으로 돌출되는 전극 리드; 상기 전극 탭과 상기 전극 리드의 용접부 상면과 하면에 위치하는 보호필름;을 포함하되, 상기 보호필름은 용접부 표면과 밀착하는 EVA(Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer)계 접착제층, 및 상기 접착제층 일면에 위치하는 PP(polypylene), CPP(cast polypyrene) 또는 PET(Polyethylene Terephthalate) 중 어느 하나 이상 재질의 지지층으로 구성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

접착력이 개선된 보호필름이 구비된 파우치형 이차 전지 및 이의 제조방법
본 출원은 2022년 7월 4일자 한국 특허 출원 제2022-0082085호 및 2023년 4월 6일자 한국 특허 출원 제2023-0045688호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 접착력이 개선된 보호필름이 구비된 파우치형 이차 전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 전극 탭과 전극 리드의 용접된 부분에 위치하는 보호필름의 접착력이 개선되어 전해액 함침(wetting) 공정 이후에도 보호필름이 위치를 이탈하는 것을 방지할 수 있는 접착력이 개선된 보호필름이 구비된 파우치형 이차 전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 화석연료의 사용에 따른 대기오염, 에너지 고갈로 인한 대체에너지 개발로 인해 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있는 이차전지에 관한 수요가 증가하고 있다. 충방전이 가능한 이차전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 전기자동차 등에 사용되는 등 일상생활에 밀접하게 사용되고 있다.
현대사회에서 필수불가결하게 사용되고 있는 각종 전자기기의 에너지원으로 사용되고 있는 이차전지는 모바일 기기의 사용량 증가 및 복잡화, 전기 자동차 등의 개발로 인해 요구되는 용량이 증가되고 있다. 사용자의 수요를 충족시키기 위해 소형 기기에는 다수의 전지 셀을 배치하고 있으나, 자동차 등에는 다수개의 전지 셀을 전기적으로 연결하는 전지 모듈 또는 이러한 전지 모듈을 다수 구비한 전지 팩이 사용된다.
한편, 전지 셀은 전극 탭과 전극 리드가 용접되어 연결되는 부분에 보호필름이 구비되는데, 전해액 함침(wetting) 공정에서 보호필름의 접착력이 저하되어 보호필름 접힘 또는 위치이탈이 발생해 성능 저하 및 불량으로 이어지기도 한다.
도 1은 종래기술에 전지 셀을 나타낸 분해사시도이다. 도 1에서와 같이, 종래기술에 따른 전지 셀은 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)를 수납하는 케이스(20), 전극 조립체(10)의 일측으로 연장된 전극 탭(30), 일측이 전극 탭(30)과 연결되고 타측이 케이스(20) 외측으로 돌출되는 전극 리드(40) 및 전극 탭(30)과 전극 리드(40)의 연결부를 감싸는 링 형태의 보호필름(50)을 포함하여 구성된다.
종래 기술에 따른 전지 셀은 전극 탭(30)과 전극 리드(40)의 연결부를 아크릴 수지 접착제가 코팅되어 있는 보호필름(50)으로 감싸 붙여준 후 연결부를 내충격 등으로부터 보호하고 있다.
하지만 보호필름(50)은 아크릴 수지 접착제의 접착력에 의한 텐션으로 고정되어 있어, 접착 및 고정력이 부족하여 전해액 함침(wetting) 공정 시 전극 탭(30)과 전극 리드(40)의 길이 방향으로 이동하여 위치 이탈이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1)한국공개특허공보 제2009-0077420호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 전해액 함침(wetting) 공정 이후에도 높은 접착력을 유지할 수 있어 보호필름의 접힘이나 위치이탈을 방지할 수 있는 접착력이 개선된 보호필름이 구비된 파우치형 이차 전지 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 접착력이 개선된 보호필름이 구비된 파우치형 이차 전지는, 라미네이트 시트 구조로 이루어진 케이스(100); 상기 케이스(100) 내부에 수납되는 전극 조립체(200); 상기 전극 조립체(200)에서 연장된 전극 탭(300); 일측은 상기 전극 탭(300)과 연결되고 타측은 상기 케이스(100) 외측으로 돌출되는 전극 리드(400); 상기 전극 탭(300)과 상기 전극 리드(400)의 용접부(W) 상면과 하면에 위치하는 보호필름(500);을 포함하되, 상기 보호필름(500)은 용접부 표면과 밀착하는 EVA(Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer)계 접착제층(520), 및 상기 접착제층(520) 일면에 위치하는 PP(polypylene), CPP(cast polypyrene) 또는 PET(Polyethylene Terephthalate) 중 어느 하나 이상 재질의 지지층(510)으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지에서, 상기 지지층(510)은 CPP(cast polypylene) 소재로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지에서, 상기 지지층(510)은 PET(Polyethylene Terephthalate) 소재로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지에서, 상기 보호필름(500)은 상기 케이스(100)의 실링부와 중첩되지 않는 내부 공간부에 위치하면서 상기 용접부(W)를 완전히 감싸고 있는 상태인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지에서, 상기 보호필름(500)의 두께는 용접 시 생성된 비드 높이 이상인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지에서, 상기 보호필름(500)은 용접부(W)의 일면과 타면에 각각 위치하는 한 쌍으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지에서, 상기 보호필름(500)은 용접부(W)의 일면과 타면을 감싸도록 절곡된 한 개로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지 제조방법은, 전극 조립체(200)를 준비하는 제1 