KR20130133444A - Endothermic separator for electrochemical elements and electrochemical elements comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an endothermic separating film for electrochemical elements for enhancing the safety of a battery by blocking a lithium ion path through having a PCM capsule to be melted while simultaneously absorbing heat when the heat is generated due to an internal short circuit by outer impact through including a capsule comprising the PCM at the outer part of winding part of the separating film. The present invention increases productivity and reducing the volume of an electrode assembly by easily manufacturing and maintaining optimal operating state by preventing the physical and chemical deformation of the separating film due to high temperature or accumulated heat and eventually suppressing the variation of the resistance of the electrochemical elements.

Description

전기화학소자용 흡열성 분리막 및 이를 함유하는 전기화학소자{Endothermic separator for electrochemical elements and electrochemical elements comprising the same}Endothermic separator for electrochemical device and electrochemical device containing the same {Endothermic separator for electrochemical elements and electrochemical elements comprising the same}

본 발명은 전기화학소자용 흡열성 분리막 및 이를 함유하는 전기화학소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 전기화학소자용 분리막의 단부 영역에 상변환 물질(Phase Change Material: 'PCM')을 담지한 캡슐('PCM 캡슐')을 포함시켜 외부충격 등에 의한 내부 단락으로 열발생시, 상기 PCM 캡슐이 열을 흡수하면서 녹아 리튬 이온 경로를 차단하여 전지의 안전성을 향상시키는 전기화학소자용 흡열성 분리막 및 이를 함유하는 전기화학소자에 관한 것이다.
The present invention relates to an endothermic separator for an electrochemical device and an electrochemical device containing the same. More specifically, a phase change material (PCM) is supported on an end region of the separator for an electrochemical device. An endothermic separator for an electrochemical device that includes a capsule ('PCM capsule') and heats due to an internal short circuit caused by an external shock, so that the PCM capsule absorbs heat and melts to block lithium ion paths to improve battery safety. It relates to an electrochemical device containing.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전기화학소자, 특히 이차전지의 수요가 급증하고 있고, 그러한 이차전지 중 고에너지 밀도와 높은 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 이루어졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for electrochemical devices as energy sources, especially secondary batteries, is increasing rapidly. Among them, many studies have been conducted on lithium secondary batteries with high energy density and high discharge voltage. It is also used commercially and widely.

종래의 리튬 이차전지는 고온에 노출되었을 때 발화 및 폭발 위험성이 있다. 또한 과충전, 외부단락, 침상(nail) 관통, 국부적 손상(local crush) 등에 의해 짧은 시간 내에 큰 전류가 흐르게 될 경우에도, IR 발열에 의해 전지가 가열되면서 발화/폭발의 위험성이 있다. 즉, 전지의 온도가 상승하면 전해액과 전극 사이의 반응이 촉진되고, 그 결과, 반응열이 발생하여 전지의 온도는 추가적으로 상승하게 되어 전해액과 전극 사이의 반응이 더욱 가속화된다. 이러한 순환에 의해, 전지의 온도가 급격히 상승하는 열폭주 현상이 일어나게 되고 온도가 일정 이상까지 상승하면 전지의 발화가 일어날 수 있다. 또한, 전해액과 전극 사이의 반응 결과, 가스가 발생하여 전지 내압이 상승하게 되며, 일정 압력 이상에서 리튬 이차전지는 폭발하게 된다. 이와 같은 발화 및 폭발의 위험성은 리튬 이차전지가 가지고 있는 가장 치명적인 단점이라 할 수 있다.Conventional lithium secondary batteries have a risk of ignition and explosion when exposed to high temperatures. In addition, even when a large current flows within a short time due to overcharging, an external short circuit, nail penetration, local crush, or the like, there is a risk of fire / explosion while the battery is heated by IR heating. In other words, when the temperature of the battery rises, the reaction between the electrolyte and the electrode is accelerated. As a result, heat of reaction is generated, and the temperature of the battery is further increased, thereby further accelerating the reaction between the electrolyte and the electrode. By this circulation, a thermal runaway phenomenon in which the temperature of the battery rises rapidly occurs, and when the temperature rises to a certain level or more, the battery may ignite. In addition, as a result of the reaction between the electrolyte and the electrode, gas is generated to increase the battery internal pressure, and the lithium secondary battery explodes above a certain pressure. The risk of ignition and explosion can be said to be the most fatal disadvantage of lithium secondary batteries.

따라서, 리튬 이차전지의 개발에 필수적으로 고려해야 할 사항은 안전성 확보이다. 이러한 안전성을 확보하기 위한 노력의 일환으로, 셀 바깥쪽에 소자를 장착하여 사용하는 방법과, 셀 내부의 물질을 이용하는 방법이 있다. 온도의 변화를 이용하는 PTC 소자, CID 소자, 전압의 변화를 이용하는 보호회로, 전지 내압의 변화를 이용하는 안전벤트(Safety Vent) 등이 전자에 해당하고, 전지 내부의 온도나 전압의 변화에 따라 물리적, 화학적, 전기화학적으로 변화할 수 있는 물질을 첨가하는 것이 후자에 속한다.Therefore, the essential considerations for the development of the lithium secondary battery is securing safety. In an effort to secure such safety, there are a method of mounting an element outside the cell and using a material inside the cell. PTC devices, CID devices, temperature protection circuits, and safety vents using changes in the breakdown voltage of the battery are examples of the former. The latter is the addition of substances that can be changed chemically and electrochemically.

셀 바깥쪽에 장착하는 소자들은 온도나 전압 그리고 내압을 이용하기 때문에 확실한 차단을 가져올 수 있다. 그러나, 내부 단락, 침상 관통, 국부적 손상 등과 같이 빠른 응답시간이 요구되는 경우에는 제대로 보호역할을 하지 못하는 것으로 알려져 있다.Devices mounted outside the cell use temperature, voltage, and breakdown voltages, which can lead to reliable isolation. However, it is not known to play a protective role in the case of fast response time such as internal short circuit, bed penetration, local damage, etc.

셀 내부의 물질을 이용하는 방법의 하나로 전해액이나 전극에 안전성을 향상시키는 첨가제를 부가하는 방법이 있다. 화학적 안전장치는 모든 종류의 전지에 적용이 가능하다는 장점을 가지고 있으나, 물질의 첨가로 인해 전지의 성능이 저하되는 문제점을 가지고 있다. 이러한 물질로는 전극에 부동막을 형성하는 물질, 온도 상승시 부피 팽창이 이루어지면서 전극의 저항을 증가시키는 물질 등이 보고되어 있다. 그러나, 이들 각각은 부동막 형성시 부산물이 발생하여 전지의 성능을 저하시키거나, 전지 내부에서 차지하는 부피가 커서 전지의 용량감소를 가져오는 문제점을 안고 있다.One method of using a substance inside a cell is to add an additive that improves safety to an electrolyte or an electrode. Chemical safety devices have the advantage of being applicable to all kinds of batteries, but has the problem that the performance of the battery is degraded due to the addition of the material. As such a material, a material that forms a passivation layer on the electrode, a material that increases the resistance of the electrode while volume expansion occurs when the temperature rises, and the like have been reported. However, each of them has a problem in that by-products are generated during the formation of the passivation layer, thereby degrading the performance of the battery or increasing the volume of the battery.

따라서, 전지의 제반 성능을 저하시키지 않고, 외부충격 등에 의한 보다 신속하게 발화 및 폭발을 방지하기 위한 새로운 안전 수단의 개발에 대한 필요성이 높은 실정이다.
Therefore, there is a high demand for the development of new safety means for preventing fire and explosion more quickly due to external impact or the like without degrading the overall performance of the battery.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.

구체적으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 외부충격 등에 의해 내부 단락이 발생할 경우, PCM 캡슐이 열을 흡수하여 용융됨으로써 전지의 온도를 떨어뜨릴 뿐 아니라, 용융된 액체가 단락 부위로 침투함으로써 전기의 흐름을 차단하여 폭발의 위험성이 현저히 감소될 수 있는 세퍼레이터 및 상기 세퍼레이터를 구비한 전기화학소자를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 전술한 목적으로 갖는 세퍼레이터를 용이하게 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
Specifically, the problem to be solved by the present invention is that when an internal short circuit occurs due to an external impact, the PCM capsule absorbs heat and melts, thereby lowering the temperature of the battery, as well as the molten liquid penetrates into the short circuit site. It is to provide a separator and an electrochemical device having the separator that can reduce the risk of explosion by blocking the flow. In addition, another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method capable of easily manufacturing a separator having the above-mentioned object.

본 발명의 일 양태에 따르면, 기공을 갖는 다공성 기재; 및 상기 다공성 기재의 적어도 일면에 형성되어 있으며, 무기물 입자들과 바인더 고분자의 혼합물을 포함하는 다공성 유기-무기 코팅층을 포함하고, 상기 다공성 유기-무기 코팅층의 단부의 적어도 일부가 상변환 물질을 더 포함하여 상변환 물질층 영역으로 형성되어 있는 세퍼레이터가 제공된다.According to one aspect of the invention, the porous substrate having pores; And a porous organic-inorganic coating layer formed on at least one surface of the porous substrate and including a mixture of inorganic particles and a binder polymer, wherein at least a portion of an end of the porous organic-inorganic coating layer further includes a phase change material. Thus, a separator formed in the region of the phase change material layer is provided.

상기 상변환 물질이 탄소수 11 내지 50개의 알칸, 폴리에틸렌 글리콜, 무기수화물, 유기산 및 당 알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다. The phase change material may be one or a mixture of two or more selected from the group consisting of alkanes having 11 to 50 carbon atoms, polyethylene glycol, inorganic hydrates, organic acids, and sugar alcohols.

상기 상변환 물질이 캡슐에 담지되어 있을 수 있다.The phase change material may be supported in a capsule.

상기 캡슐은 불활성 물질로 이루어질 수 있다.The capsule may be made of an inert material.

상기 불활성 물질은 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카프로락톤, 폴리우레탄, 젤라틴, 키토산, 셀룰로오스, 멜라민 수지, 요소 수지 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물 또는 코폴리머일 수 있다.The inert material is one or two selected from the group consisting of polyolefin, polystyrene, polyacrylate, polyamide, polyester, polycaprolactone, polyurethane, gelatin, chitosan, cellulose, melamine resin, urea resin and derivatives thereof It may be a mixture or copolymer of the above.

상기 상변환 물질층 영역에 열전도성 물질이 추가로 포함되어 있을 수 있다.The thermally conductive material may be further included in the phase change material layer region.

상기 상변환 물질층 영역은 상기 세퍼레이터의 권취시에 최외각부를 형성할 수 있다.The phase change material layer region may form an outermost portion when the separator is wound.

상기 다공성 기재는 폴리올레핀계 다공성 막 또는 부직포일 수 있다.The porous substrate may be a polyolefin-based porous membrane or nonwoven fabric.

상기 다공성 기재는 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드로(polyphenylenesulfidro) 및 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 형성될 수 있다.The porous substrate is a high density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, ultra high molecular weight polyethylene, polypropylene polyethylene terephthalate (polyethyleneterephthalate), polybutylene terephthalate (polybutyleneterephthalate), polyester (polyester), polyacetal (polyacetal), polyamide (polyamide), polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenyleneoxide, polyphenylenesulfidro and polyethylenenaphthalene It may be formed of any one selected from the group consisting of (polyethylenenaphthalene) or a mixture of two or more thereof.

상기 무기물 입자는 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.The inorganic particles may be selected from the group consisting of inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more, inorganic particles having lithium ion transporting ability, and mixtures thereof.

상기 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자는 BaTiO3, Pb(Zrx,Ti1 -x)O3 (PZT, 0<x<1), Pb1 - xLaxZr1 -yTiyO3(PLZT, 0<x<1, 0<y<1), (1-x)Pb(Mg1 /3Nb2 /3)O3 - xPbTiO3(PMN-PT, 0<x<1), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, SiO2, Y2O3, Al2O3, SiC 및 TiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more include BaTiO 3 , Pb (Zr x , Ti 1 -x ) O 3 (PZT, 0 <x <1), Pb 1 - x La x Zr 1 -y Ti y O 3 (PLZT , 0 <x <1, 0 <y <1), (1-x) Pb (Mg 1/3 Nb 2/3) O 3 - x PbTiO 3 (PMN-PT, 0 <x <1), 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 TiO 2 or It may be a mixture of two or more of them.

상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트(LixAlyTiz(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 1, 0 < z < 3), (LiAlTiP)xOy 계열 글래스(0 < x < 4, 0 < y < 13), 리튬란탄티타네이트(LixLayTiO3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), 리튬게르마니움티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0 < x < 4, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 0 < w < 5), 리튬나이트라이드(LixNy, 0 < x < 4, 0 < y < 2), SiS2 (LixSiySz, 0 < x < 3, 0 < y < 2, 0 < z < 4) 계열 글래스 및 P2S5 (LixPySz, 0 < x < 3, 0 < y < 3, 0 < z < 7) 계열 글래스로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The inorganic particles having a lithium ion transfer ability include lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium titanium phosphate (Li x Ti y (PO 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y <3), and lithium aluminum titanium phosphate (Li x Al y Ti z (PO 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y <1, 0 <z <3), (LiAlTiP) x O y series glass (0 <x <4, 0 <y <13), lithium lanthanum titanate (Li x La y TiO 3 , 0 <x <2, 0 <y <3), lithium germanium thiophosphate (Li x Ge y P z S w , 0 <x <4 , 0 <y <1, 0 <z <1, 0 <w <5), lithium nitride (Li x N y , 0 <x <4, 0 <y <2), SiS 2 (Li x Si y S z , 0 <x <3, 0 <y <2, 0 <z <4) series glass and P 2 S 5 (Li x P y S z , 0 <x <3, 0 <y <3, 0 <z <7) It may be any one selected from the group consisting of series glass or a mixture of two or more thereof.

상기 바인더 고분자는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸플루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 플루란 (pullulan) 및 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The binder polymer may be polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene, polymethylmethacrylate, Polybutylacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, ethylene vinyl acetate copolymer (polyethylene-co-vinyl acetate), polyethylene oxide oxide, polyarylate, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethyl Polyvinyl alcohol (cyanoethylpolyviny) lalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, pullulan, and carboxyl methyl cellulose, or any mixture of two or more thereof. have.

