KR20130141234A - A separator having porous coating layer and electrochemical device including the same - Google Patents

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Abstract

Disclosed are a separator having a porous coating layer and an electrochemical device including the same. The separator according to the present invention includes a porous substance, and a porous coating layer formed on at least on one side of the porous substance and including inorganic particles, binder macromolecules, and polydopamine. According to the present invention, the safety of the electrochemical device can be improved by controlling those inorganic particles not to be separated by stress taking place in assembling the electrochemical device with improved binding strength between the porous substance and the porous coating layer while the output and cycle property of the electrochemical device can be also increased by improving the affinity between the separator and the electrolyte, thereby improving the wetness of the electrolyte.

Description

다공성 코팅층을 포함하는 세퍼레이터 및 그를 포함하는 전기화학소자{A separator having porous coating layer and electrochemical device including the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a separator including a porous coating layer and an electrochemical device including the porous coating layer,

본 발명은 리튬 이차전지와 같은 전기화학소자에 사용되는 세퍼레이터 및 그를 포함하는 전기화학소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 다공성 코팅층을 포함하는 안전성이 향상된 세퍼레이터 및 그를 포함하는 전기화학소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a separator used in an electrochemical device such as a lithium secondary battery and an electrochemical device including the separator. More particularly, the present invention relates to a separator with improved safety including a porous coating layer and an electrochemical device including the separator .

최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목을 받고 있는 분야이고 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있으며, 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발로 진행되고 있다.Recently, interest in energy storage technology is increasing. As the application fields of cell phones, camcorders, notebook PCs and even electric vehicles are expanding, efforts for research and development of electrochemical devices are becoming more and more specified. The electrochemical device has received the most attention in this respect. Of these, the development of a rechargeable secondary battery has become a focus of attention. Recently, in developing such a battery, Research and development on the design of electrodes and batteries are underway.

현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990 년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다.Among the currently applied secondary batteries, the lithium secondary battery developed in the early 1990s has advantages such as higher operating voltage and higher energy density than conventional batteries such as Ni-MH, Ni-Cd and sulfuric acid-lead batteries using an aqueous electrolyte solution .

상기와 같은 전기화학소자는 많은 회사에서 생산되고 있으나 그들의 안전성 특성은 각각 다른 양상을 보인다. 이러한 전기화학소자의 안전성 평가 및 안전성 확보는 매우 중요하다. 가장 중요한 고려사항은 전기화학소자가 오작동 시 사용자에게 상해를 입혀서는 아니 된다는 것이며, 이러한 목적으로 안전규격은 전기화학소자 내의 발화 및 발연 등을 엄격히 규제하고 있다. 전기화학소자의 안전성 특성에 있어서, 전기화학소자가 과열되어 열폭주가 일어나거나 세퍼레이터가 관통될 경우에는 폭발을 일으키게 될 우려가 크다. 특히, 전기화학소자의 세퍼레이터로서 통상적으로 사용되는 폴리올레핀계 다공성 기재는 재료적 특성과 연신을 포함하는 제조공정 상의 특성으로 인하여 100 ℃ 이상의 온도에서 극심한 열 수축 거동을 보임으로써, 캐소드와 애노드 사이의 단락을 일으키는 문제점이 있다.Such electrochemical devices are produced in many companies, but their safety characteristics are different. It is very important to evaluate the safety and safety of such an electrochemical device. The most important consideration is that the electrochemical device should not injure the user in case of malfunction. For this purpose, the safety standard strictly regulates the ignition and fuming in the electrochemical device. In the safety characteristics of the electrochemical device, there is a high possibility that the electrochemical device is overheated and thermal explosion occurs or an explosion occurs when the separator is penetrated. Particularly, a polyolefin-based porous substrate commonly used as a separator of an electrochemical device exhibits extreme heat shrinkage behavior at a temperature of 100 ° C or higher owing to the characteristics of the manufacturing process including material properties and elongation, . ≪ / RTI >

이와 같은 전기화학소자의 안전성 문제를 해결하기 위하여, 다수의 기공을 갖는 다공성 기재의 적어도 일면에, 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물을 코팅하여 다공성 코팅층을 형성한 세퍼레이터가 제안되었다. 이러한 세퍼레이터에 있어서, 다공성 기재에 형성된 다공성 코팅층 내의 무기물 입자들은 다공성 코팅층의 물리적 형태를 유지할 수 있는 일종의 스페이서(spacer) 역할을 함으로써, 전기화학소자의 과열 시 다공성 기재가 열 수축되는 것을 억제하며, 다공성 기재가 손상되는 경우에도 캐소드와 애노드가 직접 접촉하는 것을 방지한다. 또한, 무기물 입자들 사이에는 빈 공간(interstitial volume)이 존재하여 미세기공을 형성한다.In order to solve such a safety problem of the electrochemical device, a separator in which a porous coating layer is formed by coating a mixture of inorganic particles and a binder polymer on at least one surface of a porous substrate having a plurality of pores has been proposed. In such a separator, the inorganic particles in the porous coating layer formed on the porous substrate serve as a kind of spacer capable of maintaining the physical form of the porous coating layer, thereby suppressing heat shrinkage of the porous substrate when the electrochemical device is overheated, and porous Even if the substrate is damaged, direct contact between the cathode and the anode is prevented. In addition, an interstitial volume exists between the inorganic particles to form micropores.

