KR101183010B1 - Can-type decompressed electrochemical device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1전극, 제2전극 및 상기 양 전극 사이에 개재된 분리막을 구비한 전극 조립체가 캔형 외장재 내부에 수용되어 있는 캔형 전기화학소자에 있어서, 상기 분리막은 일면 또는 양면에 겔폴리머층이 형성되어 있고, 상기 전기화학소자 조립 후 외장재 내부가 감압처리된 것이 특징인 캔형 전기화학소자를 제공한다.The present invention relates to a can type electrochemical device in which an electrode assembly having a separator interposed between a first electrode, a second electrode, and the positive electrode is accommodated inside a can-type exterior material, wherein the separator has a gel polymer layer on one or both surfaces thereof. It is formed, and provides a can-type electrochemical device characterized in that the inside of the exterior material is subjected to a reduced pressure after assembling the electrochemical device.

Description

감압처리된 캔형 전기화학소자{CAN-TYPE DECOMPRESSED ELECTROCHEMICAL DEVICE}Canned electrochemical device under reduced pressure {CAN-TYPE DECOMPRESSED ELECTROCHEMICAL DEVICE}

본 발명은 제1전극, 제2전극 및 상기 양 전극 사이에 개재된 분리막을 구비한 전극 조립체가 캔형 외장재 내부에 수용되어 있는 캔형 전기화학소자에 있어서, 상기 분리막은 일면 또는 양면에 겔폴리머층이 형성되어 있고, 상기 전기화학소자 조립 후 외장재 내부가 감압처리된 것이 특징인 캔형 전기화학소자에 관한 것이다.The present invention relates to a can type electrochemical device in which an electrode assembly having a separator interposed between a first electrode, a second electrode, and the positive electrode is accommodated inside a can-type exterior material, wherein the separator has a gel polymer layer on one or both surfaces thereof. It is formed, and relates to a can-type electrochemical device, characterized in that the inside of the exterior material is subjected to a reduced pressure after assembling the electrochemical device.

최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더, 노트북 및 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용 분야가 확대됨에 따라 전지와 같은 전기 화학 소자의 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 electrochemical devices such as batteries are increasingly materialized. The electrochemical device is one of the most remarkable fields in this respect, and the development of a rechargeable secondary battery has become a 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. 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.

이들 이차전지에서 베어 셀의 대부분은 양극, 음극 및 분리막으로 이루어진 전극 젤리롤과 같은 전극 조립체를 통상 철재, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 캔에 수납하고, 캔의 내부가 밀폐되도록 캡 조립체로 마감한 뒤, 캔 내부에 전해액을 주입하고 밀봉함으로써 형성된다. Most of the bare cells in these secondary batteries are housed in an electrode assembly such as an electrode jelly roll consisting of a positive electrode, a negative electrode and a separator, usually in a can made of steel, aluminum or an aluminum alloy, and closed with a cap assembly to seal the inside of the can. It is formed by injecting and sealing an electrolyte solution into the can.

이러한 캔형 이차 전지는 외관상 원통형 또는 각형 전지 등으로 구분된다. Such can-type secondary batteries are classified into cylindrical or rectangular batteries in appearance.

도 1은 캔형 이차 전지의 일종인 원통형 이차 전지의 구성을 나타낸 분해도이다. 도 1에서 1은 음극 단자 역할을 겸하는 캔 몸체, 2는 양극, 3은 음극, 4는 분리막, 5는 양극리드, 6은 음극리드, 7은 양극 단자, 8은 안전판, 9는 PTC소자, 10은 개스킷(GASKET), 11은 절연판이고, 양극(2)과 분리막(4)과 음극(3)은 권취되어 젤리롤 형태로 캔형 외장재 내에 수납되어 있다. 도 1에는 전해액이 생략되어 있다. 도 1은 원통형 이차 전지에 관한 것이고, 각형 이차 전지도 본질적으로 유사한 구성이다.1 is an exploded view showing the configuration of a cylindrical secondary battery which is a kind of canned secondary battery. 1 to 1 can also serve as a negative electrode terminal, 2 is a positive electrode, 3 is a negative electrode, 4 is a separator, 5 is a positive lead, 6 is a negative lead, 7 is a positive terminal, 8 is a safety plate, 9 is a PTC element, 10 The silver gasket (GASKET), 11 is an insulating plate, and the positive electrode 2, the separator 4, and the negative electrode 3 are wound and housed in a can-shaped exterior material in the form of a jelly roll. 1, the electrolyte is omitted. 1 relates to a cylindrical secondary battery, wherein the rectangular secondary battery has an essentially similar configuration.

이때, 스텐레스강, 니켈 도금강, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등과 같은 얇은 금속판으로 이루어진 캔을 사용할 경우, 충방전 과정에서 생성되는 가스에 의해 전지의 내부 압력이 상승하거나 또는 반복적인 전지의 충방전으로 인해 젤리롤이 팽창함으로써 전지의 용량, 사이클 특성 및 안전성이 저하되는 문제가 발생하였다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 외장재, 예컨대 캔의 두께를 증가시키는 방법을 사용하였으나, 두께를 인위적으로 증가시킬 경우 전지의 고용량화를 만족시킬 수가 없었다. 또한, 캔의 재질을 강도가 강한 재료, 예컨대 철 또는 철 합금 등으로 변경할 경우, 강도 증가는 가능하나 무게 증가로 인해 단위 무게당 에너지 밀도가 저하될 뿐만 아니라 기존 조립 공정을 대폭 변경해야 한다는 문제점이 초래되었다. 실제로, 외장재 중 원통형 캔의 경우는 이미 강도가 강한 재료, 예컨대 철 또는 철 합금을 이미 사용하고 있기 때문에 전술한 재질 변경 방법 이외의 또 다른 방법이 절실히 요구되고 있다.At this time, when using a can made of a thin metal plate, such as stainless steel, nickel plated steel, aluminum or aluminum alloy, the internal pressure of the battery is increased by the gas generated during the charging and discharging process, or jelly due to the repeated charging and discharging of the battery The expansion of the roll caused a problem that the capacity, cycle characteristics, and safety of the battery were lowered. In order to solve this problem, a method of increasing the thickness of an exterior material, such as a can, was used, but when the thickness was artificially increased, it was not possible to satisfy the high capacity of the battery. In addition, if the material of the can is changed to a material of high strength, such as iron or iron alloy, the strength can be increased, but the energy increase per unit weight is not only lowered due to the increase in weight, but also the existing assembly process must be drastically changed. Caused. In fact, in the case of the cylindrical can among the exterior materials, another method other than the above-described material changing method is urgently required since a material having a high strength, such as iron or an iron alloy, is already used.

