KR101964055B1 - A porous separator and a method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 제1 폴리에틸렌 혼합물로 이루어진 제1 층 및 제2 폴리에틸렌 혼합물로 이루어진 제2 층이 교대로 적층된 다층 구조를 가지고, 상기 제1 및 제2 폴리에틸렌 혼합물의 조성이 상이하고, 상기 다층 구조가 4 내지 100개의 층을 포함하는, 다공성 분리막 및 그 제조방법을 제공한다.An embodiment of the present invention is a multilayer structure in which a first layer of a first polyethylene mixture and a second layer of a second polyethylene mixture are alternately laminated, wherein the composition of the first and second polyethylene blend differ, Wherein the multi-layer structure comprises 4 to 100 layers, and a method for producing the same.

Description

다공성 분리막 및 그 제조방법{A POROUS SEPARATOR AND A METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a porous separator and a method of manufacturing the porous separator.

본 발명은 다공성 분리막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조성이 상이한 2종의 고분자 기재가 교대로 적층된 구조를 가짐으로써 물리적 성질과 고온 치수안정성이 향상된 다공성 분리막 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a porous separator and a method for producing the same, and more particularly, to a porous separator having improved mechanical properties and high-temperature dimensional stability by alternately stacking two types of polymer bases having different compositions will be.

리튬이차전지는 스마트폰, 노트북, 태블릿 PC 등 소형화, 경량화가 요구되는 각종 전기 제품들의 전원으로 널리 이용되고 있으며, 스마트 그리드, 전기 자동차용 중대형 배터리에 이르기까지 그 적용 분야가 확대됨에 따라, 용량이 크고, 수명이 길며, 안정성이 높은 리튬이차전지의 개발이 요구되고 있다.Lithium secondary batteries are widely used as power sources for various electric appliances that require miniaturization and light weight such as smart phones, notebooks, and tablet PCs. As the application fields of smart grid, electric vehicles, Development of a lithium secondary battery which is large, long in life, and high in stability is required.

특히, 양극과 음극을 분리시켜 내부 단락(internal short)을 방지하고 충전, 방전 과정에서 리튬 이온의 이동을 원활하게 하는 미세기공이 형성된 분리막(separator)에 대한 연구개발이 활발하다.Particularly, research and development have been actively conducted on separators in which micropores are formed to prevent internal short-circuiting by separating the positive and negative electrodes and to facilitate the movement of lithium ions during charging and discharging.

관련하여, 한국등록특허 제0739337호, 제0754746호 등은 다공성 지지체를 무기물 및 고분자 바인더로 이루어진 슬러리로 도포하여 분리막의 압축강도와 고온 치수안정성을 향상시킨 점을 개시하고 있으나, 이 경우, 별도의 코팅 공정으로 인해 제조단가가 상승하고, 슬러리에 포함된 극성 유기용매가 환경오염을 유발하거나 작업자의 건강을 해칠 우려가 있으며, 분리막의 터프니스(toughness)가 작은 문제가 있다. 터프니스는 단위체적 당 변형에너지를 가리키며, 전지의 안정성 및 내구성에 관련된 물성 중 하나로 알려져 있다. 구체적으로, 외부로부터 전지에 충격이 가해질 때, 전지 내 분리막의 터프니스가 작으면 양극과 음극이 노출되어 내부 단락이 쉽게 발생할 수 있다.Korean Patent No. 0739337 and No. 0754746 disclose that a porous support is coated with a slurry composed of an inorganic material and a polymer binder to improve the compressive strength and stability of high-temperature dimensions of the separator. In this case, however, There is a problem that the manufacturing cost of the separator increases due to the coating process, the polar organic solvent contained in the slurry may cause environmental pollution or harm the health of the operator, and the toughness of the separator is small. Toughness refers to the strain energy per unit volume and is known as one of the properties related to the stability and durability of the battery. Specifically, when an impact is applied to the battery from the outside, if the toughness of the separator in the battery is small, the positive electrode and the negative electrode are exposed and an internal short circuit can easily occur.

한편, 최근 분리막의 생산성 및 수율을 높이기 위해 이를 광폭으로 생산하고 있으나, 폭이 넓을수록 가로 방향(transverse direction, TD)으로 처짐 현상이 발생할 수 있다. 이러한 처짐 현상은 분리막 제조를 위한 고온 압출 및 연신 공정에서 누적된 고분자 구조의 미세한 변형에 기인한 것으로 분석되며, 이를 해결하기 위해 분리막에 충전재로 이루어진 별도의 차단층을 형성하거나 분리막에 무기물 입자를 도입하는 방안 등이 제안되었다. 다만, 이 경우에도 전지로부터 충전재가 임의적으로 탈리될 수 있고, 분리막의 인장강도와 인장신율이 저하되며, 무기물 입자가 내부 단락을 촉진시키는 문제가 있다.On the other hand, in order to increase the productivity and yield of the membrane, it has been widely produced. However, as the width increases, the transverse direction (TD) may cause deflection. This sagging phenomenon is analyzed to be caused by the minute deformation of the polymer structure accumulated in the high temperature extrusion and drawing process for the membrane production. To solve this problem, a separate blocking layer made of a filler is formed in the separation membrane, or inorganic particles are introduced And the like. However, even in this case, the filler may be desorbed from the battery, the tensile strength and tensile elongation of the separator may be lowered, and the inorganic particles may promote internal short circuit.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 터프니스, 인장강도, 천공강도 등의 물리적 성질과 고온 치수안정성이 우수한 다공성 분리막 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a porous separator excellent in physical properties such as toughness, tensile strength and puncture strength and high-

본 발명의 일 측면은, 제1 폴리에틸렌 혼합물로 이루어진 제1 층 및 제2 폴리에틸렌 혼합물로 이루어진 제2 층이 교대로 적층된 다층 구조를 가지고, 상기 제1 및 제2 폴리에틸렌 혼합물의 조성이 상이하고, 상기 다층 구조가 4 내지 100개의 층을 포함하는, 다공성 분리막을 제공한다.One aspect of the present invention is a multilayer structure comprising a multilayer structure in which a first layer of a first polyethylene mixture and a second layer of a second polyethylene mixture are alternately laminated and wherein the composition of the first and second polyethylene blend differ, Wherein the multi-layer structure comprises 4 to 100 layers.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 폴리에틸렌 혼합물이 각각, 중량평균분자량이 1,000,000 내지 3,000,000인 초고분자량 폴리에틸렌, 및 중량평균분자량이 300,000 내지 500,000인 고밀도 폴리에틸렌을 포함할 수 있다.In one embodiment, the first and second polyethylene blends may each comprise ultra high molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 1,000,000 to 3,000,000 and high density polyethylene having a weight average molecular weight of 300,000 to 500,000.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 폴리에틸렌 혼합물 중 상기 초고분자량 폴리에틸렌의 함량이 60 내지 95중량%일 수 있다.In one embodiment, the content of the ultra high molecular weight polyethylene in the first polyethylene mixture may be from 60 to 95% by weight.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 폴리에틸렌 혼합물 중 상기 고밀도 폴리에틸렌의 함량이 90중량% 이상일 수 있다.In one embodiment, the content of the high density polyethylene in the second polyethylene mixture may be at least 90% by weight.

일 실시예에 있어서, 상기 다공성 분리막의 기공율이 30 내지 50부피%일 수 있다.In one embodiment, the porosity of the porous separator may be 30 to 50% by volume.

일 실시예에 있어서, 상기 다공성 분리막의 평균 기공 크기가 20 내지 50nm일 수 있다.In one embodiment, the average pore size of the porous separator may be 20 to 50 nm.

일 실시예에 있어서, 상기 다공성 분리막의 두께가 3 내지 20㎛일 수 있다.In one embodiment, the porous separator may have a thickness of 3 to 20 탆.

일 실시예에 있어서, 상기 다공성 분리막의 터프니스(toughness)가 0.9N/mm 이상일 수 있다.In one embodiment, the toughness of the porous separator may be greater than 0.9 N / mm.

