KR20160043768A - Organic/inorganic composite separator, method for manufacturing the same and electrochemical device containing the same - Google Patents

Organic/inorganic composite separator, method for manufacturing the same and electrochemical device containing the same Download PDF

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KR20160043768A
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김주명
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울산과학기술원
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Abstract

Disclosed are an organic/inorganic composite separation layer, a manufacturing method thereof, and an electrochemical device comprising the same. According to an embodiment of the present invention, provided is the organic/inorganic composite separation layer, comprising: a separation layer; and an inorganic particle binding material arranged on at least one between the inside and a surface of the separation layer and made of a plurality of inorganic particles bound by a cross-linking polymer binder. The purpose of the present invention is to provide an organic/inorganic composite separation layer having an even pore size to improve ion conductivity.

Description

유무기 복합 분리막, 그의 제조방법 및 이를 포함한 전기 화학 소자{ORGANIC/INORGANIC COMPOSITE SEPARATOR, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND ELECTROCHEMICAL DEVICE CONTAINING THE SAME} TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an organic / inorganic composite separator, a method for producing the same, and an electrochemical device including the same. BACKGROUND ART [0002]

본 발명의 일 구현예는 유무기 복합 분리막, 그의 제조방법 및 이를 포함한 전기 화학 소자에 관한 것이다.
One embodiment of the present invention relates to an organic-inorganic hybrid membrane, a method for producing the same, and an electrochemical device including the same.

최근 에너지 저장 및 변환 기술에 대한 중요성이 높아지면서, 다양한 종류의 전지에 대한 관심이 크게 증대하고 있다. 그 중에서도 충·방전이 가능한 리튬 이차 전지가 크게 주목받고 있다.Recently, as the importance of energy storage and conversion technology has increased, interest in various kinds of batteries has been greatly increased. Among them, lithium secondary batteries capable of charging and discharging have attracted considerable attention.

리튬 이차 전지에서 전지의 특성을 좌우하는 중요한 구성요소 중 하나는 전해질이 함침되어 리튬 이온의 통로 기능을 하는 분리막(separator)이다.One of the important components that determine the characteristics of a battery in a lithium secondary battery is a separator in which an electrolyte is impregnated to function as a passage for lithium ions.

이러한 분리막에 요구되는 성질은 전지의 충·방전 영역에서 전해액과 전극 계면에서의 화학적 안정성 및 열화가 일어나지 않아야 하며, 전해액 내에서 리튬 이온들의 이동을 원활하게 보장할 수 있는 크기의 기공도 및 기공의 크기가 요구된다. 또한, 분리막은 전해액의 젖음성(wettability)이 좋아야 하며, 전해액 함유성이 지속되어야 한다. 젖음성은 전해액 주입 공정에서 생산성을 향상시키는데 매우 중요하며, 지속적인 전해액 함유성은 전지 수명에 영향을 미치게 된다.The properties required for such a separator should not cause chemical stability and deterioration at the electrolyte and the electrode interface in the charging and discharging region of the battery, and the porosity and porosity of the electrolyte to ensure the smooth movement of lithium ions in the electrolyte. Size is required. In addition, the separator should have good wettability of the electrolyte, and the electrolyte content should be maintained. Wettability is critical for improving productivity in the electrolyte injection process, and persistent electrolyte content affects battery life.

또한, 분리막은 열적 안정성을 구비해야 한다. 분리막은 전지 내부의 온도 상승으로 인하여 분리막의 연화온도(softening temperature)를 지나게 되면 수축이 되며 고온에서의 열수축이 적게 일어나는 것이 바람직하다.In addition, the separator must have thermal stability. It is preferable that the separator shrinks when the temperature of the separator becomes higher than the softening temperature of the separator due to a temperature rise inside the cell, and less heat shrinkage occurs at a higher temperature.

상기와 같이 이차 전지용 분리막은 이온의 통로 기능을 충족시켜 원하는 이온 전도성을 나타낼 수 있도록 균일한 기공 구조를 가져야 할 뿐만 아니라, 기본적인 이온 전도성 이외에도 열적 안정성 및 우수한 전해액 젖음성(wettability) 등을 가져야 한다.As described above, the separation membrane for a secondary battery must have a uniform pore structure so as to exhibit desired ion conductivity by satisfying the function of ion passage, and besides basic ion conductivity, thermal stability and excellent electrolyte wettability should be provided.

따라서, 현재 균일한 기공 구조를 가져서 이온 전도성이 우수하면서도 열적 안정성 및 전해액 젖음성 등이 우수한 리튬 이차 전지용 분리막에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있는 상황이다.
Accordingly, researches on separators for lithium secondary batteries having a uniform pore structure and excellent ionic conductivity and excellent thermal stability and electrolyte wettability have been actively conducted.

본 발명의 일 구현예는 균일한 기공 구조를 가지면서 열적 안정성 및 전해액 젖음성이 향상된 유무기 복합 분리막, 그의 제조방법 및 이를 포함한 전기 화학 소자를 제공하고자 한다.
An embodiment of the present invention is to provide an organic-inorganic hybrid membrane having a uniform pore structure and improved thermal stability and electrolyte wettability, a method for producing the same, and an electrochemical device including the same.

본 발명의 일 구현예는, 분리막; 및 상기 분리막의 내부 및 표면 중 적어도 하나에 위치되며, 다수의 무기입자가 가교 고분자 바인더에 의해 결합된 무기입자 결합물을 포함하는 유무기 복합 분리막을 제공한다.An embodiment of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device, including: a separation membrane; And at least one of an inner surface and a surface of the separation membrane, wherein the inorganic particle composite comprises a plurality of inorganic particles bonded by a crosslinked polymeric binder.

상기 분리막은 고분자 부직포, 폴리올레핀계 분리막, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The separation membrane may include a polymer nonwoven fabric, a polyolefin separation membrane, or a combination thereof.

상기 고분자 부직포는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate), 폴리이미드(Polyimide), 폴리아미드(Polyamide), 폴리술폰(Polysulfone), 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile), 폴리에테르이미드(Polyetherimide), 폴리-파라페닐렌 테레프탈아마이드(Poly-paraphenylene terephthalamide), 폴리바이닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone), 폴리아크릴릭엑시드(Polyacrylicacid), 폴리바이닐알코올(Polyvinylalcohol), 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어질 수 있다.The polymeric nonwoven fabric may be made of a material selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polyimide, polyamide, polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, Polyetherimide, poly-paraphenylene terephthalamide, polyvinylpyrrolidone, polyacrylic acid, polyvinylalcohol, and derivatives thereof and mixtures thereof And at least one selected from the group consisting of

상기 고분자 부직포 내 기공의 평균 직경은 0.001 내지 100㎛ 일 수 있다.The average diameter of the pores in the polymer nonwoven fabric may be 0.001 to 100 mu m.

상기 폴리올레핀계 분리막은 플라즈마 조사, UV 조사, 또는 친수성기의 그래프트(graft)에 의해 계면 처리된 것일 수 있다.The polyolefin-based separation membrane may be subjected to an interface treatment by plasma irradiation, UV irradiation, or grafting of a hydrophilic group.

상기 친수성기의 그래프트는 친수성기를 갖는 고분자 모노머를 상기 폴리올레핀계 분리막에 그래프트 중합하는 것으로, 상기 고분자 모노머는 하이드록시기(-OH), 술폰산기(-SO3H), 카르복시기(-COOH), 아미노기(-NH2), 암모늄(-NH4), 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.The graft of the hydrophilic group is obtained by graft-polymerizing a polymer monomer having a hydrophilic group to the polyolefin-based separation membrane. The polymer monomer may have a hydroxyl group (-OH), a sulfonic acid group (-SO 3 H), a carboxy group (-COOH) -NH 2 ), ammonium (-NH 4 ), derivatives thereof, and mixtures thereof.

상기 무기입자는 SiO2, Al2O3, TiO2, BaTiO3, Li2O, LiF, LiOH, Li3N, BaO, Na2O, Li2CO3, CaCO3, LiAlO2, SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, SiC, 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.The inorganic particles are SiO 2, Al 2 O 3, TiO 2, BaTiO 3, Li 2 O, LiF, LiOH, Li 3 N, BaO, Na 2 O, Li 2 CO 3, CaCO 3, LiAlO 2, SrTiO 3, At least one selected from the group consisting of SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , SiC, and derivatives thereof and mixtures thereof.

상기 무기입자의 평균 직경은 0.001 내지 10㎛ 일 수 있다.The average diameter of the inorganic particles may be 0.001 to 10 mu m.

상기 가교 고분자 바인더는 광중합 가교 고분자 바인더 또는 열중합 가교 고분자 바인더일 수 있다.The crosslinked polymeric binder may be a photopolymerizable crosslinked polymeric binder or a thermally polymerized crosslinked polymeric binder.

상기 광중합 가교 고분자 바인더는 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Polyethyleneglycol diacrylate), 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Triethyleneglycol diacrylate), 트리메틸올프로판에톡시레이트 트리아크릴레이트(Trimethylolpropaneethoxylate triacrylate), 비스페놀 에이 에톡시레이트 디메타아크릴레이트(Bisphenol A ethoxylate dimethacrylate), 카르복시에틸 아크릴레이트(Carboxyethyl acrylate), 메틸 시아노아크릴레이트(Methyl cyanoacrylate), 에틸 시아노아크릴레이트(Ethyl cyanoacrylate), 에틸 시아노 에톡시아크릴레이트(Ethyl cyano ethoxyacrylate), 시아노 아크릴릭엑시드(Cyanoacrylic acid), 하이드록시에틸 메타크릴레이트(Hydroxyethyl methacrylate), 하이드록시프로필 아크릴레이트(Hydroxypropylacrylate), 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The photopolymerizable crosslinked polymeric binder may be at least one selected from the group consisting of polyethylene glycol diacrylate, triethyleneglycol diacrylate, trimethylolpropaneethoxylate triacrylate, bisphenol aethoxylate dimethacrylate Such as bisphenol A ethoxylate dimethacrylate, Carboxyethyl acrylate, Methyl cyanoacrylate, Ethyl cyanoacrylate, Ethyl cyano ethoxyacrylate, At least one selected from the group consisting of cyanoacrylic acid, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyllacrylate, derivatives thereof, and mixtures thereof.

