KR20240034810A - Exterior materials for all-solid-state batteries and all-solid-state batteries - Google Patents
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Abstract
파손 등의 결함부가 발생하는 것을 방지할 수 있는 전고체 전지용 외장재를 제공한다. 본 발명은 기재층(11)과, 기재층(11)의 내면측에 적층된 금속박층(12)과, 금속박층(12)의 내면측에 적층된 실런트층(13)을 구비하는, 고체 전지 본체(5)를 봉입하기 위한 전고체 전지용 외장재를 대상으로 한다. 금속박층(12)과 실런트층(13)의 사이에 수지제인 내열 가스 배리어층(21)이 마련되고, 내열 가스 배리어층(21)은 90℃에서의 영률이 MD 및 TD 함께 1㎬ 이상이다.Provided is an exterior material for an all-solid-state battery that can prevent defects such as damage from occurring. The present invention provides a solid battery comprising a base layer 11, a metal foil layer 12 laminated on the inner surface of the base layer 11, and a sealant layer 13 laminated on the inner surface of the metal foil layer 12. The target is the exterior material for an all-solid-state battery to enclose the main body (5). A heat-resistant gas barrier layer 21 made of resin is provided between the metal foil layer 12 and the sealant layer 13, and the heat-resistant gas barrier layer 21 has a Young's modulus at 90°C of both MD and TD of 1 GPa or more.
Description
본 발명은 차량탑재용 전지 등의 하이 파워 배터리, 모바일 전자 기기 등의 포터블 기기용 전지, 회생 에너지의 축전용 전지 등으로서 이용되는 전고체(全固體) 전지용의 외장재 및 전고체 전지에 관한 것이다.The present invention relates to exterior materials and all-solid-state batteries for all-solid-state batteries used as high-power batteries such as batteries for vehicles, batteries for portable devices such as mobile electronic devices, and batteries for storing regenerative energy.
종래 많이 이용되고 있는 리튬 이온 2차 전지는 전해질로서 액체 전해질을 사용하고 있기 때문에, 액 누출이나 덴드라이트의 발생에 의해 세퍼레이터가 파괴되고 경우에 따라서는, 단락에 의한 발화 등이 발생할 우려가 있다.Since lithium ion secondary batteries, which have been widely used in the past, use a liquid electrolyte as an electrolyte, there is a risk that the separator may be destroyed due to liquid leakage or generation of dendrites, and in some cases, ignition due to short circuit may occur.
이에 대해, 전고체 전지는 고체 전해질을 사용한 전지이기 때문에, 액 누출이나 덴드라이트가 발생하지 않고 세퍼레이터가 파괴되는 일도 없다. 따라서 세퍼레이터의 파괴에 의한 발화 등도 우려되는 일이 없고, 안전성의 면 등에서 크게 주목되고 있다.In contrast, since the all-solid-state battery is a battery using a solid electrolyte, liquid leakage, dendrites do not occur, and the separator does not break. Therefore, there is no concern about ignition due to destruction of the separator, and it is attracting great attention in terms of safety, etc.
통상의 전고체 전지는 케이싱으로서의 외장재의 내부에, 전극 활물질이나 고체 전해질 등의 고체 전지 본체가 봉입되어 구성되어 있다. 이 전고체 전지에서는, 고체 전해질의 연구가 진행됨에 따라, 외장재에 요구되는 성능이 종래의 액체 전해질을 이용한 전지의 외장재와는 다른 부분이 서서히 현현(顯現)되어 오고 있고, 전고체 전지용의 성능을 충족시키기 위해 여러 가지의 외장재가 제안되어 있다.A typical all-solid-state battery is comprised of a solid battery body, such as an electrode active material or a solid electrolyte, encapsulated inside an exterior material serving as a casing. In this all-solid-state battery, as research on solid electrolytes progresses, the performance required for the exterior material is gradually becoming different from that of the exterior material for batteries using conventional liquid electrolytes, and the performance for all-solid-state batteries is gradually increasing. Various exterior materials have been proposed to meet these requirements.
전고체 전지용의 외장재는 기본 구조로서, 금속박층과, 그 내측에 적층된 열융착층(실런트층)을 포함하고, 실런트층을 열융착함에 의해, 고체 전지 본체를 봉입하는 것이다.The exterior material for an all-solid-state battery has a basic structure that includes a metal foil layer and a heat-sealing layer (sealant layer) laminated on the inside, and the solid-state battery body is encapsulated by heat-sealing the sealant layer.
예를 들면 하기 특허문헌 1에 나타내는 전고체 전지용 외장재는 금속박층과 실런트층의 사이에 보호막이 개재됨과 함께, 실런트층으로서 황화수소 가스 투과도가 높은 것이 이용되고 있다. 또한 특허문헌 2에 나타내는 전고체 전지용 외장재는 실런트층으로서 황화수소 가스 투과도가 높은 것이 이용되고 있다. 또한 특허문헌 3에 나타내는 전고체 전지용 외장재는 실런트층으로서 가스를 흡수하는 것이 이용되고 있다. 또한 특허문헌 4에 나타내는 전고체 전지용 외장재는 실런트층의 내면에 증착막층이 적층되어 구성되어 있다.For example, the exterior material for an all-solid-state battery shown in
그렇지만, 특허문헌 1∼4에 나타내는 바와 같은 전고체 전지에서는, 케이싱(외장재) 내에 잔존하는 가스 등을 전해질로 치환할 수 없기 때문에, 고체 전지 본체를 외장재에 봉입할 때에, 감압하에서 행함에 의해, 외장재 내에 가스가 잔류하지 않도록 하고 있고, 외장재가 고체 전지 본체에 밀착한 상태가 된다. 그 한편, 고체 전해질은 액체 전해질과 같은 쿠션성도 없기 때문에, 외장재 내에, 이물이나 고체 전지 본체에 돌기형상의 부분이 있으면, 그 돌기형상부의 외장재에 대한 밀착부에 응력이 집중하고, 그 부분이 후에 생기는 결함부 예를 들면, 외장재의 파손 등의 결함부가 발생한다는 과제가 있다. 특히 전고체 전지가 우위성을 갖는 고온 환경 하에서는 결함부의 발생 확률이 높아지기 때문에, 상온으로 한하지 않고 고온 환경 하라도, 결함부의 발생을 방지할 수 있는 기술의 개발이 절실히 요망되는 것이다.However, in all-solid-state batteries as shown in
본 발명의 바람직한 실시 형태는 관련 기술에서의 상술한 및/또는 다른 문제점을 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명의 바람직한 실시 형태는 기존의 방법 및/또는 장치를 현저하게 향상시킬 수 있는 것이다.Preferred embodiments of the present invention have been made in consideration of the above-mentioned and/or other problems in the related art. Preferred embodiments of the present invention are those that can significantly improve existing methods and/or devices.
