KR20180049810A - 플렉서블 이차전지용 파우치, 이를 구비한 플레서블 이차전지, 및 플렉서블 이차전지용 파우치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
길이 방향으로 연장된 열수축성 튜브형 기재로서, 상기 열수축성 튜브가 열수축율이 상이한 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역을 구비하고, 상기 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역이 상기 열수축성 튜브형 기재의 길이 방향으로 서로 교대로 배치되는 열수축성 튜브형 기재; 상기 열수축성 튜브형 기재의 외면에 형성된 무기물층; 및 상기 무기물층의 외면에 형성되고, 제3 고분자 수지로 이루어진 고분자 수지층을 구비하는 플렉서블 전지용 파우치 및 이를 구비하는 플렉서블 전지가 제시된다.
Description
본 발명은 플렉서블 이차전지용 파우치, 이를 구비한 플레서블 이차전지, 및 플렉서블 이차전지용 파우치의 제조 방법 에 관한 것으로서, 상세하게는 굽힘시 유연성이 개선된 플렉서블 이차전지용 파우치, 이를 구비한 플레서블 이차전지, 및 플렉서블 이차전지용 파우치의 제조 방법에 관한 것이다.
이차 전지는 외부의 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장해 두었다가 필요할 때에 전기를 만들어 내는 장치를 말한다. 여러 번 충전할 수 있다는 뜻으로 "충전식 전지"(rechargeable battery)라는 명칭도 쓰인다. 흔히 쓰이는 이차전지로는 납 축전지, 니켈 카드뮴 전지(NiCd), 니켈 수소 축전지(NiMH), 리튬 이온 전지(Li-ion), 리튬 이온 폴리머 전지(Li-ion polymer)가 있다. 이차 전지는 한 번 쓰고 버리는 일차 전지에 비해 경제적인 이점과 환경적인 이점을 모두 제공한다.
일반적으로 이차전지는 음극, 양극 및 분리막으로 구성된 전극조립체를 원통형 또는 각형의 금속캔이나 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 내부에 장착하고, 상기 전극 조립체에 전해질을 주입시켜 제조하기 때문에, 그 형태가 원통형, 각형 또는 파우치형의 전지가 대부분이다.
이차전지 장착을 위한 일정한 공간이 필수적으로 요구되므로, 이러한 이차전지의 원통형, 각형 또는 파우치형의 형태는 다양한 형태의 휴대용 장치의 개발에 대한 제약으로 작용하게 되는 문제점이 있다. 이에, 형태의 변형이 용이한 신규한 형태의 이차전지가 요구되고 있다.
이러한 요구에 대하여, 다양한 형태의 변형이 용이한 이차전지의 개발이 시도되고 있고, 그 일례로 단면적 직경에 대해 길이의 비가 매우 큰 전지인 플렉서블 이차전지가 제안되었다. 이러한 플렉서블 이차전지를 보호하기 위한 파우치는 유연성과 수분 차단성의 특성이 동시에 요구된다.
도 1을 참고하면, 종래의 플렉서블 이차전지의 튜브형 파우치(10)는 고분자 수지층(11), 금속박층(12), 및 기계적 지지층(13)의 순으로 적층된 플래트한 시트형 기재를 양단의 최내측층을 접착하여 튜브형으로 형성되었다. 그 결과, 도 2와 같이 파우치에 굽힘 등의 압축력이 작용하는 경우에 파우치의 일 측에 좌굴(bucking)이 발생하고, 이것은 다시 크랙으로 발전하여 금속박층의 표면이 꺾이거나 주름이 발생할 수 밖에 없고, 결국에는 금속박층이 찢어지는 등의 문제점이 발생하였다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전술한 문제점을 해결하여, 플렉서블 이차전지의 가요성을 극대화하기 위하여 굽힘 등의 압축력이 작용시에도 크랙의 형성없이 유연하게 변형될 수 있는 플렉서블 이차전지용 파우치, 이를 구비한 플레서블 이차전지, 및 플렉서블 이차전지용 파우치의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 과제를 해결하고자, 본 발명의 일 측면에 따르면,
길이 방향으로 연장된 열수축성 튜브형 기재로서, 상기 열수축성 튜브가 열수축율이 상이한 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역을 구비하고, 상기 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역이 상기 열수축성 튜브형 기재의 길이 방향으로 서로 교대로 배치되는 열수축성 튜브형 기재;
상기 열수축성 튜브형 기재의 외면에 형성된 무기물층; 및
상기 무기물층의 외면에 형성되고, 제3 고분자 수지로 이루어진 고분자 수지층을 구비하는 플렉서블 전지용 파우치가 제공된다.
상기 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지가 각각 독립적으로 폴리올레핀계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 및 플루오로계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나, 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어질 수 있다.
상기 무기물층이 SiO2, Al2O3, MgO, BaTiO3, ZrO2 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
상기 제3 고분자 수지가 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르 (polyester), 폴리아세탈 (polyacetal), 폴리아미드 (polyamide), 폴리카보네이트 (polycarbonate), 폴리이미드 (polyimide), 폴리에테르에테르케톤 (polyetheretherketone), 폴리에테르설폰 (polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드 (polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드 (polyphenylenesulfide) 및 폴리에틸렌나프탈레이트 (polyethylenenaphthalate)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
상기 제1 고분자 수지 영역이 제2 고분자 수지 영역 보다 더 큰 열수축율을 가질 수 있다.
상기 제1 고분자 수지 영역이 제2 고분자 수지 영역 보다 더 큰 길이를 가질 수 있다.
본 발명의 과제를 해결하고자, 본 발명의 다른 측면에 따르면,
내부집전체, 내부전극 활물질층, 외부전극 활물질층, 상기 내부전극 활물질층과 상기 외부전극 활물질층 사이에 개재된 분리층 및 상기 외부전극 활물질층 외부에 형성되는 외부집전체를 구비하며, 길이방향으로 연장되는 전극 조립체; 및
상기 전극 조립체가 삽입되는 중공부를 포함하고, 상기 중공부에 삽입되는 상기 전극 조립체의 외부면을 감싸며 밀착되어 형성되는 플렉서블 전지용 파우치;를 포함하되,
상기 플렉서블 전지용 파우치가 길이 방향으로 연장된 열수축성 튜브형 기재로서, 상기 열수축성 튜브가 열수축율이 상이한 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역을 구비하고, 상기 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역이 상기 열수축성 튜브형 기재의 길이 방향으로 서로 교대로 배치되는 열수축성 튜브형 기재; 상기 열수축성 튜브형 기재의 외면에 형성된 무기물층; 및 상기 무기물층의 외면에 형성되고, 제3 고분자 수지로 이루어진 고분자 수지층을 구비하고,
상기 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역 중 열수축율이 더 작은 일 영역이 타 영역 보다 상기 전극 조립체의 외부면에 더 수축되어 밀착됨으로써 상기 플렉서블 전지용 파우치의 외측면이 볼록한 부분과 오목한 부분을 번갈아 구비하는 플렉서블 전지가 제공된다.
