KR102144944B1 - Functional polymer separator made from agar and lithium ion batteries based on the agar separator - Google Patents

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유승민
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Abstract

The present invention relates to a functional polymer separator using agar and a lithium ion battery including the same. The functional polymer separator using agar comprises agar, wherein the agar is modified with a silane compound. The agar-based functional polymer separator has effects of stabilizing a hydrofluoric acid precursor to suppress performance degradation of a lithium ion battery due to hydrofluoric acid, and maintaining high cycle performance even at high temperature and high voltage driving.

Description

한천을 이용한 기능성 고분자 분리막 및 이를 포함하는 리튬이온배터리{Functional polymer separator made from agar and lithium ion batteries based on the agar separator}Functional polymer separator made from agar and lithium ion batteries based on the agar separator

본 발명은 한천을 이용한 기능성 고분자 분리막 및 이를 포함하는 리튬이온배터리에 관한 것이다.The present invention relates to a functional polymer separator using agar and a lithium ion battery including the same.

리튬이온배터리는 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 음극과 양극 또는 이의 활물질로 사용하고, 상기 음극과 양극 사이에 다공성 분리막을 설치한 후 액체 전해액을 주입시켜 제조되며, 상기 음극 및 양극에서의 리튬 이온의 삽입 및 탈리에 따른 산화 환원반응에 의해 전기가 생성 또는 소비되면서 충방전이 가능한 에너지 밀도가 높은 에너지 저장체이다.Lithium ion batteries are manufactured by using a material capable of intercalating and deintercalating lithium ions as a negative electrode and a positive electrode, or as an active material thereof, and by injecting a liquid electrolyte after installing a porous separator between the negative electrode and the positive electrode. It is an energy storage with high energy density that can be charged and discharged while electricity is generated or consumed by redox reactions caused by insertion and desorption of lithium ions.

이러한 리튬이온배터리의 에너지 밀도가 높은 특징 때문에 휴대폰, 노트북 등의 소형전자장비에 전원으로 폭넓게 사용이 될 뿐 아니라, 최근에는 환경문제, 고유가, 에너지 효율 및 저장을 위한 대응으로 복합 전기 자동차(hybrid electric vehicles, HEV), 플러그 전기 자동차(Plug-in EV), 전기 자전거(e-bike) 및 에너지 저장 시스템(energy storage system, ESS)으로의 응용이 급속히 확대되고 있다. 또한, 이들 장치의 대형화에 따라 이차전지 고용량화, 고경량화가 더욱 진행되는 경향에 있어, 내구성 및 안전성의 확보가 더욱 중요해지고 있다.Due to the high energy density of these lithium-ion batteries, they are widely used as power sources for small electronic equipment such as mobile phones and notebook computers. In recent years, hybrid electric vehicles are used in response to environmental issues, high oil prices, energy efficiency and storage. Applications to vehicles, HEVs), plug-in EVs, e-bikes, and energy storage systems (ESS) are rapidly expanding. In addition, as these devices become larger, higher capacity and higher weight of secondary batteries tend to proceed further, and thus securing durability and safety is becoming more important.

현재 리튬이온배터리에서 사용되고 있는 양극소재로는 대부분 전이금속산화물로서, 가격, 성능 및 환경친화성 등의 측면에서 고려되어, 스피넬(spinel) 구조의 리튬망간산화물(LiMn2O4; LMO), 혹은 리튬니켈망간산화물(LiNi0.5Mn1.5O4; LNMO)등이 주로 사용되고 있다. As cathode materials currently used in lithium-ion batteries, most of them are transition metal oxides, and are considered in terms of price, performance, and environmental friendliness, and have a spinel structure of lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ; LMO), or Lithium nickel manganese oxide (LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 ; LNMO) is mainly used.

이러한 양극소재는 대부분 우수한 전기화학적 특성을 지니고 있지만 장기적인 측면에서는 소재 표면과 전해액 간의 안정성이 충분하지 않아 소재의 표면으로부터 조금씩 열화가 진행되어 수명특성이 제한되는 문제가 있다. 구체적으로, 스피넬 구조의 리튬망간산화물(LMO, LNMO)은 제조 단가가 저렴하여 가격 측면에서 다른 소재에 비하여 유리하고 또한 리튬이 스피넬 구조 내에서 3차원 확산을 하여 확산속도가 빨라 고율방전 특성이 우수하다. 하지만 스피넬 구조의 리튬망간산화물은 고온 및 고전압 구동에서 전해액(LiPF6)의 분해반응으로 생성되는 불안정한 불산전구체인 PF5 및 이로 인해 생성되는 불산(HF) 등에 의해 망간용출현상이 지속적으로 발생하여 양극 표면을 구조적으로 파괴 시킬 뿐만 아니라, 용출된 망간 이온이 음극 표면에서 두꺼운 SEI(solid electrolyte interface) 층을 형성하여 양극 및 음극의 계면 저항을 높여 고온 사이클 성능을 크게 저하시키는 등의 문제점이 있어왔다.Most of these cathode materials have excellent electrochemical properties, but in the long term, the stability between the surface of the material and the electrolyte is not sufficient, so there is a problem that a little deterioration proceeds from the surface of the material, thereby limiting the life characteristics. Specifically, the spinel structure lithium manganese oxide (LMO, LNMO) is advantageous compared to other materials in terms of cost due to its low manufacturing cost, and it has a high diffusion rate because lithium diffuses in three dimensions within the spinel structure, so it has excellent high rate discharge characteristics. Do. However, the spinel structure lithium manganese oxide is continuously eluted by PF 5 , an unstable hydrofluoric acid precursor generated by the decomposition reaction of the electrolyte solution (LiPF 6 ) at high temperature and high voltage operation, and the resulting hydrofluoric acid (HF). In addition to structurally destroying the surface, the eluted manganese ions form a thick solid electrolyte interface (SEI) layer on the surface of the negative electrode, thereby increasing the interface resistance of the positive electrode and the negative electrode, thereby significantly reducing the high-temperature cycle performance.

따라서 전해액에서 생성되는 불산 전구체를 안정화시켜 불산 등에 의한 리튬이온배터리의 성능 저하를 억제하고, 고온 구동 시, 배터리의 사이클 성능을 유지시킬 수 있는 분리막 소재에 대한 연구가 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for research on a separator material capable of stabilizing the hydrofluoric acid precursor generated in the electrolyte to suppress the degradation of the lithium ion battery due to hydrofluoric acid, and to maintain the cycle performance of the battery when driven at high temperatures.