본 발명은 상기한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 고온 환경 하라도, 파손 등의 결함부가 발생하는 것을 방지할 수 있는 전고체 전지용 외장재 및 전고체 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was made in consideration of the above-described problems, and its purpose is to provide an exterior material for an all-solid-state battery and an all-solid-state battery that can prevent defects such as breakage from occurring even in a high temperature environment.
본 발명의 그 밖의 목적 및 이점은 이하의 바람직한 실시 형태로부터 분명해질 것이다.Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following preferred embodiments.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 구비하는 것이다.In order to solve the above problems, the present invention provides the following means.
[1] 기재층과, 상기 기재층의 내면측에 적층된 금속박층과, 상기 금속박층의 내면측에 적층된 실런트층을 구비하는, 고체 전지 본체를 봉입하기 위한 전고체 전지용 외장재로서,[1] An exterior material for an all-solid-state battery for encapsulating a solid-state battery body, comprising a base layer, a metal foil layer laminated on the inner surface of the base layer, and a sealant layer laminated on the inner surface of the metal foil layer,
상기 금속박층과 상기 실런트층 사이에 수지제인 내열 가스 배리어층이 마련되고,A heat-resistant gas barrier layer made of resin is provided between the metal foil layer and the sealant layer,
상기 내열 가스 배리어층은 90℃에서의 영률이 MD 및 TD 함께 1㎬ 이상인 것을 특징으로 하는 전고체 전지용 외장재.The heat-resistant gas barrier layer is an exterior material for an all-solid-state battery, characterized in that the Young's modulus at 90°C is 1 GPa or more in both MD and TD.
[2] 상기 내열 가스 배리어층은 90℃에서의 인장 파단 강도가 MD 및 TD 함께 100㎫ 이상인 전항 1에 기재된 전고체 전지용 외장재.[2] The heat-resistant gas barrier layer is an exterior material for an all-solid-state battery according to the preceding
[3] 상기 내열 가스 배리어층은 90℃에서의 인장 파단 신율이 MD 및 TD 함께 50%∼200%인 전항 1 또는 2에 기재된 전고체 전지용 외장재.[3] The exterior material for an all-solid-state battery according to the preceding
[4] 상기 내열 가스 배리어층은 상기 실런트층보다도 10℃ 이상 융점이 높은 수지에 의해 구성되고, 두께가 3㎛∼50㎛로 설정되어 있는 전항 1∼3의 어느 한 항에 기재된 전고체 전지용 외장재.[4] The exterior material for an all-solid-state battery according to any one of the preceding
[5] 전항 1∼4의 어느 한 항에 기재된 전고체 전지용 외장재에, 고체 전지 본체가 봉입되어 있는 것을 특징으로 하는 전고체 전지.[5] An all-solid-state battery, characterized in that the solid-state battery body is encapsulated in the exterior material for an all-solid-state battery according to any one of the preceding
발명 [1]의 전고체 전지용 외장재에 의하면, 금속박층 및 실런트층 사이에, 고온 하에서 높은 영률을 갖는 내열 가스 배리어층을 개재하고 있기 때문에, 상온으로 한정되지 않고 고온 환경 하라도, 내열 가스 배리어층, 나아가서는 외장재 전역에 파손 등의 결함부가 발생하는 것을 확실히 방지할 수 있다.According to the exterior material for an all-solid-state battery of invention [1], a heat-resistant gas barrier layer having a high Young's modulus at high temperature is interposed between the metal foil layer and the sealant layer, so the heat-resistant gas barrier layer is not limited to room temperature and even in a high temperature environment. Furthermore, it is possible to reliably prevent defects such as damage from occurring throughout the exterior material.
발명 [2] [3]의 전고체 전지용 외장재에 의하면, 고체 전지 본체를 봉입한 상태에서, 고온에 의한 내압 상승에 의해 외장재가 팽창하여 늘어났다고 하여도, 외장재의 파손을 보다 확실히 방지할 수 있다.According to the exterior material for an all-solid-state battery of inventions [2] and [3], even if the exterior material expands and stretches due to an increase in internal pressure due to high temperature in a state in which the solid battery body is enclosed, damage to the exterior material can be more reliably prevented.
발명 [4]의 전고체 전지용 외장재에 의하면, 실런트층의 열접착에 의해서도 내열 가스 배리어층의 용융 유출을 방지하면서 소정의 두께를 확보할 수 있기 때문에, 내열 가스 배리어층에 의한 결함부 발생 방지 효과를 보다 한층 확실히 얻을 수 있다.According to the exterior material for an all-solid-state battery of invention [4], a predetermined thickness can be secured while preventing melt and outflow of the heat-resistant gas barrier layer even by thermal bonding of the sealant layer, which has the effect of preventing the occurrence of defects by the heat-resistant gas barrier layer. can be obtained more reliably.
발명 [5]에 의하면, 상기 발명 [1]∼[4]의 외장재를 이용한 전고체 전지를 특정하는 것이기 때문에, 상기와 같은 효과를 얻을 수 있다.According to invention [5], since it specifies an all-solid-state battery using the exterior material of inventions [1] to [4], the above-mentioned effects can be obtained.
도 1은 본 발명의 실시 형태인 전고체 전지를 도시하는 개략 단면도.