단계; 상기 전극 조립체(200)에서 연장된 전극 탭(300)과 전극 리드(400)를 용접하는 제2 단계; 상기 전극 탭(300)과 전극 리드(400)의 용접부(W)를 커버하도록 보호필름(500)을 위치시키는 제3 단계; 상기 보호 필름(500)을 열압착하는 제4 단계; 상기 전극 조립체(200)를 케이스(100)에 수납하는 제5 단계; 및 상기 케이스(100) 가장자리를 실링하는 제6 단계;를 포함하되, 상기 보호 필름(500)은 용접부(W) 표면과 밀착하는 EVA(Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer)계 접착제층(520), 및 상기 접착제층 일면에 위치하는 PP(polypylene), CPP(cast polypylene) 또는 PET(Polyethylene Terephthalate) 중 어느 하나 이상 재질의 지지층(510)으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지 제조방법에서, 상기 지지층(510)은 CPP(cast polypylene) 소재로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지 제조방법에서, 상기 제3 단계에서 상기 보호 필름(500)은 상기 용접부(W)를 완전히 감싸는 상태이고, 상기 제5 단계에서 상기 보호 필름(500)은 상기 케이스의 실링부와 중첩되지 않는 내부 공간부에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지 제조방법에서, 상기 보호 필름(500)의 두께는 용접 시 생성된 비드 높이 이하인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지 제조방법에서, 상기 제4 단계에서의 열압착은 1차 열압착 및 2차 열압착 단계가 순차적으로 수행되고, 상기 2차 열압착시 가열온도는 상기 1차 열압착시 가열온도보다 높은 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지 제조방법에서, 상기 2차 열압착시 가열온도는 100~145℃인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서는 전술한 파우치형 이차 전지를 포함하는 전지 모듈을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지는 보호필름의 접착제층으로 EVA(Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer)계 접착제를 사용하기 때문에 높은 접착력을 유지할 수 있고, 결과적으로 전해액 함침(wetting) 공정 이후에도 보호필름의 접힘이나 위치 이탈을 방지할 수 있다는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지는 접착력이 우수한 보호필름이 전극 탭과 전극 리드의 용접부에 위치하기 때문에, 전극 탭과 전극 리드 용접부에 의한 케이스 간섭 시 발생할 수 있는 절연 저항 불량을 방지할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 종래기술에 전지 셀을 나타낸 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 분해한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 보호필름의 수직 단면도로서, (A)는 도 2의 a-a방향 단면도이고, (B)는 도 2의 b-b 방향 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 분해한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 접착력이 개선된 보호필름이 구비된 파우치형 이차 전지 및 이의 제조방법에 관하여 첨부한 도면들을 참고하면서 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지를 분해한 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 보호필름의 수직 단면도로서, (A)는 도 2의 a-a방향 단면도이고, (B)는 도 2의 b-b 방향 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지는 케이스(100), 전극 조립체(200), 전극 탭(300), 전극 리드(400), 및 보호필름(500)을 포함하여 구성된다.
먼저, 케이스(100)는 상부 케이스와 하부 케이스로 구성될 수 있으며, 전극 조립체(200)를 수납할 수 있도록 포켓 모양의 수납부가 형성되어 있다.
이러한 케이스(100)는 외부 수지층(110), 금속층(120) 및 내부 수지층(130)으로 이루어진 라미네이트 시트를 성형하여 수납부를 형성시킨다.
외부 수지층(110)은 케이스(100) 외곽에 위치하며, 이러한 외부 수지층(110)은 전극 조립체(200)를 보호하면서 내열성과 내화학성을 확보할 수 있도록, 인장강도, 투습방지성 및 공기투과 방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용할 수 있고, 일 예로 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
외부 수지층(110)과 접하는 금속층(120)은 외부로부터 수분이나 각종 가스가 전지 내부로 침투하는 것을 방지하는 배리어층에 해당되고, 이러한 금속층의 바람직한 재료로는 가벼우면서도 성형성이 우수한 알루미늄 박막을 사용할 수 있다.
그리고, 내부 수지층(130)은 전극 조립체(200)와 직접적으로 접촉하므로 절연성과 내전해성을 가져야 하고, 또 외부와의 밀폐를 위하여 실링성 즉, 내부층끼리 열 접착된 실링 부위는 우수한 열접착 강도를 가져야 한다.
이러한 내부 수지층(130)의 재료로는 내화학성이 우수하면서도 실링성이 좋은 폴리프로필렌(Polypropylene), 무연신 폴리프로필렌(Cast Polypropylene, CPP), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리에틸렌 아크릴산(Polyethylene Acrylic Acid), 폴리부틸렌(Polybutylene) 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지, 및 폴리이미드수지로부터 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 인장강도, 강성, 표면경도, 내충격 강도 등의 기계적 물성과 내화학성이 뛰어난 폴리프로필렌이나 무연신 폴리프로필렌(Cast Polypropylene, CPP)이 가장 바람직하다.
