KR101747908B1 - Porous separator, electrochemical device comprising the same, and method of preparing the separator - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다공성 부직포 분리막, 더욱 상세하게는 다공성 고분자 기재 내에 혼입된 부직포 웹을 포함하는 다공성 부직포 분리막, 이를 포함하는 전기화학 소자 및 상기 분리막의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따라, 제 1 고분자로 이루어진 다공성 코어(core)부; 및 상기 다공성 코어부를 둘러싸고 이의 표면 및 기공에 결합되어 있으며, 직경 30 nm 이하의 무기물 입자, 및 상기 무기물 입자의 일부 또는 전부에 위치하여 상기 무기물 입자 사이를 연결 및 고정시키는 제 2 고분자를 포함하는 쉬스(sheath)부를 갖는 직경 1,000 nm 이하의 복합섬유로 이루어지며, 상기 복합섬유의 전체 또는 일부가 서로 융착된 방식으로 결합되어 있는 부직포 웹을 포함하는 다공성 부직포 분리막이 제공된다. 본 발명의 다른 측면에 따라, 복합섬유의 다공성 코어부의 형성 단계, 슬러리의 형성 단계, 복합섬유의 형성 단계 및 부직포 웹의 형성 단계를 포함하는 다공성 부직포 분리막의 제조방법이 제공된다. 본 발명에 따르면, 전체 두께가 얇으면서도 기계적 강도, 전해질의 젖음성, 내산화성 및 열적 안정성이 개선된 다공성 부직포 분리막을 제조할 수 있다.The present invention relates to a porous nonwoven fabric separator, and more particularly, to a porous nonwoven fabric separating membrane including a nonwoven web incorporated into a porous polymeric base material, an electrochemical device including the same, and a method for producing the separator. According to an aspect of the present invention, there is provided a porous polymer electrolyte fuel cell comprising: a porous core unit made of a first polymer; And a second polymer that surrounds the porous core and is bonded to the surface and pores of the porous core and includes inorganic particles having a diameter of 30 nm or less and a second polymer that is located on part or all of the inorganic particles to connect and fix the inorganic particles. a porous nonwoven fabric separator comprising a nonwoven web comprising a conjugate fiber having a diameter of 1,000 nm or less and a sheath portion, wherein the whole or a part of the conjugate fiber is bonded to each other in a fusion-bonded manner. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a porous nonwoven fabric separator comprising the steps of forming a porous core portion of a conjugate fiber, forming a slurry, forming a conjugate fiber, and forming a nonwoven web. INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a porous nonwoven fabric separator having improved mechanical strength, electrolyte wettability, oxidation resistance, and thermal stability while having a small total thickness can be produced.

Description

다공성 분리막, 이를 포함하는 전기화학 소자 및 상기 분리막의 제조방법{POROUS SEPARATOR, ELECTROCHEMICAL DEVICE COMPRISING THE SAME, AND METHOD OF PREPARING THE SEPARATOR}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a porous separator, an electrochemical device including the separator, and a method of manufacturing the separator,

본 발명은 다공성 분리막, 더욱 상세하게는 다공성 고분자 기재 내에 혼입된 부직포 웹을 포함하는 다공성 부직포 분리막, 이를 포함하는 전기화학 소자 및 상기 분리막의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a porous separator, and more particularly, to a porous nonwoven fabric separator including a nonwoven web incorporated into a porous polymeric base material, an electrochemical device including the same, and a process for producing the separator.

최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학 소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기화학 소자는 이러한 측면에서 가장 주목받고 있는 분야이고, 그 중에서도 충방전이 가능한 리튬 이차전지와 같은 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있다.Recently, interest in energy storage technology is increasing. As the application fields of cell phones, camcorders, notebook PCs and even electric vehicles are expanding, efforts for research and development of electrochemical devices are becoming more and more specified. The electrochemical device is one of the most attracting fields in this respect, and development of a secondary battery such as a rechargeable lithium secondary battery has become a focus of attention.

이러한 전지를 구성하는 분리막에 있어서, 그의 기본적인 요구 특성으로는 다른 전지를 위한 분리막에서와 유사하게 우수한 통기도, 낮은 열 수축, 높은 천공강도 등이 있으며, 고용량 및 고출력 전지로의 발전으로 인해 계속적으로 우수한 통기도가 더욱 요구되고 있다. 그러나, 이차전지의 다공성 분리막은 재료적 특성과 연신을 포함하는 제조공정 상의 특성으로 인하여 약 100℃ 이상의 온도에서 극심한 열 수축 거동을 보임으로써 양극과 음극 사이의 단락을 일으키는 문제점이 있다. 이와 같은 전지의 안전성 문제를 해결하기 위하여, 예컨대 대한민국 공개특허 2007-0083975호(히다치) 및 대한민국 공개특허 2007-0019958호(에보닉)에는 다공성 기재 상에 절연성 충전재(filler) 입자와 바인더의 혼합물로 형성된 다공성 코팅층을 마련하면서, 다공성 코팅층에 셧다운(shut-down) 기능을 갖는 물질을 첨가한 분리막이 개시되어 있다.In the separator constituting such a battery, the basic required characteristics thereof are excellent air permeability, low heat shrinkage and high puncture strength, similar to that of the separator for other cells, and are continuously excellent due to the development of high capacity and high output cells The air permeability is further required. However, the porous separator of the secondary battery exhibits extreme heat shrinkage behavior at a temperature of about 100 ° C or more due to the characteristics of the manufacturing process including material properties and elongation, thereby causing a short circuit between the anode and the cathode. In order to solve such a problem of safety of the battery, for example, Korean Patent Publication No. 2007-0083975 (Hitachi) and Korean Patent Laid-Open Publication No. 2007-0019958 (Ebonic) disclose a method for producing a battery comprising a mixture of insulating filler particles and a binder Discloses a separation membrane prepared by adding a substance having a shut-down function to a porous coating layer while providing a porous coating layer formed thereon.