도 2는 실시 형태의 전고체 전지에 이용되는 외장재를 도시하는 개략 단면도.1 is a schematic cross-sectional view showing an all-solid-state battery according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a schematic cross-sectional view showing an exterior material used in an all-solid-state battery of the embodiment.
도 1은 본 발명의 실시 형태인 전고체 전지를 도시하는 개략 단면도, 도 2는 그 전고체 전지에 이용된 외장재(1)를 도시하는 개략 단면도이다. 양 도면에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 전고체 전지의 케이싱으로서 구성되는 외장재(1)는 라미네이트 시트 등의 적층체에 의해 구성되어 있다.FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an all-solid-state battery according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the
이 외장재(1)는 최외측에 배치되는 기재층(11)과, 기재층(11)의 내면측에 적층되는 금속박층(12)과, 금속박층(12)의 내면측에 적층되는 내열 가스 배리어층(21)과, 내열 가스 배리어층(21)의 내면측에 적층되는 실런트층(13)을 구비하고, 본 실시 형태에서는, 외장재(1)의 각 층(11∼13, 21)의 각 사이는 드라이 라미네이트법이나 히트 라미네이트법에 의한 접착제(접착제층)를 통하여 접착되어 있다. 환언하면, 본 실시 형태의 외장재(1)는 기재층(11)/접착제층/금속박층(12)/접착제층/내열 가스 배리어층(21)/접착제층/실런트층(13)으로 이루어지는 적층체에 의해 구성되어 있다.This
본 실시 형태에서는 도 1에 도시하는 바와 같이, 상기 구성의 외장재(1)에 의해, 고체 전지 본체(5)를 피복하도록 봉입하여 전고체 전지를 제작하는 것이다. 즉 사각형상의 2장의 외장재(1, 1)가 고체 전지 본체(5)를 통하여 상하로 맞겹쳐져, 2장의(한 쌍의) 외장재(1, 1)에서의 외주 연부의 실런트층(13, 13)끼리가 열접착(히트 실)에 의해 기밀상태(봉지상태)로 접합 일체화됨에 의해, 외장재(1, 1)로 이루어지는 주머니형상(袋狀)의 케이싱 내에 고체 전지 본체(5)가 수용된 전고체 전지가 제작되는 것이다.In this embodiment, as shown in FIG. 1, an all-solid-state battery is manufactured by encapsulating the solid-
본 실시 형태의 전고체 전지에서는, 도시는 생략하지만, 전기 취출용으로 탭 리드가 마련되어 있다. 이 탭 리드는 그 일단(내측)이 고체 전지 본체(5)에 접착 고정되고, 중간부가 2장의 외장체(1, 1)의 외주 연부 사이를 통과하고, 타단측(외단측)이 외부에 인출되도록 배치되어 있다.In the all-solid-state battery of this embodiment, although not shown, a tab lead is provided for extracting electricity. One end (inner side) of this tab lead is adhesively fixed to the
또한 본 실시 형태에서는, 2장의 평면형상의 외장재(1, 1)를 맞붙여서 케이싱을 형성하도록 하고 있는데, 그것만으로 한정되지 않고, 본 발명에서는, 2장의 외장재 중 적어도 어느 일방을 미리 트레이형상으로 성형해 두고, 그 일방의 트레이형상의 외장재를 트레이형상 또는 평면형상의 타방의 외장재에 맞붙여서 케이싱을 형성하도록 하여도 좋다.In addition, in the present embodiment, the casing is formed by bonding two planar
이하에, 본 실시 형태의 전고체 전지의 외장재(1)에서의 상세 구성에 관해 설명한다.Below, the detailed configuration of the
외장재(1)의 기재층(11)은 두께가 5㎛∼50㎛의 내열성 수지의 필름에 의해 구성되어 있다. 이 기재층(11)을 구성하는 수지로서는, 폴리아미드, 폴리에스테르(PET, PBT, PEN), 폴리올레핀(PE, PP) 등을 알맞게 이용할 수 있다.The
금속박층(12)은 두께가 5㎛∼120㎛로 설정되어 있고, 표면(외면)측에서 산소나 수분의 침입을 블록하는 기능을 갖고 있다. 이 금속박층(12)으로서는, 알루미늄박, SUS박(스테인리스박), 구리박, 니켈박 등을 알맞게 이용할 수 있다. 또한 본 실시 형태에서, 「알루미늄」 「구리」 「니켈」이라는 용어는 그들의 합금도 포함하는 의미로 이용되고 있다.The thickness of the
또한 금속박층(12)에 도금 처리 등을 행하면, 핀 홀이 발생하는 리스크가 적어지고, 보다 한층, 산소나 수분의 침입을 블록하는 기능을 향상시킬 수 있다.Additionally, if plating treatment or the like is performed on the
또한 금속박층(12)에 크로메이트 처리와 같은 화성 처리 등을 행하면, 내부식성이 한층 향상하기 때문에, 결손 등의 부적합함이 발생하는 것을 보다 확실히 방지할 수 있고, 또한 수지와의 접착성을 향상할 수 있어 내구성을 더한층 향상시킬 수 있다.In addition, if the
실런트층(13)은 두께가 10㎛∼100㎛로 설정되어 있고, 열접착성(열융착성) 수지의 필름에 의해 구성되어 있다. 이 실런트층(13)을 구성하는 수지로서는, 폴리에틸렌(LLDPE, LDPE, HDPE)이나, 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀, 올레핀계 공중합체, 이들의 산변성물 및 아이오노머로 이루어지는 군(群), 예를 들면 무연신 폴리프로필렌(CPP, IPP) 등을 알맞게 이용할 수 있다.The
실런트층(13)으로서는, 탭 리드를 사용하여 전기를 취출하는 것을 고려하면, 즉 탭 리드와의 실(seal)성이나 접착성 등을 고려하면, 폴리프로필렌계 수지(무연신 폴리프로필렌 필름(CPP, IPP))을 이용하는 것이 바람직하다.As the
