KR102555253B1 - Composites separator for secondary battery and lithium secondary battery containing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다공성 기재 아라미드 다공성 수지층 및 무기입자층을 포함하는 이차전지용 복합분리막 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다The present invention relates to a composite separator for a secondary battery including a porous substrate aramid porous resin layer and an inorganic particle layer and a lithium secondary battery including the same

Description

이차전지용 복합분리막 및 이를 포함하는 리튬이차전지{COMPOSITES SEPARATOR FOR SECONDARY BATTERY AND LITHIUM SECONDARY BATTERY CONTAINING THE SAME}Composite separator for secondary battery and lithium secondary battery including the same

본 발명은 이차전지용 복합분리막 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a composite separator for a secondary battery and a lithium secondary battery including the same.

리튬이차전지는 사용처가 확대됨에 따라 대면적화, 고용량화에 대한 요구가 강해지고 있는 추세이다. 이차전지의 고용량화에 따라 극판의 면적이 넓어지고 같은 면적에 많은 양극 및 음극 활물질이 들어가기 때문에 전지 안전성에 대한 문제가 발생하고 있다.As the use of lithium secondary batteries expands, the demand for large-area and high-capacity tends to increase. As the capacity of secondary batteries increases, the area of electrode plates widens and many positive and negative active materials enter the same area, causing problems with battery safety.

또한, 충전기 고장이나 고온환경에 방치되는 등 전지가 비정상적으로 사용되는 경우에는 전지의 내부에서 열이 발생하여 온도가 높아진다. 이때, 전지의 용량이 커지면 커질수록 발열량도 급격히 증가하는데, 만일 분리막이 수축하거나 녹아서 양극과 음극 간에 단락이 발생하면, 열폭주로 인한 발화, 폭발의 위험성이 존재한다. 따라서, 전지의 고용량화에 따라, 더 높은 온도에서도 수축되거나 녹지 않는 고내열성의 분리막이 필요해진다.In addition, when the battery is abnormally used, such as a charger failure or being left in a high-temperature environment, heat is generated inside the battery and the temperature rises. At this time, as the capacity of the battery increases, the amount of heat generated also increases rapidly. If a short circuit occurs between the positive electrode and the negative electrode due to contraction or melting of the separator, there is a risk of ignition or explosion due to thermal runaway. Therefore, as the capacity of a battery increases, a highly heat-resistant separator that does not shrink or melt even at a higher temperature is required.

이에 리튬이차전지에 사용되고 있는 분리막인 폴리올레핀계 필름에 안전성을 부여하기 위한 여러 방법들이 시도 되고 있다.Accordingly, various methods for imparting safety to polyolefin-based films, which are separators used in lithium secondary batteries, have been attempted.

또한, 가장 널리 사용되고 있는 폴리올레핀계 분리막의 전지 안전성을 향상시키기 위해 폴리올레핀 필름 위에 무기입자를 코팅한 분리막이 많이 사용되고 있다. 하지만 전지의 에너지 밀도를 높이기 위하여, Ni의 비율이 높은 양극 활물질을 사용하면, 에너지 밀도는 증가하지만 전지의 열안정성이 취약해지는데, 이러한 폴리올레핀 필름 위에 무기입자를 코팅한 분리막 만으로는 안전성, 특히 관통 성능을 만족시키기 어렵다는 단점이 있다. In addition, in order to improve the battery safety of the most widely used polyolefin-based separator, a separator coated with inorganic particles on a polyolefin film is widely used. However, if a positive electrode active material with a high Ni ratio is used to increase the energy density of the battery, the energy density increases but the thermal stability of the battery becomes weak. is difficult to satisfy.

이를 해결하기 위하여, 종래에 폴리올레핀계 필름 상에 아라미드 수지로 제조된 코팅층을 제공하였으나, 상기 기술은 전해액과 반응하여 수축변형이 일어나 전지 표면에 주름이 발생하여 외관불량을 발생시킨다는 단점이 있었다. 또한, 상기 아라미드 수지를 나노 부직포로 제작하여 폴리올레핀계 필름 상에 코팅층으로 제공하였다. 그러나, 상기 기술은 부직포를 폴리올레핀계 필름 상에 전기방사하여 제작하는데, 이 때, 폴리올레핀계 필름과의 층간 분리가 발생하여 분리막의 탈리현상이 발생하였다.In order to solve this problem, conventionally, a coating layer made of an aramid resin is provided on a polyolefin-based film, but the technology reacts with an electrolyte solution to cause shrinkage and deformation, causing wrinkles on the surface of the battery to cause poor appearance. In addition, the aramid resin was made into a nano non-woven fabric and provided as a coating layer on a polyolefin-based film. However, in the above technology, a nonwoven fabric is electrospun on a polyolefin film, and at this time, separation between layers with the polyolefin film occurs, resulting in separation of the separator.

이러한 문제를 해결하기 위해서 다양한 시도가 있었지만, 여전히 고내열성을 확보함과 동시에 이차전지에 제공되었을 때, 관통성능불량, 전해액반응에 따른 외관불량 및 낮은 전해액 함습성에 따른 수명특성 저하 등이 발생하지 않는 분리막이 필요한 실정이다.Various attempts have been made to solve this problem, but it still secures high heat resistance and does not cause poor penetration performance, poor appearance due to electrolyte reaction, and deterioration in life characteristics due to low electrolyte moisture when provided to secondary batteries. There is a need for a separator that does not

본 발명의 일 양태는 낮은 열수축률을 갖는 열안정성이 향상된 이차전지용 복합분리막을 제공하고자 한다.One aspect of the present invention is to provide a composite separator for a secondary battery having low thermal shrinkage and improved thermal stability.

또한, 본 발명의 일 양태는 관통성능 등의 전지안정성이 우수한 이차전지용 복합분리막을 제공하고자 한다.In addition, one aspect of the present invention is to provide a composite separator for a secondary battery having excellent battery stability such as penetration performance.

또한, 본 발명의 일 양태는 전해액과 반응하여 주름이 발생하지 않아 이차전지 외관 불량이 발생하지 않는 이차전지용 복합분리막을 제공하고자 한다.In addition, one aspect of the present invention is to provide a composite separator for a secondary battery in which wrinkles do not occur due to reaction with an electrolyte solution, and thus, a secondary battery appearance defect does not occur.

또한, 본 발명의 일 양태는 상기 이차전지용 복합분리막을 포함하는 리튬이차 전지를 제공하고자 한다.In addition, one aspect of the present invention is to provide a lithium secondary battery including the composite separator for secondary batteries.

본 발명의 일 양태에 따른 이차전지용 복합분리막은 다공성 기재; 상기 다공성 기재 일면 상에 형성된 아라미드 다공성 수지층; 및 상기 아라미드 다공성 수지층 상에 형성된 무기입자층;을 포함하는 것이다.A composite separator for a secondary battery according to an aspect of the present invention includes a porous substrate; Aramid porous resin layer formed on one surface of the porous substrate; and an inorganic particle layer formed on the aramid porous resin layer.

본 발명의 또 다른 일 양태에 따른 이차전지용 복합분리막은 다공성 기재; 상기 다공성 기재 일면에 형성된 아라미드 다공성 수지층; 및 상기 다공성 기재 타면에 형성된 무기입자층;을 포함하는 것이다.A composite separator for a secondary battery according to another aspect of the present invention includes a porous substrate; Aramid porous resin layer formed on one surface of the porous substrate; and an inorganic particle layer formed on the other surface of the porous substrate.

상기 아라미드 다공성 수지층의 기공도는 10 내지 60%일 수 있다.The porosity of the aramid porous resin layer may be 10 to 60%.

상기 아라미드 다공성 수지층은 무기입자를 더 포함하며, 총 중량에 대하여, 무기입자 10 내지 30중량% 및 아라미드 수지 70 내지 90중량% 포함할 수 있다.The aramid porous resin layer may further include inorganic particles, and may include 10 to 30% by weight of inorganic particles and 70 to 90% by weight of aramid resin, based on the total weight.

상기 무기입자층은 무기입자와 바인더를 포함하고, 무기입자층 총 중량에 대하여, 무기입자 70 내지 99중량% 및 바인더 1 내지 30중량% 포함할 수 있다.The inorganic particle layer may include inorganic particles and a binder, and may include 70 to 99% by weight of inorganic particles and 1 to 30% by weight of a binder based on the total weight of the inorganic particle layer.

