KR102465701B1 - Separator for lithium secondary battery using inorganic liquid electrolyte - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬이차전지용 분리막에 있어서, (a) 상기 리튬이차전지는 이산화황이 주입된 리튬염 함유 무기 액체 전해질을 포함하며; (b) 상기 분리막은 양면에 고분자소재의 코팅층이 형성된 것;을 특징으로 하는 리튬이차전지용 분리막을 제공한다.
본 발명에 따르면, 전해질에 대한 분리막의 젖음성이 크게 향상되며, 궁극적으로 리튬이차전지의 충방전 특성 및 사이클 수명이 현저하게 개선되며, 특히 저온에서도 안정적으로 구동이 가능하여 휴대용 전자기기 또는 전기자동차 등의 에너지 저장 소자에 응용이 가능하다.
The present invention provides a separator for a lithium secondary battery, wherein (a) the lithium secondary battery includes a lithium salt-containing inorganic liquid electrolyte injected with sulfur dioxide; (b) the separator has a coating layer of a polymer material formed on both sides thereof; provides a separator for a lithium secondary battery, characterized in that.
According to the present invention, the wettability of the separator with respect to the electrolyte is greatly improved, and ultimately, the charge/discharge characteristics and cycle life of the lithium secondary battery are remarkably improved. It can be applied to energy storage devices of

Description

무기 액체 전해질을 채용한 리튬이차전지용 분리막{Separator for lithium secondary battery using inorganic liquid electrolyte}Separator for lithium secondary battery using inorganic liquid electrolyte

본 발명은 무기 액체 전해질을 채용한 리튬이차전지용 분리막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이산화황 기반의 무기 액체 전해질을 채용하는 리튬이차전지의 분리막 표면이 고분자 소재로 코팅된 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 분리막에 관한 것이다.
The present invention relates to a separator for a lithium secondary battery employing an inorganic liquid electrolyte and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a separator surface of a lithium secondary battery employing an inorganic liquid electrolyte based on sulfur dioxide is coated with a polymer material It relates to a separator for a lithium secondary battery.

최근, 기술의 발전으로 휴대용 전자기기뿐만 아니라 전기자동차의 동력원, 중대형 에너지 저장 시스템의 전력 저장장치까지 전지의 쓰임새가 넓어지고 있다. 따라서 다양한 요구를 충족시킬 수 있는 리튬이차전지에 대한 연구들이 진행되고 있는데, 특히 전지의 안전성이 중요한 이슈가 되고 있다. 구체적으로, 휴대용 전자기기에서 전지의 경량화 및 소형화를 비롯하여 전기자동차나 중대형 에너지 저장시스템에서 고출력, 대용량 전지의 필요성에 따라 리튬이차전지의 핵심적인 구성요소 중 하나인 분리막은 안전성이 높으면서도 전지성능을 향상시킬 수 있는 소재가 요구된다.Recently, with the development of technology, the use of batteries is expanding not only in portable electronic devices, but also in power sources of electric vehicles and power storage devices of medium and large-sized energy storage systems. Therefore, studies on lithium secondary batteries that can meet various needs are being conducted, and in particular, battery safety has become an important issue. Specifically, in accordance with the need for high-output, large-capacity batteries in electric vehicles and medium-to-large energy storage systems as well as lightweight and miniaturization of batteries in portable electronic devices, the separator, one of the key components of lithium secondary batteries, has high safety and improved battery performance. Materials that can be improved are required.

일반적으로 리튬이차전지는 양극, 음극, 그리고 양극과 음극 사이에 배치되는 분리막으로 구성된 전극조립체 및 리튬염이 함유된 전해질을 포함한다. 이러한 리튬 이차전지는 양극과 음극 간에 서로 리튬 이온이 삽입, 탈리되는 과정을 반복하면서 충전과 방전이 진행된다. 이때, 분리막은 미세 공극을 포함하므로 이 공극을 통해 리튬이온이 이동하는 경로를 제공함과 더불어 양극과 음극을 물리적으로 분리시켜 전기적으로 절연되는 기능을 수행한다. 한편, 상기 분리막의 두께가 얇아질수록 양극과 음극의 거리가 줄어들어 전지의 고출력, 고에너지밀도 측면에서 좋지만, 절연특성을 유지하기 위해 기공의 크기가 매우 작아야 하므로 기계적 강도 및 열적 안정성이 저하되는 단점이 있다. 반면, 두꺼운 분리막을 사용할 경우 전극조립체 자체의 부피가 커져 부피 대비 용량이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
In general, a lithium secondary battery includes an electrode assembly comprising a positive electrode, a negative electrode, and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte containing lithium salt. In such a lithium secondary battery, charging and discharging proceed while repeating the process of intercalating and deintercalating lithium ions between the positive electrode and the negative electrode. In this case, since the separator includes micropores, it provides a path for lithium ions to move through the pores and physically separates the positive electrode and the negative electrode to perform a function of electrically insulating. On the other hand, as the thickness of the separator decreases, the distance between the positive electrode and the negative electrode decreases, which is good in terms of high output and high energy density of the battery. There is this. On the other hand, when a thick separator is used, the volume of the electrode assembly itself increases, which may cause a problem in that the capacity to volume ratio is lowered.

또한, 물리적 특성을 만족시키더라도 전해액의 젖음성(wettability)이 확보되지 못하다면 전기화학적 특성이 저하될 수 있다. 전해질의 국부적인 고갈로 인해 전극이 일부 퇴화되거나 반응이 국부적으로 집중하게 되면 리튬 금속이 석출될 가능성이 있어 리튬의 수지상 성장 우려도 있다. 따라서 분리막에 전해질이 빠르게 스며들어야 하고, 젖은 후에도 계속 균일하게 그 상태를 유지하여야 하며, 아울러 전극, 분리막과 전해질 사이의 계면이 견고하게 유지되어야 우수한 충방전 특성과 사이클 수명을 달성할 수 있다.In addition, even if the physical properties are satisfied, if wettability of the electrolyte is not secured, the electrochemical properties may be deteriorated. If the electrode is partially degraded due to the local depletion of the electrolyte or the reaction is locally concentrated, lithium metal may be precipitated, and there is a risk of dendritic growth of lithium. Therefore, the electrolyte must quickly permeate into the separator, and it must be maintained uniformly even after wet, and the interface between the electrode, the separator, and the electrolyte must be firmly maintained to achieve excellent charge/discharge characteristics and cycle life.