본 발명은 전기화학소자에서 전극 조립체를 수납하는 캔형 외장재가 충방전시 전기화학반응에 의한 가스 발생에 수반하는 내압상승이나 전극판 팽창 등에 의해 부풀어 올라 캔형 외장재가 변형되는 문제점을 해결하고자 한다.The present invention is intended to solve the problem that the can-type exterior member deforms due to an increase in pressure or an electrode plate expansion accompanied by gas generation due to an electrochemical reaction during charging and discharging.

본 발명은 겔 폴리머로 코팅하지 않은 분리막과 달리 겔 폴리머로 일면 또는 양면이 코팅된 분리막을 사용한 경우 외장재 내부에 진공을 가할 수 있다는 것을 밝혀 내었으며, 본 발명은 이에 기초한 것이다.The present invention has been found that when a separator coated with one side or both sides with a gel polymer is used, unlike a separator not coated with a gel polymer, vacuum may be applied to the inside of the exterior material, and the present invention is based on this.

본 발명은 제1전극, 제2전극 및 상기 양 전극 사이에 개재된 분리막을 구비한 전극 조립체가 캔형 외장재 내부에 수용되어 있는 캔형 전기화학소자에 있어서, 상기 분리막은 일면 또는 양면에 겔폴리머층이 형성되어 있고, 상기 전기화학소자 조립 후 외장재 내부가 감압처리된 것이 특징인 캔형 전기화학소자를 제공한다.The present invention relates to a can type electrochemical device in which an electrode assembly having a separator interposed between a first electrode, a second electrode, and the positive electrode is accommodated inside a can-type exterior material, wherein the separator has a gel polymer layer on one or both surfaces thereof. It is formed, and provides a can-type electrochemical device characterized in that the inside of the exterior material is subjected to a reduced pressure after assembling the electrochemical device.

본 발명에 따라 겔 폴리머로 일면 또는 양면이 코팅된 분리막을 사용하고, 캔형 외장재 내부에 진공을 가한 전기화학소자는 충방전시 또는 고온 보존 시 부반응에 의한 가스의 발생에 수반하는 내압상승이나 전극판 팽창 등에 의해 부풀어 올 라 외장재가 변형되거나 전기화학소자의 두께가 증가하는 것을 감소시킬 수 있으며, 충방전 도중에 두께 증가로 인한 성능의 감소현상이 크게 완화될 수 있다.According to the present invention, an electrochemical device using a membrane coated with one or both sides of a gel polymer, and applying a vacuum to the inside of a can-type exterior material has an internal pressure increase or electrode plate accompanying generation of gas due to side reactions during charging and discharging or at high temperature storage. Swelling due to swelling may deform the exterior material or increase the thickness of the electrochemical device, and the decrease in performance due to the increase in thickness during charge and discharge may be greatly alleviated.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

종래 캔형 전지에 진공을 가하면 전해액이 빨려 나오기 때문에 진공을 가하기 어려웠다. When a vacuum is applied to a conventional can-type battery, it is difficult to apply a vacuum because the electrolyte is sucked out.

겔 폴리머로 코팅하지 않은 분리막과 달리, 본 발명과 같이 겔폴리머로 일면 또는 양면이 코팅된 분리막을 사용하는 경우, 전해액이 겔 폴리머층에 팽윤되어 진공을 가해도 전해액이 빨려 나오지 않으므로, 캔형 전지에도 진공을 가할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 캔형 전지에 진공이 가해져 있으면, 충방전시 또는 고온 보존 시 부반응에 의해서 gas등이 발생해도 1기압이 될 때까지는 두께 증가 현상이 일어나지 않는다. 또 가스의 발생에 수반하는 내압상승이나 전극판 팽창 등에 의해 부풀어 올라 외장재가 변형되거나 전기화학소자의 두께가 증가하는 것을 감소시킬 수 있으며, 충방전 도중에 두께 증가로 인한 성능의 감소현상이 크게 완화될 수 있다.Unlike a separator not coated with a gel polymer, when using a separator coated with one or both sides with a gel polymer as in the present invention, the electrolyte is swelled in the gel polymer layer and the electrolyte is not sucked out even when a vacuum is applied. Vacuum can be applied. Therefore, if a vacuum is applied to the can-type battery according to the present invention, even if gas or the like is generated by side reaction during charging and discharging or at high temperature storage, the increase in thickness does not occur until 1 atm. In addition, it is possible to reduce swelling due to internal pressure increase or electrode plate expansion accompanied with gas generation, to reduce the deformation of the exterior material or to increase the thickness of the electrochemical device, and to significantly alleviate the decrease in performance due to the increase in thickness during charging and discharging. Can be.

외장재 내부의 진공도가 클수록, 내부 가스 발생에 의해 외장재 변형을 일으킬 수 있는 전기화학소자 내 내부 가스 양을 크게 할 수 있다. 특히, 개방형 3차원 기공이 형성된 겔 폴리머의 경우 전해액 젖음성이 향상되고 전해액 보유량이 증가되어 전극과 분리막의 접착강도가 크게 향상되어, 진공도를 더욱 크게 할 수 있다.The greater the degree of vacuum in the exterior material, the greater the amount of internal gas in the electrochemical device that may cause deformation of the exterior material by internal gas generation. In particular, in the case of the gel polymer having open three-dimensional pores, the electrolyte wettability is improved and the electrolyte retention amount is increased, thereby greatly improving the adhesion strength between the electrode and the separator, thereby increasing the vacuum degree.

