特表 2025-501547 パウチフィルム積層体およびこれを用いて製造された電池ケース

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-01-22

(54)【発明の名称】パウチフィルム積層体およびこれを用いて製造された電池ケース

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/131 20210101AFI20250115BHJP

   H01M 50/121 20210101ALI20250115BHJP

   H01M 50/129 20210101ALI20250115BHJP

   H01M 50/133 20210101ALI20250115BHJP

   H01M 50/119 20210101ALI20250115BHJP

   H01M 50/105 20210101ALI20250115BHJP

【ＦＩ】

H01M50/131

H01M50/121

H01M50/129

H01M50/133

H01M50/119

H01M50/105

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024537148

(86)(22)【出願日】2022-12-23

(85)【翻訳文提出日】2024-06-19

(86)【国際出願番号】 KR2022021223

(87)【国際公開番号】W WO2023121402

(87)【国際公開日】2023-06-29

(31)【優先権主張番号】10-2021-0187273

(32)【優先日】2021-12-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(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】ミン・ヒョン・カン

(72)【発明者】

【氏名】サン・フン・キム

(72)【発明者】

【氏名】ヒョン・キョン・ユ

(72)【発明者】

【氏名】ス・ジ・ファン

(72)【発明者】

【氏名】デ・ウォン・ソン

(72)【発明者】

【氏名】フン・ヒ・リム

【テーマコード（参考）】

5H011

【Ｆターム（参考）】

5H011AA09

5H011BB03

5H011CC02

5H011CC06

5H011CC10

5H011DD03

(57)【要約】

本発明は、外部ストレスに対する抵抗性に優れた高強度の電池ケースを製造することができるパウチフィルム積層体およびこれを用いて製造された電池ケースに関し、本発明のパウチフィルム積層体は、厚さが６０μｍ以上であるガスバリア層と、前記ガスバリア層の一面に配置され、ＴＤ方向の引張強度が１０ｋｇｆ／１５ｍｍ～２０ｋｇｆ／１５ｍｍであり、ＴＤ方向の伸び率が１５０％～２３５％である基材層と、前記ガスバリア層の他面に配置されるシーラント層とを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスバリア層と、前記ガスバリア層の一面に配置される基材層と、前記ガスバリア層の他面に配置されるシーラント層とを含み、
前記ガスバリア層の厚さが６０μｍ以上であり、
前記基材層は、ＴＤ方向の引張強度が１０ｋｇｆ／１５ｍｍ～２０ｋｇｆ／１５ｍｍであり、ＴＤ方向の伸び率が１５０％～２３５％である、パウチフィルム積層体。

【請求項2】

前記パウチフィルム積層体を成形深さ９．６ｍｍになるように２カップ成形した後、１５ｍｍ×８０ｍｍのサイズに裁断して製造したサンプルに、１００Ｎおよび１５０Ｎの荷重で繰り返して力を加えた時に、破断が発生するまでの力を加えた回数が２０００回以上である、請求項１に記載のパウチフィルム積層体。

【請求項3】

前記パウチフィルム積層体を９０ｍｍ×１００ｍｍのサイズに裁断して製造したサンプルを直径１．０ｍｍのピンで２０Ｎの荷重で繰り返して突き刺した時に、穴が開くまでの力を加えた回数が２５０回以上である、請求項１に記載のパウチフィルム積層体。

【請求項4】

前記パウチフィルム積層体を９０ｍｍ×１００ｍｍのサイズに裁断して製造したサンプルを直径１．０ｍｍのピンで２２Ｎの荷重で繰り返して突き刺した時に、穴が開くまでの力を加えた回数が１５０回以上である、請求項１に記載のパウチフィルム積層体。

【請求項5】

前記ガスバリア層の厚さは、６０μｍ～１００μｍである、請求項１に記載のパウチフィルム積層体。

【請求項6】

前記基材層は、ＴＤ方向の引張強度が１０ｋｇｆ／１５ｍｍ～１８ｋｇｆ／１５ｍｍである、請求項１に記載のパウチフィルム積層体。

【請求項7】

前記基材層のＴＤ方向の伸び率が１７０％～２３５％である、請求項１に記載のパウチフィルム積層体。

【請求項8】

前記基材層は、ポリエチレンテレフタレートフィルムとナイロンフィルムの積層構造である、請求項１に記載のパウチフィルム積層体。

【請求項9】

前記ポリエチレンテレフタレートフィルムの厚さが５μｍ～２０μｍであり、
前記ナイロンフィルムの厚さが２０μｍ～３０μｍである、請求項８に記載のパウチフィルム積層体。

【請求項10】

前記ガスバリア層は、アルミニウム合金薄膜を含む、請求項１に記載のパウチフィルム積層体。

【請求項11】

前記アルミニウム合金薄膜は、鉄を１．２ｗｔ％～１．７ｗｔ％含む、請求項１０に記載のパウチフィルム積層体。

【請求項12】

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１０に記載のパウチフィルム積層体。

【請求項13】

前記シーラント層は、その厚さが６０μｍ～１００μｍである、請求項１に記載のパウチフィルム積層体。

【請求項14】

前記シーラント層は、ポリプロピレン、無延伸ポリプロピレン、酸変性ポリプロピレン、ポリプロピレン－ブチレン－エチレン共重合体またはこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載のパウチフィルム積層体。

