KR102583829B1 - The surface treatment method of separator - Google Patents
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Abstract
분리막의 표면처리 방법은 이차원 물질을 산 또는 염기 처리하여 친수성 이차원 물질을 제조하는 것, 상기 친수성 이차원 물질을 유기용매에 분산시켜 용액을 만드는 것, 상기 용액을 소수성 분리막 상에 도포시키는 것, 및 상기 도포된 용액 내의 유기용매를 제거하여, 상기 소수성 분리막 상에 친수성 이차원 물질층을 형성하는 것을 포함한다.The surface treatment method of the separator includes preparing a hydrophilic two-dimensional material by treating the two-dimensional material with acid or base, dispersing the hydrophilic two-dimensional material in an organic solvent to create a solution, applying the solution on a hydrophobic separator, and It includes removing the organic solvent in the applied solution to form a hydrophilic two-dimensional material layer on the hydrophobic separator.
Description
본 발명은 분리막의 표면처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분리막 표면 성질을 변경하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of treating the surface of a separator, and more specifically, to a method of changing the surface properties of a separator.
이차전지, 연료 전지, 해수 담수화 등의 기술분야에서 분리막은 중요한 구성요소이다. 분리막은 특히 이차전지 내에서 양극 및 음극이 전기적으로 연결되는 것을 방지하며, 이온이 자유롭게 지나가게 할 수 있는 매개체로서 사용되고 있다. 따라서 분리막은 높은 기계적 강도와 다수의 기공을 가진 구조가 요구되고 있다.Separation membranes are important components in technological fields such as secondary batteries, fuel cells, and seawater desalination. The separator prevents the anode and cathode from being electrically connected, especially in secondary batteries, and is used as a medium that allows ions to pass freely. Therefore, the separator is required to have a structure with high mechanical strength and a large number of pores.
분리막의 경우 용도에 따라서 새로운 기능을 부과하는 것이 필요하다. 새로운 기능을 부과하기 위해 분리막에 기능성 재료를 도포(coating)할 경우, 기존의 분리막의 경우 수용액 기반 용액에 젖음성이 좋지 않아서 성능이 개선된 분리막 제조에 한계가 있다.In the case of separation membranes, it is necessary to add new functions depending on the intended use. When coating a functional material on a separator to add a new function, existing separators have poor wettability in aqueous solution-based solutions, so there are limitations in manufacturing a separator with improved performance.
본 발명의 일 기술적 과제는 소수성 분리막 상에 친수성 물질층을 제공하는데 있다.One technical object of the present invention is to provide a hydrophilic material layer on a hydrophobic separator.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 친수성 물질층이 제공된 분리막 상에 기능성 물질층을 제공하는데 있다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a functional material layer on a separator provided with a hydrophilic material layer.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 분리막의 처리방법은 이차원 물질을 산 또는 염기 처리하여 친수성 이차원 물질을 제조하는 것, 친수성 이차원 물질을 유기용매에 분산시켜 용액을 만드는 것, 상기 용액을 소수성 분리막 상에 도포시키는 것 및, 상기 도포된 용액 내의 유기용매를 제거하여, 상기 소수성 분리막 상에 친수성 이차원 물질층을 형성하는 것을 포함할 수 있다.The separation membrane treatment method according to embodiments of the present invention to solve the above-described technical problems includes producing a hydrophilic two-dimensional material by treating the two-dimensional material with acid or base, and dispersing the hydrophilic two-dimensional material in an organic solvent to create a solution. , It may include applying the solution on a hydrophobic separator, and removing the organic solvent in the applied solution to form a hydrophilic two-dimensional material layer on the hydrophobic separator.
본 발명에 따른 분리막의 표면처리 방법을 통해 소수성 분리막 상에 수용액에 분산된 기능성 물질을 균일하게 도포할 수 있다.Through the surface treatment method of the separator according to the present invention, a functional material dispersed in an aqueous solution can be uniformly applied onto the hydrophobic separator.
도 1은 본 발명인 분리막의 표면처리 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 친수성 이차원 물질을 생성하는 과정의 개념도이다.
도 3은 분리막 및 분리막 내 기공을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 3의 I-I' 부분의 단면도이다.
도 5는 도 4의 aa의 확대도이다.