내열 가스 배리어층(21)은 내열성 및 절연성을 갖는 수지의 필름에 의해 구성되어 있다. 이 내열 가스 배리어층(21)을 구성하는 수지로서는, 폴리아미드(6-나일론, 66-나일론, MXD나일론 등), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 셀로판, 폴리염화비닐리덴(PVDC) 등을 이용하는 것이 바람직하다.The heat-resistant
본 실시 형태에서, 내열 가스 배리어층(21)을 구성하는 수지 필름은 90℃에서의 영률이 흐름 방향인 MD, MD에 직교하는 방향인 TD 함께, 1㎬ 이상이고, 바람직하게는 함께 5㎬ 이상인 것이 바람직하다. 즉 이 구성을 채용함에 의해, 상온으로 한정되지 않고 고온 환경 하라도, 내열 가스 배리어층(21), 나아가서는 외장재(1)에 소정의 굳기를 확보할 수 있기 때문에, 파손 등의 결함부가 발생하는 것을 방지할 수 있다.In this embodiment, the resin film constituting the heat-resistant
또한 본 실시 형태에서는, 내열 가스 배리어층(21)에서 상온(25℃)에서의 영률은 1.5㎬ 이상이다.Additionally, in this embodiment, the Young's modulus of the heat-resistant
또한 본 실시 형태에서는, 내열 가스 배리어층(21)이 90℃에서의 인장 파단 강도가 MD 및 TD 함께 100㎫ 이상, 400㎫ 이하인 것이 바람직하다. 즉 이 구성을 채용하는 경우에는, 고온 하에서 고체 전지 본체(5)의 팽창에 의해 내압이 높아져서 외장재(1)가 팽창했다고 하여도, 외장재(1)의 파손을 확실히 방지할 수 있다.In addition, in this embodiment, it is preferable that the heat-resistant
또한 본 실시 형태에서, 내열 가스 배리어층(21)이 90℃에서의 인장 파단 신율이 MD 및 TD 함께 50%∼200%인 구성을 채용하는 것이 바람직하다. 즉 이 구성인 경우에는, 고온 하에서의 내압 상승에 의해 외장재(1)가 팽창하여 신장했다고 하여도, 외장재(1)의 파손을 보다 확실히 방지할 수 있다.In addition, in this embodiment, it is preferable that the heat-resistant
또한 본 실시 형태에서는, 내열 가스 배리어층(21)에서 상온(25℃)에서의 인장 파단 강도는 150㎫이고, 인장 파단 신율은, 50%∼150%이다.In addition, in this embodiment, the tensile breaking strength of the heat-resistant
본 실시 형태에서는, 내열 가스 배리어층(21)을 구성하는 수지는, 소정의 황화수소(H2S) 가스 투과도를 구비하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 내열 가스 배리어층(21)은 JIS K7126-1에 준거하는 측정치에서 황화수소 가스 투과도가 15{㏄·㎜/(㎡·D·㎫)} 이하의 수지에 의해 구성하는 것이 좋고, 바람직하게는 10{㏄·㎜/(㎡·D·㎫)} 이하의 수지에 의해 구성하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 4.0{㏄·㎜/(㎡·D·㎫)} 이하의 수지에 의해 구성하는 것이 좋다. 즉 내열 가스 배리어층(21)의 황화수소 가스 투과도를 상기한 특정치 이하로 설정한 경우에는, 고체 전해질 재료와 외기의 수분이 반응하여 황화수소 가스가 발생한 때에, 내열 가스 배리어층(21)에 의해 황화수소 가스가 외부에 누출하는 것을 방지할 수 있다. 환언하면, 내열 가스 배리어층(21)의 황화수소 가스 투과도가 너무 큰 경우에는, 발생한 황화수소 가스가 외장재(1)(내열 가스 배리어층(21))를 통과하여 외부에 누출할 우려가 있어, 바람직하지 않다.In this embodiment, the resin constituting the heat-resistant
또한 참고로, 황화수소 가스 투과도의 단위에 포함되는 「D」는 「Day(24h)」에 상당하는 것이다.Also, for reference, “D” included in the unit of hydrogen sulfide gas permeability corresponds to “Day (24h).”
또한 본 실시 형태에서는, 내열 가스 배리어층(21)을 구성하는 수지로서는, JIS K7129-1(감습 센서법 40℃ 90% Rh)에 준거하여 측정된 수증기 가스 투과율이 50(g/㎡/day) 이하로 설정하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 40(g/㎡/day) 이하가 좋고, 더욱 바람직하게는 20(g/㎡/day) 이하의 것을 채용하는 것이 좋다. 즉, 황화수소 가스는 외부의 수분이 외장재(1)를 투과하여 고체 전해질 재료와 반응함에 의해 발생하는데, 내열 가스 배리어층(21)의 수증기 가스 투과율을 상기한 특정치 이하로 설정한 경우에는, 내열 가스 배리어층(21)에 의한 수분의 침입을 방지할 수 있으면서 또한, 금속박층(12)의 가스 배리어 기능도 서로 어울려서, 수분의 침입을 보다 한층 확실히 방지할 수 있어, 황화수소 가스 자체의 발생을 확실히 방지할 수 있고, 나아가서는 황화수소 가스가 외부에 누출하는 것을 보다 확실히 방지할 수 있다.In addition, in this embodiment, the resin constituting the heat-resistant
본 실시 형태에서는, 내열 가스 배리어층(21)의 두께를 3㎛∼50㎛로 설정하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 10㎛∼40㎛로 설정하는 것이 좋다. 즉 내열 가스 배리어층(21)의 두께를 이 범위로 설정한 경우에는, 상기한 결함부의 발생 방지 효과를 확실히 얻을 수 있음과 함께, 열접착에 의해 실런트층(13)이 용융 유출됐다고 하여도, 내열 가스 배리어층(21)에 의한 결함부 발생 방지 효과를 유지할 수 있다. 환언하면, 내열 가스 배리어층(21)이 너무 얇은 경우에는, 결함부 발생 효과를 얻을 수 없을 우려가 있어, 바람직하지 않다. 역으로 내열 가스 배리어층(21)이 너무 두꺼운 경우에는, 외장재(1)의 박육화를 도모할 수 없을 뿐만 아니라, 필요 이상으로 두껍게 하는 것의 효과도 충분히 얻어지지 않기 때문에, 바람직하지 않다.In this embodiment, the thickness of the heat-resistant
