KR102531615B1 - Method for modifying graphene separator using aqueous binder and graphene separator thereof and electrochemical device including same - Google Patents

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김정환
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Abstract

본 발명은 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막 개질 방법 및 그 그래핀 분리막과 이를 포함하는 전기화학소자에 관한 것으로, 특히 그래핀을 분리막에 코팅할 시 사용하는 바인더로 수계 바인더인 폴리아크릴산(polyacrylic acid)을 사용하는 것에 의해, 극성 전해질에 대한 함침성을 높일 수 있는 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막 개질 방법 및 그 그래핀 분리막과 이를 포함하는 전기화학소자에 대하여 개시한다.The present invention relates to a method for modifying a graphene separator using an aqueous binder, the graphene separator, and an electrochemical device including the same. In particular, polyacrylic acid, which is an aqueous binder, is used as a binder used when coating graphene on a separator. Disclosed is a method for modifying a graphene separator using an aqueous binder capable of increasing impregnability to a polar electrolyte by using a graphene separator, and an electrochemical device including the graphene separator.

Description

수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막 개질 방법 및 그 그래핀 분리막과 이를 포함하는 전기화학소자{METHOD FOR MODIFYING GRAPHENE SEPARATOR USING AQUEOUS BINDER AND GRAPHENE SEPARATOR THEREOF AND ELECTROCHEMICAL DEVICE INCLUDING SAME}Method for modifying a graphene separator using an aqueous binder, the graphene separator and an electrochemical device including the same

본 발명은 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막 개질 방법 및 그 그래핀 분리막과 이를 포함하는 전기화학소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그래핀을 분리막에 코팅할 시 사용하는 바인더로 수계 바인더인 폴리아크릴산(polyacrylic acid)을 사용하는 것에 의해, 극성 전해질에 대한 함침성을 높일 수 있는 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막 개질 방법 및 그 그래핀 분리막과 이를 포함하는 전기화학소자에 관한 것이다.The present invention relates to a method for modifying a graphene separator using an aqueous binder, the graphene separator, and an electrochemical device including the same, and more particularly, as a binder used when coating graphene on a separator, polyacrylic acid ( polyacrylic acid), a method for modifying a graphene separator using an aqueous binder capable of increasing impregnability for a polar electrolyte, the graphene separator, and an electrochemical device including the same.

휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구 및 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다.Efforts for research and development of electrochemical devices are becoming more and more specific as the fields of application are expanded to mobile phones, camcorders, notebook PCs, and even the energy of electric vehicles.

전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목을 받고 있는 분야이고 그 중에서도 충·방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있으며, 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 에너지 효율을 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구 개발로 진행되고 있다.Electrochemical devices are the fields that are receiving the most attention in this respect, and among them, the development of secondary batteries capable of charging and discharging has become a focus of attention. Recently, in developing such batteries, in order to improve capacity density and energy efficiency Research and development on the design of new electrodes and batteries is being conducted.

현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다.Among the currently applied secondary batteries, the lithium secondary battery developed in the early 1990s has the advantage of higher operating voltage and significantly higher energy density than conventional batteries such as Ni-MH, Ni-Cd, and sulfuric acid-lead batteries using aqueous electrolytes. is gaining popularity as

리튬이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전극 조립체가 적층 또는 권취된 구조를 가지며, 이 전극 조립체가 전지케이스에 내장되고 그 내부에 비수 전해액이 주입됨으로써 구성된다. 상기 리튬 이차전지는 리튬 이온이 양극 및 음극에서 삽입/탈리될 때의 산화, 환원 반응에 의해 전기 에너지를 생산한다.A lithium secondary battery has a structure in which electrode assemblies including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode are stacked or wound, and the electrode assembly is embedded in a battery case and a non-aqueous electrolyte is injected into the battery case. do. The lithium secondary battery produces electrical energy by oxidation and reduction reactions when lithium ions are intercalated/deintercalated from the positive electrode and the negative electrode.

통상 리튬이차전지의 음극은 리튬 금속, 탄소 등이 활물질로 사용되며, 양극은 리튬 산화물, 전이금속 산화물, 금속 칼코겐 화합물, 전도성 고분자 등이 활물질로 사용된다. 이중 리튬 금속을 음극으로 사용한 리튬 이차전지는 대부분 구리 집전체 상에 리튬 호일을 부착하거나 리튬 금속 시트 자체를 전극으로 사용한다. 리튬 금속은 전위가 낮고 용량이 커서 고용량의 음극 소재로 큰 관심을 받고 있다.In general, the negative electrode of a lithium secondary battery uses lithium metal, carbon, etc. as an active material, and the positive electrode uses lithium oxide, a transition metal oxide, a metal chalcogen compound, a conductive polymer, or the like as an active material. Most of the lithium secondary batteries using lithium metal as an anode attach a lithium foil on a copper current collector or use a lithium metal sheet itself as an electrode. Lithium metal is attracting great attention as a high-capacity anode material because of its low potential and large capacity.

리튬 금속을 음극으로 사용할 경우 전지 구동시 여러 가지 요인으로 인하여 리튬 금속 표면에 전자 밀도 불균일화가 일어날 수 있다. 이에 전극 표면에 나뭇가지 형태의 리튬 덴드라이트가 생성되어 전극 표면에 돌기가 형성 또는 성장하여 전극 표면이 매우 거칠어진다. 이러한 리튬 덴드라이트는 전지의 성능저하와 함께 심각한 경우 분리막의 손상 및 전지의 단락(short circuit)을 유발한다. 그 결과, 전지 내 온도가 상승하여 전지의 폭발 및 화재의 위험성이 있다.When lithium metal is used as an anode, electron density non-uniformity may occur on the surface of the lithium metal due to various factors during battery operation. As a result, lithium dendrites in the form of branches are generated on the surface of the electrode, and protrusions are formed or grown on the surface of the electrode, making the surface of the electrode very rough. Such lithium dendrites cause degradation of the battery performance and, in serious cases, damage to the separator and short circuit of the battery. As a result, the temperature inside the battery rises, and there is a risk of explosion and fire of the battery.

이를 해결하기 위해 현재 리튬 금속층에 폴리머 보호층 또는 무기 고체 보호층을 도입하거나, 전해액의 염의 농도를 높이거나 적절한 첨가제의 적용하는 연구가 진행되었다. 하지만 이러한 연구들의 리튬 덴드라이트 억제 효과는 미미한 실정이다. 따라서, 리튬 음극의 보호물질을 적용하여 문제를 해결하는 것이 효과적인 대안이 될 수 있다.In order to solve this problem, studies have been conducted to introduce a polymer protective layer or an inorganic solid protective layer to the current lithium metal layer, increase the salt concentration of the electrolyte, or apply appropriate additives. However, the lithium dendrite inhibition effect of these studies is insignificant. Therefore, solving the problem by applying a protective material for the lithium anode can be an effective alternative.

관련 선행 문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-1365300호(2014.02.20. 공고)가 있으며, 상기 문헌에는 유/무기 복합 코팅 다공성 분리막 및 이를 이용한 이차전지소자가 기재되어 있다.As a related prior literature, there is Korean Patent Registration No. 10-1365300 (2014.02.20. Publication), which describes an organic/inorganic composite coating porous separator and a secondary battery device using the same.

본 발명의 목적은 그래핀을 분리막에 코팅할 시 사용하는 바인더로 수계 바인더인 폴리아크릴산(polyacrylic acid)을 사용하는 것에 의해, 극성 전해질에 대한 함침성을 높일 수 있는 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막 개질 방법 및 그 그래핀 분리막과 이를 포함하는 전기화학소자를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to modify a graphene separator using a water-based binder that can increase the impregnability to a polar electrolyte by using polyacrylic acid, an aqueous binder, as a binder used when graphene is coated on a separator. To provide a method, a graphene separator and an electrochemical device including the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막 개질 방법은 (a) 그래핀 분말을 수계 바인더와 혼합하고, 교반하여 그래핀 수계 분산액을 형성하는 단계; (b) 상기 그래핀 수계 분산액을 분리막 몸체의 일면에 코팅하여 그래핀 코팅막을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 그래핀 코팅막을 건조하여 그래핀 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for modifying a graphene separator using an aqueous binder according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes (a) mixing graphene powder with an aqueous binder and stirring to form an aqueous graphene dispersion; (b) coating the aqueous dispersion of graphene on one surface of the separator body to form a graphene coating film; and (c) forming a graphene coating layer by drying the graphene coating layer.