그런데 현재 리튬이차전지용으로 상용화된 폴리올레핀계 분리막의 경우, 화학적 안정성 및 기계적 강도가 우수하나 전해액, 특히 무기 액체 전해질과의 친화성이 좋지 않으며, 열적 안정성이 떨어지는 단점이 있어 고출력 및 안전성을 요구하는 시스템에 적용시키기 위해서는 개선이 필요한 실정이다. 이를 위하여 종래에는 폴리올레핀계 분리막을 고분자 물질 또는 세라믹으로 코팅한 복합막을 사용한 예가 공지되어 있다. 그러나 이는 대부분 리튬염을 고유전성 용매인 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트와 저점도 용매인 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트의 혼합용매에 첨가한 형태의 비수계 전해질을 채용한 리튬이차전지용으로 개발된 것으로 충방전 특성 및 사이클 수명에 한계가 있고, 분리막의 젖음성이 우수한 무기 액체 전해질을 채용하는 리튬이차전지용으로 개발된 사례는 보고된바 없다.
However, in the case of polyolefin-based separators currently commercialized for lithium secondary batteries, they have excellent chemical stability and mechanical strength, but poor affinity with electrolytes, especially inorganic liquid electrolytes, and poor thermal stability. In order to apply it, improvement is needed. For this purpose, conventionally, an example using a composite membrane coated with a polymer material or a ceramic is known as a polyolefin-based separator. However, most of these are developed for lithium secondary batteries using a non-aqueous electrolyte in which lithium salt is added to a mixed solvent of ethylene carbonate or propylene carbonate, which is a high dielectric solvent, and dimethyl carbonate or diethyl carbonate, which is a low-viscosity solvent. And there is a limit to the cycle life, and there have been no reports of cases developed for a lithium secondary battery employing an inorganic liquid electrolyte having excellent wettability of the separator.

그러므로 본 발명자들은 리튬염에 이산화황 가스가 주입된 무기 액체 전해질을 채용한 리튬이차전지용 분리막으로서, 상기 분리막의 표면을 고분자 소재로 코팅하면, 전해질에 대한 분리막의 젖음성이 크게 향상됨으로써, 상기 이산화황 기반의 무기 액체 전해질 및 분리막을 포함하는 리튬이차전지의 충방전 특성 및 사이클 수명이 현저하게 개선될 수 있음에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다. Therefore, the present inventors as a separator for a lithium secondary battery employing an inorganic liquid electrolyte in which sulfur dioxide gas is injected into a lithium salt. When the surface of the separator is coated with a polymer material, the wettability of the separator with respect to the electrolyte is greatly improved, so that the sulfur dioxide-based The present invention was completed by focusing on that the charge/discharge characteristics and cycle life of a lithium secondary battery including an inorganic liquid electrolyte and a separator can be remarkably improved.

특허문헌 1. 한국공개특허 제10-2016-0109227호Patent Literature 1. Korean Patent Publication No. 10-2016-0109227 특허문헌 2. 한국등록특허 제10-1470696호Patent Document 2. Korean Patent Registration No. 10-1470696 특허문헌 3. 일본공개특허 제2016-081606호Patent Document 3. Japanese Patent Laid-Open No. 2016-081606

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 무기 액체 전해질에 대한 분리막의 젖음성이 크게 향상되고, 리튬이차전지의 충방전 특성 및 사이클 수명이 현저하게 개선되며, 특히 저온에서도 안정적으로 구동이 가능한 이산화황 기반의 무기 액체 전해질을 채용한 리튬이차전지용 분리막을 제공하고자 하는 것이다.
The present invention has been devised in view of the above problems, and an object of the present invention is to greatly improve the wettability of the separator with respect to the inorganic liquid electrolyte, and to significantly improve the charge/discharge characteristics and cycle life of the lithium secondary battery, especially at low temperature An object of the present invention is to provide a separator for a lithium secondary battery employing an inorganic liquid electrolyte based on sulfur dioxide that can be stably operated in the

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 리튬이차전지용 분리막에 있어서, (a) 상기 리튬이차전지는 이산화황이 주입된 리튬염 함유 무기 액체 전해질을 포함하며; (b) 상기 분리막은 양면에 고분자소재의 코팅층이 형성된 것;을 특징으로 하는 리튬이차전지용 분리막을 제공한다.The present invention for achieving the object as described above, in the separator for a lithium secondary battery, (a) the lithium secondary battery comprises a lithium salt-containing inorganic liquid electrolyte injected with sulfur dioxide; (b) the separator has a coating layer of a polymer material formed on both sides thereof; provides a separator for a lithium secondary battery, characterized in that.

상기 리튬염은 LiAlCl4, LiGaCl4, Li2CoCl4, Li2NiCl4, Li2CuCl4, Li2MnCl4, Li2ZnCl4 및 LiAlBr4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 것을 특징으로 한다.The lithium salt is characterized in that at least one selected from the group consisting of LiAlCl 4 , LiGaCl 4 , Li 2 CoCl 4 , Li 2 NiCl 4 , Li 2 CuCl 4 , Li 2 MnCl 4 , Li 2 ZnCl 4 and LiAlBr 4 .

상기 이산화황이 주입된 리튬염 함유 무기 액체 전해질은 LiAlCl4-3SO2인 것을 특징으로 한다. The lithium salt-containing inorganic liquid electrolyte injected with the sulfur dioxide is LiAlCl 4 -3SO 2 It is characterized in that.

(b) 상기 분리막은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 폴리에테르술폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 다공성 기재인 것을 특징으로 한다.(b) the separator is selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polyester, polyamide, polyimide, polycarbonate, polyacetal, polyethersulfone, polyetheretherketone, polyphenylene oxide, and polyphenylenesulfide It is characterized in that it is a porous substrate of more than one species.

상기 고분자소재는 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체, 셀룰로오스아세테이트, 카르복시메틸셀룰로오스 및 폴리이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 것을 특징으로 한다.The polymer material is polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polymethyl methacrylate, polyvinyl acetate, ethylene vinyl acetate copolymer, cellulose acetate, carboxymethyl cellulose and polyimide. It is characterized by at least one selected from the group consisting of.

상기 코팅층은 그 두께가 1~10 ㎛인 것을 특징으로 한다.
The coating layer is characterized in that the thickness is 1 ~ 10㎛.

