KR101490890B1 - Separator for secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

이차전지용 분리막 제조 방법은 고분자를 용해한 고분자 용액을 이용하여 나노섬유 부직포를 형성하는 단계, 그리고 상기 나노섬유 부직포에 기능성 물질을 코팅하는 단계를 포함한다. 고분자 나노섬유 부직포에 기능성 물질을 코팅함으로써 전압 지연 현상을 방지할 수 있으며, 고분자 나노섬유 부직포를 프레싱함으로써, 원하는 기공 크기, 기공도, 투기도, 열적 특성을 갖는 분리막의 제조가 가능하다.The method for preparing a separation membrane for a secondary battery includes forming a nanofiber nonwoven fabric by using a solution of a polymer dissolved in a polymer, and coating a functional material on the nanofiber nonwoven fabric. The polymer nanofiber nonwoven fabric can be coated with a functional material to prevent a voltage delay phenomenon. By pressing the polymer nanofiber nonwoven fabric, it is possible to manufacture a separation membrane having desired pore size, porosity, permeability, and thermal properties.

Description

이차전지용 분리막 및 그 제조 방법{Separator for secondary battery and manufacturing method thereof}Technical Field [0001] The present invention relates to a separator for a secondary battery,

본 발명은 이차전지용 분리막 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a separation membrane for a secondary battery and a manufacturing method thereof.

리튬이차전지는 고에너지밀도의 장점으로 인하여 모바일 기기나 IT 기기에 많이 사용되고 있으며, 최근에는 리튬이차전지를 HEV, PHEV, EV 등과 같은 차량용 전지 및 전력저장용 전지 등 대용량 고출력 분야에 적용하기 위한 연구개발이 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 하지만 리튬이차전지는 발화 폭발 등 안전성과 관련된 사고가 끊이지 않고 발생하여 대용량 고출력 분야 적용시 안전성에 대한 의구심을 유발하고 있으며, 안전성을 획기적으로 개선하기 위한 노력이 진행되고 있다. Lithium secondary batteries are widely used in mobile devices and IT devices due to their high energy density. Recently, researches have been made to apply lithium secondary batteries to large-capacity high power applications such as HEV, PHEV, EV, Development is progressing all over the world. However, the lithium secondary battery is constantly incurred in safety related accidents such as ignition explosion, thus causing doubts about safety in application of a large capacity high power field, and efforts are being made to dramatically improve the safety.

종래에 폴리올레핀계열의 분리막이 많이 사용되고 있는데, 고온에서 열적 안정성 및 장기 사용 시 화학적 안정성이 취약한 폴리올레핀계열의 분리막을 대체할 수 있는 고 기능성 분리막 요소기술 확보가 필요한 실정이다. 양극과 음극을 물리적으로 분리시키는 분리막의 기계적, 열적 안전성이 향상되면 전지의 단락에 의한 발열 및 발화 폭발을 사전에 저지할 수 있기 때문에, 분리막은 리튬이차전지의 안전성 향상과 밀접한 연관성을 가지는 핵심부품이다.Conventionally, polyolefin-based separator membranes are widely used, and it is necessary to secure a high-performance membrane element technology that can replace the polyolefin-based separator membrane, which has poor thermal stability at high temperatures and chemical stability when used for a long period of time. Since the mechanical and thermal stability of the separation membrane physically separating the positive electrode and the negative electrode is improved, heat generation and ignition explosion due to short-circuiting of the battery can be prevented in advance. Therefore, the separation membrane is a core part having close relation with the safety improvement of the lithium secondary battery to be.

현재 상용되고 있는 폴리올레핀계열의 분리막은 150 이상의 온도에서 극심한 열수축을 보이며 기계적 강도가 낮아져 전지의 안전성 사고와 관련하여 가장 큰 문제점으로 지적되고 있다. 따라서, 폴리올레핀계열의 분리막의 근본적인 열적 안정성 및 기계적 안정성을 향상시키기 위한 신규 분리막 소재 개발 및 나노 세라믹 코팅 기술에 대한 연구가 대두되고 있는 실정이다. The polyolefin series membranes that are currently in commercial use show extreme heat shrinkage at temperatures of 150 or more, and the mechanical strength is lowered, which is pointed out as the biggest problem related to the safety accident of the battery. Therefore, the development of a new separation membrane material and nano-ceramic coating technology to improve the fundamental thermal stability and mechanical stability of the polyolefin-based separation membrane are being studied.

국내 업체인 LG화학의 경우 폴리올레핀계열의 분리막 위에 세라믹 입자를 코팅한 복합막을 개발하여 현재 양산 중에 있으며 현대자동차에서 개발한 아반테 LPI 하이브리드 차량에 장착되는 리튬이차전지에 현재 적용되고 있다. 미국의 모토로라사는 다공성막을 지지체로 사용하는 분야에 있어 다수의 특허들을 출원하였는데, 대표적인 것이 미국특허 제 5,681,357 호이다. 이 특허에는 셀가드(Celgard)로 잘 알려진 폴리에틸렌계열의 분리막 위에 폴리(비닐리덴플루오라이드) 용액으로 코팅 및 건조하여 셀을 제조한 후, 전해액을 주입하고, 고온에서 겔(gel)화시켜 리튬이차전지를 제조하는 방법이 제시되어 있다.LG Chem, a domestic company, has developed a composite membrane coated with ceramic particles on a polyolefin-based membrane, and is currently being applied to a lithium secondary battery mounted on an Avante LPI hybrid vehicle developed by Hyundai Motor. Motorola USA filed a number of patents in the field of using a porous membrane as a support, and a representative example is US Pat. No. 5,681,357. In this patent, a cell is prepared by coating with a poly (vinylidene fluoride) solution on a polyethylene-based separator well known as a Celgard, and then an electrolyte is injected and gelated at a high temperature to form lithium A method of manufacturing a secondary battery is proposed.

이와 같이 기존 폴리올레핀계열의 분리막 위에 세라믹 입자나 폴리비닐리덴플루오라이드와 같은 기능성 물질을 코팅하여 150℃ 이상의 온도에서 열수축이나 기계적 강도가 낮아지는 것을 개선하는 기술은 코팅물질의 접착력과 코팅양의 한계와 같은 문제점을 갖는다. 기존 폴리올레핀계열의 분리막은 소수성이며 표면이 매우 매끈한 구조로 되어 있어 코팅물질의 접착강도가 낮아 코팅물질의 선정과 코팅작업이 매우 까다로우며, 이차전지 조립과정이나 이차전지 내에서 전해액과의 접촉에 의해 탈락되어 기능을 상실할 우려가 있다. 또한 기존 폴리올레핀계열의 분리막은 0.5㎛ 이하의 기공크기 및 40% 정도의 기공도를 가져 코팅양이 많아질수록 기공크기 및 기공도가 줄어들게 되고 결국 분리막 기능을 상실하게 된다.As described above, a technique of coating a functional material such as ceramic particles or polyvinylidene fluoride on a conventional polyolefin-based separation membrane to improve thermal shrinkage and mechanical strength at a temperature of 150 ° C or higher is effective in reducing the adhesion force of the coating material, And has the same problem. Conventional polyolefin-based membranes are hydrophobic and have a very smooth surface, so that the adhesion strength of the coating material is low, so that the selection and coating of the coating material is very difficult. In the process of assembling the secondary battery or in contact with the electrolyte in the secondary battery There is a possibility that the function is lost. In addition, conventional polyolefin-based membranes have a pore size of less than 0.5 μm and a porosity of about 40%, so that as the amount of the coating increases, the pore size and porosity decrease, and the membrane function is lost.

내열성 부직포를 분리막으로 사용할 경우 열 안전성과 60% 이상의 기공도는 우수하다. 하지만 20㎛ 정도의 두께를 갖는 부직포의 경우, 기공의 크기가 수십 ㎛정도로 폴리올레핀 계열 분리막에 비해 크기 때문에 곧바로 리튬이차전지용 분리막으로 적용하기에는 한계가 있다. 세라믹 입자나 폴리비닐리덴플루오라이드와 같은 기능성 물질을 부직포 위에 코팅하여 부직포 분리막의 단점인 기공크기를 조절하는 기술은 국내외에 소개된 바 있다.When heat-resistant nonwoven fabric is used as a separator, thermal stability and porosity of 60% or more are excellent. However, in the case of a nonwoven fabric having a thickness of about 20 탆, the pore size is about several tens of 탆 larger than that of the polyolefin-based separator, and therefore, the nonwoven fabric has a limit to be applied as a separator for a lithium secondary battery. Techniques for controlling the pore size, which is a disadvantage of the nonwoven fabric separator, have been introduced at home and abroad by coating functional materials such as ceramic particles and polyvinylidene fluoride on the nonwoven fabric.

독일 에보닉스사는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 부직포에 세라믹 입자들을 코팅한 복합 분리막을 개발하여 현재 시제품 생산 중에 있으나 리튬이차전지에 현재까지 적용된 사례는 없다. 일본의 미쯔비시 화학은 아라미드 섬유로 구성된 부직포에 세라믹 입자들을 도포한 제품을 개발 진행 중에 있으나 현재까지 상용화 된 사례는 없으며, 이외 일본의 아사히, 토넨 및 미국의 셀가드사 역시 고안전성 분리막 개발을 진행하고 있다.Evonics, Germany, has developed a composite membrane that is coated with ceramic particles on polyethylene terephthalate (PET) nonwoven fabric, and is currently in production of prototype products. However, there are no examples applied to lithium secondary batteries. Mitsubishi Chemical of Japan is developing products coated with ceramic particles on a nonwoven fabric made of aramid fibers. However, there are no commercialized products to date, and Asahi, Tonen in Japan and Celgard in the US are also developing high-safety separators have.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 원하는 기공 크기, 기공도, 투기도, 열적 특성 등을 가지는 이차전지용 분리막 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a separation membrane for a secondary battery having a desired pore size, porosity, permeability, thermal properties, and the like.

본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 분리막 제조 방법은 고분자를 용해한 고분자 용액을 이용하여 나노섬유 부직포를 형성하는 단계, 상기 나노섬유 부직포에 기능성 물질을 코팅하는 단계, 그리고 상기 나노섬유 부직포의 물성이 조절되도록 상기 기능성 물질이 코팅된 상기 나노섬유 부직포를 프레싱하는 단계를 포함한다.The method for manufacturing a separation membrane for a secondary battery according to an embodiment of the present invention includes the steps of forming a nanofiber nonwoven fabric by using a solution of a polymer dissolved in polymer, coating a functional material on the nanofiber nonwoven fabric, And pressing the nanofiber nonwoven fabric coated with the functional material.

