KR100889207B1 - Organic/inorganic composite porous film and electrochemical device using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 (PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), hafnia (HfO2)로 구성된 1종 이상의 무기물 입자를 함유하고, 전지용 분리막으로 사용되는 유/무기 복합 다공성 필름 및 상기 유/무기 복합 다공성 필름을 포함하는 전기 화학 소자를 제공한다.Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT), Pb 1-x La x Zr 1-y Ti y O 3 (PLZT), PB (Mg 3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PMN- PT), an organic / inorganic composite porous film containing one or more inorganic particles composed of hafnia (HfO 2 ) and used as a battery separator, and an electrochemical device including the organic / inorganic composite porous film.

본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름을 구비하는 전기 화학 소자는 안전성 및 성능 향상을 동시에 도모할 수 있다.The electrochemical device having the organic / inorganic composite porous film of the present invention can simultaneously improve safety and performance.

무기물, 고분자, 기공, 필름, 분리막, 전해질, 리튬 이차 전지, 전기 화학 소자 Inorganic materials, polymers, pores, films, separators, electrolytes, lithium secondary batteries, electrochemical devices

Description

유/무기 복합 다공성 필름 및 이를 이용하는 전기 화학 소자{ORGANIC/INORGANIC COMPOSITE POROUS FILM AND ELECTROCHEMICAL DEVICE USING THE SAME}Organic / inorganic composite porous film and electrochemical device using the same {ORGANIC / INORGANIC COMPOSITE POROUS FILM AND ELECTROCHEMICAL DEVICE USING THE SAME}

도 1은 본 발명에 따라 제조된 유/무기 복합 다공성 필름의 모식도이다.1 is a schematic diagram of an organic / inorganic composite porous film prepared according to the present invention.

도 2는 실시예 1에서 제조된 유/무기 복합 다공성 필름(PVdF-HFP/BaTiO3)의 주사 전자 현미경(scanning electron microscope: SEM) 사진이다. FIG. 2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the organic / inorganic composite porous film (PVdF-HFP / BaTiO 3 ) prepared in Example 1. FIG.

도 3은 비교예 1에서 사용된 폴리올레핀 계열 분리막(PP/PE/PP)의 SEM 사진이다.3 is a SEM photograph of the polyolefin-based separator (PP / PE / PP) used in Comparative Example 1.

도 4는 비교예 4에 따라 가소제를 이용하여 제조된 다공성 필름의 SEM 사진이다.4 is an SEM photograph of a porous film prepared using a plasticizer according to Comparative Example 4.

도 5는 실시예 1에서 제조된 유/무기 복합 다공성 필름(PVdF-HFP/BaTiO3), 상용화된 PP/PE/PP 분리막 및 PE 분리막을 각각 150℃에서 1시간 방치한 후의 사진이다5 is a photograph of the organic / inorganic composite porous film (PVdF-HFP / BaTiO 3 ), commercially available PP / PE / PP separator and PE separator prepared in Example 1 after being left at 150 ° C. for 1 hour.

도 6은 상용화된 PP/PE/PP 분리막과 실시예 1 에서 제조된 유/무기 복합 다공성 필름(PVdF-HFP/BaTiO3)을 각각 구비한 비교예 1 및 실시예 1의 리튬 이차 전지의 과충전 실험 비교 사진이다.6 is an overcharge experiment of lithium secondary batteries of Comparative Examples 1 and 1 each equipped with a commercialized PP / PE / PP separator and an organic / inorganic composite porous film (PVdF-HFP / BaTiO 3 ) prepared in Example 1, respectively. Comparison picture.

도 7은 본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름에서 무기물 입자의 함량 변화에 따른 이온 전도도의 변화를 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing the change in the ionic conductivity according to the content change of the inorganic particles in the organic / inorganic composite porous film of the present invention.

본 발명은 종래 폴리올레핀 계열 분리막에 비해 탁월한 열적 안전성, 우수한리튬 이온 전도도 및 전해액 함침율을 나타낼 수 있는 새로운 개념의 유/무기 복합 다공성 필름 및 이를 포함하여 안전성 확보와 성능 향상을 동시에 도모하는 전기 화학 소자에 관한 것이다. The present invention is an organic / inorganic composite porous film of a new concept that can exhibit excellent thermal stability, excellent lithium ion conductivity, and electrolyte impregnation rate compared to the conventional polyolefin-based separator, and an electrochemical device which simultaneously improves safety and improves performance. It is about.

최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더, 노트북 및 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용 분야가 확대됨에 따라 전지의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기 화학 소자는 이러한 측면에서 가장 주목받는 분야이며, 그 중에서도 충방전이 가능한 이차 전지의 개발은 관심의 촛점이 되고 있다.Recently, interest in energy storage technology is increasing. As the field of application extends to the energy of mobile phones, camcorders, notebooks and PCs, and even electric vehicles, efforts for research and development of batteries are becoming more concrete. The electrochemical device is the most attracting field in this respect, and among them, the development of a secondary battery capable of charging and discharging has been the focus of attention.

이차 전지는 화학 에너지와 전기 에너지의 가역적 상호변환을 이용해 충전과 방전을 반복할 수 있는 화학 전지로서, Ni-MH 이차 전지와 리튬 이차 전지로 구분된다. 리튬 이차 전지에는 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등이 있다.Secondary batteries are chemical cells capable of repeating charging and discharging using reversible interconversion of chemical and electrical energy, and are classified into Ni-MH secondary batteries and lithium secondary batteries. Lithium secondary batteries include lithium metal secondary batteries, lithium ion secondary batteries, lithium polymer secondary batteries or lithium ion polymer secondary batteries.

리튬 이차 전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 크다는 장점이 있기 때문에 현재 많은 회사에서 생산되고 있으나, 그들의 안전성 특성은 각기 다른 양상을 보이고 있다. 전지의 안전성 평가 및 안전성 확보는 가장 중요하게 고려해야 될 사항이므로, 이에 따라 리튬 이차 전지의 안전 규격은 전지 내의 발화 및 발연 등을 엄격히 규제하고 있다. Lithium secondary batteries are currently produced by many companies because of their high operating voltage and high energy density, compared to conventional Ni-MH batteries using aqueous electrolyte solutions, but their safety characteristics are different. The safety evaluation and safety of the battery are the most important considerations, and accordingly, the safety standard of the lithium secondary battery strictly regulates ignition and smoke in the battery.

현재 생산중인 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지는 양극과 음극의 단락을 방지하고자, 폴리올레핀 계열 분리막을 사용하고 있다. 폴리올레핀 계열 분리막은 200℃ 이하에서 용융되는 물성을 가지고 있기 때문에, 내부 및/또는 외부 자극에 의해 전지가 고온으로 상승할 경우 분리막의 수축 혹은 용융 등과 같은 부피 변화가 발생하게 되며, 이로 인해 양 전극의 단락, 전기 에너지의 방출 등으로 폭발 등이 발생할 수 있다. 따라서, 고온에서 열 수축이 일어나지 않는 분리막의 개발이 요구되고 있다.Lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries currently in production use polyolefin-based separators to prevent short circuits between the positive and negative electrodes. Since the polyolefin-based separator has a property of melting at 200 ° C. or lower, when the battery rises to a high temperature due to internal and / or external magnetic poles, a volume change such as shrinkage or melting of the separator occurs. An explosion may occur due to a short circuit, the release of electrical energy, or the like. Therefore, there is a demand for development of a separator in which heat shrinkage does not occur at high temperatures.

전술한 폴리올레핀 계열 분리막의 문제점을 개선하기 위하여 종래의 분리막을 대체할 수 있는 무기물이 적용된 전해질을 개발하고자 많은 시도들이 있었는데, 이들을 크게 분류하면 2가지가 있다. 첫째는 리튬 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 단독으로 이용하거나 또는 리튬 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자 및 고분자 매트릭스를 혼합하여 복합 고체 전해질을 제조하는 것이다(일본 공개번호 제 2003-022707호; Solid State Ionics, vol.158, n.3, p275, 2003; Journal of Power Sources, vol.112, n.1, p209, 2002; Electrochimica Acta, vol.48, n.14, p2003, 2003). 그러나 액체 전해질에 비해 낮은 무기물의 이온 전도도 및 고분자와 혼합시 무기물과 고분자간의 계면 저항 증가 등으로 인해 더 이상의 진전이 없는 것으로 알려졌다.In order to improve the above problems of the polyolefin-based separator, there have been many attempts to develop an electrolyte to which an inorganic material can be substituted for the conventional separator. The first is to prepare a composite solid electrolyte by using inorganic particles having lithium ion transfer capability alone or by mixing inorganic particles and polymer matrix having lithium ion transfer capability (Japanese Laid-Open Publication No. 2003-022707; Solid State Ionics , vol. 158, n.3, p275, 2003; Journal of Power Sources , vol. 112, n.1, p209, 2002; Electrochimica Acta , vol. 48, n. 14, p2003, 2003). However, it is known that no further progress has been made due to the lower ionic conductivity of inorganic materials and the increase of interfacial resistance between inorganic materials and polymers when mixed with polymers.

둘째는 리튬 이온 전달 능력이 없거나 또는 있는 무기물 입자를 고분자 및 액체 전해질로 구성된 겔형 고분자 전해질(gel polymer electrolyte)과 함께 섞어 전해질을 제조하는 것이다. 이 경우 무기물은 고분자 및 액체 전해질에 비해 소량 투입되며, 액체 전해질에 의해 이루어지는 리튬 이온 전달을 도와주는 보조 기능을 지니게 된다. Second, an electrolyte is prepared by mixing an inorganic particle having no or no lithium ion transfer capacity with a gel polymer electrolyte composed of a polymer and a liquid electrolyte. In this case, the inorganic material is added in a small amount compared to the polymer and the liquid electrolyte, and has an auxiliary function to assist the lithium ion transfer made by the liquid electrolyte.

그러나 상기와 같이 제조된 전해질은 전해질 내 기공이 존재하지 않거나 또는 기공이 존재한다 하더라도 인위적인 가소제 투입에 의해 형성된 옹스트롬(Å) 단위의 기공 크기 및 낮은 기공도로 인해 분리막으로서의 역할을 충실히 수행하지 못했으며, 이로 인해 전지의 성능 저하가 필수적으로 초래되었다. However, the electrolyte prepared as described above did not faithfully serve as a separator even if no pores existed in the electrolyte or even if there were pores, due to the pore size and low porosity of the angstrom unit formed by artificial plasticizer injection. This necessitated a decrease in battery performance.

본 발명자들은 (1) 무기물 입자와 (2) 바인더 고분자를 구성 성분으로 사용하여 형성된 유/무기 복합 다공성 필름이 종래 폴리올레핀 계열 분리막의 취약한 열적 안전성을 향상시킬 뿐만 아니라, 필름 내 무기물 입자들에 의해 형성된 마이크로 단위의 기공 구조로 인해 액체 전해액이 들어갈 공간이 증가하여 리튬 이온 전도도 및 전해액 함침율이 향상되므로, 이를 통해 상기 유/무기 복합 다공성 필름을 분리막으로 사용하는 전기 화학 소자의 성능 및 안전성을 동시에 향상시킬 수 있다는 사실을 밝혀내었다. The present inventors have found that organic / inorganic composite porous films formed using (1) inorganic particles and (2) binder polymers as components may not only improve the weak thermal stability of conventional polyolefin-based separators, but are also formed by inorganic particles in the film. The pore structure of the micro unit increases the space for the liquid electrolyte to increase the lithium ion conductivity and the electrolyte impregnation rate, thereby simultaneously improving the performance and safety of the electrochemical device using the organic / inorganic composite porous film as a separator. It turns out that you can.

이에, 본 발명은 전기 화학 소자의 성능 및 안전성을 모두 향상시킬 수 있는 유/무기 복합 다공성 필름 및 이의 제조 방법과, 이를 포함하는 전기 화학 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an organic / inorganic composite porous film and a manufacturing method thereof, and an electrochemical device including the same, which can improve both performance and safety of an electrochemical device.

