KR102089415B1 - 이차 전지 리드탭용 실링 필름 - Google Patents
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Abstract
본 명세서에서 이차 전지 리드탭용 실링 필름에 있어서, 호모프로필렌 수지 및 유기 필러를 포함하는 코어층; 및 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지를 포함하는 스킨층;을 포함하며, 상기 스킨층은 상기 코어층의 일 면 또는 양 면 상에 형성되는, 이차 전지 리드탭용 실링 필름이 제공된다.
Description
본 명세서는 이차 전지의 리드 탭(lead tab)과 외장재 간의 밀봉(sealing)을 위한 이차 전지의 리드 탭용 고분자 실링 필름(sealing film)에 방열성능을 부여한 리드탭용 실링필름에 관하여 개시한다.
최근 노트북이나 휴대전화 등의 각종 전자제품은 고성능화와 소형화가 현저한 속도로 진행되고 있다. 전자제품의 고성능화ㆍ소형화에 수반하여, 그 내부에 내장된 전지 부품은 대용량화ㆍ고집적화가 진행되고 있으며, 이에 의해 전자 제품에서는 많은 열이 발생하고 있다. 또한 EV 및 ESS에 쓰이는 파우치 Type 전지의 대형화 및 고성능화에 따른 열 발생 문제가 점차 대두 되고 있는 상황이다. 특히 배터리에서 발생한 열은 제품의 수명을 단축하거나 고장, 오작동을 유발하며, 심한 경우에는 폭발이나 화재의 원인이 되기도 한다.
이에 따라, 리드탭 실링 필름에 요구되는 물성인 치수 안정성, 금속 및 외장재와의 우수한 열접착성을 유지한 채, 전기절연성을 부여하면서 전지에서 발생되는 열을 효과적으로 떨어뜨려 전지의 안정성 및 전지의 효율을 향상 시킬수 있는 실링 필름에 대한 필요성이 대두되고 있다.
본 발명의 구현예들에서는 치수 안정성, 금속 및 외장재와의 우수한 열접착성을 유지한 채 전기절연성을 부여하면서 전지에서 발생되는 열을 효과적으로 떨어뜨려 전지의 안정성 및 전지의 효율을 향상 시키는 이차 전지의 리드 탭용 실링필름을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에서, 이차 전지 리드탭용 실링 필름에 있어서, 호모프로필렌 수지 및 유기 필러를 포함하는 코어층; 및 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지를 포함하는 스킨층;을 포함하며, 상기 스킨층은 상기 코어층의 일 면 또는 양 면 상에 형성되는, 이차 전지 리드탭용 실링 필름이 제공된다.
예시적인 구현예에서, 상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지는 말레인산, 무수말레인산, 푸마르산, 말레이미드, 무수말레이미드, 이타콘산, 무수이타콘산 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 극성기가 도입된 것일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지는 무수말레인산 그라프트 폴리프로필렌계 수지일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 유기 필러는 개질 그라파이트이고, 상기 개질 그라파이트는 실리카, 산화 마그네슘, 산화 아연, 수산화 알루미늄, 이산화 티타늄, 및 수산화 티타늄으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 유기 필러의 평균 입자 사이즈는 500 nm 내지 5 ㎛일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 유기 필러는 상기 코어층 조성물의 전체 중량을 기준으로 25 내지 55 중량% 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 코어층 및 스킨층은 열가소성 엘라스토머 및 핵제를 더 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 핵제는 투명핵제 및 강성핵제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하고, 상기 투명 핵제는 포스페이트 에스터 염, 나트륨 벤조에이트, 리튬 벤조에이트, 알루미늄 하이드록시 다이파라 티-부틸 벤조에이트(Aluminum hydroxy dipara t-butyl benzoate, Al-PTBBA) 및 탈크로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하고, 상기 강성 핵제는 솔비톨계 핵제, 노니톨계 핵제 및 파라-t-부틸페놀-나트륨(PTBP-Na) 복합체로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 핵제는 투명핵제 및 강성핵제를 모두 포함하고, 강성핵제와 투명핵제는 3:7 내지 7:3의 중량비율로 포함될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 코어층 및 스킨층에서 핵제는 2 내지 10중량%의 중량비율로 포함되고, 열 가소성 엘라스토머는 10 내지 30중량%의 중량비율로 포함될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 코어층은 10 내지 80μm 의 두께를 갖고,
상기 스킨층은 25 내지 40 μm 의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 이차 전지의 리드탭용 실링필름은, 치수 안정성, 금속 및 외장재와의 우수한 열접착성을 가지면서도, 전지에서 발생되는 열을 효과적으로 떨어뜨려 전지의 안정성 및 전지의 효율을 향상 시킬 수 있는 방열 성능을 가질 수 있다.
