KR20160051664A - A method for manufacturing a separator for a lithium secondary battery and the separator fabricated by the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이차 전지용 분리막의 제조 방법 및 그로부터 제조된 이차 전지용 분리막에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 제조 공정시 분리막의 손상을 최소화하고 통기도 등 물성 조절이 용이한 이차 전지용 분리막의 제조 방법 및 그 분리막에 대한 것이다. The present invention relates to a process for producing a separator for a secondary battery and a separator for a secondary battery produced from the process. More particularly, the present invention relates to a method for manufacturing a separation membrane for a secondary battery, which minimizes damage to the separation membrane during manufacturing and facilitates control of physical properties such as air permeability, and a separation membrane therefor.
리튬 이온 전지는 양극/음극/분리막/전해액을 기본으로 구성되어 화학에너지와 전기에너지가 가역적으로 변환되면서 충방전이 가능한 에너지 말도가 높은 에너지 저장체로, 휴대폰, 노트북 등의 소형 전자 장비에 폭넓게 사용된다. 최근에는 환경문제, 고유가, 에너지 효율 및 저장을 위한 대응으로 복합 전기 자동차(전기 자동차(hybrid electric vehicles, HEV), 플러그 전기 자동차(Plug-in EV), 전기자전거(e-bike) 및 에너지 저장 시스템(Energy storage system, ESS)으로의 응용이 급속히 확대되고 있다.Lithium-ion batteries are based on anode / cathode / separator / electrolytic solution and are widely used in small electronic equipment such as mobile phones and laptops because they are highly energy- . In recent years, hybrid electric vehicles (HEV), plug-in EVs, electric bikes (e-bikes) and energy storage systems (Energy Storage System, ESS) is rapidly expanding.
리튬 이온 이차 전지는 분리막에 의해 절연화되어 있는 안정한 전기화학소자이지만, 내부 또는 외부의 전지이상 현상이나 충격에 의해 양극과 음극의 단락이 발생되어 발열 및 폭발 가능성이 있으므로 절연체로서의 분리막의 열적/화학적 안전성 확보는 가장 중요하게 고려되어야 할 사항이다.Lithium ion secondary battery is a stable electrochemical device that is insulated by a separator. However, since an anode or a cathode is short-circuited due to an abnormal phenomenon of internal or external battery or impact, there is a possibility of heat generation and explosion. Therefore, thermal / Securing safety is the most important consideration.
리튬 이차 전지에서 상업적으로 많이 이용되는 폴리올레핀 계열의 분리막은 양극과 음극의 전기적인 단락을 방지하면서 리튬 이온의 이동 통로가 되는 기공을 제공하는 기능을 하는 다공성 필름으로, 상업적으로는 폴리올레핀 계열의 분리막이 널리 이용되고 있다. 폴리올레핀 계열의 다공성 분리막은 근본적으로 100℃ 이상의 내부 또는 외부자극에 의해 전지가 고온으로 상승하는 경우, 분리막의 수축 또는 용융 등과 같은 부피변화를 피할 수 없게 되고, 이로 인한 양극/음극간의 전기적인 단락으로 인한 폭발 등이 발생될 수 있다. 또한, 전지 내부에서 덴드라이트 성장(dendrite growth)에 기인하여 분리막이 파열되는 경우 또한 내부 단락으로 인한 전지 폭발을 유도할 수 있는 문제도 있다. 이러한 고온에 의한 열수축 및 덴드라이트에 의한 전지의 불안정성을 억제하기 위해 다공성 분리막 기재 단면 또는 양면에 무기 입자를 바인더와 함께 코팅함으로써 무기 입자가 기재의 수축율을 억제하는 기능을 부여함과 동시에 무기물 코팅에 의해 보다 안전한 분리막을 부여하는 유/무기 복합 다공층을 구비한 복합 분리막이 개시되고 있다. 이때 상기 다공층은 제조 공정 중, 예를 들어 건조 과정에서 발생하는 크랙에 의해 표면에서의 코팅 결함(defect)이 발생할 수 있다. 이로 인해 이차전지 조립시 또는 전지 사용시 상기 유/무기 복합 다공층이 쉽게 탈리가 될 수 있으며, 이것은 전지의 안전성이 저하로 이어진다. 또한, 상기 다공층을 형성하기 위해 분리막 기재에 도포된 다공층 형성용 슬러리는 건조 중 입자의 밀집도가 증가하여 고밀도로 팩킹(packing)되는 부분이 발생하게 되어 통기도 특성이 저하되는 문제점이 있다. 대한민국 공개특허공보 10-2010-0092988에서는 고분자 바인더의 도입 없이, 무기 입자와 유기 실란의 슬러리를 부직포 분리막에 코팅하고, 무기 입자 간의 화학적 결합을 유도하는 방법을 제시하였다. 상기 공개특허공보에서는 이 기술이 폴리올레핀계 부직포 분리막에도 적용가능한 것으로 언급되어 있으나, 실제로 상기와 같은 고온 조건은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀의 용융 온도보다 더 높은 온도이므로, 폴리올레핀계 분리막에 적용될 수 없는 문제점이 있다. 따라서 우수한 전지 특성을 확보하기 위한 새로운 복합 분리막 제조 방법이 요청되는 실정이다. A commercially available polyolefin-based separator used in a lithium secondary battery is a porous film that functions to prevent electrical short-circuiting between the anode and the cathode while providing pores serving as a passage for lithium ion. Commercially, a polyolefin- It is widely used. When the battery is elevated to a high temperature by internal or external stimulation at a temperature of 100 ° C or higher, the polyolefin-based porous separator can not avoid a volume change such as shrinkage or melting of the separator, resulting in an electrical short between the anode and the cathode Explosion or the like may occur. In addition, when the separator ruptures due to dendrite growth in the battery, there is also a problem that the explosion of the battery due to an internal short circuit can be induced. In order to suppress the thermal shrinkage due to the high temperature and the instability of the battery due to the dendrites, the inorganic particles are coated with the binder on one or both sides of the porous separator substrate to give the function of suppressing the shrinkage of the substrate, Inorganic composite porous layer which provides a more secure separation membrane by the action of the organic / inorganic composite porous layer. At this time, the porous layer may cause coating defects on the surface due to cracks generated during the manufacturing process, for example, drying process. As a result, the organic / inorganic composite porous layer can easily be desorbed when the secondary battery is assembled or when the battery is used, which leads to a decrease in the safety of the battery. In addition, the porous layer-forming slurry applied to the separator substrate for forming the porous layer has a problem that the packing density is increased due to increased density of the particles during drying, thereby lowering the air permeability. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2010-0092988 discloses a method of coating a slurry of inorganic particles and organosilane on a nonwoven fabric separating membrane without introducing a polymer binder to induce chemical bonding between inorganic particles. However, since the high temperature condition is higher than the melting temperature of a polyolefin such as polyethylene or polypropylene, it can not be applied to a polyolefin-based separator. There is a problem. Therefore, there is a demand for a new method for preparing a composite membrane for ensuring excellent cell characteristics.
