KR101868197B1 - Lithium air battery and method for manufacturaing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 공기 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 리튬 공기 전지는 세퍼레이터, 상기 세퍼레이터 일면에 바인더 없이 코팅된 다공성 탄소 물질을 포함하는 양극, 그리고 상기 세퍼레이터 타면에 배치되는 음극을 포함한다.
상기 리튬 공기 전지는 충전 말기에 과전압 증가를 방지함으로써 공기 분위기 하에서 여러 가지 부반응의 발생을 억제하여, 리튬 공기 전지의 사이클 수명 개선할 수 있다.
The present invention relates to a lithium air cell and a method of manufacturing the same. The lithium air battery includes a separator, a positive electrode including a porous carbon material coated on one side of the separator without a binder, and a negative electrode disposed on the other side of the separator.
The lithium air battery prevents an increase in overvoltage at the end of charging, thereby suppressing the occurrence of various side reactions under an air atmosphere, thereby improving the cycle life of the lithium ion battery.

Description

리튬 공기 전지 및 이의 제조 방법{LITHIUM AIR BATTERY AND METHOD FOR MANUFACTURAING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a lithium-

본 발명은 리튬 공기 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양극의 구조 개선을 통하여 전기 전도도를 향상시킴으로써 전지 성능을 향상시킬 수 있으며, 제조 비용을 절감시킬 수 있는 리튬 공기 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium air battery and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a lithium air battery capable of improving battery performance by improving the structure of a positive electrode, ≪ / RTI >

리튬 공기 전지는 음극에 리튬 금속 등을 사용하고, 양극 활물질로 공기 중의 산소를 이용한다. 또한, 리튬-공기 전지는 음극의 리튬 이온을 산소와 반응시켜 전기를 생산하며, 기존의 이차 전지와 다르게 전지 내부에 양극 활물질을 미리 가지고 있을 필요가 없기 때문에 경량화가 가능하다. 또한, 용기 내에 음극 활물질을 대량으로 저장할 수 있어 이론적으로 큰 용량과 높은 에너지 밀도를 나타낼 수 있다.Lithium air cells use lithium metal for the cathode and oxygen in the air for the cathode active material. In addition, lithium-air cells react with oxygen to generate electricity by reacting lithium ions in the cathode, and it is possible to reduce the weight because it is not necessary to previously contain the cathode active material inside the battery unlike the conventional secondary battery. In addition, it is possible to store a large amount of the negative electrode active material in the container, which can theoretically exhibit a large capacity and a high energy density.

상기 리튬 공기 전지는 리튬 이온의 흡장/방출이 가능한 음극, 공기 중의 산소를 양극 활물질로 하여 산소의 산화 환원 촉매를 포함하는 양극을 구비하고, 상기 양극과 음극 사이에 리튬 이온 전도성 매체를 구비한 것이 알려져 있다.The lithium air battery includes a cathode capable of storing and releasing lithium ions and an anode including oxygen redox catalyst using oxygen in the air as a cathode active material and having a lithium ion conductive medium between the anode and the cathode It is known.

상기 리튬 공기 전지의 이론 에너지 밀도는 3000Wh/kg 이상이며, 이는 리튬 이온 전지보다 대략 10배의 에너지 밀도에 해당한다. 아울러, 상기 리튬 공기 전지는 친환경적이며, 리튬 이온 전지보다 개선된 안전성을 제공할 수 있어 많은 개발이 이루어지고 있다.The theoretical energy density of the lithium air battery is 3000Wh / kg or more, which corresponds to about ten times the energy density of a lithium ion battery. In addition, the lithium air battery is eco-friendly, and it can provide improved safety over a lithium ion battery, and many developments have been made.

상기 리튬 공기 전지의 전기 화학적 특성을 결정하는 중요한 요인들로는 전해질 시스템, 양극 구조, 우수한 공기 환원극 촉매, 탄소 지지체의 종류, 산소 압력 등이 있다.Important factors that determine the electrochemical characteristics of the lithium air cell include an electrolyte system, an anode structure, a good air reducing catalyst, a kind of a carbon support, and an oxygen pressure.

상기 리튬 공기 전지에서 일어나는 반응식은 하기 반응식 1과 같다.The reaction formula in the lithium air battery is shown in the following reaction formula 1.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

산화극: Li(s) ↔ Li++ e- The oxide pole: Li (s) ↔ Li + + e -

환원극: 4Li + O2 → 2Li2O V = 2.91VReducing electrode: 4 Li + O 2 ? 2 Li 2 OV = 2.91 V

2Li + O2 → Li2O2 V = 3.10V 2Li + O 2 → Li 2 O 2 V = 3.10V

한편, 상기 리튬 공기 전지의 양극은 대부분 카본 블랙과 바인더를 혼합하여 슬러리를 제조하고, 기체 확산층인 탄소 페이퍼(carbon paper) 위에 코팅하는 방식이 널리 이용되고 있다. 상기 바인더는 카본 블랙들 사이에 존재하면서 카본의 구조가 무너지지 않게 하여 탄소 페이퍼 위에 코팅이 잘 되도록 하는 효과가 있다. On the other hand, the anode of the lithium air battery is widely used by mixing carbon black and a binder to prepare a slurry and coating the carbon paper on a carbon paper, which is a gas diffusion layer. The binder is present between the carbon blacks so that the structure of the carbon is not broken, so that the binder can be coated well on the carbon paper.

그러나, 상기 바인더를 전극 제조에 사용하게 되면 바인더는 전도성이 떨어지기 때문에 전극의 성능을 하향시킨다는 단점이 있다.However, when the binder is used in the electrode production, the binder has a disadvantage in that it deteriorates the performance of the electrode because the conductivity is lowered.

본 발명의 목적은 양극의 구조 개선을 통하여 전기 전도도를 향상시킴으로써 전지 성능을 향상시킬 수 있는 리튬 공기 전지를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a lithium air battery capable of improving battery performance by improving the electrical conductivity by improving the structure of the anode.

본 발명의 다른 목적은 제조된 리튬 공기 전지의 전기 전도도를 향상시키면서도 제조 비용을 절감시킬 수 있는 리튬 공기 전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a lithium air battery capable of reducing the manufacturing cost while improving the electrical conductivity of the lithium air battery.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지는 세퍼레이터, 상기 세퍼레이터 일면에 바인더 없이 코팅된 다공성 탄소 물질을 포함하는 양극, 그리고 상기 세퍼레이터 타면에 배치되는 음극을 포함한다.A lithium air battery according to an embodiment of the present invention includes a separator, a positive electrode including a porous carbon material coated on one side of the separator without a binder, and a negative electrode disposed on the other side of the separator.

상기 세퍼레이터는 유리 섬유(glass fiber)일 수 있다.The separator may be glass fiber.

상기 세퍼레이터는 (a) 폴리올레핀 계열 분리막 기재; 및 (b) 상기 기재의 표면 및 상기 기재에 존재하는 기공부 일부로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 영역이 무기물 입자 및 바인더 고분자의 혼합물로 코팅된 활성층을 포함하는 유/무기 복합 다공성 세퍼레이터로서, 상기 활성층은 바인더 고분자에 의해 무기물 입자 사이가 연결 및 고정되고, 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)으로 인해 기공 구조가 형성된 것일 수 있다. Wherein the separator comprises: (a) a polyolefin-based separator substrate; And (b) an active layer coated with a mixture of inorganic particles and a binder polymer, wherein at least one region selected from the group consisting of a surface of the substrate and a porosity portion existing in the substrate is coated with a mixture of a binder polymer and a binder polymer, The inorganic particles may be connected and fixed by the binder polymer and the pore structure may be formed due to the interstitial volume between the inorganic particles.

상기 무기물 입자는 (a) 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자, (b) 압전성(piezoelectricity)을 갖는 무기물 입자 및 (c) 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. The inorganic particles may be at least one selected from the group consisting of (a) inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more, (b) inorganic particles having piezoelectricity, and (c) inorganic particles having lithium ion transporting ability.