본 발명에서 전기화학소자 내 진공도는 1 Torr ~ 700 Torr 인 것이 바람직하 다. 1 Torr 미만으로 진공을 가하기 위해서는 시간이 많이 걸리고 일부 전해액이 누액될 위험이 있고, 700 Torr초과로 진공을 가하면 진공을 가하는 효과가 없다.In the present invention, the degree of vacuum in the electrochemical device is preferably 1 Torr to 700 Torr. It takes a long time to apply the vacuum to less than 1 Torr, and there is a risk of leakage of some electrolyte, and applying a vacuum above 700 Torr has no effect of applying the vacuum.

진공도를 크게 하기 위해, Free electrolyte를 최소화하는 방향 즉, 전해액을 최대한 흡수하도록 겔 폴리머를 다공성 구조로 만드는 것이 유리하다.In order to increase the degree of vacuum, it is advantageous to make the gel polymer porous structure to minimize the free electrolyte, that is, to absorb the electrolyte as much as possible.

본 발명이 적용되는 전기화학소자는 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. The electrochemical device to which the present invention is applied includes 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.

캔형 외장재는 캔 몸체;와 캔의 개구부을 덮는 캡조립체를 구비한다.The can-type exterior member includes a can body and a cap assembly covering an opening of the can.

상기 전기화학소자의 외장재가 캔형일 경우, 파우치형과는 달리, 양극단자와 음극단자 중 하나를 구성하는 캔 몸체 내에, 양극 활물질이 도포된 양극과 음극 활물질이 도포된 음극과 이들 두 전극 사이에 배치되는 분리막을 포함하는 전극조립체가 수용되어 있다.When the exterior material of the electrochemical device is a can type, unlike a pouch type, in a can body constituting one of a positive electrode terminal and a negative electrode terminal, a positive electrode coated with a positive electrode active material, a negative electrode coated with a negative electrode active material, and between these two electrodes An electrode assembly including a separator disposed therein is accommodated.

캔형 외장재의 재질은 통상적으로 사용되는 금속 또는 이의 합금 재질을 사용할 수 있으며, 이들의 크기 및 형태는 특별한 제한이 없다. 비제한적인 예로 철재, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있고, 경량화 측면에서 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 이루어지는 것이 바람직하다. 내압 강도를 강화하거나 전해액에 대한 내부식성 측면에서 알루미늄과 망간, 알루미늄과 니켈, 또는 알루미늄과 마그네슘이 혼합된 알루미늄 합금이 사용될 수 있다. The material of the can-type exterior material may use a metal or alloy material thereof that is commonly used, and their size and shape are not particularly limited. As a non-limiting example, it may be made of iron, aluminum or an aluminum alloy, and in terms of weight reduction, it is preferable to be made of aluminum or an aluminum alloy. Aluminum alloys in which aluminum and manganese, aluminum and nickel, or aluminum and magnesium are mixed may be used to increase the pressure resistance or to resist corrosion of the electrolyte.

분리막은 양극과 음극의 접촉에 의한 내부 단락을 방지하고, 이온을 투과시키는 역할을 한다. The separator prevents internal short circuit due to contact between the positive electrode and the negative electrode, and serves to transmit ions.

본 발명에 따라 겔 폴리머층이 적용 가능한 분리막용 기재로는 다공성 기재가 바람직하다. 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. According to the present invention, a porous substrate is preferable as a substrate for a separator to which a gel polymer layer is applicable. 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.

사용 가능한 기재 재료의 비제한적인 예로는 폴리에틸렌(이하 'PE'라 함) 또는 폴리프로필렌(이하 'PP'라 함)과 같은 폴리올레핀 계열, 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.Non-limiting examples of substrate materials that can be used include polyolefin series such as polyethylene (hereinafter referred to as 'PE') or polypropylene (hereinafter referred to as 'PP'), polyethyleneterephthalate, polybutyleneterephthalate , Polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenylene oxide polyphenyleneoxide, polyphenylenesulfidro, polyethylenenaphthalene, or a mixture thereof, and other heat-resistant engineering plastics can be used without limitation.

상기 기재의 두께는 크게 제한이 없으나, 1 내지 100㎛ 범위가 바람직하며, 5 내지 50㎛ 범위가 더욱 바람직하다. The thickness of the 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.

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.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.

본 발명은 분리막의 일면 또는 양면에 겔 폴리머층이 형성된 것이 특징이다. 겔 폴리머층은 밀집(dense)하게 코팅되어 있을 수 있으나, 다공성인 것이 바람직하며, 서로 연결되어 있는 개방형 3차원 기공을 다수 포함하는 겔 폴리머층인 것이 더욱 바람직하다. 개방형 3차원 기공의 평균 직경은 0.01 내지 10㎛가 바람직하다.The present invention is characterized in that the gel polymer layer is formed on one side or both sides of the separator. The gel polymer layer may be densely coated, but is preferably porous, more preferably a gel polymer layer including a plurality of open three-dimensional pores connected to each other. The average diameter of the open three-dimensional pores is preferably 0.01 to 10㎛.

본 발명에 사용되는 겔 폴리머는 용해도 지수가 15 내지 45 MPa1 / 2 인 고분자가 바람직하다. 용해도 지수가 15 MPa1 /2 미만 및 45 MPa1 /2를 초과할 경우, 통상적인 전기화학소자용 액체 전해액에 의해 함침(swelling)되기 어렵기 때문이다. 따라서, 폴리올레핀류와 같은 소수성 고분자들보다는 극성기를 많이 갖는 친수성 고분자들이 바람직하다.Gel polymer used in the present invention is a solubility parameter of 15 to 45 MPa 1/2 in the polymer is preferred. 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 a conventional liquid electrolyte for electrochemical device. Therefore, hydrophilic polymers having more polar groups than hydrophobic polymers such as polyolefins are preferable.

겔 폴리머는 유리 전이 온도(glass transition temperature, Tg)가 가능한 한 낮은 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 -200 내지 200℃ 범위이다. 이는 최종 겔 폴리머 층의 유연성 및 탄성 등과 같은 기계적 물성을 향상시킬 수 있기 때문이다.The gel polymer may be used as low as possible glass transition temperature (Tg), preferably in the range of -200 to 200 ℃. This is because mechanical properties such as flexibility and elasticity of the final gel polymer layer can be improved.