본 발명은 Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 (PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), hafnia (HfO2)로 구성된 1종 이상의 무기물 입자를 함유하고, 전지용 분리막으로 사용되는 유/무기 복합 다공성 필름 및 상기 유/무기 복합 다공성 필름을 포함하는 전기 화학 소자, 바람직하게는 리튬 이차 전지를 제공한다.Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT), Pb 1-x La x Zr 1-y Ti y O 3 (PLZT), PB (Mg 3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PMN- PT), an organic / inorganic composite porous film containing at least one inorganic particle composed of hafnia (HfO 2 ) and used as a battery separator, and an electrochemical device comprising the organic / inorganic composite porous film, preferably lithium secondary Provide a battery.

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이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

본 발명은 전지의 양극과 음극 사이의 전자적 접촉을 방지하면서 이온을 통과시키는 종래 분리막의 기능을 충실히 수행할 뿐만 아니라, 열적 안전성, 우수한 리튬 이온 전도도 및 전해액 함침율을 나타내는 새로운 개념의 유/무기 복합 다공성 필름을 제공하는 것을 가장 큰 특징으로 한다.The present invention not only faithfully performs the function of the conventional separator for passing ions while preventing electronic contact between the positive electrode and the negative electrode of the battery, and a new concept of organic / inorganic composite showing thermal safety, excellent lithium ion conductivity, and electrolyte impregnation rate. It is the biggest feature to provide a porous film.

상기 유/무기 복합 다공성 필름은 무기물 입자와 바인더 고분자를 구성 성분으로 사용하여 제조되며, 이때 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)에 의해 형성된 균일하고 내열성을 갖는 마이크로 단위의 기공 구조로 인해 분리막으 로 사용될 수 있다. 또한, 바인더 고분자 성분으로 액체 전해액 함침시 겔화 가능한 고분자를 사용하는 경우 전해질로도 동시에 사용할 수 있다. The organic / inorganic composite porous film is manufactured by using inorganic particles and a binder polymer as a constituent component, and at this time, the separator is formed due to the uniform and heat resistant micro-unit pore structure formed by the interstitial volume between the inorganic particles. Can be used as In addition, in the case of using a gelable polymer when impregnating a liquid electrolyte as a binder polymer component, it may be used simultaneously as an electrolyte.

상기 유/무기 복합 다공성 필름의 특징에 대하여 보다 구체적인 설명을 하면, 하기와 같다.If more specific description of the characteristics of the organic / inorganic composite porous film, as follows.

1) 본 발명은 유/무기 복합 다공성 필름의 구성 성분인 무기물 입자로 인해 열적 안전성을 나타낼 수 있다.1) The present invention may exhibit thermal safety due to the inorganic particles which are components of the organic / inorganic composite porous film.

즉, 종래 폴리올레핀 계열 분리막은 융점이 120~140℃이므로 고온에서 열수축이 일어나지만, 상기 무기물 입자 및 바인더 고분자로 이루어진 유/무기 복합 다공성 필름은 무기물 입자의 내열성으로 인해 고온 열수축이 발생하지 않는다. 따라서, 상기 유/무기 복합 다공성 필름을 분리막으로 이용하는 전기 화학 소자에서는 고온, 과충전 등의 과도한 조건에서도 양극/음극 내부 단락에 의한 안전성 저하가 전혀 발생하지 않게 되므로, 종래 전지들에 비하여 매우 안전한 특성을 나타내게 된다.That is, in the conventional polyolefin-based separator, since the melting point is 120 to 140 ° C., heat shrinkage occurs at high temperature. However, the organic / inorganic composite porous film made of the inorganic particles and the binder polymer does not generate high temperature heat shrinkage due to the heat resistance of the inorganic particles. Therefore, in the electrochemical device using the organic / inorganic composite porous film as a separator, the safety deterioration due to the internal short circuit of the anode / cathode does not occur at all even under excessive conditions such as high temperature and overcharging, and thus it is very safe compared to conventional batteries. Will be displayed.

2) 종래 무기물 입자와 바인더 고분자를 이용하여 제조된 고체 전해질은 전해질 내 기공 구조가 존재하지 않거나 또는 기공이 존재한다 하더라도 불균일하고 옹스트롬(Å) 단위의 기공 크기 및 기공 구조로 인해 리튬 이온을 통과시키는 스페이서(spacer) 역할을 충실히 수행하지 못했으며, 이를 통해 전지의 성능 저하가 필수적으로 초래되었다. 이에 비해, 본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름은 도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이 무기물 입자들간의 빈 공간으로 인한 균일한 마이크로 단위의 기공 구조가 다수 형성되어 있으며, 이러한 기공을 통해 리튬 이온의 원활한 이동이 이루어지고, 다량의 전해액이 채워져 높은 함침율을 나타낼 수 있으므로, 전지의 성능 향상을 함께 도모할 수 있다.2) The solid electrolyte prepared using the inorganic particles and the binder polymer in the related art is non-uniform even though there is no pore structure or no pore in the electrolyte, and is non-uniform and allows lithium ions to pass through due to the pore size and pore structure of the angstrom unit. Failed to perform the role of a spacer faithfully, this caused a deterioration of the performance of the battery. In contrast, the organic / inorganic composite porous film of the present invention has a plurality of pore structures of uniform micro units due to the void space between the inorganic particles, as shown in FIGS. Smooth movement is achieved, and a large amount of electrolyte can be filled to exhibit a high impregnation rate, so that the performance of the battery can be improved together.

3) 상기 유/무기 복합 다공성 필름은 구성 성분인 무기물 입자의 입경이나 무기물 입자와 고분자의 조성비를 다양화함에 따라 기공 크기 및 기공도를 조절할 수 있다. 이 기공 구조는 후에 주입되는 액체 전해질로 채워지게 되는데, 이로 인해 무기물 입자들 사이 또는 무기물 입자와 바인더 고분자 사이에서 발생하는 계면 저항이 크게 감소하는 효과를 나타내게 된다.3) The organic / inorganic composite porous film can adjust pore size and porosity by varying the particle diameter of the inorganic particles as a component or the composition ratio of the inorganic particles and the polymer. This pore structure is filled with the liquid electrolyte injected later, which results in a significant reduction in the interfacial resistance generated between the inorganic particles or between the inorganic particles and the binder polymer.

4) 상기 유/무기 복합 다공성 필름의 구성 성분인 무기물 입자가 고유전율을 가질 경우, 무기물 입자의 내열성 뿐만 아니라 리튬 이온 전도도를 향상시킬 수 있으므로, 이를 통해 전지의 성능 향상을 도모할 수 있다.4) When the inorganic particles, which are components of the organic / inorganic composite porous film, have a high dielectric constant, lithium ion conductivity can be improved as well as heat resistance of the inorganic particles, thereby improving performance of the battery.

5) 또한, 상기 유/무기 복합 다공성 필름의 구성 성분인 바인더 고분자가 전해액 함침율이 우수한 고분자인 경우, 전지 조립 후 주입되는 전해액은 상기 고분자로 스며들게 되고, 흡수된 전해액을 보유하는 고분자는 전해질 이온 전도 능력을 갖게 된다. 따라서, 종래 유/무기 복합 전해질에 비하여 전기 화학 소자의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 종래 소수성 폴리올레핀 계열 분리막에 비해 전지용 전해액에 대한 젖음성(wetting)이 개선될 뿐만 아니라 종래에 사용되기 어려웠던 전지용 극성 전해액의 적용도 가능하다는 장점이 있다. 5) In addition, when the binder polymer which is a component of the organic / inorganic composite porous film is a polymer having an excellent electrolyte solution impregnation rate, the electrolyte injected after battery assembly is permeated into the polymer, and the polymer having the absorbed electrolyte is electrolyte ions. You will have the ability to evangelize. Therefore, it is possible to improve the performance of the electrochemical device as compared to the conventional organic / inorganic composite electrolyte. In addition, compared with the conventional hydrophobic polyolefin-based separator, the wettability of the battery electrolyte is improved and the polar electrolyte solution for the battery, which has been difficult to be used in the related art, is also possible.

6) 추가적으로, 상기 고분자가 전해액 함침시 겔화 가능한 고분자인 경우, 이후 주입된 전해액과 고분자가 반응하여 겔화됨으로써 겔형 유/무기 복합 전해질을 형성할 수 있다. 이와 같이 형성된 전해질은 종래 겔형 전해질에 비해 제조 공 정이 용이할 뿐만 아니라 높은 이온 전도도 및 전해액 함침율을 나타내어 전지의 성능 향상을 도모할 수 있다. 6) In addition, in the case where the polymer is a gelable polymer when the electrolyte is impregnated, then the injected electrolyte and the polymer may react to gel to form a gel-type organic / inorganic composite electrolyte. The electrolyte thus formed is easier to manufacture than conventional gel electrolytes, and exhibits high ion conductivity and electrolyte impregnation rate, thereby improving battery performance.

본 발명에 따른 유/무기 복합 다공성 필름의 주요 성분 중 하나는 Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 (PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), hafnia (HfO2)로 구성된 1종 이상의 무기물 입자이다. 상기 무기물 입자는 최종 유/무기 복합 다공성 필름을 제조하는 주성분으로서, 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)을 가능하게 하여 미세 기공을 형성하는 역할을 한다. 또한 물리적 형태를 유지할 수 있는 일종의 스페이서(spacer) 역할을 겸하게 된다. 추가적으로 상기 무기물 입자는 일반적으로 200℃ 이상의 고온이 되어도 물리적 특성이 변하지 않는 특성을 갖기 때문에, 형성된 유/무기 복합 다공성 필름이 탁월한 내열성을 갖게 된다. One of the main components of the organic / inorganic composite porous film according to the present invention is Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT), Pb 1-x La x Zr 1-y Ti y O 3 (PLZT), PB (Mg 3 At least one inorganic particle consisting of Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT) and hafnia (HfO 2 ). The inorganic particles serve as a main component for producing the final organic / inorganic composite porous film, and form micro pores by enabling an interstitial volume between the inorganic particles. It also serves as a kind of spacer to maintain physical shape. In addition, since the inorganic particles generally have a property that physical properties do not change even at a high temperature of 200 ° C. or more, the formed organic / inorganic composite porous film has excellent heat resistance.

상기 무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 무기물 입자는 적용되는 전지의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는 경우 전기 화학 소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있으므로, 가능한 이온 전도도가 높은 것이 바람직하다. 또한, 상기 무기물 입자가 높은 밀도를 갖는 경우 코팅시 분산시키는데 어려움이 있을 뿐만 아니라 전지 제조시 무게 증가의 문제점도 있으므로, 가능한 밀도가 작은 것이 바람직하다. 또한, 유전율이 높은 무기물인 경우 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.The inorganic particles are not particularly limited as long as they are electrochemically stable. That is, the inorganic particles that can be used in the present invention are not particularly limited as long as the oxidation and / or reduction reactions do not occur in the operating voltage range of the battery to be applied (for example, 0 to 5 V on the basis of Li / Li + ). In particular, in the case of using the inorganic particles having the ion transfer ability, since the ion conductivity in the electrochemical device can be improved to improve the performance, it is preferable that the ion conductivity is as high as possible. In addition, when the inorganic particles have a high density, it is not only difficult to disperse during coating, but also has a problem of weight increase during battery manufacturing, and therefore, the smallest density is desirable. In addition, in the case of the inorganic material having a high dielectric constant, it is possible to improve the dissociation degree of the electrolyte salt, such as lithium salt, in the liquid electrolyte, thereby improving the ionic conductivity of the electrolyte solution.

전술한 이유들로 인해, 상기 무기물 입자는 유전율 상수가 5 이상, 바람직하게는 10 이상인 고유전율 무기물 입자가 바람직하다.For the above reasons, the inorganic particles are preferably high dielectric constant inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more, preferably 10 or more.