상기 무기물 입자 100 중량부 기준으로 상기 바인더 고분자의 함량이 1 내지 50 중량부일 수 있다.The content of the binder polymer may be 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the inorganic particles.

상기 상변환 물질층 영역이 무기물 입자와 바인더 고분자의 총합 100 중량부에 대하여 10 내지 400 중량부의 상변환 물질을 포함할 수 있다. The phase change material layer region may include 10 to 400 parts by weight of the phase change material based on 100 parts by weight of the total of the inorganic particles and the binder polymer.

상기 상변환 물질층 영역의 형성 면적이 다공성 기재의 총 표면적의 1 내지 20 %일 수 있다.The formation area of the phase change material layer region may be 1 to 20% of the total surface area of the porous substrate.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전기화학소자에 있어서, 상기 세퍼레이터가 전술한 세퍼레이터인 전기화학소자가 제공된다.According to another aspect of the present invention, in an electrochemical device comprising an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode, an electrochemical device is provided in which the separator is the aforementioned separator.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 제1 세퍼레이터와 상기 제1 세퍼레이터의 양측에 위치한 양극 및 음극을 각각 구비하는 복수의 단위 셀; 및 하나의 단위 셀의 음극과 다른 단위 셀의 양극이 대응되도록 적층된 복수의 단위 셀에서 인접된 각각의 단위 셀들 사이에 개재되어 각각의 단위 셀들을 감싸도록 배치된 스트립(strip) 형태의 제2 세퍼레이터를 구비하는 전기화학소자에 있어서, 상기 제1 세퍼레이터와 제2 세퍼레이터가 전술한 세퍼레이터이고, 상기 제2 세퍼레이터의 상변환 물질층 영역은 상기 적층된 복수의 단위 셀들의 중앙부에서 서로 인접하는 단위 셀들 사이에 개재되어 있는 전기화학소자가 제공된다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a plurality of unit cells each having a first separator and an anode and a cathode disposed on both sides of the first separator; And a strip type second interposed between adjacent unit cells in a plurality of unit cells stacked such that a cathode of one unit cell and an anode of another unit cell correspond to each other. In an electrochemical device including a separator, the first separator and the second separator are the aforementioned separators, and the phase change material layer region of the second separator is adjacent to each other at the center of the plurality of stacked unit cells. There is provided an electrochemical device interposed therebetween.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 전기화학소자는 리튬이차전지이다.According to another aspect of the invention, the electrochemical device is a lithium secondary battery.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 기공들을 갖는 다공성 기재를 준비하는 단계; 무기물 입자들이 분산되어 있으며 바인더 고분자가 용매에 용해된 제1 코팅 용액을 상기 다공성 기재의 적어도 일면의 일부에 코팅하고 건조시켜 다공성 유기-무기 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 유기-무기 코팅층이 코팅되어 있지 않은 다공성 기재의 잔여부에 상기 유기-무기 코팅층에 이어서 무기물 입자, 바인더 고분자 및 상변환 물질을 포함하는 제2 코팅 용액을 코팅하고 건조시켜 상변환 물질층 영역을 형성하는 단계를 포함하는 세퍼레이터의 제조 방법이 제공된다.According to another aspect of the invention, the method comprising the steps of preparing a porous substrate having pores; Forming a porous organic-inorganic coating layer by coating and drying a first coating solution in which inorganic particles are dispersed and a binder polymer dissolved in a solvent on at least one surface of the porous substrate; And coating and drying the second coating solution including the inorganic particles, the binder polymer, and the phase change material, followed by the organic-inorganic coating layer on the remaining portion of the porous substrate which is not coated with the organic-inorganic coating layer. There is provided a method of manufacturing a separator comprising forming a.

상기 상변환 물질은 캡슐에 담지되어 있을 수 있다.
The phase change material may be supported in a capsule.

이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 전기화학소자는 세퍼레이터의 단부 영역에 PCM 캡슐을 포함하여서, 고열 또는 축적된 열로 인한 상기 분리막의 물리적, 화학적 변형을 방지하여, 궁극적으로 전기화학소자 저항의 변화를 억제하여 최적의 작동 상태를 유지할 수 있는 효과가 있다.As described above, the electrochemical device according to the present invention includes a PCM capsule in the end region of the separator, thereby preventing physical and chemical deformation of the separator due to high or accumulated heat, thereby ultimately changing the electrochemical device resistance. Inhibition has the effect of maintaining the optimum operating state.

특히, 본 발명의 세퍼레이터는 단위 셀이 1개인 전기화학소자뿐만 아니라 복수개의 단위 셀이 포함된 적층형 전기화학소자에도 적용가능하며, 적층형 전기화학소자에 적용되는 경우에는 단위 셀내 제1 세퍼레이터와 단위 셀간 제2 세퍼레이터에서 이중으로 흡열 기능을 갖게 되므로 안정성이 더욱 향상되는 효과가 있다.In particular, the separator of the present invention can be applied not only to an electrochemical device having one unit cell but also to a stacked electrochemical device including a plurality of unit cells, and when applied to a stacked electrochemical device, between a first separator and a unit cell in a unit cell. Since the second separator has a heat absorbing function dually, the stability is further improved.

또한, 종래 흡열시트에 비해 제조가 간편하여 생산성이 향상되고 전극조립체의 부피가 감소되는 효과가 있다.
In addition, compared to the conventional heat absorbing sheet is easy to manufacture productivity has the effect of reducing the volume of the electrode assembly.

도 1a는 종래 흡열시트를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터가 원통형 전기화학소자에 사용되도록 권취된 양태의 개략적인 상면도이다.
도 4는 각각의 단위 셀이 제1 세퍼레이터를 포함하고 있고, 이러한 단위 셀 복수개가 제2 세퍼레이터 위에 정렬되어 있는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 개략적인 단면도이다.
1A is a view schematically showing a conventional heat absorbing sheet.
1B is a view schematically showing a separator according to an embodiment of the present invention.
2 is a view schematically showing a separator according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic top view of an embodiment in which a separator according to one embodiment of the present invention is wound for use in a cylindrical electrochemical device.
4 is a schematic perspective view of an embodiment of the present invention in which each unit cell includes a first separator and a plurality of such unit cells are arranged on the second separator.
5 is a schematic cross-sectional view of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.

본 발명에 따르면, 전기화학소자는 단위 셀 하나만을 포함하는 전기화학소자뿐만 아니라 복수개의 단위 셀을 포함하는 전기화학소자도 포함한다.According to the present invention, the electrochemical device includes an electrochemical device including a plurality of unit cells as well as an electrochemical device including only one unit cell.

본 발명에서 '세퍼레이터'와 '분리막'은 서로 바꿔 사용될 수 있는 동일한 용어이다.In the present invention, 'separator' and 'separator' are the same terms that may be used interchangeably.

본 발명에서 '제1 세퍼레이터'와 '제2 세퍼레이터'는 복수개의 단위 셀이 포함되는 적층형 전기화학소자에서 적용되는 용어로, '제1 세퍼레이터'는 단위 셀내에 사용되어 양극과 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 지칭하고, '제2 세퍼레이터'는 인접한 단위 셀 사이에 개재되는 세퍼레이터를 지칭하는 용어로 이해한다.In the present invention, 'first separator' and 'second separator' are terms used in a stacked electrochemical device including a plurality of unit cells, and 'first separator' is used in a unit cell to be interposed between an anode and a cathode. The term "separator" refers to a separator, and the term "second separator" is understood as a term referring to a separator interposed between adjacent unit cells.

본 발명의 일 측면에 따른 전기화학소자의 제1 세퍼레이터 및 제2 세퍼레이터는 서로 동일하거나 또는 상이한 구조를 가질 수 있다.The first separator and the second separator of the electrochemical device according to an aspect of the present invention may have the same or different structures.

본 발명에서는 양극, 세퍼레이터, 음극 및 전해질을 포함하고 있는 전기화학소자에 있어, 세퍼레이터의 다공성 유기-무기 코팅층의 단부의 적어도 일부가 상변환 물질(PCM)을 포함하여 상변환 물질층 영역으로 형성됨으로써, 세퍼레이터 자체에 흡열 기능을 부여하고, 전지의 내부 단락시 발생한 열에 의해 상변환 물질이 용융되어 전지의 온도를 떨어뜨릴 뿐 아니라, 용융된 액체가 단락 부위로 침투함으로써 전기의 흐름을 차단한다. 본 발명에 따른 전기화학소자는 종래의 방법과는 다른 방식으로 전기화학소자의 안전성을 확보한 것으로, 종래에 셀 외부에 소자나 보호회로 등을 장착하는 경우와 달리 전극 사이에 개재되거나 셀을 감싸고 있는 상변환 물질이 발열에 보다 민감하게 작용할 수 있으므로 신속히 온도를 낮추는 역할을 하며, 더 나아가서는 녹은 상변환 물질이 단락 부위로 유입되어 전기전도를 차단할 수 있다. 또한, 셀 내부에 화학물질을 사용하는 기존의 방법과 달리 전지의 성능저하 및 용량감소 등의 부작용이 전혀 일어나지 않는 장점이 있다.In the present invention, in the electrochemical device including the positive electrode, the separator, the negative electrode, and the electrolyte, at least a part of the end of the porous organic-inorganic coating layer of the separator is formed of a phase conversion material layer region including a phase change material (PCM) In addition, the separator itself is endothermic, and the heat generated during the internal short circuit of the battery melts the phase change material to lower the temperature of the battery, and the molten liquid penetrates into the short circuit site to block the flow of electricity. The electrochemical device according to the present invention is to secure the safety of the electrochemical device in a manner different from the conventional method, unlike the case where a conventional device or a protective circuit is mounted on the outside of the cell is interposed between the electrode or wrap the cell The phase change material may act more sensitively to heat generation, thereby rapidly lowering the temperature, and furthermore, the melted phase change material may be introduced into the short-circuit to block electrical conduction. In addition, unlike the conventional method of using a chemical inside the cell has the advantage that no side effects such as performance degradation and capacity reduction of the battery at all.

먼저, 본 발명의 일 측면에 따르면, 기공들을 갖는 다공성 기재; 및 상기 다공성 기재의 적어도 일면에 형성되어 있으며, 무기물 입자들과 바인더 고분자의 혼합물을 포함하는 다공성 유기-무기 코팅층을 포함하고, 상기 다공성 유기-무기 코팅층의 단부의 적어도 일부가 상변환 물질을 더 포함하여 상변환 물질층 영역으로 형성되어 있는 세퍼레이터가 제공된다.First, according to one aspect of the invention, a porous substrate having pores; And a porous organic-inorganic coating layer formed on at least one surface of the porous substrate and including a mixture of inorganic particles and a binder polymer, wherein at least a portion of an end of the porous organic-inorganic coating layer further includes a phase change material. Thus, a separator formed in the region of the phase change material layer is provided.

본 발명에서 상변환 물질은 전기화학소자의 충방전 과정에서 발생한 열을 흡수할 수 있는 물질이라면 특별히 제한되지 않으며, 소정의 온도에서의 상변환시 큰 잠열을 가진 물질일 수 있다.In the present invention, the phase conversion material is not particularly limited as long as it is a material capable of absorbing heat generated during charging and discharging of an electrochemical device, and may be a material having a large latent heat during phase conversion at a predetermined temperature.

상기 상변환 물질은, 상기 소정의 온도에서 상변환, 예를 들면, 고상에서 액상 또는 액상에서 고상으로의 상변환이 일어나며 적어도 전기화학소자 구성부재들의 단위 온도당 열용량(heat capacity) 보다 큰 잠열을 가지는 물질을 의미한다. 상기 상변환 물질은 단일 화합물, 혼합물 또는 복합체 등일 수 있다. 이들 물질의 상변환은 상기 소정의 온도에서 물리적으로 상변환하는 경우뿐만 아니라, 둘 또는 그 이상의 물질의 혼합물이 상기 소정의 온도에서 가역적인 물리적 또는 화학적 반응에 의해 상변환하는 경우를 또한 포함한다.The phase change material may undergo a phase change at the predetermined temperature, for example, a phase change from a solid phase to a liquid phase or a liquid phase to a solid phase, and exhibit latent heat at least greater than the heat capacity per unit temperature of the electrochemical element components. Branch means a substance. The phase change material may be a single compound, a mixture or a complex. The phase change of these materials includes not only the case of physical phase change at the predetermined temperature, but also the case where a mixture of two or more materials phase change by reversible physical or chemical reaction at the predetermined temperature.

상기 상변환 물질은 상기 소정의 온도에서 상변환의 임계 온도를 가지므로, 특히 전기화학소자의 온도가 특정 온도 이상으로 급격히 상승하는 것을 방지할 수 있다.Since the phase change material has a critical temperature of phase change at the predetermined temperature, in particular, it is possible to prevent the temperature of the electrochemical device from rising sharply above a specific temperature.

