KR20100072532A - Electrode-separator complex and method for preparing the same - Google Patents

Electrode-separator complex and method for preparing the same Download PDF

Info

Publication number
KR20100072532A
KR20100072532A KR1020080130963A KR20080130963A KR20100072532A KR 20100072532 A KR20100072532 A KR 20100072532A KR 1020080130963 A KR1020080130963 A KR 1020080130963A KR 20080130963 A KR20080130963 A KR 20080130963A KR 20100072532 A KR20100072532 A KR 20100072532A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
polymer
separator
membrane
porous polymer
Prior art date
Application number
KR1020080130963A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101013785B1 (en
Inventor
조진희
이종
이용호
송지영
Original Assignee
주식회사 효성
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 효성 filed Critical 주식회사 효성
Priority to KR1020080130963A priority Critical patent/KR101013785B1/en
Publication of KR20100072532A publication Critical patent/KR20100072532A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101013785B1 publication Critical patent/KR101013785B1/en

Links

Images

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
    • H01M50/449Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/454Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising a non-fibrous layer and a fibrous layer superimposed on one another
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007Electro-spinning
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • 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
    • H01M50/403Manufacturing processes of separators, 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
    • H01M50/414Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/417Polyolefins
    • 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
    • H01M50/414Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/42Acrylic resins
    • 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
    • H01M50/414Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/423Polyamide resins
    • 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
    • H01M50/414Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/426Fluorocarbon polymers
    • 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
    • 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
    • H01M50/46Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • 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
    • H01M50/463Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
    • 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
    • H01M50/489Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/491Porosity
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

PURPOSE: An electrode-separator complex and a manufacturing method thereof are provided to firmly combine an electrode and a separator, to improve the affinity between an electrolyte and the complex, and to prevent thermal shrinkage. CONSTITUTION: An electrode-separator complex comprises the following: an electrode(10); and a porous polymer separator(20) formed with a super fine fiber including polymer layers(22,24) with two different properties. A manufacturing method of the electrode-separator complex comprises the following steps: forming the electrode by spreading slurry including an electrode active material to a current collector, and drying the active material; and coating the porous polymer separator by electrically radiating two different polymers on the surface the electrode.

Description

전극-분리막 복합체 및 그 제조방법{Electrode-separator complex and method for preparing the same}Electrode-separator complex and method for preparing the same

본 발명은 전극-분리막 복합체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전기화학 소자의 성능 및 안전성을 향상시킬 수 있는 전극-분리막 복합체 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an electrode-membrane composite and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an electrode-membrane composite and a method of manufacturing the same that can improve the performance and safety of the electrochemical device.

최근, 전자 기기 등이 소형화 및 경량화됨에 따라, 고밀도 및 고에너지를 갖는 에너지원의 개발이 집중적으로 연구되고 있다. 그 대표적인 예로 리튬이온 전지와 리튬 고분자 전지가 있다. 리튬이온 전지는 음극 활물질, 양극 활물질, 유기 전해액 및 분리막으로 구성되며, 분리막은 리튬이온 전지의 양극과 음극의 접촉에 의한 내부 단락을 방지하고, 이온을 투과시키는 역할을 하며, 현재 일반적으로 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 물질로 이루어진다. 상기 리튬이온 전지는 과열될 경우 폭발의 위험성이 있으므로, 전지의 발열을 막기 위하여, 보호회로를 장착하는 방법, 분리막에 의한 열폐색을 이용하는 방법 등이 제안되고 있다. 그러 나, 보호회로의 이용은 전지팩의 소형화 및 저비용화에 제약이 되고, 분리막에 의한 열폐색 기구는 발열이 급격하게 발생하는 경우, 효과적이지 못하다.Recently, as electronic devices and the like have become smaller and lighter, development of energy sources having high density and high energy has been intensively studied. Representative examples thereof include lithium ion batteries and lithium polymer batteries. The lithium ion battery is composed of a negative electrode active material, a positive electrode active material, an organic electrolyte and a separator, and the separator prevents internal short circuit caused by contact between the positive electrode and the negative electrode of the lithium ion battery, and serves to transmit ions. PE) and polypropylene (PP). Since the lithium ion battery has a risk of explosion when overheated, a method of installing a protection circuit, a method of using heat blocking by a separator, and the like have been proposed in order to prevent heat generation of the battery. However, the use of the protection circuit is limited to the miniaturization and cost reduction of the battery pack, and the heat blocking mechanism by the separator is not effective when the heat is generated rapidly.

한편, 리튬이온 전지 등의 전기화학 소자에는, 전술한 안전성 문제뿐 만 아니라, 현재 사용되고 있는 분리막에도 문제가 있다. 예컨대, 현재 생산중인 리튬이온 전지 및 리튬이온 폴리머 전지는, 통상 양극과 음극의 단락을 방지하고자, 폴리올레핀 계열의 분리막을 사용한다. 그러나, 폴리올레핀계 분리막은 분리막 재료의 특성(예컨대, 통상 200℃ 이하에서 용융되는 성질) 및 가공 특성(예컨대, 기공 크기 및 기공도 조절을 위해 연신 공정을 거침)으로 인하여, 고온에서 열수축되어 원래의 크기로 복귀되는 단점이 있다. 따라서, 내부/외부 자극에 의하여 전지의 온도가 상승할 경우, 분리막의 수축, 용융 등으로 인하여, 양극과 음극이 서로 단락될 가능성이 높아지며, 이로 인한 전기 에너지의 방출 등에 의해 폭발의 위험성이 있다. 따라서, 고온에서 열수축이 발생하지 않는 분리막의 개발이 필수적이다. On the other hand, electrochemical devices such as lithium ion batteries have problems not only with the above-mentioned safety problems but also with the separators currently used. For example, currently produced lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries generally use a polyolefin-based separator in order to prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode. However, polyolefin-based membranes are heat-shrinked at high temperatures due to the properties of the membrane material (e.g., typically melted below 200 ° C) and processing properties (e.g., stretching to control pore size and porosity). There is a drawback to returning to size. Therefore, when the temperature of the battery rises due to internal / external stimulation, the cathode and the cathode are shorted to each other due to shrinkage or melting of the separator, and there is a risk of explosion due to the release of electrical energy. Therefore, it is essential to develop a separator in which heat shrinkage does not occur at high temperatures.

