KR100623608B1 - Polyethylene minute porosity film for battery separator and manufacturing method thereof - Google Patents
Polyethylene minute porosity film for battery separator and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR100623608B1 KR100623608B1 KR1020040013618A KR20040013618A KR100623608B1 KR 100623608 B1 KR100623608 B1 KR 100623608B1 KR 1020040013618 A KR1020040013618 A KR 1020040013618A KR 20040013618 A KR20040013618 A KR 20040013618A KR 100623608 B1 KR100623608 B1 KR 100623608B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- film
- solvent
- molecular weight
- battery separator
- microporous membrane
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 32
- -1 Polyethylene Polymers 0.000 title claims abstract description 26
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 title claims abstract description 26
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 52
- 239000004699 Ultra-high molecular weight polyethylene Substances 0.000 claims abstract description 34
- 229920000785 ultra high molecular weight polyethylene Polymers 0.000 claims abstract description 34
- 239000012982 microporous membrane Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 24
- 230000008961 swelling Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 14
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 9
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000012229 microporous material Substances 0.000 claims 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 abstract description 6
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 53
- 206010042674 Swelling Diseases 0.000 description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 6
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 4
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 229920010741 Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) Polymers 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 230000037427 ion transport Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/20—Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
- C08J5/22—Films, membranes or diaphragms
- C08J5/2206—Films, membranes or diaphragms based on organic and/or inorganic macromolecular compounds
- C08J5/2218—Synthetic macromolecular compounds
- C08J5/2231—Synthetic macromolecular compounds based on macromolecular compounds obtained by reactions involving unsaturated carbon-to-carbon bonds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C55/00—Shaping by stretching, e.g. drawing through a die; Apparatus therefor
- B29C55/005—Shaping by stretching, e.g. drawing through a die; Apparatus therefor characterised by the choice of materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C55/00—Shaping by stretching, e.g. drawing through a die; Apparatus therefor
- B29C55/02—Shaping by stretching, e.g. drawing through a die; Apparatus therefor of plates or sheets
- B29C55/10—Shaping by stretching, e.g. drawing through a die; Apparatus therefor of plates or sheets multiaxial
- B29C55/12—Shaping by stretching, e.g. drawing through a die; Apparatus therefor of plates or sheets multiaxial biaxial
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
- C08J3/12—Powdering or granulating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/18—Manufacture of films or sheets
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/20—Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
- C08J5/22—Films, membranes or diaphragms
- C08J5/2287—After-treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/411—Organic material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/411—Organic material
- H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
- H01M50/417—Polyolefins
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
- H01M50/491—Porosity
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2023/00—Use of polyalkenes or derivatives thereof as moulding material
- B29K2023/04—Polymers of ethylene
- B29K2023/06—PE, i.e. polyethylene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2323/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers
- C08J2323/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
- C08J2323/04—Homopolymers or copolymers of ethene
- C08J2323/06—Polyethene
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
초고분자량 폴리에틸렌 수지를 사용하여 제조된 필름을 상기 초고분자량 폴리에틸렌 수지의 용융온도보다 낮은 용매에 투입하여 팽윤시켜 다공 구조를 유도하고, 상기 팽윤된 필름에서 용매를 제거하여 상기 다공 구조를 고정한 후, 2축 연신에 의해 공극율이 높고 기계적 강도가 높은 전지 세퍼레이터용 폴리에틸렌 미세 다공성 막을 제조하는 방법이 개시된다.The film prepared using the ultra high molecular weight polyethylene resin is poured into a solvent lower than the melting temperature of the ultra high molecular weight polyethylene resin to swell to induce a porous structure, and the solvent is removed from the swelled film to fix the porous structure. A method for producing a polyethylene microporous membrane for a battery separator having high porosity and high mechanical strength by axial stretching is disclosed.
리튬전지, 분리막, 폴리올레핀, 초고분자량 폴리에틸렌, 팽윤, 비점, 테카린, 헥산Lithium Battery, Separator, Polyolefin, Ultra High Molecular Weight Polyethylene, Swelling, Boiling Point, Tecarin, Hexane
Description
도 1은 본 발명에 따른 전지 세퍼레이터용 폴리에틸렌 미세 다공성 막의 제조공정을 설명하기 위한 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating a manufacturing process of a polyethylene microporous membrane for a battery separator according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 전지 세퍼레이터용 폴리에틸렌 미세 다공성 막의 제조방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.2 is a flowchart illustrating a method for producing a polyethylene microporous membrane for a battery separator according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 전지 세퍼레이터용 폴리에틸렌 미세 다공성 막의 제조방법에 따라 제조된 다공성 필름을 보인 도면이다.3 is a view showing a porous film prepared according to the method for producing a polyethylene microporous membrane for a battery separator according to the present invention.
