KR20080017110A - Sheet-typed separator coated with clay mineral and lithium electrochemical cell employing the same - Google Patents

Sheet-typed separator coated with clay mineral and lithium electrochemical cell employing the same Download PDF

Info

Publication number
KR20080017110A
KR20080017110A KR1020060078498A KR20060078498A KR20080017110A KR 20080017110 A KR20080017110 A KR 20080017110A KR 1020060078498 A KR1020060078498 A KR 1020060078498A KR 20060078498 A KR20060078498 A KR 20060078498A KR 20080017110 A KR20080017110 A KR 20080017110A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
separator
clay mineral
electrolyte
secondary battery
electrochemical cell
Prior art date
Application number
KR1020060078498A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101067628B1 (en
Inventor
류지헌
윤성훈
양승진
이한호
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020060078498A priority Critical patent/KR101067628B1/en
Publication of KR20080017110A publication Critical patent/KR20080017110A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101067628B1 publication Critical patent/KR101067628B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/44Fibrous material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/20Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
    • C08J5/22Films, membranes or diaphragms
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411Organic material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/30Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

A separator, and an electrochemical cell containing the separator are provided to improve the mechanical strength of a separator and to enhance the infiltration of an electrolyte solution into a separator and an electrode. A separator is a sheet type separator of a porous structure to allow an ion to move with maintaining the insulation state of the electrodes facing each other at both sides, wherein a clay mineral having the affinity to a polar solvent is coated on the surface of the separator. Preferably the clay mineral is at least one selected from the group consisting of smectite, bentonite, laponite, hectorite, gibbsite, chlorite, kaolinite, halloysite, pyrophylite-talc, montmorillonite, vermiculite, illite, mica and brittle mica.

Description

점토 광물이 코팅되어 있는 시트형 분리막 및 이를 사용한 전기화학 셀 {Sheet-typed Separator Coated with Clay Mineral and Lithium Electrochemical Cell Employing the Same}Sheet-typed Separator Coated with Clay Mineral and Lithium Electrochemical Cell Employing the Same}

본 발명은 안전성과 성능이 향상된 다공성의 시트형 분리막에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양면에서 서로 대면하는 전극들의 절연상태를 유지하면서 이온의 이동이 가능할 수 있는 다공성 구조를 가진 시트형 분리막으로서, 분리막의 표면에 극성 용매에 친화성을 갖는 점토 광물이 코팅되어 있어서, 분리막의 기계적 강도를 높일 뿐만 아니라, 분리막 및 전극으로의 전해액 함침성을 향상시켜, 궁극적으로 레이트 특성과 저장 용량이 향상되는 효과를 발휘하는 분리막 및 이를 포함하는 전기화학 셀에 관한 것이다. The present invention relates to a porous sheet-type separator with improved safety and performance, and more particularly, to a sheet-type separator having a porous structure capable of moving ions while maintaining an insulating state of electrodes facing each other on both sides. The coating of clay minerals with affinity for polar solvents on the surface not only increases the mechanical strength of the separator, but also improves the impregnation of the electrolyte into the separator and the electrode, thereby ultimately improving the rate characteristics and storage capacity. It relates to a separator and an electrochemical cell comprising the same.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지는 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다. As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as energy sources is rapidly increasing, and lithium secondary batteries having high energy density and voltage are commercially used in such secondary batteries.

리튬 이차전지는 양극 활물질로 LiCoO2 등의 금속 산화물과 음극 활물질로 탄소 재료를 사용하며, 음극과 양극 사이에 폴리올레핀계 다공성 분리막을 넣고, LiPF6 등의 리튬염을 포함하는 비수성 전해액을 넣어서 제조하게 된다. 충전 시에는 양극 활물질의 리튬 이온이 방출되어 음극의 탄소층으로 삽입되고, 방전시에는 반대로 음극 탄소층의 리튬 이온이 방출되어 양극 활물질로 삽입되며, 이때 비수성 전해액은 음극과 양극 사이에서 리튬 이온을 이동시키는 매질 역할을 한다. 이러한 리튬 이차전지는 기본적으로 전지의 작동 전압 범위에서 안정해야 하고, 충분히 빠른 속도로 이온을 전달할 수 있는 성능을 가져야 한다.The lithium secondary battery is manufactured by using a metal oxide such as LiCoO 2 as a cathode active material and a carbon material as an anode active material, a polyolefin-based porous separator between the anode and the cathode, and a non-aqueous electrolyte containing lithium salt such as LiPF 6 . Done. During charging, lithium ions of the positive electrode active material are released and inserted into the carbon layer of the negative electrode, and during discharge, lithium ions of the negative electrode carbon layer are released and inserted into the positive electrode active material, wherein the non-aqueous electrolyte solution is lithium ions between the negative electrode and the positive electrode. It acts as a medium for moving the. Such a lithium secondary battery should basically be stable in the operating voltage range of the battery and have a performance capable of transferring ions at a sufficiently high speed.

상기 비수성 전해액은 리튬 이차전지 제조의 마지막 단계에서 전지 내로 투입되는데, 이때 전극이 전해액에 의해 신속하고 완전하게 습윤화 되어야 전지 제조에 소모되는 시간을 단축시키고 전지 성능을 최적화할 수 있다. The non-aqueous electrolyte is introduced into the battery at the end of the lithium secondary battery manufacturing. At this time, the electrode needs to be wetted quickly and completely by the electrolyte to shorten the time required for manufacturing the battery and to optimize battery performance.

리튬 이차전지의 비수성 전해액으로는 주로 에틸렌 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 2-메틸 테트라하이드로퓨란 등의 비양자성 유기용매가 사용된다. 이러한 전해액은 전해질 염을 효과적으로 용해시키고 해리시킬 만큼의 극성을 가진 극성 용매임과 동시에, 활성수소를 갖고 있지 않은 비양자성 용매이며, 종종 전해액 내부의 광범위한 상호작용으로 인해 점성 및 표면장력이 높다. 따라서, 리튬 이차전지의 비수성 전해액은 폴리테트라플루오로에틸렌 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 결합제 등을 포함하고 있는 전극 재료와 친화성이 적어서, 전극 재료를 쉽게 습윤화시키지 못한다. 특히, 리튬 이차전지에 사용하는 분리막의 경우 친수 성(hydrophilic property)인 전해액의 젖음성이 좋지 못하다. As a non-aqueous electrolyte of a lithium secondary battery, an aprotic organic solvent, such as ethylene carbonate, diethyl carbonate, and 2-methyl tetrahydrofuran, is mainly used. These electrolytes are polar solvents that are polar enough to effectively dissolve and dissociate electrolyte salts, and are aprotic solvents without active hydrogen, and are often high in viscosity and surface tension due to extensive interactions within the electrolyte. Therefore, the non-aqueous electrolyte of the lithium secondary battery has little affinity with the electrode material containing the polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride binder, and the like, and does not easily wet the electrode material. In particular, in the case of a separator used in a lithium secondary battery, the wettability of an electrolyte having a hydrophilic property is not good.