상기 (a) 단계에서, 상기 그래핀 분말과 수계 바인더는 9 : 1 ~ 6 : 4의 중량비로 첨가한다. 보다 바람직하게, 상기 그래핀 분말과 수계 바인더는 8 : 2의 중량비로 첨가하는 것이 좋다.In step (a), the graphene powder and the aqueous binder are added in a weight ratio of 9:1 to 6:4. More preferably, the graphene powder and the aqueous binder are added in a weight ratio of 8:2.

상기 (a) 단계에서, 상기 교반은 500 ~ 2,500rpm의 속도로 10 ~ 180분 동안 실시한다. 보다 바람직하게, 상기 교반은 2,000rpm의 속도로 5분간 총 4회로 총 20분 동안 실시하는 것이 좋다.In the step (a), the stirring is performed for 10 to 180 minutes at a speed of 500 to 2,500 rpm. More preferably, the stirring is performed at a speed of 2,000 rpm for 20 minutes in total 4 times for 5 minutes.

상기 수계 바인더는 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 스티렌 부타디엔 고무(Styrene butadiene rubber), 카르복시 변성 스티렌 부타디엔 고무, 아크릴레이트 부타디엔 고무 및 (메타)아크릴산 알킬에스테르의 공중합체 중 선택된 1종 이상을 포함한다.The aqueous binder includes at least one selected from polyacrylic acid, styrene butadiene rubber, carboxy-modified styrene butadiene rubber, acrylate butadiene rubber, and copolymers of (meth)acrylic acid alkyl esters.

상기 수계 바인더는 폴리아크릴산(polyacrylic acid)인 것이 바람직하다.The water-based binder is preferably polyacrylic acid.

상기 그래핀 코팅층은 극성 전해질에 대한 함침성 개선으로, Li 이온 플럭스(Flux)를 균일하게 생성하여 덴드라이트 생성을 억제한다.The graphene coating layer improves impregnability for polar electrolytes, It suppresses dendrite generation by uniformly generating ion flux.

상기 (c) 단계에서, 상기 건조는 40 ~ 70℃에서 1 ~ 12시간 동안 실시한다. 보다 바람직하게, 건조는 50℃에서 3시간 동안 실시하는 것이 좋다.In step (c), the drying is performed at 40 to 70° C. for 1 to 12 hours. More preferably, drying is performed at 50° C. for 3 hours.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막은 리튬 음극과 마주보도록 배치된 분리막 몸체; 및 상기 분리막 몸체의 일면에 형성되어, 상기 리튬 음극과 대향하는 양극과 마주보도록 배치된 그래핀 코팅층;을 포함하며, 상기 그래핀 코팅층은, 그래핀 분말을 수계 바인더와 혼합하고, 코팅 및 건조하여 형성된 것을 특징으로 한다.A graphene separator using an aqueous binder according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes a separator body disposed to face a lithium negative electrode; and a graphene coating layer formed on one surface of the separator body and disposed to face the anode facing the lithium anode, wherein the graphene coating layer is obtained by mixing graphene powder with an aqueous binder, coating and drying the characterized by the formation of

상기 그래핀 분말과 수계 바인더는 9 : 1 ~ 6 : 4의 중량비로 첨가한다. 보다 바람직하게, 상기 그래핀 분말과 수계 바인더는 8 : 2의 중량비로 첨가하는 것이 좋다.The graphene powder and the aqueous binder are added in a weight ratio of 9:1 to 6:4. More preferably, the graphene powder and the aqueous binder are added in a weight ratio of 8:2.

상기 수계 바인더는 폴리아크릴산(polyacrylic acid)인 것이 바람직하다.The water-based binder is preferably polyacrylic acid.

상기 그래핀 코팅층은 극성 전해질에 대한 함침성 개선으로, Li 이온 플럭스(Flux)를 균일하게 생성하여 덴드라이트 생성을 억제한다.The graphene coating layer improves impregnability for polar electrolytes, It suppresses dendrite generation by uniformly generating ion flux.

상기 그래핀 코팅층은 1 ~ 40㎛의 두께를 갖는다. 보다 바람직하게, 상기 그래핀 코팅층은 20㎛의 두께를 갖는 것이 좋다.The graphene coating layer has a thickness of 1 to 40 μm. More preferably, the graphene coating layer may have a thickness of 20 μm.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막을 포함하는 전기화학소자는 분리막; 상기 분리막 상부에 배치되어, 상기 분리막과 마주보는 리튬 음극; 및 상기 분리막 하부에 배치되어, 상기 분리막과 마주보는 양극;을 포함하며, 상기 분리막은, 상기 리튬 음극과 마주보도록 배치된 분리막 몸체; 및 상기 분리막 몸체의 일면에 형성되어, 상기 리튬 음극과 대향하는 상기 양극과 마주보도록 배치된 그래핀 코팅층;을 포함하며, 상기 그래핀 코팅층은, 그래핀 분말을 수계 바인더와 혼합하고, 코팅 및 건조하여 형성된 것을 특징으로 한다.An electrochemical device including a graphene separator using an aqueous binder according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a separator; a lithium negative electrode disposed above the separator and facing the separator; and an anode disposed under the separator and facing the separator, wherein the separator includes: a separator body disposed to face the lithium negative electrode; and a graphene coating layer formed on one surface of the separator body and arranged to face the anode facing the lithium anode, wherein the graphene coating layer is obtained by mixing graphene powder with an aqueous binder, coating and drying. It is characterized by being formed by.

상기 수계 바인더는 폴리아크릴산(polyacrylic acid)인 것이 바람직하다.The water-based binder is preferably polyacrylic acid.

본 발명에 따른 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막 개질 방법 및 그 그래핀 분리막과 이를 포함하는 전기화학소자는 분리막 몸체의 일면에 그래핀 분말들이 일정한 간격으로 이격되는 형태로 적층 형성된 그래핀 코팅층을 형성하는 것에 의해, 극성 전해질에 대한 함침성 개선으로 Li 이온 플럭스(Flux)를 균일하게 생성하여 덴드라이트 생성을 억제할 수 있게 된다.A method for modifying a graphene separator using an aqueous binder according to the present invention, the graphene separator, and an electrochemical device including the same form a graphene coating layer laminated in a form in which graphene powders are spaced apart at regular intervals on one surface of a separator body By improving the impregnability for polar electrolytes, Li It is possible to suppress dendrite generation by uniformly generating ion flux.

특히, 본 발명에 따른 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막 개질 방법 및 그 그래핀 분리막과 이를 포함하는 전기화학소자는 수계 바인더인 폴리아크릴산(polyacrylic acid)을 사용하여 극성 전해질에 대한 함침성을 개선시키는 것에 의해, Li 이온 플럭스(Flux)를 균일하게 생성하여 덴드라이트 생성을 억제할 수 있으므로, 전기화학소자로 활용할 시 리튬 음극과 양극이 단락되는 것을 막아주는 효과로 높은 수명 특성을 확보할 수 있게 된다.In particular, the method of reforming a graphene separator using an aqueous binder according to the present invention, the graphene separator, and an electrochemical device including the same are based on improving impregnability for polar electrolytes by using polyacrylic acid, a water-based binder. by Li Since dendrite generation can be suppressed by uniformly generating ion flux, when used as an electrochemical device, it is possible to secure high lifespan characteristics by preventing a short circuit between a lithium anode and a cathode.

