KR101499787B1 - Highly heat-resistant separator, manufacturing method of the same, and battery including the same - Google Patents

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Abstract

본원은 고내열성 분리막, 상기 고내열성 분리막의 제조 방법, 및 상기 고내열성 분리막을 포함하는 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a high-heat-resistant separator, a method for producing the high-heat-resistant separator, and a battery including the high-heat-resistant separator.

Description

고내열성 분리막, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 전지{HIGHLY HEAT-RESISTANT SEPARATOR, MANUFACTURING METHOD OF THE SAME, AND BATTERY INCLUDING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a high heat resistant separator, a method of manufacturing the same, and a battery including the same. BACKGROUND ART [0002]

본원은 고내열성 분리막, 상기 고내열성 분리막의 제조 방법, 및 상기 고내열성 분리막을 포함하는 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a high-heat-resistant separator, a method for producing the high-heat-resistant separator, and a battery including the high-heat-resistant separator.

최근에, 각종 휴대전지, 전기 자동차, 코제너레이션(cogeneration) 장치 등 전지의 수요가 확대되고 있다. 각종 전지 중에서 실용적인 전지는 화학전지가 대부분을 차지하고 있고, 그러한 화학전지로서는 1 차 전지, 2 차 전지 및 연료전지가 포함된다.2. Description of the Related Art In recent years, demand for batteries such as various portable batteries, electric vehicles, and cogeneration devices has been increasing. Among various types of cells, practical cells are mostly composed of chemical cells. Examples of such chemical cells include a primary cell, a secondary cell, and a fuel cell.

일반적으로 충방전이 가능한 이차전지 (rechargeable-secondary cell)는 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더 등 모바일 전자 기기의 개발로 활발한 연구가 진행 중에 있다. 이러한 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있다. 이중에서도 리튬 이차전지는 전자기기의 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압 특성과 단위 중량당 에너지 밀도 특성이 뛰어나서 가장 각광받고 있으며 장래성도 매우 높은 것으로 평가받고 있다.BACKGROUND ART [0002] Rechargeable secondary cells that can be charged and discharged are under active research due to the development of mobile electronic devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, and camcorders. Examples of the secondary battery include a nickel-cadmium battery, a nickel-metal hydride battery, a nickel-hydrogen battery, and a lithium secondary battery. Among them, lithium secondary batteries are superior to nickel-cadmium batteries or nickel-metal hydride batteries, which are widely used as power sources for electronic devices, in terms of operating voltage characteristics and energy density per unit weight, have.

리튬 이차전지에는, 양극 집전체의 양면에 양극 활물질이 도포되어 형성된 양극, 음극 집전체의 양면에 음극 활물질이 도포되어 형성된 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 이들을 전기적으로 절연시키는 분리막으로 이루어진 전극 구조체에, 리튬염 및 유기용매를 포함하는 액체 유기 전해질을 주입하여 제조되는 리튬 이온전지 및 고분자 전해질을 사용하여 제조되는 리튬 폴리머 전지가 있다. 리튬 이온전지는 제조가 용이하고 상온에서의 이온전도도의 향상을 가져왔지만, 전극 부식 및 발화 폭발 등 안정성의 문제가 있고, 리튬 폴리머 전지는 리튬 이온전지의 단점을 개선했지만, 고분자 전해질의 이온전도도가 상대적으로 낮기 때문에 전지 내부의 저항이 높아 대전류 방전에 불리하고 저온에서 방전 특성이 급감하는 문제가 있다.The lithium secondary battery includes a positive electrode formed by applying a positive electrode active material on both surfaces of a positive electrode collector, a negative electrode formed by applying a negative electrode active material on both surfaces of the negative electrode collector, and a separator interposed between the positive and negative electrodes, There is a lithium ion battery manufactured by injecting a liquid organic electrolyte including a lithium salt and an organic solvent into an electrode structure, and a lithium polymer battery manufactured using a polymer electrolyte. Although the lithium ion battery is easy to manufacture and has improved ionic conductivity at room temperature, there is a problem of stability such as electrode corrosion and ignition explosion, and the lithium polymer battery improves the disadvantage of the lithium ion battery. However, The resistance inside the battery is high, which is disadvantageous to a large current discharge, and there is a problem that the discharge characteristic is drastically reduced at a low temperature.

한편, 분리막은 전지에서 양극과 음극의 물리적인 접촉을 차단하면서도 전해액 성분이 원활하게 이동할 수 있는 통로를 제공하는 역할을 수행하는 핵심 소자이다. 특히, 고용량 고전압 전지인 리튬 이온전지에 적용되는 분리막은 액체 유기 전해질의 낮은 이온전도도를 보완하기 위해서 두께가 얇으면서도 리튬 이온전지의 안전성 확보를 위해 우수한 기계적 물성을 가져야 한다 [Sheng Shui Zhang, "A review on the separators of liquid electrolyte Li-ion batteries", Journal of Power Sources, Volume 164, P 351-364, 2007]. 리튬 전지용 분리막으로는 일반적으로 폴리올레핀으로 만들어진 미세다공막이 이용된다. 그러나, 폴리올레핀계 분리막은 그 녹는점 이하에서, 셀 성능과 미세 다공 구조를 상하지 않는 선에서 열압착시 양극판과의 접착력이 약하기 때문에, 내부 저항이 높아지고 사이클 수명 및 대전류 방전특성이 악화되는 문제점이 발생한다.On the other hand, the separator is a core element that plays a role of providing a passage through which the electrolyte component can smoothly move while blocking physical contact between the anode and the cathode in the battery. Particularly, a separator applied to a lithium ion battery, which is a high capacity high voltage battery, must have excellent mechanical properties in order to secure the safety of a lithium ion battery while being thin in order to compensate for low ion conductivity of a liquid organic electrolyte [Sheng Shui Zhang, review on the separators of liquid electrolyte Li-ion batteries ", Journal of Power Sources, Volume 164, P 351-364, 2007]. As the separation membrane for a lithium battery, a microporous membrane made of polyolefin is generally used. However, the polyolefin-based separator has a problem that the internal resistance increases and the cycle life and the large-current discharge characteristics deteriorate because the adhesive force between the polyolefin-based separator and the positive electrode plate is weak at the time of thermocompression at the melting point, do.

대한민국 공개특허 제2006-0072065호, 제2007-0000231호 등에는 다공성 기재의 일면 또는 양면에 무기물 필러 입자와 고분자 바인더의 혼합물로 된 다공성 코팅층을 형성한 분리막이 제안되어 있다. 다공성 기재에 형성된 미세다공성 코팅층의 무기물 필러 입자들은 물리적 형태를 유지할 수 있는 일종의 패시베이션 (passivation) 역할을 함으로써 전기화학소자의 오작동에 의한 과열 시 다공성 기재가 열 수축되는 것을 억제하게 됨과 동시에, 고분자 바인더와 함께 무기물 필러 입자들 사이에는 빈 공간이 존재하여 미세 기공을 형성한다.Korean Patent Laid-Open Nos. 2006-0072065 and 2007-0000231 disclose separators in which a porous coating layer formed of a mixture of inorganic filler particles and a polymeric binder is formed on one surface or both surfaces of a porous substrate. The inorganic filler particles of the microporous coating layer formed on the porous substrate serve as a kind of passivation that can maintain the physical form, thereby suppressing the heat shrinkage of the porous substrate upon overheating due to malfunction of the electrochemical device, Together, there is an empty space between the inorganic filler particles to form micropores.

이와 같이, 다공성 기재에 형성된 미세다공성 코팅층은 전기화학소자의 안전성 향상에 기여한다. 종래 기술에 따라 미세다공성 코팅층 형성에 사용되는 무기 필러 입자로는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3(PZT), ZrO3, SiO2, Al2O3, TiO2, Li3PO4, LixTiy(PO4)3 (0<x<2, 0<y<3) 등의 입자를 사용하는데, 고분자 바인더와 함께 혼합되어 고온에서 소량의 고분자 바인더가 녹거나 변형을 일으킬 수 있는 내재적 문제뿐만 아니라 마이크로미터 수준의 코팅층의 두께가 수반되어 고용량화를 위한 고밀도 충전이 가능한 얇은 분리막의 특성을 충족하지 못하는 단점이 있다. 또한, 졸-겔법을 이용하여 75 ㎛ 내지 150 ㎛의 기공 크기를 가지고 있는 부직포 상에 입자를 5 ㎛ 정도의 두께로 코팅한 분리막에 관한 특허가 출원된 바 있으나 [데구사, 대한민국 공개특허 제2005-7003099호], 무기 나노 입자를 활용하여 기공제어가 어려우며 종래 고분자 분리막에 비해 인장 강도가 낮은 문제가 있다.Thus, the microporous coating layer formed on the porous substrate contributes to the improvement of the safety of the electrochemical device. The inorganic filler particles used for forming the microporous coating layer according to the prior art include BaTiO 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT), ZrO 3 , SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , Li 3 PO 4 , Particles such as LixTiy (PO 4 ) 3 (0 <x <2, 0 <y <3) are mixed with the polymer binder to cause the small amount of polymer binder to melt or deform at high temperature The thickness of the coating layer of the micrometer level is accompanied by the disadvantage of failing to meet the characteristics of a thin separation membrane capable of high-density charging for high capacity. In addition, a patent has been filed on a separator having a particle size of about 5 占 퐉 on a nonwoven fabric having a pore size of 75 占 퐉 to 150 占 퐉 using a sol-gel method [Degussa, Korean Patent Publication 2005 -7003099], pore control is difficult by utilizing inorganic nano particles, and there is a problem that tensile strength is lower than that of conventional polymer membranes.

이에, 본원은 고내열성 분리막의 제조 방법, 이 제조 방법에 따라 제조되는 고내열성 분리막, 및 상기 고내열성 분리막을 포함하는 전지를 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention provides a method for producing a high-heat-resistant membrane, a high-heat-resistant membrane prepared according to the method, and a battery including the high-temperature-resistant membrane.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본원의 제 1 측면은, 다공성 고분자 기재의 표면 및 기공 내부 표면에 저온 원자층 증착법 (Low Temperature Atomic Layer Deposition)을 통하여 금속산화물 박막을 형성하는 것을 포함하는, 고내열성 분리막의 제조 방법을 제공한다.The first aspect of the present invention provides a method for producing a high-heat-resistant separation membrane, which comprises forming a metal oxide thin film on a surface of a porous polymer substrate and a surface of a pore through a low temperature atomic layer deposition method.