상기 상변환 물질의 대표적인 예로는, n-테트라데칸(n-Tetradecane), n-헥사데칸(n-Hexadecane), n-파라핀(n-Paraffin), n-옥타데칸(n-Octadecane), n-아이코산(n-eicosane), 헤네이코산(n-heneicosane), 도코산(n-docosane), 트리코산(n-tricosane), 테트라코산(tetracosane), 헥사코산(hexacosane), 노나코산(nonacosane) 등과 같은 탄소수 11 내지 50개의 알칸;, 폴리에틸렌글리콜; NaNH4SO4·2H2O, Na2SO4 ·10H2O, Na2SiO3·5H2O, NaHPO4·12H2O, Na2HPO4 ·12H2O, K2HPO4·3H2O, K3PO4·7H2O, Fe(NO3) 3·9H2O, FeCl3·2H2O, Zn(NO3)6H2O, Na2S3O3 ·5H2O, NaCH3COO3H2O, Fe2O3 4SO3 ·9H2O, Ca(NO3)2·3H2O, CaCl2·6H2O, Mg(NO3)2 6H2O, CH3COONa 3H2O, Na2S2O2·H2O, NaOH·H2O, LiNO3와 Mg(NO3)2 6H2O의 혼합물, Na3PO4·12H2O, Mg(NO3)2 6H2O 등과 같은 무기 수화물; 아세트산, 뷰티르산, 팔미트산, 옥살산, 타타르산, 미리스트산, 스테아르산, n-옥타노익산 등의 카르복실산, 아스코르브산, 요산, 설폰산, 설핀산, 페놀 등과 같은 유기산; 크실리톨 등과 같은 당 알코올을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 그 중에서, 상대적으로 높은 잠열을 가지는 파라핀, 또는 용융 온도가 높은 LiNO3와 Mg(NO3)2 6H2O의 혼합물(융점 약 75℃), Na3PO4·12H2O(융점 약 75℃), Mg(NO3)2 6H2O(융점 약 89℃), 크실리톨(융점 약 93 내지 95℃) 등이 특히 사용될 수 있다.Representative examples of the phase change material, n-Tetradedecane (n-Tetradecane), n-hexadecane (n-Hexadecane), n-Paraffin (n-Paraffin), n-Odecadecane (n-Octadecane), n- N-eicosane, n-heneicosane, n-docosane, trichoic acid (n-tricosane), tetracosane, hexacosane, hexacosane, nonacosane Alkanes having from 11 to 50 carbon atoms, such as polyethylene glycol; NaNH 4 SO 4 2H 2 O, Na 2 SO 4 · 10H 2 O, Na 2 SiO 3 · 5H 2 O, NaHPO 4 · 12H 2 O, Na 2 HPO 4 · 12H 2 O, K 2 HPO 4 · 3H 2 O, K 3 PO 4 · 7H 2 O, Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O, FeCl 3 · 2H 2 O, Zn (NO 3 ) 2 · 6H 2 O, Na 2 S 3 O 3 · 5H 2 O , NaCH 3 COO 3 H 2 O, Fe 2 O 3 4SO 3 · 9H 2 O, Ca (NO 3 ) 2 · 3H 2 O, CaCl 2 · 6H 2 O, Mg (NO 3 ) 2 6H 2 O, CH 3 COONa 3H 2 O, Na 2 S 2 O 2 · H 2 O, NaOH · H 2 O, LiNO 3 and Mg (NO 3) a mixture of 2 6H 2 O, Na 3 PO 4 · 12H 2 O, Mg (NO 3 ) Inorganic hydrates such as 2 6H 2 O and the like; Organic acids such as carboxylic acids such as acetic acid, butyric acid, palmitic acid, oxalic acid, tartaric acid, myristic acid, stearic acid, n-octanoic acid, ascorbic acid, uric acid, sulfonic acid, sulfinic acid, phenol and the like; Although sugar alcohols, such as xylitol, are mentioned, It is not limited only to these. Among them, paraffin having a relatively high latent heat or a mixture of LiNO 3 and Mg (NO 3 ) 2 6H 2 O having a high melting temperature (melting point about 75 ° C.), Na 3 PO 4 · 12H 2 O (melting point about 75 ° C.) ), Mg (NO 3 ) 2 6H 2 O (melting point about 89 ° C.), xylitol (melting point about 93 to 95 ° C.) and the like can be used in particular.

본원 명세서에서 '파라핀'이라 함은 파라핀계 탄화수소로 이루어진 파라핀납이나 유동파라핀을 총칭하는 것으로, 이들 물질은 반응성이 약하고 화학약품에 대하여 내성이 있다. 상기 파라핀납은 무색의 반투명한 고체로 고형 파라핀이라고도 하며, 유동파라핀은 무색의 액체이다. 본 발명에서는 고체 물질의 융해열을 이용하는 특징이 있으므로, 고형 파라핀인 파라핀납을 사용한다.In the present specification, the term "paraffin" refers to paraffin lead or liquid paraffin made of paraffinic hydrocarbons, and these materials are weak in reactivity and resistant to chemicals. The paraffin lead is a colorless translucent solid, also called solid paraffin, and the liquid paraffin is a colorless liquid. In the present invention, since the heat of fusion of a solid substance is used, paraffin lead, which is a solid paraffin, is used.

파라핀납의 주성분은 곧은 사슬의 파라핀계 탄화수소이며, CH3(CH2)nCH3 으로 나타낼 수 있다. 여기서, 탄소수는 16 ~ 40의 범위에 있으며, 탄소수 20 ~ 30인 것을 주성분으로 한다. 파라핀납의 융점은 대개 47 ~ 65℃ 범위 내에서 정제 정도 및 성분 등에 따라 달라질 수 있다. The main component of paraffin lead is a straight-chain paraffinic hydrocarbon and can be represented by CH 3 (CH 2 ) n CH 3 . Here, carbon number exists in the range of 16-40, and has carbon number 20-30 as a main component. The melting point of paraffin lead may vary depending on the degree of purification and components, etc., usually within the range of 47 to 65 ° C.

본원 명세서에서 '소정의 온도(specific temperature)'라 함은 전기화학소자의 성능 내지 수명을 저하시키거나 안전성을 위협할 수 있는 온도를 의미한다. 소정의 온도는 전기화학소자의 구조, 종류 등에 따라 결정될 수 있으며, 예를 들면 50 내지 150℃의 온도 범위, 또는 60 내지 120℃의 온도 범위에서 결정될 수 있다. As used herein, the term "specific temperature" refers to a temperature that may impair the performance or lifespan of an electrochemical device or threaten safety. The predetermined temperature may be determined according to the structure, type, etc. of the electrochemical device, and may be determined, for example, in a temperature range of 50 to 150 ° C., or in a temperature range of 60 to 120 ° C.

특히, 소정의 온도는 전기화학소자 구성부재의 물리적 및/또는 화학적 변형이 직접적으로 유발되는 온도이거나, 또는 계속적인 열축적에 의해 소재의 열화(aging)가 유발되는 온도로서 결정될 수도 있다.In particular, the predetermined temperature may be determined as the temperature at which physical and / or chemical deformation of the electrochemical element member is directly induced, or the temperature at which aging of the material is caused by continuous thermal accumulation.

상기 상변환 물질은 캡슐에 담지된 상태로 세퍼레이터에 포함되어, 세퍼레이터 자체에 흡열 기능을 부여할 수 있다. 캡슐화된 상변환 물질은 높은 비표면적으로 인해 열에 대한 반응성(response)이 더욱 높아 질 수 있다. The phase change material may be included in the separator in a state of being supported in a capsule, thereby providing endothermic function to the separator itself. The encapsulated phase change material may be more responsive to heat due to its high specific surface area.

상변환 물질을 담지하는 캡슐은 적어도 전지의 구성 요소들에 대해 불활성이어야 하고, 내부의 상변환 물질이 상변환 이후에도 밀봉된 상태로 유지될 수 있는 물질이어야 한다. The capsule carrying the phase change material must be at least inert to the components of the cell and the material that can remain sealed even after phase change.

이러한 불활성 물질의 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀; 폴리스티렌; 폴리메타크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트 등과 같은 폴리아크릴레이트; 나일론과 같은 폴리아미드; 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등과 같은 폴리폴리에스테르; 폴리카프로락톤; 폴리우레탄; 젤라틴; 키토산; 셀룰로오스; 멜라민 수지; 요소 수지; 이들의 유도체 등으로 이루어질 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니다. 경우에 따라서는, 이들 물질들의 둘 또는 그 이상의 조합이 함께 사용되어 캡슐을 형성할 수 있다. 또한, 상기 캡슐은 폴리스티렌, 폴리메타크릴레이트, 폴리에틸렌 등과 같은 호모폴리머와 폴리스티렌-폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌옥사이드-폴리메틸메타아크릴레이트와 같은 블록코폴리머가 서로 섞여 있는 블렌드형 고분자 입자일 수 있다. 이러한 블렌드형 고분자 입자는 사용되는 고분자의 종류를 적절히 조절함에 따라 코어부와 2종 이상의 쉘부를 갖는 다층 캡슐 입자로 형성될 수 있다.Examples of such inert materials include polyolefins such as polyethylene, polypropylene, and the like; polystyrene; Polyacrylates such as polymethacrylate, polymethylmethacrylate, and the like; Polyamides such as nylon; Polyesters such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate and the like; Polycaprolactone; Polyurethane; gelatin; Chitosan; cellulose; Melamine resin; Urea resin; It may be made of derivatives and the like, but is not limited thereto. In some cases, a combination of two or more of these materials may be used together to form a capsule. In addition, the capsule may be a blended polymer particle in which homopolymers such as polystyrene, polymethacrylate, polyethylene, and the like, and block copolymers such as polystyrene-polymethylmethacrylate and polyethylene oxide-polymethylmethacrylate are mixed with each other. . Such blend-type polymer particles may be formed of multilayer capsule particles having a core part and two or more shell parts by appropriately adjusting the type of polymer used.

또한, 경우에 따라서는, 임계 온도 이상에서는 캡슐이 분해 내지 파괴되는 물질로 이루어질 수도 있다. 상기 임계 온도는, 예를 들어, 전지의 안전성 측면에서 전지의 발화 내지 폭발이 유발될 수 있는 온도일 수 있다. Also, in some cases, the capsule may be made of a material that breaks down or breaks above a critical temperature. The threshold temperature may be, for example, a temperature at which a battery may ignite or explode in terms of safety of the battery.

상변환 물질을 피복하고 있는 캡슐의 두께는 본 발명에 따른 효과를 발휘할 수 있는 정도라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 열전도도와 캡슐의 형태 안전성 등을 고려하여 0.01 내지 5 ㎛, 또는 0.02 내지 0.1 ㎛ 일 수 있다.The thickness of the capsule covering the phase change material is not particularly limited as long as it can exert the effect according to the present invention, and may be 0.01 to 5 μm, or 0.02 to 0.1 μm in consideration of thermal conductivity and form safety of the capsule. have.

상기 캡슐의 두께가 너무 얇으면 상변환 물질을 안정적으로 보유하기 어려우며, 반대로 너무 두터우면 열전도율이 떨어지고 상대적으로 상변환 물질의 양은 줄어들 수 있다. If the thickness of the capsule is too thin, it is difficult to stably retain the phase change material. On the contrary, if the thickness is too thick, the thermal conductivity may decrease and the amount of phase change material may be relatively reduced.

또한, 상기 캡슐은 대략 0.1 내지 100 ㎛, 또는 0.5 내지 10 ㎛ 의 입경을 가질 수 있다. 온도 변화에 따른 빠른 반응성을 나타내는 측면에서는 단위 중량당 큰 표면적을 가지는 작은 입경일 수 있으나, 너무 작은 입경은 상변환 물질을 담지하는 캡슐 자체의 제조에 어려움이 있을 수 있고, 그것을 전지의 내부에 포함시키는 공정상에 어려움이 있을 수 있으므로, 상기 범위에서 적정하게 결정할 수 있다.In addition, the capsule may have a particle diameter of approximately 0.1 to 100 μm, or 0.5 to 10 μm. It may be a small particle size having a large surface area per unit weight in terms of exhibiting rapid reactivity with temperature changes, but too small a particle size may be difficult to manufacture the capsule itself carrying a phase change material, it is included in the battery Since there may be difficulties in the process to make, it can be determined appropriately in the above range.

또한, 경우에 따라서, 캡슐의 열전도도를 높이기 위하여 불활성 물질에 높은 열전도도를 갖는 열전도성 물질을 더 첨가할 수도 있다. 이러한 물질의 예로는 세라믹, 금속분말, 그라파이트 분말 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.In some cases, a thermally conductive material having a high thermal conductivity may be further added to the inert material in order to increase the thermal conductivity of the capsule. Examples of such materials include ceramics, metal powders, graphite powders, and the like, but are not limited thereto.

본원 명세서에서 '상변환 물질층 영역'이라 함은 세퍼레이터의 다공성 유기-무기 코팅층의 단부의 적어도 일부 중에서 상변환 물질이 더 포함되어 있는 영역을 의미한다. As used herein, the term "phase conversion material layer region" refers to a region in which a phase change material is further included in at least a portion of an end portion of the porous organic-inorganic coating layer of the separator.

상기 상변환 물질층 영역은 세퍼레이터에서 상변환 물질이 포함되어 있지 않은 다공성 유기-무기 코팅층에 맞닿아 세퍼레이터의 단부에 형성된다. The phase change material layer region is formed at the end of the separator in contact with the porous organic-inorganic coating layer containing no phase change material in the separator.

특히, 1개의 단위 셀이 포함되는 전기화학소자에서 상기 상변환 물질층 영역은 세퍼레이터 권취시 권취 외곽부를 형성할 수 있다. 이 때, '권취 외곽부'라 함은 세퍼레이터의 길이방향 양 단부 중 세퍼레이터가 양극, 음극과 함께 권취되기 시작하는 단부, 즉, 권취 코어(winding core) 단부가 아닌 다른 단부를 의미하는 용어로 이해한다.In particular, in the electrochemical device including one unit cell, the phase change material layer region may form a winding outer portion when the separator is wound. In this case, the term 'winding outer part' is understood as a term meaning an end of the separator in which the separator starts to be wound together with the positive electrode and the negative electrode, that is, the end other than the winding core end. do.

또는, 복수개의 단위 셀이 포함되는 전기화학소자에서 제1 세퍼레이터는 그의 일 단부에 상변환 물질층 영역을 포함할 수 있고, 제2 세퍼레이터는 적층된 단위 셀의 중앙부에 상변환 물질층 영역을 포함할 수 있다. Alternatively, in an electrochemical device including a plurality of unit cells, the first separator may include a phase change material layer region at one end thereof, and the second separator may include a phase change material layer region at the center of the stacked unit cells. can do.

상기 상변환 물질의 함량은 상변환 물질의 종류, 전지의 종류 및 형태 등의 다양한 요소들에 의해 결정될 수 있으므로 특별히 한정할 수는 없으며, 하나의 예로서, 세퍼레이터의 다공성 유기-무기 코팅층의 기능을 저해하지 않으면서 본 발명에서 소망하는 효과를 발휘할 수 있도록, 상기 상변환 물질층은 무기물 입자와 바인더 고분자의 총합 100 중량부에 대하여 10 내지 400 중량부, 또는 80 내지 300 중량부의 상변환 물질을 포함할 수 있다.Since the content of the phase change material may be determined by various factors such as the type of phase change material, the type and shape of the battery, the content of the phase change material is not particularly limited. As an example, the function of the porous organic-inorganic coating layer of the separator The phase change material layer may include 10 to 400 parts by weight, or 80 to 300 parts by weight of the phase change material based on 100 parts by weight of the total amount of the inorganic particles and the binder polymer so as to exert the desired effect in the present invention without inhibiting. can do.