본 발명은 전지 세퍼레이터용 폴리에틸렌 미세 다공성 막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기계적인 물성이 뛰어난 초고분자량 폴리에틸렌을 단독으로 사용하여 제조된 세퍼레이터용 다공성 필름을 제공하기 위한 전지 세퍼레 이터용 폴리에틸렌 미세 다공성 막 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polyethylene microporous membrane for a battery separator and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a battery separator for providing a porous film for a separator manufactured by using ultra-high molecular weight polyethylene having excellent mechanical properties alone. It relates to a polyethylene microporous membrane and a method of manufacturing the same.
모든 전지의 구조를 살펴보면 6가지의 구성요소, 즉 양전극, 음전극, 하우징(housing), 세퍼레이터(separator), 전해질 및 집전체가 반드시 존재하기 마련이다. 이중에서 세퍼레이터는 충방전하는 동안 가역적으로 이동하는 이온은 투과시키지만 전자가 극판에서 극판으로 직접 유동하는 것을 막아야 하기 때문에 매우 중요한 요소이다. 전자가 극판에서 극판으로 직접 유동하게 되면 전류의 단락이 일어나고 전자가 회로를 통해 음극에서 양극으로 흐르지 못하게 된다. Looking at the structure of every cell, there are six components, that is, a positive electrode, a negative electrode, a housing, a separator, an electrolyte, and a current collector. The separator is important because it allows the reversible ions to pass during charge and discharge but prevents electrons from flowing directly from the plate to the plate. The direct flow of electrons from the pole plate to the pole plate causes a short circuit of current and prevents electrons from flowing from the cathode to the anode through the circuit.
통상 초박형의 막(film)성분으로 형성된 재충전형 리튬이온 전지에서, 전극 간의 거리는 이온 전달이 효율적으로 이루어질 수 있을 정도로 가능한 한 짧아야 하지만 전자의 유동이 일어날 수 있을 정도로는 짧지 않아야 한다는 것이 매우 중요하다. In rechargeable lithium ion batteries, which are usually formed of ultra-thin film components, it is very important that the distance between electrodes should be as short as possible to allow efficient ion transfer, but not so short that electron flow can occur.
일반적으로 폴리올레핀 미세 다공성 막은 전해액과 전극 활성물질에 대한 안전성이 우수하기 때문에, 전지의 세퍼레이터, 특히 리튬이온전지 및 리튬이온폴리머 전지의 세퍼레이터, 전기 자동차의 대형전지용 세퍼레이터 등에 사용되고 있으며, 각종 분리막으로도 널리 응용되고 있다.In general, polyolefin microporous membranes have excellent safety against electrolytes and electrode active materials, and thus are used in separators of batteries, in particular, separators of lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries, separators for large batteries of electric vehicles, and also widely used as various separators. It is applied.
종래의 폴리올레핀 미세 다공성 막 제조방법으로는 폴리올레핀에 유기매체와 분말 실리카 등의 무기분체를 혼합하여 용융 성형한 후, 유기매체와 무기분체를 추출하여 미세 다공성 막을 제조하는 방법이 주로 이용된다. 이 방법은 무기물의 추출공정이 필요하고, 제조된 막의 투과성이 무기분체의 입경에 크게 의존하여 이를 조절하는 것이 어려운 문제점이 있다.Conventional polyolefin microporous membrane manufacturing method is mainly used to produce a microporous membrane by mixing the organic material and the inorganic powder, such as powdered silica and melt-molded, and then extract the organic medium and the inorganic powder. This method requires the extraction process of the inorganic material, there is a problem that it is difficult to control the permeability of the prepared membrane largely depends on the particle size of the inorganic powder.