상기 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자(a)는 SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, TiO2 또는 SiC일 수 있다.The inorganic particles (a) having a dielectric constant of 5 or more may be SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 or SiC.

상기 압전성(piezoelectricity)을 갖는 무기물 입자(b)는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3(PLZT), Pb(Mg3Nb2 /3)O3-PbTiO3(PMN-PT) 또는 하프니아(hafnia, HfO2)일 수 있다.Inorganic particles (b) having the piezoelectricity (piezoelectricity) is BaTiO 3, Pb (Zr, Ti ) O 3 (PZT), Pb 1 - x La x Zr 1 - y Ti y O 3 (PLZT), Pb (Mg 3 Nb may be a 2/3) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT) or hafnia (hafnia, HfO 2).

상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자(c)는 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 또는 P2S5(LixPySz, 0<x<3, 0<y<3, 0<z<7) 계열 glass일 수 있다.The inorganic particles (c) having lithium ion transferring ability may be 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 or P 2 S 5 (Li x P y S z, 0 <x <3, 0 <y <3, 0 < z < 7) series glass.

상기 바인더 고분자는 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌(polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌(polyvinylidene fluorideco-trichloroethylene), 폴리메틸메타클릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트(cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란(cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜(cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스(cyanoethylsucrose), 풀루란(pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose) 및 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.The binder polymer may be selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-trichlorethylene, polymethylmethacrylate ), Polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, polyethylene-co-vinyl acetate, polyimide, polyethylene oxide (polyethylene) oxide, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, Cyanoethylcellulose, cyano Til sucrose (cyanoethylsucrose), pullulan can be at least one member selected from the group consisting of (pullulan), carboxymethyl cellulose (carboxyl methyl cellulose) and polyvinyl alcohol (polyvinylalcohol).

상기 폴리올레핀 계열 분리막 기재의 성분은 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.The component of the polyolefin-based membrane base material may be at least one selected from the group consisting of high-density polyethylene, low-density polyethylene, linear low-density polyethylene, ultrahigh molecular weight polyethylene and polypropylene.

상기 양극은 상기 다공성 탄소 물질의 상기 세퍼레이터와 접촉되지 않은 면에 배치된 가스 확산층을 더 포함할 수 있다.The anode may further include a gas diffusion layer disposed on a surface of the porous carbon material that is not in contact with the separator.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지의 제조 방법은 다공성 탄소 물질 및 용매를 혼합하여 양극 형성용 조성물을 제조하는 단계, 그리고 상기 제조된 양극 형성용 조성물을 세퍼레이터 일면에 바인더 없이 코팅하는 단계를 포함한다.The method for manufacturing a lithium air cell according to another embodiment of the present invention includes the steps of preparing a composition for forming an anode by mixing a porous carbon material and a solvent and coating the prepared composition for positive electrode with a binder on one surface of the separator .

상기 용매는 이소프로필 알코올, 에탄올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The solvent may be any one selected from the group consisting of isopropyl alcohol, ethanol, and mixtures thereof.

본 발명의 리튬 공기 전지는 양극의 구조 개선을 통하여 전기 전도도를 향상시킴으로써 전지 성능을 향상시킬 수 있으며, 제조 비용을 절감시킬 수 있다.The lithium air battery of the present invention improves the electric conductivity by improving the structure of the anode, thereby improving battery performance and reducing manufacturing cost.

도 1은 본 발명의 제조예 1에서 제조된 유/무기 복합 다공성 분리막(PVdF-CTFE/ BaTiO3)의 SEM 사진으로서, 도 1a 및 도 1b는 각각 활성층 및 분리막 기재를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 리튬 공기 전지의 충방전 곡선이다.
1 is an SEM photograph of the organic / inorganic composite porous separator (PVdF-CTFE / BaTiO3) prepared in Production Example 1 of the present invention, wherein FIGS. 1A and 1B show the active layer and the separator substrate respectively.
2 is a charge / discharge curve of the lithium air battery manufactured in Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

본 명세서에서 사용되는 용어인 "공기(air)"는 대기 공기로 제한되는 것은 아니며, 산소를 포함하는 기체의 조합, 또는 순수 산소 기체를 포함할 수 있다. 이러한 용어 "공기"에 대한 넓은 정의가 모든 용도, 예를 들어 공기 전지, 공기 양극 등에 적용될 수 있다.As used herein, the term "air" is not meant to be limited to atmospheric air, but may include a combination of gases containing oxygen, or pure oxygen gas. This broad definition of the term "air" can be applied to all applications, such as air cells, air bubbles, and the like.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 공기 전지는 세퍼레이터, 상기 세퍼레이터 일면에 바인더 없이 코팅된 다공성 탄소 물질을 포함하는 양극, 그리고 상기 세퍼레이터 타면에 배치되는 음극을 포함한다.A lithium air battery according to an embodiment of the present invention includes a separator, a positive electrode including a porous carbon material coated on one side of the separator without a binder, and a negative electrode disposed on the other side of the separator.

상기 리튬 공기 전지는 양극이 바인더를 포함하지 않음으로써, 상기 다공성 탄소 물질들이 보다 긴밀하게 연결되어 전기 전도도가 향상되며, 상기 다공성 탄소 물질들이 상기 세퍼레이터에 직접 코팅됨에 따라 상기 다공성 탄소 물질들과 상기 세퍼레이터의 계면 저항이 감소된다.In the lithium air battery, since the positive electrode does not include a binder, the porous carbon materials are more tightly connected to each other to improve electrical conductivity. As the porous carbon materials are coated directly on the separator, the porous carbon materials and the separator Is reduced.

한편, 상기 산소를 양극 활물질로 사용하는 양극은 상기 다공성 탄소 물질을 포함한다. 이와 같은 다공성 탄소 물질로는 카본 블랙, 그래파이트, 그라펜, 활성탄, 탄소 섬유 등을 사용할 수 있다. On the other hand, the anode using the oxygen as a cathode active material includes the porous carbon material. Examples of such porous carbon materials include carbon black, graphite, graphene, activated carbon, carbon fiber, and the like.

상기 양극은 산소의 산화/환원을 위한 촉매를 선택적으로 더 포함할 수 있으며, 이와 같은 촉매로는 백금, 금, 은, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 오스뮴과 같은 귀금속계 촉매, 망간산화물, 철산화물, 코발트산화물, 니켈산화물 등과 같은 산화물계 촉매, 또는 코발트 프탈로시아닌과 같은 유기금속계 촉매를 사용할 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 산소의 산화/환원 촉매로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.The anode may further include a catalyst for oxidation / reduction of oxygen. Examples of the catalyst include noble metal catalysts such as platinum, gold, silver, palladium, ruthenium, rhodium and osmium, manganese oxides, Cobalt oxide, nickel oxide and the like, or an organometallic catalyst such as cobalt phthalocyanine may be used, but the present invention is not limited thereto and can be used as an oxidation / reduction catalyst of oxygen in the related art.

또한, 상기 촉매는 담체에 담지될 수 있다. 상기 담체는 산화물, 제올라이트, 점토계 광물, 카본 등일 수 있다. 상기 산화물은 알루미나, 실리카, 산화지르코늄, 이산화티탄 등의 산화물이거나, Ce, Pr, Sm, Eu, Tb, Tm, Yb, Sb, Bi, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Mo 및 W로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 산화물일 수 있다. 상기 카본은 케첸블랙, 아세틸렌 블랙, 태널 블랙, 램프 블랙 등의 카본 블랙류, 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연 등의 흑연류, 활성탄류, 탄소 섬유류 등일 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 담체로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.In addition, the catalyst may be supported on a carrier. The carrier may be an oxide, zeolite, clay minerals, carbon, or the like. The oxide may be an oxide such as alumina, silica, zirconium oxide or titanium dioxide, or an oxide such as Ce, Pr, Sm, Eu, Tb, Tm, Yb, Sb, Bi, V, Cr, Mn, Fe, , Mo, and W. &lt; / RTI &gt; The carbon may be carbon black such as Ketjen black, acetylene black, tan black, lamp black, graphite such as natural graphite, artificial graphite and expanded graphite, activated carbon, carbon fiber and the like, Anything that can be used as a carrier in the field is possible.