1. 대한민국등록특허 제10-1592185 (2014.01.21. 공개)1. Korean Patent Registration No. 10-1592185 (published on January 21, 2014)

본 발명의 목적은 전해액의 반응으로부터 생성되어 불산 생성을 유발시키는 불산 전구체를 안정화시킬 수 있는 기능성 고분자 분리막 및 이의 제조방법을 제공하는 데에 있다.It is an object of the present invention to provide a functional polymer membrane capable of stabilizing a hydrofluoric acid precursor that is generated from a reaction of an electrolyte solution and causes the generation of hydrofluoric acid, and a method for manufacturing the same.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 기능성 고분자 분리막을 이용한 리튬이온배터리를 제공하는 데에 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a lithium ion battery using the functional polymer membrane.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 한천; 및 상기 한천이 하기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물로 개질되는 것을 특징으로 하는 한천 기반 기능성 고분자 분리막을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is agar; And it provides an agar-based functional polymer membrane, characterized in that the agar is modified with a silane compound represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112019046981046-pat00001
Figure 112019046981046-pat00001

상기 식에서, R1 내지 R3는 각각 같거나 다를 수 있으며, C1 내지 C4의 알킬 또는 C1 내지 C4의 알콕시 중 어느 하나이고, R4는 글리시독시(C1 내지 C10)알킬, 아미노(C1 내지 C10)알킬, (C1 내지 C10)알킬 이소시아네이트, 아미노기, 비닐기, 에폭시기, 메타크릴록시기, 아크릴록시기, 우레이도기, 클로로프로필기, 메르캅토기, 설파이도기 및 이소시아네이토기로 이루어진 군 중 어느 하나임.In the above formula, R 1 to R 3 may each be the same or different, C1 to C4 alkyl or C1 to C4 alkoxy, and R 4 is glycidoxy (C1 to C10) alkyl, amino (C1 to C10) )Alkyl, (C1 to C10)alkyl isocyanate, amino group, vinyl group, epoxy group, methacryloxy group, acryloxy group, ureido group, chloropropyl group, mercapto group, sulfido group and isocyanato group One.

또한, 본 발명은 상기 한천 기반 기능성 고분자 분리막을 구비하는 리튬이온배터리를 제공한다.In addition, the present invention provides a lithium ion battery having the agar-based functional polymer separator.

또한, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물로 개질된 한천 용액을 제조하는 단계; 상기 한천 용액을 기판에 캐스팅하여 고분자 막을 제조하는 단계; 및 상기 고분자 막을 비용매에 넣어 상전이법에 의해 기공을 형성하는 단계; 를 포함하는 한천 기반 기능성 고분자 분리막의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing an agar solution modified with a silane compound represented by the following formula (1); Casting the agar solution onto a substrate to prepare a polymer film; And placing the polymer membrane in a non-solvent to form pores by a phase transfer method. It provides a method of manufacturing an agar-based functional polymer membrane comprising a.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112019046981046-pat00002
Figure 112019046981046-pat00002

상기 식에서, R1 내지 R3는 각각 같거나 다를 수 있으며, C1 내지 C4의 알킬 또는 C1 내지 C4의 알콕시 중 어느 하나이고, R4는 글리시독시(C1 내지 C10)알킬, 아미노(C1 내지 C10)알킬, (C1 내지 C10)알킬 이소시아네이트, 아미노기, 비닐기, 에폭시기, 메타크릴록시기, 아크릴록시기, 우레이도기, 클로로프로필기, 메르캅토기, 설파이도기 및 이소시아네이토기로 이루어진 군 중 어느 하나임.In the above formula, R 1 to R 3 may each be the same or different, C1 to C4 alkyl or C1 to C4 alkoxy, and R 4 is glycidoxy (C1 to C10) alkyl, amino (C1 to C10) )Alkyl, (C1 to C10)alkyl isocyanate, amino group, vinyl group, epoxy group, methacryloxy group, acryloxy group, ureido group, chloropropyl group, mercapto group, sulfido group and isocyanato group One.

또한, 본 발명은 상기 한천 기반 기능성 고분자 분리막의 제조방법에 의해 제조된 분리막을 구비하는 리튬이온배터리를 제공한다.In addition, the present invention provides a lithium ion battery having a separator manufactured by the method of manufacturing the agar-based functional polymer separator.

본 발명은 한천의 화학적 개질을 통해 비용매 상전이법으로 균일한 기공구조를 갖는 다공성 분리막을 간단한 공정을 통해 대면적으로 제조할 수 있다.In the present invention, a porous separator having a uniform pore structure by a non-solvent phase transfer method through chemical modification of agar can be manufactured in a large area through a simple process.

상기와 같이 제조된 다공성 분리막은 불산 전구체를 안정화시켜 불산 등에 의한 리튬이온배터리의 성능 저하를 억제하고, 한천을 분리막 외에 바인더(binder)로 함께 이용한 경우에 양극 내에서 빠른 리튬이온 전달에 기여하여 고율방전 특성 및 고온, 고전압 구동 시, 용출되는 망간을 흡수하여 배터리의 사이클 성능을 유지시킬 수 있는 효과가 있다.The porous separator prepared as described above stabilizes the hydrofluoric acid precursor to suppress the degradation of the lithium ion battery due to hydrofluoric acid, etc., and when agar is used as a binder in addition to the separator, it contributes to rapid lithium ion transfer within the positive electrode. Discharge characteristics and high temperature, high voltage driving, there is an effect of absorbing the eluted manganese to maintain the cycle performance of the battery.

따라서 본원발명에 따라 제조된 화학 개질된 한천 분리막/한천 바인더는 고온 및 고전압 조건에서 다양한 전이금속이 용출되는 배터리 시스템에 활용될 수 있다.Therefore, the chemically modified agar separator/agar binder manufactured according to the present invention can be used in a battery system in which various transition metals are eluted under high temperature and high voltage conditions.

