KR102414898B1 - Porous composite separator and electrochemical device including the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다공성 복합 분리막 및 이를 포함하는 전기화학소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 용융온도 이상의 온도에서 인장응력(tension stress)을 가할 시 즉각적으로 파단 되지 않고 연신 거동을 보이는 다공성 복합 분리막 및 이를 사용함을 특징으로 하는 전기화학소자에 관한 것이다.
본 발명에 따른 다공성 복합 분리막이 양극 및 음극판 사이에 개재된 리튬이차전지는 관통 테스트 시 관통에 의한 내부단락을 억제하여 관통 안전성을 확보할 수 있다.
The present invention relates to a porous composite separator and an electrochemical device including the same, and more specifically, to a porous composite separator showing an elongation behavior without being immediately broken when a tensile stress is applied at a temperature higher than the melting temperature and using the same It relates to an electrochemical device characterized in that.
In the lithium secondary battery in which the porous composite separator according to the present invention is interposed between the positive electrode and the negative electrode plate, penetration safety can be secured by suppressing the internal short circuit due to penetration during the penetration test.

Description

다공성 복합 분리막 및 이를 포함하는 전기화학소자{POROUS COMPOSITE SEPARATOR AND ELECTROCHEMICAL DEVICE INCLUDING THE SAME}A porous composite separator and an electrochemical device comprising the same

본 발명은 다공성 복합 분리막 및 이를 포함하는 전기화학소자에 관한 발명이다. 보다 구체적으로는 용융온도 이상의 온도에서 인장응력(tension stress)을 가하여도 즉각적으로 파단 되지 않고 연신 거동을 보이는 다공성 복합 분리막 및 이를 포함함으로써 폭발에 대한 위험으로부터 안전한 전기화학소자에 관한 것이다.The present invention relates to a porous composite separator and an electrochemical device including the same. More specifically, it relates to a porous composite separator that does not immediately break even when a tensile stress is applied at a temperature higher than the melting temperature and exhibits an elongation behavior, and an electrochemical device that is safe from the risk of explosion by including the same.

최근 에너지 저장기술에 대한 관심이 급증하고 있으며, 휴대폰, 노트북, 전기 자동차 등에 사용되는 전기화학소자에 대한 연구가 급증하고 있다. 이중 리튬이차전지에 대한 연구가 있다.Recently, interest in energy storage technology is rapidly increasing, and research on electrochemical devices used in mobile phones, laptops, and electric vehicles is rapidly increasing. There are studies on lithium secondary batteries.

일반적인 리튬이차전지는 리튬 복합 산화물을 포함한 양극, 리튬 이온의 흡장 및 방출 가능한 재료를 포함하는 음극, 그리고 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막 및 비수전해액을 구비하고 있다. 상기 양극과 음극은 분리막을 개재하여 적층 되거나, 또는 적층 후에 감겨져 기둥형의 권회 전극이 구성된다. A typical lithium secondary battery includes a positive electrode including lithium composite oxide, a negative electrode including a material capable of occluding and releasing lithium ions, and a separator and a non-aqueous electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode. The positive electrode and the negative electrode are laminated with a separator interposed therebetween, or are wound after lamination to form a columnar wound electrode.

상기 분리막은 양극과 음극 사이를 전기적으로 절연하는 역할과 비수전해액을 지지하는 역할을 갖는다. 이러한 리튬이차전지의 분리막은 폴리올레핀 미다공막을 사용하는 것이 일반적이다. 폴리올레핀 미다공막은 우수한 전기 절연성, 이온 투과성을 나타내는 것으로서, 상기 리튬이차전지나 콘덴서 등의 분리막으로 널리 이용되고 있다. 이와 같은 전지부는 젤리(Jelly)를 와인딩한 형상과 유사하여 일반적으로 젤리 롤(Jelly Roll)이라 불린다.The separator has a role of electrically insulating between the anode and the cathode and a role of supporting the non-aqueous electrolyte. As a separator of such a lithium secondary battery, it is common to use a polyolefin microporous membrane. The polyolefin microporous membrane exhibits excellent electrical insulation and ion permeability, and is widely used as a separator for lithium secondary batteries and capacitors. Such a battery part is similar to the shape of winding jelly (Jelly), so it is generally called a jelly roll (Jelly Roll).

최근에는 이차전지의 고용량, 고출력 추세에 맞추어 전지의 안정성이 더욱 요구되고 있으며, 이의 향상이 주요 연구 과제의 하나로 진행되고 있다. 예를 들어, 리튬이차전지는 내부 단락, 과충전, 과방전 등에 의한 발열로 인해 전해질 분해 반응과 열폭주 현상이 발생할 경우, 전지 내부의 압력이 급격히 상승하여 전지의 발화 및 폭발이 유발될 수 있다. 특히 리튬이차전지의 내부 단락은 날카로운 물체가 전지의 외부 케이스를 뚫고서 내부의 전극판을 관통하는 직접적인 충격에 의해서 일어 날 수 있다. Recently, in accordance with the trend of high capacity and high output of secondary batteries, the stability of batteries is more required, and improvement thereof is being conducted as one of the main research tasks. For example, in a lithium secondary battery, when an electrolyte decomposition reaction and thermal runaway occur due to heat generation due to an internal short circuit, overcharge, overdischarge, etc., the pressure inside the battery rapidly rises, which may cause ignition and explosion of the battery. In particular, an internal short circuit of a lithium secondary battery may be caused by a direct impact of a sharp object penetrating the outer case of the battery and penetrating the inner electrode plate.

이때, 전극 간 단락으로 인해 각 전극판에 저장되어 있던 높은 전기 에너지가 순식간에 도전되므로 과충전이나 과방전과 같은 다른 안전 사고와 달리 폭발의 위험이 높다. 폭발은 단순히 이차전지가 파손되는 것 이외에 사용자에게 치명적인 피해를 가할 수 있으므로, 이차전지 설계자는 내부 단락에 의한 폭발 현상으로부터 안정성을 확보 할 수 있도록 다양한 측면에서 이차전지 설계 기술을 개발할 필요가 있다. At this time, since the high electrical energy stored in each electrode plate is instantaneously conducted due to a short circuit between the electrodes, there is a high risk of explosion unlike other safety accidents such as overcharging or overdischarging. Since an explosion can inflict fatal damage to users in addition to simply damaging the secondary battery, the secondary battery designer needs to develop secondary battery design technology in various aspects to secure stability from the explosion caused by an internal short circuit.

이에, 새로운 설계 기술이 적용된 이차전지는 내부 단락으로 인한 폭발 방지 설계가 잘 이루어졌는지를 확인하는 안정성 평가 시험을 거치게 된다. 그 중 대표적인 것이 이차전지를 네일 (nail)과 같은 날카로운 물체로 관통시켜서 내부 단락을 유발한 후 안전성이 보장되는지 여부를 확인하는 관통 테스트 (penetration test)이다. 관통 테스트는 네일을 전지 셀 외부로부터 관통시키는 것으로, 외력에 의하여 심각한 내부 단락이 일어나는 경우를 대비하기 위해 수행된다. Accordingly, the secondary battery to which the new design technology is applied is subjected to a stability evaluation test to determine whether the design to prevent explosion due to an internal short circuit is well made. A typical example is a penetration test that checks whether safety is guaranteed after a secondary battery is penetrated with a sharp object such as a nail to cause an internal short circuit. The penetration test is to penetrate the nail from the outside of the battery cell, and is performed to prepare for a case where a serious internal short circuit occurs due to an external force.

네일의 관통으로 내부 단락이 발생하는 경우 단락이 발생한 특정 부위에 순간적으로 에너지가 몰리게 된다. 이때 단락에 의한 순간적인 발열로 분리막의 수축 및 파단이 발생하면서 전극간 단락이 심화되고, 이로 인한 열 폭주로 전지의 폭발 위험성이 높아진다.When an internal short circuit occurs due to nail penetration, energy is instantaneously concentrated on the specific area where the short circuit occurred. At this time, the short circuit between the electrodes intensifies as the separator contracts and breaks due to instantaneous heat generation due to the short circuit, which increases the risk of explosion of the battery due to thermal runaway.

종래의 리튬이차전지의 경우 관통 안전성을 확보하기 위해 다양한 측면에서 전지 설계기술이 개발되었다. 예를 들어 대한민국 공개특허 제 2000-0066879호에서는 전극판의 적어도 일면에 유기용매에 소정량의 고분자 소재를 교반하여 제조되는 슬러리를 도포하여 코팅층을 형성함으로써 관통 안정성을 확보하는 방법을 개시하고 있다. 대한민국 공개특허 제 2008-0105853호에서는 양극 또는 음극의 극판면들 중 적어도 한 면에 세라믹 층을 코팅한 양극 또는 음극을 포함하는 리튬이온 이차전지를 제시하고 있다. 또한 대한민국 공개특허 제 2016-0089153호에서는 이차 전지의 외형을 구성하는 케이스의 내부에 절연 물질을 수용하는 백을 포함하여 관통 안전성을 확보하는 리튬 이차전지가 제시되었다. 하지만 상기의 방법들은 종래의 전극공정 변경과 별도의 부자재 도입으로 인해 전지 성능 및 공정성에서 문제점이 있다.In the case of a conventional lithium secondary battery, battery design technology has been developed in various aspects to secure penetration safety. For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2000-0066879 discloses a method of securing penetration stability by forming a coating layer by applying a slurry prepared by stirring a predetermined amount of a polymer material in an organic solvent on at least one surface of an electrode plate. Korean Patent Laid-Open No. 2008-0105853 discloses a lithium ion secondary battery including a positive electrode or a negative electrode coated with a ceramic layer on at least one of the electrode plate surfaces of the positive electrode or the negative electrode. In addition, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2016-0089153 discloses a lithium secondary battery that secures penetration safety by including a bag accommodating an insulating material inside a case constituting the external appearance of the secondary battery. However, the above methods have problems in battery performance and fairness due to the change of the conventional electrode process and the introduction of separate auxiliary materials.

최근에는 분리막의 내열성을 높인 고내열성 분리막의 적용을 통해 관통안전성 확보가 시도되고 있다. 이를 위해 종래의 폴리올레핀계 필름 위에 무기물을 포함한 코팅층을 형성하여 분리막의 열적 안전성 향상을 통해 전지의 안전성을 개선하는 방법을 사용하기도 한다. 이러한 방법의 예로, 한국 등록특허 제0775310호에는 폴리올레핀 미세 다공막에 무기물 입자 및 바인더 고분자 혼합물로 코팅된 활성층을 형성한 분리막을 개시하고 있다.In recent years, attempts have been made to secure penetration stability through the application of a high heat-resistant separator with improved heat resistance of the separator. For this purpose, a method of improving the safety of a battery by forming a coating layer including an inorganic material on a conventional polyolefin-based film is used to improve the thermal stability of the separator. As an example of this method, Korean Patent Registration No. 0775310 discloses a separator in which an active layer coated with an inorganic particle and a binder polymer mixture is formed on a polyolefin microporous membrane.

또한 폴리올레핀보다 내열성이 우수한 고분자 수지를 이용해 기공을 형성하고 이를 분리막으로 적용하는 연구가 진행되고 있다. 예를 들어 미국 공개특허 2006-0019154 A1에서는 폴리올레핀계 분리막을 용융온도가 180℃ 이상인 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리아미드이미드 용액에 함침시킨 후, 응고액에 침지하여 용매를 추출하여 다공성 내열성 수지 박층을 접착시킨 내열성 폴리올레핀계 분리막을 제시하였으며 열수축이 작고 우수한 내열성과 사이클 성능을 주장하고 있다. 아라미드 섬유를 이용한 다공성 아라미드 부직포는 300℃에서도 수축이 발생하지 않아, 고내열성 분리막으로 연구가 진행되었다. In addition, research is being conducted to form pores using a polymer resin that has better heat resistance than polyolefin and to apply it as a separator. For example, in US Patent Publication No. 2006-0019154 A1, a polyolefin-based separator is impregnated in a polyamide, polyimide, or polyamideimide solution having a melting temperature of 180° C. or higher, and then immersed in a coagulating solution to extract the solvent to form a thin layer of porous heat-resistant resin. It presents a heat-resistant polyolefin-based separator that has been adhered, and claims to have low heat shrinkage and excellent heat resistance and cycle performance. The porous aramid nonwoven fabric using aramid fibers did not shrink even at 300°C, so research was conducted as a high heat-resistant separator.

그러나 해당 분리막의 경우 최근 고용량화 되고 있는 전지의 관통 안전성 확보를 위해 사용하기에는 안전성의 정도가 부족할 수 있다.However, in the case of the separator, the degree of safety may be insufficient to be used to secure penetration safety of batteries that have recently been increasing in capacity.

대한민국 공개특허 제 2000-0066879호Republic of Korea Patent Publication No. 2000-0066879 대한민국 공개특허 제 2008-0105853호Republic of Korea Patent Publication No. 2008-0105853 대한민국 공개특허 제 2016-0089153호Republic of Korea Patent Publication No. 2016-0089153 한국 등록특허 제0775310호Korean Patent Registration No. 0775310 미국 공개특허 2006-0019154 A1US Patent Publication 2006-0019154 A1

본 발명은 전기화학소자, 보다 구체적으로 리튬 이차전지의 안전성을 향상시키기 위한 것으로, 특히 네일 안전성 평가 시 외부 관통 네일에 의해 발생할 수 있는 전기적 단락 및 이로 인한 발화 및 폭발을 방지하기 위한 것을 목적으로 한다.The present invention aims to improve the safety of an electrochemical device, more specifically, a lithium secondary battery, and in particular, to prevent an electrical short circuit that may occur due to an external penetrating nail during nail safety evaluation, and ignition and explosion resulting therefrom. .

본 발명은 상기 목적을 달성함에 있어서 전지의 성능상 열화를 가져오지 않는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is not to cause deterioration in battery performance in achieving the above object.

본 발명은 리튬이차전지의 안전성을 확보하기 위하여 특성이 개선된 다공성 복합 분리막 및 이를 이용한 전기화학소자를 제공함을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a porous composite separator having improved characteristics in order to secure the safety of a lithium secondary battery and an electrochemical device using the same.