미국특허 제5,460,904호는 하이브리드 형태의 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)계 고분자 전해질을 개시하고 있다. 상기 하이브리드 형태의 PVdF계 고분자 전해질은, 서브마이크론 이하의 나노 크기 기공을 갖는 고분자 매트릭스를 제조하고, 상기 기공 내에 유기 전해액을 주입하여 제조하는 것으로서, 이러한 전해질은 유기 전해액과의 호환성이 우수하고, 기공에 주입된 유기 전해액의 누액이 적어 안전하며, 전지제조 과정의 최후에 유기 전해액을 주입하므로, 고분자 매트릭스를 대기 중에서 제조할 수도 있다는 점에서 유리하다. 그러나 고분자 전해질의 제조에 있어, 나노 크기의 기공을 갖는 다공성 매트릭스를 얻기 위하여, 고분자 매트릭스 내에 함유된 가소제를 추출하여야 하므로, 제조 공정이 까다롭다는 단점이 있다. 또한, 가소제가 완전히 추출되지 않을 경우, 잔류된 가소제로 인해 전지의 특성이 악화되기도 한다. 그 외에도, PVdF계 전해질은 기계적 강도가 우수하지만 전극과의 접착력이 불량하므로, 전극 및 전지 제조 시에 추가적인 가열 라미네이션 공정이 필요하다는 결정적인 단점이 있다. U.S. Patent 5,460,904 discloses a polyvinylidene fluoride (PVdF) based polymer electrolyte in hybrid form. The hybrid type PVdF-based polymer electrolyte is prepared by preparing a polymer matrix having nano-sized pores of submicron size or less, and injecting an organic electrolyte into the pores, and the electrolyte has excellent compatibility with organic electrolytes and pores. Since the leakage of the organic electrolyte injected into the cell is small and safe, the organic electrolyte is injected at the end of the battery manufacturing process, which is advantageous in that the polymer matrix can be prepared in the air. However, in the preparation of the polymer electrolyte, in order to obtain a porous matrix having nano-sized pores, it is necessary to extract the plasticizer contained in the polymer matrix, so that the manufacturing process is difficult. In addition, if the plasticizer is not completely extracted, the remaining plasticizer may deteriorate the characteristics of the battery. In addition, since the PVdF-based electrolyte has excellent mechanical strength but poor adhesive strength with the electrode, there is a critical disadvantage that an additional heating lamination process is required when manufacturing the electrode and the battery.

대한민국 특허공개 제10-2005-0006540호에서는 PVdF를 전기 방사하여 분리막을 얻은 후, 전극의 한 면에 가열 압착하는 라미네이션 공정을 거쳐, 일체화된 분리막/전극 결합체를 제조하였으며, 전해질로써 유기 전해액에 고분자가 용해된 고분자 전해질을 사용하였다. 상기 문헌에서는, 고분자의 전기 방사에 의해 고분자 섬유가 제조되므로, 섬유의 직경이 작아, 기존 PE 또는 PP 분리막에 비하여 부피에 대한 표면적 비율이 높고 공극률이 크다는 장점이 있으나, 분리막과 전극과의 접착에 추가적인 가열 라미네이션 공정이 필요하다는 단점이 있다. In Korean Patent Publication No. 10-2005-0006540, a membrane is obtained by electrospinning PVdF, and then a lamination process of heat pressing on one side of an electrode is used to prepare an integrated separator / electrode assembly. A dissolved polyelectrolyte was used. In the above document, since the polymer fiber is manufactured by the electrospinning of the polymer, the diameter of the fiber is small, there is an advantage that the surface area ratio to volume and the porosity is larger than the conventional PE or PP separator, but the adhesion between the separator and the electrode The disadvantage is that an additional heating lamination process is required.

따라서, 본 발명의 목적은, 서로 다른 특성을 가지는 2종 이상의 고분자를 이용한 전극-분리막 복합체의 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for producing an electrode-separation membrane composite using two or more kinds of polymers having different characteristics.

본 발명의 다른 목적은, 전극과 분리막의 결합이 견고하고, 전해액과의 친화도가 우수할 뿐 아니라, 동시에 열수축을 억제할 수 있는 전극-분리막 복합체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an electrode-separation membrane composite and a method for manufacturing the same, which are firmly bonded to the electrode and the separation membrane, have excellent affinity with the electrolyte solution, and can simultaneously suppress heat shrinkage.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 전극; 및 상기 전극에 코팅되어 있으며, 서로 다른 특성을 가지는 2종 이상의 고분자층을 포함하는 초극세 섬유상의 다공성 고분자 분리막을 포함하는 전극-분리막 복합체를 제공한다. 본 발명은 또한, (a) 전극 활물질을 포함하는 슬러리를 전류 집전체에 도포하고 건조하여 전극을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 전극의 표면에 서로 다른 특성을 가지는 2종 이상의 고분자를 순차적으로 전기 방사하여, 초극세 섬유상의 다공성 고분자 분리막을 코팅하는 단계를 포함하는 전극-분리막 복합체의 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, the electrode; And an electrode-separator membrane composite including an ultra-fine fibrous porous polymer membrane coated on the electrode and including two or more polymer layers having different characteristics. The present invention also comprises the steps of (a) applying a slurry containing the electrode active material to the current collector and dried to produce an electrode; And (b) sequentially electrospinning two or more kinds of polymers having different characteristics on the surface of the electrode, thereby coating an ultrafine fibrous porous polymer separator.

