KR20130123568A - Separator for electrochemical device, method of preparation thereof, and electrochemical device comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a separator for an electrochemical device such as a lithium secondary battery, a manufacturing method thereof and an electrochemical device comprising the same and, in particular, to a separator for an electrochemical device made by forming a layer coated with inorganic particles having different sizes on both surfaces of a separator substrate, a manufacturing method thereof and an electrochemical device comprising the same. According to the present invention, the lifetime of a battery increases and the output of the battery increases owing to the increasing conductivity of lithium ions because the quantity of liquid electrolyte increases as the porosity of the separator increases.

Description

전기화학소자용 분리막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 전기화학소자{Separator for electrochemical device, method of preparation thereof, and electrochemical device comprising the same}Separator for electrochemical device, method of preparation, and electrochemical device comprising the same}

본 발명은 리튬 이차전지와 같은 전기화학소자용 분리막, 이의 제조방법 및 이를 구비한 전기화학소자에 관한 것으로, 구체적으로는 분리막의 기재 (base film) 양면에 각각 서로 크기가 상이한 무기물 입자를 코팅한 층을 형성하여 이루어진 전기화학소자용 분리막, 이의 제조방법 및 이를 구비한 전기화학소자에 관한 것이다.The present invention relates to a separator for an electrochemical device such as a lithium secondary battery, a method for manufacturing the same, and an electrochemical device having the same. Specifically, coating inorganic particles having different sizes from each other on both sides of a base film of the separator. It relates to a separator for an electrochemical device formed by forming a layer, a manufacturing method thereof and an electrochemical device having the same.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지는 리튬 이차전지가 사용화되어 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 used widely among these 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. 충전시에는 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.A 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 a cathode and an anode, and a nonaqueous 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.

한편, 전기화학소자의 분리막으로 통상 사용되는 폴리올레핀계 다공성 기재는 재료적 특성과 연신을 포함하는 제조공정 상의 특성으로 인하여 100℃ 이상의 온도에서 극심한 열 수축 거동을 보임으로써 양극과 음극 사이의 단락을 일으키는 문제점이 있다.On the other hand, polyolefin-based porous substrates commonly used as separators for electrochemical devices exhibit extreme heat shrinkage behavior at temperatures of 100 ° C. or higher due to material characteristics and characteristics of the manufacturing process including stretching, causing short circuits between the anode and the cathode. There is a problem.

이와 같은 전기화학소자의 안전성 문제를 해결하기 위하여, 대한민국 특허등록공보 제10-0727248호, 제10-0727247호 등에는 평면상의 다공성 기재의 적어도 일면에, 바인더 고분자의 용액에 무기물 입자를 분산시킨 슬러리를 코팅 및 건조하여 다공성 코팅층을 형성하는 분리막의 제조방법이 제안되었다. 제조된 분리막에 있어서, 다공성 기재에 형성된 다공성 코팅층 내의 무기물 입자들은 다공성 코팅층의 물리적 형태를 유지할 수 있는 일종의 스페이서 (spacer) 역할을 함으로서 전기화학소자 과열시 다공성 기재가 열 수축되는 것을 억제하고, 양극과 음극이 서로 접촉하는 것을 방지한다. 또한, 무기물 입자들 사이에는 빈 공간 (interstitial volume)이 존재하여 미세 기공을 형성한다.In order to solve such a safety problem of the electrochemical device, Korean Patent Registration Nos. 10-0727248, 10-0727247, etc., a slurry in which inorganic particles are dispersed in a solution of a binder polymer on at least one surface of a planar porous substrate It has been proposed a method for producing a separator to form a porous coating layer by coating and drying. In the prepared separator, the inorganic particles in the porous coating layer formed on the porous substrate serves as a kind of spacer to maintain the physical form of the porous coating layer to suppress the thermal shrinkage of the porous substrate when the electrochemical device is overheated, and Prevent the cathodes from contacting each other. In addition, an interstitial volume exists between the inorganic particles to form fine pores.