하지만, 이러한 분리막에서는 유기물로 이루어진 다공성 기재(층)와 절연성 충전재 입자(무기물 입자)를 포함하는 다공성 코팅층 사이의 계면이 층 구조로서 분리되어 있으므로, 이러한 층들의 분리 위험성, 큰 분리막 두께로 인한 고밀도 전지의 구현의 어려움, 및 전체적인 기계적 물성이 크게 향상되지 않았다는 문제점이 여전히 존재한다.
However, in such a separation membrane, since the interface between the porous substrate made of organic material (layer) and the porous coating layer containing insulating filler particles (inorganic particles) is separated as a layer structure, the risk of separation of these layers, And the overall mechanical properties are not greatly improved.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 분리막의 일체성을 유지하면서 기계적 물성이 우수하고 두께가 얇은 분리막을 제공하는 것이다.
Therefore, a problem to be solved by the present invention is to provide a separation membrane having excellent mechanical properties and thin thickness while maintaining the integrity of the separation membrane.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따라, 제 1 고분자로 이루어진 다공성 코어(core)부; 및 상기 다공성 코어부를 둘러싸고 이의 표면 및 기공에 결합되어 있으며, 직경 30 nm 이하의 무기물 입자, 및 상기 무기물 입자의 일부 또는 전부에 위치하여 상기 무기물 입자 사이를 연결 및 고정시키는 제 2 고분자를 포함하는 쉬스(sheath)부를 갖는 직경 1,000 nm 이하의 복합섬유로 이루어지며, 상기 복합섬유의 전체 또는 일부가 서로 융착된 방식으로 결합되어 있는 부직포 웹을 포함하는 다공성 부직포 분리막이 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a porous core portion made of a first polymer; And a second polymer that surrounds the porous core and is bonded to the surface and pores of the porous core and includes inorganic particles having a diameter of 30 nm or less and a second polymer that is located on part or all of the inorganic particles to connect and fix the inorganic particles. a porous nonwoven fabric separator comprising a nonwoven web comprising a conjugate fiber having a diameter of 1,000 nm or less and a sheath portion, wherein the whole or a part of the conjugate fiber is bonded to each other in a fusion-bonded manner.

본 발명의 다른 측면에 따라, 제 1 고분자가 제 1 용매에 용해된 방사액을 방사하고 이로부터 상기 제 1 용매를 제거함으로써 복합섬유의 다공성 코어부를 형성하는 단계; 제 2 고분자가 제 2 용매에 용해된 제 2 고분자의 용액에 직경 30 nm 이하의 무기물 입자를 분산시킴으로써 슬러리를 형성하는 단계; 상기 다공성 코어부를 상기 슬러리 중에 침지시키고 이로부터 제 2 용매를 제거함으로써 직경 1,000 nm 이하의 코팅된 복합섬유를 형성하는 단계; 및 상기 코팅된 복합섬유를 고온에서 열 융착시킴으로써 상기 복합섬유의 전체 또는 일부가 서로 융착된 방식으로 결합되어 있는 부직포 웹을 형성하는 단계를 포함하는 다공성 부직포 분리막의 제조방법이 제공된다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing a porous film, comprising: forming a porous core portion of a composite fiber by spinning a spinning solution in which a first polymer is dissolved in a first solvent and removing the first solvent; Forming a slurry by dispersing inorganic particles having a diameter of 30 nm or less in a solution of a second polymer in which the second polymer is dissolved in a second solvent; Forming a coated composite fiber having a diameter of 1,000 nm or less by dipping the porous core portion in the slurry and removing the second solvent therefrom; And forming the coated nonwoven fabric by thermally fusing the coated conjugate fiber at a high temperature to form a nonwoven web in which all or a part of the conjugate fibers are bonded to each other in a fusion-bonded manner.

본 발명에 따르면, 전체 두께가 얇으면서도 기계적 강도, 전해질의 젖음성, 내산화성 및 열적 안정성이 개선된 다공성 부직포 분리막을 제조할 수 있다.
INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a porous nonwoven fabric separator having improved mechanical strength, electrolyte wettability, oxidation resistance, and thermal stability while having a small total thickness can be produced.

도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따라 제조된 다공성 부직포 분리막의 단면도의 일례이다.
도 2는 본 발명의 일 실시양태에 따른 다공성 부직포 분리막의 제조방법의 개략적 흐름도이다.
도 3은 도 2의 일부를 도식화한 것이다.
1 is an example of a cross-sectional view of a porous nonwoven fabric separating membrane produced according to one embodiment of the present invention.
2 is a schematic flow chart of a method of manufacturing a porous nonwoven fabric separator according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic representation of a portion of Figure 2;

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 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 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 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 may designate the concept of a term appropriately in order to describe its own invention in the best way possible. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

본 발명의 일 측면에 따라, 쉬스(sheath)부에 무기물 입자가 혼입되어 있는 코어-쉬스(core-sheath) 구조의 복합섬유로 이루어진 부직포 웹을 포함하는 다공성 부직포 분리막이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a porous nonwoven fabric separating membrane comprising a nonwoven web made of conjugate fibers having a core-sheath structure in which inorganic particles are mixed in a sheath portion.

도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따라 제조된 다공성 부직포 분리막의 단면도의 일례이다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 다공성 부직포 분리막은 다음과 같지만 이에 국한되는 것은 아니다.1 is an example of a cross-sectional view of a porous nonwoven fabric separating membrane produced according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the porous nonwoven fabric separator of the present invention is as follows but is not limited thereto.

본원에서 사용되는 용어 부직포 웹은 방적, 제직 또는 편성에 의한 공정 없이 섬유 집합체를 화학적 작용(예컨대, 접착제를 섬유에 혼용하거나), 기계적 작용 또는 적당한 수분과 열 처리에 의해 상호 간을 결합한 포(布) 형상을 갖는 것으로 정의될 수 있다. The term nonwoven web as used herein refers to a nonwoven web in which the fibrous aggregate is subjected to chemical action (e. G., By mixing the adhesive in the fiber), by mechanical action or by suitable moisture and heat treatment, ) ≪ / RTI >

부직포 웹은 그의 전체 또는 일부가 서로 융착된 방식으로 결합되어 있다. 이러한 융착은 부직포 웹의 제조 공정 동안 방사액의 방사시 고온에서 열에 의해 달성될 수 있다. 이러한 부직포 웹은 복합섬유로 이루어진다. 복합섬유는 코어-쉬스 구조의 단면, 즉 코어(core)부 및 상기 코어부를 둘러싸는 쉬스(sheath)부를 갖는다.The nonwoven web is bonded to the whole or a part thereof in a fusion-bonded manner. Such fusion can be achieved by heat at high temperature upon spinning of the spinning solution during the manufacturing process of the nonwoven web. Such a nonwoven web is made of conjugated fibers. The composite fiber has a cross section of a core-sheath structure, that is, a core portion and a sheath portion surrounding the core portion.

코어부는 다수의 기공을 갖는 다공성 구조를 가지며, 제 1 고분자로 이루어진다. 제 1 고분자의 비제한적인 예는 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리아미드이미드(polyamideimide), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide) 및 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다. The core portion has a porous structure having a plurality of pores, and is made of the first polymer. Non-limiting examples of the first polymer include polypropylene, polyethyleneterephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyimide, Polyetheretherketone, polyetherimide, polyamideimide, polyethersulfone, polyphenyleneoxide, polyphenylenesulfide, and polyethylene naphthalene (also referred to as " polyethylenenaphthalene), or a mixture of two or more thereof.