상기 아라미드 다공성 수지층 및 무기입자층의 무기입자는 각각 평균입경이 5㎚ 내지 2㎛일 수 있다.The inorganic particles of the aramid porous resin layer and the inorganic particle layer may each have an average particle diameter of 5 nm to 2 μm.

상기 아라미드 다공성 수지층 및 무기입자층의 무기입자 평균입경비는 하기 식 1을 만족하는 것일 수 있다.The average particle diameter of the inorganic particles of the aramid porous resin layer and the inorganic particle layer may satisfy Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

Figure 112018033302969-pat00001
Figure 112018033302969-pat00001

식 1에 있어서, 상기 D1은 아라미드 다공성 수지층 무기입자의 평균입경이고, 상기 D2는 무기입자층 무기입자의 평균입경이다.In Formula 1, D 1 is the average particle diameter of the inorganic particles in the aramid porous resin layer, and D 2 is the average particle diameter of the inorganic particles in the inorganic particle layer.

상기 이차전지용 복합분리막은 JIS P8117측정방법에 의거하여 측정된 기체투과도가 700sec/100㎖ 이하일 수 있다.The composite separator for secondary batteries may have a gas permeability of 700 sec/100 ml or less measured according to the JIS P8117 measurement method.

상기 이차전지용 복합분리막은 160℃에서 열수축률이 10% 이하일 수 있다.The composite separator for a secondary battery may have a thermal contraction rate of 10% or less at 160°C.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 이차전지 복합분리막을 포함하는 리튬이차전지를 제공할 수 있다.A lithium secondary battery including the secondary battery composite separator according to an aspect of the present invention may be provided.

본 발명의 일 양태에 따른 이차전지용 복합분리막은 내열성이 향상됨에 따라 급격한 온도 상승 등의 이상 현상에 의한 발화나 파열을 방지할 수 있다.As the heat resistance of the composite separator for a secondary battery according to one aspect of the present invention is improved, ignition or rupture due to abnormal phenomena such as rapid temperature rise can be prevented.

또한, 본 발명의 일 양태에 따른 이차전지용 복합분리막은 기체투과도가 우수하여 리튬이온의 이동이 원활하고, 이차전지의 용량 유지율 등의 전기적 특성을 현저히 향상시킬 수 있다.In addition, the composite separator for secondary batteries according to one aspect of the present invention has excellent gas permeability, so that lithium ions move smoothly, and electrical characteristics such as capacity retention rate of the secondary battery can be remarkably improved.

또한, 본 발명의 일 양태에 따른 이차전지용 복합분리막은 우수한 관통성능 등의 전지안정성을 향상시킬 수 있다.In addition, the composite separator for secondary batteries according to one aspect of the present invention can improve battery stability such as excellent penetration performance.

또한, 본 발명의 일 양태에 따른 이차전지용 복합분리막은 이차전지에서 전해액과 반응하여 주름이 발생하지 않아 이차전지 외관이 우수하다.In addition, the composite separator for secondary batteries according to one aspect of the present invention reacts with the electrolyte in the secondary battery and does not generate wrinkles, so the appearance of the secondary battery is excellent.

또한, 본 발명의 일 양태에 따른 이차전지용 복합분리막은 전기 자동차 등에 적용되는 대형 리튬이차전지의 열적 안정성 및 전기적 특성 등의 성능을 개선하기 위해 도입할 수 있다. In addition, the composite separator for secondary batteries according to one aspect of the present invention may be introduced to improve performance such as thermal stability and electrical characteristics of large-sized lithium secondary batteries applied to electric vehicles.

도 1은 본 발명의 실시예 1로 제조된 복합분리막의 무기입자층 표면 주사전자현미경 관찰사진이다.
도 2는 본 발명의 비교예 1로 제조된 복합분리막의 아라미드 다공성 수지층 표면 주사전자현미경 관찰사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1로 제조된 복합분리막을 포함하는 리튬이자전지 젤리롤(J/R)의 표면 사진이다.
도 4는 본 발명의 비교예 1로 제조된 복합분리막을 포함하는 리튬이자전지 젤리롤(J/R)의 표면 사진이다.
1 is a scanning electron microscope image of the surface of an inorganic particle layer of a composite separator prepared in Example 1 of the present invention.
2 is a scanning electron microscope observation picture of the surface of the aramid porous resin layer of the composite separator prepared in Comparative Example 1 of the present invention.
3 is a photograph of the surface of a lithium-ion battery jelly roll (J/R) including a composite separator prepared in Example 1 of the present invention.
4 is a surface photograph of a lithium-ion battery jelly roll (J/R) including a composite separator prepared in Comparative Example 1 of the present invention.

이하 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 참조일 뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현 될 수 있다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail. However, the following examples are only references for explaining the present invention in detail, but the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.

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

본 발명은 내열성 및 외관이 우수하고, 이차전지의 전지안정성 향상 및 수명 급락을 방지할 수 있는 이차전지용 복합분리막에 관한 것이다.The present invention relates to a composite separator for a secondary battery, which is excellent in heat resistance and appearance, and can improve battery stability and prevent a sharp decline in the lifespan of a secondary battery.

본 발명을 구체적으로 설명하면, 다음과 같다.The present invention will be described in detail as follows.

본 발명의 일 양태에 따른 이차전지용 복합분리막은 다공성 기재; 상기 다공성 기재 일면 상에 형성된 아라미드 다공성 수지층; 및 상기 아라미드 다공성 수지층 상에 형성된 무기입자층;을 포함하는 것이다.A composite separator for a secondary battery according to an aspect of the present invention includes a porous substrate; Aramid porous resin layer formed on one surface of the porous substrate; and an inorganic particle layer formed on the aramid porous resin layer.

본 발명의 또 다른 일 양태에 따른 이차전지용 복합분리막은 다공성 기재; 상기 다공성 기재 일면에 형성된 아라미드 다공성 수지층; 및 상기 다공성 기재 타면 상에 형성된 무기입자층;을 포함하는 것이다.A composite separator for a secondary battery according to another aspect of the present invention includes a porous substrate; Aramid porous resin layer formed on one surface of the porous substrate; and an inorganic particle layer formed on the other surface of the porous substrate.

상기 이차전지용 복합분리막은 낮은 열수축률 등의 우수한 내열성으로 고온에서 변형이 발생되지 않고, 리튬이차전지 내의 급격한 온도 상승 등의 이상 현상에 의한 발화나 파열 및 수명저하 등을 방지할 수 있다. 또한, 이차전지에 포함되어 전해액과 반응에 따른 수축이 억제되어 외관에 주름이 발생하는 불량을 방지할 수 있다. The composite separator for secondary batteries does not deform at high temperatures due to its excellent heat resistance such as low thermal contraction rate, and can prevent ignition, rupture, and reduction in life due to abnormal phenomena such as rapid temperature rise in the lithium secondary battery. In addition, it is included in the secondary battery and shrinkage due to the reaction with the electrolyte is suppressed, so that defects in appearance of wrinkles can be prevented.

또한, 이차전지의 관통성능이 향상되어, 전극간 단락을 유지하여 전지안정성을 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, penetration performance of the secondary battery is improved, and battery stability can be further improved by maintaining a short circuit between electrodes.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 아라미드 다공성 수지층은 아라미드 수지 외에 무기입자를 더 포함할 수 있다. 이 때, 아라미드 수지가 네트워크를 형성하여 아라미드 수지에 기공을 형성할 수 있다. 상기 무기입자는 아라미드 수지 네트워크에 균일하게 분산된 형상일 수 있다. 구체적으로는 아라미드 수지가 연속상을 형성하고, 무기입자가 분산상으로 형성되어 분포되어 있는 것이다.The aramid porous resin layer according to one aspect of the present invention may further include inorganic particles in addition to the aramid resin. At this time, the aramid resin may form a network to form pores in the aramid resin. The inorganic particles may be uniformly dispersed in the aramid resin network. Specifically, the aramid resin forms a continuous phase, and the inorganic particles are formed and distributed as a dispersed phase.

상기와 같이 아라미드 수지 내에 무기입자가 분산된 아라미드 다공성 수지층이 복합분리막에 포함됨에 따라 이차전지에 포함되어 전해액과 반응에 따른 수축이 억제되어 외관에 주름이 발생되지 않는 효과를 더욱 증진시킬 수 있다.As described above, as the porous aramid resin layer in which inorganic particles are dispersed in the aramid resin is included in the composite separator, shrinkage due to reaction with the electrolyte is suppressed by being included in the secondary battery, so that the effect of preventing wrinkles from occurring on the exterior can be further enhanced. .

