KR101522373B1 - Method of preparing separator, separator produced by the method, and electrochemical device comprising the separator - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분리막의 제조방법, 이 방법에 의하여 제조된 분리막, 및 이 분리막을 구비하는 전기화학 소자에 관한 것이고, 구체적으로는 기공형성제의 추출 공정에서 용매 중의 기공형성제의 농도를 일정 범위로 유지하는 분리막의 제조방법, 이 방법에 의하여 제조된 분리막, 및 이 분리막을 구비하는 전기화학 소자에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 고분자 입자를 기공형성제와 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계, 상기 혼합물을 압출기를 통하여 압출시켜 압출 시트를 형성하는 단계, 상기 압출 시트를 연신하여 막을 형성하는 단계, 하나 이상의 추출조에서 용매를 사용하여 상기 형성된 막으로부터 기공형성제를 제거하되, 상기 용매 중의 기공형성제의 농도를 0.3중량% 이하로 유지하는 단계, 및 상기 기공형성제-제거된 막을 열 고정시켜 다공성 분리막을 형성하는 단계를 포함하는 분리막의 제조방법이 제공된다. 본 발명에 따르면, 내열성 저하, 기공 폐쇄 및 두께 감소의 문제점을 갖지 않고서 우수한 기공도 및 통기도를 갖는 분리막이 제조될 수 있다.The present invention relates to a method for producing a separator, a separator prepared by the method, and an electrochemical device having the separator. More particularly, the present invention relates to an electrochemical device comprising a pore- A separation membrane produced by the method, and an electrochemical device including the separation membrane. According to an aspect of the present invention, there is provided a method for producing a polymer electrolyte membrane, comprising the steps of preparing a mixture by mixing polymer particles with a pore-forming agent, extruding the mixture through an extruder to form an extruded sheet, Removing the pore-forming agent from the formed membrane using a solvent in the extraction vessel, maintaining the pore-forming agent concentration in the solvent at 0.3 wt% or less, and thermally securing the pore- And forming a separation membrane. INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a separation membrane having excellent porosity and air permeability can be produced without problems of heat resistance, pore closure and thickness reduction.

Description

분리막의 제조방법, 이 방법에 의하여 제조된 분리막, 및 이 분리막을 구비하는 전기화학 소자{Method of preparing separator, separator produced by the method, and electrochemical device comprising the separator}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a separator, a separator manufactured by the method, and an electrochemical device including the separator,

본 발명은 분리막의 제조방법, 이 방법에 의하여 제조된 분리막, 및 이 분리막을 구비하는 전기화학 소자에 관한 것이고, 구체적으로는 기공형성제의 추출 공정에서 용매 중의 기공형성제의 농도를 일정 범위로 유지하는 분리막의 제조방법, 이 방법에 의하여 제조된 분리막, 및 이 분리막을 구비하는 전기화학 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a separator, a separator prepared by the method, and an electrochemical device having the separator. More particularly, the present invention relates to an electrochemical device comprising a pore- A separation membrane produced by the method, and an electrochemical device including the separation membrane.

이차전지는 전기화학 반응을 이용해 충전과 방전을 연속적으로 반복하여 반영구적으로 사용할 수 있는 화학 전지로서 납축 전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지 및 리튬 이차전지 등으로 구분된다. 이 중에서, 리튬 이차전지는 다른 전지들에 비하여 높은 전압 및 에너지 밀도 특성이 우수하여 이차전지 시장을 주도하고 있으며, 전해질의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 이차전지, 및 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 고분자 이차전지로 구분된다.A secondary battery is classified into a lead acid battery, a nickel-cadmium battery, a nickel-hydrogen battery, and a lithium secondary battery, which can be used semi-permanently by continuously repeating charging and discharging using an electrochemical reaction. Among them, lithium secondary batteries are superior to other batteries in terms of high voltage and energy density characteristics, leading the secondary battery market. Depending on the types of electrolytes, lithium ion secondary batteries using liquid electrolytes and solid electrolytes Lithium-ion polymer secondary battery.

리튬 이차전지는 양극, 음극, 전해질 및 분리막으로 구성되며, 이 중에서 분리막의 요구 특성은 양극과 음극을 분리하여 전기적으로 절연시키면서도 높은 기공도(porosity)를 바탕으로 리튬 이온의 투과도(permeability, 통기도)를 높여 이온전도도를 높이는 것이다. 일반적으로 사용되고 있는 분리막의 고분자 기재로는 기공 형성에 유리하고 내화학성, 기계적 물성 및 열적 특성이 우수한 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등과 같은 폴리올레핀계 물질이 주로 사용되고 있다.The lithium secondary battery is composed of an anode, a cathode, an electrolyte, and a separator. Among them, separator is required to separate and electrically isolate an anode and a cathode, and has high permeability (permeability) of lithium ion based on high porosity. To increase the ionic conductivity. Polyolefin-based materials, such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP), which are advantageous for pore formation and have excellent chemical resistance, mechanical properties, and thermal properties, are mainly used as the polymer substrate of a membrane which is generally used.