도 1은 종래의 다층 리드탭용 실링 필름의 적층 구조를 도시하는 구성도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 리드탭용 실링 필름의 적층 구조를 도시하는 구성도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 리드탭용 실링 필름의 적층 구조를 도시하는 구성도를 나타낸다.
이하, 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들은 단지 설명을 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들은 본 발명을 특정한 개시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 "리드 탭(lead tap)" 이라 함은 이차 전지의 전극군으로부터 인출된 전극단자(탭) 중 외포장재 외부에 드러난 부분을 의미한다.
이하, 본 발명의 구현예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것이다. 도 2를 참조로 설명하면, 본 발명의 구현예들에 따른 이차 전지 리드탭용 실링 필름(100)은 코어층(10) 및 스킨층(20)을 포함하며, 상기 스킨층은 상기 코어층의 일 면 또는 양 면 상에 형성되는 것일 수 있다.
코어층
예시적인 구현예에서, 코어층(10)은 호모 프로필렌 수지 및 유기 필러를 포함할 수 있다.
먼저, 코어층(10)은 기재역할로서 물리적 안정성을 향상시키고 내열도를 높여주는 것이므로, 융점이 높으면서 스티프니스(stiffness)가 높은 것을 사용할 수 있다. 이에, 코어층(10)은 융점이 160℃ 이상인 호모 폴리프로필렌 수지를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로는 코어층(10)은 무극성 호모 폴리프로필렌 수지를 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 코어층(10)에서 호모 폴리프로필렌수지는 60 내지 80중량%의 중량비율로 포함될 수 있다. 60중량%미만으로 포함되는 경우 열 접착 작업성 등과 같은 물성이 저하 될 수 있으며, 80중량%을 초과하여 포함되는 경우 밀봉성 등과 같은 물성이 저하 될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 코어층(10)은 내열성을 향상시키기 위해 열가소성 엘라스토머를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 열가소성 엘라스토머로서는 특별히 제한되는 것이 아니지만 예를 들면 올레핀계 열가소성 엘라스토머, 스티렌계 엘라스토머, 수소화 스티렌계 엘라스토머 등을 들 수 있다.
예시적인 구현예에서, 올레핀계 열가소성 엘라스토머로서는 특별히 제한되는 것이 아니지만 예를 들면 에틸렌-α-올레핀 공중합체 등을 들 수 있다. 예컨대, 상기 α-올레핀으로서는 예를 들면 프로필렌, 1-부텐, 1-헥산 등을 들 수 있다.
한편, 스티렌계 엘라스토머, 수소화 스티렌계 엘라스토머로서는 특별히 제한되는 것이 아니지만, 예를 들어 스티렌-에틸렌 부틸렌-스티렌 공중합체, 스티렌-에틸렌 프로필렌-스티렌 공중합체, 스티렌-에틸렌 부틸렌-스티렌 수소화 공 중합체, 스티렌-에틸렌 프로필렌-스티렌 수소화 공중합체 등을 들 수 있다.
그 중에서도 상기 열가소성 엘라스토머로서는 에틸렌-프로필렌 러버(EPR) 및 에틸렌-프로필렌-부텐 러버(EPBR)로 구성되는 그룹에서 선택되는 하나 이상의 열가소성 엘라스토머를 이용하는 것이 바람직할 수 있다.
한편, 상기 열가소성 엘라스토머의 융점은 80℃이하인 것이 바람직하다. 융점이 80℃이하인 열가소성 엘라스토머를 이용함으로써, 실링 접합 시에 탭 표면과의 밀착성을 충분히 확보할 수 있다고 하는 이점이 있다.
또한 상기 열가소성 엘라스토머의 MFR는 5 g/10분 이하인 것이 바람직하다.