본원의 제 2 측면은, 다공성 고분자 기재의 표면 및 기공 내부 표면에 형성된 금속산화물 박막을 포함하며, 상기 본원의 제 1 측면에 따라 제조되는 고내열성 분리막을 제공한다. The second aspect of the present invention provides a high-heat-resistant separation membrane comprising a metal oxide thin film formed on a surface of a porous polymer base material and an inner surface of a pore, and is produced according to the first aspect of the present invention.

본원의 제 3 측면은, 상기 본원의 제 2 측면에 따른 고내열성 분리막을 포함하는, 전지를 제공한다.A third aspect of the present invention provides a battery comprising the high heat-resistant separation membrane according to the second aspect of the present invention.

본원에 의하면, 고온에서의 열적 특성을 향상시킨 분리막을 제조할 수 있고, 아울러 내부 단락을 방지하는 고안정성의 전지 조립이 가능하다.According to the present invention, it is possible to manufacture a separator having improved thermal characteristics at a high temperature, and also to assemble a battery with high stability to prevent an internal short circuit.

특히, 본원의 일 구현예에 따른 분리막의 제조방법은 고용량화를 위한 고밀도 충전이 가능한 얇은 두께의 무기물 분리막을 독립적으로 제조 가능하며, 종래 상용화된 분리막을 개량하여 적절한 기계적 물성과 이온의 이동성에 용이한 연속된 다공성 구조를 가진 우수한 이온전도도의 특성을 확보할 수 있다.Particularly, the separation membrane according to one embodiment of the present invention can independently produce a thin inorganic separator membrane capable of high-density charging for high capacity, and can improve the mechanical properties and ion mobility It is possible to secure an excellent ion conductivity characteristic having a continuous porous structure.

도 1은, 본원의 일 구현예에 따라 저온 원자층 증착법에 의해 금속산화물 박막이 형성된 분리막의 모식도이다.
도 2는, 본원의 일 실시예에 따라 제조된 분리막의 열수축 거동을 나타내는 사진이다.
도 3은, 본원의 일 실시예에 따라 상이한 온도별로 제조된 분리막을 나타내는 사진이다.
도 4는, 일 실시예에 따라 상이한 온도로 제조된 분리막의 C-rate에 따른 충전 용량을 나타내는 그래프이다.
도 5는, 일 실시예에 따라 상이한 온도로 제조된 분리막의 사이클 수에 따른 방전 용량을 나타내는 그래프이다.
1 is a schematic view of a separation membrane in which a metal oxide thin film is formed by a low-temperature atomic layer deposition method according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph showing the heat shrinkage behavior of a separation membrane manufactured according to one embodiment of the present invention.
3 is a photograph showing a separation membrane prepared at different temperatures according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a charge capacity according to C-rate of a separator manufactured at different temperatures according to an embodiment.
5 is a graph showing the discharge capacity according to the number of cycles of the separation membrane manufactured at different temperatures according to an embodiment.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is "on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. The terms "about "," substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure.

본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.The word " step (or step) "or" step "used to the extent that it is used throughout the specification does not mean" step for.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination (s) thereof " included in the expression of the machine form means a mixture or combination of one or more elements selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the form of a marker, Quot; means at least one selected from the group consisting of the above-mentioned elements.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.
Throughout this specification, the description of "A and / or B" means "A or B, or A and B".

이하, 본원의 구현예를 상세히 설명하였으나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
Hereinafter, embodiments of the present invention are described in detail, but the present invention is not limited thereto.

본원의 제 1 측면은, 다공성 고분자 기재의 표면 및 기공 내부 표면에 저온 원자층 증착법 (Low Temperature Atomic Layer Deposition)을 통하여 금속산화물 박막을 형성하는 것을 포함하는, 고내열성 분리막의 제조 방법을 제공한다.The first aspect of the present invention provides a method for producing a high-heat-resistant separation membrane, which comprises forming a metal oxide thin film on a surface of a porous polymer substrate and a surface of a pore through a low temperature atomic layer deposition method.

종래 대부분의 원자층 증착법이나 그 상위 개념인 화학기상증착법을 이용하는 경우에서는 한쪽이 밀폐된 기재를 사용한다. 그러나, 본원에서는 아예 처음부터 화합물의 분해 과정이 분리막 양면을 관통하면서 진행될 수 있고, 이를 통해 수 나노미터 두께의 박막층을 컨트롤할 수 있을 뿐만 아니라 금속산화물 층을 좀더 치밀하게 코팅시켜 종래의 30 nm 내지 400 nm 수준의 두께 이하에서도 우수한 기계적 물성과 이온의 이동성 효과를 나타낼 수 있다.In the case where most of the conventional atomic layer deposition method or chemical vapor deposition method, which is an upper concept thereof, is used, a closed substrate is used on one side. However, in the present invention, from the outset, the decomposition process of the compound can proceed from the beginning through both sides of the separator, thereby controlling the thin film layer having a thickness of several nanometers and coating the metal oxide layer more densely, Even at a thickness of 400 nm or less, excellent mechanical properties and ion mobility can be exhibited.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속산화물 박막 형성 전에 산소 플라즈마를 이용하여 상기 다공성 고분자 기재의 표면 및 기공 내부 표면에 친수성 작용기를 도입하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the method may further include introducing a hydrophilic functional group into the surface of the porous polymer substrate and the inner surface of the pores using an oxygen plasma before forming the metal oxide thin film, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 친수성 작용기가 -OH 또는 -COOH를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the hydrophilic functional group may include, but is not limited to, -OH or -COOH.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다공성 고분자 기재는 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 및 폴리에틸렌나프탈렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 고분자 기재는 통상적으로 전기화학소자의 분리막의 재료인 연신 공정에 의해 제조되는 고분자의 기재 또는 나노 섬유의 교차에 의해 다공성 그물 구조로 형성되는 부직포 형태의 기재라면 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 다공성 고분자 기재는 전지에 활용 시 양 전극 같이 리튬 이온의 기동성이 용이하도록 높은 기공도 및 균일한 기공 크기 분포를 갖는 연속된 다공성 구조를 갖는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the porous polymeric substrate is selected from the group consisting of high density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, high molecular weight polyethylene, polypropylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyester, But are not limited to, those selected from the group consisting of polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, and polyethylene naphthalene. The polymer substrate can be used without limitation as long as it is a substrate of a polymer produced by a stretching process, which is a material of a separation membrane of an electrochemical device, or a nonwoven fabric-like substrate formed of a porous net structure by crossing of nanofibers. For example, the porous polymer substrate may have a continuous porous structure having a high porosity and a uniform pore size distribution to facilitate mobility of lithium ions, such as both electrodes when used in a battery, but may not be limited thereto .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속산화물은, Al2O3, SiO2, ZrO2, TiO2, SnO2, CeO2, ZnO, MgO, CaO, SrO, BaO, Na2O, B2O3, Mn2O3, Y2O3, WO3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the metal oxide, Al 2 O 3, SiO 2, ZrO 2, TiO 2, SnO 2, CeO 2, ZnO, MgO, CaO, SrO, BaO, Na 2 O, B 2 O 3 , Mn 2 O 3 , Y 2 O 3 , WO 3 , and combinations thereof.