【請求項15】

電池ケースであって、
請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載のパウチフィルム積層体を含む電池ケース。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０２１年１２月２４日付けの韓国特許出願第１０－２０２１－０１８７２７３号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願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、パウチフィルム積層体およびこれを用いて製造された電池ケースに関し、より詳細には、外部ストレスによるクラックの発生が少ない高強度の電池ケースを製造することができるパウチフィルム積層体およびこれを用いて製造された電池ケースに関する。

【背景技術】

【0003】

二次電池は、デジタルカメラ、Ｐ－ＤＶＤ、ＭＰ３Ｐ、携帯電話、ＰＤＡ、ポータブルゲーム機（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カーのような高出力を要する大型製品と余剰発電電力や新再生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】

通常、二次電池は、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、所定の形状の電極組立体（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を形成した後、電池ケースに電極組立体を収納し、電解質を注入した後、シールする方法により製造される。

【0005】

二次電池は、電極組立体を収容するケースの材質に応じて、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、柔軟なポリマー材質で製造されたパウチに電極組立体を収容する。また、管型（Ｃａｎ Ｔｙｐｅ）は、金属またはプラスチックなどの材質で製造されたケースに電極組立体を収容する。

【0006】

パウチ型電池ケースは、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により製造される。そして、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、シール部をシールして、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て、パウチフィルム積層体を延伸させることにより行われる。パウチフィルム積層体は、一般的に、金属材質のガスバリア層の一面にポリエチレンテレフタレートなどの高分子フィルムを積層し、他面にシーラント層が積層された複数の層で形成される。

【0008】

最近、電気自動車用バッテリやＥＳＳバッテリのように、高容量電池に対するニーズが高まるにつれて、より多くの電極組立体を収納することができる電池ケースに対するニーズが増加している。これに伴い、パウチ型電池ケースのカップ部の成形深さを増加させるか、上部ケースと下部ケースにそれぞれカップ部を成形してカップ部の体積を増加させる２カップ成形法が試みられている。しかし、カップ部の成形深さを増加させるか、２カップ成形を行う場合、延伸が過剰に発生して電池ケースの剛性が低下し、そのため、物流管理過程や外部で発生するストレスによってクラックが発生する問題がある。

【0009】

したがって、電極組立体の収納体積を増加させることができるように、カップ部の体積が大きく、且つ剛性が高いパウチ型電池ケースの開発が求められている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、上記のような問題を解決するためのものであり、ガスバリア層の厚さと、基材層の引張強度および伸び率を特定の範囲に制御してカップ部の成形深さを増加させるか、２カップ成形を実施した後にも優れた剛性を有するパウチフィルム積層体およびこれを用いて製造された電池ケースを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

一側面において、本発明は、厚さが６０μｍ以上であるガスバリア層と、前記ガスバリア層の一面に配置され、ＴＤ方向の引張強度が１０ｋｇｆ／１５ｍｍ～２０ｋｇｆ／１５ｍｍであり、ＴＤ方向の伸び率が１５０％～２３５％である基材層と、前記ガスバリア層の他面に配置されるシーラント層とを含むパウチフィルム積層体を提供する。

【0012】

本発明によるパウチフィルム積層体は、前記パウチフィルム積層体を成形深さ９．６ｍｍに２カップ成形した後、１５ｍｍ×８０ｍｍのサイズに裁断して製造したサンプルに、１００Ｎおよび１５０Ｎの荷重で繰り返して力を加えた時に、破断が発生するまで力を加えた回数が２０００回以上であることができる。

【0013】

また、本発明によるパウチフィルム積層体は、前記パウチフィルム積層体を９０ｍｍ×１００ｍｍのサイズに裁断して製造したサンプルを直径１．０ｍｍのピンで２０Ｎの荷重で繰り返して突き刺した時に、穴が開くまで力を加えた回数が２５０回以上であることができる。

【0014】

また、本発明によるパウチフィルム積層体は、前記パウチフィルム積層体を９０ｍｍ×１００ｍｍのサイズに裁断して製造したサンプルを直径１．０ｍｍのピンで２２Ｎの荷重で繰り返して突き刺した時に、穴が開くまで力を加えた回数が１５０回以上であることができる。

【0015】

前記ガスバリア層の厚さは、６０μｍ～８０μｍであることができる。

【0016】

好ましくは、前記基材層は、ＴＤ方向の引張強度が１０ｋｇｆ／１５ｍｍ～１８ｋｇｆ／１５ｍｍであることができ、ＴＤ方向の伸び率が１７０％～２３５％であることができる。

【0017】

前記基材層は、ポリエチレンテレフタレートフィルムとナイロンフィルムの積層構造であることができ、ここで、前記ポリエチレンテレフタレートフィルムの厚さが５μｍ～２０μｍであり、前記ナイロンフィルムの厚さが２０μｍ～３０μｍであることができる。

【0018】

前記ガスバリア層は、アルミニウム合金薄膜を含むことができ、前記アルミニウム合金薄膜は、鉄を１．２ｗｔ％～１．７ｗｔ％含み、結晶粒度が１０μｍ～１３μｍであることができる。

