KR101073180B1 - A multi-layer separator, manufacturing method thereof, and a secondary battery having the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지에 사용될 수 있는 세퍼레이터, 그 제조방법 및 이를 구비한 이차전지에 관한 것이다. 본 발명에 따른 세퍼레이터는 다공성 고분자 필름 및 상기 다공성 고분자 필름의 적어도 일면에 적층된 다공성 부직포 시트를 포함하는 다층형 세퍼레이터로서, 상기 다공성 고분자 필름과 다공성 부직포 시트 사이에 겔 형성성 고분자로 된 접착층을 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따라 다공성 고분자 필름과 다공성 부직포 사이에 개재된 겔 형성성 고분자 접착층은 다층형 세퍼레이터가 층간 분리되는 위험성을 현저히 감소시키면서도 접착층 도입에 따른 전지 성능의 저하를 최소화할 수 있다. The present invention relates to a separator that can be used in a secondary battery, a manufacturing method thereof, and a secondary battery having the same. The separator according to the present invention is a multilayer separator including a porous polymer film and a porous nonwoven fabric sheet laminated on at least one surface of the porous polymer film, and further comprising an adhesive layer made of a gel-forming polymer between the porous polymer film and the porous nonwoven fabric sheet. It is characterized by including. According to the present invention, the gel-forming polymer adhesive layer interposed between the porous polymer film and the porous nonwoven fabric may minimize the deterioration of battery performance due to the introduction of the adhesive layer while significantly reducing the risk of the multilayer separator separating between layers.

Description

다층형 세퍼레이터, 그 제조방법 및 이를 구비한 이차전지{A MULTI-LAYER SEPARATOR, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND A SECONDARY BATTERY HAVING THE SAME} Multi-layered separator, manufacturing method thereof and secondary battery having same {A MULTI-LAYER SEPARATOR, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND A SECONDARY BATTERY HAVING THE SAME}

명세서 내에 통합되어 있고 명세서의 일부를 구성하는 첨부도면은 발명의 현재의 바람직한 실시예를 예시하며, 다음의 바람직한 실시예의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 할 것이다.The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate the presently preferred embodiments of the invention and, together with the description of the following preferred embodiments, serve to explain the principles of the invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2층 구조의 다층형 세퍼레이터를 개략적으로 도시한 단면도이고,1 is a cross-sectional view schematically showing a multilayer separator having a two-layer structure according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3층 구조의 다층형 세퍼레이터를 개략적으로 도시한 단면도이고,2 is a cross-sectional view schematically showing a multi-layer separator of a three-layer structure according to another embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3층 구조의 다층형 세퍼레이터를 개략적으로 도시한 단면도이다. 3 is a schematic cross-sectional view of a multi-layer separator of a three-layer structure according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 이차전지에 사용될 수 있는 세퍼레이터, 그 제조방법 및 이를 구비한 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다공성 고분자 필름의 적어도 일 면에 적층된 다공성 부직포 시트를 포함하는 다층형 세퍼레이터, 그 제조방법 및 이를 구비한 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a separator that can be used in a secondary battery, a method for manufacturing the same, and a secondary battery having the same, and more particularly, to a multilayer type separator including a porous nonwoven fabric sheet laminated on at least one surface of a porous polymer film. It relates to a method and a secondary battery having the same.

통상적으로 충방전이 가능한 이차전지는 셀루러 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더등 휴대용 전자 기기의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이러한 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있다. 이중에서 리튬 이차전지는 전자기기의 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동전압특성과 단위 중량당 에너지 밀도 특성이 뛰어나서 가장 각광받고 있으며 장래성도 매우 높은 것으로 평가받고 있다.In general, rechargeable batteries capable of charging and discharging are being actively researched by developing portable electronic devices such as cellular phones, notebook computers, and camcorders. Examples of such secondary batteries include nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, nickel-hydrogen batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries are considered the most promising and have high future prospects because they have superior operating voltage characteristics and energy density per unit weight compared to nickel-cadmium batteries or nickel-metal hydride batteries, which are widely used as power sources for electronic devices. .

리튬 이차전지는 다양한 형태로 제조가 가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온전지에 주로 사용되는 원통형 및 각형을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머전지는 유연성을 지닌 소재로 제조되어 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한, 안전성도 우수하고 무게가 가벼워서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다고 할 수 있다.The lithium secondary battery may be manufactured in various forms, and typical shapes include cylindrical and rectangular shapes mainly used in lithium ion batteries. Lithium polymer batteries, which are in the spotlight in recent years, are made of flexible materials and their shapes are relatively free. In addition, since the safety and light weight is excellent, it can be said that it is advantageous to slim and lighten portable electronic devices.