이에 따라, 초고분자량 폴리올레핀을 일부 성분으로 사용하여 고강도의 미세 다공성 막을 제조하는 방법이 다수 제시되었다. 일 예를 들어 살펴보면, 초고분자량 폴리올레핀이 함유된 폴리올레핀 조성물을 용매에 가열 용해시킨 용액으로부터 겔상의 시트를 성형하고, 겔상의 시트를 가열 연신하며, 용매를 추출 제거하여 미세다공성 막을 제조하는 방법이 있다.Accordingly, a number of methods for producing high strength microporous membranes using ultra high molecular weight polyolefins as a part of components have been proposed. As an example, there is a method of forming a microporous membrane by forming a gel-like sheet from a solution in which a polyolefin composition containing ultra-high molecular weight polyolefin is heated and dissolved in a solvent, heating and stretching the gel-like sheet, and extracting and removing the solvent. .
그러나, 최근에는 리튬전지의 전지용량 특성, 전지의 안전성, 전지의 생산성을 향상시켜야 하는 필요성이 요구되는 추세이기 때문에, 안전성이 유지되는 범위내에서 두께를 낮추어 이온이동저항을 낮추는 것이 전지용량 특성면에서 유리하며, 전지의 변형과 같은 특별한 상황에서도 안전성을 확보하고, 전지 생산공정에서의 작업특성을 향상시키기 위해서는 높은 인장강도 및 돌출강도가 요구된다.However, in recent years, there is a demand for improving battery capacity characteristics, battery safety, and battery productivity of lithium batteries. Therefore, lowering the thickness of the ion transport resistance within the range where the safety is maintained can reduce the battery capacity characteristics. In order to secure safety in special situations such as deformation of the battery and to improve the working characteristics in the battery production process, high tensile strength and protrusion strength are required.
이러한 이유로, 기계적인 물성이 뛰어난 초고분자량 폴리에틸렌을 사용한 다공성 필름을 전지의 세퍼레이터로 사용하는 것이 유리하나, 초고분자량 폴리에틸렌의 가공이 쉽지 않아 초고분자량 폴리에틸렌을 단독으로 사용한 세퍼레이터용 다공성 필름을 제조하지 못하고 있는 현실이다.For this reason, it is advantageous to use a porous film made of ultra high molecular weight polyethylene having excellent mechanical properties as a battery separator. It is a reality.
따라서, 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 본 발명의 목적은 높은 기계적 물성과 적절한 기공특성을 갖는 전지용 초고분자량 폴리에틸렌 미세 다공성 막과 그 제조방법을 제공하는 것이다. Accordingly, the present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide an ultra-high molecular weight polyethylene microporous membrane for a battery having high mechanical properties and suitable pore characteristics and a method of manufacturing the same.
본 발명의 다른 목적은 박막화에 따른 전지의 용적 에너지밀도를 높일 수 있으며 조립가공성의 향상이 가능하여 전지의 정극과 부극이 접촉하여 쇼트되는 현상을 방지하고, 전지의 재료로 사용되는 가연성 물질들의 잘못 사용됨으로 인한 발화 등의 사고를 방지할 수 있는 미세 다공성 막과 그 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to increase the volumetric energy density of the battery according to the thinning and to improve the assembly processability to prevent the short-circuit caused by contact between the positive electrode and the negative electrode of the battery, and the flammable materials used as materials of the battery It is to provide a microporous membrane and a method of manufacturing the same that can prevent accidents such as fire caused by use.
본 발명의 다른 목적과 특징들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확하게 이해될 것이다.
Other objects and features of the present invention will be more clearly understood through the preferred embodiments described below.