도 1을 참조하면, 최근에는 폴리올레핀 기재 (100) 양면에 동일한 직경 (d1)을 갖는 나노 크기의 무기물 입자로 이루어진 무기물층 (110, 120)이 코팅된 분리막 (10)을 주로 사용하는데, 이러한 무기물층 (110, 120)은 외부 충격 및 내부 이물질에 대항해서 높은 기계적 강도를 나타내고, 분리막 기재 (100)와 접착되어 열적으로도 안정한 특성을 보인다.Referring to FIG. 1, recently, a separator 10 coated with inorganic layers 110 and 120 made of nano-sized inorganic particles having the same diameter (d1) on both sides of a polyolefin substrate 100 is mainly used. Layers 110 and 120 exhibit high mechanical strength against external impact and internal debris and are also thermally stable due to adhesion to separator substrate 100.

즉, 상기 무기물층 (110, 120)은 무기물 입자들이 기재 (100)와 연결되어 (도 1의 A 영역 참조) 열에 의한 분리막의 수축을 억제하고, 무기물층 (110, 120)을 포함하는 분리막의 두께 (T)는 외력에 대한 저항층으로 작용한다.That is, the inorganic layers 110 and 120 are connected to the substrate 100 to prevent the inorganic particles from shrinking due to heat, and the inorganic particles 110 and 120 of the separator including the inorganic layers 110 and 120. The thickness T acts as a resistance layer to external forces.

한편, 무기물층 (110, 120)은 이온 전도도가 매우 낮으므로 무기물층의 공극 (P1)에 존재하는 전해액이 리튬 이온을 전달하는 역할을 하게 된다. 그러나 나노 크기의 무기물 입자를 사용하므로 공극률이 낮고, 무기물층이 없는 경우와 비교하면 리튬 이온이 추가적인 거리를 이동하여야 하므로 저항이 증가하여 전지의 출력이 감소하는 단점이 있다.On the other hand, since the inorganic layers 110 and 120 have very low ionic conductivity, the electrolyte solution present in the pores P1 of the inorganic layer serves to transfer lithium ions. However, since the nanoparticles of inorganic particles are used, the porosity is low, and compared with the case where there is no inorganic layer, lithium ions must move an additional distance, thereby increasing resistance and decreasing battery output.

이에, 본 발명은 분리막 기재의 양면에 각각 동일한 크기의 나노 무기물 코팅층을 포함하는 분리막이 가지는 상기와 같은 단점을 보완할 수 있는 분리막을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a separator that can compensate for the above disadvantages of a separator including nano-inorganic coating layers of the same size on both sides of the separator substrate.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기재의 양면에 각각 서로 다른 입자 크기를 갖는 무기물층이 코팅된 분리막, 구체적으로는 기재의 일면에는 나노 크기의 무기물층이 형성되고 나머지 일면에는 마이크로 크기의 무기물층이 형성된 분리막을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a separator in which inorganic layers having different particle sizes are coated on both sides of the substrate, specifically, a nano-sized inorganic layer is formed on one side of the substrate and a micro-sized inorganic layer on the other side. It provides a separator formed.

또한, 본 발명에서는 상기 분리막의 제조방법 및 상기 분리막을 포함하는 전기화학소자를 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing the separator and an electrochemical device including the separator.

본 발명에 의하면, 분리막의 공극률이 증가함에 따라 전해액 양이 증가하므로 전지의 수명이 증가할 뿐만 아니라 리튬 이온 전도도가 향상하여 전지 출력이 증가한다. 또한, 나노 크기의 무기물 입자를 대체하는 마이크로 크기의 재료를 사용하므로 전지의 제조 비용 또한 감소된다.According to the present invention, as the porosity of the separator increases, the amount of the electrolyte increases, so that not only the life of the battery is increased but also the lithium ion conductivity is improved to increase the battery output. In addition, the use of micro-sized materials to replace nano-sized inorganic particles also reduces the manufacturing cost of the battery.