본원 발명은 분리막 표면에 발생되는 결함이 적고 무기 입자가 지나치게 밀집되지 않아 통기도 특성이 우수한 분리막을 얻을 수 있는 이차 전지용 분리막을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본원 발명의 또 다른 목적은 바인더 및/또는 증점제의 함량 조절에 의해 통기도 등 분리막의 고유 특성을 용이하게 조절할 수 있는 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기 설명에 의해서 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에서 기재되는 수단 또는 방법, 및 이의 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for producing a separation membrane for a secondary battery, which is capable of obtaining a separation membrane excellent in air permeability due to few defects generated on the surface of the separation membrane and an excessive concentration of inorganic particles. It is still another object of the present invention to provide a production method capable of easily controlling intrinsic properties of a separation membrane such as air permeability by controlling the content of a binder and / or a thickener. Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description. It is also to be easily understood that the objects and advantages of the present invention can be realized by the means or method described in the claims, and the combination thereof.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이차 전지용 유/무기 복합 다공층 형성용 슬러리를 제공한다. 상기 슬러리는 a) 무기 입자; 및 b) 고분자 수지를 포함하는 고형 성분이 용매에 분산된 슬러리이며, 상기 슬러리 중 상기 고형 성분의 함량은 슬러리 100 중량% 대비 5 중량% 내지 15 중량% 미만인 것이다. The present invention provides a slurry for forming an organic / inorganic composite porous layer for a secondary battery in order to solve the above problems. Said slurry comprising: a) an inorganic particle; And b) a solid component comprising a polymeric resin is dispersed in a solvent, and the content of the solid component in the slurry is less than 5% by weight to less than 15% by weight based on 100% by weight of the slurry.
여기에서, 상기 무기 입자는 전기화학소자의 작동 전압 범위에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 무기 입자, 리튬 이온 전달 능력이 있는 무기 입자, 유전율 상수가 5 이상인 무기 입자로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상일 수 있다. Here, the inorganic particles may be selected from the group consisting of inorganic particles that do not undergo oxidation and / or reduction reaction within the operating voltage range of the electrochemical device, inorganic particles that have lithium ion transfer capability, inorganic particles that have a dielectric constant of 5 or more Or more.
여기에서, 상기 고분자 수지는 유리전이 온도가 -200 내지 200℃일 수 있다. Here, the polymer resin may have a glass transition temperature of -200 to 200 캜.
여기에서, 상기 a)와 b)의 함량비는 중량비로서 70:30 내지 99.9:0.1일 수 있다. Here, the content ratio of a) and b) may be 70:30 to 99.9: 0.1 in terms of weight ratio.
여기에서, 상기 용매는 아세톤 (acetone), 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran), 메틸렌클로라이드 (methylene chloride), 클로로포름 (chloroform), 디메틸포름아미드 (dimethylformamide), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 시클로헥산 (cyclohexane), 물로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다. The solvent may be selected from the group consisting of acetone, tetrahydrofuran, methylene chloride, chloroform, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone -2-pyrrolidone, NMP), cyclohexane, water, and mixtures of two or more.
또한 본 발명은 (S10) 다공성 분리막 기재를 준비하는 단계; (S20) 상기 다공성 분리막 기재의 적어도 일측면에 도포하기 위한 유/무기 복합 다공층 형성용 슬러리를 제조하는 단계; (S30) 상기 슬러리를 상기 다공성 분리막 기재의 적어도 일측면에 도포하는 단계; 및 (S40) 상기 슬러리가 도포된 분리막 기재를 건조하는 단계;를 포함하는 이차 전지용 다공성 분리막 제조 방법을 제공한다. The present invention also relates to (S10) preparing a porous membrane substrate; (S20) preparing a slurry for forming an organic / inorganic composite porous layer for application to at least one side of the porous membrane substrate; (S30) applying the slurry to at least one side of the porous membrane base material; And (S40) drying the separation membrane substrate having the slurry applied thereon. The present invention also provides a method for manufacturing a porous separation membrane for a secondary battery.
여기에서, 상기 (S20) 단계의 유/무기 복합 다공층 형성용 슬러리는 a) 무기 입자; 및 b) 고분자 수지;를 포함하는 고형 성분이 용매에 분산된 것이며, 상기 슬러리 중 상기 고형 성분의 함량은 상기 슬러리 100 중량% 대비 5중량% 내지 15중량% 일 수 있다. Here, the slurry for forming the organic / inorganic composite porous layer in the step (S20) may include: a) inorganic particles; And b) a polymeric resin is dispersed in a solvent, and the content of the solid component in the slurry may be 5 wt% to 15 wt% based on 100 wt% of the slurry.
여기에서, 상기 건조는 85 ℃ 내지 135 ℃의 온도 조건에서 수행될 수 있다. Here, the drying may be carried out at a temperature of from 85 캜 to 135 캜.
여기에서, 상기 건조는 1 분 내지 10분 동안 수행될 수 있다. Here, the drying can be performed for 1 minute to 10 minutes.