도 6은 분리막 상에 이차원 물질을 포함하는 용액을 코팅 또는 도포하는 공정의 개념도이다.
도 7, 도 8, 도 9, 및 도 10은 분리막 상에 이차원 물질층이 코팅되는 과정을 나타내는 개념도들이다.
도 11 및 도 12는 이차원 물질층이 코팅된 분리막 상에 기능성 물질층이 형성되는 과정을 나타내는 개념도들이다.
도 13은 이차원 물질이 코팅된 분리막 상에 기능성 물질이 포함된 수용액의 형상을 나타낸 개념도이다.
도 14는 이차원 물질이 코팅되지 않은 분리막 상에 기능성 물질이 포함된 수용액의 형상을 나타낸 개념도이다.
도 15는 이차원 물질이 분산된 수용액을 분리막 상에 도포시킨 것을 나타낸 것이다. Figure 1 is a flowchart showing the surface treatment method of the separator according to the present invention.
Figure 2 is a conceptual diagram of the process of producing a hydrophilic two-dimensional material.
Figure 3 is a plan view schematically showing the separator and the pores within the separator.
Figure 4 is a cross-sectional view of part II' of Figure 3.
Figure 5 is an enlarged view of aa in Figure 4.
Figure 6 is a conceptual diagram of a process for coating or applying a solution containing a two-dimensional material on a separator.
Figures 7, 8, 9, and 10 are conceptual diagrams showing the process of coating a two-dimensional material layer on a separator.
Figures 11 and 12 are conceptual diagrams showing the process of forming a functional material layer on a separator coated with a two-dimensional material layer.
Figure 13 is a conceptual diagram showing the shape of an aqueous solution containing a functional material on a separator coated with a two-dimensional material.
Figure 14 is a conceptual diagram showing the shape of an aqueous solution containing a functional material on a separator that is not coated with a two-dimensional material.
Figure 15 shows an aqueous solution containing dispersed two-dimensional materials applied on a separator.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.In order to fully understand the configuration and effects of the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various forms and various changes can be made. However, the description of the present embodiments is provided to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to fully inform those skilled in the art of the present invention of the scope of the invention. In the attached drawings, the components are shown enlarged in size for convenience of explanation, and the proportions of each component may be exaggerated or reduced.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다. 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. Unless otherwise defined, terms used in the embodiments of the present invention may be interpreted as meanings commonly known to those skilled in the art. Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining exemplary embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.
이하, 도면들 참조하여 본 발명의 개념에 따른 분리막의 처리방법을 설명한다.Hereinafter, a separation membrane processing method according to the concept of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1은 본 발명에 따른 분리막의 표면처리 방법을 도시한 흐름도이다. 도 2는 친수성의 이차원 물질을 생성하는 과정의 개념도이다.1 is a flowchart showing a method of surface treatment of a separator according to the present invention. Figure 2 is a conceptual diagram of the process of producing a hydrophilic two-dimensional material.
도 1 및 도 2를 참조하면 벌크(bulk)한 이차원 물질(BM)을 산 또는 염기 처리하여 친수성 이차원 물질(100)을 제조할 수 있다(S100). Referring to Figures 1 and 2, the hydrophilic two-
상기 벌크한 이차원 물질(BM)은 그래핀 파생물질인 그래핀 옥사이드, 표면개질이 된 이황화 몰리브덴(MoS-2), 이황화 텅스텐(WS2), 보론나이트라이드(BN), 보로카노나이트, 맥센 등 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The bulk two-dimensional material (BM) includes graphene derivatives such as graphene oxide, surface-modified molybdenum disulfide (MoS- 2 ), tungsten disulfide (WS 2 ), boron nitride (BN), borochanonite, maxene, etc. It can include at least one of them.