본 발명의 일 양태는 열기계분석기(TMA)를 이용하여 폭 6mm × 길이 10mm의 시편에 길이방향으로 0.015N~0.2N의 하중을 가한 상태에서 5℃/분으로 승온 시 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 다공성 복합 분리막에 관한 것이다.One aspect of the present invention is a thermomechanical analyzer (TMA) when the temperature is raised to 5 ℃ / min in the state of applying a load of 0.015N to 0.2N in the longitudinal direction to a specimen having a width of 6mm × 10mm in length, Equations 1 and 2 It relates to a porous composite separator that satisfies

[식 1] [Equation 1]

시편의 길이방향 길이가 초기 길이를 넘어서는 용융온도(Tm) ≥ 250 ℃Melting temperature (T m ) ≥ 250 °C at which the longitudinal length of the specimen exceeds the initial length

[식 2][Equation 2]

시편의 파단이 발생하는 용융파단온도(Tf) ≥ Tm + 50 ℃Melt fracture temperature at which the specimen fracture occurs (T f ) ≥ T m + 50 ℃

본 발명의 다른 양태는 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전기화학 소자에 있어서, 상기 분리막이 상기 다공성 복합 분리막을 포함하는 전기화학 소자에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to an electrochemical device comprising an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode, wherein the separator includes the porous composite separator.

종래의 전지셀 구조에서 개재된 분리막은 일정한 응력(tension)이 가해진 상태로 조립되어 있으며, 이로 인해 관통 시 발생하는 단락에 의한 발열로 온도가 용융온도까지 상승하게 되면 관통부의의 급격한 수축 또는 파단이 발생하여 전극간 심각한 단락이 발생하게 되고, 이로 인해 전지가 폭발하는 위험에 노출된다. In the conventional battery cell structure, the intervening separator is assembled with a certain stress applied, and as a result, when the temperature rises to the melting temperature due to heat generated by a short circuit occurring during penetration, abrupt contraction or breakage of the penetration part occurs. This causes a serious short circuit between the electrodes, which exposes the battery to the risk of explosion.

본 발명에 따른 분리막을 적용함으로써, 관통 시 내부단락으로 발생하는 발열에 의해 온도가 분리막의 용융온도까지 상승하여도, 수축 또는 파단 되지 않고 오히려 분리막이 늘어나 관통 부위에 드러나는 전극을 감싸 줌으로써 단락을 억제시킬 수 있어 관통 안전성을 확보할 수 있다.By applying the separator according to the present invention, even if the temperature rises to the melting temperature of the separator due to heat generated by an internal short during penetration, the separator does not contract or break, but rather stretches the separator and wraps the electrode exposed at the penetrating portion, thereby suppressing short circuit. This can ensure penetration safety.

도 1은 용융파단온도를 측정하기 위한 TMA 그래프의 일 양태를 나타낸 것이다.1 shows an aspect of a TMA graph for measuring the melt fracture temperature.

이하 첨부된 도면들을 포함한 구체예 또는 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through embodiments or examples including the accompanying drawings. However, the following specific examples or examples are only a reference for describing the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.

또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. Also, unless defined otherwise, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used in the description herein is for the purpose of effectively describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention.

또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.Also, the singular forms used in the specification and appended claims may also be intended to include the plural forms unless the context specifically dictates otherwise.

본 발명의 일 양태는 열기계분석기(TMA)를 이용하여 폭 6mm × 길이 10mm의 시편에 길이방향으로 0.015N~0.2N의 하중을 가한 상태에서 5℃/분으로 승온 시 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 다공성 복합 분리막이다.One aspect of the present invention is a thermomechanical analyzer (TMA) when the temperature is raised to 5 ℃ / min in the state of applying a load of 0.015N to 0.2N in the longitudinal direction to a specimen having a width of 6mm × 10mm in length, Equations 1 and 2 It is a porous composite membrane that satisfies

[식 1] [Equation 1]

시편의 길이방향 길이가 초기 길이를 넘어서는 용융온도(Tm) ≥ 250 ℃Melting temperature (T m ) ≥ 250 °C at which the longitudinal length of the specimen exceeds the initial length

[식 2][Equation 2]

시편의 파단이 발생하는 용융파단온도(Tf) ≥ Tm + 50 ℃Melt fracture temperature at which the specimen fracture occurs (T f ) ≥ T m + 50 ℃

본 발명의 일 양태에서, 상기 분리막은 하기 식 3에 따른 변형율이 10% 이상인 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the separation membrane may have a strain rate of 10% or more according to Equation 3 below.

[식 3][Equation 3]

변형율 = [(용융파단온도까지 변형된 시편의 길이방향 길이 - 초기 시편의 길이방향 길이)/초기 시편의 길이방향 길이] × 100Strain = [(longitudinal length of specimen deformed to melt rupture temperature - longitudinal length of initial specimen) / longitudinal length of initial specimen] × 100

본 발명의 일 양태에서, 상기 분리막의 두께가 5 내지 40 ㎛인 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the thickness of the separator may be 5 to 40 ㎛.

본 발명의 일 양태에서, 상기 분리막은 섬유로 이루어지는 다공성 지지체 및 상기 다공성 지지체에 일부 또는 전부 함침되거나 표면에 코팅되는 다공성 고분자 매트릭스를 포함하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the separator may include a porous support made of fibers and a porous polymer matrix partially or completely impregnated in the porous support or coated on the surface.

본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 지지체는 용융온도가 250 ℃이상인 부직포이고, 상기 다공성 고분자 매트릭스는 용융온도가 250 ℃이상인 열가소성 수지로 이루어진 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the porous support may be a nonwoven fabric having a melting temperature of 250 °C or higher, and the porous polymer matrix may be made of a thermoplastic resin having a melting temperature of 250 °C or higher.

본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 지지체 및 다공성 고분자 매트릭스 중 적어도 어느 하나는 상기 식 1 및 식 2를 만족하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, at least one of the porous support and the porous polymer matrix may satisfy Equations 1 and 2 above.

본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 지지체를 이루는 섬유의 재질은 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴 및 폴리올레핀으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나, 둘 이상의 블렌드물 및 둘 이상의 공중합체에서 선택되는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the material of the fiber constituting the porous support is any one or two selected from the group consisting of polyester, polyimide, polyamide, polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile and polyolefin. It may be one selected from blends of two or more and copolymers of two or more.

본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 고분자 매트릭스는 폴리이미드, 폴리아미드, 아라미드, 폴리아미드이미드 및 폴리파라페닐벤조비스옥사졸에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 고내열성 고분자로 이루어진 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the porous polymer matrix may be made of any one or two or more high heat resistant polymers selected from polyimide, polyamide, aramid, polyamideimide, and polyparaphenylbenzobisoxazole.

본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 고분자 매트릭스는 상분리에 의해 기공이 형성된 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the porous polymer matrix may have pores formed by phase separation.

본 발명의 일 양태에서, 상기 분리막은 기공도가 10 ~ 90%인 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the separation membrane may have a porosity of 10 to 90%.

본 발명의 다른 양태는 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전기화학 소자에 있어서, 상기 분리막이 상기 다공성 복합 분리막을 포함하는 전기화학 소자이다.Another aspect of the present invention is an electrochemical device comprising an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode, wherein the separator includes the porous composite separator.

본 발명의 일 양태에서, 상기 전기화학 소자는 리튬이차전지인 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the electrochemical device may be a lithium secondary battery.

본 발명의 일 양태에서, 상기 전기화학소자는 충전률 70%이상인 상태에서, 직경이 8mm인 네일을 40mm/sec의 속도로 관통 시 발화 또는 폭발이 발생하지 않는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the electrochemical device may not ignite or explode when penetrating a nail having a diameter of 8 mm at a speed of 40 mm/sec in a state where the filling rate is 70% or more.

이하는 본 발명의 각 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, each configuration of the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 양태에 따른 다공성 복합 분리막은 일정한 인장응력(tensile stress)이 가해진 상태에서 분리막이 용융온도 이상의 온도에서도 수축 또는 파단되지 않고, 연신거동을 보이는 특징이 있으며, 이를 전기화학소자에 적용하는 경우 관통 안정성을 확보할 수 있다.The porous composite separator according to an aspect of the present invention has a characteristic that the separator does not contract or break even at a temperature higher than the melting temperature in a state where a certain tensile stress is applied, and exhibits an elongation behavior, which is applied to an electrochemical device. In this case, penetration stability can be secured.

본 발명의 발명자들은 전지의 발화 또는 폭발의 문제점을 해소하기 위하여 연구한 결과, 일정한 인장응력 하에서 분리막의 파단이 발생하는 용융파단온도(Tf)가 용융온도(Tm)보다 50℃ 이상, 구체적으로 100 ℃이상, 더욱 구체적으로 150 ℃이상 높은 경우 이를 채용한 전지의 충전률(state of charge, SOC)이 70%이상, 더욱 구체적으로 70 ~ 100%인 상태에서, 직경이 8mm인 네일을 40mm/sec의 속도로 관통하여도 발화 또는 폭발이 발생하지 않을 수 있음을 발견하였다. 본 발명에서 상기 “용융온도(Tm)"는 폭 6mm × 길이 10mm의 시편에 길이방향으로 0.015N~0.2N의 하중을 가한 상태에서 5℃/분으로 승온 시 시편의 길이방향 길이가 초기 길이를 넘어서는 온도를 의미하며, 상기 "용융파단온도(Tf)"는 시편이 파단되는 온도를 의미한다. 상기 “용융온도(Tm)" 및 "용융파단온도(Tf)"는 후술되는 방법으로 측정된 것을 의미한다. As a result of research conducted by the inventors of the present invention to solve the problem of ignition or explosion of the battery, the melt rupture temperature (T f ) at which the separator breaks under a certain tensile stress is 50 ° C. or higher than the melting temperature (T m ), specifically When the state of charge (SOC) of the battery employing it is higher than 100 ℃, more specifically 150 ℃ or higher, 70% or more, more specifically 70 ~ 100%, a nail with a diameter of 8mm is 40mm It has been found that penetration at a rate of /sec may not cause ignition or explosion. In the present invention, the "melting temperature (T m )" is the initial length of the longitudinal length of the specimen when the temperature is raised to 5° C./min in a state where a load of 0.015 N to 0.2 N is applied to a specimen of width 6 mm × length 10 mm in the longitudinal direction. means a temperature exceeding means that it is measured as

또한, 용융온도(Tm)에서 용융파단온도(Tf)까지 온도가 50℃ 이상인 구성과 동시에, 상기 식 3에 따른 변형율이 10%이상인 물성을 동시에 만족하는 경우, 이를 채용한 전지의 충전률(state of charge, SOC)이 70%이상, 더욱 구체적으로 70 ~ 100%인 상태에서, 직경이 8mm인 네일을 40mm/sec의 속도로 관통하여도 발화 또는 폭발이 발생하지 않음 수 있음을 발견하였다. In addition, if the temperature from the melting temperature (T m ) to the melt rupture temperature (T f ) is 50° C. or higher and the physical property of the strain rate according to Equation 3 is 10% or more, the charging rate of the battery employing this is simultaneously satisfied It was found that, in a state of charge (SOC) of 70% or more, more specifically, 70 to 100%, ignition or explosion did not occur even when a nail having a diameter of 8 mm was penetrated at a speed of 40 mm/sec. .

즉, 분리막이 용융온도 이상의 온도에서도 수축되거나 파단되지 않고, 오히려 용융온도(Tm) 이상의 온도에서도 일정한 인장응력 하에서 최소 10% 이상 늘어난 상태로 유지되어 관통 부위에 드러나는 전극을 감싸 줌으로써 단락을 억제시킬 수 있어 관통 안전성을 확보하여 발화 또는 폭발을 방지할 수 있음을 발견하였다.In other words, the separator does not contract or break even at a temperature higher than the melting temperature, rather, it is maintained at least 10% elongated under a constant tensile stress even at a temperature higher than the melting temperature (T m ). It was found that it was possible to prevent ignition or explosion by securing penetration safety.

본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 복합 분리막은 섬유로 이루어지는 다공성 지지체 및 상기 다공성 지지체에 일부 또는 전부 함침되거나 표면에 코팅되는 다공성 고분자 매트릭스를 포함하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the porous composite separator may include a porous support made of fibers and a porous polymer matrix partially or completely impregnated in the porous support or coated on the surface.

더욱 구체적으로 섬유로 이루어지는 다공성 지지체와, 상기 다공성 지지체를 이루는 섬유들 사이의 공간에 고분자 매트릭스가 일부 또는 전부 함침되어 섬유들 사이의 공간을 채우는 다공성 고내열 고분자 매트릭스로 이루어진 것일 수 있다.More specifically, it may be composed of a porous support made of fibers, and a porous high heat-resistant polymer matrix in which a polymer matrix is partially or completely impregnated in the space between the fibers constituting the porous support to fill the space between the fibers.

본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 복합 분리막은 a) 일정한 인장응력이 걸려있는 상황에서 용융연신 거동을 보이는 섬유로 이루어진 다공성 지지체를 포함하는 다공성 복합분리막, b) 일정한 인장응력이 걸려있는 상황에서 용융연신 거동을 보이는 고분자 매트릭스를 포함하는 다공성 복합 분리막 또는 c) 일정한 인장응력이 걸려있는 상황에서 용융연신 거동을 보이는 섬유로 이루어진 다공성 지지체 및 고분자 매트릭스를 포함하는 다공성 복합 분리막인 것일 수 있다. 즉, 다공성 지지체 및 고분자 매트릭스 둘 다 인장응력 하에서 상기 식 1 및 식 2를 만족하여도 좋지만, 상기 다공성 지지체 및 고분자 매트릭스 둘 중 어느 하나라도 상기 식 1 및 식 2를 동시에 만족함으로써 이들을 조합하였을 때, 즉 다공성 복합 분리막으로 제조되었을 때 상기 다공성 복합 분리막이 상기 식 1 및 식 2를 만족하는 것일 수 있다. In one aspect of the present invention, the porous composite separator is a) a porous composite separator comprising a porous support made of fibers exhibiting melt stretching behavior in a situation where a constant tensile stress is applied, b) melts in a situation where a constant tensile stress is applied It may be a porous composite separator including a polymer matrix exhibiting stretching behavior or c) a porous composite separator including a polymer matrix and a porous support made of fibers exhibiting melt stretching behavior in a situation where a constant tensile stress is applied. That is, both the porous support and the polymer matrix may satisfy the above formulas 1 and 2 under tensile stress, but when either one of the porous support and the polymer matrix simultaneously satisfies the above formulas 1 and 2, they are combined, That is, when manufactured as a porous composite separator, the porous composite separator may satisfy Equations 1 and 2 above.