일 실시예에 있어서, 상기 다공성 분리막의 인장강도가 1,700 내지 3,000Kgf/cm2일 수 있다.In one embodiment, the tensile strength of the porous separator may be 1,700 to 3,000 Kgf / cm 2 .

또한, 본 발명의 다른 일 측면은, (a) 2종 이상의 폴리에틸렌 및 기공형성제를 포함하는 제1 및 제2 폴리에틸렌 혼합물을 공압출하여 이중층 구조를 형성하는 단계; (b) 상기 이중층 구조를 1 내지 50회 공압출하여 4 내지 100개의 층을 포함하는 다층 구조를 형성하는 단계; (c) 상기 다층 구조를 냉각하여 베이스 시트를 제조하는 단계; 및 (d) 상기 베이스 시트를 연신하고 용매에 침지하여 상기 기공형성제를 제거하는 단계;를 포함하는, 다공성 분리막의 제조방법을 제공한다.In another aspect of the present invention, there is also provided a process for producing a polyurethane foam, comprising: (a) co-extruding a first and a second polyethylene mixture comprising two or more types of polyethylene and a pore-forming agent to form a bilayer structure; (b) co-extruding the bilayer structure 1 to 50 times to form a multilayer structure comprising 4 to 100 layers; (c) cooling the multilayer structure to produce a base sheet; And (d) stretching the base sheet and dipping the base sheet in a solvent to remove the pore-forming agent.

일 실시예에 있어서, 상기 폴리에틸렌이 중량평균분자량이 1,000,000 내지 3,000,000인 초고분자량 폴리에틸렌 및 중량평균분자량이 300,000 내지 500,000인 고밀도 폴리에틸렌을 포함할 수 있다.In one embodiment, the polyethylene may comprise ultra high molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 1,000,000 to 3,000,000 and high density polyethylene having a weight average molecular weight of 300,000 to 500,000.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 폴리에틸렌 혼합물이 상기 폴리에틸렌 100중량부에 대해 상기 기공형성제 150 내지 300중량부를 포함할 수 있다.In one embodiment, the first and second polyethylene blends may comprise 150-300 parts by weight of the pore former relative to 100 parts by weight of the polyethylene.

일 실시예에 있어서, 상기 기공형성제가 파라핀 오일, 알킬프탈레이트, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.In one embodiment, the pore former may be selected from the group consisting of paraffin oil, alkyl phthalate, and mixtures of two or more thereof.

일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계에서, 상기 공압출이 상기 이중층 구조를 압출 방향을 따라 제1 및 제2 구조로 분리하고 상기 제1 및 제2 구조를 적층하는 방식으로 수행될 수 있다.In one embodiment, in the step (b), the co-extrusion may be performed in such a manner that the double-layer structure is divided into first and second structures along the extrusion direction and the first and second structures are laminated .

일 실시예에 있어서, 상기 분리 및 적층이 연속식으로 수행될 수 있다.In one embodiment, the separation and lamination can be performed continuously.

일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계에서, 상기 냉각이 10 내지 60℃의 온도에서 수행될 수 있다.In one embodiment, in step (c), the cooling may be performed at a temperature of 10 to 60 캜.

일 실시예에 있어서, 상기 (d) 단계에서, 상기 연신이 상기 베이스 시트의 가로 및 세로 방향 연신율이 각각 400 내지 1,000%가 되도록 수행될 수 있다.In one embodiment, in the step (d), the stretching may be performed such that the elongation in the transverse and longitudinal directions of the base sheet is 400 to 1,000%, respectively.

일 실시예에 있어서, 상기 (d) 단계에서, 상기 용매가 펜탄, 헥산, 벤젠, 디클로로메탄, 사염화탄소, 메틸에틸케톤, 아세톤 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.In one embodiment, in step (d), the solvent may be selected from the group consisting of pentane, hexane, benzene, dichloromethane, carbon tetrachloride, methyl ethyl ketone, acetone, and mixtures of two or more thereof.

일 실시예에 있어서, 상기 (d) 단계 이후, (e) 상기 베이스 시트를 110 내지 135℃의 온도에서 10초 내지 10분 간 열 고정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the step (d) may further include: (e) thermally fixing the base sheet at a temperature of 110 to 135 ° C for 10 seconds to 10 minutes.

본 발명의 일 측면에 따르면, 다공성 분리막이 상이한 2 종의 폴리에틸렌 혼합물을 압출하여 4층 내지 100층으로 구분되는 미세 다층 구조를 가지므로, 분리막의 물리적 성질 및 고온 치수안정성을 향상시킬 수 있고, 광폭으로 제조된 분리막에서 발생하기 쉬운 불량 중 하나인 처짐 현상을 방지할 수 있다.According to one aspect of the present invention, since the porous separation membrane has a fine multilayer structure in which two kinds of polyethylene mixtures are extruded and divided into four to 100 layers, the physical properties and high-temperature dimensional stability of the separation membrane can be improved, It is possible to prevent a deflection phenomenon, which is one of the defects that are likely to occur in the separation membrane manufactured by the method.

또한, 상기 다공성 분리막이 적용된 리튬이차전지는 충격, 낙하, 진동과 같은 기계적 오용 조건하에서 안전하며 이상 고온 조건에서 열적 안정성이 우수하여 비정상적 열 발생 시 발생하는 분리막의 수축에 의한 양극, 음극 간 내부 단락(internal short)을 방지할 수 있고, 그에 따른 리튬이차전지의 내구성, 안전성을 향상시킬 수 있다.In addition, the lithium secondary battery to which the porous separator is applied is safe under mechanical misuse conditions such as impact, drop, and vibration, and is excellent in thermal stability under abnormal high temperature conditions. Thus, the internal short circuit between the anode and the cathode due to contraction of the separator, (internal short) can be prevented, and the durability and safety of the resulting lithium secondary battery can be improved.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the effects described above, but include all effects that can be deduced from the description of the invention or the composition of the invention set forth in the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 분리막의 제조방법을 도식화한 것이다.
도 2는 본 발명의 비교예에 따른 다공성 분리막의 처짐 현상을 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 다공성 분리막의 터프니스 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic view illustrating a method of manufacturing a porous separation membrane according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph of a sagging phenomenon of a porous separator according to a comparative example of the present invention.
3 is a graph showing the toughness measurement results of the porous separator according to Examples and Comparative Examples of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.In the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "indirectly connected" . Also, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements, not excluding other elements unless specifically stated otherwise.

다공성 분리막Porous membrane

본 발명의 일 측면은, 제1 폴리에틸렌 혼합물로 이루어진 제1 층 및 제2 폴리에틸렌 혼합물로 이루어진 제2 층이 교대로 적층된 다층 구조를 가지고, 상기 제1 및 제2 폴리에틸렌 혼합물의 조성이 상이하고, 상기 다층 구조가 4 내지 100개의 층을 포함하는, 다공성 분리막을 제공한다.One aspect of the present invention is a multilayer structure comprising a multilayer structure in which a first layer of a first polyethylene mixture and a second layer of a second polyethylene mixture are alternately laminated and wherein the composition of the first and second polyethylene blend differ, Wherein the multi-layer structure comprises 4 to 100 layers.

상기 다층 구조에 포함된 제1 또는 제2 폴리에틸렌 혼합물로 이루어진 단일 층(제1 및 제2 층)의 두께는 0.01 내지 1.0㎛일 수 있고, 상기 다층 구조로 이루어진 상기 다공성 분리막의 두께가 3 내지 20㎛일 수 있다. 상기 단일 층이 복수 개로 적층되어 상기 다공성 분리막을 형성하므로, 상기 단일 층의 두께가 상기 다공성 분리막의 두께를 결정한다. 이 때, 상기 단일 층의 두께가 0.01㎛ 미만이면 분리막의 물리적 성질이 저하될 수 있고, 1.0㎛ 초과이면 분리막이 후막화되어 투과성 및 전지에 대한 호환성이 저하될 수 있다.The thickness of the single layer (first and second layers) made of the first or second polyethylene mixture included in the multi-layer structure may be 0.01 to 1.0 탆, and the thickness of the porous separator having the multi-layer structure may be 3 to 20 Lt; / RTI > Since the single layers are laminated to form the porous separation membrane, the thickness of the single layer determines the thickness of the porous separation membrane. If the thickness of the single layer is less than 0.01 탆, the physical properties of the separator may be deteriorated. If the thickness of the single layer is more than 1.0 탆, the separator may be thickened to reduce permeability and compatibility with the battery.