또한, 본 발명은 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 배치되는 다공성 분리막으로 구성된 전극조립체, 및 전해액을 포함하는 리튬이차전지에 있어서, 상기 다공성 분리막은 양면에 고분자소재의 코팅층이 형성되어 있으며, 상기 전해액은 이산화황이 주입된 리튬염 함유 무기 액체 전해질인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지를 제공한다.In addition, the present invention is a lithium secondary battery comprising an electrode assembly comprising a positive electrode, a negative electrode, a porous separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte, wherein the porous separator has a polymer material coating layer formed on both sides thereof, The electrolyte provides a lithium secondary battery, characterized in that the lithium salt-containing inorganic liquid electrolyte injected with sulfur dioxide.

또한, 본 발명은 상기 리튬이차전지를 포함하는 에너지 저장 소자를 제공한다. In addition, the present invention provides an energy storage device including the lithium secondary battery.

본 발명에 따르면, 종래 리튬이차전지용 다공성 분리막 기재에 고분자소재가 코팅되고, 이산화황 기반의 무기 액체 전해질을 채용함으로써 전해질에 대한 분리막의 젖음성이 크게 향상되고, 궁극적으로 리튬이차전지의 충방전 특성 및 사이클 수명이 현저하게 개선되며, 특히 저온에서도 안정적으로 구동이 가능하여 휴대용 전자기기 또는 전기자동차 등의 에너지 저장 소자에 응용이 가능하다.
According to the present invention, a polymer material is coated on a conventional porous separator substrate for a lithium secondary battery, and by employing an inorganic liquid electrolyte based on sulfur dioxide, the wettability of the separator to the electrolyte is greatly improved, and ultimately, the charge/discharge characteristics and cycle of the lithium secondary battery The lifespan is remarkably improved, and in particular, it can be operated stably even at low temperatures, so that it can be applied to energy storage devices such as portable electronic devices or electric vehicles.

도 1은 본 발명의 실시예 1(PEO coated PE separator), 비교예 1(PE separator) 및 비교예 2(Glass fiber filter)에 따른 분리막의 주사전자현미경(SEM) 이미지.
도 2는 본 발명의 실시예 1(PEO coated PE), 비교예 1(PE) 및 비교예 2(Glass fiber filter)에 따른 분리막의 젖음성을 관찰한 실물 사진.
도 3은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 3으로부터 제작된 리튬이차전지의 초기 전지 특성을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 3으로부터 제작된 리튬이차전지의 충방전 사이클 용량 및 수명 특성을 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 3으로부터 제작된 리튬이차전지의 충방전 사이클에서 쿨롱 효율을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 실시예 1로부터 제작된 리튬이차전지의 초기 방전용량 및 실시예 1에 따르되, 코팅을 위한 고분자용액의 농도를 달리하여(75 중량%, 50 중량%, 25 중량%, 10 중량%) 제작된 리튬이차전지의 초기 방전용량을 비교한 그래프.
도 7은 본 발명의 실시예 및 비교예 1, 그리고 코팅층의 두께를 달리하여 실시예 2 및 비교예 4 내지 7로부터 제작된 리튬이차전지의 초기 방전용량을 비교한 그래프.
도 8은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 3으로부터 제작된 리튬이차전지를 저온에서 구동하여 초기 전지 특성을 나타낸 그래프.
1 is a scanning electron microscope (SEM) image of the separator according to Example 1 (PEO coated PE separator), Comparative Example 1 (PE separator), and Comparative Example 2 (Glass fiber filter) of the present invention.
FIG. 2 is a real photograph showing the wettability of the separation membranes according to Example 1 (PEO coated PE), Comparative Example 1 (PE), and Comparative Example 2 (Glass fiber filter) of the present invention.
3 is a graph showing the initial battery characteristics of the lithium secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 of the present invention.
4 is a graph showing the charge/discharge cycle capacity and lifespan characteristics of the lithium secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 of the present invention.
5 is a graph showing the coulombic efficiency in the charge/discharge cycle of the lithium secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 of the present invention.
6 shows the initial discharge capacity of the lithium secondary battery prepared from Example 1 of the present invention and the concentration of the polymer solution for coating according to Example 1 (75 wt%, 50 wt%, 25 wt%, 10 Weight %) A graph comparing the initial discharge capacity of the manufactured lithium secondary battery.
7 is a graph comparing the initial discharge capacity of the lithium secondary batteries prepared in Examples and Comparative Examples 1 of the present invention, and Examples 2 and Comparative Examples 4 to 7 by varying the thickness of the coating layer.
8 is a graph showing initial battery characteristics by driving the lithium secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Example 3 of the present invention at a low temperature.

이하에서는 본 발명에 따른 이산화황 기반의 무기 액체 전해질을 채용한 리튬이차전지용 분리막 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관하여 첨부된 도면과 함께 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, a separator for a lithium secondary battery employing a sulfur dioxide-based inorganic liquid electrolyte according to the present invention and a lithium secondary battery including the same will be described in detail with accompanying drawings.

본 발명은, 리튬이차전지용 분리막에 있어서, a) 상기 리튬이차전지는 이산화황이 주입된 리튬염 함유 무기 액체 전해질을 포함하며; (b) 상기 분리막은 양면에 고분자소재의 코팅층이 형성된 것;을 특징으로 하는 리튬이차전지용 분리막을 제공한다.The present invention provides a separator for a lithium secondary battery, wherein a) the lithium secondary battery includes a lithium salt-containing inorganic liquid electrolyte injected with sulfur dioxide; (b) the separator has a coating layer of a polymer material formed on both sides thereof; provides a separator for a lithium secondary battery, characterized in that.

종래 리튬이차전지용 전해질은 주로 리튬염 함유 비수계 전해질로서, 비수 전해질과 리튬으로 구성되는바, 비수 전해질로는 비수 전해액, 유기 고체 전해질 및 무기 고체 전해질 등이 사용된다. 상기 비수 전해액으로서는 N-메틸-2-피롤리디논, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 감마-부티로락톤, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸술폭시드 또는 테트라히드로퓨란과 같은 비양자성 유기용매를 사용하고 있다.Conventional electrolytes for lithium secondary batteries are mainly lithium salt-containing non-aqueous electrolytes, and are composed of a non-aqueous electrolyte and lithium. As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte, an organic solid electrolyte, and an inorganic solid electrolyte are used. Examples of the non-aqueous electrolyte include N-methyl-2-pyrrolidinone, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butyrolactone, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide or tetrahydrofuran. An aprotic organic solvent is used.