비록 도 2에서는 상부 케이스와 하부 케이스 모두에 수납부가 구비된 것으로 도시하고 있으나, 상부 케이스 또는 하부 케이스에만 수납부가 구비될 수도 있다.
이어서 전극 조립체(200)에 관해 설명하기로 한다. 케이스(100)의 수납부에 안착되는 전극 조립체(200)는 긴 시트형의 음극과 양극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 전극 조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 단위셀들로 구성되는 스택형 전극 조립체, 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 전극 조립체, 또는 단위셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 전극 조립체 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
구체적으로, 음극은 음극 집전체에 음극 활물질과 바인더가 혼합된 슬러리를 도포하여 제조한다.
여기서, 음극 활물질로는 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz(Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료; Si, SiO, SiO2 단독 또는 이들의 혼합물인 Si계 등을 사용할 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
양극은 양극 집전체에 양극 활물질과 바인더가 혼합된 슬러리를 도포하여 제조한다.
그리고 양극 활물질로는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 하나 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
한편 음극 집전체와 양극 집진체에는 활물질이 혼합된 슬러리가 도포된 코팅부와 슬러리가 도포되지 않은 무지부로 구성되는데, 무지부를 재단하여 형성되거나 무지부에 별도의 도전부재를 초음파 용접 등으로 연결하여 전극 탭(300)을 형성한다.
양극 리드와 음극 리드로 이루어지는 한 쌍의 전극 리드(400)들은 전극 조립체(200)의 양극 탭과 음극 탭으로 이루어진 전극 탭(300)에 각각 전기적으로 연결된 후 케이스 외부로 노출되는 구조로 이루어진다.
여기서, 이들 전극 탭(300)과 전극 리드(400)는 용접, 보다 상세하게는 초음파 용접에 의해 각각 전기적으로 연결될 수 있는데, 이와 같은 초음파 용접에 의한 결합은, 대략 20 kHz 정도의 높은 초음파에 의해 발생된 고주파 진동을 인가하여, 전극 탭과 전극 리드 사이 경계면에서 혼(Horn)과 엔빌(Anvil)의 작동에 따라 진동에너지가 마찰에 의해 열에너지로 변환되면서 급속히 용접이 이루어지는 원리로 진행된다.
한편 전극 조립체(200)를 수납시킨 후 전극 리드(400)의 일부분이 외부로 돌출한 상태에서 상부 케이스와 하부 케이스 가장 자리를 실링하여 밀봉한다. 이때, 실링은 고온으로 가열 및 가압 하에 진행되기 때문에 전극 리드(400)가 손상을 받아 전극 리드와 케이스(100) 간의 전기적 단락을 발생할 가능성이 있다.
따라서 위와 같은 단락을 방지하기 위하여 전극 리드(400)의 상면과 하면에 리드 필름(410)이 위치하는 것이 바람직하다. 물론 리드 필름(410)이 전극리드(400)의 모든 면을 덮을 수 있도록 형성될 수 있지만, 실링시 전극 리드(400)의 손상, 및 전극 리드(400)와 케이스(100)간 전기적 단락을 방지하기 위함이므로, 전극 리드(400) 중에서 케이스(100)와 대면하는 위치에만 부착되어도 무방하다.
계속해서, 보호필름(500)에 관해 설명하기로 한다. 보호필름(500)은 전극 탭(300)과 전극 리드(400)가 서로 겹치는 부분, 즉 이들의 용접부(W)를 감싸도록 배치된다.
앞서 설명한 바와 같이, 전극 탭(300)과 전극 리드(400)는 용접에 의해 연결되기 때문에 전극 탭(300)과 전극 리드(400) 표면이 매끄럽지 못한 경우가 발생할 수 있다. 다시 말해 전극 탭(300)과 전극 리드(400)의 용접과정에서는 레이저 용접 시 녹았다가 굳은 비드(Bead)가 생성되는 것이 일반적이다.
따라서 비드(Bead)등으로 인해 용접부(W)의 표면이 매끄럽지 못한 경우 외부 충격 시 용접부(W)와 케이스(100)가 접촉될 수 있고, 케이스(100)에 손상이 발생하여 절연불량이 등의 문제점을 일으킬 수 있지만, 보호필름(500)이 이러한 용접부(W)를 감싸기 때문에 전술한 문제점들을 극복할 수 있다.
본 발명에 따른 보호필름(500)은 지지층(510)과 접착제층(520)을 포함하여 이루어질 수 있다. 이러한 보호필름(500)은 용접부(W)의 상면과 하면에 각각 위치하여 이들을 완전히 감싸고 있다.
물론 보호필름(500)은 케이스(100)의 실링부와 중첩되지 않는 내부 공간부에 위치하는 것이 바람직하다.
여기서, 지지층(510)은 절연성 소재일 수 있으며, 일 예로, 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 무연신 폴리프로필렌(Cast Polypropylene, CPP) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET) 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
특히 지지층(510)이 내부 수지층(130)과 동일한 소재인 무연신 폴리프로필렌(Cast Polypropylene, CPP)이나 폴리프로필렌(Polypropylene, PP)일 시에는, 의도치 않게 부착위치를 조금 벗어나더라도 동일 소재로 인해 접착력이 저하되지 않는다는 이점이 있다.