본 발명의 일 측면에 따르면, 초고분자량 폴리에틸렌 수지를 사용하여 제조된 필름을 초고분자량 폴리에틸렌 수지의 용융온도보다 낮은 용매에 투입하여 팽윤시켜 다공 구조를 유도하고, 팽윤된 필름에서 용매를 제거하여 다공 구조를 고정한 후, 2축 연신에 의해 공극율이 높고 기계적 강도가 높은 전지 세퍼레이터용 폴리에틸렌 미세 다공성 막을 제조한다.According to an aspect of the present invention, the film prepared using the ultra high molecular weight polyethylene resin is poured into a solvent lower than the melting temperature of the ultra high molecular weight polyethylene resin to swell to induce a porous structure, and remove the solvent from the swelling film to remove the porous structure After fixing, the polyethylene microporous membrane for battery separator having high porosity and high mechanical strength was prepared by biaxial stretching.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 초고분자량 폴리에틸렌 수지를 고상 가공하여 기설정된 연신비를 갖는 필름을 제조하는 단계; 상기 필름을 상기 초고분자량 폴리에틸렌 수지의 용융온도보다 낮으며, 상기 초고분자량 폴리에틸렌 수지를 용해할 수 있는 제 1 용매에 투입하여 팽윤시켜 상기 필름에 다공 구조를 유도하는 단계; 상기 팽윤된 필름을 상기 제 1 용매보다 비점이 낮은 제 2 용매에 투입하여 상기 제 1 용매를 제 2 용매로 교체하여 상기 다공화 구조를 고정하는 단계; 상기 필름을 건조시켜 상기 제 2 용매를 제거하는 단계; 및 상기 필름을 연신시키는 단계를 포함하는 전지 세퍼레이터용 폴리에틸렌 미세 다공성 막의 제조방법이 개시된다.According to another aspect of the invention, the step of solid-state processing the ultra-high molecular weight polyethylene resin to produce a film having a predetermined draw ratio; Inducing a porous structure to the film by swelling the film in a first solvent which is lower than the melting temperature of the ultra high molecular weight polyethylene resin and capable of dissolving the ultra high molecular weight polyethylene resin; Fixing the porous structure by introducing the swollen film into a second solvent having a boiling point lower than that of the first solvent to replace the first solvent with a second solvent; Drying the film to remove the second solvent; And it is disclosed a method for producing a polyethylene microporous membrane for a battery separator comprising the step of stretching the film.
바람직하게, 기설정된 연신비는, 팽윤 단계에서 팽윤성을 잃지 않을 정도의 최대 연신비와 제 1 용매로 처리시 필름 형태를 충분히 유지할 수 있는 최소 연신비 사이의 범위를 가질 수 있다.Preferably, the predetermined draw ratio may have a range between the maximum draw ratio such that the swellability is not lost in the swelling step and the minimum draw ratio that can sufficiently maintain the film form upon treatment with the first solvent.
또한, 필름의 제조는 초고분자량 폴리에틸렌 수지의 용융온도보다 낮은 온도에서 고상 가공 공정을 통해 이루어질 수 있다.In addition, the production of the film may be made through a solid state processing process at a temperature lower than the melting temperature of the ultra high molecular weight polyethylene resin.
바람직하게, 제 1 용매로 테카린을 적용할 수 있으며, 제 2 용매로 헥산, 에탄올 또는 물을 개별적으로 또는 비점이 낮아지는 순서대로 연속적으로 적용할 수 있다.Preferably, tekarin may be applied as the first solvent, and hexane, ethanol or water as the second solvent may be applied individually or continuously in the order of lower boiling point.
또한, 바람직하게, 제 1 용매에 의한 팽윤시 필름이 완전히 수축되지 않도록 필름에 장력을 가할 수 있다.Also, preferably, the film may be tensioned such that the film does not shrink completely upon swelling with the first solvent.
바람직하게, 건조된 필름은 기계방향과 횡방향으로 각각 1.5배 이상 2축 연신되고 열 고정하여 두께가 25㎛ 이하를 유지한다.Preferably, the dried film is 1.5 times or more biaxially stretched and thermally fixed in the machine direction and the transverse direction, respectively, to maintain a thickness of 25 μm or less.
바람직하게, 초고분자량 폴리에틸렌 수지는 분자량이 106 이상이고, 용융온도는 139℃ 내지 142℃이고, 용융열은 40 내지 55 cal/g이며, 벌크 밀도는 0.05 내지 0.2 g/cc이고, 세공 용적은 1.8 내지 5.1 cc/g일 수 있다.Preferably, the ultrahigh molecular weight polyethylene resin has a molecular weight of 10 6 or more, a melting temperature of 139 ° C to 142 ° C, a heat of fusion of 40 to 55 cal / g, a bulk density of 0.05 to 0.2 g / cc, and a pore volume of 1.8 to 5.1 cc / g.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 전지 세퍼레이터용 폴리에틸렌 미세 다공성 막을 제조하는 제조공정도이다.1 is a manufacturing process chart for manufacturing a polyethylene microporous membrane for a battery separator according to the present invention.