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본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 분리막 제조 방법은 상기 기능성 물질을 코팅하기 이전에 상기 나노섬유 부직포의 물성이 조절되도록 상기 나노섬유 부직포를 프레싱하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for manufacturing a separator for a secondary battery according to another embodiment of the present invention may further include pressing the nanofiber nonwoven fabric so that physical properties of the nanofiber nonwoven fabric may be controlled before coating the functional material.

상기 나노섬유 제조에 사용되는 고분자는 폴리비닐알코올(PVA), 셀룰로오스 유도체(셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트 등), 키틴, 키토산, 알지네이트와 같이 분자구조 내에 수산기(OH group)를 함유한 고분자, PSU(poly sulfone), PEI(Poly ether imide), PI(poly imide), PVDF(poly vinylidene fluoride), PAN(poly acrylo nitrile), PEO(poly ethylene oxide), PE(poly ethylene), PP(poly propylene), PET(poly ethylene terephthalate) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 것일 수 있다.The polymer used in the production of the nanofibers may be a polymer containing an OH group in a molecular structure such as polyvinyl alcohol (PVA), a cellulose derivative (cellulose, cellulose acetate), chitin, chitosan or alginate, a poly sulfone ), Polyether imide (PEI), polyimide (PI), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile (PAN), poly ethylene oxide (PEO) poly ethylene terephthalate), and mixtures thereof.

상기 폴리비닐알코올은 500 이하의 중합도를 가질 수 있다.The polyvinyl alcohol may have a degree of polymerization of 500 or less.

상기 고분자 용액은 가교제를 함유할 수 있다.The polymer solution may contain a crosslinking agent.

상기 나노섬유 부직포는 상기 고분자 용액을 이용하여 전기 방사(electro-spinning)를 통해서 형성될 수 있으며, 그 외에도 멜트 스피닝(melt spinning), 전기 블로윙(electro-blowing), 멜트-블로윙(melt-blowing)(복합방사, 분할사), 스펀-본디드(spun-bonded), 에어 레이드(air laid), 또는 ? 레이드(wet laid) 방법에 의하여 제조될 수 있다.The nanofiber nonwoven fabric may be formed through electro-spinning using the polymer solution. In addition, melt spinning, electro-blowing, melt-blowing, (Composite yarn, split yarn), spun-bonded, air laid, or? Can be prepared by a wet laid process.

상기 나노섬유 부직포는 10 내지 100㎛의 두께를 갖고, 상기 나노섬유 부직포를 이루는 나노섬유는 100 내지 3000㎚의 직경을 가질 수 있다.The nanofiber nonwoven fabric may have a thickness of 10 to 100 μm, and the nanofibers constituting the nanofiber nonwoven fabric may have a diameter of 100 to 3000 nm.

상기 코팅에 사용되는 기능성 물질은 PEO(poly ethylene oxide)계 고분자, PVDF(poly vinylidene fluoride)계 고분자, 폴리에스터-폴리올(polyester-polyol)계 고분자, PAN(polyacrylonitrile)계 고분자, PMMA(poly methyl methacrylate)계 고분자, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 것일 수 있다.The functional material used for the coating may be at least one selected from the group consisting of PEO (poly ethylene oxide) polymer, PVDF (polyvinylidene fluoride) polymer, polyester-polyol polymer, PAN (polyacrylonitrile) polymer, PMMA ) Based polymer, and a mixture thereof.

상기 기능성 물질은 코팅양 20%를 초과하여 코팅될 수 있다.The functional material may be coated in an amount exceeding 20% of the coating amount.

상기 프레싱 단계에서 245Kgf/cm 이하의 프레싱 압력 및 70℃ 이하의 프레싱 온도로 수행될 수 있다.At the pressing step, at a pressing pressure of 245 Kgf / cm or less and at a pressing temperature of 70 DEG C or less.

본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 분리막은 고분자를 용해한 고분자 용액을 이용하여 형성된 나노섬유 부직포에 기능성 물질을 코팅하여 형성된다.The separation membrane for a secondary battery according to an embodiment of the present invention is formed by coating a functional material on a nanofiber nonwoven fabric formed by using a solution of a polymer dissolved in a polymer.

상기 나노섬유 부직포는 물성이 조절되도록 프레싱될 수 있다.The nanofiber nonwoven fabric may be pressed to adjust its physical properties.

상기 고분자는 폴리비닐알코올(PVA), 셀룰로오스 유도체(셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트 등), 키틴, 키토산, 알지네이트와 같이 분자구조 내에 수산기(OH group)를 함유한 고분자, PSU(poly sulfone), PEI(Poly ether imide), PI(poly imide), PVDF(poly vinylidene fluoride), PAN(poly acrylo nitrile), PEO(poly ethylene oxide), PE(poly ethylene), PP(poly propylene), PET(poly ethylene terephthalate), 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택될 수 있다.The polymer may be a polymer containing an OH group in the molecular structure such as polyvinyl alcohol (PVA), a cellulose derivative (cellulose, cellulose acetate), chitin, chitosan or alginate, a PSU (poly sulfone), a PEI imide), polyimide (PI), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile (PAN), poly ethylene oxide (PEO), poly ethylene (PE), polypropylene (PP), poly ethylene terephthalate And mixtures thereof.

상기 폴리비닐알코올은 500 이하의 중합도를 가질 수 있다.The polyvinyl alcohol may have a degree of polymerization of 500 or less.

상기 고분자 용액은 가교제를 함유할 수 있다.The polymer solution may contain a crosslinking agent.

상기 나노섬유 부직포는 상기 고분자 용액을 이용하여 전기 방사(electro-spinning)를 통해서 형성될 수 있으며, 그 외에도 멜트 스피닝(melt spinning), 전기 블로윙(electro-blowing), 멜트-블로윙(melt-blowing)(복합방사, 분할사), 스펀-본디드(spun-bonded), 에어 레이드(air laid), 또는 ? 레이드(wet laid) 방법에 의하여 제조될 수 있다.The nanofiber nonwoven fabric may be formed through electro-spinning using the polymer solution. In addition, melt spinning, electro-blowing, melt-blowing, (Composite yarn, split yarn), spun-bonded, air laid, or? Can be prepared by a wet laid process.

상기 나노섬유 부직포는 10 내지 100㎛의 두께를 갖고, 상기 나노섬유 부직포를 이루는 나노섬유는 100 내지 3000㎚의 직경을 가질 수 있다.The nanofiber nonwoven fabric may have a thickness of 10 to 100 μm, and the nanofibers constituting the nanofiber nonwoven fabric may have a diameter of 100 to 3000 nm.

상기 기능성 물질은 PEO(poly ethylene oxide)계 고분자, PVDF(poly vinylidene fluoride)계 고분자, 폴리에스터-폴리올(polyester-polyol)계 고분자, PAN(polyacrylonitrile)계 고분자, PMMA(poly methyl methacrylate)계 고분자, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 것일 수 있다.The functional material may be at least one selected from the group consisting of PEO (poly ethylene oxide), PVDF, polyester-polyol, PAN, And a mixture thereof.

상기 기능성 물질은 코팅양 20%를 초과하여 코팅될 수 있다.The functional material may be coated in an amount exceeding 20% of the coating amount.

상기 프레싱은 245Kgf/cm 이하의 프레싱 압력 및 70℃ 이하의 프레싱 온도로 수행될 수 있다.The pressing may be performed at a pressing pressure of 245 Kgf / cm or less and a pressing temperature of 70 DEG C or less.

본 발명의 실시예에 따르면, 고분자 나노섬유 부직포 및 프레싱된 고분자 나노섬유 부직포에 기능성 물질을 코팅함으로써 전압 지연 현상을 방지할 수 있다. 또한 코팅된 기능성 물질은 다공성 부직포의 인장강도, 기공의 크기, 기공도, 투기도, 열수축율, 부직포 두께 조절의 역할을 하며 또한 종래 리튬이차전지 전해액 내에서 리튬이온의 이온 전도성을 높여줄 수 있다.According to the embodiment of the present invention, a functional material can be coated on the polymer nanofiber nonwoven fabric and the pressed polymer nanofiber nonwoven fabric to prevent a voltage delay phenomenon. In addition, the coated functional material plays a role in adjusting the tensile strength, pore size, porosity, permeability, heat shrinkage, and nonwoven fabric thickness of the porous nonwoven fabric and can also increase the ionic conductivity of lithium ion in the lithium secondary battery electrolyte .

또한 고분자 나노섬유 부직포 및 코팅된 고분자 나노섬유 부직포를 프레싱함으로써, 원하는 인장강도, 기공 크기, 기공도, 투기도, 열 수축율, 부직포 두께의 조절이 가능하다.Further, by pressing the polymer nanofiber nonwoven fabric and the coated polymer nanofiber nonwoven fabric, it is possible to control the desired tensile strength, pore size, porosity, permeability, heat shrinkage and nonwoven fabric thickness.