리튬 이차전지는 통상적으로 양극 집전체의 양면에 양극 활물질이 도포되어 형성된 양극, 음극 집전체의 양면에 음극 활물질이 도포되어 형성된 음극, 상기 양극과 음극의 사이에 개재되어 이들을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터로 이루어진 전극 구조체에, 리튬염 및 유기용매를 포함하는 비수 전해액을 주입하여 제조한다. A lithium secondary battery is a separator formed by applying a positive electrode active material to both surfaces of a positive electrode current collector, a negative electrode formed by applying a negative electrode active material to both sides of a negative electrode current collector, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode to electrically insulate them. It is prepared by injecting a non-aqueous electrolyte solution containing a lithium salt and an organic solvent into the electrode structure.

세퍼레이터는 일반적으로 접촉하고 있는 전지의 구성성분에 대하여 안정성 및 내열화성(resistant to degradation)이 있어야 하고, 높은 전해전기전도율을 나타낼 수 있어야 하며, 세퍼레이터를 제조 및 가공하거나 전지에 사용될 때 양 전극 사이의 접촉을 방지하면서 세퍼레이터의 원형을 유지할 수 있을 정도의 충분한 강도를 지니고 있어야 한다.The separator should generally be stable and resistant to degradation of the components of the cell it is in contact with, exhibit high electroconductivity, and when the separator is manufactured and processed or used in a cell, It must have sufficient strength to keep the separator circular while preventing contact.

특히, 리튬 이차전지는 다른 타입의 전지에 비하여, 우수한 저장수명 및 고에너지 밀도를 제공할 수 있는 반면 리튬의 반응성이 매우 크므로, 만약 전지가 과열되어 열폭주가 일어나거나 분리막이 관통될 경우에는 폭발을 일으키게 될 우려가 크다. 그러나, 리튬 이차전지에 통상적으로 사용되는 세퍼레이터인 다공성 폴리올레핀계 필름은 열에 의해 수축되어 내부 단락을 일으키는 등의 문제점이 있다.In particular, lithium secondary batteries can provide excellent shelf life and high energy density compared to other types of batteries, while lithium is very reactive, so if the battery is overheated and thermal runaway occurs or the separator penetrates, There is a high risk of causing an explosion. However, porous polyolefin-based films, which are separators commonly used in lithium secondary batteries, suffer from problems such as shrinkage by heat to cause internal short circuits.

이러한 문제점을 보완하기 위하여, 일본 공개특허 제1998-12211호, 제2004-127555호, 제2005-44675호, 2000-208122호 등은 다공성 폴리올레핀계 필름의 적어도 일면에 다공성 부직포 시트를 적층한 다층형 세퍼레이터를 개시하고 있다.In order to solve this problem, Japanese Patent Laid-Open Nos. 1998-12211, 2004-127555, 2005-44675, 2000-208122 and the like have a multilayer type in which a porous nonwoven fabric sheet is laminated on at least one surface of a porous polyolefin-based film. The separator is starting.

그러나, 전술한 다층형 세퍼레이터들은 다공성 폴리올레핀계 필름과 다공성 부직포 시트를 적층한 후, 가열가압하여 제조하는데, 이렇게 제조된 다층형 세퍼레이터들은 가열압착 시에 다공성 고분자 필름의 기공이 붕괴되어 전지의 용량을 저하시키는 문제를 발생시킨다. 전지의 용량을 저하시키지 않기 위하여 가열가압 공정의 처리조건을 완화시키는 경우 다공성 고분자 필름과 다공성 부직포 시트 사이의 접착력이 약해지므로, 다층형 세퍼레이터를 권취하거나 전지에 채용하여 사용시 외부 충격 등에 의하여 서로 분리되어 이차전지의 안전성을 해치게 된다.However, the above-described multilayer separators are prepared by stacking a porous polyolefin-based film and a porous nonwoven fabric sheet and then heating and pressing. The multilayer separators thus prepared have collapsed pores of the porous polymer film during hot pressing, thereby reducing the battery capacity. It causes the problem of deterioration. When the processing conditions of the heating and pressing process are alleviated in order not to reduce the capacity of the battery, the adhesive force between the porous polymer film and the porous nonwoven sheet is weakened, so that the multilayer separator is wound or separated from each other by external impact when used in the battery. The safety of the secondary battery is compromised.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 층간 분리되는 위험성을 현저히 감소시키면서도 접착층 도입에 따른 전지 성능의 저하를 최소화할 수 있는 다층형 세퍼레이터, 그 제조방법 및 이를 구비한 이차전지를 제공하는데 있다. The technical problem to be solved by the present invention is to solve the above problems, while significantly reducing the risk of separation between layers, while reducing the performance of the battery due to the adhesion of the multilayer-type separator, a manufacturing method and the same It is to provide a secondary battery.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다층형 세퍼레이터는 다공성 고분자 필름 및 상기 다공성 고분자 필름의 적어도 일면에 적층된 다공성 부직포 시트를 포함하는 다층형 세퍼레이터로서, 상기 다공성 고분자 필름과 다공성 부직포 시트 사이에 겔 형성성 고분자로 된 접착층을 더 구비하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above technical problem, the multi-layer separator of the present invention is a multi-layer separator comprising a porous polymer film and a porous non-woven fabric sheet laminated on at least one surface of the porous polymer film, between the porous polymer film and the porous non-woven fabric sheet It is characterized by further comprising an adhesive layer made of a gel-forming polymer.