본 실시 형태에서, 내열 가스 배리어층(21)으로서 수지 필름을 이용하는 것이 바람직하다. 즉 필름 전체가 배리어층이 되기 때문에, 증착 필름 등과는 달리, 배리어 크랙이 발생하지 않아, 배리어성을 향상시킬 수 있다.In this embodiment, it is preferable to use a resin film as the heat-resistant
또한 내열 가스 배리어층(21)을 구성하는 수지 필름으로서는, 무연신 필름 또는 조금 연신한 필름을 이용할 수 있고, 특히 무연신 필름을 이용하는 것이 바람직하다. 즉 무연신 필름을 이용하는 경우에는, 성형성 및 가스 배리어성을 보다 한층 향상시킬 수 있다.Additionally, as the resin film constituting the heat-resistant
또한 본 실시 형태에서는, 내열 가스 배리어층(21)을 구성하는 수지로서, 실런트층(13)을 구성하는 수지보다도 융점이 10℃ 이상 높은 것을 채용하는 것이 바람직하다. 즉 내열 가스 배리어층(21)을 고융점으로 한 경우에는, 외장재(1)를 열접착할 때에, 실런트층(13)을 용융시켰다고 하여도, 내열 가스 배리어층(21)의 용융 유출을 방지할 수 있기 때문에, 내열 가스 배리어층(21)에 의한, 결함부 발생 방지 효과 등을 확실히 얻을 수 있다.Additionally, in this embodiment, it is preferable to employ a resin constituting the heat-resistant
한편, 본 실시 형태에서는, 외장재(1)의 각 층(11∼13, 21)의 각 사이를 맞붙이기 위한 접착제(접착제층)로서는, 에너지선(UV, X선 등) 경화형 등의 경화 타입을 이용할 수 있고, 그 중에서도, 우레탄계 접착제, 올레핀계 접착제, 아크릴계 접착제, 에폭시계 접착제 등을 알맞게 이용할 수 있다. 또한 본 실시 형태에서 접착제층의 두께는 2㎛∼5㎛로 설정하는 것이 바람직하다.Meanwhile, in the present embodiment, the adhesive (adhesive layer) for bonding the
이상과 같이 본 실시 형태의 전고체 전지에 의하면, 외장재(1)에서의 금속박층(12) 및 실런트층(13) 사이에 상기 특유한 내열 가스 배리어층(21)을 개재하고 있기 때문에, 상온으로 한정되지 않고 고온 환경 하라도, 내열 가스 배리어층(21), 나아가서는 외장재(1)에 파손 등의 결함부가 발생하는 것을 확실히 방지할 수 있고, 특히 고온 환경 하에서의 동작 신뢰성에 우수한 전고체 전지 제품을 제공할 수 있다.As described above, according to the all-solid-state battery of this embodiment, since the above-described unique heat-resistant
실시례Example
[표 1][Table 1]
<실시례 1><Example 1>
1. 외장재의 제작1. Production of exterior materials
금속박층(12)으로서 두께 40㎛의 알루미늄박(A8021-O)의 양면에, 인산, 폴리아크릴산(아크릴계 수지), 크롬(Ⅲ)염 화합물, 물, 알코올로 이루어지는 화성 처리액을 도포한 후, 180℃로 건조를 행하여, 화성 피막을 형성했다. 이 화성 피막의 크롬 부착량은 편면당 10㎎/㎡였다.After applying a chemical treatment solution consisting of phosphoric acid, polyacrylic acid (acrylic resin), chromium (III) salt compound, water, and alcohol to both sides of an aluminum foil (A8021-O) with a thickness of 40 μm as the
다음에, 상기 화성 처리 완료 알루미늄박(금속박층(12))의 일방의 면(외면)에, 2액 경화형의 우레탄계 접착제(3㎛)를 통하여, 기재층(11)으로서 두께 15㎛의 2축연신 6나일론(ONy) 필름을 드라이 라미네이트했다(맞붙였다).Next, a two-component curing type urethane-based adhesive (3 μm) is applied to one surface (outer surface) of the chemically treated aluminum foil (metal foil layer 12) to form a biaxial layer with a thickness of 15 μm as a
다음에 표 1에 표시하는 바와 같이, 내열 가스 배리어 수지층(21)으로서, 9㎛ 두께의 PET 필름을 상기 드라이 라미네이트 후의 알루미늄박의 타방의 면(내면)에 2액 경화형의 우레탄계 접착제(3㎛)를 통하여 맞붙였다.As shown in Table 1, as the heat-resistant gas
다음에 표 1에 표시하는 바와 같이, 실런트층(13)으로서, 활제(에루카산아미드 등)를 함유한 40㎛ 두께의 CPP 필름을 2액 경화형의 우레탄계 접착제(3㎛)를 통하여 상기 드라이 라미네이트 후의 PET 필름(내열 가스 배리어층(21))의 내면에 맞겹쳐서, 고무 닙 롤과, 100℃로 가열된 라미네이트 롤의 사이에 끼워 넣어 압착함에 의해 드라이 라미네이트하여, 외장재(1)를 구성하는 적층체를 얻었다.Next, as shown in Table 1, as the
다음에 이 적층체를 롤축에 권취하고, 그리고 나서, 40℃로 10일간 에이징하여, 실시례 1의 외장재 시료를 얻었다.Next, this laminate was wound on a roll shaft and then aged at 40°C for 10 days to obtain an exterior material sample of Example 1.