또한, 전지의 고용량화가 요구됨에 따라 전극의 에너지 밀도를 더욱 높인 리튬 이차전지가 개발되고 있다. 그러나, 이러한 에너지 밀도의 향상으로 인해 전극의 기공율이 매우 낮아지게 되었고, 그로 인해 전해액을 전극 내부로 고르게 침투시키는데 어려움이 더욱 커지고 있다. 전해액이 전극을 구성하는 활물질의 표면을 충분히 적시지 못하면, 리튬 이온의 전달 경로가 제한되어 레이트(rate) 특성의 저하, 용량 감소 등의 문제점이 유발된다. 따라서, 전해액에 대한 젖음성이 우수한 전극의 구성이 요구된다. In addition, as the capacity of the battery is required to increase, a lithium secondary battery having a higher energy density of the electrode has been developed. However, due to the improvement of the energy density, the porosity of the electrode is very low, thereby increasing the difficulty of evenly infiltrating the electrolyte into the electrode. If the electrolyte does not sufficiently wet the surface of the active material constituting the electrode, the transfer path of lithium ions is limited, causing problems such as a decrease in rate characteristics and a decrease in capacity. Therefore, the structure of the electrode excellent in the wettability with respect to electrolyte solution is calculated | required.

또한, 이차전지를 구성하는 전극조립체는 양극과 음극이 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층되어 있는 구조로 이루어져 있으므로, 전극에 대한 전해액의 함침은 분리막의 젖음성에 의해서도 크게 영향을 받는다. 즉, 전해액이 전극으로 이동하기 위해서는 분리막을 통과하여야 하는 바, 분리막의 젖음성이 낮은 경우에는 궁극적으로 전극에서의 전해액 함침 과정이 용이하게 진행되지 못한다. In addition, since the electrode assembly constituting the secondary battery has a structure in which the positive electrode and the negative electrode are sequentially stacked in a state where the separator is interposed therebetween, the impregnation of the electrolyte on the electrode is also greatly affected by the wettability of the separator. That is, in order for the electrolyte to pass to the electrode, the separator must pass through the membrane. If the wettability of the membrane is low, ultimately, the electrolyte impregnation process in the electrode does not proceed easily.

따라서, 분리막의 전해액에 대한 젖음성을 증가시키고, 우수한 성능을 가지면서도 전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technology capable of increasing the wettability of the separator with respect to the electrolyte and improving the safety of the battery while having excellent performance.

이와 관련하여, 본 발명에서는 이하에서 설명하는 바와 같이, 전해액의 젖음성을 향상시키기 위해, 극성 용매에 친화성이 있는 점토 광물을 표면에 코팅한 분리막을 제시하고 있다. In this regard, in the present invention, as described below, in order to improve the wettability of an electrolyte, a separator in which a clay mineral having affinity for a polar solvent is coated on its surface is proposed.

한편, 분리막에 점토 광물을 부가하는 기술들이 일부 알려져 있다. 예를 들어, 한국 등록특허 제0407793호 및 한국 등록특허 제0496936호에는 연료전지용 양 성자 전도성 고분자막에 있어서 메탄올의 크로스 오버를 감소시키기 위하여, 점토 광물을 포함함으로써 물과 수소 이온은 통과시키지만 메탄올은 선택적으로 분리하는 기술을 개시하고 있다. Meanwhile, some techniques for adding clay minerals to separators are known. For example, in Korean Patent No. 040793 and Korean Patent No. 0496936, in order to reduce crossover of methanol in a proton conductive polymer membrane for fuel cells, water and hydrogen ions are allowed to pass through by including clay minerals. Disclosed is a technique for separating.

그러나, 이들 상기 기술들은 모두 연료전지용 분리막으로서, 연료 전지는 이온 전도성 고분자 막을 포함하고, 전해액 조성 등에서 리튬 이차전지와 차이가 있으므로, 충방전시 작용기전의 차이로 인해, 연료전지용 분리막을 리튬 이차전지에 그대로 사용하기는 어려우며, 실제 적용 예에서도 다르다. 더욱이, 상기 기술들은 점토 광물의 층상 구조를 통해 물과 수소이온을 통과시키는 반면에, 층상 구조의 내부 전하에 의해 메탄올을 선택적으로 분리하는 기술이므로, 점토 광물의 전체적인 극성을 이용하는 본 발명과는 큰 차이를 갖는다. However, all of the above technologies are fuel cell separators, and since the fuel cell includes an ion conductive polymer membrane and differs from the lithium secondary battery in the composition of the electrolyte solution, the fuel cell separator is a lithium secondary battery due to the difference in the mechanism of action during charging and discharging. Is difficult to use as is, and is different in practical applications. Moreover, the above techniques allow the passage of water and hydrogen ions through the layered structure of clay minerals, while selectively separating methanol by the internal charge of the layered structure, which is a large difference from the present invention utilizing the overall polarity of clay minerals. Have a difference.

또한, 일본 등록특허 제3635302호 및 일본 등록특허 제3717092호에는 팽창성 점토 광물을 고체 고분자 전해질의 내부에 첨가하는 기술이 개시되어 있다. 고체 고분자 전해질은 양극과 음극 사이에 일종의 절연성 접합층으로서 부가되는 바, 상기 기술들에서는 이러한 고체 고분자 전해질의 내부에 팽창성 점토 광물을 첨가하여, 안전성 향상, 전기전도성 향상 등의 효과를 얻고자 하고 있다. In addition, Japanese Patent No. 3635302 and Japanese Patent No. 3717092 disclose a technique of adding expandable clay minerals to the inside of a solid polymer electrolyte. The solid polymer electrolyte is added as a kind of insulating bonding layer between the positive electrode and the negative electrode. In the above techniques, expandable clay minerals are added to the inside of the solid polymer electrolyte, thereby achieving effects such as safety improvement and electrical conductivity improvement. .