이러한 코어부로는, 그의 인장강도와 같은 기계적 강도 및 열적 안정성을 제공하면서 그의 표면에서의 다공성을 용이하게 구현하기 위해, 비용매-유도 상분리 방법에 사용 가능한 물질, 예컨대 폴리프로필렌(polypropylene) 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용하는 것이 더욱 바람직할 수 있다. Such a core portion may be made of a material usable in a non-nonsense-induced phase separation method, such as polypropylene and polyethylene terephthalate, in order to easily realize porosity at its surface while providing mechanical strength and thermal stability such as tensile strength thereof. It is more preferable to use one or a mixture of two or more selected from the group consisting of polyethyleneterephthalate.

쉬스부는 상기 다공성 코어부를 둘러싸며, 상기 코어부의 표면 및 그의 기공 내부를 포함하여 결합하고 있다. 또한, 쉬스부는 무기물 입자 및 제 2 고분자를 포함한다.The sheath portion surrounds the porous core portion and includes the surface of the core portion and the inside of the pore thereof. Further, the sheath portion includes inorganic particles and a second polymer.

무기물 입자는 적용되는 전기화학 소자의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+기준으로 약 0 내지 약 5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 무기물 입자로서 유전율이 높은 무기물 입자를 사용하는 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.The inorganic particles are not particularly limited as long as oxidation and / or reduction reaction does not occur in the operating voltage range of the applied electrochemical device (for example, about 0 to about 5 V based on Li / Li + ). Particularly, when inorganic particles having a high dielectric constant are used as the inorganic particles, the dissociation of the electrolyte salt, for example, the lithium salt in the liquid electrolyte, can be increased, and the ion conductivity of the electrolyte can be improved.

이러한 무기물 입자는 그 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 유전율 상수가 약 5 이상인 무기물 입자, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자(리튬 이차전지의 경우) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 무기물 입자를 사용할 수 있다. 상기 유전율 상수가 약 5 이상인 무기물 입자로는 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 TiO2 등을 사용하는 것이 바람직하며, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자로는 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 glass(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 glass 및 P2S5 (LixPySz, 0 < x < 3, 0 < y < 3, 0 < z < 7) 계열 glass 등을 사용하는 것이 바람직하지만, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.Although the kind of the inorganic particles is not particularly limited, inorganic particles selected from the group consisting of inorganic particles having a dielectric constant of about 5 or more, inorganic particles having a lithium ion transferring ability (in the case of a lithium secondary battery), and mixtures thereof may be used . As the dielectric constant is about five or more inorganic particles is 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 -xPbTiO 3 (PMN-PT, 0 <x <1), the half It is preferable to use 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 , But is not limited thereto. As the inorganic particles having lithium ion transferring ability, 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), (LiAlTiP) x O y series glass 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 , x <4, 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 the like is preferably used, but is not limited thereto.

이러한 무기물 입자는 그의 직경이 30 nm 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 직경 약 10 내지 약 20 nm의 무기물 입자를 사용할 수 있다. 이러한 범위의 직경을 갖는 무기물 입자는, 이후 기재되는 제 2 고분자와 예컨대 가교결합 등으로 결합되고 또한 상기 다공성 코어부의 표면 및 기공에 결합됨으로써, 최종 형성되는 분리막의 기계적 성질, 젖음성 등에 유리하게 작용할 수 있다. 하지만, 전술된 범위보다 초과하는 직경을 갖는 경우, 복합섬유의 쉬스부 내에 혼입되어 코어부의 제 1 분자 및/또는 제 2 고분자와의 결합에 의한 구조적 안정성을 달성하기 곤란하다.The inorganic particles preferably have a diameter of 30 nm or less. More preferably, inorganic particles having a diameter of about 10 to about 20 nm can be used. The inorganic particles having a diameter within this range are bonded to the second polymer to be described later by, for example, crosslinking or the like, and are bonded to the surface and pores of the porous core portion, whereby the inorganic particles can be advantageously used for the mechanical properties and wettability have. However, in the case of having a diameter exceeding the above-mentioned range, it is difficult to achieve the structural stability due to the incorporation into the sheath portion of the composite fiber and the bonding with the first molecule and / or the second polymer of the core portion.

제 2 고분자의 비제한적인 예는 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리아릴에테르케톤(polyaryletherketone), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리아미드이미드(polyamideimide), 폴리벤지미다졸(polybenzimidazole), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 사이클릭 올레핀 코폴리머(cyclic olefin copolymer), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide) 및 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.Non-limiting examples of the second polymer include polyethylene, polypropylene, polyethyleneterephthalate, polybutyleneterephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polyamide, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyaryletherketone, polyetherimide, polyamideimide, polybenzimidazole, polybenzimidazole, polyethersulfone, polyphenylene oxide, cyclic olefin copolymer, polyphenylenesulfide, and polyethylenenaphthalene. The polyphenylene sulfide may be selected from the group consisting of polybenzimidazole, polyethersulfone, polyphenylene oxide, Or a mixture of two or more.

또한, 복합섬유의 쉬스부는 실란계 커플링제를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 실란계 커플링제는 쉬스부의 무기물 입자와 제 2 고분자의 결합을 촉진시킬 수 있다. 이 실란계 커플링제는 그 비제한적인 예로서 비닐계 실란, 아크릴계 실란, 아미노계 실란, 클로로계 실란, 페녹시계 실란, 아크릴레이트계 실란, 바람직하게는 비닐 실란, 메트아크릴레이트 실란 및 아크릴레이트 실란으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.The sheath portion of the composite fiber further includes a silane-based coupling agent. Such a silane-based coupling agent can promote the bonding of the inorganic particles of the sheath portion and the second polymer. Examples of the silane coupling agent include, but are not limited to, vinyl silane, acrylic silane, amino silane, chloro silane, phenoxy silane, acrylate silane, preferably vinyl silane, methacrylate silane and acrylate silane And mixtures of two or more thereof.

복합섬유의 쉬스부의 무기물 입자와 제 2 고분자는 서로 가교결합되어 있을 수 있다. 이 가교결합은 열 또는 광에 의해 달성될 수 있다. 이러한 복합섬유의 가교결합은 다공성 부직포 분리막의 구조적 안정성을 더욱 강화시킬 수 있다.The inorganic particles of the sheath portion of the composite fiber and the second polymer may be crosslinked with each other. This cross-linking can be achieved by heat or light. The crosslinking of the composite fibers can further enhance the structural stability of the porous nonwoven fabric separator.

