KR101502966B1 - Endothermic separator for electrochemical elements and electrochemical elements comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분리막의 권취 외각 부분에 상변환물질(PCM)이 담지된 캡슐을 포함하여서 외부충격 등에 의한 내부 단락으로 열발생시, 상기 PCM 캡슐이 열을 흡수하면서 녹아 리튬 이온 경로를 차단하여 전지의 안전성을 향상시키는 전기화학소자용 흡열성 분리막에 관한 것으로, 고열 또는 축적된 열로 인한 상기 분리막의 물리적, 화학적 변형을 방지하여, 궁극적으로 전기화학소자 저항의 변화를 억제하여 최적의 작동 상태를 유지할 수 있는 효과뿐만 아니라, 종래 흡열시트에 비해 제조가 간편하여 생산성이 향상되고 전극조립체의 부피가 감소되는 효과가 있다. The present invention is characterized in that when a heat is generated due to an internal short circuit due to an external impact or the like, the capsule contains a phase change material (PCM) on the outer periphery of the separation membrane. The PCM capsule dissolves while absorbing heat to block the lithium ion path, The present invention relates to an endothermic separation membrane for an electrochemical device capable of preventing physical and chemical deformation of the separation membrane due to high temperature or accumulated heat and ultimately suppressing a change in electrochemical device resistance, In addition to the above-described effects, the present invention has an effect that productivity is improved and the volume of the electrode assembly is reduced as compared with the conventional heat absorbing sheet.

Description

전기화학소자용 흡열성 분리막 및 이를 함유하는 전기화학소자{Endothermic separator for electrochemical elements and electrochemical elements comprising the same}TECHNICAL FIELD The present invention relates to an endothermic separator for electrochemical devices and an electrochemical device containing the same,

본 발명은 전기화학소자용 흡열성 분리막 및 이를 함유하는 전기화학소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 전기화학소자용 분리막의 단부 영역에 상변환 물질(Phase Change Material: 'PCM')을 담지한 캡슐('PCM 캡슐')을 포함시켜 외부충격 등에 의한 내부 단락으로 열발생시, 상기 PCM 캡슐이 열을 흡수하면서 녹아 리튬 이온 경로를 차단하여 전지의 안전성을 향상시키는 전기화학소자용 흡열성 분리막 및 이를 함유하는 전기화학소자에 관한 것이다.
The present invention relates to an endothermic separation membrane for an electrochemical device and an electrochemical device containing the same. More specifically, the present invention relates to an endothermic separation membrane for an electrochemical device, which comprises a phase change material (PCM) The present invention relates to an endothermic separator for an electrochemical device that improves the safety of a battery by blocking the lithium ion path when the PCM capsule absorbs heat while generating heat due to an internal short circuit due to an external shock or the like by including a capsule ('PCM capsule' To an electrochemical device containing the same.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전기화학소자, 특히 이차전지의 수요가 급증하고 있고, 그러한 이차전지 중 고에너지 밀도와 높은 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 이루어졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices have increased, the demand for electrochemical devices, especially secondary batteries, as an energy source has been increasing rapidly. Many researches have been made on lithium secondary batteries having high energy density and high discharge voltage among such secondary batteries Has been commercialized and widely used.

종래의 리튬 이차전지는 고온에 노출되었을 때 발화 및 폭발 위험성이 있다. 또한 과충전, 외부단락, 침상(nail) 관통, 국부적 손상(local crush) 등에 의해 짧은 시간 내에 큰 전류가 흐르게 될 경우에도, IR 발열에 의해 전지가 가열되면서 발화/폭발의 위험성이 있다. 즉, 전지의 온도가 상승하면 전해액과 전극 사이의 반응이 촉진되고, 그 결과, 반응열이 발생하여 전지의 온도는 추가적으로 상승하게 되어 전해액과 전극 사이의 반응이 더욱 가속화된다. 이러한 순환에 의해, 전지의 온도가 급격히 상승하는 열폭주 현상이 일어나게 되고 온도가 일정 이상까지 상승하면 전지의 발화가 일어날 수 있다. 또한, 전해액과 전극 사이의 반응 결과, 가스가 발생하여 전지 내압이 상승하게 되며, 일정 압력 이상에서 리튬 이차전지는 폭발하게 된다. 이와 같은 발화 및 폭발의 위험성은 리튬 이차전지가 가지고 있는 가장 치명적인 단점이라 할 수 있다.Conventional lithium secondary batteries have a risk of ignition and explosion when exposed to high temperatures. Also, even if large current flows in a short time due to overcharge, external short circuit, nail penetration, local crush, etc., there is a risk of ignition / explosion as the battery is heated by IR heat. That is, when the temperature of the battery rises, the reaction between the electrolyte and the electrode is promoted. As a result, the reaction heat is generated and the temperature of the battery further rises, so that the reaction between the electrolyte and the electrode is further accelerated. By this circulation, a thermal runaway phenomenon occurs in which the temperature of the battery rises sharply, and when the temperature rises to a certain level or higher, the battery may ignite. Further, as a result of the reaction between the electrolyte and the electrode, gas is generated and the internal pressure of the battery is increased, and the lithium secondary battery explodes at a certain pressure or higher. The risk of such ignition and explosion is the most fatal disadvantage of lithium secondary batteries.

따라서, 리튬 이차전지의 개발에 필수적으로 고려해야 할 사항은 안전성 확보이다. 이러한 안전성을 확보하기 위한 노력의 일환으로, 셀 바깥쪽에 소자를 장착하여 사용하는 방법과, 셀 내부의 물질을 이용하는 방법이 있다. 온도의 변화를 이용하는 PTC 소자, CID 소자, 전압의 변화를 이용하는 보호회로, 전지 내압의 변화를 이용하는 안전벤트(Safety Vent) 등이 전자에 해당하고, 전지 내부의 온도나 전압의 변화에 따라 물리적, 화학적, 전기화학적으로 변화할 수 있는 물질을 첨가하는 것이 후자에 속한다.Therefore, it is necessary to secure safety for the development of lithium secondary batteries. As an effort to secure such safety, there is a method of attaching an element to the outside of the cell and a method of using a substance inside the cell. Electronic devices include PTC devices that use temperature changes, CID devices, protection circuits that use changes in voltage, and safety vents that use changes in the internal pressure of batteries. The latter is the addition of substances that can change chemically or electrochemically.

셀 바깥쪽에 장착하는 소자들은 온도나 전압 그리고 내압을 이용하기 때문에 확실한 차단을 가져올 수 있다. 그러나, 내부 단락, 침상 관통, 국부적 손상 등과 같이 빠른 응답시간이 요구되는 경우에는 제대로 보호역할을 하지 못하는 것으로 알려져 있다.Devices mounted on the outside of the cell use a temperature, a voltage and a withstand voltage, so they can be surely interrupted. However, it is known that it does not play a protective role when a fast response time is required such as an internal short circuit, acupuncture penetration, and local damage.

셀 내부의 물질을 이용하는 방법의 하나로 전해액이나 전극에 안전성을 향상시키는 첨가제를 부가하는 방법이 있다. 화학적 안전장치는 모든 종류의 전지에 적용이 가능하다는 장점을 가지고 있으나, 물질의 첨가로 인해 전지의 성능이 저하되는 문제점을 가지고 있다. 이러한 물질로는 전극에 부동막을 형성하는 물질, 온도 상승시 부피 팽창이 이루어지면서 전극의 저항을 증가시키는 물질 등이 보고되어 있다. 그러나, 이들 각각은 부동막 형성시 부산물이 발생하여 전지의 성능을 저하시키거나, 전지 내부에서 차지하는 부피가 커서 전지의 용량감소를 가져오는 문제점을 안고 있다.As a method of using a substance inside a cell, there is a method of adding an additive for improving safety to an electrolyte or an electrode. The chemical safety device has the advantage that it can be applied to all kinds of batteries, but it has a problem that the performance of the battery deteriorates due to the addition of the material. These materials include a material forming a floating film on the electrode and a material increasing the resistance of the electrode due to the volume expansion during temperature rise. However, each of these has a problem in that byproducts are generated during the formation of the floating film, thereby deteriorating the performance of the battery, or the volume of the battery is large, thereby reducing the capacity of the battery.

따라서, 전지의 제반 성능을 저하시키지 않고, 외부충격 등에 의한 보다 신속하게 발화 및 폭발을 방지하기 위한 새로운 안전 수단의 개발에 대한 필요성이 높은 실정이다.
Therefore, there is a high demand for development of new safety means for preventing ignition and explosion more rapidly due to external impact, etc., without deteriorating the overall performance of the battery.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.

구체적으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 외부충격 등에 의해 내부 단락이 발생할 경우, PCM 캡슐이 열을 흡수하여 용융됨으로써 전지의 온도를 떨어뜨릴 뿐 아니라, 용융된 액체가 단락 부위로 침투함으로써 전기의 흐름을 차단하여 폭발의 위험성이 현저히 감소될 수 있는 세퍼레이터 및 상기 세퍼레이터를 구비한 전기화학소자를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 전술한 목적으로 갖는 세퍼레이터를 용이하게 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
More specifically, the present invention aims at solving the problem of the present invention, in which, when an internal short circuit occurs due to an external impact or the like, the PCM capsule absorbs heat and melts to lower the temperature of the battery, And to provide an electrochemical device having the separator and the separator, wherein the risk of explosion can be significantly reduced by blocking the flow. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for easily manufacturing a separator having the above-mentioned object.

본 발명의 일 양태에 따르면, 기공을 갖는 다공성 기재; 및 상기 다공성 기재의 적어도 일면에 형성되어 있으며, 무기물 입자들과 바인더 고분자의 혼합물을 포함하는 다공성 유기-무기 코팅층을 포함하고, 상기 다공성 유기-무기 코팅층의 단부의 적어도 일부가 상변환 물질을 더 포함하여 상변환 물질층 영역으로 형성되어 있는 세퍼레이터가 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a porous substrate having pores; And a porous organic-inorganic coating layer formed on at least one surface of the porous substrate, the porous organic-inorganic coating layer including a mixture of inorganic particles and a binder polymer, wherein at least a portion of the end of the porous organic- Thereby forming a phase change material layer region.

상기 상변환 물질이 탄소수 11 내지 50개의 알칸, 폴리에틸렌 글리콜, 무기수화물, 유기산 및 당 알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다. The phase-change material may be a mixture of one or more selected from the group consisting of alkanes having from 11 to 50 carbon atoms, polyethylene glycol, inorganic hydrates, organic acids, and sugar alcohols.

상기 상변환 물질이 캡슐에 담지되어 있을 수 있다.The phase change material may be supported on the capsule.

상기 캡슐은 불활성 물질로 이루어질 수 있다.The capsule may be made of an inert material.

상기 불활성 물질은 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카프로락톤, 폴리우레탄, 젤라틴, 키토산, 셀룰로오스, 멜라민 수지, 요소 수지 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물 또는 코폴리머일 수 있다.Wherein the inert material is one or two kinds selected from the group consisting of polyolefin, polystyrene, polyacrylate, polyamide, polyester, polycaprolactone, polyurethane, gelatin, chitosan, cellulose, melamine resin, urea resin and derivatives thereof Or mixtures or copolymers of the above.

상기 상변환 물질층 영역에 열전도성 물질이 추가로 포함되어 있을 수 있다.The phase change material layer region may further include a thermally conductive material.

상기 상변환 물질층 영역은 상기 세퍼레이터의 권취시에 최외각부를 형성할 수 있다.The phase change material layer region may form an outermost portion when the separator is wound.

상기 다공성 기재는 폴리올레핀계 다공성 막 또는 부직포일 수 있다.The porous substrate may be a polyolefin-based porous membrane or a nonwoven fabric.

상기 다공성 기재는 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드로(polyphenylenesulfidro) 및 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 형성될 수 있다.The porous substrate may be selected from the group consisting of high density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, ultra high molecular weight polyethylene, polypropylene polyethylene terephthalate, polybutyleneterephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenylenesulfroid and polyethylene naphthalene (polyethylenenaphthalene), or a mixture of two or more thereof.

상기 무기물 입자는 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.The inorganic particles may be selected from the group consisting of inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more, inorganic particles having lithium ion transporting ability, and mixtures thereof.

상기 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자는 BaTiO3, Pb(Zrx,Ti1 -x)O3 (PZT, 0<x<1), Pb1 - xLaxZr1 -yTiyO3(PLZT, 0<x<1, 0<y<1), (1-x)Pb(Mg1 /3Nb2 /3)O3 - xPbTiO3(PMN-PT, 0<x<1), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, SiO2, Y2O3, Al2O3, SiC 및 TiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.Inorganic particles is greater than or equal to the dielectric constant of 5, BaTiO 3, Pb (Zr x, Ti 1 -x) O 3 (PZT, 0 <x <1), Pb 1 - x La x Zr 1 -y Ti y O 3 (PLZT , 0 <x <1, 0 <y <1), (1-x) Pb (Mg 1/3 Nb 2/3) O 3 - x PbTiO 3 (PMN-PT, 0 <x <1), hafnia (HfO 2 ), SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , SiO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiC and TiO 2 . And mixtures of two or more thereof.

상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트(LixAlyTiz(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 1, 0 < z < 3), (LiAlTiP)xOy 계열 글래스(0 < x < 4, 0 < y < 13), 리튬란탄티타네이트(LixLayTiO3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), 리튬게르마니움티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0 < x < 4, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 0 < w < 5), 리튬나이트라이드(LixNy, 0 < x < 4, 0 < y < 2), SiS2 (LixSiySz, 0 < x < 3, 0 < y < 2, 0 < z < 4) 계열 글래스 및 P2S5 (LixPySz, 0 < x < 3, 0 < y < 3, 0 < z < 7) 계열 글래스로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The inorganic particles having lithium ion transferring ability include lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium titanium phosphate (Li x Ti y (PO 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y <3), lithium aluminum titanium phosphate (Li x Al y Ti z ( PO 4) 3, 0 <x <2, 0 <y <1, 0 <z <3), (LiAlTiP) x O y series glass (0 <x <4, 0 <y <13), lithium lanthanum titanate (Li x La y TiO 3 , 0 <x <2, 0 <y <3), lithium germanium thiophosphate (Li x Ge y P z S w , , 0 <y <1, 0 <z <1, 0 <w <5), lithium nitrides (Li x N y, 0 < x <4, 0 <y <2), SiS 2 (Li x Si y S z, 0 <x <3, 0 <y <2, 0 <z <4) based glass, and P 2 S 5 (Li x P y S z, 0 <x <3, 0 <y <3, 0 <z <7) series glass, or a mixture of two or more thereof.