본 발명의 일 측면에 따르면,
열수축율이 상이한 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지를 교대로 압출하여 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역이 길이 방향으로 서로 교대로 배치되는 열수축성 튜브형 기재를 준비하는 단계;
상기 열수축성 튜브형 기재의 외면에 무기물층을 형성하는 단계; 및
상기 무기물층의 외면에 제3 고분자 수지로 이루어진 고분자 수지층을 형성하는 단계를 포함하는 플렉서블 전지용 파우치의 제조 방법이 제공된다.
상기 열수축성 튜브형 기재를 준비하는 단계가 상기 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지가 각각 주입되는 별개의 2개의 원료 주입부; 및 상기 원료 주입부의 상기 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지를 교대로 압출부로 이송되도록 이송 경로를 개방 및 폐쇄하는 경로 유도부를 구비하는 압출 성형 장치를 이용하여 실시될 수 있다.
상기 무기물층을 형성하는 단계가 원자층 증착법(ALD, Atomic Layer Deposition) 및 화학 기상 증착법(CVD)로 이루어진 방법 중 하나 이상의 방법으로 실시될 수 있다.
상기 고분자 수지층을 형성하는 단계가 딥 코팅 및 스프레이 코팅, 및 폴리머 증착으로 이루어진 방법 중 하나 이상의 방법으로 실시될 수 있다.
상기 고분자 수지층을 형성하는 단계 이후에, 상기 무기물층을 형성하는 단계; 및 상기 무기물층의 외면에 제3 고분자 수지로 이루어진 고분자 수지층을 형성하는 단계를 1회 이상 더 포함할 수 있다.
본 발명의 과제를 해결하고자, 본 발명의 다른 측면에 따르면,
내부집전체, 내부전극 활물질층, 외부전극 활물질층, 상기 내부전극 활물질층과 상기 외부전극 활물질층 사이에 개재된 분리층 및 상기 외부전극 활물질층 외부에 형성되는 외부집전체를 구비하며, 길이방향으로 연장되는 전극 조립체를 준비하는 단계;
상기 전극 조립체를 제1항 내지 제5항 어느 한 항의 제조 방법에 의해서 제조된 플렉서블 전지용 파우치의 중공부에 삽입하는 단계; 및
상기 전극 조립체가 삽입된 플렉서블 전지용 파우치에 열처리를 하는 단계;를 포함하는 플렉서블 전지의 제조 방법이 제공된다.
상기 열처리를 하는 단계가 상기 플렉서블 전지용 파우치의 외면에 열을 가하여, 상기 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역 중 열수축율이 더 작은 일 영역을 타 영역 보다 상기 전극 조립체의 외부면에 더 수축되어 밀착시킴으로써 상기 플렉서블 전지용 파우치의 외측면이 볼록한 부분과 오목한 부분을 번갈아 구비하도록 하는 단계일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 열수축율이 서로 상이한 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역이 길이 방향으로 서로 교대로 배치되어 형성된 열수축성 튜브형 기재를 도입함으로써, 플렉서블 이차전지의 가요성을 극대화하기 위하여 굽힘 등의 압축력이 작용시에도 크랙의 형성없이 유연하게 변형될 수 있는 플렉서블 이차전지용 파우치를 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 플렉서블 이차전지용 파우치의 모식도이다.
도 2는 종래의 플렉서블 이차전지용 파우치의 굽힘시 발생되는 좌굴 현상을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 얻어진 플렉서블 이차전지용 파우치 단면의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 얻어진 플렉서블 이차전지용 파우치의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 얻어진 플렉서블 이차전지용 파우치를 가열 수축 처리한 후의 단면의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 얻어진 플렉서블 이차전지용 파우치를 가열 수축 처리한 후의 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 얻어진 플렉서블 이차전지용 파우치가 구비된 플렉서블 이차전지의 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차전지용 파우치의 제조 방법에 사용되는 압출 성형 장치의 원료 공급부에 대한 모식도이다.
도 9a 및 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차전지용 파우치의 제조 방법에 사용되는 압출 성형 장치의 원료 공급부의 작동 과정에 대한 모식도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차전지용 파우치의 제조 방법에 사용되는 압출 성형 장치의 모식도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차전지용 파우치의 제조 방법에 사용되는 압출 성형 장치의 작동 과정에 대한 모식도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차전지용 파우치의 제조 방법에 사용되는 고분자 수지층 형성 공정에 대한 모식도이다.
도 2는 종래의 플렉서블 이차전지용 파우치의 굽힘시 발생되는 좌굴 현상을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 얻어진 플렉서블 이차전지용 파우치 단면의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 얻어진 플렉서블 이차전지용 파우치의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 얻어진 플렉서블 이차전지용 파우치를 가열 수축 처리한 후의 단면의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 얻어진 플렉서블 이차전지용 파우치를 가열 수축 처리한 후의 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 얻어진 플렉서블 이차전지용 파우치가 구비된 플렉서블 이차전지의 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차전지용 파우치의 제조 방법에 사용되는 압출 성형 장치의 원료 공급부에 대한 모식도이다.
도 9a 및 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차전지용 파우치의 제조 방법에 사용되는 압출 성형 장치의 원료 공급부의 작동 과정에 대한 모식도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차전지용 파우치의 제조 방법에 사용되는 압출 성형 장치의 모식도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차전지용 파우치의 제조 방법에 사용되는 압출 성형 장치의 작동 과정에 대한 모식도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차전지용 파우치의 제조 방법에 사용되는 고분자 수지층 형성 공정에 대한 모식도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 실시예외 도면에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차전지용 파우치 단면의 모식도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차전지용 파우치의 모식도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 플렉서블 이차전지용 파우치(20)는 길이 방향으로 연장된 열수축성 튜브형 기재(21)로서, 상기 열수축성 튜브가 열수축율이 상이한 제1 고분자 수지 영역(A) 및 제2 고분자 수지 영역(B)을 구비하고, 상기 제1 고분자 수지 영역(A) 및 제2 고분자 수지 영역(B)이 상기 열수축성 튜브형 기재의 길이 방향으로 서로 교대로 배치되는 열수축성 튜브형 기재(21);
상기 열수축성 튜브형 기재의 외면에 형성된 무기물층(22); 및
상기 무기물층의 외면에 형성되고, 제3 고분자 수지로 이루어진 고분자 수지층(23)을 구비한다.
