KR102178893B1 - 자외선 흡수제를 포함하는 열수축성 튜브를 구비한 원통형 전지셀 - Google Patents
자외선 흡수제를 포함하는 열수축성 튜브를 구비한 원통형 전지셀 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 전극단자 부위들을 제외한 원통형 케이스의 외면을 열수축성 튜브가 감싸고 있는 원통형 전지셀로서, 상기 열수축성 튜브는,
열 수축성을 가진 폴리에스테르계 수지의 튜브 기재;
열수축성 튜브의 인장 강도와 사용 온도를 높이는 나일론계 수지의 보강제; 및
열수축성 튜브에 조사된 자외선을 흡수하여 열 에너지로 방출시킴으로써, 상기 나일론계 수지 또는 폴리에스테르계 수지의 고분자 사슬이 산소와 반응하여 분해 반응을 일으키는 것을 방지하는 자외선 흡수제(UV Absorber);
를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀을 제공한다.
열 수축성을 가진 폴리에스테르계 수지의 튜브 기재;
열수축성 튜브의 인장 강도와 사용 온도를 높이는 나일론계 수지의 보강제; 및
열수축성 튜브에 조사된 자외선을 흡수하여 열 에너지로 방출시킴으로써, 상기 나일론계 수지 또는 폴리에스테르계 수지의 고분자 사슬이 산소와 반응하여 분해 반응을 일으키는 것을 방지하는 자외선 흡수제(UV Absorber);
를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀을 제공한다.
Description
본 출원은 2016년 12월 26일자 한국 특허 출원 제2016-0178728호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 자외선 흡수제를 포함하는 열수축성 튜브를 구비한 원통형 전지셀에 관한 것이다.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서 이차전지의 사용이 실현화되고 있으며, 그리드(Grid)화를 통한 전력 보조전원 등의 용도로도 사용영역이 확대되고 있어, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 여기서 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재한 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 크게 분류된다.
도 1에는 종래의 원통형 전지의 수직 단면 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 원통형 이차전지(10)는 젤리-롤형(권취형) 전극조립체(12)를 원통형 케이스(13)에 수납하고, 원통형 케이스(13) 내에 전해액을 주입한 후에, 케이스(13)의 개방 상단에 전극 단자(예를 들어, 양극 단자)가 형성되어 있는 캡 어셈블리(14)를 결합하여 제작한다.
이러한 원통형 이차전지는, 외부 전도성 물질과의 절연 기능 및 외관 보호 기능을 수행하기 위해 전기 절연성의 플라스틱 소재의 필름으로 이루어진 튜브(tube)를 사용하여 전지케이스의 외면을 피복하였다.
그러나, 종래 기술의 원통형 이차전지용 외피용 튜브는 장시간 자외선(UV)에 노출될 경우, 필름이 크랙이 발생하여 손상되거나 변색되는 등 본연의 절연 기능 및 외관 보호 기능이 상실되는 문제가 있었다.
더욱이, 원통형 이차전지의 전지케이스 외면에 튜브를 부가한 후 고온에 노출되거나, 외부 충격으로 인해 튜브가 쉽게 변형이 발생되어 불량이 발생되는 문제들이 있었다.
따라서, 앞서 설명한 종래기술의 문제점을 효과적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 열수축성 튜브에 조사된 자외선을 흡수하여 열 에너지로 방출시킴으로써, 상기 나일론계 수지 또는 폴리에스테르계 수지의 고분자 사슬이 산소와 반응하여 분해 반응을 일으키는 것을 방지하는 자외선 흡수제(UV Absorber)를 포함할 경우, 소망하는 효과를 발휘할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원통형 전지셀은,
전극단자 부위들을 제외한 원통형 케이스의 외면을 열수축성 튜브가 감싸고 있는 원통형 전지셀로서, 상기 열수축성 튜브는,
열 수축성을 가진 폴리에스테르계 수지의 튜브 기재;
상기 열수축성 튜브의 인장 강도와 사용 온도를 높이는 나일론계 수지의 보강제; 및
상기 열수축성 튜브에 조사된 자외선을 흡수하여 열 에너지로 방출시킴으로써, 상기 나일론계 수지 또는 폴리에스테르계 수지의 고분자 사슬이 산소와 반응하여 분해 반응을 일으키는 것을 방지하는 자외선 흡수제(UV Absorber);
를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따른 원통형 전지셀은, 열수축성 튜브에 조사된 자외선을 흡수하여 열 에너지로 방출시켜, 나일론계 수지 또는 폴리에스테르계 수지의 고분자 사슬이 산소와 반응하여 분해 반응을 일으키는 것을 방지하는 자외선 흡수제를 포함함으로써, 열수축성 튜브가 장시간 자외선에 노출되는 경우에도 필름이 손상되거나 변색되지 않아 본연의 절연 기능 및 외관 보호 기능을 잘 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 원통형 전지셀은, 열수축성 튜브에 열수축성 튜브의 인장 강도와 사용 온도를 높이는 나일론계 수지의 보강제를 사용하여 튜브가 고온에 노출되거나, 외부 충격으로 인해 튜브가 쉽게 변형되는 것을 방지할 수 있다.