【0019】

前記シーラント層は、その厚さが６０μｍ～１００μｍであることができ、無延伸ポリプロピレン、酸変性ポリプロピレン、ポリプロピレン－ブチレン－エチレン共重合体またはこれらの組み合わせを含むことができる。

【0020】

他の側面において、本発明は、上述の本発明によるパウチフィルム積層体を絞り成形して製造された電池ケースを提供する。

【発明の効果】

【0021】

６０μｍ以上の厚さを有するガスバリア層と、１０ｋｇｆ／１５ｍｍ～２０ｋｇｆ／１５ｍｍのＴＤ方向の引張強度および１５０％～２３５％のＴＤ方向の伸び率を有する基材層を適用した本発明によるパウチフィルム積層体は、成形性に優れるだけでなく、成形後にも外部ストレスに対する強い抵抗性を有する。

【0022】

具体的には、本発明のパウチフィルム積層体は、成形深さ９．６ｍｍに２カップ成形した後、１５ｍｍ×８０ｍｍのサイズに裁断して製造したサンプルに１００Ｎおよび１５０Ｎの荷重で繰り返して力を加えた時に、破断が発生するまで力を加えた回数が２０００回以上であり、前記パウチフィルム積層体を９０ｍｍ×１００ｍｍのサイズに裁断して製造したサンプルを直径１．０ｍｍのピンで２０Ｎの荷重で繰り返して突き刺した時に、穴が開くまで力を加えた回数が２５０回以上、２２Ｎの荷重で繰り返して突き刺した時に、穴が開くまで力を加えた回数が１５０回以上であり、外部ストレスに対する抵抗性が非常に優れる。

【0023】

したがって、本発明のパウチフィルム積層体を用いると、電極組立体の収容空間が広くて高いエネルギー密度を実現することができ、物流工程や充放電過程で発生する外部ストレス（ｓｔｒｅｓｓ）による損傷を最小化することができる電池ケースを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】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2】本発明の一実施形態による電池ケースを図示した図である。

【図3】本発明の他の実施形態による電池ケースを図示した図である。

【図4】基材層の引張強度測定装置を示す写真である。

【図5】パウチフィルム積層体の疲労試験（ｆａｔｉｇｕｅ ｔｅｓｔ）時に２カップ成形されたパウチフィルム積層体とサンプルの裁断位置を示す写真である。

【図6】パウチフィルム積層体の突刺サイクル（ｐｕｎｃｔｕｒｅ ｃｙｃｌｅ）テスト装置を示す写真である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明をより具体的に説明する。

【0026】

本明細書および特許請求の範囲で使用されている用語や単語は、通常的もしくは辞書的な意味に限定して解釈してはならず、発明者らは、自己の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適宜定義することができるという原則に則って、本発明の技術的思想に合致する意味と概念で解釈すべきである。

【0027】

本発明において、ＭＤ方向（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）は、パウチフィルム積層体の長手方向を意味し、ＴＤ方向（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）は、パウチフィルム積層体の幅方向を意味する。

【0028】

本発明者らは、電池組立体の収容空間が広くて高いエネルギー密度を実現することができ、物流工程や充放電過程で発生する外部ストレス（ｓｔｒｅｓｓ）によるクラックの発生を抑制することができる電池ケースを製造するために鋭意研究を重ねた結果、パウチフィルム積層体のガスバリア層の厚さおよび基材層のＴＤ方向の引張強度および伸び率を特定の範囲に調節することで、前記のような目的を達成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。

【0029】

＜パウチフィルム積層体＞
図１には、本発明によるパウチフィルム積層体の一実施形態が図示されている、以下では、図１を参照して、本発明によるパウチフィルム積層体について説明する。

【0030】

図１を参照すると、本発明によるパウチフィルム積層体１は、ガスバリア層２０と、前記ガスバリア層の一面に配置される基材層１０と、前記ガスバリア層の他面に配置されるシーラント層３０とを含む。ここで、前記ガスバリア層２０は、その厚さが６０μｍ以上、好ましくは６０μｍ～１００μｍであり、前記基材層１０は、ＴＤ方向の引張強度が１０ｋｇｆ／１５ｍｍ～２０ｋｇｆ／１５ｍｍ、好ましくは１０ｋｇｆ／１５ｍｍ～１８ｋｇｆ／１５ｍｍ、より好ましくは１０ｋｇｆ／１５ｍｍ～１５ｋｇｆ／１５ｍｍ、さらに好ましくは１０ｋｇｆ／１５ｍｍ～１３ｋｇｆ／１５ｍｍであり、ＴＤ方向の伸び率が１５０％～２３５％、好ましくは１７０％～２３５％、さらに好ましくは２００％～２３５％であることができる。本発明者らの研究によると、ガスバリア層２０の厚さと基材層１０のＴＤ方向の引張強度および伸び率が前記範囲を同時に満たす時に、成形性に優れ、且つ成形後、外部ストレスに対する抵抗性が著しく増加することが示されている。これに対し、ガスバリア層の厚さや基材層の引張強度のうち一つが本発明の範囲から逸脱する場合には、成形後、外部ストレスに対する抵抗性が著しく低下することが示されている。