상기 바인더 고분자는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸플루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 플루란 (pullulan) 및 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The binder polymer may be at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-co-trichlorethylene, polymethylmethacrylate, Polybutylene terephthalate, polybutyl acrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, polyethylene-co-vinyl acetate, polyethylene oxide (polyethylene) oxide, polyarylate, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpyrrolidone, Polyvinyl alcohol (cyanoethylpolyviny or a mixture of two or more thereof selected from the group consisting of lanolin, lauroyl alcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, pullulan, and carboxyl methyl cellulose. have.

상기 무기물 입자 100 중량부 기준으로 상기 바인더 고분자의 함량이 1 내지 50 중량부일 수 있다.The content of the binder polymer may be 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the inorganic particles.

상기 상변환 물질층 영역이 무기물 입자와 바인더 고분자의 총합 100 중량부에 대하여 10 내지 400 중량부의 상변환 물질을 포함할 수 있다. The phase change material layer region may contain 10 to 400 parts by weight of phase change material based on 100 parts by weight of the total of the inorganic particles and the binder polymer.

상기 상변환 물질층 영역의 형성 면적이 다공성 기재의 총 표면적의 1 내지 20 %일 수 있다.The area of the phase change material layer region may be 1 to 20% of the total surface area of the porous substrate.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전기화학소자에 있어서, 상기 세퍼레이터가 전술한 세퍼레이터인 전기화학소자가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided an electrochemical device comprising a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the separator is the separator described above.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 제1 세퍼레이터와 상기 제1 세퍼레이터의 양측에 위치한 양극 및 음극을 각각 구비하는 복수의 단위 셀; 및 하나의 단위 셀의 음극과 다른 단위 셀의 양극이 대응되도록 적층된 복수의 단위 셀에서 인접된 각각의 단위 셀들 사이에 개재되어 각각의 단위 셀들을 감싸도록 배치된 스트립(strip) 형태의 제2 세퍼레이터를 구비하는 전기화학소자에 있어서, 상기 제1 세퍼레이터와 제2 세퍼레이터가 전술한 세퍼레이터이고, 상기 제2 세퍼레이터의 상변환 물질층 영역은 상기 적층된 복수의 단위 셀들의 중앙부에서 서로 인접하는 단위 셀들 사이에 개재되어 있는 전기화학소자가 제공된다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a plurality of unit cells each having a first separator and an anode and a cathode disposed on both sides of the first separator; And a plurality of unit cells arranged in a plurality of unit cells stacked so that the cathodes of one unit cell and the anodes of the other unit cell correspond to each other, Wherein the first separator and the second separator are the above-described separator, and the phase change material layer region of the second separator is formed of a plurality of unit cells adjacent to each other at a central portion of the plurality of stacked unit cells, An electrochemical device interposed therebetween is provided.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 전기화학소자는 리튬이차전지이다.According to another aspect of the present invention, the electrochemical device is a lithium secondary battery.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 기공들을 갖는 다공성 기재를 준비하는 단계; 무기물 입자들이 분산되어 있으며 바인더 고분자가 용매에 용해된 제1 코팅 용액을 상기 다공성 기재의 적어도 일면의 일부에 코팅하고 건조시켜 다공성 유기-무기 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 유기-무기 코팅층이 코팅되어 있지 않은 다공성 기재의 잔여부에 상기 유기-무기 코팅층에 이어서 무기물 입자, 바인더 고분자 및 상변환 물질을 포함하는 제2 코팅 용액을 코팅하고 건조시켜 상변환 물질층 영역을 형성하는 단계를 포함하는 세퍼레이터의 제조 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a porous substrate, comprising: preparing a porous substrate having pores; Coating a first coating solution in which inorganic particles are dispersed and a binder polymer dissolved in a solvent on at least a part of at least one surface of the porous substrate to form a porous organic-inorganic coating layer; And a second coating solution containing inorganic particles, a binder polymer, and a phase change material are coated on the organic-inorganic coating layer, followed by drying to form a phase change material layer region Forming a separator on the surface of the separator.

상기 상변환 물질은 캡슐에 담지되어 있을 수 있다.
The phase change material may be supported on the capsule.

이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 전기화학소자는 세퍼레이터의 단부 영역에 PCM 캡슐을 포함하여서, 고열 또는 축적된 열로 인한 상기 분리막의 물리적, 화학적 변형을 방지하여, 궁극적으로 전기화학소자 저항의 변화를 억제하여 최적의 작동 상태를 유지할 수 있는 효과가 있다.As described above, the electrochemical device according to the present invention includes the PCM capsules in the end region of the separator to prevent physical and chemical deformation of the separator due to heat or accumulated heat, and ultimately to change the electrochemical device resistance So that an optimal operating state can be maintained.

특히, 본 발명의 세퍼레이터는 단위 셀이 1개인 전기화학소자뿐만 아니라 복수개의 단위 셀이 포함된 적층형 전기화학소자에도 적용가능하며, 적층형 전기화학소자에 적용되는 경우에는 단위 셀내 제1 세퍼레이터와 단위 셀간 제2 세퍼레이터에서 이중으로 흡열 기능을 갖게 되므로 안정성이 더욱 향상되는 효과가 있다.Particularly, the separator of the present invention can be applied not only to an electrochemical device having one unit cell but also to a stacked electrochemical device including a plurality of unit cells. When the separator is applied to a stacked electrochemical device, Since the second separator has a dual heat absorbing function, the stability is further improved.

또한, 종래 흡열시트에 비해 제조가 간편하여 생산성이 향상되고 전극조립체의 부피가 감소되는 효과가 있다.
In addition, compared with the conventional heat absorbing sheet, the production is simple and productivity is improved and the volume of the electrode assembly is reduced.

도 1a는 종래 흡열시트를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터가 원통형 전기화학소자에 사용되도록 권취된 양태의 개략적인 상면도이다.
도 4는 각각의 단위 셀이 제1 세퍼레이터를 포함하고 있고, 이러한 단위 셀 복수개가 제2 세퍼레이터 위에 정렬되어 있는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 개략적인 단면도이다.
1A is a diagram schematically showing a conventional heat absorbing sheet.
1B is a view schematically showing a separator according to an embodiment of the present invention.
2 is a view schematically showing a separator according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic top view of an embodiment in which the separator according to an embodiment of the present invention is wound to be used in a cylindrical electrochemical device.
4 is a schematic perspective view showing an embodiment of the present invention in which each unit cell includes a first separator and a plurality of such unit cells are aligned on the second separator.
5 is a schematic cross-sectional view of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined.

본 발명에 따르면, 전기화학소자는 단위 셀 하나만을 포함하는 전기화학소자뿐만 아니라 복수개의 단위 셀을 포함하는 전기화학소자도 포함한다.According to the present invention, an electrochemical device includes not only an electrochemical device including only one unit cell but also an electrochemical device including a plurality of unit cells.

본 발명에서 '세퍼레이터'와 '분리막'은 서로 바꿔 사용될 수 있는 동일한 용어이다.In the present invention, 'separator' and 'separator' are the same terms which can be used interchangeably.

본 발명에서 '제1 세퍼레이터'와 '제2 세퍼레이터'는 복수개의 단위 셀이 포함되는 적층형 전기화학소자에서 적용되는 용어로, '제1 세퍼레이터'는 단위 셀내에 사용되어 양극과 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 지칭하고, '제2 세퍼레이터'는 인접한 단위 셀 사이에 개재되는 세퍼레이터를 지칭하는 용어로 이해한다.In the present invention, 'first separator' and 'second separator' are used in a stacked electrochemical device including a plurality of unit cells. The 'first separator' is used in a unit cell and is interposed between an anode and a cathode Refers to a separator, and the term "second separator" refers to a separator interposed between adjacent unit cells.

본 발명의 일 측면에 따른 전기화학소자의 제1 세퍼레이터 및 제2 세퍼레이터는 서로 동일하거나 또는 상이한 구조를 가질 수 있다.The first separator and the second separator of the electrochemical device according to an aspect of the present invention may have the same or different structures.

본 발명에서는 양극, 세퍼레이터, 음극 및 전해질을 포함하고 있는 전기화학소자에 있어, 세퍼레이터의 다공성 유기-무기 코팅층의 단부의 적어도 일부가 상변환 물질(PCM)을 포함하여 상변환 물질층 영역으로 형성됨으로써, 세퍼레이터 자체에 흡열 기능을 부여하고, 전지의 내부 단락시 발생한 열에 의해 상변환 물질이 용융되어 전지의 온도를 떨어뜨릴 뿐 아니라, 용융된 액체가 단락 부위로 침투함으로써 전기의 흐름을 차단한다. 본 발명에 따른 전기화학소자는 종래의 방법과는 다른 방식으로 전기화학소자의 안전성을 확보한 것으로, 종래에 셀 외부에 소자나 보호회로 등을 장착하는 경우와 달리 전극 사이에 개재되거나 셀을 감싸고 있는 상변환 물질이 발열에 보다 민감하게 작용할 수 있으므로 신속히 온도를 낮추는 역할을 하며, 더 나아가서는 녹은 상변환 물질이 단락 부위로 유입되어 전기전도를 차단할 수 있다. 또한, 셀 내부에 화학물질을 사용하는 기존의 방법과 달리 전지의 성능저하 및 용량감소 등의 부작용이 전혀 일어나지 않는 장점이 있다.In the present invention, in an electrochemical device including an anode, a separator, a cathode, and an electrolyte, at least a part of an end of the porous organic-inorganic coating layer of the separator is formed into a phase change material layer region including a phase change material (PCM) , The separator itself is provided with a heat absorbing function, and the phase change material is melted by the heat generated when the battery is short-circuited not only to lower the temperature of the battery but also to block the flow of electricity by penetrating the molten liquid into the short circuit portion. The electrochemical device according to the present invention secures the safety of an electrochemical device in a manner different from the conventional method. Unlike the case of mounting an element or a protective circuit on the outside of a cell, the electrochemical device is interposed between electrodes, The phase change material can act more sensitively to the heat generation, thereby rapidly lowering the temperature, and further, the melted silver phase conversion material can flow into the short circuit portion to block the electric conduction. In addition, unlike the conventional method of using a chemical substance inside a cell, there is an advantage that no side effects such as deterioration of a battery performance and capacity decrease occur at all.

먼저, 본 발명의 일 측면에 따르면, 기공들을 갖는 다공성 기재; 및 상기 다공성 기재의 적어도 일면에 형성되어 있으며, 무기물 입자들과 바인더 고분자의 혼합물을 포함하는 다공성 유기-무기 코팅층을 포함하고, 상기 다공성 유기-무기 코팅층의 단부의 적어도 일부가 상변환 물질을 더 포함하여 상변환 물질층 영역으로 형성되어 있는 세퍼레이터가 제공된다.First, according to one aspect of the present invention, there is provided a porous substrate having pores; And a porous organic-inorganic coating layer formed on at least one surface of the porous substrate, the porous organic-inorganic coating layer including a mixture of inorganic particles and a binder polymer, wherein at least a portion of the end of the porous organic- Thereby forming a phase change material layer region.

본 발명에서 상변환 물질은 전기화학소자의 충방전 과정에서 발생한 열을 흡수할 수 있는 물질이라면 특별히 제한되지 않으며, 소정의 온도에서의 상변환시 큰 잠열을 가진 물질일 수 있다.In the present invention, the phase change material is not particularly limited as long as it is a material capable of absorbing heat generated during charging and discharging of the electrochemical device, and may be a material having a large latent heat at the time of phase conversion at a predetermined temperature.

상기 상변환 물질은, 상기 소정의 온도에서 상변환, 예를 들면, 고상에서 액상 또는 액상에서 고상으로의 상변환이 일어나며 적어도 전기화학소자 구성부재들의 단위 온도당 열용량(heat capacity) 보다 큰 잠열을 가지는 물질을 의미한다. 상기 상변환 물질은 단일 화합물, 혼합물 또는 복합체 등일 수 있다. 이들 물질의 상변환은 상기 소정의 온도에서 물리적으로 상변환하는 경우뿐만 아니라, 둘 또는 그 이상의 물질의 혼합물이 상기 소정의 온도에서 가역적인 물리적 또는 화학적 반응에 의해 상변환하는 경우를 또한 포함한다.The phase-change material is subjected to phase transformation at the predetermined temperature, for example, a phase change from a liquid phase or a liquid phase to a solid phase at a predetermined temperature, and at least a latent heat which is larger than a heat capacity per unit temperature of the electrochemical device constituent members A branch means a substance. The phase change material may be a single compound, a mixture or a complex, and the like. The phase transformation of these materials not only includes the case of a physical phase transformation at the predetermined temperature but also a case where a mixture of two or more materials undergoes a phase transformation by a reversible physical or chemical reaction at the predetermined temperature.

상기 상변환 물질은 상기 소정의 온도에서 상변환의 임계 온도를 가지므로, 특히 전기화학소자의 온도가 특정 온도 이상으로 급격히 상승하는 것을 방지할 수 있다.Since the phase change material has a critical temperature of phase transformation at the predetermined temperature, it is possible to prevent the temperature of the electrochemical device from rising sharply to a specific temperature or more.