2. 영률, 인장 파단 강도 및 인장 파단 신율의 측정2. Measurement of Young’s modulus, tensile strength at break and tensile elongation at break
실시례 1의 외장재 시료를 제작할 때에 사용한 PET 필름(내열 가스 배리어층(21))에 대해, JIS K7127-1999에 준거하여, MD 및 TD 함께, 90℃에서의 영률, 인장 파단 강도 및 인장 파단 신율을 각각 측정했다. 즉 내열 가스 배리어층용의 PET 필름을 폭 15㎜×길이 100㎜의 크기로 절출하여 시험편을 제작하고, 그 시험편에 대해, 시마즈제작소제 스트로그라프(AGS-5kNX)를 사용하여 90℃ 분위기 하에서, 인장 속도 200㎜/분으로 인장 시험을 행하여 영률(㎫), 인장 파단 강도(㎫), 인장 파단 신율(%)을 측정했다. 표 1에 표시하는 바와 같이, 실시례 1의 내열 가스 배리어층용의 PET 필름에서, 영률은, MD가 3.6㎬, TD가 3.2㎬이고, 인장 파단 강도는 MD가 190㎫, TD가 210㎫이고, 인장 파단 신율은 MD가 120%, TD가 110%이다.Regarding the PET film (heat-resistant gas barrier layer 21) used when producing the exterior material sample of Example 1, Young's modulus, tensile strength at break, and tensile elongation at break at 90°C for both MD and TD in accordance with JIS K7127-1999. were measured respectively. That is, the PET film for the heat-resistant gas barrier layer was cut to a size of 15 mm in width A tensile test was performed at a speed of 200 mm/min to measure Young's modulus (MPa), tensile strength at break (MPa), and tensile elongation at break (%). As shown in Table 1, in the PET film for the heat-resistant gas barrier layer of Example 1, the Young's modulus is 3.6 GPa in MD and 3.2 GPa in TD, and the tensile breaking strength is 190 MPa in MD and 210 MPa in TD, The tensile elongation at break is 120% in MD and 110% in TD.
3. 고온 돌자성(突刺性)의 평가3. Evaluation of high temperature stone magnetism
실시례 1의 외장재 시료의 돌자 강도(突刺 强度)를 JIS Z1707:1997에 준거하여 90℃ 분위기 하에서 측정했다. 그 측정 방법(돌자 강도 시험 방법)은 다음과 같다.The puncture strength of the exterior material sample of Example 1 was measured in an atmosphere of 90°C in accordance with JIS Z1707:1997. The measurement method (puncture strength test method) is as follows.
소정 크기의 외장재 시료를 시험편으로서 고정하고, 직경 1.0㎜, 선단(先端) 형상 반경 0.5㎜의 반원형의 바늘을 매분 50±5㎜의 속도로 찌르고, 바늘이 관통할 때까지의 최대 응력을 측정했다. 시험편의 수는 5개이고, 그 평균치를 돌자 강도로 했다. 그 결과를 표 1에 아울러 표시한다.An exterior material sample of a predetermined size was fixed as a test piece, a semicircular needle with a diameter of 1.0 mm and a tip radius of 0.5 mm was pierced at a speed of 50 ± 5 mm per minute, and the maximum stress until the needle penetrated was measured. . The number of test pieces was 5, and the average value was taken as the strength. The results are also shown in Table 1.
4. 성형성의 평가4. Evaluation of formability
실시례 1의 외장재 시료를 100㎜×100㎜의 크기로 절출하여 성형성 평가용 시료를 얻었다. 이 성형성 평가용 시료에 대해, 25t의 프레스기에 부착한 디프드로잉 성형용 금형을 이용하여, 성형 높이(드로잉 깊이)를 0.5㎜ 단위로 변화시켜서 디프드로잉 성형 시험을 행했다.The exterior material sample of Example 1 was cut into a size of 100 mm x 100 mm to obtain a sample for evaluating formability. For this sample for moldability evaluation, a deep drawing molding test was performed using a mold for deep drawing molding attached to a 25t press machine and changing the molding height (drawing depth) in 0.5 mm units.
그리고 성형 높이가 7㎜ 이상에서도 소정의 성형성이 얻어진 경우에는 「◎」로 평가하고, 7㎜ 이상에서는 소정 성형성이 얻어지지 않은 것이지만, 5㎜ 이상, 7㎜ 미만의 범위에서 소정의 성형성이 얻어진 경우에는 「○」로 평가하고, 5㎜ 미만에서 소정의 성형성이 얻어지지 않은 경우에는 「×」로 평가했다. 그 결과를 표 1에 아울러 표시한다.Also, if the desired moldability is obtained even when the molding height is 7 mm or more, it is evaluated as “◎”. If the mold height is 7 mm or more, the desired moldability is not obtained, but the moldability is determined in the range of 5 mm or more and less than 7 mm. When this was obtained, it was evaluated as “○”, and when the desired formability was not obtained at less than 5 mm, it was evaluated as “×”. The results are also shown in Table 1.
5. 실 강도의 측정5. Measurement of yarn strength
실시례 1의 외장재 시료를 폭 15㎜×길이 150㎜의 크기로 2장 절출 후, 이들 한 쌍의 시료를 서로의 내측 실런트층끼리가 접촉하도록 맞겹친 상태에서, 테스터산업주식회사제의 히트 실 장치(TP-701-A)를 이용하여, 히트 실 온도: 200℃, 실 압: 0.2㎫(게이지 표시압), 실 시간: 2초의 조건으로 편면 가열에 의해 히트 실(열접착)을 행하여, 실시례 1의 실 강도 평가용 시료를 얻었다.After cutting out two pieces of the exterior material sample of Example 1 with a size of 15 mm in width Using (TP-701-A), heat sealing (thermal bonding) was performed by heating on one side under the conditions of heat seal temperature: 200°C, actual pressure: 0.2 MPa (gauge display pressure), and actual time: 2 seconds. A sample for evaluating the yarn strength of Example 1 was obtained.
이 실 강도 평가용 시료에 관해, JIS Z0238-1998에 준거하여 시마즈액세스 사제 스트로그라프(AGS-5kNX)를 사용하여, 당해 실 강도 평가용 시료를 실 부분의 내측 실런트층끼리에서 인장 속도 100㎜/분으로 T자 박리시킨 때의 박리 강도를 측정하고, 이것을 실 강도(N/15㎜ 폭)로 했다. 그 결과를 표 1에 아울러 표시한다.Regarding this sample for yarn strength evaluation, a Strograph (AGS-5kNX) manufactured by Shimadzu Access was used in accordance with JIS Z0238-1998, and the sample for yarn strength evaluation was measured at a tensile rate of 100 mm/m between the inner sealant layers of the yarn portion. The peeling strength when peeled in a T shape was measured, and this was taken as the thread strength (N/15 mm width). The results are also shown in Table 1.