【0031】

具体的には、本発明のパウチフィルム積層体は、カップ部の深さが９．６ｍｍになるように２カップ成形後、１５ｍｍ×８０ｍｍのサイズに裁断して製造したサンプルに、１００Ｎ（Ｌｏｗ ｆｏｒｃｅ）および１５０Ｎ（ｈｉｇｈ ｆｏｒｃｅ）の荷重で繰り返して力を加えた時に、破断が発生するまでの力を加えた回数が２０００回以上、好ましくは２０００回～１００００回である。

【0032】

ここで、前記サンプルは、カップ部を含むように裁断され、パウチフィルム積層体のＴＤ方向がサンプルの長手方向と一致するように裁断される。

【0033】

また、前記２カップ成形は、パウチフィルム積層体を２カップ成形装置に挿入し、前記パウチフィルム積層体の一部領域にパンチで圧力を加えてカップ部を形成することで電池ケース１００を製造する。ここで、前記圧力は、０．３ＭＰａ～１ＭＰａ、好ましくは０．３ＭＰａ～０．８ＭＰａ、より好ましくは０．４ＭＰａ～０．６ＭＰａ程度であることができる。カップ部の成形時に圧力が低すぎると、絞りが過剰に発生してしわが発生し得、高すぎると、絞りがよく行われず、成形深さが低くなり得る。

【0034】

一方、前記パンチの移動速度は、２０ｍｍ／ｍｉｎ～８０ｍｍ／ｍｉｎ、好ましくは３０ｍｍ／ｍｉｎ～７０ｍｍ／ｍｉｎ、より好ましくは４０ｍｍ／ｍｉｎ～６０ｍｍ／ｍｉｎであることができる。パンチの移動速度が速すぎると、カップ部の周縁面が十分に延伸されず圧縮力が作用し、座屈（ｂｕｃｋｌｉｎｇ）によるしわ（ｗｒｉｎｋｌｅ）が発生し得、パンチの移動速度が遅すぎると、成形時にカップ部のコーナーに集中する応力が大きくなってピンホールやクラックの発生が増加し得る。

【0035】

一方、本発明で使用された２カップ成形装置の金型条件は、下記［表１］に示されているとおりである。

【0036】

【表1】

【0037】

また、本発明のパウチフィルム積層体は、前記パウチフィルム積層体を９０ｍｍ×１００ｍｍのサイズに裁断して製造したサンプルを直径１．０ｍｍのピンで２０Ｎの荷重で繰り返して突き刺した時に、穴が開くまでの力を加えた回数が２５０回以上であり、２２Ｎの荷重で繰り返して突き刺した時に、穴が開くまでの力を加えた回数が１５０回以上である。このように、本発明のパウチフィルム積層体は、外部から繰り返して力が加えられても、簡単に破断されるか、穴が開かず、成形後にも高い剛性を維持する。したがって、本発明のパウチフィルム積層体で電池ケースを製造する場合、外部の衝撃によって電池ケースが損傷または破損することを効果的に防止することができる。

【0038】

以下、本発明によるパウチフィルム積層体の各層について詳細に説明する。

【0039】

基材層
基材層１０は、電池ケースの最外層に配置されて電極組立体を外部衝撃から保護し、電気的に絶縁させるためのものである。

【0040】

前記基材層１０は、ポリマー材質からなることができ、例えば、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、およびテフロン（登録商標）からなる群から選択される１種以上のポリマー材質からなることができる。

【0041】

前記基材層１０は、単層構造であってもよく、図１に図示されているように、互いに異なるポリマーフィルム１２、１４が積層された多層構造であってもよい。基材層１０が多層構造である場合、ポリマーフィルムの間に接着層１６ａが介在されることができる。

【0042】

一方、前記基材層１０は、全厚が１０μｍ～６０μｍ、好ましくは２０μｍ～５０μｍ、さらに好ましくは３０μｍ～５０μｍであることができる。基材層が多層構造である場合、前記厚さは、接着層を含む厚さである。基材層１０が前記範囲を満たす時に、耐久性、絶縁性および成形性に優れる。基材層の厚さが薄すぎると、耐久性が低下し、成形過程で基材層の破損が発生し得、厚すぎると、成形性が低下し得、パウチフィルム積層体フィルムの全厚が増加し、電池収容空間が減少して、エネルギー密度が低下し得る。

【0043】

本発明において、前記基材層は、ＴＤ方向の引張強度が１０ｋｇｆ／１５ｍｍ～２０ｋｇｆ／１５ｍｍ、より好ましくは１０ｋｇｆ／１５ｍｍ～１８ｋｇｆ／１５ｍｍ、より好ましくは１０ｋｇｆ／１５ｍｍ～１５ｋｇｆ／１５ｍｍ、さらに好ましくは１０ｋｇｆ／１５ｍｍ～１３ｋｇｆ／１５ｍｍ程度であることができる。基材層のＴＤ方向の引張強度が１０ｋｇｆ／１５ｍｍ未満である場合、カップ成形後に、疲労（ｆａｔｉｇｕｅ）および突刺（Ｐｕｎｃｔｕｒｅ）抵抗性の改善効果があまりない。一方、基材層のＴＤ方向の引張強度が大きすぎると、成形性が低下し得るため、基材層のＴＤ方向の引張強度は、２０ｋｇｆ／１５ｍｍ以下であることが好ましい。