상기 열수축성 튜브형 기재는 열수축 특성, 즉 열수축율이 상이한 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지를 교차로 압출하여 튜브 형상으로 형성된 기재이다. 한편, 종래의 플렉서블 이차전지용 파우치는 통상의 이차전지의 파우치와 같이 시트형태로 고분자수지층, 금속박층, 및 기계적 지지층 순으로 라미네이팅시켜 형성한 후 내부에 공간이 생기도록 튜브 형태로 권취후 양단을 접착하여 제조된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치는 애초에 튜브형으로 압출되어 얻어진 열수축성 튜브형 기재를 이용함에 따라, 종래에 외관만 튜브형태인 파우치와 달리 굽힘이나 절곡시에도 크랙 발생의 염려 없이 유연성이 크게 개선될 수 있다.
상기 열수축성 튜브형 기재는 가열하면 수축하는 튜브로, 단자(端子) 또는 형태나 크기가 다른 물질을 빈틈없이 밀착하여 감싸는 역할을 하며, 고분자 수지로 만들어지며 절연(絶緣)이나 그 밖의 용도로 사용된다. 이러한 열수축 튜브는 다양한 재질 및 형태를 갖는 열수축 튜브가 상용화 되어 있으므로, 본 발명의 목적에 적합한 것을 용이하게 입수하여 사용할 수 있다. 이때, 이차전지에 열적 손상을 주지 않도록, 수축 가공의 온도를 저온으로 하는 것이 필요하며, 일반적으로는 70℃ 내지 200℃ 또는 70℃ 내지 120℃ 의 온도로 수축이 완료되는 것이 요구된다.
상기 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지로는 서로 열수축율이 서로 상이하도록 선택되고, 튜브형 기재로 압출될 수 있는 재료라면 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지는 각각 독립적으로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 및 폴리비닐리덴풀루오라이드, 폴리테트라풀루오로에틸렌 등의 플루오로계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나, 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
이때, 상기 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지의 열수축율의 차이는 1.5 내지 3일 수 있고, 상세하게는 상기 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지의 열수축율의 값은 각각 2 내지 2.5 및 3 내지 5일 수 있다.
또한, 상기 열수축율은 열수축 전/후의 직경 또는 길이 변화량을 측정하는 방법으로 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 고분자 수지 영역(A) 및 제2 고분자 수지 영역(B)은 그 길이가 서로 동일할 수도 있고, 서로 상이할 수도 있으며, 그 길이도 다양하게 조절 가능하다. 또한, 상기 제1 고분자 수지 영역(A) 및 제2 고분자 수지 영역(B)의 경계면은 열수축성 튜브형 기재의 길이 방향에 대하여 수직일 수 있고, 또는 일 방향으로 기울기가 있는 사선 방향, 물결 방향 등 다양한 방향이 가능하다.
상기 열수축성 튜브형 기재의 외면에는 무기물층이 형성된다.
종래의 통상적인 이차전지용 파우치나 플렉서블 이차전지용 파우치에서는 수분 침투를 방지하기 위한 배리어층으로서 금속박층을 사용하였다. 하지만, 금속박층은 튜브형으로 권취되더라도 굽힘시 전 영역에서 유연성이 균일하게 발휘되지 않고, 일부 영역에서 절곡 현상이 일어나서 크랙으로 발전하게 되는 한계가 있었다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에서는 배리어층으로 금속박이 아닌 무기물층을 형성하여 수분 침투에 대한 저항 능력을 부여할 뿐만 아니라, 최내측 기재인 열수축성 튜브형 기재와 밀착하여 형성됨으로써 열수축성 튜브형 기재의 유연성이 손실되지 않고 그대로 발휘될 수 있도록 가요성 면에서도 크게 개선시키는 역할을 하게 된다. 상기 무기물층은 SiO2, Al2O3, MgO, BaTiO3, ZrO2 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 무기물층은 이러한 무기물 입자들을 이용하여 원자층 증착법(ALD, Atomic Layer Deposition), 화학 기상 증착법(CVD)의 방법으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 고분자 수지층은 상기 무기물층의 외면에 형성되고, 제3 고분자 수지로 이루어진다. 상기 고분자 수지층은 파우치의 최외측에 형성되어 외력 등에 의해 파우치의 내측 구성층 또는 이차전지에 손상이 가하지 않도록 하는 기계적 지지층의 역할을 한다.
상기 고분자 수지층의 제3 고분자 수지로는 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르 (polyester), 폴리아세탈 (polyacetal), 폴리아미드 (polyamide), 폴리카보네이트 (polycarbonate), 폴리이미드 (polyimide), 폴리에테르에테르케톤 (polyetheretherketone), 폴리에테르설폰 (polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드 (polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드 (polyphenylenesulfide) 및 폴리에틸렌나프탈레이트 (polyethylenenaphthalate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 형성될 수 있다.
상기 고분자 수지층을 형성하는 단계는 딥 코팅 방법, 스프레이 코팅 방법, 폴리머 증착 등과 같이 당업계에 통상적으로 사용되는 고분자 코팅 방법을 적용할 수 있다.
상기 무기물층 및 고분자 수지층은 열수축성 튜브형 기재의 외측에 각각 1층씩 형성될 수도 있고, 플렉서블 이차전지용 파우치의 가요성이 유지되는 이상 2층 또는 그 이상의 층으로 서로 교대로 형성될 수 있다.
상기 무기물층 및 고분자 수지층이 각각 2층으로 형성되는 경우, 본 발명의 일 측면에 따른 플렉서블 이차전지용 파우치(20)는 길이 방향으로 연장된 열수축성 튜브형 기재(21)로서, 상기 열수축성 튜브가 열수축율이 상이한 제1 고분자 수지 영역(A) 및 제2 고분자 수지 영역(B)을 구비하고, 상기 제1 고분자 수지 영역(A) 및 제2 고분자 수지 영역(B)이 상기 열수축성 튜브형 기재의 길이 방향으로 서로 교대로 배치되는 열수축성 튜브형 기재(21); 상기 열수축성 튜브형 기재의 외면에 형성된 무기물층(22); 상기 무기물층의 외면에 형성되고, 제3 고분자 수지로 이루어진 고분자 수지층(23); 상기 고분자 수지층(23)의 외면에 형성된 무기물층(24); 상기 무기물층의 외면에 형성된 제3 고분자 수지로 이루어진 고분자 수지층(25)를 구비할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차전지용 파우치를 가열 수축 처리한 후의 단면의 모식도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차전지용 파우치를 가열 수축 처리한 후의 모식도이다.
도 5 및 도 6에서는 상기 제1 고분자 수지 영역(A) 및 제2 고분자 수지 영역(B) 중에서 제2 고분자 수지 영역(B)이 제1 고분자 수지 영역(A) 보다 열수축율이 더 큰 경우를 예로 들어 설명하나, 여기에 제한되지는 않는다.