도 1은 한천(agar)과 GPTMS의 중합반응을 나타낸 도면이다.
도 2는 GPTMS 양에 따른 G-Agar의 점도 변화를 나타낸 도면이다.
도 3은 비용매 상전이법을 통한 0.5G-Agar의 이차전지용 분리막 제조과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 GPTMS 농도에 따른 G-Agar의 구조변화 및 표면 물성변화를 나타낸 것으로, (a), (b): 한천(agar), (c), (d): 0.2G-Agar, (e), (f): 0.5G-agar의 단면 및 상부의 다공성 구조 측정 결과 및 (g) G-agar의 접촉각 및 기공도 변화를 나타낸 도면이다.
도 5는 LMO/분리막/Li로 구성된 코인셀에서 분리막에 따른 전기화학적 특성을 나타낸 것으로, 다양한 분리막/바인더를 사용한 코인셀의 (a) 정전류 충방전 특성, (b) 고율 특성, (c) 고온 사이클 특성, (d) 표면저항 특성 및 (e) PE 분리막과 0.5G-Agar의 불산 전구체 안정화 특성을 나타낸 도면이다.
도 6은 고온 사이클 후 코인셀 내 분리막의 표면 원소 분석을 나타낸 것으로, (a) 표면 SEM 구조 분석, (b) 표면 원소 양 측정을 나타낸 도면이다.
도 7은 LNMO/분리막/graphite로 구성된 코인셀에서 분리막에 따른 전기화학적 특성을 나타낸 것으로, (a) 코인셀의 구성 및 다양한 분리막/바인더를 사용한 코인셀의 (b) 정전류 충방전 특성, (c) 고온 사이클 특성을 나타낸 도면이다.
1 is a diagram showing a polymerization reaction between agar and GPTMS.
2 is a view showing the change in viscosity of G-Agar according to the amount of GPTMS.
3 is a view showing a process of manufacturing a separator for a secondary battery of 0.5G-Agar through a non-solvent phase transfer method.
Figure 4 shows the change in the structure and surface properties of G-Agar according to the concentration of GPTMS, (a), (b): agar (agar), (c), (d): 0.2G-Agar, (e) , (f): The result of measuring the cross-section of 0.5G-agar and the porous structure of the upper part, and (g) a view showing the change in contact angle and porosity of G-agar.
Figure 5 shows the electrochemical characteristics according to the separator in the coin cell composed of LMO / separator / Li, (a) constant current charging and discharging characteristics, (b) high rate characteristics, (c) high temperature of the coin cell using various separators / binders. It is a diagram showing cycle characteristics, (d) surface resistance characteristics, and (e) stability characteristics of a PE separator and a HF precursor of 0.5G-Agar.
6 is a diagram showing surface element analysis of a separator in a coin cell after a high temperature cycle, (a) surface SEM structure analysis, (b) surface element amount measurement.
7 shows the electrochemical characteristics according to the separator in the coin cell composed of LNMO/separator/graphite, (a) the configuration of a coin cell and (b) constant current charge/discharge characteristics of a coin cell using various separators/binders, (c ) It is a diagram showing high temperature cycle characteristics.

이하에서는 본 발명은 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명자들은 GPTMS(3-Glycidyloxypropyl)trimethoxysilane)를 이용해 한천(Agar) 표면을 화학적 개질시키고, 비용매 상전이법을 통해 균일한 기공구조를 갖는 다공성 분리막을 제조하였으며, 이는 불산 전구체를 안정화시켜 불산 등에 의한 리튬이온배터리의 성능 저하를 억제하고, 한천을 분리막 외에 바인더(binder)로 함께 이용한 경우에 양극 내에서 빠른 리튬이온 전달에 기여하여 고율방전 특성 및 고온, 고전압 구동 시, 용출되는 망간을 흡수하여 배터리의 사이클 성능을 유지시킬 수 있어 다양한 전이금속이 용출되는 배터리 시스템의 분리막으로 활용할 수 있음을 밝혀내어 본 발명을 완성하였다.The present inventors chemically modified the agar surface using GPTMS (3-Glycidyloxypropyl) trimethoxysilane), and prepared a porous separator having a uniform pore structure through a non-solvent phase transfer method, which stabilizes the hydrofluoric acid precursor by hydrofluoric acid. It suppresses the performance degradation of lithium-ion batteries, and when agar is used as a binder in addition to the separator, it contributes to rapid lithium ion transfer within the anode, thereby absorbing the high rate discharge characteristics and manganese that is eluted when driving at high temperature and high voltage. The present invention was completed by finding that it can be used as a separator for a battery system in which various transition metals are eluted because the cycle performance of can be maintained.

본 발명은 한천; 및 상기 한천이 하기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물로 개질되는 것을 특징으로 하는 한천 기반 기능성 고분자 분리막을 제공한다.The present invention is agar; And it provides an agar-based functional polymer membrane, characterized in that the agar is modified with a silane compound represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112019046981046-pat00003
Figure 112019046981046-pat00003

상기 식에서, R1 내지 R3는 각각 같거나 다를 수 있으며, C1 내지 C4의 알킬 또는 C1 내지 C4의 알콕시 중 어느 하나이고, R4는 글리시독시(C1 내지 C10)알킬, 아미노(C1 내지 C10)알킬, (C1 내지 C10)알킬 이소시아네이트, 아미노기, 비닐기, 에폭시기, 메타크릴록시기, 아크릴록시기, 우레이도기, 클로로프로필기, 메르캅토기, 설파이도기 및 이소시아네이토기로 이루어진 군 중 어느 하나임.In the above formula, R 1 to R 3 may each be the same or different, C1 to C4 alkyl or C1 to C4 alkoxy, and R 4 is glycidoxy (C1 to C10) alkyl, amino (C1 to C10) )Alkyl, (C1 to C10)alkyl isocyanate, amino group, vinyl group, epoxy group, methacryloxy group, acryloxy group, ureido group, chloropropyl group, mercapto group, sulfido group and isocyanato group One.

이때, 상기 실란 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있으며, 3-(글리시독시프로필)트리메톡시실란(3-(glycidoxypropyl)trimethoxysilane; GPTMS), 3-(글리시독시프로필)트리에톡시실란(3-(glycidoxypropyl)triethoxysilane; GPTES), 3-(이소시아네이토프로필)트리에톡시실란(3-(isocyanatopropyl)triethoxysilane; ICPTES), 3-(아미노프로필)트리에톡시실란(3-(aminopropyl)triethoxysilane; APTES), 3-(아미노프로필)트리메톡시실란(3-(aminopropyl)trimethoxysilane; APTMS)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것일 수 있으나, 바람직하게는 3-(글리시독시프로필)트리메톡시실란(3-(glycidoxypropyl)trimethoxysilane; GPTMS)일 수 있다.In this case, the silane compound may be represented by Formula 1 below, and 3-(glycidoxypropyl)trimethoxysilane (3-(glycidoxypropyl)trimethoxysilane; GPTMS), 3-(glycidoxypropyl)triethoxy Silane (3- (glycidoxypropyl) triethoxysilane; GPTES), 3- (isocyanatopropyl) triethoxysilane (3- (isocyanatopropyl) triethoxysilane; ICPTES), 3- (aminopropyl) triethoxysilane (3- ( aminopropyl) triethoxysilane; APTES), 3- (aminopropyl) trimethoxysilane (3- (aminopropyl) trimethoxysilane; APTMS) may be any one or more selected from the group consisting of, but preferably 3- (glycidoxypropyl) It may be trimethoxysilane (3-(glycidoxypropyl)trimethoxysilane; GPTMS).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112019046981046-pat00004
Figure 112019046981046-pat00004

상기 식에서, R1 내지 R3는 각각 같거나 다를 수 있으며, 메톡시 또는 에톡시 중 어느 하나이고, R4는 에폭시기, 비닐기, 아미노기, 메타크릴록시기, 아크릴록시기, 우레이도기, 클로로프로필기, 메르캅토기, 설파이도기 및 이소시아네이토기로 이루어진 군 중 어느 하나임.In the above formula, R 1 to R 3 may each be the same or different, and either methoxy or ethoxy, and R 4 is an epoxy group, a vinyl group, an amino group, a methacryloxy group, an acryloxy group, a ureido group, and a chloropropyl It is any one of the group consisting of a group, a mercapto group, a sulfido group, and an isocyanato group.