도 1은 종래의 분리막 구조를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 분리막 구조를 나타내는 개략 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a conventional membrane structure.
2 is a schematic cross-sectional view showing the separator structure of the present invention.

본 발명은 기재의 제1 표면과 제2 표면에 무기물 입자가 각각 코팅되어 기재 양면에 제1 무기물층과 제2 무기물층이 형성되어 있는 전기화학소자용 분리막으로서, 제1 표면에 코팅된 무기물 입자와 제2 표면에 코팅된 무기물 입자의 크기가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 분리막을 제공한다.The present invention provides a separator for an electrochemical device, in which inorganic particles are coated on a first surface and a second surface of a substrate, respectively, to form a first inorganic layer and a second inorganic layer on both surfaces of the substrate, wherein the inorganic particles are coated on the first surface. And a size of the inorganic particles coated on the second surface is different from each other.

이때 상기 제1 표면에 코팅된 무기물 입자는 나노 크기이고, 제2 표면에 코팅된 무기물 입자는 마이크로 크기로서 서로 상이한 크기이다.In this case, the inorganic particles coated on the first surface are nano-sized, and the inorganic particles coated on the second surface are micro-sized and different from each other.

상기 제1 표면에 코팅된 무기물 입자의 크기는 10nm ~ 200nm 범위이고, 제2 표면에 코팅된 무기물 입자의 크기는 0.5㎛ ~ 2㎛ 범위일 수 있다.The size of the inorganic particles coated on the first surface may range from 10 nm to 200 nm, and the size of the inorganic particles coated on the second surface may range from 0.5 μm to 2 μm.

한편, 본원 명세서에 기재된 입자 크기는 평균 입자 크기를 의미한다.On the other hand, the particle size described herein means the average particle size.

상기 제1 표면에 코팅된 무기물과 제2 표면에 코팅된 무기물은 서로 동일한 종류의 화합물일 수도 있고, 서로 상이한 종류의 화합물일 수도 있다.The inorganic material coated on the first surface and the inorganic material coated on the second surface may be the same kind of compound, or different kinds of compounds.

상기 무기물 입자는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3 (PLZT), Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), 하프니아 (HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, SiO2, Y2O3, Al2O3, SiC 및 TiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 무기물 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The inorganic particles are BaTiO 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT), Pb 1 - x La x Zr 1 - y Ti y O 3 (PLZT), Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), Hafnia (HfO 2 ), SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , SiO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiC And it may be any one inorganic particles selected from the group consisting of TiO 2 or a mixture of two or more thereof.

상기 제1 무기물층과 제2 무기물층은 각각 무기물 입자 및 바인더 고분자의 혼합물로 형성된다.The first inorganic layer and the second inorganic layer are each formed of a mixture of inorganic particles and a binder polymer.

상기 제1 무기물층과 제2 무기물층의 두께는 서로 동일할 수도 있고 상이할 수도 있으며, 상기 제1 무기물층과 제2 무기물층의 두께는 각각 0.01㎛ ~ 20㎛ 범위인 것이 바람직하다.The thickness of the first inorganic material layer and the second inorganic material layer may be the same or different from each other, the thickness of the first inorganic material layer and the second inorganic material layer is preferably in the range of 0.01㎛ 20㎛, respectively.

상기 기재는 폴리올레핀계 다공성 필름일 수 있으며, 기재의 두께는 1㎛ ~ 100㎛ 범위인 것이 바람직하다.The substrate may be a polyolefin-based porous film, the thickness of the substrate is preferably in the range of 1㎛ ~ 100㎛.

상기 분리막이 사용되는 전기화학소자는 리튬 이차전지일 수 있다.
The electrochemical device using the separator may be a lithium secondary battery.