상기 제1 및 제2 폴리에틸렌 혼합물이 각각, 중량평균분자량이 1,000,000 내지 3,000,000이고 분자량분포가 3 내지 4인 초고분자량 폴리에틸렌, 및 중량평균분자량이 300,000 내지 500,000이고 분자량분포가 4 내지 7인 고밀도 폴리에틸렌을 포함할 수 있고, 필요에 따라, 인계, 탄화수소계 산화방지제를 더 포함할 수도 있다.Wherein the first and second polyethylene mixtures each comprise ultra high molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 1,000,000 to 3,000,000 and a molecular weight distribution of 3 to 4 and high density polyethylene having a weight average molecular weight of 300,000 to 500,000 and a molecular weight distribution of 4 to 7 And may further contain a phosphorus-based, hydrocarbon-based antioxidant, if necessary.

일반적으로, 분자량분포(Mw/Mn)가 넓을수록 전단응력이 감소하여 점도가 낮아지므로 가공성이 향상되지만 물리적 성질은 저하되며, 분자량분포가 좁을수록 가공성은 저하되지만 물리적 성질이 향상된다. 이와 같이, 2종 이상의 고분자 물질을 혼련하여 조성물 형태로 사용하더라도 각각의 분자량분포가 유사하면 물리적 성질과 가공성이 조화롭게 구현될 수 없다. 따라서, 상기와 같이 분자량분포가 상이한 초고분자량 폴리에틸렌 및 고밀도 폴리에틸렌이 상이한 조성비로 혼합된 상기 제1 및 제2 폴리에틸렌 혼합물이 각각 상기 다공성 분리막의 제1 및 제2 층을 이루고, 나아가, 상기 제1 및 제2 층이 교대로 적층된 구조를 가지므로, 분리막의 층상 구조(수직 구조) 상에서 부위별 물리적 성질과 가공성이 더욱 조화롭게 구현될 수 있다.Generally, the wider the molecular weight distribution (Mw / Mn), the lower the shear stress and the lower the viscosity, so the processability is improved but the physical properties are lowered. The narrower the molecular weight distribution, the lower the workability but the better the physical properties. Thus, even if two or more polymeric materials are kneaded and used in the form of a composition, physical properties and processability can not be harmonized if their molecular weight distributions are similar. Therefore, the first and second polyethylene mixtures, in which the ultra-high molecular weight polyethylene and the high-density polyethylene having different molecular weight distributions are mixed at different composition ratios, respectively form the first and second layers of the porous separation membrane, And the second layer are alternately stacked, physical properties and processability can be more harmoniously realized on the layered structure (vertical structure) of the separation membrane.

예를 들어, 상기 제1 폴리에틸렌 혼합물 중 상기 초고분자량 폴리에틸렌의 함량이 60 내지 95중량%일 수 있고. 상기 제2 폴리에틸렌 혼합물 중 상기 고밀도 폴리에틸렌의 함량이 90중량% 이상일 수 있다. 즉, 상기 제1 폴리에틸렌 혼합물의 주성분은 분자량분포가 좁은 초고분자량 폴리에틸렌이므로 물리적 성질이 양호하며, 상기 제2 폴리에틸렌 혼합물의 주성분은 분자량분포가 넓은 고분자량 폴리에틸렌이므로 가공성이 양호하기 때문에, 양 혼합물이 가공성과 물리적 성질을 상호 보완할 수 있다.For example, the content of the ultra high molecular weight polyethylene in the first polyethylene mixture may be from 60 to 95% by weight. The content of the high density polyethylene in the second polyethylene mixture may be 90 wt% or more. That is, since the main component of the first polyethylene mixture is an ultra-high molecular weight polyethylene having a narrow molecular weight distribution, the physical properties are good, and the main component of the second polyethylene mixture is a high molecular weight polyethylene having a high molecular weight distribution, And physical properties can be complemented.

또한, 분자량분포는 고분자 중합 시 사용된 촉매의 종류에 따라 상이한 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리에틸렌이 지글러-나타 촉매로 중합된 경우 분자량분포가 6 내지 10인 반면에, 메탈로센 촉매로 중합된 경우 3 내지 7일 수 있다. 다만, 분자량분포가 과도하게 넓은 경우, 단일 층의 단면 구조(수평 구조) 상에서 부위별 물리적 성질이 불균일해질 수 있으므로, 이를 균일화하여 신뢰성을 제고하기 위해 분자량분포가 상대적으로 좁은 메탈로센 촉매로 중합된 폴리에틸렌을 사용하는 것이 바람직하다.Further, the molecular weight distribution may have a different value depending on the kind of the catalyst used in polymer polymerization. For example, when the polyethylene is polymerized with a Ziegler-Natta catalyst, the molecular weight distribution is 6 to 10, while when polymerized with a metallocene catalyst, it can be 3 to 7. However, when the molecular weight distribution is excessively wide, the physical properties of the single sites may be uneven in the cross-sectional structure (horizontal structure) of the single layer. Therefore, in order to uniformize the uniformity of the physical properties, a metallocene catalyst having a relatively narrow molecular weight distribution It is preferable to use polyethylene.

또한, 분자량분포는 분리막의 인장강도, 인장신율과 같은 전형적인 물리적 성질 뿐만 아니라, 터프니스에도 큰 영향을 미칠 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어 "터프니스"는, 분리막이 변형되는 순간부터 최종적으로 파괴될 때까지 분리막이 흡수한 에너지의 총 합으로 해석된다. 이는, 분리막이 파괴될 때 순간의 응력을 측정한 값인 인장강도와 구별되며, 물질의 터프니스가 높기 위해서는 강도가 높아야 하며(strong), 동시에 유연해야 한다(ductile).In addition, the molecular weight distribution can have a great influence on toughness as well as typical physical properties such as tensile strength and tensile elongation of the separator. As used herein, the term "toughness" is interpreted as the sum of the energy absorbed by the separator from the moment the separator is deformed until it is finally broken. It is distinguished from the tensile strength, which is the value of the instantaneous stress when the membrane breaks, and the strength must be high and ductile at the same time for the toughness of the material to be high.

예를 들어, 세라믹과 같은 비유연성 물질의 경우 강도는 높지만 유연성이 부족하여 응력-변형 거동 시 높은 강도에서 조속히 파괴되므로, 터프니스가 높지 않은 것으로 평가된다. 또한, 포장용 랩과 같이 강도는 낮으나 유연성이 높은 물질의 경우에도 터프니스가 높지 않다. 따라서, 높은 응력(stress) 및 높은 변형(strain)을 동시에 견딜 수 있어야만, 즉, 단위 체적당 변형에너지가 높아야만 터프니스가 양호한 것으로 평가될 수 있다.For example, in the case of nonflexible materials such as ceramics, the toughness is not high because the strength is high but the flexibility is not sufficient and the stress-strain behavior is rapidly destroyed at high strength. In addition, toughness is not high even in the case of a material having a low strength, such as a packaging wrap, but a high flexibility. Therefore, it must be able to withstand high stresses and high strains at the same time, that is, high strain energy per unit volume can be evaluated as good toughness.