여기에서 상기 건조는 80℃ 내지 135℃의 온도 조건에서, 1분 내지 10분 동안 진행될 수 있다. Here, the drying may be carried out at a temperature of 80 to 135 DEG C for 1 to 10 minutes.
또한 본 발명은, 다공성 기재; 및 상기 다공성 기재의 적어도 일면에 형성되는 유/무기 복합 다공층;을 포함하며, 여기에서 상기 유/무기 복합 다공층은 용매를 포함하는 슬러리 총 100중량% 대비 고형 성분의 함량이 5 중량% 내지 15중량%인 슬러리를 상기 다공성 기재의 적어도 일면에 코팅하여 형성되는 것이며, 상기 고형 성분은 a) 무기 입자; 및 b) 고분자 수지;를 포함하는 것인 이차 전지용 분리막을 제공한다. The present invention also relates to a porous substrate; Inorganic complex porous layer formed on at least one surface of the porous substrate, wherein the organic / inorganic composite porous layer has a solid content of 5 wt% to 100 wt% of the total slurry including the solvent, 15% by weight of a slurry is coated on at least one surface of the porous substrate, and the solid component comprises: a) an inorganic particle; And b) a polymer resin.
여기에서, 상기 이차 전지용 분리막은 통기도가 100 내지 250sec/100cc일 수 있다. Here, the secondary battery separator may have an air permeability of 100 to 250 sec / 100 cc.
여기에서 상기 유/무기 복합 다공층은 무기물들이 서로 면접하여 형성되는 인터스티셜 볼륨(interstitial volume)에 따른 다공성 구조를 갖는 것이다. Here, the organic / inorganic composite porous layer has a porous structure according to an interstitial volume in which inorganic materials are formed by mutual interaction.
또한, 본원 발명은 음극, 양극 및 상기 음극과 양극 사이에 개재되는 분리막을 포함하며, 여기에서 상기 분리막은 전술한 본원 발명에 따른 분리막인 것이다. The present invention also includes a cathode, an anode, and a separator interposed between the cathode and the anode, wherein the separator is the separator according to the present invention.
첨부된 도면은 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 것으로, 발명의 범위가 이에 국한되는 것은 아니다. 한편, 본 명세서에 수록된 도면에서의 요소의 형상, 크기, 축척 또는 비율 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장될 수 있다.
도 1은 본 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 이차 전지용 유/무기 복합 분리막을 개략적으로 도식화하여 나타낸 것이다.
도 2는 본원 발명의 일 실시양태에 따른 분리막의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 공정 흐름도이다.
도 3 및 도 4는 비교예 3에 따른 분리막 표면의 SEM 이미지이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this application, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. On the other hand, the shape, size, scale or ratio of the elements in the drawings incorporated herein can be exaggerated to emphasize a clearer description.
FIG. 1 schematically shows an organic / inorganic composite separator for a secondary battery commonly used in the art.
2 is a process flow diagram schematically showing a method for producing a separation membrane according to one embodiment of the present invention.
3 and 4 are SEM images of the separation membrane surface according to Comparative Example 3. Fig.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 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.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed to be limited to ordinary or dictionary terms and the inventor shall properly define the concept of the term in order to best explain its invention The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
도 1은 이차 전지 분야에서 통상적으로 사용되는 복합 분리막(10)을 나타낸 것이다. 일반적으로 종래의 복합 분리막은 폴리올레핀계 다공성 필름(1)과 상기 필름의 일측면 또는 양측면에 형성된 유/무기 복합 다공층을 포함하며, 상기 유/무기 복합 다공층은 복수의 무기 입자(3)와 바인더 수지(5)를 포함한다. 그러나 종래 복합 분리막은 건조 과정 중 발생되는 크랙에 의한 표면 결함(defect)이 발생하고 이에 의하여 유/무기 복합 다공층에서 무기 입자가 쉽게 탈리되어 안전성이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 복합 분리막의 건조 공정 중 다공층에서 무기 입자가 지나치게 밀집되는 부분이 발생하여 통기도 특성이 저하되는 문제점이 있다.FIG. 1 shows a composite separator 10 generally used in the secondary battery field. In general, the conventional composite separator comprises a polyolefin porous film (1) and an organic / inorganic composite porous layer formed on one side or both sides of the film, wherein the organic / inorganic composite porous layer comprises a plurality of inorganic particles (3) And a binder resin (5). However, conventional composite membranes have a problem in that surface defects due to cracks generated during the drying process are generated, and the inorganic particles are easily separated from the organic / inorganic composite porous layer, thereby lowering safety. In addition, there is a problem that a portion where the inorganic particles are excessively concentrated in the porous layer is generated during the drying process of the composite separator, thereby lowering the air permeability.
본원 발명은 표면 결함이 적고 통기도 특성이 우수한 이차 전지용 복합 분리막 제조를 위한 유/무기 복합 다공층 형성용 슬러리 및 이를 이용한 이차 전지용 분리막의 제조 방법을 제공한다. The present invention provides a slurry for forming an organic / inorganic composite porous layer for the production of a composite separator for a secondary battery having less surface defects and excellent air permeability, and a method for producing the separator for a secondary battery using the same.
도 2는 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 이차 전지용 분리막을 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 공정 흐름도이다. 이하 도 2를 참조로 하여 유/무기 복합 다공층 형성용 슬러리 및 복합 분리막의 제조 방법에 대해 설명한다. FIG. 2 is a process flow chart schematically showing a method for producing a separation membrane for a secondary battery according to a specific embodiment of the present invention. Hereinafter, a method for producing a slurry and a composite separator for forming an organic / inorganic composite porous layer will be described with reference to FIG.
본원 발명의 일 실시양태에 따른 복합 분리막의 제조 방법은 다공성 분리막 기재를 준비하는 단계(S10); 유/무기 복합 다공층 형성용 슬러리를 제조하는 단계(S20); 상기 슬러리를 상기 다공성 분리막 기재의 적어도 일측면에 도포하는 단계(S30); 및 상기 슬러리가 도포된 분리막 기재를 건조하는 단계(S40);를 포함한다. 이하 도 2에 개시된 공정 흐름도를 참조하여 본원 발명에 대해 상세하게 설명한다. A method of manufacturing a composite membrane according to an embodiment of the present invention includes: preparing a porous membrane substrate (S10); (S20) of preparing a slurry for forming an organic / inorganic composite porous layer; Applying the slurry to at least one side of the porous membrane substrate (S30); And drying (S40) drying the separator substrate coated with the slurry. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to a process flowchart shown in FIG.