도 1 및 도 2는 제조된 PVA 나노섬유 부직포를 프레싱 장치를 이용하여 선압력 별로 압착한 후 두께를 측정한 결과 및 동일한 선압력(245 Kgf/cm) 하에서 압착 온도별로 압착한 후 두께를 측정한 결과를 각각 보여주는 그래프이다.
도 3 및 도 4는 코팅된 PVA 나노섬유 부직포 및 코팅 후 프레싱된 PVA 나노섬유 부직포의 기능성 물질 코팅양에 따른 두께 및 인장강도를 측정한 결과를 각각 보여주는 도면이다.
도 5 내지 도 9는 전기방사를 통해 제조된 PVA 나노섬유 부직포 및 이를 이용하여 코팅 후 프레싱단계를 거쳐 형성된 분리막에 대한 코인셀 평가 결과를 보여주는 그래프이다.
도 10 내지 도 12는 프레싱된 PVA 나노섬유 부직포 및 이를 이용하여 코팅단계를 거쳐 형성된 분리막에 대한 코인셀 평가 결과를 보여주는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 PVA 나노섬유 부직포와 종래의 PE 분리막의 LSV 실험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 14는 만 충전 후 본 발명의 실시예에 따른 PVA 나노섬유 부직포와 종래의 PE 분리막이 적용된 LiB 셀의 전압 강하의 실험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 15는 PVA나노섬유 부직포를 분리막으로 적용하여 4전극 실험을 통해 양극 및 음극 전위 변화를 관찰한 그래프이다.
도 16은 양극에 기존 PE 분리막을 덧대고 PVA 분리막을 적용한 경우의 코인셀 평가 결과를 보여주는 그래프이다.
도 17은 전기방사로 형성된 PVA 나노섬유를 PVDF와 TPU 혼압액으로 코팅을 한 후 프레싱한 PVA 나노섬유 분리막의 코인셀 평가 결과를 보여주는 그래프이다.
FIGS. 1 and 2 show that the PVA nanofiber nonwoven fabrics were compressed by a pressing device using a pressing device, and then pressure was measured at the same line pressure (245 Kgf / cm) This is a graph showing the results respectively.
FIGS. 3 and 4 are graphs showing the results of measuring the thickness and tensile strength of the coated PVA nanofiber non-woven fabric and the coated PVA non-woven fabric non-woven fabric according to coating amount of the functional material, respectively.
FIGS. 5 to 9 are graphs showing results of coin cell evaluation for a PVA non-woven fabric produced by electrospinning and a separator formed through the coating and pressing steps using the same.
FIGS. 10 to 12 are graphs showing results of coin cell evaluation for the pressed PVA nanofiber nonwoven fabric and the separation membrane formed through the coating step using the same.
13 is a graph showing the results of an LSV test of a PVA nanofiber nonwoven fabric and a conventional PE separator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a graph showing an experimental result of a voltage drop of a LiB cell to which a PVA nanofiber nonwoven fabric and a conventional PE separator according to an embodiment of the present invention are applied.
15 is a graph showing changes in anode and cathode potentials through a 4-electrode experiment using a PVA nanofiber nonwoven fabric as a separator.
16 is a graph showing the result of the coin cell evaluation when a conventional PE separator is applied to an anode and a PVA separator is applied.
17 is a graph showing the results of coin cell evaluation of the PVA nanofiber separation membrane after coating the PVA nanofibers formed by electrospinning with PVDF and TPU mixed solution.

이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 분리막은 리튬이차전지와 같은 이차전지의 분리막으로 사용될 수 있으며, 이하에서 본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 분리막의 제조 방법 및 그에 의해 제조된 이차전지용 분리막에 대해 설명한다.The separation membrane for a secondary battery according to an embodiment of the present invention can be used as a separation membrane for a secondary battery such as a lithium secondary battery. Hereinafter, a method for manufacturing a separation membrane for a secondary battery according to an embodiment of the present invention and a separation membrane for a secondary battery Explain.

본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 분리막 제조 방법은 고분자를 용해한 고분자 용액을 이용하여 나노섬유 부직포를 형성하는 단계, 그리고 형성된 나노섬유 부직포에 기능성 물질을 코팅하는 단계를 포함한다. 기능성 물질을 코팅함으로써 분리막의 전압 지연(voltage delay)을 방지하는 등의 효과를 얻을 수 있다.The method for preparing a separator for a secondary battery according to an embodiment of the present invention includes forming a nanofiber nonwoven fabric by using a solution of a polymer dissolved in a polymer, and coating a functional material on the formed nanofiber nonwoven fabric. It is possible to obtain an effect of preventing the voltage delay of the separation membrane by coating the functional material.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 분리막 제조 방법은 나노섬유 부직포를 프레싱(pressing)하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 나노섬유 부직포를 프레싱하는 단계는 위에서 언급한 기능성 물질을 코팅하는 단계 이후에 수행될 수도 있고 기능성 물질을 코팅하는 단계 이전에 수행될 수도 있다. 또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 나노섬유 부직포를 프레싱하는 단계는 기능성 물질을 코팅하는 단계 이전 및 이후에 각각 수행될 수도 있다. 나노섬유 부직포를 프레싱함으로써 나노섬유 부직포의 물성을 조절하여 분리막이 원하는 특성을 갖도록 할 수 있다.The method for manufacturing a separation membrane for a secondary battery according to another embodiment of the present invention may further include pressing the nanofiber nonwoven fabric. The step of pressing the nanofiber nonwoven fabric may include coating the functional material Or may be performed before the step of coating the functional material. According to another embodiment of the present invention, the step of pressing the nanofiber nonwoven fabric may be performed before and after the step of coating the functional material, respectively. By pressing the nanofiber nonwoven fabric, the properties of the nanofiber nonwoven fabric can be controlled so that the separator has desired properties.

나노섬유 부직포를 형성하는 고분자는 폴리비닐알코올(PVA), 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트 등의 셀룰로오스 유도체, 키틴, 키토산, 알지네이트와 같이 분자구조내에 수산기(OH group)를 함유한 것[제 1 그룹], PSU(poly sulfone), PEI(Poly ether imide) [제 2 그룹], PI(poly imide), PVDF(poly vinylidene fluoride), PAN(poly acrylo nitrile), PEO(poly ethylene oxide), PE(poly ethylene), PP(poly propylene), PET(poly ethylene terephthalate) [제 3 그룹], 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 혼합물은 나열된 고분자들 중 임의로 선택된 2 이상의 고분자의 혼합물을 의미한다.Polymers forming nanofiber nonwoven fabrics include cellulose derivatives such as polyvinyl alcohol (PVA), cellulose and cellulose acetate, those containing hydroxyl group (OH group) in the molecular structure such as chitin, chitosan and alginate [the first group], PSU polyimide, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile (PAN), poly ethylene oxide (PEO), poly ethylene (PE) Polypropylene (PP), poly ethylene terephthalate (PET) [third group], and mixtures thereof. The mixture means a mixture of two or more polymers selected randomly among the listed polymers.

특히, 폴리비닐알코올이 사용되는 경우에는 500 이하의 중합도(degree of polymerization)를 가지는 폴리비닐알코올이 바람직하며, 예를 들어 500 또는 300의 중합도를 가지는 폴리비닐알코올이 나노섬유 부직포를 형성하는 고분자로 사용될 수 있다. 예를 들어, 쿠라레이 포발(KURARAY POVAL)의 폴리비닐알코올(PVA)가 사용될 수 있으며, 구체적으로 쿠라레이 포발의 PVA-103, PVA-105, PVA-203, PVA-205, PVA-403, PVA-405 등이 사용될 수 있다. 한편, PVA의 검화도(degree of saponification)의 크기와는 무관하게 분리막의 요구되는 특성이 확보되는 것으로 확인되었으며, 이에 대해서는 뒤에서 실험예를 통해서 설명한다.Particularly, when polyvinyl alcohol is used, polyvinyl alcohol having a degree of polymerization of 500 or less is preferable, and for example, polyvinyl alcohol having a degree of polymerization of 500 or 300 is a polymer forming a nanofiber nonwoven fabric Can be used. For example, PVA-103, PVA-105, PVA-203, PVA-205, PVA-403, PVA-103 of KURARAY POVAL can be used as polyvinyl alcohol (PVA) of KURARAY POVAL -405 may be used. On the other hand, it has been confirmed that the required characteristics of the separator are secured regardless of the degree of saponification of the PVA, which will be described later through experimental examples.

상기한 고분자를 용해시켜 얻어진 고분자 용액을 이용하여 나노섬유 부직포가 형성된다.A nanofiber nonwoven fabric is formed by using the polymer solution obtained by dissolving the above-mentioned polymer.

한편, 고분자 용액은 가교제를 함유할 수 있다. 가교제는 일반적으로 알려진 물질일 수 있으며, 예를 들어 PVA의 가교제로는 디벤조일퍼옥사이드(dibenzoyl peroxide)등의 과산화물(peroxide)계, 테트라에틸올소실리케이트와 3,3-디에톡시프로필트리에톡시실란 등의 무기물전구체와 실란 커플링제 화합물, 글루타르알데히드 등의 알데히드류, 붕산(boric acid)과 같은 무기산, 폴리아크릴산, 디이소시아네이트, 디에시드와 그 치환물, 술폰기를 함유하는 유기산, 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 가교제는, 통상의 가교 목적 이외에도, 나노섬유의 장기 보존 시 또는 코팅이나 프레싱 등의 후처리 공정 시에 수분의 영향으로 나노섬유가 용해되는 것을 최소화하기 위한 목적으로 사용될 수도 있다.On the other hand, the polymer solution may contain a crosslinking agent. The crosslinking agent may be a generally known material. For example, as the crosslinking agent of PVA, peroxide such as dibenzoyl peroxide, tetraethyl orthosilicate and 3,3-diethoxypropyltriethoxysilane , An aldehyde such as glutaraldehyde, an inorganic acid such as boric acid, a polyacrylic acid, a diisocyanate, a diacid and its substituent, an organic acid containing a sulfone group, or a mixture thereof . The crosslinking agent may be used for the purpose of minimizing the dissolution of the nanofibers due to the influence of water in the long-term preservation of the nanofiber, or in the post-treatment such as coating or pressing, in addition to the ordinary crosslinking purpose.

나노섬유 부직포는 상기한 고분자 용액을 전기 방사(electro-spinning)를 통해서 형성될 수 있으며, 그 외에도 멜트 스피닝(melt spinning), 전기 블로윙(electro-blowing), 멜트-블로윙(melt-blowing)(복합방사, 분할사), 스펀-본디드(spun-bonded), 에어 레이드(air laid), ? 레이드(wet laid) 등을 통하여 형성될 수도 있다.The nanofiber nonwoven fabric may be formed by electro-spinning the above polymer solution, and may be formed by melt spinning, electro-blowing, melt-blowing, Spun-bonded, air laid, or? Or may be formed through wet laid or the like.

본 발명의 실시예에 따르면, 나노섬유 부직포는 10 내지 100㎛의 두께를 가질 수 있으며, 나노섬유 부직포를 이루는 고분자 나노섬유는 100 내지 3000㎚의 직경을 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the nanofiber nonwoven fabric may have a thickness of 10 to 100 mu m, and the polymer nanofibers constituting the nanofiber nonwoven fabric may have a diameter of 100 to 3000 nm.