상기 상변환 물질층 영역의 형성 면적은 다공성 기재의 총 표면적의 1 내지 20 %, 또는 5 내지 10 %일 수 있다. 상기 상변환 물질층 영역의 형성 면적이 이러한 범위를 만족하는 경우, 세퍼레이터의 다공성 유기-무기 코팅층의 기능을 수행하면서, 동시에 전지 내부 또는 외부의 이상 현상에 의해 열이 발생시 효과적으로 열을 흡수하고, 기공을 막아 리튬 이온의 경로를 차단하여 이차전지의 안정성을 개선시킬 수 있고, 외곽의 코팅층으로 인하여 음극의 부피팽창을 완화활 수 있는 버퍼 역할을 할 수 있다. The formation area of the phase change material layer region may be 1 to 20%, or 5 to 10% of the total surface area of the porous substrate. When the formation area of the phase change material layer region satisfies the above range, the porous organic-inorganic coating layer of the separator functions, while at the same time, the heat is effectively absorbed when heat is generated due to an anomaly inside or outside the cell, It is possible to improve the stability of the secondary battery by blocking the path of the lithium ion and to act as a buffer to mitigate the volume expansion of the cathode due to the outer coating layer.

상기 상변환 물질층 영역의 적어도 한 면에는 접착층이 부착 등의 방법에 의해 연결되어 존재할 수 있다. An adhesive layer may be connected to at least one surface of the phase change material layer region by a method such as adhesion.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터는 상변환 물질층 영역에 연장되어 접착층이 더 형성될 수 있으며, 전극 조립체를 세퍼레이터로 권취하는 경우 말단부의 접착층이 대향하는 다공성 기재와 접착하게 되어 보다 견고하게 전극 조립체를 고정시키는 역할을 할 수 있게 된다.That is, the separator according to the embodiment of the present invention may extend to the phase change material layer region to further form an adhesive layer, and when the electrode assembly is wound with the separator, the adhesive layer of the end portion may be bonded to the opposing porous substrate. It is possible to serve to fix the electrode assembly.

본 발명에서는 본 발명의 세퍼레이터의 양측에 음극과 전극을 구비하는 단위 셀을 1개 포함하는 전기화학소자가 제공될 뿐만 아니라, 이러한 단위 셀을 복수개 포함하는 전기화학소자도 제공된다.In the present invention, not only an electrochemical device including one unit cell including a cathode and an electrode on both sides of the separator of the present invention is provided, but an electrochemical device including a plurality of such unit cells is also provided.

즉, 제1 세퍼레이터와 상기 제1 세퍼레이터의 양측에 위치한 양극 및 음극을 각각 구비하는 복수의 단위 셀; 및 하나의 단위 셀의 음극과 다른 단위 셀의 양극이 대응되도록 적층된 복수의 단위 셀에서 인접된 각각의 단위 셀들 사이에 개재되어 각각의 단위 셀들을 감싸도록 배치된 스트립(strip) 형태의 제2 세퍼레이터를 구비하는 전기화학소자에 있어서, 상기 제1 세퍼레이터와 제2 세퍼레이터가 본 발명에 따라 상변환 물질층 영역을 포함하는 세퍼레이터이고, 상기 제2 세퍼레이터의 상변환 물질층 영역은 상기 적층된 복수의 단위 셀들의 중앙부에서 서로 인접하는 단위 셀들 사이에 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 전기화학소자가 제공된다.That is, a plurality of unit cells each having a first separator and a positive electrode and a negative electrode positioned on both sides of the first separator; And a strip type second interposed between adjacent unit cells in a plurality of unit cells stacked such that a cathode of one unit cell and an anode of another unit cell correspond to each other. In the electrochemical device comprising a separator, the first separator and the second separator is a separator including a phase change material layer region according to the present invention, wherein the phase change material layer region of the second separator is a plurality of stacked An electrochemical device is provided which is interposed between unit cells adjacent to each other at a central portion of the unit cells.

상기 제2 세퍼레이터의 상변환 물질층 영역은 상기 적층된 단위 셀들의 중앙부에서 서로 인접하는 단위 셀들 사이에 개재되는데, 이러한 적층된 단위 셀들의 중앙부가 전기화학소자 내부에서 가장 높은 온도를 나타내는 구간에 해당되기 때문에 보다 효율적으로 내부 온도의 상승을 막을 수 있게 된다. 즉, 적층된 단위 셀들로 이루어진 전기화학소자에 있어서, 이러한 소자의 운전 중에 각각의 단위 셀들은 시간의 경과에 따라 셀 내부의 온도가 상승하게 된다. 이 때, 소자의 상하부에 인접한 셀들의 경우는 외부의 상대적으로 낮은 온도 분위기에 인접하고 있어서 셀 내부의 열을 발산시킬 수 있으나, 적층 구조의 중심부에 위치한 단위 셀들이 발산하는 열은 외부로 배출되지 못하고 중심부에서 더욱 축적되어 전기화학소자 내부의 온도를 상승시키는 원인을 제공한다.The phase change material layer region of the second separator is interposed between adjacent unit cells at the center of the stacked unit cells, and the center of the stacked unit cells corresponds to a section showing the highest temperature in the electrochemical device. This makes it possible to prevent the internal temperature from rising more efficiently. That is, in an electrochemical device composed of stacked unit cells, the temperature inside the cell increases as time passes during operation of the device. At this time, the cells adjacent to the upper and lower parts of the device are adjacent to a relatively low temperature atmosphere of the outside to radiate heat inside the cell, but the heat emitted from the unit cells located at the center of the stacked structure is not discharged to the outside. In addition, it accumulates in the center and provides a cause for raising the temperature inside the electrochemical device.

하지만, 이러한 셀들이 발산하는 열을 조기에 흡수하기 위하여 모든 단위 셀들의 전극 표면이나 분리막 표면에 흡열층을 도입하는 경우에는 소자 내부의 열의 흡수라는 목적에서는 소정의 성과를 거둘 수 있을지 모르나, 이러한 각 단위 셀들에 도입된 다수의 흡열층들이 전기화학소자의 저항체로 역할을 하게 되어 전기화학소자의 성능을 저하시키는 원인이 될 수 있다.However, when an endothermic layer is introduced on the electrode surface or the separator surface of all the unit cells in order to absorb the heat dissipated early, a certain result may be achieved for the purpose of absorbing heat inside the device. A plurality of heat absorbing layers introduced into the unit cells may serve as a resistor of the electrochemical device, which may cause a decrease in the performance of the electrochemical device.

따라서, 본 발명의 일 측면에 따른 전기화학소자는 단위 셀들의 적층 구조에서 가장 열 발생이 많은 중앙부에 해당하는 위치에 상변환 물질층 영역을 도입하여, 전기화학소자의 성능에 영향을 최소화하면서 비정상적인 작동 상태에서 전지의 발열량을 효율적으로 흡수하고, 셀 내부의 온도 조절 및 과충전 성능 향상을 꾀할 수 있게 된다.Therefore, the electrochemical device according to an aspect of the present invention introduces a phase conversion material layer region at a position corresponding to the central portion of the most heat generated in the stacked structure of the unit cells, thereby minimizing the impact on the performance of the electrochemical device abnormal In the operating state, it is possible to efficiently absorb the calorific value of the battery, and to improve temperature control and overcharge performance inside the cell.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학소자를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the electrochemical device according to an embodiment of the present invention.

도 1a 및 도 1b는 종래 흡열시트와 본 발명에 따라 권취 외곽부에 상변환 물질 영역층을 포함하는 세퍼레이터를 비교하여 나타낸 도면이다.1A and 1B are views illustrating a comparison between a conventional endothermic sheet and a separator including a phase change material region layer at an outer portion of a winding according to the present invention.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 종래 흡열시트는 흡열 물질(11)을 포함하는 흡열 시트가 세퍼레이터(도시되어 있지 않음) 위에 별도로 구성되어 있는 이중 시트(dual sheet) 형태인 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터는 다공성 기재 상에 상변환 물질이 분산되어 있지 않은 다공성 유기-무기 코팅층 영역(16)과 상변환 물질(17)이 분산되어 있는 상변환 물질층 영역이 단층 시트 형태로 구성되어 있다. 그 결과, 본 발명에 따른 세퍼레이터는 그 단부의 적어도 일부에 흡열 기능을 갖게 된다.1A and 1B, a conventional heat absorbing sheet is in the form of a dual sheet in which a heat absorbing sheet including a heat absorbing material 11 is separately configured on a separator (not shown). In the separator according to the embodiment, the porous organic-inorganic coating layer region 16 in which the phase change material is not dispersed and the phase change material layer region in which the phase change material 17 is dispersed are configured in the form of a single layer sheet. have. As a result, the separator according to the present invention has an endothermic function at at least part of its end.

도 2는 본 발명에 따른 세퍼레이터의 한 양태에 따른 단면 구조의 모식도이다.It is a schematic diagram of the cross-sectional structure which concerns on one aspect of the separator which concerns on this invention.

도 2를 참조하면, 상변환 물질이 분산되어 있지 않은 다공성 유기-무기 코팅층 영역(16)에 이어서 상변환 물질이 분산되어 있는 상변환 물질층 영역(18)과, 접착층(19)이 구비된 세퍼레이터가 도시되어 있다. 이때, 상기 상변환 물질은 전술한 바와 같이 불활성 물질로 이루어진 캡슐 내부에 밀봉되어 있는 형태로 담지될 수 있고, 그 결과, 상변환 물질 중량당 큰 접촉 계면적을 가지므로, 캡슐로 인해 세퍼레이터의 열반응성이 더욱 개선될 수 있다. Referring to FIG. 2, a separator is provided with a porous organic-inorganic coating layer region 16 in which a phase change material is not dispersed, followed by a phase change material layer region 18 in which a phase change material is dispersed, and an adhesive layer 19. Is shown. In this case, the phase change material may be supported in a sealed form in a capsule made of an inert material as described above, and as a result, the phase change material has a large contact interface area per weight of the phase change material. Responsiveness can be further improved.

도 3은 본 발명의 세퍼레이터가 원통형 전기화학소자에 사용되도록 권취된 양태의 개략적인 상면도이다. 3 is a schematic top view of an embodiment in which the separator of the present invention is wound for use in a cylindrical electrochemical device.

도 3을 참조하면, 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터가 양극 및 음극과 함께 권취되어 상변환 물질층 영역이 권취 외곽부(18)를 형성하게 되고, 그 내부에 상변환 물질을 포함하지 않은 다공성 유기-무기 코팅층 영역(16)이 존재하게 된다. 이 때에도, 선택적으로 상변환 물질층 영역에 연장되어 접착층(19)이 더 형성될 수 있다.Referring to FIG. 3, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode is wound together with the positive electrode and the negative electrode so that the phase change material layer region forms the winding outer portion 18, and the pore containing no phase change material therein. There will be an organic-inorganic coating layer region 16. In this case, the adhesive layer 19 may be further formed by selectively extending to the phase change material layer region.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수개의 단위 셀이 정렬되어 있고 상변환 물질층 영역이 형성되어 있는 제2 세퍼레이터의 개략적인 사시도이다. 도 4를 참조하면, 전극 조립체(20)를 권취하기 전에, 제1 세퍼레이터(22)와 제1 세퍼레이터(22)의 양측에 위치한 음극(21) 및 양극(23)을 각각 구비한 복수개의 단위 셀(24)이 제2 세퍼레이터(26) 상에 정렬되어 있고, 이 때 제2 세퍼레이터(26)의 한 단부에 상변환 물질층 영역(25)이 형성되어 있다.4 is a schematic perspective view of a second separator in which a plurality of unit cells are aligned and a phase change material layer region is formed according to an embodiment of the present invention. 4, a plurality of unit cells 20 each having a cathode 21 and a cathode 23 disposed on both sides of the first separator 22 and the first separator 22 are disposed before the electrode assembly 20 is wound, A phase change material layer region 25 is formed on one end of the second separator 26 at this time.

이와 같이 복수의 단위 셀(24) 및 상변환 물질층 영역(25)이 형성된 제2 세퍼레이터(26)를 상변환 물질층 영역(25)이 중앙부에 위치하도록 권취하게 되면 도 5에 도시된 전극 조립체를 얻을 수 있다.As such, when the second separator 26 having the plurality of unit cells 24 and the phase change material layer region 25 is wound to have the phase change material layer region 25 positioned at the center thereof, the electrode assembly illustrated in FIG. 5 is wound. Can be obtained.

도 5를 참조하면, 전극 조립체(20)는 제1 세퍼레이터(22)와 제1 세퍼레이터(22)의 양측에 위치한 음극(21) 및 양극(23)을 각각 구비한 단위 셀(24)을 복수개 포함한다. 양극(23)은 양극 집전체의 양면에 양극 활물질층이 형성된 구조이고, 음극(21)은 음극 집전체의 양면에 음극 활물질층이 형성된 구조로 되어 있다. 단위 셀은 도 5에 도시된 바와 같이 제1 세퍼레이터(22)의 양측에 1개의 양극(23)과 음극(21)이 위치한 풀셀 구조이거나, 또는 양극(23) 또는 음극(21)의 양면에 제1 세퍼레이터(22)가 각각 위치하고 각각의 제1 세퍼레이터(22) 위에 음극(21) 또는 양극(23)이 각각 위치한 바이셀 구조 등 다양한 구조의 단위 셀로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 5, the electrode assembly 20 includes a plurality of unit cells 24 each having a first separator 22 and a cathode 21 and an anode 23 positioned at both sides of the first separator 22. do. The positive electrode 23 has a structure in which a positive electrode active material layer is formed on both surfaces of the positive electrode current collector, and the negative electrode 21 has a structure in which a negative electrode active material layer is formed on both sides of the negative electrode current collector. As shown in FIG. 5, the unit cell has a full cell structure in which one anode 23 and one cathode 21 are positioned at both sides of the first separator 22, or a unit cell is formed on both sides of the anode 23 or the cathode 21. Each separator 22 may be disposed, and each of the first separators 22 may be formed of a unit cell having various structures such as a bi-cell structure in which a cathode 21 or an anode 23 is positioned.