본 발명에 따른 전극-분리막 복합체는, 초극세 섬유상의 다공성 고분자 분리막과 전극이 일체로 결착되어, 분리막과 전극의 접합성이 우수한 분리막/전극 결합체를 형성한다. 일반적으로, 2차 전지, 특히 리튬 이온 2차 전지용 분리막에 있어서, "셧다운" 특성과 "멜트 인티그리(melt integrity)" 특성은 전지의 안정성을 좌우하는 중요한 특성이다. 여기서 "셧다운" 특성이란, 전지의 사용 중 외부 단락으로 인해 전해액이 발열되면 전지 내부의 온도가 급상승하는데, 이때 전지 내부의 다공성 분리막의 미세기공이 막힐 정도로만 분리막이 부분적으로 녹아, 미세 기공을 막음으로써(shut down) 전기저항을 급속하게 증가시켜 전류의 흐름을 차단하는 특성을 말한다. 또한 "멜트 인티그리" 특성은, 셧다운 특성에 의하여 분리막이 부분적으로 용융되어 미세기공이 차단되지만, 분리막의 전체적인 형태는 그대로 유지되는 특성을 말한다. 또한, 분리막이 열에 의해 민감하게 열 수축한다면, 전지의 양극과 음극이 접촉하여, 단락이 발생하므로, 전지의 내부 온도가 올라가고 폭발의 위험성도 존재한다. 그러므로 분리막은, 셧다운 특성을 보유하여 전지내부의 온도 상승 시 전류를 차단하고, 멜트 다운 현상 및 열 수축 현상을 최소화하여 단락을 방지할 수 있어야 한다. 본 발명에 따른 전극-분리막 복합체는, 셧다운 층 및 열 수축 억제층을 구비하므로, 전지가 고온으로 가열될 경우 셧다운이 가능하고, 전지의 추가 가열 시, 분리막의 멜트 다운 현상을 방지하여, 전지의 단락 및 폭발을 억제할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 복합체에 있어서는, 분리막의 전해액 보유 능력이 우수하고, 전해액의 누액이 적으며, 유기 전해액과의 상용성이 우수하다. 따라서, 본 발명에 따른 전극-분리막 복합체는, 리튬 이차전지 등의 전기화학 소자에 특히 유용하다.In the electrode-membrane composite according to the present invention, the ultrafine fibrous porous polymer membrane and the electrode are integrally bound to form a separator / electrode assembly having excellent bonding property between the membrane and the electrode. In general, in separators for secondary batteries, particularly lithium ion secondary batteries, the "shutdown" and "melt integrity" properties are important properties that govern the stability of the battery. Here, the "shutdown" characteristic is that when the electrolyte heats up due to an external short circuit during the use of the battery, the temperature inside the battery rapidly rises. At this time, the separator partially melts to the extent that the micropores of the porous separator inside the battery are blocked, thereby preventing the micropores. (shut down) It is the characteristic to cut off the flow of current by rapidly increasing the electrical resistance. In addition, the "melt integra" characteristic refers to a characteristic in which the membrane is partially melted and the micropores are blocked by the shutdown characteristic, but the overall shape of the separator is maintained as it is. In addition, if the separator is thermally sensitive to heat shrinkage, since the positive electrode and the negative electrode of the battery are in contact with each other and a short circuit occurs, the internal temperature of the battery increases and there is a risk of explosion. Therefore, the separator should have a shutdown characteristic to cut off current when the temperature rises inside the battery, and to prevent a short circuit by minimizing a meltdown phenomenon and a heat shrinkage phenomenon. Since the electrode-membrane composite according to the present invention has a shutdown layer and a heat shrinkage suppressing layer, the battery can be shut down when the battery is heated to a high temperature, and when the battery is further heated, the meltdown of the separator is prevented, Short circuit and explosion can be suppressed. In addition, in the composite according to the present invention, the separator is excellent in the ability to hold the electrolyte solution, has little leakage of the electrolyte solution, and is excellent in compatibility with the organic electrolyte solution. Therefore, the electrode-membrane composite according to the present invention is particularly useful for electrochemical devices such as lithium secondary batteries.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in detail.

본 발명은, 양극과 음극의 전기적 접촉을 방지하면서, 이온을 통과시키는 역할을 하는 분리막(separator)과 리튬 이온의 가역적인 흡장 및 방출이 일어나는 전극(electrode)을 하나로 통합시킨 일체형 전극-분리막 복합체를 제공한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극-분리막 복합체의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전극-분리막 복합체는, 전극(10) 및 상기 전극(10)에 코팅되어 있으며, 서로 다른 특성을 가지는 2종 이상의 고분자층(22, 24)을 포함하는, 초극세 섬유상의 다공성 고분자 분리막(20)을 포함한다.The present invention provides an integrated electrode-membrane composite in which a separator that serves to pass ions and an electrode that undergoes reversible occlusion and release of lithium ions are integrated into one, while preventing electrical contact between the anode and the cathode. to provide. 1 is a cross-sectional view of an electrode-membrane composite according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the electrode-separation membrane composite according to the present invention includes an electrode 10 and two or more polymer layers 22 and 24 coated on the electrode 10 and having different characteristics. To include, the ultra-fine fibrous porous polymer membrane (20).