유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자의 비제한적인 예로는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3 (PLZT), PB(Mg3Nb2 /3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), hafnia (HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, TiO2 , SiC 또는 이들의 혼합체 등이 있다.Non-limiting examples of inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more include BaTiO 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT), Pb 1 - x La x Zr 1 - y Ti y O 3 (PLZT), PB (Mg 3 Nb 2/3) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), hafnia (HfO 2), SrTiO 3, SnO 2, CeO 2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2, Y 2 O 3, Al 2 O 3 , TiO 2 , SiC Or mixtures thereof.

본 발명에서는 종래 코팅재로 사용되던 무반응성; 또는 저유전율 무기물 입자들 보다 고유전율 특성을 갖는 무기물 입자를 사용할 뿐만 아니라, 종래 사용된 적이 없는 무기물 입자들을 신규 용도인 분리막 용도로 사용하는 것에 특징이 있다. In the present invention, the non-reactive used as a conventional coating material; In addition, the inorganic particles having higher dielectric constant characteristics than the low dielectric constant inorganic particles are used, as well as the use of inorganic particles that have not been used conventionally is characterized in using a new membrane application.

종래 사용된 적이 없는 무기물 입자, 즉 Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1 - xLaxZr1 -yTiyO3 (PLZT), PB(Mg3Nb2 /3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), hafnia (HfO2) 들은 유전율 상수 100 이상인 고유전율 특성을 나타낼 뿐만 아니라 일정 압력을 인가하여 인장 또는 압축되는 경우 전하가 발생하여 양쪽 면 간에 전위차가 발생하는 압전성(piezoelectricity)을 가짐으로써, 외부 충격에 의한 양(兩) 전극의 내부 단락 발생을 방지하여 전지의 안전성 향상을 근본적으로 도모할 수 있다. 또한, 전술한 고유전율 무기물 입자들을 사용할 경우 이들의 상승 효과는 배가될 수 있다.Mineral particles that have not been conventionally used, i.e., Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT), Pb 1 - x La x Zr 1 - yTi y O 3 (PLZT), PB (Mg 3 Nb 2/3) O 3 - PbTiO 3 (PMN-PT) and hafnia (HfO 2 ) not only exhibit high dielectric constants with dielectric constants of more than 100, but also piezoelectricity, in which electric charges occur when tension or compression is applied under constant pressure, resulting in a potential difference between both sides. By having this, the internal short circuit of the positive electrode due to external impact can be prevented and the safety of the battery can be fundamentally improved. In addition, the synergistic effect of the above-described high dielectric constant inorganic particles may be doubled.

본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름은 구성 성분인 무기물 입자의 크기, 무기물 입자의 함량 및 무기물 입자와 고분자의 조성을 조절함으로써, 마이크로 단위의 기공을 형성할 수 있으며, 또한 기공 크기 및 기공도를 조절할 수 있다.The organic / inorganic composite porous film of the present invention can form pores in micro units by adjusting the size of inorganic particles, the content of inorganic particles, and the composition of inorganic particles and polymers, and also control pore size and porosity. Can be.

상기 무기물 입자의 크기는 제한이 없으나, 균일한 두께의 필름 형성 및 적절한 공극률을 위하여 가능한 한 0.001 내지 10㎛ 범위인 것이 바람직하다. 0.001㎛ 미만인 경우 분산성이 저하되어 유/무기 복합 다공성 필름의 물성을 조절하기가 어려우며, 10㎛를 초과하는 경우 동일한 고형분 함량으로 제조되는 유/무기 복합 다공성 필름의 두께가 증가하여 기계적 물성이 저하되며, 또한 지나치게 큰 기공 크기로 인해 전지 충방전시 내부 단락이 일어날 확률이 높아진다. The size of the inorganic particles is not limited, but is preferably in the range of 0.001 to 10 μm as much as possible for film formation and proper porosity of uniform thickness. If the thickness is less than 0.001㎛, it is difficult to control the physical properties of the organic / inorganic composite porous film because the dispersibility is lowered. If the thickness is more than 10㎛, the thickness of the organic / inorganic composite porous film manufactured with the same solids content is increased, thereby decreasing the mechanical properties. In addition, due to the excessively large pore size, there is a high probability that an internal short circuit occurs during battery charging and discharging.

상기 무기물 입자의 함량은 유/무기 복합 다공성 필름을 구성하는 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물 100 중량% 당 50 내지 99 중량% 범위가 바람직하며, 특히 60 내지 95 중량%가 더욱 바람직하다. 50 중량% 미만일 경우 고분자의 함량이 지나치게 많게 되어 무기물 입자들 사이에 형성되는 빈 공간의 감소로 인한 기공 크기 및 기공도가 감소되어 최종 전지 성능 저하가 야기될 수 있다. 99 중량%를 초과할 경우 고분자 함량이 너무 적기 때문에 무기물 사이의 접착력 약화로 인해 최종 유/무기 복합 다공성 필름의 기계적 물성이 저하된다.The content of the inorganic particles is preferably in the range of 50 to 99% by weight, more preferably 60 to 95% by weight, per 100% by weight of the mixture of the inorganic particles and the binder polymer constituting the organic / inorganic composite porous film. If the content is less than 50% by weight, the content of the polymer may be excessively large, resulting in a decrease in pore size and porosity due to a decrease in the void space formed between the inorganic particles, resulting in deterioration of final battery performance. If the content exceeds 99% by weight, the polymer content is too small, and the mechanical properties of the final organic / inorganic composite porous film are reduced due to the weakening of the adhesion between the inorganic materials.

본 발명에 따른 유/무기 복합 다공성 필름의 주요 성분 중 다른 하나는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 고분자이다. 특히, 유리 전이 온도(glass transition temperature, Tg)가 가능한 낮은 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 -200 내지 200℃ 범위이다. 이는 최종 필름의 유연성 및 탄성 등과 같은 기계적 물성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 상기 고분자는 무기물 입자들과 입자 사이를 연결 및 안정하게 고정시켜주는 바인더 역할을 충실히 수행함으로써, 최종 제조되는 유/무기 복합 다공성 필름의 기계적 물성 저하 방지에 기여한다.The other one of the main components of the organic / inorganic composite porous film according to the present invention is a polymer commonly used in the art. In particular, it is possible to use a glass transition temperature (T g ) as low as possible, preferably in the range of -200 to 200 ℃. This is because the mechanical properties such as flexibility and elasticity of the final film can be improved. The polymer faithfully plays a role of a binder for stably connecting and stably connecting the inorganic particles and the particles, thereby contributing to the prevention of mechanical property deterioration of the organic / inorganic composite porous film to be manufactured.

또한, 상기 바인더 고분자는 이온 전도 능력을 반드시 가질 필요는 없으나, 이온 전도 능력을 갖는 고분자를 사용할 경우 전기 화학 소자의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 바인더 고분자는 가능한 유전율 상수가 높은 것이 바람직하다. 실제로 전해액에서 염의 해리도는 전해액 용매의 유전율 상수에 의존하기 때문에, 상기 고분자의 유전율 상수가 높을수록 본 발명의 전해질에서의 염 해리도를 향상시킬 수 있다. 상기 고분자의 유전율 상수는 1.0 내지 100 (측정 주파수 = 1 kHz) 범위가 사용 가능하며, 특히 10 이상인 것이 바람직하다.In addition, the binder polymer does not necessarily have an ion conducting ability, but when the polymer having an ion conducting ability is used, the performance of the electrochemical device may be further improved. Therefore, the binder polymer is preferably as high as possible dielectric constant. In fact, since the dissociation degree of the salt in the electrolyte depends on the dielectric constant of the electrolyte solvent, the higher the dielectric constant of the polymer, the higher the salt dissociation in the electrolyte of the present invention. The dielectric constant of the polymer may be in the range of 1.0 to 100 (measurement frequency = 1 kHz), particularly preferably 10 or more.

전술한 기능 이외에, 본 발명의 바인더 고분자는 액체 전해액 함침시 겔화됨으로써 높은 전해액 함침율(degree of swelling)을 나타낼 수 있는 특징을 가질 수 있다. 이에 따라, 용해도 지수가 15 내지 45 MPa1 / 2 인 고분자가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 15 내지 25 MPa1 /2 및 30 내지 45 MPa1 /2 범위이다. 따라서, 폴리올레핀류와 같은 소수성 고분자들보다는 극성기를 많이 갖는 친수성 고분자들이 바람직하다. 용해도 지수가 15 MPa1 /2 미만 및 45 MPa1 /2를 초과할 경우, 통상적인 전지용 액체 전해액에 의해 함침(swelling)되기 어렵기 때문이다. In addition to the functions described above, the binder polymer of the present invention may have a feature that can exhibit a high degree of swelling of the electrolyte by gelling when the liquid electrolyte is impregnated. In this way, and a solubility parameter of 15 to 45 MPa 1/2 is preferably a polymer, more preferably from 15 to 25 MPa 1/2, and 30 to 45 MPa 1/2 range. Therefore, hydrophilic polymers having more polar groups than hydrophobic polymers such as polyolefins are preferable. If the solubility is more than 15 MPa 1/2 and less than 45 MPa 1/2, it is difficult to be impregnated with (swelling) by conventional liquid electrolyte batteries.

사용 가능한 바인더 고분자의 비제한적인 예로는 폴리비닐리덴 풀루오라이드 -헥사풀루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 풀루란 (pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose), 아크리로니트릴스티렌부타디엔 공중합체 (acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer), 폴리이미드(polyimide) 또는 이들의 혼합체 등이 있다. 이외에도 상술한 특성을 포함하는 물질이라면 어느 재료라도 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.Non-limiting examples of binder polymers that can be used include polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene, Polymethylmethacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, ethylene vinyl acetate copolymer, polyethylene oxide ( polyethylene oxide, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol Cyanoethylcellulose (cyanoeth ylcellulose, cyanoethylsucrose, pullulan, carboxyl methyl cellulose, acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer, polyimide or these And mixtures thereof. In addition, any material can be used singly or in combination as long as it contains the above-described properties.

본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름은 전술한 무기물 입자 및 고분자 이외에, 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다.The organic / inorganic composite porous film of the present invention may further include other additives in addition to the above-described inorganic particles and polymers.

무기물 입자 및 바인더 고분자를 포함하는 혼합물을 이용하여 본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름을 제조하는 경우 크게 3가지의 실시 형태가 이루어질 수 있으나, 이를 제한하는 것은 아니다. When preparing the organic / inorganic composite porous film of the present invention using a mixture including inorganic particles and a binder polymer, three embodiments can be largely made, but not limited thereto.

첫째는 무기물 입자 및 고분자의 혼합물을 사용하여 단독으로 유/무기 복합 다공성 필름을 형성하는 것이다. 둘째는 상기 혼합물을 기공을 갖는 다공성 기재상에 코팅함으로써 유/무기 복합 다공성 필름을 형성하는 것으로서, 이때 다공성 기재상에 코팅된 필름은 다공성 기재의 표면 또는 기재 중 기공부 일부가 무기물 입자 및 고분자의 혼합물로 코팅된 활성층을 포함하게 된다. 셋째는 상기 혼합물을 양극 및/또는 음극에 코팅함으로써 유/무기 복합 다공성 필름을 제조할 수 있으며, 이때 제조된 필름은 전극과 일체형이 된다. The first is to form an organic / inorganic composite porous film alone using a mixture of inorganic particles and a polymer. The second is to form an organic / inorganic composite porous film by coating the mixture on a porous substrate having pores, wherein the film coated on the porous substrate has a surface of the porous substrate or a portion of the pores of the substrate of the inorganic particles and the polymer. It will comprise an active layer coated with a mixture. Third, an organic / inorganic composite porous film may be prepared by coating the mixture on the positive electrode and / or the negative electrode, wherein the prepared film is integrated with the electrode.