이와 같이, 다공성 코팅층은 세퍼레이터의 안전성 향상에 크게 기여하고 있지만, 다공성 코팅층이 다공성 기재의 열 수축을 억제하기 위해서는 무기물 입자들이 소정 함량 이상으로 충분히 함유되어야 할 필요가 있다. 그러나, 무기물 입자들의 함량이 높아짐에 따라 바인더 고분자의 함량이 상대적으로 낮아지게 되므로, 전극과의 결착성 저하로 전기화학소자의 조립과정에서 발생하는 응력에 의해 무기물 입자들이 탈리될 가능성이 있다. 이러한 이유로 탈리된 무기물 입자들은 전기화학소자의 국부적인 결점으로 작용하여 전기화학소자의 안전성에 악영향을 미치게 된다. 또한, 양(兩)전극과 세퍼레이터가 서로 충분히 밀착되지 아니하는 경우 전기화학소자의 성능 저하가 발생할 수 있다.As described above, the porous coating layer contributes greatly to the safety of the separator. However, in order to suppress the heat shrinkage of the porous substrate, the inorganic particles must be contained in a predetermined amount or more. However, as the content of the inorganic particles increases, the content of the binder polymer becomes relatively low. Therefore, there is a possibility that the inorganic particles are separated due to the stress generated in the assembling process of the electrochemical device due to deterioration of binding with the electrode. For this reason, the inorganic particles desorbed act as local defects of the electrochemical device, adversely affecting the safety of the electrochemical device. In addition, if the both electrodes and the separator are not sufficiently adhered to each other, the performance of the electrochemical device may deteriorate.

또한, 전기화학소자에 있어서 세퍼레이터의 다공성 코팅층 내에서 전해액의 젖음성이 낮아질 수 있고, 이에 따라 제조과정에서 시간과 비용이 많이 들게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 특히 대용량 배터리를 제조함에 있어서 전해질 주입에 시간이 많이 들게 되므로 이에 대한 해결책이 역시 필요하다.Further, in the electrochemical device, the wettability of the electrolytic solution in the porous coating layer of the separator may be lowered, resulting in a problem that the manufacturing process becomes time-consuming and costly. Particularly, in manufacturing a large-capacity battery, it takes a long time to inject the electrolyte, so a solution is also needed.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 다공성 기재와 다공성 코팅층의 결착력을 개선하여 전기화학소자의 안전성이 향상되며, 전해액과의 친화성을 향상시켜 전해액의 젖음성이 개선된 다공성 코팅층을 포함하는 세퍼레이터 및 그를 포함하는 전기화학소자를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a separator comprising a porous coating layer which improves adhesion of a porous substrate and a porous coating layer to improve safety of an electrochemical device and improves affinity with an electrolytic solution, And an electrochemical device including the same.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 다공성 기재; 및 상기 다공성 기재의 적어도 일면에 형성되어 있으며, 무기물 입자들, 바인더 고분자, 및 폴리도파민을 포함하는 다공성 코팅층;을 포함하는 세퍼레이터가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a porous substrate comprising: a porous substrate; And a porous coating layer formed on at least one surface of the porous substrate, the porous coating layer including inorganic particles, a binder polymer, and polypodamine.

여기서, 상기 무기물 입자들의 평균 입경은, 0.001 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다.Here, the average particle diameter of the inorganic particles may be 0.001 μm to 10 μm.

그리고, 상기 무기물 입자는, 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 무기물 입자일 수 있다.The inorganic particles may be inorganic particles 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.

여기서, 상기 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자는, BaTiO3, Pb(Zrx, Ti1 -x)O3(PZT, 여기서, 0<x<1임), Pb1 - xLaxZr1 -yTiyO3(PLZT, 여기서, 0 < x < 1, 0 < y < 1임), (1-x)Pb(Mg1 /3Nb2 /3)O3-xPbTiO3(PMN-PT, 여기서, 0 < x < 1), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, SiC 및 TiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 무기물 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.Here, the inorganic particles is greater than or equal to the dielectric constant of 5, BaTiO 3, Pb (Zr x , Ti 1 -x) O 3 (PZT, where, 0 <x <1 Im), Pb 1 - x La x Zr 1 -y Ti y O 3 (PLZT, where, 0 <x <1, 0 <y <1 Im), (1-x) Pb (Mg 1/3 Nb 2/3) O 3 -xPbTiO 3 (PMN-PT, where , 0 <x <1), hafnia (HfO 2 ), SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiC and TiO 2 Or a mixture of two or more of them.

그리고, 상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는, 리튬 포스페이트(Li3PO4), 리튬 티타늄 포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0<x<2, 0<y<3), 리튬 알루미늄 티타늄 포스페이트(LixAlyTiz(PO4)3, 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), (LiAlTiP)xOy계열 글래스(0<x<4, 0<y<13), 리튬 란탄 티타네이트(LixLayTiO3 , 0<x<2, 0<y<3), 리튬 게르마니움 티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), 리튬 나이트라이드(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 하나의 무기물 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The inorganic particles having the 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), (LiAlTiP) x O y- 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 , x <4, 0 <y < 1, 0 <z <1, 0 <w <5), lithium nitrides (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) based glass, and P 2 S 5 (Li x P y S z, 0 <x <3, 0 <y <3, 0 < z < 7) series glass, or a mixture of two or more thereof.

그리고, 상기 바인더 고분자는, 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌(polyvinylidene fluoride-co-hexafluoro propylene), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌(polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 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(cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란(cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜(cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스(cyanoethylsucrose), 풀루란(pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose), 아크리로니트릴스티렌부타디엔 공중합체(acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer) 및 폴리이미드(polyimide)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The binder polymer may be at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride-co-hexafluoro propylene, polyvinylidene fluoride-co-trichlorethylene, But are not limited to, polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, polyethylene-co-vinyl acetate, polyethylene oxide oxide, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, Cyanoethylcellulose, cyanoethylcellulose, One selected from the group consisting of cyanoethylsucrose, pullulan, carboxyl methyl cellulose, acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer and polyimide; And mixtures of two or more thereof.

