特開 2024-125408 パウチ型電池ケースおよびパウチ型二次電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024125408

(43)【公開日】2024-09-18

(54)【発明の名称】パウチ型電池ケースおよびパウチ型二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/119 20210101AFI20240910BHJP

   H01M 50/105 20210101ALI20240910BHJP

   H01M 50/121 20210101ALI20240910BHJP

   H01M 50/129 20210101ALI20240910BHJP

   H01M 50/133 20210101ALI20240910BHJP

   H01M 50/131 20210101ALI20240910BHJP

【ＦＩ】

H01M50/119

H01M50/105

H01M50/121

H01M50/129

H01M50/133

H01M50/131

【審査請求】有

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024106756

(22)【出願日】2024-07-02

(62)【分割の表示】P 2022558527の分割

【原出願日】2021-04-14

(31)【優先権主張番号】10-2020-0045542

(32)【優先日】2020-04-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】521065355

【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】サン・フン・キム

(72)【発明者】

【氏名】ス・ジ・ファン

(72)【発明者】

【氏名】ミン・ヒョン・カン

(72)【発明者】

【氏名】ヒョン・キョン・ユ

(57)【要約】

【課題】本発明は、シーラント層、ガスバリア層および表面保護層を含むパウチフィルム積層体を含むパウチ型電池ケースに関する。
【解決手段】前記シーラント層は、第１ポリマーで最内層として形成され、前記表面保護層は、第２ポリマーで最外層として形成され、前記ガスバリア層は、前記表面保護層と前記シーラント層との間に積層され、厚さが６０μｍ～１００μｍであり、結晶粒度が１０μｍ～１３μｍであるアルミニウム合金薄膜で形成される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

正極、セパレータ、負極が積層されて形成される電極組立体を収納するパウチ型電池ケースであって、
第１ポリマーで最内層として形成されるシーラント層と、
第２ポリマーで最外層として形成される表面保護層と、
前記表面保護層と前記シーラント層との間に積層され、厚さが６０μｍ～１００μｍであり、結晶粒度が１０μｍ～１３μｍであるアルミニウム合金薄膜で形成されるガスバリア層とを含むパウチフィルム積層体を含む、パウチ型電池ケース。

【請求項2】

前記アルミニウム合金薄膜は、
鉄を１．２ｗｔ％～１．７ｗｔ％含む、請求項１に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項3】

前記アルミニウム合金薄膜は、
鉄を１．３ｗｔ％～１．７ｗｔ％含む、請求項１に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項4】

前記アルミニウム合金薄膜は、
シリコンを０．２ｗｔ％以下含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項5】

前記アルミニウム合金薄膜は、
結晶粒度が１０．５μｍ～１２．５μｍである、請求項２～４のいずれか一項に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項6】

前記アルミニウム合金薄膜は、
合金番号がＡＡ８０２１である、請求項１～５のいずれか一項に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項7】

前記ガスバリア層は、
厚さが７０μｍ～９０μｍである、請求項１～６のいずれか一項に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項8】

前記シーラント層は、厚さが前記ガスバリア層の厚さの０．６倍～１．２倍である、請求項１～７のいずれか一項に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項9】

前記シーラント層は、
厚さが３０μｍ～９０μｍである、請求項１～８のいずれか一項に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項10】

前記第１ポリマーは、
ポリプロピレン（ＰＰ）を含む、請求項１～９のいずれか一項に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項11】

前記表面保護層は、
厚さが６μｍ～２５μｍである、請求項１～１０のいずれか一項に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項12】

前記第２ポリマーは、
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項13】

第３ポリマーで形成されると共に、前記表面保護層と前記ガスバリア層との間に積層される延伸補助層をさらに含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項14】

前記延伸補助層は、
厚さが２０μｍ～５０μｍである、請求項１３に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項15】

前記第３ポリマーは、
ナイロン（Ｎｙｌｏｎ）を含む、請求項１３または１４に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項16】

前記パウチフィルム積層体の総厚さが１８０μｍ以上である、請求項１～１５のいずれか一項に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項17】

前記パウチフィルム積層体は、１５ｍｍ×８０ｍｍのサイズで裁断した後、５０ｍｍ／ｍｉｎの引張速度で引っ張りながら測定した引張強度が２００Ｎ／１５ｍｍ～３００Ｎ／１５ｍｍであり、伸び率が１０５％～１５０％である、請求項１～１６のいずれか一項に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項18】

前記パウチフィルム積層体は、穿孔強度が３０Ｎ以上である、請求項１～１７のいずれか一項に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項19】

正極、セパレータ、負極が積層されて形成される電極組立体と、
前記電極組立体を収納するパウチ型電池ケースとを含み、
前記電池ケースは、
第１ポリマーで最内層として形成されるシーラント層と、
第２ポリマーで最外層として形成される表面保護層と、
前記表面保護層と前記シーラント層との間に積層され、厚さが６０μｍ～１００μｍであり、結晶粒度が１０μｍ～１３μｍであるアルミニウム合金薄膜で形成されるガスバリア層とを含むパウチフィルム積層体を含む、パウチ型二次電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０２０年４月１４日付けの韓国特許出願第１０－２０２０－００４５５４２号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。

【0002】

本発明は、パウチ型電池ケースおよびパウチ型二次電池に関し、より詳細には、引張強度および伸び率が改善して成形性が向上するパウチ型電池ケースおよびパウチ型二次電池に関する。

【背景技術】

【0003】

一般的に、二次電池の種類としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池およびリチウムイオンポリマー電池などがある。このような二次電池は、デジタルカメラ、Ｐ－ＤＶＤ、ＭＰ３Ｐ、携帯電話、ＰＤＡ、ポータブルゲーム装置（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｇａｍｅ Ｄｅｖｉｃｅ）、パワーツール（Ｐｏｗｅｒ Ｔｏｏｌ）および電動自転車（Ｅ－ｂｉｋｅ）などの小型製品だけでなく、電気自動車やハイブリッド自動車といった高出力を要する大型製品と余剰発電電力や新再生可能エネルギーを貯蔵する電力貯蔵装置とバックアップ用電力貯蔵装置にも適用され使用されている。

【0004】

このような二次電池を製造するために、先ず、電極活物質スラリーを正極集電体および負極集電体に塗布して正極と負極を製造し、これをセパレータ（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）の両側に積層することで、所定形状の電極組立体（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を形成する。また、電池ケースに電極組立体を収納し、電解質を注入した後、シールする。

【0005】

二次電池は、電極組立体を収容するケースの材料に応じて、パウチ型（Ｐｏｕｃｈ Ｔｙｐｅ）および缶型（Ｃａｎ Ｔｙｐｅ）などに分けられる。パウチ型（Ｐｏｕｃｈ Ｔｙｐｅ）は、柔軟なポリマー材料で製造されたパウチに電極組立体を収容する。また、缶型（Ｃａｎ Ｔｙｐｅ）は、金属またはプラスチックなどの材料で製造されたケースに電極組立体を収容する。