상기 아라미드 다공성 수지층은 기공도가 10 내지 60%, 바람직하게는 30 내지 60%일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기와 같은 기공도를 형성할 경우 리튬이온의 이동이 원활함에 따라 리튬이차전지의 용량 유지율을 더욱 향상시킬 수 있다.The aramid porous resin layer may have a porosity of 10 to 60%, preferably 30 to 60%, but is not limited thereto. When the porosity is formed as described above, the capacity retention rate of the lithium secondary battery can be further improved as lithium ions move smoothly.

상기 아라미드 수지는 메타아라미드 수지 및 파라아라미드 수지 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 바람직하게는 높은 내열성 및 기계적 강도를 가질 수 있고, 전지 안정성을 향상시키기 위하여 메타아라미드를 사용하는 것이 더욱 좋다. 상기 메타아라미드는 벤젠고리가 메타 위치에서 아미드기와 결합된 방향족 아라미드를 의미한다.The aramid resin may be any one or a mixture of two or more selected from meta-aramid resins and para-aramid resins. Preferably, it can have high heat resistance and mechanical strength, and it is more preferable to use meta-aramid to improve battery stability. The meta-aramid means an aromatic aramid in which a benzene ring is bonded to an amide group at a meta-position.

상기 아라미드 다공성 수지층은 총 중량에 대하여, 무기입자 10 내지 40중량% 및 아라미드 수지 60 내지 90중량% 포함할 수 있다. 바람직하게는 무기입자 15 내지 30중량% 및 아라미드 수지 70 내지 85중량% 포함할 수 있다. 상기 범위로 포함될 경우 기공폐쇄를 방지하여 전지 성능을 향상시킬 수 있다.The aramid porous resin layer may include 10 to 40% by weight of inorganic particles and 60 to 90% by weight of an aramid resin based on the total weight. Preferably, 15 to 30% by weight of inorganic particles and 70 to 85% by weight of an aramid resin may be included. When included in the above range, it is possible to improve battery performance by preventing pore closure.

상기 무기입자는 알루미나(Alumina), 베마이트(Boehmite), 수산화 알루미늄(Aluminum Hydroxide), 산화 티타늄(Titanium Oxide), 티타늄산 바륨(Barium Titanium Oxide), 산화 마그네슘(Magnesium Oxide), 수산화 마그네슘(Magnesium Hydroxide), 실리카(Silica), 클레이(Clay) 및 글라스 파우더(Glass powder) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 무기입자일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는 불순물 함량이 적은 고순도의 알루미나(Alumina), 베마이트(Boehmite) 및 수산화 알루미늄(Aluminum Hydroxide) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 알루미늄계 산화물을 사용할 수 있다.The inorganic particles include alumina, boehmite, aluminum hydroxide, titanium oxide, barium titanium oxide, magnesium oxide, and magnesium hydroxide. ), silica, clay, glass powder, and the like, but may be any one or two or more inorganic particles selected, but is not limited thereto. Preferably, aluminum-based oxide, which is any one or a mixture of two or more selected from high-purity alumina, boehmite, and aluminum hydroxide having a low impurity content, may be used.

상기 무기입자층은 무기입자 외에 바인더를 더 포함하고, 무기입자층 총 중량에 대하여, 무기입자 70 내지 99중량% 및 바인더 1 내지 30중량% 포함할 수 있다. 바람직하게는 무기입자 80 내지 99중량% 및 바인더 1 내지 20중량% 포함할 수 있다. 상기 범위로 포함될 경우 전해액과의 반응에 의한 수축을 억제하여 주름 등의 외관 불량을 방지하고, 수명 용량유지율을 향상시킬 수 있다.The inorganic particle layer may further include a binder in addition to the inorganic particles, and may include 70 to 99% by weight of the inorganic particles and 1 to 30% by weight of the binder with respect to the total weight of the inorganic particle layer. Preferably, 80 to 99% by weight of inorganic particles and 1 to 20% by weight of a binder may be included. When included in the above range, it is possible to suppress shrinkage due to reaction with the electrolyte to prevent appearance defects such as wrinkles, and improve life capacity retention rate.

상기 무기입자층에 포함되는 무기입자는 상술한 상기 아라미드 다공성 수지층에 포함되는 무기입자와 동일 또는 상이한 것일 수 있다.The inorganic particles included in the inorganic particle layer may be the same as or different from the inorganic particles included in the aramid porous resin layer described above.

또한, 상기 무기입자의 평균입경은 각각 무기입자의 입경을 측정하여 작은 입자부터 부피를 누적할 경우 총 부피가 50%에 해당하는 입경인 D50을 의미한다.In addition, the average particle diameter of the inorganic particles means D50, which is a particle diameter corresponding to 50% of the total volume when the particle diameters of the inorganic particles are measured and the volume is accumulated from the smallest particles.

상기 무기입자층에 포함되는 바인더는 무기입자간의 결착력을 높이기 위한 것으로는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어, 아크릴계 중합체, 스티렌계 중합체, 비닐알코올계 중합체, 비닐피롤리돈계 중합체 및 불소계 중합체 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 구체적으로는 상기 아크릴계 중합체는 폴리아크릴아미드, 폴리메타아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트, 폴리아크릴산 나트륨 및 아크릴산-메타크릴산 공중합체 등에서 선택될 수 있다. 상기 스티렌계 중합체는 폴리스티렌, 폴리알파메틸스티렌 및 폴리브로모스티렌 등에서 선택될 수 있다. 상기 비닐알코올계 중합체는 폴리비닐알코올, 폴리비닐아세테이트 및 폴리비닐아세테이트-폴리비닐알코올 공중합체 등에서 선택될 수 있다. 상기 비닐피롤리돈 중합체는 폴리비닐피롤리돈 및 비닐피롤리돈을 포함하는 공중합체 등에서 선택될 수 있다. 상기 불소계 중합체는 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리헥사플루오로프로필렌, 헥사플루오로프로필렌, 폴리플루오라이드-헥사풀루오로 프로필렌 및 폴리클로로트리플루오로에틸렌 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The binder included in the inorganic particle layer is not particularly limited to increase the binding force between the inorganic particles, but is, for example, selected from acrylic polymers, styrenic polymers, vinyl alcohol polymers, vinylpyrrolidone polymers, and fluorine polymers. Any one or a mixture of two or more may be included. Specifically, the acrylic polymer may be selected from polyacrylamide, polymethacrylate, polyethylacrylate, polyacrylate, polybutylacrylate, sodium polyacrylate, acrylic acid-methacrylic acid copolymer, and the like. The styrenic polymer may be selected from polystyrene, polyalphamethylstyrene, and polybromostyrene. The vinyl alcohol-based polymer may be selected from polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, and polyvinyl acetate-polyvinyl alcohol copolymer. The vinylpyrrolidone polymer may be selected from polyvinylpyrrolidone and a copolymer containing vinylpyrrolidone. The fluorine-based polymer is any one or two or more selected from polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, hexafluoropropylene, polyfluoride-hexafluoropropylene, polychlorotrifluoroethylene, and the like. It may be a mixture, but is not limited thereto.

상기 아라미드 다공성 수지층 및 무기입자층의 무기입자는 각각 평균입경은 특별히 제한되는 것은 아니지만 5㎚ 내지 2㎛, 바람직하게는 10㎚ 내지 1㎛일 수 있고, 더 바람직하게는 30 내지 700㎚일 수 있다. 상기 평균입경을 가질 경우 복합분리막의 내열성이 우수하여 수축에 따라 발생되는 주름을 방지할 수 있다.The average particle diameter of the inorganic particles of the aramid porous resin layer and the inorganic particle layer is not particularly limited, but may be 5 nm to 2 μm, preferably 10 nm to 1 μm, and more preferably 30 to 700 nm. . In the case of having the above average particle diameter, the composite separator has excellent heat resistance, and thus wrinkles caused by shrinkage can be prevented.

바람직하게는 더욱 우수한 내열성 및 전지안정성을 갖고, 외관불량이 발생되지 않는 이차전지를 제공하기 위하여 상기 아라미드 다공성 수지층 및 무기입자층의 무기입자 평균입경비는 하기 식 1을 만족하는 것일 수 있다.Preferably, the inorganic particle average particle diameter of the aramid porous resin layer and the inorganic particle layer may satisfy Equation 1 below in order to provide a secondary battery having better heat resistance and battery stability and not causing appearance defects.