구체적으로, 친수성 이차원 물질(100)의 생성과정은 다음과 같을 수 있다. 이차원 물질이 층층이 겹쳐져 있는 벌크한 이차원 물질(BM)이 제공될 수 있다. 상기 벌크한 이차원 물질(BM)과 반응하기 위해 일정한 용기(Ct) 내에 산 또는 염기(a/b)가 제공될 수 있다. Specifically, the creation process of the hydrophilic two-
상기 벌크한 이차원 물질(BM)이 산 또는 염기와 반응하는 과정에서, 이차원 물질(100)로의 분리 반응, 상기 이차원 물질(100) 표면에 친수성기(101)의 부착 반응, 및 상기 이차원 물질(100)에 미세한 기공(102)의 생성 반응이 동시 또는 순차적으로 이루어 질 수 있다.In the process of reacting the bulk two-dimensional material (BM) with an acid or base, a separation reaction into the two-dimensional material (100), an attachment reaction of the hydrophilic group (101) on the surface of the two-dimensional material (100), and the two-dimensional material (100) The creation reaction of the
상기 산 또는 염기성 용액(a/b) 상에서 산화제 또는 환원제를 첨가하여 상기 반응들을 유도할 수 있다. 상기 반응들은 40도 내지 80도의 온도에서 이루어질 수 있다. 상기 반응들이 이루어지는 시간은 1시간 내지 12시간 사이일 수 있다.The above reactions can be induced by adding an oxidizing agent or reducing agent to the acid or basic solution (a/b). The reactions can be carried out at a temperature of 40 to 80 degrees. The time for the above reactions to occur may be between 1 hour and 12 hours.
상기 벌크(bulk)한 이차원 물질(BM)은 산화, 환원 과정에서 이차원 물질(100)로 분리될 수 있다. 상기 벌크(bulk)한 이차원 물질(BM)의 두께(T1)는 상기 이차원 물질(100)의 두께(T2)보다 클 수 있다.The bulk two-dimensional material (BM) may be separated into the two-
상기 이차원 물질(100)의 경우 각각 가로 폭, 세로 폭 및 두께(T2)를 가질 수 있다. 상기 이차원 물질(100)의 경우 가로 폭 및 세로 폭은 수 내지 수십 마이크로 미터(㎛) 정도일 수 있다. 상기 이차원 물질(100)의 두께(T2)는 수십 나노미터(nm) 일 수 있다. 상기 이차원 물질(100)은 가로 폭-두께(T2) 또는/및 세로 폭-두께(T2)의 종횡비가 1.1 이상인 경우가 바람직할 수 있다.The two-
상기 이차원 물질(100)의 표면에 친수성기(101)가 부착될 수 있다. 예를 들어 에폭시기, 하이드록실기, 카복실레이트기 등의 친수성기(101)들이 형성될 수 있다.A
상기 이차원 물질(100) 내에 산화, 환원 과정에서 다수의 기공(102)들이 생성될 수 있다. 상기 기공(102)들은 0.1nm 내지 500nm 의 크기를 가질 수 있다. 상기 친수성기(101) 형성 과정에서 상기 이차원 물질(100)의 표면에서 결함이 생겨서 기공(102)이 형성될 수 있다. 추가적인 환원 반응을 통해서 기공(102)의 크기 및 개수를 조절할 수도 있다.A number of
도 1을 참조하면 상기 친수성기(101)가 부착된 이차원 물질(100)을 유기 용매에 분산시켜 용액을 만들 수 있다(S200). 상기 유기용매는 에탄올, 아세톤, 메틸피롤리돈, 테트라하이드로퓨란 등 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 유기 용매는 대체로 점성이 낮은 것이 유리할 수 있다. 점성이 낮은 유기용매의 경우 후술할 바와 같이 용액을 분리막에 도포하는 과정에서 용액이 분리막 상에 고르게 도포될 수 있다. 상기 용액의 농도는 0.01g/L 내지 0.1g/L 일 수 있다.Referring to FIG. 1, the two-
도 3은 분리막을 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 4은 도 3의 I-I'부분의 단면도이다. 도 5는 도 4의 aa 부분의 확대도이다. Figure 3 is a plan view schematically showing the separator. Figure 4 is a cross-sectional view taken along line II' of Figure 3. Figure 5 is an enlarged view of portion aa of Figure 4.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 분리막(200)은 다수의 기공들(201)을 포함할 수 있다. 상기 다수의 기공들(201)은 크기가 일정한 것이 일반적이나 일정하지 않을 수도 있다. 상기 다수의 기공(201)은 상기 분리막(200) 내부 및 외부에 전체적으로 고르게 분포하는 것이 일반적이나 고르게 분포하지 않을 수도 있다. 상기 기공들(201)은 분리막(200)에 물리적 또는 화학적 반응을 통해서 생성될 수 있다. 상기 기공들(201)의 크기는 평균적으로 약 1㎛ 정도일 수 있다.Referring to FIGS. 3 to 5 , the
상기 분리막(200)은 고분자로 이루어질 수 있으며 일 예로 폴리올레핀(polyolefrin) 계열 일 수 있다. 상기 폴리올레핀 계열의 분리막(200)의 경우, 무극성이 강한 단량체(monomer)가 연결된 형태일 수 있다. The
도 6은 분리막 상에 이차원 물질을 포함하는 용액을 코팅 또는 도포하는 공정의 개념도이다.Figure 6 is a conceptual diagram of a process for coating or applying a solution containing a two-dimensional material on a separator.