<실시례 2><Example 2>
내열 가스 배리어층(21)으로서, 영률이 MD: 1.5㎬, TD: 1.2㎬, 인장 파단 강도가 MD: 210㎫, TD: 240㎫, 인장 파단 신율이 MD: 140%, TD: 120%의 2축연신 6나일론 필름(ONY-6 필름)을 이용한 이외는, 상기 실시례 1과 같게 하여 실시례 2의 시료를 제작하고, 같은 측정(평가)을 행했다. 그 결과를 표 1에 아울러 표시한다.The heat-resistant
<실시례 3><Example 3>
내열 가스 배리어층(21)으로서, 두께 15㎛의 필름을 이용한 이외는 상기 실시례 2와 같게 하여 실시례 3의 시료를 제작하고, 같은 측정(평가)을 행했다. 그 결과를 표 1에 아울러 표시한다.A sample of Example 3 was produced in the same manner as Example 2 except that a film with a thickness of 15 μm was used as the heat-resistant
<실시례 4><Example 4>
내열 가스 배리어층(21)으로서, 두께 25㎛의 필름을 이용한 이외는 상기 실시례 2와 같게 하여 실시례 4의 시료를 제작하고, 같은 측정(평가)을 행했다. 그 결과를 표 1에 아울러 표시한다.A sample of Example 4 was produced in the same manner as Example 2 except that a film with a thickness of 25 μm was used as the heat-resistant
<실시례 5><Example 5>
내열 가스 배리어층(21)으로서, 영률이 MD: 3.4㎬, TD: 3.1㎬, 인장 파단 강도가 MD: 200㎫, TD: 220㎫, 인장 파단 신율이 MD: 130%, TD: 125%의 PET 필름을 이용한 이외는 상기 실시례 1과 같게 하여 실시례 5의 시료를 제작하고, 같은 측정(평가)을 행했다. 그 결과를 표 1에 아울러 표시한다.The heat-resistant
또한 실시례 5에서, PET 필름의 영률, 인장 파단 강도 및 인장 파단 신율은 필름 작성시의 조건을 조정하고, 결정화도를 바꿈으로써 실시례 1과 다르게 했다.Additionally, in Example 5, the Young's modulus, tensile strength at break, and tensile elongation at break of the PET film were different from Example 1 by adjusting the conditions at the time of film production and changing the degree of crystallinity.
<실시례 6><Example 6>
내열 가스 배리어층(21)으로서, 영률이 MD: 1.1㎬, TD: 1.6㎬, 인장 파단 강도가 MD: 90㎫, TD: 160㎫, 인장 파단 신율이 MD: 140%, TD: 80%의 2축연신 폴리프로필렌 필름(OPP 필름)을 이용한 이외는 상기 실시례 1과 같게 하여 실시례 6의 시료를 제작하고, 같은 측정(평가)을 행했다. 그 결과를 표 1에 아울러 표시한다.The heat-resistant
<실시례 7><Example 7>
실런트층(13)으로서, 두께 10㎛의 CPP 필름을 이용한 이외는 상기 실시례 1과 같게 하여 실시례 7의 시료를 제작하고, 같은 측정(평가)을 행했다. 그 결과를 표 1에 아울러 표시한다.A sample of Example 7 was produced in the same manner as Example 1 except that a CPP film with a thickness of 10 μm was used as the
<실시례 8><Example 8>
실런트층(13)으로서, 두께 100㎛의 CPP 필름을 이용한 이외는 상기 실시례 1과 같게 하여 실시례 8의 시료를 제작하고, 같은 측정(평가)을 행했다. 그 결과를 표 1에 아울러 표시한다.A sample of Example 8 was produced in the same manner as Example 1 except that a CPP film with a thickness of 100 μm was used as the
<실시례 9><Example 9>
내열 가스 배리어층(21)으로서, 두께 10㎛의 폴리염화비닐리덴(PVDC) 필름을 이용하고, 실런트층(13)으로서, 두께 30㎛의 CPP 필름을 이용한 이외는 상기 실시례 1과 같게 하여 실시례 9의 시료를 제작하고, 같은 측정(평가)을 행했다. 그 결과를 표 1에 아울러 표시한다.The same procedure as Example 1 was carried out except that a polyvinylidene chloride (PVDC) film with a thickness of 10 μm was used as the heat-resistant
<실시례 10><Example 10>
내열 가스 배리어층(21)으로서, 두께 15㎛의 PVDC 필름을 이용한 이외는 상기 실시례 9와 같게 하여 실시례 10의 시료를 제작하고, 같은 측정(평가)을 행했다. 그 결과를 표 1에 아울러 표시한다.A sample of Example 10 was produced in the same manner as Example 9 above except that a PVDC film with a thickness of 15 μm was used as the heat-resistant
<실시례 11><Example 11>
내열 가스 배리어층(21)으로서, 두께 25㎛의 PVDC 필름을 이용한 이외는 상기 실시례 9와 같게 하여 실시례 11의 시료를 제작하고, 같은 측정(평가)을 행했다. 그 결과를 표 1에 아울러 표시한다.A sample of Example 11 was produced in the same manner as Example 9 above except that a PVDC film with a thickness of 25 μm was used as the heat-resistant
<실시례 12><Example 12>
금속박층용의 알루미늄박 외면(내면)에, PVDC를 2㎛의 두께로 코트하여 내열 가스 배리어층(21)을 형성한 이외는 상기 실시례 9와 같게 하여 실시례 12의 시료를 제작하고, 같은 측정(평가)을 행했다. 그 결과를 표 1에 아울러 표시한다.A sample of Example 12 was produced in the same manner as Example 9 above except that PVDC was coated to a thickness of 2 μm on the outer surface (inner surface) of the aluminum foil for the metal foil layer to form a heat-resistant
<실시례 13><Example 13>
내열 가스 배리어층(21)으로서, 두께 50㎛의 PVDC 필름을 이용한 이외는 상기 실시례 9와 같게 하여 실시례 13의 시료를 제작하고, 같은 측정(평가)을 행했다. 그 결과를 표 1에 아울러 표시한다.A sample of Example 13 was produced in the same manner as Example 9 above except that a PVDC film with a thickness of 50 μm was used as the heat-resistant
<비교례 1><Comparative example 1>
내열 가스 배리어층(21)으로서, 영률이 MD: 0.9㎬, TD: 1.5㎬, 인장 파단 강도가 MD: 80㎫, TD: 150㎫, 인장 파단 신율이 MD: 150%, TD: 80%의 OPP 필름을 이용한 이외는 상기 실시례 6과 같게 하여 비교례 1의 시료를 제작하고, 같은 측정(평가)을 행했다. 그 결과를 표 1에 아울러 표시한다.As the heat-resistant
또한 비교례 1에서, OPP 필름의 영률, 인장 파단 강도 및 인장 파단 신율은 필름 작성시의 조건을 조정하고, 결정화도를 바꿈으로써 실시례 6과 다르도록 했다.Additionally, in Comparative Example 1, the Young's modulus, tensile strength at break, and tensile elongation at break of the OPP film were different from Example 6 by adjusting the conditions at the time of film production and changing the degree of crystallinity.