상기 상변환 물질의 대표적인 예로는, n-테트라데칸(n-Tetradecane), n-헥사데칸(n-Hexadecane), n-파라핀(n-Paraffin), n-옥타데칸(n-Octadecane), n-아이코산(n-eicosane), 헤네이코산(n-heneicosane), 도코산(n-docosane), 트리코산(n-tricosane), 테트라코산(tetracosane), 헥사코산(hexacosane), 노나코산(nonacosane) 등과 같은 탄소수 11 내지 50개의 알칸;, 폴리에틸렌글리콜; NaNH4SO4·2H2O, Na2SO4 ·10H2O, Na2SiO3·5H2O, NaHPO4·12H2O, Na2HPO4 ·12H2O, K2HPO4·3H2O, K3PO4·7H2O, Fe(NO3) 3·9H2O, FeCl3·2H2O, Zn(NO3)6H2O, Na2S3O3 ·5H2O, NaCH3COO3H2O, Fe2O3 4SO3 ·9H2O, Ca(NO3)2·3H2O, CaCl2·6H2O, Mg(NO3)2 6H2O, CH3COONa 3H2O, Na2S2O2·H2O, NaOH·H2O, LiNO3와 Mg(NO3)2 6H2O의 혼합물, Na3PO4·12H2O, Mg(NO3)2 6H2O 등과 같은 무기 수화물; 아세트산, 뷰티르산, 팔미트산, 옥살산, 타타르산, 미리스트산, 스테아르산, n-옥타노익산 등의 카르복실산, 아스코르브산, 요산, 설폰산, 설핀산, 페놀 등과 같은 유기산; 크실리톨 등과 같은 당 알코올을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 그 중에서, 상대적으로 높은 잠열을 가지는 파라핀, 또는 용융 온도가 높은 LiNO3와 Mg(NO3)2 6H2O의 혼합물(융점 약 75℃), Na3PO4·12H2O(융점 약 75℃), Mg(NO3)2 6H2O(융점 약 89℃), 크실리톨(융점 약 93 내지 95℃) 등이 특히 사용될 수 있다.Typical examples of the phase change material include n-tetradecane, n-hexadecane, n-Paraffin, n-Octadecane, n- N-eicosane, n-heneicosane, n-docosane, n-tricosane, tetracosane, hexacosane, nonacosane, Alkane having from 11 to 50 carbon atoms, such as polyethylene glycol; NaNH 4 SO 4 · 2H 2 O , Na 2 SO 4 · 10H 2 O, Na 2 SiO 3 · 5H 2 O, NaHPO 4 · 12H 2 O, Na 2 HPO 4 · 12H 2 O, K 2 HPO 4 · 3H 2 O, K 3 PO 4 · 7H 2 O, Fe (NO 3) 3 · 9H 2 O, FeCl 3 · 2H 2 O, Zn (NO 3) 2 · 6H 2 O, Na 2 S 3 O 3 · 5H 2 O , NaCH 3 COO 3 H 2 O , Fe 2 O 3 4SO 3 · 9H 2 O, Ca (NO 3) 2 · 3H 2 O, CaCl 2 · 6H 2 O, Mg (NO 3) 2 6H 2 O, CH 3 COONa 3H 2 O, Na 2 S 2 O 2 · H 2 O, NaOH · H 2 O, LiNO 3 and Mg (NO 3) a mixture of 2 6H 2 O, Na 3 PO 4 · 12H 2 O, Mg (NO 3 ) 2 6H 2 O and the like; Organic acids such as acetic acid, butyric acid, palmitic acid, oxalic acid, tartaric acid, myristic acid, stearic acid and n-octanoic acid, and carboxylic acids such as ascorbic acid, uric acid, sulfonic acid, sulfinic acid and phenol; And sugar alcohols such as xylitol. However, the present invention is not limited to these. Among them, paraffin having a relatively high latent heat or a mixture of LiNO 3 and Mg (NO 3 ) 2 6H 2 O having a high melting temperature (melting point of about 75 ° C.), Na 3 PO 4 · 12H 2 O (melting point of about 75 ° C. ), Mg (NO 3 ) 2 6H 2 O (melting point: about 89 ° C), xylitol (melting point: about 93 to 95 ° C)

본원 명세서에서 '파라핀'이라 함은 파라핀계 탄화수소로 이루어진 파라핀납이나 유동파라핀을 총칭하는 것으로, 이들 물질은 반응성이 약하고 화학약품에 대하여 내성이 있다. 상기 파라핀납은 무색의 반투명한 고체로 고형 파라핀이라고도 하며, 유동파라핀은 무색의 액체이다. 본 발명에서는 고체 물질의 융해열을 이용하는 특징이 있으므로, 고형 파라핀인 파라핀납을 사용한다.In the present specification, 'paraffin' refers to paraffin lead or paraffin, which is a paraffinic hydrocarbon. These substances are weakly reactive and resistant to chemicals. The paraffin lead is a colorless translucent solid, also called solid paraffin, and the liquid paraffin is a colorless liquid. In the present invention, paraffin lead, which is a solid paraffin, is used because it is characterized by using the heat of fusion of a solid material.

파라핀납의 주성분은 곧은 사슬의 파라핀계 탄화수소이며, CH3(CH2)nCH3 으로 나타낼 수 있다. 여기서, 탄소수는 16 ~ 40의 범위에 있으며, 탄소수 20 ~ 30인 것을 주성분으로 한다. 파라핀납의 융점은 대개 47 ~ 65℃ 범위 내에서 정제 정도 및 성분 등에 따라 달라질 수 있다. The main component of paraffin lead is a straight chain paraffinic hydrocarbon, which can be represented by CH 3 (CH 2 ) n CH 3 . Here, the carbon number is in the range of 16 to 40, and the main component is 20 to 30 carbon atoms. The melting point of paraffin lead may vary within the range of 47 to 65 ° C, depending on the degree of refining and the components.

본원 명세서에서 '소정의 온도(specific temperature)'라 함은 전기화학소자의 성능 내지 수명을 저하시키거나 안전성을 위협할 수 있는 온도를 의미한다. 소정의 온도는 전기화학소자의 구조, 종류 등에 따라 결정될 수 있으며, 예를 들면 50 내지 150℃의 온도 범위, 또는 60 내지 120℃의 온도 범위에서 결정될 수 있다. In the present specification, the term "specific temperature" refers to a temperature at which the performance, lifetime, or safety of the electrochemical device can be lowered. The predetermined temperature may be determined according to the structure, type, etc. of the electrochemical device, and may be determined, for example, in a temperature range of 50 to 150 占 폚, or a temperature range of 60 to 120 占 폚.

특히, 소정의 온도는 전기화학소자 구성부재의 물리적 및/또는 화학적 변형이 직접적으로 유발되는 온도이거나, 또는 계속적인 열축적에 의해 소재의 열화(aging)가 유발되는 온도로서 결정될 수도 있다.In particular, the predetermined temperature may be a temperature at which the physical and / or chemical deformation of the electrochemical device structural member is directly induced, or may be determined as a temperature at which aging of the material is caused by continuous heat accumulation.

상기 상변환 물질은 캡슐에 담지된 상태로 세퍼레이터에 포함되어, 세퍼레이터 자체에 흡열 기능을 부여할 수 있다. 캡슐화된 상변환 물질은 높은 비표면적으로 인해 열에 대한 반응성(response)이 더욱 높아 질 수 있다. The phase-change material may be included in the separator in a state of being supported on the capsule, and the separator itself may be provided with an endothermic function. The encapsulated phase change material may have a higher response to heat due to its high specific surface area.

상변환 물질을 담지하는 캡슐은 적어도 전지의 구성 요소들에 대해 불활성이어야 하고, 내부의 상변환 물질이 상변환 이후에도 밀봉된 상태로 유지될 수 있는 물질이어야 한다. The capsules carrying the phase change material should be inert at least to the components of the cell and the internal phase change material should be a material that can remain sealed after the phase change.

이러한 불활성 물질의 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀; 폴리스티렌; 폴리메타크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트 등과 같은 폴리아크릴레이트; 나일론과 같은 폴리아미드; 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등과 같은 폴리폴리에스테르; 폴리카프로락톤; 폴리우레탄; 젤라틴; 키토산; 셀룰로오스; 멜라민 수지; 요소 수지; 이들의 유도체 등으로 이루어질 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니다. 경우에 따라서는, 이들 물질들의 둘 또는 그 이상의 조합이 함께 사용되어 캡슐을 형성할 수 있다. 또한, 상기 캡슐은 폴리스티렌, 폴리메타크릴레이트, 폴리에틸렌 등과 같은 호모폴리머와 폴리스티렌-폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌옥사이드-폴리메틸메타아크릴레이트와 같은 블록코폴리머가 서로 섞여 있는 블렌드형 고분자 입자일 수 있다. 이러한 블렌드형 고분자 입자는 사용되는 고분자의 종류를 적절히 조절함에 따라 코어부와 2종 이상의 쉘부를 갖는 다층 캡슐 입자로 형성될 수 있다.Examples of such inert materials include polyolefins such as polyethylene, polypropylene and the like; polystyrene; Polyacrylates such as polymethacrylate, polymethyl methacrylate and the like; Polyamides such as nylon; Polyesters such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate and the like; Polycaprolactone; Polyurethane; gelatin; Chitosan; cellulose; Melamine resin; Urea resin; Derivatives thereof, and the like, but the present invention is not limited thereto. In some cases, two or more of these materials may be used together to form a capsule. In addition, the capsule may be blended polymer particles in which a homopolymer such as polystyrene, polymethacrylate, polyethylene and the like and a block copolymer such as polystyrene-polymethyl methacrylate or polyethylene oxide-polymethyl methacrylate are mixed with each other . These blend-type polymer particles can be formed into multilayer capsule particles having a core portion and two or more shell portions by suitably controlling the kind of polymer used.

또한, 경우에 따라서는, 임계 온도 이상에서는 캡슐이 분해 내지 파괴되는 물질로 이루어질 수도 있다. 상기 임계 온도는, 예를 들어, 전지의 안전성 측면에서 전지의 발화 내지 폭발이 유발될 수 있는 온도일 수 있다. In some cases, the capsule may be made of a substance decomposed or destroyed at a temperature above the critical temperature. The critical temperature may be, for example, a temperature at which ignition or explosion of the battery can be induced in terms of safety of the battery.

상변환 물질을 피복하고 있는 캡슐의 두께는 본 발명에 따른 효과를 발휘할 수 있는 정도라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 열전도도와 캡슐의 형태 안전성 등을 고려하여 0.01 내지 5 ㎛, 또는 0.02 내지 0.1 ㎛ 일 수 있다.The thickness of the capsules covering the phase change material is not particularly limited as long as it can exert the effects according to the present invention and may be 0.01 to 5 탆 or 0.02 to 0.1 탆 in consideration of heat conductivity and shape stability of the capsules. have.

상기 캡슐의 두께가 너무 얇으면 상변환 물질을 안정적으로 보유하기 어려우며, 반대로 너무 두터우면 열전도율이 떨어지고 상대적으로 상변환 물질의 양은 줄어들 수 있다. If the thickness of the capsule is too thin, it is difficult to stably retain the phase change material. Conversely, if it is too thick, the thermal conductivity may be lowered and the amount of the phase change material may be relatively decreased.

또한, 상기 캡슐은 대략 0.1 내지 100 ㎛, 또는 0.5 내지 10 ㎛ 의 입경을 가질 수 있다. 온도 변화에 따른 빠른 반응성을 나타내는 측면에서는 단위 중량당 큰 표면적을 가지는 작은 입경일 수 있으나, 너무 작은 입경은 상변환 물질을 담지하는 캡슐 자체의 제조에 어려움이 있을 수 있고, 그것을 전지의 내부에 포함시키는 공정상에 어려움이 있을 수 있으므로, 상기 범위에서 적정하게 결정할 수 있다.Further, the capsules may have a particle size of about 0.1 to 100 占 퐉, or 0.5 to 10 占 퐉. It may be a small particle size having a large surface area per unit weight in terms of rapid reactivity in accordance with the temperature change. However, a too small particle size may be difficult to manufacture the capsule itself carrying the phase change material, There is a possibility of difficulty in the process of making the film.

또한, 경우에 따라서, 캡슐의 열전도도를 높이기 위하여 불활성 물질에 높은 열전도도를 갖는 열전도성 물질을 더 첨가할 수도 있다. 이러한 물질의 예로는 세라믹, 금속분말, 그라파이트 분말 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.In some cases, a thermally conductive material having a high thermal conductivity may be further added to the inert material to increase the thermal conductivity of the capsule. Examples of such materials include ceramics, metal powders, graphite powders, and the like, but are not limited thereto.

본원 명세서에서 '상변환 물질층 영역'이라 함은 세퍼레이터의 다공성 유기-무기 코팅층의 단부의 적어도 일부 중에서 상변환 물질이 더 포함되어 있는 영역을 의미한다. Herein, the term 'phase change material layer region' refers to a region where at least a portion of the end portion of the porous organic-inorganic coating layer of the separator further contains a phase change material.

상기 상변환 물질층 영역은 세퍼레이터에서 상변환 물질이 포함되어 있지 않은 다공성 유기-무기 코팅층에 맞닿아 세퍼레이터의 단부에 형성된다. The phase change material layer region is formed at the end of the separator in contact with the porous organic-inorganic coating layer not containing the phase change material in the separator.

특히, 1개의 단위 셀이 포함되는 전기화학소자에서 상기 상변환 물질층 영역은 세퍼레이터 권취시 권취 외곽부를 형성할 수 있다. 이 때, '권취 외곽부'라 함은 세퍼레이터의 길이방향 양 단부 중 세퍼레이터가 양극, 음극과 함께 권취되기 시작하는 단부, 즉, 권취 코어(winding core) 단부가 아닌 다른 단부를 의미하는 용어로 이해한다.Particularly, in the electrochemical device including one unit cell, the phase change material layer region can form a wound outer frame portion when the separator is wound. Herein, the term "wound outer frame" refers to an end portion at which the separator starts to be wound together with the positive electrode and the negative electrode in the longitudinal direction of the separator, that is, an end other than the end of the winding core do.