【0006】

パウチ型二次電池のケースであるパウチは、柔軟性を有するパウチフィルム積層体にプレス加工を施し、カップ部を形成することで製造される。また、カップ部が形成されると、前記カップ部の収容空間に電極組立体を収納し、シーリング部をシールして二次電池を製造する。

【0007】

このようなプレス加工のうち、絞り（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形は、プレス装置にパウチフィルム積層体を挿入し、パンチでパウチフィルム積層体に圧力を印加し、パウチフィルム積層体を延伸させることで行われる。パウチフィルム積層体は、複数の層で形成され、そのうち、内部に位置したガスバリア層は、金属で製造される。しかし、従来のパウチフィルム積層体は、カップ部の深さをより深く成形することに限界があり、カップ部の底部の角と開放部の角にフィレッティング（Ｆｉｌｌｅｔｉｎｇ、面取り）を適用する時に、フィレッティングの半径を減少させるにも限界があった。また、カップ部の外壁を垂直に近く成形するにも限界があった。そのため、二次電池のデッドスペース（Ｄｅａｄ Ｓｐａｃｅ）が増加し、電極組立体のサイズが減少して、体積に対してエネルギー効率が減少する問題があった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明が解決しようとする課題は、引張強度および伸び率が改善して成形性が向上するパウチ型電池ケースおよびパウチ型二次電池を提供することである。

【0009】

本発明の課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及していない他の課題は、以下の記載から当業者が明確に理解することができる。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するための本発明の実施形態によるパウチ型電池ケースは、正極、セパレータ、負極が積層されて形成される電極組立体を収納するパウチ型電池ケースであって、前記パウチ型電池ケースは、第１ポリマーで最内層として形成されるシーラント層と、第２ポリマーで最外層として形成される表面保護層と、前記表面保護層と前記シーラント層との間に積層され、厚さが６０μｍ～１００μｍであり、結晶粒度が１０μｍ～１３μｍであるアルミニウム合金薄膜で形成されるガスバリア層とを含むパウチフィルム積層体を含む。

【0011】

また、前記アルミニウム合金薄膜は、鉄を１．２ｗｔ％～１．７ｗｔ％含むことができる。

【0012】

また、前記アルミニウム合金薄膜は、鉄を１．３ｗｔ％～１．７ｗｔ％含むことができる。

【0013】

また、前記アルミニウム合金薄膜は、シリコンを０．２ｗｔ％以下含むことができる。

【0014】

また、前記アルミニウム合金薄膜は、結晶粒度が１０．５μｍ～１２．５μｍであることができる。

【0015】

また、前記アルミニウム合金薄膜は、合金番号がＡＡ８０２１であることができる。

【0016】

また、前記ガスバリア層は、厚さが７０μｍ～９０μｍであることができる。

【0017】

また、前記シーラント層は、厚さがガスバリア層の厚さの０．６倍～１．２倍であることができ、例えば、３０μｍ～９０μｍであることができる。

【0018】

また、前記第１ポリマーは、ポリプロピレン（ＰＰ）を含むことができる。

【0019】

また、前記表面保護層は、厚さが６μｍ～２５μｍであることができる。

【0020】

また、前記第２ポリマーは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含むことができる。

【0021】

また、第３ポリマーで形成されると共に、前記表面保護層と前記ガスバリア層との間に積層される延伸補助層をさらに含むことができる。

【0022】

また、前記延伸補助層は、厚さが２０μｍ～５０μｍであることができる。

【0023】

また、前記第３ポリマーは、ナイロン（Ｎｙｌｏｎ）を含むことができる。

【0024】

また、前記パウチフィルム積層体の総厚さは、１８０μｍ以上、好ましくは１８０μｍ～２１０μｍであることができる。

【0025】

また、前記パウチフィルム積層体は、１５ｍｍ×８０ｍｍのサイズで裁断した後、５０ｍｍ／ｍｉｎの引張速度で引っ張りながら測定した引張強度が２００Ｎ／１５ｍｍ～３００Ｎ／１５ｍｍであり、伸び率が１０５％～１５０％であることができる。

【0026】

上記課題を解決するための本発明の実施形態によるパウチ型二次電池は、正極、セパレータ、負極が積層されて形成される電極組立体と、前記電極組立体を収納するパウチ型電池ケースとを含み、前記電池ケースは、第１ポリマーで最内層として形成されるシーラント層と、第２ポリマーで最外層として形成される表面保護層と、前記表面保護層と前記シーラント層との間に積層され、厚さが６０μｍ～１００μｍであり、結晶粒度が１０μｍ～１３μｍであるアルミニウム合金薄膜で形成されるガスバリア層とを含む。

【0027】

本発明のその他の具体的な事項は、詳細な説明および図面に含まれている。

【発明の効果】

【0028】

本発明の実施形態によると、少なくとも以下のような効果がある。

【0029】

本発明によるパウチ型電池ケースは、ガスバリア層として、特定の厚さおよび結晶粒度を有するアルミニウム合金薄膜を含むパウチフィルム積層体を使用することで、パウチフィルム積層体の引張強度、伸び率および靭性（Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）を向上させた。前記パウチフィルム積層体を用いると、カップ部の成形時に、ピンホール（Ｐｉｎｈｏｌｅ）や亀裂が発生することなく成形深さを増加させることができ、カップ部の角の曲率半径を減少させることができ、電池組立体の収容空間の体積を増加させることができる。

【0030】

また、本発明によるパウチフィルム積層体は、穿孔強度に優れ、外部から大きい圧力を受けるか鋭い物体に刺されて破損しても、内部の電極組立体をより効果的に保護することができる。

【0031】

本発明による効果は、以上で例示している内容によって制限されず、より様々な効果が本明細書内に含まれている。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】本発明の一実施形態による二次電池の組立図である。

【図2】本発明の一実施形態によるパウチフィルム積層体の断面図である。

【図3】合金番号ＡＡ８０７９のアルミニウム合金と合金番号ＡＡ８０２１のアルミニウム合金の鉄およびシリコンの含量を示すグラフである。

【図4】合金番号ＡＡ８０７９のアルミニウム合金と合金番号ＡＡ８０２１のアルミニウム合金の引張強度、伸び率および結晶粒度を示すグラフである。

【図5】実施例１で使用された合金番号ＡＡ８０２１のアルミニウム合金薄膜と、比較例３で使用された合金番号ＡＡ８０７９のアルミニウム合金薄膜の結晶粒を拡大したＳＥＭ写真である。