초고분자량 폴리에틸렌 수지를 사용하여 고상 가공 장치(10)를 통해 원단 필름을 제조한다. 본 발명에 적용되는 원단필름의 제조에 적용되는 초고분자량 폴리에틸렌(ultra-high molecular weight polyethylene: UHMWPE)은 분자량이 3백만 내지 6백만인 폴리에틸렌을 말한다.A raw film is manufactured through the solid
고상 가공 공정(Solid-state Processing)을 통하여 제조된 원단 필름은 팽윤 처리조(20)와 세척조(30)를 이용한 다공화 공정(Swelling & Rolling)을 통해 비점이 높은 용매로 원단 필름을 처리하고, 연속적으로 비점이 낮은 용매로 교체한다. The fabric film manufactured through the solid-state processing process the fabric film with a high boiling point solvent through a swelling & rolling process using the swelling
다공화 공정을 통하여 팽윤 처리된 다공성 필름은 건조장치(40)에 의해 건조되어 모든 용매가 제거된다.The porous film swelled through the porosity process is dried by the drying
이후, 다공성 필름의 강도를 증가시키고 두께를 감소시키며 충분하고 균일한 다공성을 얻기 위하여 연신장치(50)를 이용한 이축 연신 공정(Biaxial Stretching)이 수행된다.Thereafter, a biaxial stretching process using the stretching
도 2는 본 발명에 따른 전지 세퍼레이터용 폴리에틸렌 미세 다공막의 제조방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.2 is a flowchart for explaining a method for producing a polyethylene microporous membrane for a battery separator according to the present invention.
우선, 초고분자량 폴리에틸렌 수지를 이용하여 초고분자량 폴리에틸렌 수지의 용융온도보다 낮은 온도에서 고상 가공 공정을 통해 연속적으로 원단 필름을 제조한다(단계 S10).First, a fabric film is continuously manufactured through a solid state processing process at a temperature lower than the melting temperature of the ultra high molecular weight polyethylene resin using the ultra high molecular weight polyethylene resin (step S10).
필름의 제조에 적용되는 초고분자량 폴리에틸렌 수지는 반응기로부터 바로 얻어진 파우더 형태의 초고분자량 폴리에틸렌 수지일 수 있으며, 팽윤성을 잃지 않을 정도의 최대 연신비와 유기용매로 처리시 필름 형태를 충분히 유지할 수 있는 최소 연신비 사이의 연신비를 갖고 있으며, 연신비는 바람직하게 3 내지 6이다. The ultra high molecular weight polyethylene resin applied to the production of the film may be a powdered ultra high molecular weight polyethylene resin obtained directly from the reactor, and between the maximum draw ratio not to lose swelling and the minimum draw ratio to sufficiently maintain the film form when treated with an organic solvent Has a draw ratio, and the draw ratio is preferably 3 to 6.
바람직하게, 본 발명에 적용되는 초고분자량 폴리에틸렌 수지는 분자량(Mv)이 106 이상이고, 용융온도는 139℃ 내지 142℃이며, 용융열은 40 내지 55 cal/g이고, 벌크 밀도는 0.05 내지 0.2 g/cc이며, 세공 용적(pore volume)은 1.8 내지 5.1 cc/g인 특성을 갖는다.Preferably, the ultrahigh molecular weight polyethylene resin applied to the present invention has a molecular weight (Mv) of 10 6 or more, a melting temperature of 139 ° C to 142 ° C, a heat of fusion of 40 to 55 cal / g, and a bulk density of 0.05 to 0.2 g / cc, and the pore volume has a property of 1.8 to 5.1 cc / g.