더욱 구체적으로 상기 다공성 지지체는 용융온도가 250 ℃이상인 부직포이고, 상기 다공성 고분자 매트릭스는 용융온도가 250 ℃이상인 열가소성 수지인 것일 수 있으며, 상기 다공성 복합 분리막의 용융온도(Tm)는 상기 다공성 지지체 및 다공성 고분자 매트릭스의 용융온도 보다 더욱 높은 온도인 것일 수 있으며, 구체적으로 250 ℃이상, 더욱 구체적으로 300 내지 400℃인 것일 수 있다. More specifically, the porous support may be a nonwoven fabric having a melting temperature of 250 ° C. or higher, and the porous polymer matrix may be a thermoplastic resin having a melting temperature of 250 ° C. or higher, and the melting temperature (T m ) of the porous composite separator is the porous support and It may be a higher temperature than the melting temperature of the porous polymer matrix, specifically 250 °C or higher, more specifically 300 to 400 °C.

더욱 구체적으로, 상기 섬유로 이루어지는 다공성 지지체는 직포, 부직포 및 나노섬유 웹 등을 의미한다. 더욱 좋게는 원료 수급이 용이하고, 기계적인 강도 및 제조 원가가 저렴한 면에서 부직포로 이루어진 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. More specifically, the porous support made of the fiber means a woven fabric, a nonwoven fabric, and a nanofiber web. More preferably, it may be made of a nonwoven fabric in terms of easy raw material supply and low mechanical strength and low manufacturing cost, but is not limited thereto.

본 발명의 일 양태에서, 상기 부직포는 통상의 제조방법으로 제조된 것이라면 제한되지 않으나, 절단된 섬유를 분산용매를 이용하여 분산시킨 후, 분산용매를 제거하여 부직포를 제조하는 습식방법(wet laid)으로 제조된 것일 수 있다. 또한, 통상의 습식방법으로 제조된 후, 가열 가압하는 단계를 더 포함하여 부직포를 이루는 섬유들이 교차되는 부위가 융착에 의해 물리적으로 결합되도록 함으로써 더욱 기계적인 강도를 향상시킨 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the nonwoven fabric is not limited as long as it is manufactured by a conventional manufacturing method, but after dispersing the cut fibers using a dispersion solvent, removing the dispersion solvent to prepare a nonwoven fabric (wet laid) may be manufactured with In addition, the mechanical strength may be further improved by further comprising the step of heating and pressing after being manufactured by a conventional wet method so that the area where fibers constituting the nonwoven fabric intersect is physically bonded by fusion.

본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 지지체를 이루는 고분자 섬유의 재질은 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴 및 폴리올레핀으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나, 둘 이상의 블렌드물 및 둘 이상의 공중합체 등인 것일 수 있으며, 전해액에 대한 안정성이 우수하고, 기계적인 강도가 우수하며, 섬유들 사이의 공간으로 고내열성 고분자가 용이하게 함침이 가능한 이유에서 폴리에스테르, 더욱 구체적으로 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등이 사용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In one aspect of the present invention, the material of the polymer fiber constituting the porous support is any one selected from the group consisting of polyester, polyimide, polyamide, polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile and polyolefin, Polyester, more Specifically, polyethylene terephthalate may be used, but is not limited thereto.

본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 지지체를 이루는 고분자 섬유의 재질은 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴 및 폴리올레핀으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나, 둘 이상의 블렌드물 및 둘 이상의 공중합체 등인 것일 수 있으며, 전해액에 대한 안정성이 우수하고, 기계적인 강도가 우수하며, 섬유들 사이의 공간으로 고내열성 고분자가 용이하게 함침이 가능한 이유에서 폴리에스테르, 더욱 구체적으로 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등이 사용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In one aspect of the present invention, the material of the polymer fiber constituting the porous support is any one selected from the group consisting of polyester, polyimide, polyamide, polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile and polyolefin, Polyester, more Specifically, polyethylene terephthalate may be used, but is not limited thereto.

또한, 섬유들 사이의 평균 공극이 5 ㎛ 이하, 더욱 구체적으로 1 ~ 5 ㎛ 인 것이 전지 안정성이 우수하면서, 내열성 고분자 매트릭스를 형성하기 위하여 매트릭스 조성물을 도포하는데 유리하므로 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, it is preferable that the average void between the fibers is 5 μm or less, more specifically 1 to 5 μm, because it is advantageous in applying the matrix composition to form a heat-resistant polymer matrix while having excellent battery stability, but is not limited thereto.

본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 지지체의 두께는 제한되는 것은 아니나 22 ㎛ 이하, 좋게는 17 ㎛ 이하, 더욱 좋게는 12 ㎛ 이하인 것이 좋으나 이에 제한되는 것은 아니다. 전지 용량 증가를 위해 분리막의 박막화가 요구되고 있으며, 상기 범위에서 요구되는 박막의 분리막을 제공하기에 적합하므로 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다. 더욱 구체적으로 1 ~ 22 ㎛인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.In one aspect of the present invention, the thickness of the porous support is not limited, but preferably 22 μm or less, preferably 17 μm or less, and more preferably 12 μm or less, but is not limited thereto. A thin film separator is required to increase battery capacity, and it is preferable to provide a thin film separator required in the above range, but is not limited thereto. More specifically, it may be 1 ~ 22 μm, but is not limited thereto.

본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 고내열 고분자 매트릭스는 다공성 지지체의 기공 내에 함침되어 다공성 지지체의 마이크로 사이즈의 기공을 채우며, 나노사이즈의 기공이 형성된 고분자 매트릭스를 의미한다. 즉, 고분자 매트릭스 내부에 나노사이즈의 다수의 미세구멍을 가지며, 이들 미세구멍이 연결된 구조로 되어 있고, 기체 또는 액체에 대해 투과성을 갖는다.In one aspect of the present invention, the porous high heat-resistant polymer matrix is impregnated in the pores of the porous support to fill the micro-sized pores of the porous support, and refers to a polymer matrix in which nano-sized pores are formed. That is, it has a plurality of nano-sized micropores inside the polymer matrix, has a structure in which these micropores are connected, and has permeability to gas or liquid.

본 발명의 일 양태에서 상기 다공성 고내열 고분자 매트릭스는 고내열성 고분자와는 비상용성인 상분리제와, 상기 고내열성 고분자 및 상분리제를 모두 용해할 수 있는 용매를 사용하여 매트릭스 조성물을 제조한 후, 상기 다공성 지지체를 매트릭스 조성물에 침지하거나 또는 다공성 지지체에 매트릭스 조성물을 도포하여 함침시킨 후, 용매를 제거하여 고내열성 고분자와 상분리제의 상분리를 유도하고, 상분리를 진행한 후 상분리제를 제거하여 상분리제가 있던 자리에 기공이 형성된 다공성 고내열 고분자 매트릭스를 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the porous high heat resistant polymer matrix is prepared by using a phase separation agent that is incompatible with the high heat resistant polymer and a solvent capable of dissolving both the high heat resistant polymer and the phase separation agent, and then the porous After the support is immersed in the matrix composition or the porous support is impregnated by applying the matrix composition, the solvent is removed to induce phase separation of the high heat-resistant polymer and the phase separation agent, and after phase separation, the phase separation agent is removed to remove the phase separation agent. It is possible to form a porous high heat-resistant polymer matrix in which pores are formed.

본 발명의 또 다른 양태에서, 상기 다공성 고내열 고분자 매트릭스는 고내열성 고분자와는 비상용성인 상분리제와, 상기 고내열성 고분자 및 상분리제를 모두 용해할 수 있는 용매를 사용하여 매트릭스 조성물을 제조한 후, 상기 다공성 지지체를 매트릭스 조성물에 침지하거나 또는 다공성 지지체에 매트릭스 조성물을 도포하여 함침시킨 후, 상기 상분리제와 상기 용매에 대해 상용성을 가지는 용매에 침지하여, 상기 용매와 상분리제를 제거하여 상분리제가 있던 자리에 기공이 형성된 다공성 고내열 고분자 매트릭스를 형성할 수 있다. 이때 상기 상분리제와 용매는 이들과 상용성을 가지는 용매에 침지하는 경우, 용매 친화성의 차이에 의해 친화성이 높은 용매가 먼저 제거되어 상분리를 유도하여 기공을 형성한 후 상분리제가 제거됨으로써 기공이 형성되는 것일 수 있다.In another aspect of the present invention, the porous high heat resistant polymer matrix is prepared by using a phase separation agent that is incompatible with the high heat resistant polymer and a solvent capable of dissolving both the high heat resistant polymer and the phase separation agent after preparing a matrix composition, After the porous support is immersed in the matrix composition or impregnated by applying the matrix composition to the porous support, it is immersed in a solvent having compatibility with the phase separation agent and the solvent to remove the solvent and the phase separation agent. It is possible to form a porous high heat-resistant polymer matrix in which pores are formed. In this case, when the phase separation agent and the solvent are immersed in a solvent having compatibility with them, the solvent with high affinity is first removed due to the difference in solvent affinity to induce phase separation to form pores, and then pores are formed by removing the phase separation agent. it may be

본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 고내열 고분자 매트릭스는 통상적으로 고내열성 고분자로 알려진 고분자로써, 용융온도가 200℃ 이상, 더욱 좋게는 250℃ 이상인 열가소성 고분자라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 더욱 좋게는 전해액에 대한 안정성이 우수하고, 내열성이 우수하며, 다공성 지지체와의 계면 접착성이 우수한 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로 예를 들면, 상기 관점에서 폴리이미드, 폴리아미드, 아라미드, 폴리아미드이미드 및 폴리파라페닐벤조비스옥사졸 등이 사용될 수 있으며, 단독 또는 둘 이상의 혼합하여 사용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In one aspect of the present invention, the porous high heat resistant polymer matrix is a polymer commonly known as a high heat resistant polymer, and any thermoplastic polymer having a melting temperature of 200° C. or higher, more preferably 250° C. or higher, may be used without limitation. More preferably, it is preferable to use a resin excellent in stability to the electrolyte solution, excellent in heat resistance, and excellent in interfacial adhesion with the porous support. Specifically, for example, polyimide, polyamide, aramid, polyamideimide, and polyparaphenylbenzobisoxazole may be used from the above point of view, and may be used alone or in combination of two or more, but is not limited thereto.

더욱 좋게는 본 발명에서 목적으로 하는 기공의 제어가 용이하도록 하기 위한 관점에서 폴리이미드 및 폴리아미드이미드인 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 폴리이미드는 폴리아믹산 전구체로부터 열에 의해 경화되어 고분자화 되는 수지로써, 상기 폴리아믹산 전구체와 비상용성인 상분리제를 이용하여 열처리 과정에서 용매를 제거하고 상분리를 유도함으로써 기공을 형성하는 것일 수 있다. 이때 상분리제의 함량 및 상분리 조건에 따라 기공의 크기 및 기공도를 제어할 수 있는 특징이 있다.More preferably, polyimide and polyamideimide may be used in the present invention in order to facilitate the control of pores, but the present invention is not limited thereto. The polyimide is a resin that is cured by heat from a polyamic acid precursor and polymerized, and pores are formed by inducing phase separation by removing a solvent during a heat treatment process using a phase separation agent incompatible with the polyamic acid precursor. In this case, the size and porosity of the pores can be controlled according to the content of the phase separation agent and the phase separation conditions.

본 발명의 일 양태에서, 상기 고내열성 고분자가 폴리이미드, 폴리아미드 및 폴리아미드이미드인 경우 상기 상분리제는 상기 고내열성 고분자와는 비상용성인, 즉 서로 섞이지 않는 물질을 의미한다. 또한 고내열성 고분자를 용해시키는 용매에 용해가 가능하면서, 상기 용매와는 비점이 상이한 물질인 것이 바람직하며, 더욱 좋게는 용매에 비하여 비점이 더욱 높은 물질을 사용하는 것일 수 있으며, 하기 식 4를 만족하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, when the high heat resistant polymer is polyimide, polyamide, and polyamideimide, the phase separation agent means a material that is incompatible with the high heat resistant polymer, that is, does not mix with each other. In addition, it is preferable to use a material having a different boiling point from the solvent while being soluble in a solvent for dissolving the high heat-resistant polymer, and more preferably, a material having a higher boiling point than the solvent may be used, and the following formula 4 is satisfied may be doing

[식 4][Equation 4]

고내열성 고분자의 용융온도 > 상분리제의 비점 > 용매의 비점Melting temperature of high heat-resistant polymer > Boiling point of phase separation agent > Boiling point of solvent

더욱 구체적으로, 상기 상분리제와 용매의 비점 차이가 5 ℃ 이상, 더욱 좋게는 20 ℃ 이상이 되는 물질을 상분리제로 사용함으로써 용매를 가열하여 건조 시 상분리제가 함께 건조되지 않고 고내열성 고분자와 상분리를 유도할 수 있다.More specifically, by using a material having a boiling point difference of 5 ° C or more, more preferably 20 ° C or more, as the phase separation agent between the phase separation agent and the solvent, the phase separation agent is not dried together during drying by heating the solvent, and phase separation is induced with the high heat-resistant polymer. can do.

또한, 상분리가 완료된 후, 상분리제를 고내성 고분자로부터 용이하게 제거하기 위한 관점에서 고내열성 고분자의 용융온도 또는 열분해 온도 이하의 온도에서 건조되어 제거되거나, 물이나 고내열성 고분자와 비상용성인 용매 등에 의해 제거가 가능한 물질을 사용하는 것이 좋다.In addition, from the viewpoint of easily removing the phase separation agent from the high heat resistant polymer after the phase separation is completed, it is dried and removed at a temperature below the melting temperature or pyrolysis temperature of the high heat resistant polymer, or by water or a solvent incompatible with the high heat resistant polymer. It is recommended to use a material that can be removed.

