KR102663096B1 - 다공성 기재의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 다공성 기재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기공의 크기 편차를 최소화하고, 기공의 면적이 다공성 기재의 표면적에 대해 대략 50% 이상으로서 통기 효율을 향상시킬 수 있어 이차전지 또는 연료전지의 분리막 제조에 적합한 다공성 기재의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 다공성 기재를 제공한다.
본 발명의 다공성 기재의 제조방법 및 다공성 기재는, 액상 폴리머로 박막의 압출 성형시 다수의 구체를 박막에 균일하게 투입하여 구체가 함몰된 박막을 제조하는 공정과, 박막에서 다수의 구체를 제거하여 구체가 제거된 자리에 기공이 형성되게 하는 공정을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 다공성 기재의 제조방법 및 다공성 기재는, 액상 폴리머로 박막의 압출 성형시 다수의 구체를 박막에 균일하게 투입하여 구체가 함몰된 박막을 제조하는 공정과, 박막에서 다수의 구체를 제거하여 구체가 제거된 자리에 기공이 형성되게 하는 공정을 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 기공의 모양이 원형에 근접하고 기공의 크기가 비교적 일정하게 유지되며 균일한 통기 효율을 확보할 수 있는 다공성 기재의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 다공성 기재에 관한 것이다.
일반적으로 얇은 박막 또는 필름 형태의 다공성 기재는, 예를 들어 이차전지의 분리막이나 수소를 이용한 연료 전지의 분리막 제조에 사용된다.
이차전지의 구조는 양극재와 음극재, 분리막 및 전해질로 구성되어 있으며, 이중에서 분리막(Separator film)은 양극과 음극 사이의 전기적 단락을 방지하여 이차전지의 안정성을 확보하고 동시에 충전 및 방전시 리튬 이온의 이동을 용이하게 하는 매우 중요한 구성 소재이다.
분리막은 대부분 화학적 안정성과 전기적 특성이 우수한 폴리올레핀(Polyolefin)계열의 고분자 수지로 이루어지고, 그 내부에는 이온 물질의 통로 역할을 하는 무수히 많은 미세 기공(Micro pore)들이 형성되어 있어서 상기 기공의 크기, 분포율, 배향 구조 및 통기 효율에 따라서 이차전지의 성능 및 안정성이 달라지게 된다.
이러한 이차전지는 전기차 및 모바일 기기에 대한 세계적인 수용가 증가함에 따라 에너지원으로서의 사회적 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기 방전율이 낮은 리튬 이온 이차전지가 널리 사용되고 있다.
그리고 대기오염을 방지하기 위한 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로는 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성을 위해 리튬이온 이차전지가 연구, 사용되고 있다.
리튬 이차전지는, 소비자의 요구에 의해 고에너지 밀도, 장수명, 저스웰링, 우수한 전지 안전성을 구현할 수 있는 모델로 개발이 진행되고 있는데, 이를 위해서는 전지 사이클 성능에 따른 최적 설계가 필요하고, 따라서 제한된 공간 내에 리튬 이차전지의 4대 요소인 양극재, 음극재, 분리막, 및 전해액의 최적화 공정이 요구된다.
일반적으로, 고에너지 밀도를 구현하기 위한 가장 쉬운 방법은 집전체 상의 전극 활물질의 농도를 높이는 것이나, 이러한 방법은 전지 사이클에 다른 스웰링 증가와 전지의 전해액 젖음성, 전지 방전 특성에 좋지 않은 영향을 주는 문제가 있다.
한편, 이차전지의 다공성 분리막은 재료적 특성과 연신을 포함하는 제조공정 상의 특성으로 인하여 온도의 변화에 따른 열 수축 거동을 보임으로써 양극과 음극 사이의 단락을 일으켜 전지 안전성에 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 고에너지 밀도를 가지면서도, 양극과 음극의 단락을 예방하는 안전성의 문제를 보다 근본적으로 해결할 수 있는 이차전지의 분리막 개발에 대한 필요성이 요구된다.
또한, 수소를 이용한 연료 전지에서도 분리막은 중요한 요소로 사용될 수 있으며, 연료 전지의 안정성과 효율에 직접적인 영향을 미친다.