도 1은 일반적인 전기화학소자의 덴드라이트 형성 과정을 설명하기 위한 모식도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막을 포함하는 전기화학소자를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막 개질 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 5는 실시예 1에 따른 PAA 바인더를 사용했을 시의 물과의 접촉각을 측정하여 나타낸 사진.
도 6은 비교예 1에 따른 PVDF 바인더를 사용했을 시의 물과의 접촉각을 측정하여 나타낸 사진.
도 7은 실시예 1과 비교예 1 및 3에 따라 제조된 전기화학소자의 전기화학 특성 평가 결과를 나타낸 그래프.
도 8은 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 3에 따라 제조된 전기화학소자의 수명 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프.
도 9는 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 3에 따라 제조된 전기화학소자의 고속 충방전 특성 평가 결과를 나타낸 그래프.
도 10 및 도 11은 실시예 1과 비교예 1 및 3에 따라 제조된 전기화학소자의 EIS 측정 결과를 나타낸 그래프.1 is a schematic diagram for explaining the dendrite formation process of a general electrochemical device.
2 is a cross-sectional view showing a graphene separator using an aqueous binder according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing an electrochemical device including a graphene separator using an aqueous binder according to an embodiment of the present invention.
4 is a process flow chart showing a method for modifying a graphene separator using an aqueous binder according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a photograph showing the measurement of the contact angle with water when using the PAA binder according to Example 1.
Figure 6 is a photograph showing the measurement of the contact angle with water when using the PVDF binder according to Comparative Example 1.
7 is a graph showing the results of evaluation of electrochemical characteristics of electrochemical devices manufactured according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 3;
Figure 8 is a graph showing the results of evaluating the life characteristics of the electrochemical devices manufactured according to Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3.
9 is a graph showing results of evaluation of high-speed charge/discharge characteristics of electrochemical devices manufactured according to Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3;
10 and 11 are graphs showing EIS measurement results of electrochemical devices manufactured according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 3.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numbers designate like elements throughout the specification.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막 개질 방법 및 그 그래핀 분리막과 이를 포함하는 전기화학소자에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method for modifying a graphene separator using an aqueous binder according to a preferred embodiment of the present invention, the graphene separator, and an electrochemical device including the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일반적인 전기화학소자의 덴드라이트 형성 과정을 설명하기 위한 모식도이다.1 is a schematic diagram for explaining a dendrite formation process of a general electrochemical device.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 전기화학소자(50)는 리튬 음극(20), 리튬 음극(20)과 대향하도록 배치된 양극(30)과, 리튬 음극(20)과 양극(30) 사이에 배치된 분리막(10)을 포함한다.As shown in FIG. 1, a general electrochemical device 50 includes a lithium negative electrode 20, a positive electrode 30 disposed to face the lithium negative electrode 20, and between the lithium negative electrode 20 and the positive electrode 30. It includes a separator 10 disposed thereon.

이때, 리튬 음극(20)은 리튬 금속 재질로 이루어지는데, 리튬은 알칼리 금속으로서 물과 폭발적으로 반응하므로 일반적인 환경에서 제조 및 이용이 어렵다. 아울러, 리튬을 음극으로 사용할 경우 리튬 음극(20)과 양극(30) 사이에 함침되는 전해질이나 물, 전기화학소자 내의 불순물, 리튬염 등과 반응하여 부동태층을 만들게 되고, 이 층은 국부적인 전류 밀도 차이를 초래하여 수지상의 덴드라이트(dendrite)를 형성시킨다.At this time, the lithium anode 20 is made of a lithium metal material, and since lithium reacts explosively with water as an alkali metal, it is difficult to manufacture and use it in a general environment. In addition, when lithium is used as a negative electrode, a passivation layer is formed by reacting with electrolyte or water impregnated between the lithium negative electrode 20 and the positive electrode 30, impurities in the electrochemical device, lithium salt, etc., and this layer has a local current density. It causes a gap to form dendritic dendrites.

일반적인 전기화학소자(20)는 리튬 금속 재질로 이루어진 리튬 음극(20)을 사용하는데 기인하여, 사이클 과정에서 충전 및 방전이 진행됨에 따라 덴드라이트가 성장하여 리튬 덴드라이트층(15)이 형성된 것을 확인할 수 있다.Due to the use of the lithium negative electrode 20 made of lithium metal in the general electrochemical device 20, it can be confirmed that the lithium dendrite layer 15 is formed by growing dendrites as charging and discharging proceeds in the cycle process. can

이렇게 형성된 리튬 덴드라이트층(15)은 반복 사이클에 의해 보다 성장하여 분리막(10)의 공극 사이를 넘어 리튬 음극(20)과 직접적인 내부 단락을 일으킬 수 있다. 이와 같이, 리튬 덴드라이트층(15)은 전지의 성능저하와 함께 심각한 경우 분리막(10)의 손상 및 전지의 단락(short circuit)을 유발한다. 이에 따라, 전기화학소자(50) 내 온도가 상승하여 전지의 폭발 및 화재의 위험성이 있다.The lithium dendrite layer 15 formed in this way may further grow by repeated cycles and cross over between the pores of the separator 10 to cause a direct internal short circuit with the lithium anode 20 . In this way, the lithium dendrite layer 15 causes damage to the separator 10 and short circuit of the battery in severe cases along with degradation of battery performance. Accordingly, the temperature in the electrochemical device 50 rises, and there is a risk of battery explosion and fire.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막은 수계 바인더를 이용하여 분리막 몸체의 일면에 그래핀 분말들이 일정한 간격으로 이격되는 형태로 적층 형성된 그래핀 코팅층을 형성하는 것에 의해, 극성 전해질에 대한 함침성 개선으로 Li 이온 플럭스(Flux)를 균일하게 생성하여 덴드라이트 생성을 억제하였다.In order to solve this problem, the graphene separator using an aqueous binder according to an embodiment of the present invention forms a graphene coating layer formed by stacking graphene powders spaced apart at regular intervals on one surface of the separator body using the aqueous binder. By doing, the impregnability for polar electrolyte is improved, and Li Ion flux was uniformly generated to suppress dendrite generation.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막은 수계 바인더인 폴리아크릴산(polyacrylic acid)을 사용하여 극성 전해질에 대한 함침성을 개선시키는 것에 의해, Li 이온 플럭스(Flux)를 균일하게 생성하여 덴드라이트 생성을 억제할 수 있으므로, 전기화학소자로 활용할 시 리튬 음극과 양극이 단락되는 것을 막아주는 효과로 높은 수명 특성을 확보할 수 있게 된다.In particular, the graphene separator using an aqueous binder according to an embodiment of the present invention uses polyacrylic acid, which is an aqueous binder, to improve impregnability to a polar electrolyte, Li Since dendrite generation can be suppressed by uniformly generating ion flux, when used as an electrochemical device, it is possible to secure high lifespan characteristics by preventing a short circuit between a lithium anode and a cathode.

이에 대해서는, 이하 첨부된 도면들을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.This will be described in more detail with reference to the accompanying drawings below.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막을 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a graphene separator using an aqueous binder according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막(100)은 분리막 몸체(120) 및 그래핀 코팅층(140)을 포함한다.Referring to FIG. 2 , a graphene separator 100 using an aqueous binder according to an embodiment of the present invention includes a separator body 120 and a graphene coating layer 140.

분리막 몸체(120)는 리튬 음극과 마주보도록 배치된다. 분리막 몸체(120)는 전극을 물리적으로 분리하는 기능을 하는 것이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저 저항이면서 전해질 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 또한, 분리막 몸체(120)는 리튬 음극 및 양극을 서로 분리 또는 절연시키면서 리튬 음극과 양극 사이에 리튬 이온의 수송을 가능하게 한다.The separator body 120 is disposed to face the lithium anode. The separator body 120 may be used without particular limitation as long as it functions to physically separate the electrodes, and in particular, it is preferable to have low resistance to ion movement of the electrolyte and excellent ability to absorb the electrolyte. In addition, the separator body 120 separates or insulates the lithium anode and the cathode from each other, and enables transport of lithium ions between the lithium anode and the cathode.

이러한 분리막 몸체(120)는 다공성이고 비전도성 또는 절연성인 물질로 이루어질 수 있다. 따라서, 분리막 몸체(120)는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있다. 또한, 분리막 몸체(120)는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어, 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프 탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The separator body 120 may be made of a porous, non-conductive or insulating material. Therefore, the separator body 120 is a porous polymer film, for example, a polyolefin-based polymer such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, and ethylene/methacrylate copolymer. The porous polymer film may be used alone or in a laminated manner. In addition, the separator body 120 may use a conventional porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, etc., but is not limited thereto.