이때 용매의 건조시간 및 온도 승온 조건 등을 조절함으로써 상분리 정도를 제어할 수 있으며 기공의 크기 및 기공도를 조절할 수 있다. 예를 들어 용매가 N-메틸-2-피롤리돈인 경우 100 ~ 150 ℃에서 용매가 제거되어 상분리가 유도되며, 이후 300 ℃까지 점차적으로 승온을 하면서 상분리제를 제거하거나 또는 상분리제만을 용해하는 용매를 이용하여 제거하는 것일 수 있다. 즉, 상분리제를 가열 또는 세척하여 제거함으로써 상분리제가 존재하던 부분에 기공이 형성된 다공성 고내열 고분자 매트릭스를 형성할 수 있다. 상기 상분리제는 가열에 의해 열분해 또는 증발함으로써 폴리이미드로부터 제거되는 것일 수 있다. 상기 세척은 상분리제만을 용해하여 제거하는 용액이 담긴 수세조에 침지하는 것일 수 있으며, 물 또는 용매를 단독으로 사용하거나, 물과 상용성이 좋은 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올 등의 알코올류를 물과 혼합하여 사용하는 것일 수 있다.In this case, the degree of phase separation can be controlled by controlling the drying time of the solvent and the temperature increase conditions, and the size and porosity of the pores can be adjusted. For example, when the solvent is N-methyl-2-pyrrolidone, phase separation is induced by removing the solvent at 100 to 150 ° C. Then, the phase separation agent is removed or only the phase separation agent is dissolved while gradually raising the temperature to 300 ° C. It may be removed using a solvent. That is, by removing the phase separation agent by heating or washing, it is possible to form a porous high heat-resistant polymer matrix in which pores are formed in the portion where the phase separation agent was present. The phase separation agent may be removed from the polyimide by thermal decomposition or evaporation by heating. The washing may be immersed in a water washing tank containing a solution that dissolves and removes only the phase separation agent, and water or solvent is used alone, or alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, etc. having good compatibility with water are mixed with water. It may be mixed with and used.

본 발명의 일 양태에서, 상기 상분리제의 일 예로는 폴리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 폴리비닐피롤리돈, 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜 등의 에테르계 용매를 사용하는 것일 수 있으며, 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.In one aspect of the present invention, examples of the phase separation agent include polyethylene glycol, tetraethylene glycol dimethyl ether, polyvinylpyrrolidone, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol, triethylene glycol, etc. It may be to use an ether-based solvent, and may be used alone or in mixture of two or more, but is not limited thereto.

본 발명의 일 양태에서, 상기 고내열성 고분자 및 상분리제를 모두 용해할 수 있는 용매는 질소 함유 극성 용매인 것일 수 있다. 제한되는 것은 아니나 더욱 구체적으로 일 예를 들면 N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 테트라메틸요소, 디메틸에틸렌 요소 등인 것일 수 있으며, 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the solvent capable of dissolving both the high heat resistance polymer and the phase separation agent may be a nitrogen-containing polar solvent. Although not limited, it may be, for example, N-methyl-2-pyrrolidone, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, tetramethylurea, dimethylethylene urea, and the like. Or two or more may be mixed and used.

본 발명의 일 양태에서, 상기 고내열성 고분자가 폴리파라페닐벤조비스옥사졸인 경우 상기 상분리제는 고내열성 고분자와 비상용성이면서, 고내열성 고분자를 용해시키는 용매에 용해가 가능하고, 또한 상기 용매와 용해도 차이가 있는 물질인 것일 수 있다. 이에 따라 고내열성 고분자와 상분리제 및 용매를 혼합한 매트릭스 조성물을 다공성 지지체에 함침시킨 후, 상분리제와 용매에 상용성을 갖는 교환용액에 침지하여 상기 용매와 상분리제를 순차적으로 제거하는 것일 수 있다. 즉, 교환용액에 대한 친화성이 더욱 높은 용매가 먼저 제거되어 상분리가 이루어지며, 상분리제가 제거됨으로써 기공이 형성되도록 하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, when the high heat resistant polymer is polyparaphenylbenzobisoxazole, the phase separation agent is incompatible with the high heat resistant polymer and is soluble in a solvent that dissolves the high heat resistant polymer, and also has solubility with the solvent It may be a material with a difference. Accordingly, the porous support is impregnated with a matrix composition in which a high heat-resistant polymer, a phase separation agent and a solvent are mixed, and then immersed in an exchange solution having compatibility with the phase separation agent and the solvent to sequentially remove the solvent and the phase separation agent. . That is, the solvent having higher affinity for the exchange solution is removed first to perform phase separation, and the phase separation agent is removed to form pores.

본 발명의 일 양태에서, 상기 고내열성 고분자가 폴리파라페닐벤조비스옥사졸인 경우 상기 상분리제는 트리플루오로아세트산 등과 같은 플루오로 함유 카르복실산인 것일 수 있으며, 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 용매는 폴리포스포릭 산, 메탄술폰 산, 황산 등과 같은 프로틱 강산인 것일 수 있으며, 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.In one aspect of the present invention, when the high heat-resistant polymer is polyparaphenylbenzobisoxazole, the phase separation agent may be a fluoro-containing carboxylic acid such as trifluoroacetic acid, and may be used alone or in mixture of two or more. It is not limited thereto. In addition, the solvent may be a strong protic acid such as polyphosphoric acid, methanesulfonic acid, sulfuric acid, etc., and may be used alone or in combination of two or more, but is not limited thereto.

본 발명의 일 양태에서, 상기 고내열성 고분자가 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸인 경우, 용매와 상분리제의 혼합 비율은 좋게는 1대 1 부피비 이상, 더욱 좋게는 1 대 3 부피비 이상을 사용할 수 있다.In one aspect of the present invention, when the high heat-resistant polymer is polyparaphenylene benzobisoxazole, the mixing ratio of the solvent and the phase separation agent may be preferably 1 to 1 volume ratio or more, more preferably 1 to 3 volume ratio or more. .

본 발명의 일 양태에서, 상기 고내열성 고분자가 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸인 경우, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸과 용매, 상분리제의 용액을 제조한 후, 이를 다공성 지지체에 함침한 후, 함침물을 물, 아세톤, 이소프로필알코올 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물에 침지하여 용매와 상분리제를 제거하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, when the high heat-resistant polymer is polyparaphenylenebenzobisoxazole, a solution of polyparaphenylenebenzobisoxazole, a solvent, and a phase separation agent is prepared, and then impregnated in the porous support, The impregnated material may be immersed in any one or a mixture of two or more selected from water, acetone, isopropyl alcohol, and the like to remove the solvent and the phase separation agent.

본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 고내열 고분자 매트릭스 내 기공의 평균 직경은 제한되는 것은 아니나 1 ㎛ 이하, 더욱 구체적으로는 0.01 ~ 1000 nm, 좋게는 0.1 ~ 500 nm, 더욱 좋게는 0.1 ~ 50nm인 것일 수 있으며, 상분리제의 함량 및 상분리 과정에 따라 기공의 크기 및 기공도를 제어할 수 있으며, 상기 범위에 제한되는 것은 아니나 다공성 고내열 고분자 매트릭스 내 기공의 평균직경이 1 ㎛ 이하인 범위에서 이온 전도도를 제어할 수 있고, 양극과 음극의 접촉에 의한 전지의 내부단락 가능성을 차단할 수 있으므로 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다. In one aspect of the present invention, the average diameter of the pores in the porous high heat-resistant polymer matrix is not limited, but is 1 μm or less, more specifically 0.01 to 1000 nm, preferably 0.1 to 500 nm, more preferably 0.1 to 50 nm. The pore size and porosity can be controlled according to the content of the phase separation agent and the phase separation process, and although not limited to the above range, the ionic conductivity in the range where the average diameter of the pores in the porous high heat-resistant polymer matrix is 1 μm or less can be controlled, and the possibility of an internal short circuit of the battery due to contact between the positive electrode and the negative electrode can be blocked, so it is preferable, but not limited thereto.

본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 복합 분리막의 기공도는 상기 다공성 고내열 고분자 매트릭스와 다공성 지지체에 의해 결정되며, 기공도가 10 ~ 90 %인 것일 수 있다. 더욱 좋게는 20 ~ 90 %인 것일 수 있다. 상기 범위에서 이온 전도성이 우수하며 기계적인 강도가 우수하나 이에 제한되는 것은 아니다.In one aspect of the present invention, the porosity of the porous composite separator is determined by the porous high heat-resistant polymer matrix and the porous support, and the porosity may be 10 to 90%. More preferably, it may be 20 to 90%. In the above range, the ion conductivity is excellent and the mechanical strength is excellent, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 복합 분리막은 전체 두께가 40 ㎛ 이하, 좋게는 20 ㎛이하, 더욱 좋게는 15 ㎛이하인 인 것일 수 있다. 더욱 구체적으로 5 ~ 40 ㎛인 것일 수 있으며, 상기 범위에서 전기화학소자용 분리막으로 사용하기에 적합한 두께이나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 다공성 복합 분리막 내 다공성 지지체의 두께는 22 ㎛이하, 좋게는 17 ㎛이하, 더욱 좋게는 12 ㎛이하인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.In one aspect of the present invention, the porous composite separator may have an overall thickness of 40 μm or less, preferably 20 μm or less, and more preferably 15 μm or less. More specifically, it may be 5 to 40 μm, and a thickness suitable for use as a separator for an electrochemical device in the above range is not limited thereto. In addition, the thickness of the porous support in the porous composite separator may be 22 μm or less, preferably 17 μm or less, and more preferably 12 μm or less, but is not limited thereto.

[다공성 복합 분리막의 물성][Physical properties of porous composite separator]

본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 복합 분리막은 열기계분석기(TMA)를 이용하여 폭 6mm × 길이 10mm의 시편에 길이방향으로 0.015N~0.2N의 하중을 가한 상태에서 5℃/분으로 승온 시 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the porous composite separator is a thermomechanical analyzer (TMA) using a thermomechanical analyzer (TMA) to apply a load of 0.015N to 0.2N in the longitudinal direction to a specimen having a width of 6mm × length 10mm when the temperature is raised to 5°C/min. It may satisfy Formula 1 and Formula 2 below.

[식 1] [Equation 1]

시편의 길이방향 길이가 초기 길이를 넘어서는 용융온도(Tm) ≥ 250 ℃Melting temperature (T m ) ≥ 250 °C at which the longitudinal length of the specimen exceeds the initial length

[식 2][Equation 2]

시편의 파단이 발생하는 용융파단온도(Tf) ≥ Tm + 50 ℃Melt fracture temperature at which the specimen fracture occurs (T f ) ≥ T m + 50 ℃

상기 식 1 및 식 2를 동시에 만족하는 조건에서 이를 채용한 전지의 충전률(state of charge, SOC)이 70%이상, 더욱 구체적으로 70 ~ 100%인 상태에서, 직경이 8mm인 네일을 40mm/sec의 속도로 관통하여도 발화 또는 폭발이 발생하지 않을 수 있다.Under the condition that Equation 1 and Equation 2 are simultaneously satisfied, the state of charge (SOC) of the battery employing the same is 70% or more, more specifically, 70 to 100%, and a nail having a diameter of 8mm is applied to 40mm/ Even if it penetrates at the speed of sec, ignition or explosion may not occur.

구체적으로, 상기 다공성 복합 분리막의 용융온도(Tm)는 250 ℃이상, 더욱 구체적으로 300 ℃이상인 것일 수 있으며, 500 ℃이하, 더욱 구체적으로 400 ℃ 이하인 것일 수 있다. 상기 범위에서 내열성이 우수하여 전지의 과열에 대해서도 안전할 수 있으므로 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다. 이때, 상기 다공성 복합 분리막을 이루는 다공성 지지체 및 다공성 고분자 매트릭스 각각의 용융온도 역시 250 ℃이상인 것일 수 있으며, 이들을 조합에 의해 각각의 용융온도에 비하여 다공성 복합 분리막의 용융온도가 더욱 높은 온도가 되는 것일 수 있다. 더욱 구체적으로 다공성 지지체 및 다공성 고분자 매트릭스 각각의 용융온도가 250 ℃인 경우에, 이들이 조합된 다공성 복합 분리막의 용융온도(Tm)는 300 ℃ 이상인 것일 수 있다. Specifically, the melting temperature (T m ) of the porous composite separator may be 250 °C or higher, more specifically 300 °C or higher, and 500 °C or lower, more specifically 400 °C or lower. In the above range, the heat resistance is excellent, so that it can be safe against overheating of the battery, so it is preferable, but is not limited thereto. At this time, the melting temperature of each of the porous support and the porous polymer matrix constituting the porous composite separator may also be 250 ° C. or higher, and the melting temperature of the porous composite separator may be higher than that of each melting temperature by combining them. have. More specifically, when the melting temperature of each of the porous support and the porous polymer matrix is 250° C., the melting temperature (T m ) of the porous composite separator in which they are combined may be 300° C. or higher.

또한 상기 다공성 복합 분리막의 용융파단온도(Tf)는 다공성 복합 분리막의 용융온도(Tm) 보다 50 ℃ 이상, 구체적으로 100 ℃이상, 더욱 구체적으로 150 ℃이상 높은 것일 수 있다. 그 상한은 제한되는 것은 아니나 예를 들면, 450 ℃이하인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 다공성 복합 분리막의 용융파단온도(Tf)가 300 내지 700 ℃인 것일 수 있으며, 더욱 구체적으로 500 내지 650 ℃인 것일 수 있다. 상기 범위에서 앞서 설명한 바와 같이 관통에 의한 발화 또는 폭발에 대해 안전할 수 있어 더욱 바람직하며, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the melt rupture temperature (T f ) of the porous composite separator may be higher than the melting temperature (T m ) of the porous composite separator by 50 ° C. or higher, specifically 100 ° C. or higher, and more specifically 150 ° C. or higher. The upper limit is not limited, but may be, for example, 450° C. or less. Specifically, the melt fracture temperature (T f ) of the porous composite separator may be 300 to 700 °C, and more specifically 500 to 650 °C. As described above in the above range, it is more preferable to be safe against ignition or explosion due to penetration, but is not limited thereto.

본 발명의 일 양태에서, 상기 다공성 복합 분리막은 상기 식 1 및 식 2를 만족하면서 동시에 하기 식 3에 따른 변형율이 10% 이상, 구체적으로 30%이상, 더욱 구체적으로 50%이상을 만족하는 것일 수 있다. 상기 범위에서 앞서 설명한 바와 같이 관통에 의한 발화 또는 폭발에 대해 안전할 수 있어 더욱 바람직하며, 이에 제한되는 것은 아니다.In one aspect of the present invention, the porous composite separator may satisfy Equation 1 and Equation 2 and at the same time satisfy the strain rate according to Equation 3 below 10% or more, specifically 30% or more, more specifically 50% or more. have. As described above in the above range, it is more preferable to be safe against ignition or explosion due to penetration, but is not limited thereto.