【0044】

一方、前記基材層の引張強度は、基材層をＴＤ方向に引張させた時に破断が発生する強度であり、基材層を構成するフィルムまたはフィルム積層体を、ＴＤ方向が長手方向になるように裁断して測定用サンプルを作製した後、前記測定用サンプルをＵＴＭ装置に装着し、引張させて破断が発生する最大強度を測定する方法で測定されることができる。

【0045】

また、前記基材層は、ＴＤ方向の伸び率が１５０％～２３５％程度、好ましくは１７０％～２３５％、より好ましくは２００％～２３５％、さらに好ましくは２１０％～２３５％であることができる。基材層のＴＤ方向の伸び率が前記範囲を満たす時に、ガスバリア層をよく固定し、成形性の改善効果を得ることができる。

【0046】

基材層のＴＤ方向の引張強度および伸び率は、基材層を構成するフィルムの材質、フィルムの製造方法、フィルムの厚さ、接着層の厚さなどの影響を受けて変化する。また、製造会社ごとにフィルム製造工程が異なるため、同一材質、同一厚さのフィルムであっても、製造会社（ｍａｋｅｒ）が異なる場合、引張強度や伸び率などの物性が異なり得る。したがって、基材層を構成するフィルムのメーカー（製造会社）、フィルムの材質、フィルムの厚さ、接着層の厚さなどを適切に選択して、所望の引張強度および伸び率を有する基材層を形成することができる。

【0047】

一実施形態によると、前記基材層１０は、ポリエチレンテレフタレート（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅＴｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ；ＰＥＴ）フィルムとナイロン（Ｎｙｌｏｎ）フィルムを接着層を介在して積層した構造であることができる。ここで、前記ナイロンフィルムが、ガスバリア層２０側、すなわち、内側に配置され、ポリエチレンテレフタレートフィルムが、電池ケースの表面側に配置されることが好ましい。

【0048】

ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）は、耐久性および電気絶縁性に優れ、ＰＥＴフィルムが表面側に配置される時に、耐久性および絶縁性に優れる。ただし、ＰＥＴフィルムの場合、ガスバリア層２０を構成するアルミニウム合金薄膜との接着性が弱く、延伸挙動も相違するため、ＰＥＴフィルムをガスバリア層側に配置する場合、成形過程で基材層とガスバリア層の剥離が発生し得、ガスバリア層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。これに対し、ナイロンフィルムは、ガスバリア層２０を構成するアルミニウム合金薄膜と延伸挙動が類似するため、ポリエチレンテレフタレートとガスバリア層との間にナイロンフィルムを配置する場合、成形性の改善効果を得ることができる。

【0049】

前記ポリエチレンテレフタレートフィルムは、その厚さが５μｍ～２０μｍ、好ましくは５μｍ～１５μｍ、さらに好ましくは７μｍ～１５μｍであることができ、前記ナイロンフィルムは、その厚さが２０μｍ～４０μｍ、好ましくは２０μｍ～３５μｍ、より好ましくは２０μｍ～３０μｍ、さらに好ましくは２３μｍ～２７μｍであることができる。ポリエチレンテレフタレートフィルムとナイロンフィルムの厚さが前記範囲を満たす時に、成形性および成形後の剛性に優れる。

【0050】

ガスバリア層
ガスバリア層２０は、電池ケースの機械的強度を確保し、二次電池の外部のガスまたは水分などの出入りを遮断し、電解質の漏れを防止するためのものである。

【0051】

前記ガスバリア層は、その厚さが６０μｍ以上、好ましくは６０μｍ～１００μｍ、さらに好ましくは６０μｍ～８０μｍであることができる。ガスバリア層の厚さが６０μｍ以上である場合、成形性が改善して限界成形深さが増加し、成形後の外部ストレスに対する抵抗性が改善する。

【0052】

一方、前記ガスバリア層は、金属材質からなることができ、具体的には、アルミニウム合金薄膜からなることができる。

【0053】

前記アルミニウム合金薄膜は、アルミニウムと、前記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種以上を含むことができる。

【0054】

好ましくは、前記アルミニウム合金薄膜は、鉄（Ｆｅ）含有量が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％未満である場合には、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およびピンホールが発生し得、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および屈曲性の向上に限界がある。

【0055】

また、前記アルミニウム合金薄膜は、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であるアルミニウム合金薄膜を含む。アルミニウム合金薄膜の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）や亀裂の発生なく成形深さを増加させることができる。アルミニウム合金薄膜の結晶粒度が１３μｍを超える場合、アルミニウム合金薄膜の強度が低下し、延伸時に内部応力の分散が難しくてクラックやピンホールの発生が増加し、結晶粒度が１０μｍ未満である場合には、アルミニウム合金薄膜の柔軟性が低下して、成形性および屈曲性の向上に限界がある。

【0056】

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法に応じて変化し、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ＳＥＭイメージを取得し、前記ＳＥＭイメージで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。

【0057】

具体的には、前記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が、これに限定されるものではない。

【0058】

シーラント層
シーラント層３０は、熱圧着により接着されて、電池ケースを密封するためのものであり、パウチフィルム積層体１の最内層に位置する。

【0059】

シーラント層３０は、電池ケースとして成形された後に電解質および電極組立体と接触する面であるため、絶縁性および耐食性を有する必要があり、内部を完全に密閉して内部と外部との物質移動を遮断しなければならないため、高いシール性を有する必要がある。