리튬 음극은 리튬 금속판이거나, 음극 집전체 상에 리튬 금속 박막이 형성된 금속판일 수 있다. 이때, 리튬 금속 박막의 형성방법은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 금속박막 형성방법인 라미네이션법, 스퍼터링법 등이 이용될 수 있다. 또한, 음극 집전체에 리튬 박막이 없는 상태로 전지를 조립한 후 초기 충전에 의해 금속판 상에 금속 리튬 박막이 형성되는 경우도 본 발명의 리튬 금속판에 포함된다. 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특히 제한하지 않으며, 구리, 알루미늄, 스테인리스스틸, 아연, 티타늄, 은, 팔라듐, 니켈, 철, 크롬, 이들의 합금 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.The lithium anode may be a lithium metal plate or a metal plate on which a lithium metal thin film is formed on an anode current collector. At this time, the method of forming the lithium metal thin film is not particularly limited, and a known metal thin film forming method such as a lamination method or a sputtering method may be used. In addition, a case in which a metal lithium thin film is formed on a metal plate by initial charging after a battery is assembled in a state in which the lithium thin film is not present on the negative electrode current collector is also included in the lithium metal plate of the present invention. The anode current collector is not particularly limited as long as it does not cause chemical change in the battery and has high conductivity. Copper, aluminum, stainless steel, zinc, titanium, silver, palladium, nickel, iron, chromium, alloys thereof, and It may be selected from the group consisting of combinations.

그래핀 코팅층(140)은 분리막 몸체(120)의 일면에 형성되어, 리튬 음극과 대향하는 양극과 마주보도록 배치된다.The graphene coating layer 140 is formed on one surface of the separator body 120 and is disposed to face the anode facing the lithium anode.

그래핀 코팅층(140)은 양극과 마주보는 분리막 몸체의 일면에 형성되어, 그래핀 분말들이 일정한 간격으로 이격되는 형태로 적층 형성된다. 이 결과, 그래핀 코팅층은 극성 전해질에 대한 함침성 개선으로, Li 이온 플럭스(Flux)를 균일하게 생성하여 덴드라이트 생성을 억제할 수 있게 된다.The graphene coating layer 140 is formed on one side of the separator body facing the anode, and graphene powders are stacked in a form in which they are spaced apart at regular intervals. As a result, the graphene coating layer improves impregnability for polar electrolytes, and Li It is possible to suppress dendrite generation by uniformly generating ion flux.

이러한 그래핀 코팅층(140)은 그래핀 분말을 수계 바인더와 혼합하고, 코팅 및 건조하여 형성된다. 이때, 그래핀 분말과 수계 바인더는 9 : 1 ~ 6 : 4의 중량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 그래핀 분말과 수계 바인더는 8 : 2의 중량비로 첨가하는 것이 좋다.The graphene coating layer 140 is formed by mixing graphene powder with an aqueous binder, coating, and drying. At this time, the graphene powder and the aqueous binder are preferably added in a weight ratio of 9:1 to 6:4. More preferably, the graphene powder and the aqueous binder are added in a weight ratio of 8:2.

여기서, 수계 바인더는 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 스티렌 부타디엔 고무(Styrene butadiene rubber), 카르복시 변성 스티렌 부타디엔 고무, 아크릴레이트 부타디엔 고무 및 (메타)아크릴산 알킬에스테르의 공중합체 중 선택된 1종 이상을 포함한다. 이 중, 수계 바인더로는 폴리아크릴산을 이용하는 것이 가장 바람직하다.Here, the aqueous binder includes at least one selected from polyacrylic acid, styrene butadiene rubber, carboxy-modified styrene butadiene rubber, acrylate butadiene rubber, and copolymers of (meth)acrylic acid alkyl esters. Among these, it is most preferable to use polyacrylic acid as the aqueous binder.

일반적으로, 그래핀 분말을 이용한 그래핀 분리막 개질 과정에서, 고분자 수지인 PVDF(Polyvinylidene fluoride)를 바인더로 사용하고 있으나, PVDF 바인더의 경우 극성 용매인 물과의 접촉각이 크다.In general, in the process of reforming a graphene separator using graphene powder, polyvinylidene fluoride (PVDF), a polymer resin, is used as a binder, but the PVDF binder has a large contact angle with water, a polar solvent.

반면, 그래핀 분말을 이용한 그래핀 분리막 개질 과정에서, 수계 바인더인 PAA(polyacrylic acid)를 바인더로 사용할 시, PVDF 바인더 대비해서 PAA 바인더가 극성 용매인 물과이 접촉각이 상당히 작은 것을 실험을 통하여 확인하였다. 이때, 극성 전해질 함침성이 좋은 PAA 바인더를 사용하는 것이 Li 이온의 이동 측면에서 PVDF 바인더를 사용하는 것에 비하여 더 좋다는 것을 의미한다.On the other hand, in the process of reforming the graphene separator using graphene powder, when polyacrylic acid (PAA), an aqueous binder, was used as a binder, it was confirmed through experiments that the contact angle of the PAA binder with water, a polar solvent, was significantly smaller than that of the PVDF binder. . At this time, it means that using a PAA binder with good polar electrolyte impregnating property is better than using a PVDF binder in terms of Li ion movement.

이와 같이, 그래핀 분말을 이용한 그래핀 분리막 개질 과정에서, 수계 바인더를 이용하여 분리막의 표면 개질이 이루어지게 되면, 극성 전해질에 대한 함침성을 높일 수 있으므로 Li 이온 플럭스(Flux)를 균일하게 생성하여 덴드라이트 생성을 억제할 수 있게 되고, 이 결과 높은 수명 특성을 확보할 수 있게 된다.In this way, in the process of modifying the graphene separator using graphene powder, when the surface of the separator is modified using an aqueous binder, the impregnability to the polar electrolyte can be improved, so Li By uniformly generating ion flux, it is possible to suppress the generation of dendrites, and as a result, it is possible to secure high lifespan characteristics.

이러한 그래핀 코팅층(140)은 1 ~ 40㎛의 두께로 형성되고, 보다 바람직한 범위로는 10 ~ 30㎛를 제시할 수 있고, 가장 바람직한 범위로는 15 ~ 25㎛를 제시할 수 있다. 그래핀 코팅층(140)의 두께가 1㎛ 미만으로 너무 얇은 경우에는 분리막의 표면 개질이 제대로 이루어지지 못하는데 기인하여 덴드라이트 생성을 억제하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 그래핀 코팅층(140)의 두께가 40㎛를 초과하여 과도하게 형성될 경우에는 전극 내 저항을 증가시켜 낮은 효율의 사이클 특성을 나타낼 수 있으므로, 바람직하지 못하다.The graphene coating layer 140 is formed to a thickness of 1 to 40 μm, a more preferable range may be 10 to 30 μm, and a most preferable range may be 15 to 25 μm. If the thickness of the graphene coating layer 140 is too thin, less than 1 μm, it may be difficult to suppress generation of dendrites due to poor surface modification of the separator. Conversely, if the thickness of the graphene coating layer 140 exceeds 40 μm and is excessively formed, resistance in the electrode may be increased to exhibit low-efficiency cycle characteristics, which is not preferable.

양극은 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 양극 조성물을 제조한후, 이를 소정의 용매(분산매)에 희석하여 제조된 슬러리를 양극 집전체 상에 직접 코팅 및 건조하여 양극활물질층을 형성하는 것에 의해 형성될 수 있다. 또한, 양극은 슬러리를 별도의 지지체 상에 캐스팅한 후, 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 양극 집전체 상에 라미네이션하여 양극층을 제조할 수 있다. 이외에도, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 기술자들에게 널리 알려진 방법을 사용하여 다양한 방식으로 양극을 제조할 수 있다.After preparing a positive electrode composition including a positive electrode active material, a conductive material, and a binder, the positive electrode composition is diluted in a predetermined solvent (dispersion medium), and the prepared slurry is directly coated on the positive electrode current collector and dried to form a positive electrode active material layer. can be formed by In addition, the cathode layer may be prepared by casting the slurry on a separate support and then laminating a film obtained by peeling the slurry from the support on the cathode current collector. In addition, the positive electrode may be prepared in various ways using a method widely known to those skilled in the art.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막을 포함하는 전기화학소자를 나타낸 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing an electrochemical device including a graphene separator using an aqueous binder according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막을 포함하는 전기화학소자(500)는 분리막(100), 리튬 음극(200) 및 양극(300)을 포함한다.Referring to FIG. 3 , an electrochemical device 500 including a graphene separator using an aqueous binder according to an embodiment of the present invention includes a separator 100, a lithium negative electrode 200, and a positive electrode 300.

분리막(100)은 리튬 음극(200)과 마주보도록 배치된 분리막 몸체(120)와, 분리막 몸체(120)의 일면에 형성되어, 리튬 음극(200)과 대향하는 양극(300)과 마주보도록 배치된 그래핀 코팅층(140)을 포함한다.The separator 100 includes a separator body 120 disposed to face the lithium negative electrode 200 and a positive electrode 300 formed on one surface of the separator body 120 and disposed facing the lithium negative electrode 200. It includes a graphene coating layer 140 .