또한, 상기 실란 화합물과 한천은 0.1 내지 1 : 1의 질량비로 포함되는 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 0.5 : 1의 질량비로 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the silane compound and the agar may be included in a mass ratio of 0.1 to 1:1, and preferably may be included in a mass ratio of 0.5:1, but is not limited thereto.

또한, 상기 한천 기반 기능성 고분자 분리막은 40 내지 80%의 기공이 포함될 수 있으며, 바람직하게는 60%의 기공이 포함될 수 있다.In addition, the agar-based functional polymer membrane may contain 40 to 80% of pores, preferably 60% of pores.

또한, 본 발명은 상기 한천 기반 기능성 고분자 분리막을 구비하는 리튬이온배터리를 제공한다.In addition, the present invention provides a lithium ion battery having the agar-based functional polymer separator.

이때, 상기 리튬이온배터리는 양극, 음극, 분리막 및 전해액을 포함하며, 상기 양극 또는 음극에는 한천 바인더(binder)를 양극 또는 음극의 총 중량에 대하여 5 내지 20wt% 포함될 수 있으나, 바람직하게는 5wt%의 함량으로 포함될 수 있다.At this time, the lithium ion battery includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte, and the positive or negative electrode may contain 5 to 20 wt% of an agar binder based on the total weight of the positive or negative electrode, but preferably 5 wt% It can be included in the content of.

또한, 상기 양극 또는 음극에는 바인더 외에 리튬이온배터리 제조시에 통상적으로 사용되는 활물질, 도전재, 용매 등이 포함되며, 양극 활물질은 리튬코발트산화물(LiCoO2; LCO), 리튬니켈망간산화물(LiNi0.5Mn1.5O4; LNMO), 리튬망간산화물(LiMn2O4; LMO), 리튬인산철산화물(LiFePO4) 등이 이용될 수 있으나, 본 발명에 따른 리튬이온배터리는 리튬니켈망간산화물(LiNi0.5Mn1.5O4; LNMO) 또는 리튬망간산화물(LiMn2O4; LMO)이 이용될 수 있다.In addition, the positive electrode or negative electrode includes an active material, a conductive material, a solvent, etc. that are commonly used when manufacturing a lithium ion battery in addition to a binder, and the positive electrode active material includes lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ; LCO), lithium nickel manganese oxide (LiNi 0.5). Mn 1.5 O 4 ; LNMO), lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ; LMO), lithium iron phosphate oxide (LiFePO 4 ), etc. may be used, but the lithium ion battery according to the present invention is lithium nickel manganese oxide (LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 ; LNMO) or lithium manganese oxide (LiMn2O4; LMO) may be used.

또한, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물로 개질된 한천 용액을 제조하는 단계; 상기 한천 용액을 기판에 캐스팅하여 고분자 막을 제조하는 단계; 및 상기 고분자 막을 비용매에 넣어 상전이법에 의해 기공을 형성하는 단계; 를 포함하는 한천 기반 기능성 고분자 분리막의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing an agar solution modified with a silane compound represented by the following formula (1); Casting the agar solution onto a substrate to prepare a polymer film; And placing the polymer membrane in a non-solvent to form pores by a phase transfer method. It provides a method of manufacturing an agar-based functional polymer membrane comprising a.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112019046981046-pat00005
Figure 112019046981046-pat00005

상기 식에서, R1 내지 R3는 각각 같거나 다를 수 있으며, C1 내지 C4의 알킬 또는 C1 내지 C4의 알콕시 중 어느 하나이고, R4는 글리시독시(C1 내지 C10)알킬, 아미노(C1 내지 C10)알킬, (C1 내지 C10)알킬 이소시아네이트, 아미노기, 비닐기, 에폭시기, 메타크릴록시기, 아크릴록시기, 우레이도기, 클로로프로필기, 메르캅토기, 설파이도기 및 이소시아네이토기로 이루어진 군 중 어느 하나임.In the above formula, R 1 to R 3 may each be the same or different, C1 to C4 alkyl or C1 to C4 alkoxy, and R 4 is glycidoxy (C1 to C10) alkyl, amino (C1 to C10) )Alkyl, (C1 to C10)alkyl isocyanate, amino group, vinyl group, epoxy group, methacryloxy group, acryloxy group, ureido group, chloropropyl group, mercapto group, sulfido group and isocyanato group One.

이때, 상기 실란 화합물과 한천은 0.1 내지 1 : 1의 질량비로 포함되는 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 0.5 : 1의 질량비로 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In this case, the silane compound and the agar may be included in a mass ratio of 0.1 to 1: 1, and may preferably be included in a mass ratio of 0.5:1, but is not limited thereto.

상기 비용매 상전이법(Non-solvent induced phase separation; NIPS)은 고분자와 용매로 이루어진 조성의 용액이 비용매계로 침지되면서 용매-비용매 간의 교환이 이루어지면서 미세 다공성 기공을 형성하는 방법으로, 일반적으로 한천은 용매-비용매 간의 교환 속도가 너무 빠른 속도로 일어나 균일한 기공 형성이 이루어 질 수 없었으나, 실란 화합물의 개질로써 비용매 상전이법에 의해 균일한 기공을 갖는 고분자 막을 제조할 수 있었다.The non-solvent induced phase separation (NIPS) is a method of forming microporous pores while an exchange between a solvent and a non-solvent is made while a solution of a composition consisting of a polymer and a solvent is immersed in a non-solvent system. In the agar, the exchange rate between the solvent and the non-solvent was too fast to form uniform pores, but a polymer membrane having uniform pores could be prepared by the non-solvent phase transfer method by modifying the silane compound.

이때, 본 발명은 한천으로 이루어진 고분자 막을 비용매에 5 내지 15시간 동안 반응시키는 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 6시간 동안 반응시킬 수 있다.At this time, the present invention is characterized in that the polymer membrane made of agar is reacted with a non-solvent for 5 to 15 hours, preferably for 6 hours.

이때, 상기 반응 조건을 벗어나면 기공의 균일도가 떨어지거나, 원하는 기공크기를 갖는 고분자 분리막이 형성될 수 없어 리튬이온배터리의 분리막으로 유용하게 활용될 수 없는 문제가 야기될 수 있다. In this case, if the reaction conditions are out of the above, the uniformity of the pores may decrease, or a polymer membrane having a desired pore size may not be formed, thereby causing a problem that cannot be effectively used as a separator for a lithium ion battery.

또한, 본 발명은 상기 한천 기반 기능성 고분자 분리막의 제조방법에 의해 제조된 분리막을 구비하는 리튬이온배터리를 제공한다.In addition, the present invention provides a lithium ion battery having a separator manufactured by the method of manufacturing the agar-based functional polymer separator.

이때, 상기 리튬이온배터리는 양극, 음극, 분리막 및 전해액을 포함하며, 상기 양극 또는 음극에는 한천 바인더(binder)를 양극 또는 음극의 총 중량에 대하여 5 내지 20wt% 포함될 수 있으나, 바람직하게는 5wt%의 함량으로 포함될 수 있다.At this time, the lithium ion battery includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte, and the positive or negative electrode may contain 5 to 20 wt% of an agar binder based on the total weight of the positive or negative electrode, but preferably 5 wt% It can be included in the content of.