[식 3][Equation 3]

변형율 = [(용융파단온도까지 변형된 시편의 길이방향 길이 - 초기 시편의 길이방향 길이)/초기 시편의 길이방향 길이] × 100Strain = [(longitudinal length of specimen deformed to melt rupture temperature - longitudinal length of initial specimen) / longitudinal length of initial specimen] × 100

[다공성 복합 분리막의 제조방법][Method for manufacturing porous composite separator]

본 발명의 다공성 복합 분리막을 제조하는 방법에 대하여 설명하면 먼저 섬유로 이루어진 다공성 지지체를 준비한다. 구체적으로 예를 들면 부직포인 것일 수 있으며, 통상적으로 해당분야에서 제조되는 방법으로 제조된 것을 사용할 수 있으나, 더욱 좋게는 습식법으로 제조된 부직포를 사용할 수 있다. 구체적으로 절단된 섬유를 분산 용매를 이용하여 분산시킨 후 분산용매를 제거하여 제조된 것일 수 있다. 또한, 필요에 따라 상기 습식법으로 제조된 부직포를 가열 가압하여 섬유간에 융착되어 결합되도록 하는 것일 수 있다.When explaining the method of manufacturing the porous composite separator of the present invention, first, a porous support made of fibers is prepared. Specifically, for example, it may be a nonwoven fabric, and a nonwoven fabric manufactured by a method prepared in the related field may be used, but more preferably a nonwoven fabric manufactured by a wet method may be used. Specifically, it may be prepared by dispersing the cut fibers using a dispersion solvent and then removing the dispersion solvent. In addition, if necessary, the nonwoven fabric manufactured by the wet method may be heat-pressed so that the fibers are fused and bonded.

다음으로 준비된 다공성 지지체 상에 고내열성 고분자, 상기 고내열성 고분자와 비상용성인 상분리제, 및 상기 상분리제와 고내열성 고분자에 모두 상용성인 용매를 혼합한 매트릭스 조성물을 도포하여 함침시킨다. Next, a matrix composition in which a high heat resistant polymer, a phase separation agent incompatible with the high heat resistant polymer, and a solvent compatible with both the phase separation agent and the high heat resistant polymer is mixed on the prepared porous support is coated and impregnated.

상기 매트릭스 조성물의 도포방법은 딥 코팅, 나이프 코팅, 롤러 코팅, 에어나이프 코팅, 스프레이 코팅, 브러시 코팅, 캘린더링 코팅 및 슬롯다이 코팅 등의 방법을 이용할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.The method of applying the matrix composition may use methods such as dip coating, knife coating, roller coating, air knife coating, spray coating, brush coating, calendaring coating and slot die coating, but is not limited thereto.

이때, 앞서 설명한 바와 같이 상기 상분리제는 고내열성 고분자와 비상용성, 즉 서로 혼합되지 않는 물질이면서 동시에 용매에 용해되나 비점이 상이한, 더욱 좋게는 용매에 비하여 비점이 높은 물질을 사용하는 것이 좋다.In this case, as described above, the phase separation agent is incompatible with the high heat-resistant polymer, that is, a material that is not mixed with each other and is dissolved in a solvent at the same time, but has a different boiling point, more preferably a material having a higher boiling point than the solvent.

다음으로 가열에 의해 상기 용매를 제거함으로써 상기 상분리제와 상기 고내열성 고분자의 상분리를 유도하는 단계이며, 이때 가열은 고내열성 고분자의 용융온도 이하의 온도이면서 용매의 비점보다 높은 온도 범위에서 수행되는 것일 수 있다. 더욱 구체적으로 예를들면 100 ~ 150 ℃인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.Next, it is a step of inducing phase separation between the phase separation agent and the high heat resistant polymer by removing the solvent by heating, wherein the heating is performed at a temperature below the melting temperature of the high heat resistant polymer and higher than the boiling point of the solvent. can More specifically, for example, it may be 100 ~ 150 ℃, but is not limited thereto.

다음으로 상기 상분리제를 제거하여 다공성 고내열 고분자 매트릭스를 형성한다. 상기 상분리제의 제거 방법은 가열에 의해 열분해 또는 증발시킴으로써 제거하는 것일 수 있으며, 이때 가열 온도는 고내열성 고분자의 용융온도 이하이면서 상분리제의 비점보다 높은 온도 범위에서 수행되는 것일 수 있다. 더욱 구체적으로 160 ~ 300 ℃인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또는 세척에 의해 제거되는 것일 수 있으며, 이 경우 고내열성 고분자와는 상용성이 없으며 상분리제만을 용해하여 제거할 수 있는 용액에 침지시키거나 세척하여 제거하는 것일 수 있다. 또는 상분리제와 용매에 상용성을 가지는 교환용액에 침지하여 상분리제 제거 후 용매를 제거하는 것일 수 있다.Next, the phase separation agent is removed to form a porous high heat-resistant polymer matrix. The method of removing the phase separation agent may be removal by thermal decomposition or evaporation by heating, wherein the heating temperature is below the melting temperature of the high heat-resistant polymer and higher than the boiling point of the phase separation agent. More specifically, it may be 160 ~ 300 ℃, but is not limited thereto. Alternatively, it may be removed by washing, and in this case, it may be removed by immersion or washing in a solution that is incompatible with the high heat-resistant polymer and can be removed by dissolving only the phase separation agent. Alternatively, the solvent may be removed after the phase separation agent is removed by immersion in an exchange solution having compatibility with the phase separation agent and the solvent.

[전기화학소자][Electrochemical device]

본 발명의 일 양태에서, 상기 전기화학소자는 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하며, 상기 분리막이 앞서 설명한 다공성 복합 분리막인 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the electrochemical device includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the separator may be the porous composite separator described above.

전기화학 소자는 전기 화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구체적인 예로서 모든 종류의 1차 전지, 이차전지, 연료 전지, 태양 전지 또는 수퍼 캐패시터 소자와 같은 캐퍼시터(capacitor) 등이 있다. 특히, 상기 이차 전지 중 리튬금속 이차전지, 리튬이온 이차전지, 리튬 폴리머 이차전지 또는 리튬이온 폴리머 이차전지 등을 포함하는 리튬 이차전지가 바람직하다.The electrochemical device includes all devices that perform an electrochemical reaction, and specific examples include all kinds of primary cells, secondary cells, fuel cells, solar cells, or capacitors such as super capacitor devices. In particular, a lithium secondary battery including a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, or a lithium ion polymer secondary battery among the secondary batteries is preferable.

전기화학 소자는 당 기술 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있으며, 이의 일례를 들면 양극과 음극 사이에 본 발명에 따른 다공성 복합 분리막을 개재시켜 조립한 후 전해액을 주입함으로써 제조될 수 있다.The electrochemical device may be manufactured according to a conventional method known in the art, for example, by inserting an electrolyte solution after assembling the porous composite separator according to the present invention between the positive electrode and the negative electrode.

상기 양극, 음극 및 전해질은 통상적으로 해당 분야에서 사용되는 것이라면 제한되지 않는다.The positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte are not limited as long as they are commonly used in the art.

본 발명의 일 양태에 따른 전기화학소자는 리튬 이차전지인 것일 수 있으며, 충전률 70%이상, 더욱 구체적으로 70 내지 100%인 상태에서, 직경이 8mm인 네일을 40mm/sec의 속도로 관통 시 발화 또는 폭발이 발생하지 않는 것일 수 있다.The electrochemical device according to an aspect of the present invention may be a lithium secondary battery, and when a nail having a diameter of 8 mm is penetrated at a speed of 40 mm/sec in a state of a charging rate of 70% or more, more specifically 70 to 100%, It may not ignite or explode.

이하 실시예 및 비교예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 비교예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples and Comparative Examples. However, the following examples and comparative examples are merely examples for explaining the present invention in more detail, and the present invention is not limited by the following examples and comparative examples.

[실시예 1][Example 1]

(양극의 제조)(Manufacture of anode)

양극 활물질로 LiCoO2를 94중량%, 접착제로 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride)를 2.5중량%, 도전제로 카본블랙(Carbon-black)을 3.5중량%로, 용제인 NMP(N-methyl-2 -pyrrolidone)에 첨가하고 교반하여 균일한 양극 슬러리를 제조하였다. 슬러리를 30㎛ 두께의 알루미늄 호일 위에 코팅, 건조 및 압착하여 150 ㎛ 두께의 양극 극판을 제조하였다.94 wt% of LiCoO 2 as a cathode active material, 2.5 wt% of polyvinylidene fluoride as an adhesive, 3.5 wt% of carbon-black as a conductive material, and NMP (N-methyl-2) as a solvent -pyrrolidone) and stirred to prepare a uniform positive electrode slurry. The slurry was coated, dried, and compressed on an aluminum foil having a thickness of 30 μm to prepare a positive electrode plate having a thickness of 150 μm.

(음극의 제조)(Production of cathode)

음극 활물질로 인조흑연을 95 중량%, 접착제로 Tg가 -52℃인 아크릴릭 라텍스(Acrylic latex)를 3 중량%, 증점제로 CMC(Carboxymethyl cellulose)를 2 중량%의 비율로, 용매인 물에 첨가하고 교반하여 균일한 음극 슬러리를 제조하였다. 슬러리를 20 ㎛ 두께의 구리 호일 위에 코팅, 건조 및 압착하여 150 ㎛ 두께의 음극 극판을 제조하였다.95% by weight of artificial graphite as an anode active material, 3% by weight of acrylic latex having a T g of -52℃ as an adhesive, and 2% by weight of CMC (Carboxymethyl cellulose) as a thickener, added to water as a solvent and stirred to prepare a uniform negative electrode slurry. The slurry was coated, dried, and compressed on a 20 μm thick copper foil to prepare a 150 μm thick negative electrode plate.

(분리막의 제조)(Preparation of separation membrane)

두께가 10 ㎛, Gurley 투과도가 1 sec/100cc air인 아로마틱 폴리에스터 (aromatic polyester) 부직포를 준비하였다. Aromatic polyester 부직포는 기공 size > 1㎛ 이상이며, 기공도 50% 이상이며, 용융방사 및 칼렌더링 공정을 통해 제조되었다.An aromatic polyester nonwoven fabric having a thickness of 10 μm and a Gurley transmittance of 1 sec/100cc air was prepared. Aromatic polyester nonwoven fabric has a pore size > 1㎛ or more, a porosity of 50% or more, and was manufactured through melt spinning and calendaring processes.

N-메틸-2-피롤리돈 (NMP) 52g에 테트라에틸렌글리콜 디메틸에테르 (tetra-ethylene glycol dimethylether, TEGDME) 1.5g을 혼합하고, 여기에 용융온도가 270℃ 이고, 용융파단온도가 272℃인 폴리아미드이미드 (polyamideimide, PAI)를 용해하여 고형분 함량이 12 wt%인 코팅 용액을 준비하였다.1.5 g of tetra-ethylene glycol dimethylether (TEGDME) was mixed with 52 g of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and the melting temperature was 270 ° C. and the melt fracture temperature was 272 ° C. A coating solution having a solid content of 12 wt% was prepared by dissolving polyamideimide (PAI).

유리 지지체위에 아로마틱 폴리에스터 부직포를 놓고 바 코터를 이용하여 준비한 부직포에 코팅 용액을 도포한 후, 코팅된 부직포를 지지체로부터 박리하였다. 이후 핀텐터에 고정하여 130 ℃에서 10분간 건조하여 비점이 낮은 용매 NMP을 제거하고 남은 TEGDME와 PAI 사이에 상분리가 이루어지도록 한 후 140℃로 승온하고 추가로 10분간 건조하여 TEGDME를 최종적으로 제거함으로써 부직포의 공극 내에 다공성의 PAI가 함침된 복합 분리막을 제조하였다.An aromatic polyester nonwoven fabric was placed on a glass support, a coating solution was applied to the prepared nonwoven fabric using a bar coater, and the coated nonwoven fabric was peeled off the support. Thereafter, it is fixed in a pin tenter and dried at 130 ° C. for 10 minutes to remove NMP, a solvent with a low boiling point, and phase separation is made between the remaining TEGDME and PAI. A composite separator impregnated with porous PAI in the pores of the nonwoven fabric was prepared.

실시예 1에서 사용된 아로마틱 폴리에스터 부직포, 그리고 제조된 복합 분리막의 TMA 측정 결과는 표 3에 나타내었다. Table 3 shows the TMA measurement results of the aromatic polyester nonwoven fabric used in Example 1 and the prepared composite separator.

(전지의 제조)(Manufacture of battery)

양극, 음극 및 분리막을 사용하여 적층(Stacking) 방식으로 파우치형 전지를 조립하였으며, 조립된 각 전지에 1M의 리튬헥사플로로포스페이트(LiPF6)이 용해된 에틸렌카보네이트(EC)/에틸메틸카보네이트(EMC)/디메틸카보네이트(DMC)=3:5:2(부피비)인 전해액을 주입하여 고용량의 리튬 이차전지를 제조하였다. 전지의 설계용량은 모두 30Ah로 고정하였다.A pouch-type battery was assembled in a stacking method using a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and 1M lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved in each assembled battery. Ethylene carbonate (EC) / ethylmethyl carbonate ( EMC)/dimethyl carbonate (DMC)=3:5:2 (volume ratio) of an electrolyte solution was injected to prepare a high-capacity lithium secondary battery. The design capacity of all batteries was fixed at 30 Ah.

[실시예 2][Example 2]

(분리막의 제조)(Preparation of separation membrane)

두께가 10.5㎛, Gurley 투과도가 1 sec/100cc air인 폴리에스테르계 액정성고분자 (Liquid-crystalline polymer, LCP) 부직포를 준비하였다. LCP 부직포는 기공 size > 1㎛ 이상이며, 기공도 50% 이상이며, 용융방사 및 칼렌더링 공정을 통해 제조되었다.A polyester-based liquid-crystalline polymer (LCP) nonwoven fabric having a thickness of 10.5 μm and a Gurley transmittance of 1 sec/100cc air was prepared. The LCP nonwoven fabric has a pore size > 1㎛ or more, a porosity of 50% or more, and was manufactured through melt spinning and calendaring processes.

NMP 52g에 TEGDME 1.5g을 혼합하고, 여기에 실시예 1과 동일한 PAI를 용해하여 고형분 함량이 12 wt%인 코팅 용액을 준비하였다.1.5 g of TEGDME was mixed with 52 g of NMP, and the same PAI as in Example 1 was dissolved therein to prepare a coating solution having a solid content of 12 wt%.