종래에 폴리올레핀 수지로부터 다공성 분리막을 제조하는 방법은 주로 습식공법으로서, 폴리에틸렌 수지를 고온에서 기공 형성 첨가제와 함께 단일상(Single phase)으로 혼련하고, 이를 필름(Film) 형태로 압출한 후 냉각 과정에서 상기 폴리에틸렌 수지와 기공 형성 첨가제를 상분리시킨 다음, 추출 용매를 사용하여 기공형성 첨가제를 제거함으로써 폴리에틸렌 필름에 미세 기공을 형성하는 방법이 사용되고 있다.
이러한 방법으로 제조된 폴리올레핀계 분리막은 건식 공법에 의한 분리막과 비교하여 기계적 강도와 이온 투과도가 우수하고, 기공의 크기가 균일하여 고용량 및 고출력 리튬이온 전지 등에 널리 사용되고 있다.
그러나 상기한 종래의 제조방법은, 기공의 크기 편차가 크다는 단점이 있고, 기공의 면적이 다공성 기재 표면적의 40% 이하로서 통기 효율이 감소되는 단점이 있다. 또한 기공의 크기가 균일하지 않고 확률적으로 의도하지 않은 큰 기공이 형성될 가능성이 있다. 기공의 크기가 너무 크거나 분리막의 특정 부위가 취약한 형태의 분리막은 부분적으로 열적 안정성을 훼손하여, 분리막의 파단을 유발하므로 화재의 발생 위험이 있다.
이렇게 되면 전지는 자가 방전할 수 있으며, 이 과정에서 다량의 전류가 발생하여, 밀폐된 전지 셀은 극한의 경우 폭발할 수 있다.
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허 10-2018-0026790
(특허문헌 2) 대한민국 공개특허 10-2021-0010244
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 기공의 크기 편차를 최소화하고, 기공의 면적이 다공성 기재의 표면적에 대해 대략 50% 이상으로서 통기 효율을 향상시킬 수 있어 이차전지 또는 연료전지의 분리막 제조에 적합한 다공성 기재의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 다공성 기재를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 액상 폴리머로 박막의 압출 성형시 다수의 구체를 박막에 균일하게 투입하여 구체가 함몰된 박막을 제조하는 공정; 및 상기 박막에서 다수의 구체를 제거하여 구체가 제거된 자리에 기공이 형성되게 하는 공정을 포함하여 이루어지는 다공성 기재의 제조방법에 특징이 있다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 구체가 함몰된 박막을 제조하는 공정은, 액상 폴리머로 제1 및 제2 박막을 각각 압출 성형하여 이송시키는 단계; 상기 단계에서 제조되어 이송되는 제1 및 제2 박막이 경화되기 전에 제1 박막과 제2 박막을 하나의 박막이 형성되도록 중첩시키는 단계; 상기 박막 중첩 단계에서 제1 박막과 제2 박막이 중첩되기 전에 제1 박막과 제2 박막 사이에 구체를 투입하는 단계; 및 상기 구체가 투입되어 중첩된 박막을 수평방향으로 연신하여 두께를 얇게 함으로써 구체의 외경면이 박막의 표면에 근접하게 함몰하거나, 박막의 어느 한쪽 또는 양쪽으로 구체의 일부가 돌출되게 하는 단계로 이루어지는 다공성 기재의 제조방법에 특징이 있다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 구체가 함몰된 박막을 제조하는 공정은, 액상 폴리머로 박막을 압출 성형하여 이송시키는 단계; 상기 단계에서 제조되어 이송되는 박막이 경화되기 전에 박막 상에 구체를 균일하게 투입하는 단계; 및 상기 구체 투입 단계에서 박막에 투입된 구체를 가압하여 구체의 외경면이 박막의 표면에 근접하게 함몰하거나, 박막의 어느 한쪽 또는 양쪽으로 구체의 일부가 돌출되게 하는 단계로 이루어지는 다공성 기재의 제조방법에 특징이 있다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 구체가 제거된 박막에 적외선, 자외선, 열풍 중 하나 이상의 수단으로 경화 처리하는 공정을 더 포함하는 다공성 기재의 제조방법에 특징이 있다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 액상 폴리머에 물리적 특성을 강화시키기 위한 첨가제를 첨가하는 다공성 기재의 제조방법에 특징이 있다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 구체가 상자성체인 경우에 구체를 제거하는 공정은, 박막의 일측 또는 양측에 자성을 형성하여 자력에 의해 구체가 빠져나오도록 하는 다공성 기재의 제조방법에 특징이 있다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 구체는 상자성체이고, 박막의 어느 한쪽으로 구체의 일부가 돌출된 경우에, 상기 구체를 제거하여 기공을 형성하는 공정은, 구체가 일부 돌출된 반대쪽의 박막 일측에 자성을 형성하여 자력에 의해 박막이 찢어지면서 구체가 빠져나오도록 함으로써 기공이 형성되도록 한 다공성 기재의 제조방법에 