또한, 상기 양극 또는 음극에는 바인더 외에 리튬이온배터리 제조시에 통상적으로 사용되는 활물질, 도전재, 용매 등이 포함되며, 양극 활물질은 리튬코발트산화물(LiCoO2; LCO), 리튬니켈망간산화물(LiNi0.5Mn1.5O4; LNMO), 리튬망간산화물(LiMn2O4; LMO), 리튬인산철산화물(LiFePO4) 등이 이용될 수 있으나, 본 발명에 따른 리튬이온배터리는 리튬니켈망간산화물(LiNi0.5Mn1.5O4; LNMO) 또는 리튬망간산화물(LiMn2O4; LMO)이 이용될 수 있다.In addition, the positive electrode or negative electrode includes an active material, a conductive material, a solvent, etc. that are commonly used when manufacturing a lithium ion battery in addition to a binder, and the positive electrode active material includes lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ; LCO), lithium nickel manganese oxide (LiNi 0.5). Mn 1.5 O 4 ; LNMO), lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ; LMO), lithium iron phosphate oxide (LiFePO 4 ), etc. may be used, but the lithium ion battery according to the present invention is lithium nickel manganese oxide (LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 ; LNMO) or lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ; LMO) may be used.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for describing the present invention in more detail, and that the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention, to those of ordinary skill in the art. It will be self-evident.

<< 제조예Manufacturing example 1> 한천을 이용한 분리막 제조 1> Preparation of membrane using agar

1-1. 1-1. GPTMSGPTMS -Agar(G-Agar) 용액의 합성-Agar(G-Agar) solution synthesis

도 1과 같이 해조류에서 추출한 한천(Agar)을 비용매 상전이법을 이용해 이차전지용 분리막을 제조하기 위해 다양한 농도의 GPTMS (3-Glycidyloxypropyl)trimethoxysilane) 와 졸-겔 방법으로 반응시켰다.As shown in FIG. 1, agar extracted from seaweed was reacted with a sol-gel method with various concentrations of GPTMS (3-Glycidyloxypropyl)trimethoxysilane) to prepare a separator for a secondary battery using a non-solvent phase transfer method.

구체적으로, DMSO(Dimethyl sulfoxide)와 DMF(Dimethylformamide) 가 4:1 (V:V)로 혼합된 10mL 용매에 Agar 0.8g을 90℃에서 5시간 동안 녹였다. 이후에 GPTMS 0.33mmol (0.1G-Agar(GPTMS/agar=1/10w/w)) ~ 3.3mmol(1.0G-agar(GPTMS/agar=1/1w/w))을 넣고 120℃에서 90분간 졸-겔 반응을 하여 한천의 하이드록시기(-OH)에 GPTMS의 유기실리콘계(R-Si-O-Si-R)가 중합반응(polymerization)되면서 도입되도록 하였다(이하 'G-Agar'라 명명함). Specifically, 0.8 g of Agar was dissolved in a 10 mL solvent in which dimethyl sulfoxide (DMSO) and dimethylformamide (DMF) were 4:1 (V:V) at 90°C for 5 hours. After that, GPTMS 0.33mmol (0.1G-Agar(GPTMS/agar=1/10w/w)) ~ 3.3mmol (1.0G-agar(GPTMS/agar=1/1w/w)) was added and sol at 120℃ for 90 minutes. -The gel reaction was carried out to introduce the organic silicon (R-Si-O-Si-R) of GPTMS into the hydroxy group (-OH) of the agar during polymerization (hereinafter referred to as'G-Agar'). ).

도 2와 같이 반응하는 GPTMS 농도가 높아지면 많은 유기실리콘계의 중합반응으로 인해 점도가 높아지며, 결국엔 고형화가 되어 하기 <제조예 1-2>와 같이 비용매 상전이법으로 분리막을 제조할 수 없기 때문에 최적화된 조건은 1.6mmol(0.5G-Agar) 농도의 GPTMS를 반응시킨 용액으로 선정하였다.As shown in Fig. 2, when the reacting GPTMS concentration increases, the viscosity increases due to polymerization of many organosilicon systems, and eventually solidifies, so that a separator cannot be manufactured by a non-solvent phase transfer method as shown in <Preparation Example 1-2>. The optimized conditions were selected as a solution obtained by reacting GPTMS with a concentration of 1.6 mmol (0.5G-Agar).

1-2. G-Agar를 이용한 분리막 제조1-2. Separation membrane manufacturing using G-Agar

상기 <제조예 1-1>에서 제조된 0.5G-Agar 용액을 도 3과 같이 비용매 상전이법을 통해 다공성 고분자를 제조하였다(도 3).The 0.5G-Agar solution prepared in <Preparation Example 1-1> was prepared as a porous polymer through a non-solvent phase transfer method as shown in FIG. 3 (FIG. 3).

구체적으로, 평평한 유리기판에 0.5G-Agar 용액을 300㎛ 두께로 닥터블레이드를 이용해 도포하고, 이를 비용매인 무수에탄올에 담갔다. 이때, 용매와 비용매간의 교환이 이루어지게 되며, 6시간 반응한 뒤 꺼내고 70℃에서 20분 동안 진공 오븐에서 건조하여 다공성 분리막을 제조하였다.Specifically, a 0.5G-Agar solution was applied to a flat glass substrate with a thickness of 300 μm using a doctor blade, and this was immersed in anhydrous ethanol as a non-solvent. At this time, the exchange between the solvent and the non-solvent was made, and after reacting for 6 hours, it was taken out and dried in a vacuum oven at 70° C. for 20 minutes to prepare a porous separator.

비교를 위해 하기 <비교예 1>, 0.2G-Agar 및 0.7G-Agar 용액을 이용하여 위와 같은 방법으로 다공성 분리막을 제조하였다.For comparison, a porous separator was prepared in the same manner as described above using the following <Comparative Example 1>, 0.2G-Agar and 0.7G-Agar solutions.

<< 비교예Comparative example 1> 한천을 이용한 분리막 제조 1> Preparation of membrane using agar

상기 <제조예 1-1>에서 GPTMS를 포함하지 않고, 한천(agar) 용액만을 이용하여 상기 <제조예 1-2>에 따라 다공성 분리막을 제조하였다.In <Preparation Example 1-1>, a porous separator was manufactured according to <Preparation Example 1-2> using only an agar solution without including GPTMS.

