KR102286808B1 - Secondary battery separation membrane coated with solid electrolyte particles - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a secondary battery separator coated with solid electrolyte particles being coated with beta-alumina or beta-alumina composite composition, which improves the safety of a secondary battery by simultaneously enhancing the ion conductivity and thermal insulation properties of the secondary battery separator by coating beta-alumina, a solid electrolyte material, on the polymer fabric of a secondary battery separator, wherein the secondary battery separator comprises an electrolyte coating layer for enhancing the ion conductivity and heat resistant properties by coating a coating agent containing solid electrolyte particles on one or both surfaces thereof.

Description

고체 전해질 입자가 코팅된 이차전지 분리막{Secondary battery separation membrane coated with solid electrolyte particles}Secondary battery separation membrane coated with solid electrolyte particles

본 발명은 고체 전해질 입자가 코팅된 이차전지 분리막에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이차전지 분리막 고분자 원단에 고체 전해질 물질인 베타 알루미나를 코팅하여 이차전지 분리막의 이온 전도성과 단열성을 동시에 증강시켜 이차전지의 안전성을 향상하는 베타 알루미나 또는 베타 알루미나 복합 조성물이 코팅되는 고체 전해질 입자가 코팅된 이차전지 분리막에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery separator coated with solid electrolyte particles, and more particularly, by coating beta-alumina, a solid electrolyte material, on a secondary battery separator polymer fabric to simultaneously enhance the ion conductivity and thermal insulation properties of the secondary battery separator. It relates to a secondary battery separator coated with solid electrolyte particles coated with beta-alumina or beta-alumina composite composition for improving safety.

지구 역사에서 화석 연료의 사용은 유한한 매장량과 환경오염 문제 때문에 인류 미래가 안고 있는 가장 큰 문제 중 하나이다. 이 문제의 해결 방안으로 세계 여러 나라들은 2035년까지 화석연료 자동차의 보급 중단을 선언하고 친환경 재생에너지 기술 개발에 지대한 역량을 쏟아 붇고 있는 상황이다. 친환경 재생에너지 기술은 화석연료, 원자력, 태양광, 풍력등 다양한 에너지 소스로 부터 얻은 전기 에너지원을 연속적으로 충전 사용하는 이차전지 기술이 그 핵심을 차지하고 있다.In the history of the earth, the use of fossil fuels is one of the biggest problems facing the future of mankind due to the problem of finite reserves and environmental pollution. As a solution to this problem, many countries around the world are declaring a halt to the supply of fossil fuel vehicles by 2035 and are pouring out their enormous capacity to develop eco-friendly and renewable energy technologies. The core of eco-friendly renewable energy technology is secondary battery technology that continuously charges and uses electric energy sources obtained from various energy sources such as fossil fuels, nuclear power, solar power, and wind power.

이차 전지 중 리튬 이차전지는 휴대폰, 전기 자동차(Electric Vehicle(EV)), 태양광 및 풍력 발전 에너지 저장 장치(Energy Storage System(ESS)) 등, 우리 생활 저변에 가장 폭넓게 사용 중이다.Among secondary batteries, lithium secondary batteries are the most widely used in our daily life, such as cell phones, electric vehicles (EVs), and solar and wind power generation energy storage systems (ESS).

리튬 이차전지의 안전성, 충전용량 등은 EV, ESS와 같은 대용량의 이차전지가 요구됨에 따라 심각한 문제점이 나타나고 있는 실정이다.In terms of safety and charging capacity of lithium secondary batteries, serious problems arise as large-capacity secondary batteries such as EVs and ESSs are required.

따라서 리튬 이차전지의 핵심 구성요소인 양극, 음극, 분리막, 전해질에 대한 연구 개발 투자가 증대되고 있는 실정이고, 특히 이차전지 분리막에 대한 안전성 향상에 대한 기술이 요구되고 있다. 리튬 이차전지 분리막은 전해질 용액에 젖어 리튬 이온이 균일하고 일정하게 양극과 음극사이를 흐르게 하는 기능을 하고 양극과 음극이 전기적으로 단락되어지게 하는 역할을 한다.Therefore, research and development investment in the cathode, anode, separator, and electrolyte, which are core components of a lithium secondary battery, is increasing, and in particular, a technology for improving the safety of the separator of a secondary battery is required. The lithium secondary battery separator functions to allow lithium ions to flow uniformly and uniformly between the positive and negative electrodes by being wet with the electrolyte solution, and to electrically short-circuit the positive and negative electrodes.

상용화된 리튬 이차전지 분리막은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 수지를 이용하여 수 마이크로 미터 크기의 다공성을 가진 필름 형태로 제조되는 것이 특징이고 또한 다공 생산 방법에 따라 건식 연신과 습식연신 PE, PP 분리막 원단으로 크게 나누어진다.Commercially available lithium secondary battery separator is characterized in that it is manufactured in the form of a film having a porosity of several micrometers using polyethylene (PE) and polypropylene (PP) resins. It is largely divided into PP membrane fabric.