사용 가능한 겔 폴리머의 비제한적인 예로는 PVDF, PVDF계의 공중합체 [예, 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), PVDF-co-CTFE 등], 카르복시 메틸 셀룰로오즈 (CMC) 계 중합체, 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide, PEO) 계 중합체, 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile, PAN)계 중합체, 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate, PMMA)계 중합체 또는 이들의 혼합체 등이 있다.Non-limiting examples of gel polymers that can be used include PVDF, PVDF copolymers (e.g. polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, PVDF-co-HFP), polyvinylidene Polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene, PVDF-co-CTFE, etc.], carboxy methyl cellulose (CMC) polymer, polyethylene oxide (PEO) polymer, polyacrylonitrile , PAN) polymers, polymethylmethacrylate (PMMA) polymers, or mixtures thereof.

또한, 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 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 혼합체도 사용 가능하다.In addition, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, ethylene vinyl acetate copolymer, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose Cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, pullulan , Carboxyl methyl cellulose, acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer, polyimide or mixtures thereof may also be used.

이외에도 상술한 특성을 포함하는 물질이라면 어느 재료라도 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.In addition, any material can be used singly or in combination as long as it contains the above-described properties.

겔폴리머의 분자량은 10,000~ 1,000,000 사이가 적당하며, 분자량이 너무 낮은 경우는 코팅시 균일한 겔 폴리머 층의 형성이 어렵고, 분자량이 너무 높게 되면 용매에 대한 용해도가 감소하고 점도가 너무 높게 되어 공정에 어려움이 있다.The molecular weight of the gel polymer is suitably between 10,000 and 1,000,000. If the molecular weight is too low, it is difficult to form a uniform gel polymer layer during coating. If the molecular weight is too high, the solubility in the solvent decreases and the viscosity becomes too high. There is difficulty.

겔 폴리머의 코팅층 두께는 0.1~10㎛가 적당하며 코팅층의 두께가 지나치게 얇을 경우 전극과의 접착력이 부족할 뿐더러 전해액 함침 능력이 떨어진다. 또한 두께가 지나치게 두꺼운 경우는 리튬이온 이동에 저항층이 증대할 뿐더러 전체 전지의 두께가 두꺼워져 용량 감소를 수반한다. The thickness of the coating layer of the gel polymer is 0.1 ~ 10㎛ is appropriate, if the thickness of the coating layer is too thin, the adhesive strength with the electrode is insufficient and the electrolyte impregnation ability is poor. In addition, when the thickness is too thick, not only the resistance layer increases in lithium ion migration, but also the thickness of the entire battery becomes thick, which entails a decrease in capacity.

상기 겔 폴리머는 이후 주입되는 전해액과 반응하여 겔화됨으로써 겔형 고분자 전해질을 형성할 수 있다. The gel polymer may then gel with the injected electrolyte to form a gel polymer electrolyte.

본 발명의 겔 폴리머층은 무기물 입자, 그외 첨가제를 더 포함할 수 있다.The gel polymer layer of the present invention may further include inorganic particles and other additives.

본 발명에 따라 겔폴리머층을 구비한 분리막은 (1) 겔 폴리머를 용매에 용해시켜 코팅용액을 제조한 후 폴리올레핀계 분리막을 상기 코팅 용액에 담그는 방법(dipping)에 의해 밀집한 겔 폴리머층을 형성시키거나, (2) 겔 폴리머를 용매에 용해시킨 겔 폴리머 용액 상에 비용매 첨가를 통해 겔 폴리머 풍부 상(相)과 겔 폴리머 결핍 상(相)으로 상분리시킴으로써 개방형 3차원 기공을 포함하는 겔 폴리머 층을 형성시킬 수 있다(도 3 참조). According to the present invention, a separator having a gel polymer layer (1) prepares a coating solution by dissolving the gel polymer in a solvent and then forms a dense gel polymer layer by dipping the polyolefin-based separator into the coating solution. Or (2) a gel polymer layer comprising open three-dimensional pores by phase separation into a gel polymer rich phase and a gel polymer deficient phase through nonsolvent addition on a gel polymer solution in which the gel polymer is dissolved in a solvent. Can be formed (see FIG. 3).

상기 겔 폴리머 풍부 상(相)과 겔 폴리머 결핍 상(相)으로의 상분리는 겔 폴리머 용액 제조시, 겔 폴리머 코팅시 및/또는 건조시 야기시켜, 기공을 형성하게 될 겔 폴리머 결핍 상(相)이 3차원적으로 형성되고 또 서로 연결되게 할 수 있다. 이와 같이 서로 연결된 개방형 3차원 기공 구조를 갖는 겔 폴리머층은 주입되는 액체 전해액을 채울 공간이 다수 존재하여 높은 이온 전도도 및 전해액 함침율을 나타내어 전지 성능을 향상시킬 수 있다.Phase separation of the gel polymer rich phase and the gel polymer deficient phase may result in gel polymer deficient phase, which will cause pores in gel polymer solution preparation, gel polymer coating and / or drying to form pores. It can be formed three-dimensionally and connected to each other. As such, the gel polymer layer having the open three-dimensional pore structure connected to each other has a large number of spaces to fill the injected liquid electrolyte, thereby exhibiting high ion conductivity and electrolyte impregnation rate, thereby improving battery performance.

기재상에 서로 연결된 개방형 3차원 기공을 포함하는 겔 폴리머 층의 제조 방법의 제1구체예는, 겔 폴리머를 용매에 용해시킨 겔 폴리머 용액에 비용매를 일부 첨가하여 상분리한 용액을 기재 상에 적용시키는 단계; 및 건조 단계를 포함한 다. In a first embodiment of the method for producing a gel polymer layer comprising open three-dimensional pores connected to each other on a substrate, a phase-separated solution is applied onto a substrate by adding a part of a nonsolvent to a gel polymer solution in which the gel polymer is dissolved in a solvent. Making a step; And a drying step.