예시적인 구현예에서, 열가소성 엘라스토머의 겔(gel) 분율은 20~90%인 것이 바람직하다. 겔 분율이 20%미만에서는 가교 정도가 불충분하고, 열융착시킬 때 엘라스토머가 용융하는 양이 지나치게 많아진다. 겔 분율이 90%를 넘으면, 가교 정도가 너무 커서 접착성이 나빠질 수 있다.
한편, 코어층(10)에서 열 가소성 엘라스토머는 10 내지 30중량%의 중량비율로 포함될 수 있다. 10중량%미만으로 포함되는 경우 실링필름의 밀봉성이 저하되며, 30중량%를 초과하는 경우 내열성이 저하될 수 있다.
한편, 코어층(10)은 열 경화성을 향상시키기 위해 핵제를 더 포함할 수 있으며, 상기 핵제는 투명핵제 및 강성 핵제로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
종래의 이차 전지 리드 탭용 실링 필름은 코어층, 또는 스킨층에 열가소성 엘라스토머만을 포함하게 되고 이 경우 필름의 열 경화도가 낮아져 외부의 수분이나 공기로부터의 차단성 및 전지 내부의 전해액으로부터의 투기/투습을 막는 베리어성이 현저히 떨어지게 된다(도 1 참조). 본 발명의 일 구현예에 따른 실링 필름(100)은 이를 보완하기 위하여 코어층(10) 및 스킨층(20)에 핵제를 더 포함할 수 있고, 이에 따라서 필름의 열 경화도가 향상되므로 배리어성이 증대될 수 있고, 열 접착성, 밀봉성 등이 향상될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 투명 핵제는 투명도와 유연성을 부여할 수 있으며 포스페이트 에스터 염, 나트륨 벤조에이트, 리튬 벤조에이트, 알루미늄 하이드록시 다이파라 티-부틸 벤조에이트(Aluminum hydroxy dipara t-butyl benzoate, Al-PTBBA) 및 탈크로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 강성 핵제는 폴리머의 결정화 속도를 촉진시키고 결정의 크기를 미세화시켜 결정화 속도를 증가시킬 수 있으며, 솔비톨계 핵제, 노니톨계 핵제 및 파라-t-부틸페놀-나트륨(PTBP-Na) 복합체로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 솔비톨계 핵제는 벤질리덴솔비톨, 메틸벤질리덴솔비톨, 에틸벤질리덴솔비톨 및 3,4-디메틸벤질리덴솔비톨로 이루어진 그룹에서 선택된 하나이상을 포함할 수 있고, 노니톨계 핵제는 1,2,3-트리데옥시-4,6:5,7-비스-0-[(4-프로필페닐)메틸렌]-노니톨을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 코어층(10)은 강성핵제와 투명핵제를 모두 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 이 경우, 상기 강성핵제와 투명핵제는 3:7 내지 7:3의 중량비율로 혼합될 수 있다. 3:7 미만인 경우 투습도 물성이 저하 될 수 있으며, 7:3을 초과하는 경우 열 접착 작업성 물성이 저하 될 수 있다.
일 구현예에서, 코어층(10)은 강성핵제와 투명핵제를 1:1의 비율로 포함할 수 있다.
코어층(10)에서 핵제는 2 내지 10중량%의 중량비율로 포함될 수 있다. 10중량%를 초과하여 포함되는 경우 내열성이 저하될 수 있으며, 2중량% 중량부 미만으로 포함되는 경우 접착성이 저하될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 코어층(10)은 10 내지 80 μm범위의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 코어층(10)은 약 30 μm의 두께를 가질 수 있다. 10μm 미만의 두께를 갖는 경우 실링 필름(100)의 강성이 저하될 수 있으며, 80μm를 초과하는 경우 상대적으로 스킨층(20)의 두께가 얇아서 리드 탭 및 외포장재와의 접착력이 저하될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 코어층(10)은 유기 필러를 포함할 수 있으며, 상기 유기 필러는 개질 그라파이트일 수 있다. 그라파이트는 열전도율이 높은 전도성 물질인데, 개질을 통하여 그라파이트가 가지고 있는 높은 열전도율의 물성은 유지하면서 절연특성을 갖는 비전도성을 얻을 수 있다.