도 1 및 도 6을 참조하면 상기 용액을 분리막(200) 상에 도포시킬 수 있다(S300). 구체적으로 이차원 물질(100)이 분산되어 있는 유기용매(OS)가 있는 용기(Ct)에 분리막(200)을 충분히 젖을 때까지 담구었다가 뺄 수 있다(Dip coating). 분리막(200)에 분산액을 도포하는 방법으로서 스프레이 코팅(spray coating)하는 방법 등도 이용될 수 있다.Referring to Figures 1 and 6, the solution can be applied on the separator 200 (S300). Specifically, the
도 7, 도 8, 도 9, 및 도 10은 분리막 상에 이차원 물질층이 코팅되는 과정을 나타내는 개념도들이다. Figures 7, 8, 9, and 10 are conceptual diagrams showing the process of coating a two-dimensional material layer on a separator.
도 7 및 도 8을 참조하면, 낮은 표면에너지를 가지는 유기용매(OS)는 분리막에 젖음성(wettability)이 좋을 수 있다. 표면에너지는 물질의 표면이 스스로 수축하려는 경향을 나타내는 정도를 의미하며 표면에너지가 클수록 물질의 입자끼리 응집하려는 정도가 강할 수 있다. 젖음성은 고체인 물질에 접촉된 액체물질이 흘러서 퍼져가는 정도를 의미한다. 젖음성이 크기 때문에 상기 유기용매(OS)는 상기 분리막(200)과 낮은 접촉각을 가질 수 있다. Referring to Figures 7 and 8, an organic solvent (OS) with low surface energy may have good wettability of the separator. Surface energy refers to the degree to which the surface of a material tends to contract on its own. The greater the surface energy, the stronger the tendency for material particles to cohere with each other. Wetness refers to the degree to which a liquid substance in contact with a solid substance flows and spreads. Because the wettability is high, the organic solvent (OS) may have a low contact angle with the
결과적으로 낮은 표면에너지를 가지는 유기용매(OS)는 유기용매(OS) 입자끼리 응집하려는 정도가 작아 분리막(200) 내 기공(201)을 통과하여 흐르는 것이 용이할 수 있다.As a result, the organic solvent (OS) having a low surface energy may easily flow through the
도 1, 도 9, 및 도 10을 참조하면 도포된 용액내의 유기용매(OS)를 제거하여, 소수성 분리막(200) 상에 친수성 이차원 물질층(100)을 형성할 수 있다(S400).Referring to FIGS. 1, 9, and 10, the organic solvent (OS) in the applied solution can be removed to form a hydrophilic two-
유기용매(OS)를 제거하는 방식으로는 일반적으로 상기 유기용매(OS)를 증발시키는 방법이 사용될 수 있다.As a method of removing the organic solvent (OS), a method of evaporating the organic solvent (OS) can generally be used.
