KR20130075538A - 이차전지용 파우치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차전지용 파우치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상부시트와 하부시트의 사이에 전극 조립체를 수납하는 이차전지용 파우치에 있어서, 상기 상부시트 및 하부시트는 각각 내부 수지층, 금속층 및 외부 수지층을 포함하고, 외부로 노출되는 상기 금속층의 외주면에 금속 산화막을 더 포함하는 이차전지용 파우치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 이차전지용 파우치에 관한 것이다.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 전기 제품 사용이 활성화됨에 따라 그 구동 전원으로서 주로 사용되는 이차전지에 대한 중요성이 증가하고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 기존의 납 축전지와, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지 등 다른 이차전지와 비교하여 단위 중량당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하기 때문에 이차전지 개발을 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있다. 이 중에서, 리튬 이차전지는 작동 전압이 3.6 V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.
한편, 리튬 이차전지는 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이차전지와 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다. 그리고, 리튬 이온 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전고체형 리튬 이온 폴리머 전지와 전해액을 함유하고 있는 셀형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다.
액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지의 경우 대개 원통이나 각형의 금속 캔을 용기로 하여 용접 밀봉시킨 형태로 사용된다. 이런 금속캔을 용기로 사용하는 캔형 이차전지는 형태가 고정되므로 이를 전원으로 사용하는 전기 제품의 디자인을 제약하는 단점이 있고, 부피를 줄이는데 어려움이 있다. 따라서, 두 전극과 세퍼레이터, 전해질을 필름으로 만들어 파우치에 넣고 밀봉하여 사용하는 파우치형 이차전지가 개발되어 사용되고 있다.
통상적으로 사용되고 있는 리튬 이온 폴리머 전지의 파우치는 순차적으로 열접착성을 가져 실링재 역할을 하는 내부 수지층, 수분과 산소의 배리어층으로서 역할을 하는 금속박층, 기재 및 보호층으로 작용하는 외부수지층이 적층된 다층막구조로 구성되어 있다.
이중, 전지 내부와 닿는 폴리머가 손상을 입는 경우 전지 단자와 파우치 알루미늄 간 절연이 되지 않아 단락을 형성하게 되어(도 1 참조), 파우치 검사를 통해 내부 폴리머가 손상된 파우치를 제거하여 절연 저항을 제거할 수 있으나, 전지 가동 중 발생하는 손상에 의해 발생하는 추가적인 절연 불량은 피하기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 파우치의 금속층 장방향 양단에 금속 산화물층을 형성하여 양/음극 단자와 금속층 간 절연이 유지된 파우치를 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 상부시트와 하부시트의 사이에 전극 조립체를 수납하는 이차전지용 파우치에 있어서, 상기 상부시트 및 하부시트는 각각 내부 수지층, 금속층 및 외부 수지층을 포함하고, 외부로 노출되는 상기 금속층의 외주면에 금속 산화막을 더 포함하는 이차전지용 파우치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 외부로 노출되는 금속층의 외주면에 금속층을 구성하는 물질과 동일한 물질의 금속 산화막을 더 포함하여 양/음극 단자와 파우치의 금속층 간 절연막을 형성하여 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 이차전지용 파우치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이차전지용 파우치를 나타낸 사시도이다.
도 3은 종래 이차전지용 파우치를 나타낸 측면도 및 본 발명에 따른 이차전지용 파우치를 나타낸 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이차전지용 파우치를 나타낸 사시도이다.
도 3은 종래 이차전지용 파우치를 나타낸 측면도 및 본 발명에 따른 이차전지용 파우치를 나타낸 측면도이다.
본 발명은 상부시트와 하부시트의 사이에 전극 조립체를 수납하는 이차전지용 파우치에 있어서, 상기 상부시트 및 하부시트는 각각 내부 수지층, 금속층 및 외부 수지층을 포함하고,
외부로 노출되는 상기 금속층의 외주면에 금속 산화막을 더 포함하는 이차전지용 파우치를 제공한다.
본 발명에 따른 이차전지용 파우치는 상부시트와 하부시트로 구성되고, 상기 상부시트와 하부시트의 외곽 영역의 일부 또는 전체가 상호 실링되며, 상기 실링된 상부시트와 하부시트의 사이에 전극 조립체를 수납하게 된다. 상기 상부시트와 하부시트 각각은 내부 수지층, 금속층 및 외부 수지층을 포함하고, 상기 내부 수지층과 금속층 사이, 상기 금속층과 외부 수지층 사이, 또는 양쪽 모두에 중간층을 형성할 수 있으며, 상기 중간층을 통해 금속층을 보호할 수 있고 파우치를 제조할 때 열과 압력에 의해 열접착층인 내부 수지층이 얇아져서 전극 단자와 금속층, 예를 들면 알루미늄이 접촉하여 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 금속층은 적정 두께를 유지하고 외부로부터 내부로 수증기, 가스가 침투하는 것을 방지하며, 전해액의 누수를 방지하는 역할을 한다. 상기 금속층은 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 이때 상기 금속층을 철이 함유된 재질로 할 경우에는 기계적 강도가 강해지고, 알루미늄이 함유된 재질로 할 경우에는 유연성이 좋아지기 때문에 각각의 특성을 고려하여 사용될 수 있을 것이다.