상기 양극은 상기한 바와 같이 바인더를 포함하지 않는다. 상기 바인더는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지일 수 있고, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로 에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 스티렌-부타디엔 고무, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체, 불화비닐리덴-헥사 플루오로프로필렌 공중합체, 불화비닐리덴-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 불화비니리덴-펜타프루오로 프로필렌 공중하체, 프로필렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 불화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌-테트라 플루오로에틸렌 공중합체, 불화비닐리덴-퍼플루오로메틸비닐에테르-테트라플루오로 에틸렌 공중합체, 에틸렌-아크릴산 공중합제 등일 수 있다.The positive electrode does not include a binder as described above. The binder may be a thermoplastic resin or a thermosetting resin. Examples of the binder include polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene-butadiene rubber, tetrafluoroethylene- Vinylidene fluoride-vinylidene fluoride copolymer, vinylidene fluoride-vinylidene fluoride copolymer, vinylidene fluoride-vinylidene fluoride copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride- chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, Propylene-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluoro Methyl vinyl ether-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-acrylic acid copolymer, and the like.

상기 세퍼레이터는 유리 섬유(glass fiber) 또는 유/무기 복합 다공성 세퍼레이터일 수 있다. 상기 세퍼레이터가 유리 섬유(glass fiber) 또는 유/무기 복합 다공성 세퍼레이터인 경우, 상기 양극의 다공성 탄소 재료가 바인더 없이도 상기 세퍼레이터에 잘 접합될 수 있다.The separator may be a glass fiber or an organic / inorganic composite porous separator. When the separator is a glass fiber or an organic / inorganic composite porous separator, the porous carbon material of the anode can be well bonded to the separator without a binder.

상기 유/무기 복합 다공성 세퍼레이터는 (a) 폴리올레핀 계열 분리막 기재, 그리고 (b) 상기 기재의 표면 및 상기 기재에 존재하는 기공부 일부로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 영역이 무기물 입자 및 바인더 고분자의 혼합물로 코팅된 활성층을 포함하는 유/무기 복합 다공성 세퍼레이터로서, 상기 활성층은 바인더 고분자에 의해 무기물 입자 사이가 연결 및 고정되고, 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)으로 인해 기공 구조가 형성된 것일 수 있다.Wherein the organic / inorganic composite porous separator comprises at least one region selected from the group consisting of (a) a polyolefin-based separator base material and (b) a surface of the base material and a porosity portion existing in the base material, Inorganic composite porous separator comprising a coated active layer, wherein the active layer may be one in which the inorganic particles are connected and fixed by the binder polymer, and the pore structure is formed due to the interstitial volume between the inorganic particles.

상기 유/무기 복합 다공성 세퍼레이터는 상기 폴리올레핀 계열 분리막 기재상에 무기물 입자와 바인더 고분자를 활성층 성분으로 사용하여 제조되며, 이때 분리막 기재 자체에 포함된 기공 구조와 더불어 활성층 성분인 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)에 의해 형성된 균일한 기공 구조로 인해 분리막으로 사용될 수 있다. 또한, 바인더 고분자 성분으로 액체 전해액 함침시 겔화 가능한 고분자를 사용하는 경우 전해질로도 동시에 사용될 수 있다.The organic / inorganic composite porous separator is produced by using inorganic particles and a binder polymer on the polyolefin-based separator as an active layer component. In addition to the pore structure contained in the separator substrate itself, an empty space between the inorganic particles interstitial volume), which can be used as a separation membrane due to the uniform pore structure. In addition, when a polymer capable of gelation is used as a binder polymer component when a liquid electrolyte is impregnated, it can also be used as an electrolyte.

상기 유/무기 복합 다공성 세퍼레이터는 도 1에 나타난 바와 같이 활성층 및 폴리올레핀 계열 분리막 기재 모두에 균일한 기공 구조가 다수 형성되어 있으며, 이러한 기공을 통해 리튬 이온의 원활한 이동이 이루어지고, 다량의 전해액이 채워져 높은 함침율을 나타낼 수 있으므로, 전지의 성능 향상을 함께 도모할 수 있다.As shown in FIG. 1, the organic / inorganic composite porous separator has a plurality of uniform pore structures formed on both the active layer and the polyolefin-based separator substrate. Through the pores, lithium ions are smoothly transferred and a large amount of electrolyte is filled A high impregnation rate can be exhibited, so that the performance of the battery can be improved at the same time.

상기 유/무기 복합 다공성 세퍼레이터는 폴리올레핀 계열 분리막 상에 직접 코팅하여 형성된 것이므로, 폴리올레핀 계열 분리막 기재 표면의 기공과 활성층이 상호 엉켜있는 형태(anchoring)로 존재하여 활성층과 다공성 기재가 물리적으로 견고하게 결합된다.Since the organic / inorganic composite porous separator is formed by coating directly on the polyolefin-based separation membrane, the pores on the surface of the polyolefin-based membrane substrate and the active layer exist as anchoring mutually so that the active layer and the porous substrate are physically and firmly bonded .

상기 유/무기 복합 다공성 세퍼레이터에서, 폴리올레핀 계열 분리막 기재의 표면 및/또는 기재 중 기공부 일부에 형성되는 활성층 성분 중 하나는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 무기물 입자이다. 상기 무기물 입자는 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)을 가능하게 하여 미세 기공을 형성하는 역할과 물리적 형태를 유지할 수 있는 일종의 스페이서(spacer) 역할을 겸하게 된다. 또한, 상기 무기물 입자는 일반적으로 200℃ 이상의 고온이 되어도 물리적 특성이 변하지 않는 특성을 갖기 때문에, 형성된 유/무기 복합 다공성 필름이 탁월한 내열성을 갖게 된다.In the organic / inorganic composite porous separator, one of the active layer components formed on the surface of the polyolefin-based membrane base material and / or the pores of the base material is an inorganic particle commonly used in the art. The inorganic particles may serve as a kind of spacer capable of forming micropores by allowing an interstitial volume between inorganic particles and maintaining physical shape. In addition, since the inorganic particles generally have a property that their physical properties do not change even at a high temperature of 200 DEG C or more, the formed organic / inorganic composite porous film has excellent heat resistance.

상기 무기물 입자는 유전율 상수가 5 이상, 바람직하게는 10 이상인 고유전율 무기물 입자, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자, 압전성(piezoelectricity)을 갖는 무기물 입자 또는 이들의 혼합체가 바람직하다.The inorganic particles are preferably high-permittivity inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more, preferably 10 or more, inorganic particles having lithium ion-transferring ability, inorganic particles having piezoelectricity, or a mixture thereof.

상기 압전성(piezoelectricity) 물질은 상압에서는 부도체이나, 일정 압력이 인가되었을 경우 내부 구조 변화에 의해 전기가 통하는 물성을 갖는 물질을 의미하는 것으로서, 상기 압전성을 갖는 무기물 입자의 비제한적인 예로는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3(PLZT), PbB(Mg3Nb2 /3)O3-PbTiO3(PMN-PT), 하프니아(hafnia, HfO2) 또는 이들의 혼합체 등이 있다.The piezoelectric material refers to a non-conductive material at normal pressure, or a material having electrical conductivity due to a change in internal structure when a certain pressure is applied. Non-limiting examples of the piezoelectric material having piezoelectricity include BaTiO 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT), Pb 1 - x La x Zr 1 - y Ti y O 3 (PLZT), PbB (Mg 3 Nb 2/3) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), Hafnia (HfO 2 ) or a mixture thereof.