특징이 있다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 구체는 상자성체이고, 박막의 양쪽으로 구체의 일부가 돌출된 경우에, 상기 구체를 제거하여 기공을 형성하는 공정은, 상기 박막의 양측에 자성을 형성하여 자력에 의해 구체가 박막의 어느 한쪽면으로 빠져나오게 함으로써 기공이 형성되도록 한 다공성 기재의 제조방법에 특징이 있다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 구체는 상자성체이고, 구체의 외경면이 박막의 표면에 근접하게 함몰된 경우에, 상기 구체를 제거하여 기공을 형성하는 공정은, 상기 박막의 양측에 자성을 형성하여 자력에 의해 박막이 찢어지면서 구체가 박막의 어느 한쪽면으로 빠져나오도록 하고, 구체가 빠져 나온 박막의 다른쪽면은 박막의 연신에 의해 찢어져 기공이 형성되도록 한 다공성 기재의 제조방법에 특징이 있다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 구체가 비상자성체이고, 박막의 양쪽으로 구체의 일부가 돌출된 경우에, 상기 구체를 제거하여 기공을 형성하는 공정은, 상기 박막을 수평방향으로 연신하여 구체에 의해 형성되는 기공의 크기를 확장시킴으로써 이루어지는 다공성 기재의 제조방법에 특징이 있다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 박막에 진동, 공기압 또는 수압을 더욱 가하는 다공성 기재의 제조방법에 특징이 있다.
또한 본 발명은 상기한 제조방법 중 어느 하나의 제조방법에 의해 제조된 다공성 기재에 특징이 있다.
상기의 특징적 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 기공의 크기 편차가 최소화되고, 기공의 면적이 다공성 기재의 표면적에 대해 대략 50% 이상으로서 통기 효율을 향상시킬 수 있어 이차전지 또는 연료전지의 분리막 제조에 매우 유용한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 기재의 제조과정을 나타낸 공정도.
도 2는 도 1의 A부 상세도로서, 구체의 투입과정을 나타낸 상세도.
도 3의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 다공성 기재의 제조방법에서 구체의 함몰 상태를 나타낸 박막의 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다공성 기재의 제조과정을 나타낸 공정도.
도 5는 도 4의 B부 상세도로서, 구체의 투입과정을 나타낸 상세도.
도 6은 본 발명에 따른 다공성 기재의 제조방법에서 박막의 기공을 확장시키는 과정을 나타낸 공정도.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 다공성 기재의 제조방법에서 구체의 제거과정을 나타낸 공정도.
도 2는 도 1의 A부 상세도로서, 구체의 투입과정을 나타낸 상세도.
도 3의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 다공성 기재의 제조방법에서 구체의 함몰 상태를 나타낸 박막의 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다공성 기재의 제조과정을 나타낸 공정도.
도 5는 도 4의 B부 상세도로서, 구체의 투입과정을 나타낸 상세도.
도 6은 본 발명에 따른 다공성 기재의 제조방법에서 박막의 기공을 확장시키는 과정을 나타낸 공정도.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 다공성 기재의 제조방법에서 구체의 제거과정을 나타낸 공정도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 다공성 기재의 제조방법은, 액상 폴리머로 박막의 압출 성형시 다수의 구체를 박막에 균일하게 투입하여 구체가 함몰된 박막을 제조하는 공정과, 상기 박막에서 다수의 구체를 제거하여 구체가 제거된 자리에 기공이 형성되게 하는 공정을 포함하여 이루어진다.
도 1 및 도 2는 상기 구체가 함몰된 박막의 제조 공정을 수행하기 위한 일실시예를 나타낸 것으로, 액상 폴리머로 제1 및 제2 박막(10a,10b)을 각각 압출 성형하여 이송시키는 단계와, 상기 단계에서 제조되어 이송되는 제1 및 제2 박막(10a,10b)이 경화되기 전에 제1 박막(10a)과 제2 박막(10b)이 하나의 박막(10)으로 형성되도록 중첩시키는 단계와, 상기 중첩 단계에서 제1 박막(10a)과 제2 박막(10b)이 중첩되기 전에 제1 박막(10a)과 제2 박막(10b) 사이에 구체(20)를 투입하는 단계와, 상기 구체(20)가 투입된 박막(10)을 수평방향으로 연신하여 두께를 얇게 함으로써 구체(20)의 외경면이 박막(10)의 표면에 근접하거나, 박막(10)의 어느 한쪽 또는 양쪽으로 구체(20)의 일부가 돌출되게 하는 단계로 이루어질 수 있다.