고상 가공 공정을 통해 제조된 필름은 장력이 걸린 상태에서 비점이 높은 제 1 용매가 담겨 있는 팽윤 처리조(20)에 투입하여 팽윤시켜 필름에 다공 구조를 형성한다(단계 S20). 필름은 초고분자량 폴리에틸렌 수지의 용융온도보다 낮은 온도의 유기용매로 처리하며, 제 1 용매로 비점이 높은 테카린을 적용하는 것이 바람직하다. The film produced through the solid state processing is put into the swelling
팽윤 처리조(20)의 전후에는 각각 피드 롤(feed roll; 22)과 테이크-업 롤(take-off roll; 24)이 설치되어 회전속도가 조절된다. 즉, 필름이 팽윤 처리조(20)에 투입되면, 팽윤되면서 길이방향으로 수축이 발생하여 최대 60% 정도까지 수축될 수 있다. 따라서, 완전히 수축하는 것을 방지하기 위해서는 투입되는 필름에 길이방향으로 장력을 주는 방법을 고려할 수 있다.Before and after the swelling
이를 위해 테이크-업 롤(24)의 회전속도를 피드 롤(22)의 회전속도의 60%보다 크게 설정함으로써 팽윤 처리조(20)를 통과하는 필름에 일정한 크기의 장력을 걸어줄 수 있다.To this end, by setting the rotational speed of the take-
필름에 걸리는 장력의 크기는 팽윤 처리조(20) 내에서 필름이 완전히 수축하는 정도를 고려하여 이보다 수축이 작거나 같도록 조절함으로서 설정한다.The amount of tension applied to the film is set by adjusting the shrinkage to be smaller than or equal to this in consideration of the extent to which the film is completely contracted in the swelling
팽윤 처리조(20)에서 제 1 용매는 초고분자량 폴리에틸렌 수지로 제조된 필름의 내부로 침투하여 필름을 팽윤시킨다.In the swelling
이와 같이, 제 1 용매가 담겨진 팽윤 처리조(20)에 필름을 연속적으로 통과시키고, 제 1 용매에 의해 팽윤된 필름을 냉각실린더(미도시)로 이동하여 권취가 용이하도록 냉각시킨다(단계 S30).In this way, the film is continuously passed through the swelling
냉각된 필름은 권취장치에 감기거나 바로 세척조(30)에 투입되는데, 세척조(30)는 제 1 용매보다 비점이 낮은 제 2 용매가 투입된다.The cooled film is wound on the winding device or immediately put into the
팽윤 처리조(20)와 마찬가지로 세척조(30)의 전후에는 각각 피드 롤(feed roll; 32)과 테이크-업 롤(take-off roll; 34)이 설치되며, 동일한 회전속도로 구동된다.Like the swelling
세척조(30)에 필름이 투입되면, 제 1 용매가 제 2 용매로 교체되어 실질적으로 제 1 용매가 제거된다(단계 S40).When the film is put into the
제 2 용매는 제 1 용매와 상용성이 있는 낮은 온도의 비점을 갖는 용매를 사용하며, 일 예로 헥산, 에탄올 또는 물 중의 어느 하나가 적용되거나 비점이 낮은 순서로 연속적으로 적용될 수 있다.As the second solvent, a solvent having a low boiling point compatible with the first solvent is used. For example, any one of hexane, ethanol, or water may be applied or continuously applied in the order of low boiling point.
이와 같이 필름을 녹일 수 있는 제 1 용매를 제거함과 동시에 비점이 낮은 제 2 용매로 교체함으로써 필름으로부터 용매 제거가 용이하게 된다.In this way, the removal of the solvent from the film is facilitated by removing the first solvent capable of dissolving the film and replacing the second solvent with a low boiling point.
세척조(30)에서 제 1 용매가 제거되도록 제 2 용매로 처리된 필름은 건조장치(40)를 통과하면서 건조되어 제 2 용매가 제거된다(단계 S50). 건조장치(40)의 후단에 설치되는 권치 롤(미도시)은 테이크-업 롤(34)과 동일한 속도를 유지하도록 하여 건조에 따른 팽윤 필름의 수축을 방지할 수 있다.The film treated with the second solvent to remove the first solvent in the
이후 다공성 필름의 강도를 증가시키고 두께를 감소시키며 충분하고 균일한 다공성을 얻기 위하여 연신장치(50)를 이용하여 동시연신 또는 축차 연신방법으로 이축 연신시킨다(단계 S60). 이때, 기계방향(Mechanical Direction)으로의 연신 그리고 횡방향(Transverse Direction)으로의 연신시에는 국부적으로 125℃로 가열된 장치(zone heating block)를 사용함으로써 연신을 용이하게 수행할 수 있다. 또한, 각 방향으로 1.5배 이상 연신하고 열고정하여 두께가 25㎛ 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.Then, to increase the strength of the porous film, to reduce the thickness, and to obtain sufficient and uniform porosity, the biaxial stretching is performed by the simultaneous stretching or the successive stretching using the stretching apparatus 50 (step S60). At this time, stretching in the mechanical direction and in the transverse direction can be easily performed by using a zone heating block locally heated at 125 ° C. Moreover, it is preferable to extend | stretch and heat-fix 1.5 times or more in each direction so that thickness may be 25 micrometers or less.
또한, 이축 연신을 적용함으로써, 필름이 연신되는 동안 받는 다른 방향으로의 스트레스를 감소시켜, 연신되는 과정동안 필름의 폭이 감소하는 현상을 감소시킬 수 있다.In addition, by applying biaxial stretching, it is possible to reduce the stress in the other direction during the stretching of the film, thereby reducing the phenomenon that the width of the film decreases during the stretching process.