리튬 이차전지용 분리막의 요구 특성으로는 우수한 통기도, 낮은 열 수축, 높은 천공강도 등이 있으나, 고용량 및 고출력 전지로의 발전으로 인해 계속적으로 우수한 통기도가 요구되고 있다. 현재, 폴리올레핀으로부터 다공성 분리막을 제조하기 위하여, 폴리올레핀과 기공형성제를 고온에서 혼합하고, 압출하고, 연신한 후, 기공 형성을 위해 기공형성제를 추출하여 다공성 분리막을 만드는 습식법이 널리 사용되고 있다. 이러한 습식법을 통해 제조되는 분리막에서 통기도 물성을 향상시키기 위해 기공형성제(예컨대, 희석제, 가소제 등)의 양을 늘리는 방법이 사용되어 왔으나, 이는 분리막의 강도를 떨어뜨리는 한계가 존재하였다.Desirable characteristics of the separator for a lithium secondary battery include excellent air permeability, low heat shrinkage, and high puncture strength. However, due to the development of a high capacity and high output cell, continuous air permeability is required. At present, in order to produce a porous separator from a polyolefin, a wet process is widely used in which a polyolefin and a pore-forming agent are mixed at a high temperature, extruded, stretched, and then a pore-forming agent is extracted to form a porous separator. A method of increasing the amount of pore-forming agent (for example, diluent, plasticizer, etc.) in order to improve air permeability in a separation membrane produced by such a wet method has been used, but there is a limit to lower the strength of the separation membrane.

본 발명은, 분리막의 제조 조건의 제어를 통해, 기공의 폐쇄 및 두께 감소의 문제점을 갖지 않고서 분리막의 기공도 및 통기도를 향상시키는 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention aims to provide a method for improving porosity and air permeability of a separation membrane without the problem of closure and thickness reduction of pores through control of production conditions of the separation membrane.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 고분자 입자를 기공형성제와 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계, 상기 혼합물을 압출기를 통하여 압출시켜 압출 시트를 형성하는 단계, 상기 압출 시트를 연신하여 막을 형성하는 단계, 하나 이상의 추출조에서 용매를 사용하여 상기 형성된 막으로부터 기공형성제를 제거하되, 상기 용매 중의 기공형성제의 농도를 0.3중량% 이하로 유지하는 단계, 및 상기 기공형성제-제거된 막을 열 고정시켜 다공성 분리막을 형성하는 단계를 포함하는 분리막의 제조방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of preparing a polymer composition, comprising the steps of preparing a mixture by mixing polymer particles with a pore-forming agent, extruding the mixture through an extruder to form an extrusion sheet, Removing the pore-former from the formed film using a solvent in one or more extraction tanks, maintaining the concentration of the pore-forming agent in the solvent at 0.3 wt% or less, and removing the pore- And thermally fixing the removed membrane to form a porous separation membrane.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 고분자 입자는 폴리올레핀계 물질일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the polymer particles may be a polyolefin-based material.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 기공형성제는 지방족 탄화수소계 용매, 식물성 기름 및 가소제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 것일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the pore-forming agent may be at least one selected from the group consisting of an aliphatic hydrocarbon-based solvent, vegetable oil, and a plasticizer.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 고분자 입자와 상기 기공형성제의 혼합 단계에서, 최종 혼합물 100중량%를 기준으로 하여, 상기 혼합물은 상기 고분자 입자 20 내지 50중량% 및 상기 기공형성제 50 내지 80중량%를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, in the mixing step of the polymer particles and the pore-forming agent, based on 100% by weight of the final mixture, the mixture comprises 20 to 50% by weight of the polymer particles and 50 to 50% 80% by weight.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 막의 형성 단계에서, 일축 또는 이축 연신할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, in the step of forming the film, uniaxial or biaxial stretching can be carried out.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 기공형성제의 제거 단계 후, 순수한 용매로 기공형성제를 추가로 추출 제거할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, after the step of removing the pore-forming agent, the pore-forming agent may be further extracted and removed with a pure solvent.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 기공형성제의 제거 단계에서, 상기 용매 중의 기공형성제의 농도는 0.06중량% 이하가 되도록 유지할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 기공형성제의 제거 단계 후, 순수한 용매로 기공형성제를 추가로 추출 제거할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, in the step of removing the pore-forming agent, the concentration of the pore-forming agent in the solvent may be maintained to be 0.06% by weight or less. According to another embodiment of the present invention, after the step of removing the pore-forming agent, the pore-forming agent may be further extracted and removed with a pure solvent.

본 발명에 따르면, 내열성 저하, 기공 폐쇄 및 두께 감소의 문제점을 갖지 않고서 우수한 기공도 및 통기도를 갖는 분리막이 제조될 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a separation membrane having excellent porosity and air permeability can be produced without problems of heat resistance, pore closure and thickness reduction.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 잘 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따른 분리막의 제조를 위한 공정 흐름도이다.
도 2는 메틸렌 다이클로라이드(methylene dichloride, MC) 중의 액체 파라핀(liquid paraffin, LP) 농도 변화에 따른 기공도 및 통기도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 실시예 1의 시료의 SEM 사진이다.
도 4는 비교예 1의 시료의 SEM 사진이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given above, serve to better understand the spirit of the invention. And should not be construed as limiting.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a process flow diagram for the preparation of a separation membrane according to one embodiment of the present invention.
2 is a graph showing changes in porosity and air permeability according to changes in liquid paraffin (LP) concentration in methylene dichloride (MC).
3 is a SEM photograph of the sample of Example 1. Fig.
4 is an SEM photograph of the sample of Comparative Example 1. Fig.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시양태에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물 및 변형예가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms used in the specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may properly define the concept of a term to describe its invention in its best possible way And should be construed in accordance with the principles and meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the constitution shown in the embodiments described herein is the most preferable embodiment of the present invention and does not represent all the technical ideas of the present invention, so that various equivalents It should be understood that water and variations may be present.