우선, 이차 전지의 복합 분리막용 다공성 기재를 준비한다(S10). 상기 다공성 기재는 음극 및 양극을 전기적으로 절연시켜 단락을 방지하면서 리튬 이온의 이동 경로를 제공할 수 있는 것으로서 통상적으로 전기화학소자의 분리막에 사용 가능한 것이라면 특별한 제한 없이 사용이 가능하다. 이러한 다공성 기재로는, 예를 들어, 폴리올레핀, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴레페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸렌나프탈렌 중 선택된 어느 하나로 또는 둘 이상을 혼합하여 형성된 다공성 기재 등이 있으나 특별히 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 다공성 기재로는 필름 형태의 박막이나 부직포를 단독으로 또는 이들을 복합하여 사용할 수 있다. 본원 발명에 있어서, 상기 다공성 기재의 두께는 5 내지 50 ㎛일 수 있다. 본원 발명에 있어서, 다공성 기재의 두께가 특별히 전술한 범위로 한정되는 것은 아니지만, 전술한 하한보다 지나치게 얇은 경우에는 기계적 물성이 저하되어 전지 사용 중 분리막이 쉽게 파손될 수 있다. 한편, 다공성 기재에 존재하는 기공 크기 및 기공도 역시 특별히 제한되는 것은 아니나 각각 0.01 내지 50㎛ 및 10% 내지 95%일 수 있다. First, a porous substrate for a composite separator of a secondary battery is prepared (S10). The porous substrate can provide a path for lithium ions while electrically insulating the negative electrode and the positive electrode while preventing a short circuit. The porous substrate can be used without particular limitation as long as it can be used in a separation membrane of an electrochemical device. Examples of such a porous substrate include polyolefin, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyether sulfone, polyphenylene oxide, polyphenyl And a porous substrate formed by mixing any two or more selected from among rhenium sulfide, polyethylene naphthalene, and the like, but the present invention is not limited thereto. As the porous substrate, a thin film or nonwoven fabric in the form of a film may be used singly or in combination. In the present invention, the thickness of the porous substrate may be 5 to 50 탆. In the present invention, the thickness of the porous substrate is not particularly limited to the above-mentioned range. However, when the thickness is too thinner than the lower limit described above, the mechanical properties are deteriorated and the separator may be easily broken during use of the battery. On the other hand, the pore size and porosity present in the porous substrate are also not particularly limited, but may be 0.01 to 50 탆 and 10% to 95%, respectively.
본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 다공성 기재는 습식 방법 또는 건식 방법에 따라 제조될 수 있다. 또한, 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 다공성 기재는 습식 방법 또는 건식 방법에 따라 제조될 수 있으며, 이때 상기 다공성 기재는 열고정 공정 및/또는 어닐링 공정이 적용되지 않은 상태로 준비될 수 있다. 이 경우 후술하는 바와 같이 유/무기 복합 다공층 슬러리 건조 공정시 온도 조건을 조절함으로써 상기 다공성 기재의 열고정을 함께 수행할 수 있으며 이를 통해 다공성 기재의 열이력을 제거시킬 수 있다. In one specific embodiment of the present invention, the porous substrate may be produced according to a wet method or a dry method. In one embodiment of the present invention, the porous substrate may be manufactured according to a wet method or a dry method, and the porous substrate may be prepared without applying a heat fixing process and / or an annealing process have. In this case, as described later, the temperature of the organic / inorganic composite porous layer slurry drying step may be adjusted to adjust the temperature to fix the porous substrate together, thereby removing the thermal history of the porous substrate.
예를 들어 상기 습식 방법을 구체적으로 설명하면 폴리에틸렌 수지와 파라핀 등 기공형성제가 혼합된 혼합물을 이용하여 이축 압출기를 이용하여 압출물을 수득하고, 수득된 압출물을 T-다이(T-die)에 통과시킨 후, 냉각 롤을 통과시켜 압출 시트를 제조할 수 있다. 다음으로 상기 압출 시트를 종방향 및 횡 방향으로 연신한다. 이후 상기 연신된 시트에서, 기공형성제를 제거하고 다공성 기재를 얻을 수 있으며, 이때 따로 열 고정 공정을 진행하지 않는다. For example, the wet method will be described in detail. A mixture of a polyethylene resin and a pore-forming agent such as paraffin is used to obtain an extrudate using a twin-screw extruder, and the extrudate obtained is placed on a T-die And then passed through a cooling roll to produce an extruded sheet. Next, the extruded sheet is stretched in the longitudinal direction and the transverse direction. Then, in the stretched sheet, the pore-forming agent may be removed to obtain a porous substrate, wherein the heat-setting step is not performed separately.
다음으로 상기 다공성 기재의 일측면에 유/무기 복합 다공층을 형성하기 위한 슬러리를 준비한다(S20).Next, a slurry for forming an organic / inorganic composite porous layer on one side of the porous substrate is prepared (S20).
통상적으로 폴리올레핀계 분리막은 내부 또는 외부의 자극에 의해 전지가 고온으로 상승하는 경우, 분리막의 수축 또는 용융 등과 같은 부피 변화가 수반되고, 이로 인한 양극/음극 간의 전기적인 단락 및 이에 의한 열폭주, 폭발 등 발생될 수 있다. 이와 같은 고온에서의 열수축을 방지하기 위해 폴리올레핀계 다공성 기재의 일면 또는 양면에 무기 입자를 포함하는 유/무기 복합 다공층을 형성함으로써 분리막의 내열성 및 기계적 물성을 향상시킬 수 있다. 상기 유/무기 복합 다공층은 상기 무기 입자들이 충진되고 서로 면접하여 형성되는 공간인 인터스티셜 볼륨(interstitial volume)에 따른 다공성 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. In general, the polyolefin-based separator is accompanied by a volume change such as shrinkage or melting of the separator when the battery rises to a high temperature due to internal or external stimulation. As a result, electrical short circuit between the anode and the cathode, And the like. In order to prevent such heat shrinkage at a high temperature, the heat and mechanical properties of the separator can be improved by forming an organic / inorganic composite porous layer containing inorganic particles on one surface or both surfaces of the polyolefin porous substrate. The organic / inorganic composite porous layer has a porous structure according to an interstitial volume, which is a space filled with the inorganic particles and formed by mutual interaction.