본 발명에 따라 다공성 고분자 필름과 다공성 부직포 사이에 개재된 겔 형성성 고분자 접착층은 다층형 세퍼레이터가 층간 분리되는 위험성을 현저히 감소시킨다. 또한, 다공성 고분자 필름과 다공성 부직포 접착시 고온에 노출되지 않으므로 다공성 고분자 필름의 기공이 붕괴되는 것을 억제할 수 있으며, 전지 조립공정에서 주입된 전해액에 의해 겔화되어 리튬 이온의 이동을 원활히 함으로서 접착층 도입에 따른 전지 성능의 저하를 최소화할 수 있다.According to the present invention, the gel-forming polymer adhesive layer interposed between the porous polymer film and the porous nonwoven fabric significantly reduces the risk of the multilayer separator separating between layers. In addition, since the porous polymer film and the porous nonwoven fabric are not exposed to high temperature, the pores of the porous polymer film can be suppressed from being collapsed. The gelation is performed by the electrolyte injected during the battery assembly process to facilitate the movement of lithium ions. It is possible to minimize the degradation of the battery performance.

본 발명의 다층형 세퍼레이터에 있어서, 겔 형성성 고분자로는 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-클로로트리플로로에틸렌 공중합체, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리우레탄, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리아세테이트 등 을 각각 단독으로 또는 이들을 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.In the multilayer separator of the present invention, the gel-forming polymer may be vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyurethane, polyethylene Oxide, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polyacrylamide, polyacetate, etc. can be used individually or in mixture of 2 or more types, respectively.

본 발명의 다층형 세퍼레이터에 있어서, 다공성 부직포 시트로는 내열성이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 유리 등의 소재로 된 섬유를 각각 단독으로 또는 이들 소재의 섬유를 둘 이상 혼합하여 형성한 부직포 시트를 사용할 수 있다.In the multilayer separator of the present invention, the porous nonwoven fabric sheet includes polyethylene terephthalate, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, aramid, nylon, polyester, and polyparaphenylene benzobisoxazole having excellent heat resistance. The nonwoven fabric sheet which formed the fiber of materials, such as a polyarylate and glass, individually or in mixture of two or more fibers of these materials can be used.

전술한 다층형 세퍼레이터는 양극과 음극 사이에 개재되어 이차전지에 사용된다.The multilayer separator described above is interposed between the positive electrode and the negative electrode to be used in a secondary battery.

또한, 본 발명은 (S1) 다공성 고분자 필름 또는 다공성 부직포 시트의 일면에 겔 형성성 고분자를 용매에 용해시킨 고분자 용액을 도포하는 단계; (S2) 상기 고분자 용액이 도포된 다공성 고분자 필름의 표면에 다공성 부직포 시트를 적층하거나, 또는 상기 고분자 용액이 도포된 다공성 부직포 시트의 표면에 다공성 고분자 필름을 적층하는 단계; 및 (S3) 상기 (S2) 단계의 결과물을 가압하여 고분자 필름과 다공성 부직포 시트를 접착하는 단계를 포함하는 다층형 세퍼레이터의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention (S1) applying a polymer solution in which a gel-forming polymer dissolved in a solvent on one surface of a porous polymer film or a porous nonwoven sheet; (S2) laminating a porous nonwoven fabric sheet on the surface of the porous polymer film to which the polymer solution is applied, or laminating a porous polymer film on the surface of the porous nonwoven fabric sheet to which the polymer solution is applied; And (S3) provides a method for producing a multi-layer separator comprising the step of adhering the polymer film and the porous nonwoven sheet by pressing the resultant of the step (S2).