상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 리튬 원소를 함유하되 리튬을 저장하지 아니하고 리튬 이온을 이동시키는 기능을 갖는 무기물 입자를 본 발명에서 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.The inorganic particles having the lithium ion transferring ability are inorganic particles having a function of transferring lithium ions without containing lithium but containing lithium element in the present invention, It is possible to transfer and move lithium ions due to a kind of defect existing in the lithium ion battery, so that 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 < , Lithium aluminum titanium phosphate (LixAlyTiz (PO4) 3, 0 <x <2, 0 <y <1, 0 <z <3), 14Li 2 O-9Al 2 O 3 -38TiO 2 -39P 2 O 5 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 0 &lt; y &lt; 1, 0 < z < 1, 0 < w &gt; , such as Li x Ge y P z S w , 0 <x <4, Ge 0 .25 P 0 .75 S 4 , 5), Li 3 N lithium nitride (Li x N y, 0 < x <4, 0 <y <2), Li 3 PO 4 SiS 2 family, such as -Li 2 S-SiS 2 glass ( Li x such as Si y S z, 0 <x <3, 0 <y <2, 0 <z <4), LiI-Li 2 SP 2 S 5 P 2 S 5 based glass (Li x P y S z, such as 0 < x <3, 0 <y <3, 0 <z <7), or mixtures thereof.

또한, 유전율 상수 5 이상인 무기물 입자의 비제한적인 예로는 SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, TiO2, SiC 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 전술한 고유전율 무기물 입자, 압전성을 갖는 무기물 입자와 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자들을 혼용할 경우 이들의 상승 효과는 배가될 수 있다.Examples of inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more include SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 , And the like. When the above-mentioned high-permittivity inorganic particles, the inorganic particles having piezoelectricity, and the inorganic particles having lithium ion transferring ability are mixed, their synergistic effect can be doubled.

상기 폴리올레핀 분리막 기재상에 상기 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물을 코팅하여 형성된 본 발명의 유/무기 복합다공성 세퍼레이터는 전술한 바와 같이 분리막 기재 자체 내에 기공부가 포함되어 있을 뿐만 아니라, 기재 상에 형성된 무기물 입자들간의 빈 공간으로 인해 기재와 활성층 모두 기공 구조를 형성하게 된다. 상기 유/무기 복합다공성 세퍼레이터의 기공 크기 및 기공도는 주로 무기물 입자의 크기에 의존하는데, 예컨대 입경이 1㎛ 이하인 무기물 입자를 사용하는 경우 형성되는 기공 역시 1㎛ 이하를 나타내게 된다. 이와 같은 기공 구조는 추후 주액되는 전해액으로 채워지게 되고, 이와 같이 채워진 전해액은 이온 전달 역할을 하게 된다. 따라서, 상기 기공의 크기 및 기공도는 유/무기 복합 다공성 세퍼레이터의 이온 전도도 조절에 중요한 영향 인자이다.Inorganic composite porous separator formed by coating a mixture of the inorganic particles and the binder polymer on the polyolefin separator base material includes not only pores in the separator base material itself as described above, Both the substrate and the active layer form a pore structure due to the void space between the particles. The pore size and porosity of the organic / inorganic composite porous separator depend mainly on the size of the inorganic particles. For example, when inorganic particles having a particle size of 1 탆 or less are used, pores formed also show 1 탆 or less. Such a pore structure is filled with an electrolyte solution to be injected at a later stage, and the filled electrolyte serves as an ion transfer function. Therefore, the pore size and porosity are important factors for controlling the ionic conductivity of the organic / inorganic composite porous separator.

사용 가능한 바인더 고분자의 비제한적인 예로는 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌(polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌(polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 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(cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란(cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜(cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스(cyanoethylsucrose), 풀루란(pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose), 아크리로니트릴스티렌부타디엔 공중합체(acrylonitrilestyrene-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-co-trichlorethylene, Polyolefins such as polymethylmethacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, polyethylene-co-vinyl acetate, polyethylene oxide, polyethylene oxide, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, , Cyanoethylcellulose, Include cyano ethyl sucrose (cyanoethylsucrose), pullulan (pullulan), carboxymethyl cellulose (carboxyl methyl cellulose), an arc Lee acrylonitrile styrene butadiene copolymers (acrylonitrilestyrene-butadiene copolymer), polyimide (polyimide) or mixtures thereof. In addition, any material including the above-mentioned characteristics may be used alone or in combination.

상기 유/무기 복합 다공성 분리막에서, 상기 활성층 구성 성분인 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물로 코팅되는 기재(substrate)는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 폴리올레핀 계열 분리막이다. 상기 폴리올레핀 계열 분리막 성분의 비제한적인 예로는 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 유도체 등이 있다.In the organic / inorganic composite porous separator, a substrate coated with a mixture of inorganic particles and a binder polymer as the active layer constituent is a polyolefin-based separator commonly used in the art. Non-limiting examples of the polyolefin-based separation membrane component include high-density polyethylene, linear low-density polyethylene, low-density polyethylene, ultra-high molecular weight polyethylene, polypropylene or derivatives thereof.

상기 유/무기 복합 다공성 세퍼레이터는 (a) 상기 바인더 고분자를 용매에 용해시켜 고분자 용액을 제조하는 단계; (b) 상기 무기물 입자를 상기 단계 a)의 고분자 용액에 첨가 및 혼합하는 단계; 및 (c) 폴리올레핀 계열 분리막 기재의 표면 및 기재 중 기공부 일부로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 영역을 상기 단계 b)의 혼합물로 코팅 및 건조하는 단계를 포함할 수 있다.Wherein the organic / inorganic composite porous separator comprises: (a) dissolving the binder polymer in a solvent to prepare a polymer solution; (b) adding and mixing the inorganic particles to the polymer solution of step (a); And (c) coating at least one region selected from the group consisting of a surface of the polyolefin-based membrane base material and a pierced portion of the substrate with the mixture of step b) and drying.

우선, 1) 고분자를 적절한 유기 용매에 용해시켜 고분자 용액을 제조한다.First, 1) a polymer is dissolved in an appropriate organic solvent to prepare a polymer solution.

상기 용매로는 사용하고자 하는 바인더 고분자와 용해도 지수가 유사하며, 끓는점(boiling point)이 낮은 것이 바람직하다. 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.It is preferable that the solvent has a solubility index similar to that of the binder polymer to be used and a low boiling point. 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.

2) 제조된 고분자 용액에 무기물 입자를 첨가 및 분산시켜 무기물 입자 및 고분자 혼합물을 제조한다.2) Inorganic particles and polymer mixtures are prepared by adding and dispersing inorganic particles to the prepared polymer solution.

상기 고분자 용액에 무기물 입자를 첨가한 후, 무기물 입자의 파쇄를 실시하는 것이 바람직하다. 이때 파쇄 시간은 1 내지 20 시간이 적절하며, 파쇄된 무기물 입자의 입도는 상기에 언급된 바와 같이 0.001 내지 10㎛가 바람직하다. 파쇄 방법으로는 통상적인 방법을 사용할 수 있으며, 특히 볼밀(ball mill)법이 바람직하다.It is preferable to add inorganic particles to the polymer solution and then crush the inorganic particles. In this case, the disintegration time is preferably 1 to 20 hours, and the particle size of the disintegrated inorganic particles is preferably 0.001 to 10 占 퐉 as mentioned above. As the crushing method, a conventional method can be used, and a ball mill method is particularly preferable.

상기 무기물 입자 및 고분자로 구성되는 혼합물의 조성은 크게 제약이 없으나, 이에 따라 최종 제조되는 본 발명의 유/무기 복합 다공성 세퍼레이터의 두께, 기공 크기 및 기공도를 조절할 수 있다.The composition of the inorganic particles and the polymer is not particularly limited, but the thickness, pore size, and porosity of the final organic / inorganic composite porous separator of the present invention can be controlled.