또는, 복수개의 단위 셀이 포함되는 전기화학소자에서 제1 세퍼레이터는 그의 일 단부에 상변환 물질층 영역을 포함할 수 있고, 제2 세퍼레이터는 적층된 단위 셀의 중앙부에 상변환 물질층 영역을 포함할 수 있다. Alternatively, in an electrochemical device including a plurality of unit cells, the first separator may include a phase change material layer region at one end thereof, and the second separator may include a phase change material layer region at a central portion of the stacked unit cells can do.

상기 상변환 물질의 함량은 상변환 물질의 종류, 전지의 종류 및 형태 등의 다양한 요소들에 의해 결정될 수 있으므로 특별히 한정할 수는 없으며, 하나의 예로서, 세퍼레이터의 다공성 유기-무기 코팅층의 기능을 저해하지 않으면서 본 발명에서 소망하는 효과를 발휘할 수 있도록, 상기 상변환 물질층은 무기물 입자와 바인더 고분자의 총합 100 중량부에 대하여 10 내지 400 중량부, 또는 80 내지 300 중량부의 상변환 물질을 포함할 수 있다.The content of the phase-change material may be determined by various factors such as the type of the phase-change material, the type and the shape of the battery, and thus is not particularly limited. For example, the function of the porous organic- The phase change material layer may contain 10 to 400 parts by weight or 80 to 300 parts by weight of a phase change material based on 100 parts by weight of the total amount of the inorganic particles and the binder polymer so as to exhibit the desired effect of the present invention, can do.

상기 상변환 물질층 영역의 형성 면적은 다공성 기재의 총 표면적의 1 내지 20 %, 또는 5 내지 10 %일 수 있다. 상기 상변환 물질층 영역의 형성 면적이 이러한 범위를 만족하는 경우, 세퍼레이터의 다공성 유기-무기 코팅층의 기능을 수행하면서, 동시에 전지 내부 또는 외부의 이상 현상에 의해 열이 발생시 효과적으로 열을 흡수하고, 기공을 막아 리튬 이온의 경로를 차단하여 이차전지의 안정성을 개선시킬 수 있고, 외곽의 코팅층으로 인하여 음극의 부피팽창을 완화활 수 있는 버퍼 역할을 할 수 있다. The area of the phase change material layer region may be 1 to 20%, or 5 to 10% of the total surface area of the porous substrate. When the formation area of the phase change material layer region satisfies the above range, the porous organic-inorganic coating layer of the separator functions, while at the same time, the heat is effectively absorbed when heat is generated due to an anomaly inside or outside the cell, It is possible to improve the stability of the secondary battery by blocking the path of the lithium ion and to act as a buffer to mitigate the volume expansion of the cathode due to the outer coating layer.

상기 상변환 물질층 영역의 적어도 한 면에는 접착층이 부착 등의 방법에 의해 연결되어 존재할 수 있다. At least one surface of the phase change material layer region may be connected to an adhesive layer by a method such as adhesion.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터는 상변환 물질층 영역에 연장되어 접착층이 더 형성될 수 있으며, 전극 조립체를 세퍼레이터로 권취하는 경우 말단부의 접착층이 대향하는 다공성 기재와 접착하게 되어 보다 견고하게 전극 조립체를 고정시키는 역할을 할 수 있게 된다.That is, the separator according to an embodiment of the present invention may extend to the phase change material layer region to further form an adhesive layer. When the electrode assembly is wound with the separator, the adhesive layer at the distal end is adhered to the opposed porous substrate, Thereby making it possible to fix the electrode assembly.

본 발명에서는 본 발명의 세퍼레이터의 양측에 음극과 전극을 구비하는 단위 셀을 1개 포함하는 전기화학소자가 제공될 뿐만 아니라, 이러한 단위 셀을 복수개 포함하는 전기화학소자도 제공된다.The present invention provides not only an electrochemical device including one unit cell having cathodes and electrodes on both sides of the separator of the present invention but also an electrochemical device including a plurality of such unit cells.

즉, 제1 세퍼레이터와 상기 제1 세퍼레이터의 양측에 위치한 양극 및 음극을 각각 구비하는 복수의 단위 셀; 및 하나의 단위 셀의 음극과 다른 단위 셀의 양극이 대응되도록 적층된 복수의 단위 셀에서 인접된 각각의 단위 셀들 사이에 개재되어 각각의 단위 셀들을 감싸도록 배치된 스트립(strip) 형태의 제2 세퍼레이터를 구비하는 전기화학소자에 있어서, 상기 제1 세퍼레이터와 제2 세퍼레이터가 본 발명에 따라 상변환 물질층 영역을 포함하는 세퍼레이터이고, 상기 제2 세퍼레이터의 상변환 물질층 영역은 상기 적층된 복수의 단위 셀들의 중앙부에서 서로 인접하는 단위 셀들 사이에 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 전기화학소자가 제공된다.A plurality of unit cells each including a first separator and an anode and a cathode disposed on both sides of the first separator; And a plurality of unit cells arranged in a plurality of unit cells stacked so that the cathodes of one unit cell and the anodes of the other unit cell correspond to each other, In an electrochemical device having a separator, the first separator and the second separator may be a separator including a phase change material layer region according to the present invention, and the phase change material layer region of the second separator may include a plurality of Wherein the electrochemical device is interposed between adjacent unit cells at a central portion of the unit cells.

상기 제2 세퍼레이터의 상변환 물질층 영역은 상기 적층된 단위 셀들의 중앙부에서 서로 인접하는 단위 셀들 사이에 개재되는데, 이러한 적층된 단위 셀들의 중앙부가 전기화학소자 내부에서 가장 높은 온도를 나타내는 구간에 해당되기 때문에 보다 효율적으로 내부 온도의 상승을 막을 수 있게 된다. 즉, 적층된 단위 셀들로 이루어진 전기화학소자에 있어서, 이러한 소자의 운전 중에 각각의 단위 셀들은 시간의 경과에 따라 셀 내부의 온도가 상승하게 된다. 이 때, 소자의 상하부에 인접한 셀들의 경우는 외부의 상대적으로 낮은 온도 분위기에 인접하고 있어서 셀 내부의 열을 발산시킬 수 있으나, 적층 구조의 중심부에 위치한 단위 셀들이 발산하는 열은 외부로 배출되지 못하고 중심부에서 더욱 축적되어 전기화학소자 내부의 온도를 상승시키는 원인을 제공한다.The phase change material layer region of the second separator is sandwiched between unit cells adjacent to each other at a central portion of the stacked unit cells. The central portion of the stacked unit cells corresponds to a region showing the highest temperature in the electrochemical device So that it is possible to prevent an increase in the internal temperature more efficiently. That is, in an electrochemical device comprising stacked unit cells, the temperature of each unit cell increases with the lapse of time during operation of the device. At this time, in the case of the cells adjacent to the upper and lower parts of the device, the heat inside the cell can be dissipated because it is adjacent to the external relatively low temperature atmosphere, but the heat radiated from the unit cells located at the center of the stacked structure is not discharged to the outside And further accumulates in the center portion to provide a cause of raising the temperature inside the electrochemical device.

하지만, 이러한 셀들이 발산하는 열을 조기에 흡수하기 위하여 모든 단위 셀들의 전극 표면이나 분리막 표면에 흡열층을 도입하는 경우에는 소자 내부의 열의 흡수라는 목적에서는 소정의 성과를 거둘 수 있을지 모르나, 이러한 각 단위 셀들에 도입된 다수의 흡열층들이 전기화학소자의 저항체로 역할을 하게 되어 전기화학소자의 성능을 저하시키는 원인이 될 수 있다.However, if an endothermic layer is introduced on the electrode surface or the surface of the separator of all the unit cells in order to absorb the heat radiated from the cells in an early stage, it may be possible to achieve a predetermined result for the purpose of absorbing heat inside the unit. The plurality of heat absorbing layers introduced into the unit cells may serve as resistors of the electrochemical device, which may cause deterioration of the performance of the electrochemical device.

따라서, 본 발명의 일 측면에 따른 전기화학소자는 단위 셀들의 적층 구조에서 가장 열 발생이 많은 중앙부에 해당하는 위치에 상변환 물질층 영역을 도입하여, 전기화학소자의 성능에 영향을 최소화하면서 비정상적인 작동 상태에서 전지의 발열량을 효율적으로 흡수하고, 셀 내부의 온도 조절 및 과충전 성능 향상을 꾀할 수 있게 된다.Therefore, the electrochemical device according to one aspect of the present invention introduces a phase change material layer region at a position corresponding to the central portion where the heat is most generated in the stacked structure of unit cells, thereby minimizing the influence on the performance of the electrochemical device, It is possible to efficiently absorb the calorific power of the battery in the operating state, to control the temperature inside the cell, and to improve the overcharging performance.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학소자를 상세히 설명한다.Hereinafter, an electrochemical device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a 및 도 1b는 종래 흡열시트와 본 발명에 따라 권취 외곽부에 상변환 물질 영역층을 포함하는 세퍼레이터를 비교하여 나타낸 도면이다.FIGS. 1A and 1B are views showing a conventional heat absorbing sheet and a separator including a phase change material region layer in a wound outer frame according to the present invention.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 종래 흡열시트는 흡열 물질(11)을 포함하는 흡열 시트가 세퍼레이터(도시되어 있지 않음) 위에 별도로 구성되어 있는 이중 시트(dual sheet) 형태인 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터는 다공성 기재 상에 상변환 물질이 분산되어 있지 않은 다공성 유기-무기 코팅층 영역(16)과 상변환 물질(17)이 분산되어 있는 상변환 물질층 영역이 단층 시트 형태로 구성되어 있다. 그 결과, 본 발명에 따른 세퍼레이터는 그 단부의 적어도 일부에 흡열 기능을 갖게 된다.1A and 1B, the conventional heat absorbing sheet is a dual sheet type in which a heat absorbing sheet including a heat absorbing material 11 is separately formed on a separator (not shown) The separator according to the embodiment includes a porous organic-inorganic coating layer region 16 on which a phase change material is not dispersed and a phase change material layer region in which a phase change material 17 is dispersed on a porous substrate, have. As a result, the separator according to the present invention has a heat absorbing function in at least a part of its end portion.

도 2는 본 발명에 따른 세퍼레이터의 한 양태에 따른 단면 구조의 모식도이다.2 is a schematic view of a cross-sectional structure according to one embodiment of a separator according to the present invention.

도 2를 참조하면, 상변환 물질이 분산되어 있지 않은 다공성 유기-무기 코팅층 영역(16)에 이어서 상변환 물질이 분산되어 있는 상변환 물질층 영역(18)과, 접착층(19)이 구비된 세퍼레이터가 도시되어 있다. 이때, 상기 상변환 물질은 전술한 바와 같이 불활성 물질로 이루어진 캡슐 내부에 밀봉되어 있는 형태로 담지될 수 있고, 그 결과, 상변환 물질 중량당 큰 접촉 계면적을 가지므로, 캡슐로 인해 세퍼레이터의 열반응성이 더욱 개선될 수 있다. Referring to FIG. 2, a phase change material layer region 18 in which a phase change material is dispersed followed by a porous organic-inorganic coating layer region 16 in which a phase change material is not dispersed, Are shown. At this time, the phase change material can be supported in a sealed form inside the capsule made of an inert material as described above. As a result, since the phase change material has a large contact area per weight of the phase change material, The reactivity can be further improved.

도 3은 본 발명의 세퍼레이터가 원통형 전기화학소자에 사용되도록 권취된 양태의 개략적인 상면도이다. Figure 3 is a schematic top view of an embodiment in which the separator of the present invention is wound to be used in a cylindrical electrochemical device.

도 3을 참조하면, 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터가 양극 및 음극과 함께 권취되어 상변환 물질층 영역이 권취 외곽부(18)를 형성하게 되고, 그 내부에 상변환 물질을 포함하지 않은 다공성 유기-무기 코팅층 영역(16)이 존재하게 된다. 이 때에도, 선택적으로 상변환 물질층 영역에 연장되어 접착층(19)이 더 형성될 수 있다.3, the separator interposed between the anode and the cathode is wound together with the anode and the cathode so that the phase-change material layer region forms the winding outer frame portion 18. Inside the phase change material layer region, a porous material An organic-inorganic coating layer region 16 is present. At this time, the adhesive layer 19 may be further formed to extend to the region of the phase change material layer.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수개의 단위 셀이 정렬되어 있고 상변환 물질층 영역이 형성되어 있는 제2 세퍼레이터의 개략적인 사시도이다. 도 4를 참조하면, 전극 조립체(20)를 권취하기 전에, 제1 세퍼레이터(22)와 제1 세퍼레이터(22)의 양측에 위치한 음극(21) 및 양극(23)을 각각 구비한 복수개의 단위 셀(24)이 제2 세퍼레이터(26) 상에 정렬되어 있고, 이 때 제2 세퍼레이터(26)의 한 단부에 상변환 물질층 영역(25)이 형성되어 있다.4 is a schematic perspective view of a second separator in which a plurality of unit cells are aligned and a phase change material layer region is formed according to an embodiment of the present invention. 4, a plurality of unit cells 20 each having a cathode 21 and a cathode 23 disposed on both sides of the first separator 22 and the first separator 22 are disposed before the electrode assembly 20 is wound, A phase change material layer region 25 is formed on one end of the second separator 26 at this time.

이와 같이 복수의 단위 셀(24) 및 상변환 물질층 영역(25)이 형성된 제2 세퍼레이터(26)를 상변환 물질층 영역(25)이 중앙부에 위치하도록 권취하게 되면 도 5에 도시된 전극 조립체를 얻을 수 있다.When the second separator 26 in which the plurality of unit cells 24 and the phase change material layer region 25 are formed is wound such that the phase change material layer region 25 is positioned at the center, Can be obtained.