또한, 본 발명은 바인더 고분자를 용매에 용해시키고 나노 크기의 제1 무기물 입자를 분산시켜 제1 슬러리를 준비하는 단계;In addition, the present invention comprises the steps of preparing a first slurry by dissolving a binder polymer in a solvent and dispersing nano-sized first inorganic particles;

바인더 고분자를 용매에 용해시키고 마이크로 크기의 제2 무기물 입자를 분산시켜 제2 슬러리를 준비하는 단계;Preparing a second slurry by dissolving a binder polymer in a solvent and dispersing microsized second inorganic particles;

기재의 제1 표면과 제2 표면에 상기 제1 슬러리 및 제2 슬러리를 각각 코팅하고 용매를 건조시키는 단계를 포함하는 전기화학소자용 분리막의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a separator for an electrochemical device comprising coating the first slurry and the second slurry on the first surface and the second surface of the substrate, respectively, and drying the solvent.

상기 바인더 고분자는 일반적으로 사용되는 바인더로서 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 폴리비닐리덴 플루오라이드-co-헥사플루오로프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드-co-트리클로로에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐아세테이트, 폴리에틸렌-co-비닐 아세테이트, 폴리에틸렌옥사이드, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 시아노에틸풀루란, 시아노에틸폴리비닐알콜, 시아노에틸셀룰로오스, 시아노에틸수크로오스, 풀루란 및 카르복시메틸셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 바인더 고분자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.The binder polymer is not particularly limited as a binder that is generally used, but for example, polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene, polymethyl methacrylate, Polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, polyethylene-co-vinyl acetate, polyethylene oxide, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethyl pullulan, cyanoethyl polyvinyl alcohol , Any one binder polymer selected from the group consisting of cyanoethyl cellulose, cyanoethyl sucrose, pullulan and carboxymethyl cellulose or a mixture of two or more thereof can be used.

상기 용매는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 아세톤, 테트라하이드로푸란, 메틸렌클로라이드, 클로로포름, 디메틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 시클로헥산 및 물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 용매 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.The solvent is not particularly limited, but any one selected from the group consisting of acetone, tetrahydrofuran, methylene chloride, chloroform, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, cyclohexane and water or two of them Mixtures of species or more may be used.

또한, 본 발명은 양극, 음극, 분리막 및 전해질을 포함하는 전기화학소자에 있어서,In addition, the present invention, in the electrochemical device comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator and an electrolyte,

상기 분리막은 전술한 바와 같은 기재의 제1 표면과 제2 표면에 무기물 입자가 각각 코팅되어 기재 양면에 제1 무기물층과 제2 무기물층이 형성되어 있는 분리막으로서, 제1 표면에 코팅된 무기물 입자와 제2 표면에 코팅된 무기물 입자의 크기가 서로 상이한 본 발명의 분리막인 전기화학소자를 제공한다.The separator is a separator in which inorganic particles are coated on the first surface and the second surface of the substrate as described above, so that a first inorganic layer and a second inorganic layer are formed on both surfaces of the substrate, and the inorganic particles coated on the first surface. The present invention provides an electrochemical device which is a separator of the present invention having different sizes of inorganic particles coated on a second surface.

상기 제1 무기물층과 제2 무기물층 중 무기물의 평균 입자 크기가 큰 무기물층이 양극 및 음극 중 전극 활물질의 평균 입자가 큰 전극의 방향을 향하도록 배치하는 것이 바람직하다.It is preferable that the inorganic material layer having the larger average particle size of the inorganic material among the first inorganic material layer and the second inorganic material layer is disposed so that the average particles of the electrode active material among the positive electrode and the negative electrode face the direction of the large electrode.

상기 전기화학소자는 리튬 이차전지인 것이 바람직하다.
The electrochemical device is preferably a lithium secondary battery.

구체적으로 도 2를 참조하면, 본 발명의 분리막 (20)은 폴리올레핀 기재 (102) 양면에 나노 크기의 직경 (d1)을 갖는 나노 무기물 입자로 이루어진 제1 무기물층 (112) 및 마이크로 크기의 직경 (d2)을 갖는 마이크로 무기물 입자로 이루어진 제2 무기물층 (122)이 각각 코팅된 구조이다.Specifically, referring to FIG. 2, the separator 20 of the present invention includes a first inorganic layer 112 made of nano-inorganic particles having a nano-sized diameter d1 on both sides of the polyolefin substrate 102 and a micro-sized diameter ( Each of the second inorganic layer 122 made of micro inorganic particles having d2) is coated.