즉, 고분자(P) 대비 무기물 입자(I)의 비(ratio = I/P)가 증가할수록 본 발명의 유/무기 복합 다공성 세퍼레이터의기공도가 증가하게 되며, 이는 동일한 고형분 함량(무기물 입자 중량+고분자 중량)에서 유/무기 복합 다공성 분리막의 두께가 증가되는 결과를 초래하게 된다. 또한, 무기물 입자들간의 기공 형성 가능성이 증가하여 기공 크기가 증가하게 되는데, 이때 무기물 입자의 크기(입경)가 커질수록 무기물들 사이의 간격(interstitialdistance)이 커지므로, 기공 크기가 증가하게 된다.That is, as the ratio of the inorganic particles (I) to the polymer (P) increases, the porosity of the organic / inorganic composite porous separator of the present invention increases as the ratio of the inorganic particles (I) Inorganic composite porous separator increases in the thickness of the organic / inorganic composite porous separator. In addition, the pore size increases due to an increase in the possibility of pore formation between the inorganic particles. At this time, as the size (particle diameter) of the inorganic particles increases, the interstitial distance between the inorganic particles becomes larger.

3) 제조된 무기물 입자 및 고분자의 혼합물을 준비된 폴리올레핀 계열 분리막 기재상에 코팅하고 이후 건조함으로써, 본 발명의 유/무기 복합 다공성 세퍼레이터를 얻을 수 있다.3) The organic / inorganic composite porous separator of the present invention can be obtained by coating a prepared mixture of the inorganic particles and the polymer on the prepared polyolefin-based membrane base material and then drying.

이때, 무기물 입자 및 고분자의 혼합물을 폴리올레핀 계열 분리막 기재상에 코팅하는 방법은 당업계에 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, 무기물 입자 및 고분자의 혼합물을 폴리올레핀 계열 분리막 기재상에 코팅시, 상기 분리막 기재의 양면 모두에 실시할 수 있으며 또는 한 면에만 선택적으로 실시할 수 있다.In this case, a method of coating a mixture of inorganic particles and polymer on the polyolefin-based separator substrate may be a conventional coating method known in the art. For example, a dip coating, a die coating, a roll coating, ) Coating, comma coating, or a combination thereof. In addition, when the mixture of the inorganic particles and the polymer is coated on the polyolefin-based membrane substrate, it can be carried out on both sides of the membrane base material, or selectively on one side only.

한편, 상기 양극은, 상기 다공성 탄소 물질과 선택적으로 상기 산소 산화/환원 촉매를 혼합한 후 적당한 용매를 첨가하여 양극 형성용 조성물을 제조한 후 상기 세퍼레이터 표면에 도포 및 건조하여 제조할 수 있다. Meanwhile, the anode may be prepared by mixing the porous carbon material with the oxygen oxidation / reduction catalyst, and then adding a suitable solvent to prepare a composition for forming an anode, applying the composition to the surface of the separator, and drying the composition.

종래에 상기 양극은 바인더를 포함하는 양극 형성용 조성물을 탄소 페이퍼와 같은 가스 확산층에 도포 및 건조하여 제조하는 것이나, 본 발명은 상기 양극 형성용 조성물을 상기 특정한 세퍼레이터에 코팅함으로써 상기 양극 형성용 조성물이 바인더를 포함하지 않음에도 상기 양극을 형성할 수 있다.Conventionally, the anode is prepared by applying a composition for forming an anode including a binder to a gas diffusion layer such as carbon paper, and drying the composition. However, the present invention is characterized in that the composition for forming an anode The anode may be formed without a binder.

상기 용매는 이소프로필 알코올, 에탄올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 상기 이소프로필 알코올을 사용하는 것이 전극 슬러리를 제조함에 있어서 빠른 증발을 기재할 수 있어 공정 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 증발하면서 탄소 내부에 남아 있는 수분을 흡수함과 동시에 탄소 간의 결합을 강하게 해줘 코팅시 전극 슬러리의 형태를 잘 유지해 줄 수 있다.The solvent may be any one selected from the group consisting of isopropyl alcohol, ethanol, and mixtures thereof. The use of the isopropyl alcohol can describe rapid evaporation in the preparation of the electrode slurry, thereby shortening the processing time In addition to absorbing the moisture remaining in the carbon while evaporating, it strengthens the bonds between the carbon atoms and can maintain the shape of the electrode slurry at the time of coating.

상기 양극 형성용 조성물을 상기 세퍼레이터 표면에 도포하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법, 닥터 블레이드를 이용한 코팅법, 그라비아 코팅법, 딥코팅법, 실크스크린법, 페인팅법, 슬릿다이를 이용한 코팅법, 스핀코팅법, 롤코팅법, 전사코팅법 등이 이용될 수 있다.The method of applying the composition for forming an anode to the surface of the separator is not particularly limited and may be applied by a screen printing method, a spray coating method, a coating method using a doctor blade, a gravure coating method, a dip coating method, a silk screen method, A coating method using a die, a spin coating method, a roll coating method, a transfer coating method, or the like can be used.

상기 건조는 20 내지 200℃에서 이루어질 수 있으며, 바람직하게 20 내지 150에서 이루어질 수 있고, 더욱 바람직하게 60 내지 120℃에서 이루어질 수 있다. 상기 건조 온도가 20℃ 미만인 경우 전극 내부에 용매가 잔존할 수 있고, 200℃를 초과하는 경우 상기 세퍼레이터의 구조가 변할 수 있다.The drying may be performed at 20 to 200 ° C, preferably 20 to 150 ° C, and more preferably 60 to 120 ° C. If the drying temperature is lower than 20 ° C, a solvent may remain in the electrode, and if it exceeds 200 ° C, the structure of the separator may be changed.

상기 양극은 상기 다공성 탄소 물질의 상기 세퍼레이터와 접촉되지 않은 면에 배치된 기체 확산층을 더 포함할 수 있다. 상기 기체 확산층은 상기 다공성 탄소 물질을 지지하는 역할을 하면서, 상기 다공성 탄소 물질로 공기를 확산시켜 공기가 쉽게 접근할 수 있는 역할을 한다. 상기 기체 확산층으로는 도전성 기재를 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로 탄소 페이퍼(carbon paper), 탄소 천(carbon cloth), 탄소 펠트(carbon felt), 또는 금속천(섬유 상태의 금속으로 구성된 다공성의 필름 또는 고분자 섬유로 형성된 천의 표면에 금속 필름이 형성된 것)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The anode may further include a gas diffusion layer disposed on a surface of the porous carbon material that is not in contact with the separator. The gas diffusion layer plays a role of supporting the porous carbon material and diffusing air with the porous carbon material so that air can be easily accessed. As the gas diffusion layer, a conductive substrate may be used. Typical examples of the gas diffusion layer include a carbon paper, a carbon cloth, a carbon felt, or a metal cloth (a porous film composed of a metal in a fiber state or A metal film formed on the surface of a cloth formed of polymer fibers) may be used, but is not limited thereto.

상기 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 음극은 리튬 금속, 리튬 금속 기반의 합금 또는 Li을 흡장 및 방출할 수 있는 물질을 포함하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 음극이 상기 리튬 공기 전지의 용량을 결정한다. 상기 리튬 금속 기반의 합금은 예를 들어 알루미늄, 주석, 마그네슘, 인듐, 칼슘, 게르마늄, 안티몬, 비스무스, 납 등과 리튬의 합금 등일 수 있다.The negative electrode capable of intercalating and deintercalating lithium includes a lithium metal, a lithium-metal-based alloy, or a material capable of absorbing and desorbing Li, but the present invention is not limited thereto. The negative electrode determines the capacity of the lithium air battery. The lithium metal-based alloy may be, for example, aluminum, tin, magnesium, indium, calcium, germanium, antimony, bismuth,

상기 양극과 음극은 집전체를 더 포함할 수 있으며, 상기 양극 측의 집전체는 산소의 확산을 신속하게 하기 위하여 망상 또는 메시 모양 등의 다공체를 이용할 수 있으며, 스테인레스강, 니켈, 알루미늄 등의 다공성 금속판을 사용할 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 집전체로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 상기 집전체는 산화물 방지하기 위하여 내산화성의 금속 또는 합금 피막으로 피복될 수도 있다.The positive electrode and the negative electrode may further include a current collector. The current collector on the positive electrode may use a porous material such as a mesh or mesh shape to accelerate the diffusion of oxygen, and may be made of a porous material such as stainless steel, nickel, The metal plate may be used, but is not limited thereto, and any metal plate may be used as a current collector in the related art. The current collector may be coated with an oxidation-resistant metal or alloy coating to prevent oxide.