이러한 복합섬유의 직경은 약 1,000 nm 이하, 바람직하게는 약 200 내지 약 1,000 nm일 수 있다. 전술된 범위의 직경을 갖는 부직포 웹은, 앞서 기재한 바와 같이 융착에 의해 서로 결합되어 있는 부직포 웹의 통기도 및 기계적 강도를 한층 더 보강할 수 있다. 하지만, 이러한 복합섬유의 직경이 전술된 범위를 초과하면, 부직포 웹의 복합섬유에 의해 형성되는 공간 또는 기공이 너무 좁아지므로, 상기 웹이 포함된 다공성 부직포 분리막의 통기도에 악영향을 미치게 된다. 반대로, 이러한 복합섬유의 직경이 전술된 범위에 못 미치면, 부직포 웹의 복합섬유에 의해 형성되는 인장강도가 너무 약해지므로, 상기 웹이 포함된 다공성 부직포 분리막의 기계적 강도에 부정적인 영향을 미치게 된다.The diameter of such a composite fiber may be about 1,000 nm or less, preferably about 200 to about 1,000 nm. The nonwoven web having a diameter in the above-mentioned range can further reinforce the air permeability and mechanical strength of the nonwoven web bonded to each other by fusion bonding as described above. However, if the diameter of the composite fibers exceeds the above-mentioned range, the voids or pores formed by the composite fibers of the nonwoven web become too narrow, adversely affecting the air permeability of the porous nonwoven fabric separation membrane containing the web. On the contrary, if the diameter of the composite fibers is less than the above-mentioned range, the tensile strength formed by the composite fibers of the nonwoven web becomes too weak, which adversely affects the mechanical strength of the porous nonwoven fabric separating film containing the web.

다공성 부직포 분리막에서, 다공성 코어부의 단면적은 복합섬유의 전체 단면적의 약 10 내지 약 90%일 수 있다. 다공성 부직포 분리막에서, 다공성 코어부의 단면적이 전술된 범위 내에 속하면, 본 발명의 목적하는 우수한 기계적 강도를 달성할 수 있다. In the porous nonwoven fabric separator, the cross-sectional area of the porous core portion may be about 10 to about 90% of the total cross-sectional area of the conjugate fiber. In the porous nonwoven fabric separator, if the cross-sectional area of the porous core portion falls within the above-mentioned range, the desired excellent mechanical strength of the present invention can be achieved.

본 발명의 다른 측면에 따라, 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 전술된 분리막을 포함하는 전기화학 소자를 제조할 수 있다. 본 발명의 전기화학 소자는 전기화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구체적인 예로는 모든 종류의 일차전지, 이차전지, 연료전지, 태양전지 또는 수퍼 캐패시터 소자와 같은 캐퍼시터(capacitor) 등이 있다. 특히, 상기 이차전지 중에서 리튬 금속 이차전지, 리튬 이온 이차전지, 리튬 폴리머 이차전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차전지 등을 포함하는 리튬 이차전지가 바람직하다.According to another aspect of the present invention, an electrochemical device including the positive electrode, the negative electrode, and the above-described separator interposed between the positive electrode and the negative electrode may be manufactured. The electrochemical device of the present invention includes all devices that perform an electrochemical reaction. Examples of the electrochemical device include capacitors such as all types of primary cells, secondary cells, fuel cells, solar cells, and super capacitors. Particularly, 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 is preferable among the above secondary batteries.

양극, 음극 등은 당해 분야에 공지되어 있는 공정 및/또는 방법에 의해 용이하게 제조될 수 있다.The anode, the cathode and the like can be easily produced by a process and / or a method known in the art.

양극은 당업계에서 알려진 통상적인 방법에 따라 양극 활물질을 양극 전류집전체에 결착시킨 형태로 제조된다. 이때, 양극 활물질로는 종래 전기화학 소자의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극 활물질이 사용 가능하며, 비제한적인 예로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, Li(NiaCobMnc)O2(0<a<1, 0<b<1, a+b+c=1), LiNi1 -YCoYO2, LiCo1 - YMnYO2, LiNi1 -YMnYO2(여기서, 0≤Y<1), Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2, 0<b<2, a+b+c=2), LiMn2 - ZNiZO4, LiMn2 -ZCoZO4(여기서, 0<Z<2), LiCoPO4, LiFePO4 및 이들의 혼합물 등이 있다. 또한, 양극 전류집전체로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등을 사용할 수 있다.The anode is prepared by binding a cathode active material to a cathode current collector according to a conventional method known in the art. As the cathode active material, a conventional cathode active material that can be used for a cathode of a conventional electrochemical device can be used. Examples of the cathode active material include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li (Ni a Co b Mn c) O 2 (0 < a <1, 0 <b <1, a + b + c = 1), LiNi 1 -Y Co Y O 2, LiCo 1 - Y Mn Y O 2, LiNi 1 -Y Mn Y O 2 (where, 0≤Y <1), Li ( Ni a Co b Mn c) O 4 (0 <a <2, 0 <b <2, a + b + c = 2), LiMn 2 - Z Ni Z O 4 , LiMn 2 -Z Co Z O 4 (where 0 <Z <2), LiCoPO 4 , LiFePO 4, and mixtures thereof. The anode current collector may be made of aluminum, nickel, or a combination thereof.

음극은 당업계에서 알려진 통상적인 방법에 따라 음극 활물질을 음극 전류집전체에 결착시킨 형태로 제조된다. 이때, 음극 활물질은 예컨대 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 -xMe'yOz(Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8)의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료 등을 사용할 수 있다. 한편, 음극 전류집전체로는 스테인레스강, 니켈, 구리, 티탄 또는 이들의 합금 등을 사용할 수 있다.The negative electrode is prepared by adhering the negative electrode active material to the negative electrode current collector according to a conventional method known in the art. At this time, the negative electrode active material may be carbon such as non-graphitized carbon or graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0? X? 1), Li x WO 2 (0? X? 1), Sn x Me 1 -x Me y O z (Me: Mn, Fe, Pb, : Metal complex oxides of Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, halogen, 0 &lt; x &lt; Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, Bi 2 O 5 and the like; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used. On the other hand, as the negative electrode current collector, stainless steel, nickel, copper, titanium or an alloy thereof can be used.

또한, 상기 전극과 분리막 사이에 삽입될 수 있는 전해질은 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 (γ-부티로락톤) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 또는 해리된 것이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.Also, the electrolyte that can be inserted between the electrode and the separator is a salt having a structure such as A + B - , where A + includes an alkali metal cation such as Li + , Na + , K + and B - is PF 6 -, BF 4 -, Cl -, Br -, I -, ClO 4 -, AsF 6 -, CH 3 CO 2 -, CF 3 SO 3 -, N (CF 3 SO 2) 2 - (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and the like, and salts containing anions such as C (CF 2 SO 2 ) 3 - But are not limited to, dipropyl carbonate (DPC), dimethylsulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethyl carbonate (? -butyrolactone), or a mixture thereof, but is not limited thereto All.