최근 리튬 이차전지를 이용하는 휴대폰, EV, ESS의 화재 및 폭발에서 리튬 이차전지의 분리막이 충전 시 전압 안전성 및 이상 발열 반응 시 내열성에 문제가 있다는 것이 밝혀졌다. In recent fires and explosions of mobile phones, EVs, and ESSs using lithium secondary batteries, it has been found that the separator of lithium secondary batteries has problems with voltage safety during charging and heat resistance during abnormal exothermic reactions.

따라서 현재 PE(또는 PP) 이차전지 분리막 원단 자체만은 리튬 이차전지 제조에 거의 사용되지 않고 있으며 내열성을 높이기 위해 PE 이차전지 분리막 원단에 내열성이 높은 세라믹이나 내열성 폴리머를 단면 혹은 양면에 코팅하여 리튬 이차전지 분리막으로 사용하고 있다.Therefore, currently, only the PE (or PP) secondary battery separator fabric itself is rarely used in the manufacture of lithium secondary batteries. It is used as a battery separator.

비록 세라믹 코팅된 이차전지 분리막이 내열성을 높여 리튬 이차전지의 안전성을 향상한 것은 분명하나 전해질과 양극 혹은 음극의 발열반응에 의한 온도 상승에 의한 리튬 이차전지의 화재 위험성은 여전히 존재한다.Although it is clear that the ceramic-coated secondary battery separator improves the safety of the lithium secondary battery by increasing the heat resistance, there is still a risk of fire in the lithium secondary battery due to the temperature rise due to the exothermic reaction between the electrolyte and the positive or negative electrode.

선행특허는 분리막이 금, 백금, 은, 구리, 알루미늄 및 니켈로 이루어진 금속성 전도성 물질과 전도성 탄소, ITO 전도성 물질 및 티탄 산화물로 이루어진 비금속성 전도성 물질에서 선택된 적어도 하나의 전도성 물질을 함유하는 것을 특징으로 하고, 바람직하게는 상기 분리막은 폴리에틸렌 수지 20～60중량% 및 용매 40～80중량%로 이루어지되, 상기 수지 및 용매 총 총량 대비 상기 전도성 물질 1~10중량%를 포함하여 이루어진다.The prior patent discloses that the separator contains at least one conductive material selected from a metallic conductive material consisting of gold, platinum, silver, copper, aluminum and nickel, and a non-metallic conductive material consisting of conductive carbon, ITO conductive material, and titanium oxide. And, preferably, the separator is composed of 20 to 60 wt% of a polyethylene resin and 40 to 80 wt% of a solvent, and 1 to 10 wt% of the conductive material relative to the total amount of the resin and solvent.

그러나, 선행특허는 분리막 자체의 재질에 관한 것으로서, 분리막의 내열성 증가 효과가 없으며, 이온의 온도에 따른 통과 효율이 증가되는 효과가 없는 문제점이 있다.However, as the prior patent relates to the material of the separator itself, there is no effect of increasing the heat resistance of the separator and there is no effect of increasing the passage efficiency according to the temperature of the ions.

선행특허 : 한국 등록특허공보 제10-1032815호(2011.04.26.)Prior patent: Korean Patent Publication No. 10-1032815 (2011.04.26.)

본 발명은 이차전지 분리막 고분자 원단에 고체 전해질 물질인 베타 알루미나를 코팅하여 이차전지 분리막의 이온 전도성과 단열성을 동시에 증강시켜 이차전지의 안전성을 향상하는 베타 알루미나 또는 베타 알루미나 복합 조성물이 코팅되는 고체 전해질 입자가 코팅된 이차전지 분리막을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is a solid electrolyte particle coated with beta-alumina or beta-alumina composite composition that improves the safety of a secondary battery by simultaneously enhancing the ion conductivity and thermal insulation properties of the secondary battery separator by coating beta-alumina, a solid electrolyte material, on a polymer fabric for a secondary battery separator An object of the present invention is to provide a secondary battery separator coated with .

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 고체 전해질 입자가 코팅된 이차전지 분리막은, 이차 전지 이온 배터리의 분리막에 있어서, 상기 분리막의 어느 한면 또는 양측면에 고체 전해질 입자가 함유된 코팅제를 코팅하여 이온 전도성과 내열성을 증강시키는 전해질 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다.A secondary battery separator coated with solid electrolyte particles according to the present invention for achieving the above object, in the separator of a secondary battery ion battery, is coated with a coating agent containing solid electrolyte particles on one or both sides of the separator to conduct ion conductivity and an electrolyte coating layer to enhance heat resistance.