상기 저온 원자층 증착법에 의하여 금속 산화물 박막을 형성하기 위하여 사용되는 전구체는, TMA (Tri-methyl-Aluminum), MPTMA (methyl-Pyrrolidine-Tri-methyl-Aluminum), EPPTEA (ethyl-pyridine-triethyl-aluminum), EPPDMAH (ethyl-pyridine-dimethyl-aluminum hydridge), IPA (C3H7-O)3Al), SiCl4 (silicon tetrachloride), TEMASi (tetrakis-ethyl-methyl-amino-Silcon), TiCl4(titanium tetrachloride), TTIP (titanium-tetrakis-isoproproxide), TEMAT (tretrakis-ethyl-methyl-amino-Titanium), TDMAT (tetrakis-dimethyl-amino-titanium), TDEAT (tetrakis-diethyl-amino-titanium), TEMAH (tetrakis-ethyl-methyl-amino-hafnium), TEMAZ (Tetrakis-ethyl-methyl-amido-zirconium), TDMAH (tetrakis-dimethyl-amino-hafnium), TDMAZ (tetrakis-dimethyl-amino-zirconium), TDEAH (tetrakis-diethyl-amino-hafnium), TDEAZ (tetrakis-diethyl-amino-zirconium), HTB (hafnium tetra-tert-butoxide), ZTB (zirconium tetra-tert-butoxide), HfCl4 (hafnium tetrachloride), Ba(C5H7O2)2, Sr(C5H7O2)2, Ba(C11H19O2)2, Sr(C11H19O2)2, Ba(C5HF6O2)2, Sr(C10H10F7O2)2, Ba(C10H10F7O2)2 Sr(C10H10F7O2)2, Ba(C11H19O2)-CH3(OCH2CH2)4OCH3, Sr(C11H19O2)2-CH3(OCH2HC2)4OCH3, Ti(OC2H5)4, Ti(OC3H7)4, Ti(OC4H9)4, Ti(C11H19O2)2(OC3H7)2, Ti(C11H19O2)2(O(CH2)2OCH3)2, Pb(C5H7O2)2, Pb(C5HF6O2)2, Pb(C5H4F3O2)2, Pb(C11H19O2)2, Pb(C2H5)4, La(C5H7O2)3, La(C5HF6O2)3, La(C5H4F3O2)3, La(C11H19O2)3, Zr(OC4H9)4, Zr(C5HF6O2)4, Zr(C5H4F3O2)4, Zr(C11H19O2)4, Zr(C11H19O2)2(OCH3H7)2, TMSTEMAT [MeSiN=Ta(NEtMe)3], TBITEMAT [Me3CN=Ta(NEtMe)3], TBTDET [Me3CN=Ta(Net2)3], PEMAT [Ta((CH3)(C2H5))5], PDEAT [Ta(N(C2H5)2)5], PDMAT [Ta(N(CH3)2)5], TaF5, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 유무기 금속화합물 전구체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.The precursor used to form the metal oxide thin film by the low-temperature atomic layer deposition method is TMA (tri-methyl-aluminum), MPTMA (methyl-pyrrolidine-tri-methyl-aluminum), ethyl-pyridine-triethyl- aluminum ), EPPDMAH (ethyl-pyridine-dimethyl-aluminum hydride), IPA (C 3 H 7 -O) 3 Al), SiCl 4 (silicon tetrachloride), TEMASi (tetrakis -ethyl-methyl-amino-Silcon), TiCl 4 (titanium tetrachloride), TTIP (titanium-tetrakis-isoproproxide), TEMAT (tretrakis-ethyl-methyl-amino-Titanium), TDMAT (tetrakis dimethyl-amino-titanium), TDEAT (tetrakis-diethyl-aminotitanium), TEMAH (tetrakis ethylmethylamino- hafnium), TEMAZ (Tetrakis- ethyl-methyl- amido- zirconium), TDMAH -amino-hafnium), tetrakis-dimethyl-amino-zirconium (TDMAZ), tetrakis-diethylamino- hafnium (TDEAH), tetrakis- diethylamino- zirconium (TDEAZ), hafnium tetra- (zirconium tetra-tert-butoxide) , HfCl 4 (hafnium tetrachloride), Ba (C 5 H 7 O 2) 2, Sr (C 5 H 7 O 2) 2, Ba (C 11 H 19 O 2) 2, Sr (C 11 H 19 O 2) 2, Ba (C 5 HF 6 O 2) 2, Sr (C 10 H 10 F 7 O 2) 2, Ba (C 10 H 10 F 7 O 2) 2 Sr (C 10 H 10 F 7 O 2) 2 , Ba (C 11 H 19 O 2) -CH 3 (OCH 2 CH 2) 4 OCH 3, Sr (C 11 H 19 O 2) 2 -CH 3 (OCH 2 HC 2) 4 OCH 3, Ti (OC 2 H 5) 4, Ti (OC 3 H 7) 4, Ti (OC 4 H 9) 4, Ti (C 11 H 19 O 2) 2 (O C 3 H 7) 2, Ti (C 11 H 19 O 2) 2 (O (CH 2) 2 OCH 3) 2, Pb (C 5 H 7 O 2) 2, Pb (C 5 HF 6 O 2) 2 , Pb (C 5 H 4 F 3 O 2) 2, Pb (C 11 H 19 O 2) 2, Pb (C 2 H 5) 4, La (C 5 H 7 O 2) 3, La (C 5 HF 6 O 2) 3, La ( C 5 H 4 F 3 O 2) 3, La (C 11 H 19 O 2) 3, Zr (OC 4 H 9) 4, Zr (C 5 HF 6 O 2) 4, Zr (C 5 H 4 F 3 O 2 ) 4 , Zr (C 11 H 19 O 2 ) 4 , Zr (C 11 H 19 O 2 ) 2 (OCH 3 H 7 ) 2 , TMSTEMAT [MeSiN = Ta (NEtMe) 3], TBITEMAT [Me 3 CN = Ta (NEtMe) 3], TBTDET [Me 3 CN = Ta (Net 2) 3], PEMAT [Ta ((CH 3) (C 2 H 5)) 5], PDEAT [ A metal-organic compound precursor selected from the group consisting of Ta (N (C 2 H 5 ) 2 ) 5 ], PDMAT [Ta (N (CH 3 ) 2 ) 5 ], TaF 5 , But may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 저온 원자층 증착법이 약 25℃ 내지 약 80℃ 미만의 온도 범위에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 저온 원자층 증착법의 온도는, 예를 들어, 약 25℃ 내지 약 80℃ 미만, 약 25℃ 내지 약 75℃, 약 25℃ 내지 약 70℃, 약 25℃ 내지 약 65℃, 약 25℃ 내지 약 60℃, 약 25℃ 내지 약 55℃, 약 25℃ 내지 약 50℃, 약 50℃ 내지 약 80℃ 미만, 약 50℃ 내지 약 75℃, 약 50℃ 내지 약 70℃, 약 60℃ 내지 약 80℃ 미만, 약 60℃ 내지 약 75℃, 또는 약 60℃ 초과 내지 약 70℃일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일구현예에 따른 고내열성 분리막의 제조 방법은 비교적 저온에서 수행되므로, 고온의 공정을 수행하는 경우에서 나타날 수 있는, 다공성 고분자 기재의 기공 붕괴 및 파티클 발생을 방지할 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 저온 원자층 증착법의 온도는, 바람직하게는 60℃ 초과 내지 80℃ 미만이고, 더 바람직하게는 60℃ 초과 내지 75℃ 이하, 65℃ 내지 75℃ 이하이고, 더 바람직하게는 60℃ 초과 내지 70℃ 이하이다.In one embodiment herein, the low temperature atomic layer deposition may be performed at a temperature ranging from about 25 [deg.] C to less than about 80 [deg.] C, but may not be limited thereto. The temperature of the low temperature atomic layer deposition process may be, for example, from about 25 캜 to about 80 캜, from about 25 캜 to about 75 캜, from about 25 캜 to about 70 캜, from about 25 캜 to about 65 캜, From about 50 캜 to about 75 캜, from about 50 캜 to about 70 캜, from about 60 캜 to about 55 캜, from about 25 캜 to about 55 캜, from about 25 캜 to about 50 캜, Less than about 80 占 폚, about 60 占 폚 to about 75 占 폚, or greater than about 60 占 폚 to about 70 占 폚. The method for manufacturing a high-heat-resistant separation membrane according to one embodiment of the present invention is performed at a relatively low temperature, and thus it is possible to prevent pore collapse and particle generation of a porous polymer substrate, which may occur in the case of performing a high-temperature process. In one embodiment of the invention, the temperature of the low-temperature atomic layer deposition is preferably greater than 60 ° C to less than 80 ° C, more preferably greater than 60 ° C to less than 75 ° C and less than 65 ° C to 75 ° C, Preferably higher than 60 DEG C to 70 DEG C or lower.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 저온 원자층 증착법이 60℃ 초과 내지 80℃ 미만의 온도 범위에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment herein, the low-temperature atomic layer deposition method may be performed in a temperature range of more than 60 DEG C to less than 80 DEG C, but may not be limited thereto.

일반적인 원자증 증착법 또는 화학기상증착법에서는 사용되는 전구체의 성분특성에 따라 수행 온도가 결정되게 되는데, 무수히 많은 대부분의 전구체들은 보통 원자증 증착법 또는 화학기상증착법 이용 시 100℃에서 800℃ 사이의 온도에서 증착 공정이 수행된다.In general atomic vapor deposition or chemical vapor deposition, the operating temperature is determined according to the characteristics of the precursor used. In many cases, most of the precursors are deposited at a temperature between 100 ° C. and 800 ° C. by the atomic vapor deposition method or the chemical vapor deposition method, The process is carried out.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속산화물 박막의 두께가 약 100 nm 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 금속산화물 박막의 두께는, 예를 들어, 약 1 nm 내지 약 100 nm, 약 10 nm 내지 약 100 nm, 약 20 nm 내지 약 100 nm, 약 30 nm 내지 약 100 nm, 약 40 nm 내지 약 100 nm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 60 nm 내지 약 100 nm, 약 70 nm 내지 약 100 nm, 약 80 nm 내지 약 100 nm, 약 90 nm 내지 약 100 nm, 약 1 nm 내지 약 90 nm, 약 1 nm 내지 약 80 nm, 약 1 nm 내지 약 70 nm, 약 1 nm 내지 약 60 nm, 약 1 nm 내지 약 50 nm, 약 1 nm 내지 약 40 nm, 약 1 nm 내지 약 30 nm, 약 1 nm 내지 약 20 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 10 nm 일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 여기서, 상기 금속산화물 박막은 100 nm 이하로 그 두께를 제한함으로써 분리막의 열적 특성을 향상시키면서도, 상기 다공성 고분자 기재의 기공을 막지 않아 전기화학소자의 성능을 저하시키는 것을 방지할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the thickness of the metal oxide thin film may be about 100 nm or less, but may not be limited thereto. The thickness of the metal oxide thin film may be, for example, from about 1 nm to about 100 nm, from about 10 nm to about 100 nm, from about 20 nm to about 100 nm, from about 30 nm to about 100 nm, from about 50 nm to about 100 nm, from about 60 nm to about 100 nm, from about 70 nm to about 100 nm, from about 80 nm to about 100 nm, from about 90 nm to about 100 nm, from about 1 nm to about 90 nm, From about 1 nm to about 40 nm, from about 1 nm to about 30 nm, from about 1 nm to about 80 nm, from about 1 nm to about 70 nm, from about 1 nm to about 60 nm, from about 1 nm to about 50 nm, nm to about 20 nm, or about 1 nm to about 10 nm. Here, the metal oxide thin film has a thickness of 100 nm or less, thereby improving the thermal characteristics of the separator and preventing the pores of the porous polymer substrate from being blocked, thereby deteriorating the performance of the electrochemical device.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고내열성 분리막이 다공성 구조를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원에 따른 상기 금속산화물 박막을 포함하는 고내열성 분리막은 다공성 구조를 가지므로, 전해액이 원활하게 이동할 수 있는 이동 통로로서의 역할을 할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the high-temperature-resistant separator may have a porous structure, but the present invention is not limited thereto. The high-heat-resistant separation membrane including the metal oxide thin film according to the present invention has a porous structure, and thus can serve as a movement passage through which the electrolyte can smoothly move.

본원의 일 구현예에 따른 고내열성 분리막의 제조 방법은, 우선 다공성 고분자 기재의 표면 및 기공 내부 표면에 산소 플라즈마를 처리하여 히드록시기 또는 카르복시기 층을 형성시킬 수 있다. 이어서, 상기 히드록시기 또는 카르복시기층이 형성된 상기 다공성 고분자 기재 표면 및 기공 내부 표면에 저온 원자층 증착법을 이용하여 약 100 nm 이하 두께의 금속산화물 박막을 형성시킬 수 있다. 이러한 방법으로 제조된 분리막은 고내열성 특성을 갖는다.In the method of manufacturing a high-heat-resistant membrane according to an embodiment of the present invention, the surface of the porous polymer substrate and the inner surface of the pores may be treated with an oxygen plasma to form a hydroxy group or a carboxyl group. Subsequently, a metal oxide thin film having a thickness of about 100 nm or less can be formed on the surface of the porous polymer substrate and the inner surface of the pore on which the hydroxy group or the carboxyl group layer is formed by a low-temperature atomic layer deposition method. The separation membrane produced by this method has high heat resistance characteristics.