구체적으로, 상기 개질 그라파이트는 실리카, 산화 마그네슘, 산화 아연, 수산화 알루미늄, 이산화 티타늄, 및 수산화 티타늄으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 개질 그라파이트는 실리카, 산화 마그네슘, 산화 아연, 수산화 알루미늄, 이산화 티타늄, 및 수산화 티타늄으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상으로 코팅된 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 개질 그라파이트는 졸겔법을 통하여 그라파이트 표면에 실리카를 화학적 방법으로 코팅하여 제조된 것일 수 있으며, 이로서 높은 열전도성의 고유 성질은 그대로 갖고 있으며 전기가 통하지 않는 비전도성 Type의 기존 그라파이트에 새로운 특성을 부가한 것일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 유기 필러의 평균 입자 사이즈는 500 nm 내지 5 ㎛일 수 있다. 바람직하게, 상기 유기 필러의 평균 입자 사이즈는 500 nm 내지 3 ㎛, 또는 500 nm 내지 1 ㎛일 수 있다. 상기 범위의 평균 입자 사이즈를 갖는 유기 필러를 이용함으로써, 서로 응집하여 불균일하게 혼합되는 것을 방지하고 공정의 원활한 혼합이 가능하다.
일반적으로 코어층(10)에 첨가되는 유기 필러의 입자 사이즈는 그라파이트의 입자 크기가 2배가 되면 고분자와의 계면의 수는 절반이 되기 때문에 입자가 클수록 좋으나, 입자의 사이즈가 지나치게 큰 경우, 예컨대 5 ㎛ 초과인 경우 필름을 압출 하는 과정에서 필름 형성(필름화)이 어렵거나 압출 기기의 T-die 부분에 그라파이트 입자가 끼여 장비가 파손 될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 유기 필러는 상기 코어층 조성물의 전체 중량에 대하여 25 - 55 중량% 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 유기 필러는 상기 코어층 조성물의 전체 중량에 대하여 25 - 40 중량%, 30 - 50 중량%, 30 - 45 중량%, 또는 30 - 40 중량% 포함될 수 있다. 바람직하게, 상기 유기 필러는 상기 코어층 조성물의 전체 중량에 대하여 35 - 45 중량% 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 필러는 상기 코어층 조성물의 전체 중량에 대하여 약 40 중량% 포함될 수 있다. 상기 유기 필러가 상기 코어층 조성물의 전체 중량에 대하여 55 중량% 초과하는 경우 필름화가 어려울 수 있고, 코어층 조성물의 전체 중량에 대하여 25 중량% 미만인 경우 방열성능이 안 좋을 수 있다.
일반적으로, 충진되는 개질 그라파이트의 첨가량에 따라서도 필름화 할 수 있는 여부가 결정 되며, 첨가량이 증가 할수록 방열성능이 우수하나 반면 필름화가 어려우므로 방열성능과 필름화를 고려한 적당한 첨가량이 요구된다.
스킨층
한편, 상기 스킨층(20)은 상기 코어층의 일 면 또는 양 면 상에 형성될 수 있으며, 구체적으로, 금속을 포함하는 리드 탭(lead tab)과 코어층(10) 사이에 형성되거나, 금속을 포함하는 외장재와 코어층(10) 사이에 형성되어, 이들의 접착 향상을 도모할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 스킨층(20)은 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지를 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 스킨층(20)은 금속을 포함하는 리드 탭(lead tab)과 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지를 포함할 수 있으며, 핵제 및 열가소성 엘라스토머를 더 포함할 수 있다.
스킨층(20)은 금속을 포함하는 리드 탭(lead tab)과 코어층(10) 사이의 실링이 잘 이루어질 수 있게, 또는 금속을 포함하는 외장재와 코어층(10)사이의 실링이 잘 이루어질 수 있게 융점이 120 내지 150℃인 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지가 사용될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지는 무수말레인산 그라프트 폴리프로필렌 수지일 수 있다.
구체적으로, 상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지는 무수말레인산 그라프트 랜덤 폴리프로필렌 수지일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 스킨층(20)에서 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지는 60 내지 80중량% 의 중량비율로 포함될 수 있다. 60중량%미만으로 포함되는 경우 접착률이 저하되며, 80중량%을 초과하여 포함되는 경우 내열성이 저하된다.