먼저, 액상 폴리머로 제1 및 제2 박막(10a,10b)을 각각 압출 성형하여 이송시키는 단계는, 소정 간격으로 배치된 압출롤러(1,2)의 마주하는 틈새를 설정하는 것에 의해 얇은 두께를 가지는 제1 및 제2 박막(10a,10b)을 형성할 수 있고, 제1 및 제2 박막(10a,10b)은 양쪽에서 각각 형성하여 가이드롤러(3,4)에 의해 제1 및 제2 박막(10a,10b)을 하나의 박막(10)으로 중첩시킬 수 있도록 소정의 경로로 이송시킨다.
이어서 상기 단계에서 제조되어 이송되는 제1 및 제2 박막(10a,10b)이 경화되기 전에 제1 박막(10a)과 제2 박막(10b)을 하나의 박막(10)으로 중첩시키는 단계는, 제1 박막(10a)과 제2 박막(10b)이 경화되기 전에는 어느 정도의 접착력을 가지게 되므로, 이 접착력을 이용하여 상호 중첩시킬 수 있다.
제1 및 제2 박막(10a,10b)이 완전 경화된 후에도 중첩시킬 수도 있지만, 이 경우에는 제1 및 제2 박막(10a,10b)을 열가소성수지로 제조해야 별도의 가열수단으로 경화된 제1 및 제2 박막(10a,10b)을 가열하여 접착력을 가지도록 할 수 있다.
이어서 상기 중첩 단계에서 박막(10)으로 중첩되기 전에 제1 박막(10a)과 제2 박막(10b) 사이에 구체(20)를 투입하는 단계는, 각각 제조되어 이송되는 제1 및 제2 박막(10a,10b)이 중첩되기 직전에 제1 박막(10a)과 제2 박막(10b) 사이에 구체(20)를 투입함으로써 이루어진다.
이를 위해 호퍼(5) 내에 다수의 구체(20)를 저장하여 두고, 배출구(5a)를 제1 박막(10a)과 제2 박막(10b)이 중첩되기 직전의 사이에 위치시킨다.
도 1 및 도 2에는 배출구(5a)를 통해 구체(20)가 1개씩 연속하여 배출되는 것을 도시하고 있는데, 제1 및 제2 박막(10a,10b)의 폭에 대응하여 다수개의 구체(20)가 1열씩 배출되는 것이다.
이어서, 상기 구체 투입 단계를 통해 구체(20)가 투입된 박막(10)을 수평방향으로 연신하여 두께를 얇게 함으로써 구체(20)의 외경면이 박막(10)의 표면에 근접하거나, 박막(10)의 어느 한쪽 또는 양쪽으로 구체(20)의 일부가 돌출되게 하는 단계는, 도 3의 (a)에서와 같이 구체(20)가 투입되고 나서 중첩된 박막(10)을 수평방향으로 연신하여 두께를 얇게 함으로써 구체(20)의 외경면이 박막(10)의 표면에 근접되게 할 수 있다.
이때 박막(10)의 표면과 구체(20)의 외경면 사이 두께는 후술하는 구체 제거 공정에서 자력으로 구체(20)가 당겨질 때 박막(10)이 쉽게 찢어지면서 구체(20)가 제거될 수 있을 정도로 얇게 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 도 3의 (b)에서와 같이 박막(10)을 수평방향으로 더욱 연신하여 두께를 더욱 얇게 함으로써 박막(10)의 어느 한쪽으로 구체(20)의 일부가 돌출되게 하거나, 도 3의 (c)에서와 같이 박막(10)의 양쪽으로 구체(20)의 일부가 돌출되게 할 수 있다.
박막(10)의 두께 감소는, 경화 전에 수평방향으로 연신하는 것 외에도 경화되는 동안 온도의 하강에 의한 수축 현상에 의해 두께가 감소되므로 이를 추가로 이용할 수도 있다.
도 4 및 도 5는 구체가 함몰된 박막의 제조 공정을 수행하기 위한 다른 실시예를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 액상 폴리머로 박막(10)을 압출 성형하여 이송시키는 단계와, 상기 단계에서 제조되어 이송되는 박막(10)이 경화되기 전에 박막(10) 상에 구체(20)를 균일하게 투입하는 단계와, 상기 구체 투입 단계에서 박막(10)에 투입된 구체(20)를 가압하여 구체(20)의 외경면이 박막(10)의 표면에 근접하거나, 박막(10)의 어느 한쪽 또는 양쪽으로 구체(20)의 일부가 돌출되게 하는 단계로 이루어질 수 있다.
먼저, 액상 폴리머로 박막(10)을 압출 성형하여 이송시키는 단계는, 소정 간격으로 배치된 압출롤러(11,12)의 마주하는 틈새를 설정하는 것에 의해 얇은 두께를 가지는 박막(10)을 형성할 수 있고, 가이드롤러(13,14)에 의해 소정의 경로로 이송시킬 수 있다.
이어서 상기 단계에서 제조되어 이송되는 박막(10)이 경화되기 전에 박막(10) 상에 구체(20)를 투입하는 단계는, 박막(10)이 가이드롤러(13,14)에 의해 소정의 경로로 이송되는 과정에서 구체(20)를 투입함으로써 이루어진다.
이를 위해 호퍼(15) 내에 다수의 구체(20)를 저장하여 두고, 배출구(15a)를 박막(10) 상에 근접시켜 위치시킨다. 도면에는 배출구(15a)를 통해 구체(10)가 1개씩 연속하여 배출되는 것을 도시하고 있는데, 박막(10)의 폭에 대응하여 다수개의 구체(10)가 1열씩 배출되는 것이다.
이어서, 상기 구체 투입 단계에서 박막(10)에 투입된 구체(20)를 가압하여 구체(20)의 외경면이 박막(10)의 표면에 근접하거나, 박막(10)의 어느 한쪽 또는 양쪽으로 구체(20)의 일부가 돌출되게 하는 단계는, 구체(20)가 투입된 박막(10)의 상,하에서 가압롤러(16)로 가압하여 구체(20)를 박막(10) 내에 함몰시킴으로써 도 3의 (a)에서와 같이 구체(20)의 외경면이 박막(10)의 표면에 근접되게 할 수 있다.
이때 박막(10)의 표면과 구체(20)의 외경면 사이 두께는 후술하는 구체 제거 공정에서 자력으로 구체(20)가 당겨질 때 박막(10)이 쉽게 찢어지면서 구체(20)가 제거될 수 있을 정도로 얇게 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 도 3의 (a)에서와 같이 구체(20)를 박막(10) 내에 함몰시킨 상태에서 박막(10)을 수평방향으로 연신하여 두께를 얇게 함으로써 도 3의 (b)에서와 같이 박막(10)의 어느 한쪽으로 구체(20)의 일부가 돌출되게 하거나, 도 3의 (c)에서와 같이 박막(10)의 양쪽으로 구체(20)의 일부가 돌출되게 할 수 있다.
상기한 바와 같이 액상 폴리머로 박막(10)의 압출 성형시 다수의 구체(20)를 박막(10)에 균일하게 투입하여 구체(20)가 함몰된 박막(10)을 제조하는 공정에 있어서, 액상 폴리머로는 예를 들어 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 이루어진다.
액상 폴리머는, 상기한 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 외에도, 예를 들어 폴리올레핀 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸렌타프탈렌과 같은 고분자 수지 중 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 제조할 다공성 기재의 물리적 특성, 예를 들면 내열성 및 인장강도를 강화하기 위하여 액상 폴리머에 첨가제를 첨가할 수 있다.
첨가제로는 폴리아세탈, 폴리술폰(PSF), 폴리에트르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리아릴레이트(PA), 폴리카보네이트, 및 폴리아미드이미드(PAI), 폴리이미드(PI), 폴리아미드, 전방향족 폴리아미드(아라미드), 폴리페닐렌옥사이드, 폴리부틸렌, 테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르 설폰, 폴리에테르 케톤을 들 수 있다.
또한 구체(20)는 철(Fe) 등과 같은 상자성체 또는 세라믹 또는 ABS(플라스틱 류) 등과 같은 비상자성체로 이루어질 수 있다.
구체(20)의 직경은 제조하기 위한 다공성 기재의 두께에 따라 설정된다. 예를 들면 이차전지의 분리막 제조에 사용되는 다공성 기재의 경우, 구체(20)의 직경은 10~50㎛인 것을 사용할 수 있다.
이어서 박막(10)에서 다수의 구체(20)를 제거하여 구체(20)가 제거된 자리에 기공(30)이 형성되게 하는 공정은, 도 6에 도시된 바와 같이 구체(20) 일부가 박막(10)의 양측면으로 돌출되게 한 경우는, 구체(20)가 상자성체 또는 비상자성체인 것과 관계없이 박막(10)을 수평방향(화살표 방향)으로 잡아당기기 시작하면, 구체(20)의 표면으로부터 박막(10)이 떨어지면서 기공(30)이 형성되고, 이어서 박막(10)을 수평방향으로 더욱 잡아당겨 기공(30)의 크기를 더욱 확장시키면 구체(20)를 박막(10)의 기공(30)으로부터 제거할 수 있다.
이때, 박막(10)의 연신에 의한 기공(30)의 크기가 구체(20)의 크기보다 클 경우, 구체(20)의 제거가 용이하지만, 구체(20)의 크기보다 기공(30)의 크기가 작거나, 구체(20)가 비상자성체로 이루어진 경우에는, 박막(10)에 진동이나 기압 또는 수압을 더욱 작용시켜 제거할 수도 있다.
또한 구체(20)가 상자성체인 경우는 도 7에 도시된 바와 같이 박막(10)의 양쪽면 또는 어느 한쪽면에 자력을 가지는 자성롤러(6)를 배치하여 회전시킴으로써 자력에 의해 구체(20)를 제거할 수 있다.
즉, 박막(10)이 연신되어 기공(30)이 넓어진 상태에서 박막(10)의 이송라인에 영구자석 또는 전자석에 의한 자기력을 가지는 자성롤러(6)를 기재의 양면 또는 한 면에 근접하게 배치하면, 박막(10)에 함몰되어 있던 구체(20)들이 자기력에 의해 자성롤러(6)에 붙어서, 즉 박막(10)으로부터 이탈하게 되어 박막(10)에는 구체(20)들이 빠져나간 기공(30)이 형성된다.
또한 도 8에 도시된 바와 같이 구체(20)가 상자성체로 이루어지고, 구체(20)의 일부가 박막(10)의 한쪽면으로만 돌출된 경우는, 구체(20)의 외경면이 박막(10)의 표면에 근접한 한쪽면에 자성롤러(6)의 강한 자력을 작용하게 되면, 구체(20)의 외경면과 박막(10)의 표면 사이에 가장 얇은 부분(a)이 찢어지면서 구체(20)가 자성롤러(6)에 의해 빠져나와 기공(30)이 형성된다.
또한 구체(20)가 상자성체로 이루어지고, 구체(20)의 외경면이 박막(10)의 양쪽 표면에 근접된 경우는 도 9에 도시된 바와 같이 박막(10)의 양측면에 자성롤러(6)의 강한 자력을 작용하게 되면, 구체(20)의 외경면과 박막(10)의 표면 사이에 가장 얇은 부분(a)이 찢어지면서 구체(20)가 어느 한쪽의 자성롤러(6)에 의해 빠져나오게 되고, 구체(20)가 빠져 나온 박막(10)의 다른쪽면은 박막(10)을 연신시키게 되면 박막의 얇은 부분(a)이 찢어지면서 기공(30)이 형성된다.
또한 본 발명의 다공성 기재 제조방법은, 상기 구체(20)가 제거된 박막(10)에 적외선, 자외선, 열풍 중 하나 이상의 수단으로 경화 처리하는 단계를 더 포함한다.
구체(20)가 제거된 박막(10)에 적외선, 자외선, 열풍 중 하나 이상의 수단을 작용시켜 박막(10)을 경화시키게 되면, 박막(10)의 수축을 촉진할 수 있다. 이로 인해 기공(30) 입구의 얇은 모서리 부분이 두터워지고, 전체적으로 부피가 줄어들게 되면서 박막(10)의 연신 상태 및 기공(30)의 크기를 유지시킬 수 있다.
이와 같이 제조되는 다공성 기재는 연신에 의해서 박막(10)의 두께 및 기공(30)의 크기가 달라질 수 있다. 또한 구체(20)를 박막(10)에서 이탈시킨 후 박막(10)에 적외선 열풍을 조사하여, 구체(20)가 빠져나온 자리의 모서리 부분을 수축시켜서 기공(30)의 크기를 크게 하고, 기공(30)이 원형이 아닌 타원형 또는 기둥형에 가깝게 변형시킬 수도 있다.
또한, 박막(10)에 적외선, 열풍 등의 수단을 조사하게 되면 박막(10)은 일정 수준으로 수축하게 되며, 박막(10)의 조직이 치밀해지게 된다. 이러한 수축은 다공성 기재의 외부 충격이나 자극에 의해서 파단되는 것을 예방하는 효과가 있다.
또한 최종 연신 및 적외선 조사 등이 끝난 박막(10)에 자외선을 조사하여 수축을 촉진하고 경도를 증가시킬 수 있다.
이러한 제조방법에 의해 제조된 다공성 기재는 상술한 바와 같이 기공(30)이 균일한 크기의 구체(20)에 의해 형성되는 것이므로, 기공(30)의 크기 편차가 최소화되고, 또한 기공(30)의 면적이 다공성 기재의 표면적에 대해 대략 50% 이상으로 균일하게 분포시킬 수 있어 통기 효율을 향상시킬 수 있다.
따라서 본 발명의 고분자 재료가 포함된 박막(10)으로 이루어진 다공성 기재는 전기 화학소자의 분리막 소재로 매우 유용하게 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 상기 분리막은 내열층과 접착층의 사이 또는 다공성 기재와 내열층 사이에 세라믹층을 더 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 세라믹층은 내열층과 접착층 사이에 배치되는 것이다.
또한 본 발명에 있어서, 폴리머로 구성된 상기 다공성 기재의 두께는 5μm 내지 100μm일 수 있다. 분리막 기재의 범위가 특별히 전술한 범위로 한정되는 것은 아니지만, 두께가 전술한 하한보다 지나치게 얇은 경우에는 기계적 물성이 저하되어 전지 사용 중 분리막이 쉽게 손상될 수 있다.
또한, 본 발명의 다공성 기재는 전술한 바와 같은 상기 고분자 재료로 형성된 부직포 또는 다공성 고분자 필름 또는 이 중 둘 이상의 적층물 등이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 다공성 기재는 고분자 수지를 용융 및 압출하여 성막한 다공성 필름, 또는 상기의 다공성 필름이 2층 이상 적층된 다층막, 또는 고분자 수지를 용융/방사하여 얻은 필라멘트를 집적하여 제조된 부직포 또는 상기의 부직포 웹이 2층 이상 적층된 다층막, 또는 다공성 필름 내지 부직포 웹 모두를 포함하는 다층 구조의 다공성 복합막 중 어느 하나이다.
이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1,2,11,12 : 압출롤러 3,4,13,14 : 가이드롤러
5,15 : 호퍼 5a,15a : 배출구
6 : 자성롤러 10 : 박막
10a,10b : 제1 및 제2 박막 16 : 가압롤러
20 : 구체 30 : 기공
5,15 : 호퍼 5a,15a : 배출구
6 : 자성롤러 10 : 박막
10a,10b : 제1 및 제2 박막 16 : 가압롤러
20 : 구체 30 : 기공
Claims (12)
- 액상 폴리머로 박막의 압출 성형시 다수의 구체를 박막에 균일하게 투입하여 구체가 함몰된 박막을 제조하는 공정; 및
상기 박막에서 다수의 구체를 제거하여 구체가 제거된 자리에 기공이 형성되게 하는 공정을 포함하며,
상기 구체가 함몰된 박막을 제조하는 공정은,
액상 폴리머로 제1 및 제2 박막을 각각 압출 성형하여 이송시키는 단계;
상기 단계에서 제조되어 이송되는 제1 및 제2 박막이 경화되기 전에 제1 박막과 제2 박막을 하나의 박막이 형성되도록 중첩시키는 단계;
상기 박막 중첩 단계에서 제1 박막과 제2 박막이 중첩되기 전에 제1 박막과 제2 박막 사이에 구체를 투입하는 단계; 및
상기 구체가 투입되어 중첩된 박막을 수평방향으로 연신하여 두께를 얇게 함으로써 구체의 외경면이 박막의 표면에 근접하게 함몰하거나, 박막의 어느 한쪽 또는 양쪽으로 구체의 일부가 돌출되게 하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다공성 기재의 제조방법. - 삭제
- 액상 폴리머로 박막의 압출 성형시 다수의 구체를 박막에 균일하게 투입하여 구체가 함몰된 박막을 제조하는 공정; 및
상기 박막에서 다수의 구체를 제거하여 구체가 제거된 자리에 기공이 형성되게 하는 공정을 포함하며,
상기 구체가 함몰된 박막을 제조하는 공정은,
액상 폴리머로 박막을 압출 성형하여 이송시키는 단계;
상기 단계에서 제조되어 이송되는 박막이 경화되기 전에 박막 상에 구체를 균일하게 투입하는 단계; 및
상기 구체 투입 단계에서 박막에 투입된 구체를 가압하여 구체의 외경면이 박막의 표면에 근접하게 함몰하거나, 박막의 어느 한쪽 또는 양쪽으로 구체의 일부가 돌출되게 하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다공성 기재의 제조방법. - 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 구체가 제거된 박막에 적외선, 자외선, 열풍 중 하나 이상의 수단으로 경화 처리하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 기재의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 액상 폴리머에 물리적 특성을 강화시키기 위한 첨가제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 다공성 기재의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 구체가 상자성체인 경우에 구체를 제거하는 공정은,