【0060】

前記シーラント層３０は、ポリマー材質からなることができ、例えば、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、およびテフロン（登録商標）からなる群から選択される１種以上からなることができ、中でも、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たポリプロピレン（ＰＰ）を含むことが特に好ましい。

【0061】

より具体的には、前記シーラント層３０は、ポリプロピレン、無延伸ポリプロピレン（Ｃａｓｔ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ；ＣＰＰ）、酸変性ポリプロピレン（Ａｃｉｄ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ポリプロピレン－ブチレン－エチレン共重合体またはこれらの組み合わせを含むことができる。

【0062】

前記シーラント層３０は、単層構造であってもよく、互いに異なるポリマー材質からなる２以上の層を含む多層構造であってもよい。

【0063】

前記シーラント層は、全厚が６０μｍ～１００μｍ、好ましくは６０μｍ～９０μｍ、さらに好ましくは６０μｍ～８０μｍであることができる。シーラント層の厚さが薄すぎると、シール耐久性および絶縁性が低下し得、厚すぎると、屈曲性が低下し、パウチフィルム積層体の全厚が増加して、体積に対するエネルギー密度が低下し得る。

【0064】

前記のような本発明のパウチフィルム積層体は、当該技術分野において周知のパウチフィルム積層体の製造方法により製造されることができる。例えば、本発明のパウチフィルム積層体は、ガスバリア層２０の上面に接着剤により基材層１０を付着し、前記ガスバリア層２０の下面に共押出や接着層によりシーラント層３０を形成する方法により製造されることができるが、これに限定されるものではない。

【0065】

本発明によるパウチフィルム積層体は、全厚が１６０μｍ～２００μｍ、好ましくは１８０μｍ～２００μｍであることができる。パウチフィルム積層体の厚さが前記範囲を満たす時に、パウチ積層体の厚さの増加による電池収容空間の減少、密封耐久性の低下などを最小化し、且つ成形深さを増加させることができる。

【0066】

＜電池ケース＞
次に、本発明による電池ケースについて説明する。

【0067】

図２および図３には、本発明による電池ケースの実施形態が図示されている。以下、図２および図３を参照して、本発明による電池ケースについて説明する。

【0068】

図２および図３に図示されているように、本発明による電池ケース１００は、上述の本発明のパウチフィルム積層体１を絞り（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形して製造され、少なくとも一つ以上のカップ部１１０ａ、１１０ｂを含む。

【0069】

パウチフィルム積層体１は、上述のとおりであるため、具体的な説明は省略する。

【0070】

前記カップ部１１０ａ、１１０ｂは、電極組立体（図示せず）および電解質（図示せず）を収容するための空間１１２であり、パウチフィルム積層体１をパンチなどを用いて絞り成形して製造される。ここで、前記絞り成形は、パウチフィルム積層体１のシーラント層側にパンチを押圧して行われることができる。

【0071】

一方、本発明による電池ケース１００は、図２に図示されているように、一つのカップ部１１０ａを含んでもよく、図３に図示されているように、２個のカップ部１１０ａ、１１０ｂを含んでもよい。

【0072】

一方、本発明による電池ケース１００は、下部ケース１１０および上部ケース１２０を含み、前記カップ部１１０ａ、１１０ｂは、下部ケース１１０および上部ケース１２０のうち一つにのみ形成されてもよく、両方に形成されてもよい。パウチフィルム積層体１を１カップ成形装置で成形する場合、図２に図示されているように、カップ部が１個である電池ケースを製造することができ、２カップ成形装置で成形する場合、図３に図示されているように、下部ケース１１０と上部ケース１２０の両方にカップ部が形成された電池ケースを製造することができる。

【0073】

前記カップ部１１０ａ、１１０ｂに電極組立体を収納し、電解液を注入した後、上部ケース１２０が下部ケース１１０の上端に接するように折り畳み（ｆｏｌｄｉｎｇ）、電極組立体および電解質が外部と遮断されるようにする。

【0074】

その後、上部ケース１２０と下部ケース１１０の角部分を熱圧着してシール工程を行う。

【0075】

前記のように製造された本発明の電池ケースは、電極組立体の収容空間が広くて高いエネルギー密度を実現することができ、物流工程や充放電過程で発生する外部ストレス（ｓｔｒｅｓｓ）による損傷を最小化することができる。

【0076】

以下、具体的な実施例により、本発明をより具体的に説明する。

【0077】

実施例１
厚さ８０μｍのＡＡ８０２１アルミニウム（Ａｌ）合金薄膜（製造会社：ＳＡＭＡアルミニウム）の一面に、厚さ２５μｍのナイロンフィルム（商品名：Ｎｙｌｏｎ ６、製造会社：東レ）と厚さ１２μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（製造会社：東レ）をウレタン接着剤を用いてドライラミネーション方式で積層して基材層を形成した。ここで、ウレタン接着剤は、接着層の厚さが５μｍになるように塗布した。次に、前記アルミニウム合金薄膜の他面に溶融された酸変性ポリプロピレン（ＰＰａ）およびポリプロピレン（ＰＰ）をそれぞれ厚さ３０μｍになるように共押出して厚さ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。