도 5의 플렉서블 이차전지용 파우치(20)는 앞서 도 3의 플렉서블 이차전지용 파우치(20)를 열처리 하여 가열한 경우에 열수축하게 되는데, 이때, 제2 고분자 수지 영역(B)이 제1 고분자 수지 영역(A) 보다 열수축율이 더 크기 때문에, 제2 고분자 수지 영역(B)이 더 크게 열수축함에 따라, 제2 고분자 수지 영역(B)에서는 오목한 부분이 형성되고, 상대적으로 열수축율이 큰 제1 고분자 수지 영역(A)에서는 볼록한 부분이 형성된다.
도 6를 참조하면, 앞서 도 4의 플렉서블 이차전지용 파우치(20)를 가열한 경우 열수축율의 차이에 따라 표면에 오목한 부분과 볼록한 부분이 길이 방향으로 교대로 형성된 플렉서블 이차전지용 파우치의 외측면을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차전지용 파우치는 이러한 열처리를 통하여 표면에 오목한 부분과 볼록한 부분, 즉 굴곡 형태가 길이 방향으로 형성됨으로써, 종래의 파우치와 달리 외력에 의해 다양한 방향으로 굽힘 작용이 있어도 오목한 부분을 중심점으로 하여 힘이 분산되어 절곡에 따른 크랙 등의 문제가 생기지 않고, 유연하게 다양한 형태로 변형될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차전지용 파우치가 구비된 플렉서블 이차전지의 모식도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차전지는 내부집전체(320), 내부전극 활물질층(330), 외부전극 활물질층(360), 상기 내부전극 활물질층(330)과 상기 외부전극 활물질층(360) 사이에 개재된 분리층(340) 및 상기 외부전극 활물질층(360) 외부에 형성되는 외부집전체(350)을 구비하며, 길이방향으로 연장되는 전극 조립체(300); 및
상기 전극 조립체(300)가 삽입되는 중공부를 포함하고, 상기 중공부에 삽입되는 상기 전극 조립체의 외부면을 감싸며 밀착되어 형성되는 플렉서블 전지용 파우치(20);를 포함하되,
상기 플렉서블 전지용 파우치가 길이 방향으로 연장된 열수축성 튜브형 기재(21)로서, 상기 열수축성 튜브가 열수축율이 상이한 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역을 구비하고, 상기 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역이 상기 열수축성 튜브형 기재의 길이 방향으로 서로 교대로 배치되는 열수축성 튜브형 기재(21); 상기 열수축성 튜브형 기재의 외면에 형성된 무기물층(22); 및 상기 무기물층의 외면에 형성되고, 제3 고분자 수지로 이루어진 고분자 수지층(23)을 구비하고,
상기 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역 중 열수축율이 더 작은 일 영역이 타 영역 보다 상기 전극 조립체의 외부면에 더 수축되어 밀착됨으로써 상기 플렉서블 전지용 파우치의 외측면이 볼록한 부분과 오목한 부분을 번갈아 구비한다.
이때, 전술한 바와 같이 상기 무기물층 및 고분자 수지층이 각각 2층으로 형성되는 경우, 상기 고분자 수지층(23)의 외면에 형성된 무기물층(24); 상기 무기물층의 외면에 형성된 제3 고분자 수지로 이루어진 고분자 수지층(25)를 구비할 수 있다.
이때 상기 전극 조립체(300)는 소정 형상의 단면을 가질 수 있는데, 소정 형상이라 함은 특별히 형상을 제한하지 않는다는 것으로, 본 발명의 본질을 훼손하지 않는 어떠한 형상도 가능하다는 의미이다. 더욱 구체적으로는, 원형 또는 다각형일 수 있는데, 원형은 기하학적으로 완전한 대칭형의 원형과 비대칭형의 타원형 구조일 수 있고, 다각형 구조의 비제한적인 예로는 삼각형, 사각형, 오각형 또는 육각형일 수 있다.
본 발명의 플렉서블 이차전지는 소정 형상의 단면을 가지며, 상기 단면에 대한 길이방향으로 길게 늘어진 선형구조를 갖고, 가요성을 가지므로 변형이 자유롭다.
여기서, 상기 외부집전체는, 도 7에서는 나선형으로 권취된 시트 형태로 도시되어 있으나, 여기에 제한되지 않고, 나선형으로 권취된 와이어 형태, 하프 파이프 형태 또는 메쉬 형태의 집전체 또는 금속 페이스트 코팅층을 사용할 수 있다.
하프 파이프 형태의 집전체를 사용하는 경우에는 상기 전극 조립체의 외면을 완전히 감쌀 수 있도록 2개 또는 3개를 상기 파우치의 열수축성 튜브형 기재의 내측에 접착하여 사용할 수 있다. 다만, 이때 튜브가 열수축하였을 경우를 감안하여 일정한 간격을 유지하도록 배치한다.
메쉬 형태의 집전체를 사용하는 경우에는 어느 정도의 신축성이 보장되므로 상기 전극 조립체의 외면을 완전히 감쌀 수 있도록 재단하여 사용할 수 있다.
또한, 금속 페이스트를 사용하는 경우에는 상기 파우치의 열수축성 튜브형 기재의 내면에 코팅하여 사용할 수 있다.
상기 내부집전체는 나선형으로 권취된 와이어 형태, 하프 파이프 형태 또는 메쉬 형태의 집전체일 수 있다.
이때, 상기 내부집전체 또는 상기 외부집전체는, 각각 서로 독립적으로 스테인리스스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성탄소, 구리; 카본, 니켈, 티탄 또는 은으로 표면처리된 스테인리스스틸; 알루미늄-카드뮴합금; 도전재로 표면처리된 비전도성 고분자; 또는 전도성 고분자를 사용하여 제조된 것을 사용할 수 있으며, 특별히 이에만 한정되는 것은 아니다. 이러한 도전재로는 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 폴리설퍼니트리드, ITO(Indum Tin Oxide), 구리, 은, 팔라듐 및 니켈 등이 가능하며, 전도성 고분자는 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 폴리설퍼니트리드 등이 사용 가능하다.
여기서, 상기 내부전극은 내부집전체 및 상기 내부집전체의 외면에 형성된 내부전극 활물질층을 구비하고, 상기 외부전극은 외부집전체 및 상기 외부집전체의 외면 또는 일면에 형성된 외부전극 활물질층을 구비하며, 각각 음극 및 양극이거나, 또는 양극 및 음극일 수 있다.
상기 내부전극 또는 상기 외부전극이 음극으로 작용하는 경우, 그 활물질층으로는, 천연흑연, 인조흑연, 탄소질재료; 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO), Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 또는 Fe인 금속류(Me); 상기 금속류(Me)로 구성된 합금류; 상기 금속류(Me)의 산화물(MeOx); 및 상기 금속류(Me)와 탄소와의 복합체 등으로 이루어진 것이 사용 가능하다.
또한, 상기 내부전극 또는 상기 외부전극이 양극으로 작용하는 경우, 그 활물질층으로는, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi 1-x-y-zCoxM1yM2zO2(M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, x, y 및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0 ≤ x < 0.5, 0 ≤ y < 0.5, 0 ≤ z < 0.5, 0 < x+y+z ≤ 1임)이 사용 가능하다.