상기 코팅층은 베타 알루미나 전고체 및 감마 알루미나가 혼합되어 형성되는 것을 특징으로 한다.The coating layer is characterized in that the beta alumina all-solid and gamma alumina is mixed to form.

상기 코팅층은 베타 알루미나 전고체의 입자가 99.9 중량부 내지 1 중량부로 이루어지고, 감마 알루미나의 입자가 0.1 중량부 내지 99 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The coating layer is characterized in that the beta-alumina all-solid particles consist of 99.9 parts by weight to 1 part by weight, and the gamma-alumina particles consist of 0.1 parts by weight to 99 parts by weight.

상기 코팅층의 베타알루미나 전고체의 입자 및 감마 알루미나의 입자가 0.001um 내지 10 um로 이루어지는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the total amount of beta-alumina solid particles and gamma-alumina particles of the coating layer is 0.001 μm to 10 μm.

상기 코팅층은 베타 알루미나 전고체에 알파 알루미나 전고체 또는 감마 알루미나가 혼합되어 형성되는 것을 특징으로 한다.The coating layer is characterized in that the beta-alumina all-solid and alpha-alumina all-solid or gamma-alumina is mixed.

상기 코팅층은 베타 알루미나 전고체의 입자가 99.9 중량부 내지 1 중량부로 이루어지고, 알파 알루미나의 입자가 0.1 내지 99 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The coating layer is characterized in that the beta alumina all-solid particles consist of 99.9 parts by weight to 1 parts by weight, and the alpha alumina particles consist of 0.1 to 99 parts by weight.

상기 코팅층은 베타 알루미나 전고체의 입자가 99.9 중량부 내지 1 중량부로 이루어지고, 감마 알루미나의 입자가 0.1 내지 99 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The coating layer is characterized in that the beta-alumina all-solid particles are comprised of 99.9 to 1 parts by weight, and the gamma-alumina particles are comprised of 0.1 to 99 parts by weight.

상기 코팅층은 분리막의 두께 이하로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The coating layer is characterized in that it consists of less than the thickness of the separator.

상기 이온은 이온화 될 수 있는 금속 이온인 것을 특징으로 한다.The ion is characterized in that it is an ionizable metal ion.

본 발명에 따라 제조된 리튬 이차전지 분리막은 이차전지 분리막 기공들뿐 아니라 베타 알루미나 자체가 이온을 전도할 수 있어 리튬 이온전도를 향상 시켜 이차전지 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. The lithium secondary battery separator prepared according to the present invention has the effect of improving lithium ion conduction by improving the lithium ion conduction as well as the secondary battery separator pores as well as beta-alumina itself can conduct ions.

또한, 상기 분리막은 상온 이상에서 온도가 높아질 수 록 점진적으로 이온 전도를 향상시켜 이차전지 성능을 향상시키는 동시에 베타 알루미나 및 그 혼합 입자들이 가진 뛰어난 내열성 때문에 양극, 음극 발열 반응 시 발생하는 열을 차단하여 이차전지의 안전성을 기대할 수 있는 효과가 있다.In addition, the separator gradually improves ion conduction as the temperature rises above room temperature to improve the secondary battery performance, and at the same time blocks the heat generated during the exothermic reaction of the positive and negative electrodes due to the excellent heat resistance of beta-alumina and its mixed particles. There is an effect that the safety of the secondary battery can be expected.

본 발명에서 베타 알루미나, 알파 알루미나, 감마 알루미나 코팅에 의한 이차 전지 분리막의 내열성은 통상 PVDF 고분자 입자 코팅에서 얻어지는 것보다 고 내열성으로 원단 PE의 융점보다 높은 온도에서 이차전지 분리막의 양호한 수축률을 얻을 수 있다.In the present invention, the heat resistance of the secondary battery separator by beta-alumina, alpha-alumina, and gamma-alumina coating is higher than that obtained from conventional PVDF polymer particle coating, and good shrinkage of the secondary battery separator can be obtained at a temperature higher than the melting point of raw PE .

본 발명에서 베타, 감마, 알파 알루미나 입자들은 고분자 이차 전지 분리막 원단의 물성에 영향을 최소로 하는 접착제, 분산제 등을 포함하는 슬러리 형태로 코팅되어 진다. 상기 슬러리는 물 또는 용매를 포함할 수 있다.In the present invention, beta, gamma, and alpha alumina particles are coated in the form of a slurry containing an adhesive, a dispersant, etc. that minimizes the effect on the physical properties of the polymer secondary battery separator fabric. The slurry may contain water or a solvent.

코팅 슬러리의 성분들은 전해질 용액의 종류에 따라 화학반응이 일어나지 않는 것으로 선택되어 진다. The components of the coating slurry are selected so that no chemical reaction occurs depending on the type of the electrolyte solution.