상기 유기용매(OS)가 높은 젖음성을 가지기 때문에, 친수성의 이차원 물질(100)의 경우 분리막(200)에 고르게, 얇게 분포되어 친수성 이차원 물질(100)의 층을 형성할 수 있다. 상기 친수성 이차원 물질(100)의 층의 두께는 1nm 내지 200nm 일 수 있다. Since the organic solvent (OS) has high wettability, the hydrophilic two-
상기 친수성 이차원 물질(100)의 경우 상기 분리막(200)에 잘 부착될 수 있다. 이는 상기 친수성 이차원 물질(100)층의 유연성이 좋은 점, 원자 표면이 매끄럽기 때문에 상기 분리막(200)과의 반데르 발스 힘이 강하기 때문일 수 있다.In the case of the hydrophilic two-
구체적으로 친수성 이차원 물질(100)은 그 두께(T2)가 작기 때문에 기계적인 유연성을 가질 수 있다. 일 예로 실리콘과 같이 잘 부서지는(brittle)한 재료의 경우에도 두께가 나노미터(nm)화 되는 경우 유연성을 가질 수 있다. Specifically, the hydrophilic two-
또한 상기 친수성 이차원 물질(100)의 경우 매끄러운 표면을 가질 수 있다. 상기 친수성 이차원 물질(100)의 표면의 거칠기(roughness)는 수 내지 수십 나노미터(nm)일 수 있다.Additionally, the hydrophilic two-
상기 친수성 이차원 물질(100)이 형성된 분리막(200)의 경우 리튬 이차전지에 이용될 수 있다. 상기 친수성의 이차원 물질(100)의 층이 얇고 상기 친수성 이차원 물질(100)은 다수의 기공(102)을 포함하고 있어서, 상기 이차전지 내에서 전해액의 이동이 크게 방해받지 않을 수 있다. 상기 다수의 기공(102)들은 리튬 이온이 충분히 통과할 수 있는 크기로서 상기 이차원 물질(100)이 분리막(200) 상에 코팅되더라도 리튬 이온의 이동에 따른 저항은 크게 변하지 않을 수 있다.The
상기 친수성 이차원 물질(100)층이 코팅된 분리막(200)은 친수성을 가질 수 있다. 상기 이차원 물질(100)의 표면에 에폭시기, 하이드록실기, 카복실레이트기 등의 친수성기들(101)이 다수 형성되어 상기 코팅된 분리막(200)은 표면 에너지가 높은 특성을 나타낼 수 있다. The
또한 상기 코팅된 분리막(200)은 이차원 물질(100) 자체의 특성이 발현될 수도 있다. 예를 들어 이차원 물질(100) 중에서 맥센은 일반적으로 높은 전기전도성을 가질 수 있고, 이황화텅스텐 등은 반도체, 그래핀 옥사이드는 절연체의 특성을 가질 수 있다.Additionally, the
도 11 및 도 12는 이차원 물질층이 코팅된 분리막 상에 기능성 물질층이 형성되는 과정을 나타내는 개념도들이다.Figures 11 and 12 are conceptual diagrams showing the process of forming a functional material layer on a separator coated with a two-dimensional material layer.
도 1, 도 11 및 도 12를 참조하면 상기 친수성의 이차원 물질(100)의 층 상에 기능성 물질(300)이 분산된 수용액을 도포할 수 있다(S500). 상기 친수성 이차원 물질(100)층 상의 친수성기(101)의 존재로 인해서 수용액은 젖음 현상이 좋을 수 있다.Referring to FIGS. 1, 11, and 12, an aqueous solution in which the functional material 300 is dispersed can be applied on the layer of the hydrophilic two-dimensional material 100 (S500). Due to the presence of the
상기 수용액은 바인더를 더 포함할 수 있다(미도시). 상기 바인더는 상기 친수성의 이차원 물질(100) 및 기능성 물질(300)이 서로 부착될 때 서로를 고정시키는 역할을 할 수 있다. 상기 기능성 물질(300)과 바인더는 중량비가 90:10 내지 96:4로 존재할 수 있다. 상기 기능성 물질(300)은 금, 은, 구리, 니켈 등의 나노입자 또는 절연성을 띄는 실리콘, 산화알루미늄, 이산화 규소, 이산화 타이타늄 등의 나노입자가 활용될 수 있다. 상기 바인더는 PVdf, CMC, SBR, PAA, PVP 등과 같은 고분자 계열의 물질이 사용될 수 있다 The aqueous solution may further include a binder (not shown). The binder may serve to fix the hydrophilic two-
(실시예1)(Example 1)