따라서, 상기 제1 및 제2 폴리에틸렌 혼합물에 포함된 초고분자량 폴리에틸렌 및 고밀도 폴리에틸렌의 중량평균분자량과 분자량분포가 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 다공성 분리막의 터프니스(toughness)가 0.9N/mm 이상, 바람직하게는 0.9 내지 3.0N/mm일 수 있다.Therefore, when the weight average molecular weight and the molecular weight distribution of the ultrahigh molecular weight polyethylene and the high density polyethylene contained in the first and second polyethylene mixtures satisfy the above ranges, the toughness of the porous separator is 0.9 N / mm or more, Preferably 0.9 to 3.0 N / mm.

상기 다공성 분리막의 터프니스는 인장강도에 비해 전지의 안정성 및 내구성에 미치는 영향이 큰 물성 또는 인자로서, 외부로부터 전지에 충격이 가해질 때, 분리막의 터프니스가 0.9N/mm 미만이면 양극과 음극이 노출되어 내부 단락이 쉽게 발생할 수 있다.When the toughness of the separator is less than 0.9 N / mm, when the impact is applied to the battery from the outside, the toughness of the porous separator tends to be affected by the stability and durability of the battery as compared with the tensile strength. An internal short circuit can easily occur due to exposure.

상기 다공성 분리막의 기공율이 30 내지 50부피%일 수 있고, 상기 다공성 분리막의 평균 기공 크기는 20 내지 50nm일 수 있다.The porosity of the porous separator may be 30 to 50% by volume, and the average pore size of the porous separator may be 20 to 50 nm.

또한, 상기 다공성 분리막의 인장강도는 1,700 내지 3,000Kgf/cm2, 인장신율은 80 내지 150%, 천공강도는 300 내지 700gf, 열수축율은 105℃에서 1시간 노출 시 5% 이하, 130℃에서 1시간 노출 시 20% 이하일 수 있다.The porous separator has a tensile strength of 1,700 to 3,000 Kgf / cm 2 , a tensile elongation of 80 to 150%, a puncture strength of 300 to 700 gf, a heat shrinkage of 5% or less at 1 hour exposure at 105 ° C, Time exposure can be less than 20%.

다공성 분리막의 제조방법Manufacturing method of porous separator

본 발명의 다른 일 측면은, (a) 2종 이상의 폴리에틸렌 및 기공형성제를 포함하는 제1 및 제2 폴리에틸렌 혼합물을 공압출하여 이중층 구조를 형성하는 단계; (b) 상기 이중층 구조를 1 내지 50회 공압출하여 4 내지 100개의 층을 포함하는 다층 구조를 형성하는 단계; (c) 상기 다층 구조를 냉각하여 베이스 시트를 제조하는 단계; 및 (d) 상기 베이스 시트를 연신하고 용매에 침지하여 상기 기공형성제를 제거하는 단계;를 포함하는, 다공성 분리막의 제조방법을 제공한다.Another aspect of the present invention is a process for preparing a polyethylene composition, comprising: (a) co-extruding a first and a second polyethylene mixture comprising at least two types of polyethylene and a pore-former to form a bilayer structure; (b) co-extruding the bilayer structure 1 to 50 times to form a multilayer structure comprising 4 to 100 layers; (c) cooling the multilayer structure to produce a base sheet; And (d) stretching the base sheet and dipping the base sheet in a solvent to remove the pore-forming agent.

상기 (a) 단계에서, 2종 이상의 폴리에틸렌 및 기공형성제를 각각 별도의 압출기에서 180 내지 250℃의 온도로 용융 혼련함으로써 제1 및 제2 폴리에틸렌 혼합물을 제조하고, 상기 제1 및 제2 폴리에틸렌 혼합물을 공압출하여 이중층 구조를 형성할 수 있다.In the step (a), the first and second polyethylene blends are prepared by melt-kneading two or more types of polyethylene and a pore-forming agent in a separate extruder at a temperature of 180 to 250 ° C, Can be co-extruded to form a bilayer structure.

상기 폴리에틸렌이 중량평균분자량이 1,000,000 내지 3,000,000 이고 분자량분포가 3 내지 4인 초고분자량 폴리에틸렌, 및 중량평균분자량이 300,000 내지 500,000이고 분자량분포가 4 내지 7인 고밀도 폴리에틸렌을 포함할 수 있다. 상기 초고분자량 폴리에틸렌 및 상기 고밀도 폴리에틸렌의 조성비, 물성 등에 관해서는 전술한 것과 같다.The polyethylene may include ultra high molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 1,000,000 to 3,000,000 and a molecular weight distribution of 3 to 4 and high density polyethylene having a weight average molecular weight of 300,000 to 500,000 and a molecular weight distribution of 4 to 7. The composition ratio and physical properties of the ultrahigh molecular weight polyethylene and the high density polyethylene are as described above.

한편, 최종 제품인 상기 다공성 분리막에서와는 달리, 상기 제조방법 중 (a) 단계에서 사용되는 제1 및 제2 폴리에틸렌 혼합물은 기공형성제를 더 포함할 수 있다. 이는, 상기 기공형성제가 후속 단계, 구체적으로, 상기 (d) 단계에서 용매에 의해 추출, 제거되어 최종 제품에서는 더 이상 존재하지 않기 때문이다. 즉, 상기 기공형성제는 상기 제1 및 제2 폴리에틸렌 혼합물에 분산되고, 압출, 연신 등을 거치면서 제조된 다공성 분리막의 고분자 기재 중에 이형성(heterogeneity)을 나타내며, 추후 고분자 기재로부터 제거되는 물질이다. 따라서, 고분자 기재 중에 기공형성제가 위치한 부분은 기공으로 남게 된다.On the other hand, unlike the porous separator, which is the final product, the first and second polyethylene blends used in step (a) may further include a pore-forming agent. This is because the pore-forming agent is extracted and removed by the solvent in the subsequent step, specifically step (d), and is no longer present in the final product. That is, the pore-forming agent is a substance which is dispersed in the first and second polyethylene mixture, exhibits heterogeneity in the polymer base material of the porous separation membrane produced through extrusion, drawing and the like, and is subsequently removed from the polymer base material. Therefore, the portion where the pore-forming agent is present in the polymer matrix remains as pores.

상기 기공형성제는 압출 과정에서 액상이나, 고상을 유지하는 물질일 수도 있다. 예를 들어, 상기 기공형성제는 알킬프탈레이트, 파라핀, 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 바람직하게는 액상의 파라핀 오일일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The pore-forming agent may be a liquid or a solid material in the extrusion process. For example, the pore former may be alkyl phthalate, paraffin, or a mixture thereof, preferably a liquid paraffinic oil, but is not limited thereto.

상기 기공형성제는 상기 다공성 분리막의 기공율 및 물리적 특성을 고려하여 상기 폴리에틸렌 100중량부에 대해 150 내지 300중량부로 포함될 수 있다.The pore former may be included in an amount of 150 to 300 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyethylene in consideration of porosity and physical properties of the porous separation membrane.

상기와 같은 조성비로 용융 혼련된 제1 및 제2 폴리에틸렌 혼합물을 공압출하여 후술할 다층 구조를 가지는 베이스 시트의 모재가 되는 이중층 구조를 형성할 수 있다.The first and second polyethylene blends melt-kneaded at the composition ratios described above are co-extruded to form a bilayer structure serving as the base material of the base sheet having a multilayer structure to be described later.

상기 (b) 단계에서, 상기 이중층 구조를 1회 내지 50회 공압출하여 4 내지 100개의 층을 포함하는 다층 구조를 형성할 수 있다.In the step (b), the double layer structure may be co-extruded once to 50 times to form a multi-layer structure including 4 to 100 layers.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 분리막의 제조방법 중 상기 (b) 단계의 공압출 공정을 도식화한 것이다. 도 1을 참고하면, 상기 공압출이 상기 이중층 구조를 압출 방향을 따라 층상 구조가 동일한 제1 및 제2 구조로 분리하고 상기 제1 및 제2 구조를 적층하는 방식으로 수행될 수 있다.FIG. 1 schematically illustrates a co-extrusion process of step (b) in a method of manufacturing a porous separation membrane according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the co-extrusion may be performed in such a manner that the double-layer structure is divided into first and second structures having the same layered structure along the extrusion direction, and the first and second structures are laminated.