본 발명의 분리층(340)은 전해질층 또는 세퍼레이터를 사용할 수 있다. 이러한 이온의 통로가 되는 전해질층으로는 PEO, PVdF, PVdF-HFP, PMMA, PAN 또는 PVAc를 사용한 겔형 고분자 전해질; 또는 PEO, PPO(polypropylene oxide), PEI(polyethylene imine), PES(polyethylene sulphide) 또는 PVAc(polyvinyl acetate)를 사용한 고체 전해질; 등을 사용한다. 고체 전해질의 매트릭스(matrix)는 고분자 또는 세라믹 글라스를 기본골격으로 하는 것이 바람직하다. 일반적인 고분자 전해질의 경우에는 이온전도도가 충족되더라도 반응속도적 측면에서 이온이 매우 느리게 이동할 수 있으므로, 고체인 경우보다 이온의 이동이 용이한 겔형 고분자의 전해질을 사용하는 것이 바람직하다. 겔형 고분자 전해질은 기계적 특성이 우수하지 않으므로 이를 보완하기 위해서 기공구조 지지체 또는 가교 고분자를 포함할 수 있다. 본 발명의 전해질층은 분리막의 역할이 가능하므로 별도의 분리막을 사용하지 않을 수 있다.
본 발명의 전해질층은, 리튬염을 더 포함할 수 있다. 리튬염은 이온 전도도 및 반응속도를 향상시킬 수 있는데, 이들의 비제한적인 예로는, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란리튬, 저급지방족카르본산리튬 및 테트라페닐붕산리튬 등을 사용할 수 있다.
상기 세퍼레이터로는 그 종류를 한정하는 것은 아니지만 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌-부텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체 및 에틸렌-메타크릴레이트 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 기재; 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드 및 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어진 군에서 선택된 고분자로 제조한 다공성 기재; 또는 무기물 입자 및 바인더 고분자의 혼합물로 형성된 다공성 기재 등을 사용할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 내부전극은 선택적으로 전해질을 포함하는 리튬이온 공급 코어부(310)를 더 포함하는 형태일 수 있으며, 이때에는 상기 내부전극은 상기 리튬이온 공급 코어부(310)의 외면을 둘러싸며 권선된 하나 이상의 와이어형 내부집전체(320)와 상기 와이어형 내부집전체(320)의 표면에 형성된 내부전극 활물질층(230)을 구비하게 된다.
이러한 리튬이온 공급 코어부의 전해질은 전극의 활물질으로의 침투가 용이하여, 리튬이온의 공급 및 리튬이온의 교환을 용이하게 할 수 있으므로, 전지의 용량 특성 및 사이클 특성을 더 개선시킬 수 있다
상기 리튬이온 공급 코어부는, 전해질을 포함하는데, 이러한 전해질로는 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니지만 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC), 부틸렌카보네이트(BC), 비닐렌카보네이트(VC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 메틸포르메이트(MF), 감마-부티로락톤(γ-BL;butyrolactone), 설포레인(sulfolane), 메틸아세테이트(MA; methylacetate), 또는 메틸프로피오네이트(MP; methylpropionate)를 사용한 비수전해액; PEO, PVdF, PVdF-HFP, PMMA, PAN 또는 PVAc를 사용한 겔형 고분자 전해질; 또는 PEO, PPO(polypropylene oxide), PEI(polyethylene imine), PES(polyethylene sulphide) 또는 PVAc(polyvinyl acetate)를 사용한 고체 전해질; 등을 사용할 수 있다. 그리고, 이러한 전해질은, 리튬염을 더 포함할 수 있는데, 이러한 리튬염으로는 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란리튬, 저급지방족카르본산리튬 및 테트라페닐붕산리튬 등을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 이러한 리튬 이온 공급 코어부(210)는 전해질로만 구성될 수 있으며, 액상의 전해액의 경우에는 다공질의 담체를 사용하여 구성될 수도 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 플렉서블 전지용 파우치의 제조 방법은,
열수축율이 상이한 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지를 교대로 압출하여 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역이 길이 방향으로 서로 교대로 배치되는 열수축성 튜브형 기재를 준비하는 단계;
상기 열수축성 튜브형 기재의 외면에 무기물층을 형성하는 단계; 및
상기 무기물층의 외면에 제3 고분자 수지로 이루어진 고분자 수지층을 형성하는 단계를 포함한다.
먼저, 열수축성 튜브형 기재를 준비하는 단계는 열수축율이 상이한 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지를 교대로 압출하여 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역이 길이 방향으로 서로 교대로 배치되는 열수축성 튜브형 기재를 제조하는 단계이다.
구체적으로, 상기 열수축성 튜브형 기재를 준비하는 단계는 상기 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지가 각각 주입되는 별개의 2개의 원료 주입부; 및 상기 원료 주입부의 상기 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지를 교대로 압출부로 이송되도록 이송 경로를 개방 및 폐쇄하는 경로 유도부를 구비하는 압출 성형 장치를 이용하여 실시될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차전지용 파우치의 제조 방법에 사용되는 압출 성형 장치의 원료 공급부에 대한 모식도이다. 상기 원료 공급부(30)는 제2 고분자 수지 원료 주입부(31), 제1 고분자 수지 원료 주입부(32), 및 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지를 교대로 압출 성형 장치의 본체로 이송되도록 이송 경로를 개방 및 폐쇄하는 경로 유도부(33)를 구비할 수 있다.
상기 경로 유도부의 일 예로는 도 8과 같이 상기 제1 고분자 수지 주입부와 제2 고분자 수지 주입부 사이에 위치하며, 제2 고분자 수지가 주입되는 이송 경로가 형성될 수 있으나, 여기에 제한되지는 않고, 상기 경로 유도부는 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지를 교대로 압출부로 이송할 수 있다면, 다양한 형태로 적용가능하고, 그 설치 위치도 적절하게 적용할 수 있다. 이때, 제2 고분자 수지 원료 주입부(31) 및 제1 고분자 수지 원료 주입부(32)에서 경로 유도부(33)로 이어지는 이송 경로의 높이(tb, ta)와 관련하여, ta 가 tb 보다 더 크게 형성될 수 있으며, 이러한 경우 이송 경로부에서 압출 성형 장치의 본채로 고분자 수지 원료를 번갈아 이송할 수 있도록 개방 및 폐쇄가 보다 확실히 수행될 수 있다.
도 9a 및 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차전지용 파우치의 제조 방법에 사용되는 압출 성형 장치의 원료 공급부의 작동 과정에 대한 모식도이다.