이와 같은 과정에 의해 고강도의 다공성 필름의 제조가 가능하다.By this process it is possible to produce a high-strength porous film.
도 3은 본 발명에 따른 전지 세퍼레이터용 폴리에틸렌 미세 다공막의 제조방법에 따라 제조된 다공성 필름을 보인 도면이다.3 is a view showing a porous film prepared according to the method for producing a polyethylene microporous membrane for a battery separator according to the present invention.
상기 도 2에서 설명한 바와 같은 과정에 의해 고강도의 다공성 필름을 제조하면, 도 3에 도시된 다공성 필름을 얻을 수 있다. When the high-strength porous film is manufactured by the process described with reference to FIG. 2, the porous film shown in FIG. 3 may be obtained.
이와 같이 제조된 초고분자량 폴리에틸렌 다공성 막의 두께(Thickness), 인장강도(tensile strength), 신율, 돌자강도(puncture strength), 평균 기공사이즈(Average pore size), 다공성(porosity), Tm, 결정화도를 수 차례에 걸쳐 측정한 결과를 [표 1]에 나타내었다.Thickness, tensile strength, elongation, puncture strength, average pore size, porosity, Tm, and crystallinity of the ultra-high molecular weight polyethylene porous membrane The result measured over is shown in [Table 1].
전술한 바와 같이, 초고분자량 폴리에틸렌을 사용하여 제조된 필름을 높은 비점의 제 1 용매와 낮은 비점의 제 2 용매에 의해 처리하고, 이를 연신하고 열고정함으로써, 두께 25 마이크론 이하의 초고분자량 폴리에틸렌 다공성 막을 제조할 수 있다.As described above, a film prepared using ultra high molecular weight polyethylene is treated with a high boiling point first solvent and a low boiling second solvent, and stretched and heat-set, thereby forming an ultra high molecular weight polyethylene porous membrane having a thickness of 25 microns or less. It can manufacture.
이와 같이 본 발명에 따른 전지 세퍼레이터용 폴리에틸렌 미세 다공성 막의 제조방법에 의해 제조된 전지 세퍼레이터용 폴리에틸렌 미세 다공성 막은 공극율이 높고 기계적 강도가 높기 때문에, 박막화에 따른 전지의 용적 에너지밀도를 높일 수 있으며 조립가공성의 향상이 가능하여 전지의 정극과 부극이 접촉하여 쇼트되는 현상을 방지하고, 전지의 재료로 사용되는 가연성 물질들의 잘못 사용됨으로 인한 발화 등의 사고를 방지하는데 매우 효과적으로 사용될 수 있다.As described above, the polyethylene microporous membrane for battery separator prepared by the method for producing a polyethylene microporous membrane for battery separator according to the present invention has a high porosity and high mechanical strength, thereby increasing the volumetric energy density of a battery due to thinning, It is possible to improve and prevent the short-circuit phenomenon caused by the contact between the positive electrode and the negative electrode of the battery, and can be used very effectively to prevent accidents such as ignition due to misuse of the combustible materials used as the material of the battery.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 당업자에 의해 적절하게 변경하거나 변형할 수 있다. 이와 같은 변경이나 변형은 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 한, 본 발명의 권리범위에 속하는 것은 당연하다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 이하에 서술되는 특허의 청구범위에 의해 정해져야 한다. Although the above has been described based on the preferred embodiment of the present invention, it can be appropriately changed or modified by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. It is natural that such changes or modifications fall within the scope of the present invention without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims of the patent described below.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 전지 세퍼레이터용 폴리에틸렌 미세 다공성 막 및 그 제조방법은 초고분자량 폴리에틸렌을 사용하여 제조된 원단 필름을 높은 비점의 제 1 용매와 낮은 비점의 제 2 용매에 의해 각각 처리함으로써, 가공이 적합하지 않았던 초고분자량 폴리에틸렌을 단독으로 사용한 세퍼레이터용 다공성 필름을 제공할 수 있다.As described above, the polyethylene microporous membrane for a battery separator according to the present invention and a method for producing the same are treated with a high boiling point first solvent and a low boiling point second solvent, respectively, of a fabric film prepared using ultra high molecular weight polyethylene. Thereby, the porous film for separators which used the ultrahigh molecular weight polyethylene which processing was not suitable independently can be provided.