기재상에 서로 연결된 개방형 3차원 기공을 포함하는 겔 폴리머 층의 제조 방법의 제2구체예는, 겔 폴리머를 용매에 용해시킨 겔 폴리머 용액을 기재 상에 적용한 후 비용매에 침지시켜 상분리를 적용시키는 단계; 및 건조 단계를 포함한다. A second embodiment of the method for producing a gel polymer layer comprising open three-dimensional pores connected to each other on a substrate is to apply a phase separation by applying a gel polymer solution in which a gel polymer is dissolved in a solvent onto a substrate and then immersing it in a non-solvent. step; And a drying step.

기재상에 서로 연결된 개방형 3차원 기공을 포함하는 겔 폴리머 층의 제조 방법의 제3 구체예는, 겔 폴리머를 용매에 용해시킨 겔 폴리머 용액을 기재 상에 적용하는 단계; 및 건조시 비용매 증기를 분사하여 상분리시키는 단계를 포함한다. A third embodiment of a method for producing a gel polymer layer comprising open three-dimensional pores connected to one another on a substrate comprises: applying a gel polymer solution in which the gel polymer is dissolved in a solvent on the substrate; And phase separation by injecting nonsolvent vapor upon drying.

상기 구체예들에서 제시된 겔 폴리머 층의 제조 방법은, 개방형 3차원 기공을 형성하기 위해서 건조 조건, 상기 용매 및 비용매의 종류, 함량 등을 조절할 수 있다.In the method of preparing the gel polymer layer described in the above embodiments, the drying conditions, the type and content of the solvent and the non-solvent may be adjusted to form open three-dimensional pores.

상기 겔 폴리머를 용해하는 용매로는, 사용하고자 하는 겔 폴리머와 용해도 지수가 유사하며, 끓는점(boiling point)이 낮은 것이 바람직하다. 이는 균일한 혼합과 이후 용매 제거를 용이하게 하기 위해서이다. As the solvent for dissolving the gel polymer, it is preferable that the solubility index is similar to that of the gel polymer to be used, and the boiling point is low. This is to facilitate uniform mixing and subsequent solvent removal.

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), 또는 이들의 혼합물 등이 있다.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, or a mixture thereof.

사용 용매에 대한 겔 폴리머의 농도는 0.1~30%가 적당하며, 고분자의 농도가 너무 낮을 경우는 균일한 겔 폴리머 층의 형성이 어렵고, 고분자의 농도가 너무 높 게 되면 용매에 잘 녹지 않을 뿐더러 코팅시 점도가 증가되어 공정에 어려움이 발생한다. The concentration of the gel polymer in the solvent used is 0.1 to 30%. If the concentration of the polymer is too low, it is difficult to form a uniform gel polymer layer. If the concentration of the polymer is too high, it is difficult to dissolve in the solvent. Increasing viscosity leads to difficulties in the process.

한편, 본 발명의 일구체예에 따라 용매/비용매의 상분리에 의해 겔 폴리머 풍부 상(相)과 겔 폴리머 결핍 상(相)으로 상분리시키고, 상기 겔 폴리머 결핍 상(相)이 서로 연결된 3차원 개방형 기공을 형성하게 하기 위해서는, 용매와 비용매의 선택이 중요하다. 선택되는 용매, 비용매는 겔 폴리머의 종류에 따라 달라진다.On the other hand, according to one embodiment of the present invention by the phase separation of the solvent / non-solvent phase separated into a gel polymer rich phase and a gel polymer deficient phase, the three-dimensional gel polymer deficient phase is connected to each other In order to form open pores, the choice of solvent and nonsolvent is important. The solvent and nonsolvent selected will depend on the type of gel polymer.

상기 겔 폴리머에 대한 비용매의 비제한적인 예로는 메틸알코올, 에틸알코올, 프로필 알코올, 부틸 알코올 등의 알코올류와 물 등이 있다. Non-limiting examples of non-solvents for the gel polymer include alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol and water.

용매에 대한 비용매의 비율은 0.1~50부피%가 적당하며 비용매 비율이 지나치게 낮은 경우는 상분리가 일어나지 않으며, 비용매 비율이 지나치게 높게 되면 고분자의 침전 현상이 발생하게 되어 겔이 불균일하게 발생된다.The ratio of the nonsolvent to the solvent is suitably 0.1 to 50% by volume. If the nonsolvent ratio is too low, phase separation does not occur. If the nonsolvent ratio is too high, precipitation of the polymer occurs, resulting in uneven gel. .

서로 연결되어 있는 개방형 3차원 기공을 다수 포함하는 겔 폴리머층을 형성하기 위해서는 건조 온도를 50 ~ 130도로 조절하는 것이 바람직하다. 또, 지나치게 저온인 경우는 용매, 비용매가 잔존하게 되어 전지 성능에 문제가 발생할 수 있으며, 130도가 넘는 경우에는 분리막 원단이 damage를 받아서 기본 특성이 변화될 가능성이 있다. 건조시간의 경우 5초에서 ~ 250 초 사이가 적절하다. 건조시간이 짧을 경우 잔존 용매/비용매로 인해 성능이 감소할 수 있고, 길게 되면 생산성이 문제가 된다. In order to form a gel polymer layer including a plurality of open three-dimensional pores connected to each other, it is preferable to adjust the drying temperature to 50 to 130 degrees. In addition, if the temperature is too low, solvents and non-solvents may remain, which may cause problems in battery performance. If the temperature is over 130 ° C, the membrane fabric may be damaged and the basic characteristics may be changed. For drying times, 5 to 250 seconds are appropriate. If the drying time is short, the performance may decrease due to the remaining solvent / non-solvent, and if it is long, productivity becomes a problem.