본 발명의 일 측면에 따라, 분리막의 제조방법에서 추출 단계에서 용매 중의 기공형성제의 농도를 특정 범위 내로 유지시킨다. 본 발명의 일 측면에 따른 분리막의 제조방법은 (S1) 혼합물의 준비 단계, (S2) 압출 시트의 형성 단계, (S3) 막의 형성 단계, (S4) 기공형성제 농도의 유지 단계 및 (S5) 다공성 분리막의 형성 단계를 포함한다. 도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따른 분리막의 제조를 위한 공정 흐름도이다. 구체적으로, 도 1을 참고하여 살펴보면 다음과 같다.According to one aspect of the present invention, the concentration of the pore-forming agent in the solvent is maintained within a specified range in the extraction step in the process for preparing the separation membrane. The method for producing a separator according to an aspect of the present invention comprises the steps of (S1) preparing a mixture, (S2) forming an extruded sheet, (S3) forming a film, (S4) And forming a porous separation membrane. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a process flow diagram for the preparation of a separation membrane according to one embodiment of the present invention. Specifically, referring to FIG. 1, it is as follows.

S1 단계에서, 고분자 입자는 원하는 분리막에 따라 상기 고분자의 종류를 선택하고, 이렇게 선택된 고분자 입자는 기공형성제와 혼합하여 혼합물을 준비한다.In step S1, the kind of the polymer is selected according to a desired separation membrane, and the polymer particles thus selected are mixed with a pore-forming agent to prepare a mixture.

본 발명에 사용하는 고분자 입자는 예컨대 이차전지의 양극과 음극 사이에 마련되어 절연 상태를 유지함으로써 단락을 방지하는 분리막의 원료 물질 입자로서 비제한적으로는 폴리올레핀계 고분자 입자일 수 있다. 상기 폴리올레핀계 고분자의 예로는 폴리에틸렌, 예컨대 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 또는 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐 등으로부터 선택되는 1종, 또는 이들 중 2종 이상의 조합물이 있으며 이에 국한되지 않는다.The polymer particles used in the present invention may be polyolefin-based polymer particles, for example, as raw material particles of a separation membrane that is provided between an anode and a cathode of a secondary battery to maintain an insulation state to prevent short-circuiting. Examples of the polyolefin-based polymer include polyethylene, such as high density polyethylene, linear low density polyethylene, low density polyethylene, ultrahigh molecular weight polyethylene, polypropylene, polybutylene and polypentene, or a combination of two or more thereof But is not limited thereto.

본 발명에 사용하는 기공형성제는 고분자 입자 내에 분산되고, 압출, 연신 등을 거치면서 제조된 막의 이형성(heterogeneity)을 나타내며, 추후 이러한 막으로부터 제거되는 물질이다. 따라서, 막의 고분자 중에 기공형성제가 위치한 부위는 기공의 형태로 남게 된다. 기공형성제는 압출 과정에서 바람직하게는 액체인 물질이지만 고체 상태를 유지하는 물질이 사용될 수도 있다. The pore-forming agent used in the present invention is a material which is dispersed in polymer particles and exhibits a heterogeneity of a film produced through extrusion, drawing and the like, and is subsequently removed from such a film. Therefore, the site where the pore-forming agent is located in the polymer of the membrane remains in the form of pores. The pore former is preferably a liquid material in the extrusion process, but a material that maintains a solid state may be used.

상기 기공형성제는 액체 파라핀, 파라핀 오일, 광유 또는 파라핀 왁스 등과 같은 지방족 탄화수소계 용매; 대두유, 해바라기기름, 유채기름, 팜유, 야자유, 코코넛유, 옥수수기름, 포도씨유, 면실유 등과 같은 식물성 기름; 또는 다이알킬 프탈레이트 등과 같은 가소제일 수 있다. 특히, 상기 가소제는 다이-2-에틸헥실 프탈레이트(di-2-ethylhexyl phthalate, DOP), 다이-부틸-프탈레이트(di-butyl-phthalate, DBP), 다이-이소노닐 프탈레이트(di-isononyl phthalate, DINP), 다이-이소데실 프탈레이트(di-isodecyl phthalate, DIDP), 부틸 벤질 프탈레이트(butyl benzyl phthalate, BBP) 등일 수 있다. 이들 중에서도 특히 액체 파라핀(LP, “액상 파라핀”으로도 칭함)이 바람직하다.The pore-forming agent may be an aliphatic hydrocarbon-based solvent such as liquid paraffin, paraffin oil, mineral oil or paraffin wax; Vegetable oils such as soybean oil, sunflower oil, rapeseed oil, palm oil, palm oil, coconut oil, corn oil, grape seed oil, cotton seed oil and the like; Or a plasticizer such as a dialkyl phthalate. In particular, the plasticizer is selected from the group consisting of di-2-ethylhexyl phthalate (DOP), di-butyl phthalate (DBP), di- isononyl phthalate Di-isodecyl phthalate (DIDP), butyl benzyl phthalate (BBP), and the like. Of these, liquid paraffin (LP, also referred to as " liquid paraffin ") is particularly preferable.