상기 압출 방향은 상기 공압출에 의해 4 내지 100층의 다층 구조가 형성되면서 토출되는 방향을 의미하는 것으로서, 후술할 세로 방향(machine direction, MD)와 동일하게 해석된다.The extrusion direction refers to a direction in which the multi-layer structure of 4 to 100 layers is formed by the co-extrusion, and is interpreted in the same manner as a machine direction (MD) to be described later.

상기 분리 및 적층은 다층화 장치(layer multiplier)에 의해 연속식으로 수행될 수 있다. 도 1을 다시 참고하면, 먼저, (i) 영역에서 상기 (a) 단계에서 형성된 이중층 또는 2층 구조가 다층화 장치로 투입되고, (ii) 영역에서 압출 방향을 따라 층상 구조가 동일한 2개의 구조로 분리된 후 이들이 공압출되면서 4층 구조가 형성된다. 이후, (iii) 영역에서 상기 4층 구조가 압출 방향을 따라 층상 구조가 동일한 2개의 구조로 분리된 후 이들이 공압출되면서 8층 구조가 형성된다. 이러한 과정은 (iv) 영역 및 도시되지 않은 하나 이상의 후속 영역에서도 동일하게 수행되어 16층 또는 그 이상의 다층 구조를 가지는 베이스 시트가 제조될 수 있다.The separation and lamination can be carried out continuously by means of a layer multiplier. Referring to FIG. 1 again, first, in the region (i), the bilayer or bilayer structure formed in the step (a) is introduced into the multilayered device, and (ii) After they are separated, they are coextruded to form a four-layer structure. Thereafter, in the region (iii), the four-layer structure is divided into two structures having the same layered structure along the extrusion direction, and then they are co-extruded to form an eight-layer structure. This process can be similarly performed in (iv) one or more subsequent regions, which are not shown, so that a base sheet having 16 layers or more of a multilayer structure can be produced.

상기 (i) 내지 (iv) 영역에서의 분리 및 적층은 단일 또는 복수의 다층화 장치(layer multiplier)에 의해 연속식으로 수행될 수 있으므로, 2종의 고분자 혼합물이 상호 교대로 적층된 다층 구조의 생산성을 향상시킬 수 있다. 상기 (b) 단계에서 형성된 다층 구조는 티 다이를 통해 겔(gel) 상태로 토출될 수 있고, 상기 토출된 다층 구조의 두께는 1,000 내지 6,000㎛일 수 있다.The separation and lamination in the regions (i) to (iv) can be carried out continuously by a single or a plurality of layer multipliers, so that the productivity of the multi-layer structure in which the two polymer mixtures are alternately stacked Can be improved. The multi-layer structure formed in the step (b) may be discharged in a gel state through a tie die, and the thickness of the discharged multi-layer structure may be 1,000 to 6,000 μm.

상기 (c) 단계에서, 겔(gel) 상태로 토출된 상기 다층 구조를 표면 온도가 10 내지 60℃로 조절된 하나 이상의 캐스팅 롤(casting roll) 및 닙 롤(nip roll) 사이로 통과시켜 냉각 결정화시켜 베이스 시트를 제조할 수 있다.In the step (c), the multi-layer structure discharged in a gel state is cooled and crystallized by passing through at least one casting roll and a nip roll whose surface temperature is controlled at 10 to 60 캜 A base sheet can be produced.

일반적으로, 상기 캐스팅 롤은 닙 롤에 비해 직경이 약 1.5배 가량 크기 때문에 이들 사이로 겔 상태의 시트를 통과시키면, 닙 롤이 캐스팅 롤 보다 현저히 빠르게 회전하면서 양 롤의 시트 냉각기능에 불필요한 편차가 발생한다.Generally, the casting rolls are about 1.5 times larger in diameter than the nip rolls, so that passing the gel-like sheet therebetween causes the nip rolls to rotate significantly faster than the casting rolls, resulting in unnecessary deviations in the sheet cooling function of both rolls do.

이 경우, 닙 롤에 대해 중간부의 직경이 양쪽 단부의 직경 보다 1/1,500,000 내지 1/500,000배 작게 형성된 역 구배(counter gradient)를 부여하면, 닙 롤의 표면적이 상대적으로 넓어져 캐스팅 롤 보다 빠르게 회전하더라도 캐스팅 롤과 동일한 냉각 기능을 부여할 수 있다.In this case, when a counter gradient is formed in which the diameter of the intermediate portion is smaller than the diameter of both ends by 1/1500,000 to 1/500,000 times as much as the diameter of the nip roll, the surface area of the nip roll is relatively widened, The same cooling function as the casting roll can be given.

상기 (d) 단계에서, 상기 베이스 시트를 연신하고 용매에 침지하여 상기 기공형성제를 제거할 수 있다.In the step (d), the base sheet may be stretched and dipped in a solvent to remove the pore-forming agent.

먼저, 상기 베이스 시트를 재가열한 후 가로 방향(transverse direction, TD) 및 세로 방향(machine direction, MD)으로의 연신율이 각각 400 내지 1,000%가 되도록 이축 연신하여 두께가 3 내지 20㎛인 다공성 분리막을 얻을 수 있다.First, after reheating the base sheet, the base sheet was biaxially stretched so as to have an elongation in transverse direction (TD) and machine direction (MD) of 400 to 1,000%, respectively, to form a porous separator having a thickness of 3 to 20 μm Can be obtained.

상기 이축 연신은 동시 또는 축차 연신에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 동시 이축 연신 시 클립(clip) 방식의 이축 연신기를 사용할 수 있다. 또한, 축차 이축 연신 시, 세로 방향(MD)으로는 롤의 속도 차이를 이용한 롤 연신 방식을 사용할 수 있고, 가로 방향(TD)으로는 클립 방식의 연신기를 거치는 방식을 사용할 수 있다.The biaxial stretching may be carried out simultaneously or sequentially. For example, a clip-type biaxial stretching machine can be used for simultaneous biaxial stretching. A roll stretching method using the difference in speed of rolls in the longitudinal direction (MD) can be used for the biaxial stretching in the sequential manner, and a method in which the stretching machine is passed through the clip type stretcher in the transverse direction (TD).

상기 연신은 100 내지 130℃의 온도에서 수행될 수 있다. 연신 시 온도가 100℃ 미만이면 분리막이 파단될 수 있고, 130℃ 초과이면 분리막이 부분적으로 용융되어 미세기공이 형성되기 어렵다.The stretching may be performed at a temperature of 100 to 130 ° C. If the temperature at the time of stretching is less than 100 ° C, the separation membrane may be broken. If the temperature is more than 130 ° C, the separation membrane is partially melted and micropores are difficult to form.

이후, 연신된 분리막을 용매가 담지된 추출조에 침지시켜 기공형성제를 추출, 제거할 수 있다. 추출 온도는 25 내지 40℃일 수 있고, 추출 시간은 1 내지 10분일 수 있다. 상기 용매는 펜탄, 헥산, 벤젠, 디클로로메탄, 사염화탄소, 메틸에틸케톤, 아세톤 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.Thereafter, the stretched separation membrane can be immersed in an extraction tank having a solvent to extract and remove the pore-forming agent. The extraction temperature may be 25 to 40 占 폚, and the extraction time may be 1 to 10 minutes. The solvent may be selected from the group consisting of pentane, hexane, benzene, dichloromethane, carbon tetrachloride, methyl ethyl ketone, acetone, and mixtures of two or more thereof.

또한, 기공형성제 제거 시 분리막의 내부에서 급격한 수축응력이 발생하게 되므로, 분리막의 가로 및 세로 방향으로 상기 수축응력 보다 큰 장력(tension)을 부여, 유지할 필요가 있다.In addition, when the pore-forming agent is removed, rapid shrinkage stress is generated inside the separation membrane. Therefore, it is necessary to apply and maintain tension greater than the shrinkage stress in the transverse and longitudinal directions of the separation membrane.