겔 폴리머 결핍 상(相)으로부터 기공 형성시 기공의 크기 및 기공도, 기공 연결 여부 등은 용매/비용매의 선택/함량비 및 건조 온도/시간 등에 의해서 조절이 가능하다. 기공의 크기를 크게 하고 기공간의 연결을 증대하기 위해서는 건조온도를 낮게 하고 건조시간을 증대시켜 상분리된 겔 폴리머 결핍 상(相)을 충분히 성장시켜 주면 된다. The pore size and porosity, pore connection, etc., when the pores are formed from the gel polymer deficient phase can be controlled by the solvent / non-solvent selection / content ratio and the drying temperature / time. In order to increase the size of the pores and increase the connection of the space, it is necessary to lower the drying temperature and increase the drying time to sufficiently grow the phase separated gel polymer deficient phase.

한편, 겔 폴리머 용액, 또는 비용매를 함유한 겔 폴리머 용액을 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. 또한, 코팅시, 기재의 양면 모두에 실시할 수 있으며 또는 한 면에만 선택적으로 실시할 수 있다.Meanwhile, the method of coating the gel polymer solution or the non-solvent-containing gel polymer solution on the substrate may use a conventional coating method known in the art, for example, dip coating, die coating, or the like. Various methods such as roll coating, comma coating, or a mixture thereof may be used. In addition, during coating, it may be carried out on both sides of the substrate or may be selectively carried out only on one side.

이차 전지를 포함하는 캔형 전기화학소자는 겔폴리머층이 형성된 분리막을 사용하고 전기화학소자를 조립한 후 외장재 내부를 감압처리하는 것을 제외하고는 당 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 양극과 음극 사이에 분리막을 넣고 이를 통상적인 조립 방법에 따라 전극 조립체를 형성한 후 이를 외장재에 삽입하고 전해액을 투입하여 제조될 수 있다. 예컨대, 본 발명에 따라 감압처리된 캔형 전기화학소자는 겔폴리머층이 형성된 분리막, 양극 및 음극으로 구비하는 전극조립체를 캔형 외장재 내부에 삽입한 후, 진공 챔버로 이동시켜서 전해액을 주액하고 진공을 걸어준 후에 ball welding으로 마무리하여 제조될 수 있다.The can-type electrochemical device including a secondary battery uses a separator in which a gel polymer layer is formed, and then, after assembling the electrochemical device, depressurizes the inside of the exterior material, and then, it is a conventional method known in the art, between the positive electrode and the negative electrode. It can be prepared by inserting the separator into the electrode assembly according to a conventional assembly method and then inserting it into the packaging material and adding the electrolyte solution. For example, the can type electrochemical device subjected to the pressure reduction according to the present invention inserts an electrode assembly including a separator, an anode, and a cathode in which a gel polymer layer is formed into the can type exterior material, and then moves to a vacuum chamber to inject the electrolyte solution and apply vacuum. After finishing, it can be manufactured by ball welding.

이때, 상기 전극 조립체를 권취(winding)시켜 젤리롤을 형성하여 삽입할 수 있으나, 분리막과 전극을 적층(lamination, stack)하거나 전극 조립체 접어서(folding) 외장재 내에 삽입할 수도 있다.In this case, the electrode assembly may be wound and formed to insert jelly rolls, but the separator and the electrode may be stacked or inserted into the exterior member by folding or stacking the electrode assembly.

본 발명에 따른 전기화학소자에 구비되는 전극은 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 전극활물질을 전극 전류집전체에 결착된 형태로 제조할 수 있으며, 일례를 들면, 전극활물질을 바인더와 혼합하여 제조한 전극 슬러리를 집전체에 도포한 후, 용매나 분산매를 건조 등으로 제거하고, 집전체에 활물질을 결착시킴과 더불어 활물질끼리를 결착시켜 제조할 수 있다.Electrode provided in the electrochemical device according to the present invention can be prepared in the form of the electrode active material bound to the electrode current collector according to a conventional method known in the art, for example, prepared by mixing the electrode active material with a binder After apply | coating one electrode slurry to an electrical power collector, a solvent and a dispersion medium can be removed by drying, etc., binding an active material to an electrical power collector, and binding an active material can be manufactured.

상기 전극활물질 중 양극활물질로는 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 통상적인 양극활물질이 사용 가능하며, 이들의 비제한적인 예로는 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들의 조합에 의하여 형성되는 복합산화물 등과 같은 리튬흡장물질(lithium intercalation material) 등이 있다. Among the electrode active materials, a cathode active material capable of occluding and releasing lithium may be used. Non-limiting examples thereof include lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron oxide, or the like. And lithium intercalation materials such as composite oxides formed by combination.

음극활물질로는 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 통상적인 음극활물질이 사용 가능하며, 이들의 비제한적인 예로는 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite), 기타 탄소류 또는 리튬을 반복적으로 흡장 및 방출 가능한 TiO2, SnO2, Li4Ti5O12 등과 같은 금속 산화물과 Sn, Si, Al, Pb 등과 같은 금속 등이 있다. As the negative electrode active material, a conventional negative electrode active material capable of absorbing and releasing lithium ions may be used. Non-limiting examples thereof include lithium metal or lithium alloy, carbon, petroleum coke, and activated carbon. , Metal oxides such as TiO 2 , SnO 2 , Li 4 Ti 5 O 12, and the like, which can repeatedly occlude and release graphite, other carbons or lithium, and metals such as Sn, Si, Al, Pb, and the like.

양극 전류집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극 전류집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.Non-limiting examples of the positive electrode current collector is a foil made by aluminum, nickel or a combination thereof, and non-limiting examples of the negative electrode 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 포 함하고 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(GBL) 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 +, contain an alkali metal cation or an ion composed of a combination thereof, such as K +, 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 Salts containing ions consisting of anions such as SO 2 ) 3 - or a combination thereof are 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 (GBL) or these Some are dissolved or dissociated in an organic solvent consisting of a mixture of, but are 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.

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, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the scope of the present invention is not limited to the following examples.