【図6】本発明の製造例、比較例１および比較例２によるパウチフィルム積層体に対して、引張強度および伸び率を実験した結果グラフである。

【図7】本発明の製造例、比較例１および比較例２によるパウチフィルム積層体に対して、穿孔強度を実験した結果グラフである。

【発明を実施するための形態】

【0033】

本発明の利点および特徴、また、それらを達成する方法は、添付の図面とともに詳細に後述している実施形態を参照すると明確になる。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態に実現されることができ、ただし、本実施形態は、本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇によって定義されるだけである。明細書の全体にわたり同一の参照符号は、同一の構成要素を指す。

【0034】

他の定義がなければ、本明細書で使用されるすべての用語（技術および科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が共通して理解することができる意味で使用されることができる。また、一般的に使用される辞書に定義されている用語は、明白に特別に定義されていない限り、理想的にもしくは過剰に解釈されない。

【0035】

本明細書で使用されている用語は、実施形態を説明するためのものであって、本発明を制限するものではない。本明細書において、単数型は、句で特別に言及しない限り複数型も含む。明細書で使用される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含み（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素の他に一つ以上の他の構成要素の存在または追加を排除しない。

【0036】

以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

【0037】

図１は、本発明の一実施形態による二次電池１の組立図である。

【0038】

本発明の一実施形態によると、パウチフィルム積層体１３５の引張強度および伸び率が改善することで、靭性（Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）が増加し、パウチフィルム積層体１３５を成形してパウチ型電池ケース１３を製造する時に、成形性が向上することができる。また、パウチフィルム積層体の穿孔強度に優れ、外部から大きい圧力を受けるか鋭い物体に刺されて破損しても、内部の電極組立体をより効果的に保護することができる。

【0039】

このために、本発明の一実施形態によるパウチ型電池ケース１３は、正極、セパレータ、負極が積層されて形成される電極組立体１０を収納するパウチ型電池ケース１３であって、第１ポリマーで最内層として形成されるシーラント層１３５１と、第２ポリマーで最外層として形成される表面保護層１３５３と、前記表面保護層１３５３と前記シーラント層１３５１との間に積層され、厚さが６０μｍ～１００μｍであり、結晶粒度が１０μｍ～１３μｍであるアルミニウム合金薄膜で形成されるガスバリア層１３５２とを含むパウチフィルム積層体１３５を含む。

【0040】

また、本発明の一実施形態による二次電池１は、正極、セパレータ、負極が積層されて形成される電極組立体１０と、前記電極組立体１０を収納するパウチ型電池ケース１３とを含み、前記電池ケース１３は、第１ポリマーで最内層として形成されるシーラント層１３５１と、第２ポリマーで最外層として形成される表面保護層１３５３と、前記表面保護層１３５３と前記シーラント層１３５１との間に積層され、厚さが６０μｍ～１００μｍであり、結晶粒度が１０μｍ～１３μｍであるアルミニウム合金薄膜で形成されるガスバリア層１３５２とを含むパウチフィルム積層体１３５を含む。

【0041】

電極組立体１０は、正極、セパレータ、負極を順に積層して形成する。先ず電極活物質とバインダーおよび導電材などを混合したスラリーを正極集電体および負極集電体に塗布して正極と負極を製造し、これをセパレータ（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）の両側に積層することで、所定の形状の電極組立体１０を形成した後、電極組立体１０を電池ケース１３に挿入し電解液を注入した後、シールする。

【0042】

具体的には、電極組立体（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１０は、正極および負極などの２種類の電極と、前記電極を互いに絶縁させるために電極の間に介在されるセパレータとを含む。このような電極組立体１０は、スタック型、ゼリーロール型、スタックアンドフォールディング型などがある。２種類の電極、すなわち、正極と負極は、それぞれ、アルミニウムと銅を含む金属箔または金属網形態の電極集電体に活物質スラリーが塗布された構造である。活物質スラリーは、通常、粒状の活物質、導電材、バインダーなどを溶媒が添加された状態で撹拌して形成されることができる。溶媒は、後続工程で除去される。

【0043】

電極組立体１０は、図１に図示されているように、電極タブ（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｔａｂ）１１を含む。電極タブ１１は、電極組立体１０の正極および負極とそれぞれ連結され、電極組立体１０から一側の外部に突出し、電極組立体１０の内部と外部との間に電子が移動可能な経路になる。電極組立体１０の集電体は、電極活物質が塗布された部分と、電極活物質が塗布されていない末端部分、すなわち、無地部とで構成される。また、電極タブ１１は、無地部を裁断して形成されるか、無地部に別の導電部材を超音波溶接などで連結して形成されることもできる。このような電極タブ１１は、図１に図示されているように、電極組立体１０の一側から同方向に並行して突出することもできるが、これに制限されず、それぞれ異なる方向に突出することもできる。

【0044】

電極組立体１０の電極タブ１１には、電極リード（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｌｅａｄ）１２がスポット（Ｓｐｏｔ）溶接などで連結される。また、電極リード１２の一部は、絶縁部１４で周りが囲まれる。絶縁部１４は、電池ケース１３の第１ケース１３１と第２ケース１３２が熱融着するシーリング部１３４に限定して位置し、電極リード１２を電池ケース１３に接着させる。また、電極組立体１０から生成される電気が電極リード１２を介して電池ケース１３に流れることを防止し、電池ケース１３のシーリングを維持する。したがって、このような絶縁部１４は、電気がよく通らない非伝導性を有する不導体で製造される。一般的に、絶縁部１４としては、電極リード１２に付着しやすく、厚さが比較的薄い絶縁テープを多く使用するが、これに制限されず、電極リード１２を絶縁することができれば、様々な部材を使用することができる。

【0045】

電極リード１２は、一端が前記電極タブ１１と連結され、他端が前記電池ケース１３の外部にそれぞれ突出する。すなわち、電極リード１２は、正極タブ１１１に一端が連結され、正極タブ１１１が突出した方向に延びる正極リード１２１と、負極タブ１１２に一端が連結され、負極タブ１１２が突出した方向に延びる負極リード１２２とを含む。一方、正極リード１２１および負極リード１２２は、図１に図示されているように、いずれも、他端が電池ケース１３の外部に突出する。それにより、電極組立体１０の内部で生成された電気を外部に供給することができる。また、正極タブ１１１および負極タブ１１２がそれぞれ様々な方向に向かって突出形成されることから、正極リード１２１および負極リード１２２もそれぞれ様々な方向に向かって延びることができる。

【0046】

正極リード１２１および負極リード１２２は、互いにその材料が異なることができる。すなわち、正極リード１２１は、正極集電体と同一のアルミニウム（Ａｌ）材料であり、負極リード１２２は、負極集電体と同一の銅（Ｃｕ）材料またはニッケル（Ｎｉ）がコーティングされた銅材料であることができる。また、電池ケース１３の外部に突出した電極リード１２の一部分は、端子部となり、外部端子と電気的に連結される。