도 5를 참조하면, 전극 조립체(20)는 제1 세퍼레이터(22)와 제1 세퍼레이터(22)의 양측에 위치한 음극(21) 및 양극(23)을 각각 구비한 단위 셀(24)을 복수개 포함한다. 양극(23)은 양극 집전체의 양면에 양극 활물질층이 형성된 구조이고, 음극(21)은 음극 집전체의 양면에 음극 활물질층이 형성된 구조로 되어 있다. 단위 셀은 도 5에 도시된 바와 같이 제1 세퍼레이터(22)의 양측에 1개의 양극(23)과 음극(21)이 위치한 풀셀 구조이거나, 또는 양극(23) 또는 음극(21)의 양면에 제1 세퍼레이터(22)가 각각 위치하고 각각의 제1 세퍼레이터(22) 위에 음극(21) 또는 양극(23)이 각각 위치한 바이셀 구조 등 다양한 구조의 단위 셀로 형성될 수 있다.5, the electrode assembly 20 includes a first separator 22 and a plurality of unit cells 24 each having a cathode 21 and an anode 23 located on both sides of the first separator 22 do. The positive electrode 23 has a structure in which a positive electrode active material layer is formed on both surfaces of a positive electrode collector and the negative electrode 21 has a structure in which a negative electrode active material layer is formed on both surfaces of the negative electrode collector. 5, the unit cell may have a full cell structure in which one anode 23 and the cathode 21 are located on both sides of the first separator 22, And a bipolar structure in which a cathode 21 and an anode 23 are disposed on the first separator 22 and the first separator 22, respectively.

전극 조립체(20) 내에서, 각각의 단위 셀(24)들은 적층된 형태로 존재한다. 이 때, 하나의 단위 셀의 음극과 다른 단위 셀의 양극이 대응하도록 인접된 각각의 단위 셀(24) 사이에는 각각의 단위 셀(24)을 감싸도록 배치된 스트립(strip) 형태의 제2 세퍼레이터(26)가 도 5에 도시된 바와 같은 다양한 형태로 개재되어 각각의 단위 셀(24) 사이의 세퍼레이터 기능을 수행한다.Within the electrode assembly 20, each unit cell 24 is in a stacked form. In this case, between the adjacent unit cells 24 so that the cathodes of one unit cell correspond to the anodes of the other unit cells, a second separator (not shown) (26) are interposed in various forms as shown in Fig. 5 to perform a separator function between each unit cell (24).

이 때, 상변환 물질(27)을 포함하는 상변환 물질층 영역(25)은 각 단위 셀(24)의 적층 구조의 중앙부에서 서로 인접하는 단위 셀(24) 사이에 개재되고, 상기 제2 세퍼레이터(26)에 의해 감싸져서 전극 조립체(20)에 도입된다.At this time, the phase change material layer region 25 including the phase change material 27 is interposed between the unit cells 24 adjacent to each other at the central portion of the lamination structure of the unit cells 24, (26) and introduced into the electrode assembly (20).

상기 다공성 유기-무기 코팅층 형성에 사용되는 무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다.The inorganic particles used for forming the porous organic-inorganic coating layer are not particularly limited as long as they are electrochemically stable.

즉, 상기 무기물 입자는 적용되는 전기화학소자의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는 경우 전기화학소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있다. That is, the inorganic particles are not particularly limited as long as the oxidation and / or reduction reaction does not occur in the operating voltage range of the applied electrochemical device (for example, 0 to 5 V based on Li / Li + ). Particularly, when inorganic particles having ion transfer ability are used, the ion conductivity in the electrochemical device can be increased to improve the performance.

또한, 무기물 입자로서 유전율이 높은 무기물 입자를 사용하는 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.When inorganic particles having a high dielectric constant are used as the inorganic particles, dissociation of an electrolyte salt, for example, a lithium salt, in the liquid electrolyte is also increased, and ion conductivity of the electrolyte can be improved.

전술한 이유들로 인해, 상기 무기물 입자는 유전율 상수가 5 이상, 또는 10 이상인 고유전율 무기물 입자, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자 또는 이들의 혼합체를 포함할 수 있다. 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자의 비제한적인 예로는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3 (PLZT, 여기서, 0 < x < 1, 0 < y < 1임), Pb(Mg1 /3Nb2 /3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, SiC, TiO2 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.For the reasons stated above, the inorganic particles may include high-permittivity inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more, or 10 or more, inorganic particles having lithium ion transferring ability, or a mixture thereof. Nonlimiting examples of inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more include BaTiO 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT), Pb 1 - x La x Zr 1 - y Ti y O 3 (PLZT, <1, 0 <y <1 Im), Pb (Mg 1/3 Nb 2/3) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), hafnia (HfO 2), SrTiO 3, SnO 2, CeO 2, MgO , NiO, CaO, ZnO, ZrO 2, Y 2 O 3, Al 2 O 3, SiC, TiO 2 May be used alone or in combination of two or more.

특히, 전술한 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3 (PLZT, 여기서, 0 < x < 1, 0 < y < 1임), Pb(Mg1 /3Nb2 /3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), 하프니아(HfO2)와 같은 무기물 입자들은 유전율 상수 100 이상인 고유전율 특성을 나타낼 뿐만 아니라, 일정 압력을 인가하여 인장 또는 압축되는 경우 전하가 발생하여 양쪽 면 간에 전위차가 발생하는 압전성(piezoelectricity)을 가짐으로써, 외부 충격에 의한 양(兩) 전극의 내부 단락 발생을 방지하여 전기화학소자의 안전성 향상을 도모할 수 있다. 또한, 전술한 고유전율 무기물 입자와 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자들을 혼용할 경우 이들의 상승 효과는 배가될 수 있다.Particularly, the above-mentioned BaTiO 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT), Pb 1 - x La x Zr 1 - y Ti y O 3 (PLZT, where 0 <x <1, 0 < ), inorganic particles, such as Pb (Mg 1/3 Nb 2 /3) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), hafnia (HfO 2), not only exhibit a dielectric constant of 100 or more high dielectric constant characteristics, the predetermined pressure And a piezoelectricity is generated so that a potential difference is generated between both sides by generating a charge when being stretched or compressed so as to prevent the occurrence of an internal short circuit between the two electrodes due to an external impact so as to improve the safety of the electrochemical device can do. Further, when the above-mentioned high-permittivity inorganic particles and inorganic particles having lithium ion transferring ability are mixed, their synergistic effect can be doubled.

본 발명에서 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 리튬 원소를 함유하되 리튬을 저장하지 아니하고 리튬 이온을 이동시키는 기능을 갖는 무기물 입자를 지칭하는 것으로서, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 입자 구조 내부에 존재하는 일종의 결함(defect)으로 인해 리튬 이온을 전달 및 이동시킬 수 있기 때문에, 전지 내 리튬 이온 전도도가 향상되고, 이로 인해 전지 성능 향상을 도모할 수 있다. 상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자의 비제한적인 예로는 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트(LixAlyTiz(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 1, 0 < z < 3), 14Li2O-9Al2O3-38TiO2-39P2O5 등과 같은 (LiAlTiP)xOy 계열 glass (0 < x < 4, 0 < y < 13), 리튬란탄티타네이트(LixLayTiO3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), Li3 .25Ge0 .25P0 .75S4 등과 같은 리튬게르마니움티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0 < x < 4, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 0 < w < 5), Li3N 등과 같은 리튬나이트라이드(LixNy, 0 < x < 4, 0 < y < 2), Li3PO4-Li2S-SiS2 등과 같은 SiS2 계열 glass(LixSiySz, 0 < x < 3, 0 < y < 2, 0 < z < 4), LiI-Li2S-P2S5 등과 같은 P2S5 계열 glass(LixPySz, 0 < x < 3, 0 < y < 3, 0 < z < 7) 또는 이들의 혼합물 등이 있다. In the present invention, the inorganic particles having a lithium ion transferring ability refer to inorganic particles containing a lithium element but not lithium and having a function of transferring lithium ions. The inorganic particles having lithium ion transferring ability are contained in the particle structure Since lithium ions can be transferred and transferred due to a kind of defect present, the lithium ion conductivity in the battery is improved, thereby improving battery performance. Examples of the inorganic particles having lithium ion transferring ability include lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium titanium phosphate (Li x Ti y (PO 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y < (Li x Al y Ti z (PO 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y <1, 0 <z <3), 14Li 2 O-9Al 2 O 3 -38TiO 2 -39P 2 O 5 as such (LiAlTiP) x O y series glass (0 <x <4, 0 <y <13), lithium lanthanum titanate (Li x La y TiO 3, 0 <x <2, 0 <y <3 ), Li 3 .25 Ge 0 .25 P 0 .75 S 4 Lithium, such as germanium Mani help thiophosphate lithium nitro, such as (Li x Ge y P z S w, 0 <x <4, 0 <y <1, 0 <z <1, 0 <w <5), Li 3 N fluoride (Li x N y, 0 < x <4, 0 <y <2), Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 SiS 2 family, such as glass (Li x Si y S z , 0 <x <3 , 0 <y <2, 0 <z <4), LiI-Li 2 SP 2 S 5 There is P 2 S 5 based glass (Li x P y S z , 0 <x <3, 0 <y <3, 0 <z <7) or a mixture thereof as such.

본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터에 있어서, 다공성 유기-무기 코팅층의 무기물 입자 크기는 제한이 없으나, 균일한 두께의 코팅층 형성 및 적절한 공극률을 위하여, 가능한 한 0.001 내지 10㎛ 범위일 수 있다. 상기 무기물 입자 크기가 이러한 범위를 만족하는 경우, 분산성이 유지되어 세퍼레이터의 물성을 조절하기가 용이하고, 다공성 유기-무기 코팅층의 두께가 증가하는 현상을 피할 수 있어 기계적 물성이 개선될 수 있으며, 또한 지나치게 큰 기공 크기로 인해 전지 충·방전시 내부 단락이 일어날 확률이 작아질 수 있다. In the separator according to an embodiment of the present invention, the inorganic particle size of the porous organic-inorganic coating layer is not limited, but may be in the range of 0.001 to 10 탆, if possible, for forming a coating layer of uniform thickness and proper porosity. When the inorganic particle size satisfies this range, the dispersibility is maintained, the physical properties of the separator are easily controlled, the increase in the thickness of the porous organic-inorganic coating layer can be avoided, the mechanical properties can be improved, Also, an excessively large pore size can reduce the probability of an internal short circuit occurring during battery charge / discharge.

상기 다공성 유기-무기 코팅층 형성에 사용되는 바인더 고분자는 당업계에서 통상적으로 사용되는 바인더 고분자로서 특별히 제한되지 않는다.The binder polymer used for forming the porous organic-inorganic coating layer is not particularly limited as a binder polymer commonly used in the art.

특히, 유리 전이 온도(glass transition temperature, Tg)가 -200 내지 200℃인 고분자를 사용할 수 있는데, 이는 최종적으로 형성되는 유기-무기 코팅층의 유연성 및 탄성 등과 같은 기계적 물성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 이러한 바인더는 무기물 입자들 사이를 연결 및 안정하게 고정시켜주는 바인더 역할을 충실히 수행함으로써, 다공성 코팅층이 도입된 세퍼레이터의 기계적 물성 저하 방지에 기여한다.In particular, a polymer having a glass transition temperature (T g ) of -200 to 200 ° C can be used because it can improve the mechanical properties such as flexibility and elasticity of the finally formed organic-inorganic coating layer . Such a binder faithfully performs a binder function to connect and stably fix inorganic particles, thereby contributing to prevention of deterioration of mechanical properties of the separator into which the porous coating layer is introduced.

또한, 바인더는 이온 전도 능력을 반드시 가질 필요는 없으나, 이온 전도 능력을 갖는 고분자를 사용할 경우 전기화학소자의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 바인더는 가능한 유전율 상수가 높은 것을 사용할 수 있다. 실제로 전해액에서 염의 해리도는 전해액 용매의 유전율 상수에 의존하기 때문에, 상기 고분자의 유전율 상수가 높을수록 전해질에서의 염 해리도를 향상시킬 수 있다. 이러한 바인더의 유전율 상수는 1.0 내지 100 (측정 주파수 = 1 kHz) 범위가 사용 가능하며, 특히 10 이상일 수 있다.Further, the binder does not necessarily have the ion-conducting ability, but the performance of the electrochemical device can be further improved by using a polymer having ion-conducting ability. Therefore, a binder having a high permittivity constant can be used. Actually, the dissociation degree of the salt in the electrolytic solution depends on the permittivity constant of the solvent of the electrolyte. Therefore, the higher the permittivity constant of the polymer, the better the salt dissociation degree in the electrolyte. The permittivity constant of such a binder may be in the range of 1.0 to 100 (measurement frequency = 1 kHz), in particular, 10 or more.

전술한 기능 이외에, 바인더는 액체 전해액 함침시 겔화됨으로써 높은 전해액 팽윤도(degree of swelling)를 나타낼 수 있는 특징을 가질 수 있다. 이에 따라, 바인더의 용해도 지수는 15 내지 45 MPa1 /2 또는 15 내지 25 MPa1 /2 및 30 내지 45 MPa1 /2 범위이다. 따라서, 폴리올레핀류와 같은 소수성 고분자들보다는 극성기를 많이 갖는 친수성 고분자들이 더 사용될 수 있다. 용해도 지수가 15 MPa1 /2 미만 및 45 MPa1 /2를 초과할 경우, 통상적인 전지용 액체 전해액에 의해 팽윤(swelling)되기 어려울 수 있기 때문이다.In addition to the functions described above, the binder may be characterized by being capable of exhibiting a high degree of swelling of the electrolyte by gelation upon impregnation with a liquid electrolyte. Accordingly, the solubility parameter of the binder is from 15 to 45 MPa 1/2 or 15 to 25 MPa 1/2, and 30 to 45 MPa 1/2 range. Therefore, hydrophilic polymers having many polar groups can be used more than hydrophobic polymers such as polyolefins. If the solubility is more than 15 MPa 1/2 and less than 45 MPa 1/2, because it can be difficult to swell (swelling) by conventional liquid electrolyte batteries.