본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면, 상기 슬러리는 a) 고형분 및 용매를 포함하며, 상기 a) 고형분은 슬러리 중 용매를 제외한 성분으로 a1) 복수의 무기 입자(inorganic particles) 및 a2) 고분자 수지를 포함한다. 본원 발명의 구체적인 일 실시 양태에 있어서, 상기 슬러리는 상기 고형분이 소정의 용매에 분산되어 있는 것으로서, 상기 슬러리 100 중량% 대비 고형분의 함량이 5 중량% 내지 15중량% 미만 또는 5 중량% 내지 11중량% 미만 또는 7 중량% 내지 10 중량%이다. According to a specific embodiment of the present invention, the slurry comprises a) a solid and a solvent, wherein a) the solid content is a component excluding the solvent in the slurry, a1) a plurality of inorganic particles and a2) . In one embodiment of the present invention, the slurry has a solid content dispersed in a predetermined solvent, and the solid content of the slurry is less than 5 wt% to 15 wt% or 5 wt% to 11 wt% % Or 7 wt% to 10 wt%.
상기 고분자 수지는 바인더 수지를 포함한다. 상기 바인더 수지는 무기 입자간의 결착력을 제공하고 상기 복합 다공층과 다공성 기재 사이의 결착력을 제공하는 것이다. 또한, 상기 고분자 수지는 슬리리의 점도 조절을 위해 선택적으로 증점제를 더 포함할 수 있다. The polymer resin includes a binder resin. The binder resin provides binding force between the inorganic particles and provides a binding force between the composite porous layer and the porous substrate. In addition, the polymer resin may further include a thickener optionally in order to control the viscosity of the slurry.
본원 발명에 있어서, 상기 무기 입자와 고분자 수지의 함량비는 최종 제조되는 본 발명의 유/무기 복합 다공층의 두께, 기공 크기 및 기공도를 고려하여 중량비를 기준으로 유/무기 복합 다공층 100 중량% 대비 무기 입자가 50 내지 99.9 중량% 또는 70 내지 99.5 중량%인 것이다. In the present invention, the content ratio of the inorganic particles to the polymer resin is determined in consideration of the thickness, pore size, and porosity of the organic / inorganic composite porous layer of the present invention, The inorganic particles are 50 to 99.9% by weight or 70 to 99.5% by weight.
상기 무기 입자의 함량이 50 중량% 미만일 경우 고분자 수지가 과량으로 포함되어 무기 입자들 사이에 형성되는 빈 공간의 감소로 인한 기공 크기 및 기공도가 감소되어 최종 전지 성능 저하가 야기될 수 있다. 반면, 99.9 중량%를 초과할 경우 고분자 함량이 너무 적기 때문에 무기 입자들 사이의 접착력 약화로 인해 최종 유/무기 복합 다공층의 기계적 물성이 저하된다.If the content of the inorganic particles is less than 50% by weight, the polymer resin may be contained in an excessive amount, resulting in a decrease in pore size and porosity due to a decrease in void space formed between the inorganic particles. On the other hand, when the content exceeds 99.9% by weight, the mechanical properties of the final organic / inorganic composite porous layer are deteriorated due to the weak adhesive force between the inorganic particles because the polymer content is too small.
본원 발명에 있어서, 고분자 수지(P) 대비 무기 입자(I)의 비(ratio = I/P)가 증가할수록 본 발명의 유/무기 복합 다공층의 기공도가 증가하게 되며, 이는 동일한 고형분 함량(무기 입자 중량 + 고분자 수지 중량)에서 유/무기 복합 다공층의 두께가 향상되는 결과를 초래하게 된다. 또한, 무기 입자들간의 기공 형성 가능성이 증가하여 기공 크기가 증가하게 되는데, 이때 무기 입자의 크기(입경)가 커질수록 무기 입자 사이의 간격(interstitial distance)이 커지므로, 기공 크기가 증가하게 된다.In the present invention, as the ratio of the inorganic particles (I) to the polymer resin (P) increases, the porosity of the organic / inorganic composite porous layer of the present invention increases, Inorganic particle weight + polymer resin weight), the thickness of the organic / inorganic composite porous layer is improved. Also, the possibility of pore formation between inorganic particles increases, and the pore size increases. At this time, as the size (particle size) of the inorganic particles increases, the interstitial distance between the inorganic particles increases.
본원 발명의 일 실시양태에 따르면 상기 슬러리는 상기 무기 입자와 고분자 수지를 용매에 투입하고 균일하게 분산시켜 제조할 수 있다. 상기 슬러리를 제조하는 방법은 균일한 분산 혼합물을 얻을 수 있는 방법이라면 특별히 어느 하나의 방법에 한정되는 것은 아니다. 이의 구체적인 일 실시양태를 하기와 같이 설명한다. According to one embodiment of the present invention, the slurry can be prepared by charging the inorganic particles and the polymer resin into a solvent and uniformly dispersing them. The method for producing the slurry is not limited to any particular method as far as it is a method for obtaining a uniform dispersion mixture. One specific embodiment thereof will be described as follows.