[실시예][Example]

실시예Example 1 One

1-1. 분리막 제조1-1. Membrane manufacturer

폴리비닐리덴플로라이드-클로로트리플로로에틸렌 공중합체 (PVdF-CTFE) 고분자를 아세톤에 약 5 중량% 첨가한 후, 50℃의 온도에서 약 12시간 이상 용해시켜 고분자 용액을 제조하였다. 이 고분자 용액에 비용매인 메탄올을 아세톤 기준으로 30부피%로 첨가하였다. 이와 같이 제조된 용액을 딥(dip) 코팅법으로 두께 12㎛ 정도의 Tonen사의 F12BMS 분리막 다공성 기재(기공도 50%)에 코팅하였으며, 코팅 두께는 약 2㎛ 정도로 조절하였다. 통기도 측정 장치로 측정한 결과, F12BMS 원단의 통기도는 약 240~260초 내외 였으며, 코팅된 겔 폴리머층을 포함하는 경우 통기도는 약 350~400초 내외 였다. 본 발명에 따라 제조된 실시예 1의 분리막은 기재 상에 서로 연결되어 있는 개방형 3차원 기공을 다수 포함하는 겔 폴리머층이 형성되어 있다는 것을 확인할 수 있었다(도 4 참조).A polyvinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer (PVdF-CTFE) polymer was added to acetone in about 5% by weight, and then dissolved at a temperature of 50 ° C. for about 12 hours or more to prepare a polymer solution. Non-solvent methanol was added to this polymer solution at 30% by volume on acetone basis. The solution thus prepared was coated on Tonen's F12BMS separator porous substrate (porosity 50%) having a thickness of about 12 μm by dip coating, and the coating thickness was adjusted to about 2 μm. As measured by the air permeability measuring device, the air permeability of the F12BMS fabric was about 240 ~ 260 seconds, and the air permeability was about 350 ~ 400 seconds when the coated gel polymer layer was included. It was confirmed that the separator of Example 1 prepared according to the present invention had a gel polymer layer including a plurality of open three-dimensional pores connected to each other on a substrate (see FIG. 4).

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

(양극 제조)(Anode manufacture)

양극 활물질로 LiCoO2 92 중량%, 도전재로 카본 블랙(carbon black) 4 중량%, 결합제로 폴리비닐리덴플로라이드 (PVdF) 4 중량%를 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 혼합물 슬러리를 양극 집전체인 두께가 20㎛ 정도의 알루미늄 박막에 도포 및 건조하여 양극을 제조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하였다.92 wt% of LiCoO 2 as a positive electrode active material, 4 wt% of carbon black as a conductive material, and 4 wt% of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were added to N-methyl-2 pyrrolidone (NMP) as a solvent. Addition to prepare a positive electrode mixture slurry. The positive electrode mixture slurry was coated and dried on an aluminum thin film having a thickness of about 20 μm, which is a positive electrode current collector, to prepare a positive electrode, and then roll press was performed.

(음극 제조)(Cathode production)

음극 활물질로 탄소 분말, 결합제로 PVdF, 도전재로 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 ㎛인 구리 박막에 도포 및 건조하여 음극을 제조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하였다. 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 material 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 copper thin film having a thickness of 10 μm, which is a negative electrode current collector, to prepare a negative electrode, and then roll press was performed.

(전지 제조)(Battery manufacturing)

상기 양극, 음극 및 실시예 1-1에서 제조된 분리막을 적층(stacking)하여 젤리롤 형태로 캔형 외장재 내부에 삽입하였으며, 1M의 리튬헥사플로로포스페이트(LiPF6)이 용해된 에틸렌카보네이트/에틸메틸카보네이트 (EC/EMC=1:2, 부피비)계 전해액을 주입하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.The positive electrode, the negative electrode, and the separator prepared in Example 1-1 were stacked and inserted into the can-type exterior material in the form of a jelly roll, and ethylene carbonate / ethylmethyl in which 1 M lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved. A lithium secondary battery was prepared by injecting a carbonate (EC / EMC = 1: 2, volume ratio) -based electrolyte.

전해액 주액후 진공 챔버로 이동시켜, 50 Torr까지 감압한 후 ball welding을 진행하여 입구를 밀봉하였다. After the electrolyte solution was injected into the vacuum chamber, the pressure was reduced to 50 Torr, and the ball inlet was sealed by proceeding with ball welding.

비교예Comparative example 1 One

진공 감압을 시키지 않고 상압 상태에서 ball welding을 하여 밀봉한 것 이외에는 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 ball welding was performed under normal pressure without sealing under vacuum.

실험예Experimental Example 1. 리튬 이차 전지의 성능 평가 (상온 수명 특성) 1. Performance Evaluation of Lithium Secondary Battery (Room Temperature Life Characteristics)

실시예 1 및 비교예 1의 방법으로 제조된 423450 각형 리튬 이차 전지를 23℃의 온도에서 1C의 전류로 4.2 내지 3V 구간에서 충전 및 방전을 400 사이클 반복 실시하였다. 도 5에는 실시예 1과 비교예1의 방법으로 제조된 각형 전지의 수명특성 및 사이클 도중의 두께 증가 경향이 나타나 있다. 도 5에서 나와 있듯이 진공 감압을 실시한 전지의 400회 사이클 특성은 감압하지 않은 비교예1에 비해서 약 7%정도 향상되었고, 특히 두께 증가는 400회 충방전 후 약 200㎛ 개선되었다.The 423450 square lithium secondary battery manufactured by the method of Example 1 and Comparative Example 1 was repeatedly charged and discharged 400 cycles in a section of 4.2 to 3V at a current of 1C at a temperature of 23 ° C. 5 shows the life characteristics and the tendency to increase the thickness during the cycles of the square batteries manufactured by the method of Example 1 and Comparative Example 1. As shown in FIG. 5, the 400 cycle characteristics of the battery subjected to vacuum decompression were improved by about 7% compared to Comparative Example 1 which was not decompressed, and in particular, the thickness increase was improved by about 200 μm after 400 charge / discharge cycles.

도 1은 캔형 전지의 일종인 원통형 비수전해액 전지의 구성을 나타낸 도면이다.1 is a view showing the configuration of a cylindrical nonaqueous electrolyte battery which is a kind of can type battery.

도 2는 본 발명에 사용되는 겔 폴리머 층을 구비한 분리막을 도식화한 모식도이다. 2 is a schematic diagram illustrating a separator having a gel polymer layer used in the present invention.