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

도 1에 본 발명의 일 실시예에 따른 다층형 세퍼레이터의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.1 is a schematic cross-sectional view of a multi-layer separator according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 다층형 세퍼레이터(10)는 다공성 고분자 필름(5)과, 그 일면에 적층된 다공성 부직포 시트(3)를 구비한다. 다공성 고분자 필름(5)과 다공성 부직포 시트(3) 사이에는 겔 형성성 고분자로 된 접착층(7)이 개재되어 다공성 고분자 필름(5)과 다공성 부직포 시트(3) 사이의 접착력을 강화시킨다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다층형 세퍼레이터(10)는 다공성 고분자 필름(5)의 양면에 적층된 다공성 부직포 시트들(3a, 3b)을 구비하고, 다공성 고분자 필름(5)과 다공성 부직포 시트들(3a, 3b) 사이에 각각 겔 형성성 고분자 접착층(7a, 7b)이 개재될 수 있다. 반대로, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다층형 세퍼레이터(10)는 다공성 부직포 시트(3) 양면에 적층된 다공성 고분자 필름들(5a, 5b)을 구비하고, 다공성 고분자 필름들(5a, 5b)과 다공성 부직포 시트(3) 사이에 각각 겔 형성성 고분자 접착층(7a, 7b)이 개재될 수 있다.Referring to FIG. 1, the multilayer separator 10 of the present invention includes a porous polymer film 5 and a porous nonwoven fabric sheet 3 laminated on one surface thereof. An adhesive layer 7 made of a gel-forming polymer is interposed between the porous polymer film 5 and the porous nonwoven sheet 3 to enhance the adhesive force between the porous polymer film 5 and the porous nonwoven sheet 3. As shown in FIG. 2, the multilayer separator 10 of the present invention includes porous nonwoven fabric sheets 3a and 3b stacked on both sides of the porous polymer film 5, and has a porous polymer film 5 and a porous structure. Gel-forming polymer adhesive layers 7a and 7b may be interposed between the nonwoven sheets 3a and 3b, respectively. On the contrary, as shown in FIG. 3, the multilayer separator 10 of the present invention includes porous polymer films 5a and 5b laminated on both sides of the porous nonwoven fabric sheet 3, and the porous polymer films 5a and Gel-forming polymer adhesive layers 7a and 7b may be interposed between 5b) and porous nonwoven sheet 3, respectively.

본 발명에 따라 다공성 고분자 필름과 다공성 부직포 사이에 개재된 겔 형성성 고분자 접착층은 필름과 부직포 사이의 접착력을 강화시키므로서, 세퍼레이터 권취 또는 전지의 조립 공정이나 다층형 세퍼레이터를 채용한 이차전지의 사용과정 에서 다층형 세퍼레이터가 층간 분리되는 위험성을 현저히 감소시켜 전지의 안전성을 향상시킨다. 또한, 다공성 고분자 필름과 다공성 부직포 접착시 고온에 노출되지 않기 때문에 다공성 고분자 필름의 기공 붕괴가 억제된다. 더불어, 접착층이 겔 형성성 고분자로 구성되어 있으므로, 전지 조립공정에서 주입된 전해액에 의해 접착층이 겔화되어 리튬 이온의 이동을 원활히 함으로서 접착층 도입에 따른 전지 성능의 저하를 최소화한다. According to the present invention, the gel-forming polymer adhesive layer interposed between the porous polymer film and the porous nonwoven fabric enhances the adhesive force between the film and the nonwoven fabric, and thus, a process of winding a separator or assembling a battery or using a secondary battery employing a multilayer separator. This significantly reduces the risk of the multilayer separator separating between layers, improving battery safety. In addition, since the porous polymer film and the porous nonwoven fabric are not exposed to high temperature, pore collapse of the porous polymer film is suppressed. In addition, since the adhesive layer is made of a gel-forming polymer, the adhesive layer is gelled by the electrolyte solution injected in the battery assembly process, thereby smoothing the movement of lithium ions, thereby minimizing degradation of battery performance due to the introduction of the adhesive layer.

본 발명에 따른 다층형 세퍼레이터에 있어서, 겔 형성성 고분자 접착층을 이루는 고분자로는 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-클로로트리플로로에틸렌 공중합체, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리우레탄, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리아세테이트 등과 같은 겔 형성성 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있는데, 이에 한정되지 않는다. In the multilayer separator according to the present invention, the polymer forming the gel-forming polymer adhesive layer is vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, polyvinylidene fluoride Gel-forming polymers such as polyurethane, polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polyacrylamide, polyacetate, and the like may be used alone or in combination thereof, but are not limited thereto.

본 발명에 따른 다층형 세퍼레이터에 있어서, 다공성 고분자 필름으로는 종래에 세퍼레이터로 사용된 통상적인 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/프로필렌 공중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있다. 특히, 전술한 일본 공개특허 제1998-12211호, 제2004-127555호, 제2005-44675호, 2000-208122호의 다층형 세퍼레이터에 개시된 다공성 고분자 필름이 적합하게 적용될 수 있다. In the multilayer separator according to the present invention, the porous polymer film may be a conventional porous polymer film conventionally used as a separator, for example, ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene / propylene copolymer, ethylene / butene copolymer, Porous polymer films made of polyolefin-based polymers such as ethylene / hexene copolymers and ethylene / methacrylate copolymers may be used alone or in combination of them. In particular, the porous polymer film disclosed in the above-described multilayered separators of Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 1998-12211, 2004-127555, 2005-44675, and 2000-208122 can be suitably applied.