상기 열수축성 튜브는 색상 부여를 위한 안료를 더 포함할 수 있는 바, 전지셀의 용량 등의 차이를 색상으로 구별하여 표시할 수 있으므로, 쉽게 분류 및 구별이 가능한 장점이 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 폴리에스테르계 수지는 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 수지일 수 있다.
상세하게는, 상기 폴리에스테르계 수지는 튜브의 전체 중량을 기준으로 70중량% 내지 90중량%로 포함되어 있을 수 있고, 더욱 상세하게는 상기 폴리에스테르계 수지가 70중량% 미만으로 포함될 경우, 본 발명이 요구하는 적절한 열수축률을 얻기 어려워 열수축 튜브의 기능을 제대로 발휘하기 어렵고, 반대로 90중량% 이상인 경우 고온에 노출될 경우 쉽게 튜브의 변형 내지 변질이 과도하게 발생되기 쉬운 문제가 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 원통형 이차전지용 열수축성 튜브의 두께는 1 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 자외선 흡수제는 벤조페논계 화합물일 수 있고, 구체적으로, 상기 벤조페논계 화합물은 하이드록시벤조페논(hydroxy benzophenone)일 수 있다.
또한, 상기 자외선 흡수제는 열수축성 튜브의 전체 중량을 기준으로 0.1중량% 내지 5중량%로 포함될 수 있고, 상세하게는 0.5중량% 내지 5중량%로 포함될 수 있으며, 더욱 상세하게는 상기 자외선 흡수제가 0.1중량% 미만으로 포함될 경우, 자외선 흡수제의 나일론계 수지 또는 폴리에스테르계 수지의 고분자 사슬이 산소와 반응하여 분해 반응을 일으키는 것을 방지하는 효과를 발휘하기 어려워 자외선 조사에 따른 크랙 발생을 방지하기 어렵고, 반대로 5중량%를 초과할 경우, 고가의 자외선 흡수제가 과도하게 첨가되어 UV 안정화 효능 대비 제조비용이 과도하게 높아지는 문제가 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 나일론계 수지는 나일론 66일 수 있고, 상기 나일론 66은 열변형 온도가 섭씨 70도로 비교적 높고, 내열온도는 섭씨 105도이며, 인장탄성율은 2.9 ㅧ 104 kg/cm2이고, 굴곡탄성률은 3.0ㅧ 104 kg/cm2이다. 다른 나일론 6, 나이론6-10 및 나일론 6-12에 비해 내열성이 높고 기계적 강성이 높다.
또한, 상기 나일론계 수지는 열수축성 튜브의 전체 무게를 기준으로 3중량% 내지 10중량%로 포함될 수 있다.
또한, 상기 나일론계 수지는 폴리에스테르계 수지에 블랜딩 상태로 포함되어 있을 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 안료는 열수축성 튜브의 전체 중량을 기준으로 10중량% 내지 20중량%로 포함되어 있을 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 본 발명에 따른 열수축성 튜브는 섭씨 50도의 분위기 조건에서 광의 세기가 61.5 W/m2이고 빛의 파장이 300 nm 내지 400 nm인 자외선에 1,000 시간 노출되어도 크랙(crack)이 발생하지 않을 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 열수축성 튜브에는 조사된 자외선에 의해 상기 나일론계 수지 또는 폴리에스테르계 수지의 고분자 사슬이 절단되어 생성된 자유라디칼의 연쇄반응을 억제하는 자외선 안정제(UV Stabilizer)가 더 포함되어 있을 수 있고, 구체적으로, 상기 자외선 안정제는 벤조에이트계 화합물일 수 있으며, 상기 벤조에이트계 화합물은 예를 들면 부틸-4-히드록시벤조에이트(butyl-4-hydroxybenzoate)일 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 열수축성 튜브는, 자외선 흡수제로 필름에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 조사된 자외선에 의해 상기 나일론계 수지 또는 폴리에스테르계 수지의 고분자 사슬이 절단되어 생성된 자유라디칼의 연쇄반응을 억제하는 자외선 안정제를 더 포함함으로써, 보다 긴 시간 동안 자외선에 따른 튜브의 변질을 방지할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 원통형 전지셀은 이차전지일 수 있고, 상기 이차전지는 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
이하에서는, 상기 리튬 이차전지의 기타 구성들에 대해 설명한다.