[식 1][Equation 1]

Figure 112018033302969-pat00002
Figure 112018033302969-pat00002

식 1에 있어서, 상기 D1은 아라미드 다공성 수지층 무기입자의 평균입경이고, 상기 D2는 무기입자층 무기입자의 평균입경이다. 바람직하게는 상기 평균입경비가 5 내지 20을 만족하는 것일 수 있다.In Formula 1, D 1 is the average particle diameter of the inorganic particles in the aramid porous resin layer, and D 2 is the average particle diameter of the inorganic particles in the inorganic particle layer. Preferably, the average particle diameter may satisfy 5 to 20.

상기 아라미드 다공성 수지층 및 무기입자층의 두께는 특별히 제한되는 것은 아니지만 각각 1 내지 10 ㎛일 수 있다. 상기 두께를 가질 경우 분리막의 이온 전도도가 향상되어 충방전 시 전지내부저항이 감소되어 이차전지의 수명을 향상시킬 수 있고, 전지안정성을 확보할 수 있다.The thickness of the aramid porous resin layer and the inorganic particle layer is not particularly limited, but may be 1 to 10 μm, respectively. In the case of having the above thickness, the ion conductivity of the separator is improved and the internal resistance of the battery is reduced during charging and discharging, thereby improving the lifespan of the secondary battery and securing battery stability.

상기 다공성 기재는 본 기술분야에서 채택하는 미세다공막이라면 제한되지 않고 사용 가능하며, 나아가 부직포, 종이 및 이들의 미세다공막 내부 기공 또는 표면에 무기입자를 포함하는 등 기공을 갖고 전지에 적용될 수 있는 다공막이라면 특별히 제한되지 않는다.The porous substrate can be used without limitation as long as it is a microporous film adopted in the art, and further has pores such as non-woven fabrics, paper and microporous films containing inorganic particles on the surface or internal pores of these microporous films and can be applied to batteries It is not particularly limited as long as it is a porous film.

상기 다공성 기재는 올레핀계 단량체로부터 유도된 단일중합체 및 공중합체에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 제조된 것일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 이들의 공중합체로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다. The porous substrate may be made of any one or a mixture of two or more selected from homopolymers and copolymers derived from olefinic monomers. For specific example, it may be any one or a mixture of two or more selected from polyethylene, polypropylene, and copolymers thereof.

또한, 상기 다공성 기재는 상기 폴리올레핀 수지 단독 또는 폴리올레핀 수지를 주성분으로 하고, 무기입자 또는 유기입자를 추가로 더 포함하여 제조된 것일 수도 있다. 또한, 상기 다공성 기재는 적층형태로 사용가능하며, 예를 들면, 폴리올레핀 수지가 다층으로 구성될 수 있으며, 다층으로 구성된 기재층 역시 어느 하나의 층 또는 모든 층이 폴리올레핀 수지 내 무기입자 및 유기입자가 포함하는 것도 배제하지 않는다.In addition, the porous substrate may be prepared by using the polyolefin resin alone or the polyolefin resin as a main component, and further including inorganic particles or organic particles. In addition, the porous substrate can be used in a laminated form, for example, polyolefin resin may be composed of multiple layers, and any one layer or all layers of the multilayer substrate layer may contain inorganic particles and organic particles in the polyolefin resin. Inclusion does not exclude.

상기 다공성 기재의 두께는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 5 내지 30 ㎛ 일 수 있다. 상기 다공성 기재는 주로 연신을 통하여 만들어진 다공성 기재가 채용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The thickness of the porous substrate is not particularly limited, but may be 5 to 30 μm. As the porous substrate, a porous substrate made mainly through stretching may be employed, but is not limited thereto.

상기 다공성 기재는 폭방향(TD, Transverse Direction) 및 기계방향(MD, Machine Direction)으로 500 kgf/㎠ 이상, 구체적으로는 500 내지 1,000 kgf/㎠ 의 인장강도를 갖는 것일 수 있고, 바람직하게는 폭방향(TD, Transverse Direction) 및 기계방향(MD, Machine Direction)의 강도를 균일하게 향상시키기 위하여 2축 연신을 통하여 제조할 수 있다. 1축연신을 통하여 만들어진 다공성 기재는 연신된 방향으로 인장강도가 증가하는 장점을 가지지만, 연신된 방향으로 수축하려는 응력이 남아 있어서, 온도 증가 시 수축하는 문제점이 발생할 수 있다.The porous substrate may have a tensile strength of 500 kgf/cm 2 or more, specifically, 500 to 1,000 kgf/cm 2 in the transverse direction (TD) and machine direction (MD, machine direction), preferably the width It can be manufactured through biaxial stretching in order to uniformly improve the strength in the TD (Transverse Direction) and MD (Machine Direction) directions. Porous substrates made through uniaxial stretching have the advantage of increasing tensile strength in the stretching direction, but shrinkage problems may occur when the temperature increases because stress to shrink in the stretching direction remains.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 이차전지용 복합분리막은 JIS P8117측정방법에 의거하여 측정된 기체투과도가 단위 두께당 700sec/100㎖ 이하, 바람직하게는 650 sec/100㎖ 이하일 수 있다. 구체적으로는 10 내지 700 sec/100㎖, 바람직하게는 10 내지 650 sec/100㎖일 수 있다. 상기와 같이 기체투과도를 가질 경우 리튬이온의 이동이 원활하여 이차전지의 용량 유지율 등의 전기적 특성이 현저히 향상될 수 있다.The composite separator for secondary batteries according to one aspect of the present invention may have a gas permeability of 700 sec/100 ml or less, preferably 650 sec/100 ml or less per unit thickness, measured according to the JIS P8117 measurement method. Specifically, it may be 10 to 700 sec/100ml, preferably 10 to 650 sec/100ml. In the case of having gas permeability as described above, since lithium ions move smoothly, electrical characteristics such as capacity retention rate of the secondary battery can be remarkably improved.

본 발명의 일 양태에 따른 이차전지용 복합분리막은 160℃에서 열수축률이 10% 이하, 바람직하게는 160℃에서 열수축률이 5%이하일 수 있다. 구체적으로는 0.1 내지 10%, 바람직하게는 0.1 내지 5%일 수 있다. 상기와 같이 낮은 열수축률을 가짐에 따라 리튬이차전지 내의 급격한 온도 상승 등의 이상 현상에 의한 발화나 파열을 방지할 수 있다.The composite separator for a secondary battery according to one aspect of the present invention may have a heat shrinkage rate of 10% or less at 160°C, preferably 5% or less at 160°C. Specifically, it may be 0.1 to 10%, preferably 0.1 to 5%. As described above, by having a low thermal contraction rate, it is possible to prevent ignition or rupture due to abnormal phenomena such as rapid temperature rise in the lithium secondary battery.

본 발명의 일 양태에 따른 이차전지용 복합분리막은 수분함량이 2,000ppm 이하일 수 있다. 바람직하게는 수분함량이 1,200ppm 이하일 수 있다. 구체적으로는 수분함량이 100 내지 2,000ppm일 수 있다. 바람직하게는 수분함량이 100 내지 1,200ppm일 수 있다. 상기와 같이 수분함량을 가지면 전해질의 분해를 방지하여 산을 적게 발생시킴으로써, 전지의 성능 및 수명이 향상될 수 있다.The composite separator for a secondary battery according to one aspect of the present invention may have a water content of 2,000 ppm or less. Preferably, the moisture content may be 1,200 ppm or less. Specifically, the water content may be 100 to 2,000 ppm. Preferably, the moisture content may be 100 to 1,200 ppm. As described above, the performance and lifespan of the battery can be improved by preventing decomposition of the electrolyte and generating less acid.

상술한 본 발명에 따른 이차전지용 복합분리막은 하기와 같은 제조방법으로 제조될 수 있다.The above-described composite separator for a secondary battery according to the present invention may be manufactured by the following manufacturing method.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 이차전지용 복합분리막은 a) 다공성 기재 상에 아라미드 수지를 단독으로 포함하는 슬러리 또는 아라미드 수지와 무기입자를 포함하는 슬러리를 도포하는 단계; 및 b) 상기 도포하는 단계 이후 건조하여 아라미드 다공성 수지층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.The composite separator for a secondary battery according to an aspect of the present invention includes a) applying a slurry containing an aramid resin alone or a slurry containing an aramid resin and inorganic particles on a porous substrate; and b) forming an aramid porous resin layer by drying after the applying step.