본원의 일 구현예에 있어서, 저온 원자층 증착법을 사용하여 다공성 고분자 기재의 표면 및 기공 내부 표면에 금속산화물 박막을 나노미터 수준의 두께로 코팅함으로써, 종래의 분리막의 우수한 기계적 물성 및 높은 이온 이동성을 보유하면서 열적 특성을 향상시키고 전지 내 작용하는 전기적 저항을 줄이면서 고밀도 충전이 가능한 얇은 두께의 분리막을 제조할 수 있다. 아울러, 이를 구비한 전지는 소자 내 한정된 전극 활물질의 부피를 증가시켜 고용량화가 가능하다.In one embodiment herein, by coating the metal oxide thin film to a nanometer level thickness on the surface of the porous polymer substrate and the pore inner surface using the low temperature atomic layer deposition method, excellent mechanical properties and high ion mobility It is possible to manufacture a separator having a thin thickness capable of high density charging while improving the thermal characteristics and reducing the electrical resistance acting in the battery. In addition, a battery having such a structure can increase the volume of a limited electrode active material in the device, thereby increasing the capacity.

본원의 일구현예에 있어서, 원자층 증착법은 상기 원자층 증착법 수행 온도와 관련하여 80℃ 이상의 고온의 경우, 공정 중에 분리막 자체에 손상이 가게 되고 분리막의 수축이 일어나는 반면, 저온의 경우, 분리막의 수축 현상이 나타나지 않는다. 일반적으로 100℃ 이상에서 원자층 증착법을 사용하는 종래의 공정과 달리, 저온, 즉, 75℃ 이하 또는 70℃ 이하의 저온 원자층 증착법을 사용하여 무기물 전구체의 화학분해 반응을 일으켜 무기산화물층을 기재 상에 조밀하게 잘 코팅할 수 있으며, 이러한 저온 원자층 증착법에 의하여 코팅 후 분리막의 두께 변화가 나타나지 않는다. 한편, 60℃ 이하의 원자층 증착 공정에서는 무기물 전구체의 화학분해 반응이 효과적으로 진행되지 않아서 미반응물이 다른 온도의 공정에 비해 많이 남아 있고, 이로 인하여 무기산화물의 코팅층이 조밀하게 코팅되지 않는다.
In one embodiment of the present invention, when the atomic layer deposition method is performed at a high temperature of 80 ° C or more in relation to the atomic layer deposition method, damage occurs to the separation membrane itself and contraction of the separation membrane occurs during the process, Shrinkage does not appear. In general, unlike conventional processes using atomic layer deposition at a temperature of 100 ° C or higher, a chemical decomposition reaction of an inorganic precursor is performed using a low-temperature atomic layer deposition method at a low temperature, that is, 75 ° C or less or 70 ° C or less, And the thickness of the separator after coating is not changed by the low-temperature atomic layer deposition method. On the other hand, in the atomic layer deposition process at 60 ° C or lower, the chemical decomposition reaction of the inorganic precursor does not proceed effectively, so that unreacted materials remain much in comparison with the processes at other temperatures, and the coating layer of the inorganic oxide is not coated densely.

본원의 제 2 측면은, 다공성 고분자 기재의 표면 및 기공 내부 표면에 형성된 금속산화물 박막을 포함하며, 상기 본원의 제 1 측면에 따라 제조되는 고내열성 분리막을 제공한다. The second aspect of the present invention provides a high-heat-resistant separation membrane comprising a metal oxide thin film formed on a surface of a porous polymer base material and an inner surface of a pore, and is produced according to the first aspect of the present invention.

도 1은, 본원의 일 구현예에 따라 저온 원자층 증착법에 의해 금속산화물 박막이 형성된 분리막의 모식도이다. 상기 본원의 제 1 측면에 따른 제조 방법에 의하여 고내열성 분리막은 다공성 고분자 기재 표면 및 기공 내부에 저온 원자층 증착법 (Low Temperature Atomic Layer Deposition)을 통하여 형성된 금속산화물 박막을 포함하는 것일 수 있다. 본원에 따른 고내열성 분리막은 연속된 다공성 구조를 갖는다.1 is a schematic view of a separation membrane in which a metal oxide thin film is formed by a low-temperature atomic layer deposition method according to an embodiment of the present invention. According to the manufacturing method according to the first aspect of the present invention, the high-temperature-resistant separator may include a metal oxide thin film formed on the surface of the porous polymer substrate and inside the pores through a low temperature atomic layer deposition method. The high heat resistant membrane according to the present invention has a continuous porous structure.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다공성 고분자 기재는 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 및 폴리에틸렌나프탈렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 고분자 기재는 통상적으로 전기화학소자의 분리막의 재료인 연신 공정에 의해 제조되는 고분자의 기재 또는 나노 섬유의 교차에 의해 다공성 그물 구조로 형성되는 부직포 형태의 기재라면 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 다공성 고분자 기재는 전지에 활용 시 양 전극 같이 리튬 이온의 기동성이 용이하도록 높은 기공도 및 균일한 기공 크기 분포를 갖는 연속된 다공성 구조를 갖는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the porous polymeric substrate is selected from the group consisting of high density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, high molecular weight polyethylene, polypropylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyester, But are not limited to, those selected from the group consisting of polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, and polyethylene naphthalene. The polymer substrate can be used without limitation as long as it is a substrate of a polymer produced by a stretching process, which is a material of a separation membrane of an electrochemical device, or a nonwoven fabric-like substrate formed of a porous net structure by crossing of nanofibers. For example, the porous polymer substrate may have a continuous porous structure having a high porosity and a uniform pore size distribution to facilitate mobility of lithium ions, such as both electrodes when used in a battery, but may not be limited thereto .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속산화물은, Al2O3, SiO2, ZrO2, TiO2, SnO2, CeO2, ZnO, MgO, CaO, SrO, BaO, Na2O, B2O3, Mn2O3, Y2O3, WO3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the metal oxide, Al 2 O 3, SiO 2, ZrO 2, TiO 2, SnO 2, CeO 2, ZnO, MgO, CaO, SrO, BaO, Na 2 O, B 2 O 3 , Mn 2 O 3 , Y 2 O 3 , WO 3 , and combinations thereof.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속산화물 박막의 두께가 약 100 nm 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 금속산화물 박막의 두께는, 예를 들어, 약 1 nm 내지 약 100 nm, 약 10 nm 내지 약 100 nm, 약 20 nm 내지 약 100 nm, 약 30 nm 내지 약 100 nm, 약 40 nm 내지 약 100 nm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 60 nm 내지 약 100 nm, 약 70 nm 내지 약 100 nm, 약 80 nm 내지 약 100 nm, 약 90 nm 내지 약 100 nm, 약 1 nm 내지 약 90 nm, 약 1 nm 내지 약 80 nm, 약 1 nm 내지 약 70 nm, 약 1 nm 내지 약 60 nm, 약 1 nm 내지 약 50 nm, 약 1 nm 내지 약 40 nm, 약 1 nm 내지 약 30 nm, 약 1 nm 내지 약 20 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 10 nm 일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 여기서, 상기 금속산화물 박막은 100 nm 이하로 그 두께를 제한함으로써 분리막의 열적 특성을 향상시키면서도, 상기 다공성 고분자 기재의 기공을 막지 않아 전기화학소자의 성능을 저하시키는 것을 방지할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the thickness of the metal oxide thin film may be about 100 nm or less, but may not be limited thereto. The thickness of the metal oxide thin film may be, for example, from about 1 nm to about 100 nm, from about 10 nm to about 100 nm, from about 20 nm to about 100 nm, from about 30 nm to about 100 nm, from about 50 nm to about 100 nm, from about 60 nm to about 100 nm, from about 70 nm to about 100 nm, from about 80 nm to about 100 nm, from about 90 nm to about 100 nm, from about 1 nm to about 90 nm, From about 1 nm to about 40 nm, from about 1 nm to about 30 nm, from about 1 nm to about 80 nm, from about 1 nm to about 70 nm, from about 1 nm to about 60 nm, from about 1 nm to about 50 nm, nm to about 20 nm, or about 1 nm to about 10 nm. Here, the metal oxide thin film has a thickness of 100 nm or less, thereby improving the thermal characteristics of the separator and preventing the pores of the porous polymer substrate from being blocked, thereby deteriorating the performance of the electrochemical device.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고내열성 분리막이 다공성 구조를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원에 따른 상기 금속산화물 박막을 포함하는 고내열성 분리막은 다공성 구조를 가지므로, 전해액이 원활하게 이동할 수 있는 이동 통로로서의 역할을 할 수 있다.
In one embodiment of the present invention, the high-temperature-resistant separator may have a porous structure, but the present invention is not limited thereto. The high-heat-resistant separation membrane including the metal oxide thin film according to the present invention has a porous structure, and thus can serve as a movement passage through which the electrolyte can smoothly move.