또한, 본 발명에 따른 다층형 세퍼레이터에 있어서, 다공성 부직포 시트로는 이차전지의 세퍼레이터로 사용된 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 유리 등의 소재로 된 섬유를 각각 단독으로 또는 이들 소재의 섬유를 둘 이상 혼합하여 형성한 부직포 시트를 사용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 특히, 전술한 일본 공개특허 제1998-12211호, 제2004-127555호, 제2005-44675호, 2000-208122호의 다층형 세퍼레이터에 개시된 다공성 부직포 시트가 적합하게 적용될 수 있음은 물론이다. Further, in the multilayer separator according to the present invention, the porous nonwoven fabric sheet may be a conventional porous nonwoven fabric used as a separator of a secondary battery, for example, polyethylene terephthalate having a high melting point, polyacrylonitrile, polyimide, and polyamide. , Non-woven fabric sheet formed by mixing fibers of a material such as cellulose, aramid, nylon, polyester, polyparaphenylene benzobisoxazole, polyarylate, glass, or two or more of these materials It may be, but is not limited to such. In particular, the porous nonwoven fabric sheet disclosed in the above-described multilayered separators of Japanese Patent Laid-Open Nos. 1998-12211, 2004-127555, 2005-44675, and 2000-208122 can be suitably applied.

전술한 본 발명의 다층형 세퍼레이터는 양극과 음극 사이에 개재시켜 전극 구조체로 제조한 후, 리튬염 및 유기용매를 포함하는 비수 전해액을 주입하여 리튬 이차전지에 이용될 수 있다.The multi-layered separator of the present invention described above may be used as a lithium secondary battery by manufacturing a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt and an organic solvent after the electrode structure is interposed between the positive electrode and the negative electrode.

본 발명에 따라 다층형 세퍼레이터를 제조하는 방법은 다음과 같다.The method for producing a multilayer separator according to the present invention is as follows.

먼저, 다공성 고분자 필름 또는 다공성 부직포 시트의 일면에 겔 형성성 고분자를 용매에 용해시킨 고분자 용액을 도포한다(S1 단계). First, a polymer solution in which a gel-forming polymer is dissolved in a solvent is applied to one surface of a porous polymer film or a porous nonwoven fabric sheet (step S1).

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다층형 세퍼레이터에 있어서, 겔 형성성 고분자 접착층을 이루는 고분자로는 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-클로로트리플로로에틸렌 공중합체, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리우레탄, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리아세테이트 등과 같은 겔 형성성 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있는데, 이에 한정되지 않는다. 또한, 겔 형성성 고분자를 용해시키기 위한 용매로는 아세톤, 메틸피롤리돈(NMP) 등의 통상적인 용매를 사용할 수 있으며, 겔 형성성 고분자를 용해시켜 고분자 용액을 제조할 수 있는 것이라면 모두 사용이 가능하다. 도포된 고분자 용액 중 일부는 다공성 고분자 필름이나 다공성 부직포 시트에 존재하는 기공으로 침투될 수 있으며, 일부는 그 표층에 존재하여 층간 접착력을 부여한다.As described above, in the multilayer separator according to the present invention, the polymer forming the gel-forming polymer adhesive layer may be vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, Gel-forming polymers such as polyvinylidene fluoride, polyurethane, polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polyacrylamide, polyacetate, and the like may be used alone or in combination thereof, but are not limited thereto. Do not. In addition, a solvent for dissolving the gel-forming polymer may be used a conventional solvent such as acetone, methylpyrrolidone (NMP), and any solvent that can dissolve the gel-forming polymer to prepare a polymer solution. It is possible. Some of the polymer solution applied can penetrate into the pores present in the porous polymer film or porous nonwoven sheet, and some are present in the surface layer to impart interlayer adhesion.

이어서, 고분자 용액이 도포된 다공성 고분자 필름의 표면에 다공성 부직포 시트를 적층하거나, 또는 고분자 용액이 도포된 다공성 부직포 시트의 표면에 다공성 고분자 필름을 적층한다(S2 단계). Subsequently, the porous nonwoven fabric sheet is laminated on the surface of the porous polymer film to which the polymer solution is applied, or the porous polymer film is laminated to the surface of the porous nonwoven fabric sheet to which the polymer solution is applied (step S2).

그런 다음, 상기 (S2) 단계의 결과물을 가압하여 겔 형성성 고분자 접착층이 다공성 고분자 필름과 다공성 부직포 시트 사이를 충분히 접착시키도록 한다. 겔 형성성 고분자를 용해시키는데 사용된 용매는 가압공정 전후, 또는 가압공정 중에 건조시켜 제거하는 것이 바람직하다. Then, the resultant of the step (S2) is pressed so that the gel-forming polymer adhesive layer sufficiently adheres between the porous polymer film and the porous nonwoven sheet. The solvent used to dissolve the gel-forming polymer is preferably removed by drying before or after the pressing step or during the pressing step.