【0078】

実施例２
厚さ８０μｍのＡＡ８０２１アルミニウム（Ａｌ）合金薄膜（製造会社：ＳＡＭＡアルミニウム）の一面に、厚さ２５μｍのナイロンフィルム（商品名：Ｎｙｌｏｎ６、製造会社：ＨＹＯＳＵＮＧ）と厚さ１２μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（製造会社：ＨＹＯＳＵＮＧ）をウレタン接着剤を用いてドライラミネーション方式で積層して基材層を形成した。ここで、ウレタン接着剤は、接着層の厚さが３μｍになるように塗布した。次に、前記アルミニウム合金薄膜の他面に溶融されたポリプロピレン（ＰＰ）を厚さ３０μｍになるように押出し、厚さ３０μｍの無延伸ポリプロピレンフィルム（ＣＰＰ）を貼り合わせて厚さ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。

【0079】

実施例３
厚さ６０μｍのＡＡ８０２１アルミニウム（Ａｌ）合金薄膜（製造会社：ＳＡＭＡアルミニウム）の一面に、厚さ２５μｍのナイロンフィルム（商品名：Ｎｙｌｏｎ ６、製造会社：東レ）と厚さ１２μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（製造会社：東レ）をウレタン接着剤を用いてドライラミネーション方式で積層して基材層を形成した。ここで、ウレタン接着剤は、接着層の厚さが５μｍになるように塗布した。次に、前記アルミニウム合金薄膜の他面に溶融された酸変性ポリプロピレン（ＰＰａ）およびポリプロピレン（ＰＰ）をそれぞれ厚さ４０μｍになるように共押出して厚さ８０μｍ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。

【0080】

実施例４
厚さ６０μｍのＡＡ８０２１アルミニウム（Ａｌ）合金薄膜（製造会社：ＳＡＭＡアルミニウム）の一面に、厚さ２５μｍのナイロンフィルム（商品名：Ｎｙｌｏｎ ６、製造会社：ＨＹＯＳＵＮＧ）と厚さ１２μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（製造会社：ＨＹＯＳＵＮＧ）をウレタン接着剤を用いてドライラミネーション方式で積層して基材層を形成した。ここで、ウレタン接着剤は、接着層の厚さが３μｍになるように塗布した。次に、前記アルミニウム合金薄膜の他面に溶融されたポリプロピレン（ＰＰ）を厚さ３０μｍになるように押出し、厚さ３０μｍの無延伸ポリプロピレンフィルム（ＣＰＰ）を貼り合わせて厚さ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。

【0081】

比較例１
厚さ４０μｍのＡＡ８０２１アルミニウム（Ａｌ）合金薄膜（製造会社：ＳＡＭＡアルミニウム）の一面に、厚さ１５μｍのナイロンフィルム（商品名：Ｎｙｌｏｎ ６、製造会社：ＨＹＯＳＵＮＧ）と厚さ１２μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（製造会社：ＨＹＯＳＵＮＧ）をウレタン接着剤を用いてドライラミネーション方式で積層して基材層を形成した。ここで、ウレタン接着剤は、接着層の厚さが５μｍになるように塗布した。次に、前記アルミニウム合金薄膜の他面に溶融された酸変性ポリプロピレン（ＰＰａ）およびポリプロピレン（ＰＰ）をそれぞれ厚さ４０μｍになるように共押出して厚さ８０μｍ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。

【0082】

比較例２
厚さ６０μｍのＡＡ８０２１アルミニウム（Ａｌ）合金薄膜（製造会社：ＳＡＭＡアルミニウム）の一面に、厚さ１５μｍのナイロンフィルム（商品名：Ｎｙｌｏｎ ６、製造会社：ＨＹＯＳＵＮＧ）と厚さ１２μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（製造会社：ＨＹＯＳＵＮＧ）をウレタン接着剤を用いてドライラミネーション方式で積層して基材層を形成した。ここで、ウレタン接着剤は、接着層の厚さが５μｍになるように塗布した。次に、前記アルミニウム合金薄膜の他面に溶融された酸変性ポリプロピレン（ＰＰａ）およびポリプロピレン（ＰＰ）をそれぞれ厚さ４０μｍになるように共押出して厚さ８０μｍ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。

【0083】

比較例３
厚さ４０μｍのＡＡ８０２１アルミニウム（Ａｌ）合金薄膜（製造会社：ＳＡＭＡアルミニウム）の一面に、厚さ２５μｍのナイロンフィルム（商品名：Ｎｙｌｏｎ ６、製造会社：東レ）と厚さ１２μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（製造会社：東レ）をウレタン接着剤を用いてドライラミネーション方式で積層して基材層を形成した。ここで、ウレタン接着剤は、接着層の厚さが５μｍになるように塗布した。次に、前記アルミニウム合金薄膜の他面に溶融された酸変性ポリプロピレン（ＰＰａ）およびポリプロピレン（ＰＰ）をそれぞれ厚さ４０μｍになるように共押出して厚さ８０μｍ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。