이러한 무기물층 (112, 122)은 외부 충격 및 내부 이물질에 대항해서 높은 기계적 강도를 나타내고, 분리막 기재 (100)와 접착되어 열적으로도 안정한 특성을 보인다.The inorganic layers 112 and 122 exhibit high mechanical strength against external impact and internal foreign matters, and are also bonded to the separator substrate 100 to exhibit thermally stable characteristics.

즉, 상기 무기물층 (112, 122)은 무기물 입자들이 기재 (102)와 연결되어 (도 2의 A 영역 참조) 열에 의한 분리막의 수축을 억제하고, 무기물층 (112, 122)의 코팅 두께가 종래의 코팅층의 두께와 동일하여 분리막의 두께 (T)가 동일하므로 물리적인 외력에 대한 저항성은 기재 양면에 동일한 입자 크기의 무기물층으로 코팅된 종래의 분리막과 동등한 수준으로 유지된다.That is, the inorganic layers 112 and 122 have inorganic particles connected to the substrate 102 (see region A in FIG. 2) to suppress the shrinkage of the separator due to heat, and the coating thickness of the inorganic layers 112 and 122 is conventional. Since the thickness (T) of the separator is the same as the thickness of the coating layer of the resistance to physical external force is maintained at the same level as the conventional separator coated with an inorganic layer of the same particle size on both sides of the substrate.

한편, 마이크로 무기물 코팅층, 즉 제2 무기물층 (122)으로 인해 공극 (P2)이 제1 무기물층 (112)의 공극 (P1)보다 커져 공극률이 증가하므로, 이 증가된 부분만큼 전해액을 추가로 추가할 수 있다. 이렇게 추가된 전해액은 전지의 수명 개선에 기여할 수 있고, 공극률이 증가한 만큼 리튬 이온의 이동도도 증가하여 전지의 출력이 향상될 수 있다.On the other hand, since the voids P2 are larger than the voids P1 of the first inorganic layer 112 due to the micro inorganic coating layer, that is, the second inorganic layer 122, the porosity increases, so that the electrolyte is further added by this increased portion. can do. The added electrolyte may contribute to improving the life of the battery, and as the porosity increases, the mobility of lithium ions also increases, so that the output of the battery may be improved.

또한, 나노 크기의 무기물 입자보다 저가인 마이크로 크기의 무기물 입자를 사용함으로써 전지의 가격 경쟁력에도 도움이 된다.In addition, the use of micro-size inorganic particles, which are less expensive than nano-size inorganic particles, also helps the battery's price competitiveness.

10, 20: 분리막
100, 102: 기재
110, 112: 제1 무기물층
120, 122: 제2 무기물층
d1, d2: 무기물 입자의 직경
P1, P2: 공극
T: 분리막의 두께10, 20: separator
100, 102: base material
110, 112: first inorganic layer
120, 122: second inorganic layer
d1, d2: diameter of inorganic particles
P1, P2: void
T: thickness of separator

Claims (18)

기재의 제1 표면과 제2 표면에 무기물 입자가 각각 코팅되어 기재 양면에 제1 무기물층과 제2 무기물층이 형성되어 있는 전기화학소자용 분리막으로서, 제1 표면에 코팅된 무기물 입자와 제2 표면에 코팅된 무기물 입자의 크기가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 분리막.A separator for an electrochemical device, in which inorganic particles are coated on a first surface and a second surface of a substrate, respectively, to form a first inorganic layer and a second inorganic layer on both sides of the substrate, wherein the inorganic particles and the second surface are coated on the first surface. Separation membrane, characterized in that the size of the inorganic particles coated on the surface are different from each other. 청구항 1에 있어서,
제1 표면에 코팅된 무기물 입자는 나노 크기이고, 제2 표면에 코팅된 무기물 입자는 마이크로 크기인 것을 특징으로 하는 분리막.The method according to claim 1,
Separation membrane, characterized in that the inorganic particles coated on the first surface is nano size, the inorganic particles coated on the second surface is micro size. 청구항 1에 있어서,
제1 표면에 코팅된 무기물 입자의 크기는 10nm ~ 200nm 범위이고, 제2 표면에 코팅된 무기물 입자의 크기는 0.5㎛ ~ 2㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 분리막.The method according to claim 1,
Separation membrane, characterized in that the size of the inorganic particles coated on the first surface is in the range 10nm ~ 200nm, the size of the inorganic particles coated on the second surface is 0.5㎛ ~ 2㎛. 청구항 1에 있어서,
제1 표면에 코팅된 무기물과 제2 표면에 코팅된 무기물은 서로 동일한 종류의 화합물이거나 상이한 종류의 화합물인 것을 특징으로 하는 분리막.The method according to claim 1,
Separation membrane, characterized in that the inorganic coating on the first surface and the inorganic coating on the second surface is a compound of the same kind or a different kind of compound. 청구항 1에 있어서,
상기 무기물 입자는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3 (PLZT), Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), 하프니아 (HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, SiO2, Y2O3, Al2O3, SiC 및 TiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 무기물 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 분리막.The method according to claim 1,
The inorganic particles are BaTiO 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT), Pb 1 - x La x Zr 1 - y Ti y O 3 (PLZT), Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), Hafnia (HfO 2 ), SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , SiO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiC And an inorganic particle selected from the group consisting of TiO 2 or a mixture of two or more thereof. 청구항 1에 있어서,
상기 제1 무기물층과 제2 무기물층은 각각 무기물 입자 및 바인더 고분자의 혼합물로 형성된 다공성 층인 것을 특징으로 하는 분리막.The method according to claim 1,
The first inorganic layer and the second inorganic layer is a separator, characterized in that the porous layer formed of a mixture of inorganic particles and a binder polymer, respectively. 청구항 1에 있어서,
제1 무기물층과 제2 무기물층의 두께는 서로 동일하거나 상이한 것을 특징으로 하는 분리막.The method according to claim 1,
Separation membrane, characterized in that the thickness of the first inorganic layer and the second inorganic layer is the same or different from each other. 청구항 1에 있어서,
상기 제1 무기물층과 제2 무기물층의 두께는 각각 0.01㎛ ~ 20㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 분리막.The method according to claim 1,
Separation membrane, characterized in that the thickness of the first inorganic layer and the second inorganic layer is in the range of 0.01㎛ 20㎛ respectively. 청구항 1에 있어서,
상기 기재는 폴리올레핀계 다공성 필름인 것을 특징으로 하는 분리막.The method according to claim 1,
The substrate is a separator, characterized in that the polyolefin-based porous film. 청구항 1에 있어서,
상기 기재의 두께는 1㎛ ~ 100㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 분리막.The method according to claim 1,
Separation membrane, characterized in that the thickness of the substrate is in the range of 1㎛ ~ 100㎛. 청구항 1에 있어서,
상기 전기화학소자는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 분리막.The method according to claim 1,
The electrochemical device is a separator, characterized in that the lithium secondary battery. 바인더 고분자를 용매에 용해시키고 나노 크기의 제1 무기물 입자를 분산시켜 제1 슬러리를 준비하는 단계;
바인더 고분자를 용매에 용해시키고 마이크로 크기의 제2 무기물 입자를 분산시켜 제2 슬러리를 준비하는 단계;
기재의 제1 표면과 제2 표면에 상기 제1 슬러리 및 제2 슬러리를 각각 코팅하고 용매를 건조시키는 단계를 포함하는 전기화학소자용 분리막의 제조방법.Preparing a first slurry by dissolving a binder polymer in a solvent and dispersing nanosized first inorganic particles;
Preparing a second slurry by dissolving a binder polymer in a solvent and dispersing microsized second inorganic particles;
Coating the first slurry and the second slurry on a first surface and a second surface of the substrate, respectively, and drying the solvent. 청구항 12에 있어서,
제1 무기물 입자의 크기는 10nm ~ 200nm 범위이고, 제2 무기물 입자의 크기는 0.5㎛ ~ 2㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 분리막의 제조방법.The method of claim 12,
The size of the first inorganic particles is in the range 10nm ~ 200nm, the size of the second inorganic particles is a manufacturing method of the separator for an electrochemical device, characterized in that the range of 0.5㎛ ~ 2㎛. 청구항 12에 있어서,
상기 바인더 고분자는 폴리비닐리덴 플루오라이드-co-헥사플루오로프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드-co-트리클로로에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐아세테이트, 폴리에틸렌-co-비닐 아세테이트, 폴리에틸렌옥사이드, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 시아노에틸풀루란, 시아노에틸폴리비닐알콜, 시아노에틸셀룰로오스, 시아노에틸수크로오스, 풀루란 및 카르복실 메틸 셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 바인더 고분자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.The method of claim 12,
The binder polymer is polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene, polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, Polyethylene-co-vinyl acetate, polyethylene oxide, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethyl pullulan, cyanoethyl polyvinyl alcohol, cyanoethyl cellulose, cyanoethyl sucrose, pullulan and carr Method of producing a separator, characterized in that any one of the binder polymer selected from the group consisting of a methyl methyl cellulose or a mixture of two or more thereof. 청구항 12에 있어서,
상기 용매는 아세톤, 테트라하이드로푸란, 메틸렌클로라이드, 클로로포름, 디메틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 시클로헥산 및 물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 용매 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.The method of claim 12,
The solvent is any one selected from the group consisting of acetone, tetrahydrofuran, methylene chloride, chloroform, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, cyclohexane and water or a mixture of two or more thereof. Method for producing a separation membrane. 양극, 음극, 분리막 및 전해질을 포함하는 전기화학소자에 있어서,
상기 분리막은 기재의 제1 표면과 제2 표면에 무기물 입자가 각각 코팅되어 기재 양면에 제1 무기물층과 제2 무기물층이 형성되어 있는 분리막으로서, 제1 표면에 코팅된 무기물 입자와 제2 표면에 코팅된 무기물 입자의 크기가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 청구항 1 기재의 분리막인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.1. An electrochemical device comprising an anode, a cathode, a separator and an electrolyte,
The separator is a separator in which inorganic particles are coated on a first surface and a second surface of a substrate, respectively, to form a first inorganic layer and a second inorganic layer on both sides of the substrate, and the inorganic particles and the second surface coated on the first surface. Electrochemical device, characterized in that the separator of claim 1, characterized in that the size of the inorganic particles coated on the different from each other. 청구항 16에 있어서,
상기 제1 무기물층과 제2 무기물층 중 무기물의 평균 입자 크기가 큰 무기물층이 양극 및 음극 중 전극 활물질의 평균 입자가 큰 전극의 방향을 향하도록 배치하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.18. The method of claim 16,
An electrochemical device comprising an inorganic material layer having a larger average particle size of an inorganic material among the first inorganic material layer and a second inorganic material layer so that the average particles of the electrode active material among the positive electrode and the negative electrode face the direction of the large electrode. 청구항 16에 있어서,
상기 전기화학소자는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.18. The method of claim 16,
Wherein the electrochemical device is a lithium secondary battery.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015076574A1 (en) * 2013-11-21 2015-05-28 삼성에스디아이 주식회사 Separator and secondary battery using same
WO2015076575A1 (en) * 2013-11-21 2015-05-28 삼성에스디아이 주식회사 Separator and secondary battery using same
WO2017213443A1 (en) * 2016-06-08 2017-12-14 주식회사 엘지화학 Separator and electrochemical device comprising same
US10020481B2 (en) 2013-11-21 2018-07-10 Samsung Sdi Co., Ltd. Separator and secondary battery using same
KR20190110249A (en) * 2018-03-20 2019-09-30 에스케이이노베이션 주식회사 Composites separator for secondary battery and lithium secondary battery containing the same
WO2020149674A1 (en) * 2019-01-18 2020-07-23 주식회사 엘지화학 Separator in which double coating layer is formed and secondary battery comprising same
WO2021054653A1 (en) 2019-09-19 2021-03-25 주식회사 엘지화학 Separator having porosity difference according to thickness direction and manufacturing method therefor
WO2022055142A1 (en) * 2020-09-11 2022-03-17 주식회사 엘지에너지솔루션 Electrode assembly comprising separator having conductive layer formed thereon, and battery cell comprising same
CN115298893A (en) * 2020-05-29 2022-11-04 株式会社Lg新能源 Separator for electrochemical device and electrochemical device including the same
WO2022250507A1 (en) * 2021-05-28 2022-12-01 주식회사 엘지에너지솔루션 Separator for electrochemical device, and electrochemical device comprising same
US11978921B2 (en) 2020-01-31 2024-05-07 Lg Energy Solution, Ltd. Method of manufacturing separator-composite electrode comprising multilayer-structured inorganic layer and separator-composite electrode manufactured thereby