우선, 고분자 수지를 적절한 유기 용매에 용해시켜 고분자 용액을 제조한다. 용매로는 사용하고자 하는 고분자 수지와 용해도 지수가 유사하며, 끓는점(boiling point)이 낮은 것이 바람직하다. 이는 슬러리의 균일한 혼합과 이후 건조 과정에서 용매 제거를 용이하게 하기 위해서이다. 사용 가능한 용매의 비제한적인 예로는 아세톤 (acetone), 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran), 메틸렌클로라이드 (methylene chloride), 클로로포름 (chloroform), 디메틸포름아미드 (dimethylformamide), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 시클로헥산 (cyclohexane), 물 또는 이들의 혼합물 등이 있다. First, a polymer solution is prepared by dissolving a polymer resin in an appropriate organic solvent. It is preferable that the solvent has a similar solubility index to the polymer resin to be used and a low boiling point. This is to facilitate uniform mixing of the slurry and solvent removal during subsequent drying. Non-limiting examples of usable solvents include acetone, tetrahydrofuran, methylene chloride, chloroform, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone ( N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), cyclohexane, water or mixtures thereof.
다음으로 제조된 고분자 용액에 복수의 무기 입자를 첨가 및 분산시켜 유/무기 복합 다공층 형성용 슬러리를 얻는다. Next, a plurality of inorganic particles are added to and dispersed in the polymer solution to obtain a slurry for forming an organic / inorganic composite porous layer.
전술한 바와 같이 본원 발명에 따른 유/무기 복합 다공층 형성용 슬러리는 고형분의 농도가 15% 미만 이다. 종래 유/무기 복합 다공층 형성용 슬러리로 고형분의 농도가 20% 내지 40%, 또는 그 이상인 고형분 고함량 슬러리가 주로 이용되고 있다. 그러나 이러한 고형분 고함량 슬러리는 후술하는 바와 같이 복합 다공층의 건조 공정시 표면 결함이 다량 발생하여 분리막의 높은 불량률의 원인이 된다. 또한, 이러한 고형분 고함량 슬러리를 이용하는 경우 복합 다공층에서 무기 입자의 패킹 밀도가 상승하여 무기 입자가 치밀하게 밀집되므로 기공도가 저하되는 문제가 있다. As described above, the slurry for forming an organic / inorganic composite porous layer according to the present invention has a solid content of less than 15%. Conventionally, a slurry for solid organic matter having a solid content of 20% to 40% or more is mainly used as a slurry for forming an organic / inorganic composite porous layer. However, as described later, such a solid content high-content slurry causes a large amount of surface defects during the drying process of the composite porous layer, which is a cause of a high defect rate of the separation membrane. In addition, when such a solid content high-content slurry is used, the packing density of the inorganic particles in the composite porous layer is increased, and the inorganic particles are densely packed, resulting in a problem of lowering the porosity.
이에 본원 발명은 슬러리의 고형분 함량을 낮추어 분리막 제조 공정상 분리막의 표면 결함을 방지하고 무기 입자의 패킹 밀도를 완화하여 기공도 특성이 우수한 분리막을 얻는데 유리하다. Accordingly, the present invention is advantageous in that it is possible to prevent the surface defects of the separator in the separation membrane manufacturing process by reducing the solid content of the slurry and alleviate the packing density of the inorganic particles, thereby obtaining a separation membrane having excellent porosity characteristics.
한편, 고분자 용액에 무기 입자를 첨가한 후, 무기 입자의 파쇄를 실시하는 것이 바람직하다. 이때 파쇄 시간은 1 내지 20 시간이 적절하며, 파쇄된 무기 입자의 입도는 상기에 언급된 바와 같이 0.001 내지 10㎛가 바람직하다. 파쇄 방법으로는 통상적인 방법을 사용할 수 있으며, 특히 볼밀(ball mill)법이 바람직하다.On the other hand, it is preferable to add inorganic particles to the polymer solution and then crush the inorganic particles. In this case, the disintegration time is preferably 1 to 20 hours, and the particle size of the disintegrated inorganic particles is preferably 0.001 to 10 mu m as mentioned above. As the crushing method, a conventional method can be used, and a ball mill method is particularly preferable.
본원 발명에 있어서, 상기 슬러리에 포함되는 무기 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 상기 무기 입자는 적용되는 전기화학소자의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기 입자를 사용하는 경우 전기화학소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있다. 또한, 무기 입자로서 유전율이 높은 무기 입자를 사용하는 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다. In the present invention, the inorganic particles contained in the slurry are not particularly limited as long as they are electrochemically stable. That is, the inorganic particles are not particularly limited as long as the 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 ion transfer ability are used, the ion conductivity in the electrochemical device can be increased to improve the performance. When inorganic particles having a high dielectric constant are used as the inorganic particles, dissociation of an electrolyte salt, for example, a lithium salt, in the liquid electrolyte is also increased, so that the ion conductivity of the electrolyte can be improved.
전술한 이유들로 인해, 상기 무기 입자는 유전율 상수가 5 이상, 또는 10 이상인 고유전율 무기 입자, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기 입자 또는 이들의 혼합체를 포함할 수 있다. 유전율 상수가 5 이상인 무기 입자의 비제한적인 예로는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1 - ωLaωZr1 - ψTiψO3 (PLZT, 여기서, 0 < x < 1, 0 < y < 1임), Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, SiC, TiO2등을 각각 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 특히, 전술한 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1 - ωLaωZr1 - ψTiψO3 (PLZT, 여기서, 0 < x < 1, 0 < y < 1임), Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), 하프니아(HfO2)와 같은 무기 입자들은 유전율 상수 100 이상인 고유전율 특성을 나타낼 뿐만 아니라, 일정 압력을 인가하여 인장 또는 압축되는 경우 전하가 발생하여 양쪽 면 간에 전위차가 발생하는 압전성(piezoelectricity)을 가짐으로써, 외부 충격에 의한 양(兩) 전극의 내부 단락 발생을 방지하여 전기화학소자의 안전성 향상을 도모할 수 있다. 또한, 전술한 고유전율 무기 입자와 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기 입자들을 혼용할 경우 이들의 상승 효과는 배가될 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, inorganic particles having lithium ion-transporting ability, or a mixture thereof. Nonlimiting examples of inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more include BaTiO 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT), Pb 1 - ω La ω Zr 1 - ψ Ti ψ O 3 (PLZT, Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), hafnia (HfO 2 ), SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO , NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiC, and TiO 2 may be used alone or in combination of two or more. In particular, the above-mentioned BaTiO 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT), Pb 1 - ω La ω Zr 1 - ψ Ti ψ O 3 (PLZT where 0 <x <1, 0 < Inorganic particles such as Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT) and hafnia (HfO 2 ) exhibit a high dielectric constant of 100 or more, And a piezoelectricity is generated so that a potential difference is generated between both sides by generating a charge when being stretched or compressed so as to prevent the occurrence of an internal short circuit between the two electrodes due to an external impact so as to improve the safety of the electrochemical device can do. Further, when the above-mentioned high-permittivity inorganic particles and inorganic particles having lithium ion-transferring ability are mixed, their synergistic effect can be doubled.