유리 지지체위에 LCP 부직포를 놓았다. 바 코터를 이용하여 준비한 부직포에 코팅 용액을 도포한 후, 코팅된 부직포를 유리 지지체로부터 박리한 후, 핀텐터에 고정하여 130 ℃에서 10분간 건조하여 비점이 낮은 용매 NMP를 제거하고 남은 TEGMDE와 PAI 사이에 상분리가 이루어지도록 한 후 140℃로 승온하고 추가로 10분간 건조하여 TEGDME를 최종적으로 제거함으로써 LCP 부직포의 공극 내에 다공성의 PAI가 함침된 복합 분리막을 제조하였다.The LCP nonwoven was placed on a glass support. After applying the coating solution to the prepared non-woven fabric using a bar coater, the coated non-woven fabric is peeled off the glass support, fixed in a pin tenter and dried at 130 ° C. for 10 minutes to remove the low boiling point solvent NMP and remaining TEGMDE and PAI After allowing phase separation between them, the temperature was raised to 140° C. and dried for an additional 10 minutes to finally remove TEGDME, thereby preparing a composite separation membrane impregnated with porous PAI in the pores of the LCP nonwoven fabric.

실시예 1에서 사용된 LCP 부직포 및 복합 분리막의 TMA 측정 결과는 표 3에 나타내었다. The TMA measurement results of the LCP nonwoven fabric and the composite separator used in Example 1 are shown in Table 3.

[실시예 3][Example 3]

(분리막의 제조)(Preparation of separation membrane)

두께가 10㎛, Gurley 투과도가 3 sec/100cc air인 아로마틱 폴리에스터(aromatic polyester) 부직포를 준비하였다. 아로마틱 폴리에스터 부직포는 기공 size > 1㎛ 이상이며, 기공도 50% 이상이며, 용융방사 및 칼렌더링 공정을 통해 제조되었다.An aromatic polyester nonwoven fabric having a thickness of 10 μm and a Gurley transmittance of 3 sec/100cc air was prepared. The aromatic polyester nonwoven fabric has a pore size > 1 μm or more, a porosity of 50% or more, and was manufactured through melt spinning and calendaring processes.

다이메틸 아세트아마이드 (dimethylacetamide, DMAc) 6.7g에 TEGDME 4.3g을 혼합하고, 여기에 용융온도가 360℃이고, 용융파단온도가 360℃인 폴리아믹엑시드 (polyamic acid, PAA)를 용해하여 고형분 함량이 14 wt%인 코팅 용액을 준비하였다.4.3 g of TEGDME was mixed with 6.7 g of dimethylacetamide (DMAc), and polyamic acid (PAA) having a melting temperature of 360 ° C and a melt fracture temperature of 360 ° C was dissolved to increase the solid content. A coating solution of 14 wt% was prepared.

유리 지지체위에 아로마틱 폴리에스터 부직포를 놓았다. 바 코터를 이용하여 준비한 부직포에 코팅 용액을 도포한 후, 코팅된 부직포를 지지체로부터 박리한 후 핀텐터에 고정하였다. 이후 140 ℃에서 10분간 건조하여 필름화 한 후 비점이 낮은 용매 DMAc을 제거하고 남은 TEGDME와 PAA 사이에 상분리가 이루어지도록 한 후 250℃로 승온하고 1시간 열처리하여 이미드 (imidization)화 시킴으로써 부직포의 공극 내에 다공성의 폴리이미드 (polyimide, PI)가 함침된 복합 분리막을 제조하였다. Aromatic polyester non-woven fabric was placed on a glass support. After the coating solution was applied to the prepared nonwoven fabric using a bar coater, the coated nonwoven fabric was peeled off from the support and fixed in a pin tenter. After drying at 140 ° C. for 10 minutes to form a film, removing DMAc, a solvent with a low boiling point, and allowing phase separation between the remaining TEGDME and PAA, the temperature is raised to 250 ° C. A composite separator in which porous polyimide (PI) was impregnated in the pores was prepared.

실시예 3에서 사용된 PI 단독 필름, 그리고 제조된 복합 분리막의 TMA 측정 결과는 표 3에 나타내었다. The TMA measurement results of the PI-only film used in Example 3 and the prepared composite separator are shown in Table 3.

[실시예 4][Example 4]

(분리막의 제조)(Preparation of separation membrane)

두께가 12㎛, Gurley 투과도가 1 sec/100cc air인 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate, PET)부직포를 준비하였다.A polyethylene terephthalate (PET) nonwoven fabric having a thickness of 12 μm and a Gurley transmittance of 1 sec/100cc air was prepared.

NMP 51g에 폴레에틸렌글리콜 (polyethylene glycol, PET 분자량: 6000) 1.5g과 비표면적이 100 ㎡/g 인 실리카 입자 1.7g을 이용하여 혼합하고, 여기에 용융온도가 260℃이고, 용융파단온도가 563℃인 PAI를 용해하여 고형분 함량이 9.7 wt%인 코팅 용액을 준비하였다.NMP 51g was mixed with 1.5 g of polyethylene glycol (PET molecular weight: 6000) and 1.7 g of silica particles having a specific surface area of 100 m 2 /g, the melting temperature of which was 260 ° C, and the melting temperature of 563 A coating solution having a solid content of 9.7 wt% was prepared by dissolving PAI at °C.

유리 지지체위에 PET 부직포를 놓았다. 바 코터를 이용하여 준비한 PET 부직포에 코팅 용액을 도포한 후, 도포된 부직포를 지지체로부터 박리하여 핀텐터에 고정하여 120 ℃에서 30분간 건조하여 비점이 낮은 용매 NMP를 증발시켜 마이크로 상분리 구조체를 제조하였다.A PET nonwoven was placed on a glass support. After applying the coating solution to the PET nonwoven fabric prepared using a bar coater, the coated nonwoven fabric was peeled off the support and fixed in a pintenter, dried at 120 ° C. .

증류수를 이용하여 제조된 상분리 구조체로부터 PEG를 추출한 후, 다시 핀텐터에 고정하여 200℃에서 30분간 건조하여 두께 23㎛의 다공성 복합분리막을 제조하였다. After PEG was extracted from the phase-separation structure prepared using distilled water, it was again fixed in a pintenter and dried at 200° C. for 30 minutes to prepare a 23 μm-thick porous composite separation membrane.

그 외 양극, 음극 및 전지의 제조는 실시예 1과 동일하다The other positive electrode, negative electrode and battery were prepared the same as in Example 1.

[실시예 5][Example 5]

(분리막의 제조)(Preparation of separation membrane)

두께가 15㎛, Gurley 투과도가 3 sec/100cc air인 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate, PET)부직포를 준비하였다.A polyethylene terephthalate (PET) nonwoven fabric having a thickness of 15 μm and a Gurley transmittance of 3 sec/100cc air was prepared.

NMP 52g에 TEGDME 2.0g과 비표면적이 200 ㎡/g 인 알루미나 입자 2.0g을 이용하여 혼합하고, 여기에 용융온도가 270℃이고, 용융파단온도가 325℃인 PAI를 용해하여 고형분 함량이 10.2 wt%인 코팅 용액을 준비하였다. In 52 g of NMP, 2.0 g of TEGDME and 2.0 g of alumina particles having a specific surface area of 200 m 2 /g were mixed and mixed, and PAI having a melting temperature of 270 ° C and a melt fracture temperature of 325 ° C was dissolved to obtain a solid content of 10.2 wt. % of the coating solution was prepared.

유리 지지체위에 PET 부직포를 놓았다. 바 코터를 이용하여 준비한 PET 부직포에 코팅 용액을 도포한 후, 도포된 부직포를 지지체로부터 박리하여 핀텐터에 고정하여 120 ℃에서 30분간 건조하여 비점이 낮은 용매 NMP를 증발시켜 마이크로 상분리 구조체를 제조하였다.A PET nonwoven was placed on a glass support. After applying the coating solution to the PET nonwoven fabric prepared using a bar coater, the coated nonwoven fabric was peeled off the support and fixed in a pintenter, dried at 120 ° C. .

그 외 양극, 음극 및 전지의 제조는 실시예 1과 동일하다The other positive electrode, negative electrode and battery were prepared the same as in Example 1.

[비교예 1][Comparative Example 1]

(분리막의 제조)(Preparation of separation membrane)

무기 입자로 평균입경 0.5㎛ 인 알루미나(Alumina) 입자를 94 중량%, 용융온도가 220℃이고 비누화도가 99%인 폴리비닐알콜을 2 중량%, Tg가 -52℃인 아크릭 라텍스(Acrylic latex)를 4 중량%로, 용매인 물에 첨가하고 교반하여 균일한 내열층 슬러리를 제조하였다. 코팅용 기재로는 두께 9㎛의 폴리올레핀 미세다공막제품(ENPASS, 에스케이 이노베이션)을 사용하였고, 슬롯 코팅다이를 사용하여 기재의 양 면에 내열층 슬러리를 코팅하였다. 분리막은 건조기를 통하여 용매인 물을 증발시킨 후, 롤 형태로 권취하였다. 권취 후 측정한 양면 내열층의 두께는 각각 10.5㎛이었다. As inorganic particles, 94 wt% of alumina particles with an average particle diameter of 0.5 μm, 2 wt% of polyvinyl alcohol having a melting temperature of 220°C and a saponification degree of 99%, and a T g of -52°C acrylic latex (Acrylic latex) ) was added to water as a solvent at 4% by weight and stirred to prepare a uniform heat-resistant layer slurry. A 9㎛-thick polyolefin microporous membrane product (ENPASS, SK Innovation) was used as the substrate for coating, and the heat-resistant layer slurry was coated on both sides of the substrate using a slot coating die. The separation membrane was wound up in a roll form after evaporating water as a solvent through a dryer. The thickness of the heat-resistant layer on both sides measured after winding was 10.5 µm, respectively.

그 외 양극, 음극 및 전지의 제조는 실시예 1과 동일하다.Other than that, the preparation of the positive electrode, the negative electrode and the battery is the same as in Example 1.

[비교예 2][Comparative Example 2]

(분리막의 제조)(Preparation of separation membrane)

NMP 52g에 TEGDME 1.5g을 혼합하고, 여기에 실시예 1에 사용한 PAI를 용해하여 고형분 함량이 12 wt%를 준비하였다. 이 코팅액을 부직포 없이 PET 지지체에 캐스팅한 후 120 ℃에서 30분간 건조하여 비점이 낮은 용매 NMP를 증발시켜 마이크로 상분리 구조체를 만든 후, 지지체에서 박리하여 분리막을 제조하였다. 1.5 g of TEGDME was mixed with 52 g of NMP, and PAI used in Example 1 was dissolved therein to prepare a solid content of 12 wt%. After casting this coating solution on a PET support without a nonwoven fabric, it was dried at 120 ° C. for 30 minutes to evaporate NMP, a solvent with a low boiling point, to make a micro phase separation structure, and then peeled off the support to prepare a separation membrane.

그 외 양극, 음극 및 전지의 제조는 실시예 1과 동일하다The other positive electrode, negative electrode and battery were prepared the same as in Example 1.

[비교예 3][Comparative Example 3]

(분리막의 제조)(Preparation of separation membrane)

실시예 1에 사용한 아로마틱 폴리에스터 부직포와 동일한 재질의 섬유를 이용하여 두께 22㎛인 부직포를 제작하였다. Gurley 투과도는 3sec/100cc이며, 공극률은 50% 이상인 부직포를 고분자 함침 없이 단독으로 전지 분리막으로 사용하였다.A nonwoven fabric having a thickness of 22 μm was prepared using fibers of the same material as the aromatic polyester nonwoven fabric used in Example 1. A nonwoven fabric having a Gurley transmittance of 3 sec/100 cc and a porosity of 50% or more was used as a battery separator without polymer impregnation.

그 외 양극, 음극 및 전지의 제조는 실시예 1과 동일하다The other positive electrode, negative electrode and battery were prepared the same as in Example 1.

[비교예 4][Comparative Example 4]

(분리막의 제조)(Preparation of separation membrane)

두께가 12㎛, Gurley 투과도가 1 sec/100cc air인 PET 부직포를 준비하였다. 실시예 1과 동일하게 NMP 52g에 TEGDME 1.5g을 혼합하고, 여기에 PAI를 용해하여 고형분 함량이 12 wt%인 코팅 용액을 준비하였다.A PET nonwoven fabric having a thickness of 12 μm and a Gurley permeability of 1 sec/100cc air was prepared. In the same manner as in Example 1, 1.5 g of TEGDME was mixed with 52 g of NMP, and PAI was dissolved therein to prepare a coating solution having a solid content of 12 wt%.

유리 지지체위에 PET 부직포를 놓았다. 바 코터를 이용하여 준비한 부직포에 코팅 용액을 도포한 후, 지지체를 제거하고 130 ℃에서 10분간 건조하여 비점이 낮은 용매 NMP를 제거하고 남은 TEGDME 와 PAI 사이에 상분리가 이루어지도록 한 후 140℃로 승온하고 추가로 10분간 건조하여 TEGDME 를 최종적으로 제거함으로써 PET 부직포의 공극 내에 다공성의 PAI가 함침된 복합 분리막을 제조하였다.A PET nonwoven was placed on a glass support. After applying the coating solution to the prepared nonwoven fabric using a bar coater, remove the support and dry at 130°C for 10 minutes to remove NMP, a solvent with a low boiling point, and allow phase separation between the remaining TEGDME and PAI, and then increase the temperature to 140°C And by drying for an additional 10 minutes to finally remove TEGDME, a composite separator impregnated with porous PAI in the pores of the PET nonwoven fabric was prepared.

그 외 양극, 음극 및 전지의 제조는 실시예 1과 동일하다The other positive electrode, negative electrode and battery were prepared the same as in Example 1.

[비교예 5][Comparative Example 5]

(분리막의 제조)(Preparation of separation membrane)

두께가 15㎛, Gurley 투과도가 5 sec/100cc air인 셀룰로오스 부직포를 준비하였다.A cellulose nonwoven fabric having a thickness of 15 μm and a Gurley permeability of 5 sec/100cc air was prepared.

N-메틸-2-피롤리돈 65g에 테트라에틸렌글리콜 디메틸에테르 2.5g을 혼합하고, 여기에 실시예 1에 사용된 PAI를 용해하여 고형분 함량이 8.1 wt%인 코팅 용액을 준비하였다.65 g of N-methyl-2-pyrrolidone was mixed with 2.5 g of tetraethylene glycol dimethyl ether, and PAI used in Example 1 was dissolved therein to prepare a coating solution having a solid content of 8.1 wt%.