또한, 유기 고체 전해질로서는 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌옥사이드 유도체, 폴리프로필렌옥사이드 유도체, 인산에스테르 중합체, 폴리비닐알코올 등의 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등을 사용하고 있다.In addition, as an organic solid electrolyte, a polymer containing an ionic dissociation group, such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphoric acid ester polymer, and polyvinyl alcohol, etc. are used.

또한, 무기 고체 전해질로서는 리튬의 질화물, 할로겐화물 또는 황산염 등을 사용하고 있다.In addition, lithium nitride, halide, sulfate, etc. are used as an inorganic solid electrolyte.

특히, LiCl 또는 LiPF6과 같은 리튬염을 비수 전해액으로서 고유전성 용매인 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트와 저점도 용매인 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트의 혼합용매에 첨가한 형태의 비수계 전해질이 리튬이차전지에 주로 채용되고 있으나, 충방전 특성 및 사이클 수명에 한계가 있어 새로운 전해질 개발에 대한 필요성이 꾸준히 제기되었다.
In particular, a non-aqueous electrolyte in which a lithium salt such as LiCl or LiPF 6 is added to a mixed solvent of ethylene carbonate or propylene carbonate as a high dielectric solvent and dimethyl carbonate or diethyl carbonate as a low-viscosity solvent as a non-aqueous electrolyte is used in lithium secondary batteries. Although it is mainly employed, the need for the development of a new electrolyte has been constantly raised due to limitations in charge/discharge characteristics and cycle life.

따라서 본 발명에서는 신규한 형태의 전해질로서 이산화황이 주입된 리튬염 함유 무기 액체 전해질을 채용함으로써 리튬이차전지의 핵심 구성요소인 분리막의 젖음성(wettability)을 더욱 향상시키고자 하였다.Therefore, in the present invention, the wettability of the separator, which is a core component of a lithium secondary battery, was further improved by employing an inorganic liquid electrolyte containing lithium salt injected with sulfur dioxide as a novel type of electrolyte.

이때, 상기 리튬염으로서는 LiAlCl4, LiGaCl4, Li2CoCl4, Li2NiCl4, Li2CuCl4, Li2MnCl4, Li2ZnCl4 및 LiAlBr4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 것을 사용하며, 이산화황이 주입된 형태인 LiAlCl4-3SO2를 무기 액체 전해질로 더욱 바람직하게 사용한다.
At this time, as the lithium salt, at least one selected from the group consisting of LiAlCl 4 , LiGaCl 4 , Li 2 CoCl 4 , Li 2 NiCl 4 , Li 2 CuCl 4 , Li 2 MnCl 4 , Li 2 ZnCl 4 and LiAlBr 4 is used. , LiAlCl 4 -3SO 2 , in which sulfur dioxide is implanted, is more preferably used as the inorganic liquid electrolyte.

또한, 종래에는 리튬이차전지용 분리막(separator)으로서 상용화된 유리섬유 필터를 사용하는 예가 많이 있으나, 이를 적용한 리튬이차전지는 수십 사이클 후 용량 유지율이 급격히 떨어지는 단점이 있으므로, 본 발명에서는 이를 대체하고자 (b) 상기 분리막은 폴리올레핀계(폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌)를 비롯하여 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 폴리에테르술폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 다공성 기재를 사용할 수 있다.In addition, there are many examples of using a commercially available glass fiber filter as a separator for a lithium secondary battery in the prior art, but the lithium secondary battery to which it is applied has a disadvantage in that the capacity retention rate rapidly drops after several tens of cycles, so in the present invention, to replace it (b ) The separator is a group consisting of polyester, polyamide, polyimide, polycarbonate, polyacetal, polyethersulfone, polyetheretherketone, polyphenylene oxide, and polyphenylenesulfide, including polyolefin-based (polyethylene or polypropylene). One or more porous substrates selected from may be used.

그러나 상기 분리막(다공성 기재)들은 본 발명에서 채용한 이산화황이 주입된 리튬염 함유 무기 액체 전해질에 대한 젖음성이 다소 떨어지는 단점이 있으므로, 본 발명에서는 상기 분리막의 양면을 고분자소재로 코팅함으로써 이산화황이 주입된 리튬염 함유 무기 액체 전해질에 대한 젖음성을 크게 향상시킨다.
However, since the separators (porous substrates) have a disadvantage in that the wettability to the inorganic liquid electrolyte containing lithium salt injected with sulfur dioxide adopted in the present invention is somewhat inferior, in the present invention, by coating both sides of the separator with a polymer material, sulfur dioxide is injected. It greatly improves the wettability to the inorganic liquid electrolyte containing lithium salt.

상기 고분자소재로서는 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체, 셀룰로오스아세테이트, 카르복시메틸셀룰로오스 및 폴리이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 것을 바람직하게 사용하며, 특히 폴리에틸렌옥사이드를 더욱 바람직하게 사용한다.As the polymer material, polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polymethylmethacrylate, polyvinylacetate, ethylenevinylacetate copolymer, cellulose acetate, carboxymethylcellulose and polyimide are used. At least one selected from the group consisting of is preferably used, and in particular, polyethylene oxide is more preferably used.

이때, 상기 고분자소재의 코팅층은 그 두께가 1~10 ㎛인 것이 바람직한바, 코팅층의 두께가 1 ㎛ 미만이면 무기 액체 전해질과의 친화성이 좋지 않아 젖음성이 떨어질 수 있고, 코팅층의 두께가 10 ㎛를 초과하면 초기 방전용량이 저하될 수 있다.
At this time, it is preferable that the coating layer of the polymer material has a thickness of 1 to 10 μm. If the thickness of the coating layer is less than 1 μm, the affinity with the inorganic liquid electrolyte is not good, so wettability may be deteriorated, and the thickness of the coating layer is 10 μm If it is exceeded, the initial discharge capacity may be lowered.