본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름의 실시 형태 중 상기 무기물 입자와 고분자를 포함하는 혼합물로 코팅되는 다공성 기재는 기공부를 포함하는 다공성 기재이기만 하면 특별히 제한되지 않으며, 특히 용융 온도 200℃ 이상인 내열성 다공성 기재인 것이 바람직하다. 이는 외부 및/또는 내부의 열 자극에 의해 발생할 수 있는 유/무기 복합 다공성 필름의 열적 안전성을 향상시키기 위해서이다. 상기 기공부를 갖고, 용융 온도 200℃ 이상인 다공성 기재 재료의 비제한적인 예로는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드로 (polyphenylenesulfidro), 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene) 또는 이들의 혼합체 등이 있으며, 기타 내열성 엔지니어링 플라스틱을 제한 없이 사용할 수 있다.In the embodiment of the organic / inorganic composite porous film of the present invention, the porous substrate coated with the mixture containing the inorganic particles and the polymer is not particularly limited as long as it is a porous substrate including pores, and particularly, a heat resistant porous material having a melting temperature of 200 ° C. or higher. It is preferable that it is a base material. This is to improve the thermal safety of the organic / inorganic composite porous film which may be caused by external and / or internal heat stimulation. Non-limiting examples of the porous base material having the pore portion and the melting temperature of 200 ℃ or more include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyester, polyacetal, polyamide polyamide, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenyleneoxide, polyphenylenesulfidro, polyethylenenaphthalene (polyethylenenaphthalene) or mixtures thereof, and other heat-resistant engineering plastics can be used without limitation.

상기 다공성 기재의 두께는 크게 제한이 없으나, 1 내지 100㎛ 범위가 바람직하며, 5 내지 50㎛ 범위가 더욱 바람직하다. 1㎛ 미만일 경우에는 기계적 물성을 유지하기가 어렵고, 100㎛를 초과할 경우에는 저항층으로 작용하게 된다.The thickness of the porous substrate is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 to 100 μm, more preferably in the range of 5 to 50 μm. If it is less than 1㎛ it is difficult to maintain the mechanical properties, if it exceeds 100㎛ acts as a resistive layer.

상기 다공성 기재 중 기공 크기 및 기공도는 특별한 제한이 없으며, 기공도는 5 내지 95%가 바람직하다. 기공 크기(직경)는 0.01 내지 50㎛가 바람직하며, 0.1 내지 20㎛가 더욱 바람직하다. 기공 크기 및 기공도가 각각 0.01㎛ 및 10% 미만일 경우 저항층으로 작용하게 되며, 기공 크기 및 기공도가 50㎛ 및 95%를 초과할 경우에는 기계적 물성을 유지하기가 어렵게 된다. Pore size and porosity of the porous substrate is not particularly limited, porosity is preferably 5 to 95%. The pore size (diameter) is preferably 0.01 to 50 µm, more preferably 0.1 to 20 µm. When the pore size and porosity are less than 0.01 μm and 10%, respectively, it acts as a resistive layer, and when the pore size and porosity exceeds 50 μm and 95%, it becomes difficult to maintain mechanical properties.

상기 다공성 기재는 섬유 또는 막(membrane) 형태일 수 있으며, 섬유일 경우에는 다공성 웹(web)을 형성하는 부직포로서, 장섬유로 구성된 스폰본드 (Spunbond) 또는 멜트 블로운 (Melt blown) 형태인 것이 바람직하다. The porous substrate may be in the form of fibers or membranes, and in the case of fibers, a nonwoven fabric forming a porous web, and may be in the form of spunbond or melt blown composed of long fibers. desirable.

스폰본드 공법은 하나의 연속 공정을 거치는 것으로, 열을 받아 용융되어 장섬유를 형성하게 되며 뜨거운 공기에 의해 연신(stretching)되어 웹을 형성하는 것이다. 멜트 블로운 공법은 섬유를 형성할 수 있는 고분자를 수 백 개의 작은 오리피스(orifice)로 형성된 방사구금을 통해 방사하는 공정으로서, 직경이 10㎛ 이하의 미세 섬유들이 상호 결합하여 거미줄과 같은 구조 형태(spider-web structure)를 가지는 3차원적 섬유이다. The spawn bond method is a single continuous process, receives heat and melts to form long fibers, and is stretched by hot air to form a web. The melt blown process is a process of spinning a polymer capable of forming a fiber through a spinneret formed of hundreds of small orifices. It is a three-dimensional fiber with a spider-web structure.

본 발명에 따라 여러 가지의 실시 형태로 제조될 수 있는 유/무기 복합 다공성 필름은 모두 마이크로 단위의 기공 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다. 우선, 무기물 입자와 고분자의 혼합물만을 단독으로 사용하여 제조된 본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름은 지지체이자 스페이서(spacer) 역할을 하는 무기물들 사이의 빈 공간(interstitial volume)으로 인해 마이크로 단위의 기공 구조가 형성된다. 또한, 다공성 기재상에 상기 혼합물을 코팅하여 형성된 본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름 역시 다공성 기재 자체 내에 기공부가 포함되어 있을 뿐만 아니라, 기재 상에 형성된 무기물 입자들간의 빈 공간으로 인해 기재와 활성층 모두 기공 구조를 형성하게 된다. 또한, 전극 표면상에 상기 혼합물을 코팅하는 경우도 전극 내 전극활물질 입자들이 기공 구조를 형성하는 것과 마찬가지로 무기물 입자들 간의 빈 공간(interstitial volume)으로 인해 균일한 기공 구조를 이루게 된다. 따라서, 본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름은 어떠한 형태로 실시되더라도 형성된 마이크로 단위의 기공을 통해 전해액이 들어갈 공간이 증가함으로써 리튬 이온의 확산 및 전도도가 상승하는 효과를 나타낼 수 있으며, 이를 통해 전술한 전지의 성능 향상을 도모할 수 있다.Organic / inorganic composite porous film that can be prepared in various embodiments according to the present invention is characterized in that it comprises a microstructured pore structure. First, the organic / inorganic composite porous film of the present invention prepared using only a mixture of inorganic particles and a polymer alone has micro pores due to the interstitial volume between the inorganic materials serving as a spacer and a spacer. The structure is formed. In addition, the organic / inorganic composite porous film of the present invention formed by coating the mixture on the porous substrate also includes pores in the porous substrate itself, and also due to the empty space between the inorganic particles formed on the substrate and the active layer All will form a pore structure. In addition, in the case of coating the mixture on the electrode surface, as in the electrode active material particles in the electrode to form a pore structure, due to the interstitial volume between the inorganic particles to achieve a uniform pore structure. Therefore, the organic / inorganic composite porous film of the present invention may exhibit an effect of increasing the diffusion and conductivity of lithium ions by increasing the space for the electrolyte solution through the pores of the formed micro-units, which is described above The performance of the battery can be improved.

상기 유/무기 복합 다공성 필름의 기공 크기 및 기공도는 주로 무기물 입자의 크기에 의존하는데, 예컨대 입경이 1 ㎛ 이하인 무기물 입자를 사용하는 경우 형성되는 기공 역시 1 ㎛ 이하를 나타내게 된다. 이와 같은 기공 구조는 추후 주액되는 전해액으로 채워지게 되고, 이와 같이 채워진 전해액은 이온 전달 역할을 하게 된다. 따라서, 상기 기공의 크기 및 기공도는 유/무기 복합 다공성 필름의 이온 전도도 조절에 중요한 영향 인자이다. 본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름의 기공 크기 및 기공도(porosity)는 각각 0.001 내지 10㎛, 5 내지 95% 범위인 것이 바람 직하다. The pore size and porosity of the organic / inorganic composite porous film mainly depend on the size of the inorganic particles. For example, when using inorganic particles having a particle diameter of 1 μm or less, the pores formed also exhibit 1 μm or less. The pore structure is filled with the electrolyte solution to be poured later, the electrolyte thus filled serves to transfer the ion. Therefore, the pore size and porosity are important influence factors for controlling the ionic conductivity of the organic / inorganic composite porous film. The pore size and porosity of the organic / inorganic composite porous film of the present invention is preferably in the range of 0.001 to 10㎛, 5 to 95%, respectively.

또한, 본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름의 두께는 특별한 제한은 없으며, 전지 성능을 고려하여 조절될 수 있다. 1 내지 100㎛ 범위인 것이 바람직하며, 특히 2 내지 30㎛ 범위인 것이 더욱 바람직하다. 상기 두께 범위를 조절함으로써 전지 성능 향상을 도모할 수 있다. In addition, the thickness of the organic / inorganic composite porous film of the present invention is not particularly limited, and may be adjusted in consideration of battery performance. It is preferably in the range from 1 to 100 μm, more preferably in the range from 2 to 30 μm. By adjusting the thickness range, battery performance can be improved.

본 발명에 따라 전극상에 형성되는 유/무기 복합 다공성 필름에서 무기물 입자 및 고분자의 조성은 특별히 제한되지 않으며, 최종 필름의 두께 및 구조에 따라 조절이 가능하다. In the organic / inorganic composite porous film formed on the electrode according to the present invention, the composition of the inorganic particles and the polymer is not particularly limited, and may be adjusted according to the thickness and structure of the final film.

본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름은 최종 전지의 특성에 따라 미세 기공분리막, 예컨대 폴리올레핀 계열 분리막을 함께 사용하여 전지에 적용될 수 있다.The organic / inorganic composite porous film of the present invention may be applied to a battery using a microporous separator, such as a polyolefin-based separator, depending on the characteristics of the final cell.

본 발명에 따른 유/무기 복합 다공성 필름은 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있으며, 이의 일 실시 형태를 들면, (a) 고분자를 용매에 용해시켜 고분자 용액을 제조하는 단계; (b) 무기물 입자를 상기 단계 (a)에서 제조된 고분자 용액에 첨가 및 혼합하는 단계; 및 (c) 상기 단계 (b)의 혼합물을 기재에 코팅 및 건조한 후 기재를 탈착하는 단계를 포함할 수 있다.Organic / inorganic composite porous film according to the present invention can be prepared according to conventional methods known in the art, for example, (a) dissolving a polymer in a solvent to prepare a polymer solution; (b) adding and mixing the inorganic particles to the polymer solution prepared in step (a); And (c) coating and drying the mixture of step (b) on the substrate and then detaching the substrate.

우선, 1) 고분자를 적절한 유기 용매에 용해시켜 고분자 용액을 제조한다.First, 1) the polymer is dissolved in a suitable organic solvent to prepare a polymer solution.

용매로는 사용하고자 하는 바인더 고분자와 용해도 지수가 유사하며, 끓는점(boiling point)이 낮은 것이 바람직하다. 이는 균일한 혼합과 이후 용매 제거를 용이하게 하기 위해서이다. 사용 가능한 용매의 비제한적인 예로는 아세톤 (acetone), 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran), 메틸렌클로라이드 (methylene chloride), 클로로포름 (chloroform), 디메틸포름아미드 (dimethylformamide), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 시클로헥산 (cyclohexane), 물 또는 이들의 혼합체 등이 있다.As the solvent, the solubility index is similar to that of the binder polymer to be used, and the boiling point is preferably low. This is to facilitate uniform mixing and subsequent solvent removal. Non-limiting examples of solvents that can be used include acetone, tetrahydrofuran, methylene chloride, chloroform, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone ( N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), cyclohexane, water or a mixture thereof.

2) 제조된 고분자 용액에 무기물 입자를 첨가 및 분산시켜 무기물 입자 및 고분자 혼합물을 제조한다. 2) Inorganic particles are added and dispersed in the prepared polymer solution to prepare inorganic particles and polymer mixture.

고분자 용액에 무기물 입자를 첨가한 후, 무기물 입자의 파쇄를 실시하는 것이 바람직하다. 이때 파쇄 시간은 1 내지 20 시간이 적절하며, 파쇄된 무기물 입자의 입도는 상기에 언급된 바와 같이 0.001 내지 10㎛가 바람직하다. 파쇄 방법으로는 통상적인 방법을 사용할 수 있으며, 특히 볼밀(ball mill)법이 바람직하다. It is preferable to grind | pulverize an inorganic particle after adding an inorganic particle to a polymer solution. In this case, the crushing time is suitably 1 to 20 hours, and the particle size of the crushed inorganic particles is preferably 0.001 to 10 탆 as mentioned above. As the shredding method, a conventional method can be used, and a ball mill method is particularly preferable.