유리 지지체위에 셀룰로오스 부직포를 놓았다. 바 코터를 이용하여 준비한 부직포에 코팅 용액을 도포한 후, 지지체를 제거하고 130 ℃에서 10분간 건조하여 비점이 낮은 용매 NMP를 제거하고 남은 TEGDME와 PAI 사이에 상분리가 이루어지도록 한 후 140℃로 승온하고 추가로 10분간 건조하여 TEGDME를 최종적으로 제거함으로써 PET 부직포의 공극 내에 다공성의 PAI가 함침된 복합 분리막을 제조하였다.Cellulose nonwoven fabric was placed on a glass support. After applying the coating solution to the prepared nonwoven fabric using a bar coater, remove the support and dry at 130 ° C. for 10 minutes to remove NMP, a solvent with a low boiling point, and phase separation between the remaining TEGDME and PAI. Then, the temperature was raised to 140 ° C. and dried for an additional 10 minutes to finally remove TEGDME, thereby preparing a composite separator impregnated with porous PAI in the pores of the PET nonwoven fabric.

비교예 3에서 사용된 셀룰로오스 부직포, 및 제조된 복합 분리막의 TMA 측정 결과는 표 3에 나타내었다.Table 3 shows the TMA measurement results of the cellulose nonwoven fabric used in Comparative Example 3 and the prepared composite separator.

그 외 양극, 음극 및 전지의 제조는 실시예 1과 동일하다The other positive electrode, negative electrode and battery were prepared the same as in Example 1.

[비교예 6][Comparative Example 6]

(분리막의 제조)(Preparation of separation membrane)

두께가 21㎛, Gurley 투과도가 45 sec/100cc air인 아라미드(Aramid) 섬유로 제작된 부직포를 준비하였다. 아라미드 섬유는 방사법을 이용해 제조되었으며, 섬유의 굵기는 3~10㎛이다. 제조된 섬유는 짧게 chopping 된 후 wet-laid 방식을 이용하여 부직포로 제조되었다.A nonwoven fabric made of aramid fibers having a thickness of 21 μm and a Gurley transmittance of 45 sec/100cc air was prepared. Aramid fibers are manufactured using a spinning method, and the thickness of the fibers is 3 to 10 μm. The fabricated fibers were briefly chopped and then made into a nonwoven fabric using a wet-laid method.

상기의 아라미드 부직포를 분리막으로 사용하였고, 그 외 양극, 음극 및 전지의 제조는 실시예 1과 동일하다. The above aramid nonwoven fabric was used as a separator, and the preparation of the positive electrode, the negative electrode and the battery was the same as in Example 1.

[비교예 7][Comparative Example 7]

(분리막의 제조)(Preparation of separation membrane)

두께가 15㎛, Gurley 투과도가 3 sec/100cc air인 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate, PET)부직포를 준비하였다.A polyethylene terephthalate (PET) nonwoven fabric having a thickness of 15 μm and a Gurley transmittance of 3 sec/100cc air was prepared.

NMP 52g에 TEGDME 2.0g과 비표면적이 200 ㎡/g 인 알루미나 입자 2.0g을 이용하여 혼합하고, 여기에 용융온도가 255℃이고, 용융파단온도가 300℃인 polyamide계 고분자를 용해하여 고형분 함량이 9.3 wt%인 코팅 용액을 준비하였다. Mix 2.0 g of TEGDME and 2.0 g of alumina particles with a specific surface area of 200 m 2 /g in 52 g of NMP, and dissolve a polyamide-based polymer having a melting temperature of 255 ° C and a melt fracture temperature of 300 ° C. A coating solution of 9.3 wt% was prepared.

유리 지지체위에 PET 부직포를 놓았다. 바 코터를 이용하여 준비한 PET 부직포에 코팅 용액을 도포한 후, 도포된 부직포를 지지체로부터 박리하여 핀텐터에 고정하여 120 ℃에서 30분간 건조하여 비점이 낮은 용매 NMP를 증발시켜 마이크로 상분리 구조체를 제조하였다.A PET nonwoven was placed on a glass support. After applying the coating solution to the PET nonwoven fabric prepared using a bar coater, the coated nonwoven fabric was peeled off the support and fixed in a pintenter, dried at 120 ° C. .

그 외 양극, 음극 및 전지의 제조는 실시예 1과 동일하다The other positive electrode, negative electrode and battery were prepared the same as in Example 1.

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 분리막을 이용하여 열수축 시험을 실시하였다.A heat shrinkage test was performed using the separation membranes prepared in Examples and Comparative Examples.

이하 물성은 다음과 같이 측정하였다.Hereinafter, the physical properties were measured as follows.

1) 두께1) thickness

두께에 대한 정밀도가 0.1㎛인 접촉 방식의 두께 측정기로 TESA-μHITE 제품을 사용하였다.TESA-μHITE product was used as a contact-type thickness measuring device with a thickness precision of 0.1 μm.

2) 기체 투과도2) gas permeability

기체투과도는 걸리(Gurley) 투과도를 측정하였다. Toyoseiki사의 Densometer를 이용하여 JIS P8117 규격에 따라 측정되었다. 100cc의 공기가 분리막 1 제곱인치의 면적을 통과하는 데 걸리는 시간을 초 단위로 기록하여 비교하였다.Gas permeability was measured by Gurley permeability. It was measured according to the JIS P8117 standard using a Densometer from Toyoseiki. The time taken for 100 cc of air to pass through an area of 1 square inch of the separator was recorded in seconds and compared.

3) 인장강도3) Tensile strength

분리막의 인장강도를 측정하는 방법은 ASTM D882 규격을 따르며, 분리막을 길이방향(MD, Machine Direction)과 폭방향(TD, Transverse Direction)으로 각각 인장강도를 측정한 후, 길이방향과 폭방향 중에서 더 낮은 값을 분리막의 인장강도로 정의한다. 각각의 시료는 폭 15mm, 높이 120mm의 직사각형 모양으로 절단하여 만들고, 연신기를 통하여 500mm/min의 속도로 당기며 분리막 시료가 끊어질 때의 강도(kgf)를 시료의 폭(15mm)으로 나눈 값을 기록하여 비교한다.The method of measuring the tensile strength of the separator follows the ASTM D882 standard, and after measuring the tensile strength of the separator in the longitudinal direction (MD, Machine Direction) and the width direction (TD, Transverse Direction), respectively, more The lower value is defined as the tensile strength of the separator. Each sample is cut into a rectangular shape with a width of 15 mm and a height of 120 mm, pulled through a stretching machine at a speed of 500 mm/min. Record and compare.

4) 250℃ 수축율4) 250℃ shrinkage

분리막의 250℃ 열수축율을 측정하는 방법은, 분리막을 한 변이 10cm인 정사각형 모양으로 잘라서 시료를 만든 후, 실험 전 시료의 면적을 카메라를 이용하여 측정 및 기록한다. 시료가 정중앙에 위치하도록 시료의 위와 아래에 각각 A4종이를 5장씩 놓고, 종이의 네 변을 클립으로 고정한다. 종이로 감싸진 시료를 250℃ 열풍건조 오븐에 1시간 방치하였다. 방치가 끝나면, 시료를 꺼내어 분리막의 면적을 카메라로 측정하여 하기 수학식의 수축율을 계산하였다. In the method of measuring the thermal contraction rate of 250°C of the separator, the sample is prepared by cutting the separator into a square shape with one side of 10 cm, and then the area of the sample before the experiment is measured and recorded using a camera. Place 5 sheets of A4 paper at the top and bottom of the sample so that the sample is located in the center, and fix the four sides of the paper with clips. The paper-wrapped sample was left in a hot air drying oven at 250° C. for 1 hour. After leaving, the sample was taken out, the area of the separator was measured with a camera, and the shrinkage rate of the following equation was calculated.

[수학식][Equation]

수축률(%) = (가열 전 면적- 가열 후 면적) × 100 / 가열 전 면적Shrinkage (%) = (area before heating - area after heating) × 100 / area before heating

5) 기공도 5) Qigongdo

기공도는 분리막을 가로 10 ㎝, 세로 10 ㎝의 크기로 잘라 무게와 두께를 측정하여 분리막의 밀도를 계산하고, 물질의 밀도를 이용하여 아래의 식으로 계산하였다.The porosity was calculated by cutting the separator into 10 cm wide and 10 cm long, measuring the weight and thickness, calculating the density of the separator, and using the density of the material to calculate the following equation.

분리막의 밀도=(분리막의 무게)/(분리막의 부피)=(분리막의 무게)/(10 ㎝× 10 ㎝×(분리막의 두께))Density of the separator = (weight of the separator) / (volume of the separator) = (weight of the separator) / (10 cm × 10 cm × (thickness of the separator))

기공도=(물질의 밀도 - 분리막의 밀도)/(물질의 밀도) × 100Porosity = (density of material - density of membrane)/(density of material) × 100

[열수축 시험][Heat shrinkage test]

열풍 오븐을 이용하여 실시예와 비교예에서 준비된 분리막의 형상 유지율을 관찰하였다. 열풍 오븐의 온도 250℃에서 1시간 방치한 후 수축률을 계산하였다. 이에 따른 시험 결과를 표 2에 나타내었다.The shape retention rate of the separation membranes prepared in Examples and Comparative Examples was observed using a hot air oven. After standing for 1 hour at a temperature of 250° C. in a hot air oven, the shrinkage rate was calculated. The test results according to this are shown in Table 2.

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1을 제외하고는, 실시예 및 비교예 분리막의 고온에서의 형상 유지율은 우수함을 알 수 있다. As can be seen from Table 1, with the exception of Comparative Example 1, it can be seen that the separation membranes of Examples and Comparative Examples had excellent shape retention at high temperature.


항목

Item

(단위)

(unit)

실시예
1

Example
One

실시예
2

Example
2

실시예
3

Example
3

실시예
4

Example
4

실시예
5

Example
5

비교예
1

comparative example
One

비교예
2

comparative example
2

비교예
3

comparative example
3

비교예
4

comparative example
4

비교예
5

comparative example
5

비교예
6

comparative example
6

비교예
7

comparative example
7

구조

rescue


μm

21

21

20

20

22

22

22

22

23

23

21

21

23

23

22

22

24

24

21

21

20

20

22

22

기체
투과도

gas
permeability

sec/
100cc

sec/
100cc

17

17

15

15

20

20

96

96

42

42

195

195

25

25

3

3

18

18

23

23

24

24

24

24

인장
강도

Seal
burglar

Kgf/cm

kgf/cm

780

780

820

820

690

690

495

495

437

437

980

980

571

571

523

523

385

385

219

219

493

493

421

421

250℃ 수축률

250℃ Shrinkage

%

%

0

0

0

0

0

0

2

2

1

One

>20

>20

0.5

0.5

1

One

1

One

0

0

0

0

2

2

기공도

Qigongdo

%

%

51

51

42

42

46

46

41

41

39

39

38

38

42

42

40

40

51

51

50

50

48

48

43

43

[용융파단온도 측정방법][Method for measuring melt rupture temperature]

METTLER TOLEDO사의 TMA (Thermo-mechanical analysis) 장비를 사용하여 6mm × 10mm의 시편에 0.015N~0.2N의 하중이 걸리도록 로딩한 후 5℃/min의 속도로 승온하면서 시료의 길이 변형을 측정하였다. 이때 승온 과정에서 시료의 변형길이와 초기 시료길이의 비를 '변형율' 이라 한다. 이때 상기 시편의 크기는 열기계분석기(TMA)에 로딩한 후, 실제 분석에 사용되는 크기를 의미한다. Using METTLER TOLEDO's TMA (Thermo-mechanical analysis) equipment, a 6mm × 10mm specimen was loaded so that a load of 0.015N to 0.2N was applied, and then the length of the specimen was measured while the temperature was raised at a rate of 5℃/min. In this case, the ratio of the strain length of the sample to the initial sample length during the temperature increase process is called the 'strain rate'. At this time, the size of the specimen refers to the size used for actual analysis after loading into a thermomechanical analyzer (TMA).

변형율 = [(용융파단온도까지 변형된 시편의 길이방향 길이 - 초기 시편의 길방향 길이)/초기 시편의 길이방향 길이] × 100Strain = [(longitudinal length of specimen deformed to melt rupture temperature - longitudinal length of initial specimen) / longitudinal length of initial specimen] × 100

일반적으로 폴리올레핀 세퍼레이터처럼 고연신 과정을 거쳐 제작된 시편의 경우 일정온도에서 수축이 일어나게 되며, 고분자의 용융온도 부근에서는 추의 무게로 인하여 시편이 갑자기 늘어나게 된다. TMA 최대 수축률의 경우 일정 온도에서 발생하는 최대 수축 지점 (point)에서의 초기 측정 길이 대비 수축 변형 길이를 %로 표현한 값으로 정의한다. 이후 추의 무게에 의하여 늘어나기 시작하는데 이 때 시편의 초기 길이 (zero point)를 넘어서는 온도를 '용융온도 (Tm)'으로 정의한다. 이 온도를 넘어 시료가 급격히 늘어나게 되면서 시료의 파단 (fracture)이 발생하는데, 이때의 온도를 '용융파단온도 (Tf)'라 한다. 도 1의 TMA 그래프에서 상기 정의된 항목에 대한 부연 설명을 나타내었다. In general, in the case of a specimen manufactured through a high elongation process like a polyolefin separator, shrinkage occurs at a certain temperature, and near the melting temperature of the polymer, the specimen suddenly stretches due to the weight of the weight. In the case of TMA maximum shrinkage, it is defined as a value expressed as a percentage of the shrinkage strain length compared to the initial measured length at the maximum shrinkage point that occurs at a constant temperature. Afterwards, it starts to stretch by the weight of the weight. At this time, the temperature exceeding the initial length (zero point) of the specimen is defined as the 'melting temperature (T m )'. As the sample is rapidly stretched beyond this temperature, fracture of the sample occurs, and the temperature at this time is called the 'melt fracture temperature (T f )'. In the TMA graph of FIG. 1, an amplification of the items defined above is shown.

상기 시험에 따라 측정된 용융연신특성을 하기 표 2에 나타내었다(응력 0.015N에서 측정).The melt elongation properties measured according to the above test are shown in Table 2 below (measured at a stress of 0.015N).