또한, 통상의 리튬이차전지는 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 배치되는 다공성 분리막으로 구성된 전극조립체, 및 전해액을 포함하여 구성되는바, 본 발명에서는 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 배치되는 다공성 분리막으로 구성된 전극조립체, 및 전해액을 포함하는 리튬이차전지에 있어서, 상기 다공성 분리막은 양면에 고분자소재의 코팅층이 형성되어 있으며, 상기 전해액은 이산화황이 주입된 리튬염 함유 무기 액체 전해질인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지를 제공한다.In addition, a typical lithium secondary battery is configured to include a positive electrode, a negative electrode, an electrode assembly consisting of a porous separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte, and in the present invention, the positive electrode, the negative electrode, and disposed between the positive electrode and the negative electrode In a lithium secondary battery comprising an electrode assembly comprising a porous separator, and an electrolyte, the porous separator has a polymer material coating layer formed on both sides, and the electrolyte is a lithium salt-containing inorganic liquid electrolyte injected with sulfur dioxide. A lithium secondary battery is provided.

이때, 상기 다공성 분리막(기재), 상기 다공성 분리막의 양면에 코팅되는 고분자소재 및 이산화황이 주입된 리튬염 함유 무기 액체 전해질은 상술한 바와 같으므로 더 이상의 설명을 생략한다.
In this case, since the porous separator (substrate), the polymer material coated on both sides of the porous separator, and the lithium salt-containing inorganic liquid electrolyte in which sulfur dioxide is injected are the same as described above, further descriptions will be omitted.

또한, 본 발명에 따른 상기 리튬이차전지는 궁극적으로 리튬이차전지의 충방전 특성 및 사이클 수명이 현저하게 개선되며, 특히 저온에서도 안정적으로 구동이 가능하여 휴대용 전자기기 또는 전기자동차 등의 에너지 저장 소자에 응용이 가능하므로, 본 발명에서는 상기 리튬이차전지를 포함하는 에너지 저장 소자를 제공할 수 있다.In addition, the lithium secondary battery according to the present invention ultimately improves the charge/discharge characteristics and cycle life of the lithium secondary battery remarkably, and in particular, it can be stably driven even at low temperatures, so it is suitable for energy storage devices such as portable electronic devices or electric vehicles. Since application is possible, the present invention can provide an energy storage device including the lithium secondary battery.

이하 구체적인 실시예 및 비교예를 상세히 설명한다.
Hereinafter, specific examples and comparative examples will be described in detail.

(실시예 1)(Example 1)

폴리에틸렌옥사이드(PEO) 분말을 아세토니트릴(Acetonitrile) 용매에 용해시킨 고분자용액(90 중량%)을 상용화된 다공성 폴리에틸렌(PE) 분리막(두께 16 ㎛)의 양면에 캐스팅법으로 코팅한 후, 40℃에서 2시간 이상 건조하여 PEO가 코팅된 PE 분리막(PEO coated PE separator)을 제조하였으며, 이때 코팅층의 두께는 6 ㎛가 되도록 조절하였다. 이산화황이 주입된 리튬염 함유 무기 액체 전해질로서는 LiAlCl4-3SO2를 사용하여 전지(2032 coin type)를 제작하였으며, 이때 사용한 작동전극은 그라파이트, 상대전극은 리튬금속이었다.
A polymer solution (90% by weight) of polyethylene oxide (PEO) powder dissolved in an acetonitrile solvent was coated on both sides of a commercially available porous polyethylene (PE) separator (thickness 16 μm) by a casting method, and then at 40° C. After drying for 2 hours or more, a PEO-coated PE separator was prepared, and the thickness of the coating layer was adjusted to 6 μm. A battery (2032 coin type) was manufactured using LiAlCl 4 -3SO 2 as an inorganic liquid electrolyte containing lithium salt injected with sulfur dioxide, and the working electrode used at this time was graphite and the counter electrode was lithium metal.

(( 실시예Example 2) 2)

코팅층의 두께를 2 ㎛가 되도록 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 전지(2032 coin type)를 제작하였다.
A battery (2032 coin type) was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the coating layer was adjusted to 2 μm.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

PEO가 코팅되지 않은 다공성 PE 분리막(PE separator)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 전지(2032 coin type)를 제작하였다.
A battery (2032 coin type) was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a porous PE separator not coated with PEO was used.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

분리막으로서 PEO가 코팅되지 않은 유리섬유 필터(Glass fiber filter)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 전지(2032 coin type)를 제작하였다.
A battery (2032 coin type) was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a glass fiber filter not coated with PEO was used as the separator.

(비교예 3)(Comparative Example 3)

상기 실시예의 무기 액체 전해질 대신에 에틸렌카보네이트(EC)/디메틸카보네이트(DMC)의 혼합 유기용매(1:1, 부피비)에 1M LiPF6가 첨가된 유기 액체 전해질을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 전지(2032 coin type)를 제작하였다.
Example 1 and Example 1 except that 1M LiPF 6 was added to a mixed organic solvent (1:1, volume ratio) of ethylene carbonate (EC)/dimethyl carbonate (DMC) instead of the inorganic liquid electrolyte of the above embodiment In the same way, a battery (2032 coin type) was manufactured.

(비교예 4 내지 7)(Comparative Examples 4 to 7)

코팅층의 두께를 달리한 것[12 ㎛(비교예 4), 20 ㎛(비교예 5), 28 ㎛(비교예 6), 34 ㎛(비교예 7)]을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 전지(2032 coin type)를 제작하였다.In the same manner as in Example 1, except that the thickness of the coating layer was different [12 μm (Comparative Example 4), 20 μm (Comparative Example 5), 28 μm (Comparative Example 6), 34 μm (Comparative Example 7)]] A battery (2032 coin type) was manufactured.