무기물 입자 및 고분자로 구성되는 혼합물의 조성은 크게 제약이 없으나, 이에 따라 최종 제조되는 본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름의 두께, 기공 크기 및 기공도를 조절할 수 있다. The composition of the mixture consisting of inorganic particles and polymers is not particularly limited, and thus the thickness, pore size and porosity of the organic / inorganic composite porous film of the present invention can be adjusted.

즉, 고분자(P) 대비 무기물 입자(I)의 비(ratio = I/P)가 증가할수록 본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름의 기공도가 증가하게 되며, 이는 동일한 고형분 함량(무기물 입자 중량+ 바인더 고분자 중량)에서 유/무기 복합 다공성 필름의 두께가 향상되는 결과를 초래하게 된다. 또한, 무기물 입자들간의 기공 형성 가능성이 증가하여 기공 크기가 증가하게 되는데, 이때 무기물 입자의 크기(입경)가 커질수록 무기물들 사이의 간격(interstitial distance)이 커지므로, 기공 크기가 증가하게 된다.That is, as the ratio (ratio = I / P) of the inorganic particles (I) to the polymer (P) increases, the porosity of the organic / inorganic composite porous film of the present invention increases, which is the same solid content (inorganic particle weight + Binder polymer weight), resulting in an increase in the thickness of the organic / inorganic composite porous film. In addition, the pore size of the inorganic particles increases, so that the pore size increases. At this time, as the size (particle diameter) of the inorganic particles increases, the interstitial distance between the inorganic particles increases, thereby increasing the pore size.

3) 제조된 무기물 입자 및 고분자의 혼합물을 기재(substrate)상에 코팅 및 건조한 후, 상기 기재를 탈착함으로써 본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름을 얻을 수 있다.3) After coating and drying the prepared mixture of inorganic particles and polymer on the substrate (substrate), the organic / inorganic composite porous film of the present invention can be obtained by desorbing the substrate.

이때 기재로는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 테프론 시트나 이와 유사한 필름이 바람직하나, 이를 특별히 제한하지는 않는다. The substrate is preferably a teflon sheet or a similar film commonly used in the art, but is not particularly limited thereto.

또한, 무기물 입자 및 고분자의 혼합물을 기재상에 코팅하는 방법은 당업계에 알려진 통상적인 코팅 방법을 사용할 수 있으며, 예를 들면 딥(Dip) 코팅, 다이(Die) 코팅, 롤(roll) 코팅, 콤마(comma) 코팅 또는 이들의 혼합 방식 등 다양한 방식을 이용할 수 있다.In addition, the method of coating the mixture of the inorganic particles and the polymer on the substrate may use a conventional coating method known in the art, for example, dip coating, die coating, roll coating, Various methods, such as a comma coating or a mixing method thereof, can be used.

상기 단계 중, 기재로서 기공을 갖는 다공성 기재 또는 기제조된 전극을 사용하는 경우 전술한 다양한 실시 형태의 유/무기 복합 다공성 필름이 제조될 수 있다. 이때, 무기물 입자와 고분자의 혼합물은 기공을 갖는 다공성 기재의 표면, 전극의 표면 뿐만 아니라 기재 중 기공부 일부에도 침투하여 코팅된다. 또한, 기재로부터 탈착하는 제조 과정이 요구되지 않는다. In the above step, when using a porous substrate having a pore or a pre-made electrode as a substrate, the organic / inorganic composite porous film of the above-described various embodiments can be prepared. In this case, the mixture of the inorganic particles and the polymer is coated by penetrating not only the surface of the porous substrate having pores, the surface of the electrode, but also a part of the pores of the substrate. In addition, a manufacturing process of desorption from the substrate is not required.

이와 같이 제조된 본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름은 전기 화학 소자, 바람직하게는 리튬 이차 전지의 분리막(separator)으로 사용할 수 있다. 또한, 상기 유/무기 복합 다공성 필름의 한 면 또는 양면상에 당 업계에 알려진 통상적인 고분자, 예컨대 전해액 함침 가능한 고분자를 코팅하여 분리막으로 사용 가능하다. The organic / inorganic composite porous film of the present invention prepared as described above may be used as a separator of an electrochemical device, preferably a lithium secondary battery. In addition, it is possible to use a separator by coating a conventional polymer known in the art, such as an electrolyte impregnable polymer, on one or both surfaces of the organic / inorganic composite porous film.

이때 필름의 바인더 고분자 성분으로 액체 전해액 함침시 겔화 가능한 고분자를 사용하는 경우, 상기 분리막을 이용하여 전지를 조립한 후 주입된 전해액과 고분자가 반응하여 겔화됨으로써, 겔형 유/무기 복합 전해질을 형성할 수 있다.In this case, when a gelable polymer is used when the liquid electrolyte solution is impregnated with the binder polymer component of the film, after the battery is assembled using the separator, the injected electrolyte and the polymer react with each other to form a gel-type organic / inorganic composite electrolyte. have.

본 발명의 겔형 유/무기 복합 전해질은 종래 기술의 겔형 고분자 전해질에 비하여 제조 공정이 용이할 뿐만 아니라, 마이크로 기공 구조로 인해 주입되는 액체 전해액이 채울 공간이 다수 존재하여 높은 이온 전도도 및 전해액 함침율을 나타내어 전지 성능을 향상시킬 수 있다. The gel-type organic / inorganic composite electrolyte of the present invention is easier to manufacture than the gel polymer electrolyte of the prior art, and due to the micro-pore structure, a large amount of space to be filled with the injected liquid electrolyte provides high ionic conductivity and electrolyte impregnation rate. It can improve battery performance.

또한, 본 발명은 (a) 양극; (b) 음극; (c) 상기 양극과 음극 사이에 개재된 본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름; 및 (d) 전해액을 포함하는 전기 화학 소자를 제공한다. In addition, the present invention (a) a positive electrode; (b) a cathode; (c) the organic / inorganic composite porous film of the present invention interposed between the positive electrode and the negative electrode; And (d) provides an electrochemical device comprising an electrolyte.

전기 화학 소자는 전기 화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구체적인 예를 들면, 모든 종류의 1차, 2차 전지, 연료 전지, 태양 전지 또는 캐퍼시터(capacitor) 등이 있다. 특히, 상기 2차 전지 중 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등을 포함하는 리튬 이차 전지가 바람직하다. Electrochemical devices include all devices that undergo an electrochemical reaction, and specific examples thereof include all kinds of primary, secondary cells, fuel cells, solar cells, or capacitors. In particular, a lithium secondary battery including a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery among the secondary batteries is preferable.

상기 전기 화학 소자에 포함된 유/무기 복합 다공성 필름은 본 발명에서와 동일하게 분리막의 역할을 하며, 필름 구성 성분 중 고분자로 액체 전해액 함침시 겔화 가능한 고분자를 사용할 경우 전해질의 역할도 동시에 수행한다. The organic / inorganic composite porous film included in the electrochemical device plays the role of a separator as in the present invention, and also plays a role of an electrolyte when using a gelable polymer when the liquid electrolyte is impregnated with a polymer among the film components.

이때, 유/무기 복합 다공성 필름 이외에 미세 기공 분리막을 추가적으로 사용할 수 있다. 미세 기공 분리막으로는 당업계에서 통상적으로 사용되는 폴리올레핀 계열 분리막 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드로 (polyphenylenesulfidro) 및 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 용융 온도가 200℃ 이상인 다공성 기재일 수 있다.In this case, in addition to the organic / inorganic composite porous film, a fine pore separation membrane may be additionally used. The micro pore separator may be a polyolefin-based separator or polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, With polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenyleneoxide, polyphenylenesulfidro and polyethylenenaphthalene It may be a porous substrate having a melting temperature of at least one selected from the group consisting of 200 ° C or more.

전기 화학 소자는 당 기술 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있으며, 이의 일 실시예를 들면 양극과 음극 사이에 전술한 유/무기 복합 다공성 필름을 개재(介在)시켜 조립한 후 전해액을 주입함으로써 제조될 수 있다.The electrochemical device may be manufactured according to conventional methods known in the art, and for example, an electrolyte may be injected after assembling the organic / inorganic composite porous film described above between an anode and a cathode. It can be manufactured by.

본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름과 함께 적용될 전극으로는 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 전극활물질을 전극 전류집전체에 결착된 형태로 제조할 수 있다. 상기 전극활물질 중 양극활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기 화학 소자의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들의 조합에 의하여 형성되는 복합산화물 등과 같은 리튬흡착물질(lithium intercalation material) 등이 바람직하다. 음극활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기 화학 소자의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite) 또는 기타 탄소류 등과 같은 리튬 흡착물질 등이 바람직하다. 양극 전류집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극 전류집전체의 비제한적 인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.The electrode to be applied together with the organic / inorganic composite porous film of the present invention is not particularly limited, and according to a conventional method known in the art, the electrode active material may be prepared in a form bound to the electrode current collector. Non-limiting examples of the positive electrode active material of the electrode active material may be a conventional positive electrode active material that can be used for the positive electrode of the conventional electrochemical device, in particular lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron oxide or Lithium intercalation materials such as composite oxides formed by combination are preferred. Non-limiting examples of the negative electrode active material may be a conventional negative electrode active material that can be used in the negative electrode of the conventional electrochemical device, in particular lithium metal or lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, Lithium adsorbents such as graphite or other carbons are preferred. Non-limiting examples of the positive electrode current collector is a foil produced by aluminum, nickel or a combination thereof, and non-limiting examples of the cathode current collector by copper, gold, nickel or copper alloy or a combination thereof Foils produced.

본 발명에서 사용될 수 있는 전해액은 A+B-와 같은 구조의 염으로서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하고 B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 -와 같은 음이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염이 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤 (γ-부티로락톤) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 또는 해리된 것이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.Electrolyte that may be used in the present invention is A + B - A salt of the structure, such as, A + is Li +, Na +, K + comprises an alkaline metal cation or an ion composed of a combination thereof, such as, and B - is PF 6 -, BF 4 -, Cl - , Br -, I -, ClO 4 -, AsF 6 -, CH 3 CO 2 -, CF 3 SO 3 -, N (CF 3 SO 2) 2 -, C (CF 2 SO 2 ) Salts containing ions consisting of anions such as 3 - or combinations thereof include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC) , Dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethylcarbonate (EMC), gamma butyrolactone (γ-butyrolactone Or dissolved in an organic solvent consisting of a mixture thereof, but is not limited thereto.

상기 전해액 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전지 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 전지 조립 전 또는 전지 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.The electrolyte injection may be performed at an appropriate stage of the battery manufacturing process, depending on the manufacturing process and the required physical properties of the final product. That is, it may be applied before the battery assembly or at the end of battery assembly.

본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름을 전지로 적용하는 공정으로는 일반적인 공정인 권취(winding) 이외에도 분리막과 전극의 적층(lamination, stack) 및 접음(folding) 공정이 가능하다. In the process of applying the organic / inorganic composite porous film of the present invention as a battery, a lamination (stacking) and folding (folding) process of the separator and the electrode may be performed in addition to the general winding process.