【0047】

電池ケース１３は、柔軟性の材料で製造されたパウチフィルム積層体を成形して形成される。以下、電池ケース１３は、パウチとして説明する。電池ケース１３は、電極リード１２の一部、すなわち、端子部が露出するように電極組立体１０を収容しシールされる。このような電池ケース１３は、図１に図示されているように、第１ケース１３１と第２ケース１３２を含む。第２ケース１３２には、カップ部１３３が形成され、電極組立体１０を収容可能な収容空間１３３１が設けられ、第１ケース１３１は、前記電極組立体１０が電池ケース１３の外部に離脱しないように、前記収容空間１３３１を上部からカバーする。この際、図１に図示されているように、第１ケース１３１にも収容空間１３３１が設けられたカップ部１３３が形成され、電極組立体１０を上部から収容することもできる。第１ケース１３１と第２ケース１３２は、図１に図示されているように、一側が互いに連結されて製造されることができるが、これに制限されず、互いに分離されて別に製造されるなど、様々に製造されることができる。

【0048】

電極組立体１０の電極タブ１１に電極リード１２が連結され、電極リード１２の一部分に絶縁部１４が形成されると、第２ケース１３２のカップ部１３３に設けられた収容空間１３３１に電極組立体１０が収容され、第１ケース１３１が前記空間を上部からカバーする。また、内部に電解液を注入し、第１ケース１３１と第２ケース１３２の縁部に形成されたシーリング部１３４をシールする。電解液は、二次電池１の充・放電時に電極の電気化学的反応によって生成されるリチウムイオンを移動させるためのものであり、リチウム塩と高純度有機溶媒類の混合物である非水系有機電解液または高分子電解質を用いたポリマーを含むことができる。このような方法により、パウチ型二次電池１が製造されることができる。

【0049】

図２は、本発明の一実施形態によるパウチフィルム積層体１３５の断面図である。

【0050】

本発明の一実施形態によるパウチ型二次電池１の電池ケース１３は、パウチフィルム積層体１３５を絞り（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形して製造される。すなわち、パウチフィルム積層体１３５をパンチなどで延伸させてカップ部１３３を形成することで製造される。本発明の一実施形態によると、このようなパウチフィルム積層体１３５は、図２に図示されているように、シーラント層（Ｓｅａｌａｎｔ Ｌａｙｅｒ）１３５１と、ガスバリア層（Ｇａｓ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｌａｙｅｒ）１３５２と、表面保護層（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）１３５３とを含み、必要に応じて、延伸補助層（Ｄｒａｗｉｎｇ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｌａｙｅｒ）１３５４をさらに含むことができる。

【0051】

シーラント層１３５１は、第１ポリマーで最内層として形成されて電極組立体１０と直接接触する。ここで、最内層とは、前記ガスバリア層１３５２を基準として電極組立体１０が位置する方向に向かう時に最後に位置した層を意味する。前記のような積層構造のパウチフィルム積層体１３５を、パンチなどを用いて絞り（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形すると、一部が延伸されて袋状の収容空間１３３１を含むカップ部１３３が形成される。また、このような収容空間１３３１に電極組立体１０が内部に収容されると、電解液を注入する。その後、上部パウチ１３１と下部パウチ１３２を互いに接触させ、シーリング部１３４に熱圧着を施すと、シーラント層１３５１同士が接着されることでパウチがシールされる。この際、シーラント層１３５１は、電極組立体１０と直接接触するため、絶縁性を有する必要があり、電解液とも接触するため、耐食性を有する必要がある。また、内部を完全に密閉して内部と外部との物質の移動を遮断する必要があるため、高いシール性を有する必要がある。すなわち、シーラント層１３５１同士が接着されたシーリング部１３４は、優れた熱接着強度を有する必要がある。一般的に、このようなシーラント層１３５１を形成する第１ポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、アクリル系高分子、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリアリレート、テフロン（登録商標）、およびガラス繊維からなる群から選択される一つ以上の物質からなることができる。特に、主に、ポリプロピレン（ＰＰ）またはポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系樹脂が使用される。ポリプロピレン（ＰＰ）は、引張強度、剛性、表面硬度、耐磨耗性、耐熱性などの機械的物性と耐食性などの化学的物性に優れ、シーラント層１３５１の形成に主に使用される。さらに、無延伸ポリプロピレン（Ｃａｔｅｄ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）または酸処理されたポリプロピレン（Ａｃｉｄ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）またはポリプロピレン－ブチレン－エチレン三元共重合体で構成されることもできる。ここで、酸処理されたポリプロピレンは、ＭＡＨ ＰＰ（マレイックアンハイドライドポリプロピレン）であることができる。また、シーラント層１３５１は、いずれか一つの物質からなる単一膜構造を有するか、２個以上の物質がそれぞれ層をなして形成された混合膜構造を有することができる。

【0052】

一方、シーラント層１３５１の厚さは、後述するガスバリア層の厚さの０．６倍～１．２倍、好ましくは０．７倍～１．１倍、より好ましくは０．８倍～１．１倍であることができる。シーラント層の厚さがガスバリア層の厚さの０．６倍未満の場合には、シール耐久性が低下する可能性があり、１．２倍を超える場合には、パウチの総厚さが過剰に厚くなって成形性が低下する可能性がある。また、十分な絶縁性の確保のためには、シーラント層１３５１の厚さがガスバリア層の厚さの０．８倍以上であることがより好ましい。

【0053】

具体的には、前記シーラント層１３５１の厚さは、３０μｍ～９０μｍであることができ、好ましくは、５０μｍ～９０μｍ、さらに好ましくは７０μｍ～９０μｍであることができる。シーラント層１３５１の厚さが３０μｍ未満の場合には、シール時に内部が破壊するなど、シール耐久性が低下する問題が発生する可能性があり、９０μｍを超える場合には、パウチの厚さが過剰に厚くなって成形性が低下する可能性があり、電池エネルギー密度（体積当たりのエネルギー）を低下させる可能性がある。また、十分な絶縁性の確保のためには、シーラント層１３５１の厚さが７０μｍ以上であることがより好ましい。シーラント層の厚さが小さい場合、パウチフィルム積層体の絶縁破壊電圧が低くなって絶縁性が低下する可能性があり、絶縁性が劣るパウチフィルム積層体を用いて電池を製造する場合、不良率が高くなる可能性があるためである。

【0054】

ガスバリア層１３５２は、表面保護層１３５３とシーラント層１３５１との間に積層されてパウチの機械的強度を確保し、二次電池１の外部のガスまたは水分などの出入りを遮断し、電解液の漏れを防止する。

【0055】

ガスバリア層１３５２は、アルミニウム合金薄膜で形成され、特に、本発明の一実施形態によるガスバリア層１３５２は、厚さが６０μｍ～１００μｍであり、結晶粒度が１０μｍ～１３μｍであるアルミニウム合金薄膜で形成されることができる。アルミニウム合金薄膜は、所定水準以上の機械的強度を確保することができ、且つ重量が軽く、電極組立体１０と電解液による電気化学的性質に対する補完および放熱性などを確保することができる。