상기 b)단계 이 후, 일 양태로, c-1)상기 아라미드 다공성 수지층 상에 무기입자 및 바인더를 포함하는 슬러리를 도포한 후, 건조하여 무기입자층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.After the step b), in one aspect, c-1) forming an inorganic particle layer by applying a slurry containing inorganic particles and a binder on the aramid porous resin layer and then drying the slurry.

또 다른 양태로, 상기 b)단계 이후, c-2) 상기 다공성 기재 상에 무기입자 및 바인더를 포함하는 슬러리를 도포한 후, 건조하여 무기입자층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다. 이 때, 다공성 기재 상은 아라미드 다공성 수지층이 형성되지 않은 다른 면을 의미한다.In another aspect, after step b), c-2) forming an inorganic particle layer by applying a slurry containing inorganic particles and a binder on the porous substrate and then drying the slurry. At this time, the porous substrate means the other surface on which the aramid porous resin layer is not formed.

상기 건조 온도는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 60 내지 100℃일 수 있다. 상기 건조를 진행하면, 다공성 기재의 물성에 영향을 끼치지 않으면서, 균일하게 코팅층을 건조시켜 코팅불량을 방지할 수 있다.The drying temperature is not particularly limited, but may be 60 to 100 °C. When the drying is performed, coating defects can be prevented by uniformly drying the coating layer without affecting the physical properties of the porous substrate.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 도포방법은 이 분야에서 채택하는 통상의 방법으로 제조할 수 있는 것으로 특별한 제한되는 것은 아니지만, 구체적인 예를 들어, 바(bar)코팅 법, 로드(rod) 코팅 법, 다이(die) 코팅 법, 와이어(wire) 코팅 법, 콤마(comma) 코팅 법, micro gravure/gravure법, 딥(dip) 코팅 법, 스프레이(spray) 법, 잉크젯(ink-jet) 코팅 법 또는 이들을 혼합한 방식 및 변형한 방식 등이 사용될 수 있다. The coating method according to one aspect of the present invention is not particularly limited to what can be manufactured by a conventional method adopted in this field, but specific examples include a bar coating method, a rod coating method, Die coating method, wire coating method, comma coating method, micro gravure/gravure method, dip coating method, spray method, ink-jet coating method, or these A mixed method and a modified method may be used.

또한, 상기 아라미드 다공성 수지층과 무기입자층을 형성하기 위하여 다층코팅 방식을 이용하였으며, 공정의 생산성을 높이기 위해 더욱 바람직하다.In addition, a multi-layer coating method was used to form the aramid porous resin layer and the inorganic particle layer, and it is more preferable to increase the productivity of the process.

본 발명의 일 양태는 상술한 이차전지용 복합분리막을 포함하는 리튬이차 전지를 제공한다. 상기 리튬이차전지는, 본 발명의 일 양태에 따른 상기 이차전지용 분리막, 양극, 음극 및 비수 전해액을 포함하여 제조할 수 있다.One aspect of the present invention provides a lithium secondary battery including the above-described composite separator for secondary batteries. The lithium secondary battery may be manufactured by including the secondary battery separator, a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte solution according to an aspect of the present invention.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, without departing from the spirit and scope of the present invention defined in the appended claims. It will be possible to implement the invention by modifying it in various ways. Therefore, changes in future embodiments of the present invention will not deviate from the technology of the present invention.

[물성측정방법] [Physical property measurement method]

1. 인장강도 측정1. Tensile strength measurement

다공성 기재의 인장강도를 측정하는 방법은 ASTM D882규격을 따르며, 폭방향(TD, Transverse Direction) 및 기계방향(MD, Machine Direction)으로 각각에 대하여 측정한 후, 그 중에서 낮은 값을 취하였다.The method for measuring the tensile strength of the porous substrate follows the ASTM D882 standard, and after measuring each in the width direction (TD, Transverse Direction) and the machine direction (MD, Machine Direction), the lower value was taken.

2. 160℃에서 열수축률 측정2. Measurement of heat shrinkage at 160 ° C

실시예 및 비교예로 제조된 복합분리막의 160℃ 열수축률을 측정하는 방법은, 복합분리막을 한 변이 10cm인 정사각형 모양으로 잘라서 시료를 만든 후, 실험 전 시료의 면적을 카메라를 이용하여 측정 및 기록하였다. 시료가 정중앙에 위치하도록 시료의 위와 아래에 각각 종이를 5장씩 놓고, 종이의 네 변을 클립으로 고정한다. 종이로 감싸진 시료를 160℃의 열풍건조 오븐에 1시간 방치하였다. 방치가 끝나면, 시료를 꺼내어 분리막의 면적을 카메라로 측정하여 하기 수학식1의 수축률을 계산하였다. In the method for measuring the 160 ° C heat shrinkage rate of the composite separator prepared in Examples and Comparative Examples, the composite separator was cut into a square shape with a side of 10 cm to make a sample, and then the area of the sample was measured and recorded using a camera before the experiment. did Place 5 sheets of paper each above and below the sample so that the sample is located in the center, and fix the four sides of the paper with clips. The sample wrapped in paper was left in a hot air drying oven at 160 ° C. for 1 hour. After leaving the stand, the sample was taken out and the area of the separator was measured with a camera to calculate the shrinkage rate of Equation 1 below.

[수학식1][Equation 1]

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

3. 기체 투과도 측정3. Measurement of gas permeability

실시예 및 비교예로 제조된 복합분리막의 기체 투과도를 측정하는 방법은 JIS P8117 규격에 따르며, 100㎖의 공기가 분리막 1inch2의 면적을 통과하는 데 걸리는 시간을 초 단위로 기록하여 비교하였다.The method for measuring the gas permeability of the composite membranes prepared in Examples and Comparative Examples was in accordance with the JIS P8117 standard, and the time required for 100 ml of air to pass through the area of 1 inch 2 of the membrane was recorded in seconds and compared.

4. 수분함량 측정4. Moisture content measurement

분리막 내부에 포함되어 있는 수분의 함량을 측정하기 위하여, 칼피셔 수분 정량법을 이용하였다. 측정설비는 Metrohm사의 831 KFC Coulometer와 885 Compact Oven을 이용하였고, 측정조건은 분리막 시료무게 0.3g, 오븐온도 150℃, 측정시간 600초로 하였다.In order to measure the water content contained in the membrane, the Karl Fischer water quantification method was used. Metrohm's 831 KFC Coulometer and 885 Compact Oven were used for measurement equipment, and the measurement conditions were a separator sample weight of 0.3 g, an oven temperature of 150 ° C, and a measurement time of 600 seconds.

5. 관통 평가5. Penetration evaluation

전지의 안전성을 측정하기 위하여, 제조한 각 전지들을 SOC(충전률) 100%로 완전히 충전시킨 다음, 못 관통 (nail penetration) 평가를 수행하였다. 이때, 못의 직경은 3.0mm, 못의 관통 속도는 모두 80mm/min으로 고정하였다. L1: 변화없음, L2: 소폭발열, L3: 누액, L4: 발연, L5: 발화이며, L1 내지 L3는 OK, L4 내지 L5는 NG로 판정한다.In order to measure the safety of the battery, each manufactured battery was fully charged to 100% SOC (charge rate), and then nail penetration was evaluated. At this time, the diameter of the nail was 3.0 mm, and the penetration speed of the nail was fixed at 80 mm/min. L1: No change, L2: Slight exotherm, L3: Leakage, L4: Smoke, L5: Ignition, L1 to L3 are judged OK, and L4 to L5 are determined as NG.

6. 수명 평가6. Life Assessment

본 발명의 분리막으로 제작한 이차전지를 충방전기를 사용하여 충전심도(State of Charge: SOC) 5%에서 95%까지 충방전을 반복하였다. 충전은 1C/4.14V, 2.58A Cut-off의 CC/CV조건으로, 방전은 1C, 3.03V Cut-off의 CC조건으로 진행하였고, 2,000cycle에서의 용량 유지율(%)을 측정하여 나타내었다.The secondary battery manufactured with the separator of the present invention was repeatedly charged and discharged from 5% to 95% of the state of charge (SOC) using a charge/discharger. Charging was carried out under CC/CV conditions of 1C/4.14V, 2.58A cut-off, and discharging was carried out under CC conditions of 1C, 3.03V cut-off, and the capacity retention rate (%) at 2,000 cycles was measured and expressed.

7. 외관평가7. Appearance evaluation

본 발명의 분리막으로 제작한 이차 전지를 해체하여 젤리롤 상태에서 주름발생 여부와 이차 전지 외관의 주름 발생 여부를 눈으로 관찰하여 확인한 후 OK(Pass)/ NG(Fail)로 나타내었다. The secondary battery manufactured with the separator of the present invention was dismantled, and whether wrinkles were generated in the jelly roll state and whether wrinkles were generated on the exterior of the secondary battery were visually observed and confirmed, and then OK (Pass) / NG (Fail) were indicated.

8. 기공도 측정8. Porosity measurement

기공도는 격리막내 공간을 계산하여 산출하였다. 샘플을 A cm × B cm의 직사각형(두께 T ㎛)으로 재단하고 질량을 측정하여 동일한 부피의 수지 무게와 격리막의 무게(M g)의 비율을 통해서 기공도를 산출하였다. 그 수학식은 하기와 같다.The porosity was calculated by calculating the space within the separator. The sample was cut into a rectangle (thickness T ㎛) of A cm × B cm, the mass was measured, and the porosity was calculated through the ratio of the weight of the same volume of resin and the weight of the separator (M g). The formula is as follows.

[수학식][mathematical expression]

기공도(%) = 100 × {1 - M × 10000 / (A × B × T × ρ)}Porosity (%) = 100 × {1 - M × 10000 / (A × B × T × ρ)}

상기 수학식에서, ρ (g/㎤)는 수지의 밀도이다.In the above equation, ρ (g/cm 3 ) is the density of the resin.

[실시예 1][Example 1]

(1) 양극의 제조(1) Manufacture of anode

양극 활물질로 LiCoO2를 94중량%, 접착제로 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride)를 2.5중량%, 도전제로 Super-P(Imerys)을 3.5중량%로, 유기용매인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하고 교반하여 균일한 양극 슬러리를 제조하였다. 슬러리를 30㎛ 두께의 알루미늄 호일 위에 코팅하고, 120℃의 온도에서 건조한 후, 압착하여 150 ㎛ 두께의 양극 극판을 제조하였다.94% by weight of LiCoO 2 as a cathode active material, 2.5% by weight of Polyvinylidene fluoride as an adhesive, 3.5% by weight of Super-P (Imerys) as a conductive agent, and NMP (N-methyl-2 as an organic solvent) -pyrrolidone) and stirred to prepare a uniform cathode slurry. The slurry was coated on aluminum foil with a thickness of 30 μm, dried at a temperature of 120° C., and then compressed to prepare a positive electrode plate with a thickness of 150 μm.

(2) 음극의 제조(2) Manufacture of cathode

음극 활물질로 인조흑연을 95 중량%, 접착제로 Tg가 -52℃인 아크릴 라텍스(BM900B, 고형분함량 20중량%)를 3 중량%, 증점제로 CMC(Carboxymethyl cellulose)를 2 중량%의 비율로, 용매인 물에 첨가하고 교반하여 균일한 음극 슬러리를 제조하였다. 슬러리를 20 ㎛ 두께의 구리 호일 위에 코팅하고, 120℃의 온도에서 건조한 후, 압착하여 150 ㎛ 두께의 음극 극판을 제조하였다.95% by weight of artificial graphite as an anode active material, 3% by weight of acrylic latex (BM900B, 20% by weight of solid content) having a T g of -52 ° C as an adhesive, and 2% by weight of CMC (Carboxymethyl cellulose) as a thickener, It was added to water as a solvent and stirred to prepare a uniform negative electrode slurry. The slurry was coated on a copper foil having a thickness of 20 μm, dried at a temperature of 120° C., and then compressed to prepare a negative electrode plate having a thickness of 150 μm.

(3)분리막의 제조(3) Manufacture of Separation Membrane

N-메틸피롤리돈 용매100중량부에 평균입경 50㎚인 α-알루미나 20중량% 및 메타아라미드 수지(중량평균분자량 50,000g/mol)를 80중량%로 혼합된 혼합물 50중량부를 혼합 교반하여 균일하게 분산된 아라미드 다공성 수지층 슬러리를 제조하였다.50 parts by weight of a mixture of 20% by weight of α-alumina having an average particle diameter of 50 nm and 80% by weight of meta-aramid resin (weight average molecular weight of 50,000 g/mol) in 100 parts by weight of N-methylpyrrolidone solvent is mixed and stirred to obtain uniformity. An aramid porous resin layer slurry was prepared.

물 100중량부에 평균입경 600nm인 베마이트 94 중량%, 용융온도가 220℃이고, 비누화도가 99%인 폴리비닐알콜 2 중량% 및 Tg가 -52℃인 아크릴 라텍스(ZEON, BM900B, 고형분함량 20중량%)를 4 중량%로 혼합된 혼합물 50중량부를 혼합 교반하여 균일하게 분산된 무기입자층 슬러리를 제조하였다.94% by weight of boehmite having an average particle diameter of 600 nm in 100 parts by weight of water, 2% by weight of polyvinyl alcohol having a melting temperature of 220 ° C and a degree of saponification of 99%, and acrylic latex having a T g of -52 ° C (ZEON, BM900B, solid content 20% by weight) was mixed with 4% by weight of 50 parts by weight of the mixture and stirred to prepare a uniformly dispersed inorganic particle layer slurry.

다공성 기재로 두께 9㎛의 폴리올레핀 미세다공막제품(에스케이 이노베이션, ENPASS)을 사용하였고, 슬롯 코팅다이를 사용하여 10m/min의 속도로 기재의 일면에 아라미드 다공성 수지층 슬러리를 코팅하고, 건조기를 통하여 80℃에서 1시간동안 건조하였다. 상기 아라미드 다공성 수지층 상에 무기입자층 슬러리를 코팅하였다. 건조기를 통하여 80℃에서 1시간동안 물을 증발시킨 후, 롤 형태로 권취하였다. 상기 아라미드 다공성 수지층의 두께는 7㎛이었고, 기공도는 49%이었고, 상기 무기입자층의 두께는 3㎛이었다.As a porous substrate, a polyolefin microporous membrane product (SK Innovation, ENPASS) having a thickness of 9 μm was used, and an aramid porous resin layer slurry was coated on one side of the substrate at a speed of 10 m/min using a slot coating die, and then dried through a dryer. It was dried at 80 °C for 1 hour. An inorganic particle layer slurry was coated on the aramid porous resin layer. After evaporating water at 80 ° C. for 1 hour through a dryer, it was wound into a roll form. The thickness of the aramid porous resin layer was 7 μm, the porosity was 49%, and the thickness of the inorganic particle layer was 3 μm.

(4) 전지의 제조(4) Manufacture of batteries

상기 제조된 양극, 음극 및 실시예 1에서 제조된 분리막을 사용하여 적층(Stacking) 방식으로 파우치형 전지를 조립하였으며, 조립된 각 전지에 1M의 리튬헥사플로로포스페이트(LiPF6)이 용해된 에틸렌카보네이트(EC)/에틸메틸카보네이트(EMC)/디메틸카보네이트(DMC)=3:5:2(부피비)인 전해액을 주입하여 리튬이차전지를 제조하였다. A pouch-type battery was assembled in a stacking method using the positive electrode, the negative electrode, and the separator prepared in Example 1, and 1M of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved in each assembled battery. Ethylene A lithium secondary battery was prepared by injecting an electrolyte having a carbonate (EC)/ethyl methyl carbonate (EMC)/dimethyl carbonate (DMC) = 3:5:2 (volume ratio).

[실시예 2] [Example 2]

상기 실시예 1에서, 다공성 기재로 두께 9㎛의 폴리올레핀 미세다공막제품(에스케이이노베이션, ENPASS)을 사용하였고, 슬롯 코팅다이를 사용하여 10m/min의 속도로 기재의 일면에 아라미드 다공성 수지층 슬러리를 코팅하고, 건조기를 통하여 80℃에서 1시간동안 건조하였다. 상기 아라미드 다공성 수지층이 형성되지 않은 다공성 기재 타면에 무기입자층 슬러리를 코팅하였다. 건조기를 통하여 80℃에서 1시간동안 물을 증발시킨 후, 롤 형태로 권취한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 상기 아라미드 다공성 수지층의 두께는 7㎛이었고, 상기 무기입자층의 두께는 3㎛이었다.In Example 1, a polyolefin microporous film product (SK Innovation, ENPASS) having a thickness of 9 μm was used as the porous substrate, and an aramid porous resin layer slurry was applied to one side of the substrate at a speed of 10 m/min using a slot coating die. Coated and dried for 1 hour at 80 ℃ through a dryer. The inorganic particle layer slurry was coated on the other surface of the porous substrate on which the aramid porous resin layer was not formed. After evaporating water at 80 ° C. for 1 hour through a dryer, the same procedure was performed except that it was wound in a roll form. The thickness of the aramid porous resin layer was 7 μm, and the thickness of the inorganic particle layer was 3 μm.

[실시예 3] [Example 3]

아라미드 다공성 수지층 슬러리에서 무기입자 30중량%와 아라미드 수지 70중량% 혼합시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 상기 아라미드 다공성 수지층의 기공도는 51%이었다.It was carried out in the same manner as in Example 1, except that 30% by weight of inorganic particles and 70% by weight of aramid resin were mixed in the aramid porous resin layer slurry. The porosity of the aramid porous resin layer was 51%.

[실시예 4] [Example 4]

무기입자층 슬러리에서 무기입자 75중량%와 폴리비닐알콜 21 중량%, Tg가 -52℃인 아크릴 라텍스(ZEON, BM900B, 고형분함량 20중량%)4중량% 혼합시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.In the inorganic particle layer slurry, 75% by weight of inorganic particles, 21% by weight of polyvinyl alcohol, and 4% by weight of acrylic latex (ZEON, BM900B, solid content 20% by weight) having a T g of -52 ° C. Example 1 and The same was carried out.

[실시예 5] [Example 5]

상기 아라미드 다공성 수지층의 두께는 5㎛이고, 상기 무기입자층의 두께는 5㎛인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was performed except that the thickness of the aramid porous resin layer was 5 μm and the thickness of the inorganic particle layer was 5 μm.

[실시예 6][Example 6]

아라미드 다공성 수지층 슬러리에서 무기입자 40중량%와 아라미드 수지 60중량% 혼합시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 상기 아라미드 다공성 수지층의 기공도는 55%이었다.It was carried out in the same manner as in Example 1, except that 40% by weight of inorganic particles and 60% by weight of aramid resin were mixed in the aramid porous resin layer slurry. The porosity of the aramid porous resin layer was 55%.

[실시예 7] [Example 7]

아라미드 다공성 수지층 슬러리의 무기입자 평균입경이 5㎚인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1, except that the average particle diameter of the inorganic particles of the aramid porous resin layer slurry was 5 nm.

[실시예 8][Example 8]

아라미드 다공성 수지층 슬러리의 무기입자 평균입경이 200㎚인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1, except that the average particle diameter of the inorganic particles of the aramid porous resin layer slurry was 200 nm.

[실시예 9][Example 9]

무기입자층 슬러리의 무기입자 평균입경이 5㎚인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1, except that the inorganic particle layer slurry had an average particle diameter of 5 nm.

[실시예 10][Example 10]

무기입자층 슬러리의 무기입자 평균입경이 2㎛인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1, except that the inorganic particle layer slurry had an average particle diameter of 2 μm.

[실시예 11][Example 11]

상기 아라미드 다공성 수지층 슬러리의 무기입자 평균입경이 5㎚이고, 무기입자층 슬러리의 무기입자 평균입경이 60㎚인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was performed except that the average particle diameter of inorganic particles of the aramid porous resin layer slurry was 5 nm and the average particle diameter of inorganic particles of the inorganic particle layer slurry was 60 nm.

[실시예 12][Example 12]

상기 아라미드 다공성 수지층 슬러리의 무기입자 평균입경이 125㎚이고, 무기입자층 슬러리의 무기입자 평균입경이 1.2㎛인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was performed except that the average particle diameter of inorganic particles of the aramid porous resin layer slurry was 125 nm and the average particle diameter of inorganic particles of the inorganic particle layer slurry was 1.2 μm.

[비교예1][Comparative Example 1]

무기입자층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1 except that the inorganic particle layer was not formed.

[비교예2][Comparative Example 2]

무기입자층을 형성하지 않고, 아라미드 다공성 수지층의 두께가 10㎛인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1, except that the inorganic particle layer was not formed and the thickness of the aramid porous resin layer was 10 μm.

[비교예3] [Comparative Example 3]

아라미드 다공성 수지층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1 except that the aramid porous resin layer was not formed.

[비교예4] [Comparative Example 4]

아라미드 다공성 수지층을 형성하지 않고, 무기입자층의 두께가 10㎛인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1 except that the aramid porous resin layer was not formed and the thickness of the inorganic particle layer was 10 μm.

[비교예 5][Comparative Example 5]

아라미드 다공성 수지층 슬러리에서 아라미드 수지 100중량%인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 상기 아라미드 다공성 수지층의 기공도는 8%이었다.It was carried out in the same manner as in Example 1 except that the aramid resin was 100% by weight in the aramid porous resin layer slurry. The porosity of the aramid porous resin layer was 8%.

[비교예 6][Comparative Example 6]

무기입자층 슬러리에서 무기입자 50중량%와 폴리비닐알콜 25 중량%, Tg가 -52℃인 아크릴 라텍스(ZEON, BM900B, 고형분함량 20중량%)25중량% 혼합시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.In the inorganic particle layer slurry, 50% by weight of inorganic particles, 25% by weight of polyvinyl alcohol, and 25% by weight of acrylic latex (ZEON, BM900B, solid content 20% by weight) having a T g of -52 ° C. Example 1 and The same was carried out.

샘플명sample name 아라미드 다공성 수지층Aramid porous resin layer 무기입자층inorganic particle layer [식 1]
D2/D1
[Equation 1]
D2 / D1
두께(㎛)Thickness (㎛) 무기 입자 중량(%)Inorganic particle weight (%) 무기 입자 직경(nm)Inorganic particle diameter (nm) 두께 (㎛)Thickness (㎛) 무기 입자 중량(%)Inorganic particle weight (%) 무기 입자
직경(nm)
inorganic particles
Diameter (nm)
실시예1Example 1 77 2020 5050 33 9494 600600 1212 실시예2Example 2 77 2020 5050 33 9494 600600 1212 실시예3Example 3 77 3030 5050 33 7575 600600 1212 실시예4Example 4 55 2020 5050 55 9494 600600 1212 실시예5Example 5 33 2020 5050 77 9494 600600 1212 실시예6Example 6 77 4040 5050 33 9494 600600 1212 실시예7Example 7 77 2020 55 33 9494 600600 120120 실시예8Example 8 77 2020 200200 33 9494 600600 33 실시예9Example 9 77 2020 5050 33 9494 55 0.10.1 실시예10Example 10 77 2020 5050 33 9494 20002000 4040 실시예11Example 11 77 2020 55 33 9494 6060 1212 실시예12Example 12 77 2020 125125 33 9494 12001200 1212 비교예1Comparative Example 1 77 2020 5050 -- -- -- -- 비교예2Comparative Example 2 1010 2020 5050 -- -- -- -- 비교예3Comparative Example 3 -- -- -- 33 9494 600600 -- 비교예4Comparative Example 4 -- -- -- 1010 9494 600600 -- 비교예5Comparative Example 5 77 00 -- 33 9494 600600 -- 비교예6Comparative Example 6 77 2020 5050 33 5050 600600 1212

샘플명sample name 분리막 특성Separator properties 이차전지 평가Secondary battery evaluation 기체투과도 (초)Gas permeability (sec) 160°C
열수축률(%)
160°C
Heat shrinkage rate (%)
수분함량 (ppm)Moisture content (ppm) 수명
용량유지율(%)
life span
Capacity retention rate (%)
관통
평가
Penetrate
evaluation
외관Exterior
실시예1Example 1 487487 4.744.74 10901090 8888 OKOK OKOK 실시예2Example 2 469469 4.644.64 980980 8787 OKOK OKOK 실시예3Example 3 621621 4.454.45 11201120 8282 OKOK OKOK 실시예4Example 4 420420 4.744.74 920920 8888 OKOK OKOK 실시예5Example 5 400400 4.844.84 880880 8787 OKOK OKOK 실시예6Example 6 693693 4.454.45 10901090 5555 OKOK OKOK 실시예7Example 7 452452 4.774.77 10401040 8686 NGNG OKOK 실시예8Example 8 660660 4.754.75 11001100 5252 OKOK OKOK 실시예9Example 9 690690 4.724.72 950950 6262 NGNG OKOK 실시예10Example 10 420420 4.824.82 920920 6666 NGNG OKOK 실시예11Example 11 566566 4.884.88 11101110 7070 OKOK OKOK 실시예12Example 12 332332 4.914.91 980980 7272 OKOK OKOK 비교예1Comparative Example 1 391391 0.990.99 10801080 7676 OKOK NGNG 비교예2Comparative Example 2 407407 0.990.99 11001100 7575 OKOK NGNG 비교예3Comparative Example 3 203203 6.396.39 330330 7676 NGNG OKOK 비교예4Comparative Example 4 212212 5.425.42 420420 7777 NGNG OKOK 비교예5Comparative Example 5 252252 3.963.96 12001200 7373 NGNG OKOK 비교예6Comparative Example 6 920920 4.934.93 760760 4444 OKOK NGNG

본 발명에 따른 복합분리막의 경우 우수한 내열성 및 통기성을 가질 뿐만 아니라 이를 리튬이차전지로 제조함에 따라 수명 용량유지율 및 관통성능이 우수하고, 이의 외관에 주름이 발생되는 외관불량이 없는 것을 확인할 수 있다. In the case of the composite separator according to the present invention, it not only has excellent heat resistance and air permeability, but also has excellent life capacity retention rate and penetration performance as it is made of a lithium secondary battery, and it can be confirmed that there is no appearance defect such as wrinkles on its appearance.

또한, 상기 복합분리막의 아라미드 다공성 수지층은 무기입자를 더 포함함으로써, 더욱 내열성 및 수명 용량유지율이 향상되고, 전지안정성이 우수한 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be confirmed that the porous aramid resin layer of the composite separator further includes inorganic particles, thereby further improving heat resistance and life capacity retention rate and excellent battery stability.

또한, 아라미드 다공성 수지층의 무기입자함량비가 10 내지 30중량%를 만족하고, 무기입자층의 무기입자함량비가 70 내지 99중량%를 만족할 경우 더욱 우수한 내열성 및 통기성을 가질뿐 만 아니라 수명 용량유지율 및 관통성능이 우수하고, 이의 외관에 주름이 발생되는 외관불량이 없는 것을 확인할 수 있다.In addition, when the inorganic particle content ratio of the aramid porous resin layer satisfies 10 to 30% by weight and the inorganic particle content ratio of the inorganic particle layer satisfies 70 to 99% by weight, not only better heat resistance and air permeability, but also life capacity retention rate and penetration It can be confirmed that the performance is excellent, and there is no appearance defect such as wrinkles on its appearance.

아라미드 다공성 수지층의 무기입자와 무기입자층의 무기입자의 평균입경비가 상술한 식 1을 만족할 경우 리튬이차전지로 제공되었을 때, 수명 용량유지율 및 관통성능이 더욱 향상되고, 이차전지의 외관에 주름이 발생되는 외관불량이 없는 것을 확인할 수 있다.When the average particle diameter of the inorganic particles of the aramid porous resin layer and the inorganic particles of the inorganic particle layer satisfies the above-mentioned Equation 1, when provided as a lithium secondary battery, the life capacity retention rate and penetration performance are further improved, and wrinkles on the appearance of the secondary battery It can be confirmed that there is no appearance defect that occurs.

비교예 1과 2의 경우 무기입자층을 포함하지 않고도 내열성 및 통기성이 우수하지만 이를 리튬이차전지에 제공하였을 때, 도 2에 도시된 바와 같이 전해액과 반응하여 수축함으로써 분리막에 주름이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.In the case of Comparative Examples 1 and 2, heat resistance and air permeability are excellent without including the inorganic particle layer, but when it is provided to a lithium secondary battery, it can be confirmed that wrinkles are generated in the separator by reacting with the electrolyte and contracting as shown in FIG. there was.

따라서, 본 발명의 이차전지용 분리막은 우수한 열적안정성 및 전지안정성을 가질 뿐만 아니라, 용량 유지율 등의 전기적 특성 또한 우수하여 리튬이차전지에 적용하였을 때, 현저히 우수한 특성을 나타낼 수 있다. Therefore, the separator for a secondary battery of the present invention not only has excellent thermal stability and battery stability, but also has excellent electrical properties such as capacity retention rate, so when applied to a lithium secondary battery, it can exhibit remarkably excellent characteristics.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 이차전지용 복합분리막 및 이를 포함하는 리튬이차전지가 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, in the present invention, a composite separator for a secondary battery and a lithium secondary battery including the same have been described through specific details and limited examples, but this is only provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention It is not limited to the examples, and various modifications and variations can be made from these descriptions by those skilled in the art in the field to which the present invention belongs.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and it will be said that not only the claims to be described later, but also all modifications equivalent or equivalent to these claims belong to the scope of the present invention. .

Claims (9)

다공성 기재;
상기 다공성 기재 일면 상에 형성된 아라미드 다공성 수지층; 및
상기 아라미드 다공성 수지층 상에 또는 상기 다공성 기재 타면 상에 형성된 무기입자층;
을 포함하며,
상기 아라미드 다공성 수지층 및 무기입자층의 무기입자 평균입경비는 하기 식 1을 만족하는 것인 이차전지용 복합분리막.
[식 1]
Figure 112022126978618-pat00008

식 1에 있어서,
상기 D1은 아라미드 다공성 수지층 무기입자의 평균입경이고, 상기 D2는 무기입자층 무기입자의 평균입경이다.
porous substrates;
Aramid porous resin layer formed on one surface of the porous substrate; and
an inorganic particle layer formed on the aramid porous resin layer or on the other surface of the porous substrate;
Including,
A composite separator for a secondary battery, wherein the average particle diameter of the inorganic particles of the aramid porous resin layer and the inorganic particle layer satisfies Equation 1 below.
[Equation 1]
Figure 112022126978618-pat00008

In Equation 1,
D 1 is the average particle diameter of the inorganic particles in the aramid porous resin layer, and D 2 is the average particle diameter of the inorganic particles in the inorganic particle layer.
제1항에 있어서,
상기 아라미드 다공성 수지층의 기공도는 10 내지 60%인 이차전지용 복합분리막.
According to claim 1,
A composite separator for a secondary battery in which the porosity of the aramid porous resin layer is 10 to 60%.
제 1항에 있어서,
상기 아라미드 다공성 수지층은 총 중량에 대하여, 무기입자 10 내지 40중량% 및 아라미드 수지 60 내지 90중량% 포함하는 이차전지용 복합분리막.
According to claim 1,
The aramid porous resin layer is a composite separator for a secondary battery comprising 10 to 40% by weight of inorganic particles and 60 to 90% by weight of an aramid resin, based on the total weight.
제 1항에 있어서,
상기 무기입자층은 무기입자와 바인더를 포함하고,
무기입자층 총 중량에 대하여, 무기입자 70 내지 99중량% 및 바인더 1 내지 30중량% 포함하는 이차전지용 복합분리막.
According to claim 1,
The inorganic particle layer includes inorganic particles and a binder,
A composite separator for a secondary battery comprising 70 to 99% by weight of inorganic particles and 1 to 30% by weight of a binder, based on the total weight of the inorganic particle layer.
제 1항에 있어서,
상기 아라미드 다공성 수지층 및 무기입자층의 무기입자는 각각 평균입경이 5㎚ 내지 2㎛인 이차전지용 복합분리막.
According to claim 1,
The inorganic particles of the aramid porous resin layer and the inorganic particle layer each have an average particle diameter of 5 nm to 2 μm.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 이차전지용 복합분리막은 JIS P8117측정방법에 의거하여 측정된 기체투과도가 700sec/100㎖ 이하인 이차전지용 복합분리막.
According to claim 1,
The composite separator for secondary batteries has a gas permeability of 700 sec / 100 ml or less measured according to the JIS P8117 measurement method.
제 1항에 있어서,
상기 이차전지용 복합분리막은 160℃에서 열수축률이 10% 이하인 이차전지용 복합분리막.
According to claim 1,
The composite separator for secondary batteries has a heat shrinkage rate of 10% or less at 160 ° C.
제 1항 내지 제 5항, 제 7항 및 제 8항에서 선택되는 어느 한 항의 복합분리막을 포함하는 리튬이차전지. A lithium secondary battery comprising the composite separator of any one of claims 1 to 5, 7 and 8.
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