【0084】

比較例４
厚さ８０μｍのＡＡ８０２１アルミニウム（Ａｌ）合金薄膜（製造会社：ＳＡＭＡアルミニウム）の一面に、厚さ２５μｍのナイロンフィルム（商品名：Ｎｙｌｏｎ ６、製造会社：ＫＯＬＯＮ）と厚さ１２μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（製造会社：ＫＯＬＯＮ）をウレタン接着剤を用いてドライラミネーション方式で積層して基材層を形成した。ここで、ウレタン接着剤は、接着層の厚さが５μｍになるように塗布した。次に、前記アルミニウム合金薄膜の他面に溶融された酸変性ポリプロピレン（ＰＰａ）およびポリプロピレン（ＰＰ）をそれぞれ厚さ３０μｍになるように共押出して厚さ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。

【0085】

実験例１：基材層フィルムの引張強度および伸び率の測定
実施例１～４および比較例１～４で使用された基材層フィルム（ナイロンフィルム／接着層／ポリエチレンテレフタレートフィルム積層体）を幅×長さが１５ｍｍ×８０ｍｍになるように裁断してサンプルを製造した。ここで、サンプルの長手方向がパウチフィルム積層体のＴＤ方向と一致するように裁断した。その後、図４に図示されているように、ＵＴＭ装置に前記サンプルをグリップギャップ（Ｇｒｉｐ ｇａｐ）３０ｍｍで固定した後、５０ｍｍ／ｍｉｎの引張速度で前記サンプルを引っ張って破断が発生する強度を引張強度として測定した。

【0086】

また、破断時のグリップギャップを延伸前のグリップギャップ（３０ｍｍ）で除した後、１００をかけた値を伸び率（％）として評価した。

【0087】

測定結果は、下記［表２］に示した。

【0088】

実験例２：疲労試験（ｆａｔｉｇｕｅ ｔｅｓｔ）
実施例１～４および比較例１～４によって製造されたパウチフィルム積層体それぞれを２６６ｍｍ×２４０ｍｍのサイズに裁断した後、ダイ（Ｄｉｅ）とパンチ（Ｐｕｎｃｈ）を備えた２カップ成形装置に装着し、圧力０．５ＭＰａ、速度５０ｍｍ／ｍｉｎでパンチを下降させて絞り成形を行った。ここで、実施例１～４および比較例２のパウチフィルム積層体は、成形深さが９．６ｍｍになるように成形し、比較例１および比較例３のパウチフィルム積層体は、クラックが発生しない限界成形深さである７．０ｍｍに成形した。

【0089】

一方、前記２カップ成形装置の金型条件は、前記［表１］に示されているとおりである。

【0090】

その後、２カップ成形されたパウチフィルム積層体を長さ８０ｍｍ×幅１５ｍｍのサイズに裁断して測定用サンプルを製造した。長手方向がパウチフィルム積層体のＴＤ方向になるように裁断した。図５には、２カップ成形されたパウチフィルム積層体の裁断位置（ボックス領域）が図示されている。次に、ＵＴＭ装置に前記サンプルをグリップギャップ（Ｇｒｉｐ ｇａｐ）３０ｍｍで固定した後、ｌｏｗｅｒ ｆｏｒｃｅ １００Ｎ、ｈｉｇｈｅｒ ｆｏｒｃｅ １５０Ｎに設定し、繰り返して力を加えて、前記サンプルが破断するまで力が加えられた回数を測定した。測定結果は、下記［表２］に示した。

【0091】

実験例３：ｐｕｎｃｔｕｒｅ ｔｅｓｔ
実施例１～４および比較例１～４によって製造されたパウチフィルム積層体それぞれを幅９０ｍｍ×長さ１００ｍｍのサイズに裁断して測定用サンプルを作製した。その後、図６に図示されている突刺強度試験機の治具に前記サンプルを挟み、直径１．０ｍｍ、チップの曲率０．５ｍｍのピンで前記サンプルにそれぞれ２０Ｎおよび２２Ｎの荷重の力を繰り返して加えて、サンプルに穴が開くまでの回数を測定した。

【0092】

また、前記ピンの落下荷重を変化させながらサンプルに落下させて各サンプルの突刺強度を測定した。

【0093】

測定結果は、下記［表２］に示した。

【0094】

【表2】

【0095】

上記［表２］から、金属層の厚さおよび基材層のＴＤ方向の引張強度および伸び率が本発明の範囲を満たす実施例１～４の場合、疲労試験（ｆａｔｉｇｕｅ ｔｅｓｔ）、突刺サイクル（ｐｕｎｃｔｕｒｅ ｃｙｃｌｅ）および突刺強度の測定結果が、比較例１～３に比べて著しく優れていることを確認することができる。一方、ＴＤ方向の引張強度が大きく、伸び率が小さい基材層を使用した比較例４の場合、突刺強度および突刺サイクル特性には優れているが、成形性が劣り、疲労試験の結果が同一厚さの金属層を使用した実施例１および２に比べて劣っていることを確認することができる。したがって、実施例１～４のパウチフィルム積層体で電池ケースを製造する場合、優れた成形性を維持し、且つ外部ストレスに対する抵抗性が著しく改善する効果を得ることができる。

【符号の説明】

【0096】

１ パウチフィルム積層体
１０ 基材層
２０ ガスバリア層
３０ シーラント層
１６ａ、１６ｂ 接着層
１００ 電池ケース
１１０ 下部ケース
１２０ 上部ケース
１１０ａ、１１０ｂ カップ部
１３０ ブリッジ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】