도 3은 개방형 3차원 기공을 포함하는 겔 폴리머 층을 형성하기 위한 상분리 방법의 기본적인 삼성분계 상도를 나타낸 것이다.Figure 3 shows a basic ternary phase diagram of a phase separation method for forming a gel polymer layer comprising open three-dimensional pores.

도 4는 실시예 1에서 형성된 개방형 다공성(open-porous) 구조를 지닌 겔 폴리머 층의 주사전자현미경 사진이다.4 is a scanning electron micrograph of a gel polymer layer having an open-porous structure formed in Example 1. FIG.

도 5 는 실시예 1과 비교예 1에서 제조한 각형 전지의 400회 수명 특성 및 두께 증가 비교 그래프이다.5 is a graph comparing the lifespan characteristics and thickness increase of 400 times of the square batteries manufactured in Example 1 and Comparative Example 1. FIG.

Claims (12)

제1전극, 제2전극 및 상기 양 전극 사이에 개재된 분리막을 구비한 전극 조립체가 캔형 외장재 내부에 수용되어 있는 캔형 전기화학소자에 있어서, 상기 분리막은 일면 또는 양면에 겔폴리머층이 형성되어 있고, 상기 전기화학소자 조립 후 외장재 내부가 감압처리된 것이 특징인 캔형 전기화학소자.In a can type electrochemical device in which an electrode assembly having a separator interposed between a first electrode, a second electrode, and the positive electrode is accommodated inside a can-type exterior material, the separator has a gel polymer layer formed on one side or both sides thereof. , Can-type electrochemical device, characterized in that the inside of the packaging material after the decompression treatment after assembling the electrochemical device. 제1항에 있어서, 전기화학소자 내 진공도가 1~ 700 Torr인 것이 특징인 캔형 전기화학소자.The can type electrochemical device according to claim 1, wherein the vacuum degree in the electrochemical device is 1 to 700 Torr. 제1항에 있어서, 상기 감압처리는 전해액을 주입한 후 수행하는 것이 특징인 캔형 전기화학소자. The can type electrochemical device according to claim 1, wherein the decompression treatment is performed after injecting an electrolyte solution. 제1항에 있어서, 캔형 외장재는 캔 몸체;와 캔의 개구부를 덮는 캡조립체를 구비하는 것이 특징인 캔형 전기화학소자.The can-type electrochemical device of claim 1, wherein the can-type exterior member has a can body; and a cap assembly covering an opening of the can. 제1항에 있어서, 리튬 이차전지인 것이 특징인 캔형 전기화학소자.The can type electrochemical device according to claim 1, which is a lithium secondary battery. 제1항에 있어서, 상기 분리막은 기재 상에 서로 연결되어 있는 개방형 3차원 기공을 다수 포함하는 겔 폴리머층이 형성된 것이 특징인 캔형 전기화학소자.The can-type electrochemical device of claim 1, wherein the separator has a gel polymer layer including a plurality of open three-dimensional pores connected to each other on a substrate. 제6항에 있어서, 개방형 3차원 기공을 포함하는 겔 폴리머 층은 겔 폴리머를 용매에 용해시킨 겔 폴리머 용액 상에 비용매 첨가를 통해 겔 폴리머 풍부 상(相)과 겔 폴리머 결핍 상(相)으로 상분리시킴으로써 형성된 것이 특징인 캔형 전기화학소자.The gel polymer layer according to claim 6, wherein the gel polymer layer comprising open three-dimensional pores is added to the gel polymer rich phase and the gel polymer deficient phase through nonsolvent addition on the gel polymer solution in which the gel polymer is dissolved in a solvent. Can-type electrochemical device, characterized in that formed by phase separation. 제6항에 있어서, 겔 폴리머를 용매에 용해시킨 겔 폴리머 용액에 비용매를 일부 첨가하여 미리 상분리를 일으킨 상태에서 기재 상에 적용하거나,The method of claim 6, wherein the non-solvent is added to the gel polymer solution in which the gel polymer is dissolved in a solvent, and then applied onto the substrate in a phase-separated state. 겔 폴리머를 용매에 용해시킨 겔 폴리머 용액을 기재 상에 적용한 후 비용매에 침지시켜 상분리를 일으키거나,After applying the gel polymer solution in which the gel polymer is dissolved in a solvent on a substrate, it is immersed in a non-solvent to cause phase separation, 겔 폴리머를 용매에 용해시킨 겔 폴리머 용액을 기재 상에 적용한 후 건조시 비용매 증기를 분사하여 상분리시킴으로써, By applying a gel polymer solution in which the gel polymer is dissolved in a solvent on a substrate, and then phase separation by spraying a non-solvent vapor upon drying, 겔 폴리머 층에 개방형 3차원 기공이 형성된 것이 특징인 캔형 전기화학소자.A can type electrochemical device, characterized in that open three-dimensional pores are formed in a gel polymer layer. 제1항에 있어서, 겔 폴리머는 용해도 지수가 15 내지 45 MPa1 / 2 인 것이 특징인 캔형 전기화학소자.The method of claim 1, wherein the gel polymer is a can type electrochemical device characterized by a solubility index of 15 to 45 MPa 1/2. 제1항에 있어서, 겔폴리머의 분자량은 10,000 내지 1,000,000 인 것이 특징 인 캔형 전기화학소자.The can-type electrochemical device according to claim 1, wherein the gel polymer has a molecular weight of 10,000 to 1,000,000. 제6항에 있어서, 기공의 평균 직경이 0.01~10㎛인 것이 특징인 캔형 전기화학소자.The can type electrochemical device according to claim 6, wherein the average diameter of the pores is 0.01 to 10 µm. 제1항에 있어서, 분리막 기재의 두께는 1 내지 100㎛ 이고, 겔 폴리머층 두께는 0.1~10㎛인 것이 특징인 캔형 전기화학소자. The can-type electrochemical device according to claim 1, wherein the separator substrate has a thickness of 1 to 100 µm and a gel polymer layer of 0.1 to 10 µm.
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