한편, 나노섬유 부직포에 코팅되는 기능성 물질은 고분자일 수 있으며 내열성, 유기전해액에 대한 안정성, 기계적 특성, 높은 리튬이온전도성 등을 가진 고분자 또는 그 블렌드이며 가능하며, 예를 들어 기능성 물질은 PEO(poly ethylene oxide)계 고분자, PVDF(poly vinylidene fluoride)계 고분자, 폴리에스터-폴리올(polyester-polyol)계 고분자, PAN(polyacrylonitrile)계 고분자, PMMA(poly methyl methacrylate)계 고분자, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.The functional material coated on the nanofiber nonwoven fabric may be a polymer or a blend thereof having heat resistance, stability against organic electrolytic solution, mechanical properties, high lithium ion conductivity, or the like. For example, the functional material may be PEO ethylene oxide polymer, polyvinylidene fluoride (PVDF) polymer, polyester-polyol polymer, PAN (polyacrylonitrile) polymer, PMMA (poly methyl methacrylate) polymer or mixtures thereof .

예를 들어, 이러한 고분자 용액으로 이루어지는 기능성 물질을 나노섬유 부직포에 분사하는 방법, 또는 나노섬유 부직포를 이러한 고분자 용액에 함침하는 방법 등에 의해 나노섬유 부직포에 기능성 물질을 코팅할 수 있다.For example, the functional material may be coated on the nanofiber nonwoven fabric by a method of spraying the functional material comprising the polymer solution onto the nanofiber nonwoven fabric, or a method of impregnating the nanofiber nonwoven fabric with the polymer solution.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 분리막 제조 방법은 나노섬유 부직포를 프레싱하는 단계를 포함할 수 있으며, 나노섬유 부직포를 프레싱함으로써 물성 조절이 가능하고 그에 따라 분리막이 원하는 특성을 갖도록 할 수 있다.Meanwhile, the method for manufacturing a separation membrane for a secondary battery according to an embodiment of the present invention may include pressing the nanofiber nonwoven fabric, and the properties of the nanofiber nonwoven fabric can be controlled by pressing the nonwoven fabric, .

예를 들어, 나노섬유 부직포의 프레싱은 고압 프레스 장비를 이용하여 고분자 나노섬유 부직포, 또는 기능성 물질이 코팅된 고분자 나노섬유 부직포를 프레싱함으로써 수행될 수 있다. 이때, 245Kgf/cm (선압력) 이하의 프레싱 압력 및 70℃ 이하의 프레싱 온도로 프레싱이 수행될 수 있다.For example, pressing of the nanofiber nonwoven fabric can be performed by pressing a polymer nanofiber nonwoven fabric or a polymer nanofiber nonwoven fabric coated with a functional material using a high-pressure press machine. At this time, the pressing can be performed at a pressing pressure of 245 kgf / cm (line pressure) or less and a pressing temperature of 70 DEG C or less.

이상에서 설명한 바와 같은 고분자 나노섬유 부직포의 코팅, 또는 코팅 및 프레싱의 조합에 의해 얻어진 나노섬유 부직포로 이루어지는 복합 분리막을 형성함으로써, 이러한 처리 이전의 고분자 나노섬유 부직포에 비해 두께 및 기공 크기를 감소시킬 수 있으며 인장강도를 증가시킬 수 있고, 또한 기존의 폴리올레핀계열 분리막에 비해 내열성 및 투기도가 향상될 수 있다.By forming a composite separator composed of the nanofiber nonwoven fabric obtained by the coating of the polymer nanofiber nonwoven fabric or the combination of the coating and pressing as described above, the thickness and the pore size can be reduced as compared with the polymer nanofiber nonwoven fabric before the treatment And the tensile strength can be increased, and the heat resistance and permeability can be improved as compared with the conventional polyolefin-based separator.

이하에서 본 발명의 실시예에 따른 실험예들을 설명한다.Hereinafter, experimental examples according to embodiments of the present invention will be described.

실험예1Experimental Example 1 : : PVDFPVDF 코팅 및  Coating and 프레싱Pressing 과정을 거진  Processed PVAPVA 나노섬유 분리막의 물성 및 이를 적용한  Properties of Nanofiber Membranes and Their Applications 리튬이차전지의The lithium secondary battery 셀 평가 결과 Cell evaluation result

폴리비닐알코올(중합도 500, 검화도 85-89%)을 증류수에 용해한 후 가교제를 첨가하여 얻어진 혼합용액을 전기방사하여 섬유의 직경이 0.8㎛ 정도인 나노섬유 부직포를 제조하였다.A polyvinyl alcohol (having a degree of polymerization of 500 and a degree of saponification of 85-89%) was dissolved in distilled water, and a crosslinking agent was added thereto. The obtained mixed solution was electrospun to prepare a nanofiber nonwoven fabric having a fiber diameter of about 0.8 탆.

도 1 및 도 2는 제조된 PVA 나노섬유 부직포를 프레싱 장치를 이용하여 선압력 별로 압착한 후 두께를 측정한 결과 및 동일한 선압력(245 Kgf/cm) 하에서 압착 온도별로 압착한 후 두께를 측정한 결과를 각각 보여주는 그래프이다. 압착 시 선압력이 증가할수록 압착온도가 높을수록 나노섬유 부직포의 두께는 감소함을 알 수 있다.FIGS. 1 and 2 show that the PVA nanofiber nonwoven fabrics were compressed by a pressing device using a pressing device, and then pressure was measured at the same line pressure (245 Kgf / cm) This is a graph showing the results respectively. It can be seen that as the line pressure increases, the thickness of the nanofiber nonwoven fabric decreases as the compression temperature increases.

한편, 도 3 및 도 4는 제조된 나노섬유 부직포의 기능성 물질의 코팅양에 따른 두께 및 인장강도를 측정한 결과를 각각 보여주는 도면이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 코팅양이 증가할수록 두께 및 인장강도가 증가하였으며, 코팅된 샘플을 프레싱하면 위에서 설명한 바와 같이 두께는 감소하고 인장강도는 증가하는 결과를 얻었다.FIGS. 3 and 4 are graphs showing the results of measurement of thickness and tensile strength according to coating amount of the functional material of the manufactured nanofiber nonwoven fabric, respectively. Referring to FIGS. 3 and 4, as the amount of coating increases, thickness and tensile strength increase. When the coated sample is pressed, the thickness decreases and the tensile strength increases as described above.

도 5 내지 도 9는 전기방사를 통해 제조된 PVA 나노섬유 부직포로 형성된 분리막에 대한 코인셀 평가 결과를 보여주는 그래프이다. 도 5는 전기방사를 통해 제조된 PVA 나노섬유 부직포에 대한 평가 결과이고, 도 6은 PVDF로 코팅된 PVA 나노섬유 부직포에 대한 평가 결과이며, 도 7 내지 도 9는 PVDF로 코팅된 PVA 나노섬유 부직포를 각각 선압력 94Kgf/cm, 195Kgf/cm, 245Kgf/cm으로 프레싱 과정을 거쳐 압착된 나노섬유 부직포에 대한 평가 결과이다.5 to 9 are graphs showing results of coin cell evaluation for a separation membrane formed of a PVA nanofiber nonwoven fabric produced by electrospinning. Fig. 5 shows the results of evaluation of the PVA non-woven fabric produced by electrospinning. Fig. 6 shows the evaluation results of the PVA non-woven fabric coated with PVDF. Figs. 7 to 9 show the results of evaluation of the PVA non- Were pressed at a line pressure of 94 Kgf / cm, 195 Kgf / cm and 245 Kgf / cm, respectively.

PVA 나노섬유 부직포(도 5)의 경우 충전 시 전압 지연(voltage delay) 현상이 일어남을 확인하였다. 코팅된 PVA 나노섬유 부직포(도 6)의 경우, 전압 지연 현상이 사라졌으며 기존 PE 분리막과 같은 정상적인 충방전 특성 거동을 보였다. PVDF로 코팅된 PVA 나노섬유 부직포의 두께를 감소시키고 인장강도를 높일 목적으로 프레싱된 도 7 내지 도 9의 경우, 선압력이 낮은 94 Kgf/cm로 프레싱된 샘플(도 7)은 정상적인 충방전 특성 거동을 보였으나 선압력이 높은 195, 245 Kgf/cm로 프레싱된 도 8 및 도 9의 샘플에서는 충전 시 전압 지연 현상이 일어났다.In the case of the PVA nanofiber nonwoven fabric (FIG. 5), it was confirmed that a voltage delay occurs during charging. In the case of the coated PVA nanofiber nonwoven fabric (FIG. 6), the voltage delay phenomenon disappeared and showed normal charge / discharge characteristics such as the conventional PE separator. In the case of FIGS. 7 to 9 pressed for the purpose of reducing the thickness of the PVDF-coated PVA nanofiber nonwoven fabric and increasing the tensile strength, the sample pressed at 94 Kgf / cm with a low line pressure (FIG. 7) In the samples of FIGS. 8 and 9 pressed at 195, 245 Kgf / cm, which exhibited a high behavior of the line pressure, a voltage delay occurred during charging.

도 5 내지 도 9의 검화도 85~89%(중합도 500) PVA 대신에 검화도 98~99%(중합도 500)인 PVA를 사용하여도 도 5 내지 도 9의 결과와 동일한 결과를 얻었다.5 to 9, the same results as those of Figs. 5 to 9 were obtained even when PVA having a degree of saponification of 98 to 99% (degree of polymerization of 500) was used instead of PVA of 85 to 89% (degree of polymerization: 500).

아래의 표 1은 도 5, 도 6, 도 7, 도 9의 샘플들의 물성을 측정한 결과이다. 전기방사로 제조된 PVA 나노섬유 부직포는 코팅을 통해 평량, 인장강도, 내열성은 증가하였다. 또한 코팅물질이 표면에서 이면까지 스며들면서 코팅되기 때문에 코팅양 50% 정도로 많은 양이 코팅되더라도 코팅전 29㎛ 두께와 비슷한 30㎛ 두께를 갖는 샘플이 제조되었다. 기존 PE 분리막에 비해 기공크기가 크고 기공도가 우수하여 많은 양이 코팅되더라도 투기도의 값은 1.5초로 기존 PE 분리막이 250초 정도인 것을 감안할 때 매우 높은 투기 특성을 보였다.Table 1 below shows the results of measuring the physical properties of the samples of Figs. 5, 6, 7, and 9. The PVA nanofiber nonwoven fabric prepared by electrospinning has increased the basis weight, tensile strength and heat resistance through the coating. Also, since the coating material is coated with penetration from the surface to the backside, a sample having a thickness of 30 탆, which is similar to the thickness of 29 탆 before coating, was prepared even if a coating amount of 50% Compared with existing PE membrane, it has high pore size and excellent porosity. Therefore, it has very high permeability value considering that it has a permeability value of 1.5 seconds even though a large amount of coating is applied and the existing PE membrane is about 250 seconds.