<총평><Overall review>
표 1로부터 분명한 바와 같이, 본 발명에 관련한 실시례 1∼13의 외장재 시료는 90℃에서의 돌자성에 우수하여, 고온 환경 하에서 파손 등의 결함부가 생기기 어렵다고 생각되고, 특히 실시례 13의 외장재 시료는 돌자성이 우수했다.As is clear from Table 1, the exterior material samples of Examples 1 to 13 related to the present invention are excellent in magnetic resistance at 90°C, and it is thought that defective parts such as breakage are unlikely to occur in a high temperature environment. In particular, the exterior material sample of Example 13 has The stone magnetic properties were excellent.
이에 대해, 본 발명의 요지를 일탈하는 비교례 1의 외장재 시료는 90℃에서의 돌자성에 뒤떨어져 있어, 고온 환경 하에서는, 실시례 1∼8의 것과 비교하여, 파손 등의 결함부가 발생하기 쉽다고 생각된다.On the other hand, the exterior material sample of Comparative Example 1, which deviates from the gist of the present invention, is inferior to the magnetic resistance at 90°C, and it is thought that defective parts such as breakage are more likely to occur in a high temperature environment compared to those of Examples 1 to 8. .
본원은 2021년 8월 17일자로 출원된 일본 특허출원인 특원 2021-132728호의 우선권 주장을 수반하는 것이고, 그 개시 내용은 그대로 본원의 일부를 구성하는 것이다.This application accompanies the priority claim of Japanese Patent Application No. 2021-132728, filed on August 17, 2021, and the disclosure content constitutes a part of this application as is.
여기에 이용된 용어 및 표현은 설명을 위해 이용된 것으로서 한정적으로 해석하기 위해 이용된 것이 아니고, 여기에 나타나고 또한 진술된 특징 사항의 어떤 균등물도 배제하는 것이 아니고, 본 발명의 클레임된 범위 내에서 각종 변형도 허용하는 것이라고 인식되어야 할 것이다.The terms and expressions used herein are for the purpose of description and are not to be construed as limiting, nor do they exclude any equivalents of the features shown and stated herein, and do not exclude any equivalents of the features shown and stated herein, and are intended to cover a variety of issues within the claimed scope of the invention. It should be recognized that transformation is also allowed.
본 발명의 전고체 전지용 외장재는 고체 전지 본체를 수용하기 위한 케이싱의 재료로서 알맞게 이용할 수 있다.The exterior material for an all-solid-state battery of the present invention can be suitably used as a material for a casing for housing the solid-state battery body.
1: 외장재
11: 기재층
12: 금속박층
13: 실런트층
21: 내열 가스 배리어층
5: 고체 전지 본체1: Exterior material
11: Base layer
12: Metal foil layer
13: Sealant layer
21: Heat-resistant gas barrier layer
5: Solid battery body
Claims (5)
상기 금속박층과 상기 실런트층의 사이에 수지제인 내열 가스 배리어층이 마련되고,
상기 내열 가스 배리어층은 90℃에서의 영률이 MD 및 TD 함께 1㎬ 이상인 것을 특징으로 하는 전고체 전지용 외장재.An exterior material for an all-solid-state battery for encapsulating a solid-state battery body, comprising a base material layer, a metal foil layer laminated on the inner surface of the base layer, and a sealant layer laminated on the inner surface of the metal foil layer,
A heat-resistant gas barrier layer made of resin is provided between the metal foil layer and the sealant layer,
The heat-resistant gas barrier layer is an exterior material for an all-solid-state battery, characterized in that the Young's modulus at 90°C is 1 GPa or more in both MD and TD.
상기 내열 가스 배리어층은 90℃에서의 인장 파단 강도가 MD 및 TD 함께 100㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 전고체 전지용 외장재.According to paragraph 1,
The heat-resistant gas barrier layer is an exterior material for an all-solid-state battery, characterized in that the tensile breaking strength at 90°C is 100 MPa or more in both MD and TD.
상기 내열 가스 배리어층은 90℃에서의 인장 파단 신율이 MD 및 TD 함께 50%∼200%인 것을 특징으로 하는 전고체 전지용 외장재.According to claim 1 or 2,
The heat-resistant gas barrier layer is an exterior material for an all-solid-state battery, characterized in that the tensile elongation at rupture at 90°C is 50% to 200% in both MD and TD.
상기 내열 가스 배리어층은 상기 실런트층보다도 10℃ 이상 융점이 높은 수지에 의해 구성되고, 두께가 3㎛∼50㎛로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전고체 전지용 외장재.According to any one of claims 1 to 3,
An exterior material for an all-solid-state battery, wherein the heat-resistant gas barrier layer is made of a resin with a melting point that is at least 10°C higher than that of the sealant layer, and the thickness is set to 3 μm to 50 μm.
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