본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름이 상기 공정 중 적층 공정에 적용될 경 우, 전지의 열적 안전성 향상 효과는 현저해진다. 이는 일반적인 권취 공정에 의해 제조된 전지에 비해 적층 및 접음 공정으로 제조된 전지는 분리막의 열 수축이 더욱 심하게 일어나는데 기인한다. 또한, 적층(lamination, stack) 공정은 본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름 중 고분자의 우수한 접착력 특성으로 인해 쉽게 조립이 가능하다는 장점이 있다. 이때 주성분인 무기물 입자 및 고분자의 함량 또는 고분자의 물성에 의해 접착력 특성이 조절될 수 있으며, 특히 고분자가 극성(polar)을 보일수록, 유리 전이 온도(glass transition temperature, Tg) 또는 용융 온도(melting point, Tm)가 낮을수록 본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름과 전극과의 접착이 잘 이루어진다.When the organic / inorganic composite porous film of the present invention is applied to the lamination process in the above process, the thermal safety improvement effect of the battery becomes remarkable. This is due to the heat shrinkage of the separator in the battery produced by the lamination and folding process is more severe than the battery produced by the general winding process. In addition, the lamination (lamination, stack) process has the advantage that can be easily assembled due to the excellent adhesive properties of the polymer in the organic / inorganic composite porous film of the present invention. At this time, the adhesion properties may be controlled by the content of the inorganic particles and the polymer or the physical properties of the polymer, in particular, the more polar the polymer, the glass transition temperature (T g ) or melting temperature (melting) The lower the point, Tm), the better the adhesion between the organic / inorganic composite porous film and the electrode of the present invention.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are provided to help understanding of the present invention, but the following examples are merely to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

참조예Reference Example . 무기물 입자의 함량 변화에 따른 이온 전도도 변화 . Ion Conductivity Variation with Changes in Inorganic Particle Content

본 발명의 유/무기 복합 시스템에 사용되는 무기물 입자의 함량 변화에 따른 이온 전도도의 변화를 관찰하였다.The change of the ionic conductivity according to the content change of the inorganic particles used in the organic / inorganic hybrid system of the present invention was observed.

본 발명에 의해 제조된 유/무기 복합 다공성 필름을 1M의 리튬헥사플로로포스페이트(LiPF6)이 용해된 에틸렌카보네이트 / 프로필렌카보네이트 / 디에틸카보네이트 (EC/PC/DEC=30:20:50 중량%)계 전해액에 함침시킨 후, 전해액에 의해 함침된 필름을 Metrohm 712 기기를 이용하여 이온 전도도를 측정하였다. 이때, 측정 온도 는 25℃였다. The organic / inorganic composite porous film prepared according to the present invention is ethylene carbonate / propylene carbonate / diethyl carbonate in which 1 M lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is dissolved (EC / PC / DEC = 30: 20: 50 wt% After impregnation with) -based electrolyte solution, the film impregnated with the electrolyte solution was measured using a Metrohm 712 instrument. At this time, the measurement temperature was 25 degreeC.

도 7에 나타난 바와 같이, 무기물 입자의 함량이 증가할수록 이온전도도가 향상되는 것을 볼 수 있었으며, 특히 무기물 입자가 50 중량% 이상 사용되는 경우 이온 전도도가 현저하게 향상된다는 것을 확인할 수 있었다. As shown in FIG. 7, it could be seen that as the content of the inorganic particles is increased, the ionic conductivity is improved. In particular, when the inorganic particles are used at 50 wt% or more, the ionic conductivity is remarkably improved.

[[ 실시예Example 1 ~ 7. 유/무기 복합 다공성 필름 및 이를 이용하는 리튬 이차 전지 제조] 1 ~ 7. Organic / inorganic composite porous film and lithium secondary battery manufacturing using same]

실시예Example 1 One

1-1. 유/무기 복합 다공성 필름(1-1. Organic / Inorganic Composite Porous Film ( PVdFPVdF -- HFPHFP /  Of BaTiOBaTiO 33 ) 제조) Produce

폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체 (PVdF-HFP) 고분자를 테트라하이드로퓨란 (THF)에 약 5 중량% 첨가한 후, 50℃의 온도에서 약 12시간 이상 용해시켜 고분자 용액을 제조하였다. 이 고분자 용액에 입경이 약 400nm인 BaTiO3 분말을 전체 고형분 20 중량%로 첨가하고 분산시켜 혼합용액(BaTiO3 / PVdF-HFP = 80:20 (중량비))을 제조하였다. 닥터 블레이드(doctor blade)법을 이용하여 제조된 혼합용액을 테플론 시트(sheet) 기재상에 코팅하였다. 코팅 후, THF를. 건조시킨 후, 테플론 시트에서 탈착시켜, 최종적인 유/무기 복합 다공성 필름을 얻었다(도 1 참조). 최종 필름 두께는 약 30㎛ 정도이었다. 기공율 측정 장치(porosimeter)로 측정한 결과, 최종 유/무기 복합 다공성 필름의 기공 크기 및 기공도는 각각 0.4㎛ 및 60% 였다.A polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP) polymer was added to tetrahydrofuran (THF) about 5% by weight, and then dissolved at a temperature of 50 ° C. for about 12 hours or more to prepare a polymer solution. . BaTiO 3 powder having a particle size of about 400 nm was added to this polymer solution at 20 wt% of total solids and dispersed to prepare a mixed solution (BaTiO 3 / PVdF-HFP = 80: 20 (weight ratio)). The mixed solution prepared using the doctor blade method was coated on a Teflon sheet substrate. After coating, THF. After drying, it was detached from a Teflon sheet to obtain a final organic / inorganic composite porous film (see FIG. 1). The final film thickness was about 30 μm. As a result of measuring by a porosimeter, the pore size and porosity of the final organic / inorganic composite porous film were 0.4 μm and 60%, respectively.

1-2. 리튬 이차 전지 제조1-2. Lithium secondary battery manufacturing

(양극 제조)(Anode manufacturing)

양극활물질로 LiCoO2 94 중량%, 도전제로 카본 블랙(carbon black) 3 중량%, 결합제로 PVdF 3 중량%를 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 혼합물 슬러리를 양극 집전체인 두께가 20㎛ 정도의 양극 집전체인 알루미늄(Al) 박막에 도포 및 건조하여 양극을 제조하였다.A positive electrode mixture slurry was prepared by adding 94 wt% of LiCoO 2 as a cathode active material, 3 wt% of carbon black as a conductive agent, and 3 wt% of PVdF as a binder to N-methyl-2 pyrrolidone (NMP) as a solvent. . The positive electrode mixture slurry was coated and dried on a thin film of aluminum (Al), which is a positive electrode current collector having a thickness of about 20 μm, which is a positive electrode current collector.

(음극 제조)(Cathode production)

음극활물질로 탄소 분말, 결합제로 PVdF, 도전제로 카본 블랙(carbon black)을 각각 96 중량%, 3 중량% 및 1 중량%로 하여 용제인 NMP에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 혼합물 슬러리를 음극 집전체인 두께가 10㎛의 음극 집전체인 구리(Cu) 박막에 도포 및 건조하여 음극을 제조하였다. A negative electrode mixture slurry was prepared by adding carbon powder as a negative electrode active material, PVdF as a binder, and carbon black as a conductive agent at 96 wt%, 3 wt%, and 1 wt%, respectively, to NMP as a solvent. The negative electrode mixture slurry was coated and dried on a thin film of copper (Cu), which is a negative electrode current collector having a thickness of 10 μm, to prepare a negative electrode.

(전지 제조)(Battery manufacturing)

상기 양극, 음극 및 상기 실시예 1-1에서 제조된 유/무기 복합 다공성 필름을 스태킹(stacking) 방식을 이용하여 조립하였으며, 조립된 전지에 1M의 리튬헥사플로로포스페이트(LiPF6)이 용해된 에틸렌카보네이트 / 프로필렌카보네이트 / 디에틸카보네이트 (EC/PC/DEC=30:20:50 중량%)계 전해액을 주입하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.The positive electrode, the negative electrode, and the organic / inorganic composite porous film prepared in Example 1-1 were assembled using a stacking method, and 1M lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved in the assembled battery. An ethylene carbonate / propylene carbonate / diethyl carbonate (EC / PC / DEC = 30: 20: 50% by weight) based electrolyte was injected to prepare a lithium secondary battery.

실시예Example 2 2

BaTiO3 분말 대신 BaTiO3/Al2O3가 20:80 중량%비로 혼합된 무기물 입자 분말을 사용하여 유/무기 복합 다공성 필름(PVdF - HFP / BaTiO 3 - Al 2 O 3 )을 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차 전지를 제조하였다. 기공 율 측정 장치로 측정한 결과, 최종 유/무기 복합 다공성 필름의 두께는 25㎛였으며, 기공 크기 및 기공도는 각각 0.3㎛ 및 57%였다.The BaTiO 3 powder instead of BaTiO 3 / Al 2 O 3 is used for the inorganic particle powder mixing ratio 20: 80% by weight of organic / inorganic composite porous film, except that the Preparation (PVdF - Al 2 O 3 - HFP / BaTiO 3) Then, it carried out similarly to Example 1, and manufactured the lithium secondary battery. As a result of measuring the porosity, the final organic / inorganic composite porous film had a thickness of 25 μm, and the pore size and porosity were 0.3 μm and 57%, respectively.

실시예Example 3 3

BaTiO3 분말 대신 PMNPT 분말을 사용하여 유/무기 복합 다공성 필름(PVdF -HFP / PMNPT)을 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차 전지를 제조하였다. 기공율 측정 장치로 측정한 결과, 최종 유/무기 복합 다공성 필름 두께는 30㎛였으며, 기공 크기 및 기공도는 각각 0.3㎛ 및 60%였다.Use PMNPT powder instead of BaTiO 3 powder, the organic / inorganic composite porous film was prepared, and the lithium secondary battery in the same manner as in Example 1 except that the Preparation (PVdF HFP / PMNPT). As a result of measuring by the porosity measuring device, the final organic / inorganic composite porous film thickness was 30㎛, pore size and porosity were 0.3㎛ and 60%, respectively.

실시예Example 4 4

PVdF-HFP 대신 카르복실 메틸 셀룰로오스(Carboxyl Methyl Cellulose: CMC) 고분자를 물에 약 2 중량% 첨가하여 60℃의 온도에서 약 12시간 이상 용해시켜 고분자 용액을 제조하고, 제조된 고분자 용액을 사용하여 유/무기 복합 다공성 필름(CMC / BaTiO 3 )을 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차 전지를 제조하였다. 기공율 측정 장치로 측정한 결과, 최종 유/무기 복합 다공성 필름의 두께는 25㎛였으며, 기공 크기 및 기공도는 각각 0.4㎛ 및 58% 였다.Carboxyl Methyl Cellulose (CMC) polymer was added to water instead of PVdF-HFP and dissolved in water at a temperature of 60 ° C. for at least 12 hours to prepare a polymer solution. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the inorganic / inorganic composite porous film ( CMC / BaTiO 3 ) was prepared. As a result of measuring by the porosity measuring device, the thickness of the final organic / inorganic composite porous film was 25 μm, and the pore size and porosity were 0.4 μm and 58%, respectively.

실시예Example 5 5

BaTiO3 분말 대신 PZT 분말을 사용하여 유/무기 복합 다공성 필름(PVdF - HFP / PZT)을 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차 전지를 제조하였다. 기공율 측정 장치로 측정한 결과, 최종 유/무기 복합 다공성 필름 두께는 25㎛였으며, 기공 크기 및 기공도는 각각 0.4㎛ 및 62%였다.BaTiO 3 powder in place of using the PZT powder, organic / inorganic composite porous film (PVdF - HFP / PZT) was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a lithium secondary battery was prepared. As a result of measuring by the porosity measuring device, the final organic / inorganic composite porous film thickness was 25 μm, and the pore size and porosity were 0.4 μm and 62%, respectively.

실시예Example 6 6

BaTiO3 분말 대신 PLZT 분말을 사용하여 유/무기 복합 다공성 필름 ( PVdF -HFP / PLZT)을 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차 전지를 제조하였다. 기공율 측정 장치로 측정한 결과, 최종 유/무기 복합 다공성 필름 두께는 25㎛였으며, 기공 크기 및 기공도는 각각 0.3㎛ 및 58%였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that an organic / inorganic composite porous film ( PVDF - HFP / PLZT) was manufactured using PLZT powder instead of BaTiO 3 powder. As a result of measuring by the porosity measuring device, the final organic / inorganic composite porous film thickness was 25㎛, pore size and porosity were 0.3㎛ and 58%, respectively.