본원의 제 3 측면은, 상기 본원의 제 2 측면에 따른 고내열성 분리막을 포함하는, 전지를 제공한다.A third aspect of the present invention provides a battery comprising the high heat-resistant separation membrane according to the second aspect of the present invention.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전지는 이차 전지일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이차 전지는, 양극, 음극, 분리막 및 전해질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 분리막은 상기 본원의 제 1 측면에 따른 제조 방법에 의하여 제조된 고내열성 분리막으로서, 다공성 고분자 기재 표면 및 기공 내부에 저온 원자층 증착법 (Low Temperature Atomic Layer Deposition)을 통하여 형성된 금속산화물 박막을 포함하는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 따른 상기 고내열성 분리막은 연속된 다공성 구조를 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the battery may be a secondary battery, but the present invention is not limited thereto. In one embodiment of the present invention, the secondary battery may include, but is not limited to, an anode, a cathode, a separator, and an electrolyte. In one embodiment of the present invention, the separation membrane is a high-temperature-resistant separation membrane produced by the manufacturing method according to the first aspect of the present invention, and a low-temperature atomic layer deposition method is applied to the surface and pores of the porous polymer substrate And a metal oxide thin film formed through the metal oxide thin film. The high-temperature-resistant separator according to one embodiment of the present invention may have a continuous porous structure, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이차 전지는 리튬 이차전지, 리튬-금속 이차전지, 리튬이온전지, 리튬 폴리머 전지, 또는 리튬 이온-폴리머 전지 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the secondary battery may include, but is not limited to, a lithium secondary battery, a lithium-metal secondary battery, a lithium ion battery, a lithium polymer battery, or a lithium ion-polymer battery.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이차 전지는 양극 집전체의 양면에 양극 활물질이 도포되어 형성된 양극, 음극 집전체의 양면에 음극 활물질이 도포되어 형성된 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 이들을 전기적으로 절연시키는 분리막 및 전해질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present invention, the secondary battery includes a positive electrode formed by applying a positive electrode active material on both surfaces of a positive electrode collector, a negative electrode formed by applying a negative electrode active material on both surfaces of the negative electrode collector, And may include, but is not limited to, an electrically insulating membrane and an electrolyte.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전지는 연료 전지인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 분리막은 상기 본원의 제 1 측면에 따른 제조 방법에 의하여 제조된 고내열성 분리막으로서, 다공성 고분자 기재 표면 및 기공 내부에 저온 원자층 증착법 (Low Temperature Atomic Layer Deposition)을 통하여 형성된 금속산화물 박막을 포함하는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 따른 상기 고내열성 분리막은 연속된 다공성 구조를 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the battery may be a fuel cell, but the present invention is not limited thereto. In one embodiment of the present invention, the separation membrane is a high-temperature-resistant separation membrane produced by the manufacturing method according to the first aspect of the present invention, and a low-temperature atomic layer deposition method is applied to the surface and pores of the porous polymer substrate And a metal oxide thin film formed through the metal oxide thin film. The high-temperature-resistant separator according to one embodiment of the present invention may have a continuous porous structure, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 연료 전지는 분리막, 산 또는 염기 전해질과 같은 전해질, 양극 전극, 및 음극 전극을 포함하며, 상기 양극 및 음극 사이의 전기 화학적 반응을 통해 전기 에너지를 발생하는 장치일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present invention, the fuel cell includes an electrolyte, such as a separator, an acid or a base electrolyte, a cathode electrode, and a cathode electrode, and is an apparatus for generating electrical energy through an electrochemical reaction between the anode and the cathode But may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 연료 전지는 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 장치이다. 상기 연료 전지의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 직접에탄올 연료 전지(Direct Ethanol Fuel Cell, DEFC), 직접메탄올 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC), 고분자전해질 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC), 알칼리형 연료 전지(Alkaline Fuel Cell, AFC), 인산형 연료 전지(Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC), 용융탄산염 연료 전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC) 또는 고체산화물 연료 전지 (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) 등이 있다. In one embodiment of the present invention, the fuel cell is an apparatus for generating electrical energy by electrochemically reacting a fuel and an oxidant. The type of the fuel cell is not particularly limited and may be, for example, a direct ethanol fuel cell (DEFC), a direct methanol fuel cell (DMFC), a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), Alkaline Fuel Cell (AFC), Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC), Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) or Solid Oxide Fuel Cell Fuel Cell, SOFC).

이러한 연료 전지는 청정에너지인 수소를 연료로 사용하여 전기를 발생시키는 고분자 전해질 연료 전지는 반응 과정에서 어떠한 공해 물질도 배출하지 않기 때문에 차세대 자동차와 같은 수송용이나 가정용 전원 공급원으로 많은 관심을 끌고 있다. Such a fuel cell is attracting much attention as a transportation power source such as a next-generation automobile or a household power source because a polymer electrolyte fuel cell that generates electricity by using hydrogen, which is clean energy, as a fuel does not discharge any pollutants during the reaction process.

일반적으로, 연료 전지의 전극반응은 연료전극인 음극(anode)에서의 수소 산화반응 및 산소전극인 양극(cathode)에서의 산소 환원반응으로 구성된다. 이들 산화 및 환원반응은 매우 느리게 진행되므로 실용적인 목적으로 사용할 경우 반응속도를 증가시키는 촉매의 사용이 필수적이다. 연료 전지의 음극 및 양극은 일반적으로 백금 촉매를 사용하고 있으나, 이와 같이 백금 촉매를 이용하는 경우 비싼 가격이 문제이다. 특히, 양극에서 일어나는 산소 환원 반응의 경우는 음극에서 일어나는 수소 산화 반응보다 반응 속도가 느리기 때문에 음극보다 많은 백금이 사용되고 있다.
Generally, the electrode reaction of a fuel cell is composed of a hydrogen oxidation reaction at the anode which is the fuel electrode and an oxygen reduction reaction at the cathode which is the oxygen electrode. Since these oxidation and reduction reactions proceed very slowly, the use of a catalyst that increases the reaction rate is essential when used for practical purposes. The cathode and anode of a fuel cell generally use a platinum catalyst, but expensive platinum catalysts are a problem. In particular, in the case of the oxygen reduction reaction occurring at the anode, platinum is used more than the cathode because the reaction rate is slower than the hydrogen oxidation reaction occurring at the cathode.

본원의 제 2 측면 및 제 3 측면은 각각 본원의 제 1 측면에 따른 따라 제조되는 고내열성 분리막, 및 상기 고내열성 분리막을 포함하는 전지에 관한 것으로서, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면에 대해 설명한 내용은 본원의 제 2 측면 및 제 3 측면 각각에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.
The second aspect and the third aspect of the present invention respectively relate to a high-heat-resistant separation membrane produced according to the first aspect of the present invention, and a battery including the high-temperature-resistant separation membrane, wherein the parts overlapping with the first aspect of the present invention Although the detailed description has been omitted, the description of the first aspect of the present invention can be applied equally to the second and third aspects of the present application, even if the description thereof is omitted.

이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following Examples are given for the purpose of helping understanding of the present invention, but the present invention is not limited to the following Examples.

[[ 실시예Example ] ]

실시예Example 1:  One: AlAl 22 OO 33 가 20 20 nmnm 두께로서 코팅된 분리막의 제조 Preparation of Membrane Coated as Thickness

알킬계열 화합물 트리메틸알루미늄 [TMA; Al(CH3)3, 알드리치]을 Al2O3 저온 원자층 증착법의 전구체로서 사용하였다. 이때 순수한 폴리에틸렌 분리막 (기공도 약 40% 이상, 두께 17 ㎛ ~ 18 ㎛, Tonen)을 가스 투과가 용이한 지그 (jig) 또는 기판에 고정시켜 밀폐된 (즉, 진공이 잡힌) 용기 (chamber)에 고정시켰다. 그런 다음 소수성인 상기 분리막의 표면을 산소플라즈마를 사용하여 공정에 용이한 친수성 표면으로 개질시켰다 (압력 약 200 mTorr 내지 약 400 mTorr, 파워 약 115 V 내지 약 230 V, O2 가스 속도 약 1.4 m3/hr, 수 분 동안 처리). 이후 70℃의 환경에서 상기 TMA의 분해 과정을 거쳐 폴리에틸렌 분리막에 20 nm 두께의 Al2O3 박막을 증착시켰다 (1.22 Å/cycle). 그 결과, Al2O3가 20 nm 두께로서 코팅된 분리막이 수득되었다.
Alkylated compounds Trimethylaluminum [TMA; Al (CH 3 ) 3 , Aldrich] was used as a precursor of Al 2 O 3 low-temperature atomic layer deposition. At this time, a pure polyethylene separator (having a porosity of about 40% or more, a thickness of 17 μm to 18 μm, Tonen) is fixed to a jig or a substrate which is easy to permeate through a gas to form a sealed (ie, Lt; / RTI &gt; The surface of the separating membrane, which was hydrophobic, was then reformed to an easy hydrophilic surface using oxygen plasma (pressure of about 200 mTorr to about 400 mTorr, power of about 115 V to about 230 V, O 2 gas velocity of about 1.4 m 3 / hr, treatment for several minutes). After the TMA was decomposed in an environment of 70 ° C., a 20 nm thick Al 2 O 3 thin film was deposited on the polyethylene separator (1.22 Å / cycle). As a result, a separation membrane coated with Al 2 O 3 having a thickness of 20 nm was obtained.

실시예Example 2:  2: AlAl 22 OO 33 가 80 80 nmnm 두께로서 코팅된 분리막의 제조 Preparation of Membrane Coated as Thickness

상기 실시예 1에서와 동일한 방법에 의하여 70℃에서 원자층 증착법에 의하여 80 nm 두께의 Al2O3가 코팅된 분리막을 제조하였다.
Al 2 O 3 -coated films were prepared by atomic layer deposition at 70 ° C in the same manner as in Example 1.

비교예Comparative Example 1: 순수한 폴리에틸렌 분리막 1: pure polyethylene membrane

상기 실시예 1 및 실시예 2의 분리막의 특성과 비교하기 위하여 순수한 폴리에틸렌 막을 실시예 1 및 실시예 2와 동일한 크기로 준비하였다.
In order to compare the characteristics of the membranes of Examples 1 and 2, a pure polyethylene membrane was prepared to have the same size as that of Example 1 and Example 2.

비교예Comparative Example 2:  2: AlAl 22 OO 33 가 400 400 nmnm 두께로서 코팅된  Coated PVdFPVdF -- HFPHFP 분리막의 제조 Preparation of Membrane

PVdF-HFP (폴리비닐리덴플로라이드-헥사플로로에틸렌 공중합체, 10 중량%, Kynar)를 NMP (N-메틸-2 피롤리돈, 알드리치)에 첨가하여 상온에서 약 1 시간 이상 용해시켜 고분자 슬러리를 제조하였다. 상기 제조된 고분자 슬러리를 유리 기판에 닥터블레이드 (doctor blade)를 이용하여 캐스팅 (casting)한 후 80℃ 오븐에서 건조시키고, 이후 상분리법을 이용하여 PVdF-HFP 분리막을 제조하였다. 400 nm 두께의 Al2O3 코팅은 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행되었고, 그 크기 또한 동일하게 준비하였다.
The PVDF-HFP (polyvinylidene fluoride-hexafluoroethylene copolymer, 10% by weight, Kynar) was added to NMP (N-methyl-2-pyrrolidone, Aldrich) and dissolved at room temperature for about 1 hour or longer to obtain a polymer slurry . The prepared polymer slurry was cast on a glass substrate using a doctor blade, dried in an oven at 80 ° C, and then PVdF-HFP membranes were prepared using the phase separation method. The Al 2 O 3 coating having a thickness of 400 nm was carried out in the same manner as in Example 1, and the same size was prepared.