도 9a 및 9b를 참조하면, 경로 유도부(33)가 아래로 이동하면 제1 고분자 수지 원료 주입부(32)의 압출 성형 장치의 본체로의 통로가 폐쇄되고 제2 고분자 수지 원료 주입부(31)의 압출 성형 장치의 본체로의 통로가 개방되어 제2 고분자 수지(b)가 압출 성형 장치의 본체로 주입될 수 있으며, 반대로 경로 유도부(33)가 위로 이동하면 제1 고분자 수지 원료 주입부(32)의 압출 성형 장치의 본체로의 통로가 개방되고 제2 고분자 수지 원료 주입부(31)의 압출 성형 장치의 본체로의 통로가 폐쇄되어 제2 고분자 수지(b)가 압출 성형 장치의 본체로 주입되는 것이 중단되고, 제1 고분자 수지(a)가 압출 성형 장치의 본체로 주입될 수 있게 된다.
이때, 경로 유도부(33)의 상하 이동의 주기를 조절하면, 압출 성형 장치의 본체로 이송되는 제1 고분자 수지(a) 및 제2 고분자 수지(b)의 함량을 교대로 적절하게 공급할 수 있어, 최종 열수축성 튜브형 기재에서 길이 방향으로 열수축율이 상이한 제1 고분자 수지 영역(A) 및 제2 고분자 수지 영역(B)을 구비하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차전지용 파우치의 제조 방법에서는, 전술한 원료 공급부가 구비된 압출 성형 장치를 사용할 수 있으며, 이러한 압출 성형 장치로는 당업계에서 튜브형 기재를 형성하는 장치에서 전술한 원료 공급부를 장착할 수 있다면 제한 없이 적용할 수 있다.
이러한 압출 성형 장치(100)의 일례의 모식도 및 그 작동 공정 모식도를 도 10 및 도 11에 도시하였다.
도 10을 참조하면, 상기 압출 성형 장치(100)는 2개의 압출부(112a, 112b)와 상기 압출부(112a, 112b)에 연결되는 전술한 원료 공급부(30)를 구비하고, 상기 원료 공급부(30)는 다시 크로스헤드형 장척 다이스(114)와 수평면 내에서 직교하도록 배치되어 구성된다.
헤드부(120)는 실린더(116) 내부에 장착된 스크류(118)를 구비한 2개의 압출부(112a, 112b); 상기 2개의 압출부와 각각 연통된 전술한 원료 공급부(30); 상기 원료 공급부(30)의 선단부에 고정적으로 접속되고 수평 단면이 곡선 형태를 나타내는 내공을 가지는 본체부(124)와 상기 본체부(124)의 내공의 중심으로 돌출되고, 압출부(112)의 길이 방향에 대해서 직교하도록 해서 배치된 심형 홀더(126)를 포함한다.
이러한 본체부(124)의 내면과 심형 홀더(126)의 외주면 사이에서 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지가 유통하는 유통로가 형성되게 되어 있다. 또한, 이러한 본체부(124)의 내공의 한쪽의 개구 단부는 원료 공급부(30)의 개구단에 접속되어 연통하게 할 수 있는 한편, 다른 한쪽의 개구 단부는 장척 다이스부(122)에 접속되어 있어 이것에서 원료 공급부(30)에 의해 압출된 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지가 헤드부(120)의 유통로를 통해서, 협착화된 장척 다이스부(122) 내에 압입하게 된다. 덧붙여 상기 헤드부(120)에는 가열 장치가 설치되어 있어 원료인 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지의 유동화를 유지하면서, 그을음이 야기되지 않도록 헤드부(120)의 온도를 조절할 수 있고, 예를 들어 100℃ 이하가 되도록 조정할 수 있다.
또한 상기 헤드부(120)에 일체로 설치되는 장척 다이스부(122)는 다이스 본체인 길이가 긴 파이프형 통체(128)와 심형으로서의 니플(130)로 구성되어 있고, 이러한 니플(130)이 헤드부(120)의 심형 홀더(126)에 이동 불가능하게 고정적으로 지지됨으로써 니플(130)의 외경보다 큰 내경을 가지는 통체(128) 내에 동심적으로 배치되고 그리고 이들 통체(128)의 내주면과 니플(130)의 외주면 사이가 열수축성 튜브형 기재를 형성하는 원료(제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지)가 유통하는 다이 간극이 된다.
상기 장척 다이스부(122)에는 그 통체(128)의 외주면에 가열부재(132)를 도입한 가열부(134)와, 냉매가 유통 하게 할 수 있는 냉각관(135) 등의 냉각 부재(136)가 원료의 압출 방향(도에 있어서 상하방향)을 향해 순차, 설치됨으로써 가열부(134) 및 냉각부(138)가 설치되어 있다. 즉, 헤드부(120) 측에 위치하는 가열부(134)에서 원료가 그 내부를 이동하게 할 수 있고, 열수축성 튜브형 기재가 형성되는 한편, 개구단(140) 측의 냉각부(138)에서 가열부(134)에서 형성된 튜브형 기재가 냉각하게 할 수 있게 되어 있다.
또한, 장척 다이스부(122)는 그 개구 측에 위치하는 내주면이 개구단(140)을 향해 서서히 대경화하는 테이퍼부(142)로 되어 있고, 냉각부(138)의 내주면 전체가 테이퍼부(142)로 되어 있다.
도 11을 참조하면, 전술한 압출 성형 장치(100)에서 원료 공급부(30)를 통하여 원료로서 열수축율이 상이한 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지가 교대로 공급되어 길이 방향으로 제1 고분자 수지 영역(A) 및 제2 고분자 수지 영역(B)이 교대로 길이 방향으로 형성된 압축물(152)을 성형하여 열수축성 튜브형 기재가 제조될 수 있다. 이때, 상기 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지에 대한 사항은 전술한 바와 같다.
다음으로, 상기 열수축성 튜브형 기재의 외면에 무기물층을 형성하는 단계를 거치게 된다. 전술한 바와 같이, 상기 무기물층은 SiO2, Al2O3, MgO, BaTiO3, ZrO2 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 무기물층은 이러한 무기물 입자들을 이용하여 원자층 증착법(ALD, Atomic Layer Deposition), 화학 기상 증착법(CVD)의 방법으로 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 무기물층의 외면에 제3 고분자 수지로 이루어진 고분자 수지층을 형성하는 단계를 거치게 된다.
상기 고분자 수지층의 제3 고분자 수지로는 전술한 바와 같으며, 상기 고분자 수지층을 형성하는 단계는 딥 코팅 방법, 스프레이 코팅 방법, 폴리머 증착 등과 같이 당업계에 통상적으로 사용되는 고분자 코팅 방법을 적용할 수 있다. 예를 들어, 딥 코팅 방법인 경우에는 표면에 무기물층이 형성된 열수축성 튜브형 기재를 용융된 제3 고분자 수지가 저장된 코팅조에 침지하여 표면에 고분자 수지층을 도포하고, 이후 냉각 등의 처리를 통해서 고분자 수지층을 형성할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차전지용 파우치의 제조 방법에 사용되는 고분자 수지층 형성 공정에 대한 모식도이다.