또한, 이러한 기공형성제의 함량은 고분자 입자와 기공형성제의 총량에 기초하여 50 내지 80중량%일 수 있다. 이 한정된 범위 내에 기공형성제의 함량이 속하면, 분리막 내에 기공이 원하는 범위, 예컨대 기공도 약 38% 이상 및/또는 두께 20㎛의 통기도 약 400초/100cc 이하로 생성된다. S2 단계에서, 상기 S1 단계에서 형성된 혼합물은 압출기를 통하여 압출한다. 상기 압출기는 이축 압출기일 수 있으며, 압출 공정의 온도는 대략 160 내지 240℃일 수 있다. 이러한 압출 공정을 통하여 압출 시트가 형성된다.In addition, the content of the pore-former may be 50 to 80% by weight based on the total amount of the polymer particles and the pore-forming agent. When the content of the pore-forming agent falls within this limited range, pores are produced in a desired range, for example, a pore size of about 38% or more and / or a pore size of about 20 m or less, about 400 sec / 100 cc or less. In step S2, the mixture formed in step S1 is extruded through an extruder. The extruder may be a twin-screw extruder and the temperature of the extrusion process may be approximately 160 to 240 ° C. Through this extrusion process, an extruded sheet is formed.

S3 단계에서, 상기 S2 단계에서 형성된 압출 시트는 연신 공정에 가해진다. 이러한 연신 공정에 의해 향상된 기계적 강도를 갖는 연신된 막이 형성하게 된다.In step S3, the extruded sheet formed in step S2 is subjected to the stretching step. This stretching process results in the formation of a stretched film having improved mechanical strength.

연신 공정은 종방향(machine direction(MD), 기계방향, 길이방향) 및/또는 횡방향(transverse direction(TD), 수직방향)으로 실시된다. 이들 모든 또는 이들 중 하나의 방향으로의 연신 공정에 의해 해당 연신 방향으로의 인장 강도가 높아진다. 필요에 따라, 본 발명의 분리막은 연신 공정에서 종방향(MD) 연신 및/또는 횡방향(TD) 연신을 단독으로(예컨대, 일축 연신), 동시에 또는 순차적으로(예컨대, 이축 연신) 실행될 수 있다.The stretching process is carried out in machine direction (MD), machine direction, longitudinal direction) and / or transverse direction (TD), vertical direction. The tensile strength in the stretching direction is increased by the stretching process in all of these, or one of them. If desired, the separator of the present invention can be subjected to longitudinal (MD) stretching and / or transverse (TD) stretching alone (e.g., uniaxially stretching), simultaneously or sequentially (e.g., biaxially stretching) .

S4 단계에서, 상기 S3 단계에서 연신된 막으로부터 기공형성제를 제거한다. 이러한 제거는 용매를 사용하여 달성될 수 있다. 구체적으로, 상기 연신된 막 내에 존재하는 기공형성제는 예컨대 사용되는 하나 이상의 추출조에서 용매를 사용하여 추출 및 건조시킴으로써 제거된다. 또한, 이러한 제거를 통하여 기공형성제가 차지하던 공간이 기공으로서 형성하게 된다.In step S4, the pore forming agent is removed from the stretched film in step S3. This removal can be accomplished using a solvent. Specifically, the pore-former present in the stretched film is removed, for example, by extraction and drying with a solvent in one or more extraction tanks used. In addition, through this removal, the space occupied by the pore former is formed as pores.

추출 공정에서, 당업계에는 통상적으로 여러 개의 조(bath)(즉, 추출조)를 순차적으로 또는 배치식으로 위치시키고, 이 추출조 내에 용매를 충전시킨다. 그 다음, 앞서 제조된 막을 다양한 방식으로 침지시킴으로써 용매가 기공형성제를 용해시켜 추출하게 된다. 그러나, 통상적으로 여러 개의 추출조를 사용하는 경우, 상기 추출조에 사용된 용매는 재사용을 위해 회수될 수 있다. 이러한 경우, 추출조 내에 존재하는 재사용된 용매 중에 용해되어 있는 기공형성제의 농도는 기공형성제의 제거 공정에서 기공형성제의 제거 효율에 크게 영향을 미칠 수 있다. 일반적으로, 재사용되는 추출조 내의 용매 중 기공형성제의 농도는 대략 2 내지 3중량%로 존재한다.In the extraction process, a number of baths (i.e., extraction baths) are ordinarily or batchwise positioned in the art and the solvent is filled in the extraction baths. The solvent is then extracted by dissolving the pore-forming agent by immersing the previously prepared membrane in various ways. However, if multiple extraction tanks are typically used, the solvent used in the extraction tanks may be recovered for reuse. In this case, the concentration of the pore-former dissolved in the re-used solvent present in the extraction vessel can greatly affect the removal efficiency of the pore-former in the pore-forming agent removal process. Generally, the concentration of the pore-former in the solvent in the re-used extraction vessel is present in the range of about 2 to 3% by weight.