부직포Non-woven 코팅coating 프레싱Pressing 평량
(g/m2)
Basis weight
(g / m 2 )
두께
(㎛)
thickness
(탆)
인장강도
(Kgf/cm2)
The tensile strength
(Kgf / cm 2 )
투기도
(sec/100ml)
Specularity
(sec / 100 ml)
열수축율
(%, 150도/1hr)
Heat shrinkage
(%, 150 degrees / 1 hr)
voltage delay전압 지연
PVA
(중합도
500)
PVA
(Degree of polymerization
500)
PVDFPVDF 선압력(Kgf/cm) at 30℃, 5 m/minLine pressure (Kgf / cm) at 30 ° C, 5 m / min
XX XX 88 2929 7070 0.40.4 1313 O(불량)O (bad) OO XX 1212 3030 120120 1.51.5 88 X(정상)X (normal) OO O(94)O (94) 1313 2525 140140 2.42.4 88 X(정상)X (normal) OO O(245)O (245) 13.613.6 2020 180180 4.44.4 55 O(불량)O (bad)

표 1에서 PVDF로 코팅된 PVA 나노섬유 부직포의 두께를 감소시키고 인장강도를 높일 목적으로 두 가지 선압 조건에서 프레싱된 샘플의 경우, 도 1 내지 도 4의 결과처럼 두께는 감소하고 인장강도는 증가하였으며 높은 선압으로 프레싱된 샘플의 경우 두께 감소 및 인장강도 증가 효과가 컸으나 충전시 전압 지연 현상이 일어나 분리막으로 사용하기엔 문제가 있다.As shown in Table 1, in the case of a sample pressed at two linear pressure conditions in order to reduce the thickness of PVDF-coated PVA nanofiber nonwoven fabric and increase the tensile strength, the thickness decreased and the tensile strength increased as the results of FIGS. 1 to 4 In the case of the sample pressed at high linear pressure, the thickness reduction and the tensile strength increase effect were large, but there was a problem in using as a separator due to a voltage delay phenomenon during charging.

도 10 내지 도 12는 프레싱된 PVA 나노섬유 부직포로 형성된 분리막에 대한 코인셀 평가 결과를 보여주는 그래프이다. 도 10은 전기방사를 통해 제조된 PVA 나노섬유 부직포를 이용하여 245Kgf/cm로 프레싱 된 PVA 나노섬유 부직포에 대한 평가 결과이고, 도 11 및 도 12는 도 10의 부직포를 PVDF로 각각 코팅양 20% 및 50%로 코팅한 PVA 나노섬유 부직포에 대한 평가 결과이다.10 to 12 are graphs showing results of coin cell evaluation for a separation membrane formed of pressed PVA nanofiber nonwoven fabric. Fig. 10 shows the results of evaluation of the PVA nanofiber nonwoven fabric pressed at 245 kgf / cm using PVA nanofiber nonwoven fabric produced by electrospinning. Figs. 11 and 12 show results of evaluation of the nonwoven fabric of Fig. And 50% of PVA non-woven fabric.

프레싱된 PVA 나노섬유 부직포(도 10) 및 이를 PVDF 코팅양 20%로 코팅한 PVA 나노섬유 부직포(도 11)의 경우 충전 시 전압 지연 현상이 관찰되었으나, 프레싱된 나노섬유 부직포에 PVDF 코팅양 50%로 코팅(도 12)한 경우 정상적인 충반적 특성 거동을 보였다.In the case of the pressed PVA nanofiber nonwoven fabric (FIG. 10) and the PVA nanofiber nonwoven fabric (FIG. 11) coated with 20% PVDF coating amount (FIG. 11) (Fig. 12), it showed normal collapse characteristic behavior.

도 10 내지 도 12의 검화도 85~89%(중합도 500) PVA 대신에 검화도 98~99%(중합도 500)인 PVA를 사용하여도 이와 동일한 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다.It was confirmed that the same results could be obtained even when PVA having a degree of saponification of 98 to 99% (degree of polymerization of 500) was used instead of 85 to 89% (degree of polymerization 500) PVA in FIGS. 10 to 12.

하기 표 2는 도 10 내지 도 12의 샘플들의 물성을 측정한 결과이다. 전기방사로 제조된 PVA 나노섬유는 프레싱과정을 통해 두께는 감소하고 인장강도 및 투기도는 증가하였으며 열수축율은 동일한 결과를 얻었다. 상기 프레싱 후 코팅양 20%로 코팅된 PVA 나노섬유 분리막의 경우, 코팅전 프레싱된 PVA 나노섬유에 비해 두께 및 인장강도는 유사한 수준을 유지하면서 열수축율은 감소하고 투기도는 증가하였다. 또한 코팅양 50%로 코팅된 PVA 나노섬유 분리막의 경우, 두께는 23㎛에서 25㎛로 소폭 증가하였으나 코팅과 프레스과정을 거치지 않은 PVA 나노섬유에 비해 두께는 감소하고 인장강도 및 열수축율은 크게 개선된 결과를 얻었고, 도 10 내지 도 12의 결과처럼 리튬이차전지 내의 분리막으로 정상적인 충방전 특성 거동을 보였다.Table 2 below shows the results of measuring the physical properties of the samples of Figs. 10 to 12. PVA nanofibers prepared by electrospinning decreased in thickness, tensile strength and permeability were increased through pressing process and heat shrinkage rate was same. In the case of the PVA nanofiber separation membrane coated with 20% of the coating amount after the pressing, the heat shrinkage was decreased and the permeability was increased while the thickness and tensile strength were maintained at a similar level to that of the PVA nanofibers before coating. The thickness of PVA nanofiber separator coated with 50% coating amount was slightly increased from 23 ㎛ to 25 ㎛. However, the thickness was decreased and the tensile strength and heat shrinkage were greatly improved compared with PVA nanofiber without coating and press process As a result, as shown in FIGS. 10 to 12, the lithium secondary battery exhibited normal charge / discharge characteristics as a separator.

부직포 프레싱 코팅 평량
(g/m2)
두께
(㎛)
인장강도
(Kgf/cm2)
투기도
(sec/100ml)
열수축율
(%, 150도/1hr)
voltage delay
PVA
(중합도
500)
(245 Kgf/cm) at 30℃, 5 m/min PVDF
O X 8 29 70 0.4 13 O(불량) X 8 23 135 1.0 13 O(불량) O 10 23 130 3.7 8 O(불량) O 12 25 170 10.4 5 X(양호)

표 1과 2의 PVA 부직포처럼 분리막으로 사용할 경우 전압지연 현상으로 리튬 이차전지 분리막으로 곧바로 적용하기엔 한계가 있는 소재가 있는데, 이러한 경우 코팅양 및 프레싱 압력에 제한이 있으며 사용되는 코팅물질, 부직포의 소재 및 두께, 투기도(또는 기공 크기)과 같은 부직포의 물성에 따라 적정 코팅양 및 프레싱 압력을 결정해야 전압지연 현상이 없는 분리막의 제조가 가능하다.
중합도 500인 PVA로 제조된 PVA 나노섬유 분리막과 중합도 500인 PVA로 제조되어 프레싱된 PVA 나노섬유 분리막의 경우, 코인셀 내에서 양극 (또는 음극)의 활물질 또는 전해액과의 부반응에 의해 충전 시 전압 지연 현상이 일어나는 것으로 판단된다(도 5 및 도 10).
Non-woven Pressing coating Basis weight
(g / m 2 )
thickness
(탆)
The tensile strength
(Kgf / cm 2 )
Specularity
(sec / 100 ml)
Heat shrinkage
(%, 150 degrees / 1 hr)
전압 지연
PVA
(Degree of polymerization
500)
(245 Kgf / cm) at 30 < 0 > C, 5 m / min PVDF
O X 8 29 70 0.4 13 O (bad) X 8 23 135 1.0 13 O (bad) O 10 23 130 3.7 8 O (bad) O 12 25 170 10.4 5 X (good)

When PVA nonwoven fabric of Table 1 and 2 is used as a separator, there is a limit to be applied to a lithium secondary battery separator immediately due to a voltage delay phenomenon. In this case, there is a limitation on the coating amount and pressing pressure, And an appropriate coating amount and a pressing pressure depending on physical properties of the nonwoven fabric such as thickness, air permeability (or pore size), it is possible to manufacture a separation membrane having no voltage delay phenomenon.
In the case of the PVA nanofiber separation membrane made of PVA having a degree of polymerization of 500 and the PVA nanofiber separation membrane made of PVA having a polymerization degree of 500 and having a degree of polymerization of 500, due to a side reaction with the active material or the electrolyte of the anode (or the cathode) (Fig. 5 and Fig. 10).

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한편, PVA 나노섬유 또는 프레싱된 PVA 나노섬유를 이용하여 PVDF 코팅 처리된 경우, PVA 나노섬유가 양극(또는 음극)의 활물질 또는 전해액과 직접 접촉하는 것을 막아 전압 지연 형상이 사라짐을 코인셀 평가 결과(도 6, 도 12)를 통해 확인하였다.On the other hand, when PVDF-coated PVA nanofibers or pressed PVA nanofibers are used, the PVA nanofibers are prevented from coming into direct contact with the active material or electrolyte of the positive electrode (or negative electrode) 6 and 12).

또한 PVDF로 코팅된 PVA 나노섬유라 할지라도 이후 프레싱 선압력이 195Kgf/cm 이상으로 처리되는 경우(도 8 참조) 또는 PVDF 코팅양이 20% 이하일 경우(도 11 참조), PVA 나노섬유가 양극 (또는 음극)의 활물질 또는 전해액과 직접 접촉하는 것을 막지 못해 충전 시 전압 지연 현상이 일어난다.