또 지지층(510)이 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET)일 시에는, 무연신 폴리프로필렌(Cast Polypropylene, CPP) 보다 용융온도가 높은 약 160℃이기 때문에 보호필름의 열압착공정이 한층 용이할 수 있다.
지지층(510)의 일면, 다시 말해 용접부(W)와 대면하도록 위치하는 면에 구비된 접착제층(520)은 일정 이상의 온도에서 열을 가하면 접착력을 발휘하는 소재인 것이 바람직하고, 특히 EVA(Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer)계 접착제가 보다 바람직하다.
EVA(Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer)계 접착제는 대략 80℃ 이상에 용융되기 시작하므로, 용접부(W)의 상면과 하면에 한 개씩의 지지층(510)이 서로 마주 보면서 위치한 상태에서 가열 및 가압함으로써 우수한 접착력을 확보할 수 있다.
종래의 접착제층 소재로는 아크릴계 접착제를 사용하여 왔고, 이러한 아크릴계 접착제는 상온에서 가압하여 접착력을 부여하기 때문에 상대적으로 낮은 접착력으로 인해 전해액 함침(wetting) 공정 시 접합 부위가 떨어져 접힘이나 위치이탈, 심한 경우에는 용접부(W)와 분리되고, 따라서 품질 저하나 제품 불량으로 이어지기도 한다.
하지만 본 발명의 지지층(510)은 EVA(Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer)계 접착제를 사용하기 때문에 가열 및 가압 조건에서 접착과정을 수행함으로써 우수한 접착력을 발휘하고, 따라서 전술한 문제점의 발생 빈도를 크게 줄일 수 있다.
한편, 보호필름(500)의 두께는 비드(Bead)가 노출되지 않도록 비드(Bead) 높이와 동일하거나 조금 더 두꺼운 것이 좋다. 예를 들어, 용접부(W)에서의 비드(Bead) 높이가 110μm 이하 범위라면 보호필름(500)은 최소 110μm가 바람직하다.
여기서, 보호필름(500)의 두께 범위 이내라면 지지층(510)과 접착제층(520)의 각 두께는 특별히 제한하지 않는다. 예로서, 보호필름(500) 두께가 110μm일 시, 지지층(510)과 접착제층(520)는 각각 90μm 및 20μm일 수 있고, 또 80μm 및 30μm이어도 무방하다.
이차 전지의 출력이 높아짐에 따라 전극리드와 전극 탭의 두께, 그리고 용접과정시 생성되는 비드(Bead)의 높이도 함께 증가할 수 있으므로, 보호필름(500)의 두께는 얼마든지 변경이 가능하다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 분해한 사시도이다. 도 2 및 3을 참조하면서 설명한 제1 실시예와는 보호필름(500)의 외형만 상이할 뿐 나머지 구성은 동일하다.
즉, 본 발명의 제2 실시예 따른 파우치형 이차 전지의 보호필름(500)은 한 개로 이루어진 보호필름(500)이 접혀져 용접부(W)의 상면과 하면에 위치한다. 물론 보호필름(500)의 접착제층(520)은 용접부(W)를 향할 수 있도록 서로 마주보고 있음은 자명하다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명의 제1 실시예 따른 파우치형 이차 전지의 제조방법은, 전극 조립체(200)를 준비하는 제1 단계, 전극 조립체(200) 측면에 연장된 전극 탭(300)과 전극 리드(400)를 용접하는 제2 단계, 전극 탭(300)과 전극 리드(400)의 용접된 용접부(W)를 덮도록 보호필름(500)을 위치시키는 제3 단계, 보호필름(500)을 열압착하는 제4 단계, 전극 조립체(200)를 케이스(100)에 수납하는 제5 단계, 및 케이스 가장자리를 실링하는 제6 단계를 포함하여 이루어진다.
먼저 전극 조립체(200)를 준비하는 제1 단계는, 양극, 음극 및 분리막이 각각 하나 이상 적층되고 외측으로 연장된 전극 탭(300)이 구비된 전극 조립체(200)를 준비하는 단계이다.
전극 조립체(200)에서 연장된 전극 탭(300)과 전극 리드(400)를 용접하는 제2 단계는, 전극 탭(300)과 전극 리드(400)의 일부분을 중첩시킨 후 레이저 용접이나 저항 용접 등 공지의 접합수단을 사용하여 이들을 전기적으로 연결 및 고정하는 단계이다.
전극 탭(300)과 전극 리드(400)의 용접된 용접부(W)를 덮도록 보호필름(500)을 위치시키는 제3 단계는, 용접부(W)의 상면과 하면에 한 쌍의 보호필름(500)을 각각 위치시킨 후 밀착시키는 단계이다.
보호필름(500)을 열압착하는 제4 단계는, 보호필름(500)에 열과 압력을 가하여 보호필름(500)의 접착제층(520) 일부를 용융시킴으로써 용접부(W)의 상면과 하면에 위치하는 한 쌍의 보호필름(500)을 서로 견고하게 접착시키는 단계이다. 물론 보호필름(500)과 용접부(W)가 서로 중첩된 부분은 접착제층(520)과 용접부(W)가 결합되며, 용접부(W)와 중첩되지 않는 부분은 상하에 위치하는 접착제층(520)들이 결합된다.