리튬 음극(200)은 분리막(100) 상부에 배치되어, 분리막(100)과 마주보도록 배치된다.The lithium anode 200 is disposed on the separator 100 and is disposed to face the separator 100 .

양극(300)은 분리막(100) 하부에 배치되어, 분리막(100)과 마주보도록 배치된다.The anode 300 is disposed below the separator 100 and is disposed to face the separator 100 .

여기서, 그래핀 코팅층(140)은 양극과 마주보는 분리막 몸체의 일면에 형성되어, 그래핀 분말들이 일정한 간격으로 이격되는 형태로 적층 형성된다. 이 결과, 그래핀 코팅층은 극성 전해질에 대한 함침성 개선으로, Li 이온 플럭스(Flux)를 균일하게 생성하여 덴드라이트 생성을 억제할 수 있게 된다.Here, the graphene coating layer 140 is formed on one surface of the separator body facing the anode, and graphene powders are stacked in a form in which they are spaced apart at regular intervals. As a result, the graphene coating layer improves impregnability for polar electrolytes, and Li It is possible to suppress dendrite generation by uniformly generating ion flux.

이러한 그래핀 분말을 수계 바인더를 이용하여 분리막의 표면 개질이 이루어지게 되면, 극성 전해질에 대한 함침성을 높일 수 있어 Li 이온 플럭스(Flux)를 균일하게 생성하여 덴드라이트 생성을 억제할 수 있게 된다.When the surface of the separator is modified by using such a graphene powder with an aqueous binder, the impregnability of the polar electrolyte can be increased, It is possible to suppress dendrite generation by uniformly generating ion flux.

이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막을 포함하는 전기화학소자(500)는 수계 바인더인 폴리아크릴산(polyacrylic acid)을 사용하여 극성 전해질에 대한 함침성을 개선시키는 것에 의해, Li 이온 플럭스(Flux)를 균일하게 생성하여 덴드라이트 생성을 억제할 수 있으므로, 리튬 음극(200)과 양극(300)이 단락되는 것을 막아주는 효과로 높은 수명 특성을 확보할 수 있게 된다.As a result, the electrochemical device 500 including a graphene separator using an aqueous binder according to an embodiment of the present invention uses polyacrylic acid, which is an aqueous binder, to improve impregnability to a polar electrolyte. , Li Since generation of dendrites can be suppressed by uniformly generating ion flux, high lifespan characteristics can be secured by the effect of preventing short-circuiting between the lithium anode 200 and the cathode 300.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막 개질 방법에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for modifying a graphene separator using an aqueous binder according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막 개질 방법을 나타낸 공정 순서도이다.4 is a process flow chart showing a method for modifying a graphene separator using an aqueous binder according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막 개질 방법은 혼합 및 교반 단계(S110), 코팅 단계(S120) 및 건조 단계(S130)를 포함한다.As shown in FIG. 4 , the method for modifying a graphene separator using an aqueous binder according to an embodiment of the present invention includes a mixing and stirring step (S110), a coating step (S120), and a drying step (S130).

혼합 및 교반mixing and stirring

혼합 및 교반 단계(S110)에서는 그래핀 분말을 수계 바인더 및 용매와 혼합하고, 교반하여 그래핀 수계 분산액을 형성한다.In the mixing and stirring step (S110), the graphene powder is mixed with an aqueous binder and a solvent and stirred to form an aqueous graphene dispersion.

그래핀 분말은 100㎛ 이하의 평균 직경을 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 ~ 80㎛의 평균 직경을 갖는 것을 이용하는 것이 좋다.It is preferable to use graphene powder having an average diameter of 100 μm or less, and more preferably to use a graphene powder having an average diameter of 10 to 80 μm.

수계 바인더는 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 스티렌 부타디엔 고무(Styrene butadiene rubber), 카르복시 변성 스티렌 부타디엔 고무, 아크릴레이트 부타디엔 고무 및 (메타)아크릴산 알킬에스테르의 공중합체 중 선택된 1종 이상을 포함한다. 이 중, 수계 바인더는 폴리아크릴산(polyacrylic acid)을 이용하는 것이 가장 바람직하다.The water-based binder includes at least one selected from polyacrylic acid, styrene butadiene rubber, carboxy-modified styrene butadiene rubber, acrylate butadiene rubber, and copolymers of (meth)acrylic acid alkyl esters. Among them, it is most preferable to use polyacrylic acid as the water-based binder.

용매는 물, 부탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, 프로판올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 및 폴리프로필렌글리콜 중 선택된 1종 이상을 포함한다.The solvent includes at least one selected from water, butanol, ethanol, isopropyl alcohol, propanol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, and polypropylene glycol.

본 단계에서, 그래핀 분말과 수계 바인더는 9 : 1 ~ 6 : 4의 중량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 그래핀 분말과 수계 바인더는 8 : 2의 중량비로 첨가하는 것이 좋다.In this step, the graphene powder and the aqueous binder are preferably added in a weight ratio of 9:1 to 6:4. More preferably, the graphene powder and the aqueous binder are added in a weight ratio of 8:2.

일반적으로, 그래핀 분말을 이용한 그래핀 분리막 개질 과정에서, 고분자 수지인 PVDF(Polyvinylidene fluoride)를 바인더로 사용하고 있으나, PVDF 바인더의 경우 극성 용매인 물과의 접촉각이 크다.In general, in the process of reforming a graphene separator using graphene powder, polyvinylidene fluoride (PVDF), a polymer resin, is used as a binder, but the PVDF binder has a large contact angle with water, a polar solvent.

반면, 그래핀 분말을 이용한 그래핀 분리막 개질 과정에서, 수계 바인더인 PAA(polyacrylic acid)를 바인더로 사용할 시, PVDF 바인더 대비해서 PAA 바인더가 극성 용매인 물과이 접촉각이 상당히 작은 것을 실험을 통하여 확인하였다. 이때, 극성 전해질 함침성이 좋은 PAA 바인더를 사용하는 것이 Li 이온의 이동 측면에서 PVDF 바인더를 사용하는 것에 비하여 더 좋다는 것을 의미한다.On the other hand, in the process of reforming the graphene separator using graphene powder, when polyacrylic acid (PAA), an aqueous binder, was used as a binder, it was confirmed through experiments that the contact angle of the PAA binder with water, a polar solvent, was significantly smaller than that of the PVDF binder. . At this time, it means that using a PAA binder with good polar electrolyte impregnating property is better than using a PVDF binder in terms of Li ion movement.

이와 같이, 그래핀 분말을 이용한 그래핀 분리막 개질 과정에서, 수계 바인더를 이용하여 분리막의 표면 개질이 이루어지게 되면, 극성 전해질에 대한 함침성을 높일 수 있으므로 Li 이온 플럭스(Flux)를 균일하게 생성하여 덴드라이트 생성을 억제할 수 있게 되고, 이 결과 높은 수명 특성을 확보할 수 있게 된다.In this way, in the process of modifying the graphene separator using graphene powder, when the surface of the separator is modified using an aqueous binder, the impregnability to the polar electrolyte can be improved, so Li By uniformly generating ion flux, it is possible to suppress the generation of dendrites, and as a result, it is possible to secure high lifespan characteristics.

본 단계에서, 교반은 500 ~ 2,500rpm의 속도로 10 ~ 180분 동안 실시하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 교반은 2,000rpm의 속도로 5분간 총 4회로 총 20분 동안 실시하는 것이 좋다. 교반 속도가 500rpm 미만이거나, 교반 시간이 10분 미만일 경우에는 그래핀 분말, 수계 바인더 및 용매 간의 반응이 충분히 이루어지지 못하는데 기인하여 분산성 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 교반 속도가 2,500rpm을 초과하거나, 교반 시간이 180분을 초과할 경우에는 더 이상의 효과 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.In this step, stirring is preferably performed for 10 to 180 minutes at a speed of 500 to 2,500 rpm. More preferably, the stirring is performed at a speed of 2,000 rpm for 20 minutes in total 4 times for 5 minutes. When the stirring speed is less than 500 rpm or the stirring time is less than 10 minutes, it may be difficult to secure dispersibility due to insufficient reaction between the graphene powder, the aqueous binder, and the solvent. Conversely, when the stirring speed exceeds 2,500 rpm or the stirring time exceeds 180 minutes, it is not economical because it may act as a factor that only increases manufacturing cost without further effect.