다음 표 3은 PVDF 부직포에 PVA를 코팅한 후 프레싱 과정을 거쳐 제조된 복합부직포 분리막의 물성 및 리튬 이차전지 셀 평가 결과를 보여준다.
부직포 코팅 프레싱 평량
(g/m2)
두께
(㎛)
인장강도
(Kgf/cm2)
투기도
(sec/100ml)
열수축율
(%, 150도/1hr)
voltage delay
PVDF PVA
(중합도 1,700)
(245 Kgf/cm) at 30℃, 5 m/min
X X 10 21 155 1 36 x(정상) X O 10 15 - 11 24 x(정상) O O 12.5 13 210 87 16 x(정상) O O 15 17 240 - 6 x(정상)

다음 표 4는 PVDF 부직포에 프레싱한 후 PVA를 코팅하여 제조된 복합부직포 분리막의 물성 및 리튬 이차전지 셀 평가 결과를 보여준다.
부직포 프레싱 코팅 평량
(g/m2)
두께
(㎛)
인장강도
(Kgf/cm2)
투기도
(sec/100ml)
열수축율
(%, 150도/1hr)
voltage delay
PVDF (245 Kgf/cm) at 30℃, 5 m/min PVA
(중합도 1,700)
O X 10 15 - 11 24 x(정상) O 12.5 13 210 87 16 x(정상) O 15 17 240 - 6 x(정상)

표 3과 표 4에 나타난 바와 같이, PVDF 부직포처럼 전압지연 현상이 없어 리튬 이차전지 분리막으로 곧바로 적용 가능한 소재의 경우, 코팅양 및 프레싱 압력에 제한이 없으며 코팅양 및 프레싱 압력 조절에 의해 두께는 얇고 인장강도는 높고 내열성이 우수한 최적의 리튬 이차전지 분리막의 제조가 가능하다.
Further, even when PVDF-coated PVA nanofibers are used, the PVA nanofiber can be used as a positive electrode (see FIG. 8) when the pressing line pressure is 195 Kgf / cm or more (see FIG. 8) or when the PVDF coating amount is 20% Or the cathode), so that a voltage delay occurs upon charging.

Table 3 below shows the physical properties of the composite nonwoven fabric membrane prepared by coating the PVDF on the PVDF nonwoven fabric followed by the pressing process and the evaluation result of the lithium secondary battery cell.
Non-woven coating Pressing Basis weight
(g / m 2 )
thickness
(탆)
The tensile strength
(Kgf / cm 2 )
Specularity
(sec / 100 ml)
Heat shrinkage
(%, 150 degrees / 1 hr)
전압 지연
PVDF PVA
(Degree of polymerization: 1,700)
(245 Kgf / cm) at 30 < 0 > C, 5 m / min
X X 10 21 155 One 36 x (normal) X O 10 15 - 11 24 x (normal) O O 12.5 13 210 87 16 x (normal) O O 15 17 240 - 6 x (normal)

Table 4 shows physical properties of the composite nonwoven fabric membrane prepared by coating PVDF on a PVDF nonwoven fabric and evaluation results of the lithium secondary battery cell.
Non-woven Pressing coating Basis weight
(g / m 2 )
thickness
(탆)
The tensile strength
(Kgf / cm 2 )
Specularity
(sec / 100 ml)
Heat shrinkage
(%, 150 degrees / 1 hr)
전압 지연
PVDF (245 Kgf / cm) at 30 < 0 > C, 5 m / min PVA
(Degree of polymerization: 1,700)
O X 10 15 - 11 24 x (normal) O 12.5 13 210 87 16 x (normal) O 15 17 240 - 6 x (normal)

As shown in Table 3 and Table 4, there is no voltage delay phenomenon like PVDF nonwoven fabric, and therefore, there is no limitation on the coating amount and pressing pressure in the case of a material which can be directly applied to the lithium secondary battery separation membrane. It is possible to manufacture an optimal lithium secondary battery separation membrane having high tensile strength and excellent heat resistance.

실험예2Experimental Example 2 : : PVAPVA 나노섬유 분리막 전압 지연 현상 메커니즘 분석 Analysis of Mechanism of Nano Fiber Membrane Voltage Delay Phenomenon

상기한 실험 결과를 통해 몇 종의 PVA 나노섬유 분리막을 리튬이차전지에 적용할 경우 4.1V 이상에서 전압 지연 현상이 관찰 되는 것을 확인하였다. 이러한 현상이 발생하게 되면 리튬이차전지 셀에 적용하기 어렵기 때문에 이에 대한 추가 분석을 실시하였다.From the above experimental results, it was confirmed that when several kinds of PVA nanofiber separation membranes were applied to a lithium secondary battery, a voltage delay phenomenon was observed at 4.1 V or more. When this phenomenon occurs, it is difficult to apply it to the lithium secondary battery cell, so that additional analysis is performed.

전압 지연 현상이 발생하는 원인을 규명하기 위하여 우선적으로 전기방사된 PVA 나노섬유의 전기화학적 안정성을 평가하였다. 전기화학적 안정성 평가를 위해 LSV(Linear Sweep Voltametry) 실험을 수행하였고 그 결과를 도 13에 나타내었다.The electrochemical stability of electrospun PVA nanofiber was evaluated in order to clarify the cause of voltage delay phenomenon. An LSV (Linear Sweep Voltammetry) experiment was performed to evaluate electrochemical stability and the results are shown in FIG.

LSV 실험은 3.0 내지 4.5V 사이에서 수행하였으며 결과 비교를 위해 상용 PE 분리막의 LSV 또한 동시에 실행하였다. 도 13에 나타난 바와 같이, 상용 분리막인 PE 분리막과 PVA 나노섬유 분리막 사이에서 특이 사항은 관찰되지 않았다. 이는 전기방사로 형성된 PVA 나노섬유의 경우 전기화학적으로는 PE 분리막과 유사하다는 것을 보여주는 것이며 전압 지연 현상이 PVA 나노섬유의 전기화학적 불안정성에 의해 기인되는 것이 아니라는 것을 나타내는 결과라 할 수 있다.The LSV experiment was performed between 3.0 and 4.5V and the LSV of the commercial PE membrane was also run for comparison. As shown in FIG. 13, no specific difference was observed between the PE separator, which is a commercial separation membrane, and the PVA nanofiber separation membrane. This shows that the PVA nanofibers formed by electrospinning are electrochemically similar to the PE membranes and that the voltage delay phenomenon is not caused by the electrochemical instability of the PVA nanofibers.

다음으로는 종래 문헌상에서 많이 언급되고 있는 내부 단락에 의한 영향에 대해서 고찰하였다. 전기방사된 PVA 나노섬유의 경우 기공 크기(pore size)가 1.0㎛를 초과하여 크기 때문에 풀 셀(full cell) 내에서 내부 단락이 발생하게 되고 이러한 내부 단락에 의해서 전압 지연 현상이 관찰될 수 있다. 따라서 전기방사로 형성된 PVA 나노섬유 분리막의 내부 단락에 의한 영향을 관찰하기 위해 전압 강하 현상을 관찰하였고 그 결과를 도 14에 나타내었다.Next, the influence of the internal short circuit, which is mentioned in the conventional literature, is examined. In the case of the electrospun PVA nanofiber, the pore size is larger than 1.0 μm, so that an internal short circuit occurs in the full cell and a voltage delay phenomenon can be observed by the internal short circuit. Therefore, in order to observe the effect of the internal short-circuit of the PVA nanofiber separation membrane formed by electrospinning, a voltage drop phenomenon was observed and the results are shown in FIG.

전압 강하 현상을 관찰하기 위하여 우선적으로 셀을 4.2V 까지 충전 한 후 100시간 동안 전압 변화 현상을 관찰하였다. 만약 내부 단락이 발생하게 된다면 전압은 시간이 경과함에 따라 계속적으로 감소해야 한다. 하지만 결과에서 보면 알 수 있듯이 PE 분리막과 유사하게 PVA 분리막을 적용한 리튬이차전지 셀에서도 실질적인 전압 강하 현상이 100시간이 지나도 관찰되지 않는 것을 확인 할 수 있었다. 이 결과는 전압 지연 현상이 내부 단락에 의한 영향을 아니라는 것을 보여주는 직접적인 증거라 할 수 있다.In order to observe the voltage drop phenomenon, the cell was first charged to 4.2 V, and the voltage change phenomenon was observed for 100 hours. If an internal short occurs, the voltage should continue to decrease over time. However, as can be seen from the results, in the lithium secondary battery cell using the PVA membrane similar to the PE membrane, it was confirmed that the actual voltage drop was not observed even after 100 hours. This result is a direct proof that the voltage delay phenomenon is not an effect of an internal short circuit.

다음으로 이러한 전압 지연 현상이 양극 및 음극에서의 표면 반응과 관련이 있을 수 있다는 예상에 따라 4전극 실험을 수행하였고 그 결과를 도 15에 나타내었다.Next, a four-electrode experiment was carried out with the expectation that this voltage delay phenomenon may be related to surface reactions at the anode and cathode, and the results are shown in FIG.

도 15에 나타난 바와 같이, 4전극 실험에서도 첫 번째 충전에서 전압 지연 현상이 관찰되는 것을 확인하였으며, 이러한 전압 지연 현상은 양극쪽 전위 변화에 의해 기인되는 것을 알 수 있다. 즉, 이러한 전압 지연 현상은 양극과 분리막 계면 사이에서 어떠한 표면 반응에 의한 것이라 판단된다.As shown in FIG. 15, it was confirmed that the voltage delay phenomenon was observed in the first charge even in the four-electrode experiment, and this voltage delay phenomenon is caused by the potential change on the anode side. That is, this voltage delay phenomenon is considered to be caused by any surface reaction between the anode and the separator interface.

그리고 상기 표면 반응에 의한 현상이 전압 지연 현상을 유발하는지를 검증할 필요성이 있어 양극 표면에 PE 분리막을 음극 표면에 전기방사로 형성된 PVA나노섬유를 적용하여 코인셀을 제조하여 충방전 실험을 수행하였고, 그 결과를 도 16에 나타내었다. PVA 분리막을 단독으로 적용하였을 때 나타나는 전압 떨림 현상이 양극쪽 표면에 PE 분리막을 덧대고 PVA 분리막을 적용한 경우에는 발생하지 않는 것을 확인하였다.In addition, it is necessary to verify whether the phenomenon caused by the surface reaction causes a voltage delay phenomenon. The PVA nanofiber formed by electrospinning the PE separator on the cathode surface was used to prepare a coin cell, The results are shown in Fig. It was confirmed that the voltage fluctuation phenomenon when the PVA separator was applied alone did not occur when the PE separator was applied on the anode side and the PVA separator was applied.