사용 가능한 바인더 고분자의 비제한적인 예로는 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-cotrichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트(cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (celluloseacetate propionate), 시아노에틸풀루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 풀루란(pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose), 아크리로니트릴스티렌부타디엔 공중합체 (acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer), 폴리이미드(polyimide) 또는 이들의 혼합체 등이 있다. 이외에도 상술한 특성을 포함하는 물질이라면 어느 재료라도 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.Non-limiting examples of usable binder polymers include polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-cotrichloroethylene, polymethylmethacrylate, But are not limited to, polymethylmethacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, polyethylene-co-vinyl acetate, polyethylene oxide ), Cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylpolyvinylalcohol, Ethylcellulose (cyanoethylcell but are not limited to, polyvinyl alcohol, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyvinylpyrrolidone, polyvinylpyrrolidone, polyvinylpyrrolidone, polyvinylpyrrolidone, polyvinylpyrrolidone, polyvinylpyrrolidone, polyvinylpyrrolidone, polyvinylpyrrolidone, polyvinylpyrrolidone, And the like. In addition, any material including the above-mentioned characteristics may be used alone or in combination.

본 발명의 일 실시예에 따라 세퍼레이터에 코팅된 다공성 유기-무기 코팅층의 바인더 고분자의 함량은, 예를 들면 무기물 입자 100 중량부를 기준으로 1 내지 50 중량부, 또는 2 내지 30 중량부, 또는 5 내지 15 중량부일 수 있다. 바인더 고분자의 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우, 무기물의 탈리와 같은 문제점과, 바인더 고분자가 다공성 기재의 공극을 막아 저항이 상승하며 다공성 유기-무기 코팅층의 다공도도 저하되는 현상을 방지할 수 있다.The content of the binder polymer in the porous organic-inorganic coating layer coated on the separator according to an embodiment of the present invention is, for example, 1 to 50 parts by weight, or 2 to 30 parts by weight, or 5 to 5 parts by weight, 15 parts by weight. When the content of the binder polymer satisfies the above range, it is possible to prevent problems such as the elimination of inorganic substances and the phenomenon that the binder polymer blocks the pores of the porous substrate to increase resistance and decrease the porosity of the porous organic-inorganic coating layer.

상기 다공성 기재 위에 형성되는 다공성 유기-무기 코팅층에 있어서, 바인더 고분자는 상기 무기물 입자들 표면의 일부 또는 전체에 코팅층으로 위치하고, 상기 무기물 입자들은 밀착된 상태로 상기 코팅층에 의해 서로 연결 및 고정되며, 상기 무기물 입자들 사이에 존재하는 빈 공간으로 인해 기공들이 형성되어 있을 수 있다. 즉, 다공성 유기-무기 코팅층의 무기물 입자들은 서로 밀착된 상태로 존재하며, 무기물 입자들이 밀착된 상태에서 생기는 빈 공간이 다공성 유기-무기 코팅층의 기공이 된다. 무기물 입자 사이에 존재하는 빈 공간의 크기는 무기물 입자들의 평균 입경보다 같거나 작을 수 있다. 무기물 입자들 표면의 일부 또는 전체에 코팅층으로 위치한 바인더 고분자는 무기물 입자들을 서로 연결 및 고정하며, 다공성 기재와 접촉하는 무기물 입자를 다공성 기재에 고정시킨다. In the porous organic-inorganic coating layer formed on the porous substrate, the binder polymer is positioned as a coating layer on a part or the entire surface of the inorganic particles, and the inorganic particles are connected and fixed to each other by the coating layer in close contact, Pores may be formed due to the void space present between the inorganic particles. That is, the inorganic particles of the porous organic-inorganic coating layer exist in close contact with each other, and the void space formed when the inorganic particles are in close contact becomes the pores of the porous organic-inorganic coating layer. The size of the void space present between the inorganic particles may be equal to or less than the average particle size of the inorganic particles. The binder polymer located in a coating on a part or all of the surface of the inorganic particles connects and secures the inorganic particles together and fixes the inorganic particles in contact with the porous substrate to the porous substrate.

무기물 입자와 바인더 고분자로 구성되는 다공성 유기-무기 코팅층의 두께는 특별한 제한이 없으나, 0.5 내지 10㎛ 범위일 수 있다.The thickness of the porous organic-inorganic coating layer composed of the inorganic particles and the binder polymer is not particularly limited, but may be in the range of 0.5 to 10 mu m.

본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터에 있어서, 유기-무기 코팅층이 형성된 기재는 기공들을 갖는 다공성 기재로서 특별히 제한되지 않는다.In the separator according to one embodiment of the present invention, the substrate on which the organic-inorganic coating layer is formed is not particularly limited as a porous substrate having pores.

사용 가능한 기공들을 갖는 다공성 기재의 예로는 폴리올레핀, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴레페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸렌나프탈렌 중 적어도 어느 하나로 형성된 다공성 기재 등이 있으며, 통상적으로 전기화학소자의 세퍼레이터로서 사용 가능한 것이라면 모두 사용이 가능하다. 다공성 기재로는 막(membrane)이나 부직포 형태를 모두 사용할 수 있다. 다공성 기재의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 5 내지 50 ㎛일 수 있고, 다공성 기재에 존재하는 기공 크기 및 기공도 역시 특별히 제한되지 않으나 각각 0.01 내지 50 ㎛ 및 10 내지 95%일 수 있다. Examples of porous substrates having usable pores include polyolefins, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyacetals, polyamides, polycarbonates, polyimides, polyether ether ketones, polyethersulfones, A porous substrate formed of at least one of rhenium sulfide, rhenium sulfide, and polyethylene naphthalene, and the like can be used as long as it can be used as a separator of an electrochemical device. As the porous substrate, a membrane or a nonwoven fabric may be used. The thickness of the porous substrate is not particularly limited, but may be 5 to 50 탆, and the pore size and porosity present in the porous substrate are also not particularly limited, but may be 0.01 to 50 탆 and 10 to 95%, respectively.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 기공들을 갖는 다공성 기재를 준비하는 단계; 무기물 입자들이 분산되어 있으며 바인더 고분자가 용매에 용해된 제1 코팅 용액을 상기 다공성 기재의 적어도 일면의 일부에 코팅하고 건조시켜 다공성 유기-무기 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 유기-무기 코팅층이 코팅되어 있지 않은 다공성 기재의 잔여부에 상기 유기-무기 코팅층에 이어서 무기물 입자, 바인더 고분자 및 상변환 물질을 포함하는 제2 코팅 용액을 코팅하고 건조시켜 상변환 물질층 영역을 형성하는 단계를 포함하는 세퍼레이터의 제조 방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is also provided a method of manufacturing a porous substrate, comprising: preparing a porous substrate having pores; Coating a first coating solution in which inorganic particles are dispersed and a binder polymer dissolved in a solvent on at least a part of at least one surface of the porous substrate to form a porous organic-inorganic coating layer; And a second coating solution containing inorganic particles, a binder polymer, and a phase change material are coated on the organic-inorganic coating layer, followed by drying to form a phase change material layer region Forming a separator on the surface of the separator.

먼저, 기공들을 갖는 다공성 기재를 준비한다. 다공성 기재의 종류 등 구체적인 내용은 전술한 바와 같다.First, a porous substrate having pores is prepared. The specific contents such as the kind of the porous substrate are as described above.

이어서, 바인더 고분자의 용액에 무기물 입자를 첨가하여 분산시킨다. 용매로는 사용하고자 하는 바인더 고분자와 용해도 지수가 유사하며, 끓는점(boiling point)이 낮을 수 있다. 이는 균일한 혼합과 이후 용매 제거를 용이하게 하기 위해서이다. 사용 가능한 용매의 비제한적인 예로는 아세톤 (acetone), 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran), 메틸렌클로라이드 (methylene chloride), 클로로포름 (chloroform), 디메틸포름아미드 (dimethylformamide), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 시클로헥산 (cyclohexane), 물 또는 이들의 혼합체 등이 있다. 바인더 고분자 용액에 무기물 입자들을 첨가한 후, 무기물 입자의 파쇄를 실시할 수 있다. 이때 파쇄 시간은 1 내지 20 시간이 적절하며, 파쇄된 무기물 입자의 입도는 상기에 언급된 바와 같이 0.001 내지 10㎛일 수 있다. 파쇄 방법으로는 통상적인 방법을 사용할 수 있으며, 특히 볼밀(ball mill)법이 사용될 수 있다. Next, inorganic particles are added to the solution of the binder polymer and dispersed. As the solvent, the solubility index is similar to that of the binder polymer to be used, and the boiling point may be low. This is to facilitate uniform mixing and subsequent solvent removal. Non-limiting examples of usable solvents include acetone, tetrahydrofuran, methylene chloride, chloroform, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone ( N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), cyclohexane, water or a mixture thereof. After inorganic particles are added to the binder polymer solution, the inorganic particles can be crushed. In this case, the disintegration time is suitably 1 to 20 hours, and the particle size of the disintegrated inorganic particles may be 0.001 to 10 탆 as mentioned above. As the crushing method, a conventional method can be used, and in particular, a ball mill method can be used.

무기물 입자들이 분산되어 있으며 바인더 고분자가 용매에 용해된 제1 코팅 용액을 다공성 기재에 코팅하고 건조시켜 다공성 유기-무기 코팅층을 형성한다. 코팅시 습도 조건은 10 내지 80%일 수 있고, 건조 공정은 용매를 휘발시킬 수 있는 방법이라면 열풍 건조 등 모든 방법이 가능하다. A first coating solution in which inorganic particles are dispersed and a binder polymer is dissolved in a solvent is coated on a porous substrate and dried to form a porous organic-inorganic coating layer. The humidity condition may be 10 to 80% at the time of coating, and if the solvent can be volatilized, any method such as hot air drying may be used.

무기물 입자가 분산된 바인더 고분자의 용액을 다공성 기재상에 코팅하는 방법은 당 업계에 알려진 통상적인 코팅 방법을 사용할 수 있으며, 예를 들면 딥(Dip) 코팅, 다이(Die) 코팅, 롤(roll) 코팅, 콤마(comma) 코팅 또는 이들의 혼합 방식 등 다양한 방식을 이용할 수 있다. 또한, 다공성 유기-무기 코팅층은 다공성 기재의 양면 모두 또는 일면에만 선택적으로 형성할 수 있다.A method of coating a solution of a binder polymer in which inorganic particles are dispersed on a porous substrate may be a conventional coating method known in the art. For example, a dip coating, a die coating, a roll coating, Various methods such as coating, comma coating, or a combination thereof can be used. In addition, the porous organic-inorganic coating layer can be selectively formed on both or only one side of the porous substrate.

이어서, 상기 유기-무기 코팅층이 코팅되어 있지 않은 다공성 기재의 잔여부에 상기 유기-무기 코팅층에 이어서 무기물 입자, 바인더 고분자 및 상변환 물질을 포함하는 제2 코팅 용액을 코팅하고 건조시켜 상변환 물질층 영역을 형성한다. 이때, 상변환 물질층 영역의 형성을 위한 코팅 및 건조 방법은 전술한 방법이 동일하게 적용될 수 있다.Next, a second coating solution containing inorganic particles, a binder polymer, and a phase change material is coated on the organic-inorganic coating layer and the second coating solution is coated on the remaining portion of the porous substrate on which the organic-inorganic coating layer is not coated, Regions. At this time, the coating and drying method for forming the phase change material layer region can be applied to the same method as described above.

또한, 상기 상변환 물질은 전술한 바와 같이 캡슐에 담지되어 적용될 수 있다. 이러한 상변환 물질을 담지하는 캡슐의 제조방법은 코어/셀 구조의 입자를 제조하는 기술이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상변환 물질을 수용액상에서 유화과정을 통해 분산시키고 그것의 오일상의 표면에서 고분자를 중합하여 제조할 수 있다. 이때의 중합방법으로는 계면 중합, 인-시츄(In-situ) 중합, 코아세르베이션 방법 등이 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 상변환 물질의 캡슐화는 일반적인 마이크로캡슐레이션(microcapsulation)을 위한 방법이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.In addition, the phase change material may be applied onto the capsule as described above. The method for producing capsules carrying such phase-change materials is not particularly limited as long as it is a technique for producing particles of a core / shell structure. For example, it can be prepared by dispersing a phase-change material through an emulsification process in an aqueous solution and polymerizing the polymer on the surface of the oil phase. As the polymerization method at this time, interfacial polymerization, in-situ polymerization, coacervation and the like can be used. Accordingly, encapsulation of the phase change material according to the present invention may be performed by any method for general microcapsulation.

본 명세서에 있어서, 일 실시예로 기재된 전술한 구성요소들의 조합예를 별도로 적시하지는 않았으나, 모든 구성요소들은 서로 2개 이상 조합되어 본 발명의 다양한 구성으로 채택될 수 있다.In the present specification, a combination of the above-described components described in one embodiment is not separately described. However, all of the components may be combined in two or more of them and adopted in various configurations of the present invention.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전기화학소자에 있어서, 상기 세퍼레이터가 전술한 세퍼레이터인 전기화학소자가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided an electrochemical device comprising a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the separator is the separator described above.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제1 세퍼레이터와 상기 제1 세퍼레이터의 양측에 위치한 양극 및 음극을 각각 구비하는 복수의 단위 셀; 및 하나의 단위 셀의 음극과 다른 단위 셀의 양극이 대응되도록 적층된 복수의 단위 셀에서 인접된 각각의 단위 셀들 사이에 개재되어 각각의 단위 셀들을 감싸도록 배치된 스트립 형태의 제2 세퍼레이터를 구비하는 전기화학소자에 있어서, 상기 제1 세퍼레이터와 제2 세퍼레이터 각각이 본 발명에 따라 상변환 물질층 영역을 포함하는 세퍼레이터이고, 상기 제2 세퍼레이터의 상변환 물질층 영역은 상기 적층된 복수의 단위 셀들의 중앙부에서 서로 인접하는 단위 셀들 사이에 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 전기화학소자가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a fuel cell comprising: a plurality of unit cells each having a first separator and an anode and a cathode disposed on both sides of the first separator; And a second separator in the form of a strip interposed between adjacent unit cells in a plurality of unit cells stacked so that the cathodes of one unit cell and the anodes of the other unit cell correspond to each other and surround each unit cell Wherein the first separator and the second separator are each a separator including a phase change material layer region according to the present invention, and the phase change material layer region of the second separator is formed by stacking a plurality of unit cells Are interposed between unit cells adjacent to each other at a central portion of the electrochemical device.