아울러, 본 단계에서, 교반시 초음파 처리를 함께 실시하는 것이 보다 바람직한데, 이는 기계적 교반과 더불어 초음파 처리를 실시하게 되면 그래핀 분말, 수계 바인더 및 용매 간의 반응을 보다 촉진시켜 분산성 확보가 보다 용이해질 수 있다. In addition, in this step, it is more preferable to carry out ultrasonic treatment together with stirring. When ultrasonic treatment is performed together with mechanical stirring, the reaction between the graphene powder, the aqueous binder and the solvent is more promoted, so that it is easier to secure dispersibility. it can be done

이를 위해, 초음파 처리는 20 ~ 40KHz의 주파수 및 5 ~ 15W 출력 전압 조건으로 실시하는 것이 바람직하다. 초음파 출력 전압이 5W 미만일 경우에는 초음파 처리 효과를 제대로 발휘하기 어려워 그래핀 분말의 분산성 확보가 미미할 수 있다. 반대로, 초음파 출력 전압이 15 W를 초과할 경우에는 과도한 초음파 인가로 인하여 그래핀 분말이 손상될 우려가 있으므로, 바람직하지 못하다.For this purpose, ultrasonic treatment is preferably carried out under conditions of a frequency of 20 to 40 KHz and an output voltage of 5 to 15 W. When the ultrasonic output voltage is less than 5 W, it is difficult to properly exhibit the ultrasonic treatment effect, and securing the dispersibility of the graphene powder may be insignificant. Conversely, when the ultrasonic output voltage exceeds 15 W, the graphene powder may be damaged due to excessive ultrasonic application, which is not preferable.

코팅coating

코팅 단계(S120)에서는 그래핀 수계 분산액을 분리막 몸체의 일면에 코팅하여 그래핀 코팅막을 형성한다.In the coating step (S120), a graphene aqueous dispersion is coated on one surface of the separator body to form a graphene coating film.

본 단계에서, 코팅은 스핀(spin)법, 딥핑(dipping)법, 스프레이(spray)법, 롤 코트(roll court)법, 그라비아 인쇄법, 바코트(bar court)법, 다이(die) 코팅법, 콤마(comma) 코팅법 또는 이들의 혼합 방식 등 다양한 방식을 이용할 수 있다.In this step, the coating is a spin method, a dipping method, a spray method, a roll court method, a gravure printing method, a bar court method, and a die coating method. , a comma coating method, or a mixture method thereof may be used.

건조dry

건조 단계(S130)에서는 그래핀 코팅막을 건조하여 그래핀 코팅층을 형성한다.In the drying step (S130), the graphene coating layer is dried to form a graphene coating layer.

본 단계에서, 건조는 40 ~ 70℃에서 1 ~ 12시간 동안 실시하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 45 ~ 55℃에서 2 ~ 4시간 동안 실시하는 것이 좋다. 가장 바람직하게, 건조는 50℃에서 3시간 동안 실시하는 것이 좋다.In this step, drying is preferably carried out at 40 to 70 ° C for 1 to 12 hours, more preferably at 45 to 55 ° C for 2 to 4 hours. Most preferably, drying is performed at 50° C. for 3 hours.

건조 온도가 40℃ 미만이거나, 건조 시간이 1시간 미만일 경우에는 충분한 건조가 이루어지지 않아 기계적 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 건조 온도가 70℃를 초과하거나, 건조 시간이 12시간을 초과할 경우에는 더 이상이 효과 상승 없이 제조비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.When the drying temperature is less than 40° C. or the drying time is less than 1 hour, sufficient drying may not be achieved, resulting in difficulties in securing mechanical strength. Conversely, when the drying temperature exceeds 70° C. or the drying time exceeds 12 hours, it is not economical because it may act as a factor that only increases manufacturing cost without further increasing the effect.

본 단계에서, 그래핀 코팅층은 그래핀 분말을 수계 바인더를 이용하여 분리막의 표면 개질이 이루어진 후, 코팅 및 건조되어 형성되는 것에 의해, 극성 전해질에 대한 함침성을 높일 수 있으므로 Li 이온 플럭스(Flux)를 균일하게 생성하여 덴드라이트 생성을 억제할 수 있게 되고, 이 결과 높은 수명 특성을 확보할 수 있게 된다.In this step, the graphene coating layer is formed by surface modification of the separator using a water-based binder on graphene powder, followed by coating and drying, thereby increasing the impregnability of the polar electrolyte. By uniformly generating ion flux, it is possible to suppress the generation of dendrites, and as a result, it is possible to secure high lifespan characteristics.

이러한 건조 단계(S130) 이후, 그래핀 코팅층은 1 ~ 40㎛의 두께로 형성되고, 보다 바람직한 범위로는 10 ~ 30㎛를 제시할 수 있고, 가장 바람직한 범위로는 15 ~ 25㎛를 제시할 수 있다. 그래핀 코팅층의 두께가 1㎛ 미만으로 너무 얇은 경우에는 분리막의 표면 개질이 제대로 이루어지지 못하는데 기인하여 덴드라이트 생성을 억제하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 그래핀 코팅층의 두께가 40㎛를 초과하여 과도하게 형성될 경우에는 전극 내 저항을 증가시켜 낮은 효율의 사이클 특성을 나타낼 수 있으므로, 바람직하지 못하다.After this drying step (S130), the graphene coating layer is formed to a thickness of 1 to 40 μm, a more preferable range may be 10 to 30 μm, and a most preferable range may be 15 to 25 μm. there is. If the thickness of the graphene coating layer is too thin, less than 1 μm, it may be difficult to suppress the generation of dendrites due to the fact that the surface of the separator is not properly modified. Conversely, when the thickness of the graphene coating layer is excessively formed to exceed 40 μm, resistance in the electrode may be increased to exhibit cycle characteristics with low efficiency, which is not preferable.

지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막 개질 방법 및 그 그래핀 분리막과 이를 포함하는 전기화학소자는 분리막 몸체의 일면에 그래핀 분말들이 일정한 간격으로 이격되는 형태로 적층 형성된 그래핀 코팅층을 형성하는 것에 의해, 극성 전해질에 대한 함침성 개선으로 Li 이온 플럭스(Flux)를 균일하게 생성하여 덴드라이트 생성을 억제할 수 있게 된다.As described above, the method for modifying a graphene separator using an aqueous binder according to an embodiment of the present invention, the graphene separator, and an electrochemical device including the graphene separator have a form in which graphene powders are spaced apart at regular intervals on one surface of the separator body. By forming a graphene coating layer laminated with Li to improve the impregnability for polar electrolytes It is possible to suppress dendrite generation by uniformly generating ion flux.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막 개질 방법 및 그 그래핀 분리막과 이를 포함하는 전기화학소자는 수계 바인더인 폴리아크릴산(polyacrylic acid)을 사용하여 극성 전해질에 대한 함침성을 개선시키는 것에 의해, Li 이온 플럭스(Flux)를 균일하게 생성하여 덴드라이트 생성을 억제할 수 있으므로, 전기화학소자로 활용할 시 리튬 음극과 양극이 단락되는 것을 막아주는 효과로 높은 수명 특성을 확보할 수 있게 된다.In particular, the method for modifying a graphene separator using a water-based binder, the graphene separator, and an electrochemical device including the same according to an embodiment of the present invention use polyacrylic acid, a water-based binder, to improve impregnation with polar electrolytes. By improving, Li Since dendrite generation can be suppressed by uniformly generating ion flux, when used as an electrochemical device, it is possible to secure high lifespan characteristics by preventing a short circuit between a lithium anode and a cathode.

실시예Example

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail through preferred embodiments of the present invention. However, this is presented as a preferred example of the present invention and cannot be construed as limiting the present invention by this in any sense.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.Contents not described herein can be technically inferred by those skilled in the art, so descriptions thereof will be omitted.