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015076574A1 (en) * 2013-11-21 2015-05-28 삼성에스디아이 주식회사 Separator and secondary battery using same
WO2015076575A1 (en) * 2013-11-21 2015-05-28 삼성에스디아이 주식회사 Separator and secondary battery using same
US10020481B2 (en) 2013-11-21 2018-07-10 Samsung Sdi Co., Ltd. Separator and secondary battery using same
US10658641B2 (en) 2013-11-21 2020-05-19 Samsung Sdi Co., Ltd. Separator comprising coating layer, and battery using same
WO2017213443A1 (en) * 2016-06-08 2017-12-14 주식회사 엘지화학 Separator and electrochemical device comprising same
US11177533B2 (en) 2016-06-08 2021-11-16 Lg Chem, Ltd. Separator and electrochemical device including the same
KR20190110249A (en) * 2018-03-20 2019-09-30 에스케이이노베이션 주식회사 Composites separator for secondary battery and lithium secondary battery containing the same
WO2020149674A1 (en) * 2019-01-18 2020-07-23 주식회사 엘지화학 Separator in which double coating layer is formed and secondary battery comprising same
KR20210033692A (en) 2019-09-19 2021-03-29 주식회사 엘지화학 Separator having porosity deviation with thickness direction and manufacturing method thereof
WO2021054653A1 (en) 2019-09-19 2021-03-25 주식회사 엘지화학 Separator having porosity difference according to thickness direction and manufacturing method therefor
US11978921B2 (en) 2020-01-31 2024-05-07 Lg Energy Solution, Ltd. Method of manufacturing separator-composite electrode comprising multilayer-structured inorganic layer and separator-composite electrode manufactured thereby
CN115298893A (en) * 2020-05-29 2022-11-04 株式会社Lg新能源 Separator for electrochemical device and electrochemical device including the same
WO2022055142A1 (en) * 2020-09-11 2022-03-17 주식회사 엘지에너지솔루션 Electrode assembly comprising separator having conductive layer formed thereon, and battery cell comprising same
KR20220034409A (en) * 2020-09-11 2022-03-18 주식회사 엘지에너지솔루션 Electrode Assembly Comprising Separator Having Conductive Layer and Battery Cell Comprising the Same
JP2023531942A (en) * 2020-09-11 2023-07-26 エルジー エナジー ソリューション リミテッド Electrode assembly including separator with conductive layer and battery cell including the same
WO2022250507A1 (en) * 2021-05-28 2022-12-01 주식회사 엘지에너지솔루션 Separator for electrochemical device, and electrochemical device comprising same

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