본 발명에서 베타, 감마, 알파 알루미나가 중 어느 하나 또는 혼합된 슬러리의 코팅은 롤 투 롤 그라비아 롤 방식으로 코팅되어 지는 것을 특징으로 하나 코팅 방법의 제한을 두진 아니한다.In the present invention, the coating of any one or mixed slurry of beta, gamma, and alpha alumina is characterized in that it is coated in a roll-to-roll gravure roll method, but the coating method is not limited.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 전해질 입자가 코팅된 이차전지 분리막에 코팅층이 형성된 것을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 고체 전해질 입자가 코팅된 이차전지 분리막에 베타 알루미나 전고체와 감마 알루미나 또는 알파 알루미나가 혼합된 코팅층이 형성되는 것을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 고체 전해질 입자가 코팅된 이차전지 분리막에 베타 알루미나 전고체와 감마 알루미나 또는 알파 알루미나가 도 2의 입자 크기와 반대로 형성되어 혼합된 코팅층이 형성되는 것을 나타낸 도면이다.1 is a view showing that a coating layer is formed on a secondary battery separator coated with solid electrolyte particles according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing that a coating layer in which beta-alumina all-solid and gamma-alumina or alpha-alumina are mixed is formed on the secondary battery separator coated with solid electrolyte particles according to the present invention.
3 is a view showing that a mixed coating layer is formed by forming beta alumina all-solid and gamma alumina or alpha alumina opposite to the particle size of FIG. 2 on the secondary battery separator coated with solid electrolyte particles according to the present invention.

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 도면을 참고하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 하나의 발명을 설명하기 위한 것으로서 권리범위는 예시된 실시예에 한정되지 아니하고, 예시된 도면은 발명의 명확성을 위하여 핵심적인 내용만 확대 도시하고 부수적인 것을 생략하였으므로 도면에 한정하여 해석하여서는 아니 된다.Hereinafter, specific embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiment of the present invention is intended to explain one invention, and the scope of rights is not limited to the illustrated embodiment, and the illustrated drawings are limited to the drawings because only the essential content is enlarged and illustrated for the clarity of the invention and incidental elements are omitted. should not be interpreted as such.

본 발명은 이차 전지 이온 배터리의 분리막에 있어서, 상기 분리막의 어느 한면 또는 양측면에 고체 전해질 입자가 함유된 코팅제를 코팅하여 이온 전도성과 내열성을 증강시키는 전해질 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention is a secondary battery ion battery separator, characterized in that it comprises an electrolyte coating layer that enhances ion conductivity and heat resistance by coating a coating agent containing solid electrolyte particles on one or both surfaces of the separator.

상기 코팅층은 베타 알루미나 전고체 및 감마 알루미나가 혼합되어 형성되는 것을 특징으로 한다.The coating layer is characterized in that the beta alumina all-solid and gamma alumina is mixed to form.

상기 코팅층은 베타 알루미나 전고체의 입자가 99.9 중량부 내지 1 중량부로 이루어지고, 감마 알루미나의 입자가 0.1 중량부 내지 99 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The coating layer is characterized in that the beta-alumina all-solid particles consist of 99.9 parts by weight to 1 part by weight, and the gamma-alumina particles consist of 0.1 parts by weight to 99 parts by weight.

상기 코팅층의 베타알루미나 전고체의 입자 및 감마 알루미나의 입자가 0.001um 내지 10 um로 이루어지는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the total amount of beta-alumina solid particles and gamma-alumina particles of the coating layer is 0.001 μm to 10 μm.

상기 코팅층은 베타 알루미나 전고체에 알파 알루미나 또는 감마 알루미나가 혼합되어 형성되는 것을 특징으로 한다.The coating layer is characterized in that the beta-alumina all-solid is formed by mixing alpha-alumina or gamma-alumina.

상기 코팅층은 베타 알루미나 전고체의 입자가 99.9 중량부 내지 1 중량부로 이루어지고, 알파 알루미나의 입자가 0.1 내지 99 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The coating layer is characterized in that the beta alumina all-solid particles consist of 99.9 parts by weight to 1 parts by weight, and the alpha alumina particles consist of 0.1 to 99 parts by weight.

상기 코팅층은 베타 알루미나 전고체의 입자가 99.9 중량부 내지 1 중량부로 이루어지고, 감마 알루미나의 입자가 0.1 내지 99 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The coating layer is characterized in that the beta-alumina all-solid particles are comprised of 99.9 to 1 parts by weight, and the gamma-alumina particles are comprised of 0.1 to 99 parts by weight.

상기 코팅층은 분리막의 두께 이하로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The coating layer is characterized in that it consists of less than the thickness of the separator.