한편, 상기 (d) 단계 이후, (e) 상기 베이스 시트를 110 내지 135℃의 온도에서 10초 내지 10분 간 열 고정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어 "열 고정(hest setting)"은, 시트를 연신한 후 그 형태를 반영구적으로 보존하기 위해 고온 처리하는 공정을 의미하는 것으로서, 상기 열 고정에 의해 미세기공이 형성된 상기 베이스 시트의 열수축률과 그에 따른 고온 치수안정성이 크게 향상될 수 있다.After the step (d), (e) the base sheet may be thermally fixed at a temperature of 110 to 135 ° C for 10 seconds to 10 minutes. As used herein, the term " hest setting " refers to a process of high-temperature treatment in order to semi-permanently retain the shape of the sheet after stretching the sheet, The heat shrinkage ratio and thus the high temperature stability can be greatly improved.

상기 열 고정은 110 내지 135℃의 온도에서 수행될 수 있다. 열 고정 시 온도가 110℃ 미만이면 분리막의 열수축률이 저하될 수 있고, 135℃ 초과이면 미세기공이 일부 폐쇄되어 걸리(Gurley) 값이 상승할 수 있다.The heat setting can be performed at a temperature of 110 to 135 캜. If the temperature is less than 110 ° C, the heat shrinkage of the separator may be lowered. If the temperature is more than 135 ° C, the micropores may be partially closed to increase the gurley value.

또한, 상기 열 고정은 10초 내지 10분 간 수행될 수 있고, 열 고정 시 분리막의 가로 방향(TD) 연신율은 100 내지 200%로 1차 조절된 후, 50 내지 150%로 재조절될 수 있다.Further, the heat setting can be performed for 10 seconds to 10 minutes, and the transverse direction (TD) elongation of the separator upon heat setting can be first adjusted to 100 to 200% and then readjusted to 50 to 150% .

이하, 본 발명의 실시예에 관해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

실시예Example 1 One

중량평균분자량이 1,000,000, 분자량분포가 3인 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 90중량%, 및 중량평균분자량이 380,000, 분자량분포가 4인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 10중량%를 포함하는 폴리에틸렌 혼합물 100중량부에, 인계 산화방지제 0.5중량부, 탄화수소계 산화방지제 0.5중량부를 혼합하여 2축 압출기(내경 58mm, L/D=42, Twin Screw Extruder) Ⅰ에 투입하였다. 상기 2축 압출기 I의 사이드 피더를 통해 파라핀 오일 250중량부를 공급하고, 210℃ 및 100rpm의 조건으로 용융 혼련하여 제1 폴리에틸렌 혼합물을 제조하였다.90 weight% of ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) having a weight average molecular weight of 1,000,000 and a molecular weight distribution of 3, and 10 weight% of high density polyethylene (HDPE) having a weight average molecular weight of 380,000 and a molecular weight distribution of 4 , 0.5 part by weight of a phosphorus antioxidant and 0.5 part by weight of a hydrocarbon antioxidant were mixed and charged into a twin-screw extruder (inner diameter: 58 mm, L / D = 42, Twin Screw Extruder) I. 250 parts by weight of paraffin oil was fed through the side feeder of the twin screw extruder I and melt kneaded at 210 DEG C and 100 rpm to prepare a first polyethylene mixture.

중량평균분자량이 1,000,000, 분자량분포가 3인 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 10중량%, 및 중량평균분자량이 380,000, 분자량분포가 4인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 90중량%를 포함하는 폴리에틸렌 혼합물 100중량부에, 인계 산화방지제 0.5중량부, 탄화수소계 산화방지제 0.5중량부를 혼합하여 2축 압출기(내경 58mm, L/D=42, Twin Screw Extruder) II에 투입하였다. 상기 2축 압출기 II의 사이드 피더를 통해 파라핀 오일 250중량부를 공급하고, 210℃ 및 100rpm의 조건으로 용융 혼련하여 제2 폴리에틸렌 혼합물을 제조하였다.100 parts by weight of a polyethylene mixture comprising 10% by weight of ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) having a weight average molecular weight of 1,000,000 and a molecular weight distribution of 3, and 90% by weight of high density polyethylene (HDPE) having a weight average molecular weight of 380,000 and a molecular weight distribution of 4 0.5 part by weight of a phosphorus antioxidant and 0.5 part by weight of a hydrocarbon antioxidant were mixed and charged into a twin-screw extruder (inner diameter: 58 mm, L / D = 42, Twin Screw Extruder) II. 250 parts by weight of paraffin oil was fed through a side feeder of the twin screw extruder II and melt kneaded at 210 DEG C and 100 rpm to prepare a second polyethylene mixture.

상기 제1 및 제2 폴리에틸렌 혼합물을 압출기의 멀티블럭(다층화 장치)을 통과시켜 상기 제1 및 제2 폴리에틸렌 혼합물을 교대로 적층한 후, 티 다이를 통해 20층으로 이루어진 다층 구조를 토출시켰다.The first and second polyethylene mixtures were passed through a multi-block (multilayered device) of an extruder to alternately laminate the first and second polyethylene mixtures, and then a multi-layer structure consisting of 20 layers was discharged through a tie die.

상기 다층 구조를 40℃로 조절된 냉각 롤을 통과시키면서 두께가 1,100㎛인 겔 상의 베이스 시트를 제조하였다. 상기 베이스 시트를 이축 필름 연신기에서 120℃로 가열 한 후, 50mm/min의 속도로 세로 방향(MD) 및 가로 방향(TD) 연신율이 모두 8배가 되도록 동시 2축 연신하였다.The multi-layer structure was passed through a cooling roll controlled at 40 ° C to prepare a gel-like base sheet having a thickness of 1,100 μm. The base sheet was heated to 120 DEG C in a biaxial film stretching machine and then simultaneously biaxially stretched so that elongation in both longitudinal direction (MD) and transverse direction (TD) was 8 times at a rate of 50 mm / min.

상기 연신된 베이스 시트의 일부를 잘라내어 서스(SUS) 프레임에 고정시킨 후, 25℃로 조절된 디클로로메탄 침출조에 함침하여 10분간 파라핀 오일을 추출, 제거하였다. 파라핀 오일이 제거된 베이스 시트를 실온에서 건조하고, 텐터에 고정하여 125℃에서 10분 간 열 고정 처리함으로써 두께가 20㎛인 다공성 분리막을 제조하였다.A part of the stretched base sheet was cut out and fixed to a SUS frame, and then immersed in a dichloromethane leaching tank adjusted to 25 ° C to extract and remove paraffin oil for 10 minutes. The base sheet from which the paraffin oil had been removed was dried at room temperature, fixed to a tenter, and heat-settled at 125 DEG C for 10 minutes to prepare a porous separator having a thickness of 20 mu m.

실시예Example 2 2

제1 폴리에틸렌 혼합물에서, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)으로 중량평균분자량 및 분자량분포가 각각 1,500,000 및 4인 것을 사용하고, 제1 폴리에틸렌 혼합물 중 초고분자량 폴리에틸렌의 함량을 80중량%로 변경한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 두께가 20㎛인 다공성 분리막을 제조하였다.Except that in the first polyethylene mixture, ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) was used having a weight average molecular weight and a molecular weight distribution of 1,500,000 and 4 respectively, and the content of ultra high molecular weight polyethylene in the first polyethylene mixture was changed to 80% A porous separator having a thickness of 20 μm was prepared in the same manner as in Example 1.