도 12를 참조하면, 고분자 수지층 형성 장치(200)는 표면에 무기물층이 형성된 열수축성 튜브형 기재(210)를 공급하는 공급 롤러(220)와, 공급된 무기물층이 형성된 열수축성 튜브형 기재(210)를 침지시켜 표면에 고분자 수지층을 도포하는 고분자 수지 코팅조(230)을 구비한다.
상기 고분자 수지 코팅조(230)은 온도 조절을 통하여 용융된 상태의 고분자 수지를 저장할 수 있고, 고분자 수지 코팅조를 통과하여 용융된 고분자 수지가 무기물층의 표면에 도포된 열수축성 튜브형 기재는 이후 냉각 등의 후공정을 거쳐, 고분자 수지층을 최종적으로 형성할 수 있다.
상기 고분자 수지 코팅조의 온도는 사용되는 제3 고분자 수지의 융점에 따라 적절하게 조절될 수 있고, 폴리아크릴레이트와 같은 아크릴계 고분자 수지, 또는 폴리올레핀계 고분자 수지인 경우에는 약 200℃의 융점을 가지는 바, 이 융점보다 50℃ 정도 높은 온도로 조절될 수 있다.
상기 무기물층 및 고분자 수지층은 열수축성 튜브형 기재의 외측에 각각 1층씩 형성될 수도 있고, 플렉서블 이차전지용 파우치의 가요성이 유지되는 이상 2층 또는 그 이상의 층으로 서로 교대로 형성될 수 있다.
따라서, 상기 고분자 수지층을 형성하는 단계 이후에, 상기 무기물층을 형성하는 단계; 및 상기 무기물층의 외면에 제3 고분자 수지로 이루어진 고분자 수지층을 형성하는 단계를 1회 이상 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 내부집전체, 내부전극 활물질층, 외부전극 활물질층, 상기 내부전극 활물질층과 상기 외부전극 활물질층 사이에 개재된 분리층 및 상기 외부전극 활물질층 외부에 형성되는 외부집전체를 구비하며, 길이방향으로 연장되는 전극 조립체를 준비하는 단계;
상기 전극 조립체를 전술한 제조 방법에 의해서 제조된 플렉서블 전지용 파우치의 중공부에 삽입하는 단계; 및
상기 전극 조립체가 삽입된 플렉서블 전지용 파우치에 열처리를 하는 단계;를 포함하는 플렉서블 전지의 제조 방법이 제공된다.
먼저, 상기 전극 조립체를 준비하는 단계에서, 내부집전체의 외면에, 내부전극 활물질층을 형성하고, 이후 분리층으로 세퍼레이터층 또는 전해질층을 내부전극 활물질층 상에 코팅하거나 권취하여 형성하며, 외부전극 활물질층이 형성된 외부집전체를 상기 분리층 상에 도입하여 준비될 수 있다.
이때, 내부전극 활물질층 및 외부전극 활물질층의 형성, 분리층의 형성 방법 등은 당업계에서 통상적으로 적용되는 방법이 사용될 수 있다.
다음으로, 상기 전극 조립체를 전술한 제조 방법에 의해서 제조된 플렉서블 전지용 파우치의 중공부에 삽입하는 단계를 거친다.
상기 열처리를 하는 단계는 상기 플렉서블 전지용 파우치의 외면에 열을 가하여, 상기 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역 중 열수축율이 더 큰 일 영역을 타 영역 보다 상기 전극 조립체의 외부면에 더 수축되어 밀착시킴으로써 상기 플렉서블 전지용 파우치의 외측면이 볼록한 부분과 오목한 부분을 번갈아 구비하도록 하는 단계일 수 있다.
상기 열처리 단계는 직육면체의 길이 방향으로 열린 중공 가열 장치를 이용하여, 100 내지 200℃의 온도 조건에서 실시될 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10: 종래의 플렉서블 이차전지의 튜브형 파우치 11: 고분자 수지층
12: 금속박층 13: 기계적 지지층
A: 제1 고분자 수지 영역 B: 제2 고분자 수지 영역
20: 플렉서블 이차전지용 파우치 21: 열수축성 튜브형 기재 22: 무기물층
23: 고분자 수지층 24: 무기물층 25: 고분자 수지층
30: 원료 공급부 31: 제2 고분자 수지 원료 주입부
32: 제1 고분자 수지 원료 주입부 33: 경로 유도부
a: 제1 고분자 수지 b: 제2 고분자 수지
100: 압출 성형 장치 112a, 112b: 압출부 114: 장척 다이스
116a, 116b: 실린더 118a, 118b: 스크류
120: 헤드부 122: 장척 다이스부 124: 본체부 126: 심형 홀더 128: 통체
130: 니플 132: 가열부재 134: 가열부 135: 냉각관 136: 냉각 부재 138: 냉각부
140: 개구단 142: 테이퍼부 152: 압출물
220: 고분자 수지층 형성 장치
210: 표면에 무기물층이 형성된 열수축성 튜브형 기재
220: 공급 롤러 230: 고분자 수지 코팅조
300: 전극 조립체 310: 320: 내부집전체 330: 내부전극 활물질층
340: 분리층 350: 외부집전체 360: 외부전극 활물질층
12: 금속박층 13: 기계적 지지층
A: 제1 고분자 수지 영역 B: 제2 고분자 수지 영역
20: 플렉서블 이차전지용 파우치 21: 열수축성 튜브형 기재 22: 무기물층
23: 고분자 수지층 24: 무기물층 25: 고분자 수지층
30: 원료 공급부 31: 제2 고분자 수지 원료 주입부
32: 제1 고분자 수지 원료 주입부 33: 경로 유도부
a: 제1 고분자 수지 b: 제2 고분자 수지
100: 압출 성형 장치 112a, 112b: 압출부 114: 장척 다이스
116a, 116b: 실린더 118a, 118b: 스크류
120: 헤드부 122: 장척 다이스부 124: 본체부 126: 심형 홀더 128: 통체
130: 니플 132: 가열부재 134: 가열부 135: 냉각관 136: 냉각 부재 138: 냉각부
140: 개구단 142: 테이퍼부 152: 압출물
220: 고분자 수지층 형성 장치
210: 표면에 무기물층이 형성된 열수축성 튜브형 기재
220: 공급 롤러 230: 고분자 수지 코팅조
300: 전극 조립체 310: 320: 내부집전체 330: 내부전극 활물질층
340: 분리층 350: 외부집전체 360: 외부전극 활물질층
Claims (14)
- 길이 방향으로 연장된 열수축성 튜브형 기재로서, 상기 열수축성 튜브가 열수축율이 상이한 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역을 구비하고, 상기 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역이 상기 열수축성 튜브형 기재의 길이 방향으로 서로 교대로 배치되는 열수축성 튜브형 기재;
상기 열수축성 튜브형 기재의 외면에 형성된 무기물층; 및
상기 무기물층의 외면에 형성되고, 제3 고분자 수지로 이루어진 고분자 수지층을 구비하는 플렉서블 전지용 파우치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지가 각각 독립적으로 폴리올레핀계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 및 플루오로계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나, 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어진 플렉서블 전지용 파우치. - 제1항에 있어서,
상기 무기물층이 SiO2, Al2O3, MgO, BaTiO3, ZrO2 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 플렉서블 전지용 파우치. - 제1항에 있어서,