상기 다공성 고분자 분리막(20)은, 서로 다른 특성을 가지는 2종 이상의 고분자 용액(용융액을 포함한다)을 순차적으로 전기 방사하여 형성한 것으로서, 내부에 마이크로 단위의 기공이 형성되어 있다. 상기 다공성 고분자 분리막(20)의 매트릭스는 1 내지 3000 nm 직경의 초극세 고분자 섬유가 무질서하게 3차원적으로 적층된 형태를 가지고 있으며, 섬유의 작은 직경으로 인해 기존의 매트릭스에 비해 부피에 대한 표면적 비율이 매우 높고, 공극률이 큰 것으로 밝혀졌다. 따라서 높은 공극률에 의해 전해액의 함침량이 높으며, 이로 인해 이온전도도를 높일 수 있고, 높은 공극률에도 불구하고 넓은 표면적으로 인해 전해액과의 접촉면적을 증가시킬 수 있어, 전해액의 누액을 최소화할 수 있다. 그리고 전기 방사법(electro spinning)으로 다공성 고분자 매트릭스를 제조할 경우, 막의 형태로 직접 제조할 수 있다는 이점이 있다. 상기 다공성 고분자 분리막(20)을 형성하는 고분자는 섬유상으로 형성 가능한 것, 보다 구체적으로는 전기 방사법에 의해 초극세 섬유로 형성 가능한 것이면 특별히 제한되지 아니하며, 그 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰 로오스아세테이트 프로피오네이트, 폴리비닐피롤리돈-비닐아세테이트, 폴리[비스(2-(2-메톡시에톡시에톡시))포스파젠], 폴리에틸렌이미드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌숙시네이트, 폴레에틸렌설파이드, 폴리(옥시메틸렌-올리고-옥시에틸렌), 폴리프로필렌옥사이드, 폴리비닐아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(아크릴로니트릴-코-메틸아크릴레이트), 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리(메틸메타크릴레이드-코-에틸아크릴레이트), 폴리비닐클로라이드, 폴리(비닐리덴클로라이드-코-아크릴로니트릴), 폴리비닐리덴디플루오라이드, 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-헥사플루오로프로필렌) 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 전기 방사법에 의해 제조되는 다공성 고분자 매트릭스의 두께는 특별히 제한되지 아니하나, 통상 1 내지 300μm이고, 1 내지 100 ㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 내지 70 ㎛이며, 가장 바람직하게는 10 내지 50 ㎛이다. 그리고, 고분자 매트릭스를 형성하는 섬유상 고분자의 직경은 1 내지 3000 nm 범위에서 조절되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 10 nm ~ 1000 nm, 가장 바람직하게는 50 nm ~ 500 nm 범위 내에서 조절되는 것이다. 상기 섬유의 직경이 너무 얇으면 분리막(20)의 형성이 어렵고, 너무 두꺼우면 전해액의 함침성이 저하될 우려가 있다. 또한, 전극(10)에 코팅된 다공성 고분자 분리막(20)의 기공도는 통상 약 30 내지 90%이고, 기공의 크기는 약 10 nm 내지 10μm이며, 전해액의 함유율은 분리막의 중량에 대하여 약 50% 내지 500%이다. The porous polymer separation membrane 20 is formed by sequentially electrospinning two or more kinds of polymer solutions (including a molten solution) having different characteristics, and micropores are formed therein. The matrix of the porous polymer membrane 20 has a form in which ultra-fine polymer fibers having a diameter of 1 to 3000 nm are randomly stacked three-dimensionally, and the surface area to volume ratio is higher than that of the conventional matrix due to the small diameter of the fiber. It was found to be very high and large porosity. Therefore, the impregnation amount of the electrolyte is high due to the high porosity, thereby increasing the ionic conductivity, and in spite of the high porosity, the contact area with the electrolyte may be increased due to the large surface area, thereby minimizing leakage of the electrolyte. And when the porous polymer matrix is prepared by electrospinning, there is an advantage that can be prepared directly in the form of a membrane. The polymer forming the porous polymer separation membrane 20 is not particularly limited as long as it can be formed into a fibrous form, more specifically, a microfine fiber by electrospinning, and examples thereof include polyethylene, polypropylene, cellulose, cellulose acetate, Cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, polyvinylpyrrolidone-vinylacetate, poly [bis (2- (2-methoxyethoxyethoxy)) phosphazene], polyethyleneimide, polyethylene oxide, Polyethylene succinate, polyethylene sulfide, poly (oxymethylene-oligo-oxyethylene), polypropylene oxide, polyvinylacetate, polyacrylonitrile, poly (acrylonitrile-co-methylacrylate), polymethylmethacrylate , Poly (methyl methacrylate-co-ethylacrylate), polyvinyl chloride And poly (vinylidene chloride-co-acrylonitrile), polyvinylidene difluoride, poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) or mixtures thereof. The thickness of the porous polymer matrix produced by the electrospinning method is not particularly limited, but is usually 1 to 300 µm, preferably 1 to 100 µm, more preferably 5 to 70 µm, most preferably 10 to 50 [Mu] m. In addition, the diameter of the fibrous polymer forming the polymer matrix is preferably controlled in the range of 1 to 3000 nm, more preferably in the range of 10 nm to 1000 nm, most preferably in the range of 50 nm to 500 nm. If the diameter of the fiber is too thin, it is difficult to form the separator 20, and if the fiber is too thick, the impregnability of the electrolyte may decrease. In addition, the porosity of the porous polymer membrane 20 coated on the electrode 10 is usually about 30 to 90%, the pore size is about 10 nm to 10μm, the content of the electrolyte is about 50% by weight of the membrane To 500%.

본 발명에 따른 다공성 고분자 분리막(20)은, 서로 다른 특성을 가지는 2종 이상의 고분자층(22, 24)을 포함하며, 바람직하게는 셧다운 고분자층(22) 및 열 수 축 억제 고분자층(24)을 포함한다. 상기 셧다운 고분자층(22)은, 전지가 고온으로 가열될 경우, 전지를 셧다운(shut down)시키는 기능을 한다. 또한, 상기 열 수축 억제 고분자층(24) 은, 전지의 추가 가열 시, 셧다운 이후, 분리막의 멜트 다운 현상을 방지하여, 궁극적으로 전지의 단락 및 폭발을 감소시킬 수 있다. 상기 고분자는 전기 방사가 가능할 정도의 분자량을 가지면 크게 제한되지 않으나, 특히 적어도 10,000 이상의 분자량을 가지는 것이 좋다. 상기 고분자의 분자량이 적어도 10,000인 경우 전기 방사시 섬유상을 얻기가 용이하며, 다공성 막의 물리적 성질이 우수하며, 고분자의 분자량이 높아질수록 전기 방사되는 나노 섬유의 섬유 직경이 가늘어져 나노 섬유의 접합점이 많이 생성된다는 이점이 있다. 또한, 상기 고분자는 대량생산에 따른 작업성과 다공성 막의 물리적 성질의 면에서 분자량 2,000 이상의 고분자부터 사용 가능하며, 초고분자량 폴리에틸렌(Ultra high molecular weight polyethylene)의 경우에는 1,000,000 ~ 5,000,000의 분자량을 가지는 것도 사용 가능하다. 본 발명에 사용되는 상기 고분자 용액 내의 용매는 고분자를 용해시키고, 고체 입자를 분산시키기에 적당하면 되므로, 당업자가 고분자 및 고체입자의 종류에 따라 선택하여 사용할 수 있음은 물론이다. 특히, 상기 고분자 용액의 점도는 0.1 cp(10-3Pa.s) ~ 103 Pa.s 인 것이 바람직하다. 고분자 용액의 점도가 상기 범위내인 경우, 전기방사 및 나노 섬유 웹의 몰폴로지(morphology)를 조절하기가 용이하다. The porous polymer separator 20 according to the present invention includes two or more kinds of polymer layers 22 and 24 having different characteristics, and preferably, the shutdown polymer layer 22 and the heat shrink inhibiting polymer layer 24. It includes. The shutdown polymer layer 22 functions to shut down the battery when the battery is heated to a high temperature. In addition, the thermal shrinkage inhibiting polymer layer 24 may prevent the meltdown of the separator after shutdown in further heating of the battery, thereby ultimately reducing short circuit and explosion of the battery. The polymer is not particularly limited as long as it has a molecular weight such that electrospinning is possible, but it is particularly preferable to have a molecular weight of at least 10,000 or more. When the molecular weight of the polymer is at least 10,000, it is easy to obtain a fibrous phase during electrospinning, and the physical properties of the porous membrane are excellent. There is an advantage that is generated. In addition, the polymer may be used from a polymer having a molecular weight of 2,000 or more in terms of workability and physical properties of the porous membrane, and in the case of ultra high molecular weight polyethylene, a polymer having a molecular weight of 1,000,000 to 5,000,000 may be used. Do. Since the solvent in the polymer solution used in the present invention may be suitable for dissolving the polymer and dispersing the solid particles, those skilled in the art can select and use the polymer and the solid particles according to the type. In particular, the viscosity of the polymer solution is preferably 0.1 cp (10 -3 Pa.s) ~ 10 3 Pa.s. If the viscosity of the polymer solution is within the above range, it is easy to control the electrospinning and morphology of the nanofiber web.

상기 셧다운 고분자층(22)은, 비교적 낮은 온도의 녹는 점을 가지는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리메틸펜텐, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등, 용융지수가 1 내지 25g/분인 폴리올레핀계 수지 등으로 이루어진다. 또한, 상기 열 수축 억제 고분자층(24)은 융점이 180℃ 이상이거나 융점이 없는 내열성 고분자인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트 등의 폴리에스테르, 폴리아미이드, 폴리이미드, 폴리아미이드이미드, 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미이드), 폴리설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르이미드 등으로 이루어진다. 본 발명에 따른 다공성 고분자 분리막(20)을 구성하는 2종 이상의 고분자층(22, 24)의 각각의 두께는, 통상 1 내지 50μm, 바람직하게는 1 내지 20μm, 더욱 바람직하게는 5 내지 10μm 이며, 만일 상기 고분자층(22, 24)의 두께가 너무 얇으면, 각 고분자층(22, 24)의 효과가 충분히 발휘되지 못하며, 상기 고분자층(22, 24)의 두께가 너무 두꺼우면, 경제적으로 불리할 뿐, 특별한 이익이 없다. The shutdown polymer layer 22 is a polyolefin resin having a melt index of 1 to 25 g / min, such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polymethylpentene, and ethylene-propylene copolymer having a relatively low melting point. And so on. In addition, the heat shrink inhibiting polymer layer 24 may be a heat-resistant polymer having a melting point of 180 ° C. or higher or polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polybutylene terephthalate, polybutylene naphthalate, or the like. Polyester, polyamide, polyimide, polyamideimide, poly (meth-phenylene isophthalamide), polysulfone, polyetherketone, polyetherimide and the like. The thickness of each of the two or more polymer layers 22 and 24 constituting the porous polymer separator 20 according to the present invention is usually 1 to 50 μm, preferably 1 to 20 μm, more preferably 5 to 10 μm, If the thickness of the polymer layers 22 and 24 is too thin, the effects of the respective polymer layers 22 and 24 are not sufficiently exhibited, and if the thickness of the polymer layers 22 and 24 is too thick, it is economically disadvantageous. There is no special benefit.

또한, 필요에 따라, 본 발명에 따른 다공성 고분자 분리막(20)은 전해액 함침 고분자층을 더욱 포함할 수 있다. 상기 전해액 함침 고분자층은 전해액에 팽윤되는 팽윤성 고분자 물질로 이루어지는 것으로서, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF); 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-헥사플루오로프로필렌); 퍼풀루오로폴리머; 폴리비닐클로라이드; 폴리비닐리덴클로라이드; 폴리에틸렌글리콜디알킬에테르 및 폴리에틸렌글리콜 디알킬에스테르를 포함하는 폴리에틸렌글리콜 유도체; 폴리 (옥시메틸렌-올리고-옥시에틸렌), 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리프로필렌옥사이드를 포함하는 폴리옥사이드; 폴리비닐아세테이트, 폴리(비닐피롤리돈-비닐아세테이트); 폴리스티렌, 폴리스티렌 아크릴로니트릴 공중합체; 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴로니트릴 메틸메타크릴레이트 공중합체를 포함하는 폴리아크릴로니트릴 공중합체; 폴리메틸메타크릴레이트; 폴리메틸메타크릴레이트 공중합체, 상기 성분들의 공중합체 등의 고분자로 이루어진다.In addition, if necessary, the porous polymer separator 20 according to the present invention may further include an electrolyte solution-impregnated polymer layer. The electrolyte solution impregnated polymer layer is made of a swellable polymer material swelled in the electrolyte solution, polyvinylidene fluoride (PVdF); Poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene); Perfuluropolymers; Polyvinyl chloride; Polyvinylidene chloride; Polyethylene glycol derivatives including polyethylene glycol dialkyl ether and polyethylene glycol dialkyl ester; Polyoxides including poly (oxymethylene-oligo-oxyethylene), polyethylene oxide and polypropylene oxide; Polyvinylacetate, poly (vinylpyrrolidone-vinylacetate); Polystyrene, polystyrene acrylonitrile copolymers; Polyacrylonitrile copolymers including polyacrylonitrile, polyacrylonitrile methyl methacrylate copolymer; Polymethyl methacrylate; It consists of polymers, such as a polymethylmethacrylate copolymer and the copolymer of the said components.

한편, 본 발명에 따른 전극-분리막 복합체에 사용되는 전극(10)으로는 통상의 도전성 전극, 예를 들면, 리튬 이차전지에 포함되는 통상의 양극 또는 음극을 제한없이 사용할 수 있다. 리튬 이차전지의 경우, 상기 전극(10, 음극 또는 양극)은, 적당량의 활물질, 도전재, 결합제 및 유기 용매를 혼합하여 슬러리를 제조한 다음, 전류 집전체인 구리 또는 알루미늄 박판 그리드(grid) 등의 양면에 제조된 슬러리를 캐스팅하고, 건조 및 압연하여 얻어질 수 있다. 음극 활물질은 흑연, 코크스, 하드카본, 주석 산화물, 이들을 리튬화한 것, 리튬, 리튬합금 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택될 수 있고, 양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiNiCoO2, LiMn2O4, V2O5, V6O13 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택될 수 있다. On the other hand, as the electrode 10 used in the electrode-membrane composite according to the present invention, a conventional conductive electrode, for example, a conventional positive or negative electrode included in a lithium secondary battery can be used without limitation. In the case of a lithium secondary battery, the electrode 10, the negative electrode or the positive electrode is prepared by mixing an appropriate amount of an active material, a conductive material, a binder, and an organic solvent to prepare a slurry, and then, a copper or aluminum thin grid, which is a current collector. It can be obtained by casting, drying and rolling the prepared slurry on both sides of. The negative electrode active material may be selected from the group consisting of graphite, coke, hard carbon, tin oxide, lithiated ones thereof, lithium, lithium alloys and mixtures thereof, and the positive electrode active material is LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , V 2 O 5 , V 6 O 13 and mixtures thereof.