도 1에는 본 발명의 실시예 1(PEO coated PE separator), 비교예 1(PE separator) 및 비교예 2(Glass fiber filter)에 따른 분리막의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타내었는바, 본 발명의 실시예 1에 따라 다공성 PE 분리막(PE separator)에 폴리에틸렌옥사이드(PEO)가 균일하게 코팅되었음을 확인할 수 있다.
1 shows a scanning electron microscope (SEM) image of the separators according to Example 1 (PEO coated PE separator), Comparative Example 1 (PE separator), and Comparative Example 2 (Glass fiber filter) of the present invention. It can be confirmed that polyethylene oxide (PEO) was uniformly coated on the porous PE separator according to Example 1 of

또한, 도 2에는 본 발명의 실시예 1(PEO coated PE), 비교예 1(PE) 및 비교예 2(Glass fiber filter)에 따른 분리막의 젖음성을 관찰한 실물 사진을 나타내었다. 도 2에서 보는 바와 같이, 전해액에 접촉하지 않은 상태에서는 실시예 1, 비교예 1, 2 모두 불투명한 흰색의 면을 나타낸다. 그런데 전해액에 접촉하는 순간 실시예 1과 비교예 2는 전해액이 함침되며 가라앉는 반면, 비교예 1의 경우 색변화 없이 전해액층 위에 떠 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 1일, 7일, 21일로 시간이 경과될 때, 실시예 1과 비교예 2는 전해액과 반응하여 녹거나 수축하지 않고 형태를 그대로 유지하는 반면, 비교예 1의 경우에는 전해액과의 친화도가 없어 함침되지 않고 계속 떠 있는 것을 볼 수 있다.
In addition, FIG. 2 shows real photographs in which the wettability of the separation membranes according to Example 1 (PEO coated PE), Comparative Example 1 (PE), and Comparative Example 2 (glass fiber filter) of the present invention was observed. As shown in FIG. 2 , both of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 show opaque white surfaces in a state not in contact with the electrolyte. However, as soon as the electrolyte is in contact with the electrolyte, Example 1 and Comparative Example 2 are impregnated with the electrolyte and sink, whereas in Comparative Example 1, it can be confirmed that the electrolyte floats on the electrolyte layer without color change. In addition, when the time elapsed from 1 day, 7 days, and 21 days, Example 1 and Comparative Example 2 reacted with the electrolyte and did not melt or shrink and maintain their shape, whereas in Comparative Example 1, affinity with the electrolyte It can be seen that it is still floating without being impregnated.

또한, 도 3에는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 3으로부터 제작된 리튬이차전지의 초기 전지 특성을 그래프로 나타내었는바, 전류량 20 mA g-1 로 각각의 전지를 구동시킨 결과, 무기 액체 전해질을 채용한 리튬이차전지에서의 초기용량은 비교예 1, 비교예 2 및 실시예 1에서 각각 356.7 mAh g-1, 354.2 mAh g-1, 356.9 mAh g-1로 용량차이가 크지는 않다. 그라파이트에 리튬이 삽입, 탈리됨에 따라 나타나는 평탄전압도 잘 보이며, 세 전지 간 편차가 그리 크지 않음을 알 수 있다.In addition, FIG. 3 is a graph showing the initial battery characteristics of the lithium secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 of the present invention. The initial capacity of the lithium secondary battery employing the liquid electrolyte is 356.7 mAh g -1 , 354.2 mAh g -1 , 356.9 mAh g -1 in Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Example 1, respectively, the capacity difference is not large. . The flat voltage that appears as lithium is inserted and detached from the graphite is also well seen, and it can be seen that the deviation between the three batteries is not very large.

그러나 유기 액체 전해질을 채용한 비교예 3의 리튬이차전지에서 초기용량은 340.9 mAh g-1로 무기 액체 전해질을 채용한 경우보다 용량이 매우 적다. 이는 무기 액체 전해질의 경우와 달리 평탄전압이 뚜렷이 구분되지 않는 것처럼 통상의 유기 액체 전해질을 채용할 경우, 고분자소재의 코팅층이 리튬 이동의 저항체로 작용되어 전지 저항요소가 증가하는 것을 알 수 있다.
However, in the lithium secondary battery of Comparative Example 3 employing the organic liquid electrolyte, the initial capacity is 340.9 mAh g -1 , which is much lower than that in the case of employing the inorganic liquid electrolyte. It can be seen that, unlike the case of the inorganic liquid electrolyte, when a typical organic liquid electrolyte is employed, as the flat voltage is not clearly distinguished, the polymer material coating layer acts as a lithium movement resistor, thereby increasing the battery resistance element.

또한, 도 4에는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 3으로부터 제작된 리튬이차전지의 충방전 사이클 용량 및 수명 특성을 그래프로 나타내었다. 실시예 1에서는 두께가 보다 얇고, 전해액 젖음성이 향상된 분리막을 사용함과 더불어 이산화황 기반의 무기 액체 전해질을 채용하기 때문에 리튬이온의 전도성이 증가하고 내부 저항을 낮춤으로써 수명 특성이 향상된다. 20 사이클 이후, 비교예 1의 경우에는 급격하게 용량 유지율이 떨어지는 것을 볼 수 있고, 비교예 2와 실시예 1에 비해 용량 유지율이 가장 낮은 것을 확인할 수 있다. 47 사이클 기준 221.1 mAh g-1의 용량으로 첫 사이클 대비 61.9% 의 용량으로 용량이 제일 줄어들었음을 보여준다. 비교예 2의 경우에는 30 사이클 이후, 급격하게 용량 유지율이 떨어지는 것을 볼 수 있는바, 30 사이클 기준 비교예 2의 용량유지율은 350.5 mAh g-1의 용량으로 첫 사이클 대비 98.9%의 용량을 유지하고 있으나, 100 사이클 기준 115.4 mAh g-1의 용량으로 첫 사이클 대비 32.5%의 용량으로 용량이 크게 줄어들었음을 보여준다. 반면, 실시예 1로부터는 100 사이클에서 356.5 mAh g-1의 용량으로 첫 사이클 대비 99.8%의 용량을 유지하는 것으로 이산화황 기반의 무기 액체 전해질을 채용함과 동시에, 다공성 분리막 기재에 젖음성이 좋은 고분자소재를 코팅함으로써 전지의 성능을 현저하게 개선할 수 있었다. 아울러, 비교예 3으로부터 제작된 리튬이차전지의 경우에는 시간이 지남에 따라 발현되는 용량이 높아지는 것처럼 보이지만 이는 초기 저항요소가 높아 발현되지 못했던 용량이 회복되는 정도의 것이라 할 수 있다.
In addition, FIG. 4 is a graph showing the charge/discharge cycle capacity and lifespan characteristics of the lithium secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 of the present invention. In Example 1, since a separator having a thinner thickness and improved electrolyte wettability is used and an inorganic liquid electrolyte based on sulfur dioxide is employed, lithium ion conductivity is increased and internal resistance is lowered, thereby improving lifespan characteristics. After 20 cycles, in the case of Comparative Example 1, it can be seen that the capacity retention rate drops sharply, and it can be seen that the capacity retention rate is the lowest compared to Comparative Examples 2 and 1. It shows that the capacity decreased the most with a capacity of 221.1 mAh g -1 based on 47 cycles, with a capacity of 61.9% compared to the first cycle. In the case of Comparative Example 2, it can be seen that after 30 cycles, the capacity retention rate drops sharply, and the capacity retention rate of Comparative Example 2 based on 30 cycles maintains a capacity of 98.9% compared to the first cycle with a capacity of 350.5 mAh g -1 and However, it shows that the capacity was significantly reduced to 32.5% of the capacity of the first cycle with a capacity of 115.4 mAh g -1 based on 100 cycles. On the other hand, from Example 1, a sulfur dioxide-based inorganic liquid electrolyte was employed to maintain a capacity of 99.8% compared to the first cycle with a capacity of 356.5 mAh g -1 in 100 cycles, and at the same time, a polymer material with good wettability to the porous separator substrate It was possible to significantly improve the performance of the battery by coating it. In addition, in the case of the lithium secondary battery prepared in Comparative Example 3, the expressed capacity seems to increase over time, but this is the extent to which the capacity that was not expressed due to the high initial resistance factor is recovered.