여기서, 열압착하는 단계는 2 단계, 즉 1차 열압착 이후 2차 열압착을 수행하는 것이 바람직하고, 2차 열압착 시에는 1차 열압착 시 보다 가열온도가 높은 것이 보다 바람직하다. 예를 들어, 1차 열압착은 80~90℃ 및 2~5kgf/cm2에서 2~4초간 수행하며, 2차 열압착은 100~160℃ 및 2~5kgf/cm2에서 2~4초간 수행한다.
1차 열압착 단계는 접착제층(520)을 용융시켜 보호필름(500)의 대략적인 위치를 고정 및 가접착하는 단계이고, 2차 열압착 단계는 1차 열압착 단계에서 가접착된 보호필름(500)에 한 번 더 열과 압력을 가함으로써, 보호필름(500)의 고정력을 향상시키는 단계이다.
종래 용접 보호필름의 접착제는 상온에서 접착력을 발휘하는 소재이기 때문에 항상 끈적끈적한 상태이고, 따라서 보호필름을 절단하거나 용접부(W)에 위치시킬 시 원하는 위치에 정확하게 부착되지 않는 경우가 빈번하게 발생하였다.
이에 반해, 본원 발명의 접착제층(520)은 열을 가하기 전까지는 접착력이 없는 상태이기 때문에 원하는 위치에 정확하게 위치시킬 수 있고, 게다가 일정 크기로 절단하거나 보관이 매우 유리하다.
전극 조립체(200)를 케이스(100)에 수납하는 제5 단계는 보호필름(500)이 용접부(W)의 상면과 하면에 밀착 고정된 상태의 전극 조립체(200)를 케이스(100)의 수납부에 수납하는 단계이다. 이때 보호필름(500)은 케이스(100)의 실링부와 중첩되지 않는 내부 공간부에 위치하도록 수납하는 것이 좋다.
케이스 가장자리를 실링하는 제6 단계는 케이스(100)의 가장자리의 2면 또는 3면을 일정 온도와 압력으로 가압하는 단계이다. 이후에는 전해액을 주액한 후 활성화과정 등을 수행하며, 이러한 과정들은 파우치형 이차전지의 제조과정과 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
또한 본 발명은 전술한 파우치형 이차 전지를 포함하는 전지 모듈일 수 있으며, 상기 기재된 전지 모듈을 포함하는 전지 팩일 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 예시한다.　하기의 실시예 및 비교예는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 예시적으로 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
접착제층과 보호층으로 이루어진 2층 구조의 보호필름을 준비한 후, 니켈 소재의 음극 리드와 구리 소재의 음극 탭 용접부를 감싸도록 위치시켰다.
이후 130℃ 및 5kgf/cm2에서 3초간 조건에서 열압착을 진행하였다.
여기서, 접착제층은 EVA 수지 100중량부에 대하여 가교제 18중량부를 혼합한 EVA 수지 조성물을 사용하였고, EVA 수지는 비닐아세테이트(VA)의 함량 18중량%, 용융지수(MFI) 15g/10분(190℃, 2.16kg의 하중으로 측정 시), 그리고 가교제는 디알킬퍼옥사이드로서, 1시간 반감기의 온도(가교 반응 온도)가 135 ~ 150℃의 사이에 있는 디-t-부틸퍼옥사이드(di-tert-butyl peroxide)를 사용하였다.
보호층은 ASTM D882로 측정 시 인장강도가 4.5kgf/mm2(Machine Direction, MD)이고, ASTM D882로 측정 시 신장율이 750%(Machine Direction, MD)인 무연신 폴리프로필렌(Cast Polypropylene, CPP)을 사용하였다.
한편, 용접부의 비드는 36~91μm 범위로 분포하였고, 접착제층과 보호층의 두께는 각각 20μm 및 100μm로서 총 두께는 120μm이다.
실시예 2
접착제층과 보호층의 두께를 각각 50μm 및 100μm로서 총 두께를 150μm로 변경한 것을 제외하고 나머지는 실시예 1과 동일하다. 한편 용접부의 비드는 44~103μm 범위로 분포하였다.
실시예 3
접착제층과 보호층으로 이루어진 2층 구조의 보호필름을 알루미늄 소재의 양극 리드와 알루미늄 소재의 양극 탭의 용접부에 고정시켰다. 이때 용접부의 비드는 48~108μm 범위로 분포하였고 나머지는 실시예 1과 동일하다.
실시예 4
접착제층과 보호층으로 이루어진 2층 구조의 보호필름을 알루미늄 소재의 양극 리드와 알루미늄 소재의 양극 탭의 용접부에 고정시켰다. 이때 용접부의 비드는 39~110μm 범위로 분포하였고 나머지는 실시예 2와 동일하다.
실시예 5
용접부의 비드가 45~100μm 범위로 분포하는 것을 제외하고 나머지는 실시예 1과 동일하다.
실시예 6
용접부의 비드가 39~89μm 범위로 분포하는 것을 제외하고 나머지는 실시예 2와 동일하다.
실시예 7
용접부의 비드가 41~99μm 범위로 분포하는 것을 제외하고 나머지는 실시예 3과 동일하다.
실시예 8
용접부의 비드가 54~108μm 범위로 분포하는 것을 제외하고 나머지는 실시예 4와 동일하다.