이상의 결과들로부터 전기방사로 제조된 중합도 500인 PVA 나노섬유 분리막을 리튬이차전지에 곧 바로 적용하기에는 한계가 있다는 것을 확인할 수 있었으며, 양극과 PVA 나노섬유의 접촉에 의해 발생하는 표면 반응을 억제를 위해 PVDF와 같은 기능성물질의 코팅이 적용되어야 한다는 사실을 도출할 수 있었다. 또한 PVDF로 코팅된 PVA 나노섬유라 할지라도 적정 코팅양을 가져야 하며, 두께 및 인장강도 조절을 위한 프레싱도 적정 선압력 조건에서 처리되어야 함을 알았다. 예로 PVDF로 코팅된 PVA 나노섬유라 할지라도 이후 프레싱 선압력이 195 Kgf/cm 이상으로 처리될 때 또는 PVDF 코팅양이 20%이하일 때, PVA 나노섬유가 양극(또는 음극)의 활물질과 직접 접촉하는 것을 막지 못해 충전 시 전압 지연 현상이 나타날 수 있다.From the above results, it can be confirmed that there is a limit to apply the electropolymerized PVA nanofiber separator having a polymerization degree of 500 to the lithium secondary battery immediately, and to suppress the surface reaction caused by the contact between the positive electrode and the PVA nanofiber And the coating of a functional material such as PVDF should be applied. It was also found that the PVDF - coated PVA nanofibers should have a proper amount of coating and the pressing for controlling the thickness and tensile strength should be treated under the appropriate line pressure conditions. For example, even with PVDF-coated PVA nanofibers, when the pressing line pressure is 195 Kgf / cm or more, or when the amount of PVDF coating is 20% or less, the PVA nanofiber is in direct contact with the active material of the anode This can cause voltage delays during charging.

실험예3Experimental Example 3 : 폴리우레탄(: Polyurethane( polyurethanepolyurethane )계 코팅과 ) Based coating and 프레싱Pressing 과정을 거친  Process PVAPVA 나노섬유 분리막의  Of nanofiber separator 리튬이차전지Lithium secondary battery 셀 평가 결과 Cell evaluation result

전기방사로 형성된 PVA 나노섬유에 코팅물질로 PVDF와 TPU(thermoplastic polyurethane)를 사용하여 코팅한 후 245 Kgf/cm의 선압력으로 프레싱된 샘플을 제조하여 물성 및 코인셀 평가를 진행하였다. PVDF와 TPU의 혼합비는 4:1 무게비이며 코팅양은 50%이고, 코팅 후 프레싱과정을 통해 두께는 36㎛에서 22㎛까지 40%정도 감소되었으며 인장강도는 증가하고 투기도는 1.5초에서 8초로 증가하였다.PVDF and TPU (thermoplastic polyurethane) were applied as coating materials to PVA nanofibers formed by electrospinning, and samples were pressed at a linear pressure of 245 Kgf / cm 2 to evaluate properties and coin cells. The mixing ratio of PVDF and TPU was 4: 1 and the coating amount was 50%. Through the pressing process after coating, the thickness was reduced from 36 ㎛ to 22 ㎛ by 40%, tensile strength increased, and specularity increased from 1.5 sec to 8 sec Respectively.

도 17에 나타난 바와 같이, 코인셀 평가결과 충전 시 전압 지연 현상은 사라지고 정상적인 충방전 특성거동을 보였다. 이는 탄성이 있는 TPU를 코팅시 PVDF와 혼합 사용하여 강한 선압력으로 프레싱하더라도 코팅층이 파괴되지 않아 PVA 나노섬유와 양극 활물질이 직접 접촉하는 현상을 막아주었기 때문이다.As shown in FIG. 17, the voltage delay phenomenon disappears when charging the coin cell, and the charge / discharge characteristic behavior is normal. This is because, even if the TPU having elasticity is mixed with PVDF during coating and pressed at a strong line pressure, the coating layer is not destroyed, thereby preventing direct contact between the PVA nanofiber and the cathode active material.

실험예4Experimental Example 4 : : PVAPVA 이외의 기타 고분자로 제조된 부직포 분리막의  Non-woven fabric separator made of other polymer 리튬이차전지Lithium secondary battery 셀 평가 결과 Cell evaluation result

원료Raw material 전해액 안정성Electrolyte stability voltage delay전압 지연 melting point
(Tm, ℃)
용점 점
(Tm, ° C)
PVA(Poly vinyl alcohol)Polyvinyl alcohol (PVA) OO OO 230 230 CelluloseCellulose OO OO 250 250 Cellulose acetateCellulose acetate OO OO 250 250 Chitin, ChitosanChitin, Chitosan OO OO AlginateAlginate OO OO PSU(Poly sulfone)PSU (Poly sulfone) OO OO 190 190 PEI(Poly ether imide)PEI (Polyether imide) OO OO 350 350 PI(Poly imide)PI (Poly imide) OO XX 500 500 PVDF(Poly vinylidene fluoride, homopolymer)PVDF (polyvinylidene fluoride, homopolymer) OO XX 170 170 PVDF-HFP(Poly vinylidene fluoride-co-hexafluoropropene)PVDF-HFP (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropene) gelcome XX 140 140 PAN(Poly acrylo nitrile)PAN (Poly acrylonitrile) gelcome XX PEO(Poly ethylene oxide)PEO (Polyethylene oxide) gelcome XX 98 98 PE, PP, PETPE, PP, PET OO XX 130, 170, 250130, 170, 250 PES(Poly ether sulfone)Polyether sulfone (PES) XX 테스트 불가Can not test 340 340

본 실험에서 사용된 폴리비닐알코올처럼 리튬이차전지 전해액(리튬염을 함유한 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트와 같은 카보네이트계열 유기용제)에서는 수축하거나 분해되지 않고 안정하나, 리튬이차전지 분리막으로 사용할 경우 전압 지연 현상이 일어나는 고분자로는 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 키틴, 키토산, 알지네이트와 같이 분자구조내에 수산기(OH group)를 함유한 것들이 있다. 이 고분자들은 용융온도가 200℃ 이상으로 내열성이 좋으며 가격이 싸서 기존 폴리올레핀계열의 분리막의 단점을 극복할만한 소재이나 전압 지연 현상으로 리튬이차전지 분리막으로 곧바로 적용하기엔 한계가 있다.Like the polyvinyl alcohol used in this experiment, lithium secondary battery electrolyte (carbonate organic solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate containing lithium salt) is stable without shrinkage or decomposition, but when used as a lithium secondary battery separator, Examples of such polymers include hydroxyl groups (OH groups) in the molecular structure such as cellulose, cellulose acetate, chitin, chitosan and alginate. These polymers have a high melting temperature of 200 ° C or higher and are cheap enough to overcome the disadvantages of existing polyolefin-based separators because of their low cost. However, they can not be applied directly to lithium secondary battery separators due to voltage delays.

본 실험에서 사용된 PVA 나노섬유 부직포 대신에 상기 고분자로부터 제조된 부직포를 이용하여 실험예 1 및 3과 같이 실시한 결과, PVA 나노섬유 부직포를 이용한 결과와 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 즉, 코팅양 20%를 초과하여 코팅된 부직포, 20%를 초과하여 코팅한 후 선압력 195 Kgf/cm 미만으로 프레싱된 부직포, 선압력에 관계없이 프레싱된 샘플에 코팅양 20%를 초과하여 코팅된 부직포, 선압력에 관계없이 프레싱된 샘플에 20%를 초과하여 코팅된 부직포를 선압력 195 Kgf/cm 미만으로 프레싱된 부직포의 경우 전압 지연 현상이 사라진 것을 확인하였으며, 폴리우레탄과 같이 탄성이 있는 코팅액을 사용할 경우 상기의 결과와 더불어 코팅양 20%를 초과하여 코팅한 후 선압력 195 Kgf/cm 이상으로 프레싱된 부직포에서도 전압 지연 현상이 사라진 것을 확인하였다.As a result of using the nonwoven fabric prepared from the polymer in place of the PVA nonwoven fabric used in this experiment, the results similar to those obtained by using the nonwoven fabric of PVA nanofibers were obtained as in Experimental Examples 1 and 3. A coated nonwoven fabric having a coating amount exceeding 20%, a nonwoven fabric coated with more than 20% and pressed at a line pressure of less than 195 Kgf / cm, a coated amount exceeding 20% The nonwoven fabric pressed at a line pressure of less than 195 Kgf / cm was found to have no voltage delay phenomenon, and it was confirmed that the nonwoven fabric having elasticity such as polyurethane When the coating solution was used, it was confirmed that the voltage delay phenomenon disappeared in the nonwoven fabric pressed at a line pressure of 195 Kgf / cm or more after coating the coating amount exceeding 20% with the above results.

PSU(poly sulfone), PEI(Poly ether imide)의 경우, PVA나노섬유 부직포와 셀룰로오스처럼 분자구조 내에 수산기를 함유한 고분자의 경우와 동일한 결과를 얻었다. In the case of PSU (poly sulfone) and PEI (polyether imide), the results are the same as those of polymers containing hydroxyl groups in the molecular structure, such as PVA nanofiber nonwoven fabric and cellulose.

PI(poly imide), PVDF, PAN, PEO, PE(poly ethylene), PP(poly propylene), PET(poly ethylene terephthalate)로 만들어진 부직포의 경우, 리튬이차전지 전해액에서 안정하고 코팅이나 프레싱 과정을 거치지 않고도 리튬이차전지 분리막으로 사용이 가능하다. 하지만 내부 쇼트를 없애고 안정성을 높이기 위한 서브마이크론(submicron)의 기공 크기를 만족하기 위해서는 두께가 25㎛ 이상으로 두꺼워져 리튬이차전지 내에서 리튬이온의 이온전도도가 높아지는 단점이 있다. 위 결과를 통해 얻어진 적정한 수준의 코팅과 프레싱과정을 조합하면 두께 25㎛ 이하이면서 인장강도와 열수축율이 향상된 분리막 제조가 가능하다.Nonwoven fabrics made of polyimide (PI), PVDF, PAN, PEO, poly ethylene, polypropylene (PP), and polyethylene terephthalate (PET) are stable in lithium secondary battery electrolyte, It can be used as lithium secondary battery separator. However, in order to satisfy the submicron pore size for eliminating the internal shots and increasing the stability, the lithium ion secondary battery has a thickness of 25 탆 or more, which leads to a disadvantage that the ion conductivity of the lithium ion increases in the lithium secondary battery. By combining the appropriate level of coating and pressing process obtained from the above results, it is possible to manufacture a membrane having a thickness of 25 μm or less and improved tensile strength and heat shrinkage.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And all changes and modifications to the scope of the invention.