이차원 물질(100)인 그래핀 옥사이드를 제조하기 위해서 2g의 흑연(BM)을 100mL의 황산(a/b)에 넣고 KMnO4(산화제)를 천천히 7g 넣어주었다. 이 때 열발생을 억제하고 균일한 반응을 위하여 얼음 bath 내에서 stirring bar로 교반하였다. KMnO4(산화제)를 모두 넣어준 후에는 35도에서 4시간 두어 산화반응을 유도하였다.그리고 얼음 bath 로 옮긴 후 물 400mL와 과산화 수소 40mL를 천천히 넣어주었다. 이 결과 산화된 그래핀 옥사이드(100)가 생성될 수 있다. 상기 산화된 그래핀 옥사이드(100)에는 친수성기(101)가 부착될 수 있다. 이어서 필터와 진공펌프를 이용해서 산화된 그래핀 옥사이드(100)만 추출하였다. To manufacture graphene oxide, a two-dimensional material (100), 2 g of graphite (BM) was added to 100 mL of sulfuric acid (a/b), and 7 g of KMnO 4 (oxidizing agent) was slowly added. At this time, the mixture was stirred with a stirring bar in an ice bath to suppress heat generation and ensure a uniform reaction. After adding all of KMnO 4 (oxidizing agent), the oxidation reaction was induced by leaving it at 35 degrees for 4 hours. Then, after transferring it to an ice bath, 400 mL of water and 40 mL of hydrogen peroxide were slowly added. As a result, oxidized
상기 산화된 그래핀 옥사이드(100)를 10%의 묽은 염산으로 수차례 씻어서 잔존하는 염을 제거하고 고순도의 그래핀 옥사이드(100)를 얻을 수 있다. The oxidized graphene oxide (100) can be washed several times with 10% dilute hydrochloric acid to remove remaining salts and obtain high purity graphene oxide (100).
상기 친수성기(101)가 부착된 그래핀 옥사이드(100)를 에탄올 용매(OS)에 분산하였다. 그래핀 옥사이드(100) 분산액의 농도는 0.02g/L로 하였다. 충분한 분산을 위해서 초음파 분산기로 30분에서 한시간동안 분산하였다.Graphene oxide (100) to which the hydrophilic group (101) was attached was dispersed in ethanol solvent (OS). The concentration of the graphene oxide (100) dispersion was set to 0.02 g/L. To ensure sufficient dispersion, it was dispersed using an ultrasonic disperser for 30 minutes to one hour.
상기 용액에 폴리 올레핀 계열의 분리막(200)을 딥코팅 하였다. 분리막(200)이 충분히 젖기 위해서 분리막(200)을 10초동안 그래핀 옥사이드 분산액에 넣었다. 그 후 대기 분위기 상에서 에탄올 용매(OS)를 휘발시켰다.A polyolefin-based
수용액 기반의 그래핀 옥사이드/ 알루미나(300) 분산액을 준비하였다. 그래핀 옥사이드 0.03g, 알루미나 0.35g, styrene-butadiene rubber(SBR) 바인더 0.02g, 물 5g을 포함하는 분산액을 코팅된 분리막(200)에 thinky mixer를 통해 분산하고, 닥터블레이드로 도포하였다. 친수성기(101)가 부착된 그래핀 옥사이드(100)로 도포된 분리막(200)의 경우 효과적인 젖음 특성으로 인해 그래핀 옥사이드/알루미나(300) 층을 형성하였다. An aqueous solution-based graphene oxide/alumina (300) dispersion was prepared. A dispersion containing 0.03 g of graphene oxide, 0.35 g of alumina, 0.02 g of styrene-butadiene rubber (SBR) binder, and 5 g of water was dispersed on the
상기 실시예 1에 따른 개념도는 도 13과 같을 수 있다. 도 13은 이차원 물질층이 코팅된 분리막 상에서 기능성 물질이 포함된 수용액의 형상을 나타냈다. The conceptual diagram according to Example 1 may be as shown in FIG. 13. Figure 13 shows the shape of an aqueous solution containing a functional material on a separator coated with a two-dimensional material layer.