상기 전해질의 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전지 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 본 발명의 분리막을 전지에 적용하는 공정으로는 일반적인 공정인 권취(winding) 이외에도 분리막과 전극의 적층(lamination, stack) 및 접음(folding) 공정이 가능하다.The electrolyte may be injected at an appropriate stage of the battery manufacturing process, depending on the manufacturing process and required properties of the final product. As a process for applying the separator 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 general process of winding.

본 발명의 다른 측면에 따라, 다공성 코어부의 형성 단계(S1); 슬러리의 형성 단계(S2); 복합섬유의 형성 단계(S3); 및 부직포 웹의 형성 단계(S4)를 포함하는 다공성 부직포 분리막의 제조방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a porous core, comprising: (S1) forming a porous core portion; A step (S2) of forming a slurry; Forming a composite fiber (S3); And a step (S4) of forming a nonwoven web.

도 2는 본 발명의 일 실시양태에 따른 다공성 부직포 분리막의 제조방법의 개략적 흐름도이다. 또한, 도 3은 도 2의 일부를 도식화한 것이다. 본 발명의 다공성 부직포 분리막의 제조방법을 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.2 is a schematic flow chart of a method of manufacturing a porous nonwoven fabric separator according to an embodiment of the present invention. 3 is a schematic view of part of FIG. A method of manufacturing the porous nonwoven fabric separator of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG.

S1 단계에서, 제 1 고분자의 방사액을 준비한다. 여기서, 제 1 고분자의 방사액은 제 1 고분자(입자)를 제 1 용매에 용해시킴으로써 형성한다. 제 1 용매로는 사용하는 고분자와 용해도 지수가 유사하며 끓는점이 낮은 것이 바람직하다. 여기서, 제 1 고분자는 앞서 본 발명의 분리막에 관한 설명에서 기재한 바와 같다. In step S1, a spinning solution of the first polymer is prepared. Here, the spinning solution of the first polymer is formed by dissolving the first polymer (particle) in the first solvent. The first solvent preferably has a solubility index similar to that of the polymer used and a low boiling point. Here, the first polymer is as described in the description of the separator of the present invention.

상기 형성된 제 1 고분자의 방사액을 사용하여 복합섬유의 코어부로서 섬유를 방사시킨다. 여기서, 제 1 고분자의 방사액은 당업계에 공지되어 있는 방사 방법, 예컨대 용융 방사, 용액 방사, 전기 방사(electro-spinning) 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 방법 또는 이들 중 2종 이상의 조합된 방법을 통하여 예컨대 포집기(collector)에 방사시킨다.Using the spinning liquid of the first polymer thus formed, the fibers are spun as core portions of the composite fibers. Here, the spinning solution of the first polymer may be formed by one method selected from the group consisting of spinning methods known in the art, for example, melt spinning, solution spinning, electrospinning, or a combination of two or more thereof For example, to a collector.

코어부는 비용매, 가열, 증발 등의 수단에 의해 용매를 제거하며, 이와 같이 용매가 제거된 코어부는 다공성 구조를 갖게 된다. 여기서, 비용매를 사용하는 비용매-유도 상분리법(non-solvent induced phase separation, NIPS)은 제 1 고분자를 제 1 용매에 용해시켜 용액을 형성하고, 이를 일정 형태로 성형시킨 후 비용매(예컨대, 비제한적으로 물, 에탄올과 같은 알코올 등)에 침지시킴으로써 방사액을 형성한다. 이후, 비용매와 용매의 확산에 의한 상호교환이 이루어지며 방사액의 조성이 변하게 되고, 고분자의 침전이 일어나면서 용매와 비용매가 차지하던 부분을 기공으로 형성시킨다. The core part removes the solvent by means of non-solvent, heating, evaporation, etc., and the core part from which the solvent is removed has a porous structure. Here, the non-solvent induced phase separation (NIPS) using a non-solvent is a method in which a solution is formed by dissolving a first polymer in a first solvent, molding the solution into a predetermined form, , But not limited to, water, alcohol such as ethanol, etc.). Thereafter, the nonwoven fabric and the solvent are exchanged by diffusion, the composition of the spinning solution is changed, and the portion of the solvent and non-solvent occupied by the polymer is precipitated as pores.

또한, 전술된 방사액은 이후 형성되는 복합섬유의 코어부의 기공 형성을 촉진시키기 위해 당업계에 통상적인 기공형성제를 더 포함할 수 있다. 제 1 고분자 내에 분산되고, 방사 등을 거치면서 제조된 섬유(복합섬유의 코어부)의 이형성(heterogeneity)을 나타내며, 추후 이러한 섬유로부터 제거되는 물질이다. 따라서, 섬유(코어부) 중에 기공형성제가 위치한 부위는 기공의 형태로 남게 된다. 기공형성제는 압출 과정에서 바람직하게는 액체인 물질이지만 고체 상태를 유지하는 물질이 사용될 수도 있다.In addition, the above-mentioned spinning solution may further include a pore-forming agent customary in the art to promote pore formation of the core portion of the subsequently formed composite fiber. Represents the heterogeneity of the fibers (the core portion of the composite fibers) dispersed in the first polymer and formed through the irradiation, etc., and is a substance which is subsequently removed from such fibers. Therefore, the portion where the pore-forming agent is located in the fiber (core portion) 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.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.

또한, 기공형성제의 함량은 쉬스부와의 결합력, 즉 쉬스부의 제 2 고분자가 접촉하여 결합하게 되는 코어부의 기공의 정도(즉, 기공도)의 향상을 위해 높은 함량이 요구되는 것이 일반적이지만, 이와 같이 과량으로 함유하는 경우 코어부의 기공도는 향상될 수 있지만 코어부의 인장 강도의 저하로 인해 최종 생성된 다공성 부직포 분리막의 기계적 강도에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 측면에 따라 요구되는 기공형성제의 함량은 적절하게 줄일 수 있다.The content of the pore-forming agent is generally required to be high in order to improve the bonding force with the sheath portion, that is, the degree of porosity (i.e., porosity) of the core portion to which the second polymer of the sheath portion comes into contact, If such an excessive amount is contained, the porosity of the core portion may be improved, but the mechanical strength of the porous nonwoven fabric separation membrane finally formed may be adversely affected due to the lowering of the tensile strength of the core portion. Therefore, the content of the pore-forming agent required according to one aspect of the present invention can be appropriately reduced.