상기 열중합 가교 고분자 바인더는 아크릴릭 엑시드(Acrylic acid), 폴리 아크릴릭 엑시드(Poly acrylic acid), 카르복시 메틸 셀룰로오스 (Carboxymethylcellulose), 알지네이트(Alginate), 혹은 합성에 의해 카르복실 작용기를 가지게 된 고분자, 또 다른 성분 중 하나인 하이드록시 작용기(-OH)를 포함한 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 아가로즈(Agarose), 혹은 합성에 의해 하이드록시 작용기를 가지게 된 고분자, 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The thermally polymerizable crosslinked polymeric binder may be selected from the group consisting of acrylic acid, polyacrylic acid, carboxymethylcellulose, alginate or a polymer having a carboxyl group by synthesis, A group consisting of polyvinyl alcohol, an agarose, a polymer having a hydroxy functional group by synthesis, a derivative thereof, and a mixture thereof, including a hydroxy functional group (-OH) And may include at least one selected.

상기 무기입자 결합물은 50 내지 99 wt%의 상기 무기입자와, 1 내지 50 wt%의 상기 가교 고분자 바인더를 포함할 수 있다.The inorganic particle binder may include 50 to 99 wt% of the inorganic particles and 1 to 50 wt% of the crosslinked polymer binder.

상기 유무기 복합 분리막은 3차원 밀집 충진 구조(super lattice) 일 수 있다.The organic / inorganic hybrid composite membrane may be a three-dimensional super lattice structure.

상기 유무기 복합 분리막의 기공의 평균 직경은 0.001 내지 10㎛ 일 수 있다.The average diameter of the pores of the organic / inorganic hybrid separator may be 0.001 to 10 탆.

상기 유무기 복합 분리막의 기공도는 30 내지 90 체적% 일 수 있다.The porosity of the organic / inorganic hybrid membrane may be 30 to 90% by volume.

상기 유무기 복합 분리막의 두께는 10 내지 60㎛ 일 수 있다.The thickness of the organic / inorganic hybrid separator may be 10 to 60 탆.

본 발명의 다른 구현예는, 가교 고분자 모노머를 포함하는 용액에 다수의 무기입자를 분산시키는 단계; 상기 무기입자가 분산된 용액을 분리막의 내부 및 표면 중 적어도 하나에 도포하는 단계; 상기 용액이 도포된 분리막을 경화시키는 단계; 및 상기 경화된 분리막을 건조시키는 단계;를 포함하는 유무기 복합 분리막의 제조 방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention is a method for preparing a polymer electrolyte membrane, comprising: dispersing a plurality of inorganic particles in a solution containing a crosslinked polymer monomer; Applying a solution in which the inorganic particles are dispersed to at least one of the interior and the surface of the separation membrane; Curing the separation membrane to which the solution is applied; And drying the cured separator. The present invention also provides a method of manufacturing the organic / inorganic composite separator.

상기 가교 고분자 모노머는 광가교 모노머 또는 열가교 모노머일 수 있다.The crosslinked polymer monomer may be a photo-crosslinking monomer or a heat-crosslinking monomer.

상기 광가교 모노머는 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Polyethyleneglycol diacrylate), 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Triethyleneglycol diacrylate), 트리메틸올프로판에톡시레이트 트리아크릴레이트(Trimethylolpropaneethoxylate triacrylate), 비스페놀에이에톡시레이트 디메타아크릴레이트(Bisphenol A ethoxylate dimethacrylate), 카르복시에틸 아크릴레이트(Carboxyethyl acrylate), 메틸 시아노아크릴레이트(Methyl cyanoacrylate), 에틸 시아노아크릴레이트(Ethyl cyanoacrylate), 에틸 시아노 에톡시아크릴레이트(Ethyl cyano ethoxyacrylate), 시아노 아크릴릭엑시드(Cyanoacrylic acid), 하이드록시에틸 메타크릴레이트(Hydroxyethyl methacrylate), 하이드록시프로필 아크릴레이트(Hydroxypropylacrylate), 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.The photocrosslinking monomer may be selected from the group consisting of polyethylene glycol diacrylate, triethyleneglycol diacrylate, trimethylolpropaneethoxylate triacrylate, bisphenol aethoxylate dimethacrylate ( Bisphenol A ethoxylate dimethacrylate, Carboxyethyl acrylate, Methyl cyanoacrylate, Ethyl cyanoacrylate, Ethyl cyano ethoxyacrylate, Cyanoacrylate, At least one selected from the group consisting of acrylic acid, cyanoacrylic acid, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyllacrylate, derivatives thereof, and mixtures thereof.

상기 열가교 모노머는 아크릴릭 엑시드(Acrylic acid), 폴리 아크릴릭 엑시드(Poly acrylic acid), 카르복시 메틸 셀룰로오스 (Carboxymethylcellulose), 알지네이트(Alginate), 혹은 합성에 의해 카르복실 작용기를 가지게 된 고분자, 또 다른 성분 중 하나인 하이드록시 작용기(-OH)를 포함한 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 아가로즈(Agarose), 혹은 합성에 의해 하이드록시 작용기를 가지게 된 고분자, 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. The thermally crosslinked monomer may be at least one selected from the group consisting of acrylic acid, poly acrylic acid, carboxymethylcellulose, alginate, or a polymer having a carboxyl group by synthesis, Selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, agarose, or a polymer having a hydroxy functional group by synthesis, and derivatives thereof and a mixture thereof, including a hydroxy functional group (-OH) It can be one.

상기 무기입자가 분산된 용액을 분리막의 내부 및 표면 중 적어도 하나에 도포하는 단계;에서, 상기 도포는 딥 코팅(dip coating), 다이 코팅(die coating), 롤 코팅(roll coating), 콤마 코팅(comma coating), 또는 이들의 조합으로 수행될 수 있다.Applying the solution in which the inorganic particles are dispersed to at least one of the inside and the surface of the separation membrane, the coating may be performed by dip coating, die coating, roll coating, comma coating, or a combination thereof.

본 발명의 또 다른 구현예는, 양극; 음극; 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 분리막; 및 상기 양극과, 상기 음극과, 상기 분리막을 함침하는 전해질을 포함하는 전기 화학 소자이고, 상기 분리막은 전술한 유무기 복합 분리막인 전기 화학 소자를 제공한다.Another embodiment of the present invention is directed to a positive electrode comprising: a positive electrode; cathode; A separator disposed between the anode and the cathode; And an electrolyte for impregnating the anode, the cathode, and the separation membrane. The separation membrane is the above-described organic-inorganic hybrid membrane.

상기 전기 화학 소자는 리튬 이차 전지 또는 수퍼커패시터일 수 있다.
The electrochemical device may be a lithium secondary battery or a supercapacitor.

본 발명의 일 구현예에 따른 유무기 복합 분리막, 그의 제조방법 및 이를 포함한 전기 화학 소자는, 균일한 기공 크기로 인하여 이온 전도성이 향상될 수 있다.The ionic conductivity of the organic / inorganic hybrid membrane according to one embodiment of the present invention, the method for producing the same, and the electrochemical device including the same can be improved due to the uniform pore size.