그러나, 박막의 시트형 분리막의 제조시, 상기 기술들에서와 같이 팽창성 점토 광물을 첨가하게 되면, 크게 팽창된 점토 광물에 의해 치밀하지 못한 조직이 만들어지고, 그러한 성긴 조직은 충방전시 전극의 반복적인 수축 및 팽창 과정에서 분리막에 가해지는 가압력과 수축력에 의해 분리막의 형태 변형을 유발하여, 결과적으로 전지의 안전성을 크게 저해시키게 된다. 또한, 점토 광물이 일종의 필러로 서 포함됨으로써, 시트형 분리막은 경직한 경향을 나타내게 되므로, 외부적 충격에 의해 부분적인 파열이 유발될 수 있는 등 많은 문제점을 가지고 있다. 이와 더불어, 상기 기술들은 팽창성 점토의 함유량을 증가시킴으로써 전기전도성 등을 향상시키는 기술이므로, 상대적으로 고가인 팽창성 점토를 다량 첨가함으로써 제조 비용의 상승이 예상된다.However, in the manufacture of thin sheet-like separators, the addition of expandable clay minerals, as in the above techniques, results in the formation of dense tissue by largely expanded clay minerals, which results in the repetitive formation of the electrode during charge and discharge. The pressing force and contraction force applied to the separator during shrinkage and expansion cause morphological changes of the separator, which in turn significantly impairs the safety of the battery. In addition, since the clay mineral is included as a kind of filler, since the sheet-type separator exhibits a rigid tendency, there are many problems such as partial rupture due to external impact. In addition, since the above techniques improve the electrical conductivity by increasing the content of expandable clay, the production cost is expected to increase by adding a relatively expensive expandable clay.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.

본 출원의 발명자들은 다양한 실험과 심도 있는 연구를 거듭한 끝에, 시트형 분리막의 표면에 극성 용매에 친화성이 있는 점토 광물을 코팅하는 경우, 분리막에 대한 전해액의 젖음성을 향상시켜 궁극적으로 전극으로의 전해액 이동을 용이하게 함으로써 우수한 전지 성능을 달성할 수 있고, 또한 분리막의 기계적 강도와 전지의 안전성을 확보할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. After various experiments and in-depth studies, the inventors of the present application improve the wettability of the electrolyte solution to the electrode and ultimately the electrolyte solution when the clay mineral having affinity for polar solvents is coated on the surface of the sheet-type separator. By facilitating the movement, it was confirmed that excellent battery performance could be achieved, and that the mechanical strength of the separator and the safety of the battery could be ensured, and the present invention was completed.

따라서, 본 발명에 따른 분리막은, 양면에서 서로 대면하는 전극들의 절연상태를 유지하면서 이온의 이동이 가능할 수 있는 다공성 구조를 가진 박막의 시트형 분리막으로서, 분리막의 기계적 강도를 높이고 분리막 및 전극으로의 전해액 함침성을 향상시킬 수 있도록, 분리막의 표면에 극성 용매에 친화성을 갖는 점토 광물 이 코팅되어 있는 구조로 이루어져 있다.Therefore, the separator according to the present invention is a sheet-type separator of a thin film having a porous structure capable of moving ions while maintaining the insulating state of the electrodes facing each other on both sides, to increase the mechanical strength of the separator and the electrolyte to the separator and the electrode In order to improve the impregnation, the surface of the separator is made of a structure in which a clay mineral having affinity for a polar solvent is coated.

상기 점토 광물은 극성 용매에 친화성을 가지므로, 전해액의 젖음성을 크게 향상시켜 궁극적으로 전지의 레이트 특성과 저장 용량을 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 분리막의 표면에 극성 용매와 친화력을 가진 점토 광물이 코팅되어 있으므로, 분리막 계면에서 전해액의 계면 저항이 낮아져, 전해액이 분리막 내부로 침투하기 용이하게 되고 결과적으로 전극으로의 이동성을 높여 준다.Since the clay mineral has affinity for the polar solvent, it is possible to greatly improve the wettability of the electrolyte solution and ultimately improve the rate characteristic and storage capacity of the battery. More specifically, since the clay mineral having affinity with the polar solvent is coated on the surface of the separator, the interface resistance of the electrolyte is lowered at the membrane interface, so that the electrolyte easily penetrates into the separator and consequently increases the mobility to the electrode. .

일반적으로 분리막은 비극성 소재로 이루어져 있으므로, 전해액이 분리막을 통과하는 과정에서, 분리막과 전해액 사이의 계면 저항은 전해액 이동성의 율속 단계로 작용할 수 있다. 따라서, 분리막의 표면에 코팅되어 있는 점토 광물은 이러한 계면 저항을 저하시켜 전해액 이동성을 향상시키게 된다. In general, since the separator is made of a non-polar material, the interface resistance between the separator and the electrolyte in the process of passing through the separator may act as a rate step of the electrolyte mobility. Therefore, the clay mineral coated on the surface of the separator lowers the interfacial resistance to improve electrolyte mobility.

또한, 분리막의 표면에 코팅된 점토 광물은 고분자계인 바인더와 복합물을 형성하면서 분리막의 기계적 강도를 강화시켜 충방전시 전극의 팽창 및 수축 과정에서 가해지는 전극의 가압력 및 수축력에 의한 분리막의 형태 변형을 방지하여 준다.In addition, the clay mineral coated on the surface of the separator forms a composite with a polymer-based binder to enhance the mechanical strength of the separator to prevent deformation of the separator due to the pressing force and contraction force of the electrode applied during the expansion and contraction of the electrode during charging and discharging. Prevent it.

상기 점토 광물의 코팅량은 분리막의 표면적 대비 0.1 ~ 75 mg/cm2인 것이 바람직하다. 상기 코팅량이 0.1 mg/cm2 미만인 경우에는 소망하는 전해액 젖음성을 발휘하기 어렵고, 반대로 75 mg/cm2를 초과하는 경우에는 과량의 점토 광물로 인해 전기저항이 증가하고, 전해액 중 이온의 전도도를 저하시키므로 바람직하지 않다.Coating amount of the clay mineral is preferably 0.1 ~ 75 mg / cm 2 compared to the surface area of the separator. When the coating amount is less than 0.1 mg / cm 2 , it is difficult to exert the desired electrolyte wettability. On the contrary, when the coating amount exceeds 75 mg / cm 2 , the electrical resistance increases due to the excess clay mineral, and the conductivity of ions in the electrolyte is lowered. It is not preferable because it is made.