구체적으로, 상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체에 양극활물질 입자들로 구성된 양극활물질과, 도전재 및 바인더가 혼합된 양극 합제를 도포하여 제조될 수 있고, 필요에 따라서는 상기 양극 합제에 충진제를 더 첨가할 수 있다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 201 ㎛의 두께로 제조되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 및 알루미늄이나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티타늄 또는 은으로 표면처리 한 것 중에서 선택되는 하나를 사용할 수 있고, 상세하게는 알루미늄이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극활물질은, 예를 들어, 상기 양극활물질 입자 외에, 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 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, LiV3O4, 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 ~ 0.1 임) 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 등으로 구성될 수 있으며, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 양극에 포함되는 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 양극에 포함되는 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 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, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
상기 리튬염 함유 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 원통형 전지셀은, 열수축성 튜브에 조사된 자외선을 흡수하여 열 에너지로 방출시켜, 상기 나일론계 수지 또는 폴리에스테르계 수지의 고분자 사슬이 산소와 반응하여 분해 반응을 일으키는 것을 방지하는 자외선 흡수제를 포함할 경우, 열수축성 튜브가 장시간 자외선에 노출되는 경우에도 튜브가 손상되거나 변색되지 않아 본연의 절연 기능 및 외관 보호 기능을 잘 유지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 원통형 전지셀은, 열수축성 튜브에 열수축성 튜브의 인장 강도와 사용 온도를 높이는 나일론계 수지의 보강제를 사용하여 튜브가 고온에 노출되거나, 외부 충격으로 인해 튜브가 쉽게 변형되는 것을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술의 원통형 전지를 나타낸 수직 단면 사시도이다;
도 2는 본 발명의 실험예 1의 실험 과정을 나타낸 사진이다;
도 3은 본 발명의 열수축성 튜브가 포함하고 있는 자외선 흡수제의 메커니즘을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 실험예 2에서 실시예 1의 결과를 보여주는 사진이다.
도 5는 실험예 2에서 비교예 2의 결과를 보여주는 사진이다.
도 6은 실험예 3에서 실시예 1의 응력 변형 곡선(S-S Curve)를 나타낸다.
도 7은 실험예 3에서 비교예 3의 응력 변형 곡선(S-S Curve)를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실험예 1의 실험 과정을 나타낸 사진이다;
도 3은 본 발명의 열수축성 튜브가 포함하고 있는 자외선 흡수제의 메커니즘을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 실험예 2에서 실시예 1의 결과를 보여주는 사진이다.
도 5는 실험예 2에서 비교예 2의 결과를 보여주는 사진이다.
도 6은 실험예 3에서 실시예 1의 응력 변형 곡선(S-S Curve)를 나타낸다.
도 7은 실험예 3에서 비교예 3의 응력 변형 곡선(S-S Curve)를 나타낸다.
이하에서는, 본 발명에 따른 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
조성물의 전체 중량을 기준으로 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 수지 80 g, 자외선 흡수제인 하이드록시벤조페논(hydroxy benzophenone) 2 g, 안료(pigment) 8 g 및 나일론 66 10 g을 함께 혼화한 뒤 용융 블랜딩하여 수지 조성물을 제조하고, 제조된 수지 조성물을 냉각장치에서 급냉 경화하여 상부와 하부가 개방된 원통형 열수축성 튜브를 제조하였다.
<비교예 1>
자외선 흡수제인 하이드록시벤조페논(hydroxy benzophenone)과 나일론 66을 사용하지 않고 수지 조성물을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 열수축성 튜브를 제조하였다.