【0056】

より具体的には、本発明の一実施形態によるアルミニウム合金薄膜は、厚さが６０μｍ～１００μｍ、好ましくは７０μｍ～９０μｍであり、結晶粒度が１０μｍ～１３μｍ、好ましくは１０．５μｍ～１２．５μｍ、さらに好ましくは１１μｍ～１２μｍであることができる。アルミニウム合金薄膜の厚さおよび結晶粒度が前記範囲を満たす時に、カップ成形時にピンホール（Ｐｉｎｈｏｌｅ）や亀裂が発生することなく成形深さを増加させることができる。

【0057】

従来、ガスバリア層１３５２の厚さを３０μｍ～５０μｍの厚さに形成することが一般的であった。しかし、ガスバリア層の厚さが３０μｍ～５０μｍである場合、パウチフィルム積層体１３５を絞り成形しても、カップ部１３３の深さが深くなるか、カップ部１３３の外壁を垂直に近く成形するのに限界があり、カップ部１３３の角のフィレッティング曲率半径を減少させるにも限界があった。また、穿孔強度が弱くて電池ケース１３が外部から衝撃を受けると、内部の電極組立体１０が破損しやすい問題もあった。

【0058】

本発明は、このような問題を改善するために、ガスバリア層１３５２の厚さを６０μｍ～１００μｍ、特に、７０μｍ～９０μｍに形成した。ガスバリア層の厚さが前記範囲を満たす場合、ガスバリア層１３５２の成形性が向上し、パウチフィルム積層体１３５を絞り成形する時に、カップ部１３３の深さが深く形成されることができ、カップ部１３３の外壁が垂直に近くなりカップ部１３３の角の曲率半径も減少することができる。これにより、収容空間１３３１の体積が増加することから、内部に収納される電極組立体１０に電極およびセパレータをより多く積層することができ、体積に対するエネルギー効率が増加することができる。ただし、ガスバリア層１３５２の厚さが１００μｍより厚い場合には、パウチ全体の厚さが過剰に厚くなるため、かえって二次電池１の体積に対するエネルギー密度が低下し得る。

【0059】

また、ガスバリア層の厚さが前記範囲を満たす場合、パウチフィルム積層体１３５の穿孔強度が向上し、外部から大きい圧力を受けるか鋭い物体に刺されて破損しても、内部の電極組立体１０をより効果的に保護することができる。ここで、穿孔強度に優れるとは、パウチフィルム積層体１３５に穴をあける時の強度が高いことを意味する。

【0060】

しかし、単にアルミニウム合金薄膜の厚さだけ増加させる場合、成形深さは増加させることができるものの、成形後にアルミニウム合金薄膜にピンホールやクラックが発生して密封耐久性に問題が発生する。そのため、本発明者らは、研究を重ねた結果、結晶粒度が１０μｍ～１３μｍであるアルミニウム合金薄膜を適用する場合、成形深さが増加してもピンホールやクラックの発生を抑制することができることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明者らの研究によると、アルミニウム合金薄膜の結晶粒度が１３μｍを超える場合には、アルミニウム合金薄膜の強度が低下して成形時にクラックやピンホールの発生が増加し、結晶粒度が１０μｍ未満の場合には、アルミニウム合金薄膜の柔軟性が低下して成形性の向上に限界があった。

【0061】

一方、前記結晶粒度は、アルミニウム合金薄膜の組成およびアルミニウム合金薄膜の加工方法によって変化し、アルミニウム合金薄膜の厚さ方向の断面を走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）で観測して測定することができる。具体的には、本発明では、走査電子顕微鏡を用いて、アルミニウム合金薄膜の厚さ方向の断面のＳＥＭイメージを取得し、前記ＳＥＭイメージから観察される結晶粒のうち任意の３０個の結晶粒の最大径を測定した後、これらの平均値を結晶粒度として評価した。

【0062】

本発明によるアルミニウム合金薄膜には、アルミニウム以外の金属元素、例えば、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、シリコン（Ｓｉ）および亜鉛（Ｚｎ）からなる群から選択される１種または２種以上が含まれることができる。

【0063】

前記アルミニウム合金薄膜の鉄（Ｆｅ）含有量は１．２ｗｔ％～１．７ｗｔ％、好ましくは１．３ｗｔ％～１．７ｗｔ％、より好ましくは１．３ｗｔ％～１．４５ｗｔ％であることができる。アルミニウム合金薄膜内の鉄（Ｆｅ）含有量が１．２ｗｔ％未満の場合には、アルミニウム合金薄膜の強度が低下して成形時にクラックおよびピンホールが発生することができ、１．７ｗｔ％を超える場合には、アルミニウム合金薄膜の柔軟性が低下して成形性の向上に限界がある。

【0064】

また、前記アルミニウム合金薄膜のシリコン（Ｓｉ）含有量は、０．２ｗｔ％以下、好ましくは０．０５～０．２ｗｔ％、より好ましくは０．０８～０．１９ｗｔ％、さらに好ましくは０．１～１．１８ｗｔ％であることができる。シリコン含有量が０．２ｗｔ％を超える場合には、成形性が低下し得る。

【0065】

具体的には、本発明によるアルミニウム合金薄膜は、合金番号ＡＡ８０２１のアルミニウム合金であることができる。

【0066】

図３は、従来、電池用パウチに主に使用されていた合金番号ＡＡ８０７９のアルミニウム合金と本発明で使用される合金番号ＡＡ８０２１のアルミニウム合金の鉄およびシリコンの含量を示すグラフである。

【0067】

図３に図示されているように、合金番号ＡＡ８０７９は、鉄を０．６ｗｔ％～１．２ｗｔ％含み、シリコンは０．０５～０．３ｗｔ％含む。一般的に、アルミニウム合金に鉄が多く含有される場合には機械的強度が向上し、鉄が少なく含有される場合には柔軟性が向上する。合金番号ＡＡ８０７９のアルミニウム合金の場合、鉄が相対的に少なく含まれ、これを用いてガスバリア層１３５２を形成する場合、柔軟性が向上することはできるものの、強度が低下して成形性に限界が存在し得る。

【0068】

一方、合金番号ＡＡ８０２１は、図３に図示されているように、鉄を１．２ｗｔ％～１．７ｗｔ％、特に、１．３ｗｔ％～１．７ｗｔ％含み、シリコンを０．０５～１．９ｗｔ％、特に、０．０８～０．１９ｗｔ％含む。このような合金番号ＡＡ８０２１のアルミニウム合金でガスバリア層１３５２を形成する場合、鉄が相対的に多く含まれるため、引張強度（Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）、伸び率（Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ Ｒａｔｅ）および穿孔強度（Ｐｕｎｃｔｕｒｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）が改善することができる。