점토 광물은 통상 두 가지 형태로 존재한다. 즉, 수백 나노미터 내지 수십 마이크로미터 크기의 초기형태로 존재할 수 있으며, 또는 층간 분리가 일어나서 두께는 약 1 nm이고 측면으로는 수 마이크로 내지는 100 마이크로 미터 정도의 판상 형태를 취할 수 있다. 따라서, 점토 광물의 평균 입경은 형태에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 1 nm ~ 100 ㎛의 범위에서 사용될 수 있다. Clay minerals usually exist in two forms. That is, it may exist in an initial form of several hundred nanometers to several tens of micrometers, or the interlayer separation may occur, and may have a plate shape of about 1 nm in thickness and several to about 100 micrometers on the side. Therefore, the average particle diameter of the clay mineral may vary depending on the form, for example, it can be used in the range of 1 nm ~ 100 ㎛.

상기 점토 광물은 전지의 작동 특성에 악영향을 주지 않으면서 극성 용매에 친화성을 갖는 점토 광물이라면 특별히 제한되지 않는 것은 아니며, 바람직하게는, 스멕타이트(smectite), 벤토나이트 (bentonite), 라포나이트 (laponite), 헥토라이트 (hectorite), 깁사이트(gibbsite), 클로아이트(chlorite), 카올리나이트 (kaolinite), 할로이사이트 (halloysite), 피로필라이트탈크 (pyrophylite-talc), 몬트모릴로나이트 (montmorilonite:MMT), 버미큘리트 (vermiculit), 일라이트 (illite), 미카 (mica) 및 브리틀 미카(brittle mica)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다. The clay mineral is not particularly limited as long as it is a clay mineral having affinity for a polar solvent without adversely affecting the operation characteristics of the battery. Preferably, smectite, bentonite, laponite , Hectorite, gibbsite, chlorite, kaolinite, halosite, hallosite, pyrophylite-talc, montmorilonite (MMT) , Vermiculit, illite, mica and brittle mica.

더욱 바람직하게는, 몬모릴로나이트가 사용될 수 있는 바, 몬모릴로나이트는 알루미나 팔면체 시트에서 Al3 + 이온대신에 Mg2 +, Fe2 +, Fe3 + 이온이, 실리케이트 사면체 시트에 Si4 + 이 온대신에 Al3 + 이온이 치환된 구조로서, 전체적으로 음전하를 띄고, 전체적으로 전하의 평형을 맞추기 위하여 실리케이트층 사이에 교환 가능한 양이온과 물 분자를 함유하고 있다. 따라서, 극성이 강하므로 극성 용매 임과 동시에 비양자성 용매인 전해액의 포집력이 매우 우수하기 때문이다. More preferably, the bar montmorillonite may be used, montmorillonite is in place of the Mg 2 +, Fe 2 +, Fe 3 + ions in place of Al 3 + ion in an alumina octahedral sheet and the Si 4 + a silicate tetrahedral sheet on Al It is a structure in which 3 + ions are substituted, and it has a negative charge as a whole, and contains cation and water molecules which can be exchanged between the silicate layers in order to balance the charge as a whole. Therefore, since the polarity is strong, it is a polar solvent and at the same time, the capturing power of the electrolyte solution which is an aprotic solvent is very excellent.

상기 시트형 분리막으로는 양극과 음극의 내부 단락을 방지하고 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. As the sheet-type separator, an insulating thin film which prevents internal short circuit between the anode and the cathode and has high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally from 0.01 to 10 ㎛ ㎛, thickness is generally 5 ~ 300 ㎛.

이러한 분리막의 재료는 특별히 제한되지 않으며, 공지의 분리막이 그대로 사용될 수 있는 바, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 시판중인 대표적인 예로는 셀가드 계열(CelgardR 2400, 2300(Hoechest Celanese Corp. 제품), 폴리프로필렌 분리막(polypropylene membrane; Ube Industries Ltd. 제품 또는 Pall RAI사 제품), 폴리에틸렌 계열(Tonen 또는 Entek) 등이 사용될 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. The material of such a separator is not particularly limited, and a known separator may be used as it is, for example, an olefin polymer such as polypropylene having chemical resistance and hydrophobicity; Sheets or non-woven fabrics made of glass fibers or polyethylene are used. Typical examples on the market include Celgard series (Celgard R 2400, 2300 (manufactured by Hoechest Celanese Corp.), polypropylene membrane (manufactured by Ube Industries Ltd. or Pall RAI), and polyethylene series (Tonen or Entek). Can be used, but is not limited to these.

다만, 일반적으로 전해액으로서 폴리머 등의 고체 고분자 전해질이 사용되는 경우, 고체 고분자 전해질이 분리막을 겸할 수도 있으나, 본 발명에 따른 시트형 분리막은 그 표면에 상기 점토 광물을 코팅하여야 하므로, 상기 시트형 분리막에는 고체 전해질은 포함되지 않는다.In general, however, when a solid polymer electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid polymer electrolyte may also serve as a separator, but the sheet separator according to the present invention should coat the clay mineral on the surface thereof. Electrolyte is not included.

상기 점토 광물을 분리막의 표면에 코팅하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 유동코팅법(flow coating), 스핀코팅법(spin coating), 딥코팅법(dip coating), 바코팅법(bar coating) 등 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다. 구체적인 예로서, 분리막 시트를 점토 광물(또는 유기 점토 광물)이 분산되어 있는 용액에 담그거나 또는 분리막 시트 표면에 분리막 시트에 점토 광물의 분산액을 스프레이 코팅법에 의해 행할 수도 있다. 이러한 코팅 과정에서 분리막 표면에 대한 점 토 광물의 결합력을 높이기 위하여 소정의 결합 조력제가 부가될 수 있으며, 예를 들어, NMP 등의 용매에 점토 광물과 결합 조력제로서 PVdF, PTFE 등의 불소계 고분자, PVdF계 공중합체 고분자, PMMA, PAN, PEO, SBR 등을 첨가한 코팅 용액을 분리막에 도포하여 코팅을 행할 수 있다. The method of coating the clay mineral on the surface of the separator is not particularly limited, and various methods such as flow coating, spin coating, dip coating, bar coating, etc. It can be formed by the method. As a specific example, the separator sheet may be dipped into a solution in which clay minerals (or organic clay minerals) are dispersed, or a dispersion of clay minerals in the separator sheet on the separator sheet surface may be performed by a spray coating method. In this coating process, a predetermined bonding aid may be added to increase the binding strength of the clay mineral to the surface of the separator. For example, a fluorine-based polymer such as PVdF, PTFE, etc. may be added to the clay mineral and the binding aid in a solvent such as NMP. Coating may be performed by applying a coating solution containing a PVdF-based copolymer polymer, PMMA, PAN, PEO, SBR, and the like to a separator.