<비교예 2>
자외선 흡수제인 하이드록시벤조페논(hydroxy benzophenone)을 사용하지 않고 수지 조성물을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 열수축성 튜브를 제조하였다.
<비교예 3>
수지 조성물 제조시 나일론 66을 사용하지 않고 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 열수축성 튜브를 제조하였다.
<실험예 1>
본 발명의 도 2에는 실험예 1의 실험 과정을 나타낸 사진이 개시되어 있다. 도 2에서와 같이, 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 3에서 제조된 열수축성 튜브(110)들 각각을 자외선 조사기(200)의 램프와 3cm이격되도록 배치하여, 광의 세기가 61.5 W/m2이고 빛의 파장이 300 nm 내지 400 nm이며, 섭씨 50도인 분위기 조건에서 1,000 시간 노출한 뒤, 튜브 표면에 크랙이 발생된 유무를 확인하였다.
| 크랙 발생 유무(○, X) | |
| 실시예 1 | X |
| 비교예 1 | ○ |
| 비교예 2 | X |
| 비교예 3 | X |
상기 표 1을 참조하면, 나일론과 자외선 흡수제를 모두 사용하지 않은 비교예 1의 경우에는 크랙이 발생하였으나, 실시예 1, 비교예 2 및 비교예 3의 경우에는 1,000 시간의 자외선 조사 후에도 크랙이 발생하지 않았다. 즉, 비교예 2와 같이 폴리에스테르계 수지의 튜브 기재 소재에 나일론계 수지가 추가되는 경우, 나일론 고유의 물성인 탄력성에 의해 열수축성 튜브에 크랙이 생기는 것을 방지할 수 있다. 또한, 비교예 3과 같이 폴리에스테르계 수지의 튜브 기재 소재에 자외선 흡수제를 포함하는 경우에는 상기 자외선 흡수제가 나일론계 수지 및 폴리에스테르계 수지의 고분자 사슬이 분해되는 것을 방지하기 때문에 크랙이 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한, 실시예 1과 같이 폴리에스테르계 수지의 튜브 기재 소재에 나일론계 수지 및 자외선 흡수제를 포함하는 경우에는, 이들의 시너지 효과가 발생하여 크랙의 발생을 방지하는 효과가 더욱 높아진다.
한편, 도 3은 본 발명의 열수축성 튜브가 포함하고 있는 자외선 안정제의 메커니즘을 설명하기 위한 모식도가 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 자외선 조사기(200)로부터 열수축성 튜브(110)에 조사된 자외선에 의해 나일론계 수지 또는 폴리에스테르계 수지의 고분자 사슬이 절단되어 생성된 자유라디칼(120)과 자외선 안정제(130)가 반응하여 자유라디칼(120)의 연쇄반응을 억제할 수 있다.
<실험예 2>
상기 실시예 1에서 제조된 열수축성 튜브와 상기 비교예 2에서 제조된 열수축성 튜브를 준비하고 튜브 표면에 검정색 글씨를 인쇄하였다. 상기 열수축성 튜브들을 광의 세기가 61.5 W/m2이고 빛의 파장이 300 nm 내지 400 nm인 자외선 조사기에 500 시간 노출한 뒤, 상기 검정색 글씨의 색상 변화를 확인하였고, 그 결과를 도 4 및 도 5에 나타내었다.
도 4는 상기 실시예 1의 열수축성 튜브의 색상 변화를 나타내고, 도 5는 상기 비교예 2의 열수축성 튜브의 색상 변화를 나타내고 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 실시예 1의 경우에는 자외선 조사 전 상태와 자외선 조사 후 상태에 글자의 색상 변화가 거의 나타나지 않고 있으나, 비교예 2의 경우에는 글자의 색상이 검정색에서 회색으로 변색되어 매우 흐려진 것을 확인할 수 있다. 따라서, 자외선 흡수제를 포함하는 경우에는 튜브의 색상 변화에 영향을 주지 않지만, 포함하지 않는 경우에는 색상 변화가 현저히 나타나는 것을 알 수 있다.
<실험예 3>
상기 실시예 1에 따른 방법으로 제조된 열수축성 튜브 3개와 상기 비교예 3에 따른 방법으로 제조된 열수축성 튜브 3개를 사용하여, 이들의 인장 강도 및 연신율을 측정하기 위하여 만능재료실험기(Universal Test Machine)를 이용하였다.