따라서, 용매 중의 기공형성제의 농도는 일정 수치 이하로 유지되는 것이 유리하다는 것을 발견하였으며, 이러한 발견에 따라 본 발명의 일 실시양태에서는 이러한 농도를 0.3중량% 이하로 유지시킨다. 잔류하는 기공형성제가 0.3중량%를 초과하면 생성되는 막의 물성이 저하되고 막의 통기도가 감소한다. 또한, 이러한 농도는 0.06중량% 이하로 유지되는 것이 더욱 바람직하다.Thus, it has been found that the concentration of pore-forming agent in the solvent is advantageously kept below a certain value, and in accordance with this finding, this embodiment maintains this concentration below 0.3% by weight. If the residual pore-forming agent exceeds 0.3% by weight, physical properties of the resultant film are lowered and the permeability of the film is decreased. Further, it is more preferable that such a concentration is maintained at 0.06 wt% or less.

도 2는 메틸렌 다이클로라이드(MC) 중의 액체 파라핀(LP) 농도 변화에 따른 기공도 및 통기도의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 2를 참고하면, 기공도는 메틸렌 다이클로라이드(MC) 중의 액체 파라핀(LP) 농도가 약 0.0중량%인 경우 약 50%이고, 약 0.2중량%의 경우 약 40%이고, 그리고 약 0.50중량%의 경우 약 30%로 대체적으로 감소하였다. 그리고, 상기 농도는 0.6중량%를 초과하는 범위에서는 대략 20%로 감소하고 있다. 또한, 통기도(N. permeability)의 값은, 두께 20㎛를 기준으로 하여, 메틸렌 다이클로라이드(MC) 중의 액체 파라핀(LP) 농도가 약 0.0중량%인 경우 약 200s/100cc이고, 약 0.2중량%의 경우 약 300s/100cc이고, 그리고 약 0.50중량%의 경우 약 500s/100cc로 대체적으로 증가하였다. 또한, 0.6중량%를 초과하는 범위에서는 급격하게 증가하고 있다. 2 is a graph showing changes in porosity and air permeability according to changes in liquid paraffin (LP) concentration in methylene dichloride (MC). Referring to Figure 2, the porosity is about 50% for a liquid paraffin (LP) concentration in methylene dichloride (MC) of about 0.0 wt%, about 40% for about 0.2 wt%, and about 0.50 wt% , And 30%, respectively. The concentration is reduced to approximately 20% in the range exceeding 0.6% by weight. The value of the N permeability is about 200 s / 100 cc when the liquid paraffin (LP) concentration in methylene dichloride (MC) is about 0.0 wt%, about 0.2 wt% 100 cc, and in the case of about 0.50 weight%, it increased to about 500 s / 100 cc. In addition, when the content exceeds 0.6% by weight, the content thereof is rapidly increasing.

본원에서 사용되는 통기도(permeability)는 두께 20㎛의 분리막에 대하여 공기 100cc가 통과하는 시간(예컨대, 초(second))을 지칭하고, 분리막을 관통하는 전해질의 속도를 대변하는 수치로서 일정 양의 전해질 중의 이온이 분리막을 관통하여 양 전극에 도달되는 빠르기 정도, 즉 전지 성능 중에서 C-Rate(또는 방전속도)를 대표하는 것이며, s/100cc의 단위로서 표시한다. 한편, 본원에서 사용되는 통기도(N. permeability)는 두께 20㎛로 보정한 분리막에 대한 통기도를 지칭하여 N을 추가로 표시하였으며, 해당 식은 아래와 같다:The permeability used herein refers to the time (e.g., seconds) through which 100 cc of air passes through the separation membrane with a thickness of 20 mu m and is a value representing the velocity of the electrolyte passing through the separation membrane, (Or discharge rate) in the cell performance, that is, the rate at which ions in the separator reach the both electrodes through the separation membrane, that is, expressed as a unit of s / 100cc. In the meantime, the N permeability used herein refers to the air permeability of the separation membrane corrected to a thickness of 20 탆, and further N is represented by the following formula:

통기도(N. permeability)=통기도(permeability) x 20㎛/두께N. permeability = permeability x 20 μm / thickness

본 발명에서 사용 가능한 용매로는 특별히 한정되지 않고 압출에 사용된 기공형성제를 추출해 낼 수 있는 어떤 용매도 사용 가능하지만, 바람직하게는 추출 효율이 높고 건조가 빠른 메틸 에틸 케톤, 메틸렌 클로라이드(methylene chloride), 헥산 등이 적당하다. The solvent usable in the present invention is not particularly limited and any solvent capable of extracting the pore forming agent used for extrusion can be used. Preferably, however, methyl ethyl ketone, methylene chloride ), Hexane and the like are suitable.

추출 방법은 침적(immersion) 방법, 용매 스프레이(solvent spray) 방법, 초음파(ultrasonic) 방법 등 일반적인 모든 용매 추출 방법이 각각 혹은 조합적으로 사용될 수 있다. 바람직하게는, 용매는 메틸렌 클로라이드, 예컨대 메틸렌 다이클로라이드(methylene dichloride, MC)일 수 있다.The extraction method can be used in combination with all common solvent extraction methods such as immersion method, solvent spray method, ultrasonic method and the like. Preferably, the solvent may be methylene chloride, such as methylene dichloride (MC).