상기 이온은 이온화 될 수 있는 금속 이온인 것을 특징으로 한다.The ion is characterized in that it is an ionizable metal ion.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 전해질 입자가 코팅된 이차전지 분리막에 코팅층이 형성된 것을 나타낸 도면으로서, 이차 전지 이온 배터리의 분리막에 있어서, 상기 분리막의 어느 한면 또는 양측면에 고체 전해질 입자가 함유된 코팅제를 코팅하여 이온 전도성과 내열성을 증강시키는 전해질 코팅층을 포함한다.1 is a view showing that a coating layer is formed on a secondary battery separator coated with solid electrolyte particles according to an embodiment of the present invention. and an electrolyte coating layer for enhancing ion conductivity and heat resistance by coating the contained coating agent.

여기서, 상기 이온화 될 수 있는 금속 이온의 예시는 리튬, 나트륨, 포타슘 등이 될 수 있다. Here, examples of the ionizable metal ion may be lithium, sodium, potassium, or the like.

이때 상기 고체 전해질 입자는 세라믹계의 고체 전해질 입자로 이루어진다.In this case, the solid electrolyte particles are made of ceramic-based solid electrolyte particles.

상기 분리막은 리튬이온 배터리의 양극과 음극 사이에 위치하여 전해질에 습윤 되어 있으며 전자는 차단하고 충전 방전 시 이온은 흐르게 하도록 형성된다.The separator is positioned between the positive electrode and the negative electrode of the lithium ion battery and is wetted with the electrolyte, and is formed to block electrons and allow ions to flow during charging and discharging.

상기 코팅층은 상기 분리박의 어느 일측면 또는 양측면에 코팅되어 이온 전도성과 내열성을 증강시키도록 한다.The coating layer is coated on one side or both sides of the separation foil to enhance ion conductivity and heat resistance.

상기 코팅층은 고체 전해질 입자가 함유된 코팅재로 이루어지는 전해질 코팅층이다.The coating layer is an electrolyte coating layer made of a coating material containing solid electrolyte particles.

도 1에 도시된 바와 같이 이러한 상기 코팅층은 베타 알루미나 전고체 및 감마 알루미나가 혼합되어 형성될 수 있으며, 베타 알루미나 전고체에 알파 알루미나 또는 감마 알루미나가 혼합되어 형성될 수 있다.As shown in FIG. 1 , the coating layer may be formed by mixing beta alumina all-solid and gamma alumina, and may be formed by mixing beta-alumina all-solid with alpha alumina or gamma alumina.

상기 코팅층이 베타 알루미나 전고체 및 감마 알루미나가 혼합되어 형성될 경우 베타 알루미나 전고체의 입자가 99.9 중량부 내지 1 중량부로 이루어지고, 감마 알루미나의 입자가 0.1 중량부 내지 99 중량부로 이루어진다.When the coating layer is formed by mixing all beta alumina solids and gamma alumina, the beta alumina all solid particles are comprised of 99.9 parts by weight to 1 parts by weight, and the gamma alumina particles are comprised of 0.1 parts by weight to 99 parts by weight.

상기 베타 알루미나 전고체의 함유량이 99.9 중량부를 초과하여 100 중량부로 이루어질 수 있으며, 이때에는 감마 알루미나가 함유되지 않게 된다.The beta-alumina all-solid content may exceed 99.9 parts by weight and may consist of 100 parts by weight, in which case gamma-alumina is not contained.

반대로, 감마 알루미나는 99 중량부를 초과할 수 없는데 이는 베타 알루미나 전고체가 함유되지 않을 경우 리튬이온 배터리의 이온은 세라믹 코팅된 분리막의 기공을 통해서만 흐를 수 있어 내열성만 증강되고 이온 통과 증강 효과를 기대할 수 없기 때문이다.Conversely, gamma alumina cannot exceed 99 parts by weight, which means that if all solid beta alumina is not contained, ions of a lithium ion battery can only flow through the pores of the ceramic-coated separator, so only heat resistance is enhanced and an ion penetration enhancement effect can be expected. because there is no

그리고, 상기 베타알루미나 전고체의 입자 및 감마 알루미나의 입자가 0.001um 내지 10 um로 이루어진다.In addition, the beta-alumina all-solid particles and gamma-alumina particles consist of 0.001 μm to 10 μm.