본 발명은 또한, 상기 다공성 분리막이 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 전극조립체를 포함하는 것으로 구성된 전기화학 셀을 제공하는 바, 상기 전기화학 셀은 전기화학반응을 통해 전기를 제공하는 것으로서, 예를 들어, 전기화학 이차전지 또는 전기화학 캐패시터일 수 있다.The present invention also provides an electrochemical cell consisting of an electrode assembly wherein the porous separator is interposed between an anode and a cathode, the electrochemical cell provides electricity through an electrochemical reaction, for example For example, it may be an electrochemical secondary battery or an electrochemical capacitor.

본 발명은 특히, 상기와 같은 전극조립체를 전지케이스 내부에 장착한 상태에서 리튬 전해액을 주입하는 것으로 제조되는 리튬 이차전지에서 바람직하게 적용될 수 있다.In particular, the present invention may be preferably applied to a lithium secondary battery manufactured by injecting a lithium electrolyte in a state in which the electrode assembly is mounted inside the battery case.

또한, 이러한 이차전지는 바람직하게는 단위전지로서 다수 개 조합되어 고출력 대용량의 전지팩 제조에 사용될 수도 있다. 고출력 대용량 전지팩에는 잦은 진동, 외부 충격 등의 외력이 자주 가해지므로, 외력에 대해 우수한 기계적 강도가 요구되고, 또한 전지팩을 구성하는 전지셀의 구조에서, 집전체에 대한 전극 활물질의 로딩량이 많으므로 소정의 작동 특성을 발휘하기 위해서는 전해액 함침성이 중요한 요소로 작용할 수 있기 때문이다. In addition, the secondary battery may be used in the manufacture of a high output large capacity battery pack, preferably in combination with a plurality of unit cells. Since high power large-capacity battery packs are frequently subjected to external forces such as vibration and external shock, excellent mechanical strength is required for external forces, and in the structure of the battery cells constituting the battery pack, the amount of loading of the electrode active material to the current collector is large. Therefore, the electrolyte impregnation may act as an important factor in order to exhibit predetermined operating characteristics.

본 발명에 따른 리튬 이차전지의 기타 성분들에 대해서는 이하에서 상술한다. Other components of the lithium secondary battery according to the present invention will be described in detail below.

리튬 이차전지용 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전제 및 바인더의 혼합물을 슬러리의 형태로 도포한 후 건조 및 압축하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode for a lithium secondary battery is prepared by, for example, applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder in the form of a slurry on a positive electrode current collector, followed by drying and compressing the filler, and optionally adding a filler to the mixture. It can also be added.

상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + xMn2 - xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The positive electrode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Li 1 + x Mn 2 - x O 4 (Where x is 0 to 0.33), lithium manganese oxides such as LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2, and the like; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 , Cu 2 V 2 O 7 and the like; Ni-site type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1-x M x O 2 , wherein M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, or Ga, and x = 0.01 to 0.3; Formula LiMn 2-x M x O 2 (wherein M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta and x = 0.01 to 0.1) or Li 2 Mn 3 MO 8 (wherein M = Fe, Co, Lithium manganese composite oxide represented by Ni, Cu or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with alkaline earth metal ions; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 and the like, but are not limited to these.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호 일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. The positive electrode current collector is generally made to a thickness of 3 to 500 μm. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, the surface of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum or stainless steel Surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like can be used. The current collector may form fine irregularities on its surface to increase the adhesion of the positive electrode active material, and may be in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.

상기 도전제는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전제는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive agent is typically added in an amount of 1 to 50 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. Such a conductive agent is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery. Examples of the conductive agent include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

상기 바인더는 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding the active material and the conductive agent to the current collector, and is generally added in an amount of 1 to 50 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.

상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is optionally used as a component for inhibiting expansion of the positive electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing chemical change in the battery. Examples of the filler include olefinic polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials, such as glass fiber and carbon fiber, are used.

리튬 이차전지용 음극은 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조 및 압축하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 양극의 성분들(바인더, 도전제, 충진제 등)이 더 포함될 수도 있다.The negative electrode for a lithium secondary battery is manufactured by coating, drying, and compressing a negative electrode material on a negative electrode current collector, and if necessary, components of the positive electrode (binder, conductive agent, filler, etc.) as described above may be further included.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is generally made to a thickness of 3 to 500 ㎛. Such a negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery. For example, the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, and the like, aluminum-cadmium alloy, and the like can be used. In addition, like the positive electrode current collector, fine concavities and convexities may be formed on the surface to enhance the bonding strength of the negative electrode active material, and may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.

상기 음극 재료는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3 (0≤x≤1), LixWO2 (0≤x≤1), SnxMe1 - xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.The negative electrode material may be, for example, carbon such as hardly graphitized carbon or graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1 - x Me ' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me ': Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, halogen; 0 <x≤1;1≤y≤3; 1≤ metal composite oxides such as z ≦ 8); Lithium metal; Lithium alloys; Silicon-based alloys; Tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , and metal oxides such as Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.

리튬 이차전지용 비수계 전해질은, 비수 전해질과 리튬염으로 이루어져 있 다. 비수 전해질로는 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. The nonaqueous electrolyte for lithium secondary batteries consists of a nonaqueous electrolyte and a lithium salt. As the nonaqueous electrolyte, a nonaqueous electrolyte, a solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, and the like are used.

상기 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.As said non-aqueous electrolyte, N-methyl- 2-pyrrolidinone, a propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butyl Low lactone, 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolon, formamide, dimethylformamide, dioxolon, aceto Nitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxy methane, dioxorone derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivative Aprotic organic solvents such as tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyroionate and ethyl propionate can be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolytes include polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphate ester polymers, polyedgetion lysine, polyester sulfides, polyvinyl alcohols, polyvinylidene fluorides, Polymers containing ionic dissociating groups and the like can be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides, sulfates and the like of Li, such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 , and the like, may be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a good material to be dissolved in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide have.

또한, 비수계 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.In addition, for the purpose of improving charge / discharge characteristics, flame retardancy, etc., for example, pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphate triamide, etc. Nitrobenzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrroles, 2-methoxy ethanol, aluminum trichloride, etc. It may be. In some cases, in order to impart nonflammability, halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further included, and carbon dioxide gas may be further included to improve high temperature storage characteristics.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the following Examples are provided to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예 1]Example 1

1-1.1-1. 양극의 제조Manufacture of anode

양극 활물질로 LiCoO2를 사용하였고, LiCoO2 95 중량%, 및 Super-P(도전제) 2.5 중량%, PVdF(결합제) 2.5 중량%를 용제인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가 하여 양극 혼합물 슬러리를 제조한 후, 긴 시트형 알루미늄 호일 상에 코팅, 건조 및 압착하여 양극을 제조하였다.LiCoO 2 was used as the positive electrode active material, and 95% by weight of LiCoO 2 , 2.5% by weight of Super-P (conductor) and 2.5% by weight of PVdF (binder) were added to N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent. After preparing the positive electrode mixture slurry, the positive electrode was prepared by coating, drying and pressing on a long sheet aluminum foil.

1-2.1-2. 음극의 제조Preparation of Cathode

음극 활물질로는 인조흑연을 사용하였고, 인조흑연 95 중량%, 및 Super-P(도전제) 2.5 중량%, PVdF(결합제) 2.5 중량%를 용제인 NMP에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조한 후, 긴 시트형 구리 호일 상에 코팅, 건조 및 압착하여 음극을 제조하였다.Artificial negative electrode was used as the negative electrode active material, 95% by weight of artificial graphite, 2.5% by weight of Super-P (conductor), and 2.5% by weight of PVdF (binder) were added to NMP as a solvent to prepare a negative electrode mixture slurry. The negative electrode was prepared by coating, drying and pressing on an elongated sheet copper foil.

1-3.1-3. 분리막의 제조Preparation of Membrane

분리막의 베어 필름으로 다공성 폴리에틸렌 분리막(CelgardTM)을 사용하였으며, 상기 분리막의 양면에 딥 코팅 방식으로 단위 면적(cm2) 당 0.1 mg 의 몬모릴로나이트를 코팅하여 분리막을 제조하였다.A porous polyethylene separator (Celgard ) was used as a bare film of the separator, and a separator was prepared by coating 0.1 mg of montmorillonite per unit area (cm 2 ) by dip coating on both surfaces of the separator.

1-4.1-4. 전지의 제조Manufacture of batteries

상기 1-4의 분리막을 상기 1-1 및 1-2의 양극과 음극 사이에 개재하고 1M LiPF6 EC/EMC 전해액을 주입하여 리튬 이차전지를 제조하였다.The separator of 1-4 was interposed between the cathode and the anode of 1-1 and 1-2 to inject a 1M LiPF 6 EC / EMC electrolyte to prepare a lithium secondary battery.

[실시예 2]Example 2

분리막에 몬모릴로나이트를 10 mg/cm2 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 10 mg / cm 2 of montmorillonite was coated on the separator.

[실시예 3]Example 3

분리막에 몬모릴로나이트를 50 mg/cm2 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 50 mg / cm 2 of montmorillonite was coated on the separator.

[실시예 4]Example 4

분리막에 몬모릴로나이트를 75 mg/cm2 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 75 mg / cm 2 of montmorillonite was coated on the separator.

[비교예 1]Comparative Example 1

분리막에 몬모릴로나이트를 코팅하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that montmorillonite was not coated on the separator.

[비교예 2]Comparative Example 2

분리막에 몬모릴로나이트를 0.05 mg/cm2 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 0.05 mg / cm 2 of montmorillonite was coated on the separator.

[비교예 3]Comparative Example 3

분리막에 몬모릴로나이트를 100 mg/cm2 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 100 mg / cm 2 of montmorillonite was coated on the separator.

[실험예 1]Experimental Example 1

상기 실시예 1 내지 4에서 제조된 전지 30 개와 비교예 1 내지 3에서 제조된 전지 30 개를 각각 4.2 V까지 충전한 후 임팩트 테스트를 진행하여 발화한 전지의 수를 하기 표 1에 나타내었다. 임팩트 테스트는 15.8 mm 길이의 9.1 kg의 금속 바를 61 cm 높이에서 전지의 중심부로 떨어뜨리는 방식으로 진행하였다.30 batteries prepared in Examples 1 to 4 and 30 batteries prepared in Comparative Examples 1 to 3 were charged to 4.2 V, respectively, and the number of batteries ignited by performing an impact test is shown in Table 1 below. The impact test was conducted by dropping a 9.1 kg metal bar of 15.8 mm length from the 61 cm height to the center of the cell.

[실험예 2]Experimental Example 2

상기 실시예 1 내지 4와 비교예 1 내지 3에서 제조된 전지에 충방전을 진행한 후 300 사이클 경과 후의 용량을 초기 용량과의 비율로 계산하여 결과를 하기 표 1에 개시하고 있다.After charging and discharging the batteries prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3, the capacity after 300 cycles was calculated as a ratio with an initial capacity, and the results are shown in Table 1 below.

[실험예 3]Experimental Example 3

상기 실시예 1 내지 4와 비교예 1 내지 3에서 제조된 전지를 각각 4.2 V까지 충전한 후 0.5 C의 전류와 5 C의 전류로 각각 방전할 때 용량의 비율을 하기 표 1에 개시하고 있다.Table 1 shows the ratios of the capacities when the batteries prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 were charged to 4.2 V and then discharged to currents of 0.5 C and 5 C, respectively.

<표 1>TABLE 1

Figure 112006059039545-PAT00001
Figure 112006059039545-PAT00001

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 실시예 1 내지 4의 전지는 비교예 1의 전지와 비교하여, 안전성, 수명 및 레이트 특성이 크게 향상되었음을 확인할 수 있다. 또한, 비교예 2 및 3의 전지는 비교예 1의 전지와 비교하여 안전성, 수명 및 레이트 특성이 모두 향상되었으나, 실시예 1 내지 4의 전지와 비교하면 수명 및 레이트 특성이 저하되었음을 알 수 있다. As shown in Table 1, the battery of Examples 1 to 4, it can be seen that the safety, life and rate characteristics are significantly improved compared to the battery of Comparative Example 1. In addition, the batteries of Comparative Examples 2 and 3 have all improved safety, lifespan, and rate characteristics compared with those of Comparative Example 1, but it can be seen that the lifespan and rate characteristics are lower than those of Examples 1 to 4.

상기 안정성 증가는 점토 광물이 분리막의 기계적 강도를 증가시킨 결과이며, 상기 수명 및 레이트 특성의 향상은 점토 광물이 분리막의 표면에 코팅됨으로써, 분리막에 대한 우수한 전해액 젖음성에 의해 궁극적으로 전극의 전해액 함침성을 향상시켜, 동일 시간 대비 전극의 전해액 함칭량이 증가시켰기 때문이다.The increase in stability is a result of the clay minerals increase the mechanical strength of the separator, the improvement of the life and rate characteristics is due to the coating of the clay mineral on the surface of the separator, ultimately the electrolyte impregnability of the electrode by excellent electrolyte wetting on the separator This is because the amount of the electrolyte solution content of the electrode is increased compared to the same time.

이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 시트형 분리막은 그 표면에 극성 용매에 친화성을 갖는 점토 광물이 코팅됨으로써, 기계적 강도 및 전해액의 젖음성을 높은 효율로 향상시키므로, 궁극적으로 전지의 안전성과 레이트 특성 및 저장 용량을 향상시키는 효과가 있다. As described above, the sheet-like separator according to the present invention is coated with a clay mineral having affinity for the polar solvent on the surface, thereby improving the mechanical strength and the wettability of the electrolyte with high efficiency, ultimately the safety and rate characteristics of the battery and It has the effect of improving the storage capacity.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

Claims (8)

양면에서 서로 대면하는 전극들의 절연상태를 유지하면서 이온의 이동이 가능할 수 있는 다공성 구조를 가진 시트형 분리막으로서, 분리막의 기계적 강도를 높이고 분리막 및 전극으로의 전해액 함침성을 향상시킬 수 있도록, 분리막의 표면에 극성 용매에 친화성을 갖는 점토 광물이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 분리막.A sheet-type separator having a porous structure that can move ions while maintaining the insulation state of electrodes facing each other on both sides, and enhances the mechanical strength of the separator and improves the impregnation of the electrolyte into the separator and the electrode. Separator, characterized in that the clay mineral is coated with a polar solvent having affinity to the polar solvent. 제 1 항에 있어서, 상기 점토 광물은 분리막의 표면에 0.1 ~ 75 mg/cm2의 도포량으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 분리막.The separator according to claim 1, wherein the clay mineral is coated on the surface of the separator with a coating amount of 0.1 to 75 mg / cm 2 . 제 1 항에 있어서, 상기 점토 광물의 입경은 1 nm ~ 100 ㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 분리막. The separation membrane of claim 1, wherein the particle diameter of the clay mineral is in the range of 1 nm to 100 μm. 제 1 항에 있어서, 상기 점토 광물은 스멕타이트(smectite), 벤토나이트 (bentonite), 라포나이트(laponite), 헥토라이트(hectorite), 깁사이트(gibbsite), 클로아이트(chlorite), 카올리나이트(kaolinite), 할로이사이트(halloysite), 피로필라이트탈크(pyrophylite-talc), 몬트모릴로나이트(montmorilonite:MMT), 버미큘리트 (vermiculit), 일라이트(illite), 미카(mica) 및 브리틀 미카(brittle mica) 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 분리막.The method of claim 1, wherein the clay mineral is smectite, bentonite, laponite, hectorite, gibbsite, chlorite, kaolinite, Halloysite, pyrophylite-talc, montmorilonite (MMT), vermiculit, illite, mica and brittle mica Separation membrane, characterized in that one or two or more selected from the group consisting of. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나에 따른 시트형 분리막이 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 전극조립체를 포함하는 것으로 구성된 전기화학 셀. An electrochemical cell comprising the electrode assembly in which the sheet separator according to any one of claims 1 to 4 is interposed between an anode and a cathode. 제 5 항에 있어서, 상기 셀은 이차전지 또는 캐패시터인 것을 특징으로 하는 전기화학 셀. 6. The electrochemical cell of claim 5, wherein said cell is a secondary battery or a capacitor. 제 7 항에 있어서, 상기 이차전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전기화학 셀. 8. The electrochemical cell of claim 7, wherein the secondary battery is a lithium secondary battery. 제 6 항에 있어서, 상기 이차전지는 고출력 대용량의 전지팩에 단위전지로서 사용되는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀.7. The electrochemical cell of claim 6, wherein the secondary battery is used as a unit cell in a battery pack of a high output large capacity.
KR1020060078498A 2006-08-21 2006-08-21 Sheet-typed Separator Coated with Clay Mineral and Lithium Electrochemical Cell Employing the Same KR101067628B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060078498A KR101067628B1 (en) 2006-08-21 2006-08-21 Sheet-typed Separator Coated with Clay Mineral and Lithium Electrochemical Cell Employing the Same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060078498A KR101067628B1 (en) 2006-08-21 2006-08-21 Sheet-typed Separator Coated with Clay Mineral and Lithium Electrochemical Cell Employing the Same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080017110A true KR20080017110A (en) 2008-02-26
KR101067628B1 KR101067628B1 (en) 2011-09-26

Family

ID=39384670

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060078498A KR101067628B1 (en) 2006-08-21 2006-08-21 Sheet-typed Separator Coated with Clay Mineral and Lithium Electrochemical Cell Employing the Same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101067628B1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2433795A4 (en) * 2009-05-21 2013-04-24 Asahi Kasei E Materials Corp Multi-layered porous film
CN105470574A (en) * 2015-01-16 2016-04-06 万向A一二三系统有限公司 Lithium titanate battery with high cycle performance
US10439189B2 (en) 2016-09-19 2019-10-08 Samsung Sdi Co., Ltd. Separator for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including same
CN110570964A (en) * 2017-12-27 2019-12-13 兰州大学 Backfill material for high-level waste disposal warehouse and preparation method thereof
WO2020226310A1 (en) * 2019-05-03 2020-11-12 주식회사 엘지화학 Separator for lithium-sulfur battery, and lithium-sulfur battery comprising same
CN113711434A (en) * 2019-05-03 2021-11-26 株式会社Lg新能源 Separator for lithium-sulfur battery and lithium-sulfur battery comprising same
CN114725615A (en) * 2022-04-08 2022-07-08 华南理工大学 Battery diaphragm and preparation method and application thereof
CN114725617A (en) * 2022-04-06 2022-07-08 华南理工大学 Coating slurry for lithium battery diaphragm, preparation method of coating slurry and lithium battery diaphragm

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3497569B2 (en) * 1994-08-17 2004-02-16 旭化成ケミカルズ株式会社 Polyethylene microporous membrane for non-aqueous battery separator
JPH09320564A (en) * 1996-03-29 1997-12-12 Kuraray Co Ltd Battery separator
KR100403754B1 (en) * 2001-06-19 2003-10-30 송민규 Composite Polymeric Electrolyte Membrane, Preparation Method Thereof and Fuel Cell Containing the Same
KR100407793B1 (en) * 2001-09-04 2003-12-01 한국과학기술연구원 proton exchange composite membranes and composite solutions having selectivity, its preparation and fuel cell comprising the same

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2433795A4 (en) * 2009-05-21 2013-04-24 Asahi Kasei E Materials Corp Multi-layered porous film
KR101361400B1 (en) * 2009-05-21 2014-02-10 아사히 가세이 이-매터리얼즈 가부시키가이샤 Multi-layered porous film
US8900740B2 (en) 2009-05-21 2014-12-02 Asahi Kasei E-Materials Corporation Multilayer porous film
CN105470574A (en) * 2015-01-16 2016-04-06 万向A一二三系统有限公司 Lithium titanate battery with high cycle performance
CN105470574B (en) * 2015-01-16 2018-05-18 万向一二三股份公司 A kind of lithium titanate battery of high circulation performance
US10439189B2 (en) 2016-09-19 2019-10-08 Samsung Sdi Co., Ltd. Separator for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including same
CN110570964A (en) * 2017-12-27 2019-12-13 兰州大学 Backfill material for high-level waste disposal warehouse and preparation method thereof
CN110570964B (en) * 2017-12-27 2023-07-14 兰州大学 Backfill material for high-level waste disposal warehouse and preparation method thereof
WO2020226310A1 (en) * 2019-05-03 2020-11-12 주식회사 엘지화학 Separator for lithium-sulfur battery, and lithium-sulfur battery comprising same
CN113711434A (en) * 2019-05-03 2021-11-26 株式会社Lg新能源 Separator for lithium-sulfur battery and lithium-sulfur battery comprising same
CN113711434B (en) * 2019-05-03 2024-03-12 株式会社Lg新能源 Separator for lithium-sulfur battery and lithium-sulfur battery comprising same
CN114725617A (en) * 2022-04-06 2022-07-08 华南理工大学 Coating slurry for lithium battery diaphragm, preparation method of coating slurry and lithium battery diaphragm
CN114725617B (en) * 2022-04-06 2023-02-14 华南理工大学 Coating slurry for lithium battery diaphragm, preparation method of coating slurry and lithium battery diaphragm
CN114725615A (en) * 2022-04-08 2022-07-08 华南理工大学 Battery diaphragm and preparation method and application thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR101067628B1 (en) 2011-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100927246B1 (en) Electrode mixture containing clay mineral and electrochemical cell using the same
KR100893229B1 (en) Lithium Secondary Battery Comprising Electrode Active Material Containing Surfactant
KR101540618B1 (en) Electrode for Secondary Battery and Method of Preparing the Same
KR100907621B1 (en) A positive electrode mixture containing a conductive material of two components and a lithium secondary battery composed of it
CN108352506B (en) Positive electrode and secondary battery comprising same
JP6763550B2 (en) A negative electrode and a secondary battery including the negative electrode
KR101130052B1 (en) Sheet-typed Separator Containing Mixed Coating Layer and Electrochemical Cell Employed with the Same
KR101067628B1 (en) Sheet-typed Separator Coated with Clay Mineral and Lithium Electrochemical Cell Employing the Same
KR20070077231A (en) Lithium secondary battery employed with separator coating layer containing surfactant
KR102071489B1 (en) Electrode Comprising Active Material Layers Having Active Material Particles of Different Average Particle Sizes
KR101588624B1 (en) Electrode of Improved Electrode Conductivity and Method For Manufacturing The Same
KR20130116038A (en) Multi layered electrode and the method of the same
JP6723370B2 (en) Electrode including electrode collector having three-dimensional network structure
US20230104135A1 (en) Negative electrode composition, negative electrode for lithium secondary battery comprising same, lithium secondary battery comprising negative electrode, and method for preparing negative electrode composition
KR100846073B1 (en) Lithium Secondary Battery Employed with Electrolyte Containing Hydrophilic-hydrophobic Block Copolymer
KR20190130851A (en) Negative electrode, and lithium secondarty battery comprising the negative electrode
KR20230048997A (en) Negative electrode composition, negative electrode for lithium secondary battery comprising same, lithium secondary battery comprising negative electrode, and method for preparing negative electrode composition
KR100893228B1 (en) Electrolyte for Lithium Secondary Battery of Improved Low-Temperature Property and Secondary Battery Containing the Same
KR100897180B1 (en) Cathode Material Containing Ag Nano Particle as Conductive Material and Lithium Secondary Battery Comprising the Same
KR20210050348A (en) Method for preparing a negative electrode material, the negative electrode material, a negative electrode comprising the negative electrode material, and a secondary battery comprising the negative electrode
KR20080099888A (en) Electrode material for secondary battery and process of preparing the same
KR20210030142A (en) Negative electrode and secondary battery comprising the negative electrode
US20230420665A1 (en) Negative electrode composition, negative electrode for lithium secondary battery including same, lithium secondary battery including negative electrode, and method of manufacturing negative electrode
KR101392803B1 (en) Positive Electrode for Secondary Battery Comprising Cathode Active Material of Different Size, and Lithium Secondary battery Comprising the Same
KR100963977B1 (en) Improved Lithium Secondary Battery of Improved Properties

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140716

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150716

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160817

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170718

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180619

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190625

Year of fee payment: 9