또한, 높은 기계적 특성과 적절한 기공특성을 갖는 리튬전지용 초고분자량 폴리에틸렌 미세 다공성 막의 제조가 가능하게 되는 이점이 있다.In addition, there is an advantage that the production of ultra-high molecular weight polyethylene microporous membrane for lithium battery having high mechanical properties and appropriate porosity.
더욱이, 공극율이 높고 기계적 강도가 높기 때문에, 박막화에 따른 전지의 용적 에너지밀도를 높일 수 있으며 조립가공성의 향상이 가능하여 전지의 정극과 부극이 접촉하여 쇼트되는 현상을 방지하고, 전지의 재료로 사용되는 가연성 물질들의 잘못 사용됨으로 인한 발화 등의 사고를 방지하는데 매우 효과적으로 사용될 수 있다.Furthermore, because of high porosity and high mechanical strength, it is possible to increase the volumetric energy density of a battery due to the thinning and to improve the assembly processability, to prevent the short and contact of the positive and negative electrodes of the battery and to use it as a material of the battery. It can be used very effectively to prevent accidents such as ignition due to misuse of the combustible materials.
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040013618A KR100623608B1 (en) | 2004-02-27 | 2004-02-27 | Polyethylene minute porosity film for battery separator and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040013618A KR100623608B1 (en) | 2004-02-27 | 2004-02-27 | Polyethylene minute porosity film for battery separator and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20050087913A KR20050087913A (en) | 2005-09-01 |
KR100623608B1 true KR100623608B1 (en) | 2006-09-18 |
Family
ID=37271000
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020040013618A KR100623608B1 (en) | 2004-02-27 | 2004-02-27 | Polyethylene minute porosity film for battery separator and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100623608B1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102757577B (en) * | 2011-04-27 | 2015-03-04 | 比亚迪股份有限公司 | Method for preparing battery diaphragm |
KR102038953B1 (en) | 2018-04-10 | 2019-10-31 | 주식회사 어스텍 | Polyethylene microporous membrane for lithium secondary battery by mechanochemical activation treatment and method for manufacturing the same |
-
2004
- 2004-02-27 KR KR1020040013618A patent/KR100623608B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20050087913A (en) | 2005-09-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101301446B1 (en) | Secondary battery fibrous separation membrane and method thereof | |
TWI428171B (en) | Microporous polyolefin membrane, its production method, battery separator and battery | |
Zhang | A review on the separators of liquid electrolyte Li-ion batteries | |
CN101331178B (en) | Polyolefin microporous membrane | |
TWI418582B (en) | Microporous polyolefin membrane, its production method, battery separator and battery | |
KR100269676B1 (en) | Microporous Polyethylene Film and Process for Producing the Film | |
JP6680206B2 (en) | Polyolefin microporous membrane, battery separator and battery | |
KR101843806B1 (en) | Polyolefin microporous membrane, separator for battery, and battery | |
KR101611229B1 (en) | Method for manufacturing separator, the separator, and battery using the separator | |
US10658640B2 (en) | Polyolefin microporous membrane, production method thereof, separator for non-aqueous electrolyte secondary battery, and non-aqueous electrolyte secondary battery | |
JPH10298325A (en) | Microporous polyolefin film and its production | |
JP3699561B2 (en) | Polyolefin microporous membrane and method for producing the same | |
JPH11269290A (en) | Polyoelfin fine porous membrane | |
JPH11268118A (en) | Polyolefin porous film, production thereof, and separator film for battery | |
KR100623608B1 (en) | Polyethylene minute porosity film for battery separator and manufacturing method thereof | |
CN112886138A (en) | Microporous membrane with different micropores on two surfaces and preparation method thereof | |
KR101674988B1 (en) | Method for manufacturing separator, the separator and battery using the separator | |
JP3747963B2 (en) | High heat-resistant polyethylene microporous membrane | |
JP2002047372A (en) | Porous film and method of preparing the same and battery using the same | |
JP2009149710A (en) | Microporous polyolefin membrane | |
KR101970492B1 (en) | A resin composition for manufacturing a porous separator | |
JP2004269579A (en) | Glass fiber fabric-reinforced polyolefin fine porous membrane | |
WO2021065283A1 (en) | Polyolefin microporous film, separator for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery | |
Wang et al. | Research and Development on the Separators of Li-ion Batteries | |
CN111933873A (en) | Diaphragm with uniform aperture and preparation method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E90F | Notification of reason for final refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130626 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140630 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150623 Year of fee payment: 10 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |