KR102382647B1 - 리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막 및 그 제조방법 - Google Patents

리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102382647B1
KR102382647B1 KR1020210115152A KR20210115152A KR102382647B1 KR 102382647 B1 KR102382647 B1 KR 102382647B1 KR 1020210115152 A KR1020210115152 A KR 1020210115152A KR 20210115152 A KR20210115152 A KR 20210115152A KR 102382647 B1 KR102382647 B1 KR 102382647B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
multilayer composite
composite separator
separator
layer
polyolefin
Prior art date
Application number
KR1020210115152A
Other languages
English (en)
Inventor
타오 지앙
타오타오 리우
싱싱 웡
자오후이 천
시아 성
Original Assignee
지앙수 호라이즌 뉴 에너지 테크 컴퍼니 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 지앙수 호라이즌 뉴 에너지 테크 컴퍼니 리미티드 filed Critical 지앙수 호라이즌 뉴 에너지 테크 컴퍼니 리미티드
Application granted granted Critical
Publication of KR102382647B1 publication Critical patent/KR102382647B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/28—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof by elimination of a liquid phase from a macromolecular composition or article, e.g. drying of coagulum
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/417—Polyolefins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/457—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)

Abstract

본 발명은 리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막 및 그 제조방법을 공개하였다. 다층 복합 분리막은 다수 개의 기능층과 폴리올레핀(polyolefin)층을 포함하며; 상기 폴리올레핀층은 인접한 2개의 기능층 사이에 설치한다. 여기에서, 기능층은 아래 질량백분율의 원료인 폴리올레핀 80~100%와 LATP 나노 입자 0~20%를 포함하며; 다층 복합 분리막의 두께는 5~60μm이고, 다층 복합 분리막의 미세공 구조의 부피 점유율은 30~70%이고, 미세공의 구경은 30~100nm이다. 해당 다층 복합 분리막은 습식 또는 건식 공법을 통해 복합해 얻을 수 있고, 제조된 다층 복합 분리막은 리튬 이온을 자체적으로 구비하여 배터리 에너지 밀도와 분리막의 기계적 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있으며; 분리막 내부에 천층(千層) 케이크와 유사한 굴곡구조를 형성해 리튬 수지상 결정이 형성되는 것을 저지함으로써, 리튬 수지상 결정이 리튬 이온 배터리 분리막을 찔러 꿰뚫어 배터리 단락을 발생시키고 폭발 연소 등 안전사고가 나타나는 것을 피할 수 있다.

Description

리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막 및 그 제조방법 {LITHIUM ION BATTERY MULTILAYER COMPOSITE DIAPHRAGM AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 리튬 배터리 분리막 기술분야에 관한 것으로, 상세하게는, 리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막 및 그 제조방법에 관한 것이다.
리튬 이온 배터리는 양극, 음극, 분리막 및 전해액 등 4개의 재료를 포함한다. 리튬 배터리의 구조 중에서, 분리막은 중요한 내층 어셈블리 중 하나이다. 분리막은 주로 폴리에틸렌(polyethylene)과 폴리프로필렌(polypropylen)을 위주로 하는 폴리올레핀(polyolefin) 분리막이다. 분리막의 성능은 배터리의 계면구조, 내부 저항 등을 결정하여 배터리의 용량, 순환 및 안전성능 등 특성에 직접 영향을 미치고, 성능이 우수한 분리막은 배터리의 종합 성능 향상에 대해 중요한 역할을 한다. 현재의 상용 리튬 이온 배터리는 리튬 이온 배터리 분리막과 리튬 이온을 대량 함유하는 전해액을 이용한다. 배터리가 여러 번 순환해 충전과 방전을 진행함에 따라, 약간의 리튬 수지상 결정이 형성되고 리튬 이온 배터리 분리막을 찔러 꿰?어 배터리 단락이 발생되고 폭발 연소 등 안전사고가 나타날 수 있으므로, 안전 성능이 더 높은 분리막 재료를 개발해야 하는 것은 리튬 이온 배터리 분리막 재료 기술발전의 절박한 수요에 따른 것이다.
인산 티타늄 알루미늄 리튬: LiAlxTi2-x(P04)3이고, 약칭은 LATP이다. 이러한 리튬 다량 함유 무기재료는 리튬 이온 배터리 분리막 제조과정을 도입하여 리튬 배터리의 수많은 성능을 향상시킬 수 있다. 현재 중국 국내는 LATP를 리튬 이온 배터리 분리막 제조과정에 응용하는 연구가 문헌으로 보도된 것이 아주 드물다.
종래기술에는 여전히 아래의 결함과 단점이 존재하고 있다. 현재의 상용 리튬 이온 배터리는 많은 경우에 리튬 이온 배터리 분리막과 리튬을 다량 함유한 전해액을 이용하고 있다. 배터리가 여러 번 순환해 충전과 방전을 진행함에 따라, 약간의 리튬 수지상 결정이 형성되고 리튬 이온 배터리 분리막을 찔러 꿰뚫어 배터리 단락(短絡)이 발생되고 폭발 연소 등 안전사고가 나타날 수 있다.
본 발명의 목적은 리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막 및 그 제조방법을 제공하여 상기 배경기술에서 제출한 문제점을 해결하는 데 있다.
상기 기술문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 아래의 기술방안을 제공한다. 리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막에 있어서, 상기 다층 복합 분리막은 3층 구조이며, 위부터 아래로 차례대로 기능층, 폴리올레핀(polyolefin)층, 기능층이며;
더 나아가, 상기 기능층은 아래 질량백분율의 원료인 폴리올레핀 80~100%와 LATP 나노 입자 0~20%를 포함한다.
더 나아가, 단일층 기능층의 두께는 다층 복합 분리막의 총 두께의 1/4이고, 상기 폴리올레핀층의 두께는 다층 복합 분리막의 총 두께의 1/2이다.
더 나아가, 상기 다층 복합 분리막은 두께가 5~60μm이고, 통풍도가 50~500 S/100ml이며; 상기 다층 복합 분리막은 미세공 구조의 부피 점유율이 30~70%이고, 미세공의 구경이 30~100nm이다.
더 나아가, 상기 LATP 나노 입자는 입경이 10~100nm이다.
LATP 나노 입자는 수많은 장점을 갖고 있는 데, 전도율이 비교적 높고, Li와 접촉할 때 우수한 화학 안정성을 구비하며, 본 발명은 LATP 나노 입자를 리튬 배터리 분리막의 첨가성분으로 이용하므로, 리튬 배터리의 화학 안정성을 향상시킬 수 있다. 본 발명은 또한 LATP 나노 입자와 폴리올레핀을 혼합해 3층의 복합 분리막을 제작하고 LATP 무기 입자의 우세를 발휘하여 분리막의 기계적 강도를 대폭 향상시킨다.
본 발명은 다층 복합 분리막을 제조하는 과정에서 분리막의 구경과 LATP 나노 입자의 입경을 한정하였으며, LATP 나노 입자 입경이 분리막 구경과 엇비슷하거나 또는 그보다 약간 작을 경우, LATP 나노 입자는 분리막의 미세공 내부에 균일하게 분포될 수 있고, 이어서, 캐스팅 스트립(casting strip) 저온 급랭 처리를 거친 후, 분리막 내부에 굴곡도가 비교적 크고 천층(千層) 케이크와 유사한 굴곡구조를 형성할 수 있으며, 해당 굴곡구조는 LATP 나노 입자가 다층 복합 분리막 제조과정과 리튬 이온 배터리 사용과정에서 이탈하지 않도록 보호함으로써, 배터리가 여러 번 순환해 충전과 방전을 진행함에 따라, LATP 나노 입자에 리튬 수지상 결정이 형성되고 리튬 이온 배터리 분리막을 찔러 꿰뚫어 배터리 단락을 발생시키고 폭발 연소 등 안전사고가 나타나게 되는 것을 피할 수 있다.
리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막의 제조방법은 이하의 단계,
폴리올레핀 수지와 파라핀유를 혼합하고, 압출기를 거쳐 용융해 압출되어 폴리올레핀층 용융체를 얻으며; 폴리올레핀 수지, 파라핀유와 LATP 나노 입자를 혼합하고 압출기를 거쳐 용융해 압출되어 기능층 용융체를 얻는 단계 1;
단계 1에서 제조된 폴리올레핀층 용융체, 기능층 용융체를 건식 공법 또는 습식 공법으로 복합해 인장막을 제조하는 단계 2;
단계 2에서 처리된 후의 인장막을 코일링, 절단하여 다층 복합 분리막을 얻는 단계 3;을 포함한다.
더 나아가, 상기 습식 공법은 이하의 단계,
제조된 폴리올레핀층 용융체가 몰드헤드 중간 유로를 통과하고 기능층 용융체가 몰드헤드 양변 유로를 통과해 압출되어 복합 용융체를 얻고, 캐스팅 스트립(casting strip) 설비를 통해 냉각 가공하고, 캐스팅 스트립 속도는 4~10m/min이고, 캐스팅 스트립 온도는 8~60℃이고, 4개 내지 5개의 캐스팅 스트립 롤러 S라인을 통해 양면의 급랭 가공을 진행하여 다층 구조의 겔 시트(gel sheet)를 얻는 단계 S1;
단계 S1에서 제조된 겔 시트를 50~130℃의 온도 조건하에서, 먼저 종방향으로 5배 내지 10배 인장하고, 이어서, 횡방향으로 5배 내지 10배 인장해 인장막을 얻는 단계 S2;
추출제로 인장막 미세공 안의 파라핀유를 세척하고 건조시켜 추출제를 제거하며; 100~150℃의 온도 조건하에서 열 정형을 처리하는 단계 S3;을 포함한다.
더 나아가, 상기 건식 공법은 이하의 단계,
제조된 폴리올레핀층 용융체가 몰드헤드 중간 유로를 통과하고, 기능층 용융체가 몰드헤드 양변 유로를 통과해 압출되어 복합 용융체를 얻고, 캐스팅 스트립 설비를 통해 냉각 가공하고, 캐스팅 스트립 속도는 4~10m/min이고, 캐스팅 스트립 온도는 8~60℃이고, 4개 내지 5개의 캐스팅 스트립 롤러 S라인을 통해 양면의 급랭 가공을 진행하여 다층 구조의 겔 시트를 얻고;
캐스팅 스트립의 저온 급랭 공법 처리를 거친 후, 분리막 내부에 천층(千層)케이크와 유사한 저(低) 결정도 다층 굴곡구조를 형성할 수 있고, 굴곡구조 내부의 비(非)결정구역은 폴리올레핀 분자가 비교적 많이 뒤엉켜 더 복잡한 미세공 구조를 형성하고, 분리막의 굴곡도가 증가되어 습식 공법으로 가공해 얻는 12μm 복합 분리막의 굴곡도가 7 내지 10 내외이고, 건식 공법으로 가공해 얻은 16μm 복합 분리막의 굴곡도가 4 내지 7 내외로서, 굴곡도가 전통 공법으로 가공한 분리막의 굴곡도보다 높으며, 복합 분리막의 굴곡도가 증가됨에 따라, 리튬 이온의 분리막 내부에서의 통과 경로가 길어지도록 구성하여 리튬 배터리 분리막의 사용수명을 연장시키는 데 이롭고, 분리막의 굴곡도의 계산방법은 분리막의 굴곡도=리튬 이온 통과 경로/분리막 두께인 단계 S1;
100~200℃의 온도 조건하에서 단계 S1에서 얻은 겔 시트를 1배 내지 2배 인장해 인장막을 얻는 단계 S2;를 포함한다.
더 나아가, 단계 1은 아래와 같이,
폴리올레핀 수지를 취하여 파라핀유와 혼합하고, 180~230℃의 온도 조건하에서 축 동방향 압출기를 거쳐 용융해 압출되어 폴리올레핀층 용융체를 얻으며;
폴리올레핀 수지, 파라핀유와 LATP 나노 입자를 혼합하고, 150~250℃의 온도 조건하에서 축 동방향 압출기를 거쳐 용융해 압출되어 기능층 용융체를 얻는다.
종래기술에 대비해, 본 발명은 아래의 기술효과를 이룰 수 있다.
1. 본 발명은 LATP 나노 입자와 폴리올레핀(polyolefin)를 함께 혼합하고, 건식 또는 습식 필름제조공법으로 다층 복합 분리막을 얻으며, 해당 다층 복합 분리막은 리튬 이온을 자체적으로 구비하여 리튬 이온 배터리의 배터리 에너지 밀도와 분리막의 기계적 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.
2. 본 발명에서 LATP 나노 입자는 분리막 미세공 내부에 균일하게 분포될 수 있고, 이어서, 캐스팅 스트립(casting strip) 저온 급랭 처리를 거친 후, 분리막 내부에 굴곡도가 비교적 크고 천층(千層) 케이크와 유사한 굴곡구조를 형성할 수 있으며, 해당 굴곡구조는 LATP 나노 입자가 다층 복합 분리막 제조과정과 리튬 이온 배터리 사용과정에서 이탈하지 않도록 보호함으로써, 배터리가 여러 번 순환해 충전과 방전을 진행함에 따라, LATP 나노 입자에 리튬 수지상 결정이 형성되고 리튬 이온 배터리 분리막을 찔러 꿰?어 배터리 단락을 발생시키고 폭발 연소 등 안전사고가 나타나게 되는 것을 피할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예 중의 기술방안을 명확하고 전면적으로 설명하며, 물론, 기재한 실시예는 본 발명의 일부 실시예에 불과하고 전부의 실시예가 아니다. 본기술분야의 통상적인 기술자들이 본 발명의 실시예에 기반하여 창조성 노동을 진행하지 않은 전제하에 취득한 모든 기타 실시예는 모두 본 발명의 보호범위에 속해야 할 것이다.
실시예 1
리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막에 있어서, 다층 복합 분리막은 3층 구조이며, 위부터 아래로 차례대로 기능층, 폴리올레핀(polyolefin)층, 기능층이다.
기능층은 아래 질량백분율의 원료인 폴리에틸렌(polyethylene) 수지 85%와 LATP 나노 입자 15%를 포함한다.
상기 습식 공법으로 다층 복합 분리막을 제조하며, 습식 공법은 이하의 단계,
중량 평균 분자량이 5×105~4×106인 폴리에틸렌 수지와 분자량이 300~1500인 액체 파라핀유를 취해 폴리에틸렌 수지와 파라핀유를 혼합하고, 혼합물 중에서, 액체 파라핀유의 질량백분율은 75%이고, 폴리에틸렌 수지의 질량백분율은 25%이며, 2축 동방향 압출기를 거쳐 용융하고, 압출기 온도는 210℃이고, 몰드헤드 유로를 통해 압출하여 폴리올레핀층 용융체를 얻으며;
중량 평균 분자량이 5×105~4×106인 폴리에틸렌 수지, 분자량이 300~1500인 액체 파라핀유와 입경이 40nm인 LATP 나노 입자를 혼합하고, 혼합물 중에서, 액체 파라핀유의 질량백분율은 75%이고, 폴리에틸렌 수지+LATP 나노 입자의 질량백분율은 25%이며; 2축 동방향 압출기를 거쳐 용융하고, 압출기 온도는 220℃이고, 3층 몰드헤드의 양측 유로를 통해 압출하여 기능층 용융체를 얻는 단계 1;
제조된 폴리올레핀층 용융체가 몰드헤드 중간 유로를 통과하고 기능층 용융체가 몰드헤드 양변 유로를 통과해 압출되어 복합 용융체를 얻고, 캐스팅 스트립(casting strip) 설비를 통해 냉각 가공하고, 캐스팅 스트립 속도는 7m/min이고, 캐스팅 스트립 온도는 10℃이고, 4개의 캐스팅 스트립 롤러 S라인을 통해 양면의 급랭 가공을 진행하여 기능층+폴리올레핀층+기능층 구조를 갖는 겔 시트(gel sheet)를 얻는 단계 S1;
제조된 겔 시트를 70℃의 온도 조건하에서, 먼저 종방향으로 6배 인장하고, 이어서, 횡방향으로 6배 인장해 인장막을 얻는 단계 S2;
추출제로 인장막 미세공 안의 파라핀유를 세척하고 건조시켜 추출제를 제거하며; 120℃의 온도 조건하에서 열 정형을 처리하고, 바람직하게, 추출제가 디클로로메탄(dichloromethane)인 단계 S3;을 포함하는 단계 2;
열 정형 처리된 후의 인장막을 권선기로 45m/min의 속도로 감고 절단기로 150m/min의 속도로 절단하여 다층 복합 분리막을 얻는 단계 3;을 포함한다.
다층 복합 분리막의 두께는 12μm이고, 단일층 기능층의 두께는 3μm이고, 폴리올레핀층의 두께는 6μm이다. 다층 복합 분리막의 통풍도는 153S/100ml이고, 미세공 구조의 부피 점유율은 45%이고, 미세공의 구경은 40nm이다.
본 실시예는 폴리에틸렌에 한정되지 않으며, 폴리에틸렌 외의 기타 폴리올레핀 계열에도 적용한다.
실시예 2
리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막에 있어서, 다층 복합 분리막은 3층 구조이며, 위부터 아래로 차례대로 기능층, 폴리올레핀층, 기능층이다.
기능층은 아래 질량백분율의 원료인 폴리에틸렌 수지 90%와 LATP 나노 입자 10%를 포함한다.
습식 공법으로 다층 복합 분리막을 제조하며, 습식 공법은 이하의 단계,
중량 평균 분자량이 5×105~4×106인 폴리에틸렌 수지와 분자량이 300~1500인 액체 파라핀유를 취해 폴리에틸렌 수지와 파라핀유를 혼합하고, 혼합물 중에서, 액체 파라핀유의 질량백분율은 75%이고, 폴리에틸렌 수지의 질량백분율은 25%이며, 2축 동방향 압출기를 거쳐 용융하고, 압출기 온도는 210℃이고, 몰드헤드 유로를 통해 압출하여 폴리올레핀층 용융체를 얻으며;
중량 평균 분자량이 5×105~4×106인 폴리에틸렌 수지, 분자량이 300~1500인 액체 파라핀유와 입경이 40nm인 LATP 나노 입자를 혼합하고, 혼합물 중에서, 액체 파라핀유의 질량백분율은 75%이고, 폴리에틸렌 수지+LATP 나노 입자의 질량백분율은 25%이며; 2축 동방향 압출기를 거쳐 용융하고, 압출기 온도는 220℃이고, 3층 몰드헤드의 양측 유로를 통해 압출하여 기능층 용융체를 얻는 단계 1;
제조된 폴리올레핀층 용융체가 몰드헤드 중간 유로를 통과하고 기능층 용융체가 몰드헤드 양변 유로를 통과해 압출되어 복합 용융체를 얻고, 캐스팅 스트립 설비를 통해 냉각 가공하고, 캐스팅 스트립 속도는 6m/min이고, 캐스팅 스트립 온도는 10℃이고, 4개의 캐스팅 스트립 롤러 S라인을 통해 양면의 급랭 가공을 진행하여 기능층+폴리올레핀층+기능층 구조를 갖는 겔 시트를 얻는 단계 S1;
제조된 겔 시트를 70℃의 온도 조건하에서, 먼저 종방향으로 6배 인장하고, 이어서, 횡방향으로 6배 인장해 인장막을 얻는 단계 S2;
추출제로 인장막 미세공 안의 파라핀유를 세척하고 건조시켜 추출제를 제거하며; 120℃의 온도 조건하에서 열 정형을 처리하고, 바람직하게, 추출제가 디클로로메탄인 단계 S3; 을 포함하는 단계 2;
열 정형 처리된 후의 인장막을 권선기로 45m/min의 속도로 감고 절단기로 150m/min의 속도로 절단하여 다층 복합 분리막을 얻는 단계 3;을 포함한다.
다층 복합 분리막의 두께는 12μm이고, 단일층 기능층의 두께는 3μm이고, 폴리올레핀층의 두께는 6μm이다. 다층 복합 분리막의 통풍도는 157S/100ml이고, 미세공 구조의 부피 점유율은 45%이고, 미세공의 구경은 40nm이다.
본 실시예는 폴리에틸렌에 한정되지 않으며, 폴리에틸렌 외의 기타 폴리올레핀 계열에도 적용한다.
실시예 3
리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막에 있어서, 다층 복합 분리막은 3층 구조이며, 위부터 아래로 차례대로 기능층, 폴리올레핀층, 기능층이다.
기능층은 아래 질량백분율의 원료인 폴리에틸렌 수지 94%와 LATP 나노 입자 6%를 포함한다.
습식 공법으로 다층 복합 분리막을 제조하며, 습식 공법은 이하의 단계,
중량 평균 분자량이 5×105~4×106인 폴리에틸렌 수지와 분자량이 300~1500인 액체 파라핀유를 취해 폴리에틸렌 수지와 파라핀유를 혼합하고, 혼합물 중에서, 액체 파라핀유의 질량백분율은 75%이고, 폴리에틸렌 수지의 질량백분율은 25%이며, 2축 동방향 압출기를 거쳐 용융하고, 압출기 온도는 210℃이고, 몰드헤드 유로를 통해 압출하여 폴리올레핀층 용융체를 얻으며;
중량 평균 분자량이 5×105~4×106인 폴리에틸렌 수지, 분자량이 300~1500인 액체 파라핀유와 입경이 40nm인 LATP 나노 입자를 혼합하고, 혼합물 중에서, 액체 파라핀유의 질량백분율은 75%이고, 폴리에틸렌 수지+LATP 나노 입자의 질량백분율은 25%이며; 2축 동방향 압출기를 거쳐 용융하고, 압출기 온도는 220℃이고, 3층 몰드헤드의 양측 유로를 통해 압출하여 기능층 용융체를 얻는 단계 1;
제조된 폴리올레핀층 용융체가 몰드헤드 중간 유로를 통과하고 기능층 용융체가 몰드헤드 양변 유로를 통과해 압출되어 복합 용융체를 얻고, 캐스팅 스트립 설비를 통해 냉각 가공하고, 캐스팅 스트립 속도는 6m/min이고, 캐스팅 스트립 온도는 10℃이고, 4개의 캐스팅 스트립 롤러 S라인을 통해 양면의 급랭 가공을 진행하여 기능층+폴리올레핀층+기능층 구조를 갖는 겔 시트를 얻는 단계 S1;
제조된 겔 시트를 70℃의 온도 조건하에서, 먼저 종방향으로 6배 인장하고, 이어서, 횡방향으로 6배 인장해 인장막을 얻는 단계 S2;
추출제로 인장막 미세공 안의 파라핀유를 세척하고 건조시켜 추출제를 제거하며; 120℃의 온도 조건하에서 열 정형하며; 바람직하게, 추출제가 디클로로메탄인 단계 S3;을 포함하는 단계 2;
열 정형 처리된 후의 인장막을 권선기로 45m/min의 속도로 감고 절단기로 150m/min의 속도로 절단하여 다층 복합 분리막을 얻는 단계 3;을 포함한다.
다층 복합 분리막의 두께는 12μm이고, 단일층 기능층의 두께는 3μm이고, 폴리올레핀층의 두께는 6μm이다. 다층 복합 분리막의 통풍도는 155S/100ml이고, 미세공 구조의 부피 점유율은 45%이고, 미세공의 구경은 40nm이다.
본 실시예는 폴리에틸렌에 한정되지 않으며, 폴리에틸렌 외의 기타 폴리올레핀 계열에도 적용한다.
대조예 1
리튬 이온 배터리 분리막을 습식 공법으로 제조하며, 이하의 단계,
중량 평균 분자량이 5×105~4×106인 폴리에틸렌 수지와 분자량이 300~1500인 액체 파라핀유를 취해 폴리에틸렌 수지와 파라핀유를 혼합하고, 혼합물 중에서, 액체 파라핀유의 질량백분율은 75%이고, 폴리에틸렌 수지의 질량백분율은 25%이며, 2축 동방향 압출기를 거쳐 용융하고, 압출기 온도는 210℃이고, 몰드헤드 유로를 통해 압출하여 폴리올레핀층 용융체를 얻는 단계 1;
제조된 폴리올레핀층 용융체가 몰드헤드 중간 유로를 통과해 압출되어 복합 용융체를 얻고, 캐스팅 스트립 설비를 통해 냉각 가공하고, 캐스팅 스트립 속도는 6m/min이고, 캐스팅 스트립 온도는 10℃이고, 4개의 캐스팅 스트립 롤러 S라인을 통해 양면의 급랭 가공을 진행하여 폴리에틸렌 겔 시트를 얻는 단계 S1;
제조된 폴리에틸렌 겔 시트를 70℃의 온도 조건하에서, 먼저 종방향으로 6배 인장하고, 이어서, 횡방향으로 6배 인장해 인장막을 얻는 단계 S2;
추출제로 인장막 미세공 안의 파라핀유를 세척하고 건조시켜 추출제를 제거하며; 120℃의 온도 조건하에서 열 정형을 처리하며; 바람직하게, 추출제가 디클로로메탄인 단계 S3;을 포함하는 단계 2;
열 정형 처리된 후의 인장막을 권선기로 45m/min의 속도로 감고 절단기로 150m/min의 속도로 절단하여 두께가 12μm인 분리막을 얻는 단계 3;을 포함한다.
대조예 2
리튬 이온 배터리 분리막을 습식 공법으로 제조하며, 이하의 단계,
중량 평균 분자량이 5×105~4×106인 폴리에틸렌 수지와 분자량이 300~1500인 고체 파라핀유를 취해 폴리에틸렌 수지와 파라핀유를 혼합하고, 혼합물 중에서, 고체 파라핀유의 질량백분율은 75%이고, 폴리에틸렌 수지의 질량백분율은 25%이며, 2축 동방향 압출기를 거쳐 용융하고, 압출기 온도는 220℃이고, 몰드헤드 유로를 통해 압출하여 폴리올레핀층 용융체를 얻는 단계 1;
제조된 폴리올레핀층 용융체가 몰드헤드 중간 유로를 통과해 압출되어 용융체를 얻고, 캐스팅 스트립 설비를 통해 냉각 가공하고, 캐스팅 스트립 속도는 6m/min이고, 캐스팅 스트립 온도는 12℃이고, 4개의 캐스팅 스트립 롤러 S라인을 통해 양면의 급랭 가공을 진행하여 폴리에틸렌 겔 시트를 얻는 단계 S1;
제조된 폴리에틸렌 겔 시트를 60℃의 온도 조건하에서, 먼저 종방향으로 5배 인장하고, 이어서, 횡방향으로 5배 인장해 인장막을 얻는 단계 S2;
추출제로 인장막 미세공 안의 파라핀유를 세척하고 건조시켜 추출제를 제거하며; 125℃의 온도 조건하에서 열 정형을 처리하며; 바람직하게, 추출제가 디클로로메탄인 단계 S3;을 포함하는 단계 2;
열 정형 처리된 후의 인장막을 권선기로 45m/min의 속도로 감고 절단기로 150m/min의 속도로 절단하여 두께가 12μm인 분리막을 얻는 단계 3;을 포함한다.
실시예 4
리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막에 있어서, 다층 복합 분리막은 3층 구조이며, 위부터 아래로 차례대로 기능층, 폴리올레핀층, 기능층이다.
기능층은 아래 질량백분율의 원료인 폴리프로필렌(polypropylen) 수지 85%와 LATP 나노 입자 15%를 포함하며; LATP 나노 입자의 입경은 40nm이다.
다층 복합 분리막을 건식 공법으로 제조하며, 이하의 단계,
중량 평균 분자량이 2×106~5×106인 폴리프로필렌 수지를 취해 1축 압출기를 거쳐 용융하고, 압출기 온도는 210℃이고, 3층 몰드헤드의 중간 유로를 통해 압출하여 폴리올레핀층 용융체를 얻으며;
중량 평균 분자량이 2×106~5×106인 폴리프로필렌 수지와 입경이 40nm인 LATP 나노 입자를 혼합하고, 폴리프로필렌 수지의 질량백분율은 85%이고, LATP 나노 입자의 질량백분율은 15%이며; 1축 동방향 압출기를 거쳐 용융하고, 압출기 온도는 220℃이고, 3층 몰드헤드의 양측 유로를 통해 압출하여 기능층 용융체를 얻는 단계 1;
캐스팅 스트립을 통해 제조된 폴리올레핀층 용융체와 기능층 용융체를 저온 급랭 가공하고, 캐스팅 스트립 속도는 6m/min이고, 캐스팅 스트립 온도는 35℃이고, 4개의 캐스팅 스트립 롤러 S라인을 통해 양면의 급랭 가공을 진행하여 기능층+폴리올레핀층+기능층 구조를 갖는 겔 시트를 얻는 단계 S1;
제조된 겔 시트를 160℃의 온도 조건하에서 2배 인장해 인장막을 얻는 단계 S2;를 포함하는 단계 2;
제조된 인장막을 권선기로 140m/min의 속도로 감고 절단기로 75m/min의 속도로 절단하여 다층 복합 분리막을 얻는 단계 3;을 포함한다.
다층 복합 분리막의 두께는 16μm이고, 단일층 기능층의 두께는 4μm이고, 폴리올레핀층의 두께는 8μm이다. 다층 복합 분리막의 통풍도는 150S/100ml이고, 미세공 구조의 부피 점유율은 45%이고, 미세공의 구경은 40nm이다.
본 실시예는 폴리프로필렌에 한정되지 않으며, 폴리프로필렌 외의 기타 폴리올레핀 계열에도 적용한다.
실시예 5
리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막에 있어서, 다층 복합 분리막은 3층 구조이며, 위부터 아래로 차례대로 기능층, 폴리올레핀층, 기능층이다.
기능층은 아래 질량백분율의 원료인 폴리프로필렌 수지 90%와 LATP 나노 입자 10%을 포함하며; LATP 나노 입자의 입경은 40nm이다.
다층 복합 분리막을 건식 공법으로 제조하며, 이하의 단계,
중량 평균 분자량이 2×106~5×106인 폴리프로필렌 수지를 취해 1축 압출기를 거쳐 용융하고, 압출기 온도는 210℃이고, 3층 몰드헤드의 중간 유로를 통해 압출하여 폴리올레핀층 용융체를 얻으며;
중량 평균 분자량이 2×106~5×106인 폴리프로필렌 수지와 입경이 40nm인 LATP 나노 입자를 혼합하고, 폴리프로필렌 수지의 질량백분율은 90%이고, LATP 나노 입자의 질량백분율은 10%이며; 1축 동방향 압출기를 거쳐 용융하고, 압출기 온도는 220℃이고, 3층 몰드헤드의 양측 유로를 통해 압출하여 기능층 용융체를 얻는 단계 1;
캐스팅 스트립을 통해 제조된 폴리올레핀층 용융체와 기능층 용융체를 저온 급랭 가공하고, 캐스팅 스트립 속도는 6m/min이고, 캐스팅 스트립 온도는 40℃이고, 5개의 캐스팅 스트립 롤러 S라인을 통해 양면의 급랭 가공을 진행하여 기능층+폴리올레핀층+기능층 구조를 갖는 겔 시트를 얻는 단계 S1;
제조된 겔 시트를 160℃의 온도 조건하에서 2배 인장해 인장막을 얻는 단계 S2;를 포함하는 단계 2;
제조된 인장막을 권선기로 140m/min의 속도로 감고 절단기로 75m/min의 속도로 절단하여 다층 복합 분리막을 얻는 단계 3;을 포함한다.
다층 복합 분리막의 두께는 16μm이고, 단일층 기능층의 두께는 4μm이고, 폴리올레핀층의 두께는 8μm이다. 다층 복합 분리막의 통풍도는 150S/100ml이고, 미세공 구조의 부피 점유율은 45%이고, 미세공의 구경은 40nm이다.
본 실시예는 폴리프로필렌에 한정되지 않으며, 폴리프로필렌 외의 기타 폴리올레핀 계열에도 적용한다.
실시예 6
리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막에 있어서, 다층 복합 분리막은 3층 구조이며, 위부터 아래로 차례대로 기능층, 폴리올레핀층, 기능층이다.
기능층은 아래 질량백분율의 원료인 폴리프로필렌 수지 94%와 LATP 나노 입자 6%을 포함하며; LATP 나노 입자의 입경은 40nm이다.
다층 복합 분리막을 건식 공법으로 제조하며, 이하의 단계,
중량 평균 분자량이 2×106~5×106인 폴리프로필렌 수지를 취해 1축 압출기를 거쳐 용융하고, 압출기 온도는 210℃이고, 3층 몰드헤드의 중간 유로를 통해 압출하여 폴리올레핀층 용융체를 얻으며;
중량 평균 분자량이 2×106~5×106인 폴리프로필렌 수지와 입경이 40nm인 LATP 나노 입자를 혼합하고, 폴리프로필렌 수지의 질량백분율은 94%이고, LATP 나노 입자의 질량백분율은 6%이며; 1축 동방향 압출기를 거쳐 용융하고, 압출기 온도는 220℃이고, 3층 몰드헤드의 양측 유로를 통해 압출하여 기능층 용융체를 얻는 단계 1;
캐스팅 스트립을 통해 제조된 폴리올레핀층 용융체와 기능층 용융체를 저온 급랭 가공하고, 캐스팅 스트립 속도는 6m/min이고, 캐스팅 스트립 온도는 35℃이고, 5개의 캐스팅 스트립 롤러 S라인을 통해 양면의 급랭 가공을 진행하여 기능층+폴리올레핀층+기능층 구조를 갖는 겔 시트를 얻는 단계 S1;
제조된 겔 시트를 160℃의 온도 조건하에서 2배 인장해 인장막을 얻는 단계 S2;를 포함하는 단계 2;
제조된 인장막을 권선기로 140m/min의 속도로 감고 절단기로 75m/min의 속도로 절단하여 다층 복합 분리막을 얻는 단계 3;을 포함한다.
다층 복합 분리막의 두께는 16μm이고, 단일층 기능층의 두께는 4μm이고, 폴리올레핀층의 두께는 8μm이다. 다층 복합 분리막의 통풍도는 150S/100ml이고, 미세공 구조의 부피 점유율은 45%이고, 미세공의 구경은 40nm이다.
본 실시예는 폴리프로필렌에 한정되지 않으며, 폴리프로필렌 외의 기타 폴리올레핀 계열에도 적용한다.
대조예 3
리튬 이온 배터리 분리막을 건식 공법으로 제조하며, 이하의 단계,
중량 평균 분자량이 2×106~5×106인 폴리프로필렌 수지를 취해 1축 압출기를 거쳐 용융하고, 압출기 온도는 210℃이고, 몰드헤드 유로를 통해 압출하여 폴리올레핀층 용융체를 얻는 단계 1;
캐스팅 스트립을 통해 제조된 폴리올레핀층 용융체를 저온 급랭 가공하고, 캐스팅 스트립 속도는 7m/min이고, 캐스팅 스트립 온도는 40℃이고, 5개의 캐스팅 스트립 롤러 S라인을 통해 양면의 급랭 가공을 진행하여 폴리프로필렌 겔 시트를 얻는 단계 S1;
제조된 폴리프로필렌 겔 시트를 160℃의 온도 조건하에서 2배 인장해 인장막을 얻는 단계 S2;을 포함하는 단계 2;
제조된 인장막을 권선기로 140m/min의 속도로 감고 절단기로 75m/min의 속도로 절단하여 두께가 16μm인 분리막을 얻는 단계 3;을 포함한다.
대조예 4
리튬 이온 배터리 분리막을 건식 공법으로 제조하며, 이하의 단계,
중량 평균 분자량이 2×106~5×106인 폴리프로필렌 수지를 취해 1축 압출기를 거쳐 용융하고, 압출기 온도는 200℃이고, 몰드헤드 유로를 통해 압출하여 폴리올레핀층 용융체를 얻는 단계 1;
캐스팅 스트립을 통해 제조된 폴리올레핀층 용융체를 저온 급랭 가공하고, 캐스팅 스트립 속도는 5m/min이고, 캐스팅 스트립 온도는 40℃이고, 5개의 캐스팅 스트립 롤러 S라인을 통해 양면의 급랭 가공을 진행하여 폴리프로필렌 겔 시트를 얻는 단계 S1;
제조된 폴리프로필렌 겔 시트를 160℃의 온도 조건하에서 1배 인장해 인장막을 얻는 단계 S2;을 포함하는 단계 2;
제조된 인장막을 권선기로 140m/min의 속도로 감고 절단기로 75m/min의 속도로 절단하여 두께가 16μm인 분리막을 얻는 단계 3;을 포함한다.
실시예 7
리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막에 있어서, 다층 복합 분리막은 3층 구조이며, 위부터 아래로 차례대로 기능층, 폴리올레핀층, 기능층이다.
기능층은 아래 질량백분율의 원료인 폴리에틸렌 수지 80%와 LATP 나노 입자 20%를 포함한다.
습식 공법으로 다층 복합 분리막을 제조하며, 습식 공법은 이하의 단계,
중량 평균 분자량이 5×105~4×106인 폴리에틸렌 수지와 분자량이 300~1500인 액체 파라핀유를 취해 폴리에틸렌 수지와 파라핀유를 혼합하고, 혼합물 중 액체 파라핀유의 질량백분율은 75%이고, 폴리에틸렌 수지의 질량백분율은 25%이며, 2축 동방향 압출기를 거쳐 용융하고, 압출기 온도는 180℃이고, 몰드헤드 유로를 통해 압출하여 폴리올레핀층 용융체를 얻으며;
중량 평균 분자량이 5×105~4×106인 폴리에틸렌 수지, 분자량이 300~1500인 액체 파라핀유와 입경이 40nm인 LATP 나노 입자를 취해 혼합하고, 혼합물 중에서, 액체 파라핀유의 질량백분율은 75%이고, 폴리에틸렌 수지+LATP 나노 입자의 질량백분율은 25%이며; 2축 동방향 압출기를 거쳐 용융하고, 압출기 온도는 150℃이고, 3층 몰드헤드의 양측 유로를 통해 압출하여 기능층 용융체를 얻는 단계 1;
제조된 폴리올레핀층 용융체가 몰드헤드 중간 유로를 통과하고 기능층 용융체가 몰드헤드 양변 유로를 통과해 압출되어 복합 용융체를 얻고, 캐스팅 스트립 설비를 통해 냉각 가공하고, 캐스팅 스트립 속도는 4m/min이고, 캐스팅 스트립 온도는 8℃이고, 4개의 캐스팅 스트립 롤러 S라인을 통해 양면의 급랭 가공을 진행하여 기능층+폴리올레핀층+기능층 구조를 갖는 겔 시트를 얻는 단계 S1;
제조된 겔 시트를 50℃의 온도 조건하에서, 먼저 종방향으로 5배 인장하고, 이어서, 횡방향으로 5배 인장해 인장막을 얻는 단계 S2;
추출제로 인장막 미세공 안의 파라핀유를 세척하고 건조시켜 추출제를 제거하며; 120℃의 온도 조건하에서 열 정형하며; 바람직하게, 추출제가 디클로로메탄인 단계 S3;을 포함하는 단계 2;
열 정형 처리된 후의 인장막을 권선기로 45m/min의 속도로 감고 절단기로 150m/min의 속도로 절단하여 다층 복합 분리막을 얻는 단계 3;을 포함한다.
다층 복합 분리막의 두께는 5μm이고, 단일층 기능층의 두께는 1.25μm이고, 폴리올레핀층의 두께는 2.5μm이다. 다층 복합 분리막의 통풍도는 500S/100ml이고, 미세공 구조의 부피 점유율은 70%이고, 미세공의 구경은 30nm이다.
본 실시예는 폴리에틸렌에 한정되지 않으며, 폴리에틸렌 외의 기타 폴리올레핀 계열에도 적용한다.
실시예 8
리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막에 있어서, 다층 복합 분리막은 3층 구조이며, 위부터 아래로 차례대로 기능층, 폴리올레핀층, 기능층이다.
기능층은 아래 질량백분율의 원료인 폴리프로필렌 수지 90%와 LATP 나노 입자 10%를 포함하며; LATP 나노 입자의 입경은 100nm이다.
다층 복합 분리막을 건식 공법으로 제조하며, 이하의 단계,
중량 평균 분자량이 2×106~5×106인 폴리프로필렌 수지를 취해 1축 압출기를 거쳐 용융하고, 압출기 온도는 230℃이고, 3층 몰드헤드의 중간 유로를 통해 압출하여 폴리올레핀층 용융체를 얻으며;
중량 평균 분자량이 2×106~5×106인 폴리프로필렌 수지와 입경이 100nm인 LATP 나노 입자를 취해 혼합하고, 폴리프로필렌 수지의 질량백분율은 90%이고, LATP 나노 입자의 질량백분율은 10%이며; 1축 동방향 압출기를 거쳐 용융하고, 압출기 온도는 250℃이고, 3층 몰드헤드의 양측 유로를 통해 압출하여 기능층 용융체를 얻는 단계 1;
캐스팅 스트립을 통해 제조된 폴리올레핀층 용융체와 기능층 용융체를 저온 급랭 가공하고, 캐스팅 스트립 속도는 6m/min이고, 캐스팅 스트립 온도는 35℃이고, 5개의 캐스팅 스트립 롤러 S라인을 통해 양면의 급랭 가공을 진행하여 기능층+폴리올레핀층+기능층 구조를 갖는 겔 시트를 얻는 단계 S1;
제조된 겔 시트를 200℃의 온도 조건하에서 2배 인장해 인장막을 얻는 단계 S2; 를 포함하는 단계 2;
제조된 인장막을 권선기로 140m/min의 속도로 감고 절단기로 75m/min의 속도로 절단하여 다층 복합 분리막을 얻는 단계 3;을 포함한다.
다층 복합 분리막의 두께는 60μm이고, 단일층 기능층의 두께는 15μm이고, 폴리올레핀층의 두께는 30μm이다. 다층 복합 분리막의 통풍도는 50S/100ml이고, 미세공 구조의 부피 점유율은 30%이고, 미세공의 구경은 100nm이다.
본 실시예는 폴리프로필렌에 한정되지 않으며, 폴리프로필렌 외의 기타 폴리올레핀 계열에도 적용한다.
실험예
실시예 1 내지 8, 대조예 1 내지 4에서 제조된 다층 복합 분리막을 추출하여 그 성능을 검측하며, 검측 결과는 아래 표 1 및 표 2를 참조한다.
Figure 112021100327796-pat00001
표 1
Figure 112021100327796-pat00002
표 2
실시예 1 내지 3은 본 발명의 제조방안을 이용함으로써, 폴리에틸렌 수지를 인장막 재료로 사용하고, 습식 필름제조공법으로 제조하여 다층 복합 분리막을 얻었다. 표 1 내지 2의 데이터로부터 알 수 있다시피, 실시예 1 내지 3에서 제조된 다층 복합 분리막은 굴곡도가 7~10 내외이지만, 대조예 1 내지 2의 굴곡도는 3~4 내외에 불과하며; 이와 동시에, 실시예 1 내지 3에서 제조된 다층 복합 분리막의 인장 강도, 펀칭 강도, 내열 성능과 배터리 에너지 밀도가 모두 대조예 1 내지 2보다 우수하다.
실시예 4 내지 6은 본 발명의 제조방안을 이용함으로써, 폴리프로필렌 수지를 인장막 재료로 사용하고, 건식 필름제조공법으로 제조하여 다층 복합 분리막을 얻었으며, 표 1 내지 2의 데이터로부터 알 수 있다시피, 실시예 4 내지 6에서 제조된 다층 복합 분리막은 굴곡도가 4~7 내외이지만, 대조예 3 내지 4의 굴곡도는 2~3 내외에 불과하며; 동시에, 실시예 4 내지 6에서 제조된 다층 복합 분리막의 인장 강도, 펀칭 강도, 내열 성능과 배터리 에너지 밀도가 모두 대조예 3 내지 4보다 우수하다.
총체적으로, 본 발명은 LATP 나노 입자를 폴리올레핀과 혼합하여 제조된 다층 복합 분리막이 리튬 이온을 자체적으로 구비하여 배터리 에너지 밀도를 효과적으로 향상시키고, 분리막의 기계적 강도를 향상시키는 동시에, 전통 리튬 이온 배터리의 리튬 수지상 결정 문제를 해결하였다.
최종적으로, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과하여 본 발명을 한정하는 데 사용하지 않으며, 상기 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명하였지만, 본 기술분야의 기술자들은 여전히 상기 각 실시예에 기재된 기술방안을 수정하거나 또는 그 중의 일부 기술특징을 균등하게 치환할 수 있다. 본 발명의 정신과 원칙 내에서 진행한 모든 수정, 균등 치환, 개선 등은 모두 본 발명의 보호범위 내에 포함되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막에 있어서,
    상기 다층 복합 분리막은 3층 구조로서, 위부터 아래로 차례대로 기능층, 폴리올레핀(polyolefin)층, 기능층이며;
    다층 복합 분리막의 제조방법은 이하의 단계,
    폴리올레핀 수지와 파라핀유를 혼합하고, 압출기를 거쳐 용융하고, 압출해 폴리올레핀층 용융체를 얻으며; 폴리올레핀 수지, 파라핀유와 LATP 나노 입자를 혼합하고, 압출기를 거쳐 용융하고, 압출해 기능층 용융체를 얻는 단계 (1);
    단계 (1)에서 제조된 폴리올레핀층 용융체와 기능층 용융체를 건식 공법 또는 습식 공법으로 복합해 인장막을 제조하는 단계 (2);
    단계 (2)에서 처리된 인장막을 감고 절단하여 다층 복합 분리막을 얻는 단계 (3);을 포함하고,
    상기 습식 공법은 이하의 단계,
    단계 (1)에서 제조된 폴리올레핀층 용융체가 몰드헤드 중간 유로를 통과하고, 기능층 용융체가 몰드헤드 양변 유로를 통과해 압출되어 복합 용융체를 얻고, 캐스팅 스트립(casting strip) 설비로 냉각 가공하고, 캐스팅 스트립 속도는 4~10m/min이고, 캐스팅 스트립 온도는 8~60℃이고, 4개 내지 5개의 캐스팅 스트립 롤러 S라인을 통해 양면의 급랭 가공을 진행하여 다층 구조의 겔 시트(gel sheet)를 얻는 단계 S1;
    단계 S1에서 제조된 겔 시트를 50~130℃의 온도 조건하에서, 먼저 종방향으로 5배 내지 10배 인장하고, 이어서, 횡방향으로 5배 내지 10배 인장하여 기저막을 얻는 단계 S2;
    기저막은 추출제를 통해 분리막 미세공 안의 파라핀유를 세척하고 건조시켜 추출제를 제거하는 단계 S3;
    단계 S3에서 처리된 후의 기저막을 100~150℃의 온도 조건하에서 열 정형을 처리해 인장막을 얻는 단계 S4;를 포함하고,
    상기 건식 공법은 이하의 단계,
    단계 (1)에서 제조된 폴리올레핀층 용융체가 몰드헤드 중간 유로를 통과하고, 기능층 용융체가 몰드헤드 양변 유로를 통과해 압출되어 복합 용융체를 얻고, 캐스팅 스트립 설비를 통해 냉각 가공하고, 캐스팅 스트립 속도는 4~10m/min이고, 캐스팅 스트립 온도는 8~60℃이고, 4개 내지 5개의 캐스팅 스트립 롤러 S라인을 통해 양면의 급랭 가공을 진행하여 다층 구조의 겔 시트를 얻는 단계 S1;
    온도가 100~200℃인 조건하에서, 단계 S1에서 제조된 겔 시트를 1배 내지 2배 인장해 인장막을 얻는 단계 S2;를 포함하며,
    상기 다층 복합 분리막은 두께가 5~60μm이고, 통풍도가 50~500 S/100ml이며; 상기 다층 복합 분리막은 미세공 구조의 부피 점유율이 30~70%이고, 미세공의 구경이 30~100nm이고,
    상기 LATP 나노 입자는 입경이 10~100nm인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기능층은 아래 질량백분율의 원료인 폴리올레핀 80~94%와 LATP 나노 입자 6~20%를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기능층의 두께는 다층 복합 분리막의 총 두께의 1/4이고, 상기 폴리올레핀층의 두께는 다층 복합 분리막의 총 두께의 1/2인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (1)의 단계는,
    폴리올레핀 수지를 취하여 파라핀유와 혼합하고, 180~230℃의 온도 조건하에서 축 동방향 압출기를 거쳐 용융해 압출되어 폴리올레핀층 용융체를 얻는 단계;
    폴리올레핀 수지, 파라핀유와 LATP 나노 입자를 혼합하고, 150~250℃의 온도 조건하에서 축 동방향 압출기를 거쳐 용융해 압출되어 기능층 용융체를 얻는 단계; 인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막.