스킨층(20)은 폴리프로필렌계 수지에 밀봉성 효과를 부여하기 위하여 열가소성 엘라스토머를 더 포함할 수 있다.
열가소성 엘라스토머로서는 특별히 제한되는 것이 아니지만 예를 들면 올레핀계 열가소성 엘라스토머, 스티렌계 엘라스토머, 수소화 스티렌계 엘라스토머 등을 들 수 있으며, 전술한 코어층의 열가소성 엘라스토머와 실질적으로 동일 내지 유사할 수 있다.
일 구현예에서, 스킨층(20)에 포함되는 열가소성 엘라스토머와 코어층(10)에 포함되는 열가소성 엘라스토머와 동일할 수 있다
한편, 스킨층(20)에서 열 가소성 엘라스토머는 10 내지 30중량% 의 중량비율로 포함될 수 있다. 10 중량%미만으로 포함되는 경우 실링 필름(100)의 밀봉성이 저하되며, 30중량%를 초과하는 경우 내열성이 저하될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 스킨층(20)은 25 내지 40μm 범위의 두께를 가질 수 있다. 40 μm 이상의 두께를 갖는 경우 실링 필름(100)의 강성이 저하될 수 있으며, 25 μm 미만인 경우 리드 탭 및 외포장재와의 접착력이 저하될 수 있다.
한편, 스킨층(20)은 열 경화성을 향상시키기 위해 핵제를 더 포함할 수 있으며, 상기 핵제는 투명핵제 및 강성 핵제로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 스킨층(20)에 포함되는 핵제는 코어층(10)에 포함되는 것과 동일할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 투명 핵제는 투명도와 유연성을 부여하며, 포스페이트 에스터 염, 나트륨 벤조에이트, 리튬 벤조에이트, 알루미늄 하이드록시 다이파라 티-부틸 벤조에이트(Aluminum hydroxy di para t-butyl benzoate, Al-PTBBA) 및 탈크로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 강성 핵제는 폴리머의 결정화 속도를 촉진시키고 결정의 크기를 미세화시켜 결정화 속도를 증가시키며 솔비톨계 핵제, 노니톨계 핵제 및 파라-t-부틸페놀-나트륨(PTBP-Na) 복합체로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 솔비톨계 핵제는 벤질리덴솔비톨, 메틸벤질리덴솔비톨, 에틸벤질리덴솔비톨 및 3,4-디메틸벤질리덴솔비톨로 이루어진 그룹에서 선택된 하나이상을 포함할 수 있고, 노니톨계 핵제는 1,2,3-트리데옥시-4,6:5,7-비스-0-[(4-프로필페닐)메틸렌]-노니톨을 포함할 수 있다.
스킨층(20)은 강성핵제와 투명핵제를 모두 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 강성핵제와 투명핵제는 3:7~7:3의 중량비율로 혼합될 수 있다. 3:7 미만인 경우 투습도 등과 같은 물성이 저하 될 수 있으며, 7:3을 초과하는 경우 열 접착 작업성 등과 같은 물성이 저하 될 수 있다.
일 구현예에서, 스킨층(20)은 강성핵제와 투명핵제를 1:1의 비율로 포함할 수 있다.