실시예Example 3: 이차전지의 제조 3: Preparation of secondary battery

양극 제조Anode manufacturing

양극 활물질 입자로서 리튬 코발트 복합산화물 92 중량%, 도전재로서 카본 블랙 (carbon black) 4 중량%, 및 결합제로서 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF) 4 중량%를, 용제인 N-메틸-2 피롤리돈 (NMP)에 첨가하여 양극 활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 활물질 슬러리를 두께가 20 ㎛ 인 양극 집전체의 알루미늄 (Al) 박막에 도포하고 건조하여 양극을 제조한 후, 롤 프레스 (roll press)를 실시하였다.92% by weight of a lithium cobalt composite oxide as cathode active material particles, 4% by weight of carbon black as a conductive material and 4% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were dissolved in N-methyl- (NMP) to prepare a cathode active material slurry. The cathode active material slurry was applied to an aluminum (Al) thin film of a cathode current collector having a thickness of 20 탆 and dried to prepare a cathode, followed by roll pressing.

음극 제조Cathode manufacture

탄소 분말 음극 활물질 입자, 폴리비닐리덴플로라이드 (PVdF) 결합제, 카본 블랙 (carbon black) 도전제를 각각 96 중량%, 3 중량%, 1 중량%로 하여 용제인 N-메틸-2 피롤리돈 (NMP)에 첨가하여 음극 활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 활물질 슬러리를 두께가 10 ㎛ 인 음극 집전체인 구리 (Cu) 박막에 도포, 건조하여 음극을 제조한 후, 롤 프레스 (roll press)를 실시하였다.The solvent was N-methyl-2-pyrrolidone (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) with 96 wt%, 3 wt% and 1 wt% of carbon powder anode active material particles, polyvinylidene fluoride (PVdF) binder and carbon black conductive agent, NMP) to prepare an anode active material slurry. The negative electrode active material slurry was applied to a copper (Cu) thin film as an anode current collector having a thickness of 10 탆 and dried to prepare a negative electrode, followed by roll pressing.

전지의 제조Manufacture of batteries

전술한 방법으로 제조한 양극, 음극 및 상기 실시예 1에서 제조된 분리막을 스태킹 방식을 이용하여 코인셀 타입의 셀을 조립하였고, 조립된 전지에 전해액 [에틸렌카보네이트 (EC)/에틸메틸카보네이트 (EMC) = 1/2 (부피비), 리튬헥사플로로포스페이트 (LiPF6) 1 몰]을 주입하여, 리튬 이차전지를 제조하였다.
Cells of a coin cell type were assembled by using the stacking method of the positive electrode, negative electrode, and separator prepared in the above-described Example 1, and an electrolytic solution (ethylene carbonate (EC) / ethylmethyl carbonate ) = 1/2 (volume ratio) and 1 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF6)] to prepare a lithium secondary battery.

실시예Example 4: 이차전지의 제조 4: Manufacture of secondary battery

상기 실시예 3의 양극 제조 및 음극 제조 방법과 동일하게 양극 및 음극을 제조한 후, 상기 전지의 제조에 있어서 실시예 1의 분리막 대신에 상기 실시예 2에서 제조된 분리막을 사용하여 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.
The positive electrode and the negative electrode were prepared in the same manner as in the preparation of the positive electrode and the negative electrode of Example 3, and then the separator prepared in Example 2 was used instead of the separator of Example 1 in the production of the battery. A secondary battery was manufactured.

비교예Comparative Example 3: 이차전지의 제조 3: Preparation of secondary battery

상기 실시예 3의 양극 제조 및 음극 제조 방법과 동일하게 양극 및 음극을 제조한 후, 상기 전지의 제조에 있어서 실시예 1의 분리막 대신에 상기 비교예 1에서 제조된 분리막을 사용하여 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.
The positive electrode and the negative electrode were prepared in the same manner as in the preparation of the positive electrode and the negative electrode of Example 3, and then the separator prepared in Comparative Example 1 was used in place of the separator of Example 1 in the production of the battery, A secondary battery was manufactured.

비교예Comparative Example 4: 이차전지의 제조 4: Manufacture of secondary battery

상기 실시예 3의 양극 제조 및 음극 제조 방법과 동일하게 양극 및 음극을 제조한 후, 상기 전지의 제조에 있어서 실시예 1의 분리막 대신에 상기 비교예 2에서 제조된 분리막을 사용하여 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.
The positive electrode and the negative electrode were prepared in the same manner as in the preparation of the positive electrode and the negative electrode of Example 3, and then the separator prepared in Comparative Example 2 was used in place of the separator of Example 1 in the production of the battery, A secondary battery was manufactured.

비교예Comparative Example 5: 60℃에서  5: at 60 DEG C AlAl 22 OO 33 -코팅된 분리막의 제조- Preparation of coated membranes

상기 실시예 1에서와 동일한 방법에 의하여 수행하되, 60℃에서 원자층 증착법에 의하여 80 nm 두께의 Al2O3가 코팅된 분리막을 제조하였다.
Al 2 O 3 -containing Al2O3-coated separator was prepared by atomic layer deposition at 60 ° C in the same manner as in Example 1.

비교예Comparative Example 6: 80℃에서  6: at 80 DEG C AlAl 22 OO 33 -코팅된 분리막의 제조- Preparation of coated membranes

상기 실시예 1에서와 동일한 방법에 의하여 수행하되, 80℃에서 원자층 증착법에 의하여 80 nm 두께의 Al2O3가 코팅된 분리막을 제조하였다.
Al 2 O 3 -containing 80 nm-thick Al2O3-coated separator was prepared by atomic layer deposition at 80 ° C.

비교예Comparative Example 7: 100℃에서  7: AlAl 22 OO 33 -코팅된 분리막의 제조- Preparation of coated membranes

상기 실시예 1에서와 동일한 방법에 의하여 수행하되, 100℃ 고온 원자층 증착법에 의하여 80 nm 두께의 Al2O3 코팅된 분리막을 제조하였다.
Al 2 O 3 -coated films having a thickness of 80 nm were prepared by a high temperature atomic layer deposition method at 100 ° C. in the same manner as in Example 1.

실험예Experimental Example 1:  One: 열수축Heat shrinkage 거동 실험 Behavior experiment

실시예 1 및 실시예 2, 그리고비교예 1, 비교예 2, 및 비교예 5 내지 7의 분리막을 160℃에서 1 시간 동안 보관한 후의 열수축 거동을 확인하였다. 그 결과를 도 2 및 하기 표 1에 나타내었다.
The heat shrinkage behavior of the membranes of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1, 2 and 5 to 7 after storage at 160 ° C for 1 hour was confirmed. The results are shown in Fig. 2 and Table 1 below.

실험예Experimental Example 2: 분리막의 두께 측정 2: Measurement of membrane thickness

실시예 1 및 실시예 2, 그리고 비교예 1, 비교예 2, 및 비교예 5 내지 7의 분리막의 두께를 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
The thicknesses of the membranes of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1, 2 and 5 to 7 were measured and the results are shown in Table 1 below.

실시예 1 Example 1 실시예 2Example 2 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 5Comparative Example 5 비교예 6Comparative Example 6 비교예 7Comparative Example 7 열수축율Heat shrinkage 2%2% 0%0% 95%95% 10%10% 60%60% 3%3% 40%40% 두께thickness 17 ㎛17 탆 17 ㎛17 탆 17 ㎛17 탆 23 ㎛23 ㎛ 17 ㎛17 탆 17 ㎛17 탆 17 ㎛17 탆

수축 거동을 나타내는 사진이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2, 그리고 비교예 1 분리막은 160℃에 1 시간 보관 시 열수축 거동에 있어서, 큰 차이를 보임을 알 수 있었다. 비교예 1의 분리막 (폴리에틸렌 분리막)은 원래 형태를 알아볼 수 없을 정도로 95% 이상의 열수축을 보인 반면, 실시예 1의 분리막은 분리막 가장자리에서 열수축이 2% 미만 나타났고, 실시예 2의 분리막은 열수축이 거의 없었다.This is a photograph showing the shrinkage behavior. As shown in FIG. 2, it was found that the heat shrinkage behaviors of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 separator were greatly different when they were stored at 160 ° C. for one hour. In the separator of Comparative Example 1 (polyethylene separator), the heat shrinkage was 95% or more so that the original shape could not be recognized, whereas the separator of Example 1 had less than 2% of heat shrinkage at the separator edge, Almost none.

아울러, 표 1에 나타난 바와 같이, 비교예 1의 분리막은 95%의 열수축율을 보이고, 비교예 2의 분리막은 10%의 열수축율을 나타내는 반면, 실시예 1의 분리막은 2%, 실시예 2의 분리막은 0%로, 본 실시예에 따른 분리막은 우수한 내열 특성을 가짐을 알 수 있다. 한편, 비교예 5, 비교예 6, 및 비교예 7의 분리막은 각각 60%, 3%, 및 40% 정도의 열수축율을 보였다. 두께는 비교예 2의 분리막이 코팅 후, 35% 이상 두꺼워지지만, 본 실시예에 따른 분리막은 ㎛ 수준의 두께 변화가 없었다. 이러한 결과에 따라 본 실시예에 따른 분리막이 전지에 활용 시 전지 용량을 감소시키지 않는다는 것을 예측할 수 있다. 또한 70℃ 저온 원자층 증착법에 의하여 80 nm 두께의 Al2O3가 코팅된 분리막을 제조하는 것이 저온에서 무기전구체를 이용하여 무기산화물층을 가장 촘촘하게 코팅할 수 있는 이상적인 제조 방법임을 예측할 수 있다.
In addition, as shown in Table 1, the separator of Comparative Example 1 exhibited a heat shrinkage of 95%, the separator of Comparative Example 2 had a heat shrinkage of 10%, while the separator of Example 1 had a 2% Is 0%. It can be seen that the separator according to the present embodiment has excellent heat resistance. On the other hand, the separators of Comparative Example 5, Comparative Example 6, and Comparative Example 7 showed heat shrinkage rates of about 60%, 3%, and 40%, respectively. Thickness of the separator of Comparative Example 2 increased by 35% or more after coating, but the thickness of the separator of the present example did not change by the order of 탆. According to these results, it can be predicted that the separator according to this embodiment does not decrease the battery capacity when used in the battery. In addition, it can be predicted that an Al 2 O 3 coated film of 80 nm thickness is prepared by a low-temperature atomic layer deposition at 70 ° C, which is an ideal manufacturing method for coating the inorganic oxide layer most densely with an inorganic precursor at a low temperature.