실시예Example 7 7

BaTiO3 분말 대신 HfO2 분말을 사용하여 유/무기 복합 다공성 필름(PVdF - HFP / HfO2)을 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 이차 전지를 제조하였다. 기공율 측정 장치로 측정한 결과, 최종 유/무기 복합 다공성 필름 두께는 28㎛였으며, 기공 크기 및 기공도는 각각 0.4㎛ 및 60%였다.Organic / Inorganic Composite Porous Films ( PVDF - HFP) using HfO 2 powder instead of BaTiO 3 powder / HfO 2 ) was prepared in the same manner as in Example 1, except that a lithium secondary battery was prepared. As a result of measuring by the porosity measuring device, the final organic / inorganic composite porous film thickness was 28㎛, pore size and porosity were 0.4㎛ and 60%, respectively.

[[ 비교예Comparative example 1 ~ 3] 1 to 3]

비교예Comparative example 1 One

통상적인 PP/PE/PP 분리막(도 3 참조)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a conventional PP / PE / PP separator (see FIG. 3) was used.

비교예Comparative example 2 2

BaTiO3 와 PVdF-HFP의 조성비를 20:80 중량%비로 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 유/무기 복합 다공성 필름 및 이를 포함 하는 리튬 이차 전지를 제조하였다. 제조된 BaTiO3/PVdF-HFP를 기공율 측정 장치로 측정한 결과, 유/무기 복합 다공성 필름의 기공 크기는 0.01㎛ 이하였으며, 기공도는 10% 수준이었다.An organic / inorganic composite porous film and a lithium secondary battery including the same were prepared in the same manner as in Example 1, except that the composition ratio of BaTiO 3 and PVdF-HFP was used in a 20:80 wt% ratio. As a result of measuring the prepared BaTiO 3 / PVdF-HFP by the porosity measuring device, the pore size of the organic / inorganic composite porous film was less than 0.01㎛, porosity was 10% level.

비교예Comparative example 3. 가소제를 이용한 다공성 필름 제조 3. Preparation of Porous Film Using Plasticizer

가소제로 디메틸카보네이트(DMC)를 선정한 후, PVdF-HFP와의 조성비를 30:70 중량%비로 하고 THF를 용매로 하여 다공성 필름을 제조하였으며, 제조된 필름에 메탄올을 이용하여 가소제인 디메틸카보네이트를 추출함으로써, 최종 다공성 필름 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제조하였다. 제조된 PVdF-HFP 다공성 필름을 기공율 측정 장치로 측정한 결과, 기공 크기는 0.01㎛ 이하였으며, 기공도는 30% 수준이었다(도 4 참조).After selecting dimethyl carbonate (DMC) as a plasticizer, the composition ratio of PVdF-HFP was 30: 70% by weight, and THF was used as a solvent to prepare a porous film. To prepare a final porous film and a lithium secondary battery comprising the same. As a result of measuring the prepared PVdF-HFP porous film with a porosity measuring device, the pore size was 0.01 μm or less, and the porosity was 30% (see FIG. 4).

실험예Experimental Example 1. 유/무기 복합 다공성 필름의 표면 분석  1. Surface analysis of organic / inorganic composite porous film

본 발명에 따라 제조된 유/무기 복합 다공성 필름의 표면을 분석하고자, 하기와 같은 실험을 실시하였다.In order to analyze the surface of the organic / inorganic composite porous film prepared according to the present invention, the following experiment was performed.

시료로는 실시예 1에서 제조된 PVdF-HFP/BaTiO3 필름을 사용하였으며, 대조군으로 비교예 1의 PP/PE/PP 분리막 및 비교예 4에서 가소제를 이용한 다공성 필름을 각각 사용하였다.As a sample, a PVdF-HFP / BaTiO 3 film prepared in Example 1 was used, and a PP / PE / PP separator of Comparative Example 1 and a porous film using a plasticizer in Comparative Example 4 were used as controls.

주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope: SEM)으로 표면을 확인한 결과, 비교예 1의 PP/PE/PP 분리막 및 비교예 4의 다공성 필름은 통상적인 미세 기공 구조를 보여주었다(도 3 및 도 4 참조). 특히, 비교예 4의 다공성 필름은 필름 의 표면상에 존재하는 무기물 입자와는 별개로 조밀(dense)한 기공 구조가 형성되어 있음을 알 수 있었으며, 이는 인위적인 가소제 추출에 의해 형성된 것으로 판단된다. As a result of confirming the surface by Scanning Electron Microscope (SEM), the PP / PE / PP separator of Comparative Example 1 and the porous film of Comparative Example 4 showed a conventional microporous structure (see FIGS. 3 and 4). . In particular, it could be seen that the porous film of Comparative Example 4 had a dense pore structure formed separately from the inorganic particles present on the surface of the film, which was determined by artificial plasticizer extraction.

이와 달리, 본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름은 주요 구성 성분인 무기물 입자, 예컨대 고유전율을 갖는 무기물 입자들에 의해 마이크로 단위의 기공이 형성된 것을 볼 수 있었다. 또한 상기 무기물 입자의 표면상에 고분자가 코팅되어 있음을 확인할 수 있었다(도 2 참조).In contrast, it can be seen that the organic / inorganic composite porous film of the present invention has micropores formed by inorganic particles, for example, inorganic particles having high dielectric constant. In addition, it was confirmed that the polymer is coated on the surface of the inorganic particles (see FIG. 2).

실험예Experimental Example 2. 유/무기 복합 다공성 필름의 열 수축 분석  2. Heat Shrinkage Analysis of Organic / Inorganic Composite Porous Films

본 발명에 따라 제조된 유/무기 복합 다공성 필름을 종래 분리막과 비교하기 위하여, 하기와 같은 실험을 수행하였다.In order to compare the organic / inorganic composite porous film prepared according to the present invention with a conventional separator, the following experiment was performed.

시료로는 실시예 1에서 제조된 PVdF-HFP / BaTiO3 필름을 사용하였으며, 대조군으로 PP/PE/PP 분리막 및 PE 분리막을 각각 사용하였다.As a sample, a PVdF-HFP / BaTiO 3 film prepared in Example 1 was used, and a PP / PE / PP separator and a PE separator were used as controls.

상기의 각 시료들을 150℃의 온도에서 1시간 방치한 후, 이들을 수집하여 확인한 결과, 150℃의 온도에서 1시간 경과한 경우에는 서로 다른 양태를 나타내었다. 대조군인 PP/PE/PP 분리막은 고온으로 인해 수축하여 거의 형체만 남은 모습을 보여주었으며, PE 분리막은 약 1/10 정도로 현저하게 수축하였음을 알 수 있었다. 이에 비해, 본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름은 열 수축이 전혀 나타나지 않은 양호한 상태를 보여주었다(도 5 참조).After leaving each of the samples at a temperature of 150 ° C. for 1 hour and collecting and confirming them, when 1 hour had elapsed at a temperature of 150 ° C., they showed different aspects. As a control group, the PP / PE / PP separator showed shrinkage due to high temperature and almost remained in shape, and the PE separator showed a significant shrinkage of about 1/10. In comparison, the organic / inorganic composite porous film of the present invention showed a good state in which no heat shrinkage was observed (see FIG. 5).

이로서, 본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름은 탁월한 열적 안전성을 가짐 을 확인할 수 있었다.As a result, it was confirmed that the organic / inorganic composite porous film of the present invention has excellent thermal stability.

실험예Experimental Example 3. 리튬 이차 전지의 안전성 평가 3. Safety Evaluation of Lithium Secondary Battery

본 발명에서 제조된 유/무기 복합 다공성 필름을 포함하는 리튬 이차 전지의 안전성을 평가하기 위하여, 하기와 같이 수행하였다.In order to evaluate the safety of the lithium secondary battery including the organic / inorganic composite porous film prepared in the present invention, it was performed as follows.

실시예 1 내지 7에서 제조된 리튬 이차 전지를 사용하였으며, 대조군으로 상용화된 PP/PE/PP 분리막을 사용한 비교예 1의 전지 및 20:80 중량%비로 이루어진 BaTiO3/PVdF-HFP 필름을 분리막으로 사용한 비교예 2의 전지를 사용하였다.The lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 7 were used, and the BaTiO 3 / PVdF-HFP film consisting of a battery of Comparative Example 1 using a commercially available PP / PE / PP separator as a control and a ratio of 20:80 wt% was used as a separator. The battery of Comparative Example 2 used was used.

3-1. 3-1. HotHot BoxBox 실험 Experiment

각 전지들을 150℃ 및 160℃의 고온에서 각각 1시간 동안 보존하였으며, 이후 전지의 상태를 하기 표 1에 기재하였다.Each cell was stored at 150 ° C. and 160 ° C. for 1 hour, respectively, after which the state of the cell is shown in Table 1 below.

실험 결과, 상용화된 PP/PE/PP 분리막을 사용한 비교예 1의 전지는 160℃의 온도에서 1시간 보존시 전지의 폭발 현상이 나타났다. 이는 고온 보존에 의해 폴리올레핀 계열 분리막의 심한 열 수축, 용융 파괴가 진행되어 전지의 양 전극인 양극 및 음극의 내부 단락을 유발시킨 것을 의미하는 것이다. 이에 비해, 본 발명에서 제조된 유/무기 복합 다공성 필름을 포함하는 리튬 이차 전지는 160℃인 고온에서도 발화 및 연소가 발생하지 않고, 안전한 상태를 보여주었다(표 1 참조).As a result, the battery of Comparative Example 1 using a commercialized PP / PE / PP separator exhibited an explosion phenomenon of the battery when stored for 1 hour at a temperature of 160 ℃. This means that severe thermal contraction and melt fracture of the polyolefin-based separator proceeded by high temperature storage, causing internal short circuits of the positive electrode and the negative electrode of the battery. In comparison, the lithium secondary battery including the organic / inorganic composite porous film prepared in the present invention showed no ignition and combustion even at a high temperature of 160 ° C., and showed a safe state (see Table 1).

이로서, 본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름을 포함하는 리튬 이차 전지는 탁월한 열적 안전성을 가짐을 확인할 수 있었다.As a result, it was confirmed that the lithium secondary battery including the organic / inorganic composite porous film of the present invention had excellent thermal safety.

Hot Box 실험 조건Hot Box Experiment Conditions 150℃/ 1시간150 ℃ / 1 hour 160℃/ 1시간160 ℃ / 1 hour 실시예 1Example 1 OO OO 실시예 2Example 2 OO OO 실시예 3Example 3 OO OO 실시예 4Example 4 OO OO 실시예 5Example 5 OO OO 실시예 6Example 6 OO OO 실시예 7Example 7 OO OO 비교예 1Comparative Example 1 OO XX 비교예 2Comparative Example 2 OO OO

3-2. 과충전 실험3-2. Overcharge Experiment

각 전지들을 6V/1A 및 10V/1A의 조건으로 충전하였으며, 이후 전지의 상태를 하기 표 2에 기재하였다. Each battery was charged under the conditions of 6V / 1A and 10V / 1A, and then the state of the battery is described in Table 2 below.

실험 결과, 상용화된 PP/PE/PP 분리막을 사용한 비교예 1의 전지는 폭발 현상을 나타냈다(도 6 참조). 이는 전지의 과충전에 의해 폴리올레핀 계열 분리막의 수축에 의한 전극들의 단락 및 이로 인한 전지의 안전성 저하가 발생됨을 나타내는 것이다. 이에 비해, 본 발명에서 제조된 유/무기 복합 다공성 필름을 포함하는 리튬 이차 전지는 과충전시 안전한 상태를 보여주었다(표 2 및 도 6 참조)As a result, the battery of Comparative Example 1 using a commercialized PP / PE / PP separator exhibited an explosion phenomenon (see Figure 6). This indicates that overcharging of the battery causes short-circuits of the electrodes due to shrinkage of the polyolefin-based separator and a decrease in safety of the battery. In comparison, the lithium secondary battery including the organic / inorganic composite porous film prepared in the present invention showed a safe state during overcharging (see Table 2 and FIG. 6).