또한, 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 유무기 복합 분리막, 그의 제조방법 및 이를 포함한 전기 화학 소자는, 고내열성 유기소재 바인더의 도입에 따라 고온 전해액 내에서 유무기 결합물의 안정성이 향상될 수 있으며, 이에 따른 고온 특성이 향상될 수 있다.
Also, according to another embodiment of the present invention, the organic-inorganic hybrid membrane, the method of manufacturing the same, and the electrochemical device including the same may improve the stability of the organic binder in the high-temperature electrolytic solution by introducing the high- , And hence the high-temperature characteristics can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 복합 분리막을 포함하는 리튬 이차 전지 모듈의 개략도이다.
도 2는 실험예 1에서 가교 바인더의 가교 여부를 확인하기 위해 측정한 FT-IR 그래프이다.
도 3은 실험예 1과, 비교실험예 1, 2에서 제조된 리튬 이차 전지의 전기화학적 안정성을 측정한 것이다.
도 4는 실험예 1에서 제조된 복합 분리막과 비교실험예 2에서 사용된 선형 고분자 바인더를 이용하여 제조된 복합 분리막의 내열성 향상 효과를 비교한 모식도이다.
도 5는 실험예 1, 및 비교 실험예 2에서 분리막 기재로서 사용된 부직포의 표면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)으로 관찰한 결과이다.
도 6은 실험예 1에서 제조된 복합 분리막의 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과이다.
도 7은 도 6의 부분 확대도이다.
도 8은 비교실험예 2에서 제조된 복합 분리막의 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과이다.
도 9는 도 8의 부분 확대도이다.
도 10은 실험예 1 및 비교실험예 2에서 제조된 복합 분리막을 각각 60℃ 전해액에 함침시켜 5시간 방치시킨 후의 통기도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11은 실험예 1에서 제조된 복합 분리막을 60℃ 전해액에 함침시켜 5시간 방치시킨 후, 표면의 기공 구조 변화를 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 비교실험예 2에서 제조된 복합 분리막을 각각 60℃ 전해액에 함침시켜 5시간 방치시킨 후, 표면의 기공 구조 변화를 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
도 13은 실험예 1에서 제조된 복합 분리막과, 상기 복합 분리막을 60℃ 전해액에 함침시켜 5시간 방치시킨 후, 각각을 리튬 이차 전지로 제조하여 자가 방전 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 14는 비교실험예 2에서 제조된 복합 분리막과, 상기 복합 분리막을 60℃ 전해액에 함침시켜 5시간 방치시킨 후, 각각을 리튬 이차 전지로 제조하여 자가 방전 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 15는 실험예 1, 비교실험예 1, 및 비교실험예 2에서 제조된 리튬 이차 전지 코인셀의 충·방전 전류 속도를 1.0C/1.0C로 하면서 방전 용량을 관찰한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 16은 실험예 1, 및 비교실험예 2에서 제조된 리튬 이차 전지 코인셀의 충·방전 전류 속도를 1.0C/1.0C로 하면서, 고온(60℃) 챔버에서, 방전 용량을 관찰한 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic view of a lithium secondary battery module including an organic / inorganic composite separator according to an embodiment of the present invention.
2 is an FT-IR graph measured in Experimental Example 1 to confirm whether or not the crosslinking binder is crosslinked.
FIG. 3 is a graph showing the electrochemical stability of the lithium secondary battery manufactured in Experimental Example 1 and Comparative Experimental Examples 1 and 2. FIG.
4 is a schematic diagram for comparing the heat resistance improvement effect of the composite separator prepared in Experimental Example 1 and the composite separator prepared using the linear polymer binder used in Comparative Example 2. FIG.
5 shows the results of observing the surface of the nonwoven fabric used as a separator base material in Experimental Example 1 and Comparative Experimental Example 2 with a scanning electron microscope (SEM).
6 shows the results of observation of the surface of the composite membrane prepared in Experimental Example 1 by scanning electron microscope.
7 is a partial enlarged view of Fig.
8 shows the result of observation of the surface of the composite membrane prepared in Comparative Experimental Example 2 with a scanning electron microscope.
Fig. 9 is a partially enlarged view of Fig. 8. Fig.
10 is a graph showing changes in air permeability after immersing the composite separator prepared in Experimental Example 1 and Comparative Experimental Example 2 in an electrolytic solution at 60 ° C for 5 hours.
FIG. 11 shows the results of observing changes in the pore structure of the surface of the composite membrane prepared in Experimental Example 1 after impregnating the electrolyte membrane at 60 ° C. for 5 hours.
12 shows the results of observing changes in the pore structure of the surface after impregnating the composite membrane prepared in Comparative Experimental Example 2 with electrolyte at 60 ° C for 5 hours.
FIG. 13 is a graph showing the results of evaluating the self-discharge characteristics of the composite separator prepared in Experimental Example 1 and the composite separator after impregnating the composite separator in an electrolytic solution at 60.degree. C. for 5 hours, and then using each lithium rechargeable battery.
14 is a graph showing the results of evaluating the self-discharge characteristics of the composite separator prepared in Comparative Experimental Example 2 and the composite separator after impregnating the composite separator in an electrolytic solution at 60 ° C for 5 hours and then preparing each of them with a lithium secondary battery.
15 is a graph showing the results of observing the discharge capacity while changing the charging / discharging current rate of the lithium secondary battery coin cell manufactured in Experimental Example 1, Comparative Experimental Example 1, and Comparative Experimental Example 2 to 1.0C / 1.0C.
16 shows the result of observing the discharge capacity in a high-temperature (60 ° C) chamber while setting the charging / discharging current rate of the lithium secondary battery coin cell manufactured in Experimental Example 1 and Comparative Experimental Example 2 at 1.0 C / Fig.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. Thus, in some embodiments, well-known techniques are not specifically described to avoid an undesirable interpretation of the present invention. Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Whenever a component is referred to as "including" an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements, not the exclusion of any other element, unless the context clearly dictates otherwise. Also, singular forms include plural forms unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "조합"이란 혼합 또는 공중합을 의미한다. 또한 "공중합"이란 블록 공중합 내지 랜덤 공중합을 의미하고, "공중합체"란 블록 공중합체 내지 랜덤 공중합체를 의미한다.
As used herein, unless otherwise defined, "combination" means mixing or copolymerization. "Copolymerization" means block copolymerization or random copolymerization, and "copolymer" means block copolymer or random copolymer.

본 발명의 일 구현예는, 분리막; 및 상기 분리막의 내부 및 표면 중 적어도 하나에 위치되며, 다수의 무기입자가 가교 고분자 바인더에 의해 결합된 무기입자 결합물을 포함하는 유무기 복합 분리막을 제공한다.An embodiment of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device, including: a separation membrane; And at least one of an inner surface and a surface of the separation membrane, wherein the inorganic particle composite comprises a plurality of inorganic particles bonded by a crosslinked polymeric binder.

보다 상세하게, 본 발명의 일 구현예에서 상기 분리막은 고분자 부직포, 폴리올레핀계 분리막, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.More specifically, in one embodiment of the present invention, the separation membrane may include a polymer nonwoven fabric, a polyolefin separation membrane, or a combination thereof.

상기 고분자 부직포의 섬유는 부직포를 제조할 수 있는 고분자라면 특별히 한정하지는 않으나, 내열성 고분자 중에서 선택되어 사용하는 것이 유무기 복합 분리막의 열 안정성 확보에 유리하다. 이의 비제한적인 예로는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate), 폴리이미드(Polyimide), 폴리아미드(Polyamide), 폴리술폰(Polysulfone), 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile), 폴리에테르이미드(Polyetherimide), 폴리-파라페닐렌 테레프탈아마이드(Poly-paraphenylene terephthalamide), 폴리바이닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone), 폴리아크릴릭엑시드(Polyacrylicacid), 폴리바이닐알코올(Polyvinylalcohol), 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.The fiber of the polymer nonwoven fabric is not particularly limited as long as it is a polymer capable of producing a nonwoven fabric, but it is advantageous to secure the thermal stability of the organic / inorganic composite separator by selecting it from among the heat resistant polymers. Non-limiting examples thereof include polyethylene terephthalate, polyimide, polyamide, polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, Polyetherimide, poly-paraphenylene terephthalamide, polyvinylpyrrolidone, polyacrylic acid, polyvinylalcohol, derivatives thereof, and the like. And a mixture thereof.

상기 폴리올레핀계 분리막은 후술되는 가교 고분자 바인더와의 상호접착성을 높이기 위해 플라즈마 혹은 UV 조사, 친수성기를 가진 고분자 모노머를 그래프트 시키는 것 등을 통해 계면 처리된 것일 수 있다. 상기 계면 처리에 이용되는 친수성기를 가지는 그래프트 고분자 모노머는 하이드록시기(-OH), 술폰산기(-SO3H), 카르복시기(-COOH), 아미노기(-NH2), 암모늄(-NH4), 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어질 수 있다.The polyolefin-based separation membrane may be subjected to surface treatment through plasma or UV irradiation, grafting of a polymer monomer having a hydrophilic group, or the like in order to improve mutual adhesion with a crosslinked polymer binder to be described later. The graft polymer monomer having a hydrophilic group used in the surface treatment is a hydroxyl group (-OH), sulfonic acid group (-SO 3 H), carboxyl group (-COOH), amino group (-NH 2), ammonium (-NH 4), And a derivative thereof, and a mixture thereof.

부직포는 3차원적으로 불규칙하고 연속적으로 연결된 섬유의 집합체로 이루어짐에 따라 불균일하게 분포된 다수의 기공을 포함하는 것이며, 50 체적% 이상의 기공도(porosity)를 가질 수 있다. 상기 부직포의 기공의 평균 직경은 0.001 ~ 100㎛ 일 수 있으며, 보다 구체적으로는 0.001 ~ 1㎛ 일 수 있다. The nonwoven fabric includes a plurality of nonuniformly distributed pores, and may have a porosity of 50 vol% or more, because the nonwoven fabric is formed of an aggregate of three-dimensionally irregularly and continuously connected fibers. The average diameter of the pores of the nonwoven fabric may be 0.001 to 100 mu m, and more specifically 0.001 to 1 mu m.

그러나, 부직포의 기공은 불규칙하게 분포되어 있기 때문에 본 발명에서는 유무기 복합 분리막의 기공 크기 및 기공도를 제어하기 위하여 가교 고분자 바인더를 매개로 하여 무기입자를 상기 부직포 섬유의 기공에 밀집 충진하도록 한다.However, since the pores of the nonwoven fabric are irregularly distributed, in order to control the pore size and the porosity of the organic-inorganic hybrid membrane, the inorganic particles are densely packed in the pores of the nonwoven fabric via the crosslinked polymer binder.

본 발명의 일 구현예에서 상기 무기입자 결합물은 전술한 분리막의 내부 및 표면 중 적어도 하나에 위치되며, 다수의 무기입자가 가교 고분자 바인더에 의해 결합된 것이다.In one embodiment of the present invention, the inorganic particle binder is located on at least one of the inside and the surface of the above-mentioned separation membrane, and a plurality of inorganic particles are bound by a crosslinked polymer binder.

보다 구체적으로, 상기 무기입자 결합물은 50 ~ 99 wt%의 무기입자와, 1 내지 50 wt%의 가교 고분자 바인더를 포함할 수 있다. 상기 무기입자와 상기 가교 고분자 바인더를 상기 범위 내로 포함하는 경우, 무기입자 간의 결합력 확보가 용이할 수 있으며, 기공이 균일하게 형성될 수 있다.More specifically, the inorganic particle binder may include 50 to 99 wt% of inorganic particles and 1 to 50 wt% of a crosslinked polymer binder. When the inorganic particles and the crosslinked polymeric binder are contained within the above range, the bonding force between the inorganic particles can be secured easily and the pores can be uniformly formed.

여기에서, 상기 무기입자는 유무기 복합 분리막의 기공을 균일하게 제어하고 내열성을 향상시키는 역할을 할 수 있는 물질이라면 특별히 한정되지 않고 사용될 수 있다. 예컨대, 무기입자는 무기 산화물계 물질일 수 있으며, 비제한적인 예로는 SiO2, Al2O3, TiO2, BaTiO3, Li2O, LiF, LiOH, Li3N, BaO, Na2O, Li2CO3, CaCO3, LiAlO2, SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, SiC, 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 들 수 있다.Here, the inorganic particles are not particularly limited as long as they can control the pores of the organic-inorganic hybrid material separation membrane uniformly and improve heat resistance. For example, the inorganic particles may be an inorganic oxide-based materials, non-limiting examples include SiO 2, Al 2 O 3, TiO 2, BaTiO 3, Li 2 O, LiF, LiOH, Li 3 N, BaO, Na 2 O, At least one selected from the group consisting of Li 2 CO 3 , CaCO 3 , LiAlO 2 , SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , SiC, .