실시예 9
실시예 1과 동일한 접착제층(EVA)과 보호층(CPP)으로 이루어진 2층 구조의 보호필름을 알루미늄 소재의 양극 리드와 알루미늄 소재의 양극 탭의 용접부를 감싸도록 위치시켰다.
이후 130℃ 및 5kgf/cm2에서 3초간 조건에서 열압착을 진행하였다.
한편, 용접부의 비드는 48~11Oμm 범위로 분포하였고, 접착제층과 보호층의 두께는 각각 50μm 및 100μm로서 총 두께는 150μm이다.
실시예 10
접착제층과 보호층으로 이루어진 2층 구조의 보호필름을 알루미늄 소재의 양극 리드와 알루미늄 소재의 양극 탭의 용접부를 감싸도록 위치시켰다.
이후 130℃ 및 5kgf/cm2에서 3초간 조건에서 열압착을 진행하였다.
여기서, 접착제층은 실시예 1과 동일하며, 보호층은 ASTM D882로 측정 시 인장강도가 26.6kgf/mm2(Machine Direction, MD)이고, ASTM D882로 측정 시 신장율이 114%(Machine Direction, MD)인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET)을 사용하였다.
한편, 용접부의 비드는 평균 39~89μm 범위로 분포하였고, 접착제층과 보호층의 두께는 각각 50μm 및 100μm로서 총 두께는 150μm이다.
비교예 1
접착제층은 아크릴계이며, 보호층은 무연신 폴리프로필렌으로 이루어진 2층 구조의 보호필름을 준비한 후, 니켈 소재의 음극 리드와 구리 소재의 음극 탭의 용접부를 감싸도록 위치시켰다. 이후 120℃ 및 5kgf/cm2에서 3초간 가압하였다.
한편, 접착제층과 보호층의 두께는 각각 10μm 및 100μm로서 총 두께는 11Oμm이고, 용접부의 비드는 38~87μm 범위로 분포하였다.
비교예 2
비교예 1과 동일한 아크릴과 무연신 폴리프로필렌으로 이루어진 2층 구조의 보호필름을 알루미늄 소재의 양극 리드와 알루미늄 소재의 양극 탭의 용접부에 고정시켰고, 이때 용접부의 비드가 49~98μm 범위로 분포한 것을 제외하고 나머지는 비교예 1과 동일하다.
비교예 3
용접부의 비드는 36~89μm 범위로 분포한 것을 제외하고 나머지는 비교예 1과 동일하다.
비교예 4
용접부의 비드는 58~100μm 범위로 분포한 것을 제외하고 나머지는 비교예 2와 동일하다.
비교예 5
용접부의 비드는 61~110μm 범위로 분포한 것을 제외하고 나머지는 비교예 2와 동일하다.
접착제층 보호층 비드 높이 전극
물질 두께 물질 두께
실시예 1 EVA 20 CPP 100 36~91μm 음극
실시예 2 EVA 50 CPP 100 44~103μm 음극
실시예 3 EVA 20 CPP 100 48~108μm 양극
실시예 4 EVA 50 CPP 100 39~110μm 양극
실시예 5 EVA 20 CPP 100 45~1OOμm 음극
실시예 6 EVA 50 CPP 100 39~89μm 음극
실시예 7 EVA 20 CPP 100 41~99μm 양극
실시예 8 EVA 50 CPP 100 54~108μm 양극
실시예 9 EVA 50 CPP 100 48~11Oμm 양극
실시예 10 EVA 50 PET 100 39~89μm 양극
비교예 1 아크릴 10 CPP 100 38~87μm 음극
비교예 2 아크릴 10 CPP 100 49~98μm 양극
비교예 3 아크릴 10 CPP 100 36~89μm 음극
비교예 4 아크릴 10 CPP 100 58~100μm 양극
비교예 5 아크릴 10 CPP 100 61~110μm 양극
실험예 1
상기 실시예 1-10 및 비교예 1-5에 따른 보호필름에 대하여 전해액 함침 전과 전해액 함침 후로 구분하여 열 접착강도를 평가하였다.
전해액 함침 전이란 용접부에 보호필름을 고정시킨 후 전해액을 접촉시키지 않는 상태에서 일정 시간 경과 후의 열 접착강도를 측정한 결과를 의미하며, 전해액 함침 후란 용접부에 보호필름을 고정시킨 후 전해액과 지속적으로 접촉시킨 상태에서 일정 시간 경한 후의 열 접착강도를 측정한 결과를 의미한다.
전해액은 Ethyl methyl carbonate 50~55 부피%, 탄산 에틸렌 30~35 부피%, Lithium hexafluorophosphate 10~15 부피%, Vinylene carbonate 0.1~5 부피%, 1,3,2-Dioxathiolane 0.1~5 부피%, 리튬 테트라플루오로붕산염 0.1~5 중량% 및 프로판 설톤 0.1~5 부피%를 포함하고 있다.
이때 열 접착강도는 접착강도 측정기(Instron사, 만능재료시험기 6800시리즈 모델)를 50mm/min의 속력으로 상승하는 하중을 가하여, 음극 리드 또는 양극 리드와 보호필름 간의 열 접착강도를 측정하였다.