1. 전기화학소자 제조1. Manufacture of electrochemical devices

실시예 1Example 1

분리막 제조Separator manufacturing

그래핀 분말 0.48g을 PAA(polyacrylic acid) 1.2g 및 DI(de-ionized water) 1.2g을 혼합하고, 2,000rpm의 속도로 총 25분 동안 교반하여 그래핀 수계 분산액을 제조하였다.A graphene aqueous dispersion was prepared by mixing 0.48 g of graphene powder with 1.2 g of polyacrylic acid (PAA) and 1.2 g of de-ionized water (DI) and stirring at a speed of 2,000 rpm for a total of 25 minutes.

다음으로, 그래핀 수계 분산액을 닥터블레이드를 사용하여 폴리프로필렌 분리막 몸체의 일면에 코팅하여 그래핀 코팅막을 제조하였다.Next, the graphene aqueous dispersion was coated on one surface of the polypropylene separator body using a doctor blade to prepare a graphene coating film.

다음으로, 그래핀 코팅막을 50℃에서 3시간 동안 건조하여 20㎛ 두께의 그래핀 코팅층을 제조하였다.Next, the graphene coating layer was dried at 50° C. for 3 hours to prepare a graphene coating layer having a thickness of 20 μm.

전기화학소자 제조Manufacture of electrochemical devices

리튬 음극 및 양극 사이에 두께 20㎛의 그래핀 코팅층이 형성된 폴리프로필렌 분리막을 개재시킨 다음, 전해질로서 에틸렌카보네이트(EC): 디에틸 카보네이트(DEC) = 50 : 50(v/v)의 부피비로 혼합하여 제조한 비수전해액 용매에 리튬염으로 1.0M LiPF6를 첨가한 비수성 전해액을 주입하여 전기화학소자를 제조하였다.A polypropylene separator having a graphene coating layer with a thickness of 20 μm is interposed between the lithium anode and the cathode, and then mixed as an electrolyte in a volume ratio of ethylene carbonate (EC): diethyl carbonate (DEC) = 50: 50 (v/v) An electrochemical device was manufactured by injecting a non-aqueous electrolyte solution in which 1.0M LiPF 6 was added as a lithium salt to the prepared non-aqueous electrolyte solvent.

실시예 2Example 2

그래핀 코팅층을 10㎛ 두께로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전기화학소자를 제조하였다. An electrochemical device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the graphene coating layer was formed to a thickness of 10 μm .

비교예 1Comparative Example 1

분리막 제조시 바인더로 PAA(polyacrylic acid) 대신 PVDF(Polyvinylidene fluoride)를 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전기화학소자를 제조하였다. An electrochemical device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that PVDF (Polyvinylidene fluoride) was used instead of PAA (polyacrylic acid) as a binder when manufacturing the separator .

비교예 2Comparative Example 2

그래핀 코팅층을 10㎛ 두께로 형성한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 전기화학소자를 제조하였다. An electrochemical device was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, except that the graphene coating layer was formed to a thickness of 10 μm .

비교예 3Comparative Example 3

그래핀 코팅층을 형성하지 않은 폴리프로필렌 분리막을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전기화학소자를 제조하였다.An electrochemical device was manufactured in the same manner as in Example 1, except for using a polypropylene separator without forming a graphene coating layer.

2. 접촉각 측정2. Contact angle measurement

도 5는 실시예 1에 따른 PAA 바인더를 사용했을 시의 물과의 접촉각을 측정하여 나타낸 사진이고, 도 6은 비교예 1에 따른 PVDF 바인더를 사용했을 시의 물과의 접촉각을 측정하여 나타낸 사진이다.5 is a photograph showing the contact angle with water when the PAA binder according to Example 1 is used, and FIG. 6 is a photograph showing the contact angle with water measured when the PVDF binder according to Comparative Example 1 is used. am.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 그래핀 분말에 PAA 바인더를 사용한 실시예 1은 물과의 접촉각이 54.4°로 측정되었고, 그래핀 분말에 PVDF 바인더를 사용한 비교예 1은 물과의 접촉각이 68°로 측정되었다.As shown in FIGS. 5 and 6, Example 1 using the PAA binder in the graphene powder measured a contact angle with water of 54.4°, and Comparative Example 1 using the PVDF binder in the graphene powder measured the contact angle with water. measured at 68°.

이와 같이, PAA 바인더를 사용한 실시예 1이 PVDF 바인더를 사용한 비교예 1에 비하여 물과의 접촉각이 작은 것을 확인하였다. 이때, 극성 전해질 함침성이 좋은 PAA 바인더를 사용하는 것이 Li 이온의 이동 측면에서 PVDF 바인더를 사용하는 것에 비하여 더 좋다는 것을 의미한다.As such, it was confirmed that Example 1 using the PAA binder had a smaller contact angle with water than Comparative Example 1 using the PVDF binder. At this time, it means that using a PAA binder with good polar electrolyte impregnating property is better than using a PVDF binder in terms of Li ion movement.

3. 물성 평가3. Property evaluation

도 7은 실시예 1과 비교예 1 및 3에 따라 제조된 전기화학소자의 전기화학 특성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing evaluation results of electrochemical properties of electrochemical devices manufactured according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 3.

도 7에 도시된 바와 같이, PAA 바인더를 사용한 실시예 1에 따른 전기화학소자가 PVDF 바인더를 사용한 비교예 1 및 그래핀 코팅층을 형성하지 않은 폴리프로필렌 분리막을 이용한 비교예 3에 따른 전기화학소자에 비하여 Li - Li symmetric cell EIS의 전하 전달 저항값(Rct)이 더 작은 것을 알 수 있다. 이는 Li+ 이동 측면에서 봤을 때, PAA 바인더를 사용하는 것이 PVDF 바인더를 사용하는 것 보다 더 좋다는 것을 의미한다.As shown in FIG. 7, the electrochemical device according to Example 1 using the PAA binder was compared to the electrochemical device according to Comparative Example 1 using the PVDF binder and Comparative Example 3 using the polypropylene separator without forming a graphene coating layer. In comparison, it can be seen that the charge transfer resistance value (R ct ) of the Li - Li symmetric cell EIS is smaller. This means that in terms of Li + migration, using a PAA binder is better than using a PVDF binder.

도 8은 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 3에 따라 제조된 전기화학소자의 수명 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the results of evaluating the lifespan characteristics of the electrochemical devices manufactured according to Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3.

도 8에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 2에 따른 전기화학소자가 비교예 1 ~ 2에 따른 전기화학소자에 비하여 수명 특성이 향상된 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 8 , it can be confirmed that the lifespan characteristics of the electrochemical devices according to Examples 1 and 2 are improved compared to the electrochemical devices according to Comparative Examples 1 and 2.

이와 같이, PAA 바인더를 사용하여 그래핀 분말로 분리막을 개질했을 때, PVDF 바인더를 사용했을 때보다 좋은 수명 특성을 나타내는 것을 확인하였다.As such, it was confirmed that when the separator was modified with the graphene powder using the PAA binder, better lifespan characteristics were exhibited than when the PVDF binder was used.

도 9는 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 3에 따라 제조된 전기화학소자의 고속 충방전 특성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing evaluation results of high-speed charge/discharge characteristics of electrochemical devices manufactured according to Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3.

도 9에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 2에 따른 전기화학소자가 고속 충방전 특성 평가에서도 비교예 1 ~ 3에 따른 전기화학소자에 비하여 좋은 수명 특성을 나타내는 것을 확인하였다. 이는 수계 바인더인 PAA를 사용하는데 기인하여 극성 전해질에 대한 함침성이 좋아져 Li+ 플럭스(flux)를 균일하게 만들어줘서 덴드라이트 생성을 억제시켰기 때문인 것으로 판단된다.As shown in FIG. 9 , it was confirmed that the electrochemical devices according to Examples 1 and 2 exhibit better life characteristics than the electrochemical devices according to Comparative Examples 1 to 3 even in high-speed charge/discharge characteristic evaluation. It is believed that this is because the use of PAA, a water-based binder, improves the impregnability to the polar electrolyte and suppresses dendrite generation by making the Li + flux uniform.

도 10 및 도 11은 실시예 1과 비교예 1 및 3에 따라 제조된 전기화학소자의 EIS 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 이때, 도 10은 50 사이클 후의 EIS 측정 결과를 나타낸 것이고, 도 11은 100 사이클 후의 EIS 측정 결과를 나타낸 것이다.10 and 11 are graphs showing EIS measurement results of electrochemical devices manufactured according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 3. At this time, FIG. 10 shows the EIS measurement result after 50 cycles, and FIG. 11 shows the EIS measurement result after 100 cycles.

도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy) 측정 결과, PAA 바인더를 사용한 실시예 1에 따른 전기화학소자가 PVDF 바인더를 사용한 비교예 1 및 그래핀 코팅층을 형성하지 않은 폴리프로필렌 분리막을 이용한 비교예 3에 따른 전기화학소자에 비하여 더 작은 전하 전달 저항값(Rct)을 나타내는 것을 확인하였다.As shown in FIGS. 10 and 11, as a result of EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) measurement, the electrochemical device according to Example 1 using a PAA binder, Comparative Example 1 using a PVDF binder and polypropylene without forming a graphene coating layer Compared to the electrochemical device according to Comparative Example 3 using a separator, it was confirmed that it exhibited a smaller charge transfer resistance value (R ct ).

이와 같이, 실시예 1과 같이, PAA 바인더를 사용하여 그래핀 분말로 분리막을 개질했을 때, 긴 사이클이 지난 후의 전하 전달 저항값이, PVDF 바인더를 사용한 비교예 1에 비하여 확연하게 작은 것을 알 수 있었다.As such, when the separator was modified with graphene powder using the PAA binder as in Example 1, it can be seen that the charge transfer resistance value after a long cycle is significantly smaller than that of Comparative Example 1 using the PVDF binder. there was.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.Although the above has been described based on the embodiments of the present invention, various changes or modifications may be made at the level of a technician having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs. Such changes and modifications can be said to belong to the present invention as long as they do not deviate from the scope of the technical idea provided by the present invention. Therefore, the scope of the present invention will be determined by the claims described below.

500 : 전기화학소자
100 : 분리막
120 : 분리막 본체
140 : 그래핀 코팅층
150 : 리튬 덴드라이트층
200 : 리튬 음극
300 : 양극
S110 : 혼합 및 교반 단계
S120 : 코팅 단계
S130 : 건조 단계500: electrochemical device
100: separator
120: separator body
140: graphene coating layer
150: lithium dendrite layer
200: lithium negative electrode
300: anode
S110: mixing and stirring step
S120: coating step
S130: Drying step

Claims (14)

(a) 그래핀 분말을 수계 바인더 및 용매와 혼합하고, 교반하여 그래핀 수계 분산액을 형성하는 단계;
(b) 상기 그래핀 수계 분산액을 분리막 몸체의 일면에 코팅하여 그래핀 코팅막을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 그래핀 코팅막을 건조하여 그래핀 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 (a) 단계에서, 상기 그래핀 분말은 100㎛ 이하의 평균 직경을 갖는 것이 이용되고, 상기 수계 바인더는 폴리아크릴산(polyacrylic acid)이 이용되며,
상기 그래핀 코팅층은 15 ~ 25㎛의 두께로 형성되어, 상기 그래핀 코팅층은 극성 전해질에 대한 함침성 개선으로, Li 이온 플럭스(Flux)를 균일하게 생성하여 덴드라이트 생성을 억제하는 것을 특징으로 하는 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막 개질 방법.
(a) mixing graphene powder with an aqueous binder and a solvent and stirring to form an aqueous graphene dispersion;
(b) coating the aqueous dispersion of graphene on one surface of the separator body to form a graphene coating film; and
(c) forming a graphene coating layer by drying the graphene coating layer;
In the step (a), the graphene powder having an average diameter of 100 μm or less is used, and the aqueous binder is polyacrylic acid,
The graphene coating layer is formed to a thickness of 15 to 25 μm, and the graphene coating layer suppresses dendrite generation by uniformly generating Li ion flux by improving impregnability for polar electrolyte. Characterized in that A method for modifying a graphene separator using an aqueous binder.
 제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 그래핀 분말과 수계 바인더는 9 : 1 ~ 6 : 4의 중량비로 첨가하는 것을 특징으로 하는 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막 개질 방법.
According to claim 1,
In step (a),
The graphene powder and the aqueous binder are added in a weight ratio of 9: 1 to 6: 4. Method for modifying a graphene separator using an aqueous binder.
 제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 교반은
500 ~ 2,500rpm의 속도로 10 ~ 180분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막 개질 방법.
According to claim 1,
In step (a),
The agitation is
Graphene separator reforming method using a water-based binder, characterized in that carried out for 10 to 180 minutes at a speed of 500 to 2,500 rpm.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 건조는
40 ~ 70℃에서 1 ~ 12시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막 개질 방법.
According to claim 1,
In step (c),
The drying
Graphene separator reforming method using a water-based binder, characterized in that carried out at 40 ~ 70 ℃ for 1 ~ 12 hours.
 리튬 음극과 마주보도록 배치된 분리막 몸체; 및
상기 분리막 몸체의 일면에 형성되어, 상기 리튬 음극과 대향하는 양극과 마주보도록 배치된 그래핀 코팅층;을 포함하며,
상기 그래핀 코팅층은, 그래핀 분말을 수계 바인더와 혼합하고, 코팅 및 건조하여 형성되며,
상기 그래핀 분말은 100㎛ 이하의 평균 직경을 갖는 것이 이용되고, 상기 수계 바인더는 폴리아크릴산(polyacrylic acid)이 이용되며,
상기 그래핀 코팅층은 15 ~ 25㎛의 두께로 형성되어, 상기 그래핀 코팅층은 극성 전해질에 대한 함침성 개선으로, Li 이온 플럭스(Flux)를 균일하게 생성하여 덴드라이트 생성을 억제하는 것을 특징으로 하는 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막.
a separator body disposed to face the lithium anode; and
A graphene coating layer formed on one surface of the separator body and disposed to face an anode facing the lithium anode,
The graphene coating layer is formed by mixing graphene powder with an aqueous binder, coating and drying,
The graphene powder is used having an average diameter of 100 μm or less, and polyacrylic acid is used as the aqueous binder,
The graphene coating layer is formed to a thickness of 15 to 25 μm, and the graphene coating layer suppresses dendrite generation by uniformly generating Li ion flux by improving impregnability for polar electrolyte. Characterized in that Graphene separator using an aqueous binder.
 제8항에 있어서,
상기 그래핀 분말과 수계 바인더는 9 : 1 ~ 6 : 4의 중량비로 첨가된 것을 특징으로 하는 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막.
According to claim 8,
The graphene powder and the aqueous binder are added in a weight ratio of 9: 1 to 6: 4. A graphene separator using an aqueous binder.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 분리막;
상기 분리막 상부에 배치되어, 상기 분리막과 마주보는 리튬 음극; 및
상기 분리막 하부에 배치되어, 상기 분리막과 마주보는 양극;을 포함하며,
상기 분리막은,
상기 리튬 음극과 마주보도록 배치된 분리막 몸체; 및
상기 분리막 몸체의 일면에 형성되어, 상기 리튬 음극과 대향하는 상기 양극과 마주보도록 배치된 그래핀 코팅층;을 포함하며,
상기 그래핀 코팅층은, 그래핀 분말을 수계 바인더와 혼합하고, 코팅 및 건조하여 형성되며,
상기 그래핀 분말은 100㎛ 이하의 평균 직경을 갖는 것이 이용되고, 상기 수계 바인더는 폴리아크릴산(polyacrylic acid)이 이용되며,
상기 그래핀 코팅층은 15 ~ 25㎛의 두께로 형성되어, 상기 그래핀 코팅층은 극성 전해질에 대한 함침성 개선으로, Li 이온 플럭스(Flux)를 균일하게 생성하여 덴드라이트 생성을 억제하는 것을 특징으로 하는 수계 바인더를 이용한 그래핀 분리막을 포함하는 전기화학소자.separator;
a lithium negative electrode disposed above the separator and facing the separator; and
Including; an anode disposed under the separator and facing the separator,
The separator,
a separator body disposed to face the lithium anode; and
A graphene coating layer formed on one surface of the separator body and disposed to face the anode facing the lithium anode,
The graphene coating layer is formed by mixing graphene powder with an aqueous binder, coating and drying,
The graphene powder is used having an average diameter of 100 μm or less, and polyacrylic acid is used as the aqueous binder,
The graphene coating layer is formed to a thickness of 15 to 25 μm, and the graphene coating layer suppresses dendrite generation by uniformly generating Li ion flux by improving impregnability for polar electrolyte. Characterized in that An electrochemical device including a graphene separator using an aqueous binder. 삭제delete
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