KR1020210115152A 2021-03-15 2021-08-30 리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막 및 그 제조방법 KR102382647B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110276472.XA CN112688029B (zh) 2021-03-15 2021-03-15 一种锂离子电池多层复合隔膜及其制备方法
CN202110276472.X 2021-03-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102382647B1 true KR102382647B1 (ko) 2022-04-08

Family

ID=75455555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210115152A KR102382647B1 (ko) 2021-03-15 2021-08-30 리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막 및 그 제조방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102382647B1 (ko)
CN (1) CN112688029B (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114243213B (zh) * 2021-11-15 2023-03-24 华南理工大学 高负载陶瓷颗粒的超薄高强多层复合隔膜及其制备方法
CN114284554A (zh) * 2021-12-06 2022-04-05 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种凝胶锂离子电池制备方法及制得的凝胶锂离子电池
CN114229817A (zh) * 2021-12-10 2022-03-25 河北金力新能源科技股份有限公司 功能性磷酸钛锂铝耐温电池隔膜及其制备方法
CN114243222B (zh) * 2021-12-23 2022-09-20 中材锂膜有限公司 截面结构一致性高的隔膜及其制备方法
CN115832611A (zh) * 2022-09-02 2023-03-21 北京卫蓝新能源科技有限公司 嵌入式固态电解质隔膜及其制备方法与应用
CN115842215A (zh) * 2022-10-26 2023-03-24 宁德时代新能源科技股份有限公司 隔膜、极片、卷绕式电芯、电池和用电装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102501419A (zh) * 2011-11-25 2012-06-20 佛山市金辉高科光电材料有限公司 一种聚烯烃多层微多孔膜及其制备方法
KR20160046386A (ko) * 2014-10-20 2016-04-29 주식회사 엘지화학 이차 전지용 고내열성 다층 분리막

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100565975C (zh) * 2006-11-02 2009-12-02 许贵斌 一种锂离子电池用聚烯微多孔隔膜及其制造方法
KR101699037B1 (ko) * 2012-11-12 2017-01-23 주식회사 엘지화학 세퍼레이터의 제조방법, 그에 의해 제조된 세퍼레이터 및 그를 포함하는 전기화학소자
CN106784549A (zh) * 2016-12-20 2017-05-31 上海恩捷新材料科技股份有限公司 一种隔离膜及其制备的抗重物冲击的电化学装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102501419A (zh) * 2011-11-25 2012-06-20 佛山市金辉高科光电材料有限公司 一种聚烯烃多层微多孔膜及其制备方法
KR20160046386A (ko) * 2014-10-20 2016-04-29 주식회사 엘지화학 이차 전지용 고내열성 다층 분리막

Also Published As

Publication number Publication date
CN112688029A (zh) 2021-04-20
CN112688029B (zh) 2021-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102382647B1 (ko) 리튬 이온 배터리 다층 복합 분리막 및 그 제조방법
Zhang et al. High-safety separators for lithium-ion batteries and sodium-ion batteries: advances and perspective
CN105576172B (zh) 交联聚烯烃隔膜及其制备方法
US20230006307A1 (en) Battery separator, preparation method for battery separator, battery, and terminal
CN1897329A (zh) 锂离子电池用聚烯微多孔多层隔膜及其制造方法
CN100403581C (zh) 锂电池、锂离子电池安全隔膜及其制造方法
CN103407140B (zh) 一种pp/pe/pp三层复合微孔膜的制备方法
CN102248713B (zh) 一种聚烯微多孔多层隔膜及其制造方法
WO2013075523A1 (zh) 一种聚烯烃多层微多孔膜及其制备方法
JP2020031047A (ja) 分離膜およびその製造方法
WO2012061963A1 (zh) 多孔膜及其制备方法
CN102064301A (zh) 锂电池用多孔多层复合隔膜的制造方法及隔膜
CN108039443A (zh) 一种锂电池用复合隔膜及其制备方法
JP2016507877A (ja) 分離膜の製造方法とその分離膜及びこれを用いた電池
CN102858858A (zh) 聚烯烃树脂多孔膜、以及使用其的非水电解质电池用隔板
JPWO2014192861A1 (ja) ポリオレフィン多層微多孔膜およびその製造方法
CN111138741A (zh) 高性能聚烯烃隔膜及其制备方法
CN112886138A (zh) 一种两面微孔不同的微孔膜及其制备方法
KR20170029399A (ko) 다공성 필름의 제조 방법, 이로 제조된 다공성 필름, 및 이를 포함한 분리막 또는 전기화학 전지
CN103531734B (zh) 一种锂离子电池隔膜及制备方法
CN115621664B (zh) 一种耐穿刺锂电池隔膜及其制备方法
CN111081944B (zh) 多层微孔复合聚烯烃膜及制备方法、锂离子电池和fe赛车
WO2023071543A1 (zh) 复合隔膜、电化学装置和电子设备
CN112688025A (zh) 一种耐热动力锂电池隔膜的制备方法及其制备方法
CN111933873A (zh) 一种孔径均匀的隔膜及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant