KR20040005550A - Method of making lithium ion polymer battery and porous polymeric electrolte - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 리튬이온 고분자 전해질 및 이를 포함하는 전지의 제조방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 고분자 또는 고분자와 무기물이 코팅된 고분자 다공성 분리막을 이용하여 전지 제조시 젤화 공정을 통해 제조공정이 간단해지는 리튬이온 고분자 전해질 및 이를 포함하는 전지의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium ion polymer electrolyte and a method for manufacturing a battery including the same. More specifically, a lithium or a lithium ion that is simplified in a manufacturing process through a gelation process during battery manufacturing using a polymer or a polymer porous membrane coated with a polymer and an inorganic material The present invention relates to an ion polymer electrolyte and a battery manufacturing method including the same.
최근 전기, 전자, 통신 및 컴퓨터 산업이 급속히 발전함에 따라 고성능이면서도 안전성이 높은 이차전지에 대한 수요는 점차 증대되어 왔다. 특히, 전기, 전자 제품의 소형화, 경박단소화 및 휴대화 추세에 따라, 이 분야의 핵심 부품인 이차전지도 박막화 및 소형화가 요구되어지고 있다.Recently, with the rapid development of the electric, electronic, communication and computer industries, the demand for high performance and high safety secondary batteries has gradually increased. In particular, according to the trend of miniaturization, light weight, and portability of electric and electronic products, thinning and miniaturization of secondary batteries, which are key components in this field, are required.
현재 휴대기기와 전자제품에 리튬이온전지가 사용되고 있으나 리튬이온전지는 분리막으로 PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 분리막을 사용하는 것으로 전극과 분리막을 평판 형태로 적층하여 전지를 제조하기 어렵기 때문에 롤식으로 말아서 원통형 및 사각형 통에 넣어 제조한다. 롤식으로 제조된 사각형 리튬이온전지는 현재 상용화되고 있으나 전지 제조공정이 까다롭고, 전지모양에 제약을 받고 있으며 박형화와 고용량화에 한계를 드러내고 있다. 이에 반하여 리튬 고분자 전지는 상기의 문제를 해결할 수 있을 것으로 전망되고 있다. 리튬 고분자 전지는 분리막과 전해질의 두 가지 기능을 동시에 가지고 있는 고체 고분자 전해질을 사용하여 전해질의 종류에 따라서 전극과 고체 고분자 전해질을 평판상으로 적층하여 전지를 제조할 수도 있고 롤식으로 말아서 제조할 수도 있는 특징을 갖고 있어 생산성면에서 매우 유리하다.Lithium ion batteries are currently used in mobile devices and electronic products, but lithium ion batteries use PE (polyethylene) or PP (polypropylene) separators as separators, so it is difficult to manufacture batteries by stacking electrodes and separators in the form of flat plates. It is rolled up and prepared into cylindrical and square barrels. The rectangular lithium ion battery manufactured in a roll type is currently commercialized, but the manufacturing process of the battery is difficult, it is restricted by the shape of the battery, and it shows a limitation in thinning and high capacity. In contrast, the lithium polymer battery may solve the above problem. It is expected to be. Lithium polymer battery has two kinds of membrane and electrolyte It is very advantageous in terms of productivity because it can be manufactured by stacking electrodes and solid polymer electrolytes on a flat plate according to the type of electrolyte using a solid polymer electrolyte having a function at the same time. .
종래의 고체 고분자 전해질의 제조방법은 주로 폴리에틸렌옥사이드(이하 PEO라 한다) 계통이었으나 상온에서 10-8S/㎝정도의 전도도로 매우 낮아 단독으로 사용하기에는 부적합하다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 젤 형태의 고분자 전해질이 개발되어 10-3S/㎝의 전도도를 달성하였으며, 대표적인 젤 형태의 고분자 전해질은 미국특허 제 5,219,679의 Polyacrylonitile (PAN)계 고체고분자 전해질이다. 그러나, 미국특허 제 5,219,679에 제시된 전해질은 전도도와 전극과의 접착력이 우수한 반면에 기계적인 강도가 떨어져 전지로서 실용화하기 어려운 문제점이 있다.The conventional solid polymer electrolyte production method was mainly based on polyethylene oxide (hereinafter referred to as PEO), but is very low in conductivity of about 10 -8 S / cm at room temperature and is not suitable for use alone. In order to solve this problem, a gel-type polymer electrolyte was developed to achieve a conductivity of 10 −3 S / cm, and a representative gel-type polymer electrolyte is a polyacrylonitile (PAN) -based solid polymer electrolyte of US Pat. No. 5,219,679. However, the electrolyte disclosed in U.S. Patent No. 5,219,679 has a problem in that it is difficult to be used as a battery because of its excellent conductivity and adhesive strength with the electrode while having low mechanical strength.
고즈쯔(A. S. Gozdz) 등의 미국특허 제 5,296,319호 및 제 5,460,904호에 기재된 하이브리드형인 폴리비닐리덴플루오라이드(이하 PvdF라 한다)계 고분자 화합물이 개발되어 하이브리드형 리튬 고분자 전지의 양산화가 시도되었다. 그러나 이 전지시스템은 고체 고분자 전해질 및 음, 양극 제조시에 가소제를 넣고 제조하기 때문에 나중에 가소제를 추출해야 하는 제조 공정상 어려움이 있다. 또한 PvdF계 전해질은 기계적 강도는 우수하지만 접착력이 불량하여 전극 및 전지 제조시 고온에서 가열 박층화 공정이 필요하고 추출공정 중 전극과 고체 고분자 전해질 사이의 박리가 일어나 전지성능이 저하되는 단점이 있다.The hybrid polyvinylidene fluoride (hereinafter referred to as PvdF) polymer compound described in U.S. Patent Nos. 5,296,319 and 5,460,904 to A. S. Gozdz et al. Has been developed to attempt mass production of a hybrid lithium polymer battery. However, this battery system has a difficulty in manufacturing process in which the plasticizer must be extracted later, since the plasticizer is added during the manufacture of the solid polymer electrolyte and the negative and positive electrodes. In addition, the PvdF-based electrolyte has excellent mechanical strength but poor adhesion, which requires a heat thinning process at a high temperature in manufacturing electrodes and batteries, and has a disadvantage in that battery performance is degraded due to peeling between the electrode and the solid polymer electrolyte during the extraction process.
따라서 젤 전해질을 사용하여 전지를 구성할 필요가 있으나 젤 전해질 자체만으로는 기계적 강도에 한계가 있다. 이를 해결하기 위하여 국내특허 제 10-2000-7004714와 같이 전극에 젤 전해질을 코팅하는 방법이 있으나, 젤 전해질을 전극에 코팅하는 방법은 일반화하기에는 기술이 어려우며 제조공정이 모두 통제된 불활성 분위기에서 이루어져야 하는 단점을 가지고 있다.Therefore, it is necessary to configure a battery using a gel electrolyte, but the gel electrolyte itself has a limit in mechanical strength. In order to solve this problem, there is a method of coating a gel electrolyte on the electrode as in Korean Patent No. 10-2000-7004714, but the method of coating the gel electrolyte on the electrode is difficult to generalize the technology and the manufacturing process must be made in a controlled inert atmosphere It has a disadvantage.
또한, 미국특허 제5,681,357호, 제5,688,293호, 제5,834,135호에 기재된 방법을 보면, PvdF 등의 고분자를 용매에 녹인 용액이나 PvdF 등의 고분자를 유기용매 전해질에 녹인 용액을 리튬이온전지에 사용되는 PP 혹은 PE분리막에 도포시켜 건조한 분리막을 사용하여 이 분리막과 전극을 가열 박층화하여 전극과 분리막을 일체화하시키고 여기에 유기용매 전해질을 주입하여 전지를 제조하는 방법이 있다. 이 방법의 단점은 고분자용액을 PP 혹은 PE 분리막에 캐스팅하기 때문에 PP 혹은 PE 분리막의 변형이 오거나 분리막의 기공이 막히게 하는 단점과, 가열 박층화 공정으로 전극과 분리막을 일체화시키기 때문에 접촉이 불충분하여 계면저항이 커지게 되는 단점이 있다. 이러한 문제로 인하여 고율층방전 특성이 불량하고 싸이클수명 특성이 저하되는 단점이 있다.In addition, in the methods described in US Pat. Nos. 5,681,357, 5,688,293, and 5,834,135, a solution in which a polymer such as PvdF is dissolved in a solvent or a polymer in which a polymer such as PvdF is dissolved in an organic solvent electrolyte is used in a lithium ion battery. Alternatively, there is a method of manufacturing a battery by applying a PE separator and drying the separator and an electrode using a dried separator to integrate the electrode and the separator and injecting an organic solvent electrolyte thereto. The disadvantages of this method are that the polymer solution is cast on the PP or PE membrane, resulting in deformation of the PP or PE membrane or clogging the pores of the membrane, and inadequate contact because the electrode and the membrane are integrated by the heat thinning process. There is a disadvantage that the resistance increases. Due to this problem, high rate discharge characteristics are poor and cycle life characteristics are deteriorated.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 미국 특허 제5,853,916에서는 폴리올레핀 다공성 분리막에 고분자를 코팅하여 셀을 구성한 후에 일정한 압력과 온도에서 젤화하는 공정을 개시하였다. 이러한 전지 제조공정은 권취형으로 전지를 제조할 경우에 상하로 압을 가하기 때문에 수평방향의 압력이 상대적으로 낮게 되며, 이온전도의 경로가 젤 전해질에 한정되기 때문에 전지의 고율 충방전특성과 사이클특성이 저하되는 단점이 있다.In order to solve this problem, US Pat. No. 5,853,916 discloses a process of gelling at a constant pressure and temperature after forming a cell by coating a polymer on a polyolefin porous separator. In the battery manufacturing process, when the battery is manufactured by winding type, the pressure in the horizontal direction is relatively low because the pressure is applied up and down, and the ion conductivity path is limited to the gel electrolyte, so the high rate charge / discharge characteristics and cycle characteristics of the battery This has the disadvantage of deteriorating.
따라서 고율충방전 특성과 사이클특성등의 성능이 우수하며 리튬 이온 고분자 전지의 장점인 박형화, 대면적화, 형상변형, 안전성 등을 그대로 유지하면서, 단점인 제조공정의 복잡성과 비용이 높은 것을 해결할 수 있는 리튬이온 고분자 전지가 필요하다.Therefore, it has excellent performances such as high rate charge and discharge characteristics and cycle characteristics, and can solve the disadvantages of manufacturing process complexity and high cost while maintaining the advantages such as thinning, large area, shape deformation and safety of lithium ion polymer battery. There is a need for a lithium ion polymer battery.
본 발명의 목적은 공극이 큰 고분자를 폴리올레핀 분리막에 코팅하여 분리막에 형성된 액상과 젤상을 통하여 이온이 전달되도록 하여 이온전도도가 높고 젤화 후에 전극과의 접착력이 우수한 전해질의 제조방법 및 이러한 전해질을 이용함으로써 제조공정이 단순하고 성능이 우수한 리튬이온 고분자 전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to coat a polymer having a large pore on a polyolefin separator to allow ions to be transferred through a liquid phase and a gel phase formed in the separator, thereby producing an electrolyte having high ion conductivity and excellent adhesion to an electrode after gelation, and by using such an electrolyte. It is to provide a method for producing a lithium ion polymer battery having a simple manufacturing process and excellent performance.
도 1(a)는 본 발명에 따른 고분자 다공성 분리막의 단면도,1 (a) is a cross-sectional view of the porous polymer membrane according to the present invention,
도 1(b)는 고분자 다공성 분리막, 음극판, 및 양극판의 적층된 단면도,1 (b) is a laminated cross-sectional view of the polymer porous separator, the negative electrode plate, and the positive electrode plate,
도 1(c)는 고분자 다공성 분리막, 고분자 고팅된 음극판 및 고분자 코팅된 양극판의 적층된 단면도,Figure 1 (c) is a laminated cross-sectional view of a polymer porous separator, a polymer-coated negative plate and a polymer coated positive plate,
도 2은 본 발명에 따른 리튬이온 고분자전지의 제조과정을 개략적으로 나타내는 공정도,2 is a process diagram schematically showing a manufacturing process of a lithium ion polymer battery according to the present invention;
도 3은 다공성 PE 분리막 위에 코팅된 고분자막의 SEM 사진,3 is a SEM photograph of the polymer membrane coated on the porous PE membrane,
도 4(a)는 본 발명의 실시예 2에 의하여 제작된 고분자 다공성 PE 분리막에 대한 SEM사진,Figure 4 (a) is a SEM photograph of the polymer porous PE membrane prepared in Example 2 of the present invention,
도 4(b)는 본 발명에 사용되어진 다공성 PE 분리막에 대한 SEM사진,Figure 4 (b) is a SEM photograph of the porous PE membrane used in the present invention,
도 5(a)는 고분자의 양을 2 중량%으로 하여 제작된 고분자 다공성 PE 분리막에 대한 SEM사진,Figure 5 (a) is a SEM photograph of the polymer porous PE membrane prepared by the amount of the polymer 2% by weight,
도 5(b)는 고분자의 양을 5중량%으로 하여 제작된 고분자 다공성 PE 분리막에 대한 SEM사진,Figure 5 (b) is a SEM photograph of the polymer porous PE membrane prepared by the amount of the polymer 5% by weight,
도 6는 고분자 성분에 무기물인 미세실리카를 첨가하여 형성된 고분자 다공성 분리막에 대한 SEM사진,6 is a SEM photograph of a porous polymer membrane formed by adding inorganic fine silica to a polymer component;
도 7는 본 발명에 따른 50℃에서 혼합된 고분자 용액을 사용하여 다공성 PE 분리막 위에 코팅된 고분자막의 SEM 사진,7 is a SEM photograph of a polymer membrane coated on a porous PE separator using a polymer solution mixed at 50 ° C. according to the present invention;
도 8은 다공성 PE 분리막 상에 상분리법에 의해 코팅된 고분자 다공성 분리막에 대한 SEM 사진,8 is a porous PE membrane SEM photograph of the porous polymer membrane coated by the phase separation method,
도 9은 본 발명의 실시예 10에 따라 제조된 전지에 대한 고율방전특성을 나타낸 그래프,9 is a graph showing a high rate discharge characteristic for a battery prepared according to Example 10 of the present invention;
도 10(a)는 고분자 농도가 상이한 용액을 다공성 PE 분리막에 코팅하고 이로 인하여 형성된 고분자 다공성 분리막을 사용하여 본 발명의 과정에 따라 제조된 전지의 사이클 특성 비교,10 (a) is a comparison of the cycle characteristics of a battery prepared according to the process of the present invention using a polymer porous separator formed by coating a solution having a different polymer concentration on the porous PE separator, thereby
도 10(b)는 고분자 농도가 상이한 용액을 다공성 PE 분리막에 코팅하고 이로 인하여 형성된 고분자 다공성 분리막을 사용하여 본 발명의 과정에 따라 제조된 전지의 용량 특성 비교,Figure 10 (b) is a comparison of the capacity characteristics of a battery prepared according to the process of the present invention using a polymer porous separator formed by coating a solution having a different polymer concentration on the porous PE separator, thereby
도 11은 50oC에서 혼합된 고분자 용액으로 코팅된 고분자 다공성 분리막을 사용하여 본 발명의 과정에 따라 제조된 전지의 방전용량,11 is a discharge capacity of a battery prepared according to the process of the present invention using a polymer porous membrane coated with a polymer solution mixed at 50 o C,
도 12는 고분자 성분에 무기물인 미세실리카(fumed silica)를 첨가하여 형성된 고분자 다공성 분리막을 사용하여 본 발명의 과정에 따라 제조된 전지의 방전용량,12 is a discharge capacity of a battery prepared according to the process of the present invention using a polymer porous separator formed by adding inorganic silica (fumed silica) to the polymer component,
도 13(a)은 본 발명에 따라 제조된 리튬이온 고분자 전지와 리튬이온 전지의사이클 특성 비교,13 (a) is a comparison of the cycle characteristics of a lithium ion polymer battery and a lithium ion battery prepared according to the present invention,
도 13(b)은 본 발명에 따라 제조된 리튬이온 고분자 전지와 리튬이온 전지의 방전용량 비교,Figure 13 (b) is the discharge capacity of the lithium ion polymer battery and lithium ion battery prepared according to the present invention,
도 14(a)은 본 발명의 과정 중 젤화 과정의 유무에 따른 전지에 대한 사이클 특성 비교,Figure 14 (a) is a comparison of cycle characteristics for the battery with or without the gelation process of the process of the present invention,
도 14(b)은 본 발명의 과정 중 젤화 과정의 유무에 따른 전지의 방전용량 비교,Figure 14 (b) is a comparison of the discharge capacity of the battery with or without the gelation process of the process of the present invention,
도 15는 무기물 첨가 유무에 따른 사이클 특성을 비교,15 compares the cycle characteristics with or without the addition of minerals,
도 16은 본발명의 과정 중 전극위에 고분자 코팅 유무에 따른 전지의 사이클 특성을 비교한 것이다.Figure 16 compares the cycle characteristics of the battery according to the presence or absence of the polymer coating on the electrode during the present invention.
상기 목적은 본 발명에 따라, 상온 내지 60℃의 온도에서 고분자 화합물에 유기 용매를 가하여 1-20중량%의 고분자 용액을 제조하는 단계; 상기 고분자 용액에 폴리올레핀계 분리막을 통과시켜 코팅된 분리막을 제조하는 단계; 상기 코팅된 분리막을 상온 내지 60℃의 온도에서 건조시켜 고분자 다공성 분리막을 제조하는 단계; 상기 고분자 다공성 분리막을 리튬염이 포함된 액체 전해액에 함침시키는 단계; 및 상기 함침된 고분자 다공성 분리막을 60-100℃의 온도에서 20분 내지 3시간동안 젤화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 고분자 전해질의 제조 방법에 의해 달성된다.According to the present invention, by adding an organic solvent to the polymer compound at a temperature of room temperature to 60 ℃ to prepare a polymer solution of 1-20% by weight; Preparing a coated separator by passing a polyolefin-based separator through the polymer solution; Preparing a polymer porous separator by drying the coated separator at a temperature of room temperature to 60 ° C .; Impregnating the polymer porous separator into a liquid electrolyte solution containing lithium salts; And gelling the impregnated polymer porous separator at a temperature of 60-100 ° C. for 20 minutes to 3 hours.
상기 폴리올레핀계 분리막은 PE분리막, PP분리막, 및 PE와 PP의 다층분리막으로 이루어진 군으로부터 어느 선택된 하나인 것이 바람직하다.The polyolefin-based separator is preferably any one selected from the group consisting of a PE separator, a PP separator, and a multilayer separator of PE and PP.
상기 고분자 용액 제조단계는 상기 고분자 화합물에 무기물을 더 포함할 수 도 있는데, 무기물을 첨가함으로서 젤화 고분자의 전해액 함유능력과 유지능력이 높아져 사이클 특성이 향상될 수 있다. 상기 무기물은 SiO2, TiO2, ZrO2, Al2O3, BaTiO3, Bi2O3, Fe2O3, CaSiO3, 및 PbTiO3으로 이루어진 군으로부터 어느 선택된 하나인 것이 바람직하다.The polymer solution manufacturing step may further include an inorganic material in the polymer compound, and by adding the inorganic material, the electrolyte content and retention ability of the gelled polymer may be increased, thereby improving cycle characteristics. The inorganic material is preferably any one selected from the group consisting of SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , BaTiO 3 , Bi 2 O 3 , Fe 2 O 3 , CaSiO 3 , and PbTiO 3 .
상기 고분자 다공성 분리막은 0.1 내지 20㎛의 공극을 갖지며, 1 내지 10㎛인 것이 바람직하다.The polymer porous separator has a pore of 0.1 to 20㎛, preferably 1 to 10㎛.
또한, 상기 목적은 본발명에 따라, 상온 내지 60℃의 온도에서 고분자 화합물에 유기 용매를 가하여 5-30중량%의 고분자 용액을 제조하는 단계; 상기 고분자용액에 첨가물을 혼합하여 결합제 용액을 형성하는 단계; 상기 결합제 용액에 폴리올레핀계 분리막을 통과시켜 코팅된 분리막을 형성하는 단계; 상기 코팅된 분리막을 상온 내지 60℃의 온도에서 건조시키는 단계; 상기 건조된 분리막에서 상기 첨가물을 제거하여 고분자 다공성 분리막을 제조하는 단계; 상기 고분자 다공성 분리막을 리튬염이 포함된 액체 전해액에 함침시키는 단계; 및 상기 함침된 고분자 다공성 분리막을 60-100℃의 온도에서 20분 내지 3시간동안 젤화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 고분자 전해질의 제조 방법에 의해 달성될 수 있다.In addition, the above object, according to the present invention, by adding an organic solvent to the polymer compound at a temperature of room temperature to 60 ℃ to prepare a 5-30% by weight of the polymer solution; Mixing an additive with the polymer solution to form a binder solution; Passing the polyolefin-based separator through the binder solution to form a coated separator; Drying the coated separator at a temperature of room temperature to 60 ° C .; Preparing the polymer porous separator by removing the additive from the dried separator; Impregnating the polymer porous separator into a liquid electrolyte solution containing lithium salts; And gelling the impregnated polymer porous separator at a temperature of 60-100 ° C. for 20 minutes to 3 hours.
상기 첨가물은 실리카볼의 무기질인 것이 바람직하며, 상기 고분자 용액의 1 내지 15 중량%로 혼합될 수 있다.The additive is preferably an inorganic silica ball, it may be mixed in 1 to 15% by weight of the polymer solution.
그리고 상기 고분자 다공성 분리막은 0.1 내지 20㎛의 공극을 갖는 것이 바람직하다.And it is preferable that the polymer porous separator has a pore of 0.1 to 20㎛.
본 발명에 따른 리튬이온 고분자 전해질의 제조 방법은, 상온 내지 60℃의 온도에서 고분자 화합물에 유기 용매를 가하여 5-30중량%의 고분자 용액을 제조하는 단계; 상기 고분자 용액에 비용매를 혼합하고 폴리올리핀계 분리막을 통과시켜 코팅된 분리막을 형성하는 단계; 상기 코팅된 분리막을 상온 내지 60℃의 온도에서 건조시키는 단계; 및 상기 건조된 코팅 분리막에 있는 상기 비용매를 세척제로 제거하여 고분자 다공성 분리막을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Method for producing a lithium ion polymer electrolyte according to the present invention comprises the steps of preparing a polymer solution of 5-30% by weight by adding an organic solvent to the polymer compound at a temperature of room temperature to 60 ℃; In the polymer solution Mixing the non-solvent and passing the poly-olipine-based separator to form a coated separator; Drying the coated separator at a temperature of room temperature to 60 ° C .; And removing the non-solvent in the dried coating separator with a detergent to prepare a polymer porous separator.
상기 고분자 용액 제조단계는 상기 고분자 화합물에 무기물을 더 포함할 수 있다.The polymer solution manufacturing step may further include an inorganic material in the polymer compound.
상기 비용매는 에틸렌글리콜, 1,2-프로판디올, 사이클로헥산올, 1,4-디옥세인 (1,4-dioxane), 메틸알콜, 에틸렌글리콜디아세테이트, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 에틸렌글리콜모노벤질에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸레글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜페닐에테르, 및 라우닐알콜으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 둘이상의 혼합물이 바람직하다.The nonsolvent is ethylene glycol, 1,2-propanediol, cyclohexanol, 1,4-dioxane, methyl alcohol, ethylene glycol diacetate, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol monobenzyl ether One, two or more mixtures selected from the group consisting of ethylene glycol monobutyl ether, ethyl ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol phenyl ether, and lauryl alcohol are preferred.
상기 세척제는 에탄올, 메탄올, 디메틸에테르, 디에틸에테르, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 디메틸가보네이트, 디에틸가보네이트 및 헥산으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 둘이상의 혼합물이 바람직하다.The cleaning agent is preferably one or two or more mixtures selected from the group consisting of ethanol, methanol, dimethyl ether, diethyl ether, dimethoxyethane, diethoxyethane, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and hexane.
그리고 상기 고분자 다공성 분리막은 0.1 내지 20㎛의 공극을 가지며, 1 내지 10㎛의 크기의 공극을 갖는 것이 바람직하다.And the polymer porous separator has a pore of 0.1 to 20㎛, preferably having a pore size of 1 to 10㎛.
상기의 목적은 본 발명에 따라, 양극판과 음극판을 제조하는 단계; 상온 내지 60℃의 온도에서 고분자 화합물에 유기 용매를 가하여 1-20중량%의 고분자 용액을 제조하는 단계; 상기 고분자 용액에 폴리올레핀계 분리막을 통과시켜 고분자 다공성 분리막을 제조하는 단계; 상기 고분자 다공성 분리막, 상기 양극판, 상기 고분자 다공성 분리막, 및 상기 음극판을 순차적으로 적층하여 제1적층물을 형성하는 단계; 상기 제1적층물을 일정한 크기로 절단하여 적층방향에 따라 적층하여 제2적층물을 형성하거나 상기 제1적층물을 권취하여 권취물을 형성하는 단계; 상기 제2적층물이나 상기 권취물을 리튬염이 포함된 액체 전해질에 함침하는 단계; 및 상기 함침물을 봉인한 후 60~100℃에서 1-24시간 동안 젤화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 고분자 전지의 제조방법에 의해 달성 될 수 있다.In accordance with the present invention, the above object is to prepare a positive electrode plate and a negative electrode plate; Preparing a polymer solution of 1-20% by weight by adding an organic solvent to the polymer compound at a temperature of room temperature to 60 ° C; Preparing a polymer porous separator by passing a polyolefin-based separator through the polymer solution; Sequentially stacking the polymer porous separator, the positive electrode plate, the polymer porous separator, and the negative electrode plate to form a first laminate; Cutting the first stack to a predetermined size and stacking the stack according to a stacking direction to form a second stack or winding the first stack to form a wound; Impregnating the second stack or the wound material with a liquid electrolyte containing lithium salt; And after sealing the impregnation can be achieved by a method for producing a lithium ion polymer battery comprising the step of gelling for 1-24 hours at 60 ~ 100 ℃.
상기 고분자 용액 제조단계는 상기 고분자 화합물에 무기물을 더 포함할 수 있다.The polymer solution manufacturing step may further include an inorganic material in the polymer compound.
그리고 상기 양극판과 음극판을 제조하는 단계는 상온 내지 60℃의 온도에서 고분자 화합물에 유기 용매를 가하여 1-20중량%의 고분자 용액을 제조하는 단계; 상기 고분자 용액에 상기 양극판을 통과시켜 고분자 다공성 층이 형성된 양극판을 제조하는 단계; 및 상기 고분자 용액에 상기 음극판을 통과시켜 고분자 다공성 층이 형성된 음극판을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.And the step of preparing the positive electrode plate and the negative electrode plate is a step of preparing a polymer solution of 1-20% by weight by adding an organic solvent to the polymer compound at a temperature of room temperature to 60 ℃; Manufacturing a positive electrode plate having a polymer porous layer by passing the positive electrode plate through the polymer solution; And passing the negative electrode plate through the polymer solution to produce a negative electrode plate on which a polymer porous layer is formed.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 다른 본 발명으로, 양극판과 음극판을 제조하는 단계; 상온 내지 60℃의 온도에서 고분자 화합물에 유기 용매를 가하여 5-30중량%의 고분자 용액을 제조하는 단계; 상기 고분자 용액에 첨가물을 혼합하여 결합제 용액을 형성하는 단계; 상기 결합제 용액에 폴리올레핀계 분리막을 통과시켜 코팅된 분리막을 형성하는 단계; 상기 코팅된 분리막을 상온 내지 60℃의 온도에서 건조시키는 단계; 상기 건조된 분리막에서 상기 첨가물을 제거하여 고분자 다공성 분리막을 제조하는 단계; 상기 고분자 다공성 분리막, 상기 양극판, 상기 고분자 다공성 분리막, 및 상기 음극판을 순차적으로 적층하여 제1적층물을 형성하는 단계; 상기 제1적층물을 일정한 크기로 절단하여 적층방향에 따라 적층하는 제2적층물을 형성하거나 상기 제1적층물을 권취하여 권취물을 형성하는 단계; 상기 제2적층물이나 상기 권취물을 리튬염이 포함된 액체 전해질에 함침하는 단계; 및 상기 함침물을 봉인한 후 60~100℃에서 1-24시간 동안 젤화하는 단계를 포함할 수 있다.In another aspect of the present invention for achieving the object of the present invention, preparing a positive electrode plate and a negative electrode plate; Preparing a polymer solution of 5-30% by weight by adding an organic solvent to the polymer compound at a temperature of room temperature to 60 ° C; Mixing an additive with the polymer solution to form a binder solution; Passing the polyolefin-based separator through the binder solution to form a coated separator; Drying the coated separator at a temperature of room temperature to 60 ° C .; Preparing the polymer porous separator by removing the additive from the dried separator; Sequentially stacking the polymer porous separator, the positive electrode plate, the polymer porous separator, and the negative electrode plate to form a first laminate; Cutting the first stack to a predetermined size to form a second stack to be stacked according to a stacking direction, or winding the first stack to form a wound; Impregnating the second stack or the wound material with a liquid electrolyte containing lithium salt; And after sealing the impregnation may include the step of gelling for 1-24 hours at 60 ~ 100 ℃.
그리고, 상기 양극판과 음극판을 제조하는 단계는 상온 내지 60℃의 온도에서 고분자 화합물에 유기 용매를 가하여 1-20중량%의 고분자 용액을 제조하는 단계; 상기 고분자 용액에 상기 양극판을 통과시켜 고분자 다공성 층이 형성된 양극판을 제조하는 단계; 및 상기 고분자 용액에 상기 음극판을 통과시켜 고분자 다공성 층이 형성된 음극판을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.The preparing of the positive electrode plate and the negative electrode plate may include adding an organic solvent to the polymer compound at a temperature of room temperature to 60 ° C. to prepare a 1-20 wt% polymer solution; Manufacturing a positive electrode plate having a polymer porous layer by passing the positive electrode plate through the polymer solution; And passing the negative electrode plate through the polymer solution to produce a negative electrode plate on which a polymer porous layer is formed.
또한 상기 목적은 본 발명에 따라, 양극판과 음극판을 제조하는 단계; 상온 내지 60℃의 온도에서 고분자 화합물에 유기 용매를 가하여 5-30중량%의 고분자 용액을 제조하는 단계; 상기 고분자 용액에 비용매를 혼합하고 폴리올리핀계 분리막을 통과시켜 코팅된 분리막을 형성하는 단계; 상기 코팅된 분리막을 상온 내지 60℃의 온도에서 건조시키는 단계; 상기 건조된 코팅 분리막에 있는 상기 비용매를 세척제로 제거하여 고분자 다공성 분리막을 제조하는 단계: 상기 고분자 다공성 분리막, 상기 양극판, 상기 고분자 다공성 분리막, 및 상기 음극판을 순차적으로 적층하여 제1적층물을 형성하는 단계; 상기 제1적층물을 일정한 크기로 절단하여 적층방향에 따라 적층하여 제2적층물을 형성하거나 상기 제1적층물을 권취하여 권취물을 형성하는 단계; 상기 제2적층물이나 상기 권취물을 리튬염이 포함된 액체 전해질에 함침하는 단계; 및 상기 함침물을 봉인한 후 60~100℃에서 1-24시간 동안 젤화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 고분자 전지의 제조 방법에 의해 달성된다.In addition, the above object according to the present invention, manufacturing a positive electrode plate and a negative electrode plate; Preparing a polymer solution of 5-30% by weight by adding an organic solvent to the polymer compound at a temperature of room temperature to 60 ° C; In the polymer solution Mixing the non-solvent and passing the poly-olipine-based separator to form a coated separator; Drying the coated separator at a temperature of room temperature to 60 ° C .; Preparing a polymer porous separator by removing the non-solvent in the dried coating separator with a cleaning agent: sequentially stacking the polymer porous separator, the positive electrode plate, the polymer porous separator, and the negative electrode plate to form a first laminate Doing; Cutting the first stack to a predetermined size and stacking the stack according to a stacking direction to form a second stack or winding the first stack to form a wound; Impregnating the second stack or the wound material with a liquid electrolyte containing lithium salt; And after sealing the impregnation is achieved by a method for producing a lithium ion polymer battery comprising the step of gelling at 60 ~ 100 ℃ 1-24 hours.
상기 고분자 용액 제조단계는 상기 고분자 화합물에 무기물을 더 포함할 수 있다.The polymer solution manufacturing step may further include an inorganic material in the polymer compound.
상기 양극판과 음극판을 제조하는 단계는, 상온 내지 60℃의 온도에서 고분자 화합물에 유기 용매를 가하여 1-20중량%의 고분자 용액을 제조하는 단계; 상기 고분자 용액에 상기 양극판을 통과시켜 고분자 다공성 층이 형성된 양극판을 제조하는 단계; 및 상기 고분자 용액에 상기 음극판을 통과시켜 고분자 다공성 층이 형성된 음극판을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.The preparing of the positive electrode plate and the negative electrode plate may include: preparing a polymer solution of 1-20% by weight by adding an organic solvent to a polymer compound at a temperature of room temperature to 60 ° C .; Manufacturing a positive electrode plate having a polymer porous layer by passing the positive electrode plate through the polymer solution; And passing the negative electrode plate through the polymer solution to produce a negative electrode plate on which a polymer porous layer is formed.
상기 목적은 본 발명에 따라, 양극판과 음극판을 제조하는 단계; 상온 내지 60℃의 온도에서 고분자 화합물에 유기 용매를 가하여 1-20중량%의 고분자 용액을 제조하는 단계; 상기 고분자 용액에 상기 양극판을 통과시켜 고분자 다공성 층이 형성된 양극판을 제조하는 단계; 상기 고분자 용액에 상기 음극판을 통과시켜 고분자 다공성 층이 형성된 음극판을 제조하는 단계; 상기 고분자 다공성 층이 형성된 양극판, 폴리올리핀계 분리막, 및 상기 고분자 다공성 층이 형성된 음극판을 순차적으로 적층하여 제1적층물을 형성하는 단계;상기 제1적층물을 일정한 크기로 절단하여 적층방향에 따라 적층하여 제2적층물을 형성하거나 상기 제1적층물을 권취하여 권취물을 형성하는 단계; 상기 제2적층물이나 상기 권취물을 리튬염이 포함된 액체 전해질에 함침하는 단계; 및 상기 함침물을 봉인한 후 60~100℃에서 1-24시간 동안 젤화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 고분자 전지의 제조방법에 의해 달성된다.According to the present invention, the object is to prepare a positive electrode plate and a negative electrode plate; Preparing a polymer solution of 1-20% by weight by adding an organic solvent to the polymer compound at a temperature of room temperature to 60 ° C; Manufacturing a positive electrode plate having a polymer porous layer by passing the positive electrode plate through the polymer solution; Manufacturing a negative electrode plate on which a polymer porous layer is formed by passing the negative electrode plate through the polymer solution; Sequentially stacking the positive electrode plate having the polymer porous layer, the polyolefin-based separator, and the negative electrode plate having the polymer porous layer formed thereon, to form a first laminate; cutting the first laminate to a predetermined size according to a stacking direction. Stacking to form a second laminate or winding the first laminate to form a wound; Impregnating the second stack or the wound material with a liquid electrolyte containing lithium salt; And after sealing the impregnation is achieved by a method for producing a lithium ion polymer battery comprising the step of gelling for 1-24 hours at 60 ~ 100 ℃.
도 1(a)는 본 발명에 따른 고분자 다공성 분리막의 단면도를 나타낸 것으로, 젤형성의 고분자층(10)은 약 0.1 내지 20㎛ 의 크기의 공극(11)과 젤형성 고분자 매트릭스(12)을 가진다. 다공성 폴리올레핀 분리막(20) 또한 공극(21)과 매트릭스(22)을 가진다. 여기서 젤형성 고분자 매트릭스(12)는 젤화가 가능하지만, 폴리올레핀 다공성 분리막의 매트릭스(22)는 젤화되지 않는다. 젤형성 고분자의 공극(11)이 너무 작으면 액상을 통한 이온전도도의 효과가 줄어들게 되며 공극이 너무 크면 전극과의 접착성이 떨어지게 된다.Figure 1 (a) is a cross-sectional view of the polymer porous membrane according to the present invention, the gel-forming polymer layer 10 has a pore 11 and a gel-forming polymer matrix 12 of about 0.1 to 20㎛ size . Porous polyolefin separator 20 also has pores 21 and matrix 22. Here, the gel-forming polymer matrix 12 may be gelled, but the matrix 22 of the polyolefin porous separator is not gelled. If the pore 11 of the gel-forming polymer is too small, the effect of ionic conductivity through the liquid phase is reduced, and if the pore is too large, the adhesion to the electrode is inferior.
이상의 리튬이온 고분자 전해질의 제조공정을 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the manufacturing process of the lithium ion polymer electrolyte will be described in more detail.
1. 다공성 분리막 제조1. Porous Membrane Manufacturing
(1) 저농도용액에 의한 방법(1) Method by low concentration solution
고분자 또는 고분자와 무기물을 유기 용매에 넣어 적절한 온도에서 1 - 20중량%의 고분자 용액으로 제조한 후에 다공성 폴리 올레핀계 분리막을 이 용액에 통과시킨다. 고분자 용액을 포함한 다공성 폴리올레핀 분리막이 건조대를 통과하면서 용매를 잃고 1 - 20㎛ 두께의 고분자로 코팅되게 된다.The polymer or the polymer and the inorganic material are put into an organic solvent to prepare a 1-20 wt% polymer solution at an appropriate temperature, and then the porous polyolefin separator is passed through the solution. The porous polyolefin separator including the polymer solution loses the solvent as it passes through the drying stand and is coated with a polymer having a thickness of 1 to 20 μm.
상기의 고분자 성분은 비닐덴플로라이드와 헥사플로로프로필렌 (hexafluopropylene)의 공중합체이외에 폴리비닐리덴플로라이드(polyvinylidene fluoride), 폴리비닐클로라이드(polyvinycloride), 폴리메틸메타아크릴레이트 (polymethylmetacrylate), 폴리메타아크릴레이트(polymethacrylate), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide)로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘이상이 혼합된 고분자 블렌드가 바람직하다.The polymer component is polyvinylidene fluoride, polyvinycloride, polymethylmethacrylate, polymethacryl, in addition to the copolymer of vinyl denfluoride and hexafluopropylene. A polymer blend in which one or two or more selected from the group consisting of polymethacrylate, polyvinylalcohol, and polyethylene oxide is mixed is preferable.
상기의 유기 용매로는 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 아세톤 (aceton), 아세토나이트릴(acetronitrile), N-메틸피로리돈(N-methylpyrrolidone),시크로헥산온(cyclohexanone), 클로로포름(chloroform)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘이상의 혼합물이 바람직하다.The organic solvent is composed of tetrahydrofuran, acetone, acetonitrile, N-methylpyrrolidone, cyclohexanone, and chloroform. One or more mixtures selected from the group are preferred.
폴리올레핀계 분리막은 PE 단층, PP단층 또는 PE와 PP의 다층으로 구성된 것으로서 권취 가능한 기계적 강도를 갖는 것이면 된다.The polyolefin separator is composed of a PE single layer, a PP single layer, or a multilayer of PE and PP, and may be one having a mechanical strength that can be wound.
상기의 무기물로는 SiO2, TiO2, ZrO2, Al2O3, BaTiO3, Bi2O3, Fe2O3, CaSiO3, PbTiO3등이 사용될 수 있다.As the inorganic material, SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , BaTiO 3 , Bi 2 O 3 , Fe 2 O 3 , CaSiO 3 , PbTiO 3, and the like may be used.
(2) 첨가물을 이용하는 방법(2) using additives
고분자를 유기 용매에 넣어 적절한 온도에서 5 - 30중량%의 고분자 용액으로 제조한 후 여기에 첨가물을 고분자 용액에 대하여 1 - 15중량%를 넣어 혼합하고 이 혼합용액을 다공성 폴리 올레핀계 분리막에 코팅한다. 코팅된 혼합용액에서 유기용매를 증발시키고 세척제로 첨가물을 제거하여 1 - 20㎛ 두께의 고분자 다공성 분리막을 얻는다.The polymer is placed in an organic solvent to prepare a 5-30% by weight polymer solution at an appropriate temperature. Then, the additive is mixed with 1-15% by weight of the polymer solution, and the mixed solution is coated on the porous polyolefin separator. . The organic solvent is evaporated from the coated mixed solution and the additive is removed with a cleaning agent to obtain a polymer porous membrane having a thickness of 1 to 20 μm.
상기 첨가물은 실리카볼등의 무기물이 사용될 수 있으며, 첨가물의 직경은 0.1내지 20㎛이며, 바람직하게는 1 내지 10㎛이다.The additive may be an inorganic material such as silica balls, the diameter of the additive is 0.1 to 20㎛, preferably 1 to 10㎛.
(3) 상분리에 의한 방법(3) Method by phase separation
고분자 또는 고분자와 무기물을 유기 용매에 넣어 적절한 온도에서 5 - 30중량%의 고분자 용액으로 제조한 후에 비용매를 혼합하고 이 혼합용액을 폴리 올레핀계 분리막에 코팅한다. 코팅된 혼합용액에서 유기용매를 증발시키고 세척제로 비용매를 제거하여 1 - 20㎛ 두께의 고분자로 코팅된 고분자 다공성 분리막을 얻는다.The polymer or the polymer and the inorganic material are put into an organic solvent to prepare a 5-30% by weight of the polymer solution at an appropriate temperature, and then the non-solvent is mixed and the mixed solution is coated on the polyolefin separator. The organic solvent is evaporated from the coated mixed solution and the nonsolvent is removed with a cleaning agent to obtain a polymer porous separator coated with a polymer having a thickness of 1 to 20 μm.
상기 비용매는 에틸렌글리콜, 1,2-프로판디올, 사이클로헥산올, 1,4-디옥세인(1,4-dioxane), 메틸알콜, 에틸렌글리콜디아세테이트, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 에틸렌글리콜모노벤질에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸레글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜페닐에테르, 및 라우닐알콜으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 둘이상의 혼합물을 사용할 수 있다.The non-solvent is ethylene glycol, 1,2-propanediol, cyclohexanol, 1,4-dioxane, methyl alcohol, ethylene glycol diacetate, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol monobenzyl ether One, two or more mixtures selected from the group consisting of ethylene glycol monobutyl ether, ethyl glycol glycol monomethyl ether, ethylene glycol phenyl ether, and lauryl alcohol can be used.
상기 세척제로는 에탄올, 메탄올, 디메틸에테르, 디에틸에테르, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 디메틸가보네이트, 디에틸가보네이트 및 헥산으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 둘이상의 혼합물을 사용할 수 있다.As the cleaning agent, one or more mixtures selected from the group consisting of ethanol, methanol, dimethyl ether, diethyl ether, dimethoxyethane, diethoxyethane, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and hexane may be used.
2. 고분자 전해질의 제조2. Preparation of Polymer Electrolyte
상기와 같이 제조된 다공성 고분자막을 리튬염이 포함된 액체 전해질에 함침시킨 후 60-100℃의 온도에서 10분 내지 3시간 젤화시킴으로서 본 발명의 리튬이온 고분자 전해질을 얻을 수 있다.The lithium ion polymer electrolyte of the present invention can be obtained by impregnating the porous polymer membrane prepared as described above into a liquid electrolyte containing lithium salt and then gelling it at a temperature of 60-100 ° C. for 10 minutes to 3 hours.
이때 주입되는 상기 전해질 용매로는 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 디메틸카보네이트 (dimethylcarbonate), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate), 에틸메틸카보네이 트(ethylmethylcarbonate), 감마-부티로락톤(gamma-butyrolactone), 디메틸술폭시드(dimethylsulfoxide), 테드라하이드로푸란(tetrahydrofuran), 그리고 이것들의혼합물을 사용할 수 있다. 리튬염으로는 LiPF6, LiAsF6, LiClO4, LiN(CF3SO2)2, LiBF4, LiCF3SO3, LiSbF6로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, 리튬염의 농도는 0.5 M 내지 2 M이 바람직하다.The electrolyte solvent is ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, ethyl methyl carbonate, gamma-butyrolactone gamma-butyrolactone, dimethylsulfoxide, tetrahydrofuran, and mixtures thereof can be used. As the lithium salt, one or more mixtures selected from the group consisting of LiPF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , and LiSbF 6 may be used. 0.5 M-2 M are preferable.
이상의 리튬이온 고분자 전해질을 포함하는 전지의 제조공정을 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the manufacturing process of the battery including the lithium ion polymer electrolyte will be described in more detail.
제 1공정 : 양극판과 음극판 제조First step: manufacturing positive and negative plates
양극판은 양극활물질 92중량%에 아세틸렌블랙 5중량%와 PvdF 3중량%의 혼합물을 N-methylpyrrolidone에 20 내지 60oC 온도로 녹여서 제조한다.The positive electrode plate is prepared by dissolving a mixture of 5% by weight of acetylene black and 3% by weight of PvdF in 92% by weight of the positive electrode active material at 20 to 60 ° C. in N-methylpyrrolidone.
양극활물질은 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2, V2O5으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 하나 이상으로 구성될 수 있다. 도전제로는 아세틸렌블랙 이외에 흑연을 사용하여도 적절한 효과를 나타낸다.The positive electrode active material may be composed of one or more selected from the group consisting of LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiNi 1-x Co x O 2 , V 2 O 5 . As the conductive agent, graphite can be used in addition to acetylene black to exhibit an appropriate effect.
음극판은 음극활물질 90중량%에 아세틸렌블랙 2중량%와 PvdF 8중량%를 N-methylpyrrolidone에 20 내지 60oC 온도로 녹여서 제조한다.The negative electrode plate is prepared by dissolving 2% by weight of acetylene black and 8% by weight of PvdF in N-methylpyrrolidone at a temperature of 20 to 60 ° C. in 90% by weight of the negative electrode active material.
음극활물질은 흑연, 코크스, 하드카본 및 주석산화물 중에서 선택되는 하나이상으로 구성된다. 도전제로는 아세틸렌블랙 이외에 흑연을 사용하여도 적절한 효과를 나타낸다.The negative electrode active material is composed of one or more selected from graphite, coke, hard carbon and tin oxide. As the conductive agent, graphite can be used in addition to acetylene black to exhibit an appropriate effect.
본원 발명에서는 양극판과 음극판 자체로 사용될 수도 있고 이들 전극판 상에 1-20 ㎛두께와 0.1-20 ㎛공극을 갖는 다공성 고분자층이 형성되어 사용될 수도 있다. 이때, 다공성 고분자층의 형성은 상기에서 설명한 다공성 분리막 제조 방법에서 저농도 용액에 의한 방법을 이용한다.In the present invention, it may be used as the positive electrode plate and the negative electrode plate itself, or a porous polymer layer having a 1-20 μm thickness and 0.1-20 μm pores may be formed on these electrode plates. In this case, the porous polymer layer is formed by using a low concentration solution in the above-described method for preparing a porous membrane.
제 2공정 : 다공성 분리막의 제조Second Step: Preparation of Porous Membrane
상기에서 설명된 다공성 분리막의 제조방법과 동일하다.It is the same as the manufacturing method of the porous separator described above.
제 3공정 : 리튬이온 고분자 전지의 제조Third Step: Fabrication of Lithium-ion Polymer Battery
도 1(b)는 음극판이 도포되는 포일(31), 음극판(35), 고분자 다공성 분리막(100), 양극판(45) 및 양극판이 도포되는 포일(41)의 적층된 단면도를 나타낸 것이다.FIG. 1 (b) shows a laminated cross-sectional view of the foil 31 to which the negative electrode plate is applied, the negative electrode plate 35, the polymer porous separator 100, the positive electrode plate 45, and the foil 41 to which the positive electrode plate is applied.
도 1(c)는 음극판이 도포되는 포일(31), 고분자 다공성 층(32)이 형성된 음극판(38), 고분자 다공성 분리막(100), 고분자 다공성 층이 형성된 양극판(48), 양극판이 도포되는 포일(41)의 적층된 단면도를 나타낸다.1 (c) shows a foil 31 coated with a negative electrode plate, a negative electrode plate 38 having a polymer porous layer 32 formed thereon, a polymer porous separator 100, a positive electrode plate 48 having a polymer porous layer formed thereon, and a foil coated with a positive electrode plate The laminated cross section of 41 is shown.
도 2은 본 발명에 따른 리튬이온 고분자 전지의 제조과정을 개략적으로 나타내는 공정도이다.2 is a process diagram schematically showing a manufacturing process of a lithium ion polymer battery according to the present invention.
고분자 다공성 분리막, 양극판, 고분자 다공성 분리막, 음극판을 순차적으로 적층한다. 여기서 양극판과 음극판은 고분자 다공성 층이 더 형성될 수 있으며, 또한, 양극판과 음극판 상에 고분자 다공성 층이 형성될 경우에는 고부자 다공성 분리막 대신에 PE분리막을 사용할 수도 있다. 이러한 적층물을 4-6회 정도 감은권취물은 알루미늄 포일에 집어넣고 상기에서 제작된 전해액에 24시간 함침시킨다. 다음으로 함침된 권취물을 밀봉하고 밀봉된 전지형성물을 오븐에 넣은 다음 60-100oC에서 1-48시간 젤화과정을 거쳐 리튬이온 고분자 전지를 제조한다.The polymer porous separator, the positive electrode plate, the polymer porous separator, and the negative electrode plate are sequentially stacked. Here, the positive electrode plate and the negative electrode plate may be further formed of a polymer porous layer, and when the polymer porous layer is formed on the positive electrode plate and the negative electrode plate, a PE separator may be used instead of the high rich porous membrane. Windings of this laminate about 4-6 times are put in aluminum foil and impregnated with the electrolyte prepared above for 24 hours. Next, the impregnated wound is sealed, the sealed battery is placed in an oven, and then a lithium ion polymer battery is manufactured by gelling at 60-100 ° C. for 1-48 hours.
권취물에 전해액이 함침되면 전해액은 다공성 고분자 분리막과 전극판에 유입된다. 다공성 고분자 분리막에서는 젤형성 고분자와 폴리올레핀 분리막의 공극으로 흡수되며 전극판에는 전극판상에 다공성 고분자 층이 코팅되었을 경우에는 다공성 젤 형성 고분자 층의 공극으로 흡수된다. 젤화 과정에서는 전해질과 전극층의 젤형성 고분자가 전해액과 함께 젤화 되어진다. 젤화 과정을 거치지 않으면 폴리 올레핀 또는 젤형성 고분자에 존재하는 공극내의 전해액이 외부로 누출될 수가 있으나 젤화과정 후에는 젤형성 고분자가 전극과 점착되므로 공극내의 전해액은 공극내에 밀폐된 상태로 전극 사이에서 이온 전도의 역할을 수행한다. 젤화과정에서 젤화시간은 500-600mAh급 전지에 대한 것으로 1시간 이하로 할 경우에는 완전한 젤화가 이루어지지 않아 점착성이 부족하고 액상과 고분자상이 분리되어 존재하게 된다. 젤화 시간이 너무 길면 에너지의 소비가 많게 되어 전지 시스템에 따라 적절하게 시간을 조절할 필요가 있다. 따라서 본 발명에서 바람직한 젤화시간은 5내지 12시간이었다.When the wound is impregnated with the electrolyte, the electrolyte flows into the porous polymer membrane and the electrode plate. In the porous polymer membrane, the gel is absorbed into the pores of the gel-forming polymer and the polyolefin separator. When the porous polymer layer is coated on the electrode plate, the electrode plate is absorbed into the pores of the porous gel-forming polymer layer. In the gelation process, the gel-forming polymer of the electrolyte and the electrode layer is gelled together with the electrolyte solution. If the gelation process is not carried out, the electrolyte in the pores present in the polyolefin or the gel-forming polymer may leak to the outside, but after the gelation process, the gel-forming polymer adheres to the electrode. Play the role of evangelism. The gelation time in the gelation process It is about 500-600mAh class battery. If it is less than 1 hour, complete gelation is not performed, resulting in insufficient adhesiveness and separation of liquid phase and polymer phase. If the gelation time is too long, energy consumption is high, and the time needs to be properly adjusted according to the battery system. Therefore, the preferred gelation time in the present invention was 5 to 12 hours.
본 발명은 아래의 실시예에 의해 구체적으로 설명되지만, 이러한 실시예는 본 발명의 예시에 불과할 뿐 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Although the present invention is described in detail by the following examples, these examples are merely illustrative of the present invention and the invention is not limited thereto.
실시예 1Example 1
전해액(1M LiPF6in EC/DEC) 10g과 폴리비닐리덴플루오라이드와 헥사플로로프로필렌 공중합체(PvdF-HFP) 1g을 12시간 혼합한 후에 이 혼합용액 100 mg을 6 ×6 cm2의 알루미늄 파우치 봉지에 넣고 밀봉하였다. 밀봉 샘플 한 개는 80oC 오븐에, 한 개는 실온에서 10시간 보관한 후에 내부를 확인하였다. 80oC에서 보관된 용액은 젤화 되어 필름이 형성되어 있음을 보여 주었고 실온에서 보관된 용액은 용액상태를 유지하고 있었다.After mixing 10 g of electrolyte solution (1M LiPF 6 in EC / DEC), 1 g of polyvinylidene fluoride, and hexafluoropropylene copolymer (PvdF-HFP) for 12 hours, 100 mg of this mixed solution was placed in a 6 x 6 cm 2 aluminum pouch. Placed in a bag and sealed. One sealed sample was stored in an 80 ° C. oven and one was stored inside at room temperature for 10 hours to check inside. The solution stored at 80 o C showed gelation to form a film, and the solution stored at room temperature remained in solution.
젤화되어 존재하는 고분자 성분을 확인하기 위하여 상기와 동일한 방법으로 행하되 다공성 PE필름을 혼합용액에 1분동안 담그어 젤화시킨 것을 건조하여 촬영한 SEM 사진은 도 3과 같다. PE필름 위에 큰 공극을 가진 필름이 형성되어 있음을 볼 수 있다.SEM image was taken by drying in the same manner as described above to determine the polymer component present in the gelation, but dried by gelling the porous PE film in a mixed solution for 1 minute as shown in FIG. It can be seen that a film with large pores is formed on the PE film.
실시예 2Example 2
유기용매인 테트라하이드로퓨란 100g에 고분자 성분인 폴리비닐리덴플로라이드와 헥사플로로프로필렌 공중합체(PvdF-HFP) 3.5g을 실온에서 12시간 혼합하였다. 혼합한 용액에 9 ㎛의 다공성 PE 분리막을 통과 시켰다. 통과된 분리막을 상온에서부터 60oC 사이에서 건조시켰으며, 이렇게 제조된 분리막의 두께는 20㎛였다. 도 4(a)는 고분자 다공성 분리막에 대한 SEM 사진으로 고분자가 10㎛ 크기 정도의 공극으로 덮여 있는 것을 볼 수 있다. 고분자 다공성 분리막을 2 ×2cm2의 면적으로자른 후에 액체를 함침하고 80oC에서 5시간 젤화시켰다. 이 때 측정한 이온전도도는 1.2 ×0-3S/cm이었다.Polyvinylidene fluoride as a polymer component and 3.5 g of hexafluoropropylene copolymer (PvdF-HFP) were mixed with 100 g of tetrahydrofuran as an organic solvent at room temperature for 12 hours. The mixed solution was passed through a porous PE membrane of 9 ㎛. Pass the separator from room temperature 60oC It was dried between, the thickness of the separator thus prepared was 20㎛. Figure 4 (a) is a SEM photograph of the polymer porous separator can be seen that the polymer is covered with pores of about 10㎛ size. Polymer porous membrane 2 × 2 cm2After cutting to the area of impregnated liquid and 80oGelled at C for 5 hours. The ion conductivity measured at this time is 1.2 × 0-3S / cm.
실시예 3Example 3
실시예 2와 동일한 방법으로 하되 고분자의 양을 2g, 5g으로 2중량, 5중량%인 것만 다르게 하여 혼합한 용액에 9 ㎛의 다공성 PE 분리막을 통과 시켰다. 통과된 분리막을 상온에서부터 60oC 사이에서 건조시켰으며, 이렇게 제조된 분리막의 총 두께는 12㎛, 25㎛였다. 고분자 양이 2중량%인 것은 고분자 층이 부분적으로 산재해 있음을 도 5(a)에서 볼 수가 있으며 고분자 양이 5중량%인 것은 3.5중량%인 실시예 2에 비해서 공극은 약간 작아지고 복층이 형성되어진 것을 도 5(b)에서 볼 수 있다. 고분자 다공성 분리막을 2×2cm2의 면적으로 자른 후에 액체를 함침하고 80oC에서 5시간 젤화시켰다. 이 때 측정한 이온전도도는 고분자이 양이 2중량%, 5중량%에 대해서 각각 1.23×10-3, 1.17×10-3S/cm이었다.In the same manner as in Example 2, but the amount of the polymer 2g, 5g Only 2 wt% and 5 wt% of the mixed solution was passed through a 9 μm porous PE separator. Pass the separator from room temperature 60oC It was dried between, the total thickness of the membrane thus prepared was 12㎛, 25㎛. It can be seen in FIG. 5 (a) that the polymer amount is 2% by weight and the polymer layer is partially scattered. The polymer amount is 5% by weight. It can be seen in Figure 5 (b) formed. Polymer porous membrane 2 × 2cm2After cutting to the area of impregnated liquid and 80oGelled at C for 5 hours. The ionic conductivity measured at this time is 1.23 × 10 for 2 wt% and 5 wt% of the polymer, respectively.-3, 1.17 × 10-3S / cm.
실시예 5Example 5
유기용매인 테트라하이드로퓨란 100g에 폴리비닐리덴플로라이드와 헥사플로로프로필렌 공중합체(PvdF-HFP) 3.5g과 7 nm입자크기의 미세실리카(fumed silica) 0.35g을 넣고 실온에서 12시간 혼합하였다. 혼합한 용액에 9㎛의 다공성 PE 분리막을 통과 시켰다. 통과된 분리막을 상온에서부터 60oC 온도사이에서 건조시켰다. 이렇게 제조된 분리막의 총 두께는 20㎛였다. 도 6에서 볼 수 있는 것과 같이 고분자가 5-10㎛ 크기 정도의 공극으로 덮여있고 미세실리카가 공극내에 분포되어 있는 것을 볼 수 있다. 분자 다공성 분리막을 2×2cm2의 면적으로 자른 후에 액체를 함침하고 80oC에서 5시간 젤화시켰다. 이 때 측정한 이온전도도는 1.25×10-3S/cm이었다.To 100 g of an organic solvent, tetrahydrofuran, 3.5 g of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene copolymer (PvdF-HFP) and 0.35 g of fine silica of 7 nm particle size were added and mixed at room temperature for 12 hours. The mixed solution was passed through a porous PE membrane of 9㎛. Pass the separator from room temperature 60oDry between C temperatures. The total thickness of the separator thus prepared was 20 μm. As can be seen in Figure 6 the polymer is 5-10㎛ It can be seen that it is covered with pores of size and microsilica is distributed in the pores. 2 × 2cm molecular porous membrane2After cutting to the area of impregnated liquid and 80oGelled at C for 5 hours. The ion conductivity measured at this time is 1.25 × 10-3S / cm.
실시예 6Example 6
실시예 2와 동일하되 전해액만을 함침하고 젤화공정을 거치지 않은 고분자다공성 분리막에 대한 이온전도도는 1.12 ×10-3S/cm으로서 실시예 2와 거의 동일한 값을 보였다. 거의 동일한 이온전도도를 갖는 이유는 고분자 다공성 분리막에 대한 도 4(a)의 SEM사진에서 볼 수 있듯이 큰 공극을 형성하고 있어서 공극안으로 전해액이 함침되어 이온전도의 주 경로로 되기 때문이다.The ion conductivity of the polymer porous membrane, which was the same as that of Example 2 but was impregnated with the electrolyte and not subjected to the gelation process, was 1.12 × 10 −3 S / cm, which was almost the same as that of Example 2. The reason for having almost the same ionic conductivity is that as shown in the SEM photograph of FIG. 4 (a) of the polymer porous separator, the large pores are formed, so that the electrolyte solution is impregnated into the pores to become the main path of ion conduction.
실시예 7Example 7
실시예2와 전과정이 동일하되 고분자 용액을 50oC에서 12시간 혼합하여 제조한 고분자 다공성 분리막에 대하여 측정한 이온 전도도는 1.1 ×10-3S/cm이었으며 SEM 사진은 도 7와 같다.The same procedure as in Example 2, but the ion conductivity measured for the polymer porous separator prepared by mixing the polymer solution at 50 o C for 12 hours was 1.1 × 10 -3 S / cm and the SEM picture is shown in FIG.
실시예 8Example 8
유기용매인 테트라하이드로퓨란 100g에 고분자 성분인 폴리비닐리덴플로라이드와 헥사플로로프로필렌 공중합체(PvdF-HFP) 20g과 평균직경이 1㎛인 실리카볼 10g을 50oC에서 12시간 혼합하였다. 혼합한 용액을 9㎛의 다공성 PE 분리막에 코팅하였다. 코팅된 분리막을 상온에서부터 60oC온도사이에서 건조시킨 후에 소정농도의 불산용액에서 10시간 실리카 볼을 제거한다. 실리카 볼을 제거한 분리막을 초순수에서 세척하여 50oC에서 24시간 건조하였다. 고분자 다공성 분리막을 2×2cm2의 면적으로 자른 후에 액체를 함침하고 80oC에서 5시간 젤화시켰다. 이 때 측정한 이온전도도는 1.15 ×10-3S/cm이었다.Polyvinylidene fluoride, a hexafluoropropylene copolymer (PvdF-HFP), 20 g of polyvinylidene fluoride (PvdF-HFP), and 10 g of silica ball, each having a mean diameter of 1 μm, were mixed with 100 g of tetrahydrofuran as an organic solvent at 50 ° C. for 12 hours. The mixed solution was coated on a 9 μm porous PE membrane. After the coated separator is dried between room temperature and 60 ° C temperature, silica balls are removed for 10 hours in a hydrofluoric acid solution at a predetermined concentration. The separator from which the silica balls were removed was washed in ultrapure water and dried at 50 ° C. for 24 hours. After cutting the polymer porous membrane into an area of 2 × 2 cm 2, the liquid was impregnated and gelled at 80 ° C. for 5 hours. The ion conductivity measured at this time was 1.15 × 10 −3 S / cm.
실시예 9Example 9
상분리를 이용하여 다공성 분리막을 제조하기 위하여 테트라 하이드로퓨란 100 g에 PvdF 10g, 에틸렌 글리콜 20g을 50oC에서 12시간 혼합하였다. 닥터블레이드를 이용하여 9 ㎛의 다공성 PE 분리막에 이 혼합용액을 코팅하였다. 코팅된 분리막을 상온에서부터 60oC사이에서 건조시킨 후에 에탄올로 세척하여 비 용매인 에틸렌글리콜을 제거하고 60oC에서 12시간 재건조시켜 다공성으로 제조하였다. 도 8은 고분자 다공성 분리막의 표면을 주사 전자현미경으로 관찰한 것으로서 고분자 층이 5 - 10㎛의 큰 공극으로 형성되어 있음을 볼 수 있다. 고분자 다공성 분리막을 2×2cm2의 면적으로 자른 후에 액체를 함침하고 80oC에서 5시간 젤화시켰다. 이 때 측정한 이온전도도는 1.25 ×10-3S/cm이었다.To prepare a porous separator using phase separation, 10 g of PvdF and 20 g of ethylene glycol were mixed at 50 ° C. for 12 hours to 100 g of tetrahydrofuran. This mixed solution was coated on a 9 μm porous PE separator using a doctor blade. The coated separator was dried at room temperature from 60 o C, washed with ethanol to remove ethylene glycol as a non-solvent, and re-dried at 60 o C for 12 hours to prepare a porous material. FIG. 8 shows the surface of the polymer porous separator with a scanning electron microscope, and it can be seen that the polymer layer is formed with large pores of 5-10 μm. After cutting the polymer porous membrane into an area of 2 × 2 cm 2, the liquid was impregnated and gelled at 80 ° C. for 5 hours. The ion conductivity measured at this time was 1.25 × 10 −3 S / cm.
실시예 10Example 10
유기용매인 테트라하이드로퓨란 100g에 고분자 성분인 폴리비닐리덴플로라이드와 헥사플로로프로필렌 공중합체(PvdF-HFP) 3.5g을 실온에서 12시간 혼합하였다. 혼합한 용액에 9 ㎛의 다공성 PE 분리막을 통과 시켰다. 통과된 분리막을 상온에서부터 60oC 온도사이에서 건조시켰다. 이렇게 형성된 고분자 다공성 분리막은 고분자 다공성 분리막, 양극판, 고분자 다공성 분리막, 음극판 순으로 적층하여 권취하였다. 권취물은 알루미늄 포일에 집어넣고 전해액(1M LiPF6in EC/DEC )에 24시간 함침시켰다. 다음으로 함침된 권취물을 밀봉하고 밀봉된 전지 형성물을 오븐에 넣은 다음 80oC에서 5시간 젤화 과정을 거쳐 리튬이온 고분자 전지를 제조하였다. 도 9은 실시예 10에 의해 제조된 전지에 대한 고율방전특성을 나타낸 것으로 고율방전특성은 0.5C로 정전류/정전압으로 충전하고 각 방전 속도에 대한 방전용량을 측정하고 0.2C 방전용량에 대한 비로서 나타내었다. 3C로 방전할 경우에 0.2C 방전의 95%의 용량을 갖는 것을 알 수 있다. 고율방전특성이 우수한 것은 전해질의 이온전도도가 좋고 젤화 고분자의 전극에 접착성이 좋아 내부저항이 작아지기 때문이다.Polyvinylidene fluoride as a polymer component and 3.5 g of hexafluoropropylene copolymer (PvdF-HFP) were mixed with 100 g of tetrahydrofuran as an organic solvent at room temperature for 12 hours. The mixed solution was passed through a porous PE membrane of 9 ㎛. Passed separator was dried from room temperature to 60 ° C. The polymer porous separator thus formed was laminated and wound in the order of the polymer porous separator, the positive electrode plate, the polymer porous separator, and the negative electrode plate. The wound was placed in aluminum foil and impregnated with electrolyte (1M LiPF 6 in EC / DEC) for 24 hours. Next, the impregnated wound was sealed, and the sealed cell formation was placed in an oven, and then a lithium ion polymer battery was manufactured by gelling at 80 ° C. for 5 hours. 9 shows high-rate discharge characteristics of the battery prepared in Example 10, wherein the high-rate discharge characteristics are charged at a constant current / constant voltage at 0.5C, the discharge capacity for each discharge rate is measured, and as a ratio to the 0.2C discharge capacity. Indicated. It can be seen that when the discharge at 3C has a capacity of 95% of the 0.2C discharge. The high rate discharge characteristics are excellent because the ion conductivity of the electrolyte is good and the adhesion to the electrode of the gelling polymer is good, thereby reducing the internal resistance.
실시예 11Example 11
실시예 10와 동일한 방법으로 하되 용액중 고분자 성분의 양을 2g, 5g인 것만 다르게 하여 제조된 리튬이온 고분자 전지를 제조하였다. 셀에 대한 사이클 특성과 방전용량특성은 도 10(a), 도 10(b)와 같다. 25oC의 테스트 온도에서 사이클특성은 1C로 용량특성은 0.2C로 방전용량을 측정하였다. 방전용량특성에서 방전용량은 양극 활물질당 용량으로 표현하였고 사이클 특성에서의 방전용량은 첫사이클에서의 방전용량에 대한 비율로 나타내었다. 고분자 성분이 많이 포함될수록 사이클 특성은 향상되어지지만 방전용량은 약간씩 작아짐을 볼 수 있다.A lithium ion polymer battery was prepared in the same manner as in Example 10 except that only 2 g and 5 g of the polymer component in the solution was changed. Cycle characteristics and discharge capacity characteristics of the cell are shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b). 25oAt the test temperature of C, the discharge capacity was measured with a cycle characteristic of 1C and a capacity characteristic of 0.2C. In the discharge capacity characteristics, the discharge capacity is expressed as the capacity per positive electrode active material, and the discharge capacity in the cycle characteristic is expressed as a ratio with respect to the discharge capacity in the first cycle. The more the polymer component is included, the cycle characteristics are improved, but the discharge capacity is slightly smaller.
실시예 12Example 12
유기용매인 테트라하이드로퓨란 100g에 고분자 성분인 폴리비닐리덴플로라이드와 헥사플로로프로필렌 공중합체(PvdF-HFP) 3.5g을 50oC에서 12시간 혼합하였다. 혼합한 용액에 9 ㎛의 다공성 PE 분리막을 통과시켰다. 통과된 분리막을 상온에서부터 60oC 온도사이에서 건조시켰다. 이렇게 형성된 고분자다공성 분리막을 고분자다공성 분리막, 양극판, 고분자다공성 분리막, 음극판을 순차적으로 적층하여 권취한 권취물을 알루미늄 포일에 집어넣고 전해액(1M LiPF6in EC/DEC )에 24시간 함침시켰다. 다음으로 함침된 권취물을 밀봉하고 밀봉된 전지 형성물을 오븐에 넣은 다음 80oC에서 5시간 젤화 과정을 거쳐 리튬이온 고분자 전지를 제조하였다. 이때 제조된 셀에 대한 방전용량특성은 도 11과 같다. 25oC의 테스트 온도에서 0.2C로 방전용량을 측정하였으며, 방전용량은 양극 활물질당 용량으로 표현하였다. 방전용량이 실시예 10에서 제조된 리튬이온 고분자 전지와 거의 동일하다.Polyvinylidene fluoride as a polymer component and 3.5 g of hexafluoropropylene copolymer (PvdF-HFP) were mixed with 100 g of tetrahydrofuran as an organic solvent at 50 ° C. for 12 hours. A 9 μm porous PE separator was passed through the mixed solution. Passed separator was dried from room temperature to 60 ° C. The polymer porous separator thus formed was laminated with a polymer porous separator, a positive electrode plate, a polymer porous separator, and a negative electrode in sequence, and the wound wound was placed in an aluminum foil and impregnated with an electrolyte solution (1M LiPF 6 in EC / DEC) for 24 hours. Next, the impregnated wound was sealed, and the sealed cell formation was placed in an oven, and then a lithium ion polymer battery was manufactured by gelling at 80 ° C. for 5 hours. At this time, the discharge capacity characteristics of the manufactured cell are shown in FIG. 11. The discharge capacity was measured at 0.2 C at a test temperature of 25 ° C., and the discharge capacity was expressed as capacity per positive electrode active material. The discharge capacity is almost the same as that of the lithium ion polymer battery prepared in Example 10.
실시예 13Example 13
유기용매인 테트라하이드로퓨란 100g에 폴리비닐리덴플로라이드와 헥사플로로프로필렌 공중합체(PvdF-HFP) 3.5g과 7 nm입자크기의 미세실리카(fumed silica) 0.35g을 넣고 실온에서 12시간 혼합하였다. 혼합한 용액에 9㎛의 다공성 PE 분리막을 통과 시켰다. 통과된 분리막을 상온에서부터 60oC 온도사이에서 건조시켰다. 이렇게 형성된 고분자 다공성 분리막은 고분자 다공성 분리막, 양극판, 고분자 다공성 분리막, 음극판 순으로 적층하여 권취하였다. 권취물은 알루미늄 포일에 집어넣고 전해액(1M LiPF6in EC/DEC )에 24시간 함침시켰다. 다음으로 함침된 권취물을 밀봉하고 밀봉된 전지 형성물을 오븐에 넣은 다음 80oC에서 5시간 젤화 과정을 거쳐 리튬이온 고분자 전지를 제조하였다. 이때 제작한 셀에 대한 방전용량은 도 12과 같으며 방전용량은 양극 활물질당 용량으로 표현하였다. 25oC의 테스트 온도에서 0.2C로 방전용량을 측정하였다. 방전용량이 실시예 10에서 제조된 리튬이온 고분자 전지와 거의 동일하다.100 g of tetrahydrofuran, an organic solvent, 3.5 g of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene copolymer (PvdF-HFP) and fumed silica of 7 nm particle size 0.35 g was added and mixed at room temperature for 12 hours. The mixed solution was passed through a porous PE membrane of 9㎛. Pass the separator from room temperature 60oDry between C temperatures. The polymer porous separator thus formed was laminated and wound in the order of the polymer porous separator, the positive electrode plate, the polymer porous separator, and the negative electrode plate. The wound is placed in aluminum foil and the electrolyte (1M LiPF)6in EC / DEC) for 24 hours. Next, the impregnated windings are sealed, the sealed cell formation is placed in an oven, and then 80oA lithium ion polymer battery was prepared by performing a gelation process at 5 hours in C. In this case, the discharge capacity of the manufactured cell is as shown in FIG. 12, and the discharge capacity is expressed as a capacity per positive electrode active material. 25oThe discharge capacity was measured at 0.2 C at a test temperature of C. The discharge capacity is almost the same as that of the lithium ion polymer battery prepared in Example 10.
실시예 14Example 14
실시예 10와 동일한 공정으로 리튬이온 고분자 전지를 제조하되 양극판과 음극판 상에 다공성 고분자 층을 형성한 것만이 다르다. 유기용매인 테트라하이드로퓨란 100g에 고분자 성분인 폴리비닐리덴플로라이드와 헥사플로로프로필렌 공중합체(PvdF-HFP) 2g을 실온에서 12시간 혼합하였다. 혼합한 용액에 실시예 10에 사용된 양극판과 음극판을 통과 시켜 양극판과 음극판 상에 다공성 고분자 층을 형성한다. 다공성 고분자 층이 형성된 양극판과 음극판을 상온에서부터 60oC 온도사이에서 건조시켰다. 코팅된 다공성 고분자 층의 두께는 음극판과 양극판 각각 3㎛와 5㎛였다. 25oC의 테스트 온도에서 1C로 제조된 전지의 방전용량을 측정하여 첫사이클에서의 방전용량에 대한 비율로 사이클특성을 표현하였다.A lithium ion polymer battery was prepared in the same manner as in Example 10, except that the cathode and anode plates were Only the formation of the porous polymer layer is different. Polyvinylidene fluoride as a polymer component and 2 g of hexafluoropropylene copolymer (PvdF-HFP) were mixed with 100 g of tetrahydrofuran as an organic solvent at room temperature for 12 hours. The positive electrode plate and the negative electrode plate used in Example 10 were passed through the mixed solution to form a porous polymer layer on the positive electrode plate and the negative electrode plate. The anode and cathode plates on which the porous polymer layer was formed were heated from room temperature to 60 degrees.oDry between C temperatures. The thickness of the coated porous polymer layer was 3 μm and 5 μm, respectively. 25oThe discharge capacity of the battery manufactured at 1 C at the test temperature of C was measured, and the cycle characteristics were expressed as a ratio with respect to the discharge capacity in the first cycle.
비교예 1Comparative Example 1
고분자를 포함하지 않은 다공성 PE 분리막 만을 사용하여 제조한 리튬이온전지를 제조하였다. 제조된 리튬이온 전지 셀은 25oC의 테스트 온도에서 사이클 특성은 1C로, 용량특성은 0.2C로 방전용량을 측정하였다.A lithium ion battery prepared using only a porous PE separator containing no polymer was prepared. In the lithium ion battery cell manufactured, the discharge capacity was measured at a cycle temperature of 1 C and a capacity characteristic of 0.2 C at a test temperature of 25 ° C.
비교예 2Comparative Example 2
실시예 10와 동일한 방법으로 제조하되 젤화 과정을 거치지 않은 리튬이온 고분자 전지를 제조하였다. 25oC의 테스트 온도에서 사이클특성은 1C로 용량특성은 0.2C로 방전용량을 측정하였다.A lithium ion polymer battery was prepared in the same manner as in Example 10, but without gelation. At the test temperature of 25 o C, the cycle capacity was 1C and the discharge capacity was measured at 0.2C.
이상과 같은 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명에 대한 리튬이온 고분자전지의 특성을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the characteristics of the lithium ion polymer battery according to the present invention through the above Examples and Comparative Examples are as follows.
도 4(a)는 실시예 2에 의하여 제작된 고분자다공성 분리막에 대한 SEM 사진이며, 도 4(b)는 본 발명에서 사용된 다공성 PE 분리막에 대한 SEM 사진이다. 고분자다공성 분리막은 대략 10㎛의 큰 공극을 가지고 있음을 알 수 있다.Figure 4 (a) is a SEM photograph of the porous polymer membrane prepared in Example 2, Figure 4 (b) is a SEM photograph of the porous PE separator used in the present invention. It can be seen that the polymeric porous membrane has large pores of about 10 μm.
도 13(a)과 도 13(b)는 비교예 1의 다공성 PE분리막을 사용하여 제조한 리튬이온 전지와 실시예 10에 의한 리튬이온 고분자 전지의 셀 사이클 특성과 방전용량을 나타낸 것이다. 방전용량특성에서 방전용량은 양극 활물질당 용량으로 표현하였고 사이클 특성에서의 방전용량은 첫사이클에서의 방전용량에 대한 비율로 나타내었다. 비교예1의 다공성 PE분리막을 사용하여 제조한 리튬이온에 비해서 실시예 10에 의한 리튬이온 고분자 전지의 용량은 약간 줄었으나, 사이클 특성은 향상되어진 것을 볼 수 있다.13 (a) and 13 (b) show the cell cycle characteristics and the discharge capacity of the lithium ion battery prepared using the porous PE separator of Comparative Example 1 and the lithium ion polymer battery according to Example 10. In the discharge capacity characteristics, the discharge capacity is expressed as the capacity per positive electrode active material, and the discharge capacity in the cycle characteristic is expressed as a ratio with respect to the discharge capacity in the first cycle. Prepared using the porous PE separator of Comparative Example 1 Compared with lithium ions, the capacity of the lithium ion polymer battery according to Example 10 was slightly reduced, but the cycle characteristics were improved.
도 14(a)와 도 14(b)는 비교예 2의 고분자 전해질을 이용한 리튬이온 고분자 전지와 실시예 10에 의한 리튬이온 고분자 전지의 셀 사이클 특성과 방전용량을 나타낸 것이다. 방전용량특성에서 방전용량은 양극 활물질당 용량으로 표현하였고 사이클 특성에서의 방전용량은 첫사이클에서의 방전용량에 대한 비율로 나타내었다. 젤화되지 않은 비교예 2의 고분자 전해질에 의해 제조된 리튬이온 고분자 전지는 젤화된 리튬이온 고분자 전지에 비하여 방전용량은 약간 높지만 사이클 특성이 현저히 좋지 않음을 알 수 있다.14 (a) and 14 (b) show a lithium ion polymer battery using a polymer electrolyte of Comparative Example 2 and Example 10 Cell cycle characteristics and discharge capacity of a lithium ion polymer battery. In the discharge capacity characteristics, the discharge capacity is expressed as the capacity per positive electrode active material, and the discharge capacity in the cycle characteristic is expressed as a ratio with respect to the discharge capacity in the first cycle. It can be seen that the lithium ion polymer battery prepared by the polymer electrolyte of Comparative Example 2, which was not gelled, had a slightly higher discharge capacity than the gelated lithium ion polymer battery, but the cycle characteristics were not so good.
도 15는 실시예 10와 실시예 13을 비교한 것으로 무기물을 첨가한 것과 첨가하지 않은 것을 비교한 것이다. 사이클 특성은 25℃에서 1C로 충전과 방전을 반복하여 측정하였다. 무기물이 첨가될 경우에 사이클이 향상되는 것을 볼 수 있는데 이것은 무기질의 첨가로 젤화 고분자의 전해액 함유능력과 유지능력이 높아져 사이클 유지에 도움을 주기 때문이다.FIG. 15 compares Example 10 with Example 13 and compares the addition of the inorganic material with the addition of the inorganic material. Cycle characteristics were measured by repeating charging and discharging at 25C at 1C. It can be seen that the cycle is improved when the inorganic material is added, which increases the electrolytic solution containing capacity and retention ability of the gelled polymer due to the addition of inorganic material. help Because of giving.
도 16은 실시예 10과 양극판과 음극판 위에 고분자 다공성 층을 코팅한 실시예 14를 비교한 것으로서 고분자 다공성 층을 전극에 코팅함으로서 사이클 특성이 향상되는 것을 볼 수 있다.FIG. 16 compares Example 10 with Example 14 in which a polymer porous layer is coated on a positive electrode plate and a negative electrode plate, and the cycle characteristics are improved by coating the polymer porous layer on an electrode.
이상에서 설명한 것과 같이 본 발명의 리튬이온 고분자 전해질은 공극이 큰 고분자를 폴리올레핀 분리막에 코팅함으로서 액상과 젤상을 통하여 이온이 전달되므로 이온전도도가 높고 젤화 후에 전극과 의 접착력이 우수해지며 액상의 누출방지와 계면저항을 적게 해준다. 이러한 전해질을 이용한 리튬이온 고분자 전지는 제조공정이 간단하고 고율특성과 사이클특성 등의 성능이 우수해진다.As described above, the lithium ion polymer electrolyte of the present invention is coated with a polymer having a large pore on the polyolefin membrane to transfer ions through the liquid phase and the gel phase, so that the ion conductivity is high and the adhesion with the electrode is excellent after gelation. And reduce interfacial resistance. The lithium ion polymer battery using the electrolyte has a simple manufacturing process and excellent performance such as high rate characteristics and cycle characteristics.
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