본 발명에서 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기 입자는 리튬 원소를 함유하되 리튬을 저장하지 아니하고 리튬 이온을 이동시키는 기능을 갖는 무기 입자를 지칭하는 것으로서, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기 입자는 입자 구조 내부에 존재하는 일종의 결함(defect)으로 인해 리튬 이온을 전달 및 이동시킬 수 있기 때문에, 전지 내 리튬 이온 전도도가 향상되고, 이로 인해 전지 성능 향상을 도모할 수 있다. 상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기 입자의 비제한적인 예로는 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LiωTiψ(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트(LiωAlψTiξ(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 1, 0 < z < 3), 14Li2O-9Al2O3-38TiO2-39P2O5 등과 같은 (LiAlTiP)ωOψ 계열 glass (0 < x < 4, 0 < y < 13), 리튬란탄티타네이트(LiωLaψTiO3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), Li3 . 25Ge0 .25P0. 75S4등과 같은 리튬게르마니움티오포스페이트(LiωGeψPξSψ, 0 < x < 4, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 0 < w < 5), Li3N 등과 같은 리튬나이트라이드(LiωNψ, 0 < x < 4, 0 < y < 2), Li3PO4-Li2S-SiS2 등과 같은 SiS2 계열 glass(LiωSiψSξ, 0 < x < 3, 0 < y < 2, 0 < z < 4), LiI-Li2S-P2S5등과 같은 P2S5 계열 glass(LiωPψSξ, 0 < x < 3, 0 < y < 3, 0 < z < 7) 또는 이들의 혼합물 등이 있다. In the present invention, the inorganic particles having a lithium ion-transferring ability refer to inorganic particles containing a lithium element but not lithium and having a function of moving lithium ions. The inorganic particles having a lithium ion- Since lithium ions can be transferred and transferred due to a kind of defect present, the lithium ion conductivity in the battery is improved, thereby improving battery performance. Examples of the inorganic particles having lithium ion transferring ability include lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium titanium phosphate (Li ω Ti ψ (PO 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y <3) , lithium aluminum titanium phosphate (Li ω Al ψ Ti ξ ( PO 4) 3, 0 <x <2, 0 <y <1, 0 <z <3), 14Li 2 O-9Al 2 O 3 -38TiO 2 -39P 2 O 5 as such (LiAlTiP) ω O ψ series glass (0 <x <4, 0 <y <13), lithium lanthanum titanate (Li ω La ψ TiO 3, 0 <x <2, 0 <y <3 ), Li 3 . 25 Ge 0 .25 P 0. 75 S 4 Mani lithium germanium thiophosphate Titanium (Li ω Ge ψ P ξ S ψ, 0 <x <4, 0 <y <1, 0 <z <1, 0 <w such as <5), Li 3 N lithium nitride (Li ω N ψ, 0 < x <4, 0 <y <2) such as, Li 3 PO 4 -Li 2 S -SiS 2 SiS 2 based P 2 S 5 based, such as glass (Li ω Si ψ S ξ , 0 <x <3, 0 <y <2, 0 <z <4), LiI-Li 2 SP 2 S 5 , such as glass ( Li ? P ? S ?, 0 <x <3, 0 <y <3, 0 <z <7), or a mixture thereof.
한편, 유/무기 복합 다공층의 기공 크기 및 기공도는 주로 무기 입자의 크기에 의존하는데, 예컨대 입경이 1㎛ 이하인 무기 입자를 사용하는 경우, 형성되는 기공 역시 1㎛ 이하가 된다. 이와 같은 기공 구조는 추후 주액되는 전해액으로 채워지게 되고, 이와 같이 채워진 전해액은 이온 전달 역할을 하게 된다. 따라서 상기 기공의 크기 및 기공도는 유/무기 복합 다공층의 이온 전도도 조절에 중요한 영향 인자이다. 본원 발명의 유/무기 복합 다공층의 기공 크기 및 기공도(porosity)는 각각 0.001 내지 10㎛ 또는 0.01 내지 1㎛, 5 내지 95% 범위인 것이 바람직하다. On the other hand, the pore size and porosity of the organic / inorganic composite porous layer depends mainly on the size of the inorganic particles. For example, when inorganic particles having a particle size of 1 탆 or less are used, pores to be formed also become 1 탆 or less. Such a pore structure is filled with an electrolyte solution to be injected at a later stage, and the filled electrolyte serves as an ion transfer function. Therefore, the pore size and porosity are important factors for controlling the ionic conductivity of the organic / inorganic composite porous layer. The pore size and porosity of the organic / inorganic composite porous layer of the present invention are preferably in the range of 0.001 to 10 μm, or 0.01 to 1 μm, and 5 to 95%, respectively.
또한, 본 발명의 유/무기 복합 다공층의 두께는 특별한 제한은 없으나 전지 성능을 고려하여 조절될 수 있다. 1 내지 100㎛ 범위인 것이 바람직하며, 특히 2 내지 30㎛ 범위인 것이 더욱 바람직하다. 상기 두께 범위를 조절함으로써 전지 성능 향상을 도모할 수 있다.In addition, the thickness of the organic / inorganic composite porous layer of the present invention is not particularly limited, but may be adjusted in consideration of cell performance. More preferably in the range of 1 to 100 mu m, and particularly preferably in the range of 2 to 30 mu m. By adjusting the thickness range, battery performance can be improved.