상기 박막의 일측 또는 양측에 자성을 형성하여 자력에 의해 구체가 빠져나오도록 하는 것을 특징으로 하는 다공성 기재의 제조방법. - 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 구체는 상자성체이고, 박막의 어느 한쪽으로 구체의 일부가 돌출된 경우에, 상기 구체를 제거하여 기공을 형성하는 공정은, 구체가 일부 돌출된 반대쪽의 박막 일측에 자성을 형성하여 자력에 의해 박막이 찢어지면서 구체가 빠져나오도록 하여 기공이 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 다공성 기재의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 구체는 상자성체이고, 박막의 양쪽으로 구체의 일부가 돌출된 경우에, 상기 구체를 제거하여 기공을 형성하는 공정은, 상기 박막의 양측에 자성을 형성하여 자력에 의해 구체가 박막의 어느 한쪽면으로 빠져나오는 것에 의해 기공이 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 다공성 기재의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 구체는 상자성체이고, 구체의 외경면이 박막의 표면에 근접하게 함몰된 경우에, 상기 구체를 제거하여 기공을 형성하는 공정은, 상기 박막의 양측에 자성을 형성하여 자력에 의해 박막이 찢어지면서 구체가 박막의 어느 한쪽면으로 빠져나오도록 하고, 구체가 빠져 나온 박막의 다른쪽면은 박막의 연신에 의해 찢어져 기공이 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 다공성 기재의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 구체가 비상자성체이고, 박막의 양쪽으로 구체의 일부가 돌출된 경우에, 상기 구체를 제거하여 기공을 형성하는 공정은, 상기 박막을 수평방향으로 연신하여 구체에 의해 형성되는 기공의 크기를 확장시킴으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 다공성 기재의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 박막에 진동, 공기압 또는 수압을 더욱 가하는 것을 특징으로 하는 다공성 기재의 제조방법.
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210190116A KR102663096B1 (ko) | 2021-12-28 | 2021-12-28 | 다공성 기재의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 다공성 기재 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210190116A KR102663096B1 (ko) | 2021-12-28 | 2021-12-28 | 다공성 기재의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 다공성 기재 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230100340A KR20230100340A (ko) | 2023-07-05 |
| KR102663096B1 true KR102663096B1 (ko) | 2024-05-03 |
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ID=87159062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210190116A KR102663096B1 (ko) | 2021-12-28 | 2021-12-28 | 다공성 기재의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 다공성 기재 |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR102663096B1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101512145B1 (ko) | 2012-06-26 | 2015-04-14 | 주식회사 엘지화학 | 분리막의 제조방법, 이 방법에 의해 제조된 분리막 및 이 분리막을 포함하는 전기화학 소자 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101420232B1 (ko) * | 2010-08-20 | 2014-07-21 | 서강대학교산학협력단 | 홀을 가지는 다공성 박막 및 그의 제조 방법 |
| KR101776222B1 (ko) * | 2017-03-02 | 2017-09-07 | 서강대학교산학협력단 | 수소 이온 수송 멤브레인, 수소 생성용 멤브레인, 및 이의 제조 방법 |
-
2021
- 2021-12-28 KR KR1020210190116A patent/KR102663096B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101512145B1 (ko) | 2012-06-26 | 2015-04-14 | 주식회사 엘지화학 | 분리막의 제조방법, 이 방법에 의해 제조된 분리막 및 이 분리막을 포함하는 전기화학 소자 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230100340A (ko) | 2023-07-05 |
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