도 13을 참조하면 물(WT)을 용매로 하며, 기능성 물질(300)이 분산되어 있는 수용액은 이차원 물질(100) 표면의 친수성기(101)의 존재로 이차원 물질(100)에 고르게 퍼져 있을 수 있다.Referring to FIG. 13, water (WT) is used as a solvent, and the aqueous solution in which the functional material 300 is dispersed can be evenly spread over the two-
(비교예 1) (Comparative Example 1)
분리막(200)에 수용액 기반의 그래핀옥사이드/알루미나(300) 분산액을 도포시킬 수 있다. 딥코팅 공정을 진행하면 수용액과 분리막(200)의 낮은 젖음 특성으로 인해 분리막(200) 상의 그래핀 옥사이드/알루미나(300)의 표면 코팅이 거의 되지 않을 수 있다An aqueous solution-based graphene oxide/alumina (300) dispersion may be applied to the separator (200). When the dip coating process is performed, the surface coating of the graphene oxide/alumina 300 on the
비교예 1에 따른 개념도는 도 14와 같을 수 있다. 도 14는 이차원 물질이 코팅되지 않은 분리막 상에 형성된 기능성 물질이 포함된 수용액의 형상을 나타낸 개념도이다. The conceptual diagram according to Comparative Example 1 may be as shown in FIG. 14. Figure 14 is a conceptual diagram showing the shape of an aqueous solution containing a functional material formed on a separator not coated with a two-dimensional material.
친수성 이차원 물질(100)이 코팅되지 않은 분리막(200)의 경우 소수성을 띄기 때문에 기능성 물질(300)이 분산되어 있는 물(WT)은 분리막(200)에 젖음 현상이 좋지 않을 수 있다. 따라서 수용액은 분리막(200) 상에 고르게 퍼져 있지 않고 둥글게 뭉친 형상을 나타낼 수 있다.Since the
(비교예 2)(Comparative Example 2)
그래핀 옥사이드(100)를 물(WT)에 분산시켜 수용액을 만들었다. 상기 수용액을 분리막(200) 상에 도포하였다. Graphene oxide (100) was dispersed in water (WT) to create an aqueous solution. The aqueous solution was applied on the
비교예 2에 따른 개념도는 도 15와 같을 수 있다. 도 15는 이차원 물질이 분산된 수용액을 분리막 상에 도포시킨 것을 나타낸 것이다. The conceptual diagram according to Comparative Example 2 may be as shown in FIG. 15. Figure 15 shows an aqueous solution containing dispersed two-dimensional materials applied on a separator.
용매가 물(WT)인 경우 표면에너지가 높기 때문에 물 분자끼리 응집하려고 하는 경향이 강해서 소수성인 분리막(200)에 대해 낮은 젖음 효과를 보일 수 있다. 또한 물(WT)의 경우 상기 분리막(200)과 큰 접촉각을 이룰 수 있다. When the solvent is water (WT), the surface energy is high, so water molecules have a strong tendency to aggregate with each other, which may result in a low wetting effect for the
즉 물(WT)은 상기 분리막(200)의 기공(201)으로 흘러들어가기 어려우므로, 이차원 물질(100)을 상기 분리막(200) 상에 도포 또는 코팅시키는 것이 어려울 수 있다.That is, since it is difficult for water (WT) to flow into the
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Above, embodiments of the present invention have been described with reference to the attached drawings, but those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical idea or essential features. You will understand that it exists. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive.
100: 친수성 이차원 물질 101: 친수성기
102: 기공 BM: 벌크한 이차원 물질
Ct: 용기 OS: 유기용매
WT: 물 200: 분리막
201: 기공 300: 기능성 물질100: Hydrophilic two-dimensional material 101: Hydrophilic group
102: Pore BM: Bulk two-dimensional material
Ct: container OS: organic solvent
WT: Water 200: Separator
201: pore 300: functional material
Claims (10)
상기 친수성기가 부착된 이차원 물질을 유기 용매에 분산시켜 제1 용액을 만드는 것;
상기 제1 용액을 소수성 분리막 상에 직접 코팅하는 것;
상기 코팅된 제1 용액 내의 유기 용매를 제거하여, 상기 소수성 분리막 상에 상기 소수성 분리막과 직접 접촉하는 친수성 이차원 물질층을 형성하는 것;및
제2 용액을 상기 친수성 이차원 물질층 상에 직접 코팅하는 것을 포함하고,
상기 제2 용액은 나노 입자를 포함하는 수용액인 분리막의 표면처리 방법.