본 발명의 다른 실시양태에서, 상기 기공형성제의 제거 단계 후, 순수한 용매로 추가로 추출함으로써 잔존하는 기공형성제를 더 제거할 수 있다. 이러한 추가 제거 단계의 경우, 용매 중의 기공형성제의 농도는 0.06중량% 이하로 유지된다. 이와 같은 제거 단계의 부가로 인해, 최종 생성되는 분리막의 물성, 기공도 및 통기도를 더욱 향상시킬 수 있다.In another embodiment of the present invention, after the step of removing the pore-forming agent, the remaining pore-forming agent may be further removed by further extraction with a pure solvent. For this additional removal step, the concentration of pore-forming agent in the solvent is maintained at 0.06 wt% or less. Due to the addition of the removal step, the physical properties, porosity and air permeability of the finally produced separation membrane can be further improved.

S5 단계에서, 상기 S4 단계에서 기공형성제-제거된 막은 열 처리함으로써 열 고정시킨다. 이러한 열 고정에 의해 다공성 분리막이 형성하게 된다.In step S5, the pore former-removed film in step S4 is heat-set by heat treatment. This heat fixation results in the formation of a porous separation membrane.

기공형성제-제거된 막은 최종적으로 목적하는 기공도와 통기도를 갖는 분리막을 수득하기 위하여 열 고정시킨다. 특히, 앞선 공정에 의해 하나 이상의 추출조에서 기공형성제가 추출된 막, 예컨대 건조되어 기공형성제가 제거된 막은 최종적으로 잔류하는 응력을 제거함으로써 최종 막의 수축률을 감소시키기 위해 열 고정을 거친다.The pore former-removed membrane is finally heat set to obtain a membrane having the desired porosity and air permeability. In particular, the membrane from which the pore former has been extracted in one or more extraction tanks, e. G., The dried and pore-former removed film, is heat set to reduce the final film shrinkage by removing residual stresses.

열 고정은 사용되는 고분자의 용융점 이하의 온도에서 장력을 받은 상태 그대로 일정 시간 동안 막을 고정시키고, 열을 가함으로써 수축하려는 막을 강제로 잡아주어 잔류하는 응력을 제거하는 것이다. 열 고정은 높은 온도가 수축률을 낮추는 것에는 유리하지만, 너무 높을 경우에는 막이 부분적으로 녹으므로 형성된 기공이 막혀 통기도가 저하된다. 이러한 열 고정 온도는 예컨대 약 110 내지 약 135℃ 일 수 있다.The heat fixation is to fix the membrane for a certain period of time in the state of being subjected to the tension at the temperature below the melting point of the polymer to be used and to force the membrane to be shrunk by applying heat to remove the residual stress. Heat setting is advantageous for lowering the shrinkage rate at a high temperature, but if it is too high, the membrane is partially melted. Such a heat setting temperature may be, for example, about 110 to about 135 캜.

이와 같이 제조된 본 발명의 일 측면에 따른 분리막은 전기화학 소자의 분리막, 즉 양극과 음극 사이에 개재시킨 분리막으로서 유용하게 사용될 수 있다.The separator according to one aspect of the present invention thus manufactured can be usefully used as a separation membrane of an electrochemical device, that is, a separator interposed between an anode and a cathode.

본 발명의 일 측면에 따른 전기화학 소자는 전기화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구체적인 예를 들면, 모든 종류의 일차전지, 이차전지, 연료전지, 태양전지 또는 수퍼 캐패시터 소자와 같은 캐패시터(capacitor) 등이 있다. 특히, 상기 이차전지 중 리튬 금속 이차전지, 리튬 이온 이차전지, 리튬 폴리머 이차전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차전지 등을 포함하는 리튬 이차전지가 포함될 수 있다.The electrochemical device according to one aspect of the present invention includes all devices that perform an electrochemical reaction, and specific examples thereof include capacitors such as all types of primary cells, secondary cells, fuel cells, solar cells, or super capacitor devices ). In particular, a lithium secondary battery including a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, or a lithium ion polymer secondary battery may be included in the secondary battery.

본 발명의 일 측면에 따른 분리막과 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 전기화학 소자의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들을 조합한 리튬복합산화물을 사용할 수 있다. 음극활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학 소자의 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 사용 가능하다. 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 applied together with the separator according to an aspect of the present invention is not particularly limited, and the electrode active material 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 can be used. 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 발명의 일 측면에 따른 전기화학 소자에서 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 (g-부티로락톤) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 또는 해리된 것이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The electrolytic solution which can be used in the electrochemical device according to one aspect of the present invention is a salt having a structure such as A + B - , wherein A + is an alkali metal cation such as Li + , Na + , K + And B - is a metal ion such as PF 6 - , BF 4 - , Cl - , Br - , I - , ClO 4 - , AsF 6 - , CH 3 CO 2 - , CF 3 SO 3 - , N (CF 3 SO 2 ) 2 -, C (CF 2 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 ), Dimethyl carbonate (DPC), dimethylsulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethyl carbonate (G-butyrolactone), or a mixture thereof. However, it is not limited thereto. It is not.