<< 실험예Experimental example 1> 구조 분석 1> Structure analysis

도 4(a), (b) 및 (g)와 같이 한천은 낮은 접촉각을 갖는 친수성 특성이 있어 비용매인 무수에탄올과 높은 친화성이 있기 때문에 빠른 용매와 비용매간의 교환으로 마이크로 크기의 기공이 나타난 반면, 도 4(c) 내지 (g)와 같이 한천에 도입되는 GPTMS의 농도가 증가됨에 따라 접촉각이 높아지는 것과 같이 친수성이 감소하면서 비용매 상전이법 과정 중 용매와 비용매간의 교환 속도가 줄어들어 나노 크기의 기공이 형성되었음을 확인하였다.As shown in Figs. 4(a), (b) and (g), agar has a hydrophilic property with a low contact angle and has a high affinity with anhydrous ethanol, which is a non-solvent. On the other hand, as the concentration of GPTMS introduced into the agar increases as shown in FIGS. 4(c) to (g), the hydrophilicity decreases as the contact angle increases. It was confirmed that pores of were formed.

상기 결과로부터 가장 균일한 기공구조와 이상적인 기공도(porosity)를 나타낸 0.5G-Agar를 최종 샘플로 선정하였다.From the above results, 0.5G-Agar, which showed the most uniform pore structure and ideal porosity, was selected as the final sample.

<실험예 2> LMO /분리막/ Li 로 구성된 코인셀의 전기화학적 특성 < Experimental Example 2> Electrochemical properties of a coin cell composed of LMO / separator / Li

LMO 및 LNMO 양극물질은 높은 구동전압 특성을 가지고 있지만, 고온에서 전해액의 불산(HF)에 의해 망간이 용출되고 음극 표면에 피막을 형성하여 셀의 저항을 높여 고온 사이클 성능을 크게 저하시키는 문제점이 있어왔다. 이에, 불산 생성을 억제하고, 용출된 망간을 잡는다면 셀 성능은 향상될 수 있을 것이다.LMO and LNMO cathode materials have high driving voltage characteristics, but there is a problem that manganese is eluted by hydrofluoric acid (HF) in the electrolyte at high temperatures, and a film is formed on the cathode surface to increase the resistance of the cell, greatly reducing the high temperature cycle performance. come. Accordingly, if the generation of hydrofluoric acid is suppressed and the eluted manganese is captured, the cell performance may be improved.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 상기 <제조예 1>에서 제조된 한천으로 만든 다공성 분리막을 LMO 및 LNMO 양극재를 포함한 리튬이온배터리의 분리막으로 사용하였다. In order to solve the above problems, the porous separator made of agar prepared in <Preparation Example 1> was used as a separator for lithium ion batteries including LMO and LNMO cathode materials.

LMO 양극재의 바인더(binder)는 상용화된 PVDF(polyvinylidene fluoride) 또는 한천을 양극재 총 중량에 대하여 5중량% 로 포함시켰으며, 분리막은 상용화된 폴리올레핀계열의 폴리에틸렌(polyethylene; PE) 분리막과 GPTMS를 도입하지 않은 Agar 분리막(비교예 1), 0.5G-agar 분리막(제조예 1)의 세 종류를 이용하여, LMO/분리막/Li metal 및 상용화된 전해액(1M LiPF6, EC(ethylene carbonate)/DEC(diethyl carbonate)=1/1(v/v))으로 구성된 코인셀로 테스트를 진행하였다. The binder of the LMO cathode material included commercially available polyvinylidene fluoride (PVDF) or agar at 5% by weight based on the total weight of the cathode material, and the separator was introduced with a commercially available polyolefin-based polyethylene (PE) separator and GPTMS. Using three types of non-Agar separator (Comparative Example 1) and 0.5G-agar separator (Preparation Example 1), LMO/separator/Li metal and commercially available electrolyte (1M LiPF 6 , EC(ethylene carbonate)/DEC( The test was conducted with a coin cell consisting of diethyl carbonate)=1/1(v/v)).

그 결과, 도 5(a)에서와 같이 다양한 조건의 분리막/바인더(PE/PVDF binder, PE/Agar binder, Agar/Agar binder, 0.5G-Agar/Agar binder)의 정전류 충방전 결과는 유사한 경향성을 보여주었으나, 0.5C 에서 10C까지의 다양한 방전율에서 Agar/Agar binder, 0.5G-Agar/Agar binder는 PE/PVDF binder 및 PE/Agar binder 보다 높은 방전 용량을 유지함을 보여주었는데(도 5(b)), 이는 Agar 바인더가 양극 내에서 빠른 리튬이온 전달에 기여하기 때문이다.As a result, the constant current charging and discharging results of the separators/binders (PE/PVDF binder, PE/Agar binder, Agar/Agar binder, 0.5G-Agar/Agar binder) under various conditions as shown in FIG. 5(a) show a similar tendency. Although shown, the Agar/Agar binder and 0.5G-Agar/Agar binder maintained higher discharge capacity than the PE/PVDF binder and PE/Agar binder at various discharge rates from 0.5C to 10C (Fig. 5(b)). ), this is because the Agar binder contributes to the rapid transfer of lithium ions within the positive electrode.

또한, 도 5(c)와 같이 60℃의 고온 사이클에서 LiPF6 전해액에서 생성된 불산에 의해 발생되는 망간 용출 때문에 PE/PVDF binder 및 PE/Agar binder의 용량은 사이클이 진행될수록 꾸준히 감소된 반면, Agar/Agar binder, 0.5G-Agar/Agar binder에서는 각각 91%, 96%의 용량 유지율을 보여주었으며, 셀의 저항측정 결과에서도 RSEI 값은 PE/PVDF binder, PE/Agar binder, Agar/Agar binder 및 0.5G-Agar/Agar binder는 각각 215, 127, 50, 7Ω으로 본원발명에 따른 0.5G-Agar/Agar binder는 매우 낮은 저항을 보임을 확인하였다(도 5(d)). 또한, 도 6과 같이 100 사이클 후에 측정된 분리막의 SEM 이미지에서도 0.5G-Agar 분리막 표면에는 PE 분리막, Agar 분리막에 비하여 많은 양의 부산물이 관찰되었으며, 높은 양의 Mn, F 원소가 포함되었음을 확인하였는데, 이러한 많은 양의 MnF2는 용출된 Mn2+과 전해액으로부터 유래된 HF의 반응으로부터 생성된 것이다. 이로써 본원발명에 따른 0.5G-Agar/Agar binder 분리막은 고온반응으로부터 용출되는 망간을 잘 잡을 수 있다는 사실을 확인하였다.In addition, the capacities of the PE/PVDF binder and PE/Agar binder steadily decreased as the cycle progressed due to the elution of manganese generated by hydrofluoric acid generated in the LiPF 6 electrolyte at a high temperature cycle of 60°C as shown in FIG. 5(c). The Agar/Agar binder and 0.5G-Agar/Agar binder showed 91% and 96% capacity retention, respectively, and the R SEI value in the cell resistance measurement result was PE/PVDF binder, PE/Agar binder, Agar/Agar binder. And 0.5G-Agar/Agar binders were 215, 127, 50, and 7Ω, respectively, and it was confirmed that the 0.5G-Agar/Agar binder according to the present invention showed very low resistance (FIG. 5(d)). In addition, in the SEM image of the separator measured after 100 cycles as shown in FIG. 6, a large amount of by-products were observed on the surface of the 0.5G-Agar membrane compared to the PE membrane and the Agar membrane, and it was confirmed that high amounts of Mn and F elements were included. , This large amount of MnF 2 is generated from the reaction of the eluted Mn 2+ and HF derived from the electrolyte. Thus, it was confirmed that the 0.5G-Agar/Agar binder separator according to the present invention could well capture manganese eluted from the high temperature reaction.