과충전 실험 조건Overcharge Experiment Conditions 6V / 1A6V / 1A 10V / 1A10V / 1A 실시예 1Example 1 OO OO 실시예 2Example 2 OO OO 실시예 3Example 3 OO OO 실시예 4Example 4 OO OO 실시예 5Example 5 OO OO 실시예 6Example 6 OO OO 실시예 7Example 7 OO OO 비교예 1Comparative Example 1 XX XX 비교예 2Comparative Example 2 OO OO

실험예Experimental Example 4. 리튬 이차 전지의 성능 평가 4. Performance Evaluation of Lithium Secondary Battery

본 발명에서 제조된 유/무기 복합 다공성 필름을 포함하는 리튬 이차 전지의 충방전 용량을 측정하기 위하여, 하기와 같이 수행하였다.In order to measure the charge and discharge capacity of the lithium secondary battery including the organic / inorganic composite porous film prepared in the present invention, it was performed as follows.

실시예 1 내지 7에서 제조된 리튬 이차 전지를 사용하였으며, 대조군으로 상용화된 PP/PE/PP 분리막을 사용한 비교예 1의 전지, 20:80 중량%비로 이루어진 BaTiO3/PVdF-HFP 필름을 분리막으로 사용한 비교예 2의 전지 및 가소제를 이용하여 제조된 PVdF-HFP 다공성 필름을 분리막으로 사용한 비교예 3의 전지를 사용하였다.The lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 7 were used, and the BaTiO 3 / PVdF-HFP film consisting of a battery of Comparative Example 1 using a commercially available PP / PE / PP separator as a control and a ratio of 20:80 wt% was used as a separator. The battery of Comparative Example 3 using the PVdF-HFP porous film prepared using the battery of Comparative Example 2 and the plasticizer used as a separator was used.

전지 용량이 760mAh인 각 전지들을 0.5C, 1C, 2C의 방전 속도로 사이클링을 하였으며, 이들의 방전 용량을 C-rate 특성별로 도식하여 하기 표 3에 기재하였다.Each battery having a battery capacity of 760 mAh was cycled at a discharge rate of 0.5 C, 1 C, and 2 C, and their discharge capacities are shown in Table 3 by plotting C-rate characteristics.

실험 결과, 고유전율 무기물 입자와 바인더 고분자의 조성비가 20:80 중량%비인 유/무기 복합 다공성 필름을 분리막으로 사용한 비교예 2의 전지는 본 발명의 모든 실시예에서 제조된 유/무기 복합 다공성 필름 및 종래 폴리올레핀 계열 분리막을 사용한 전지들에 비해 방전속도별 용량이 현저하게 감소됨을 나타냈다(표 3 참조). 이는 무기물 입자의 양이 고분자에 비해 상대적으로 작아 무기물 입자간의 빈 공간으로 형성된 기공 크기 및 기공도가 현저히 감소함으로써, 전지의 성능 저하가 초래되는 것을 의미한다. 또한, 가소제를 이용하여 인위적인 기공 구조가 형성된 다공성 필름을 분리막으로 사용한 비교예 3의 전지 역시 상기 비교예 2의 전지와 마찬가지로 방전속도별 용량이 현저히 감소됨을 나타냈다. As a result, the battery of Comparative Example 2 using an organic / inorganic composite porous film having a composition ratio of high dielectric constant inorganic particles and a binder polymer in a ratio of 20: 80% by weight was used in the organic / inorganic composite porous film prepared in all Examples of the present invention. And it was shown that the capacity for each discharge rate is significantly reduced compared to the battery using a conventional polyolefin-based separator (see Table 3). This means that the amount of the inorganic particles is relatively smaller than that of the polymer, so that the pore size and porosity formed by the void space between the inorganic particles significantly decrease, resulting in deterioration of the battery performance. In addition, the battery of Comparative Example 3 using a porous film having an artificial pore structure formed by using a plasticizer as a separator also showed that the capacity for each discharge rate was significantly reduced, similar to the battery of Comparative Example 2.

이에 비해, 본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름을 구비한 리튬 이차 전지는 2C의 방전 속도까지 종래 폴리올레핀 계열 분리막과 대등한 고율 방전(C-rate) 특성을 보여주었다(표 3 참조).In contrast, the lithium secondary battery having the organic / inorganic composite porous film of the present invention showed high-rate discharge (C-rate) characteristics comparable to the conventional polyolefin-based separator up to a discharge rate of 2C (see Table 3).

방전 속도 (mAh)Discharge rate (mAh) 0.5C0.5C 1C1C 2C2C 실시예 1Example 1 757757 746746 694694 실시예 2Example 2 756756 748748 693693 실시예 3Example 3 756756 744744 691691 실시예 4Example 4 758758 747747 694694 실시예 5Example 5 759759 750750 698698 실시예 6Example 6 755755 742742 690690 실시예 7Example 7 758758 747747 694694 비교예 1Comparative Example 1 758758 746746 693693 비교예 2Comparative Example 2 695695 562562 397397 비교예 3Comparative Example 3 698698 585585 426426

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 유/무기 복합 다공성 필름은 바인더 고분자로 인해 무기물 입자 사이가 연결 및 고정되며, 필름의 주요 성분인 무기물 입자 사이의 빈 공간(interstitial volume)으로 인해 내열성 마이크로 단위의 기공 구조가 형성됨으로써 전해액이 채워질 공간이 증가하여 전해액 함침율 및 리튬 이온 전도도가 향상되므로, 이를 분리막으로 이용한 리튬 이차 전지는 열적 안전성 및 성능 향상을 도모할 수 있다.As described above, the organic / inorganic composite porous film of the present invention is connected and fixed between the inorganic particles due to the binder polymer, and due to the interstitial volume between the inorganic particles, the main component of the film, Since the pore structure is formed to increase the space to be filled with the electrolyte solution to improve the electrolyte impregnation rate and lithium ion conductivity, the lithium secondary battery using this as a separator can improve thermal safety and performance.

Claims (17)

Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 (PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), hafnia (HfO2)로 구성된 1종 이상의 무기물 입자를 함유하고, 전지용 분리막으로 사용되는 유/무기 복합 다공성 필름.Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT), Pb 1-x La x Zr 1-y Ti y O 3 (PLZT), PB (Mg 3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), An organic / inorganic composite porous film containing at least one inorganic particle composed of hafnia (HfO 2 ) and used as a battery separator. 제1항에 있어서, 상기 유/무기 복합 다공성 필름은 The method of claim 1, wherein the organic / inorganic composite porous film (a) 무기물 입자; 및(a) inorganic particles; And (b) 상기 무기물 입자 표면의 일부 또는 전부에 형성된 바인더 고분자 코팅층을 포함하며, (b) a binder polymer coating layer formed on part or all of the surface of the inorganic particles, 상기 바인더 고분자에 의해 무기물 입자 사이가 연결 및 고정되고, 무기물 입자들 간의 빈 공간(interstitial volume)으로 인해 마이크로 단위의 기공이 형성된 것을 특징으로 하는 유/무기 복합 다공성 필름.An inorganic / organic composite porous film, wherein the inorganic particles are connected and fixed by the binder polymer, and micropores are formed due to an interstitial volume between the inorganic particles. 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 무기물 입자의 크기는 0.001 내지 10㎛ 범위인 유/무기 복합 다공성 필름. The organic / inorganic composite porous film of claim 1, wherein the inorganic particles have a size ranging from 0.001 to 10 μm. 제 2항에 있어서, 상기 무기물 입자의 함량은 무기물 입자와 바인더 고분자를 포함하는 혼합물 100 중량% 당 50 내지 99 중량%인 유/무기 복합 다공성 필름.The organic / inorganic composite porous film of claim 2, wherein the content of the inorganic particles is 50 to 99 wt% per 100 wt% of the mixture including the inorganic particles and the binder polymer. 제 2항에 있어서, 상기 바인더 고분자는 유리 전이 온도(Tg)가 -200 내지 200℃ 범위인 유/무기 복합 다공성 필름.The organic / inorganic composite porous film of claim 2, wherein the binder polymer has a glass transition temperature (T g ) of −200 to 200 ° C. 4. 제 2항에 있어서, 상기 바인더 고분자는 용해도 지수(solubility parameter)가 15 내지 45MPa1/2 범위인 유/무기 복합 다공성 필름. The organic / inorganic composite porous film of claim 2, wherein the binder polymer has a solubility parameter in the range of 15 to 45 MPa 1/2 . 제 2항에 있어서, 상기 바인더 고분자는 폴리비닐리덴 풀루오라이드 -헥사풀루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타클릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 풀루란 (pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose), 아크리로니트릴스티렌부타디엔공중합체 (acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer) 및 폴리이미드(polyimide)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 유/무기 복합 다공성 필름.The method of claim 2, wherein the binder polymer is polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), Polymethylmethacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, ethylene vinyl acetate copolymer, polyethylene oxide (polyethylene oxide), cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol ), Cyanoethylcellulose, Selected from the group consisting of cyanoethylsucrose, pullulan, carboxyl methyl cellulose, acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer and polyimide At least one organic / inorganic composite porous film. 제 1항에 있어서, 상기 유/무기 복합 다공성 필름의 기공 크기는 0.001 내지 10㎛ 범위인 유/무기 복합 다공성 필름. The organic / inorganic composite porous film of claim 1, wherein the pore size of the organic / inorganic composite porous film is in a range of 0.001 to 10 μm. 제 1항에 있어서, 상기 유/무기 복합 다공성 필름의 기공도는 5 내지 95% 범위인 유/무기 복합 다공성 필름.The organic / inorganic composite porous film of claim 1, wherein the porosity of the organic / inorganic composite porous film is in a range of 5 to 95%. 제 1항에 있어서, 상기 유/무기 복합 다공성 필름의 두께는 1 내지 100㎛ 범위인 유/무기 복합 다공성 필름.The organic / inorganic composite porous film of claim 1, wherein the organic / inorganic composite porous film has a thickness in a range of 1 to 100 μm. (a) 양극;(a) an anode; (b) 음극;(b) a cathode; (c) 상기 양극과 음극 사이에 개재(介在)되고, 제 1항, 제2항, 제4항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 기재된 유/무기 복합 다공성 필름; 및(c) an organic / inorganic composite porous film according to any one of claims 1, 2, and 4 to 11, interposed between the positive electrode and the negative electrode; And (d) 전해액(d) electrolyte 을 포함하는 전기 화학 소자.Electrochemical device comprising a. 제 12항에 있어서, 상기 전기 화학 소자는 리튬 이차 전지인 전기 화학 소자.The electrochemical device of claim 12, wherein the electrochemical device is a lithium secondary battery. 제 12항에 있어서, 상기 전기 화학 소자는 미세 기공 분리막을 추가로 포함하는 전기 화학 소자.The electrochemical device of claim 12, wherein the electrochemical device further comprises a microporous separator. 제 14항에 있어서, 상기 미세 기공 분리막은 폴리올레핀 계열 분리막 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드로 (polyphenylenesulfidro) 및 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 용융 온도가 200℃ 이상인 다공성 기재인 전기 화학 소자.15. The method of claim 14, wherein the microporous separator is a polyolefin-based separator or polyethylene terephthalate (polyethyleneterephthalate), polybutylene terephthalate (polybutyleneterephthalate), polyester (polyester), polyacetal, polyamide, polyamide, poly Consists of carbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenyleneoxide, polyphenylenesulfidro and polyethylenenaphthalene An electrochemical device which is a porous substrate having a melting temperature of at least 200 ° C. selected from the group. 삭제delete 삭제delete
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