스킨층(20)에서, 핵제는 2 내지 10중량%의 중량비율로 포함될 수 있다. 10중량%를 초과하여 포함되는 경우 내열성이 저하될 수 있으며, 2중량% 중량부 미만으로 포함되는 경우 접착성이 저하될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 스킨층(20)은 25 내지 40μm범위의 두께를 가질 수 있다. 40μm 이상의 두께를 갖는 경우 실링 필름(100)의 강성이 저하될 수 있으며, 25 μm미만인 경우 리드 탭 및 외포장재와의 접착력이 저하될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 이차 전지 리드탭용 실링 필름(100)은 80 내지 120 um의 두께를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지 리드 탭용 실링 필름(100)은 치수 안정성, 금속 및 외장재와의 우수한 열접착성을 유지한 채 전기절연성을 부여하면서 전지에서 발생되는 열을 효과적으로 떨어뜨려 전지의 안정성 및 전지의 효율을 향상 시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 구현예에서는 상기 이차 전지 리드 탭용 실링 필름의 제조 방법으로서, 호모프로필렌, 열가소성 엘라스토머 및 핵제를 포함하는 코어층(10); 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지, 핵제 및 열가소성 엘라스토머를 포함하는 제1스킨층(21); 및디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지, 열가소성 엘라스토머 및 핵제를 포함하는 제2스킨층(22); 을 공압출 하여 순차적으로 적층된 제1스킨층(21), 코어층(10) 및 제2스킨층(22)을 포함하는 이차 전지 리드 탭용 실링 필름을 제조하는 제조 방법이 제공된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예들에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
실시예
[실시예 1] 실링 필름 제조
공압출기를 이용하여 제1스킨층/코어층/제2층의 3층 구조의 리드 탭용 실링 필름을 제조하였다. 이때, 상기 필름의 총 두께는 100 μm 였다. 이때, 제1스킨층은 무수말레인산 그라프트 폴리프로필렌 수지, 핵제 및 엘라스토머(EPDM ELASTOMER 제품, 삼진포리머社)을 65:5:30의 중량비율로 포함하도록 제조되었다(두께: 35 μm). 코어층은 직경이 500nm인 실리카 개질 그라파이트, 호모 폴리프로필렌 수지, 핵제 및 엘라스토머를 20:45:5:30의 중량비율로 포함하도록 제조되었다(두께: 30 μm). 제2스킨층은 무수말레인산 그라프트 폴리프로필렌 수지, 핵제 및 엘라스토머를 65:5:30의 중량비율로 포함하도록 제조되었다(두께: 35 μm). 핵제는 강성핵제와 투명핵제의 1:1 혼합물을 사용하였으며, 강성핵제로서는 솔비톨계 핵제 제품 (아데카社 NA-27제품)을 사용하였고 투명핵제는 포스페이트 에스터 염 제품(아데카社 NA-21제품)을 사용하였다. 이때, 전체 실링 필름의 두께는 100 um이다.
[
비교예
1]
코어층에서 실리카 개질 그라파이트를 포함하지 않는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 실링 필름을 제조하였다.
[실험예 1] 절연 특성 분석 실험
먼저, 리튬 이차 전지의 리드 탭으로 가장 많이 사용되고 있는 알루미늄(Al) 극판을 준비하였다. 그리고 각 실시예 및 비교예에 따른 실링 필름을 폭 10mm, 길이 12cm로 절단한 다음, 160℃의 열과 30kgf의 압력을 3초 동안 가하여 1차 접착하였다. 이후, Al 극판에만 200℃의 열을 가하면서 3초 동안 30kgf의 압력으로 필름을 압착하여 열 접착하였다. 상기 열 접착된 각 시편에 대하여 열 접착 강도를 측정하였다.
열 접착 강도는 접착강도 측정기(일본, SHIMADZU 사의 AGS-1kNX 모델)를 사용하여 140mm/min의 속력으로 상승하는 하중을 가하여, Al 극판과 실링 필름 간의 열 접착강도를 측정하였다(일본, SHIMADZU 사의 AGS-1kNX 모델 이용). 다른 비교 실험으로 리드탭 필름의 방열성능, 열 확산성, 절연성물성을 확인 하였다. 방열성능은 60℃ 열원을 기준으로 하여 열원에 각 리드탭 필름을 붙이고 시간에 따른 온도변화의 실험을 하여 하강된 온도를 확인하였다. 열 확산성은 60℃ 열원을 기준으로 하여 열원에 각 리드탭 필름을 붙이고 1시간이 지난 후 열 화상카메라(미국, 플루크 사의 VT-04 모델)를 이용 각 리드탭 필름의 열 확산성을 확인하였다. 절연성은 절연저항 측정기(멀티미터)(일본, 히오키 사의 IR4051-10 모델)를 이용하여 절연여부를 확인 하였다. 그 결과를 하기[표 1]에 나타내었다. 여기서, 우수(◎), 양호(○), 보통(△) 불만족(X)을 각각 의미한다.
| 비교예 1 | 실시예 1 | |
| 방열성능 | 60℃ | 55℃ |
| 열확산성 | X | ◎ |
| 열 접착 강도(N/15mm) | 29 | 29 |
| 절연성 | ◎ | ◎ |
[
실시예
1-2 및
비교예
2-4] 유기
필러
사이즈를 달리한 실링 필름 제조
실시예 1의 실링 필름과 동일한 제조방법으로 유기 필러의 사이즈 만을 달리하여 실링 필름을 제조하였다. 구체적으로, 유기 필러의 직경 사이즈를 각각 500 nm(실시예 1), 1 ㎛(실시예 2), 3 ㎛(비교예 2), 5 ㎛(비교예 3), 및 7 ㎛(비교예 4)으로 하여 제조하였다.