Claims (23)

고분자를 용해한 고분자 용액을 이용하여 나노섬유 부직포를 형성하는 단계,
상기 나노섬유 부직포에 기능성 물질을 코팅하는 단계, 그리고
상기 나노섬유 부직포의 물성이 조절되도록 상기 나노섬유 부직포를 프레싱하는 단계를 포함하고,
상기 고분자는 폴리비닐알코올(PVA), 셀룰로오스 유도체(셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트 등), 키틴, 키토산, 알지네이트와 같이 분자구조 내에 수산기(OH group)를 함유한 고분자, PSU(poly sulfone), PEI(Poly ether imide), PI(poly imide), PVDF(poly vinylidene fluoride), PAN(poly acrylo nitrile), PEO(poly ethylene oxide), PE(poly ethylene), PP(poly propylene), PET(poly ethylene terephthalate), 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 것이고,
상기 기능성 물질은 PEO(poly ethylene oxide)계 고분자, PVDF(poly vinylidene fluoride)계 고분자, 폴리에스터-폴리올(polyester-polyol)계 고분자, PAN(polyacrylonitrile)계 고분자, PMMA(poly methyl methacrylate)계 고분자, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 것인 이차전지용 분리막 제조 방법.
A step of forming a nanofiber nonwoven fabric by using a polymer solution in which a polymer is dissolved,
Coating a functional material on the nanofiber nonwoven fabric, and
And pressing the nanofiber nonwoven fabric so that physical properties of the nanofiber nonwoven fabric are controlled,
The polymer may be a polymer containing an OH group in the molecular structure such as polyvinyl alcohol (PVA), a cellulose derivative (cellulose, cellulose acetate), chitin, chitosan or alginate, a PSU (poly sulfone), a PEI imide), polyimide (PI), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile (PAN), poly ethylene oxide (PEO), poly ethylene (PE), polypropylene (PP), poly ethylene terephthalate A mixture thereof, and a mixture thereof.
The functional material may be at least one selected from the group consisting of PEO (poly ethylene oxide), PVDF, polyester-polyol, PAN, And mixtures thereof. ≪ / RTI >
삭제delete 삭제delete 제1항에서,
상기 프레싱하는 단계는 상기 기능성 물질의 코팅 이전 또는 이후에 수행되거나 상기 기능성 물질의 코팅 이전 및 이후 모두에 수행되는 이차전지용 분리막 제조 방법.
The method of claim 1,
Wherein the pressing step is performed before or after the coating of the functional material, or both before and after the coating of the functional material.
삭제delete 제1항에서,
상기 폴리비닐알코올은 500 이하의 중합도를 가지는 이차전지용 분리막 제조 방법.
The method of claim 1,
Wherein the polyvinyl alcohol has a degree of polymerization of 500 or less.
제1항에서,
상기 고분자 용액은 가교제를 함유하는 이차전지용 분리막 제조 방법.
The method of claim 1,
Wherein the polymer solution contains a crosslinking agent.
제1항, 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에서,
상기 나노섬유 부직포는 상기 고분자 용액을 이용하여 전기 방사(electro-spinning)를 통해서 형성될 수 있으며, 그 외에도 멜트 스피닝(melt spinning), 전기 블로윙(electro-blowing), 멜트-블로윙(melt-blowing)(복합방사, 분할사), 스펀-본디드(spun-bonded), 에어 레이드(air laid), 또는 ? 레이드(wet laid) 방법에 의하여 제조되는 이차전지용 분리막 제조 방법.
The method of any one of claims 1, 4, 6, and 7,
The nanofiber nonwoven fabric may be formed through electro-spinning using the polymer solution. In addition, melt spinning, electro-blowing, melt-blowing, (Composite yarn, split yarn), spun-bonded, air laid, or? A method for manufacturing a separation membrane for a secondary battery, which is manufactured by a wet laid method.
제1항, 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에서,
상기 나노섬유 부직포는 10 내지 100㎛의 두께를 갖고, 상기 나노섬유 부직포를 이루는 나노섬유는 100 내지 3000㎚의 직경을 갖는 이차전지용 분리막 제조 방법.
The method of any one of claims 1, 4, 6, and 7,
Wherein the nanofiber nonwoven fabric has a thickness of 10 to 100 mu m, and the nanofibers constituting the nanofiber nonwoven fabric have a diameter of 100 to 3000 nm.
삭제delete 제1항, 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에서,
상기 기능성 물질은 코팅양 20%를 초과하여 코팅되는 이차전지용 분리막 제조 방법.
The method of any one of claims 1, 4, 6, and 7,
Wherein the functional material is coated in a coating amount of more than 20%.
제1항 또는 제4항에서,
상기 프레싱 단계에서 245Kgf/cm 이하의 프레싱 압력 및 70℃ 이하의 프레싱 온도로 수행되는 이차전지용 분리막 제조 방법.
The method according to claim 1 or 4,
Wherein the pressing step is performed at a pressing pressure of 245 Kgf / cm or less and a pressing temperature of 70 DEG C or less in the pressing step.
고분자를 용해한 고분자 용액을 이용하여 형성된 나노섬유 부직포에 기능성 물질을 코팅하여 형성되며,
상기 나노섬유 부직포는 물성이 조절되도록 프레싱되고,
상기 고분자는 폴리비닐알코올(PVA), 셀룰로오스 유도체(셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트 등), 키틴, 키토산, 알지네이트와 같이 분자구조 내에 수산기(OH group)를 함유한 고분자, PSU(poly sulfone), PEI(Poly ether imide), PI(poly imide), PVDF(poly vinylidene fluoride), PAN(poly acrylo nitrile), PEO(poly ethylene oxide), PE(poly ethylene), PP(poly propylene), PET(poly ethylene terephthalate), 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 것이고,
상기 기능성 물질은 PEO(poly ethylene oxide)계 고분자, PVDF(poly vinylidene fluoride)계 고분자, 폴리에스터-폴리올(polyester-polyol)계 고분자, PAN(polyacrylonitrile)계 고분자, PMMA(poly methyl methacrylate)계 고분자, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 것인 이차전지용 분리막.
The non-woven fabric is formed by coating a functional material on a nanofiber nonwoven fabric formed by using a solution of a polymer dissolved in a polymer,
The nanofiber nonwoven fabric is pressed to control physical properties,
The polymer may be a polymer containing an OH group in the molecular structure such as polyvinyl alcohol (PVA), a cellulose derivative (cellulose, cellulose acetate), chitin, chitosan or alginate, a PSU (poly sulfone), a PEI imide), polyimide (PI), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile (PAN), poly ethylene oxide (PEO), poly ethylene (PE), polypropylene (PP), poly ethylene terephthalate A mixture thereof, and a mixture thereof.
The functional material may be at least one selected from the group consisting of PEO (poly ethylene oxide), PVDF, polyester-polyol, PAN, And a mixture thereof.
삭제delete 삭제delete 제13항에서,
상기 폴리비닐알코올은 500 이하의 중합도를 가지는 이차전지용 분리막.
The method of claim 13,
Wherein the polyvinyl alcohol has a degree of polymerization of 500 or less.
제13항에서,
상기 고분자 용액은 가교제를 함유하는 이차전지용 분리막.
The method of claim 13,
Wherein the polymer solution contains a crosslinking agent.
제13항에서,
상기 나노섬유 부직포는 상기 고분자 용액을 전기 방사(electro-spinning), 전기 블로윙(electro-blowing) 또는 멜트-블로윙(melt-blowing)하여 제조되는 이차전지용 분리막.
The method of claim 13,
Wherein the nanofiber nonwoven fabric is manufactured by electro-spinning, electro-blowing, or melt-blowing the polymer solution.
제13항, 그리고 제16항 내지 제17항 중 어느 한 항에서,
상기 나노섬유 부직포는 상기 고분자 용액을 이용하여 전기 방사(electro-spinning)를 통해서 형성될 수 있으며, 그 외에도 멜트 스피닝(melt spinning), 전기 블로윙(electro-blowing), 멜트-블로윙(melt-blowing)(복합방사, 분할사), 스펀-본디드(spun-bonded), 에어 레이드(air laid), 또는 ? 레이드(wet laid) 방법에 의하여 제조되는 이차전지용 분리막.
The method according to any one of claims 13 to 17,
The nanofiber nonwoven fabric may be formed through electro-spinning using the polymer solution. In addition, melt spinning, electro-blowing, melt-blowing, (Composite yarn, split yarn), spun-bonded, air laid, or? A separator for a secondary battery produced by a wet laid process.
제13항, 그리고 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에서,
상기 나노섬유 부직포는 10 내지 100㎛의 두께를 갖고, 상기 나노섬유 부직포를 이루는 나노섬유는 100 내지 3000㎚의 직경을 갖는 이차전지용 분리막.
The method according to any one of claims 13 to 18,
Wherein the nanofiber nonwoven fabric has a thickness of 10 to 100 mu m and the nanofiber nonwoven fabric has a diameter of 100 to 3000 nm.
삭제delete 제13항, 그리고 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에서,
상기 기능성 물질은 코팅양 20%를 초과하여 코팅되는 이차전지용 분리막.
The method according to any one of claims 13 to 18,
Wherein the functional material is coated in a coating amount exceeding 20%.
제13항에서,
상기 프레싱은 245Kgf/cm 이하의 프레싱 압력 및 70℃ 이하의 프레싱 온도로 수행되는 이차전지용 분리막.
The method of claim 13,
Wherein the pressing is performed at a pressing pressure of 245 Kgf / cm or less and a pressing temperature of 70 DEG C or less.
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