상기 전해액 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전지 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 전지조립 전 또는 전지조립 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.

본 발명의 일 측면에 따른 분리막을 전지로 적용하는 공정으로는 일반적인 공정인 권취(winding) 이외에도 분리막과 전극의 적층(lamination, stack) 및 접음(folding) 공정이 가능하다.As a process for applying a separator according to an aspect of the present invention to a battery, a lamination, stacking and folding process of a separator and an electrode can be performed in addition to a conventional winding process.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 명확하고 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. 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 above-described embodiments. The embodiments of the present invention are provided so that those skilled in the art can explain the present invention more clearly and completely.

[실시예 1][Example 1]

사용되는 고분자 입자 출발물질은 고밀도 폴리에틸렌으로서 중량평균분자량 50만 및 용융 온도 135℃이다. 또한, 사용되는 기공형성제는 액체 파라핀(LP)으로서 40℃에서의 동점도가 40cSt이다. 상기 폴리에틸렌과 기공형성제의 각 함량 비율은 30중량% 및 70중량%이다.The polymer particle starting material used is high-density polyethylene having a weight average molecular weight of 500,000 and a melting temperature of 135 占 폚. The pore former used is liquid paraffin (LP) having a kinematic viscosity at 40 DEG C of 40 cSt. The content ratio of the polyethylene and the pore-forming agent is 30 wt% and 70 wt%, respectively.

상기 두 성분의 혼합물을 이축 압출기를 이용하여 220℃에서 압출하여 압출물을 수득하고, 수득된 압출물을 T-다이를 통과시킨 후, 냉각 롤을 통과시켜 압출 시트를 제조한다. 제조된 압출 시트의 용융 온도는 118℃이다. 상기 압출 시트는 이축 연신기를 이용하여 종방향으로 6배 연신하고 횡방향으로 7배 연신하였다. 종방향 연신 온도는 115℃이고, 횡방향 연신 온도는 123℃이다. 상기 연신된 시트에서, 용매로서 순수한 메틸렌 다이클로라이드(MC)를 사용하여 액체 파라핀(LP)을 제거하고, 128℃에서 30초간 열 고정시켜서 최종 분리막을 수득하였다. 수득된 분리막의 물성 값들은 하기 표 1에 제시하였다. 실시예 1의 시료의 SEM 사진을 도 3에 제시한다.The mixture of the two components is extruded at 220 DEG C using a twin-screw extruder to obtain an extrudate. The resulting extrudate is passed through a T-die and then passed through a cooling roll to produce an extruded sheet. The melt temperature of the extruded sheet produced is 118 캜. The extruded sheet was stretched 6 times in the longitudinal direction and 7 times in the transverse direction using a biaxial stretching machine. The longitudinal drawing temperature is 115 캜, and the transverse drawing temperature is 123 캜. In the stretched sheet, liquid paraffin (LP) was removed using pure methylene dichloride (MC) as a solvent, and heat set at 128 DEG C for 30 seconds to obtain a final separator. The physical properties of the obtained membranes are shown in Table 1 below. An SEM photograph of the sample of Example 1 is shown in Fig.

[실시예 2][Example 2]

실시예 1과 동일한 조건으로 분리막을 제조하되, 단 메틸렌 다이클로라이드(MC) 중의 액체 파라핀(LP)의 농도가 0.06중량%이도록 연신된 시트로부터 액체 파라핀(LP)을 제거하였다. 수득된 분리막의 물성 값들은 하기 표 1에 제시하였다.A separator was prepared under the same conditions as in Example 1 except that liquid paraffin (LP) was removed from the stretched sheet such that the concentration of liquid paraffin (LP) in methylene dichloride (MC) was 0.06 wt%. The physical properties of the obtained membranes are shown in Table 1 below.

[실시예 3][Example 3]

실시예 1과 동일한 조건으로 분리막을 제조하되, 단 메틸렌 다이클로라이드(MC) 중의 액체 파라핀(LP)의 농도가 0.06중량%이도록 연신된 시트로부터 액체 파라핀(LP)을 제거한 후, 다시금 상기 액체 파라핀(LP)가 추출된 시트를 메틸렌 다이클로라이드(MC) 중의 액체 파라핀(LP)의 농도가 0.0중량%이도록 액체 파라핀(LP)을 제거하였다. 수득된 분리막의 물성 값들은 하기 표 1에 제시하였다.
[실시예 4]
실시예 1과 동일한 조건으로 분리막을 제조하되, 단 메틸렌 다이클로라이드(MC) 중의 액체 파라핀(LP)의 농도가 0.3중량%가 되도록 연신된 시트로부터 액체 파라핀(LP)를 제거하였다. 수득된 분리막의 물성 값들은 하기 표 1에 제시하였다.
(LP) was removed from the stretched sheet such that the concentration of liquid paraffin (LP) in methylene dichloride (MC) was 0.06% by weight, and then the liquid paraffin (LP) LP) was extracted with liquid paraffin (LP) so that the concentration of liquid paraffin (LP) in methylene dichloride (MC) was 0.0 wt%. The physical properties of the obtained membranes are shown in Table 1 below.
[Example 4]
A separator was prepared under the same conditions as in Example 1 except that liquid paraffin (LP) was removed from the stretched sheet so that the concentration of liquid paraffin (LP) in methylene dichloride (MC) was 0.3 wt%. The physical properties of the obtained membranes are shown in Table 1 below.