[실험예 2] 유기 필러의 사이즈 변화에 따른 필름화 분석
유기 필러의 입자 사이즈에 따른 필름 압출 공정 시 필름화가 가능한지, 그 여부를 확인 하기 위해서 유기 필러의 입자 사이즈를 각각 다르게 제조 한 후(실시예 1-2 및 비교예 2-4), 다른 레진 및 첨가제들과 배합을 통해 필름을 압출 하였다. 3-Layer 필름을 압출 하였고 리드탭 필름 두께 중 범용적으로 가장 많이 쓰이는 100um 두께의 필름을 제작 하였다. 압출 공정 시 코어층에 실리카 개질 그라파이트를 첨가하여 필름을 압출 하였고 3-Layer 중 Core층의 두께는 30um로 제작하였다. 실리카 개질 그라파이트 입자 사이즈에 따른 압출 공정 시 필름화 가능 여부를 육안으로 관찰 하였고 그 결과를 하기[표 2]에 나타내었다. 여기서, 우수(◎), 양호(○), 보통(△) 불만족(X)을 각각 의미한다.
| 실시예 1 (500 나노미터) |
실시예 2 (1 마이크로) |
비교예 2 (3 마이크로) |
비교예 3 (5 마이크로) |
비교예 4 (7 마이크로) |
|
| 필름화 | ◎ | ◎ | ○ | △ | X |
[
실시예
3-5 및
비교예
5-6] 유기
필러
함량을 달리한 실링 필름 제조
실시예 1의 실링 필름과 동일한 제조방법으로 유기 필러의 함량 만을 달리하여 실링 필름을 제조하였다. 구체적으로, 유기 필러의 함량을 코어층 전체 중량에 대하여 각각 20중량%(실시예 3), 30중량%(실시예 4), 40중량%(실시예 5), 50중량%(비교예 5), 및 60중량%(비교예 6)으로 하여 제조하였다.
[실험예 3] 유기 필러의 함량에 따른 필름화 및 방열성능 분석
개질 그라파이트 첨가량에 따른 필름 압출 공정 시 필름화가 가능한지, 방열성능은 어떠한지 그 여부를 확인 하기 위해서 개질 그라파이트의 첨가량을 각각 다르게 해서 필름을 압출 하였다. 3-Layer 필름을 압출 하였고 리드탭 필름 두께 중 범용적으로 가장 많이 쓰이는 100um 두께의 필름을 제작 하였다. 압출 공정 시 Core층에 개질 그라파이트 첨가량을 각각 다르게 첨가하여 필름 압출 하였고 Core층의 두께는 30um로 제작하였다. 개질 그라파이트 첨가량에 따른 압출 공정 시 필름화 가능 여부 및 첨가량에 따른 방열성능을 관찰 하였고 그 결과를 하기[표 3]에 나타내었다. 여기서, 우수(◎), 양호(○), 보통(△) 불만족(X)을 각각 의미한다.