실시예 1-8 및 비교예 1-4의 결과는 하기 표 2와 같다. 측정 시점은 전해액 함침 전 및 함침 후 모두 2일 경과한 시점이다.
전해액 함침 전 전해액 함침 후 전극
실시예 1 389 gf/6.0mm 395 gf/6.0mm 음극
실시예 2 700 gf/6.0mm 700 gf/6.0mm 음극
실시예 3 282 gf/6.0mm 290 gf/6.0mm 양극
실시예 4 417 gf/6.0mm 390 gf/6.0mm 양극
실시예 5 263 gf/6.0mm 340 gf/6.0mm 음극
실시예 6 523 gf/6.0mm 490 gf/6.0mm 음극
실시예 7 218 gf/6.0mm 235 gf/6.0mm 양극
실시예 8 470 gf/6.0mm 493 gf/6.0mm 양극
비교예 1 95 gf/6.0mm 38 gf/6.0mm 음극
비교예 2 57 gf/6.0mm 33 gf/6.0mm 양극
비교예 3 85 gf/6.0mm 37 gf/6.0mm 음극
비교예 4 100 gf/6.0mm 35 gf/6.0mm 양극
표 2에서 알 수 있듯이, 접착제층으로 아크릴을 사용한 비교예 1 내지 4는 전해액 함침 전에는 접착강도가 57~100 gf/6.0mm 범위이고, 전해액 함침 후에는 33~38 gf/6.0mm로 크게 낮아졌다.
이에 반해 EVA 접착제층을 사용한 실시예 1 내지 8에서는, 비드의 높이에 따라 접착력에 차이가 있으나 전해액 함침 전에는 218~700gf/6.0mm 범위로서 비교예들에 비해 접착강도가 매우 향상된 것을 확인할 수 있다.
또 전해액 함침 후에도 접착강도의 특이한 저하 없이 235~700 gf/6.0mm를 유지하는 것을 알 수 있다.
실시예 9-10 및 비교예 5의 결과는 하기 표 3과 같다. 전해액 함침 전은 열압착 후 바로 측정한 결과이고, 이후 함침 시킨 후 일정 간격으로 측정하였다.
전해액 함침 전
(gf/6.0mm)		 전해액 함침 후(gf/6.0mm)
3일 5일 7일 10일
실시예 9 700 700 700 700 700
실시예 10 510 433 410 533 600
비교예 5 90 35 43 21 44
표 3에서 알 수 있듯이, 접착제층으로 아크릴을 사용한 비교예 5는 함침에 따라 접착강도가 떨어지며 함침 시간이 경과하여도 회복되지 못하였다.
반면 접착제층으로 EVA와 보호층으로 CPP를 사용한 실시예 9, 그리고 접착제층으로 EVA 및 보호층으로 PET를 사용한 실시예 10 모두는 함침 여부와 관계없이 접착강도를 유지하는 것을 확인할 수 있고, 함침 시간에 따른 영향도 거의 받지 않았다.
실시예 11
접착제층과 보호층의 두께는 각각 50μm 및 100μm이며, 용접부의 비드가 57~10Oμm 범위로 분포하는 양극 리드와 양극 탭의 용접부를 감싸도록 위치시켰다. 또 120℃에서 열압착을 진행한 것을 제외하고 나머지는 실시예 1과 동일하다.
실시예 12
125℃에서 열압착을 진행한 것을 제외하고 나머지는 실시예 11과 동일하다.
실시예 13
130℃에서 열압착을 진행한 것을 제외하고 나머지는 실시예 11과 동일하다.
실시예 14
135℃에서 열압착을 진행한 것을 제외하고 나머지는 실시예 11과 동일하다.
실시예 15
140℃에서 열압착을 진행한 것을 제외하고 나머지는 실시예 11과 동일하다.
실시예 16
145℃에서 열압착을 진행한 것을 제외하고 나머지는 실시예 11과 동일하다.
실시예 17
보호층이 실시예 10의 PET, 그리고 접착제층과 보호층의 두께를 각각 75μm 및 75μm로 변경한 것을 제외하고 나머지는 실시예 11과 동일하다.
실시예 18
125℃에서 열압착을 진행한 것을 제외하고 나머지는 실시예 17과 동일하다.
실시예 19
130℃에서 열압착을 진행한 것을 제외하고 나머지는 실시예 17과 동일하다.
실시예 20
135℃에서 열압착을 진행한 것을 제외하고 나머지는 실시예 17과 동일하다.
실시예 21
140℃에서 열압착을 진행한 것을 제외하고 나머지는 실시예 17과 동일하다.
실시예 22
145℃에서 열압착을 진행한 것을 제외하고 나머지는 실시예 17과 동일하다.
실시예 23
150℃에서 열압착을 진행한 것을 제외하고 나머지는 실시예 17과 동일하다.
실시예 24
155℃에서 열압착을 진행한 것을 제외하고 나머지는 실시예 17과 동일하다.
비교예 6
150℃에서 열압착을 진행한 것을 제외하고 나머지는 실시예 11과 동일하다.
비교예 7
155℃에서 열압착을 진행한 것을 제외하고 나머지는 실시예 11과 동일하다.