상기 베타알루미나 전고체의 입자 및 감마 알루미나의 입자가 0.001um 미만으로 이루어질 경우 입자의 크기가 너무 작아 고분자 원단의 기공을 막아 이온 전도성 효율이 저하되고, 10um를 초과하면 입자의 크기로 인해 이온의 이동이 제한을 받게 될 수 있는 문제점이 있다.When the beta-alumina all-solid particles and the gamma-alumina particles are made less than 0.001um, the particle size is too small to block the pores of the polymer fabric, thereby reducing the ion conductivity efficiency. There are problems that may be subject to this limitation.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 코팅층을 이루는 베타 알루미나 전고체와 감마 알루미나 입자는 그 크기가 어느 하나가 크게 형성되거나, 동일하게 형성될 수 있다.As shown in FIGS. 2 and 3 , any one of the beta alumina solids and the gamma alumina particles constituting the coating layer may have a larger size or the same size.

상기 코팅층이 베타 알루미나 전고체와 알파 알루미나가 혼합되어 이루어지는 경우에는 베타 알루미나 전고체의 입자가 99.9 중량부 내지 1 중량부로 이루어지고, 알파 알루미나의 입자가 0.1 내지 99 중량부로 이루어진다.When the coating layer is made of a mixture of all-solid beta-alumina and alpha-alumina, the total amount of beta-alumina solid particles is 99.9 to 1 part by weight, and the amount of alpha-alumina particles is 0.1 to 99 parts by weight.

이때, 상기 베타 알루미나 전고체의 입자 함유량이 99.9 중량부를 초과하면 알파 알루미나 가 포함되지 않는 것과 동일하므로 추가 효과가 발생되지 않는다(지울 것).At this time, if the particle content of the beta-alumina all-solid exceeds 99.9 parts by weight, since it is the same as that of not containing alpha-alumina, no additional effect occurs (delete).

그리고, 베타 알루미나 전고체의 입자 함유량이 0.1 중량부 미만일 경우에는 베타 알루미나 전고체의 함유량이 없으므로, 코팅재로서 알파 알루미나만 사용되므로 내열성은 증강되나 이온의 흐름을 증강 시키지 못할 수 있는 문제점이 있다.In addition, when the particle content of the beta-alumina all-solid is less than 0.1 parts by weight, there is no beta-alumina all-solid content, so only alpha-alumina is used as a coating material, so heat resistance is enhanced, but the flow of ions cannot be enhanced.

상기 코팅층은 베타 알루미나 전고체의 입자와 감마 알루미나의 입자가 혼합되어 형성될 수 있다.The coating layer may be formed by mixing beta-alumina all-solid particles and gamma-alumina particles.

이때, 상기 코팅층이 베타 알루미나 전고체의 입자가 99.9 중량부 내지 1 중량부로 이루어지고, 감마 알루미나의 입자가 0.1 내지 99 중량부로 이루어질 수 있다.In this case, the coating layer may be composed of 99.9 parts by weight to 1 part by weight of all solid beta-alumina particles, and 0.1 to 99 parts by weight of gamma-alumina particles.

상기 베타 알루미나 전고체의 입자 함유량이 99.9 중량부를 초과하면 분리막의 내열성과 이온 전도성의 증강이 최고로 발생한다.When the particle content of the beta-alumina all-solids exceeds 99.9 parts by weight, the heat resistance and ion conductivity of the separator are most improved.

그리고, 상기 베타 알루미나 전고체의 입자 함유량이 0.1 중량부 미만일 경우에는 베타 알루미나 전고체의 함유량이 없으므로, 코팅재로서 감마 알루미나만 사용되므로 내열성만 증가시키고 이온전도를 증가 시키지 못하는 문제점이 있다.In addition, when the particle content of the all-solid beta-alumina is less than 0.1 parts by weight, there is no beta-alumina all-solid content, so only gamma alumina is used as a coating material, so there is a problem that only heat resistance is increased and ion conductivity cannot be increased.

이와 같이 이루어지는 코팅층은 분리막의 두께 이하로 이루어진다.The coating layer made in this way is made less than the thickness of the separator.

상기 코팅층이 분리막의 두께를 초과하여 이루어지는 경우에는 내열성은 증가하나 이온이 코팅층과 분리막을 통과하기 어려우므로 이온의 이동 효율이 감소하는 문제점이 발생할 수 있으므로, 코팅층의 최대 두께는 분리막을 초과하지 않도록 한다.When the coating layer is formed to exceed the thickness of the separator, heat resistance is increased, but since it is difficult for ions to pass through the coating layer and the separator, there may occur a problem in that the transfer efficiency of ions is reduced, so that the maximum thickness of the coating layer does not exceed the separator .

상기 코팅층을 이루는 베타 알루미나 전고체와 알파 알루미나 또는 감마 알루미나의 입자는 그 크기가 어느 하나가 크게 형성되거나, 동일하게 형성될 수 있다.The particles of beta alumina all-solid and alpha alumina or gamma alumina constituting the coating layer may have a larger size or may be formed the same.

이러한 상기 베타 알루미나 전고체는 아래 표 1에 나타나는 바와 같은 물성을 갖는다.The beta-alumina all-solid has physical properties as shown in Table 1 below.