【0069】

図４には、合金番号ＡＡ８０７９のアルミニウム合金と合金番号ＡＡ８０２１のアルミニウム合金の引張強度（Ｒｍ）、伸び率（Ａ）および結晶粒度（ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ）が図示されている。

【0070】

図４に図示されているように、ＡＡ８０７９は、引張強度および伸び率が小さくて成形性の増加に限界があり、結晶粒度が１３μｍ～２１μｍと相対的に大きいため、延伸される時に内部応力の分散が十分でなく、ピンホール（Ｐｉｎｈｏｌｅ）が多くなる問題がある。

【0071】

一方、ＡＡ８０２１は、引張強度および伸び率が大きくて成形性に優れ、結晶粒度が１０μｍ～１３μｍと相対的に小さいため、延伸される時に内部応力がより多く分散することができ、ピンホール（Ｐｉｎｈｏｌｅ）の発生を効果的に抑制することができる。

【0072】

一方、ある材料に引張力を印加した時に、引張強度と伸び率との関係をグラフで示すことができる。この際、グラフの縦軸を引張強度、横軸を伸び率とすると、グラフの下の面積が当該材料の靭性（Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）である。靭性とは、材料の破壊に対するねばり強さを示し、靭性が高いほど、材料が破壊しないまでより多く延伸することができる。合金番号ＡＡ８０２１のアルミニウム合金でガスバリア層１３５２を形成する場合、引張強度と伸び率が改善することから、靭性（Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）が増加し、成形性が向上することができる。

【0073】

表面保護層１３５３は、第２ポリマーで最外層として形成されて外部との摩擦および衝突から二次電池１を保護しながら、電極組立体１０を外部から電気的に絶縁させる。ここで、最外層とは、前記ガスバリア層１３５２を基準として電極組立体１０が位置する方向の反対方向に向かう時に最後に位置した層を意味する。このような表面保護層１３５３を形成する第２ポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、アクリル系高分子、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリアリレート、テフロン（登録商標）およびガラス繊維からなる群から選択される一つ以上の物質であることができる。特に、主に、耐磨耗性および耐熱性を有するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリマーが使用されることが好ましい。また、表面保護層１３５３は、いずれか一つの物質からなる単一膜構造を有するか、２個以上の物質がそれぞれ層をなして形成された混合膜構造を有することもできる。

【0074】

本発明の一実施形態によると、このような表面保護層１３５３の厚さが６μｍ～２５μｍであることができる。表面保護層１３５３の厚さが６μｍより薄い場合には、外部絶縁性が低下する問題がある。逆に、仮に表面保護層１３５３の厚さが２５μｍより厚い場合には、パウチ全体の厚さが厚くなるため、かえって二次電池１の体積に対するエネルギー密度が低下し得る。

【0075】

一方、ＰＥＴは、安価で耐久性に優れ、電気絶縁性に優れるが、前記ガスバリア層１３５２としてよく使用されるアルミニウムとの接着性も弱く、応力を印加して延伸される時の挙動も互いに相違する。したがって、表面保護層１３５３とガスバリア層１３５２を直接接着すると、絞り成形の途中に表面保護層１３５３とガスバリア層１３５２が剥離されることもある。そのため、ガスバリア層１３５２が均一に延伸されず、成形性が低下する問題が発生し得る。

【0076】

本発明の一実施形態によると、電池ケース１３は、第３ポリマーで形成されると共に、表面保護層１３５３とガスバリア層１３５２との間に積層される延伸補助層１３５４をさらに含むことができる。延伸補助層１３５４は、表面保護層１３５３とガスバリア層１３５２との間に積層され、表面保護層１３５３とガスバリア層１３５２が延伸される時に剥離されることを防止する。このような延伸補助層１３５４を形成する第３ポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、アクリル系高分子、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリアリレート、テフロン（登録商標）およびガラス繊維からなる群から選択される一つ以上の物質であることができる。特に、ナイロン（Ｎｙｌｏｎ）樹脂は、表面保護層１３５３のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）とは接着が容易であり、ガスバリア層１３５２のアルミニウム合金とは延伸される時の挙動が類似するため、第３ポリマーとしては、主にナイロン（Ｎｙｌｏｎ）樹脂が使用されることが好ましい。また、延伸補助層１３５４は、いずれか一つの物質からなる単一膜構造を有するか、２個以上の物質がそれぞれ層をなして形成された混合膜構造を有することもできる。

【0077】

上述のように、本発明の一実施形態によると、ガスバリア層１３５２が略６０μｍ～１００μｍの厚さを有することから、ガスバリア層１３５２の成形性が向上する。この際、延伸補助層１３５４も成形性を向上させるために、延伸補助層１３５４は、２０μｍ～５０μｍの厚さを有することができ、特に、２５μｍ～３８μｍの厚さを有することが好ましい。２０μｍより薄い場合には、延伸補助層１３５４がガスバリア層１３５２の向上した成形性に対応することができず、延伸される途中に破損する可能性がある。逆に、５０μｍより厚い場合には、パウチ全体の厚さが厚くなるため、二次電池１の体積が増加し、エネルギー密度が低下し得る。

【0078】

一方、本発明によるパウチフィルム積層体は、総厚さが１８０μｍ以上、好ましくは１８０μｍ～２１０μｍであることができる。パウチフィルム積層体の厚さが１８０μｍ以上である場合には、従来に比べてカップ成形深さを深く形成することができる。一方、パウチフィルム積層体の総厚さが過剰に厚い場合には、二次電池の全体体積が増加するため好ましくない。

【0079】

一方、本発明によるパウチフィルム積層体は、特定の厚さおよび結晶粒度を有するアルミニウム合金薄膜を含むことで引張強度および伸び率に優れる。具体的には、本発明によるパウチフィルム積層体は、１５ｍｍ×８０ｍｍのサイズに裁断した後、５０ｍｍ／ｍｉｎの引張速度で引っ張りながら測定した引張強度が、２００Ｎ／１５ｍｍ～３００Ｎ／１５ｍｍ、好ましくは２１０Ｎ／１５ｍｍ～２７０Ｎ／１５ｍｍ、より好ましくは２２０Ｎ／１５ｍｍ～２５０Ｎ／１５ｍｍであり、伸び率が、１０５％～１５０％、好ましくは１０５％～１４０％、さらに好ましくは１０５％～１３０％であることができる。このように、本発明によるパウチフィルム積層体は、引張強度および伸び率が高く、それによって靭性（Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）が増加し、カップ成形時に成形深さが大きい場合にもクラックの発生が少ない。

【0080】

また、本発明によるパウチフィルム積層体は、特定の厚さおよび結晶粒度を有するアルミニウム合金薄膜を含むことで穿孔強度に優れる。具体的には、本発明によるパウチフィルム積層体は、穿孔強度が３０Ｎ以上、好ましくは３０Ｎ～４０Ｎであることができる。