무기입자의 평균 직경은 0.001 ~ 10㎛ 일 수 있으며, 보다 구체적으로는 0.001 ~ 1㎛ 일 수 있다. 무기입자의 평균 직경이 상기 범위 이내이면 코팅 용액 내의 분산성이 향상되고, 코팅 공정에서의 문제 발생을 최소화할 수 있다. 또한, 최종 분리막의 물성을 균일하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 무기입자가 부직포의 기공에 균일하게 분포되어 부직포의 기계적 물성을 향상시킬 수 있으며, 유무기 복합 분리막의 기공의 크기를 용이하게 조절 가능한 이점이 있다.The average diameter of the inorganic particles may be 0.001 to 10 mu m, and more specifically 0.001 to 1 mu m. When the average diameter of the inorganic particles is within the above range, the dispersibility in the coating solution is improved and the occurrence of problems in the coating process can be minimized. In addition, the physical properties of the final separation membrane can be made uniform, the inorganic particles can be uniformly distributed in the pores of the nonwoven fabric to improve the mechanical properties of the nonwoven fabric, and the advantage of easily controlling the pore size of the organic- .

상기 가교 고분자 바인더는 전술한 무기입자 간의 상호 연결 및 고착에 의해 무기입자가 부직포 섬유로부터 쉽게 떨어지는 것을 억제할 수 있다. 가교 고분자 바인더는 가교 후 그물 구조의 고분자로 인해, 선형 고분자 형태의 바인더에 비하여, 고온에서의 무기입자들의 상호연결 및 부직포와의 접착력을 안정적으로 유지할 수 있으며 고내열성의 유무기 복합 결합물을 형성할 수 있다. The crosslinked polymeric binder can prevent the inorganic particles from easily falling from the nonwoven fabric fibers by the above-mentioned interconnection and adhesion between the inorganic particles. The crosslinked polymeric binder can stably maintain the adhesion of the inorganic particles at high temperature and adhesion to the nonwoven fabric, as compared with the linear polymeric binder due to the net structure polymer after crosslinking, and forms a highly heat resistant organic / inorganic composite can do.

이 때, 가교 고분자 바인더는 수계 및 유기 용매에 용해된 열가교 또는 광가교 모노머가 광중합 또는 열중합되어 제조된 광중합 가교 고분자 바인더, 열중합 가교 고분자 바인더 등 일 수 있다. In this case, the crosslinked polymeric binder may be a photopolymerizable crosslinked polymeric binder or a thermally crosslinked polymeric binder prepared by photopolymerizing or thermally polymerizing thermally crosslinked or crosslinked monomer dissolved in an aqueous or organic solvent.

상기 광중합 가교 고분자 바인더는, 예컨대 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Polyethyleneglycol diacrylate), 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Triethyleneglycol diacrylate), 트리메틸올프로판에톡시레이트 트리아크릴레이트(Trimethylolpropaneethoxylate triacrylate), 비스페놀 에이 에톡시레이트 디메타아크릴레이트(Bisphenol A ethoxylate dimethacrylate), 카르복시에틸 아크릴레이트(Carboxyethyl acrylate), 메틸 시아노아크릴레이트(Methyl cyanoacrylate), 에틸 시아노아크릴레이트(Ethyl cyanoacrylate), 에틸 시아노 에톡시아크릴레이트(Ethyl cyano ethoxyacrylate), 시아노 아크릴릭엑시드(Cyanoacrylic acid), 하이드록시에틸 메타크릴레이트(Hydroxyethyl methacrylate), 하이드록시프로필 아크릴레이트(Hydroxypropylacrylate), 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 광중합 고분자 모노머를 포함하는 것일 수 있다. The photopolymerizable crosslinked polymeric binder may be selected from the group consisting of polyethyleneglycol diacrylate, triethyleneglycol diacrylate, trimethylolpropaneethoxylate triacrylate, bisphenol aethoxylate dimethacrylate, Acrylate, Bisphenol A ethoxylate dimethacrylate, Carboxyethyl acrylate, Methyl cyanoacrylate, Ethyl cyanoacrylate, Ethyl cyano ethoxyacrylate, , At least one photopolymerizable polymer selected from the group consisting of cyanoacrylic acid, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropylacrylate, derivatives thereof, and mixtures thereof, It may be to include a nomeo.

상기 열중합 가교 바인더는, 예컨대 카르복실 작용기(-COOH)를 포함한 아크릴릭 엑시드(Acrylic acid), 폴리 아크릴릭 엑시드(Poly acrylic acid), 카르복시 메틸 셀룰로오스 (Carboxymethylcellulose), 알지네이트(Alginate), 혹은 합성에 의해 카르복실 작용기를 가지게 된 고분자, 또 다른 성분 중 하나인 하이드록시 작용기(-OH)를 포함한 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 아가로즈(Agarose), 혹은 합성에 의해 하이드록시 작용기를 가지게 된 고분자, 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 열중합 고분자 모노머를 포함하는 것일 수 있다. The thermally polymerizable crosslinking binder may be selected from, for example, acrylic acid including carboxyl functional group (-COOH), polyacrylic acid, carboxymethylcellulose, alginate, A polymer having a hydroxyl functional group, a polyvinyl alcohol containing one hydroxyl group (-OH), an agarose, or a polymer having a hydroxy functional group by synthesis, And at least one selected from the group consisting of a mixture of the thermoplastic polymer monomer and the thermoplastic polymer monomer.

본 발명의 일 구현예에 따른 유무기 복합 분리막은 고분자 부직포 섬유들 사이에 무기입자가 가교 고분자 바인더에 의해 연결된 밀집 충진 구조(super lattice)를 가질 수 있다. 따라서, 무기입자와 가교 고분자 바인더의 중량비를 조절하고 이를 부직포 섬유 사이의 기공에 균일하게 코팅함으로써 유무기 복합 분리막의 기공 또는 공극(interstitial volumes) 들의 직경 및 기공도를 원하는 범위로 제어할 수 있다. The organic / inorganic hybrid membrane according to one embodiment of the present invention may have a super lattice structure in which inorganic particles are bound between polymer nonwoven fabrics by a crosslinked polymer binder. Therefore, the diameter and porosity of the pores or interstitial volumes of the organic / inorganic composite membrane can be controlled within a desired range by controlling the weight ratio of the inorganic particles and the crosslinked polymeric binder to uniformly coating the pores between the nonwoven fibers.

이 때, 상기 유무기 복합 분리막의 기공의 평균 직경은 0.001 ~ 10㎛의 범위일 수 있으며, 보다 구체적으로는 0.001 ~ 1㎛ 일 수 있다. 상기 유무기 복합 분리막의 기공의 평균 직경이 상기 범위 이내이면 기체 투과도 및 이온 전도도를 원하는 범위로 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 유무기 복합 분리막을 이용하여 전지를 제조 시, 양극과 음극의 접촉에 의한 전지의 내부 단락 가능성을 없앨 수 있다. At this time, the average diameter of the pores of the organic / inorganic hybrid separator may be in the range of 0.001 to 10 탆, more specifically 0.001 to 1 탆. When the average diameter of the pores of the organic / inorganic hybrid separator is within the above range, gas permeability and ion conductivity can be controlled within a desired range. In addition, when the battery is manufactured using the organic / inorganic hybrid separator, It is possible to eliminate the possibility of an internal short circuit of the battery by the battery.

상기 유무기 복합 분리막의 기공도는 30 ~ 90 체적%의 범위 내 일수 있다. 기공도가 상기 범위 내인 경우, 이온 전도성이 높아지며 기계적 강도가 우수해질 수 있다. The porosity of the organic / inorganic hybrid membrane may be in the range of 30 to 90% by volume. When the porosity is within the above range, the ion conductivity can be increased and the mechanical strength can be enhanced.

상기 유무기 복합 분리막의 두께는 10 내지 60㎛의 범위일 수 있으며, 보다 구체적으로는 10 내지 40㎛ 일 수 있다. 두께가 상기 범위 내인 경우, 에너지 밀도가 우수해질 수 있다. The thickness of the organic / inorganic hybrid composite membrane may be in the range of 10 to 60 탆, more specifically 10 to 40 탆. When the thickness is within the above range, the energy density can be enhanced.

본 발명의 다른 구현예는, 가교 고분자 모노머를 포함하는 용액에 다수의 무기입자를 분산시키는 단계; 상기 무기입자가 분산된 용액을 분리막의 내부 및 표면 중 적어도 하나에 도포하는 단계; 상기 용액이 도포된 분리막을 경화시키는 단계; 및 상기 경화된 분리막을 건조시키는 단계;를 포함하는 유무기 복합 분리막의 제조 방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention is a method for preparing a polymer electrolyte membrane, comprising: dispersing a plurality of inorganic particles in a solution containing a crosslinked polymer monomer; Applying a solution in which the inorganic particles are dispersed to at least one of the interior and the surface of the separation membrane; Curing the separation membrane to which the solution is applied; And drying the cured separator. The present invention also provides a method of manufacturing the organic / inorganic composite separator.

먼저, 상기 가교 고분자 모노머를 포함하는 용액에 다수의 무기입자를 분산시키는 단계;에서, 상기 가교 고분자 모노머는 광가교 모노머 또는 열가교 모노머 일 수 있다.First, in the step of dispersing a plurality of inorganic particles in a solution containing the crosslinked polymer monomer, the crosslinked polymer monomer may be a photo crosslinking monomer or a heat crosslinking monomer.

상기 광가교 모노머는 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Polyethyleneglycol diacrylate), 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Triethyleneglycol diacrylate), 트리메틸올프로판에톡시레이트 트리아크릴레이트(Trimethylolpropaneethoxylate triacrylate), 비스페놀에이에톡시레이트 디메타아크릴레이트(Bisphenol A ethoxylate dimethacrylate), 카르복시에틸 아크릴레이트(Carboxyethyl acrylate), 메틸 시아노아크릴레이트(Methyl cyanoacrylate), 에틸 시아노아크릴레이트(Ethyl cyanoacrylate), 에틸 시아노 에톡시아크릴레이트(Ethyl cyano ethoxyacrylate), 시아노 아크릴릭엑시드(Cyanoacrylic acid), 하이드록시에틸 메타크릴레이트(Hydroxyethyl methacrylate), 하이드록시프로필 아크릴레이트(Hydroxypropylacrylate), 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.The photocrosslinking monomer may be selected from the group consisting of polyethylene glycol diacrylate, triethyleneglycol diacrylate, trimethylolpropaneethoxylate triacrylate, bisphenol aethoxylate dimethacrylate ( Bisphenol A ethoxylate dimethacrylate, Carboxyethyl acrylate, Methyl cyanoacrylate, Ethyl cyanoacrylate, Ethyl cyano ethoxyacrylate, Cyanoacrylate, At least one selected from the group consisting of acrylic acid, cyanoacrylic acid, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyllacrylate, derivatives thereof, and mixtures thereof.