Figure 112021038327628-pat00001
Figure 112021038327628-pat00001

상기의 표 1과 같이 베타 알루미나 전고체는 25℃의 온도에서 Sodium(Na+)이 6.0으로 나타나고, mixtape(K+)가 12.5로 나타나고, lithium(Li+)가 190으로 나타나며, Strontium(Sr2+)와 barium(Ba2+)이 67,000의 값을 가진다.As shown in Table 1 above, in the beta alumina all solid at a temperature of 25° C., Sodium (Na+) was 6.0, mixtape (K+) was 12.5, lithium (Li+) was 190, Strontium (Sr2+) and barium ( Ba2+) has a value of 67,000.

그리고, 상기 베타 알루미나 전고체가, 100℃의 온도에서 Sodium(Na+)이 0.6으로 나타나고, mixtape(K+)가 2.5로 나타나고, lithium(Li+)가 14으로 나타나며, Strontium(Sr2+)와 barium(Ba2+)이 20,000의 값을 가지므로, 이를 보면 베타 알루미나 전고체의 온도가 높아질 수록 이온이 통과하는 저항력이 감소되어 쉽게 분리막을 통과할 수 있게 되는 것을 확인할 수 있다.And, in the beta alumina all-solid, at a temperature of 100° C., Sodium (Na+) is 0.6, mixtape (K+) is 2.5, lithium (Li+) is 14, Strontium (Sr2+) and barium (Ba2+) Since it has a value of 20,000, it can be seen that as the temperature of the beta-alumina all-solid increases, the resistance to the passage of ions decreases, making it possible to easily pass through the separation membrane.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 따라 제조된 리튬 이차전지 분리막은 이차전지 분리막 기공들뿐 아니라 베타 알루미나 자체가 이온을 전도할 수 있어 리튬 이온전도를 향상 시켜 이차전지 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. The lithium secondary battery separator manufactured according to the present invention made in this way has the effect of improving the lithium ion conduction by improving the lithium ion conduction as well as the secondary battery separator pores as well as the beta alumina itself can conduct ions.

또한, 상기 분리막은 상온 이상에서 온도가 높아질 수 록 점진적으로 이온 전도를 향상시켜 이차전지 성능을 향상시키는 동시에 베타 알루미나 및 그 혼합 입자들이 가진 뛰어난 내열성 때문에 양극, 음극 발열 반응 시 발생하는 열을 차단하여 이차전지의 안전성을 기대할 수 있는 효과가 있다.In addition, the separator gradually improves ion conduction as the temperature rises above room temperature to improve the secondary battery performance, and at the same time blocks the heat generated during the exothermic reaction of the positive and negative electrodes due to the excellent heat resistance of beta-alumina and its mixed particles. There is an effect that the safety of the secondary battery can be expected.

본 발명에서 베타 알루미나, 알파 알루미나, 감마 알루미나 코팅에 의한 이차 전지 분리막의 내열성은 통상 PVDF 고분자 입자 코팅에서 얻어지는 것보다 고 내열성으로 원단 PE의 융점보다 높은 온도에서 이차전지 분리막의 양호한 수축률을 얻을 수 있다.In the present invention, the heat resistance of the secondary battery separator by beta-alumina, alpha-alumina, and gamma-alumina coating is higher than that obtained by conventional PVDF polymer particle coating. .

본 발명에서 베타, 감마, 알파 알루미나 입자들은 고분자 이차 전지 분리막 원단의 물성에 영향을 최소로 하는 접착제, 분산제 등을 포함하는 슬러리 형태로 코팅되어 진다. 상기 슬러리는 물 또는 용매를 포함할 수 있다.In the present invention, beta, gamma, and alpha alumina particles are coated in the form of a slurry containing an adhesive, a dispersant, etc. that minimizes the effect on the physical properties of the polymer secondary battery separator fabric. The slurry may contain water or a solvent.

코팅 슬러리의 성분들은 전해질 용액의 종류에 따라 화학반응이 일어나지 않는 것으로 선택되어 진다. The components of the coating slurry are selected so that no chemical reaction occurs depending on the type of the electrolyte solution.

본 발명에서 베타, 감마, 알파 알루미나가 중 어느 하나 또는 혼합된 슬러리의 코팅은 롤 투 롤 그라비아 롤 방식으로 코팅되어 지는 것을 특징으로 하나 코팅 방법의 제한을 두진 아니한다.In the present invention, the coating of any one or mixed slurry of beta, gamma, and alpha alumina is characterized in that it is coated in a roll-to-roll gravure roll method, but the coating method is not limited.