이때, 전기화학소자는 전기 화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구체적인 예를 들면, 모든 종류의 1차, 이차 전지, 연료 전지, 태양 전지 또는 수퍼 캐패시터 소자와 같은 캐퍼시터(capacitor) 등이 있다. 특히, 상기 2차 전지 중 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차전지, 리튬 폴리머 이차전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차전지 등을 포함하는 리튬 이차전지로 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학소자는 하나 또는 두서너 개의 배터리 셀을 포함하고 있는 소형 전기화학소자와 다수의 배터리 셀들을 단위전지로서 포함하고 있는 중대형 전기화학소자가 모두 가능하다. At this time, the electrochemical device includes all devices that perform an electrochemical reaction, and specific examples thereof include capacitors such as all kinds of primary, secondary cells, fuel cells, solar cells, or super capacitor devices. In particular, the present invention can be applied to a lithium secondary battery including a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, or a lithium ion polymer secondary battery. In addition, the electrochemical device according to an embodiment of the present invention can be a small electrochemical device including one or two or more battery cells and a middle or large electrochemical device including a plurality of battery cells as a unit cell.

전기화학소자는 당 기술 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 이의 일 실시예를 들면 전술한 방법으로 제조한 세퍼레이터를 양극과 음극 사이에 개재(介在)시켜 권취하고 전해액을 주입함으로써 제작할 수 있다. 이때, 상기 전극조립체 형태는 집전체 상에 활물질이 각각 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 전해질이 도포되어 있는 세퍼레이터를 위치시키고 이를 감아 원통형 구조로 만든 후 두께 방향으로 압축한 젤리-롤형 전극조립체일 수 있다.The electrochemical device can be manufactured according to a conventional method known in the art. For example, the separator may be manufactured by winding a separator between the positive electrode and the negative electrode, winding the separator, and injecting an electrolytic solution. In this case, the electrode assembly may be a jelly-roll type electrode assembly in which a separator coated with an electrolyte is disposed between a positive electrode and a negative electrode coated with an active material on a current collector, have.

또는, 적층형 전기화학소자의 경우에는 양극과 음극 사이에 제1 세퍼레이터를 개재시켜 단위 셀들을 제조하고, 이후 전술한 방법으로 제조한 제2 세퍼레이터 상에 단위 셀들을 서로 이격하여 배치한 후, 이를 접음(folding) 방식으로 귄취하여 전극 조립체를 제조하고, 이후 전해액을 주입함으로써 제조될 수 있다.Alternatively, in the case of a stacked type electrochemical device, unit cells are manufactured by interposing a first separator between an anode and a cathode, then unit cells are arranged on a second separator manufactured by the above-described method, folding manner to produce an electrode assembly, and then injecting an electrolytic solution.

본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터와 함께 적용될 전극으로는 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 전극활물질을 전극 전류집전체에 결착된 형태로 제조할 수 있다. 상기 전극활물질 중 양극활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학소자의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들을 조합한 리튬복합산화물을 사용할 수 있다. 음극활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학소자의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite) 또는 기타 탄소류 등과 같은 리튬 흡착물질 등이 있다. 양극 전류집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극 전류집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.The electrode to be used together with the separator according to an embodiment of the present invention is not particularly limited, and electrode active materials may be bound to an electrode current collector according to a conventional method known in the art. Examples of the cathode active material include, but are not limited to, lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron oxide, or a combination thereof A lithium complex oxide may be used. As a non-limiting example of the negative electrode active material, a conventional negative electrode active material that can be used for a negative electrode of an electrochemical device can be used. In particular, lithium metal or a lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, Lithium-adsorbing materials such as graphite or other carbon-based materials, and the like. Non-limiting examples of the positive current collector include aluminum, nickel, or a combination thereof. Examples of the negative current collector include copper, gold, nickel, or a copper alloy or a combination thereof Foil to be manufactured, and the like.

본 발명에서 사용될 수 있는 전해액은 A+B-와 같은 구조의 염으로서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하고, B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 -와 같은 음이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염이 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 또는 해리된 것이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The electrolyte solution that can be used in the present invention is a salt having a structure such as A + B - , wherein A + includes ions consisting of alkali metal cations such as Li + , Na + , K + , or combinations thereof, and B - 6 -, BF 4 -, Cl -, Br -, I -, ClO 4 -, AsF 6 -, CH 3 CO 2 -, CF 3 SO 3 -, N (CF 3 SO 2) 2 -, C (CF 2 SO 2) 3 - anion, or a salt containing an ion composed of a combination of propylene carbonate (PC) such as, ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC ), Dimethylsulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethyl carbonate (EMC), gamma butyrolactone, But are not limited to, those dissolved or dissociated in an organic solvent.

상기 전해액 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전지 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 전지 조립 전 또는 전지 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.
The electrolyte injection may be performed at an appropriate stage of the battery manufacturing process, depending on the manufacturing process and required properties of the final product. That is, it can be applied before assembling the cell or at the final stage of assembling the cell.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 등을 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail to facilitate understanding of the present invention. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments. Embodiments of the invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

실시예Example 1:  One: 세퍼레이터의Separator 제조 Produce

유기-무기 다공성 코팅층의 형성Formation of organic-inorganic porous coating layer

폴리비닐리덴플로라이드-헥사플루오르프로필렌 공중합체 (PVdF-HFP) 고분자를 5 중량%로 아세톤에 첨가하여 50 ℃에서 약 12시간 이상 용해시켜 바인더 고분자 용액을 제조하였다. 제조한 바인더 고분자 용액에 Al2O3 분말을 바인더 고분자/Al2O3 = 10/90 중량비가 되도록 첨가하여 12시간 이상 볼밀법(ball mill)을 이용하여 Al2O3 분말을 파쇄 및 분산하여 슬러리를 제조하였다. 이와 같이 제조된 슬러리를 두께 12㎛의 폴리에틸렌 다공성 필름(기공도 45%)의 양면 중 소정의 단부를 제외하고, 딥 코팅의 방법으로 코팅하고 40%의 상대습도 조건에서 건조시켜 유기-무기 코팅층을 형성시켰다. 5% by weight of a polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP) polymer was added to acetone and dissolved at 50 ° C for about 12 hours or more to prepare a binder polymer solution. The Al 2 O 3 powder was added to the binder polymer solution so that the binder polymer / Al 2 O 3 ratio was 10/90 by weight, and the Al 2 O 3 powder was pulverized and dispersed for 12 hours or more using a ball mill Slurry. The slurry thus prepared was coated on the both surfaces of a polyethylene porous film (porosity of 45%) having a thickness of 12 탆 by a dip coating method and dried at a relative humidity of 40% to remove the organic-inorganic coating layer / RTI &gt;

상변환Phase transformation 물질층Material layer 영역의 형성 Formation of regions

폴리스티렌(polystyrene: PS) 10 중량부를 디클로메탄 90 중량부에 용해시켜 20 중량부의 분산용액(a)을 준비하였다. 또한, 상변환 물질인 Mg(NO3)2·6H2O 10 중량부, 계면활성제인 젤라틴 0.5 중량부, 및 증류수 89.5 중량부를 합하여 80 중량부의 수용액(b)을 준비하였다. 분산용액(a)을 수용액(b)에 첨가하여 오일/물(oil/water) 에멀젼을 형성하였다. 그런 다음, 디클로메탄을 증발시켜 제거함으로써, 상변환 물질인 Mg(NO3)2·6H2O 가 담지된 폴리스티렌 캡슐을 얻었다. 이를 증류수에 여러 차례 세척하여 최종적인 상변환 물질을 담지하는 캡슐을 제조하였다. 원료로 사용된 디클로메탄, 계면활성제 및 증류수는 세척 및 건조 과정을 통해 제거되었기 때문에, 최종적인 상변환 물질을 담지하는 캡슐에는 상변환 물질과 폴리스티렌만이 포함되어 있다. 이때 제조된 캡슐의 평균 직경은 1㎛이었다.10 parts by weight of polystyrene (PS) was dissolved in 90 parts by weight of dichloromethane to prepare 20 parts by weight of dispersion solution (a). Further, 80 parts by weight of an aqueous solution (b) was prepared by adding 10 parts by weight of Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O as a phase-change material, 0.5 part by weight of gelatin as a surfactant, and 89.5 parts by weight of distilled water. The dispersion solution (a) was added to the aqueous solution (b) to form an oil / water emulsion. Then, the dichloromethane was removed by evaporation to obtain a polystyrene capsule carrying Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O, which is a phase-change material. This was washed several times with distilled water to prepare capsules carrying the final phase change material. Since the dichloromethane, surfactant and distilled water used as raw materials were removed through washing and drying processes, the capsules containing the final phase change material only contain phase change material and polystyrene. The average diameter of the prepared capsules was 1 占 퐉.

상기 제조된 상변환 물질을 담지하는 캡슐 100 중량부, Al2O3 분말 90 중량부, 상기 제조된 바인더 고분자 용액 10 중량부를 이용한 점을 제외하고는 유기-무기 다공성 코팅층의 형성 방법과 동일한 방법으로, 앞서 폴리에틸렌 다공성 필름 중 유기-무기 다공성 코팅층이 형성되지 않은 단부에 상변환 물질층 영역을 형성하여, 최종적으로 세퍼레이터를 제조하였다.
In the same manner as in the method for forming an organic-inorganic porous coating layer, except that 100 parts by weight of the capsules carrying the phase change material, 90 parts by weight of Al 2 O 3 powder and 10 parts by weight of the binder polymer solution were used , A phase change material layer region was formed on the end of the polyethylene porous film at which the organic-inorganic porous coating layer was not formed, and finally a separator was produced.

실시예Example 2: 리튬 이차전지의 제조 2: Preparation of lithium secondary battery

음극의 제조Cathode manufacturing

음극 활물질로 탄소 분말, 결합재로 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF), 도전재로 카본 블랙 (carbon black)을 각각 96 중량%, 3 중량%, 1 중량%로 하여, 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 혼합물 슬러리를 두께가 10 ㎛인 음극 집전체인 구리(Cu) 박막에 도포, 건조를 통하여 음극을 제조한 후 롤 프레스(roll press)를 실시하였다. (N-methyl-2-pyrrolidone) as a negative electrode active material, polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder and carbon black as a conductive material were respectively 96 wt%, 3 wt% and 1 wt% (NMP) to prepare a negative electrode mixture slurry. The negative electrode mixture slurry was applied to a copper (Cu) thin film as an anode current collector having a thickness of 10 탆 and dried to produce a negative electrode, followed by roll pressing.

양극의 제조Manufacture of anode

양극 활물질로 리튬 코발트 복합산화물 92 중량%, 도전재로 카본 블랙 (carbon black) 4 중량%, 결합제로 PVDF 4 중량%를 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 혼합물 슬러리를 두께가 20 ㎛인 양극 집전체의 알루미늄(Al) 박막에 도포, 건조를 통하여 양극을 제조한 후 롤 프레스(roll press)를 실시하였다.92 wt% of a lithium cobalt composite oxide as a positive electrode active material, 4 wt% of carbon black as a conductive material, and 4 wt% of PVDF as a binder were added to N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) . The positive electrode mixture slurry was applied to an aluminum (Al) thin film of a positive electrode current collector having a thickness of 20 탆 and dried to produce a positive electrode, followed by roll pressing.

리튬이차전지의The lithium secondary battery 제조 Produce

실시예 1에서 제조된 세퍼레이터의 양측에 음극과 양극을 구비한 전극 조립체를 제조하였다. 이후 조립된 전극 조립체에 1M의 리튬헥사플로로포스페이트(LiPF6)이 용해된 에틸렌카보네이트/에틸메틸카보네이트 (EC/EMC=1:2, 부피비)계 전해액을 주입하여 원통형 리튬 이차전지를 제조하였다.
An electrode assembly having a negative electrode and a positive electrode on both sides of the separator manufactured in Example 1 was produced. Then, a cylindrical lithium secondary battery was prepared by injecting an electrolyte solution of ethylene carbonate / ethyl methyl carbonate (EC / EMC = 1: 2, volume ratio) in which 1 M of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved into the assembled electrode assembly.

실시예Example 3:  3: 적층형Laminated type 리튬이차전지의The lithium secondary battery 제조 Produce

실시예 1에서 제조한 세퍼레이터를 본 실시예에서 제1 세퍼레이터 및 제2 세퍼레이터로 사용하였다. The separator prepared in Example 1 was used as a first separator and a second separator in this embodiment.

실시예 1에서 제조한 제1 세퍼레이터 및 실시예 2에 기재된 방식으로 제조된 양극 및 음극들을 스태킹(stacking) 방식을 이용하여 단위 셀들을 조립하였다.The unit cells were assembled by stacking the positive and negative electrodes fabricated in the first separator manufactured in Example 1 and the method described in Example 2.

이후, 상기 단위 셀들을 실시예 1에서 제조한 제2 세퍼레이터 상에 길이 방향으로 서로 이격되게 배치시키고, 접음 방식으로 권취하여 전극 조립체를 제조하였다. 이후 조립된 전극 조립체에 1M의 리튬헥사플로로포스페이트(LiPF6)이 용해된 에틸렌카보네이트/에틸메틸카보네이트 (EC/EMC=1:2, 부피비)계 전해액을 주입하여 리튬 이차전지를 제조하였다.
Then, the unit cells were arranged on the second separator prepared in Example 1 so as to be spaced apart from each other in the longitudinal direction, and wound in a folding manner to produce an electrode assembly. Then, an electrolyte solution of ethylene carbonate / ethylmethyl carbonate (EC / EMC = 1: 2, volume ratio) in which 1 M of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved was injected into the assembled electrode assembly to prepare a lithium secondary battery.