상기 내부 수지층은 열접착층으로서, 무연신 폴리프로필렌(cated polypropylene)과 같은 변성 폴리프로필렌, 폴리프로필렌-부틸렌-에틸렌 삼원공중합체 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 내부 수지층은 상기 금속층의 다른 면에 대략 30∼40 ㎛의 두께로 코팅 또는 라미네이션(lamination)된다.
상기 외부 수지층은 기재 및 보호층으로 작용하는 것으로, 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있다.
상기 중간층은 폴리에스테르계 수지, 폴리올레핀계 수지, 불소계 수지로 형성될 수 있으며, 그 두께는 10 ㎛ 이상, 바람직하게는 12 내지 25 ㎛이다. 상기 폴리에스테르계 수지로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트 및 이들의 공중합체 등을 예로 들 수 있고, 상기 폴리올레핀계 수지로는 폴리프로필렌, 에틸렌프로필렌공중합체, 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 에틸렌과 아크릴산 유도체의 공중합체, 폴리부텐 등을 예로 들 수 있으며, 상기 불소계 수지로는 테트라플루오로에틸렌, 트리플루오로에틸렌, 폴리불소화비닐, 에틸렌테트라플루오로에틸렌, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 에틸렌클로로트리플루오로에틸렌 공중합체 등을 예로 들 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지용 파우치에 있어서, 외부로 노출되는 상기 금속층의 외주면에 금속 산화막을 형성하고, 더욱 구체적으로는 전극 단자와 인접하는 상기 파우치의 금속층에 금속층을 구성하는 물질과 동일한 물질의 금속 산화막을 형성하여 양/음극 단자와 파우치의 금속층 간을 절연시키므로 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 금속층에 형성되는 금속 산화막은 대기압 플라즈마에 의해 형성될 수 있으며, 대기압 플라즈마에 의해 대기 중 산소가 이온화되고, 이온화된 산소는 강한 반응성을 가지고 있어 금속층을 산화시킬 수 있다. 일반적으로 대기 중에서 자연적으로 형성되는 금속 산화막은 수십 ㎚ 두께로 전극 단자와의 절연을 위한 두께에 못 미치는 반면, 대기압 플라즈마를 사용하면 국소 부분에 산화막을 형성할 수 있고 ㎛ 단위의 두께로 산화막이 형성되므로, 전극 단자와의 절연을 유지할 수 있다. 상기 금속 산화막의 두께는 0.5 내지 50 ㎛인 것이 바람직하다. 0.5 ㎛ 미만인 경우에는 전극 단자와 절연되지 않는 문제가 있고, 50 ㎛를 초과하는 경우에는 대기압 플라즈마로 인해 파우치가 손상되는 문제가 있다.
또한, 본 발명은 전극 조립체를 수납하는 이차전지용 파우치의 제조방법에 있어서,
상기 파우치의 금속층에 대기압 플라즈마를 이용하여 금속 산화막을 형성시키는 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치의 제조방법을 제공한다.
상기 금속 산화막은 고온(300 ℃ 이상)과 고습에서 산화막을 형성할 수 있으나, 파우치가 손상될 수 있으므로, 국부적으로 금속 산화막을 형성할 수 있는 대기압 플라즈마가 바람직하고, 0.5∼50 ㎛의 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
<실시예 1>
내부 수지층, 금속층 및 외부 수지층을 각각 포함하는 상부 시트와 하부 시트로 구성된 이차전지용 파우치에서, 외부로 노출되는 금속층의 외주면에 대기압 플라즈마를 이용하여 10 ㎛의 금속 산화막을 형성시켰다. 초기 플라즈마 생성을 용이하게 하기 위해 Ar 또는 N2 가스를 사용하였으며, 반응가스로는 공기를 사용하였다. 이때 인가된 전력은 100∼2000 W 범위였다.
<실시예 2>
내부 수지층, 금속층 및 외부 수지층을 각각 포함하는 상부 시트와 하부 시트로 구성된 이차전지용 파우치에서, 외부로 노출되는 전극 단자와 인접한 금속층 부분에만 대기압 플라즈마를 이용하여 50 ㎛의 금속 산화막을 형성시켰다. 초기 플라즈마 생성을 용이하게 하기 위해 Ar 또는 N2 가스를 사용하였으며, 반응가스로는 공기를 사용하였다.
도 1은 일반적인 이차전지용 파우치를 나타낸 사시도이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 통상의 파우치(100)는 상부 시트(110)와 하부 시트(120)로 이루어지고, 상기 상부 시트(110)와 하부 시트(120)는 내부 수지층(111), 금속층(112) 및 외부 수지층(113)을 포함한다. 파우치(100) 내부에는 전극 조립체(210)가 구비되고, 전극 조립체(210)는 양극 단자(211)와 음극 단자(212)를 구비한다.