상기 열가교 모노머는 아크릴릭 엑시드(Acrylic acid), 폴리 아크릴릭 엑시드(Poly acrylic acid), 카르복시 메틸 셀룰로오스 (Carboxymethylcellulose), 알지네이트(Alginate), 혹은 합성에 의해 카르복실 작용기를 가지게 된 고분자, 또 다른 성분 중 하나인 하이드록시 작용기(-OH)를 포함한 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 아가로즈(Agarose), 혹은 합성에 의해 하이드록시 작용기를 가지게 된 고분자, 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.The thermally crosslinked monomer may be at least one selected from the group consisting of acrylic acid, poly acrylic acid, carboxymethylcellulose, alginate, or a polymer having a carboxyl group by synthesis, Selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, agarose, or a polymer having a hydroxy functional group by synthesis, and derivatives thereof and a mixture thereof, including a hydroxy functional group (-OH) It can be one.

상기 가교 고분자 모노머는 경우에 따라 개시제와 함께, 수계 혹은 유기계 용매에 균일하게 용해시켜 용액으로 제조되어, 다수의 무기입자를 바인딩(binding)시키기 위한 가교 고분자 바인더로 사용될 수 있다. 상기 가교 고분자 바인더를 사용할 경우, 최종 복합 분리막에서 그물 형태의 바인더가 무기입자 간에 균일하게 분포될 수 있다. The crosslinked polymeric monomer may be used as a crosslinked polymeric binder for uniformly dissolving the crosslinked polymer monomer in an aqueous or organic solvent together with an initiator as a solution to bind a plurality of inorganic particles. When the crosslinked polymeric binder is used, the binder in a net form in the final composite separator can be uniformly distributed among the inorganic particles.

상기 무기입자가 분산된 용액을 분리막의 내부 및 표면 중 적어도 하나에 도포하는 단계;에서, 당업계에 알려진 통상적인 방법을 사용할 수 있으며, 예컨대, 딥 코팅(dip coating), 다이 코팅(die coating), 롤 코팅(roll coating), 콤마 코팅(comma coating), 또는 이들의 조합으로 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.And applying a solution in which the inorganic particles are dispersed to at least one of the inside and the surface of the separator, a conventional method known in the art can be used. For example, dip coating, die coating, , Roll coating, comma coating, or a combination thereof, but is not limited thereto.

본 발명의 또 다른 구현예는, 양극; 음극; 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 분리막; 및 상기 양극과, 상기 음극과, 상기 분리막을 함침하는 전해질을 포함하는 전기 화학 소자이고, 상기 분리막은 전술한 유무기 복합 분리막인 전기 화학 소자를 제공한다.Another embodiment of the present invention is directed to a positive electrode comprising: a positive electrode; cathode; A separator disposed between the anode and the cathode; And an electrolyte for impregnating the anode, the cathode, and the separation membrane. The separation membrane is the above-described organic-inorganic hybrid membrane.

여기에서, 상기 전기 화학 소자는 리튬 이차 전지 또는 수퍼커패시터 일 수 있다.Here, the electrochemical device may be a lithium secondary battery or a supercapacitor.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 복합 분리막을 포함하는 리튬 이차 전지 모듈의 개략도이다.1 is a schematic view of a lithium secondary battery module including an organic / inorganic composite separator according to an embodiment of the present invention.

도 1를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지(100)는 양극(112), 음극(113) 및 상기 양극(112)과 음극(113) 사이에 배치된 복합 분리막(1), 상기 양극(112), 음극(113) 및 복합 분리막(1)에 함침된 전해질(미도시), 전지 용기(120), 및 상기 전지 용기(120)를 봉입하는 봉입 부재(140)를 주된 부분으로 하여 구성되어 있다. 1, a lithium secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention includes a positive electrode 112, a negative electrode 113, and a composite separator 1 disposed between the positive electrode 112 and the negative electrode 113, (Not shown) impregnated into the positive electrode 112, the negative electrode 113 and the composite separator 1, the battery container 120, and the sealing member 140 for sealing the battery container 120, As shown in FIG.

보다 상세하게, 상기 리튬 이차전지(100)는 양극 활물질을 포함하는 양극(112)과 음극 활물질을 포함하는 음극(113)의 사이에 복합 분리막(1)을 개재시키고, 양극(112), 음극(113) 및 복합 분리막(1)을 전지 용기(120)에 수납하고, 리튬 이차전지용 전해질(미도시)을 주입한 후, 전지 용기(120)를 밀폐시켜 복합 분리막(1)의 기공에 리튬 이차전지용 전해질이 함침되도록 하여 제조될 수 있다. More specifically, the lithium secondary battery 100 includes a composite separator 1 interposed between a positive electrode 112 including a positive electrode active material and a negative electrode 113 including a negative electrode active material, and a positive electrode 112, a negative electrode 113 and the composite separator 1 are accommodated in a battery container 120 and an electrolyte for a lithium secondary battery is injected and the battery container 120 is sealed to form pores in the composite separator 1, And then impregnating the electrolyte.

상기 전지 용기(120)는 원통형, 각형, 코인형, 파우치형 등의 다양한 형태일 수 있다. 원통형 리튬 이차 전지의 경우는, 양극(112), 음극(113) 및 복합 분리막(1)를 차례로 적층한 다음 스피럴 상으로 권취된 상태로 전지 용기(120)에 수납하여 리튬 이차 전지를 구성할 수 있다. The battery container 120 may have various shapes such as a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, and a pouch shape. In the case of the cylindrical lithium secondary battery, the anode 112, the cathode 113, and the composite separator 1 are stacked in this order, and then wound into a spiral wound state in a battery container 120 to constitute a lithium secondary battery .

리튬 이차 전지의 구조와 제조 방법은 이 분야에 널리 알려져 있으므로 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
Since the structure and manufacturing method of the lithium secondary battery are well known in the art, a detailed description thereof will be omitted in order to avoid an ambiguous interpretation of the present invention.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments and comparative examples of the present invention will be described. However, the following examples are only a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example

실험예Experimental Example 1: 유무기 복합 분리막 및 리튬 이차 전지의 제조 1: Manufacture of organic and inorganic composite membranes and lithium secondary batteries

무기입자 및 가교 고분자 바인더가 도입될 내열성 분리막 기재로는 폴리-파라페닐렌 테레프탈아마이드(Poly-paraphenylene terephthalamide, PPTA) 재질의 부직포(두께 = 16㎛, 기공도(porosity) = 70%)를 사용하였다. 무기입자는 평균 직경 100㎚ 크기의 SiO2, 가교 고분자 모노머로는 카르복시에틸 아크릴레이트(Carboxyethyl acrylate, CEA)가 에탄올에 용해되어 형성된 용액(고형분 = 1.7 wt%)을 사용하였다. 상기 고형분은 용매(에탄올)을 제외한 나머지 요소들을 의미하며, 여기서는 에탄올에 용해된 CEA 모노머의 함량을 의미한다.A nonwoven fabric (thickness = 16 탆, porosity = 70%) made of poly-paraphenylene terephthalamide (PPTA) was used as the heat resistant separator substrate to which the inorganic particles and the crosslinked polymer binder were to be introduced . A solution (solid content = 1.7 wt%) in which SiO 2 having an average diameter of 100 nm in average particle size and carboxyethyl acrylate (CEA) was dissolved in ethanol as a crosslinked polymer monomer was used. The solid content means the remaining components except for the solvent (ethanol), which means the content of the CEA monomer dissolved in ethanol.

가교 고분자 바인더의 개시제로는 하이드록시 3-페녹시프로필 아크릴레이트(Hydroxy 3- Phenoxypropyl Acrylate, HPPA)를 사용하였다.Hydroxy 3-phenoxypropyl acrylate (HPPA) was used as an initiator of the crosslinked polymeric binder.

상기에서 제조된 CEA 용액에 100㎚ 입도 크기를 갖는 SiO2를 투입한 후, 1 시간 동안 분산시켜, 고형분 15.3 중량%의 코팅 용액을 제조하였다. 상기 고형분은 용매(에탄올)을 제외한 나머지 요소들을 의미하며, 여기서는 에탄올에 용해된 CEA 바인더 외에 함께 투입한 SiO2까지 포함된 양을 의미한다.SiO 2 having a particle size of 100 nm was added to the CEA solution prepared above and dispersed for 1 hour to prepare a coating solution having a solid content of 15.3% by weight. The solid content means the remaining elements except for the solvent (ethanol), and here, it means the amount including up to SiO 2 added in addition to the CEA binder dissolved in ethanol.

제조된 코팅 용액에 상기 PPTA 부직포를 침지하여 딥 코팅(dip coating) 한 후, 용매를 증발시키고, 자외선을 조사하여 광가교 모노머를 광중합시켜 두께 약 35 ㎛의 복합 분리막을 제조하였다.The PPTA nonwoven fabric was immersed in the coating solution and dip coated. Then, the solvent was evaporated, and the photocrosslinking monomer was photopolymerized by irradiating ultraviolet rays to prepare a composite membrane having a thickness of about 35 μm.

양극 활물질로 리튬 코발트 복합산화물(LiCoO2) 95 wt%, 도전재로 카본 블랙 2 wt%, 결합재로 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF) 3 wt% 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.(LiCoO 2 ) 95 wt% as a cathode active material, 2 wt% of carbon black as a conductive material, and 3 wt% of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder in a solvent N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to prepare a positive electrode mixture slurry. The anode mixture slurry was applied to an aluminum (Al) thin film of a cathode current collector having a thickness of 20 μm and dried to produce a cathode, followed by roll pressing.

음극 활물질로 그래파이트(graphite), 결합재로 스타이렌 부타디엔 러버(Stylene butadiene rubber, SBR), 카복시메틸 셀룰로오스 소듐(Carboxymethyl cellulose sodium, CMC), 도전재로 카본 블랙을 각각 96 wt%, 1 wt%, 1 wt%, 2 wt%로 하여, 용제인 물에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 혼합물 슬러리를 두께가 20㎛인 음극 집전체인 구리(Cu) 박막에 도포, 건조를 통하여 음극을 제조한 후 롤 프레스를 실시하였다.Graphite as a negative electrode active material, styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose sodium (CMC) as a binder and carbon black as a conductive material were dispersed in 96 wt%, 1 wt%, and 1 wt% wt.% and 2 wt.%, respectively, to water as a solvent to prepare a negative electrode mixture slurry. The negative electrode mixture slurry was applied to a copper (Cu) thin film as an anode current collector having a thickness of 20 mu m and dried to produce a negative electrode, followed by roll pressing.

유기용매(EC:DEC = 1:1(v:v))에 LiPF6의 농도가 1M이 되도록 용해하여 비수성 전해액을 제조하였다. The nonaqueous electrolytic solution was prepared by dissolving LiPF 6 in an organic solvent (EC: DEC = 1: 1 (v: v)) to a concentration of 1M.

상기와 같이 제조된 양극, 음극, 및 복합 분리막을 넣어 코인형 셀을 형성한 후, 비수성 전해액을 주입하여 리튬 이차 전지 코인셀을 제조하였다.
The positive electrode, negative electrode, and composite separator thus prepared were put into a coin type cell, and then a nonaqueous electrolyte was injected to prepare a coin cell of a lithium secondary battery.

비교실험예Comparative Experimental Example 1: 분리막 및 리튬 이차 전지의 제조 1: Preparation of Membrane and Lithium Secondary Battery

실험예 1에서 분리막으로서 폴리올레핀 막(두께 약 20㎛, Tonen사 제품)을 사용한것을 제외하고는, 실험예 1과 동일한 방법으로 수행하여 리튬 이차 전지 코인셀을 제조하였다.
A lithium secondary battery coin cell was manufactured in the same manner as in Experimental Example 1, except that a polyolefin film (thickness: about 20 μm, manufactured by Tonen Co., Ltd.) was used as a separator in Experimental Example 1.

비교실험예Comparative Experimental Example 2: 분리막 및 리튬 이차 전지의 제조 2: Preparation of separator and lithium secondary battery

실험예 1에서 바인더로서 선형 고분자 바인더인 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오르프로필렌(Polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene)을 이용하여 복합 분리막을 제조한 것을 제외하고는, 실험예 1과 동일하게 리튬 이차 전지 코인셀을 제조하였다.
A lithium secondary battery coin cell was prepared in the same manner as in Experimental Example 1, except that a composite separator was prepared by using polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene, which is a linear polymer binder, as a binder in Experimental Example 1 .

평가 evaluation

평가 1: 물성 평가Evaluation 1: Property evaluation

먼저, 실험예 1에서 가교 모노머의 가교 여부를 확인하기 위해 측정한 FT-IR의 peak 변화를 도 2에 나타내었다. First, the peak change of the FT-IR measured to confirm the crosslinking of the crosslinking monomer in Experimental Example 1 is shown in FIG.

도 2를 참조하면, 가교 후 복합 분리막에서 C=C 이중결합에 해당하는 peak (1620~1640 cm-1)가 사라짐을 확인하였다. Referring to FIG. 2, it was confirmed that the peak (1620 ~ 1640 cm -1 ) corresponding to C = C double bonds disappeared in the composite membrane after crosslinking.

도 3은 실험예 1과, 비교실험예 1, 2에서 제조된 리튬 이차 전지의 전기화학적 안정성을 측정한 것이다. FIG. 3 is a graph showing the electrochemical stability of the lithium secondary battery manufactured in Experimental Example 1 and Comparative Experimental Examples 1 and 2. FIG.

도 3을 참조하면, 비교실험예 1, 2과 대비하여, 실험예 1에서 제조된 리튬 이차 전지가 가장 우수한 전기화학적 안정성을 나타내었다. Referring to FIG. 3, the lithium secondary battery manufactured in Experimental Example 1 exhibited the best electrochemical stability as compared with Comparative Examples 1 and 2.

도 4는 실험예 1에서 제조된 복합 분리막과 비교실험예 2에서 사용된 선형 고분자 바인더를 이용하여 제조된 복합 분리막의 내열성 향상 효과를 비교한 모식도이다.4 is a schematic diagram for comparing the heat resistance improvement effect of the composite separator prepared in Experimental Example 1 and the composite separator prepared using the linear polymer binder used in Comparative Example 2. FIG.

도 4를 참조하면, 실험예 1에서 제조된 복합 분리막은 부직포 섬유로 이루어진 부직포와 부직포 섬유들 사이에 가교 바인더를 매개로 분포된 무기입자에 의해 도입된 기공(interstitial volume)을 포함한다. 상기 가교 바인더는 가교 모노머를 광중합하여 제조한 그물 구조의 고분자일 수 있다. Referring to FIG. 4, the composite membrane produced in Experimental Example 1 includes an interstitial volume introduced by inorganic particles distributed between nonwoven fabrics made of nonwoven fabric and nonwoven fibers via a crosslinking binder. The crosslinking binder may be a polymer having a net structure prepared by photopolymerizing a crosslinking monomer.

실험예 1에서 제조된 복합 분리막은 무기입자들 사이에서 가교되어 그물형태로 균일하게 분포될 수 있는 가교 바인더의 장점으로 인해, 고온 전해액에 함침시킨 후에도 유무기 코팅층이 유지되며, 기공을 유지한다. 이에 따라, 상기 복합 분리막을 포함하여 제조된 리튬 이차 전지는 고온에서의 안전성을 가지며, 특히, 내부 단락(internal short-circuits)을 억제시킬 수 있다. The composite separator prepared in Experimental Example 1 retains the organic coating layer and maintains the pores even after being impregnated with the high temperature electrolytic solution because of the advantage of the crosslinked binder that can be uniformly distributed in a net form by being crosslinked between the inorganic particles. Accordingly, the lithium secondary battery including the composite separator has safety at high temperature, and particularly can suppress internal short-circuits.

또한, 도 4를 참조하면, 비교실험예 2에서 제조된 복합 분리막은 무기입자들 사이의 선형 고분자의 접착력에 의해 코팅층이 유지되며, 고온 전해액에서 용해되는 선형 고분자 바인더의 특성에 따라 고온 전해액에 함침 후에는 유무기 코팅층을 유지할 수 없다. 이에 따라 상기 복합 분리막을 포함하여 제조된 리튬 이차 전지는 고온에서 불안정한 거동을 보이며, 특히, 내부 단락이 발생할 수 있다. Referring to FIG. 4, in the composite separator prepared in Comparative Experimental Example 2, the coating layer is retained by the adhesion of the linear polymer between the inorganic particles, and depending on the characteristics of the linear polymer binder dissolved in the high temperature electrolytic solution, The organic coating layer can not be maintained afterwards. Accordingly, the lithium secondary battery including the composite separator exhibits unstable behavior at high temperatures, and in particular, an internal short circuit may occur.

한편, 실험예 1에 의해 제조된 복합 분리막의 두께는 35 ㎛이고, 비교실험예 1에서 제조된 복합 분리막의 두께는 20㎛이다. 그러나, 실험예 1의 복합 분리막의 통기도는 46.5(sec/100cc)로 비교실험예 1의 복합 분리막의 통기도인 240(sec/100cc)에 비해 현저히 향상되었음을 알 수 있다. On the other hand, the thickness of the composite separator prepared in Experimental Example 1 is 35 탆, and the thickness of the composite separator prepared in Comparative Experiment 1 is 20 탆. However, the air permeability of the composite membrane of Experimental Example 1 is 46.5 (sec / 100cc), which is significantly improved compared with 240 (sec / 100cc) of the air permeability of the composite membrane of Comparative Experiment Example 1.

한편, 비교실험예 2에서 제조된 복합 분리막의 두께는 35㎛이고, 이 때의 통기도가 48.7(sec/100cc)로, 실험예 1과 매우 유사하게 제조되었다.
On the other hand, the thickness of the composite membrane prepared in Comparative Experiment 2 was 35 μm, and the air permeability at this time was 48.7 (sec / 100 cc), which was very similar to Experimental Example 1.

평가 2: 기공 관찰Evaluation 2: Porcine observation

도 5는 실험예 1, 및 비교 실험예 2에서 분리막 기재로서 사용된 부직포의 표면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)으로 관찰한 결과이다.5 shows the results of observing the surface of the nonwoven fabric used as a separator base material in Experimental Example 1 and Comparative Experimental Example 2 with a scanning electron microscope (SEM).

도 6은 실험예 1에서 제조된 복합 분리막의 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과이고, 도 7은 도 6의 부분 확대도이다.FIG. 6 shows the result of observation of the surface of the composite separator prepared in Experimental Example 1 with a scanning electron microscope, and FIG. 7 is a partially enlarged view of FIG.

도 6 및 도 7을 참조하면, 실험예 1에서 제조된 복합 분리막은 100 nm 실리카 나노 입자들 사이에 균일한 기공이 발달되었음을 알 수 있다. Referring to FIGS. 6 and 7, it can be seen that the composite membrane prepared in Experimental Example 1 exhibited uniform pores among the 100 nm silica nanoparticles.

도 8은 비교실험예 2에서 제조된 복합 분리막의 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과이고, 도 9는 도 8의 부분 확대도이다.
FIG. 8 shows the result of observation of the surface of the composite separator prepared in Comparative Experiment 2 with a scanning electron microscope, and FIG. 9 is a partial enlarged view of FIG.

평가 3: 내열성 측정Evaluation 3: Heat resistance measurement

도 10은 실험예 1 및 비교실험예 2에서 제조된 복합 분리막을 각각 60℃ 전해액에 함침시켜 5시간 방치시킨 후의 통기도 변화를 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing changes in air permeability after immersing the composite separator prepared in Experimental Example 1 and Comparative Experimental Example 2 in an electrolytic solution at 60 ° C for 5 hours.

도 11은 실험예 1에서 제조된 복합 분리막을 60℃ 전해액에 함침시켜 5시간 방치시킨 후, 표면의 기공 구조 변화를 관찰한 결과를 나타낸 것이다.FIG. 11 shows the results of observing changes in the pore structure of the surface of the composite membrane prepared in Experimental Example 1 after impregnating the electrolyte membrane at 60 ° C. for 5 hours.

도 12는 비교실험예 2에서 제조된 복합 분리막을 각각 60℃ 전해액에 함침시켜 5시간 방치시킨 후, 표면의 기공 구조 변화를 관찰한 결과를 나타낸 것이다.12 shows the results of observing changes in the pore structure of the surface after impregnating the composite membrane prepared in Comparative Experimental Example 2 with electrolyte at 60 ° C for 5 hours.

도 10 및 도 12를 참조하면, 비교실험예 2에서 제조된 선형 고분자 바인더를 사용한 복합 분리막은 고온 전해액에 함침 후, 코팅 층이 탈리되어 불균일한 기공 구조를 형성하였음을 알 수 있다. 이로 인해, 통기도 값이 현저히 떨어지는 것을 확인 할 수 있다. 통기도 변화율은 약 90.6%이다.Referring to FIGS. 10 and 12, it can be seen that the composite separator using the linear polymeric binder prepared in Comparative Experiment Example 2, after impregnation with the high temperature electrolyte, desorbed the coating layer and formed a non-uniform pore structure. As a result, it can be confirmed that the air permeability value is significantly lowered. The air permeability change rate is about 90.6%.

이에 반해, 도 10 및 도 11을 참조하면, 실험예 1에서 제조된 가교 고분자 바인더를 사용한 복합 분리막은 고온 전해액 함침 후에도, 균일한 기공구조를 유지하고 있으며, 통기도 값의 차이 또한 매우 작은 것을 확인 할 수 있다. 통기도 변화율은 약 5.4%이다.
10 and 11, the composite separator using the crosslinked polymeric binder prepared in Experimental Example 1 maintains a uniform pore structure even after impregnation with a high-temperature electrolytic solution, and the difference in the air permeability value is also very small . The air permeability change rate is about 5.4%.

평가 4: 자가 방전 특성 평가Evaluation 4: Evaluation of self-discharge characteristics

도 13은 실험예 1에서 제조된 복합 분리막과, 상기 복합 분리막을 60℃ 전해액에 함침시켜 5시간 방치시킨 후, 각각을 리튬 이차 전지로 제조하여 자가 방전 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 13 is a graph showing the results of evaluating the self-discharge characteristics of the composite separator prepared in Experimental Example 1 and the composite separator after impregnating the composite separator in an electrolytic solution at 60.degree. C. for 5 hours, and then using each lithium rechargeable battery.

도 13을 참조하면, 실험예 1에서 제조된 복합 분리막의 경우, 고온 전해액에 함침시키기 전과 후의 복합 분리막 모두 균일한 기공구조를 유지하여, 자가방전을 억제하는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 13, it can be seen that the composite membrane prepared in Experimental Example 1 maintains a uniform pore structure before and after the impregnation in the high-temperature electrolytic solution, thereby suppressing self-discharge.

도 14는 비교실험예 2에서 제조된 복합 분리막과, 상기 복합 분리막을 60℃ 전해액에 함침시켜 5시간 방치시킨 후, 각각을 리튬 이차 전지로 제조하여 자가 방전 특성을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.14 is a graph showing the result of evaluating the self-discharge characteristics of the composite separator prepared in Comparative Experimental Example 2 and the composite separator after impregnating the composite separator in an electrolytic solution at 60 ° C for 5 hours and then each being made of a lithium secondary battery.

도 14를 참조하면, 비교실험예 2에서 제조된 복합 분리막의 경우, 고온 전해액에 함침시키기 전의 복합 분리막은 자가방전을 억제하는 것을 확인할 수 있었으나, 고온 전해액에 함침 후에는 선형 고분자 바인더로 인해 불균일한 기공 구조가 형성되어 극심한 자가방전이 나타나는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 14, in the case of the composite separator prepared in Comparative Experiment Example 2, it was confirmed that the composite separator before impregnation with the high-temperature electrolyte suppressed the self-discharge, but after the impregnation into the high temperature electrolytic solution, It can be seen that a pore structure is formed and severe self-discharge occurs.

따라서, 비교실험예 2에서 제조된 복합 분리막과 비교할 때, 실험예 1에서 제조된 복합 분리막이 고온 전해액에서 구조적으로 안정하다는 것을 알 수 있다.
Therefore, it can be seen that the composite membrane prepared in Experimental Example 1 is structurally stable in the high-temperature electrolyte as compared with the composite membrane prepared in Comparative Example 2. [

평가 5: 상온 전지 성능 평가Evaluation 5: Evaluation of room temperature battery performance

도 15는 실험예 1, 비교실험예 1, 및 비교실험예 2에서 제조된 리튬 이차 전지 코인셀의 충·방전 전류 속도를 1.0C/1.0C로 하면서 방전 용량을 관찰한 결과를 나타낸 그래프이다.15 is a graph showing the results of observing the discharge capacity while changing the charging / discharging current rate of the lithium secondary battery coin cell manufactured in Experimental Example 1, Comparative Experimental Example 1, and Comparative Experimental Example 2 to 1.0C / 1.0C.

도 15를 참조하면, 비교실험예 1에서 제조된 리튬 이차 전지에 비해 실험예 1, 및 비교실험예 2에서 제조된 리튬 이차 전지가 높은 방전 용량을 보임을 알 수 있다.
Referring to FIG. 15, it can be seen that the lithium secondary batteries manufactured in Experimental Example 1 and Comparative Experimental Example 2 have a higher discharge capacity than the lithium secondary batteries manufactured in Comparative Experiment Example 1.

평가 6: 고온 전지 성능 평가Evaluation 6: Evaluation of high temperature battery performance

도 16은 실험예 1, 및 비교실험예 2에서 제조된 리튬 이차 전지 코인셀의 충·방전 전류 속도를 1.0C/1.0C로 하면서, 고온(60℃) 챔버에서, 방전 용량을 관찰한 결과를 나타낸 그래프이다.16 shows the result of observing the discharge capacity in a high-temperature (60 ° C) chamber while setting the charge / discharge current rate of the lithium secondary battery coin cell manufactured in Experimental Example 1 and Comparative Experimental Example 2 at 1.0 C / Fig.

도 16을 참조하면, 비교실험예 2에서 제조된 리튬 이차 전지에 비해 실험예 1에서 제조된 리튬 이차 전지가 용량 유지율이 우수함을 알 수 있다.16, it can be seen that the lithium secondary battery manufactured in Experimental Example 1 has a higher capacity retention ratio than the lithium secondary battery manufactured in Comparative Experiment Example 2. [

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims. As will be understood by those skilled in the art. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

1: 복합 분리막 100: 리튬 이차 전지
112: 양극 113: 음극
120: 전지 용기 140: 봉입 부재
1: composite separator 100: lithium secondary battery
112: anode 113: cathode
120: battery container 140: sealing member

Claims (23)