다음으로, 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 전극-분리막 복합체의 제조방법을 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 전극-분리막 복합체의 제조에 사용될 수 있 는 전기 방사 장치의 개략도이다. 본 발명에 따라, 전극-분리막 복합체를 제조하는 방법은, (a) 전극 활물질을 포함하는 슬러리를 전류 집전체에 도포하고 건조하여 전극을 제조하는 단계; (b) 상기 전극의 표면에 서로 다른 특성을 가지는 2종 이상의 고분자를 순차적으로 전기 방사하여, 상기 전극 표면에 초극세 섬유상의 다공성 고분자 분리막을 코팅하는 단계; 및 필요에 따라, (c) 전기 방사된 고분자를 가열 압착하여 전극과의 접착력을 향상시키는 단계를 포함한다. 상기 고분자의 전기 방사는 고분자를 용융시키거나, 용매에 녹여 고분자 용액을 제조하여 수행할 수 있다. 상기 고분자 용융물 또는 용액의 전기 방사는, 활물질이 코팅되어 있으며, 접지된 전극판(5)을 전기 방사 장치의 방사 노즐(4)에 하부에 위치시키고, 전기 방사 장치의 배럴(1)로부터 셧다운 기능을 갖는 용융 고분자 또는 고분자 용액을 정량 펌프(2)를 통하여 인출하고, 고전압 발생기(3)에 결합된 방사 노즐(4)을 통하여, 하전된 초극세 섬유상으로 전극판(5)의 상부에 전기 방사하여 셧다운 고분자층을 형성하는 단계와, 다시 동일한 과정을 통하여, 전기 방사 장치의 배럴(1)로부터 내열 특성이 우수한 용융 고분자 또는 고분자 용액을 상기 셧다운 고분자층의 상부에 하전된 초극세 섬유상으로 전기 방사하여 열 수축 억제 고분자층을 형성하는 단계로 이루어질 수 있다. 이와 같이 제조된 전극-분리막 복합체를 이용하여, 통상의 방법에 따라, 리튬 이차전지 등의 다양한 전기화학 소자를 제조할 수 있다. Next, referring to FIG. 2, a method of manufacturing the electrode-separation membrane composite according to the present invention will be described. 2 is a schematic diagram of an electrospinning apparatus that may be used in the preparation of the electrode-membrane composite according to the present invention. According to the present invention, a method of manufacturing an electrode-membrane composite includes: (a) applying an slurry containing an electrode active material to a current collector and drying to prepare an electrode; (b) sequentially electrospinning two or more kinds of polymers having different properties on the surface of the electrode, and coating a porous polymer separator on an ultra-fine fibrous surface on the electrode surface; And, if necessary, (c) heating and compressing the electrospun polymer to improve adhesion to the electrode. Electrospinning of the polymer may be performed by melting the polymer or dissolving it in a solvent to prepare a polymer solution. The electrospinning of the polymer melt or solution is coated with an active material, and the grounded electrode plate 5 is placed below the spinning nozzle 4 of the electrospinning apparatus and shuts down from the barrel 1 of the electrospinning apparatus. The molten polymer or the polymer solution having the same is withdrawn through the metering pump (2), and through the spinning nozzle (4) coupled to the high voltage generator (3), by electrospinning on the electrode plate (5) on the top of the charged ultra-fine fibers By forming the shutdown polymer layer, and again through the same process, the molten polymer or polymer solution having excellent heat resistance characteristics from the barrel (1) of the electrospinning apparatus is electrospun into the ultra-fine fibers charged on top of the shutdown polymer layer to heat It may comprise the step of forming a shrinkage inhibiting polymer layer. Using the electrode-separation membrane composite thus prepared, various electrochemical devices such as a lithium secondary battery may be manufactured according to a conventional method.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로써, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정 되는 것은 아니다. 하기 실시예에 있어서, 양극으로는 PVdF(폴리비닐리덴플루오라이드) 바인더, 수퍼-P 카본, LiCoO2로 구성된 슬러리를 알루미늄 호일에 캐스팅하여 사용하였고, 음극으로는 MCMB(mesocarbon microbeads), PVdF, 수퍼-P 카본으로 구성된 슬러리를 구리 호일에 캐스팅하여 사용하였다. 상기 양극과 음극에 있어서, 슬러리를 각각 캐스팅한 후, 입자 간 및 금속 호일과의 접착력을 증대시키기 위하여, 롤 프레싱을 실시하였다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. The following examples are intended to illustrate the invention, but the scope of the invention is not limited by the following examples. In the following examples, a slurry composed of PVdF (polyvinylidene fluoride) binder, super-P carbon, and LiCoO 2 was cast on an aluminum foil as an anode, and MCMB (mesocarbon microbeads), PVdF, and super were used as an anode. A slurry composed of -P carbon was used by casting in copper foil. In the positive electrode and the negative electrode, after the slurry was cast respectively, roll pressing was performed to increase the adhesion between the particles and the metal foil.

[실시예 1] 다공성 고분자 분리막의 형성 Example 1 Formation of Porous Polymer Membrane

점도가 0.1 cp(10-3Pa.s) 내지 103 Pa.s 인 폴리에틸렌(PE) 용액을 제조하여 전기 방사 장치의 배럴(1)에 투입하고, 정량 펌프(2)를 사용하여 100μl/min 속도로 고분자 용액을 토출시켰다. 이 때, 고전압 발생기(3)를 사용하여 방사 노즐(4)에 하전을 부여함으로써, 전극판이 부착된 금속 집전판(5)에 50μm의 두께를 갖는 셧다운 고분자층을 형성시켰다. 상기 셧다운 고분자층의 상부에 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 용액을 동일한 방법으로 전기 방사하여 열 수축 억제 고분자층을 형성함으로서, 초극세 섬유상 다공성 고분자 분리막을 형성하였다. 이와 같이 전극의 표면에 코팅된 고분자층의 주사(走査) 전자 현미경(Scanning Electron Microscope: SEM) 사진을 도 3에 나타내었다.A polyethylene (PE) solution having a viscosity of 0.1 cp (10 -3 Pa.s) to 10 3 Pa.s was prepared and added to the barrel (1) of the electrospinning apparatus, and 100 µl / min using the metering pump (2). The polymer solution was discharged at a rate. At this time, by applying charge to the spinning nozzle 4 using the high voltage generator 3, a shutdown polymer layer having a thickness of 50 µm was formed on the metal current collector plate 5 with the electrode plate attached thereto. The polyethylene terephthalate (PET) solution was electrospun on the shutdown polymer layer in the same manner to form a heat shrink inhibiting polymer layer, thereby forming an ultrafine fibrous porous polymer separator. Thus, a scanning electron microscope (SEM) photograph of the polymer layer coated on the surface of the electrode is shown in FIG. 3.

[실시예 2] 다공성 고분자 분리막의 형성 Example 2 Formation of Porous Polymer Membrane

실시예 1에서 형성된 다공성 고분자 분리막의 상부에, 전해액과의 호환성이 우수한 PVdF(폴리비닐리덴플루오라이드) 용액을 실시예 1과 동일한 방법으로 전기 방사하여, 전해액 함침 고분자층을 포함하는, 3층 구조의 초극세 섬유상 다공성 고분자 분리막을 형성하였다.A three-layer structure including an electrolyte-impregnated polymer layer by electrospinning a PVdF (polyvinylidene fluoride) solution having excellent compatibility with an electrolyte solution on the upper portion of the porous polymer separator formed in Example 1 in the same manner as in Example 1 The ultrafine fibrous porous polymer separator of was formed.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극-분리막 복합체의 단면도.1 is a cross-sectional view of an electrode-membrane composite according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 전극-분리막 복합체의 제조에 사용될 수 있는 전기 방사 장치의 개략도.2 is a schematic diagram of an electrospinning apparatus that may be used in the preparation of an electrode-membrane composite according to the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 전극의 표면에 형성된 고분자층의 주사 전자 현미경 사진.3 is a scanning electron micrograph of a polymer layer formed on the surface of an electrode, according to one embodiment of the invention.

Claims (5)

전극; 및electrode; And 상기 전극에 코팅되어 있으며, 서로 다른 특성을 가지는 2종 이상의 고분자층을 포함하는 초극세 섬유상의 다공성 고분자 분리막을 포함하는 전극-분리막 복합체. Electrode-separation membrane composite comprising an ultra-fine fibrous porous polymer membrane comprising two or more polymer layers coated on the electrode and having different characteristics. 제1항에 있어서, 상기 다공성 고분자 분리막은, 직경 1 내지 3000 nm의 고분자 섬유가 3차원적으로 무질서하게 적층된 초극세 섬유상 형태를 가지며, 상기 다공성 고분자 분리막의 두께는 1 내지 300μm인 것인, 전극-분리막 복합체. The electrode of claim 1, wherein the porous polymer separator has an ultra-fine fibrous form in which polymer fibers 1 to 3000 nm in diameter are randomly stacked in three dimensions, and the thickness of the porous polymer separator is 1 to 300 μm. Membrane complex. 제1항에 있어서, 상기 서로 다른 특성을 가지는 2종 이상의 고분자층은, (a) 폴리올레핀계 수지로 이루어진 셧다운 고분자층; 및 (b) 폴리에스테르, 폴리아미이드, 폴리이미드, 폴리아미이드이미드, 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미이드), 폴리설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르이미드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 열 수축 억제 고분자층을 포함하는 것인, 전극-분리막 복합체.The method of claim 1, wherein the two or more polymer layers having different characteristics include: (a) a shutdown polymer layer made of a polyolefin resin; And (b) polyester, polyamide, polyimide, polyamideimide, poly (meth-phenylene isophthalamide), polysulfone, polyetherketone, polyetherimide and mixtures thereof Will comprise a thermal shrinkage inhibiting polymer layer, electrode- separator composite. 제3항에 있어서, 상기 서로 다른 특성을 가지는 2종 이상의 고분자층은, 폴리비닐리덴플루오라이드, 퍼풀루오로폴리머, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐리덴클로라이드, 폴리에틸렌글리콜 유도체, 폴리옥사이드, 폴리비닐아세테이트, 폴리스티 렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 상기 성분들의 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 전해액 함침 고분자층을 더욱 포함하는 것인, 전극-분리막 복합체.The method of claim 3, wherein the two or more polymer layers having different characteristics are polyvinylidene fluoride, perfuluropolymer, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyethylene glycol derivatives, polyoxide, polyvinylacetate, And an electrolyte solution-impregnated polymer layer selected from the group consisting of polystyrene, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, copolymers of the above components, and mixtures thereof. (a) 전극 활물질을 포함하는 슬러리를 전류 집전체에 도포하고 건조하여 전극을 제조하는 단계; 및 (a) applying a slurry containing an electrode active material to a current collector and drying to prepare an electrode; And (b) 상기 전극의 표면에 서로 다른 특성을 가지는 2종 이상의 고분자를 순차적으로 전기 방사하여, 초극세 섬유상의 다공성 고분자 분리막을 코팅하는 단계를 포함하는 전극-분리막 복합체의 제조 방법.(B) a method of producing an electrode-separator composite comprising a step of sequentially electrospinning two or more kinds of polymers having different characteristics on the surface of the electrode, to coat the ultra-fine fibrous porous polymer membrane.
KR1020080130963A 2008-12-22 2008-12-22 Electrode-separator complex and method for preparing the same KR101013785B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080130963A KR101013785B1 (en) 2008-12-22 2008-12-22 Electrode-separator complex and method for preparing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080130963A KR101013785B1 (en) 2008-12-22 2008-12-22 Electrode-separator complex and method for preparing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100072532A true KR20100072532A (en) 2010-07-01
KR101013785B1 KR101013785B1 (en) 2011-02-14

Family

ID=42635699

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080130963A KR101013785B1 (en) 2008-12-22 2008-12-22 Electrode-separator complex and method for preparing the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101013785B1 (en)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102544417A (en) * 2010-12-21 2012-07-04 通用汽车环球科技运作有限责任公司 Battery separators with variable porosity
WO2012093864A3 (en) * 2011-01-05 2012-10-11 주식회사 이아이지 Electrode assembly including asymmetrically coated separation membrane and electrochemical device including electrode assembly
KR101371061B1 (en) * 2013-03-14 2014-03-10 (주)에프티이앤이 2-layer seperator for secondary cell with excellent heat-resisting property and its method
KR101411285B1 (en) * 2013-03-14 2014-06-24 (주)에프티이앤이 Manufacturing method of the composite electrolyte membrane of second battery
KR101411286B1 (en) * 2013-03-14 2014-06-24 (주)에프티이앤이 Manufacturing method of the composite electrolyte membrane of second battery
KR101411282B1 (en) * 2013-03-14 2014-06-24 (주)에프티이앤이 Manufacturing method of the composite electrolyte membrane of second battery
WO2014100213A2 (en) 2012-12-18 2014-06-26 Sabic Innovative Plastics Ip B.V. High temperature melt integrity battery separators via spinning
WO2014142451A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 (주)에프티이앤이 Separation membrane/electrode junction body for secondary battery and method for manufacturing same
KR101447567B1 (en) * 2013-03-14 2014-10-07 (주)에프티이앤이 Manufacturing method of the composite electrolyte membrane of second battery
KR101455195B1 (en) * 2012-03-09 2014-10-28 (주)우리나노필 Separator structure used in electrochemical device
KR101490890B1 (en) * 2012-11-09 2015-02-06 (주) 파이브레인 Separator for secondary battery and manufacturing method thereof
WO2016097571A1 (en) * 2014-12-17 2016-06-23 Electricite De France Method for producing a waterproof and ion-conducting flexible membrane
DE102016225825A1 (en) * 2016-12-21 2018-06-21 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Electrode protective layer
US11837716B2 (en) 2020-08-28 2023-12-05 Samsung Sdi Co., Ltd. Electrode assembly for rechargeable lithium battery, and rechargeable lithium battery including same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1050348A (en) 1996-08-06 1998-02-20 Dainippon Printing Co Ltd Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery and manufacture thereof
BR0315274B1 (en) 2002-10-15 2012-04-03 electrochemical device component, protective composite battery separator, method for fabricating an electrochemical device component, battery cell, and method for producing the same.
US7829242B2 (en) * 2004-10-21 2010-11-09 Evonik Degussa Gmbh Inorganic separator-electrode-unit for lithium-ion batteries, method for the production thereof and use thereof in lithium batteries

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102544417A (en) * 2010-12-21 2012-07-04 通用汽车环球科技运作有限责任公司 Battery separators with variable porosity
WO2012093864A3 (en) * 2011-01-05 2012-10-11 주식회사 이아이지 Electrode assembly including asymmetrically coated separation membrane and electrochemical device including electrode assembly
KR101455195B1 (en) * 2012-03-09 2014-10-28 (주)우리나노필 Separator structure used in electrochemical device
KR101490890B1 (en) * 2012-11-09 2015-02-06 (주) 파이브레인 Separator for secondary battery and manufacturing method thereof
US10243187B2 (en) 2012-12-18 2019-03-26 Sabic Global Technologies B.V. Process of making battery separators via spinning
US9577235B2 (en) 2012-12-18 2017-02-21 Sabic Global Technologies B.V. High temperature melt integrity battery separators via spinning
WO2014100213A2 (en) 2012-12-18 2014-06-26 Sabic Innovative Plastics Ip B.V. High temperature melt integrity battery separators via spinning
KR101411282B1 (en) * 2013-03-14 2014-06-24 (주)에프티이앤이 Manufacturing method of the composite electrolyte membrane of second battery
KR101411285B1 (en) * 2013-03-14 2014-06-24 (주)에프티이앤이 Manufacturing method of the composite electrolyte membrane of second battery
WO2014142451A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 (주)에프티이앤이 Separation membrane/electrode junction body for secondary battery and method for manufacturing same
KR101411286B1 (en) * 2013-03-14 2014-06-24 (주)에프티이앤이 Manufacturing method of the composite electrolyte membrane of second battery
KR101371061B1 (en) * 2013-03-14 2014-03-10 (주)에프티이앤이 2-layer seperator for secondary cell with excellent heat-resisting property and its method
KR101447567B1 (en) * 2013-03-14 2014-10-07 (주)에프티이앤이 Manufacturing method of the composite electrolyte membrane of second battery
CN107112478A (en) * 2014-12-17 2017-08-29 法国电力公司 Method suitable for producing water proofing property ionic conductance flexible membrane
FR3030891A1 (en) * 2014-12-17 2016-06-24 Electricite De France PROCESS FOR MANUFACTURING A WATERTIGHT FLEXIBLE MEMBRANE AND IONIC CONDUCTIVE
US20170352856A1 (en) * 2014-12-17 2017-12-07 Electricite De France Method for producing a waterproof and ion-conducting flexible membrane
US9972817B2 (en) 2014-12-17 2018-05-15 Electricite De France Method for producing a waterproof and ion-conducting flexible membrane
CN107112478B (en) * 2014-12-17 2018-12-07 法国电力公司 Method suitable for producing waterproofness ionic conductance flexible membrane
WO2016097571A1 (en) * 2014-12-17 2016-06-23 Electricite De France Method for producing a waterproof and ion-conducting flexible membrane
DE102016225825A1 (en) * 2016-12-21 2018-06-21 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Electrode protective layer
US11837716B2 (en) 2020-08-28 2023-12-05 Samsung Sdi Co., Ltd. Electrode assembly for rechargeable lithium battery, and rechargeable lithium battery including same

Also Published As

Publication number Publication date
KR101013785B1 (en) 2011-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101013785B1 (en) Electrode-separator complex and method for preparing the same
Li et al. A review of electrospun nanofiber-based separators for rechargeable lithium-ion batteries
KR101246825B1 (en) Separator with heat resistance, rechargeable battery using the same and method of manufacturing the same
Deimede et al. Separators for lithium‐ion batteries: a review on the production processes and recent developments
US9601740B2 (en) Composite porous separation membrane having shut-down function, method of manufacturing same, and secondary batteries using same
Lee et al. A review of recent developments in membrane separators for rechargeable lithium-ion batteries
JP4832430B2 (en) Lithium ion secondary battery separator and lithium ion secondary battery
KR100666821B1 (en) Organic/inorganic composite porous layer-coated electrode and electrochemical device comprising the same
KR100699215B1 (en) Separator for electric component and method for producing the same
JP5415609B2 (en) Separator including porous coating layer, method for producing the same, and electrochemical device including the same
JP4803984B2 (en) Lithium ion secondary battery separator, method for producing the same, and lithium ion secondary battery
JP5678201B2 (en) Separator manufacturing method, separator formed by the method, and electrochemical device including the same
EP2869362B1 (en) Lithium-ion secondary battery separator
KR100742959B1 (en) Organic/inorganic composite porous film and electrochemical device using the same
KR102217721B1 (en) Complex fibrous separator, manufacturing method thereof and secondary battery using the same
JP2013510389A (en) Heat resistance, high-strength ultrafine fiber separation membrane, method for producing the same, and secondary battery using the same
JP2011190447A (en) Organic-inorganic composite porous film, and electrochemical element using the same
JP2010044935A (en) Compound porous film, battery separator using the same, and nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2010194726A (en) Porous composite film, method for producing the film, separator for battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery using the separator
KR101601168B1 (en) Complex fibrous separator having shutdown function and secondary battery using the same
KR101705306B1 (en) Separator for electrochemical cell and method for making the same
KR101708882B1 (en) Preparation method of separator
CN112042006A (en) Separator for electrochemical element
KR102654826B1 (en) Electrode and Secondary Battery Using the Same, and Method for Manufacturing the Electrode
KR101551358B1 (en) Complex fibrous separator having shutdown function, manufacturing method thereof and secondary battery using the same

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: 20140106

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150105

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160113

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170113

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180112

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190115

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200113

Year of fee payment: 10