상기 전해질은 수계 전해질 또는 비수계 전해질일 수 있다. 또는 상기 전해질은 수계 전해질과 비수계 전해질의 혼합으로 형성될 수 있다. The electrolyte may be an aqueous electrolyte or a non-aqueous electrolyte. Alternatively, the electrolyte may be formed by mixing an aqueous electrolyte and a non-aqueous electrolyte.

상기 비수계 전해질은 비양성자성 용매를 포함할 수 있다. 상기 비양성자성 용매로는, 예를 들어, 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 아민계 또는 포스핀계 용매가 사용될 수 있다.The non-aqueous electrolyte may include an aprotic solvent. As the aprotic solvent, for example, a carbonate-based, ester-based, ether-based, ketone-based, amine-based or phosphine-based solvent may be used.

상기 에테르계 용매는 비환형 에테르(acyclic ethers) 또는 환형 에테르(cyclic ethers)를 포함하는 것이다.The ether solvent includes acyclic ethers or cyclic ethers.

비제한적인 예로, 상기 비환형 에테르는 1,2-디메톡시에탄(1,2-dimethoxyethane), 1,2-디에톡시에탄(1,2-diethoxyethane), 1,2-디부톡시에탄(1,2-dibuthoxyethane), 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(diethylene glycol dimethyl ether), 디에틸렌 글리콜 디에틸 에테르(diethylene glycol diethyl ether), 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(triethylene glycol dimethyl ether), 트리에틸렌 글리콜 디에틸 에테르(triethylene glycol diethyl ether), 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(tetraethylene glycol dimethyl ether), 테트라에틸렌 글리콜 디에틸 에테르(tetraethylene glycol diethyl ether) 디메틸 설폭사이드(dimethyl sulfoxide) 및 디메틸 아세트아마이드(N,N-dimethyl acetamide)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물일 수 있다.Non-limiting examples of such non-cyclic ethers include 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane (1, 2-dibutoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol diethyl ether, glycol diethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol diethyl ether dimethyl sulfoxide and N, N-dimethyl acetamide. Lt; / RTI &gt; group.

또한, 비제한적인 예로, 상기 환형 에테르는 1,3-디옥소란(1,3-dioxolane), 4,5-디메틸-디옥소란(4,5-dimethyl-dioxolane), 4,5-디에틸-디옥소란(4,5-diethyl-dioxolane), 4-메틸-1,3-디옥소란(4-methyl-1,3-dioxolane), 4-에틸-1,3-디옥소란(4-ethyl-1,3-dioxolane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 2-메틸 테트라하이드로퓨란(2-methyl tetrahydrofuran), 2,5-디메틸 테트라하이드로퓨란(2,5-dimethyl tetrahydrofuran), 2,5-디메톡시 테트라하이드로퓨란(2,5-dimethoxy tetrahydrofuran), 2-에톡시 테트라하이드로퓨란(2-ethoxy tetrahydrofuran), 2-메틸-1,3-디옥소란(2-methoxy-1,3-dioxolane), 2-비닐-1,3-디옥소란(2-vinyl-1,3-dioxolane), 2,2-디메틸-1,3-디옥소란(2,2-dimethyl-1,3-dioxolane), 2-메톡시-1,3-디옥소란(2-methoxy-1,3-dioxolane), 2-에틸-2-메틸-1,3-디옥소란(2-ethyl-2-methyl-1,3-dioxolane), 테트라하이드로파이란(tetrahydropyran), 1,4-디옥산(1,4-dioxane), 1,2-디메톡시 벤젠(1,2-dimethoxy benzene), 1,3-디메톡시 벤젠(1,3-dimethoxy benzene), 1,4-디메톡시 벤젠(1,4-dimethoxy benzene), 및 아이소소바이드 디메틸 에테르(isosorbide dimethyl ether)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물일 수 있다.Also, as non-limiting examples, the cyclic ethers may be 1,3-dioxolane, 4,5-dimethyl-dioxolane, Ethyl-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 4-ethyl-1,3-dioxolane, 4-ethyl-1,3-dioxolane, tetrahydrofuran, 2-methyl tetrahydrofuran, 2,5-dimethyl tetrahydrofuran, 2-ethoxy tetrahydrofuran, 2-methoxy-1,3-dioxolane, 2,5-dimethoxy tetrahydrofuran, dioxolane, 2-vinyl-1,3-dioxolane, 2,2-dimethyl-1,3-dioxolane, dioxolane, 2-methoxy-1,3-dioxolane, 2-ethyl-2-methyl -1,3-dioxolane, tetrahydropyran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxane, Benzene, 1,2-dimethoxy benzene, 1,3-dimethoxy benzene, 1,4-dimethoxy benzene, and isosorbide dimethyl ether) may be used.

상기 전해질에는 상기 비수계 유기 용매 상에 분산된 리튬염이 포함될 수 있다. The electrolyte may include a lithium salt dispersed in the non-aqueous organic solvent.

상기 리튬염으로는 리튬 공기 전지에 통상적으로 적용 가능한 것이 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 리튬염은 LiSCN, LiBr, LiI, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiCH3SO3, LiCF3SO3, LiClO4, Li(Ph)4, LiC(CF3SO2)3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(SFO2)2, 및 LiN(CF3CF2SO2)2로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물일 수 있다.As the lithium salt, those generally applicable to a lithium air battery can be used without any particular limitation. Preferably, the lithium salt is LiSCN, LiBr, LiI, LiPF 6 , LiBF 4, LiSbF 6, LiAsF 6, LiCH 3 SO 3, LiCF 3 SO 3, LiClO 4, Li (Ph) 4, LiC (CF 3 SO 2) 3, LiN (CF 3 SO 2) 2, LiN (C 2 F 5 SO 2) 2, LiN (SFO 2) 2, and LiN (CF 3 CF 2 SO 2 ) at least one member selected from the group consisting of 2 Lt; / RTI &gt;

그리고, 상기 리튬염의 농도는 이온 전도도 등을 고려하여 결정될 수 있으며, 바람직하게는 0.2 내지 2.0 M, 또는 0.5 내지 1.6 M 일 수 있다. 즉, 전지의 구동에 적합한 이온 전도도의 확보를 위하여, 상기 리튬염의 농도는 0.2 M 이상인 것이 바람직하다. 다만, 리튬염이 과량으로 첨가될 경우 전해질 용액의 점도가 증가하여 리튬 이온의 이동성이 떨어질 수 있고, 리튬염 자체의 분해 반응이 증가하여 전지의 성능이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 리튬염의 농도는 2.0 M 이하인 것이 바람직하다.
The concentration of the lithium salt may be determined in consideration of ionic conductivity and the like, preferably 0.2 to 2.0 M, or 0.5 to 1.6 M. That is, the concentration of the lithium salt is preferably 0.2 M or more in order to secure ion conductivity suitable for driving the battery. However, when the lithium salt is added in an excessive amount, the viscosity of the electrolyte solution may be increased to lower the mobility of the lithium ion, and the decomposition reaction of the lithium salt itself may increase, thereby deteriorating the performance of the battery. Therefore, the concentration of the lithium salt is preferably 2.0 M or less.

이하, 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예들을 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 발명을 이들만으로 한정하는 것은 아니다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. However, the following embodiments are intended to illustrate the invention, but the invention is not limited thereto.