또한, 망간 용출반응의 주된 원인은 전해액(LiPF6) 분해반응에서 발생된 PF5의 가수분해에 의해 생성되는 HF에 의한 것으로써 PF5에 대한 0.5G-Agar 분리막의 안정성을 확인하기 위해 분리막을 200ppm의 물과 함께 LiPF6 전해액에 24시간동안 담근 후 분리막의 표면 조성을 측정하였다. In addition, the main cause of the manganese elution reaction is HF generated by hydrolysis of PF 5 generated in the decomposition reaction of the electrolyte solution (LiPF 6 ). To confirm the stability of the 0.5G-Agar membrane against PF 5 After immersing in LiPF 6 electrolyte with 200 ppm of water for 24 hours, the surface composition of the separator was measured.

그 결과, 도 5(e)와 같이 PE 분리막과는 달리 0.5G-Agar 분리막은 F- 및 PO2F2 -의 세기가 현저히 감소되었음을 확인하였다. 이로써 0.5G-Agar 분리막은 PF5를 효과적으로 안정화시키며, PF5의 가수분해에 의해 F- 및 PO2F2 -의 형성을 억제하여 불산 생성을 감소시킬 수 있음을 확인하였다.As a result, it was confirmed that the intensity of F - and PO 2 F 2 - was significantly reduced in the 0.5G-Agar membrane, unlike the PE membrane, as shown in FIG. 5(e). This 0.5G-Agar membrane sikimyeo effectively stabilize the PF 5, F by hydrolysis of PF 5 - it was confirmed that by inhibiting the formation of hydrofluoric acid can be reduced to produce - and PO 2 F 2.

따라서 GPTMS로 개질된 한천을 이용하여 제조된 다공성 분리막은 전해액에서 유래된 PF5을 안정화시켜 불산의 생성을 억제할 뿐만 아니라 고온 구동시, 불산에 의해 용출되는 망간을 효과적으로 흡착시킴으로써 우수한 용량 유지율을 보여주었다.Therefore, the porous separator manufactured using GPTMS-modified agar not only suppresses the generation of hydrofluoric acid by stabilizing PF 5 derived from the electrolyte, but also shows excellent capacity retention by effectively adsorbing manganese eluted by hydrofluoric acid when driven at high temperatures. gave.

<< 실험예Experimental example 3> 3> LNMOLNMO /분리막//Separator/ graphite 로graphite furnace 구성된 Composed 코인셀의Coin cell 전기화학적 특성 Electrochemical properties

LNMO/분리막/graphite의 full cell에서 고온, 고전압 구동에 따른 G-Agar 분리막의 효과를 확인하기 위해 도 7(a)와 같이 LNMO/분리막/graphite 및 상용화된 전해액(1M LiPF6, EC(ethylene carbonate)/DEC(diethyl carbonate)=1/1(v/v))으로 구성된 코인셀을 제조하였다. In order to check the effect of the G-Agar separator according to high temperature and high voltage operation in the full cell of LNMO/separator/graphite, LNMO/separator/graphite and commercialized electrolyte (1M LiPF 6 , EC (ethylene carbonate) as shown in FIG. 7(a)) )/DEC(diethyl carbonate)=1/1(v/v)) to prepare a coin cell.

상기 LNMO 양극재에는 상용화된 PVDF(polyvinylidene fluoride) 또는 한천 바인더(binder)를 양극재 총 중량에 대하여 5중량% 로 포함시켰다.In the LNMO cathode material, commercially available polyvinylidene fluoride (PVDF) or agar binder was included in an amount of 5% by weight based on the total weight of the cathode material.

그 결과, 도 7(b)와 같이 정전류 충방전 분석에서 0.5G-Agar 분리막을 포함한 코인셀의 과전압은 PE 분리막 및 Agar 분리막에 비하여 가장 작게 나타났으며, 이는 셀 내부의 저항이 작다는 것을 의미한다. 또한, 55℃ 고온에서의 사이클 특성에서 0.5G-agar 분리막과 한천 바인더를 포함한 코인셀이 가장 안정적인 성능을 보임을 확인하였으며(도 7(c)), 이는 0.5G-agar 분리막이 용출되는 망간을 흡수하고, 불산 전구체를 안정화할 수 있기 때문이다. As a result, in the constant current charging/discharging analysis as shown in FIG. 7(b), the overvoltage of the coin cell including the 0.5G-Agar separator was the lowest compared to the PE separator and the Agar separator, which means that the resistance inside the cell is small. do. In addition, it was confirmed that the coin cell including the 0.5G-agar separator and the agar binder exhibited the most stable performance in the cycle characteristics at 55°C high temperature (Fig. 7(c)), which prevents manganese from which the 0.5G-agar separator is eluted. It is because it can absorb and stabilize a hydrofluoric acid precursor.

Claims (14)

한천; 및
상기 한천이 하기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물로 개질되는 것을 특징으로 하는 한천 기반 기능성 고분자 분리막.
[화학식 1]
Figure 112019046981046-pat00006

상기 식에서, R1 내지 R3는 각각 같거나 다를 수 있으며, C1 내지 C4의 알킬 또는 C1 내지 C4의 알콕시 중 어느 하나이고, R4는 글리시독시(C1 내지 C10)알킬, 아미노(C1 내지 C10)알킬, (C1 내지 C10)알킬 이소시아네이트, 아미노기, 비닐기, 에폭시기, 메타크릴록시기, 아크릴록시기, 우레이도기, 클로로프로필기, 메르캅토기, 설파이도기 및 이소시아네이토기로 이루어진 군 중 어느 하나임.
Agar; And
Agar-based functional polymer separator, characterized in that the agar is modified with a silane compound represented by the following formula (1).
[Formula 1]
Figure 112019046981046-pat00006

In the above formula, R 1 to R 3 may each be the same or different, C1 to C4 alkyl or C1 to C4 alkoxy, and R 4 is glycidoxy (C1 to C10) alkyl, amino (C1 to C10) )Alkyl, (C1 to C10)alkyl isocyanate, amino group, vinyl group, epoxy group, methacryloxy group, acryloxy group, ureido group, chloropropyl group, mercapto group, sulfido group and isocyanato group One.
제 1항에 있어서,
실란 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 한천 기반 기능성 고분자 분리막.
[화학식 1]
Figure 112019046981046-pat00007