실시예Example 3 3

제1 폴리에틸렌 혼합물에서, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)으로 중량평균분자량 및 분자량분포가 각각 2,000,000 및 4인 것을 사용하고, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 중량평균분자량이 300,000인 것을 사용하며, 제1 폴리에틸렌 혼합물 중 초고분자량 폴리에틸렌의 함량을 70중량%로 변경한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 두께가 16㎛인 다공성 분리막을 제조하였다.In the first polyethylene mixture, ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) having a weight average molecular weight and a molecular weight distribution of 2,000,000 and 4 respectively and high density polyethylene (HDPE) having a weight average molecular weight of 300,000 were used. In the first polyethylene mixture A porous separator having a thickness of 16 탆 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the content of ultrahigh molecular weight polyethylene was changed to 70% by weight.

비교예Comparative Example 1 One

중량평균분자량이 380,000, 분자량분포가 4인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 100중량부에, 인계 산화방지제 0.5중량부, 탄화수소계 산화방지제 0.5중량부를 혼합하여 2축 압출기(내경 58mm, L/D=42, Twin Screw Extruder)에 투입하였다. 상기 2축 압출기의 사이드 피더를 통해 파라핀 오일 250중량부를 공급하고, 210℃ 및 100rpm의 조건으로 용융 혼련하여 폴리에틸렌 혼합물을 제조하였다.0.5 parts by weight of a phosphorus-based antioxidant and 0.5 parts by weight of a hydrocarbon-based antioxidant were mixed with 100 parts by weight of high-density polyethylene (HDPE) having a weight average molecular weight of 380,000 and a molecular weight distribution of 4, Twin Screw Extruder). 250 parts by weight of paraffin oil was fed through a side feeder of the twin screw extruder and melted and kneaded at 210 DEG C and 100 rpm to prepare a polyethylene mixture.

상기 폴리에틸렌 혼합물을 압출기를 통과시켜 단층 구조를 토출시킨 후, 40℃로 조절된 냉각 롤을 통과시키면서 두께가 1,100㎛인 베이스 시트를 제조하였다. 상기 베이스 시트를 이축 필름 연신기에서 120℃로 가열 한 후, 50mm/min의 속도로 세로 방향(MD) 및 가로 방향(TD) 연신율이 모두 8배가 되도록 동시 2축 연신하였다.The polyethylene mixture was passed through an extruder to discharge a single layer structure, and then passed through a cooling roll controlled at 40 ° C to prepare a base sheet having a thickness of 1,100 μm. The base sheet was heated to 120 DEG C in a biaxial film stretching machine and then simultaneously biaxially stretched so that elongation in both longitudinal direction (MD) and transverse direction (TD) was 8 times at a rate of 50 mm / min.

상기 연신된 베이스 시트의 일부를 잘라내어 서스(SUS) 프레임에 고정시킨 후, 25℃로 조절된 디클로로메탄 침출조에 함침하여 10분간 파라핀 오일을 추출, 제거하였다. 파라핀 오일이 제거된 베이스 시트를 실온에서 건조하고, 텐터에 고정하여 125℃에서 10분 간 열 고정 처리함으로써 두께가 20㎛인 다공성 분리막을 제조하였다.A part of the stretched base sheet was cut out and fixed to a SUS frame, and then immersed in a dichloromethane leaching tank adjusted to 25 ° C to extract and remove paraffin oil for 10 minutes. The base sheet from which the paraffin oil had been removed was dried at room temperature, fixed to a tenter, and heat-settled at 125 DEG C for 10 minutes to prepare a porous separator having a thickness of 20 mu m.

실험예Experimental Example 1 One

실시예 및 비교예에서 제조된 다공성 분리막의 인장강도, 신율, 기공율, 천공강도, 두께, 열수축률, 처짐 길이, Gurley 수치 등을 하기 방법에 따라 측정, 평가하였고, 그 결과를 하기 표 1과 도 2에 나타내었다.The tensile strength, elongation, porosity, piercing strength, thickness, heat shrinkage, deflection length, Gurley number, etc. of the porous separator prepared in Examples and Comparative Examples were measured and evaluated according to the following methods. Respectively.

-걸리(Gurley, sec/100ml): Gurley 측정기를 이용하여 크기가 30*30mm인 분리막 시편에 대해 100ml의 공기가 통과 하는 시간을 측정하였다.- Gurley (sec / 100 ml): The time of passage of 100 ml of air through a membrane sample of 30 * 30 mm in size was measured using a Gurley meter.

-인장강도(Kgf/cm2): 인장강도 시험기를 이용하여 크기가 20*200mm인 분리막 시편에 대해 가로(transverse direction, TD) 및 세로 방향(machine direction, MD)으로 파단이 일어날 때까지 가해진 응력을 측정하였다.- Tensile Strength (Kgf / cm 2 ): Stress applied until a fracture occurs in transverse direction (TD) and machine direction (MD) for a membrane specimen of 20 * 200 mm size using a tensile strength tester Were measured.

-인장신율(%): 인장강도 시험기를 이용하여 크기가 20*200mm인 분리막 시편에 대해 가로 및 세로 방향으로 파단이 일어날 때까지 시편이 늘어난 비율을 측정하였다.- Tensile elongation (%): The tensile strength tester was used to measure the elongation of the specimen until the fracture occurred in the transverse and longitudinal directions for the 20 * 200 mm separator specimen.

-천공강도(gf): 천공강도 측정기를 이용하여 크기가 100*50mm인 분리막 시편에 대해 스틱(Stick)으로 힘을 가하여 시료가 뚫릴 때까지 가해진 힘을 측정하였다.- Perforation strength (gf): The force applied until the sample was punctured by applying a force to a separator sample having a size of 100 * 50 mm using a puncture strength meter.

-열수축률(%): 120 내지 150℃의 오븐에서 1시간 동안 200*200mm 분리막 시편을 가열한 후, 상온 냉각시켜 시편의 가로 방향 및 세로 방향의 수축된 길이를 측정함으로써, 가로 방향 및 세로 방향의 수축 비율을 계산하였다.Heat Shrinkage (%): The 200 * 200 mm separator specimen was heated in an oven at 120 to 150 ° C for 1 hour and then cooled at room temperature to measure the shrunk length of the specimen in the transverse and longitudinal directions, Was calculated.

-기공율(부피%): ASTM F316-03에 의거하여, 반경이 30mm인 다공성 분리막 시편의 기공율을 측정하였다.Porosity (volume%): The porosity of the porous separator specimen with a radius of 30 mm was measured according to ASTM F316-03.

-처짐길이(mm): 다공성 분리막의 가로 및 세로 방향 길이가 각각 600mm 이상, 1,000mm 이상일 때, 가로 및 세로 방향에서 각각 최상점으로부터 최하점까지의 거리를 측정하였다.- Deflection Length (mm): When the lengths of the porous membrane in the transverse and longitudinal directions were 600 mm or more and 1,000 mm or more, the distance from the top to the bottom in the transverse and longitudinal directions was measured.

구분division 단위unit 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 비교예 1Comparative Example 1 걸리값Gully value sec/100mlsec / 100ml 156156 163163 140140 162162 터프니스Toughness N/mmN / mm 2.32.3 2.12.1 2.52.5 0.70.7 인장강도 (MD)Tensile Strength (MD) Kgf/cm2 Kgf / cm 2 2,6532,653 2,2762,276 2,2032,203 1,6851,685 인장강도 (TD)Tensile Strength (TD) Kgf/cm2 Kgf / cm 2 2,3652,365 2,0132,013 1,9871,987 1,3651,365 인장신율 (MD)Tensile elongation (MD) %% 8989 102102 105105 7676 인장신율 (TD)Tensile elongation (TD) %% 9292 106106 120120 6565 천공강도Puncture strength gfgf 539539 450450 356356 402402 기공율Porosity 부피%volume% 3636 3535 3838 3535 열수축률 (105℃)Heat shrinkage (105 ° C) %% 3.53.5 33 33 1313 열수축률 (130℃)Heat shrinkage (130 ° C) %% 1818 1717 1616 3232 처짐길이Deflection length mmmm 55 66 55 2525

실험예Experimental Example 2 2

크기가 20mm*60mm인 다공성 분리막 시편에 대해, 가로 및 세로 방향으로의 인장강도, 인장신율을 상기 방법에 따라 측정하였다. 측정된 하중(N)과 변위(mm)을 토대로, 변위/표점거리 및 하중/폭을 각각 x, y값으로 하여 x-y plotting한 후, 이를 적분하여 터프니스(toughness)를 계산하였다. 실시예 및 비교예에 따른 다공성 분리막 시편의 터프니스 값을 하기 표 2와 도 3에 나타내었다.The tensile strength and tensile elongation in the transverse and longitudinal directions of the porous separator specimens having a size of 20 mm * 60 mm were measured according to the above method. Based on the measured load (N) and displacement (mm), the displacement / gauge distance and the load / width were plotted as x and y values, respectively, and the toughness was calculated by integrating them. Toughness values of porous separator samples according to Examples and Comparative Examples are shown in Table 2 and FIG.