또한, 도 5에는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 3으로부터 제작된 리튬이차전지의 충방전 사이클에서 쿨롱 효율을 그래프로 나타내었는바, 실시예 1의 경우에는 효율이 97~98.8%로 유지되는 반면, 비교예 1은 94.5~96% 의 낮은 효율로 유지되고, 비교예 2는 95%까지 점차 감소하는 것을 보여준다. 따라서 실시예 1로부터 제작된 리튬이차전지가 비교예 1과 비교예 2로부터 제작된 리튬이차전지에 비하여 전지성능이 월등히 개선된 것을 확인할 수 있다. 또한, 비교예 3으로부터 제작된 리튬이차전지의 경우에는 도 3과 4에서 확인하였듯이 초기 낮은 용량 발현으로 인해 점차 용량이 증가하면서 효율이 높게 유지되는 것으로 보여진다.
In addition, FIG. 5 is a graph showing the coulombic efficiency in the charge/discharge cycle of the lithium secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 of the present invention. In Example 1, the efficiency was 97 to 98.8%. On the other hand, Comparative Example 1 is maintained at a low efficiency of 94.5 to 96%, and Comparative Example 2 shows a gradual decrease to 95%. Therefore, it can be seen that the lithium secondary battery prepared in Example 1 has significantly improved battery performance compared to the lithium secondary battery prepared in Comparative Examples 1 and 2. In addition, in the case of the lithium secondary battery prepared in Comparative Example 3, as confirmed in FIGS. 3 and 4, it is seen that the efficiency is maintained high while the capacity is gradually increased due to the initial low capacity expression.

또한, 도 6에는 본 발명의 실시예 1로부터 제작된 리튬이차전지의 초기 방전용량 및 실시예 1에 따르되, 코팅을 위한 고분자용액의 농도를 달리하여(75 중량%, 50중량%, 25 중량%, 10 중량%) 제작된 리튬이차전지의 초기 방전용량을 비교한 그래프를 나타내었다. 도 6에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1로부터 제작된 리튬이차전지(코팅을 위한 고분자 용액의 농도가 90 중량%인 것)를 비롯하여 코팅을 위한 고분자용액의 농도를 달리하여 제작된 나머지 리튬이차전지에서도 비슷한 수준의 방전용량이 발현되는 것을 알 수 있으므로 코팅을 위한 고분자용액의 농도는 초기방전용량에 영향을 미치는 큰 변수가 되지 않음을 확인하였으나, 그 중에서도 실시예 1로부터 제작된 리튬이차전지의 초기 방전용량이 상대적으로 높음을 알 수 있다.In addition, FIG. 6 shows the initial discharge capacity of the lithium secondary battery prepared from Example 1 of the present invention and the concentration of the polymer solution for coating according to Example 1 (75% by weight, 50% by weight, 25% by weight) , 10 wt%) A graph comparing the initial discharge capacity of the prepared lithium secondary battery is shown. As shown in FIG. 6 , the lithium secondary battery prepared from Example 1 of the present invention (the concentration of the polymer solution for coating is 90% by weight) and the remaining lithium produced by varying the concentration of the polymer solution for coating Since it can be seen that a similar level of discharge capacity is expressed in the secondary battery, it was confirmed that the concentration of the polymer solution for coating does not become a large variable affecting the initial discharge capacity, but among them, the lithium secondary battery manufactured from Example 1 It can be seen that the initial discharge capacity of

도 7은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1, 그리고 코팅층의 두께를 달리하여 실시예 2 및 비교예 4 내지 7로부터 제작된 리튬이차전지의 초기 방전용량을 그래프를 나타내었는바, 도 7에서 보는 바와 같이 발현되는 방전용량의 경우, 평균용량 차이가 크지는 않으나 코팅층의 두께가 10 μm를 초과하는 경우부터 용량이 점차 저하되는 것을 확인할 수 있으므로, 코팅층의 두께는 1 μm 내지 10 μm인 것이 바람직하다.
7 is a graph showing the initial discharge capacity of the lithium secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention, and in Examples 2 and 4 to 7 by varying the thickness of the coating layer, in FIG. As can be seen, in the case of the expressed discharge capacity, the average capacity difference is not large, but it can be confirmed that the capacity gradually decreases when the thickness of the coating layer exceeds 10 μm, so the thickness of the coating layer is preferably 1 μm to 10 μm do.