상기 제3 고분자 수지가 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르 (polyester), 폴리아세탈 (polyacetal), 폴리아미드 (polyamide), 폴리카보네이트 (polycarbonate), 폴리이미드 (polyimide), 폴리에테르에테르케톤 (polyetheretherketone), 폴리에테르설폰 (polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드 (polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드 (polyphenylenesulfide) 및 폴리에틸렌나프탈레이트 (polyethylenenaphthalate)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 플렉서블 전지용 파우치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 고분자 수지 영역이 제2 고분자 수지 영역 보다 더 큰 열수축율을 갖는 플렉서블 전지용 파우치. - 제5항에 있어서,
상기 제1 고분자 수지 영역이 제2 고분자 수지 영역 보다 더 큰 길이를 갖는 플렉서블 전지용 파우치. - 내부집전체, 내부전극 활물질층, 외부전극 활물질층, 상기 내부전극 활물질층과 상기 외부전극 활물질층 사이에 개재된 분리층 및 상기 외부전극 활물질층 외부에 형성되는 외부집전체를 구비하며, 길이방향으로 연장되는 전극 조립체; 및
상기 전극 조립체가 삽입되는 중공부를 포함하고, 상기 중공부에 삽입되는 상기 전극 조립체의 외부면을 감싸며 밀착되어 형성되는 플렉서블 전지용 파우치;를 포함하되,
상기 플렉서블 전지용 파우치가 길이 방향으로 연장된 열수축성 튜브형 기재로서, 상기 열수축성 튜브가 열수축율이 상이한 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역을 구비하고, 상기 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역이 상기 열수축성 튜브형 기재의 길이 방향으로 서로 교대로 배치되는 열수축성 튜브형 기재; 상기 열수축성 튜브형 기재의 외면에 형성된 무기물층; 및 상기 무기물층의 외면에 형성되고, 제3 고분자 수지로 이루어진 고분자 수지층을 구비하고,
상기 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역 중 열수축율이 더 작은 일 영역이 타 영역 보다 상기 전극 조립체의 외부면에 더 수축되어 밀착됨으로써 상기 플렉서블 전지용 파우치의 외측면이 볼록한 부분과 오목한 부분을 번갈아 구비하는 플렉서블 전지. - 열수축율이 상이한 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지를 교대로 압출하여 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역이 길이 방향으로 서로 교대로 배치되는 열수축성 튜브형 기재를 준비하는 단계;
상기 열수축성 튜브형 기재의 외면에 무기물층을 형성하는 단계; 및
상기 무기물층의 외면에 제3 고분자 수지로 이루어진 고분자 수지층을 형성하는 단계를 포함하는 플렉서블 전지용 파우치의 제조 방법. - 제8항에 있어서,
상기 열수축성 튜브형 기재를 준비하는 단계가 상기 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지가 각각 주입되는 별개의 2개의 원료 주입부; 및 상기 원료 주입부의 상기 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지를 교대로 압출부로 이송되도록 이송 경로를 개방 및 폐쇄하는 경로 유도부를 구비하는 압출 성형 장치를 이용하여 실시되는 플렉서블 전지용 파우치의 제조 방법. - 제8항에 있어서,
상기 무기물층을 형성하는 단계가 원자층 증착법(ALD, Atomic Layer Deposition) 및 화학 기상 증착법(CVD)으로 이루어진 방법 중 하나 이상의 방법으로 실시되는 플렉서블 전지용 파우치의 제조 방법. - 제8항에 있어서,
상기 고분자 수지층을 형성하는 단계가 딥 코팅, 스프레이 코팅, 및 폴리머 증착으로 이루어진 방법 중 하나 이상의 방법으로 실시되는 플렉서블 전지용 파우치의 제조 방법. - 제8항에 있어서,
상기 고분자 수지층을 형성하는 단계 이후에, 상기 무기물층을 형성하는 단계; 및 상기 무기물층의 외면에 제3 고분자 수지로 이루어진 고분자 수지층을 형성하는 단계를 1회 이상 더 포함하는 플렉서블 전지용 파우치의 제조 방법. - 내부집전체, 내부전극 활물질층, 외부전극 활물질층, 상기 내부전극 활물질층과 상기 외부전극 활물질층 사이에 개재된 분리층 및 상기 외부전극 활물질층 외부에 형성되는 외부집전체를 구비하며, 길이방향으로 연장되는 전극 조립체를 준비하는 단계;
상기 전극 조립체를 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 플렉서블 전지용 파우치의 중공부에 삽입하는 단계; 및
상기 전극 조립체가 삽입된 플렉서블 전지용 파우치에 열처리를 하는 단계;를 포함하는 플렉서블 전지의 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 열처리를 하는 단계가 상기 플렉서블 전지용 파우치의 외면에 열을 가하여, 상기 제1 고분자 수지 영역 및 제2 고분자 수지 영역 중 열수축율이 더 큰 일 영역을 타 영역 보다 상기 전극 조립체의 외부면에 더 수축되어 밀착시킴으로써 상기 플렉서블 전지용 파우치의 외측면이 볼록한 부분과 오목한 부분을 번갈아 구비하도록 하는 단계인 플렉서블 전지의 제조 방법.
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| US20200044203A1 (en) * | 2018-01-12 | 2020-02-06 | Lg Chem, Ltd. | Pouch Film and Method for Manufacturing the Same |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140028723A (ko) * | 2012-08-30 | 2014-03-10 | 주식회사 엘지화학 | 케이블형 이차전지용 패키징 및 그를 포함하는 케이블형 이차전지 |
| KR101569452B1 (ko) * | 2012-11-29 | 2015-11-16 | 주식회사 엘지화학 | 열수축성 튜브를 포함하는 이차전지 |
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2017
- 2017-11-03 KR KR1020170146222A patent/KR102442166B1/ko active IP Right Grant
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| KR101569452B1 (ko) * | 2012-11-29 | 2015-11-16 | 주식회사 엘지화학 | 열수축성 튜브를 포함하는 이차전지 |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| US20200044203A1 (en) * | 2018-01-12 | 2020-02-06 | Lg Chem, Ltd. | Pouch Film and Method for Manufacturing the Same |
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