구분division 단위unit 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 비교예 1Comparative Example 1 터프니스 (MD)Toughness (MD) N/mmN / mm 2.32.3 2.12.1 2.52.5 0.70.7

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

본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.

Claims (19)

제1 폴리에틸렌 혼합물로 이루어진 제1 층 및 제2 폴리에틸렌 혼합물로 이루어진 제2 층이 교대로 적층된 다층 구조를 가지고,
상기 제1 및 제2 폴리에틸렌 혼합물의 조성이 상이하고,
상기 다층 구조가 4 내지 100개의 층을 포함하고,
상기 층의 두께는 0.01 내지 1.0㎛이고,
터프니스(toughness)가 0.9N/mm 이상인, 다공성 분리막.
Layer structure in which a first layer of a first polyethylene mixture and a second layer of a second polyethylene mixture are alternately laminated,
Wherein the composition of the first and second polyethylene mixtures is different,
Wherein the multilayer structure comprises 4 to 100 layers,
The thickness of the layer is 0.01 to 1.0 탆,
A porous separator having a toughness of 0.9 N / mm or more.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 폴리에틸렌 혼합물이 각각, 중량평균분자량이 1,000,000 내지 3,000,000인 초고분자량 폴리에틸렌, 및 중량평균분자량이 300,000 내지 500,000인 고밀도 폴리에틸렌을 포함하는, 다공성 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the first and second polyethylene blends each comprise ultra high molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 1,000,000 to 3,000,000 and high density polyethylene having a weight average molecular weight of 300,000 to 500,000.
제2항에 있어서,
상기 제1 폴리에틸렌 혼합물 중 상기 초고분자량 폴리에틸렌의 함량이 60 내지 95중량%인, 다공성 분리막.
3. The method of claim 2,
Wherein the content of the ultrahigh molecular weight polyethylene in the first polyethylene mixture is 60 to 95 wt%.
제2항에 있어서,
상기 제2 폴리에틸렌 혼합물 중 상기 고밀도 폴리에틸렌의 함량이 90중량% 이상인, 다공성 분리막.
3. The method of claim 2,
Wherein the content of the high density polyethylene in the second polyethylene mixture is 90 wt% or more.
제1항에 있어서,
상기 다공성 분리막의 기공율이 30 내지 50부피%인, 다공성 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the porous separator has a porosity of 30 to 50% by volume.
제1항에 있어서,
상기 다공성 분리막의 평균 기공 크기가 20 내지 50nm인, 다공성 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the porous separator has an average pore size of 20 to 50 nm.
제1항에 있어서,
상기 다공성 분리막의 두께가 3 내지 20㎛인, 다공성 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the porous separator has a thickness of 3 to 20 占 퐉.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 다공성 분리막의 인장강도가 1,700 내지 3,000Kgf/cm2인, 다공성 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the porous separator has a tensile strength of 1,700 to 3,000 Kgf / cm 2 .
(a) 2종 이상의 폴리에틸렌 및 기공형성제를 포함하는 제1 및 제2 폴리에틸렌 혼합물을 공압출하여 이중층 구조를 형성하는 단계;
(b) 상기 이중층 구조를 1 내지 50회 공압출하여 4 내지 100개의 층을 포함하는 다층 구조를 형성하는 단계;
(c) 상기 다층 구조를 냉각하여 베이스 시트를 제조하는 단계; 및
(d) 상기 베이스 시트를 연신하고 용매에 침지하여 상기 기공형성제를 제거하는 단계;를 포함하고,
상기 (b) 단계에서, 상기 공압출이 상기 이중층 구조를 압출 방향을 따라 제1 및 제2 구조로 분리하고 상기 제1 및 제2 구조를 적층하는 방식으로 수행되고,
상기 층의 두께는 0.01 내지 1.0㎛인, 다공성 분리막의 제조방법.
(a) co-extruding a first and a second polyethylene mixture comprising at least two polyethylenes and a pore-former to form a bilayer structure;
(b) co-extruding the bilayer structure 1 to 50 times to form a multilayer structure comprising 4 to 100 layers;
(c) cooling the multilayer structure to produce a base sheet; And
(d) stretching the base sheet and dipping the base sheet in a solvent to remove the pore forming agent,
In the step (b), the co-extrusion is performed in a manner of separating the double-layer structure into first and second structures along the extrusion direction and laminating the first and second structures,
Wherein the thickness of the layer is 0.01 to 1.0 占 퐉.
제10항에 있어서,
상기 폴리에틸렌이 중량평균분자량이 1,000,000 내지 3,000,000인 초고분자량 폴리에틸렌 및 중량평균분자량이 300,000 내지 500,000인 고밀도 폴리에틸렌을 포함하는, 다공성 분리막의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the polyethylene comprises an ultrahigh molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 1,000,000 to 3,000,000 and a high density polyethylene having a weight average molecular weight of 300,000 to 500,000.
제10항에 있어서,
상기 제1 및 제2 폴리에틸렌 혼합물이 상기 폴리에틸렌 100중량부에 대해 상기 기공형성제 150 내지 300중량부를 포함하는, 다공성 분리막의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the first and second polyethylene blends comprise 150-300 parts by weight of the pore former relative to 100 parts by weight of the polyethylene.
제10항에 있어서,
상기 기공형성제가 파라핀 오일, 알킬프탈레이트, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나인, 다공성 분리막의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the pore former is one selected from the group consisting of paraffin oil, alkyl phthalate, and a mixture of two or more thereof.
삭제delete 제10항에 있어서,
상기 분리 및 적층이 연속식으로 수행되는, 다공성 분리막의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Wherein said separation and lamination are carried out continuously.
제10항에 있어서,
상기 (c) 단계에서, 상기 냉각이 10 내지 60℃의 온도에서 수행되는, 다공성 분리막의 제조방법.
11. The method of claim 10,
In the step (c), the cooling is performed at a temperature of 10 to 60 캜.
제10항에 있어서,
상기 (d) 단계에서, 상기 연신이 상기 베이스 시트의 가로 및 세로 방향 연신율이 각각 400 내지 1,000%가 되도록 수행되는, 다공성 분리막의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the stretching is performed so that elongation in the transverse direction and the transverse direction of the base sheet is 400 to 1,000%, respectively, in the step (d).
제10항에 있어서,
상기 (d) 단계에서, 상기 용매가 펜탄, 헥산, 벤젠, 디클로로메탄, 사염화탄소, 메틸에틸케톤, 아세톤 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나인, 다공성 분리막의 제조방법.
11. The method of claim 10,
In the step (d), the solvent is selected from the group consisting of pentane, hexane, benzene, dichloromethane, carbon tetrachloride, methyl ethyl ketone, acetone, and mixtures of two or more thereof.
제10항에 있어서,
상기 (d) 단계 이후, (e) 상기 베이스 시트를 110 내지 135℃의 온도에서 10초 내지 10분 간 열 고정하는 단계를 더 포함하는, 다공성 분리막의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Further comprising the step of (e) thermally fixing the base sheet at a temperature of 110 to 135 DEG C for 10 seconds to 10 minutes after the step (d).
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