실험예Experimental Example 3: 분리막을 이용한  3: Membrane-based 코인셀의Coin cell 용량거동Capacity behavior 실험 Experiment

실시예 3, 실시예 4, 비교예 3, 비교예 4의 전지, 및 비교예 5 내지 7의 분리막을 이용하여 제조된 전지의 용량거동을 확인하기 위하여, 0.2 C 내지 3.0 C의 방전전류에서 방전용량 수치를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 이때, 하기 표 2에서 실시예들 및 비교예들의 방전용량 수치의 단위는 mAh/g로서, 양극 활물질 질량 대비 용량을 나타낸다.
In order to confirm the capacitive behavior of the cells prepared in Examples 3, 4, 3 and 4, and the batteries prepared in Comparative Examples 5 to 7, discharge was performed at a discharging current of 0.2 C to 3.0 C Capacity values were measured and the results are shown in Table 2 below. At this time, in the following Table 2, the units of the discharge capacity values of Examples and Comparative Examples are mAh / g, which indicates the capacity relative to the mass of the cathode active material.

방전전류Discharge current 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 비교예 3Comparative Example 3 비교예 4Comparative Example 4 비교예 5Comparative Example 5 비교예 6Comparative Example 6 비교예 7Comparative Example 7 0.2 C0.2 C 146146 147147 143143 141141 143143 145145 140140 0.5 C0.5 C 143143 145145 141141 140140 141141 142142 138138 1 C1 C 140140 142142 140140 138138 140140 139139 132132 1.5 C1.5 C 120120 123123 120120 8585 120120 120120 110110 2 C2 C 109109 113113 103103 4040 107107 111111 9898 3 C3 C 7070 7272 5353 1010 6464 6767 5252

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 3 및 실시예 4에서 제조된 이차전지 코인셀 (즉, 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 분리막을 이용한 코인셀)은 방전전류 0.2 C 내지 3.0 C 전반에 걸쳐 비교예 3에서 제조된 이차전지 코인셀 (즉, 종래 이용되고 있는 분리막을 재현한 비교예 1,의 분리막을 이용한 코인셀)에 비교하여 향상된 거동을 나타냄을 알 수 있었다. 이러한 결과에 더불어 상기 표 1에 나타난 바와 같이, 비교예 4의 이차전지에 이용된 비교예 2의 분리막은 그 두께가 23 ㎛로 증가한 것을 감안하면 본원에 따른 분리막이 전지에 활용 시 더욱 우수한 전지 성능을 나타냄을 알 수 있다. 또한, 비교예 5, 비교예 6, 및 비교예 7의 분리막을 이용하여 제조된 전지들을 실시예 3 및 실시예 4의 전지의 방전용량 거동과 비교해 볼 때, 70℃ 저온 원자층 증착법에 의하여 80 nm 두께의 Al2O3가 코팅된 분리막을 제조하는 것이 저온에서 무기전구체를 이용하여 무기산화물층을 가장 촘촘하게 코팅할 수 있어 무기산화물층 또는 무기물 입자의 코팅 효과를 가장 이상적으로 구현해 내는 제조 방법임을 알 수 있다.
As shown in Table 2, the secondary cell coin cells prepared in Examples 3 and 4 (i.e., the coin cells using the separator prepared in Example 1 and Example 2) exhibited a discharge current of 0.2 C to 3.0 C (That is, a coin cell using a separator of Comparative Example 1 in which a separator used in the prior art was reproduced) manufactured in Comparative Example 3 over the entire length of the coin cell. In addition to these results, as shown in Table 1 above, the separator of Comparative Example 2 used in the secondary battery of Comparative Example 4 has a thickness of 23 탆, which indicates that the separator according to the present invention is superior in battery performance . &Lt; / RTI &gt; Comparing the batteries manufactured using the separators of Comparative Example 5, Comparative Example 6 and Comparative Example 7 with the discharge capacity behavior of the batteries of Example 3 and Example 4, nm thick Al 2 O 3 coating layer can be most closely coated with an inorganic oxide layer by using an inorganic precursor at a low temperature to optimally realize a coating effect of an inorganic oxide layer or inorganic particles Able to know.

실험예Experimental Example 4: 온도에 따른 분리막의  4: Temperature dependence of membrane 열수축Heat shrinkage 특성 비교 Feature comparison

실시예 1, 실시예 2, 및 비교예 5 내지 비교예 7에서 제조된 분리막의 온도에 따른 분리막의 열수축 특성을 비교하기 위하여, 각각의 데미지 정도를 관찰하였다. 하기 표 3 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 100℃의 고온 ALD에서는 공정중에 분리막 자체에 종래의 기공이 막히는 등의 데미지가 수반 되면서 무기물 전구체의 화학분해 반응이 정상적으로 이루어졌음에도 불구하고, 무기산화물 코팅층이 고르게 코팅되지 못하는 결함이 발생하였다. 한편, 60℃에서의 원자층 증착 공정에서는 무기물 전구체의 화학분해 반응이 효과적으로 진행되지 않아서 미반응물이 다른 온도의 공정에 비해 많이 남아 있고, 이로 인하여 무기산화물의 코팅층이 조밀하게 코팅되지 않았다. 한편, 80℃의 경우 상대적으로 분리막이 말려지는 것으로 보아, 80℃보다 70℃에서 진행되는 원자층 증착 공정의 경우가 가장 이상적으로 무기물 전구체의 화학분해 반응을 일으켜 무기산화물층을 조밀하게 코팅되는 조건임을 알 수 있다.
In order to compare the heat shrinkage characteristics of the separator according to the temperature of the separator prepared in Example 1, Example 2, and Comparative Example 5 to Comparative Example 7, the degree of each damage was observed. As shown in the following Table 3 and FIG. 3, in the high-temperature ALD at 100 ° C, although the separation of the conventional pores is accompanied by damage to the separator itself during the process, the chemical decomposition reaction of the inorganic precursor is normally performed, A defect that can not be evenly coated occurs. On the other hand, in the atomic layer deposition process at 60 캜, the chemical decomposition reaction of the inorganic precursor did not proceed effectively, and unreacted materials remained much in comparison with the processes at other temperatures, and the coating layer of the inorganic oxide was not coated densely. On the other hand, since the separator is relatively dried at 80 ° C, the atomic layer deposition process at 70 ° C rather than 80 ° C is ideally suited for the chemical condensation reaction of the inorganic precursor, .

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 비교예 5Comparative Example 5 비교예 6Comparative Example 6 비교예 7Comparative Example 7 열수축율Heat shrinkage 2%2% 0%0% 60%60% 3%3% 40%40% 두께thickness 17 ㎛17 탆 17 ㎛17 탆 17 ㎛17 탆 17 ㎛17 탆 17 ㎛17 탆

도 4 및 도 5는, 70℃에서 수행된 원자층 증착의 경우가 가장 이상적으로 무기물 전구체의 화학분해 반응을 일으켜 무기산화물층을 조밀하게 잘 코팅되게끔 하는 조건임을 나타내는 다양한 방전 전류밀도에 따른 방전 용량 거동의 결과를 나타내는 그래프이다. 70℃ 공정의 원자층 증착에 의하여 코팅된 폴리에틸렌의 경우, 다른 온도 공정의 샘플에 비해 무기산화물층이 조밀하게 잘 코팅되어 전지 구동 중에 발생되는 내부의 직렬 저항을 감소시켜 주었으며, 폴리에틸렌의 소수성의 표면 특성 감소에 따른 액체 전해질과의 친화성이 증가하고, 동시에 액체 전해질 및 리튬염과의 상호작용을 극대화시켜 전하 캐리어 수 증가 등의 효과로 전류밀도에 따른 전지의 용량 및 전력 밀도(power density)에 긍정적인 영향을 주는 것을 알 수 있다.
FIGS. 4 and 5 are graphs showing the results of a discharge according to various discharge current densities showing that the atomic layer deposition performed at 70 ° C. is ideally a condition for causing a chemical decomposition reaction of the inorganic precursor to densely coat the inorganic oxide layer. Lt; / RTI &gt; is a graph showing the results of capacity behavior. In the case of polyethylene coated by atomic layer deposition at 70 ° C, the inorganic oxide layer was more densely coated than the samples of other temperature processes to reduce the internal series resistance generated during battery operation, and the hydrophobic surface of the polyethylene The affinity with the liquid electrolyte increases with the decrease of the characteristics, and at the same time, the interaction with the liquid electrolyte and the lithium salt is maximized to increase the number of charge carriers and the like, and the capacity and the power density It can be seen that it has a positive effect.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention .

Claims (18)

산소 플라즈마를 이용하여 다공성 고분자 기재의 표면 및 기공 내부 표면에 친수성 작용기를 도입하고,
상기 다공성 고분자 기재의 표면 및 기공 내부 표면에 저온 원자층 증착법 (Low Temperature Atomic Layer Deposition)을 통하여 금속산화물 박막을 형성하는 것
을 포함하는, 고내열성 분리막의 제조 방법.
A hydrophilic functional group is introduced into the surface of the porous polymer substrate and the inner surface of the pores by using an oxygen plasma,
Forming a metal oxide thin film on the surface of the porous polymer substrate and the inner surface of the pores through a low temperature atomic layer deposition method
Wherein the high-heat-resistant separator has a high heat resistance.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 친수성 작용기가 -OH 또는 -COOH를 포함하는 것인, 고내열성 분리막의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the hydrophilic functional group comprises -OH or -COOH.
제 1 항에 있어서,
상기 다공성 고분자 기재는 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 및 폴리에틸렌나프탈렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 고내열성 분리막의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The porous polymer substrate may be at least one of polyethylene, high density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, high molecular weight polyethylene, polypropylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate, , A polyether ether ketone, a polyether sulfone, a polyphenylene oxide, a polyphenylene sulfide, and a polyethylene naphthalene.
제 1 항에 있어서,
상기 금속산화물은, Al2O3, SiO2, ZrO2, TiO2, SnO2, CeO2, ZnO, MgO, CaO, SrO, BaO, Na2O, B2O3, Mn2O3, Y2O3, WO3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 고내열성 분리막의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the metal oxide is selected from the group consisting of Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , SnO 2 , CeO 2 , ZnO, MgO, CaO, SrO, BaO, Na 2 O, B 2 O 3 , Mn 2 O 3 , Y 2 O 3 , WO 3 , and combinations thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 저온 원자층 증착법에 의하여 박막을 형성하기 위하여 사용되는 전구체는, TMA (Tri-methyl-Aluminum), MPTMA (methyl-Pyrrolidine-Tri-methyl-Aluminum), EPPTEA (ethyl-pyridine-triethyl-aluminum), EPPDMAH (ethyl-pyridine-dimethyl-aluminum hydridge), IPA (C3H7-O)3Al), SiCl4 (silicon tetrachloride), TEMASi (tetrakis-ethyl-methyl-amino-Silcon), TiCl4(titanium tetrachloride), TTIP (titanium-tetrakis-isoproproxide), TEMAT (tretrakis-ethyl-methyl-amino-Titanium), TDMAT (tetrakis-dimethyl-amino-titanium), TDEAT (tetrakis-diethyl-amino-titanium), TEMAH (tetrakis-ethyl-methyl-amino-hafnium), TEMAZ (Tetrakis-ethyl-methyl-amido-zirconium), TDMAH (tetrakis-dimethyl-amino-hafnium), TDMAZ (tetrakis-dimethyl-amino-zirconium), TDEAH (tetrakis-diethyl-amino-hafnium), TDEAZ (tetrakis-diethyl-amino-zirconium), HTB (hafnium tetra-tert-butoxide), ZTB (zirconium tetra-tert-butoxide), HfCl4 (hafnium tetrachloride), Ba(C5H7O2)2, Sr(C5H7O2)2, Ba(C11H19O2)2, Sr(C11H19O2)2, Ba(C5HF6O2)2, Sr(C10H10F7O2)2, Ba(C10H10F7O2)2 Sr(C10H10F7O2)2, Ba(C11H19O2)-CH3(OCH2CH2)4OCH3, Sr(C11H19O2)2-CH3(OCH2HC2)4OCH3, Ti(OC2H5)4, Ti(OC3H7)4, Ti(OC4H9)4, Ti(C11H19O2)2(OC3H7)2, Ti(C11H19O2)2(O(CH2)2OCH3)2, Pb(C5H7O2)2, Pb(C5HF6O2)2, Pb(C5H4F3O2)2, Pb(C11H19O2)2, Pb(C2H5)4, La(C5H7O2)3, La(C5HF6O2)3, La(C5H4F3O2)3, La(C11H19O2)3, Zr(OC4H9)4, Zr(C5HF6O2)4, Zr(C5H4F3O2)4, Zr(C11H19O2)4, Zr(C11H19O2)2(OCH3H7)2, TMSTEMAT [MeSiN=Ta(NEtMe)3], TBITEMAT [Me3CN=Ta(NEtMe)3], TBTDET [Me3CN=Ta(Net2)3], PEMAT [Ta((CH3)(C2H5))5], PDEAT [Ta(N(C2H5)2)5], PDMAT [Ta(N(CH3)2)5], TaF5, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 유무기 금속화합물 전구체를 포함하는 것인, 고내열성 분리막의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The precursor used to form the thin film by the low-temperature atomic layer deposition is TMA (tri-methyl-aluminum), MPTMA (ethyl-pyridine-triethyl-aluminum) Ethyl-pyridine-dimethyl-aluminum hydride (EPPDMAH), IPA (C 3 H 7 -O) 3 Al), SiCl 4 (silicon tetrachloride), TEMASi (tetrakis -ethyl-methyl-amino-Silcon), TiCl 4 (titanium tetrachloride), TTIP (titanium-tetrakis-isoproproxide), TEMAT (tretrakis-ethyl-methyl-amino-Titanium), TDMAT (tetrakis dimethyl-amino-titanium), TDEAT (tetrakis-diethyl-aminotitanium), TEMAH (tetrakis ethylmethylamino- hafnium), TEMAZ (Tetrakis- ethyl-methyl- amido- zirconium), TDMAH -amino-hafnium), tetrakis-dimethyl-amino-zirconium (TDMAZ), tetrakis-diethylamino- hafnium (TDEAH), tetrakis- diethylamino- zirconium (TDEAZ), hafnium tetra- (zirconium tetra-tert-butoxide) , HfCl 4 (hafnium tetrachloride), Ba (C 5 H 7 O 2) 2, Sr (C 5 H 7 O 2) 2, Ba (C 11 H 19 O 2) 2, Sr (C 11 H 19 O 2) 2, Ba (C 5 HF 6 O 2) 2, Sr (C 10 H 10 F 7 O 2) 2, Ba (C 10 H 10 F 7 O 2) 2 Sr (C 10 H 10 F 7 O 2) 2 , Ba (C 11 H 19 O 2) -CH 3 (OCH 2 CH 2) 4 OCH 3, Sr (C 11 H 19 O 2) 2 -CH 3 (OCH 2 HC 2) 4 OCH 3, Ti (OC 2 H 5) 4, Ti (OC 3 H 7) 4, Ti (OC 4 H 9) 4, Ti (C 11 H 19 O 2) 2 (O C 3 H 7) 2, Ti (C 11 H 19 O 2) 2 (O (CH 2) 2 OCH 3) 2, Pb (C 5 H 7 O 2) 2, Pb (C 5 HF 6 O 2) 2 , Pb (C 5 H 4 F 3 O 2) 2, Pb (C 11 H 19 O 2) 2, Pb (C 2 H 5) 4, La (C 5 H 7 O 2) 3, La (C 5 HF 6 O 2) 3, La ( C 5 H 4 F 3 O 2) 3, La (C 11 H 19 O 2) 3, Zr (OC 4 H 9) 4, Zr (C 5 HF 6 O 2) 4, Zr (C 5 H 4 F 3 O 2 ) 4 , Zr (C 11 H 19 O 2 ) 4 , Zr (C 11 H 19 O 2 ) 2 (OCH 3 H 7 ) 2 , TMSTEMAT [MeSiN = Ta (NEtMe) 3], TBITEMAT [Me 3 CN = Ta (NEtMe) 3], TBTDET [Me 3 CN = Ta (Net 2) 3], PEMAT [Ta ((CH 3) (C 2 H 5)) 5], PDEAT [ A metal-organic compound precursor selected from the group consisting of Ta (N (C 2 H 5 ) 2 ) 5 ], PDMAT [Ta (N (CH 3 ) 2 ) 5 ], TaF 5 , Wherein the high heat resistant separator has a high heat resistance.
제 1 항에 있어서,
상기 저온 원자층 증착법이 25℃ 내지 80℃ 미만의 온도 범위에서 수행되는 것인, 고내열성 분리막의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the low-temperature atomic layer deposition method is performed at a temperature range of 25 占 폚 to less than 80 占 폚.
제 1 항에 있어서,
상기 저온 원자층 증착법이 60℃ 초과 내지 80℃ 미만의 온도 범위에서 수행되는 것인, 고내열성 분리막의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the low-temperature atomic layer deposition method is performed in a temperature range of more than 60 占 폚 to less than 80 占 폚.
제 1 항에 있어서,
상기 금속산화물 박막의 두께가 100 nm 이하인, 고내열성 분리막의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the metal oxide thin film has a thickness of 100 nm or less.
제 1 항에 있어서,
상기 고내열성 분리막이 다공성 구조를 가지는 것인, 고내열성 분리막의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the high heat-resistant separation film has a porous structure.
다공성 고분자 기재의 표면 및 기공 내부 표면에 형성된 금속산화물 박막을 포함하며, 제 1 항, 및 제 3 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조되는, 고내열성 분리막.
A high heat resistant membrane comprising a metal oxide thin film formed on a surface of a porous polymer substrate and on a pore inner surface thereof, and is produced according to the method of any one of claims 1 and 3 to 10.
제 11 항에 있어서,
상기 다공성 고분자 기재는 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 및 폴리에틸렌나프탈렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 고내열성 분리막.
12. The method of claim 11,
The porous polymer substrate may be at least one of polyethylene, high density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, high molecular weight polyethylene, polypropylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate, , Polyether ether ketone, polyether sulfone, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, and polyethylene naphthalene.
제 11 항에 있어서,
상기 금속산화물은, Al2O3, SiO2, ZrO2, TiO2, SnO2, CeO2, ZnO, MgO, CaO, SrO, BaO, Na2O, B2O3, Mn2O3, Y2O3, WO3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 고내열성 분리막.
12. The method of claim 11,
Wherein the metal oxide is selected from the group consisting of Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , SnO 2 , CeO 2 , ZnO, MgO, CaO, SrO, BaO, Na 2 O, B 2 O 3 , Mn 2 O 3 , Y 2 O 3 , WO 3 , and combinations thereof.
제 11 항에 있어서,
상기 금속산화물 박막의 두께가 100 nm 이하인, 고내열성 분리막.
12. The method of claim 11,
Wherein the metal oxide thin film has a thickness of 100 nm or less.
제 11 항에 있어서,
상기 고내열성 분리막이 다공성 구조를 가지는 것인, 고내열성 분리막.
12. The method of claim 11,
Wherein the high heat-resistant separation membrane has a porous structure.
제 11 항에 따른 고내열성 분리막을 포함하는, 전지.
11. A battery comprising the high-temperature-resistant separator according to claim 11.
제 16 항에 있어서,
상기 전지는 이차 전지인 것인, 전지.
17. The method of claim 16,
Wherein the battery is a secondary battery.
제 16 항에 있어서,
상기 전지는 연료 전지인 것인, 전지.
17. The method of claim 16,
Wherein the battery is a fuel cell.
KR1020140104677A 2013-08-12 2014-08-12 Highly heat-resistant separator, manufacturing method of the same, and battery including the same KR101499787B1 (en)

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