상기 식에서, R1 내지 R3는 각각 같거나 다를 수 있으며, 메톡시 또는 에톡시 중 어느 하나이고, R4는 에폭시기, 비닐기, 아미노기, 메타크릴록시기, 아크릴록시기, 우레이도기, 클로로프로필기, 메르캅토기, 설파이도기 및 이소시아네이토기로 이루어진 군 중 어느 하나임.
The method of claim 1,
The silane compound is an agar-based functional polymer membrane, characterized in that represented by the following formula (1).
[Formula 1]
Figure 112019046981046-pat00007

In the above formula, R 1 to R 3 may each be the same or different, and either methoxy or ethoxy, and R 4 is an epoxy group, a vinyl group, an amino group, a methacryloxy group, an acryloxy group, a ureido group, and a chloropropyl It is any one of the group consisting of a group, a mercapto group, a sulfido group, and an isocyanato group.
제 1항에 있어서,
실란 화합물은 3-(글리시독시프로필)트리메톡시실란(3-(glycidoxypropyl)trimethoxysilane; GPTMS), 3-(글리시독시프로필)트리에톡시실란(3-(glycidoxypropyl)triethoxysilane; GPTES), 3-(이소시아네이토프로필)트리에톡시실란(3-(isocyanatopropyl)triethoxysilane; ICPTES), 3-(아미노프로필)트리에톡시실란(3-(aminopropyl)triethoxysilane; APTES), 3-(아미노프로필)트리메톡시실란(3-(aminopropyl)trimethoxysilane; APTMS)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 한천 기반 기능성 고분자 분리막.
The method of claim 1,
Silane compounds include 3-(glycidoxypropyl)trimethoxysilane (3-(glycidoxypropyl)trimethoxysilane; GPTMS), 3-(glycidoxypropyl)triethoxysilane (3-(glycidoxypropyl)triethoxysilane; GPTES), 3 -(Isocyanatopropyl)triethoxysilane (3-(isocyanatopropyl)triethoxysilane; ICPTES), 3-(aminopropyl)triethoxysilane (3-(aminopropyl)triethoxysilane; APTES), 3-(aminopropyl) Agar-based functional polymer separator, characterized in that at least one selected from the group consisting of trimethoxysilane (3-(aminopropyl)trimethoxysilane; APTMS).
제 1항에 있어서,
실란 화합물과 한천은 0.1 내지 1 : 1의 질량비로 포함되는 것을 특징으로 하는 한천 기반 기능성 고분자 분리막.
The method of claim 1,
Agar-based functional polymer separator, characterized in that the silane compound and agar are contained in a mass ratio of 0.1 to 1: 1.
제 1항에 있어서,
분리막은 40 내지 80%의 기공을 포함하는 것을 특징으로 하는 한천 기반 기능성 고분자 분리막.
The method of claim 1,
The separator is an agar-based functional polymer separator, characterized in that it contains 40 to 80% of pores.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 한천 기반 기능성 고분자 분리막을 구비하는 리튬이온배터리.A lithium-ion battery comprising the agar-based functional polymer separator according to any one of claims 1 to 5. 제 6항에 있어서,
리튬이온배터리는 양극, 음극, 분리막 및 전해액을 포함하며,
상기 양극 또는 음극에는 한천 바인더(binder)를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온배터리.
The method of claim 6,
Lithium ion batteries include a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte,
Lithium ion battery, characterized in that it comprises an agar binder (binder) in the positive electrode or negative electrode.
제 7항에 있어서,
한천 바인더(binder)는 양극 또는 음극의 총 중량에 대하여 5 내지 20wt% 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온배터리.
The method of claim 7,
Lithium ion battery, characterized in that the agar binder (binder) comprises 5 to 20wt% based on the total weight of the positive electrode or negative electrode.
하기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물로 개질된 한천 용액을 제조하는 단계;
상기 한천 용액을 기판에 캐스팅하여 고분자 막을 제조하는 단계; 및
상기 고분자 막을 비용매에 넣어 상전이법에 의해 기공을 형성하는 단계; 를 포함하는 한천 기반 기능성 고분자 분리막의 제조방법.
[화학식 1]
Figure 112019046981046-pat00008

상기 식에서, R1 내지 R3는 각각 같거나 다를 수 있으며, C1 내지 C4의 알킬 또는 C1 내지 C4의 알콕시 중 어느 하나이고, R4는 글리시독시(C1 내지 C10)알킬, 아미노(C1 내지 C10)알킬, (C1 내지 C10)알킬 이소시아네이트, 아미노기, 비닐기, 에폭시기, 메타크릴록시기, 아크릴록시기, 우레이도기, 클로로프로필기, 메르캅토기, 설파이도기 및 이소시아네이토기로 이루어진 군 중 어느 하나임.
Preparing an agar solution modified with a silane compound represented by the following Chemical Formula 1;
Casting the agar solution onto a substrate to prepare a polymer film; And
Placing the polymer membrane in a non-solvent to form pores by a phase transfer method; A method for producing a functional agar-based polymer membrane comprising a.
[Formula 1]
Figure 112019046981046-pat00008

In the above formula, R 1 to R 3 may each be the same or different, C1 to C4 alkyl or C1 to C4 alkoxy, and R 4 is glycidoxy (C1 to C10) alkyl, amino (C1 to C10) )Alkyl, (C1 to C10)alkyl isocyanate, amino group, vinyl group, epoxy group, methacryloxy group, acryloxy group, ureido group, chloropropyl group, mercapto group, sulfido group and isocyanato group One.
제 9항에 있어서,
실란 화합물과 한천은 0.1 내지 1 : 1의 질량비로 포함되는 것을 특징으로 하는 한천 기반 기능성 고분자 분리막의 제조방법.
The method of claim 9,
A method for producing a functional polymer membrane based on an agar, characterized in that the silane compound and agar are included in a mass ratio of 0.1 to 1: 1.
제 9항에 있어서,
고분자 막을 비용매에 1 내지 10시간 동안 반응시키는 것을 특징으로 하는 한천 기반 기능성 고분자 분리막의 제조방법.
The method of claim 9,
A method for producing a functional polymer membrane based on an agar, characterized in that the polymer membrane is reacted with a non-solvent for 1 to 10 hours.
제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 한천 기반 기능성 고분자 분리막의 제조방법에 의해 제조된 분리막을 구비하는 리튬이온배터리.A lithium ion battery comprising a separator manufactured by the method of manufacturing an agar-based functional polymer separator according to any one of claims 9 to 11. 제 12항에 있어서,
리튬이온배터리는 양극, 음극, 분리막 및 전해액을 포함하며,
상기 양극 또는 음극에는 한천 바인더(binder)를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온배터리.
The method of claim 12,
Lithium ion batteries include a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte,
Lithium ion battery, characterized in that it comprises an agar binder (binder) in the positive electrode or negative electrode.
제 13항에 있어서,
한천 바인더(binder)는 양극 또는 음극의 총 중량에 대하여 5 내지 20wt% 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온배터리.
The method of claim 13,
Lithium ion battery, characterized in that the agar binder (binder) comprises 5 to 20wt% based on the total weight of the positive electrode or negative electrode.
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