[[ 제조예Manufacturing example : 유/무기 복합 다공성 : Organic / inorganic composite porous 세퍼레이터의Separator 제조] Produce]

(( 제조예Manufacturing example 1) One)

폴리비닐리덴플로라이드-클로로트리플로로에틸렌 공중합체(PVdF-CTFE) 고분자를 아세톤에 약 5 중량% 첨가한 후, 50℃의 온도에서 약 12시간 이상 용해시켜 고분자 용액을 제조하였다. 이 고분자 용액에 BaTiO3 분말을 BaTiO3/PVdF-CTFE = 90/10(중량%비)가 되도록 첨가하여 12 시간 이상 볼밀(ball mill)법을 이용하여 BaTiO3 분말을 파쇄 및 분쇄하여 슬러리를 제조하였다. 이렇게 제조된 슬러리의 BaTiO3 입경은 볼밀법에 사용되는 비드의 사이즈(입도) 및 볼밀법의 적용 시간에 따라 제어될 수 있으나 여기서는 약 400nm로 분쇄하여 슬러리를 제조하였다. 이와 같이 제조된 슬러리를 딥(dip) 코팅법을 이용하여 두께 18㎛ 정도의 폴리에틸렌 분리막(기공도 45%)에 코팅하였으며, 코팅 두께는 약 3㎛ 정도로 조절하였다. 기공율 측정 장치(porosimeter)로 측정한 결과, 폴리에틸렌 분리막에 코팅된 활성층 내의 기공 크기 및 기공도는 각각 0.5㎛ 및 58% 였다.
A polymer solution was prepared by adding about 5% by weight of polyvinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer (PVdF-CTFE) polymer to acetone and dissolving at a temperature of 50 ° C for about 12 hours or longer. The BaTiO 3 powder was added to the polymer solution so as to have a BaTiO 3 / PVdF-CTFE = 90/10 (weight% ratio), and the BaTiO 3 powder was crushed and pulverized for 12 hours or longer using a ball mill method to prepare a slurry . The BaTiO 3 particle size of the thus-prepared slurry can be controlled according to the size (particle size) of the beads used in the ball mill method and the application time of the ball mill method, but here, the slurry was pulverized to about 400 nm. The slurry thus prepared was coated on a polyethylene separator (porosity of 45%) having a thickness of about 18 탆 by a dip coating method, and the coating thickness was adjusted to about 3 탆. As a result of measurement with a porosimeter, the pore size and porosity in the active layer coated on the polyethylene membrane were 0.5 탆 and 58%, respectively.

상기 제조예 1에서 제조된 유/무기 복합 다공성 세퍼레이터의 표면을 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope: SEM)으로 확인한 결과를 도 1에 나타내었다. 상기 도 1a 및 도 1b는 각각 활성층 및 분리막 기재를 나타낸 것이다. 상기 도 1a 및 도 1b를 참고하면, 상기 유/무기 복합 다공성 분리막은 폴리에틸렌 분리막 기재(도 1b 참조)뿐만 아니라 무기물 입자가 도입된 활성층(도 1a 참조) 모두 균일한 기공 구조가 형성되어 있음을 확인할 수 있었다.
The surface of the organic / inorganic composite porous separator prepared in Preparation Example 1 was confirmed by a scanning electron microscope (SEM), and the result is shown in FIG. 1A and 1B show an active layer and a separation membrane substrate, respectively. 1A and 1B, it is confirmed that the organic / inorganic composite porous separator has a uniform pore structure in both the polyethylene separator substrate (see FIG. 1B) and the active layer into which the inorganic particles are introduced (see FIG. 1A) I could.

[[ 제조예Manufacturing example : 리튬 공기 전지의 제조]: Manufacture of lithium air battery]

(( 실시예Example 1) One)

다공성 탄소 재료로 카본 블랙의 한 종류인 케첸 블랙(ketjen black) 0.5g을 이소프로필 알코올 7.5g에 첨가한 후 혼합하여 양극 형성용 조성물을 준비하였다. 0.5 g of ketjen black as a kind of carbon black as a porous carbon material was added to 7.5 g of isopropyl alcohol and then mixed to prepare a composition for forming an anode.

상기 제조예 1에서 제조된 유/무기 복합 다공성 세퍼레이터의 일면에 상기 양극 형성용 조성물을 도포한 후 120℃에서 진공건조를 12시간 동안 진행하여 양극을 형성하였다.The composition for forming an anode was applied to one surface of the organic / inorganic composite porous separator manufactured in Preparation Example 1, followed by vacuum drying at 120 ° C for 12 hours to form a positive electrode.

음극으로는 150㎛ 두께의 리튬 금속을 사용하였고, 에테르계 용매인 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(TEGDME)에, 리튬염으로 1.0 M의 LiN(CF3SO2)2(LiTFSI, lithium-bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)를 첨가하여 전해질 용액을 준비하였다.Was used as a negative electrode and lithium metal of 150㎛ thickness, ether-based solvent is tetraethylene glycol dimethyl ether (TEGDME), as a lithium salt of 1.0 M LiN (CF 3 SO 2 ) 2 (LiTFSI, lithium-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide) was added to prepare an electrolyte solution.

준비된 전극 집전체를 전지 케이스에 수납한 후 상기 전해질 용액을 주입하여 리튬 공기 전지를 제조하였다.The prepared electrode current collector was housed in a battery case, and then the electrolyte solution was injected to prepare a lithium air battery.

(( 실시예Example 2) 2)

다공성 탄소 재료로 카본 블랙의 한 종류인 케첸 블랙(ketjen black) 0.5g을 이소프로필 알코올 7.5g에 첨가한 후 혼합하여 양극 형성용 조성물을 준비하였다. 0.5 g of ketjen black as a kind of carbon black as a porous carbon material was added to 7.5 g of isopropyl alcohol and then mixed to prepare a composition for forming an anode.

유리 섬유(glass fiber) 세퍼레이터의 일면에 상기 양극 형성용 조성물을 도포한 후 120℃에서 진공건조를 12시간 동안 진행하여 양극을 형성하였다.The composition for forming an anode was coated on one side of a glass fiber separator, followed by vacuum drying at 120 ° C for 12 hours to form a positive electrode.

음극으로는 150㎛ 두께의 리튬 금속을 사용하였고, 에테르계 용매인 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(TEGDME)에, 리튬염으로 1.0 M의 LiN(CF3SO2)2를 첨가하여 전해질 용액을 준비하였다.Was used as a negative electrode and lithium metal of 150㎛ thickness, the ether-based solvent is tetraethylene glycol dimethyl ether (TEGDME), as a lithium salt, 1.0 M LiN (CF 3 SO 2 ) 2 was added to prepare an electrolyte solution.

준비된 전극 집전체를 전지 케이스에 수납한 후 상기 전해질 용액을 주입하여 리튬 공기 전지를 제조하였다.The prepared electrode current collector was housed in a battery case, and then the electrolyte solution was injected to prepare a lithium air battery.

(( 비교예Comparative Example 1) One)

리튬 공기 전지용 양극으로 카본 블랙의 한 종류인 케첸 블랙(ketjen black)을 준비하였다. 바인더는 PVDF를 적용하였으며, 카본 블랙과 바인더의 비율은 8:2 중량비로 하여 용매인 N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone)을 이용하여 슬러리를 제조하고 탄소 페이퍼(carbon paper) 위에 닥터 블레이드를 사용하여 코팅을 진행한 후, 120℃에서 진공건조를 12시간 동안 진행하였다. 제작된 전극을 19phi 지름으로 타발하여 전극으로 사용하였으며, 음극으로는 150㎛ 두께의 리튬 금속을 사용하였고, 세퍼레이터로는 유리 섬유(glass fiber)를 19phi로 타발하여 사용하였다.Ketjen black, a kind of carbon black, was prepared as a positive electrode for a lithium air battery. The binder was PVDF. The slurry was prepared using N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent at a ratio of carbon black to binder of 8: 2 by weight. carbon paper using a doctor blade, followed by vacuum drying at 120 DEG C for 12 hours. The prepared electrode was used as an electrode by tapping with a diameter of 19 phi. Lithium metal having a thickness of 150 μm was used as a cathode, and glass fiber was used as a separator.

그리고, 에테르계 용매인 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(TEGDME)에, 리튬염으로 1.0 M의 LiN(CF3SO2)2를 첨가하여 전해질 용액을 준비하였다.Then, 1.0 M of LiN (CF 3 SO 2 ) 2 as a lithium salt was added to tetraethylene glycol dimethyl ether (TEGDME) as an ether solvent to prepare an electrolyte solution.