Manufacturing a two-dimensional material with a hydrophilic group attached;
making a first solution by dispersing the two-dimensional material to which the hydrophilic group is attached in an organic solvent;
directly coating the first solution on a hydrophobic separator;
Removing the organic solvent in the coated first solution to form a hydrophilic two-dimensional material layer in direct contact with the hydrophobic separator on the hydrophobic separator; And
Comprising coating a second solution directly on the hydrophilic two-dimensional material layer,
The second solution is a surface treatment method for a separator wherein the second solution is an aqueous solution containing nanoparticles.
상기 친수성기가 부착된 이차원 물질을 제조하는 것은:
벌크한 이차원 물질을 산성 또는 염기성 용매에 넣고, 산화제 또는 환원제를 첨가하는 것을 포함하는 분리막의 표면 처리 방법.
According to paragraph 1,
Preparing the two-dimensional material with the hydrophilic group attached is as follows:
A method of treating the surface of a separation membrane comprising placing a bulk two-dimensional material in an acidic or basic solvent and adding an oxidizing or reducing agent.
상기 친수성 이차원 물질층은:
1nm 이상 200nm 이하 두께를 가지는 이차원 물질층;
상기 이차원 물질층의 표면 상에 부착된 친수성기를 포함하는 분리막의 표면 처리 방법.
According to paragraph 1,
The hydrophilic two-dimensional material layer is:
A two-dimensional material layer having a thickness of 1 nm or more and 200 nm or less;
A method of treating the surface of a separator including a hydrophilic group attached to the surface of the two-dimensional material layer.
상기 이차원 물질층은:
그래핀 옥사이드, 이황화 몰리브덴, 이황화 텅스텐, 보론 나이트라이드, 보로카노나이트, 및 맥센 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 친수성기는 에폭시기, 하이드록실기, 및 카복실레이트기 중 적어도 하나를 포함하는 분리막의 표면 처리 방법.
According to paragraph 3,
The two-dimensional material layer is:
Contains at least one of graphene oxide, molybdenum disulfide, tungsten disulfide, boron nitride, borochanonite, and maxene,
A method of treating the surface of a separator wherein the hydrophilic group includes at least one of an epoxy group, a hydroxyl group, and a carboxylate group.
상기 이차원 물질층은 다수의 제1 기공들을 포함하고,
상기 분리막은 다수의 제2 기공들을 포함하고,
상기 제1 기공들의 각각은 제1 직경을 가지고,
상기 제2 기공들의 각각은 제2 직경을 가지고,
상기 제2 직경은 상기 제1 직경보다 큰 분리막의 표면 처리 방법.
According to paragraph 3,
The two-dimensional material layer includes a plurality of first pores,
The separator includes a plurality of second pores,
Each of the first pores has a first diameter,
Each of the second pores has a second diameter,
A method of treating the surface of a separator wherein the second diameter is larger than the first diameter.
상기 제1 직경은 0.1nm 내지 500nm인 분리막의 표면 처리 방법.
According to clause 5,
A method of treating the surface of a separator wherein the first diameter is 0.1 nm to 500 nm.
상기 제1 용액의 농도는 0.01g/L 내지 0.1g/L인 분리막의 표면 처리 방법.
According to paragraph 1,
A method of treating the surface of a separator wherein the concentration of the first solution is 0.01 g/L to 0.1 g/L.
상기 제2 용액은 바인더를 더 포함하고,
상기 나노 입자는 금, 은, 구리, 니켈 중 적어도 하나를 포함하는 분리막의 표면 처리 방법.
According to paragraph 1,
The second solution further includes a binder,
A method of treating the surface of a separator wherein the nanoparticles include at least one of gold, silver, copper, and nickel.
상기 제2 용액은 바인더를 더 포함하고,
상기 나노 입자는 실리콘, 산화알루미늄, 이산화 규소, 이산화 타이타늄 중 적어도 하나를 포함하는 분리막의 표면 처리 방법.
According to paragraph 1,
The second solution further includes a binder,
The surface treatment method of a separator wherein the nanoparticles include at least one of silicon, aluminum oxide, silicon dioxide, and titanium dioxide.
상기 제1 용액을 소수성 분리막 상에 코팅시키는 것은 딥 코팅 공정 및 스프레이 코팅 공정 중 적어도 하나의 코팅 공정을 포함하는 분리막의 표면 처리 방법.According to paragraph 1,
Coating the first solution on a hydrophobic separator is a method of treating the surface of a separator including at least one coating process of a dip coating process and a spray coating process.
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