또한, 기공형성제를 추가로 사용하는 경우, 이 기공형성제의 제거는 제 2 용매를 사용하여 달성될 수 있다. 구체적으로, 상기 층 내에 존재하는 기공형성제는 예컨대 하나 이상의 추출조에서 제 2 용매를 사용하여 추출 및 건조시킴으로써 제거된다. 또한, 이러한 제거를 통하여 기공형성제가 차지하던 공간이 기공으로서 형성하게 된다. 본 발명에서 사용 가능한 제 2 용매로는 특별히 한정되지 않으며 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. 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.Further, when a porogen is further used, the removal of the porogen may be accomplished using a second solvent. Specifically, the pore-former present in the layer is removed, for example, by extraction and drying with a second solvent in one or more extraction tanks. In addition, through this removal, the space occupied by the pore former is formed as pores. The second 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, the solvent is methyl ethyl ketone, methylene chloride methylene chloride, hexane and the like are suitable. 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.

S2 단계에서, 제 2 고분자를 제 2 용매에 용해시킴으로써 제 2 고분자의 용액을 형성한다. 제 2 고분자의 용액에 무기물 입자를 분산시킴으로써 슬러리를 형성한다. 제 2 고분자 및 무기물 입자는 앞서 본 발명의 분리막에 관한 설명에서 기재한 바와 같다. 제 2 용매는 상기 제 1 용매와 유사하게 사용하는 고분자와 용해도 지수가 유사하며 끓는점이 낮은 것이 바람직하다.In step S2, a solution of the second polymer is formed by dissolving the second polymer in a second solvent. A slurry is formed by dispersing inorganic particles in a solution of the second polymer. The second polymer and the inorganic particles are as described in the description of the separator of the present invention. The second solvent is preferably similar to the first solvent and has a solubility index similar to that of the polymer and has a low boiling point.

제 1 용매 및 제 2 용매는 각각 독립적으로 그의 비제한적인 예로서 아세톤(acetone), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF), 디옥산(dioxane), 모노글라임(monoglyme), 디글라임(diglyme), 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 디메틸아세트아미드(dimethyl acetamide, DMAC), 클로로포름(chloroform), 디메틸포름아미드(dimethyl formamide, DMF), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 노르말 헥산(normal hexane), 사이클로헥산(cyclohexane), 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 클로로벤젠(chlorobenzene), 디클로로벤젠(dichlorobenzene), 메틸렌클로라이드(methylene chloride), 1,2-디클로로에탄(1,2-dichloroethane) 또는 이들의 혼합물이 포함되지만 이에 국한되지 않는다. 바람직하게는, 디메틸아세트아미드(dimethyl acetamide, DMAC), 클로로포름(chloroform), 디메틸포름아미드(dimethyl formamide, DMF), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP) 또는 이들의 혼합물이 포함된다. 이들 용매는 용해시키고자 하는 용질, 즉 제 1 고분자 또는 제 2 고분자의 용해도 지수와 유사한 것이 바람직할 것이다. 용매의 농도는 선택되는 제 1 고분자 또는 제 2 고분자의 화학 구조 또는 분자량에 따라 다르게 선택될 수 있다.The first and second solvents may each independently be selected from the group consisting of non-limiting examples thereof such as acetone, tetrahydrofuran (THF), dioxane, monoglyme, diglyme, Dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethyl acetamide (DMAC), chloroform, dimethyl formamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidone N-methylpyrrolidone (NMP), normal hexane, cyclohexane, benzene, toluene, chlorobenzene, dichlorobenzene, methylene chloride, Dichloroethane, 2-dichloroethane, or mixtures thereof. Preferably, the solvent is selected from the group consisting of dimethyl acetamide (DMAC), chloroform, dimethyl formamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidone Mixtures thereof. These solvents may preferably be similar to the solubility index of the solute to be dissolved, i.e., the first polymer or the second polymer. The concentration of the solvent may be selected depending on the chemical structure or the molecular weight of the first polymer or the second polymer selected.

제 1 고분자 또는 제 2 고분자가 소수성 화합물인 경우는 친수성 처리가 요구된다. When the first polymer or the second polymer is a hydrophobic compound, a hydrophilic treatment is required.

다르게는, 슬러리는 실란계 커플링제를 더 포함할 수 있다. 이 실란계 커플링제는 그 비제한적인 예로서 비닐계 실란, 아크릴계 실란, 아미노계 실란, 클로로계 실란, 페녹시계 실란, 아크릴레이트계 실란, 바람직하게는 비닐 실란, 메트아크릴레이트 실란 및 아크릴레이트 실란으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.Alternatively, the slurry may further comprise a silane-based coupling agent. Examples of the silane coupling agent include, but are not limited to, vinyl silane, acrylic silane, amino silane, chloro silane, phenoxy silane, acrylate silane, preferably vinyl silane, methacrylate silane and acrylate silane And mixtures of two or more thereof.

또한, 슬러리는 실리카 전구체를 더 포함할 수 있으며, 이 실리카 전구체의 예로는 테트라메톡시오르토실리케이트(TMOS) 및 테트라에톡시오르토실리케이트(TEOS)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 포함될 수 있다. The slurry may further comprise a silica precursor. Examples of the silica precursor include a mixture of one or more selected from the group consisting of tetramethoxyorthosilicate (TMOS) and tetraethoxyorthosilicate (TEOS) .

또한, 슬러리는 라디칼 개시제, 경화 개시제 및 산 또는 염기 촉매처리제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 추가로 포함할 수 있다. 라디칼 개시제로는 벤조일 퍼옥사이드, 다이-삼중부틸 퍼옥사이드, 아조비스이소부틸로 니트릴, 삼중부틸 하이드로 퍼옥사이드, 다이큐밀 퍼옥사이드, t-부틸 퍼벤조에이트, 쿠멘하이드로 퍼옥사이드, t-부틸 퍼옥토에이트, 메틸에틸케톤 퍼옥사이드, 2,5-다이메틸-2,5-다이(t-부틸퍼옥시)헥산, 라우릴 퍼옥사이드 등을 사용할 수 있다. Further, the slurry may further comprise one or a mixture of two or more selected from the group consisting of a radical initiator, a curing initiator, and an acid or base catalyst treating agent. Examples of the radical initiator include benzoyl peroxide, di-tributyl peroxide, azobisisobutyronitrile, tributyl hydroperoxide, dicumyl peroxide, t-butyl perbenzoate, cumene hydroperoxide, t- Ethyl ethyl ketone peroxide, 2,5-dimethyl-2,5-di (t-butylperoxy) hexane, lauryl peroxide and the like can be used.