비교예Comparative Example 1 One

세퍼레이터 단부(권취 외각부)에 상변환 물질층 영역이 형성되지 않은 세퍼레이터를 사용한 점을 제외하고는, 상기 실시예 1 및 2와 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Examples 1 and 2 except that a separator in which no phase change material layer region was formed in the separator end (wound outer periphery) was used.

비교예Comparative Example 2 2

본 실시예는 세퍼레이터로 통상의 폴리에틸렌 다공성 필름을 사용하여 제작한 리튬이차전지 양태를 구현한 것이다. 즉, 폴레에틸렌 다공성 필름에 유기-무기 다공성 코팅층과 상변환 물질 둘다를 적용하지 않은 점을 제외하고 실시예 2와 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.
The present embodiment is an embodiment of a lithium secondary battery in which a conventional polyethylene porous film is used as a separator. That is, a lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 2, except that neither the organic-inorganic porous coating layer nor the phase-change material was applied to the porous polyethylene film.

비교예Comparative Example 3 3

본 비교예는 유기-무기 다공성 코팅층이 형성되지 않은 폴리에틸렌 다공성 필름의 일 단부 상에 상변환 물질을 담지한 캡슐을 적용하여 제조한 리튬이차전지 양태를 구현한 것이다.In this comparative example, a lithium secondary battery was manufactured by applying a capsule containing a phase change material on one end of a polyethylene porous film having no organic-inorganic porous coating layer formed thereon.

즉, Al2O3 분말을 사용하지 않되, 상기 제조된 상변환 물질을 담지하는 캡슐 200 중량부와 상기 제조된 바인더 고분자 용액 10 중량부를 이용한 점을 제외하고는 상기 실시예 2 및 3과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.
That is, in the same manner as in Examples 2 and 3 except that Al 2 O 3 powder was not used, 200 parts by weight of capsules carrying the phase change material prepared above and 10 parts by weight of the prepared binder polymer solution were used To prepare a lithium secondary battery.

시험예Test Example : : 세퍼레이터의Separator 물성 평가 결과 Results of physical property evaluation

상기 실시예 2, 3과 비교예 1, 2에서 제조된 리튬 이차전지의 셧 다운온도, 이때 리튬 이차전지에 사용된 세퍼레이터의 통기도, 녹는 점, 및 열량의 측정 결과를 하기 표 1에 기재하였다:The results of measurement of the shutdown temperature of the lithium secondary battery manufactured in Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 and 2, the air permeability of the separator used in the lithium secondary battery, the melting point, and the heat amount are shown in Table 1 below.

실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 사용된 분리막의 통기도(초/100ml)Air permeability of the membrane used (sec / 100ml) 800800 800800 300300 160160 10001000 상변환 물질의 녹는 점(℃)Melting point of phase-change material (℃) 8686 8686 -- -- 8989 상변환 물질의 열량(Kcal/g)The amount of heat of the phase change material (Kcal / g) 30~4030 to 40 30~4030 to 40 -- -- 90~10090-100 셧 다운 온도 (℃)Shutdown Temperature (℃) 90~10090-100 90~10090-100 120~130120 ~ 130 120~130120 ~ 130 90~10090-100

상기로부터, 실시예 2, 3에서 제조된 리튬이차전지의 셧 다운온도가 비교예 1, 2의 리튬이차전지에 비해 월등히 낮고, 실시예 2, 3의 상변환 물질이 비교예 3의 상변환 물질보다 낮은 열량에서 상변환됨을 확인할 수 있다. 따라서, 실시예 2, 3에서 제조된 리튬이차전지가 비교예 1 내지 3의 리튬이차전지에 비해 열 발생시 리튬 이온경로를 보다 확실하게 차단할 수 있어 전지 안전성 측면에서 우수하다. 또한, 내부 단락 등으로 이벤트가 발생하여 셀 내부의 온도가 상승할 때 상변환 물질이 상변이를 일으켜 발생한 열을 흡수하여 온도 상승을 일정 시간 지연시킬 수 있다.
From the above, it can be seen that the shutdown temperatures of the lithium secondary batteries produced in Examples 2 and 3 are much lower than those of the lithium secondary batteries of Comparative Examples 1 and 2, and the phase change materials of Examples 2 and 3 are the phase change materials of Comparative Example 3 It can be confirmed that the phase conversion is performed at a lower calorie value. Therefore, compared with the lithium secondary batteries of Comparative Examples 1 to 3, the lithium secondary batteries manufactured in Examples 2 and 3 can more reliably block the lithium ion path in the event of heat generation, which is superior in battery safety. In addition, when an internal event occurs in an internal short circuit, the phase change material causes a phase change when the temperature inside the cell rises, absorbing heat generated by the phase change material, thereby delaying the temperature rise for a predetermined time.

11: 흡열 물질
16: 다공성 유기-무기 코팅층 영역
17, 27: 상변환 물질
18: 상변환 물질층 영역
19: 접착층
20: 전극 조립체
21: 음극
22: 제1 세퍼레이터
23: 양극
24: 단위 셀
25: 제2 세퍼레이터의 상변환 물질층 영역
26: 제2 세퍼레이터
11: Endothermic material
16: Porous organic-inorganic coating layer region
17, 27: Phase change material
18: Phase change material layer region
19: Adhesive layer
20: electrode assembly
21: cathode
22: First separator
23: anode
24: Unit cell
25: phase-change material layer region of the second separator
26: Second separator

Claims (22)

제1 세퍼레이터와 상기 제1 세퍼레이터의 양측에 위치한 양극 및 음극을 각각 구비하는 복수의 단위 셀; 및 하나의 단위 셀의 음극과 다른 단위 셀의 양극이 대응되도록 적층된 복수의 단위 셀에서 인접된 각각의 단위 셀들 사이에 개재되어 각각의 단위 셀들을 감싸도록 배치된 스트립(strip) 형태의 제2 세퍼레이터를 구비하는 전기화학소자에 있어서,
상기 제1 세퍼레이터와 제2 세퍼레이터 각각이 기공들을 갖는 다공성 기재; 및 상기 다공성 기재의 적어도 일면에 형성되어 있으며, 무기물 입자들과 바인더 고분자의 혼합물을 포함하는 다공성 유기-무기 코팅층을 포함하고,
상기 제2 세퍼레이터의 다공성 유기-무기 코팅층의 단부의 적어도 일부가 상변환 물질을 더 포함하여 상변환 물질층 영역으로 형성되어 있으며,
상기 제2 세퍼레이터의 상변환 물질층 영역은 상기 적층된 복수의 단위 셀들의 중앙부에서 서로 인접하는 단위 셀들 사이에 개재되어 있는 전기화학소자.
A plurality of unit cells each having a first separator and an anode and a cathode disposed on both sides of the first separator; And a plurality of unit cells arranged in a plurality of unit cells stacked so that the cathodes of one unit cell and the anodes of the other unit cell correspond to each other, In an electrochemical device having a separator,
Wherein the first separator and the second separator each have pores; And a porous organic-inorganic coating layer formed on at least one surface of the porous substrate, the porous organic-inorganic coating layer including a mixture of inorganic particles and a binder polymer,
At least a part of an end of the porous organic-inorganic coating layer of the second separator is formed as a phase change material layer region further including a phase change material,
Wherein the phase change material layer region of the second separator is interposed between unit cells adjacent to each other at a central portion of the plurality of stacked unit cells.
양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터가 권취하여 이루어진 원통형 전기화학소자에 있어서,
상기 세퍼레이터가 기공들을 갖는 다공성 기재; 및 상기 다공성 기재의 적어도 일면에 형성되어 있으며, 무기물 입자들과 바인더 고분자의 혼합물을 포함하는 다공성 유기-무기 코팅층을 포함하고,
상기 다공성 유기-무기 코팅층 단부의 적어도 일부가 상변환 물질을 더 포함하여 상변환 물질층 영역으로 형성되어 있으며,
상기 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터의 권취시에 상기 상변환 물질층 영역이 최외곽부에 형성되는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
A cylindrical electrochemical device comprising a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode,
The separator comprising a porous substrate having pores; And a porous organic-inorganic coating layer formed on at least one surface of the porous substrate, the porous organic-inorganic coating layer including a mixture of inorganic particles and a binder polymer,
At least a portion of the end of the porous organic-inorganic coating layer is formed as a phase change material layer region further including a phase change material,
Wherein the phase change material layer region is formed at the outermost portion of the positive electrode, the negative electrode, and the separator interposed between the positive and negative electrodes.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 상변환 물질이 탄소수 11 내지 50개의 알칸, 폴리에틸렌 글리콜, 무기수화물, 유기산 및 당 알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the phase-change material is a mixture of one or more selected from the group consisting of alkanes having from 11 to 50 carbon atoms, polyethylene glycol, inorganic hydrates, organic acids, and sugar alcohols.
제3항에 있어서,
상기 상변환 물질이 불활성 물질로 이루어진 캡슐에 담지되어 있는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
The method of claim 3,
Wherein the phase-change material is supported on a capsule made of an inert material.
제4항에 있어서,
상기 불활성 물질이 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카프로락톤, 폴리우레탄, 젤라틴, 키토산, 셀룰로오스, 멜라민 수지, 요소 수지 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물 또는 코폴리머인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
5. The method of claim 4,
Wherein the inert material is one or two kinds selected from the group consisting of polyolefin, polystyrene, polyacrylate, polyamide, polyester, polycaprolactone, polyurethane, gelatin, chitosan, cellulose, melamine resin, urea resin and derivatives thereof Or a mixture or copolymer of the foregoing.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 상변환 물질층 영역에 열전도성 물질이 추가로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the phase change material layer region further comprises a thermally conductive material.
삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 다공성 기재가 폴리올레핀계 다공성 막 또는 부직포인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the porous substrate is a polyolefin porous film or a nonwoven fabric.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 다공성 기재가 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드로(polyphenylenesulfidro) 및 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 형성된 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the porous substrate is selected from the group consisting of high density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, ultra high molecular weight polyethylene, polypropylene polyethylene terephthalate, polybutyleneterephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenylenesulfroid and polyethylene naphthalene (polyethylenenaphthalene), or a mixture of two or more thereof.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 무기물 입자가 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the inorganic particles are selected from the group consisting of inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more, inorganic particles having a lithium ion transporting ability, and mixtures thereof.
제10항에 있어서,
상기 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자가 BaTiO3, Pb(Zrx,Ti1-x)O3 (PZT, 0<x<1), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT, 0<x<1, 0<y<1), (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMN-PT, 0<x<1), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, SiO2, Y2O3, Al2O3, SiC 및 TiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
11. The method of claim 10,
Wherein the inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more are BaTiO 3 , Pb (Zr x , Ti 1 -x ) O 3 (PZT, 0 <x <1), Pb 1 -x La x Zr 1 -y Ti y O 3 , 0 <x <1, 0 <y <1), (1-x) Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3-x PbTiO 3 (HfO 2 ), SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , SiO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiC and TiO 2 . And a mixture of two or more thereof.
제10항에 있어서,
상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자가 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트(LixAlyTiz(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 1, 0 < z < 3), (LiAlTiP)xOy 계열 글래스(0 < x < 4, 0 < y < 13), 리튬란탄티타네이트(LixLayTiO3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), 리튬게르마니움티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0 < x < 4, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 0 < w < 5), 리튬나이트라이드(LixNy, 0 < x < 4, 0 < y < 2), SiS2 (LixSiySz, 0 < x < 3, 0 < y < 2, 0 < z < 4) 계열 글래스 및 P2S5 (LixPySz, 0 < x < 3, 0 < y < 3, 0 < z < 7) 계열 글래스로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
11. The method of claim 10,
Wherein the inorganic particles having lithium ion transferring ability are lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium titanium phosphate (Li x Ti y (PO 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y <3), lithium aluminum titanium phosphate (Li x Al y Ti z ( PO 4) 3, 0 <x <2, 0 <y <1, 0 <z <3), (LiAlTiP) x O y series glass (0 <x <4, 0 <y <13), lithium lanthanum titanate (Li x La y TiO 3 , 0 <x <2, 0 <y <3), lithium germanium thiophosphate (Li x Ge y P z S w , , 0 <y <1, 0 <z <1, 0 <w <5), lithium nitrides (Li x N y, 0 < x <4, 0 <y <2), SiS 2 (Li x Si y S z, 0 <x <3, 0 <y <2, 0 <z <4) based glass, and P 2 S 5 (Li x P y S z, 0 <x <3, 0 <y <3, 0 <z &Lt; 7) -glass, or a mixture of two or more thereof.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 바인더 고분자가 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸플루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 플루란 (pullulan) 및 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the binder polymer is selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-co-trichlorethylene, polymethylmethacrylate, Polybutylene terephthalate, polybutyl acrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, polyethylene-co-vinyl acetate, polyethylene oxide (polyethylene) oxide, polyarylate, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpyrrolidone, Polyvinyl alcohol (cyanoethylpolyviny a mixture of two or more selected from the group consisting of lanolin, lanolin, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, pullulan, and carboxyl methyl cellulose. Characterized in that the electrochemical device.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 무기물 입자 100 중량부 기준으로 상기 바인더 고분자의 함량이 1 내지 50 중량부인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the content of the binder polymer is 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the inorganic particles.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 상변환 물질층 영역이 무기물 입자와 바인더 고분자의 총합 100 중량부에 대하여 10 내지 400 중량부의 상변환 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the phase change material layer region comprises 10 to 400 parts by weight of a phase change material based on 100 parts by weight of the total of the inorganic particles and the binder polymer.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 상변환 물질층 영역의 형성 면적이 다공성 기재의 총 표면적의 1 내지 20 %인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the area of the phase change material layer region is 1 to 20% of the total surface area of the porous substrate.
삭제delete 삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전기화학소자가 리튬이차전지인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the electrochemical device is a lithium secondary battery.
삭제delete 삭제delete 삭제delete
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