도 2는 본 발명에 따른 이차전지용 파우치를 나타낸 사시도이다.
도 2를 참조하면, 파우치(100)는 상부 시트(110)와 하부 시트(120)로 이루어지고, 상기 상부 시트(110) 및 하부 시트(120)의 금속층(112)에는 대기압 플라즈마를 이용하여 형성된 금속 산화막(114)이 포함된다. 상기 내부 수지층(111)과 금속층(112) 사이, 상기 금속층(112)과 외부 수지층(113) 사이, 또는 양쪽 모두에 중간층(미도시)을 형성할 수 있으며, 상기 중간층을 통해 금속층(112)을 보호할 수 있고 파우치(100)를 제조할 때 열과 압력에 의해 열접착층인 내부 수지층(111)이 얇아져서 전극 단자(211, 212)와 금속층(112), 예를 들면 알루미늄이 접촉하여 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 종래 이차전지용 파우치를 나타낸 측면도 및 본 발명에 따른 이차전지용 파우치를 나타낸 측면도이다.
도 3의 (a)는 종래 이차전지용 파우치로서, 전극 조립체(210)의 파우치(100) 외부로 노출되는 전극 단자(211, 212) 부분과 인접하는 상기 파우치(100)의 금속층(112)이 전극(211, 212) 부분에 노출되어 있어 단락이 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 이차전지용 파우치를 나타내는 도 3의 (b)는 전극 조립체(210)의 파우치(100) 외부로 노출되는 전극 단자(211, 212) 부분과 인접하는 파우치(100)의 금속층(112)에 금속층(112)을 구성하는 물질과 동일한 물질의 금속 산화막(114)을 더 포함하여 양/음극 단자(211, 212)와 파우치(100)의 금속층 간 절연막을 형성하여 단락이 발생하는 것을 추가적으로 방지할 수 있다.
100: 파우치 110: 상부시트
120: 하부시트 111: 내부 수지층
112: 금속층 113: 외부 수지층
114: 금속 산화막 210: 전극 조립체
211: 양극 단자 212: 음극 단자
120: 하부시트 111: 내부 수지층
112: 금속층 113: 외부 수지층
114: 금속 산화막 210: 전극 조립체
211: 양극 단자 212: 음극 단자
Claims (11)
- 상부시트와 하부시트의 사이에 전극 조립체를 수납하는 이차전지용 파우치에 있어서, 상기 상부시트 및 하부시트는 각각 내부 수지층, 금속층 및 외부 수지층을 포함하고,
외부로 노출되는 상기 금속층의 외주면에 금속 산화막을 더 포함하는 이차전지용 파우치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 금속 산화막은 외부로 노출되는 상기 전극 조립체의 전극 단자와 인접한 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 내부 수지층은 무연신 폴리프로필렌(cated polypropylene) 또는 폴리프로필렌-부틸렌-에틸렌 삼원공중합체인 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 금속층은 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 외부 수지층은 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트인 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 금속 산화막은 파우치의 금속층 물질로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 금속 산화막은 두께가 0.5∼50 ㎛인 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 내부 수지층과 금속층 사이, 상기 금속층과 외부 수지층 사이 또는 양쪽 모두에 중간층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치.
- 청구항 8에 있어서,
상기 중간층은 폴리에스테르계 수지, 폴리올레핀계 수지 또는 불소계 수지인 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치.
- 전극 조립체를 수납하는 이차전지용 파우치의 제조방법에 있어서,
상기 파우치의 금속층에 대기압 플라즈마를 이용하여 금속 산화막을 형성시키는 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치의 제조방법.
- 청구항 10에 있어서,
상기 금속 산화막의 두께는 0.5∼50 ㎛인 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치의 제조방법.
Priority Applications (1)
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| KR1020110143933A KR101471704B1 (ko) | 2011-12-27 | 2011-12-27 | 이차전지용 파우치 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020110143933A KR101471704B1 (ko) | 2011-12-27 | 2011-12-27 | 이차전지용 파우치 |
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| KR20130075538A true KR20130075538A (ko) | 2013-07-05 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020110143933A KR101471704B1 (ko) | 2011-12-27 | 2011-12-27 | 이차전지용 파우치 |
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| Country | Link |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20150032198A (ko) * | 2013-09-16 | 2015-03-25 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 나일론 필름 |
| KR20170100323A (ko) * | 2016-02-25 | 2017-09-04 | 주식회사 엘지화학 | 이차 전지용 파우치 및 이를 포함하는 이차 전지 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2001006632A (ja) * | 1999-06-25 | 2001-01-12 | Dainippon Printing Co Ltd | 電池用包装材料 |
| JP2002231196A (ja) * | 2001-02-01 | 2002-08-16 | At Battery:Kk | 薄形電池の製造方法 |
-
2011
- 2011-12-27 KR KR1020110143933A patent/KR101471704B1/ko active IP Right Grant
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