【0081】

以下、具体的な実施例により、本発明をより詳細に説明する。

【0082】

（実施例１）
幅２６６ｍｍ、長さ５０ｍ、厚さ８０μｍを有する合金番号ＡＡ８０２１のアルミニウム（Ａｌ）合金薄膜の一面に、幅２６６ｍｍ、長さ５０ｍ、厚さ２５μｍを有するナイロンフィルム、および幅２６６ｍｍ、長さ５０ｍ、厚さ１２μｍを有するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを、ウレタン接着剤を使用して、ドライラミネーション方式で順に接着し、表面保護層、延伸補助層およびガスバリア層を形成した。

【0083】

次に、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）を高温で溶融させた後、前記アルミニウム（Ａｌ）合金薄膜の他面に共押出して厚さ６０μｍのシーラント層を形成し、パウチフィルム積層体を製造した。パウチフィルム積層体の総厚さは１８３μｍであった。

【0084】

（実施例２）
シーラント層を厚さ８０μｍに形成した以外は、実施例１と同一の方法でパウチフィルム積層体を製造した。パウチフィルム積層体の総厚さは２０３μｍであった。

【0085】

（比較例１）
ガスバリア層として厚さが４０μｍである合金番号ＡＡ８０２１のアルミニウム合金薄膜、延伸補助層として厚さが１５μｍであるナイロンフィルムを使用し、シーラント層の厚さを８０μｍに形成した以外は、実施例１と同一の方法でパウチフィルム積層体を製造した。パウチフィルム積層体の総厚さは１５３μｍであった。

【0086】

（比較例２）
ガスバリア層として厚さが５０μｍである合金番号ＡＡ８０２１のアルミニウム合金薄膜を使用した以外は、前記実施例１と同一の方法でパウチフィルム積層体を製造した。パウチフィルム積層体の総厚さは１５３μｍであった。

【0087】

（比較例３）
ガスバリア層として厚さが８０μｍである合金番号ＡＡ８０７９のアルミニウム合金薄膜を使用した以外は、実施例１と同一の方法でパウチフィルム積層体を製造した。パウチフィルム積層体の総厚さは１８３μｍであった。

【0088】

（比較例４）
ガスバリア層として厚さが８０μｍである合金番号ＡＡ８０７９のアルミニウム合金薄膜を使用した以外は、実施例２と同一の方法でパウチフィルム積層体を製造した。パウチフィルム積層体の総厚さは２０３μｍであった。

【0089】

（比較例５）
ガスバリア層として厚さが４０μｍである合金番号ＡＡ８０７９のアルミニウム合金薄膜を使用し、延伸補助層として厚さが１５μｍであるナイロンフィルムを使用し、シーラント層の厚さを８０μｍに形成した以外は、実施例１と同一の方法でパウチフィルム積層体を製造した。パウチフィルム積層体の総厚さは１５３μｍであった。

【0090】

【表1】

【0091】

（実験例１：結晶粒度の測定）
前記実施例１および比較例３でガスバリア層として使用されたアルミニウム合金薄膜ＡＡ８０２１およびＡＡ８０７９の厚さ方向の断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、結晶粒度を測定した。具体的には、走査電子顕微鏡を用いて取得されたアルミニウム合金薄膜の厚さ方向の断面のＳＥＭイメージで観察される３０個の結晶粒の最大径を測定した後、これらの平均値を計算する方法で測定した。

【0092】

図５には、ＡＡ８０２１アルミニウム合金薄膜のＳＥＭイメージとＡＡ８０７９アルミニウム合金薄膜のＳＥＭイメージが図示されている。図示されているＳＥＭイメージに基づいて結晶粒度を測定したところ、ＡＡ８０２１の結晶粒度は１１．６μｍ、ＡＡ８０７９の結晶粒度は１６．８μｍであった。

【0093】

（実験例２：成形性の評価）
実施例１～２、比較例１～５で製造されたパウチフィルム積層体をそれぞれ９０ｍｍ×１５０ｍｍの同一のサイズで裁断した後、横３２ｍｍ×縦５５ｍｍのサイズの成形部を有する電池ケース成形装置で成形深さを変化させて成形を行った。また、それぞれのサンプルでクラックが発生する時の成形深さを記録した。ここで、電池ケース成形装置のパンチと成形部は、コーナーと角にフィレッティング（Ｆｉｌｌｅｔｉｎｇ、面取り）が施され、パンチのコーナーは２ｍｍ、角は１ｍｍの曲率を有し、成形部のコーナーは２．３ｍｍ、角は１ｍｍの曲率を有した。また、パンチと成形部のクリアランス（Ｃｌｅａｒａｎｃｅ）は０．３ｍｍであった。測定結果は下記表２に示した。

【0094】

【表2】

【0095】

前記表２に記載のように、本発明の実施例１および２によるパウチフィルム積層体は、クラックが発生せず、１５．０ｍｍ以上の深さまで成形が可能であるのに対し、ガスバリア層の厚さおよび／または結晶粒度が本願発明の範囲から逸脱する比較例１～５のパウチフィルム積層体は、１５．０ｍｍ未満の成形深さでクラックが発生した。したがって、本発明のガスバリア層の厚さおよび結晶粒度を満たす場合、パウチフィルム積層体の成形性が向上することを確認することができる。例えば、本発明の製造例によるパウチフィルム積層体を用いて電池ケースを製造すると、第２ケースおよび第１ケースにそれぞれカップ部が一つずつ形成され、深さ３０ｍｍ以上の収容空間を有することができる。したがって、より厚い電極組立体が収容されることができ、二次電池の体積に対するエネルギー効率が増加することができる。

【0096】

（実験例３：引張強度および伸び率の評価）
実施例１～２、比較例１～５で製造されたパウチフィルム積層体をそれぞれ１５ｍｍ×８０ｍｍの同一のサイズで５個ずつ裁断した後、引張強度試験機（メーカー：Ｓｈｉｍａｄｚｕ、モデル：ＡＧＸ－Ｖ）の下部治具にそれぞれのサンプルを固定した。そして、上部治具でそれぞれのサンプルを、上端から３０ｍｍの地点まで固定した後、上部治具を下部治具から５０ｍｍ／ｍｉｎの速度で離れるようにしてサンプルを引張した。その後、パウチフィルム積層体が破断する直前の引張強度と伸び率を測定した。測定結果は下記表３および表４に示した。

【0097】

【表3】

【0098】

【表4】

【0099】

図６は、本発明の実施例１、比較例１および比較例２によるパウチフィルム積層体に対して、引張強度および伸び率を実験した結果グラフである。図６および表３～４により、実施例１および２のパウチフィルム積層体が、比較例１～５のパウチフィルム積層体に比べて優れた引張強度および伸び率を有することを確認することができる。