S3 단계에서, 상기 S1 단계에서 형성된 다공성 코어부를 상기 S2 단계에서 형성된 슬러리 중에 침지시킨다. 이러한 침지 과정으로 인해, 다공성 코어부를 둘러싸는 쉬스부가 형성되는 데, 이때 상기 다공성 코어부의 표면 및 기공 내에 슬러리가 침투하게 된다. 일반적으로, 슬러리 중에서 제 2 고분자가 코어부의 기공 내에 잔류하여 결합하게 되지만, 일부 미세한 무기물 입자도 코어부의 기공 내에 침투하여 위치 또는 결합하게 됨으로써 이후 건조되어 형성되는 복합섬유에서 쉬스부가 코어부에 매우 강하게 결합하게 된다(도 3 참고).In step S3, the porous core formed in step S1 is dipped in the slurry formed in step S2. Due to this immersion process, a sheath surrounding the porous core portion is formed, at which time the slurry penetrates into the surface and pores of the porous core portion. Generally, in the slurry, the second polymer remains in the pores of the core portion and bonds. However, some fine inorganic particles penetrate into the pores of the core portion to be positioned or bonded to each other. (See FIG. 3).

그 다음, 상기 다공성 코어부 주변에 코팅되어 있는 슬러리로부터 제 2 용매를 제거하여 코팅된 복합섬유를 형성하게 된다. 여기서, 코팅된 복합섬유의 직경은 앞서 본원에서 분리막에 관한 설명에서 기재된 바와 같이 약 1,000 nm 이하, 바람직하게는 약 200 내지 약 1,000 nm일 수 있다.The second solvent is then removed from the slurry coated around the porous core to form the coated composite fibers. Here, the diameter of the coated composite fiber may be about 1,000 nm or less, preferably about 200 to about 1,000 nm, as described hereinbefore in the description of the separator.

S4 단계에서, 상기 S3 단계에서 형성된 복합섬유를 고온에서 열 융착시킨다.In step S4, the composite fibers formed in step S3 are thermally fused at a high temperature.

상기 형성된 복합섬유는 최종 부직포 웹의 요구에 따라 당업계에 공지되어 있는 부직포 웹의 형성 방법, 예컨대 건식(dry laid), 습식(wet laid), 스펀 본드(spun bonded), 스펀 레이스(spun laced), 멜트 블로운(melt blown) 등의 방법을 통하여 부직포 웹을 형성한다. The formed composite fibers may be formed by a method of forming a nonwoven web known in the art, such as dry laid, wet laid, spun bonded, spun laced, , Melt blown or the like to form a nonwoven web.

상기 형성된 부직포 웹을 고온의 온도에서 열 융착시킨다. 여기서, 고온의 온도는 상기 부직포 웹의 제 2 고분자가 적어도 일부 녹아서 인접한 부직포 웹의 표면, 특히 다른 제 2 고분자와 용융 결합할 수 있는 온도를 의미하는 것으로, 이와 같이 서로 용융 결합할 수 있는 온도 또는 그 조건 하에 존재한다면 그 온도 범위는 특별히 제한되지 않는다. 열 융착을 위한 온도는 사용되는 복합섬유(제 2 고분자)를 일부 용융 또는 점착화시켜 결합할 수 있는 온도, 즉 사용되는 제 2 고분자의 유리전이온도와 제 2 고분자의 융점 사이의 온도 범위인 것이 바람직하다. 하지만, 가열 수단이 외부에 존재하고 이러한 가열 온도를 적용하는 시간에 따라, 제 2 고분자의 융점 이상의 온도도 일정 시간 동안은 가능할 것임은 당업자라면 분명히 인지할 것이다.The formed nonwoven web is thermally fused at a high temperature. Here, the high temperature means a temperature at which at least a part of the second polymer of the nonwoven web is melted and can melt-bond with the surface of the adjacent nonwoven web, in particular, another second polymer. Thus, The temperature range, if present under the conditions, is not particularly limited. The temperature for the thermal fusion is a temperature range between the temperature at which the conjugated fiber (second polymer) to be used can be partially melted or tackified, that is, the temperature between the glass transition temperature of the second polymer used and the melting point of the second polymer desirable. However, those skilled in the art will appreciate that depending on the time the heating means is external and the heating temperature is applied, the temperature above the melting point of the second polymer will be possible for a certain period of time.

이러한 열 융착은 당업계의 통상적인 열 융착 방법, 예컨대 열 압착 등의 방법을 통하여 가열 융착시킨다. 상기 열 융착은 섬유들 서로가 융착하기에 적합한 가열 온도, 가열 시간, 압력 등의 조건 하에서 융착시키며, 이로 인하여 섬유의 전체 또는 일부가 서로 융착(접착)하게 된다. 또한, 이러한 부직포 웹은 더욱 우수한 인장강도를 갖는 부직포 웹을 형성하기 위해 당업계에 공지된 방법, 예컨대 니들 펀칭(needle punching), 기계적 공정, 접착제 사용 등을 통해 섬유 사이의 결합을 보강할 수 있다. 이와 같이 형성된 부직포 웹은 복합섬유들 사이의 공간에 다수의 기공을 갖는 다공성 구조를 갖고, 융착에 의해 섬유들 사이에 대한 결합력이 크게 증가되며, 결국 부직포 웹 전체의 인장강도를 증가시키게 된다.
Such thermal fusion bonding is performed by heat fusion bonding through a conventional thermal fusion bonding method such as thermocompression bonding in the related art. The heat fusion is performed by fusing the fibers under conditions such as heating temperature, heating time, pressure and the like suitable for fusing each other, whereby all or part of the fibers are fused (bonded) to each other. Such nonwoven webs can also reinforce the bonds between the fibers through methods known in the art, such as needle punching, mechanical processes, use of adhesives, etc., to form nonwoven webs with better tensile strength . The nonwoven web thus formed has a porous structure having a plurality of pores in a space between the conjugate fibers, and the bonding force between the fibers is greatly increased by fusion, thereby increasing the tensile strength of the entire nonwoven web.