이렇게 제조된 본 발명의 다층형 세퍼레이터는 통상적인 이차전지의 후속공정, 예를 들어 다층형 세퍼레이터를 양극과 음극 사이에 개재시킨 전극 구조체를 원통형으로 감은 후 압착하여 박형의 카드 형태로 제조한 다음, 비수 전해액을 주입한 후 알루미늄에 고분자가 코팅된 포장재에 진공밀봉하는 방법에 따라 리튬 2차 전지로 완성된다. 완성된 리튬 2차 전지 내의 겔 형성성 고분자 접착층은 주입된 비수 전해액의 유기용매를 흡수하여 겔을 형성한다.The multilayer separator of the present invention manufactured as described above is manufactured in the form of a thin card after the process of a conventional secondary battery, for example, after winding a cylindrical structure in which a multilayer separator is interposed between a positive electrode and a negative electrode in a cylindrical shape, After injecting the non-aqueous electrolyte, the lithium secondary battery is completed by vacuum sealing the packaging material coated with polymer on aluminum. The gel-forming polymer adhesive layer in the completed lithium secondary battery absorbs the organic solvent of the injected nonaqueous electrolyte to form a gel.

비수 전해액의 유기용매로는 통상적으로 리튬 이차전지의 비수 전해액에 사 용되는 카보네이트계 유기용매 등이 사용될 수 있다. 유기용매의 구체적인 예로는 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 디프로필 카보네이트, 디메틸설퍼옥사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 비닐렌 카보네이트, 감마-부티로락톤, 에틸렌 설파이트, 프로필렌 설파이트, 테트라하이드로 퓨란 등을 단독으로 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는, 전기화학적 특성이 우수한 고유전성 용매인 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트와 같은 알킬렌 카보네이트(alkylene carbonate)계 유기용매를 사용하는 것이 바람직하며, 여기에 저점도 용매인 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트 등을 혼합하여 사용하는 것이 더욱 바람직하다.As the organic solvent of the nonaqueous electrolyte, a carbonate-based organic solvent or the like, which is typically used in the nonaqueous electrolyte of a lithium secondary battery, may be used. Specific examples of the organic solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, dipropyl carbonate, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, vinylene carbonate, gamma-butyro Lactone, ethylene sulfite, propylene sulfite, tetrahydrofuran, and the like may be used alone or in combination thereof, but is not limited thereto. Preferably, alkylene carbonate organic solvents such as ethylene carbonate and propylene carbonate, which are highly dielectric solvents having excellent electrochemical properties, are preferably used, and low viscosity solvents such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, It is more preferable to mix and use ethylmethyl carbonate.

또한, 비수 전해액에 사용되는 리튬염으로는 통상적인 리튬 이차전지에 사용되는 것이라면 모두 사용이 가능한데, 리튬염으로는 예를 들어 과염소산 리튬(LiClO4), 사불화붕산 리튬(LiBF4), 육불화인산 리튬(LiPF6), 육불화비소 리튬(LiAsF6), 삼불화메탄술폰산 리튬(LiCF3SO3), 리튬 비스트리플루오로메탄술포닐아미드(LiN(CF3SO2)2) 등을 단독으로 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, any lithium salt used in the nonaqueous electrolyte may be used as long as it is used in a conventional lithium secondary battery. Examples of lithium salts include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), and hexafluoride. Lithium phosphate (LiPF 6 ), lithium arsenic fluoride (LiAsF 6 ), lithium trifluoride methanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bistrifluoromethanesulfonylamide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ), and the like Or may be used as a mixture thereof, but is not limited thereto.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되 어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. However, embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, the scope of the present invention should not be construed as limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

실시예Example 1 One

비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체(P(VdF-co-HFP))를 아세톤에 대해 10:90의 중량비율로 혼합하고 고분자 용액을 준비하였다. 이어서, 준비된 고분자 용액을 두께 12um인 다공성 폴리에틸렌 필름에 딥 코팅법을 이용하여 도포한 다음, 유리섬유로 된 두께 20um의 다공성 부직포 시트를 적층하였다. 그런 다음, 프레스로 가압하면서 다공성 필름과 부직포 시트 사이를 접착하였다. 이렇게 제조한 다층형 세퍼레이터를 직경 3cm, 폭 5cm의 양극(LiCoO2) 및 음극(탄소) 사이에 개재시킨 후, 이를 알루미늄에 고분자가 코팅된 포장재를 사용하여 진공 밀봉하여 리튬 이차전지를 완성하였다.Vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (P (VdF-co-HFP)) was mixed in a weight ratio of 10:90 to acetone and a polymer solution was prepared. Subsequently, the prepared polymer solution was applied to the porous polyethylene film having a thickness of 12 μm by using a dip coating method, and then the porous nonwoven fabric sheet having a thickness of 20 μm made of glass fiber was laminated. Then, the adhesive was bonded between the porous film and the nonwoven sheet while pressing with a press. The multilayer separator thus prepared was interposed between a positive electrode (LiCoO 2 ) and a negative electrode (carbon) having a diameter of 3 cm and a width of 5 cm, and then vacuum sealed using a packaging material coated with a polymer on aluminum to complete a lithium secondary battery.