[비교예 1][Comparative Example 1]

실시예 1과 동일한 조건으로 분리막을 제조하되, 단 메틸렌 다이클로라이드(MC) 중의 액체 파라핀(LP)의 농도가 0.57중량%이도록 연신된 시트로부터 액체 파라핀(LP)을 제거하였다. 수득된 분리막의 물성 값들은 하기 표 1에 제시하였다. 비교예 1의 시료의 SEM 사진을 도 4에 제시한다.A separator was prepared under the same conditions as in Example 1 except that liquid paraffin (LP) was removed from the stretched sheet such that the concentration of liquid paraffin (LP) in methylene dichloride (MC) was 0.57% by weight. The physical properties of the obtained membranes are shown in Table 1 below. An SEM photograph of the sample of Comparative Example 1 is shown in Fig.

MC 중의 LP의 농도Concentration of LP in MC 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 비교예 1Comparative Example 1 두께(㎛)Thickness (㎛) 19.419.4 16.616.6 18.518.5 16.816.8 16.616.6 기공도(%)Porosity (%) 48.548.5 44.244.2 51.651.6 3838 35.135.1 통기도
(permeability)
Ventilation
(permeability)
203.9203.9 200.4200.4 185.0185.0 334.3334.3 356.8356.8
통기도
(N,permeability)
Ventilation
(N, permeability)
209.8209.8 241.4241.4 203.3203.3 398398 429.2429.2

상기 표 1을 참조하면, 용매 MC 중의 LP 농도가 0.3중량%를 초과하면, 기공형성제의 추출로 형성된 기공이 열 고정 과정에서 폐쇄되고, 분리막의 기공도와 통기도의 물성 저하가 일어나는 것 임을 알 수 있었다.Referring to Table 1, when the LP concentration in the solvent MC exceeds 0.3 wt%, it can be seen that the pores formed by the extraction of the pore-forming agent are closed during the heat-setting process and the properties of the separator membrane and the air permeability are lowered there was.

Claims (9)

고분자 입자를 기공형성제와 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계,
상기 혼합물을 압출기를 통하여 압출시켜 압출 시트를 형성하는 단계,
상기 압출 시트를 연신하여 막을 형성하는 단계,
하나 이상의 추출조에서 용매를 사용하여 상기 형성된 막으로부터 기공형성제를 제거하되, 상기 용매 중의 기공형성제의 농도를 0.3중량% 이하로 유지하는 단계, 및
상기 기공형성제-제거된 막을 열 고정시켜 다공성 분리막을 형성하는 단계를 포함하는 분리막의 제조방법.
Mixing the polymer particles with a pore-forming agent to prepare a mixture,
Extruding the mixture through an extruder to form an extruded sheet,
Stretching the extruded sheet to form a film,
Removing the pore-former from the formed film using a solvent in one or more extraction tanks, maintaining the concentration of the pore-forming agent in the solvent at 0.3 wt% or less, and
And forming the porous separation membrane by thermally fixing the pore former-removed membrane.
제1항에 있어서,
상기 고분자 입자가 폴리올레핀계 물질인 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the polymer particles are polyolefin-based materials.
제1항에 있어서,
상기 기공형성제가 지방족 탄화수소계 용매, 식물성 기름 및 가소제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the pore-forming agent is at least one selected from the group consisting of aliphatic hydrocarbon-based solvents, vegetable oils, and plasticizers.
제1항에 있어서,
상기 고분자 입자와 상기 기공형성제의 혼합 단계에서, 최종 혼합물 100중량%를 기준으로 하여, 상기 혼합물이 상기 고분자 입자 20 내지 50중량% 및 상기 기공형성제 50 내지 80중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that, in the mixing step of the polymer particles and the pore-forming agent, the mixture comprises 20 to 50% by weight of the polymer particles and 50 to 80% by weight of the pore-forming agent, based on 100% Gt;
제1항에 있어서,
상기 막의 형성 단계에서, 일축 또는 이축 연신하는 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the film is uniaxially or biaxially stretched in the step of forming the film.
제1항에 있어서,
상기 기공형성제의 제거 단계 후, 열 고정 단계 이전에, 순수한 용매로 기공형성제를 추가로 추출 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Further comprising the step of further extracting and removing the pore-forming agent with a pure solvent after the step of removing the pore-forming agent and before the step of fixing the heat.
제1항에 있어서,
상기 기공형성제의 제거 단계에서, 상기 용매 중의 기공형성제의 농도가 0.06중량% 이하가 되도록 유지하는 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the concentration of the pore-forming agent in the solvent is maintained at 0.06 wt% or less in the step of removing the pore-forming agent.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의하여 제조된 분리막.A separator produced by the production method according to any one of claims 1 to 7. 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 구비하는 전기화학 소자로서, 상기 분리막이 제8항에 따른 분리막인 전기화학 소자.
An electrochemical device comprising an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode, wherein the separator is the separator according to claim 8.
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