그리고, 상기 바인더 고분자의 함량은, 상기 무기물 입자들 100 중량부를 기준으로 1 내지 15 중량부일 수 있다.The content of the binder polymer may be 1 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the inorganic particles.

그리고, 상기 폴리도파민의 함량은, 상기 무기물 입자들 100 중량부를 기준으로 1 내지 15 중량부일 수 있다.The content of the polypodamine may be 1 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the inorganic particles.

그리고, 상기 다공성 코팅층의 두께는, 0.01 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있다.The thickness of the porous coating layer may be 0.01 to 50 탆.

그리고, 상기 다공성 기재는, 폴리올레핀(polyolefine), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 및 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The porous substrate may be formed of at least one selected from the group consisting of polyolefine, polyethyleneterephthalate, polybutyleneterephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate ) Selected from the group consisting of polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenyleneoxide, polyphenylenesulfide, and polyethylenenaphthalene. Any one or a mixture of two or more thereof may be used.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 캐소드, 애노드, 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 개재된 세퍼레이터 및 비수 전해액을 포함하는 전기화학소자에 있어서, 상기 세퍼레이터가 본 발명의 세퍼레이터인 전기화학소자가 제공된다.Meanwhile, according to another aspect of the present invention, in an electrochemical device including a cathode, an anode, a separator interposed between the cathode and the anode, and an electrochemical device in which the separator is the separator of the present invention is provided. .

여기서, 상기 전기화학소자는, 리튬 이차전지일 수 있다.Here, the electrochemical device may be a lithium secondary battery.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다공성 기재와 다공성 코팅층 간의 결착력을 개선하여 전기화학소자의 조립과정에서 발생하는 응력에 의하여 탈리될 수 있는 무기물 입자들을 제어하여 전기화학소자의 안전성을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the adhesion force between the porous substrate and the porous coating layer is improved, and the inorganic particles that can be removed by the stress generated in the assembling process of the electrochemical device are controlled to improve the safety of the electrochemical device .

또한, 세퍼레이터와 전해액과의 친화성을 향상시켜 전해액의 젖음성을 향상시킴으로써, 전기화학소자의 출력 및 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.Further, by improving the affinity between the separator and the electrolytic solution and improving the wettability of the electrolytic solution, the output and cycle characteristics of the electrochemical device can be improved.

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the configuration described in the embodiments described herein is only one of the most preferred embodiments of the present invention, and does not represent all of the technical idea of the present invention, various equivalents that may be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be variations and variations.

본 발명에 따른 세퍼레이터는, 다공성 기재; 및 상기 다공성 기재의 적어도 일면에 형성되어 있으며, 무기물 입자들, 바인더 고분자, 및 폴리도파민을 포함하는 다공성 코팅층;을 포함한다.A separator according to the present invention comprises: a porous substrate; And a porous coating layer formed on at least one surface of the porous substrate, the porous coating layer including inorganic particles, a binder polymer, and polydodamine.

상기 폴리도파민은 하기 화학식 1로 표현되는 카테콜 아민인 DOPA(3,4-dyhydroxy-L-phenylalanine)가 중합반응을 거쳐서 생성된 고분자이다.The polydodamine is a polymer produced by polymerization reaction of 3,4-dyhydroxy-L-phenylalanine (DOPA), which is a catechol amine represented by the following formula (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

다만, 본 발명에서 폴리도파민은 DOPA의 중합체뿐만 아니라 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위 내에서 폴리도파민의 작용기를 변형시켜, 요구 특성에 부합된 폴리도파민을 모두 포함한다.However, in the present invention, the polydopamine includes not only the polymer of DOPA but also all the polydopamine which satisfies the required characteristics by modifying the functional group of the polydodamine within the range not hindering the object of the present invention.

다공성 기재의 적어도 일면에 형성된 다공성 코팅층은, 폴리도파민을 포함하는데, 이는 다공성 코팅층과 다공성 기재와의 접착력을 향상시킨다. 그리고, 다공성 코팅층이 포함하는 무기물 입자들의 탈리현상을 방지한다.The porous coating layer formed on at least one side of the porous substrate includes polydodamine, which improves the adhesion between the porous coating layer and the porous substrate. In addition, it prevents the inorganic particles contained in the porous coating layer from desorbing.

또한, 다공성 코팅층과 다공성 기재와의 접착력을 향상시킴으로써, 리튬 이온의 전달이 효과적으로 이루어지고 또한 내부저항이 감소하게 된다.Further, by improving the adhesion between the porous coating layer and the porous substrate, the lithium ion can be efficiently transferred and the internal resistance can be reduced.

그리고, 폴리도파민은 전해액과의 친화성이 높아 전해액의 세퍼레이터에 대한 젖음성을 향상시킨다. 본 발명에서, 전해액과의 친화성은 전해액이 세퍼레이터에 빠른 속도로 함침되거나 또는 많은 용량이 함침되는 성향을 의미한다.And, since polydopamine has a high affinity with the electrolytic solution, it improves the wettability of the electrolytic solution to the separator. In the present invention, the affinity with the electrolytic solution means that the electrolytic solution impregnates the separator at high speed or impregnates a large capacity.