본 발명에서 이차 전지 분리막 원단의 양면에 코팅 시 코팅의 양측 두께는 이차 전지 제조 목적에 따라 양측이 설비의 기계오차 범위에서 대칭을 이루거나 비대칭으로 제조 될 수 있다. In the present invention, when coating both sides of the secondary battery separator fabric, the thickness of both sides of the coating may be symmetrical or asymmetrical in the range of mechanical error of the equipment depending on the purpose of manufacturing the secondary battery.

상기와 같은 고체 전해질 입자가 코팅된 이차전지 분리막은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.The secondary battery separator coated with the solid electrolyte particles as described above is not limited to the configuration and operation method of the above-described embodiments. The above embodiments may be configured so that various modifications may be made by selectively combining all or part of each of the embodiments.

Claims (9)

이차 전지 이온 배터리의 분리막에 있어서,
상기 분리막의 어느 한면 또는 양측면에 고체 전해질 입자가 함유된 코팅제를 코팅하여 이온 전도성과 내열성을 증강시키는 전해질 코팅층을 포함하는 한편,
상기 코팅층은 베타 알루미나 전고체에 감마 알루미나가 혼합되어 형성되되,
상기 베타 알루미나 전고체와 감마 알루미나의 입자의 크기는 0.001um 내지 0.01um 미만으로 이루어지거나 또는 5.1um 내지 10um으로 이루어짐을 특징으로 하는 고체 전해질 입자가 코팅된 이차전지 분리막.
In the separator of a secondary battery ion battery,
and an electrolyte coating layer for enhancing ion conductivity and heat resistance by coating a coating agent containing solid electrolyte particles on one or both sides of the separator;
The coating layer is formed by mixing gamma alumina with all solid beta alumina,
A secondary battery separator coated with solid electrolyte particles, characterized in that the beta-alumina all-solid and the gamma-alumina particles have a size of 0.001 μm to less than 0.01 μm or 5.1 μm to 10 μm.
 제1항에 있어서,
상기 코팅층은 베타 알루미나 전고체의 입자가 99.9 중량부 내지 1 중량부로 이루어지고, 감마 알루미나의 입자가 0.1 중량부 내지 99 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 입자가 코팅된 이차전지 분리막.
According to claim 1,
The coating layer is a secondary battery separator coated with solid electrolyte particles, characterized in that the beta-alumina all-solid particles are 99.9 parts by weight to 1 parts by weight, and the gamma-alumina particles are 0.1 parts by weight to 99 parts by weight.
 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 코팅층은 분리막의 두께 이하로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 입자가 코팅된 이차전지 분리막.
3. The method of claim 1 or 2,
The secondary battery separator coated with solid electrolyte particles, characterized in that the coating layer has a thickness equal to or less than the thickness of the separator.
 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 이온은 이온화 될 수 있는 금속 이온인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 입자가 코팅된 이차전지 분리막.3. The method of claim 1 or 2,
The secondary battery separator coated with solid electrolyte particles, characterized in that the ions are ionizable metal ions. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114156602A (en) * 2021-12-13 2022-03-08 溧阳天目先导电池材料科技有限公司 Solid electrolyte diaphragm with multiple coatings, preparation method and application
WO2023147384A1 (en) * 2022-01-25 2023-08-03 Global Graphene Group, Inc. Elastomer/inorganic hybrid solid-state electrolytes, lithium batteries containing same, and production processes

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101032815B1 (en) 2009-01-07 2011-05-04 도레이첨단소재 주식회사 Separator Film with Conductive Materials for Lithium Secondary Battery and Lithium Secondary Battery with the Same
KR20150042216A (en) * 2012-08-07 2015-04-20 셀가드 엘엘씨 Improved separator membranes for lithium ion batteries and related methods
JP2018147898A (en) * 2018-06-27 2018-09-20 オートモーティブエナジーサプライ株式会社 Lithium ion secondary battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101032815B1 (en) 2009-01-07 2011-05-04 도레이첨단소재 주식회사 Separator Film with Conductive Materials for Lithium Secondary Battery and Lithium Secondary Battery with the Same
KR20150042216A (en) * 2012-08-07 2015-04-20 셀가드 엘엘씨 Improved separator membranes for lithium ion batteries and related methods
JP2018147898A (en) * 2018-06-27 2018-09-20 オートモーティブエナジーサプライ株式会社 Lithium ion secondary battery

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114156602A (en) * 2021-12-13 2022-03-08 溧阳天目先导电池材料科技有限公司 Solid electrolyte diaphragm with multiple coatings, preparation method and application
CN114156602B (en) * 2021-12-13 2024-03-26 溧阳天目先导电池材料科技有限公司 Solid electrolyte membrane with multiple coatings, preparation method and application
WO2023147384A1 (en) * 2022-01-25 2023-08-03 Global Graphene Group, Inc. Elastomer/inorganic hybrid solid-state electrolytes, lithium batteries containing same, and production processes

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