실시예Example 2 2

비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체(P(VdF-co-HFP)를 아세톤과 5:95의 비율로 고분자 용액을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전지를 제조하였다. A battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a polymer solution of vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (P (VdF-co-HFP) with acetone in a ratio of 5:95) was prepared.

비교예Comparative example 1 One

실시예 1에 사용된 다공성 고분자 필름만을 분리막으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. Except for using only the porous polymer film used in Example 1 as a separator was prepared in the same manner as in Example 1.

비교예Comparative example 2 2

고분자 용액을 이용하여 접측층을 형성하지 않고 다공성 고분자 필름과 다공성 부직포 시트를 직접 가열압착시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 1 except that the porous polymer film and the porous nonwoven fabric sheet were directly heated and pressed without forming a contact layer using a polymer solution.

각각의 방법으로 제조된 실시예 및 비교예의 다층형 세퍼리이터의 층간 접착력을 측정하였고, 제조한 전지 20개씩에 대하여 용량비 및 안정성을 테스트하였다. 전지의 안정성 테스트는 만충전 상태에서 160oC에서 1시간 가열 테스트를 수행하여 발화여부를 확인하였으며 그 결과를 표 1에 나타내었다. The interlayer adhesion of the multilayer separators of Examples and Comparative Examples prepared by the respective methods was measured, and capacity ratio and stability were tested for each of the 20 batteries prepared. The stability test of the battery was carried out by heating test at 160 o C for 1 hour in a fully charged state to confirm whether it was ignited and the results are shown in Table 1.

Figure 112006094938654-pat00001
Figure 112006094938654-pat00001

표 1의 결과를 참조하면, 겔 형성성 고분자로 구성된 접착층을 사용하여 다공성 고분자 필름과 다공성 부직포 시트를 부착한 실시예 1 및 2의 전지는 3C 방전에서도 80%이상의 용량을 나타내었으며, 160oC의 고온 노출에서도 발화하는 전지가 발생하지 않았다. Referring to the results of Table 1, the cells of Examples 1 and 2 attached with a porous polymer film and a porous nonwoven sheet using an adhesive layer composed of a gel-forming polymer showed a capacity of 80% or more even at 3C discharge, and 160 ° C. No battery ignited even at high temperature exposure.

한편, 다공성 고분자 필름만으로 분리막을 구성한 전지는 용량비는 우수하지만 다수의 전지에서 발화가 발생하였다. 또한, 다공성 고분자 필름과 다공성 부직포 시트를 가열압착한 경우에도 발화하는 전지는 없었으나, 전지의 용량비가 65%로 매우 저하되었다. 이는 가열압착 시에 다공성 고분자 필름의 기공이 붕괴되었기 때문으로 판단된다. On the other hand, a battery composed of a separator using only a porous polymer film has a good capacity ratio, but ignition occurred in many batteries. In addition, even when the porous polymer film and the porous nonwoven fabric sheet were hot pressed, there was no battery to ignite, but the capacity ratio of the battery was significantly reduced to 65%. This is because the pores of the porous polymer film collapsed during hot pressing.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따라 다공성 고분자 필름과 다공성 부직포 사이에 개재된 겔 형성성 고분자 접착층은 필름과 부직포 사이의 접착력을 강화시키므로서, 세퍼레이터 권취 또는 전지의 조립 공정이나 다층형 세퍼레이터를 채용한 이차전지의 사용과정에서 다층형 세퍼레이터가 층간 분리되는 것을 현저히 감소시켜 전지의 불량율을 향상시킨다. 또한, 다공성 고분자 필름과 다공성 부직포 접착시 고온에 노출되지 않기 때문에 다공성 고분자 필름의 기공이 붕괴되는 것을 억제할 수 있으며, 접착층이 주입된 전해액에 의해 겔화되어 전지 성능이 저하되는 것을 최소화한다. As described above, the gel-forming polymer adhesive layer interposed between the porous polymer film and the porous nonwoven fabric according to the present invention enhances the adhesive force between the film and the nonwoven fabric, thereby employing a separator winding or battery assembly process or a multilayer separator. In the use of one secondary battery, the multilayer separator is significantly reduced in interlayer separation, thereby improving the defective rate of the battery. In addition, since the porous polymer film and the porous nonwoven fabric are not exposed to high temperatures, the pores of the porous polymer film may be prevented from being collapsed, and the adhesive layer may be gelled by the injected electrolyte to minimize degradation of battery performance.