또한, 도 8에는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 3으로부터 제작된 리튬이차전지를 저온에서 구동하여 초기 전지 특성을 그래프로 나타내었는바, 구동 온도를 점점 낮출수록 유기 액체 전해질을 채용한 비교예 3으로부터 제작된 리튬이차전지의 발현용량이 떨어지는 것을 볼 수 있다. 도 8에 나타낸 10℃ 내지 -10℃에서의 결과를 살펴보면, 무기 액체 전해질을 채용한 실시예 1로부터 제작된 리튬이차전지는 362.7 mAh g-1의 용량에서 357.6 mAh g-1으로 약 98.6 %의 용량이 유지되는 반면, 유기 액체 전해질을 채용한 비교예 3으로부터 제작된 리튬이차전지에서는 350.3 mAh g-1의 용량에서 334.4 mAh g-1으로 약 95.4 %로 크게 떨어지는 것을 볼 수 있다. 따라서 무기 액체 전해질을 채용한 리튬이차전지는 저온에서도 유기 액체 전해질을 채용한 리튬이차전지보다 높은 이온전도도를 유지하며, 이에 따라 리튬이차전지가 발현하는 용량도 유지되는 것을 확인할 수 있어, 본 발명의 실시예 1에서처럼 고분자 소재의 코팅층이 형성된 분리막을 사용함과 아울러, 무기 액체 전해질을 채용한 리튬이차전지는 저온에서도 안정적으로 구동이 가능함을 알 수 있다.
In addition, FIG. 8 shows the initial battery characteristics by driving the lithium secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Example 3 of the present invention at a low temperature in a graph. It can be seen that the expression capacity of the lithium secondary battery prepared in step 3 is lowered. Looking at the results at 10° C. to -10° C. shown in FIG. 8, the lithium secondary battery prepared from Example 1 employing the inorganic liquid electrolyte was 357.6 mAh g -1 at a capacity of 362.7 mAh g -1 , about 98.6%. While the capacity is maintained, in the lithium secondary battery prepared from Comparative Example 3 employing the organic liquid electrolyte, it can be seen that the capacity of 350.3 mAh g -1 to 334.4 mAh g -1 is greatly reduced to about 95.4%. Therefore, it can be confirmed that the lithium secondary battery employing the inorganic liquid electrolyte maintains higher ionic conductivity than the lithium secondary battery employing the organic liquid electrolyte even at low temperatures, and thus the capacity expressed by the lithium secondary battery is maintained. It can be seen that, as in Example 1, a lithium secondary battery employing an inorganic liquid electrolyte while using a separator having a coating layer formed of a polymer material can be stably driven even at a low temperature.

그러므로 본 발명에 따르면, 종래 리튬이차전지용 다공성 분리막 기재에 고분자소재가 코팅되고, 이산화황 기반의 무기 액체 전해질을 채용함으로써 전해질에 대한 분리막의 젖음성이 크게 향상되고, 궁극적으로 리튬이차전지의 충방전 특성 및 사이클 수명이 현저하게 개선되며, 특히 저온에서도 안정적으로 구동이 가능하여 휴대용 전자기기 또는 전기자동차 등의 에너지 저장 소자에 응용이 가능하다.Therefore, according to the present invention, a polymer material is coated on a conventional porous separator substrate for a lithium secondary battery, and by employing a sulfur dioxide-based inorganic liquid electrolyte, the wettability of the separator to the electrolyte is greatly improved, and ultimately, the charge/discharge characteristics of the lithium secondary battery and The cycle life is remarkably improved, and in particular, it can be operated stably even at low temperatures, so it can be applied to energy storage devices such as portable electronic devices or electric vehicles.

Claims (8)

리튬이차전지용 분리막에 있어서,
(a) 상기 리튬이차전지는 이산화황이 주입된 LiAlCl4, LiGaCl4, Li2CoCl4, Li2NiCl4, Li2CuCl4, Li2MnCl4, Li2ZnCl4 및 LiAlBr4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 리튬염 함유 무기 액체 전해질을 포함하며;
(b) 상기 분리막은 양면에 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체, 셀룰로오스아세테이트, 카르복시메틸셀룰로오스 및 폴리이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고분자소재로 이루어진 두께 1~10 ㎛의 코팅층이 형성된 것;을 특징으로 하는 리튬이차전지용 분리막.
In the separator for a lithium secondary battery,
(a) the lithium secondary battery is sulfur dioxide injected LiAlCl 4 , LiGaCl 4 , Li 2 CoCl 4 , Li 2 NiCl 4 , Li 2 CuCl 4 , Li 2 MnCl 4 , Li 2 ZnCl 4 and LiAlBr 4 selected from the group consisting of at least one lithium salt containing inorganic liquid electrolyte;
(b) on both sides of the separator, polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polymethylmethacrylate, polyvinylacetate, ethylenevinylacetate copolymer, cellulose acetate, carboxymethylcellulose and a coating layer having a thickness of 1 to 10 μm made of one or more polymer materials selected from the group consisting of polyimide; a separator for lithium secondary batteries, characterized in that.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 이산화황이 주입된 리튬염 함유 무기 액체 전해질은 LiAlCl4-3SO2인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 분리막.The separator for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium salt-containing inorganic liquid electrolyte injected with sulfur dioxide is LiAlCl 4 -3SO 2 . 제1항에 있어서, (b) 상기 분리막은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 폴리에테르술폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 다공성 기재인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 분리막.According to claim 1, (b) The separator is polyethylene, polypropylene, polyester, polyamide, polyimide, polycarbonate, polyacetal, polyether sulfone, polyether ether ketone, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide A separator for a lithium secondary battery, characterized in that it is at least one porous substrate selected from the group consisting of. 삭제delete 삭제delete 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 배치되는 다공성 분리막으로 구성된 전극조립체, 및 전해액을 포함하는 리튬이차전지에 있어서,
상기 다공성 분리막은 양면에 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체, 셀룰로오스아세테이트, 카르복시메틸셀룰로오스 및 폴리이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 고분자소재로 이루어진 두께 1~10 ㎛의 코팅층이 형성되어 있으며, 상기 전해액은 이산화황이 주입된 LiAlCl4, LiGaCl4, Li2CoCl4, Li2NiCl4, Li2CuCl4, Li2MnCl4, Li2ZnCl4 및 LiAlBr4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 리튬염 함유 무기 액체 전해질인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.
In a lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, an electrode assembly comprising a porous separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte,
The porous separator has polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polymethylmethacrylate, polyvinylacetate, ethylenevinylacetate copolymer, cellulose acetate, carboxymethylcellulose and polyethyl A coating layer having a thickness of 1 to 10 μm is formed of at least one polymer material selected from the group consisting of mide, and the electrolyte is LiAlCl 4 , LiGaCl 4 , Li 2 CoCl 4 , Li 2 NiCl 4 , Li 2 CuCl 4 , Li 2 MnCl 4 , Li 2 ZnCl 4 And LiAlBr 4 Lithium secondary battery, characterized in that the inorganic liquid electrolyte containing at least one lithium salt selected from the group consisting of.
제7항에 따른 리튬이차전지를 포함하는 에너지 저장 소자.An energy storage device comprising the lithium secondary battery according to claim 7.
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