| 실시예 3 (20중량%) |
실시예 4 (30%) |
실시예 5 (40%) |
비교예 5 (50%) |
비교예 6 (60%) |
|
| 필름화 | ◎ | ◎ | ◎ | ○ | X |
| 방열성능 | 60℃ | 57℃ | 55℃ | 53℃ | 51℃ |
앞에서 설명된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
Claims (11)
- 이차 전지 리드탭용 실링 필름에 있어서,
호모프로필렌 수지, 유기 필러, 열가소성 엘라스토머, 및 핵제를 포함하는 코어(core)층; 및
디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지, 열가소성 엘라스토머, 및 핵제를 포함하는 스킨(skin)층;을 포함하며,
상기 스킨층은 상기 코어층의 일 면 또는 양 면 상에 형성되고,
상기 핵제는 강성핵제를 포함하는, 이차 전지 리드탭용 실링 필름. - 제1항에 있어서,
상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지는 말레인산, 무수말레인산, 푸마르산, 말레이미드, 무수말레이미드, 이타콘산, 무수이타콘산 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 극성기가 도입된 것인, 이차 전지 리드탭용 실링 필름. - 제1항에 있어서,
상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지는 무수말레인산 그라프트 폴리프로필렌계 수지인, 이차 전지 리드탭용 실링 필름. - 제1항에 있어서,
상기 유기 필러는 개질 그라파이트이고, 상기 개질 그라파이트는 실리카, 산화 마그네슘, 산화 아연, 수산화 알루미늄, 이산화 티타늄, 및 수산화 티타늄으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것인, 이차 전지 리드탭용 실링 필름. - 제1항에 있어서,
상기 유기 필러의 평균 입자 사이즈는 500 nm 내지 5 ㎛인, 이차 전지 리드탭용 실링 필름. - 제1항에 있어서,
상기 유기 필러는 상기 코어층 조성물의 전체 중량을 기준으로 25 내지 55 중량% 포함된, 이차 전지 리드탭용 실링 필름. - 삭제
- 이차 전지 리드탭용 실링 필름에 있어서,
호모프로필렌 수지, 유기 필러, 열가소성 엘라스토머, 및 핵제를 포함하는 코어(core)층; 및
디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지, 열가소성 엘라스토머, 및 핵제를 포함하는 스킨(skin)층;을 포함하며,
상기 스킨층은 상기 코어층의 일 면 또는 양 면 상에 형성되고,
상기 핵제는 투명핵제 및 강성핵제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하고,
상기 투명 핵제는 포스페이트 에스터 염, 나트륨 벤조에이트, 리튬 벤조에이트, 알루미늄 하이드록시 다이파라 티-부틸 벤조에이트(Aluminum hydroxy dipara t-butyl benzoate, Al-PTBBA) 및 탈크로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하고,
상기 강성 핵제는 솔비톨계 핵제, 노니톨계 핵제 및 파라-t-부틸페놀-나트륨(PTBP-Na) 복합체로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는, 이차 전지 리드탭용 실링 필름. - 이차 전지 리드탭용 실링 필름에 있어서,
호모프로필렌 수지, 유기 필러, 열가소성 엘라스토머, 및 핵제를 포함하는 코어(core)층; 및
디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트 공중합된 폴리프로필렌계 수지, 열가소성 엘라스토머, 및 핵제를 포함하는 스킨(skin)층;을 포함하며,
상기 스킨층은 상기 코어층의 일 면 또는 양 면 상에 형성되고,
상기 핵제는 투명핵제 및 강성핵제를 모두 포함하고,
강성핵제와 투명핵제는 3:7 내지 7:3의 중량비율로 포함되는, 이차 전지 리드탭용 실링 필름. - 제1항, 제8항, 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코어층 및 스킨층에서 핵제는 2 내지 10중량%의 중량비율로 포함되고, 열 가소성 엘라스토머는 10 내지 30중량%의 중량비율로 포함되는, 이차 전지 리드탭용 실링 필름. - 제1항에 있어서,
상기 코어층은 10 내지 80μm 의 두께를 갖고,
상기 스킨층은 25 내지 40 μm 의 두께를 갖는, 이차 전지 리드탭용 실링 필름.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180085837A KR102089415B1 (ko) | 2018-07-24 | 2018-07-24 | 이차 전지 리드탭용 실링 필름 |
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| KR1020180085837A KR102089415B1 (ko) | 2018-07-24 | 2018-07-24 | 이차 전지 리드탭용 실링 필름 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200011128A KR20200011128A (ko) | 2020-02-03 |
| KR102089415B1 true KR102089415B1 (ko) | 2020-03-17 |
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|---|---|---|---|---|
| KR20220059712A (ko) | 2020-11-03 | 2022-05-10 | (주)풍산디에이케이 | 리드 탭용 필름과 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 이차전지 |
| KR102515279B1 (ko) | 2022-11-22 | 2023-03-29 | (주)풍산디에이케이 | 리드 탭용 다층 필름 및 이를 포함하는 이차전지 |
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-
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- 2018-07-24 KR KR1020180085837A patent/KR102089415B1/ko active IP Right Grant
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