Claims (11)

다공성 고분자 필름 및 상기 다공성 고분자 필름의 적어도 일면에 적층된 다공성 부직포 시트를 포함하는 다층형 세퍼레이터에 있어서, In the multi-layer separator comprising a porous polymer film and a porous nonwoven fabric sheet laminated on at least one surface of the porous polymer film, 상기 다공성 고분자 필름은 폴리올레핀계 고분자로 이루어지고, The porous polymer film is made of a polyolefin-based polymer, 상기 다공성 고분자 필름과 다공성 부직포 시트 사이에, 전해액에 의해 겔화되는 겔 형성성 고분자로 된 접착층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다층형 세퍼레이터. A multilayer separator, further comprising an adhesive layer of a gel-forming polymer gelled by an electrolyte between the porous polymer film and the porous nonwoven fabric sheet. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 겔 형성성 고분자는 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-클로로트리플로로에틸렌 공중합체, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리우레탄, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리아세테이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다층형 세퍼레이터. The gel-forming polymer may be vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyurethane, polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polymethyl Multilayered separator, characterized in that any one selected from the group consisting of methacrylate, polyacrylamide, polyacetate and mixtures thereof. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 폴리올레핀계 고분자는 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸 렌/프로필렌 공중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 다층형 세퍼레이터.The polyolefin-based polymer is at least one selected from the group consisting of ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene / propylene copolymer, ethylene / butene copolymer, ethylene / hexene copolymer and ethylene / methacrylate copolymer Multi-layer separator. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 다공성 부직포 시트는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트 및 유리로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 섬유 또는 이들 중 둘 이상의 섬유 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 다층형 세퍼레이터.The porous nonwoven sheet is any selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, aramid, nylon, polyester, polyparaphenylene benzobisoxazole, polyarylate and glass A multilayer separator comprising one fiber or a mixture of two or more of them. (S1) 폴리올레핀계 고분자로 이루어진 다공성 고분자 필름 또는 다공성 부직포 시트의 일면에 전해액에 의해 겔화되는 겔 형성성 고분자를 용매에 용해시킨 고분자 용액을 도포하는 단계;(S1) applying a polymer solution in which a gel-forming polymer, which is gelled by an electrolyte solution, is dissolved in a solvent to one surface of a porous polymer film or a porous nonwoven fabric sheet made of a polyolefin-based polymer; (S2) 상기 고분자 용액이 도포된 다공성 고분자 필름의 표면에 다공성 부직포 시트를 적층하거나, 또는 상기 고분자 용액이 도포된 다공성 부직포 시트의 표면에 다공성 고분자 필름을 적층하는 단계; 및(S2) laminating a porous nonwoven fabric sheet on the surface of the porous polymer film to which the polymer solution is applied, or laminating a porous polymer film on the surface of the porous nonwoven fabric sheet to which the polymer solution is applied; And (S3) 상기 (S2) 단계의 결과물을 가압하여 상기 고분자 필름과 다공성 부직포 시트를 접착하는 단계를 포함하는 다층형 세퍼레이터의 제조방법.(S3) Method of manufacturing a multi-layer separator comprising the step of adhering the polymer film and the porous nonwoven sheet by pressing the resultant of the step (S2). 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 겔 형성성 고분자는 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-클로로트리플로로에틸렌 공중합체, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리우레탄, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리아세테이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다층형 세퍼레이터의 제조방법. The gel-forming polymer may be vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyurethane, polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polymethyl A method for producing a multilayer separator, characterized in that any one selected from the group consisting of methacrylate, polyacrylamide, polyacetate and mixtures thereof. 삭제delete 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 폴리올레핀계 고분자는 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/프로필렌 공중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 다층형 세퍼레이터의 제조방법.The polyolefin-based polymer is at least one selected from the group consisting of ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene / propylene copolymer, ethylene / butene copolymer, ethylene / hexene copolymer and ethylene / methacrylate copolymer Method of manufacturing a multilayer separator. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 다공성 부직포 시트는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트 및 유리로 이루어진 군으로부터 선택 된 어느 하나의 섬유 또는 이들 중 둘 이상의 섬유 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 다층형 세퍼레이터의 제조방법.The porous nonwoven sheet is selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, aramid, nylon, polyester, polyparaphenylene benzobisoxazole, polyarylate and glass Method for producing a multi-layer separator, characterized in that consisting of any one fiber or a mixture of two or more of them. 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극 구조체; 및 상기 전극 구조체에 주입되며, 리튬염 및 유기용매를 함유하는 비수 전해액을 구비한 이차전지에 있어서, An electrode structure comprising an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode; And a nonaqueous electrolyte injected into the electrode structure and containing a lithium salt and an organic solvent. 상기 세퍼레이터가 제1항 내지 제2항 및 제4항 내지 제5항 중 어느 한 항의 다층형 세퍼레이터인 것을 특징으로 하는 이차전지. A secondary battery according to any one of claims 1 to 2 and 4 to 5, wherein the separator is a multilayer separator.
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