즉, 무기물 입자들과, 바인더 고분자로서의 폴리도파민을 포함하는 다공성 코팅층을 포함함으로써 전기화학소자의 안전성을 향상시킬 뿐만 아니라, 세퍼레이터와 전극과의 계면 접착력 향상과 전해액과의 높은 친화성으로 전기화학소자의 출력을 향상시킬 수 있다. 또한, 비가역 용량이 줄어들고 이로 인해 C-rate가 향상되며, 이는 충/방전 수명(cycle life)이 향상됨을 의미한다.That is, not only the safety of the electrochemical device is improved by including the inorganic coating layer containing the inorganic particles and the polypodamine as the binder polymer, but also the improvement of the interfacial adhesion between the separator and the electrode and the high affinity with the electrolyte, Can be improved. Also, the irreversible capacity is reduced and the C-rate is improved, which means that the charge / discharge cycle life is improved.

상기 무기물 입자들의 평균 입경은, 특별히 제한이 없으나 균일한 두께의 다공성 코팅층 형성 및 적절한 공극률을 위하여, 0.001 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있으나 이에만 한정하는 것은 아니다.The average particle size of the inorganic particles is not particularly limited, but may be, but is not limited to, 0.001 μm to 10 μm for formation of a porous coating layer having a uniform thickness and proper porosity.

그리고, 본 발명에서 사용될 수 있는 무기물 입자는, 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 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, 무기물 입자로서 유전율이 높은 무기물 입자를 사용하는 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.In addition, the inorganic particles that can be used in the present invention are not particularly limited as long as they are electrochemically stable. That is, the inorganic particles usable in the present invention are not particularly limited as long as oxidation and / or reduction reaction does not occur in the operating voltage range of the applied electrochemical device (for example, 0 to 5 V based on Li / Li + ). Particularly, when inorganic particles having a high dielectric constant are used as the inorganic particles, the dissociation of the electrolyte salt, for example, the lithium salt in the liquid electrolyte, can be increased, and the ion conductivity of the electrolyte can be improved.

전술한 이유들로 인해, 상기 무기물 입자는 유전율 상수가 5 이상, 또는 10 이상인 고유전율 무기물 입자를 포함할 수 있다. 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자의 비제한적인 예로는 BaTiO3, Pb(Zrx, Ti1 -x)O3(PZT, 여기서, 0<x<1임), Pb1 -xLaxZr1-yTiyO3(PLZT, 여기서, 0<x<1, 0<y<1임), (1-x)Pb(Mg1 /3Nb2 /3)O3-xPbTiO3(PMN-PT, 여기서, 0<x<1임), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, SiC 및 TiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 무기물 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.For the reasons stated above, the inorganic particles may include high-permittivity inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more, or 10 or more. Nonlimiting examples of inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more include BaTiO 3 , Pb (Zr x , Ti 1 -x ) O 3 (PZT, where 0 <x <1), Pb 1 -x La x Zr 1- y Ti y O 3 (PLZT, where, 0 <x <1, 0 <y <1 Im), (1-x) Pb (Mg 1/3 Nb 2/3) O 3 -xPbTiO 3 (PMN-PT, where, 0 <x <1 Im), hafnia (HfO 2), SrTiO 3, SnO 2, CeO 2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2, Y 2 O 3, Al 2 O 3, SiC and TiO 2 , or a mixture of two or more thereof.

또한, 무기물 입자로는 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자, 즉 리튬 원소를 함유하되 리튬을 저장하지 아니하고 리튬 이온을 이동시키는 기능을 갖는 무기물 입자를 사용할 수 있다. 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자의 비제한적인 예로는 리튬 포스페이트(Li3PO4), 리튬 티타늄 포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), 리튬 알루미늄 티타늄 포스페이트(LixAlyTiz(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 1, 0 < z < 3), 14Li2O-9Al2O3-38TiO2-39P2O5 등과 같은 (LiAlTiP)xOy 계열 글래스(0 < x < 4, 0 < y < 13), 리튬 란탄 티타네이트(LixLayTiO3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), Li3 .25Ge0 .25P0 .75S4 등과 같은 리튬 게르마니움 티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0 < x < 4, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 0 < w < 5), Li3N 등과 같은 리튬 나이트라이드(LixNy, 0 < x < 4, 0 < y < 2), Li3PO4-Li2S-SiS2 등과 같은 SiS2 계열 글래스(LixSiySz, 0 < x < 3, 0 < y < 2, 0 < z < 4), LiI-Li2S-P2S5 등과 같은 P2S5 계열 글래스(LixPySz, 0 < x < 3, 0 < y < 3, 0 < z < 7) 또는 이들의 혼합물 등이 있다.As the inorganic particles, inorganic particles having a lithium ion transferring ability, that is, inorganic particles containing a lithium element but having a function of transferring lithium ions without storing lithium can be used. Non-limiting examples of 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 (0 <x <4, 0 <y <13), lithium lanthanum titanate (Li x La y TiO 3 , 0 <x <2, 0 <y <3), Li (LiAlTiP) x O y series glass 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 (Li x N y , 0 <x <4, 0 <y <2), Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 SiS 2 based glass, such as (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.

그리고, 상기 바인더 고분자는, 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌(polyvinylidene fluoride-co-hexafluoro propylene), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌(polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 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(cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란(cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜(cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스(cyanoethylsucrose), 풀루란(pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose), 아크리로니트릴스티렌부타디엔 공중합체(acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer) 및 폴리이미드(polyimide)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에만 한정하는 것은 아니다.The binder polymer may be at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride-co-hexafluoro propylene, polyvinylidene fluoride-co-trichlorethylene, But are not limited to, polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, polyethylene-co-vinyl acetate, polyethylene oxide oxide, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, Cyanoethylcellulose, cyanoethylcellulose, One selected from the group consisting of cyanoethylsucrose, pullulan, carboxyl methyl cellulose, acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer and polyimide; And mixtures of two or more thereof. However, the present invention is not limited thereto.

그리고, 상기 바인더 고분자의 함량은, 상기 무기물 입자 100 중량부를 기준으로 1 내지 30 중량부, 또는 1 내지 15 중량부일 수 있고, 상기 폴리도파민의 함량은, 상기 무기물 입자 100 중량부를 기준으로 1 내지 30 중량부, 또는 1 내지 15 중량부일 수 있다. 상기 바인더 고분자 및 상기 폴리도파민의 함량이 각각 상기 범위를 만족하게 되면, 무기물 입자의 탈리를 적절히 방지함과 동시에, 전기화학소자의 내부저항의 증가를 방지하며, 다공성 코팅층의 적절한 다공도를 유지시키게 된다.The content of the binder polymer may be 1 to 30 parts by weight, or 1 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the inorganic particles, and the content of the polypodamine may be 1 to 30 Parts by weight, or 1 to 15 parts by weight. When the content of the binder polymer and the content of the polypodamine satisfy the above ranges, it is possible to appropriately prevent the inorganic particles from desorbing, prevent an increase in internal resistance of the electrochemical device, and maintain a proper porosity of the porous coating layer .

다공성 코팅층에 있어서 바인더 고분자 및 폴리도파민은, 각각 상기 무기물 입자들 표면의 일부 또는 전체에 코팅되며, 상기 무기물 입자들은 밀착된 상태로 상기 바인더 고분자 및 폴리도파민에 의해 서로 연결 및 고정되며, 상기 무기물 입자들 사이에 존재하는 빈 공간으로 인해 기공들이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 다공성 코팅층의 무기물 입자들은 서로 밀착된 상태로 존재하며, 무기물 입자들이 밀착된 상태에서 생기는 빈 공간이 다공성 코팅층의 기공이 된다. 무기물 입자들 사이에 존재하는 빈 공간의 크기는 무기물 입자들의 평균 입경과 같거나 그보다 작은 것이 바람직하다.In the porous coating layer, the binder polymer and the polydodamine are each coated on a part or the entire surface of the inorganic particles, and the inorganic particles are connected and fixed to each other by the binder polymer and the polydopamine in close contact, It is preferable that the pores are formed due to the empty space existing between them. That is, the inorganic particles of the porous coating layer exist in close contact with each other, and the void space generated when the inorganic particles are in close contact becomes the pores of the porous coating layer. The size of the void space present between the inorganic particles is preferably equal to or smaller than the average particle size of the inorganic particles.

무기물 입자들, 바인더 고분자 및 폴리도파민을 포함하는 다공성 코팅층의 두께는 특별한 제한이 없으나, 전기화학소자의 내부저항 증가 방지 및 안전성의 확보를 위해 0.01 ㎛ 내지 50 ㎛, 또는 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다.The thickness of the porous coating layer including the inorganic particles, the binder polymer, and the polydodamine is not particularly limited. However, in order to prevent the internal resistance increase and ensure the safety of the electrochemical device, the thickness may be 0.01 탆 to 50 탆, or 0.5 탆 to 10 탆 have.

그리고, 상기 다공성 기재는, 통상적으로 전기화학소자에 사용되는 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하고, 예를 들면 폴리올레핀계 다공성 막(membrane) 또는 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.The porous substrate may be any porous substrate commonly used in an electrochemical device. For example, a polyolefin-based porous membrane or a nonwoven fabric may be used. However, the porous substrate is not particularly limited thereto.

상기 폴리올레핀계 다공성 막의 예로는, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐 등의 폴리올레핀계 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 막(membrane)을 들 수 있다.Examples of the polyolefin-based porous film include polyolefin-based polymers such as polyethylene, polypropylene, polybutylene, and polypentene, such as high density polyethylene, linear low density polyethylene, low density polyethylene and ultra high molecular weight polyethylene, One membrane can be mentioned.

상기 부직포로는 폴리올레핀계 부직포 외에 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene) 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 부직포를 들 수 있다. 부직포의 구조는 장섬유로 구성된 스폰본드 부직포 또는 멜트 블로운 부직포일 수 있다.The nonwoven fabric may be, for example, polyethylene terephthalate, polybutyleneterephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate, or polycarbonate. ), Polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenyleneoxide, polyphenylenesulfide, polyethylenenaphthalene, etc., alone or separately The nonwoven fabric formed from the polymer which mixed these is mentioned. The structure of the nonwoven fabric may be a spun bond nonwoven fabric or a meltblown nonwoven fabric composed of long fibers.

상기 다공성 기재의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 1㎛ 내지 100㎛, 또는 5㎛ 내지 50㎛이다.The thickness of the porous substrate is not particularly limited, but is 1 탆 to 100 탆, or 5 탆 to 50 탆.

다공성 기재에 존재하는 기공의 크기 및 기공도 역시 특별히 제한되지 않으나 각각 0.001㎛ 내지 50㎛ 및 10% 내지 95%일 수 있다.The pore size and pore present in the porous substrate are also not particularly limited, but may be 0.001 μm to 50 μm and 10% to 95%, respectively.

한편, 본 발명에 따른 전기화학소자는, 캐소드, 애노드, 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 개재된 세퍼레이터 및 비수 전해액을 포함하며, 상기 세퍼레이터는, 전술한 본 발명의 세퍼레이터인 것을 특징으로 한다.On the other hand, the electrochemical device according to the present invention includes a cathode, an anode, a separator interposed between the cathode and the anode and a nonaqueous electrolyte, the separator is characterized in that the separator of the present invention described above.

본 발명의 전기화학소자는 전기 화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구체적인 예를 들면, 모든 종류의 1차, 이차 전지, 연료 전지, 태양 전지 또는 슈퍼 커패시터 소자와 같은 커패시터(capacitor) 등이 있다. 특히, 상기 2차 전지 중 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등을 포함하는 리튬 이차전지가 바람직하다.The electrochemical device of the present invention includes all devices that perform an electrochemical reaction, and specific examples thereof include capacitors such as all kinds of primary, secondary cells, fuel cells, solar cells, or super-capacitor devices . Particularly, 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 is preferable.

본 발명에 따른 전기화학소자에 적용될 전극으로는 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 전극 활물질을 전극 전류집전체에 결착된 형태로 제조할 수 있다. 상기 전극 활물질 중 캐소드 활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학소자의 캐소드에 사용될 수 있는 통상적인 캐소드 활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬망간 산화물, 리튬코발트 산화물, 리튬니켈 산화물, 리튬철 산화물 또는 이들을 조합한 리튬복합 산화물을 사용할 수 있다. 애노드 활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학소자의 애노드에 사용될 수 있는 통상적인 애노드 활물질이 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 바람직하다. 캐소드 전류집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 애노드 전류집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.The electrode to be applied to the electrochemical device according to 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 cathode active material of the electrode active material may be a conventional cathode active material that can be used for the cathode of the conventional electrochemical device, in particular lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron oxide or a combination thereof One lithium composite oxide can be used. Non-limiting examples of the anode active material may be a conventional anode active material that can be used in the anode 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 are preferred. Non-limiting examples of the cathode current collector include aluminum, nickel, or a combination thereof, and examples of the anode 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 비수 전해액에 포함되는 전해질 염은 리튬염이다. 상기 리튬염은 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N- , CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The electrolyte salt contained in the nonaqueous electrolyte solution which can be used in the present invention is a lithium salt. The lithium salt can be used without limitation as those conventionally used in an electrolyte for a lithium secondary battery. For example is the above lithium salt anion F -, Cl -, Br - , I -, NO 3 -, N (CN) 2 -, BF 4 -, ClO 4 -, PF 6 -, (CF 3) 2 PF 4 -, (CF 3) 3 PF 3 -, (CF 3) 4 PF 2 -, (CF 3) 5 PF -, (CF 3) 6 P -, CF 3 SO 3 -, CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2) 2 N -, (FSO 2) 2 N -, CF 3 CF 2 (CF 3) 2 CO -, (CF 3 SO 2) 2 CH -, (SF 5) 3 C -, ( CF 3 SO 2 ) 3 C - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - SCN - and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - .

전술한 비수 전해액에 포함되는 유기 용매로는 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 에테르, 에스테르, 아미드, 선형 카보네이트, 환형 카보네이트 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.Examples of the organic solvent included in the above-mentioned non-aqueous electrolyte include those commonly used in electrolytic solutions for lithium secondary batteries, such as ether, ester, amide, linear carbonate, cyclic carbonate, etc., Can be mixed and used.

그 중에서 대표적으로는 환형 카보네이트, 선형 카보네이트, 또는 이들의 혼합물인 카보네이트 화합물을 포함할 수 있다.Among them, a carbonate compound which is typically a cyclic carbonate, a linear carbonate, or a mixture thereof may be included.

상기 환형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트 및 이들의 할로겐화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 있다. 이들의 할로겐화물로는 예를 들면, 플루오로에틸렌 카보네이트(fluoroethylene carbonate, FEC) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.Specific examples of the cyclic carbonate compound include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, Propylene carbonate, 2,3-pentylene carbonate, vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, and halides thereof, or a mixture of two or more thereof. Examples of such halides include, but are not limited to, fluoroethylene carbonate (FEC) and the like.

또한 상기 선형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트 로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 대표적으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specific examples of the linear carbonate compound include any one selected from the group consisting of dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propyl carbonate and ethyl propyl carbonate And mixtures of two or more of them may be used as typical examples, but the present invention is not limited thereto.

특히, 상기 카보네이트계 유기용매 중 환형 카보네이트인 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트는 고점도의 유기용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 보다 더 잘 해리시킬 수 있으며, 이러한 환형 카보네이트에 디메틸 카보네이트 및 디에틸 카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 보다 높은 전기 전도율을 갖는 전해액을 만들 수 있다.In particular, ethylene carbonate and propylene carbonate, which are cyclic carbonates in the carbonate-based organic solvent, are high-viscosity organic solvents having a high dielectric constant and can dissociate the lithium salt in the electrolyte more easily. In addition, such cyclic carbonates can be used as dimethyl carbonate and diethyl carbonate When a low viscosity, low dielectric constant linear carbonate is mixed in an appropriate ratio, an electrolyte having a higher electric conductivity can be produced.

또한, 상기 유기 용매 중 에테르로는 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸 에테르, 메틸프로필 에테르 및 에틸프로필 에테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As the ether in the organic solvent, any one selected from the group consisting of dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, methyl ethyl ether, methyl propyl ether and ethyl propyl ether or a mixture of two or more thereof may be used , But is not limited thereto.

그리고 상기 유기 용매 중 에스테르로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, σ-발레로락톤 및 ε-카프로락톤으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the ester in the organic solvent include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate,? -Butyrolactone,? -Valerolactone,? -Caprolactone,? -Valerolactone, ε-caprolactone, or a mixture of two or more thereof, but the present invention is not limited thereto.

상기 비수 전해액의 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전기화학소자의 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 전기화학소자 조립 전 또는 전기화학소자 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.The injection of the nonaqueous electrolyte solution can be performed at an appropriate stage of the manufacturing process of the electrochemical device according to the manufacturing process and required properties of the final product. That is, it can be applied before assembling the electrochemical device or in the final stage of assembling the electrochemical device.

본 발명에 따른 전기화학소자는, 일반적인 공정인 권취(winding) 이외에도 세퍼레이터와 전극의 적층(lamination, stack) 및 접음(folding) 공정이 가능하다. 그리고, 전기화학소자의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.The electrochemical device according to the present invention is capable of lamination, stacking, and folding processes of a separator and an electrode in addition to a conventional winding process. The outer shape of the electrochemical device is not particularly limited, but may be a cylindrical shape, a square shape, a pouch shape, a coin shape, or the like using a can.

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 아니 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, embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, the scope of the invention should not be construed as limited to the following examples. Embodiments of the invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

실시예Example

(1) 세퍼레이터의 제조(1) Manufacture of separator

폴리도파민의Polydopamine 제조 Produce

도파민을 2 mg/ml 농도로 염기성의 완충 용액(pH 8.5, 20 mM Tris-HCl buffer)에 녹인 후, 상온에서 24 시간 동안, 평온한 와류(gentle swirling)의 조건으로 도파민을 중합시켰다.Dopamine was dissolved in a basic buffer solution (pH 8.5, 20 mM Tris-HCl buffer) at a concentration of 2 mg / ml, and the dopamine was polymerized under a gentle swirling condition at room temperature for 24 hours.

다공성 코팅층(The porous coating layer PVdFPVdF -- CTFECTFE /  Of AlAl 22 OO 33 ) 형성) formation

폴리비닐리덴풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌 공중합체(PVdF-HFP) 고분자를 5 중량%로 아세톤에 첨가하여 50℃에서 약 12시간 이상 용해시켜 바인더 고분자 용액을 제조하였다. 그리고, 바인더 고분자 용액, Al2O3 분말 및 폴리도파민을, 바인더 고분자 용액 : Al2O3 분말 : 폴리도파민 = 5 : 90 : 5 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 기재(기공도 45%)의 양 면에 딥 코팅 방식으로 코팅하고 건조시킴으로써, 다공성 기재의 양면에 다공성 코팅층을 형성하였다.
A polyvinylidene fluoride-hexafluorofluoropropylene copolymer (PVdF-HFP) polymer was added to acetone at 5 wt% and dissolved at 50 ° C. for at least about 12 hours to prepare a binder polymer solution. Then, a binder polymer solution, Al 2 O 3 powder and polydodamine were added so that the weight ratio of the binder polymer solution: Al 2 O 3 powder: polypodamine = 5: 90: 5 was used, and the mixture was ball milled for 12 hours or longer And the Al 2 O 3 powder was crushed and dispersed to prepare a slurry. The slurry thus prepared was coated and dried on both sides of a polyethylene porous substrate having a thickness of 12 μm (porosity of 45%) by a dip coating method, thereby forming a porous coating layer on both sides of the porous substrate.

(2) 리튬 이차전지의 제조(2) manufacture of a lithium secondary battery

애노드의Anode 제조 Produce

애노드 활물질로 탄소 분말, 결합재로 폴리비닐리덴풀루오라이드(PVdF), 도전재로 카본 블랙 (carbon black)을 각각 96 중량%, 3 중량%, 1 중량%로 하여, 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 애노드 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 애노드 혼합물 슬러리를 두께가 10 ㎛인 애노드 집전체인 구리(Cu) 박막에 도포, 건조를 통하여 애노드를 제조한 후 롤 프레스(roll press)를 실시하였다.(PVDF) as a binder, and carbon black as a conductive material in an amount of 96 wt%, 3 wt%, and 1 wt%, respectively, and a solvent N-methyl-2 Pyrrolidone (NMP) to prepare an anode mixture slurry. The anode mixture slurry was applied to a copper (Cu) thin film as an anode current collector having a thickness of 10 占 퐉 and dried to produce an anode, followed by a roll press.

캐소드의Cathode 제조 Produce

캐소드 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 캐소드 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 캐소드 혼합물 슬러리를 두께가 20 ㎛인 캐소드 집전체의 알루미늄(Al) 박막에 도포, 건조를 통하여 캐소드를 제조한 후 롤 프레스(roll press)를 실시하였다.92% by weight of a lithium cobalt composite oxide as a cathode 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) . The cathode mixture slurry was applied to an aluminum (Al) thin film of a cathode current collector having a thickness of 20 탆 and dried to form a cathode, followed by roll pressing.

전지의 제조Manufacture of batteries

상기 제조된 캐소드와 애노드 사이에 세퍼레이터를 개재하여, 코인셀 타입의 전지를 제조하였다. 비수 전해액으로는, 1M의 리튬 헥사플루오로 포스페이트(LiPF6)이 용해된 에틸렌 카보네이트(EC) : 에틸메틸 카보네이트(EMC)=1:2(부피비)를 사용하였다.A coin cell type battery was manufactured through the separator between the prepared cathode and anode. As the nonaqueous electrolyte, ethylene carbonate (EC): ethylmethyl carbonate (EMC) = 1: 2 (volume ratio) in which 1 M lithium hexafluoro phosphate (LiPF 6 ) was dissolved was used.

Claims (12)

다공성 기재; 및
상기 다공성 기재의 적어도 일면에 형성되어 있으며, 무기물 입자들, 바인더 고분자, 및 폴리도파민을 포함하는 다공성 코팅층;을 포함하는 세퍼레이터.
A porous substrate; And
And a porous coating layer formed on at least one surface of the porous substrate and including inorganic particles, a binder polymer, and polydopamine.
제1항에 있어서,
상기 무기물 입자들의 평균 입경은, 0.001 ㎛ 내지 10 ㎛인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
The method of claim 1,
Wherein an average particle diameter of the inorganic particles is 0.001 to 10 mu m.
제1항에 있어서,
상기 무기물 입자는, 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 무기물 입자인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
The method of claim 1,
Wherein the inorganic particles are inorganic particles selected from the group consisting of inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more, inorganic particles having a lithium ion transporting ability, and mixtures thereof.
제3항에 있어서,
상기 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자는, BaTiO3, Pb(Zrx, Ti1 -x)O3(PZT, 여기서, 0<x<1임), Pb1 - xLaxZr1 -yTiyO3(PLZT, 여기서, 0 < x < 1, 0 < y < 1임), (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMN-PT, 여기서, 0 < x < 1), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, SiC 및 TiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 무기물 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
The method of claim 3,
Inorganic particles is greater than or equal to the dielectric constant of 5, BaTiO 3, Pb (Zr x , Ti 1 -x) O 3 (PZT, where, 0 <x <1 Im), Pb 1 - x La x Zr 1 -y Ti y O 3 (PLZT, where, 0 <x <1, 0 <y <1 Im), (1-x) Pb (Mg 1/3 Nb 2/3) O 3 -xPbTiO 3 (PMN-PT, where 0 (x <1), hafnia (HfO 2 ), SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiC and TiO 2 , Or a mixture of two or more thereof.
제3항에 있어서,
상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는, 리튬 포스페이트(Li3PO4), 리튬 티타늄 포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0<x<2, 0<y<3), 리튬 알루미늄 티타늄 포스페이트(LixAlyTiz(PO4)3, 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), (LiAlTiP)xOy계열 글래스(0<x<4, 0<y<13), 리튬 란탄 티타네이트(LixLayTiO3 , 0<x<2, 0<y<3), 리튬 게르마니움 티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), 리튬 나이트라이드(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 하나의 무기물 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
The method of claim 3,
Wherein the inorganic particles having lithium ion transferring ability are selected from the group consisting of lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium titanium phosphate (Li x Ti y (PO 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y < 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 , 4, 0 <y <1, 0 <z <1, 0 <w <5), lithium nitrides (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) based glass, and P 2 S 5 (Li x P y S z, 0 <x <3, 0 <y <3, 0 < z <7) series glass, or a mixture of two or more thereof.
제1항에 있어서,
상기 바인더 고분자는, 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌(polyvinylidene fluoride-co-hexafluoro propylene), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌(polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 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(cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란(cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜(cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스(cyanoethylsucrose), 풀루란(pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose), 아크리로니트릴스티렌부타디엔 공중합체(acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer) 및 폴리이미드(polyimide)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
The method of claim 1,
The binder polymer may be at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride-co-hexafluoro propylene, polyvinylidene fluoride-co-trichlorethylene, But are not limited to, polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, polyethylene-co-vinyl acetate, polyethylene oxide, Cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylpolyvinylalcohol, Ethyl cellulose (cyanoethylcellulose), cyanoethyl sucrose (cy an acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer, and a polyimide, or an anion selected from the group consisting of an anionic surfactant, an anionic surfactant, an anionic surfactant, an anionic surfactant, an anionic surfactant, an anionic surfactant, an anionic surfactant, an anionic surfactant, Wherein the mixture is a mixture of two or more species.
제1항에 있어서,
상기 바인더 고분자의 함량은, 상기 무기물 입자들 100 중량부를 기준으로 1 내지 15 중량부인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
The method of claim 1,
Wherein the content of the binder polymer is 1 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the inorganic particles.
제1항에 있어서,
상기 폴리도파민의 함량은, 상기 무기물 입자들 100 중량부를 기준으로 1 내지 15 중량부인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
The method of claim 1,
Wherein the content of the polypodamine is 1 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the inorganic particles.
제1항에 있어서,
상기 다공성 코팅층의 두께는, 0.01 ㎛ 내지 50 ㎛인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
The method of claim 1,
Wherein the porous coating layer has a thickness of 0.01 占 퐉 to 50 占 퐉.
제1항에 있어서,
상기 다공성 기재는, 폴리올레핀(polyolefine), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 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,
The porous substrate may be formed of a material selected from the group consisting of polyolefine, polyethyleneterephthalate, polybutyleneterephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate, One selected from the group consisting of polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenylenesulfide, and polyethylenenaphthalene. Or a mixture of two or more thereof.
캐소드, 애노드, 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 개재된 세퍼레이터 및 비수 전해액을 포함하는 전기화학소자에 있어서,
상기 세퍼레이터가 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 세퍼레이터인 전기화학소자.
In the electrochemical device comprising a cathode, an anode, a separator interposed between the cathode and the anode and a nonaqueous electrolyte,
The electrochemical device according to any one of claims 1 to 10, wherein the separator is a separator.
제11항에 있어서,
상기 전기화학소자는, 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
12. The method of claim 11,
Wherein the electrochemical device is a lithium secondary battery.
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