준비된 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 개재하고, 이를 전지 케이스에 수납한 후 상기 전해질 용액을 주입하여 리튬 공기 전지를 제조하였다.
A separator was interposed between the prepared anode and cathode, and the electrolyte solution was injected into the battery case to prepare a lithium air cell.

[[ 실험예Experimental Example : 리튬 공기 전지의 : Lithium air battery 충방전Charging and discharging 특성 측정] Characteristic measurement]

상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 리튬 공기 전지에 대하여 0.1mA/cm2인 조건으로 전압 컷오프(cut-off) 범위는 2.0V로 방전을 실시하였고, 그 결과를 하기 도 2에 나타내었다.The lithium air cells prepared in Example 1 and Comparative Example 1 were discharged at a voltage cut-off range of 2.0 V under a condition of 0.1 mA / cm 2 , and the results are shown in FIG. 2 .

상기 도 2를 참조하면, 실시예 1에서 제조된 리튬 공기 전지의 경우 비교예 1에서 제조된 리튬 공기 전지에 비하여, 충방전 특성이 향상된 것을 확인할 수 있다. 이는 실시예 1에서 제조된 리튬 공기 전지의 경우 바인더를 사용하지 않고, 세퍼레이터 측에 코팅하여 양극을 제조함에 따라 양극의 구조가 개선되었고, 이를 통하여 전기 전도도가 향상되었기 때문이다.
Referring to FIG. 2, it can be seen that the lithium ion battery produced in Example 1 has improved charging / discharging characteristics compared with the lithium ion battery manufactured in Comparative Example 1. This is because, in the case of the lithium air cell prepared in Example 1, the structure of the positive electrode was improved by coating the positive electrode on the side of the separator without using a binder, thereby improving the electrical conductivity.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.

Claims (10)

세퍼레이터,
상기 세퍼레이터 일면에 코팅되며, 다공성 탄소 물질을 포함하되 바인더를 포함하지 않는 양극, 그리고
상기 세퍼레이터 타면에 배치되는 음극을 포함하고,
상기 세퍼레이터는 유/무기 복합 다공성 세퍼레이터이고,
상기 유/무기 복합 다공성 세퍼레이터는 (a) 폴리올레핀 계열 분리막 기재; 및 (b) 상기 기재의 표면 및 상기 기재에 존재하는 기공부 일부로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 영역이 무기물 입자 및 바인더 고분자의 혼합물로 코팅된 활성층을 포함하는 유/무기 복합 다공성 세퍼레이터로서,
상기 활성층은 바인더 고분자에 의해 무기물 입자 사이가 연결 및 고정되고, 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)으로 인해 기공 구조가 형성된 것인, 리튬 공기 전지.
Separators,
A positive electrode coated on one surface of the separator and containing a porous carbon material but not including a binder,
And a negative electrode disposed on the other surface of the separator,
The separator is an organic / inorganic composite porous separator,
The organic / inorganic composite porous separator comprises: (a) a polyolefin-based membrane separator; And (b) an active layer coated with a mixture of inorganic particles and a binder polymer, wherein at least one region selected from the group consisting of a surface of the substrate and a porosity portion existing in the substrate is coated with a mixture of inorganic particles and a binder polymer,
Wherein the active layer has a pore structure due to the interstitial volume between the inorganic particles, and the inorganic particles are connected and fixed by the binder polymer.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 무기물 입자는 (a) 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자, (b) 압전성(piezoelectricity)을 갖는 무기물 입자 및 (c) 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것인 리튬 공기 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the inorganic particles are at least one selected from the group consisting of (a) inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more, (b) inorganic particles having piezoelectricity, and (c) inorganic particles having lithium ion- battery.
제4항에 있어서,
상기 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자(a)는 SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, TiO2 또는 SiC이며;
상기 압전성(piezoelectricity)을 갖는 무기물 입자(b)는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3(PLZT), Pb(Mg3Nb2 /3)O3-PbTiO3(PMN-PT) 또는 하프니아(hafnia, HfO2)이며;
상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자(c)는 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 또는 P2S5(LixPySz, 0<x<3, 0<y<3, 0<z<7) 계열 glass인 것인 리튬 공기 전지.
5. The method of claim 4,
The inorganic particles (a) having a dielectric constant of 5 or more are SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 or SiC;
Inorganic particles (b) having the piezoelectricity (piezoelectricity) is BaTiO 3, Pb (Zr, Ti ) O 3 (PZT), Pb 1 - x La x Zr 1 - y Ti y O 3 (PLZT), Pb (Mg 3 Nb 2/3) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT) or hafnia (hafnia, HfO 2), and;
The inorganic particles (c) having lithium ion transferring ability may be 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 or P 2 S 5 (Li x P y S z, 0 <x <3, 0 <y <3, 0 < z < 7) series glass.
제1항에 있어서,
상기 바인더 고분자는 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌(polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌(polyvinylidene fluorideco-trichloroethylene), 폴리메틸메타클릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트(cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란(cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜(cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스(cyanoethylsucrose), 풀루란(pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose) 및 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것인 리튬 공기 전지.
The method according to claim 1,
The binder polymer may be selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-trichlorethylene, polymethylmethacrylate ), Polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, polyethylene-co-vinyl acetate, polyimide, polyethylene oxide (polyethylene) oxide, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, Cyanoethylcellulose, cyano Til sucrose (cyanoethylsucrose), pullulan (pullulan), carboxymethyl cellulose (carboxyl methyl cellulose) and polyvinyl lithium air battery is at least one member selected from the group consisting of alcohol (polyvinylalcohol).
제1항에 있어서,
상기 폴리올레핀 계열 분리막 기재의 성분은 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것인 리튬 공기 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the component of the polyolefin-based membrane base material is at least one selected from the group consisting of high-density polyethylene, low-density polyethylene, linear low-density polyethylene, ultrahigh molecular weight polyethylene and polypropylene.
제1항에 있어서,
상기 양극은 상기 다공성 탄소 물질의 상기 세퍼레이터와 접촉되지 않은 면에 배치된 가스 확산층을 더 포함하는 것인 리튬 공기 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the anode further comprises a gas diffusion layer disposed on a surface of the porous carbon material that is not in contact with the separator.
다공성 탄소 물질 및 용매를 혼합하되, 바인더를 포함하지 않고 양극 형성용 조성물을 제조하는 단계, 그리고
상기 제조된 양극 형성용 조성물을 세퍼레이터 일면에 바인더 없이 코팅하는 단계를 포함하고,
상기 세퍼레이터는 유/무기 복합 다공성 세퍼레이터이고,
상기 유/무기 복합 다공성 세퍼레이터는 (a) 폴리올레핀 계열 분리막 기재; 및 (b) 상기 기재의 표면 및 상기 기재에 존재하는 기공부 일부로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 영역이 무기물 입자 및 바인더 고분자의 혼합물로 코팅된 활성층을 포함하는 유/무기 복합 다공성 세퍼레이터로서,
상기 활성층은 바인더 고분자에 의해 무기물 입자 사이가 연결 및 고정되고, 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)으로 인해 기공 구조가 형성된 것인, 제1항의 리튬 공기 전지의 제조 방법.
Preparing a composition for forming an anode without mixing a binder and a porous carbon material and a solvent; and
Coating the prepared anode-forming composition on one side of the separator without a binder,
The separator is an organic / inorganic composite porous separator,
The organic / inorganic composite porous separator comprises: (a) a polyolefin-based membrane separator; And (b) an active layer coated with a mixture of inorganic particles and a binder polymer, wherein at least one region selected from the group consisting of a surface of the substrate and a porosity portion existing in the substrate is coated with a mixture of inorganic particles and a binder polymer,
The method of claim 1, wherein the active layer is formed by bonding and fixing inorganic particles with a binder polymer and forming a pore structure due to an interstitial volume between inorganic particles.
제9항에 있어서,
상기 용매는 이소프로필 알코올, 에탄올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 리튬 공기 전지의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the solvent is any one selected from the group consisting of isopropyl alcohol, ethanol, and mixtures thereof.
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