표 2의 실시예에는 부직포 또는 함침고분자 중 용융 연신거동을 보이는 소재로 제조된 복합 분리막의 경우 부직포 또는 함침고분자 각각의 용융온도보다 높은 온도에서 파단이 발생하며, 그 과정에서 50% 이상 늘어나는 것을 확인할 수 있다.In the example of Table 2, in the case of a composite separator made of a material exhibiting a melt stretching behavior among nonwoven fabrics or impregnated polymers, fracture occurs at a temperature higher than the melting temperature of each of the nonwoven fabrics or impregnated polymers, and it is confirmed that 50% or more is increased in the process. can

하기 표 2에서 함침고분자는 다공성 고분자 매트릭스를 의미하며, 함침고분자의 물성은 부직포에 함침시키지 않은 상태에서 각각의 실시예와 동일한 방법으로 박막을 제조한 상태에서 물성을 측정하였다.In Table 2 below, the impregnated polymer means a porous polymer matrix, and the properties of the impregnated polymer were measured in a state in which a thin film was prepared in the same manner as in each Example without impregnating the nonwoven fabric.


 

 

용융온도melting temperature
(℃)(℃)

최대 수축율 (%)Maximum shrinkage (%)

용융 파단온도 (℃)Melt fracture temperature (℃)

변형율strain rate
(%)(%)

실시예 1Example 1

부직포Non-woven

330

330

0

0

530

530

83

83

함침고분자impregnated polymer

270

270

0

0

272

272

1

One

복합분리막Composite Membrane

360

360

0

0

650

650

62

62

실시예 2Example 2

부직포Non-woven

310

310

0

0

490

490

75

75

함침고분자impregnated polymer

270

270

0

0

272

272

1

One

복합분리막Composite Membrane

330

330

0

0

610

610

59

59

실시예 3Example 3

부직포Non-woven

330

330

0

0

530

530

83

83

함침고분자impregnated polymer

360

360

0

0

360

360

0

0

복합분리막Composite Membrane

385

385

0

0

552

552

35

35

실시예 4Example 4

부직포Non-woven

250

250

3

3

253

253

1

One

함침고분자impregnated polymer

260

260

0

0

563

563

49

49

복합분리막Composite Membrane

310

310

0

0

623

623

54

54

실시예 5Example 5

부직포Non-woven

250

250

3

3

253

253

1

One

함침고분자impregnated polymer

270

270

0

0

325

325

31

31

복합분리막Composite Membrane

275

275

0

0

330

330

33

33

비교예 1Comparative Example 1

코팅분리막coating separator

170

170

28

28

175

175

3

3

비교예 2Comparative Example 2

 분리막separator

270

270

0

0

272

272

8

8

비교예 3Comparative Example 3

 분리막separator

252

252

3

3

254

254

6

6

비교예 4Comparative Example 4

부직포Non-woven

250

250

3

3

253

253

5

5

함침고분자impregnated polymer

270

270

0

0

272

272

8

8

복합분리막Composite Membrane

270

270

0

0

272

272

9

9

비교예 5Comparative Example 5

부직포Non-woven

265

265

0

0

266

266

5

5

함침고분자impregnated polymer

270

270

0

0

272

272

6

6

복합분리막Composite Membrane

270

270

0

0

272

272

7

7

비교예 6Comparative Example 6

 분리막separator

560*

560*

 

 

NA

NA

-16**

-16**

비교예 7Comparative Example 7

부직포Non-woven

250

250

0

0

253

253

1

One

함침고분자impregnated polymer

255

255

0

0

300

300

8

8

복합분리막Composite Membrane

255

255

0

0

302

302

9

9

상기 표 2에서 비교예 6은 용융온도가 아니라 분해온도이다. 비교예 6은 온도상승에 따라 연신 되지 않고 수축되나, 측정가능 온도인 900℃에서도 파단이 발생하지 않고 계속 수축되는 것을 확인하였다.In Table 2, Comparative Example 6 is a decomposition temperature, not a melting temperature. Comparative Example 6 was not stretched and contracted as the temperature increased, but it was confirmed that it continued to contract without breaking even at a measurable temperature of 900°C.

[전기화학적 특성][Electrochemical properties]

상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 전지들을 충/방전 사이클 장치를 이용하여, 4.2V의 CC-CV (Constant current-constant voltage)로 충전 후 2.7V까지 방전시켰다 (율속 1C1C). 이에 따른 각각의 화성 충전 용량, 출하 방전 용량, 및 초기효율에 대해 하기 표 3에 나타내었다. The batteries manufactured according to the above Examples and Comparative Examples were charged to a constant current-constant voltage (CC-CV) of 4.2V using a charge/discharge cycle device and then discharged to 2.7V (rate 1C1C). Table 3 below shows the chemical conversion charge capacity, the shipment discharge capacity, and the initial efficiency.

표 3에서 보듯, 실시예 및 비교예에서 비교예 3을 제외하고는 전지용량 및 효율에 있어서 종래의 상용되는 세라믹코팅 분리막 (비교예 1)과 유사한 성능을 보임을 알 수 있다. 비교예 3의 경우 부직포만을 이용한 분리막은 기공크기가 균일하지 않고 그 크기가 커 단락의 위험이 높은 것으로 보인다.As shown in Table 3, it can be seen that in Examples and Comparative Examples, with the exception of Comparative Example 3, performance similar to that of a conventional commercially available ceramic-coated separator (Comparative Example 1) in terms of battery capacity and efficiency. In the case of Comparative Example 3, the separator using only the non-woven fabric had non-uniform pore sizes and a high risk of short-circuiting.


 

 

화성충전용량 Mars charging capacity
(Ah)(Ah)

출하방전용량 Shipping discharge capacity
(Ah)(Ah)

효율 (%)efficiency (%)

실시예 1Example 1

34,066

34,066

30,927

30,927

90.78

90.78

실시예 2Example 2

33,840

33,840

30,420

30,420

89.89

89.89

실시예 3Example 3

33,826

33,826

30,321

30,321

89.64

89.64

실시예 4Example 4

33,985

33,985

30,893

30,893

90.99

90.99

비교예 1Comparative Example 1

33,950

33,950

30,800

30,800

90.72

90.72

비교예 2Comparative Example 2

34,135

34,135

30,651

30,651

89.79

89.79

비교예 3Comparative Example 3

단락발생으로 평가불가

Unable to evaluate due to short circuit

비교예 4Comparative Example 4

33,540

33,540

30,556

30,556

91.1

91.1

비교예 5Comparative Example 5

34,024

34,024

30,844

30,844

90.65

90.65

비교예 6Comparative Example 6

34,600

34,600

30,690

30,690

88.69

88.69

[관통안전성 시험][Penetration safety test]

실시예 및 비교예들의 분리막을 사용하여 제조된 전지의 관통 테스트를 실시하였다. 관통 테스트는 충전률 (state of charge, SOC)별로 충전시킨 다음 직경이 8mm 인 네일을 40mm/sec의 속도로 관통한 후 발화 또는 폭발여부를 확인하였다.A penetration test was performed on batteries manufactured using the separators of Examples and Comparative Examples. In the penetration test, after charging for each state of charge (SOC), a nail having a diameter of 8 mm was penetrated at a speed of 40 mm/sec, and then ignition or explosion was checked.

상기 시험에 따라 측정된 전지의 표면 온도를 표 4에 기재하였다. Table 4 shows the surface temperatures of the batteries measured according to the above test.


SOC 100%SOC 100%

SOC 90%SOC 90%

SOC 70%SOC 70%

SOC 60%SOC 60%

SOC 50%SOC 50%

실시예 1Example 1

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

실시예 2Example 2

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

실시예 3Example 3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

실시예 4Example 4

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

실시예 5Example 5

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

비교예 1Comparative Example 1

L5

L5

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

비교예 2Comparative Example 2

L5

L5

L4

L4

L3

L3

L3

L3

L3

L3

비교예 3Comparative Example 3

단락발생으로 평가불가

Unable to evaluate due to short circuit

비교예 4Comparative Example 4

L5

L5

L5

L5

L3

L3

L3

L3

L3

L3

비교예 5Comparative Example 5

L5

L5

L5

L5

L4

L4

L3

L3

L3

L3

비교예 6Comparative Example 6

L5

L5

L5

L5

L3

L3

L3

L3

L3

L3

비교예 7Comparative Example 7

L4

L4

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

L3

상기 표 4에서, L3: PASS, L4: 발화 (FAIL), L5 폭발 (FAIL)이다.In Table 4 above, L3: PASS, L4: ignition (FAIL), L5 explosion (FAIL).

상기 표 4에 나타낸 것처럼 용융온도이상에서 연신 거동을 보이는 재질의 소재를 사용한 복합분리막의 경우 SOC 100%까지 관통안전성이 확보되는 것을 알 수 있다. As shown in Table 4, it can be seen that penetration stability up to SOC 100% is secured in the case of a composite separator using a material having a stretching behavior above the melting temperature.

반면, 비교예들은 관통안전성을 충분히 만족시키지 못하며, 이는 네일 관통 시 네일 주변의 발열로 인해 시트의 수축 또는 파단이 심해지면서 내부 단락을 유발하게 되고 이로 인해 2차 발열로 확산되게 되면서 안전성을 확보할 수 없게 된 것으로 보인다.On the other hand, the comparative examples do not sufficiently satisfy penetration safety, which causes internal short circuit as the sheet shrinks or breaks due to heat around the nail during nail penetration. seems to have become impossible.

Claims (13)

섬유로 이루어지며, 용융온도가 250 ℃ 이상인 다공성 지지체; 및
다공성 지지체의 일부 또는 전부에 함침되거나 표면에 코팅되며, 용융온도가 250 ℃ 이상인 다공성 고분자 매트릭스를 포함하고,
열기계분석기(TMA)를 이용하여 폭 6mm × 길이 10mm의 시편에 길이방향으로 0.015N~0.2N의 하중을 가한 상태에서 5℃/분으로 승온 시 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 다공성 복합 분리막.
[식 1]
시편의 길이방향 길이가 초기 길이를 넘어서는 용융온도(Tm) ≥ 250 ℃
[식 2]
시편의 파단이 발생하는 용융파단온도(Tf) ≥ Tm + 50 ℃
a porous support made of fibers and having a melting temperature of 250 °C or higher; and
Part or all of the porous support is impregnated or coated on the surface, and contains a porous polymer matrix having a melting temperature of 250 ° C. or higher,
A porous composite separator that satisfies Equations 1 and 2 below when the temperature is raised at 5°C/min while a load of 0.015N to 0.2N is applied in the longitudinal direction to a 6mm wide × 10mm long specimen using a thermomechanical analyzer (TMA). .
[Equation 1]
Melting temperature (T m ) ≥ 250 °C at which the longitudinal length of the specimen exceeds the initial length
[Equation 2]
Melt fracture temperature at which the specimen fracture occurs (T f ) ≥ T m + 50 ℃
제 1항에 있어서,
상기 분리막은 하기 식 3에 따른 변형율이 10% 이상인 다공성 복합 분리막.
[식 3]
변형율 = [(용융파단온도까지 변형된 시편의 길이방향 길이 - 초기 시편의 길방향 길이)/초기 시편의 길이방향 길이] × 100
The method of claim 1,
The separator is a porous composite separator having a strain rate of 10% or more according to Equation 3 below.
[Equation 3]
Strain = [(longitudinal length of specimen deformed to melt rupture temperature - longitudinal length of initial specimen) / longitudinal length of initial specimen] × 100
제 1항에 있어서,
상기 분리막의 두께가 5 내지 40 ㎛인 다공성 복합 분리막.
The method of claim 1,
A porous composite separator having a thickness of 5 to 40 μm of the separator.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 다공성 지지체 및 다공성 고분자 매트릭스 중 적어도 어느 하나는 상기 식 1 및 식 2를 만족하는 것인 다공성 복합 분리막.
The method of claim 1,
At least one of the porous support and the porous polymer matrix satisfies Formulas 1 and 2 above.
제 1항에 있어서,
상기 다공성 지지체를 이루는 섬유의 재질은 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴 및 폴리올레핀으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나, 둘 이상의 블렌드물 및 둘 이상의 공중합체에서 선택되는 것인 다공성 복합 분리막.
The method of claim 1,
The material of the fiber constituting the porous support is any one selected from the group consisting of polyester, polyimide, polyamide, polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile and polyolefin, a blend of two or more, and two or more air A porous composite membrane selected from coalescence.
제 1항에 있어서,
상기 다공성 고분자 매트릭스는 폴리이미드, 폴리아미드, 아라미드, 폴리아미드이미드 및 폴리파라페닐벤조비스옥사졸에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 고내열성 고분자로 이루어진 것인 다공성 복합 분리막.
The method of claim 1,
The porous polymer matrix is a porous composite separator made of any one or two or more high heat-resistant polymers selected from polyimide, polyamide, aramid, polyamideimide, and polyparaphenylbenzobisoxazole.
제 1항에 있어서,
상기 다공성 고분자 매트릭스는 상분리에 의해 기공이 형성된 것인 다공성 복합 분리막.
The method of claim 1,
The porous polymer matrix is a porous composite separator in which pores are formed by phase separation.
제 1항에 있어서,
상기 분리막은 기공도가 10 ~ 90%인 다공성 복합 분리막.
The method of claim 1,
The separator is a porous composite separator having a porosity of 10 to 90%.
양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전기화학 소자에 있어서,
상기 분리막이 제 1항 내지 제 3항 및 제 6항 내지 제 10항에서 선택되는 어느 한 항의 다공성 복합 분리막을 포함하는 전기화학 소자.
An electrochemical device comprising an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode,
The electrochemical device comprising the porous composite separator of any one of claims 1 to 3 and claim 6 to 10, wherein the separator is selected from the group consisting of:
제 11항에 있어서,
상기 전기화학 소자는 리튬 이차전지인 전기화학소자.
12. The method of claim 11,
The electrochemical device is an electrochemical device that is a lithium secondary battery.
제 11항에 있어서,
상기 전기화학소자는 충전률 70%이상인 상태에서, 직경이 8mm인 네일을 40mm/sec의 속도로 관통 시 발화 또는 폭발이 발생하지 않는 것인 전기화학소자.
12. The method of claim 11,
The electrochemical device is an electrochemical device that does not ignite or explode when a nail having a diameter of 8mm is penetrated at a speed of 40mm/sec in a state where the charging rate is 70% or more.
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