전극 조립체(20) 내에서, 각각의 단위 셀(24)들은 적층된 형태로 존재한다. 이 때, 하나의 단위 셀의 음극과 다른 단위 셀의 양극이 대응하도록 인접된 각각의 단위 셀(24) 사이에는 각각의 단위 셀(24)을 감싸도록 배치된 스트립(strip) 형태의 제2 세퍼레이터(26)가 도 5에 도시된 바와 같은 다양한 형태로 개재되어 각각의 단위 셀(24) 사이의 세퍼레이터 기능을 수행한다.Within the electrode assembly 20, each unit cell 24 is present in a stacked form. In this case, a strip-shaped second separator is disposed between the adjacent unit cells 24 so that the cathode of one unit cell and the anode of the other unit cell correspond to each other. Reference numeral 26 is provided in various forms as shown in FIG. 5 to perform a separator function between each unit cell 24.

이 때, 상변환 물질(27)을 포함하는 상변환 물질층 영역(25)은 각 단위 셀(24)의 적층 구조의 중앙부에서 서로 인접하는 단위 셀(24) 사이에 개재되고, 상기 제2 세퍼레이터(26)에 의해 감싸져서 전극 조립체(20)에 도입된다.In this case, the phase change material layer region 25 including the phase change material 27 is interposed between the unit cells 24 adjacent to each other at the center of the stacked structure of the unit cells 24, and the second separator It is wrapped by 26 and introduced into the electrode assembly 20.

상기 다공성 유기-무기 코팅층 형성에 사용되는 무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다.The inorganic particles used to form the porous organic-inorganic coating layer are not particularly limited as long as they are electrochemically stable.

즉, 상기 무기물 입자는 적용되는 전기화학소자의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는 경우 전기화학소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있다. That is, the inorganic particles are not particularly limited as long as the inorganic particles are not oxidized and / or reduced in the operating voltage range (for example, 0 to 5 V on the basis of Li / Li + ). Particularly, when inorganic particles having ion transfer ability are used, the ion conductivity in the electrochemical device can be increased to improve the performance.

또한, 무기물 입자로서 유전율이 높은 무기물 입자를 사용하는 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.When inorganic particles having a high dielectric constant are used as the inorganic particles, dissociation of an electrolyte salt, for example, a lithium salt, in the liquid electrolyte is also increased, and ion conductivity of the electrolyte can be improved.

전술한 이유들로 인해, 상기 무기물 입자는 유전율 상수가 5 이상, 또는 10 이상인 고유전율 무기물 입자, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자 또는 이들의 혼합체를 포함할 수 있다. 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자의 비제한적인 예로는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3 (PLZT, 여기서, 0 < x < 1, 0 < y < 1임), Pb(Mg1 /3Nb2 /3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, SiC, TiO2 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.For the aforementioned reasons, the inorganic particles may include high dielectric constant inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more, or 10 or more, inorganic particles having a lithium ion transfer ability, or a mixture thereof. Non-limiting examples of inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more include BaTiO 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT), Pb 1 - x La x Zr 1 - y Ti y O 3 (PLZT, where 0 <x <1, 0 <y <1 Im), 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 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiC, TiO 2 May be used alone or in combination of two or more.

특히, 전술한 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3 (PLZT, 여기서, 0 < x < 1, 0 < y < 1임), Pb(Mg1 /3Nb2 /3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), 하프니아(HfO2)와 같은 무기물 입자들은 유전율 상수 100 이상인 고유전율 특성을 나타낼 뿐만 아니라, 일정 압력을 인가하여 인장 또는 압축되는 경우 전하가 발생하여 양쪽 면 간에 전위차가 발생하는 압전성(piezoelectricity)을 가짐으로써, 외부 충격에 의한 양(兩) 전극의 내부 단락 발생을 방지하여 전기화학소자의 안전성 향상을 도모할 수 있다. 또한, 전술한 고유전율 무기물 입자와 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자들을 혼용할 경우 이들의 상승 효과는 배가될 수 있다.Particularly, the above-mentioned BaTiO 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT), Pb 1 - x La x Zr 1 - y Ti y O 3 (PLZT, where 0 <x <1, 0 < ), inorganic particles, such as Pb (Mg 1/3 Nb 2 /3) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), hafnia (HfO 2), not only exhibit a dielectric constant of 100 or more high dielectric constant characteristics, the predetermined pressure And a piezoelectricity is generated so that a potential difference is generated between both sides by generating a charge when being stretched or compressed so as to prevent the occurrence of an internal short circuit between the two electrodes due to an external impact so as to improve the safety of the electrochemical device can do. Further, when the above-mentioned high-permittivity inorganic particles and inorganic particles having lithium ion transferring ability are mixed, their synergistic effect can be doubled.

본 발명에서 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 리튬 원소를 함유하되 리튬을 저장하지 아니하고 리튬 이온을 이동시키는 기능을 갖는 무기물 입자를 지칭하는 것으로서, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 입자 구조 내부에 존재하는 일종의 결함(defect)으로 인해 리튬 이온을 전달 및 이동시킬 수 있기 때문에, 전지 내 리튬 이온 전도도가 향상되고, 이로 인해 전지 성능 향상을 도모할 수 있다. 상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자의 비제한적인 예로는 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트(LixAlyTiz(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 1, 0 < z < 3), 14Li2O-9Al2O3-38TiO2-39P2O5 등과 같은 (LiAlTiP)xOy 계열 glass (0 < x < 4, 0 < y < 13), 리튬란탄티타네이트(LixLayTiO3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), Li3 .25Ge0 .25P0 .75S4 등과 같은 리튬게르마니움티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0 < x < 4, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 0 < w < 5), Li3N 등과 같은 리튬나이트라이드(LixNy, 0 < x < 4, 0 < y < 2), Li3PO4-Li2S-SiS2 등과 같은 SiS2 계열 glass(LixSiySz, 0 < x < 3, 0 < y < 2, 0 < z < 4), LiI-Li2S-P2S5 등과 같은 P2S5 계열 glass(LixPySz, 0 < x < 3, 0 < y < 3, 0 < z < 7) 또는 이들의 혼합물 등이 있다. In the present invention, the inorganic particles having a lithium ion transferring ability refer to inorganic particles containing a lithium element but not lithium and having a function of transferring lithium ions. The inorganic particles having lithium ion transferring ability are contained in the particle structure Since lithium ions can be transferred and transferred due to a kind of defect present, the lithium ion conductivity in the battery is improved, thereby improving battery performance. Examples of the inorganic particles having lithium ion transferring ability include lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium titanium phosphate (Li x Ti y (PO 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y < (Li x Al y Ti z (PO 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y <1, 0 <z <3), 14Li 2 O-9Al 2 O 3 -38TiO 2 -39P 2 O 5 as such (LiAlTiP) x O y series glass (0 <x <4, 0 <y <13), lithium lanthanum titanate (Li x La y TiO 3, 0 <x <2, 0 <y <3 ), Li 3 .25 Ge 0 .25 P 0 .75 S 4 Lithium, such as germanium Mani help thiophosphate lithium nitro, such as (Li x Ge y P z S w, 0 <x <4, 0 <y <1, 0 <z <1, 0 <w <5), Li 3 N fluoride (Li x N y, 0 < x <4, 0 <y <2), Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 SiS 2 family, such as glass (Li x Si y S z , 0 <x <3 , 0 <y <2, 0 <z <4), LiI-Li 2 SP 2 S 5 There is P 2 S 5 based glass (Li x P y S z , 0 <x <3, 0 <y <3, 0 <z <7) or a mixture thereof as such.

본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터에 있어서, 다공성 유기-무기 코팅층의 무기물 입자 크기는 제한이 없으나, 균일한 두께의 코팅층 형성 및 적절한 공극률을 위하여, 가능한 한 0.001 내지 10㎛ 범위일 수 있다. 상기 무기물 입자 크기가 이러한 범위를 만족하는 경우, 분산성이 유지되어 세퍼레이터의 물성을 조절하기가 용이하고, 다공성 유기-무기 코팅층의 두께가 증가하는 현상을 피할 수 있어 기계적 물성이 개선될 수 있으며, 또한 지나치게 큰 기공 크기로 인해 전지 충·방전시 내부 단락이 일어날 확률이 작아질 수 있다. In the separator according to an embodiment of the present invention, the inorganic particle size of the porous organic-inorganic coating layer is not limited, but may be in the range of 0.001 to 10 μm as much as possible in order to form a coating layer having a uniform thickness and an appropriate porosity. When the inorganic particle size satisfies this range, the dispersibility is maintained to easily control the physical properties of the separator, and the phenomenon of increasing the thickness of the porous organic-inorganic coating layer can be avoided, thereby improving mechanical properties. In addition, due to the excessively large pore size, the possibility of internal short circuit during battery charging and discharging may be reduced.

상기 다공성 유기-무기 코팅층 형성에 사용되는 바인더 고분자는 당업계에서 통상적으로 사용되는 바인더 고분자로서 특별히 제한되지 않는다.The binder polymer used to form the porous organic-inorganic coating layer is not particularly limited as a binder polymer commonly used in the art.

특히, 유리 전이 온도(glass transition temperature, Tg)가 -200 내지 200℃인 고분자를 사용할 수 있는데, 이는 최종적으로 형성되는 유기-무기 코팅층의 유연성 및 탄성 등과 같은 기계적 물성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 이러한 바인더는 무기물 입자들 사이를 연결 및 안정하게 고정시켜주는 바인더 역할을 충실히 수행함으로써, 다공성 코팅층이 도입된 세퍼레이터의 기계적 물성 저하 방지에 기여한다.In particular, a polymer having a glass transition temperature (T g ) of -200 to 200 ° C. may be used, because it may improve mechanical properties such as flexibility and elasticity of the finally formed organic-inorganic coating layer. . Such a binder faithfully plays a role of a binder for stably connecting and stably separating inorganic particles, thereby contributing to preventing mechanical property degradation of the separator into which the porous coating layer is introduced.

또한, 바인더는 이온 전도 능력을 반드시 가질 필요는 없으나, 이온 전도 능력을 갖는 고분자를 사용할 경우 전기화학소자의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 바인더는 가능한 유전율 상수가 높은 것을 사용할 수 있다. 실제로 전해액에서 염의 해리도는 전해액 용매의 유전율 상수에 의존하기 때문에, 상기 고분자의 유전율 상수가 높을수록 전해질에서의 염 해리도를 향상시킬 수 있다. 이러한 바인더의 유전율 상수는 1.0 내지 100 (측정 주파수 = 1 kHz) 범위가 사용 가능하며, 특히 10 이상일 수 있다.In addition, the binder does not necessarily have an ion conducting ability, but when a polymer having an ion conducting ability is used, the performance of the electrochemical device may be further improved. Therefore, the binder may use one with the highest possible dielectric constant. In fact, since the degree of dissociation of the salt in the electrolyte depends on the permittivity constant of the electrolyte solvent, the higher the dielectric constant of the polymer, the higher the dissociation of salt in the electrolyte. The dielectric constant of such a binder can be in the range of 1.0 to 100 (measuring frequency = 1 kHz), in particular 10 or more.

전술한 기능 이외에, 바인더는 액체 전해액 함침시 겔화됨으로써 높은 전해액 팽윤도(degree of swelling)를 나타낼 수 있는 특징을 가질 수 있다. 이에 따라, 바인더의 용해도 지수는 15 내지 45 MPa1 /2 또는 15 내지 25 MPa1 /2 및 30 내지 45 MPa1 /2 범위이다. 따라서, 폴리올레핀류와 같은 소수성 고분자들보다는 극성기를 많이 갖는 친수성 고분자들이 더 사용될 수 있다. 용해도 지수가 15 MPa1 /2 미만 및 45 MPa1 /2를 초과할 경우, 통상적인 전지용 액체 전해액에 의해 팽윤(swelling)되기 어려울 수 있기 때문이다.In addition to the functions described above, the binder may have a feature that can exhibit a high degree of swelling of the electrolyte by gelling upon impregnation of the liquid electrolyte. Accordingly, the solubility parameter of the binder is from 15 to 45 MPa 1/2 or 15 to 25 MPa 1/2, and 30 to 45 MPa 1/2 range. Therefore, hydrophilic polymers having many polar groups can be used more than hydrophobic polymers such as polyolefins. If the solubility is more than 15 MPa 1/2 and less than 45 MPa 1/2, because it can be difficult to swell (swelling) by conventional liquid electrolyte batteries.

사용 가능한 바인더 고분자의 비제한적인 예로는 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-cotrichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트(cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (celluloseacetate propionate), 시아노에틸풀루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 풀루란(pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose), 아크리로니트릴스티렌부타디엔 공중합체 (acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer), 폴리이미드(polyimide) 또는 이들의 혼합체 등이 있다. 이외에도 상술한 특성을 포함하는 물질이라면 어느 재료라도 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.Non-limiting examples of usable binder polymers include polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-cotrichloroethylene, polymethylmethacrylate, But are not limited to, polymethylmethacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, polyethylene-co-vinyl acetate, polyethylene oxide ), Cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylpolyvinylalcohol, Ethylcellulose (cyanoethylcell ulose, cyanoethylsucrose, pullulan, carboxyl methyl cellulose, acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer, polyimide or these And mixtures thereof. In addition, any material including the above-mentioned characteristics may be used alone or in combination.

본 발명의 일 실시예에 따라 세퍼레이터에 코팅된 다공성 유기-무기 코팅층의 바인더 고분자의 함량은, 예를 들면 무기물 입자 100 중량부를 기준으로 1 내지 50 중량부, 또는 2 내지 30 중량부, 또는 5 내지 15 중량부일 수 있다. 바인더 고분자의 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우, 무기물의 탈리와 같은 문제점과, 바인더 고분자가 다공성 기재의 공극을 막아 저항이 상승하며 다공성 유기-무기 코팅층의 다공도도 저하되는 현상을 방지할 수 있다.The content of the binder polymer of the porous organic-inorganic coating layer coated on the separator according to an embodiment of the present invention is, for example, 1 to 50 parts by weight, or 2 to 30 parts by weight, or 5 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of inorganic particles. It may be 15 parts by weight. When the content of the binder polymer satisfies this range, problems such as desorption of the inorganic material, and a phenomenon in which the binder polymer blocks pores of the porous substrate may increase resistance and decrease the porosity of the porous organic-inorganic coating layer.

상기 다공성 기재 위에 형성되는 다공성 유기-무기 코팅층에 있어서, 바인더 고분자는 상기 무기물 입자들 표면의 일부 또는 전체에 코팅층으로 위치하고, 상기 무기물 입자들은 밀착된 상태로 상기 코팅층에 의해 서로 연결 및 고정되며, 상기 무기물 입자들 사이에 존재하는 빈 공간으로 인해 기공들이 형성되어 있을 수 있다. 즉, 다공성 유기-무기 코팅층의 무기물 입자들은 서로 밀착된 상태로 존재하며, 무기물 입자들이 밀착된 상태에서 생기는 빈 공간이 다공성 유기-무기 코팅층의 기공이 된다. 무기물 입자 사이에 존재하는 빈 공간의 크기는 무기물 입자들의 평균 입경보다 같거나 작을 수 있다. 무기물 입자들 표면의 일부 또는 전체에 코팅층으로 위치한 바인더 고분자는 무기물 입자들을 서로 연결 및 고정하며, 다공성 기재와 접촉하는 무기물 입자를 다공성 기재에 고정시킨다. In the porous organic-inorganic coating layer formed on the porous substrate, a binder polymer is located as a coating layer on a part or all of the surface of the inorganic particles, the inorganic particles are connected and fixed to each other by the coating layer in close contact, Pores may be formed due to the empty space present between the inorganic particles. In other words, the inorganic particles of the porous organic-inorganic coating layer are in close contact with each other, and the empty space generated when the inorganic particles are in close contact with the pores of the porous organic-inorganic coating layer. The size of the void space present between the inorganic particles may be equal to or smaller than the average particle diameter of the inorganic particles. A binder polymer positioned as a coating layer on part or all of the surface of the inorganic particles connects and fixes the inorganic particles to each other, and fixes the inorganic particles in contact with the porous substrate to the porous substrate.

무기물 입자와 바인더 고분자로 구성되는 다공성 유기-무기 코팅층의 두께는 특별한 제한이 없으나, 0.5 내지 10㎛ 범위일 수 있다.The thickness of the porous organic-inorganic coating layer composed of inorganic particles and a binder polymer is not particularly limited, but may be in a range of 0.5 to 10 μm.

본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터에 있어서, 유기-무기 코팅층이 형성된 기재는 기공들을 갖는 다공성 기재로서 특별히 제한되지 않는다.In the separator according to an embodiment of the present invention, the substrate on which the organic-inorganic coating layer is formed is not particularly limited as a porous substrate having pores.

사용 가능한 기공들을 갖는 다공성 기재의 예로는 폴리올레핀, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴레페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸렌나프탈렌 중 적어도 어느 하나로 형성된 다공성 기재 등이 있으며, 통상적으로 전기화학소자의 세퍼레이터로서 사용 가능한 것이라면 모두 사용이 가능하다. 다공성 기재로는 막(membrane)이나 부직포 형태를 모두 사용할 수 있다. 다공성 기재의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 5 내지 50 ㎛일 수 있고, 다공성 기재에 존재하는 기공 크기 및 기공도 역시 특별히 제한되지 않으나 각각 0.01 내지 50 ㎛ 및 10 내지 95%일 수 있다. Examples of porous substrates having usable pores include polyolefin, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenyl There are porous substrates formed of at least one of lensulfide and polyethylene naphthalene, and in general, any one that can be used as a separator of an electrochemical device can be used. As the porous substrate, both membrane and nonwoven fabrics may be used. The thickness of the porous substrate is not particularly limited, but may be 5 to 50 μm, and the pore size and pore present in the porous substrate are also not particularly limited, but may be 0.01 to 50 μm and 10 to 95%, respectively.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 기공들을 갖는 다공성 기재를 준비하는 단계; 무기물 입자들이 분산되어 있으며 바인더 고분자가 용매에 용해된 제1 코팅 용액을 상기 다공성 기재의 적어도 일면의 일부에 코팅하고 건조시켜 다공성 유기-무기 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 유기-무기 코팅층이 코팅되어 있지 않은 다공성 기재의 잔여부에 상기 유기-무기 코팅층에 이어서 무기물 입자, 바인더 고분자 및 상변환 물질을 포함하는 제2 코팅 용액을 코팅하고 건조시켜 상변환 물질층 영역을 형성하는 단계를 포함하는 세퍼레이터의 제조 방법이 제공된다.In addition, according to one aspect of the invention, preparing a porous substrate having pores; Forming a porous organic-inorganic coating layer by coating and drying a first coating solution in which inorganic particles are dispersed and a binder polymer dissolved in a solvent on at least one surface of the porous substrate; And coating and drying the second coating solution including the inorganic particles, the binder polymer, and the phase change material, followed by the organic-inorganic coating layer on the remaining portion of the porous substrate which is not coated with the organic-inorganic coating layer. There is provided a method of manufacturing a separator comprising forming a.

먼저, 기공들을 갖는 다공성 기재를 준비한다. 다공성 기재의 종류 등 구체적인 내용은 전술한 바와 같다.First, a porous substrate having pores is prepared. Specific contents such as the type of the porous substrate are as described above.

이어서, 바인더 고분자의 용액에 무기물 입자를 첨가하여 분산시킨다. 용매로는 사용하고자 하는 바인더 고분자와 용해도 지수가 유사하며, 끓는점(boiling point)이 낮을 수 있다. 이는 균일한 혼합과 이후 용매 제거를 용이하게 하기 위해서이다. 사용 가능한 용매의 비제한적인 예로는 아세톤 (acetone), 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran), 메틸렌클로라이드 (methylene chloride), 클로로포름 (chloroform), 디메틸포름아미드 (dimethylformamide), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 시클로헥산 (cyclohexane), 물 또는 이들의 혼합체 등이 있다. 바인더 고분자 용액에 무기물 입자들을 첨가한 후, 무기물 입자의 파쇄를 실시할 수 있다. 이때 파쇄 시간은 1 내지 20 시간이 적절하며, 파쇄된 무기물 입자의 입도는 상기에 언급된 바와 같이 0.001 내지 10㎛일 수 있다. 파쇄 방법으로는 통상적인 방법을 사용할 수 있으며, 특히 볼밀(ball mill)법이 사용될 수 있다. Subsequently, inorganic particles are added and dispersed in a solution of the binder polymer. The solvent may be similar in solubility index to the binder polymer to be used and may have a low boiling point. This is to facilitate uniform mixing and subsequent solvent removal. Non-limiting examples of solvents that can be used include acetone, tetrahydrofuran, methylene chloride, chloroform, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone ( N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), cyclohexane, water, or a mixture thereof. After the inorganic particles are added to the binder polymer solution, the inorganic particles may be crushed. At this time, the crushing time is 1 to 20 hours is appropriate, the particle size of the crushed inorganic particles may be 0.001 to 10㎛ as mentioned above. As the shredding method, a conventional method may be used, and in particular, a ball mill method may be used.

무기물 입자들이 분산되어 있으며 바인더 고분자가 용매에 용해된 제1 코팅 용액을 다공성 기재에 코팅하고 건조시켜 다공성 유기-무기 코팅층을 형성한다. 코팅시 습도 조건은 10 내지 80%일 수 있고, 건조 공정은 용매를 휘발시킬 수 있는 방법이라면 열풍 건조 등 모든 방법이 가능하다. The inorganic particles are dispersed, and the first coating solution in which the binder polymer is dissolved in a solvent is coated on a porous substrate and dried to form a porous organic-inorganic coating layer. Humidity conditions at the time of coating may be 10 to 80%, the drying process may be any method, such as hot air drying if the method can volatilize the solvent.

무기물 입자가 분산된 바인더 고분자의 용액을 다공성 기재상에 코팅하는 방법은 당 업계에 알려진 통상적인 코팅 방법을 사용할 수 있으며, 예를 들면 딥(Dip) 코팅, 다이(Die) 코팅, 롤(roll) 코팅, 콤마(comma) 코팅 또는 이들의 혼합 방식 등 다양한 방식을 이용할 수 있다. 또한, 다공성 유기-무기 코팅층은 다공성 기재의 양면 모두 또는 일면에만 선택적으로 형성할 수 있다.Coating the solution of the binder polymer in which the inorganic particles are dispersed on the porous substrate may be a conventional coating method known in the art, for example, dip coating, die coating, roll Various methods such as coating, comma coating, or a mixture thereof can be used. In addition, the porous organic-inorganic coating layer may be selectively formed on both surfaces or only one surface of the porous substrate.

이어서, 상기 유기-무기 코팅층이 코팅되어 있지 않은 다공성 기재의 잔여부에 상기 유기-무기 코팅층에 이어서 무기물 입자, 바인더 고분자 및 상변환 물질을 포함하는 제2 코팅 용액을 코팅하고 건조시켜 상변환 물질층 영역을 형성한다. 이때, 상변환 물질층 영역의 형성을 위한 코팅 및 건조 방법은 전술한 방법이 동일하게 적용될 수 있다.Subsequently, the organic-inorganic coating layer is coated with a second coating solution including the inorganic particles, the binder polymer, and the phase change material, followed by the organic-inorganic coating layer, and then dried on the remaining portion of the porous substrate which is not coated. Form an area. In this case, the coating and drying methods for forming the phase change material layer region may be equally applied.

또한, 상기 상변환 물질은 전술한 바와 같이 캡슐에 담지되어 적용될 수 있다. 이러한 상변환 물질을 담지하는 캡슐의 제조방법은 코어/셀 구조의 입자를 제조하는 기술이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상변환 물질을 수용액상에서 유화과정을 통해 분산시키고 그것의 오일상의 표면에서 고분자를 중합하여 제조할 수 있다. 이때의 중합방법으로는 계면 중합, 인-시츄(In-situ) 중합, 코아세르베이션 방법 등이 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 상변환 물질의 캡슐화는 일반적인 마이크로캡슐레이션(microcapsulation)을 위한 방법이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.In addition, the phase change material may be applied in a capsule as described above. The method for preparing a capsule supporting such a phase change material is not particularly limited as long as it is a technique for preparing particles having a core / cell structure. For example, the phase change material may be prepared by dispersing in an aqueous solution through an emulsification process and polymerizing a polymer on the surface of its oil phase. In this case, as the polymerization method, interfacial polymerization, in-situ polymerization, coacervation method, or the like may be used. Therefore, the encapsulation of the phase change material according to the present invention may be used as long as it is a method for general microcapsulation.

본 명세서에 있어서, 일 실시예로 기재된 전술한 구성요소들의 조합예를 별도로 적시하지는 않았으나, 모든 구성요소들은 서로 2개 이상 조합되어 본 발명의 다양한 구성으로 채택될 수 있다.In the present specification, a combination example of the above-described components described as an embodiment is not separately indicated, but all the components may be combined with two or more of each other to be adopted in various configurations of the present invention.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전기화학소자에 있어서, 상기 세퍼레이터가 전술한 세퍼레이터인 전기화학소자가 제공된다.According to another aspect of the present invention, in the electrochemical device comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, the separator is provided with an electrochemical device wherein the separator described above.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제1 세퍼레이터와 상기 제1 세퍼레이터의 양측에 위치한 양극 및 음극을 각각 구비하는 복수의 단위 셀; 및 하나의 단위 셀의 음극과 다른 단위 셀의 양극이 대응되도록 적층된 복수의 단위 셀에서 인접된 각각의 단위 셀들 사이에 개재되어 각각의 단위 셀들을 감싸도록 배치된 스트립 형태의 제2 세퍼레이터를 구비하는 전기화학소자에 있어서, 상기 제1 세퍼레이터와 제2 세퍼레이터 각각이 본 발명에 따라 상변환 물질층 영역을 포함하는 세퍼레이터이고, 상기 제2 세퍼레이터의 상변환 물질층 영역은 상기 적층된 복수의 단위 셀들의 중앙부에서 서로 인접하는 단위 셀들 사이에 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 전기화학소자가 제공된다.In addition, according to another aspect of the invention, a plurality of unit cells each having a first separator and a positive electrode and a negative electrode located on both sides of the first separator; And a strip-shaped second separator interposed between adjacent unit cells in a plurality of unit cells stacked so that a cathode of one unit cell and an anode of another unit cell correspond to each other. In the electrochemical device, each of the first separator and the second separator is a separator including a phase change material layer region according to the present invention, wherein the phase change material layer region of the second separator is a plurality of unit cells stacked An electrochemical device is provided, which is interposed between unit cells adjacent to each other at a central portion of the same.

이때, 전기화학소자는 전기 화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구체적인 예를 들면, 모든 종류의 1차, 이차 전지, 연료 전지, 태양 전지 또는 수퍼 캐패시터 소자와 같은 캐퍼시터(capacitor) 등이 있다. 특히, 상기 2차 전지 중 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차전지, 리튬 폴리머 이차전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차전지 등을 포함하는 리튬 이차전지로 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학소자는 하나 또는 두서너 개의 배터리 셀을 포함하고 있는 소형 전기화학소자와 다수의 배터리 셀들을 단위전지로서 포함하고 있는 중대형 전기화학소자가 모두 가능하다. In this case, the electrochemical device includes all devices that undergo an electrochemical reaction, and specific examples thereof include capacitors such as all kinds of primary, secondary cells, fuel cells, solar cells, or supercapacitor devices. In particular, the secondary battery may be applied to a lithium secondary battery including a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery. In addition, the electrochemical device according to an embodiment of the present invention may be both a small electrochemical device including one or two or four battery cells and a medium to large electrochemical device including a plurality of battery cells as a unit cell.

전기화학소자는 당 기술 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 이의 일 실시예를 들면 전술한 방법으로 제조한 세퍼레이터를 양극과 음극 사이에 개재(介在)시켜 권취하고 전해액을 주입함으로써 제작할 수 있다. 이때, 상기 전극조립체 형태는 집전체 상에 활물질이 각각 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 전해질이 도포되어 있는 세퍼레이터를 위치시키고 이를 감아 원통형 구조로 만든 후 두께 방향으로 압축한 젤리-롤형 전극조립체일 수 있다.Electrochemical devices can be prepared according to conventional methods known in the art. For example, the separator prepared by the above-described method may be manufactured by winding the separator between the positive electrode and the negative electrode and injecting the electrolyte solution. In this case, the electrode assembly may be a jelly-roll type electrode assembly in which a separator having an electrolyte is coated between a positive electrode and a negative electrode on which an active material is applied on a current collector is placed, wound, and made into a cylindrical structure and then compressed in a thickness direction. have.

또는, 적층형 전기화학소자의 경우에는 양극과 음극 사이에 제1 세퍼레이터를 개재시켜 단위 셀들을 제조하고, 이후 전술한 방법으로 제조한 제2 세퍼레이터 상에 단위 셀들을 서로 이격하여 배치한 후, 이를 접음(folding) 방식으로 귄취하여 전극 조립체를 제조하고, 이후 전해액을 주입함으로써 제조될 수 있다.Alternatively, in the case of a stacked electrochemical device, unit cells are manufactured by interposing a first separator between an anode and a cathode, and then unit cells are spaced apart from each other on a second separator manufactured by the above-described method, and then folded. The electrode assembly may be prepared by folding in a folding manner and then injected with an electrolyte solution.

본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이터와 함께 적용될 전극으로는 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 전극활물질을 전극 전류집전체에 결착된 형태로 제조할 수 있다. 상기 전극활물질 중 양극활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학소자의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들을 조합한 리튬복합산화물을 사용할 수 있다. 음극활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학소자의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite) 또는 기타 탄소류 등과 같은 리튬 흡착물질 등이 있다. 양극 전류집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극 전류집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.The electrode to be applied together with the separator according to an embodiment of the present invention is not particularly limited, and according to a conventional method known in the art, the electrode active material may be prepared in a form bound to the electrode current collector. Non-limiting examples of the positive electrode active material of the electrode active material may be a conventional positive electrode active material that can be used for the positive electrode of the conventional electrochemical device, in particular lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron oxide or combinations thereof One lithium composite oxide can be used. Non-limiting examples of the negative electrode active material may be a conventional negative electrode active material that can be used for the negative electrode of the conventional electrochemical device, in particular lithium metal or lithium alloys, carbon, petroleum coke, activated carbon, Lithium adsorbents such as graphite or other carbons. Non-limiting examples of the positive current collector include aluminum, nickel, or a combination thereof. Examples of the negative current collector include copper, gold, nickel, or a copper alloy or a combination thereof Foil to be manufactured, and the like.

본 발명에서 사용될 수 있는 전해액은 A+B-와 같은 구조의 염으로서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하고, B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 -와 같은 음이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염이 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 또는 해리된 것이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.Electrolyte that may be used in the present invention is A + B - A salt of the structure, such as, A + is Li +, Na +, K +, and contains the ion consisting of alkali metal cations or a combination of both B - is PF 6 -, BF 4 -, Cl -, Br -, I -, ClO 4 -, AsF 6 -, CH 3 CO 2 -, CF 3 SO 3 -, N (CF 3 SO 2) 2 -, C (CF 2 Salts containing ions consisting of anions such as SO 2 ) 3 - or a combination thereof are propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC ), Dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethylcarbonate (EMC), gamma butyrolactone or mixtures thereof Some are dissolved or dissociated in the organic solvent, but are not limited thereto.

상기 전해액 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전지 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 전지 조립 전 또는 전지 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.
The electrolyte injection may be performed at an appropriate stage of the battery manufacturing process, depending on the manufacturing process and the required physical properties of the final product. That is, it can be applied before assembling the cell or at the final stage of assembling the cell.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 등을 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail to facilitate understanding of the present invention. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments. Embodiments of the invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

실시예Example 1:  One: 세퍼레이터의Separator 제조 Produce

유기-무기 다공성 코팅층의 형성Formation of Organic-Inorganic Porous Coating Layer

폴리비닐리덴플로라이드-헥사플루오르프로필렌 공중합체 (PVdF-HFP) 고분자를 5 중량%로 아세톤에 첨가하여 50 ℃에서 약 12시간 이상 용해시켜 바인더 고분자 용액을 제조하였다. 제조한 바인더 고분자 용액에 Al2O3 분말을 바인더 고분자/Al2O3 = 10/90 중량비가 되도록 첨가하여 12시간 이상 볼밀법(ball mill)을 이용하여 Al2O3 분말을 파쇄 및 분산하여 슬러리를 제조하였다. 이와 같이 제조된 슬러리를 두께 12㎛의 폴리에틸렌 다공성 필름(기공도 45%)의 양면 중 소정의 단부를 제외하고, 딥 코팅의 방법으로 코팅하고 40%의 상대습도 조건에서 건조시켜 유기-무기 코팅층을 형성시켰다. 5% by weight of a polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP) polymer was added to acetone and dissolved at 50 ° C for about 12 hours or more to prepare a binder polymer solution. Al 2 O 3 powder was added to the prepared binder polymer solution to a binder polymer / Al 2 O 3 = 10/90 weight ratio, and the Al 2 O 3 powder was crushed and dispersed using a ball mill for at least 12 hours. Slurry was prepared. The slurry thus prepared was coated by the method of dip coating except for a predetermined end of both sides of a polyethylene porous film (porosity 45%) having a thickness of 12 μm and dried at 40% relative humidity to obtain an organic-inorganic coating layer. Formed.

상변환Phase transformation 물질층Material layer 영역의 형성 Formation of zone

폴리스티렌(polystyrene: PS) 10 중량부를 디클로메탄 90 중량부에 용해시켜 20 중량부의 분산용액(a)을 준비하였다. 또한, 상변환 물질인 Mg(NO3)2·6H2O 10 중량부, 계면활성제인 젤라틴 0.5 중량부, 및 증류수 89.5 중량부를 합하여 80 중량부의 수용액(b)을 준비하였다. 분산용액(a)을 수용액(b)에 첨가하여 오일/물(oil/water) 에멀젼을 형성하였다. 그런 다음, 디클로메탄을 증발시켜 제거함으로써, 상변환 물질인 Mg(NO3)2·6H2O 가 담지된 폴리스티렌 캡슐을 얻었다. 이를 증류수에 여러 차례 세척하여 최종적인 상변환 물질을 담지하는 캡슐을 제조하였다. 원료로 사용된 디클로메탄, 계면활성제 및 증류수는 세척 및 건조 과정을 통해 제거되었기 때문에, 최종적인 상변환 물질을 담지하는 캡슐에는 상변환 물질과 폴리스티렌만이 포함되어 있다. 이때 제조된 캡슐의 평균 직경은 1㎛이었다.10 parts by weight of polystyrene (PS) was dissolved in 90 parts by weight of dichloromethane to prepare 20 parts by weight of the dispersion solution (a). In addition, 80 parts by weight of an aqueous solution (b) was prepared by combining 10 parts by weight of Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O as a phase change material, 0.5 parts by weight of gelatin as a surfactant, and 89.5 parts by weight of distilled water. The dispersion (a) was added to the aqueous solution (b) to form an oil / water emulsion. Then, dichloromethane was removed by evaporation to obtain a polystyrene capsule carrying Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O as a phase change material. This was washed several times in distilled water to prepare a capsule supporting the final phase change material. Since dichloromethane, surfactant, and distilled water used as raw materials were removed through washing and drying, only the phase change material and the polystyrene were included in the capsule carrying the final phase change material. At this time, the average diameter of the capsule produced was 1㎛.

상기 제조된 상변환 물질을 담지하는 캡슐 100 중량부, Al2O3 분말 90 중량부, 상기 제조된 바인더 고분자 용액 10 중량부를 이용한 점을 제외하고는 유기-무기 다공성 코팅층의 형성 방법과 동일한 방법으로, 앞서 폴리에틸렌 다공성 필름 중 유기-무기 다공성 코팅층이 형성되지 않은 단부에 상변환 물질층 영역을 형성하여, 최종적으로 세퍼레이터를 제조하였다.
By the same method as the method of forming the organic-inorganic porous coating layer except that 100 parts by weight of the capsule supporting the prepared phase change material, 90 parts by weight of Al 2 O 3 powder, 10 parts by weight of the prepared binder polymer solution. In the polyethylene porous film, the phase-conversion material layer region was formed at the end where the organic-inorganic porous coating layer was not formed, thereby finally preparing a separator.

실시예Example 2: 리튬 이차전지의 제조 2: Manufacturing of Lithium Secondary Battery

음극의 제조Cathode manufacturing

음극 활물질로 탄소 분말, 결합재로 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF), 도전재로 카본 블랙 (carbon black)을 각각 96 중량%, 3 중량%, 1 중량%로 하여, 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 혼합물 슬러리를 두께가 10 ㎛인 음극 집전체인 구리(Cu) 박막에 도포, 건조를 통하여 음극을 제조한 후 롤 프레스(roll press)를 실시하였다. N-methyl-2, a solvent, was prepared by using carbon powder as a negative electrode active material, polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, and carbon black as a conductive material, respectively, at 96% by weight, 3% by weight, and 1% by weight. A negative electrode mixture slurry was prepared by adding to Rollidone (NMP). The negative electrode mixture slurry was applied to a copper (Cu) thin film as an anode current collector having a thickness of 10 탆 and dried to produce a negative electrode, followed by roll pressing.

양극의 제조Manufacture of anode

양극 활물질로 리튬 코발트 복합산화물 92 중량%, 도전재로 카본 블랙 (carbon black) 4 중량%, 결합제로 PVDF 4 중량%를 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 혼합물 슬러리를 두께가 20 ㎛인 양극 집전체의 알루미늄(Al) 박막에 도포, 건조를 통하여 양극을 제조한 후 롤 프레스(roll press)를 실시하였다.92% by weight of a lithium cobalt composite oxide as a positive electrode active material, 4% by weight of carbon black as a conductive material, and 4% by weight of PVDF as a binder were added to N-methyl-2 pyrrolidone (NMP) as a solvent to slurry a positive electrode mixture. Was prepared. The positive electrode mixture slurry was applied to an aluminum (Al) thin film of a positive electrode current collector having a thickness of 20 μm, and a positive electrode was manufactured by drying, followed by roll press.

리튬이차전지의The lithium secondary battery 제조 Produce

실시예 1에서 제조된 세퍼레이터의 양측에 음극과 양극을 구비한 전극 조립체를 제조하였다. 이후 조립된 전극 조립체에 1M의 리튬헥사플로로포스페이트(LiPF6)이 용해된 에틸렌카보네이트/에틸메틸카보네이트 (EC/EMC=1:2, 부피비)계 전해액을 주입하여 원통형 리튬 이차전지를 제조하였다.
An electrode assembly having a cathode and an anode on both sides of the separator manufactured in Example 1 was prepared. Then, a cylindrical lithium secondary battery was prepared by injecting an ethylene carbonate / ethyl methyl carbonate (EC / EMC = 1: 2, volume ratio) based electrolyte in which 1 M lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved.

실시예Example 3:  3: 적층형Laminated type 리튬이차전지의The lithium secondary battery 제조 Produce

실시예 1에서 제조한 세퍼레이터를 본 실시예에서 제1 세퍼레이터 및 제2 세퍼레이터로 사용하였다. The separator prepared in Example 1 was used as the first separator and the second separator in this example.

실시예 1에서 제조한 제1 세퍼레이터 및 실시예 2에 기재된 방식으로 제조된 양극 및 음극들을 스태킹(stacking) 방식을 이용하여 단위 셀들을 조립하였다.The unit cells were assembled by stacking the first separator prepared in Example 1 and the anode and cathode manufactured in the manner described in Example 2.

이후, 상기 단위 셀들을 실시예 1에서 제조한 제2 세퍼레이터 상에 길이 방향으로 서로 이격되게 배치시키고, 접음 방식으로 권취하여 전극 조립체를 제조하였다. 이후 조립된 전극 조립체에 1M의 리튬헥사플로로포스페이트(LiPF6)이 용해된 에틸렌카보네이트/에틸메틸카보네이트 (EC/EMC=1:2, 부피비)계 전해액을 주입하여 리튬 이차전지를 제조하였다.
Subsequently, the unit cells were spaced apart from each other in the longitudinal direction on the second separator manufactured in Example 1 and wound in a folding manner to prepare an electrode assembly. Then, a lithium secondary battery was prepared by injecting an ethylene carbonate / ethyl methyl carbonate (EC / EMC = 1: 2, volume ratio) -based electrolyte solution in which 1 M of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved.

비교예Comparative Example 1 One

세퍼레이터 단부(권취 외각부)에 상변환 물질층 영역이 형성되지 않은 세퍼레이터를 사용한 점을 제외하고는, 상기 실시예 1 및 2와 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.
A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Examples 1 and 2, except that a separator in which a phase conversion material layer region was not formed at the separator end (the wound outer portion) was used.

비교예Comparative Example 2 2

본 실시예는 세퍼레이터로 통상의 폴리에틸렌 다공성 필름을 사용하여 제작한 리튬이차전지 양태를 구현한 것이다. 즉, 폴레에틸렌 다공성 필름에 유기-무기 다공성 코팅층과 상변환 물질 둘다를 적용하지 않은 점을 제외하고 실시예 2와 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.
This embodiment is to implement a lithium secondary battery embodiment produced using a conventional polyethylene porous film as a separator. That is, a lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 2 except that neither the organic-inorganic porous coating layer nor the phase change material was applied to the polyethylene porous film.

비교예Comparative Example 3 3

본 비교예는 유기-무기 다공성 코팅층이 형성되지 않은 폴리에틸렌 다공성 필름의 일 단부 상에 상변환 물질을 담지한 캡슐을 적용하여 제조한 리튬이차전지 양태를 구현한 것이다.This comparative example implements a lithium secondary battery embodiment prepared by applying a capsule carrying a phase change material on one end of a polyethylene porous film in which the organic-inorganic porous coating layer is not formed.

즉, Al2O3 분말을 사용하지 않되, 상기 제조된 상변환 물질을 담지하는 캡슐 200 중량부와 상기 제조된 바인더 고분자 용액 10 중량부를 이용한 점을 제외하고는 상기 실시예 2 및 3과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.
That is, the same method as in Examples 2 and 3, except that Al 2 O 3 powder is not used, but 200 parts by weight of the capsule supporting the prepared phase change material and 10 parts by weight of the prepared binder polymer solution are used. A lithium secondary battery was prepared.

시험예Test Example : : 세퍼레이터의Separator 물성 평가 결과 Results of physical property evaluation

상기 실시예 2, 3과 비교예 1, 2에서 제조된 리튬 이차전지의 셧 다운온도, 이때 리튬 이차전지에 사용된 세퍼레이터의 통기도, 녹는 점, 및 열량의 측정 결과를 하기 표 1에 기재하였다:Shutdown temperature of the lithium secondary batteries prepared in Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 and 2, wherein the air permeability, melting point, and calorific value of the separator used in the lithium secondary battery are shown in Table 1 below:

실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 사용된 분리막의 통기도(초/100ml)Aeration of the separator used (sec / 100ml) 800800 800800 300300 160160 10001000 상변환 물질의 녹는 점(℃)Melting point of phase change material (℃) 8686 8686 -- -- 8989 상변환 물질의 열량(Kcal/g)Calories of phase change material (Kcal / g) 30~4030 to 40 30~4030 to 40 -- -- 90~10090-100 셧 다운 온도 (℃)Shutdown temperature (℃) 90~10090-100 90~10090-100 120~130120-130 120~130120-130 90~10090-100

상기로부터, 실시예 2, 3에서 제조된 리튬이차전지의 셧 다운온도가 비교예 1, 2의 리튬이차전지에 비해 월등히 낮고, 실시예 2, 3의 상변환 물질이 비교예 3의 상변환 물질보다 낮은 열량에서 상변환됨을 확인할 수 있다. 따라서, 실시예 2, 3에서 제조된 리튬이차전지가 비교예 1 내지 3의 리튬이차전지에 비해 열 발생시 리튬 이온경로를 보다 확실하게 차단할 수 있어 전지 안전성 측면에서 우수하다. 또한, 내부 단락 등으로 이벤트가 발생하여 셀 내부의 온도가 상승할 때 상변환 물질이 상변이를 일으켜 발생한 열을 흡수하여 온도 상승을 일정 시간 지연시킬 수 있다.
From the above, the shutdown temperature of the lithium secondary batteries prepared in Examples 2 and 3 is much lower than that of the lithium secondary batteries of Comparative Examples 1 and 2, and the phase change materials of Examples 2 and 3 are the phase change materials of Comparative Example 3. It can be seen that the phase change at lower calories. Therefore, the lithium secondary batteries prepared in Examples 2 and 3 can more reliably block the lithium ion path when heat is generated, compared to the lithium secondary batteries of Comparative Examples 1 to 3, which is excellent in terms of battery safety. In addition, when an event occurs due to an internal short circuit and the temperature inside the cell rises, the phase change material absorbs heat generated by causing a phase shift, thereby delaying the temperature rise for a predetermined time.

11: 흡열 물질
16: 다공성 유기-무기 코팅층 영역
17, 27: 상변환 물질
18: 상변환 물질층 영역
19: 접착층
20: 전극 조립체
21: 음극
22: 제1 세퍼레이터
23: 양극
24: 단위 셀
25: 제2 세퍼레이터의 상변환 물질층 영역
26: 제2 세퍼레이터
11: endothermic material
16: porous organic-inorganic coating layer region
17, 27: phase change material
18: phase change material layer region
19: adhesive layer
20: electrode assembly
21: cathode
22: first separator
23: anode
24: unit cell
25: phase change material layer region of the second separator
26: second separator

Claims (22)

기공들을 갖는 다공성 기재; 및 상기 다공성 기재의 적어도 일면에 형성되어 있으며, 무기물 입자들과 바인더 고분자의 혼합물을 포함하는 다공성 유기-무기 코팅층을 포함하고,
상기 다공성 유기-무기 코팅층의 단부의 적어도 일부가 상변환 물질을 더 포함하여 상변환 물질층 영역으로 형성되어 있는 세퍼레이터.
A porous substrate having pores; And a porous organic-inorganic coating layer formed on at least one surface of the porous substrate and including a mixture of inorganic particles and a binder polymer.
At least a portion of an end of the porous organic-inorganic coating layer further includes a phase change material to form a phase change material layer region.
제1항에 있어서,
상기 상변환 물질이 탄소수 11 내지 50개의 알칸, 폴리에틸렌 글리콜, 무기수화물, 유기산 및 당 알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
The method of claim 1,
The phase change material is a separator, characterized in that one or two or more selected from the group consisting of alkanes, polyethylene glycol, inorganic hydrates, organic acids and sugar alcohols having 11 to 50 carbon atoms.
제1항에 있어서,
상기 상변환 물질이 캡슐에 담지되어 있는 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
The method of claim 1,
Separator characterized in that the phase change material is carried in a capsule.
제3항에 있어서,
상기 캡슐이 불활성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
The method of claim 3,
Separator, characterized in that the capsule is made of an inert material.
제4항에 있어서,
상기 불활성 물질이 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카프로락톤, 폴리우레탄, 젤라틴, 키토산, 셀룰로오스, 멜라민 수지, 요소 수지 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물 또는 코폴리머인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
5. The method of claim 4,
One or two selected from the group consisting of polyolefin, polystyrene, polyacrylate, polyamide, polyester, polycaprolactone, polyurethane, gelatin, chitosan, cellulose, melamine resin, urea resin and derivatives thereof The separator characterized by the above-mentioned mixture or copolymer.
제1항에 있어서,
상기 상변환 물질층 영역에 열전도성 물질이 추가로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
The method of claim 1,
And a thermally conductive material is further included in the phase change material layer region.
제1항에 있어서,
상기 상변환 물질층 영역이 상기 세퍼레이터의 권취시에 최외곽부를 형성하는 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
The method of claim 1,
And the phase change material layer region forms an outermost portion when the separator is wound.
제1항에 있어서,
상기 다공성 기재가 폴리올레핀계 다공성 막 또는 부직포인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
The method of claim 1,
Wherein the porous substrate is a polyolefin porous film or a nonwoven fabric.
제1항에 있어서,
상기 다공성 기재가 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드로(polyphenylenesulfidro) 및 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 형성된 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
The method of claim 1,
Wherein the porous substrate is selected from the group consisting of high density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, ultra high molecular weight polyethylene, polypropylene polyethylene terephthalate, polybutyleneterephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenylenesulfroid and polyethylene naphthalene (polyethylenenaphthalene), or a mixture of two or more thereof.
제1항에 있어서,
상기 무기물 입자가 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
The method of claim 1,
Wherein the inorganic particles are selected from the group consisting of inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more, inorganic particles having lithium ion transporting ability, and mixtures thereof.
제10항에 있어서,
상기 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자가 BaTiO3, Pb(Zrx,Ti1 -x)O3 (PZT, 0<x<1), Pb1 - xLaxZr1 -yTiyO3(PLZT, 0<x<1, 0<y<1), (1-x)Pb(Mg1 /3Nb2 /3)O3 - xPbTiO3(PMN-PT, 0<x<1), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, SiO2, Y2O3, Al2O3, SiC 및 TiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
The method of claim 10,
The inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more include BaTiO 3 , Pb (Zr x , Ti 1 -x ) O 3 (PZT, 0 <x <1), Pb 1 - x La x Zr 1 -y Ti y O 3 (PLZT , 0 <x <1, 0 <y <1), (1-x) Pb (Mg 1/3 Nb 2/3) O 3 - x PbTiO 3 (PMN-PT, 0 <x <1), 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 TiO 2 or Separator which is a mixture of 2 or more types of these.
제10항에 있어서,
상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자가 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트(LixAlyTiz(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 1, 0 < z < 3), (LiAlTiP)xOy 계열 글래스(0 < x < 4, 0 < y < 13), 리튬란탄티타네이트(LixLayTiO3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), 리튬게르마니움티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0 < x < 4, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 0 < w < 5), 리튬나이트라이드(LixNy, 0 < x < 4, 0 < y < 2), SiS2 (LixSiySz, 0 < x < 3, 0 < y < 2, 0 < z < 4) 계열 글래스 및 P2S5 (LixPySz, 0 < x < 3, 0 < y < 3, 0 < z < 7) 계열 글래스로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
The method of claim 10,
The inorganic particles having the lithium ion transfer ability are lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium titanium phosphate (Li x Ti y (PO 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y <3), lithium aluminum titanium phosphate (Li x Al y Ti z (PO 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y <1, 0 <z <3), (LiAlTiP) x O y series glass (0 <x <4, 0 <y <13), lithium lanthanum titanate (Li x La y TiO 3 , 0 <x <2, 0 <y <3), lithium germanium thiophosphate (Li x Ge y P z S w , 0 <x <4 , 0 <y <1, 0 <z <1, 0 <w <5), lithium nitride (Li x N y , 0 <x <4, 0 <y <2), SiS 2 (Li x Si y S z , 0 <x <3, 0 <y <2, 0 <z <4) series glass and P 2 S 5 (Li x P y S z , 0 <x <3, 0 <y <3, 0 <z <7) A separator, which is any one selected from the group consisting of series glass or a mixture of two or more thereof.
제1항에 있어서,
상기 바인더 고분자가 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸플루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 플루란 (pullulan) 및 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
The method of claim 1,
The binder polymer is polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene, polymethylmethacrylate, Polybutylacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, ethylene vinyl acetate copolymer, polyethylene oxide oxide, polyarylate, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethyl Polyvinyl alcohol (cyanoethylpolyviny) lalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, pullulan, and carboxyl methyl cellulose, or any mixture of two or more thereof. Separator characterized by the above.
제1항에 있어서,
상기 무기물 입자 100 중량부 기준으로 상기 바인더 고분자의 함량이 1 내지 50 중량부인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
The method of claim 1,
The separator is characterized in that the content of the binder polymer is 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the inorganic particles.
제1항에 있어서,
상기 상변환 물질층 영역이 무기물 입자와 바인더 고분자의 총합 100 중량부에 대하여 10 내지 400 중량부의 상변환 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
The method of claim 1,
And the phase change material layer region comprises 10 to 400 parts by weight of the phase change material based on 100 parts by weight of the total of the inorganic particles and the binder polymer.
제1항에 있어서,
상기 상변환 물질층 영역의 형성 면적이 다공성 기재의 총 표면적의 1 내지 20 %인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
The method of claim 1,
And the formation area of the phase change material layer region is 1 to 20% of the total surface area of the porous substrate.
양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전기화학소자에 있어서,
상기 세퍼레이터가 제 1항 내지 16항 중 어느 한 항의 세퍼레이터인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
In the electrochemical device comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode,
The separator is an electrochemical device according to any one of claims 1 to 16.
제1 세퍼레이터와 상기 제1 세퍼레이터의 양측에 위치한 양극 및 음극을 각각 구비하는 복수의 단위 셀; 및 하나의 단위 셀의 음극과 다른 단위 셀의 양극이 대응되도록 적층된 복수의 단위 셀에서 인접된 각각의 단위 셀들 사이에 개재되어 각각의 단위 셀들을 감싸도록 배치된 스트립(strip) 형태의 제2 세퍼레이터를 구비하는 전기화학소자에 있어서,
상기 제1 세퍼레이터와 제2 세퍼레이터 각각이 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 기재된 세퍼레이터이고,
상기 제2 세퍼레이터의 상변환 물질층 영역은 상기 적층된 복수의 단위 셀들의 중앙부에서 서로 인접하는 단위 셀들 사이에 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
A plurality of unit cells each having a first separator and an anode and a cathode positioned on both sides of the first separator; And a plurality of unit cells arranged in a plurality of unit cells stacked so that the cathodes of one unit cell and the anodes of the other unit cell correspond to each other, In an electrochemical device having a separator,
Each of the first separator and the second separator is the separator according to any one of claims 1 to 16,
The phase change material layer region of the second separator is interposed between unit cells adjacent to each other at the central portion of the plurality of stacked unit cells.
제17항에 있어서,
상기 전기화학소자가 리튬이차전지인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
18. The method of claim 17,
Wherein the electrochemical device is a lithium secondary battery.
제18항에 있어서,
상기 전기화학소자가 리튬이차전지인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
19. The method of claim 18,
Wherein the electrochemical device is a lithium secondary battery.
기공들을 갖는 다공성 기재를 준비하는 단계;
무기물 입자들이 분산되어 있으며 바인더 고분자가 용매에 용해된 제1 코팅 용액을 상기 다공성 기재의 적어도 일면의 일부에 코팅하고 건조시켜 다공성 유기-무기 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 유기-무기 코팅층이 코팅되어 있지 않은 다공성 기재의 잔여부에 상기 유기-무기 코팅층에 이어서 무기물 입자, 바인더 고분자 및 상변환 물질을 포함하는 제2 코팅 용액을 코팅하고 건조시켜 상변환 물질층 영역을 형성하는 단계를 포함하는 세퍼레이터의 제조 방법.
Preparing a porous substrate having pores therein;
Forming a porous organic-inorganic coating layer by coating and drying a first coating solution in which inorganic particles are dispersed and a binder polymer dissolved in a solvent on at least one surface of the porous substrate; And
The organic-inorganic coating layer is coated with a second coating solution including the inorganic particles, the binder polymer and the phase change material followed by the organic-inorganic coating layer on the remaining portion of the porous substrate which is not coated. Method for producing a separator comprising the step of forming.
제21항에 있어서,
상기 상변환 물질이 캡슐에 담지되어 있는 것을 특징으로 하는 세퍼레이터의 제조 방법.
The method of claim 21,
The method of manufacturing a separator, wherein the phase change material is supported in a capsule.
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