분리막; 및
상기 분리막의 내부 및 표면 중 적어도 하나에 위치되며, 다수의 무기입자가 가교 고분자 바인더에 의해 결합된 무기입자 결합물
을 포함하는 유무기 복합 분리막.
Separation membrane; And
A plurality of inorganic particles bonded to each other by a crosslinking polymer binder,
/ RTI >
제 1 항에 있어서,
상기 분리막은 고분자 부직포, 폴리올레핀계 분리막, 또는 이들의 조합을 포함하는 유무기 복합 분리막.
The method according to claim 1,
The separator includes a polymer nonwoven fabric, a polyolefin separator, or a combination thereof.
제 2 항에 있어서,
상기 고분자 부직포는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate), 폴리이미드(Polyimide), 폴리아미드(Polyamide), 폴리술폰(Polysulfone), 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile), 폴리에테르이미드(Polyetherimide), 폴리-파라페닐렌 테레프탈아마이드(Poly-paraphenylene terephthalamide), 폴리바이닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone), 폴리아크릴릭엑시드(Polyacrylicacid), 폴리바이닐알코올(Polyvinylalcohol), 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어진 유무기 복합 분리막.
3. The method of claim 2,
The polymeric nonwoven fabric may be made of a material selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polyimide, polyamide, polysulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, Polyetherimide, poly-paraphenylene terephthalamide, polyvinylpyrrolidone, polyacrylic acid, polyvinylalcohol, and derivatives thereof and mixtures thereof Wherein at least one of the organic and inorganic composite membranes comprises at least one selected from the group consisting of:
제 2 항에 있어서,
상기 고분자 부직포 내 기공의 평균 직경은 0.001 내지 100㎛ 인 유무기 복합 분리막.
3. The method of claim 2,
Wherein the average diameter of the pores in the polymer nonwoven fabric is 0.001 to 100 탆.
제 2 항에 있어서,
상기 폴리올레핀계 분리막은 플라즈마 조사, UV 조사, 또는 친수성기의 그래프트(graft)에 의해 계면 처리된 것인 유무기 복합 분리막.
3. The method of claim 2,
Wherein the polyolefin-based separation membrane is subjected to surface treatment by plasma irradiation, UV irradiation, or graft of a hydrophilic group.
제 5 항에 있어서,
상기 친수성기의 그래프트는 친수성기를 갖는 고분자 모노머를 상기 폴리올레핀계 분리막에 그래프트 중합하는 것으로,
상기 고분자 모노머는 하이드록시기(-OH), 술폰산기(-SO3H), 카르복시기(-COOH), 아미노기(-NH2), 암모늄(-NH4), 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나인 유무기 복합 분리막.
6. The method of claim 5,
The graft of the hydrophilic group is obtained by graft polymerization of a polymer monomer having a hydrophilic group to the polyolefin separator,
The polymeric monomer may be a polymeric monomer having a hydroxyl group (-OH), a sulfonic acid group (-SO 3 H), a carboxyl group (-COOH), an amino group (-NH 2 ), ammonium (-NH 4 ) Wherein at least one of the organic and inorganic composite membranes is selected from the group consisting of:
제 1 항에 있어서,
상기 무기입자는 SiO2, Al2O3, TiO2, BaTiO3, Li2O, LiF, LiOH, Li3N, BaO, Na2O, Li2CO3, CaCO3, LiAlO2, SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, SiC, 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나인 유무기 복합 분리막.
The method according to claim 1,
The inorganic particles are SiO 2, Al 2 O 3, TiO 2, BaTiO 3, Li 2 O, LiF, LiOH, Li 3 N, BaO, Na 2 O, Li 2 CO 3, CaCO 3, LiAlO 2, SrTiO 3, At least one selected from the group consisting of SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , SiC, and derivatives thereof and mixtures thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 무기입자의 평균 직경은 0.001 내지 10㎛ 인 유무기 복합 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the inorganic particles have an average diameter of 0.001 to 10 mu m.
제 1 항에 있어서,
상기 가교 고분자 바인더는 광중합 가교 고분자 바인더 또는 열중합 가교 고분자 바인더인 유무기 복합 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the crosslinked polymeric binder is a photopolymerizable crosslinked polymeric binder or a thermally polymerized crosslinkable polymeric binder.
제 9 항에 있어서,
상기 광중합 가교 고분자 바인더는 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Polyethyleneglycol diacrylate), 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Triethyleneglycol diacrylate), 트리메틸올프로판에톡시레이트 트리아크릴레이트(Trimethylolpropaneethoxylate triacrylate), 비스페놀 에이 에톡시레이트 디메타아크릴레이트(Bisphenol A ethoxylate dimethacrylate), 카르복시에틸 아크릴레이트(Carboxyethyl acrylate), 메틸 시아노아크릴레이트(Methyl cyanoacrylate), 에틸 시아노아크릴레이트(Ethyl cyanoacrylate), 에틸 시아노 에톡시아크릴레이트(Ethyl cyano ethoxyacrylate), 시아노 아크릴릭엑시드(Cyanoacrylic acid), 하이드록시에틸 메타크릴레이트(Hydroxyethyl methacrylate), 하이드록시프로필 아크릴레이트(Hydroxypropylacrylate), 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 유무기 복합 분리막.
10. The method of claim 9,
The photopolymerizable crosslinked polymeric binder may be at least one selected from the group consisting of polyethylene glycol diacrylate, triethyleneglycol diacrylate, trimethylolpropaneethoxylate triacrylate, bisphenol aethoxylate dimethacrylate Such as bisphenol A ethoxylate dimethacrylate, Carboxyethyl acrylate, Methyl cyanoacrylate, Ethyl cyanoacrylate, Ethyl cyano ethoxyacrylate, Which comprises at least one selected from the group consisting of cyanoacrylic acid, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyllacrylate, and derivatives thereof, and mixtures thereof. Rimak.
제 9 항에 있어서,
상기 열중합 가교 고분자 바인더는 아크릴릭 엑시드(Acrylic acid), 폴리 아크릴릭 엑시드(Poly acrylic acid), 카르복시 메틸 셀룰로오스 (Carboxymethylcellulose), 알지네이트(Alginate), 혹은 합성에 의해 카르복실 작용기를 가지게 된 고분자, 또 다른 성분 중 하나인 하이드록시 작용기(-OH)를 포함한 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 아가로즈(Agarose), 혹은 합성에 의해 하이드록시 작용기를 가지게 된 고분자, 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 유무기 복합 분리막.
10. The method of claim 9,
The thermally polymerizable crosslinked polymeric binder may be selected from the group consisting of acrylic acid, polyacrylic acid, carboxymethylcellulose, alginate or a polymer having a carboxyl group by synthesis, A group consisting of polyvinyl alcohol, an agarose, a polymer having a hydroxy functional group by synthesis, a derivative thereof, and a mixture thereof, including a hydroxy functional group (-OH) And at least one selected from the group consisting of carbon and nitrogen.
제 1 항에 있어서,
상기 무기입자 결합물은 50 내지 99 wt%의 상기 무기입자와, 1 내지 50 wt%의 상기 가교 고분자 바인더를 포함하는 유무기 복합 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the inorganic particle binder comprises 50 to 99 wt% of the inorganic particles and 1 to 50 wt% of the crosslinker polymer binder.
제 1 항에 있어서,
상기 유무기 복합 분리막은 3차원 밀집 충진 구조(super lattice) 인 유무기 복합 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the organic-inorganic hybrid membrane is a three-dimensional densely packed structure (super lattice).
제 1 항에 있어서,
상기 유무기 복합 분리막의 기공의 평균 직경은 0.001 내지 10㎛ 인 유무기 복합 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the organic / inorganic hybrid composite membrane has an average pore diameter of 0.001 to 10 mu m.
제 1 항에 있어서,
상기 유무기 복합 분리막의 기공도는 30 내지 90 체적% 인 유무기 복합 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the organic / inorganic hybrid membrane has a porosity of 30 to 90% by volume.
제 1 항에 있어서,
상기 유무기 복합 분리막의 두께는 10 내지 60㎛ 인 유무기 복합 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the organic / inorganic hybrid membrane has a thickness of 10 to 60 mu m.
가교 고분자 모노머를 포함하는 용액에 다수의 무기입자를 분산시키는 단계;
상기 무기입자가 분산된 용액을 분리막의 내부 및 표면 중 적어도 하나에 도포하는 단계;
상기 용액이 도포된 분리막을 경화시키는 단계; 및
상기 경화된 분리막을 건조시키는 단계
를 포함하는 유무기 복합 분리막의 제조 방법.
Dispersing a plurality of inorganic particles in a solution containing a crosslinking polymer monomer;
Applying a solution in which the inorganic particles are dispersed to at least one of the interior and the surface of the separation membrane;
Curing the separation membrane to which the solution is applied; And
Drying the cured separator
Based composite separator.
제 17 항에 있어서,
상기 가교 고분자 모노머는 광가교 모노머 또는 열가교 모노머인 유무기 복합 분리막의 제조 방법.
18. The method of claim 17,
Wherein the crosslinked polymer monomer is a photo-crosslinking monomer or a thermally crosslinked monomer.
제 18 항에 있어서,
상기 광가교 모노머는 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Polyethyleneglycol diacrylate), 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Triethyleneglycol diacrylate), 트리메틸올프로판에톡시레이트 트리아크릴레이트(Trimethylolpropaneethoxylate triacrylate), 비스페놀에이에톡시레이트 디메타아크릴레이트(Bisphenol A ethoxylate dimethacrylate), 카르복시에틸 아크릴레이트(Carboxyethyl acrylate), 메틸 시아노아크릴레이트(Methyl cyanoacrylate), 에틸 시아노아크릴레이트(Ethyl cyanoacrylate), 에틸 시아노 에톡시아크릴레이트(Ethyl cyano ethoxyacrylate), 시아노 아크릴릭엑시드(Cyanoacrylic acid), 하이드록시에틸 메타크릴레이트(Hydroxyethyl methacrylate), 하이드록시프로필 아크릴레이트(Hydroxypropylacrylate), 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 유무기 복합 분리막의 제조 방법.
19. The method of claim 18,
The photocrosslinking monomer may be selected from the group consisting of polyethylene glycol diacrylate, triethyleneglycol diacrylate, trimethylolpropaneethoxylate triacrylate, bisphenol aethoxylate dimethacrylate ( Bisphenol A ethoxylate dimethacrylate, Carboxyethyl acrylate, Methyl cyanoacrylate, Ethyl cyanoacrylate, Ethyl cyano ethoxyacrylate, Cyanoacrylate, A method for producing an organic / inorganic hybrid membrane which is at least one selected from the group consisting of acrylic acid, cyanoacrylic acid, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyllacrylate, derivatives thereof, .
제 18 항에 있어서,
상기 열가교 모노머는 아크릴릭 엑시드(Acrylic acid), 폴리 아크릴릭 엑시드(Poly acrylic acid), 카르복시 메틸 셀룰로오스 (Carboxymethylcellulose), 알지네이트(Alginate), 혹은 합성에 의해 카르복실 작용기를 가지게 된 고분자, 또 다른 성분 중 하나인 하이드록시 작용기(-OH)를 포함한 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 아가로즈(Agarose), 혹은 합성에 의해 하이드록시 작용기를 가지게 된 고분자, 및 이들의 유도체와 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 유무기 복합 분리막의 제조 방법.
19. The method of claim 18,
The thermally crosslinked monomer may be at least one selected from the group consisting of acrylic acid, poly acrylic acid, carboxymethylcellulose, alginate, or a polymer having a carboxyl group by synthesis, Selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, agarose, or a polymer having a hydroxy functional group by synthesis, and derivatives thereof and a mixture thereof, including a hydroxy functional group (-OH) A method for producing an organic / inorganic hybrid membrane.
제 17 항에 있어서,
상기 무기입자가 분산된 용액을 분리막의 내부 및 표면 중 적어도 하나에 도포하는 단계;에서,
상기 도포는 딥 코팅(dip coating), 다이 코팅(die coating), 롤 코팅(roll coating), 콤마 코팅(comma coating), 또는 이들의 조합으로 수행되는 유무기 복합 분리막의 제조 방법.
18. The method of claim 17,
Applying a solution in which the inorganic particles are dispersed to at least one of the interior and the surface of the separation membrane,
Wherein the application is performed by dip coating, die coating, roll coating, comma coating, or a combination thereof.
양극;
음극;
상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 분리막; 및
상기 양극과, 상기 음극과, 상기 분리막을 함침하는 전해질을 포함하는 전기 화학 소자이고,
상기 분리막은 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 의한 유무기 복합 분리막인 전기 화학 소자.
anode;
cathode;
A separator disposed between the anode and the cathode; And
And an electrolyte that impregnates the anode, the cathode, and the separator,
The separator is an organic / inorganic hybrid separator according to any one of claims 1 to 16.
제 22 항에 있어서,
상기 전기 화학 소자는 리튬 이차 전지 또는 수퍼커패시터인 전기 화학 소자.
23. The method of claim 22,
Wherein the electrochemical device is a lithium secondary battery or a supercapacitor.
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