Claims (15)

제 1 고분자로 이루어진 다공성 코어(core)부; 및
상기 다공성 코어부를 둘러싸고 이의 표면 및 기공에 결합되어 있으며, 직경 30 nm 이하의 무기물 입자, 및 상기 무기물 입자의 일부 또는 전부에 위치하여 상기 무기물 입자 사이를 연결 및 고정시키는 제 2 고분자를 포함하는 쉬스(sheath)부
를 갖는 직경 1,000 nm 이하의 복합섬유로 이루어지며, 상기 복합섬유의 전체 또는 일부가 서로 융착된 방식으로 결합되어 있는 부직포 웹을 포함하는 다공성 부직포 분리막.
A porous core portion made of a first polymer; And
And a second polymer that surrounds the porous core and is bonded to the surface and the pores of the porous core and includes inorganic particles having a diameter of 30 nm or less and a second polymer positioned on a part or all of the inorganic particles to connect and fix the inorganic particles. sheath
And having a diameter of 1,000 nm or less, wherein the whole or a part of the composite fibers are bonded to each other in a fusion-bonded manner.
제1항에 있어서,
상기 제 1 고분자가 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리아미드이미드(polyamideimide), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide) 및 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 다공성 부직포 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the first polymer is selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene terephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyimide, And is made of polyetheretherketone, polyetheretherketone, polyetherimide, polyamideimide, polyethersulfone, polyphenyleneoxide, polyphenylenesulfide, and polyethylenenaphthalene. Wherein the porous nonwoven fabric separator is a mixture of at least one selected from the group consisting of polyolefin,
제1항에 있어서,
상기 제 2 고분자가 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리아릴에테르케톤(polyaryletherketone), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리아미드이미드(polyamideimide), 폴리벤지미다졸(polybenzimidazole), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 사이클릭 올레핀 코폴리머(cyclic olefin copolymer), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide) 및 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene) 으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 다공성 부직포 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the second polymer is selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, But are not limited to, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyaryletherketone, polyetherimide, polyamideimide, polybenzimidazole, One or more types selected from the group consisting of polyethersulfone, polyphenylene oxide, cyclic olefin copolymer, polyphenylenesulfide and polyethylene naphthalene, A porous nonwoven fabric Rimak.
제1항에 있어서,
상기 무기물 입자는 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 무기물 입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 부직포 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the inorganic particles further comprise inorganic particles 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.
제1항에 있어서,
상기 쉬스부가 실란계 커플링제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 부직포 분리막.
The method according to claim 1,
The porous nonwoven fabric separating membrane according to claim 1, further comprising a silane coupling agent.
제5항에 있어서,
상기 실란계 커플링제가 비닐 실란, 메트아크릴레이트 실란 및 아크릴레이트 실란으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 다공성 부직포 분리막.
6. The method of claim 5,
Wherein the silane coupling agent is a mixture of at least one selected from the group consisting of vinyl silane, methacrylate silane, and acrylate silane.
제1항에 있어서,
상기 쉬스부의 무기물 입자와 제 2 고분자가 서로 가교결합되어 있는 것을 특징으로 하는 다공성 부직포 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the inorganic particles of the sheath portion and the second polymer are crosslinked with each other.
제1항에 있어서,
상기 쉬스부의 무기물 입자와 제 2 고분자가 서로 열 또는 광에 의해 가교결합되어 있는 것을 특징으로 하는 다공성 부직포 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the inorganic particles of the sheath portion and the second polymer are crosslinked with each other by heat or light.
양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전기화학 소자에 있어서,
상기 분리막이 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 다공성 부직포 분리막인 전기화학 소자.
An electrochemical device comprising a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode,
The electrochemical device according to any one of claims 1 to 8, wherein the separator is a porous nonwoven fabric separator.
제9항에 있어서,
상기 전기화학 소자는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전기화학 소자.
10. The method of claim 9,
Wherein the electrochemical device is a lithium secondary battery.
제 1 고분자가 제 1 용매에 용해된 방사액을 방사하고 이로부터 상기 제 1 용매를 제거함으로써 복합섬유의 다공성 코어부를 형성하는 단계;
제 2 고분자가 제 2 용매에 용해된 제 2 고분자의 용액에 직경 30 nm 이하의 무기물 입자를 분산시킴으로써 슬러리를 형성하는 단계;
상기 다공성 코어부를 상기 슬러리 중에 침지시키고 이로부터 제 2 용매를 제거함으로써 직경 1,000 nm 이하의 코팅된 복합섬유를 형성하는 단계; 및
상기 코팅된 복합섬유를 고온에서 열 융착시킴으로써 상기 복합섬유의 전체 또는 일부가 서로 융착된 방식으로 결합되어 있는 부직포 웹을 형성하는 단계
를 포함하는 다공성 부직포 분리막의 제조방법.
Forming a porous core portion of the composite fiber by spinning a spinning solution in which the first polymer is dissolved in a first solvent and removing the first solvent from the spinning solution;
Forming a slurry by dispersing inorganic particles having a diameter of 30 nm or less in a solution of a second polymer in which the second polymer is dissolved in a second solvent;
Forming a coated composite fiber having a diameter of 1,000 nm or less by dipping the porous core portion in the slurry and removing the second solvent therefrom; And
Forming a nonwoven web in which all or a part of the composite fibers are bonded to each other in a fusion-bonded manner by thermally fusing the coated composite fibers at a high temperature
Wherein the porous nonwoven fabric separator comprises a porous nonwoven fabric.
제11항에 있어서,
상기 복합섬유의 다공성 코어부를 형성하는 단계에서 사용되는 방사 방법이 용융 방사, 용액 방사 및 전기 방사(electro-spinning)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 방법 또는 이들 중 2종 이상의 조합된 방법인 것을 특징으로 하는 다공성 부직포 분리막의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The spinning method used in the step of forming the porous core portion of the composite fiber is one of the methods selected from the group consisting of melt spinning, solution spinning and electro-spinning, or a combination of two or more thereof Wherein the porous nonwoven fabric separator comprises a porous nonwoven fabric.
제11항에 있어서,
상기 제 1 용매 및 제 2 용매가 각각 독립적으로 아세톤(acetone), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF), 디옥산(dioxane), 모노글라임(monoglyme), 디글라임(diglyme), 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 디메틸아세트아미드(dimethyl acetamide, DMAC), 클로로포름(chloroform), 디메틸포름아미드(dimethyl formamide, DMF), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 노르말 헥산(normal hexane), 사이클로헥산(cyclohexane), 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 클로로벤젠(chlorobenzene), 디클로로벤젠(dichlorobenzene), 메틸렌클로라이드(methylene chloride), 1,2-디클로로에탄(1,2-dichloroethane) 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 다공성 부직포 분리막의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the first solvent and the second solvent are each independently selected from the group consisting of acetone, tetrahydrofuran (THF), dioxane, monoglyme, diglyme, dimethyl dimethylformamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and the like. Normal hexane, cyclohexane, benzene, toluene, chlorobenzene, dichlorobenzene, methylene chloride, 1,2-dichloroethane (such as dichloromethane, 1,2-dichloroethane) or a mixture thereof.
제11항에 있어서,
상기 방사액이 기공형성제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 부직포 분리막의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the spinning liquid further comprises a pore-forming agent.
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항의 다공성 부직포 분리막의 제조방법에 의해 제조된 다공성 부직포 분리막.

A porous nonwoven fabric separator produced by the method for producing a porous nonwoven fabric separator according to any one of claims 11 to 14.

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101280897B1 (en) 2011-10-31 2013-07-02 전자부품연구원 Non-Woven Separator For Lithium Secondary Battery And Manufacturing Method Thereof

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