상기 절연성 외장재 시험편들을 테스트기에 위치시킨 후 일정한 속도로 연신하면서 응력 변형곡선(S-S Curve)를 측정하였고, 실시예 1의 결과를 도 6에 도시하고, 비교예 3의 결과를 도 7에 도시하였으며, 그 구체적인 값은 표 2와 같다.
| 실시예 1 | 비교예 3 | |
| 인장강도 (Kgf/cm2) | 636 (평균) | 569 (평균) |
| 연신율 (%) | 750 (평균) | 683 (평균) |
상기 표 2와 도 6 및 도 7을 참조하면, 실시예 1의 열수축성 튜브의 인장강도 및 연신율은 비교예 3의 열수축성 튜브와 비교할 때 현저히 향상된 값을 나타내고 있다. 따라서, 자외선 흡수제 및 나일론을 포함하는 열수축성 튜브는 나일론을 포함하지 않는 열수축성 튜브보다 기계적인 강성이 향상되었음을 알 수 있다. 이는, 인장강도가 높고 탄력성이 있는 나일론을 포함하기 때문인 것으로 판단된다.
상기에서 확인한 바와 같이, 본 발명의 열수축성 튜브는 튜브 기재 소재에 나일론계 수지 및 자외선 흡수제를 포함하는 바, 상기 나일론계 수지 또는 자외선 흡수제 중 어느 하나를 포함하는 열수축성 튜브는 크랙이 발생하는 것이 억제된다. 또한, 나일론계 수지는 포함하나 자외선 흡수제를 포함하지 않는 경우에는 인장강도 및 연신율의 증가 효과를 얻을 수 있으나, 자외선 조사에 대해 색상 변화가 현저히 나타나는 것을 확인하였다.
즉, 본 발명은 나일론계 수지 및 자외선 흡수제를 모두 포함함으로써 얻을 수 있는 시너지 효과를 발휘하는 바, 튜브에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 자외선에 대한 변색을 방지할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (13)
- 전극단자 부위들을 제외한 원통형 케이스의 외면을 열수축성 튜브가 감싸고 있는 원통형 전지셀로서, 상기 열수축성 튜브는,
열 수축성을 가진 폴리에스테르계 수지의 튜브 기재;
상기 열수축성 튜브의 인장 강도와 사용 온도를 높이는 나일론계 수지의 보강제; 및
상기 열수축성 튜브에 조사된 자외선을 흡수하여 열 에너지로 방출시킴으로써, 상기 나일론계 수지 또는 폴리에스테르계 수지의 고분자 사슬이 산소와 반응하여 분해 반응을 일으키는 것을 방지하는 자외선 흡수제(UV Absorber);
를 포함하는 것으로서 하나의 층을 구성하며,
상기 열수축성 튜브의 두께는 1 ㎛ 내지 100 ㎛이고,
상기 열수축성 튜브는 섭씨 50도의 분위기 조건에서 광의 세기가 61.5 W/m2이고 빛의 파장이 300 nm 내지 400 nm인 자외선에 1,000 시간 노출되어도 크랙(crack)이 발생하지 않으며,
상기 나일론계 수지는 상기 폴리에스테르계 수지에 블랜딩 상태로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀. - 제1항에 있어서, 상기 열수축성 튜브는 색상 부여를 위한 안료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
- 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르계 수지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 수지인 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
- 제3항에 있어서, 상기 폴리에스테르계 수지는 튜브의 전체 중량을 기준으로 70중량% 내지 90중량%로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 자외선 흡수제는 벤조페논계 화합물인 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
- 제6항에 있어서, 상기 벤조페논계 화합물은 하이드록시벤조페논(hydroxy benzophenone)인 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
- 제1항에 있어서, 상기 자외선 흡수제는 열수축성 튜브의 전체 중량을 기준으로 0.1중량% 내지 5중량%으로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
- 제1항에 있어서, 상기 나일론계 수지는 나일론 66인 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
- 제9항에 있어서, 상기 나일론계 수지는 열수축성 튜브의 전체 무게를 기준으로 3중량% 내지 10중량%로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
- 제2항에 있어서, 상기 안료는 열수축성 튜브의 전체 중량을 기준으로 10중량% 내지 20중량%로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지셀.
- 삭제
- 삭제
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