실험예 2
상기 실시예 11-24 및 비교예 6-7에 따른 2차 열압착 조건에 대하여 보호필름의 전해액 함침 전(2일 경과한 시점)과 전해액 함침 후(2일 경과한 시점)로 구분하여 실험예 1과 동일한 조건으로 열 접착강도를 평가하였다. 이때 육안으로 수축여부를 확인하여 불량여부를 판단하였다.
접착제층 보호층 함침 전 접착력
(gf/6.0mm)		 함침 후 접착력
(gf/6.0mm)		 외관
실시예 11 EVA
(50μm)		 CPP
(100μm)		 215 250 양호
실시예 12 EVA(50μm) CPP
(100μm)		 225 480 양호
실시예 13 EVA(50μm) CPP
(100μm)		 375 390 양호
실시예 14 EVA(50μm) CPP
(100μm)		 380 525 양호
실시예 15 EVA(50μm) CPP
(100μm)		 700 700 양호
실시예 16 EVA(50μm) CPP
(100μm)		 425 485 양호
실시예 17 EVA(75μm) PET
(75μm)		 170 160 양호
실시예 18 EVA(75μm) PET
(75μm)		 125 270 양호
실시예 19 EVA(75μm) PET
(75μm)		 405 440 양호
실시예 20 EVA(75μm) PET
(75μm)		 290 340 양호
실시예 21 EVA(75μm) PET
(75μm)		 517 433 양호
실시예 22 EVA(75μm) PET
(75μm)		 350 325 양호
실시예 23 EVA(75μm) PET
(75μm)		 340 300 양호
실시예 24 EVA(75μm) PET
(75μm)		 550 575 양호
비교예 6 EVA(50μm) CPP
(100μm)		 700 675 불량
비교예 7 EVA(50μm) CPP
(100μm)		 700 700 불량
표 4에 나타낸 바와 같이, 접착력과 함께 보호 필름으로서의 기능을 동시에 수행하기 위해, 보호층이 PET인 경우 가열온도는 155℃ 이하, 그리고 보호층이 CPP인 경우에는 가열온도를 145℃ 이하로 유지하는 것이 바람직한 것을 확인할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
(부호의 설명)
100: 케이스
110: 외부 수지층
120: 금속층
130: 내부 수지층
200: 전극 조립체
300: 전극 탭
400: 전극 리드
410: 리드 필름
500: 보호 필름
510: 지지층
520: 접착제층
W: 용접부

Claims (14)

  1. 라미네이트 시트 구조로 이루어진 케이스;
    상기 케이스 내부에 수납되는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체에서 연장된 전극 탭;
    일측은 상기 전극 탭과 연결되고 타측은 상기 케이스 외측으로 돌출되는 전극 리드;
    상기 전극 탭과 상기 전극 리드의 용접부(W) 상면과 하면에 위치하는 보호필름;을 포함하되,
    상기 보호필름은 용접부 표면과 밀착하는 EVA(Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer)계 접착제층, 및 상기 접착제층 일면에 위치하는 PP(polypylene), CPP(cast polypyrene) 또는 PET(Polyethylene Terephthalate) 중 어느 하나 이상 재질의 지지층으로 구성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지층은 CPP(cast polypylene) 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지층은 PET(Polyethylene Terephthalate) 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 보호필름은 상기 케이스의 실링부와 중첩되지 않는 내부 공간부에 위치하면서 상기 용접부(W)를 완전히 감싸고 있는 상태인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보호필름의 두께는 용접 시 생성된 비드 높이 이상인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 보호필름은 용접부(W)의 일면과 타면에 각각 위치하는 한 쌍으로 구성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 보호필름은 용접부(W)의 일면과 타면을 감싸도록 절곡된 한 개로 구성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  8. 전극 조립체를 준비하는 제1 단계;
    상기 전극 조립체에서 연장된 전극 탭과 전극 리드를 용접하는 제2 단계;
    상기 전극 탭과 전극 리드의 용접부(W)를 커버하도록 보호필름을 위치시키는 제3 단계;
    상기 보호 필름을 열압착하는 제4 단계;
    상기 전극 조립체를 케이스에 수납하는 제5 단계; 및
    상기 케이스 가장자리를 실링하는 제6 단계;를 포함하되,
    상기 보호 필름은 용접부(W) 표면과 밀착하는 EVA(Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer)계 접착제층, 및 상기 접착제층 일면에 위치하는 PP(polypylene), CPP(cast polypylene) 또는 PET(Polyethylene Terephthalate) 중 어느 하나 이상 재질의 지지층으로 구성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 지지층은 CPP(cast polypylene) 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3 단계에서 상기 보호 필름은 상기 용접부(W)를 완전히 감싸는 상태이고, 상기 제5 단계에서 상기 보호 필름은 상기 케이스의 실링부와 중첩되지 않는 내부 공간부에 위치하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 보호 필름의 두께는 용접 시 생성된 비드 높이 이하인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제4 단계에서의 열압착은 1차 열압착 및 2차 열압착 단계가 순차적으로 수행되고, 상기 2차 열압착시 가열온도는 상기 1차 열압착시 가열온도보다 높은 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 2차 열압착시 가열온도는 100~145℃인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지 제조방법.
  14. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 파우치형 이차 전지를 포함하는 전지 모듈.
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