【0100】

一方、引張強度と伸び率との間のグラフにおいて、下の面積が当該材料の靭性（Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）であり、図６に図示されているように、本発明の実施例１によるパウチフィルム積層体のグラフ面積が、比較例１および比較例２によるパウチフィルム積層体のグラフ面積よりも広いことが分かり、これは、本発明による実施例１のパウチフィルム積層体が優れた靭性を有することを示す。

【0101】

（実験例４：穿孔強度（Ｐｕｎｃｔｕｒｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）の評価）
実施例１～２および比較例１～５で製造されたパウチフィルム積層体をそれぞれ９０ｍｍ×８０ｍｍの同一のサイズで１０個ずつ裁断した後、穿孔強度試験機（メーカー：Ｓｈｉｍａｄｚｕ、モデル：ＡＧＸ－Ｖ）の治具に水平に固定した。直径１．０ｍｍ、チップの曲率０．５ｍｍであるピンを前記設置されたサンプルの上方に垂直に設置した。そして、前記ピンを前記サンプルにそれぞれ落下し、サンプルの穿孔強度を測定した。測定結果は下記表５に示した。

【0102】

【表5】

【0103】

図７は、本発明の実施例１、比較例１および比較例２によるパウチフィルム積層体に対して穿孔強度を実験した結果グラフである。図７および表５により、本発明の実施例１および２のパウチフィルム積層体が、比較例１～５のパウチフィルムに比べて優れた穿孔強度を有することを確認することができる。すなわち、本発明によるパウチフィルム積層体が外部から大きい圧力を受けるか鋭い物体に刺されて破損しても、内部の電極組立体をより効果的に保護することができる。

【0104】

（実験例５：絶縁性の評価）
実施例１および実施例２により製造されたパウチフィルム積層体をそれぞれ９０ｍｍ×１５０ｍｍの同一のサイズで裁断してから６０度の真空オーブンで２４時間保管した後、ドライルームで絶縁破壊電圧を測定した。具体的には、前記パウチフィルム積層体の両側に厚さ５ｔのアルミニウム薄膜を配置し、測定装置の（＋）電極を前記パウチフィルム積層体のガスバリア層に連結し、（－）電極をシーラント層に接触したアルミニウム薄膜に連結した後、１００Ｖ／ｓの速度で電圧を印加しながら測定されたリーク電流が０．５ｍＡ以上である時の印加電圧を絶縁破壊電圧として評価した。測定結果は下記表６に示した。

【0105】

【表6】

【0106】

前記表６により、シーラント層の厚さが８０μｍである実施例２のパウチフィルム積層体の絶縁破壊電圧が、シーラント層の厚さが６０μｍである実施例１のパウチフィルム積層体より高いことを確認することができ、これは、シーラント層の厚さが８０μｍである時に、より優れた絶縁特性を有することを示す。

【0107】

本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者は、本発明がその技術的思想や必須な特徴を変更しなくても他の具体的な形態に実施され得ることを理解することができる。したがって、以上で記述した実施形態は、すべての面において例示的なものであって限定的なものではないことを理解すべきである。本発明の範囲は、前記詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味および範囲またその均等概念から導き出される様々な実施形態が本発明の範囲に含まれるものと解釈すべきである。

【符号の説明】

【0108】

１ 二次電池
１０ 電極組立体
１１ 電極タブ
１２ 電極リード
１３ 電池ケース
１４ 絶縁部
１１１ 正極タブ
１１２ 負極タブ
１２１ 正極リード
１２２ 負極リード
１３１ 第１ケース
１３２ 第２ケース
１３３ カップ部
１３４ シーリング部
１３５ パウチフィルム積層体
１３３１ 収容空間
１３５１ シーラント層
１３５２ ガスバリア層
１３５３ 表面保護層
１３５４ 延伸補助層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【手続補正書】

【提出日】2024-07-03

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

正極、セパレータ、負極が積層されて形成される電極組立体を収納するパウチ型電池ケースであって、
第１ポリマーで最内層として形成されるシーラント層と、
第２ポリマーで最外層として形成される表面保護層と、
前記表面保護層と前記シーラント層との間に積層され、アルミニウム合金薄膜で形成されるガスバリア層とを含むパウチフィルム積層体を含み、
前記パウチフィルム積層体は総厚さが１８０μｍ以上であり、
前記シーラント層の厚さは前記ガスバリア層の厚さの０．６倍～１．２倍である、パウチ型電池ケース。

【請求項2】

前記アルミニウム合金薄膜は、
鉄を１．２ｗｔ％～１．７ｗｔ％含む、請求項１に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項3】

前記アルミニウム合金薄膜は、
シリコンを０．２ｗｔ％以下含む、請求項１に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項4】

前記アルミニウム合金薄膜は、
結晶粒度が１０μｍ～１３μｍである、請求項１に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項5】

前記アルミニウム合金薄膜は、
合金番号がＡＡ８０２１である、請求項１に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項6】

前記ガスバリア層は、
厚さが６０μｍ～１００μｍである、請求項１に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項7】

前記シーラント層は、
厚さが３０μｍ～９０μｍである、請求項１に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項8】

前記第１ポリマーは、
ポリプロピレン（ＰＰ）を含む、請求項１に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項9】

前記表面保護層は、
厚さが６μｍ～２５μｍである、請求項１に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項10】

前記第２ポリマーは、
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含む、請求項１に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項11】

第３ポリマーで形成されると共に、前記表面保護層と前記ガスバリア層との間に積層される延伸補助層をさらに含む、請求項１に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項12】

前記延伸補助層は、
厚さが２０μｍ～５０μｍである、請求項１１に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項13】

前記第３ポリマーは、
ナイロン（Ｎｙｌｏｎ）を含む、請求項１１に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項14】

前記パウチフィルム積層体は、１５ｍｍ×８０ｍｍのサイズで裁断した後、５０ｍｍ／ｍｉｎの引張速度で引っ張りながら測定した引張強度が２００Ｎ／１５ｍｍ～３００Ｎ／１５ｍｍであり、伸び率が１０５％～１５０％である、請求項１に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項15】

前記パウチフィルム積層体は、穿孔強度が３０Ｎ以上である、請求項１に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項16】

正極、セパレータ、負極が積層されて形成される電極組立体と、
前記電極組立体を収納するパウチ型電池ケースとを含み、
前記パウチ型電池ケースは、
第１ポリマーで最内層として形成されるシーラント層と、
第２ポリマーで最外層として形成される表面保護層と、
前記表面保護層と前記シーラント層との間に積層され、アルミニウム合金薄膜で形成されるガスバリア層とを含むパウチフィルム積層体を含み、
前記パウチフィルム積層体は総厚さが１８０μｍ以上であり、
前記シーラント層の厚さは前記ガスバリア層の厚さの０．６倍～１．２倍である、パウチ型二次電池。

【外国語明細書】