본 발명의 일 실시예에 따른 분리막에 있어서, 유/무기 복합 다공층의 무기 입자 크기는 제한이 없으나, 균일한 두께의 다공층 형성 및 적절한 공극률을 위하여 0.001 내지 10㎛ 범위일 수 있다. 상기 무기 입자 크기가 이러한 범위를 만족하는 경우, 분산성이 유지되어 세퍼레이터의 물성을 조절하기가 용이하고, 유/무기 복합 다공층의 두께가 증가하는 현상을 피할 수 있어 기계적 물성이 개선될 수 있으며, 또한 지나치게 큰 기공 크기로 인해 전지 충방전시 내부 단락이 일어날 확률이 작아질 수 있다. In the separation membrane according to an embodiment of the present invention, the inorganic particle size of the organic / inorganic composite porous layer is not limited, but may be in the range of 0.001 to 10 μm for the formation of a uniform porous layer and proper porosity. When the inorganic particle size satisfies this range, the dispersibility is maintained, the physical properties of the separator are easily controlled, the increase in the thickness of the organic / inorganic composite porous layer can be avoided, and the mechanical properties can be improved , And an excessively large pore size may reduce the probability of an internal short circuit occurring during charging and discharging of the battery.
본원 발명에 있어서, 상기 고분자 수지, 특히 바인더 수지로는 바람직하게는 유리 전이 온도(glass transition temperature, Tg)가 가능한 낮은 고분자 수지가 사용될 수 있으며, 상기 유리 전이 온도는 -200 내지 200℃, 또는 -200 내지 170℃ 또는 -200 내지 150℃ 범위인 것이다. 이는 최종 필름의 유연성 및 탄성 등과 같은 기계적 물성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 상기 고분자 수지는 무기 입자들과 입자 사이를 연결 및 안정하게 고정시켜주는 바인더 역할을 충실히 수행함으로써, 최종 제조되는 유/무기 복합 다공층의 기계적 물성 저하 방지에 기여한다. 또한, 상기 고분자 수지는 이온 전도 능력을 반드시 가질 필요는 없으나, 이온 전도 능력을 갖는 고분자를 사용할 경우 전기 화학 소자의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 고분자 수지는 가능한 유전율 상수가 높은 것이 바람직하다. 실제로 전해액에서 염의 해리도는 전해액 용매의 유전율 상수에 의존하기 때문에, 상기 고분자 수지의 유전율 상수가 높을수록 본 발명의 전해질에서의 염 해리도를 향상시킬 수 있다. 상기 고분자 수지의 유전율 상수는 1.0 내지 100 (측정 주파수 = 1 kHz) 범위가 사용 가능하며, 특히 10 이상인 것이 바람직하다. 전술한 기능 이외에, 본 발명의 고분자 수지는 액체 전해액 함침시 겔화됨으로써 높은 전해액 함침율(degree of swelling)을 나타낼 수 있는 특징을 가질 수 있다. 이에 따라, 용해도 지수가 15 내지 45 MPa1 /2인 고분자 수지가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 15 내지 25 MPa1 /2 및 30 내지 45 MPa1 / 2범위이다. 따라서, 폴리올레핀류와 같은 소수성 고분자 수지들 보다는 극성기를 많이 갖는 친수성 고분자 수지들이 바람직하다. 용해도 지수가 15 MPa1 /2 미만 및 45 MPa1 /2를 초과하는 경우 통상적인 전지용 액체 전해액에 의해 함침되기 어렵다. In the present invention, the polymer resin, particularly, the binder resin may preferably be a polymer resin having a low glass transition temperature (Tg), and the glass transition temperature may be -200 to 200 ° C, 200 ° C to 170 ° C or -200 ° C to 150 ° C. This is because the mechanical properties such as flexibility and elasticity of the final film can be improved. The polymer resin faithfully performs a binder function to connect and stably fix inorganic particles and particles, thereby contributing to prevention of deterioration of mechanical properties of the final organic / inorganic composite porous layer. In addition, although the polymer resin does not necessarily have the ion-conducting ability, the performance of the electrochemical device can be further improved by using a polymer having ion-conducting ability. Therefore, it is preferable that the polymer resin has a high permittivity constant. In fact, since the degree of dissociation of the salt in the electrolyte depends on the permittivity constant of the electrolyte solvent, the higher the permittivity constant of the polymer resin, the better the salt dissociation in the electrolyte of the present invention. The dielectric constant of the polymer resin may be in the range of 1.0 to 100 (measurement frequency = 1 kHz), preferably 10 or more. In addition to the above-mentioned functions, the polymer resin of the present invention can be characterized by being capable of exhibiting a high degree of swelling by gelation upon impregnation with a liquid electrolyte. Accordingly, a solubility parameter of 15 to 45 MPa 1/2 of a polymer resin is preferable, and more preferably 15 to 25 MPa 1/2, and 30 to 45 MPa 1/2 range. Therefore, hydrophilic polymer resins having many polar groups are preferred over hydrophobic polymer resins such as polyolefins. If the solubility is more than 15 MPa 1/2 and less than 45 MPa 1/2 hard to be impregnated with a conventional liquid electrolyte batteries.
본원 발명에 있어서 사용 가능한 고분자 수지의 비제한적인 예로는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 시아노에틸플루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 플루란 (pullulan) 및 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 그러나 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.Non-limiting examples of the polymer resin that can be used in the present invention include polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-co-trichlorethylene, Polymethylmethacrylate, polybutylacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, ethylene-vinyl acetate copolymer, and the like. vinyl acetate, co-vinyl acetate, polyethylene oxide, polyarylate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethyl Cyanoethylsucrose, pullulan and carboxy Butyl cellulose may be any one or a mixture of two or more of those selected from the group consisting of (carboxyl methyl cellulose). However, the present invention is not limited thereto.
본원 발명에 있어서, 상기 증점제는 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 플루란 (pullulan) 및 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 그러나 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. In the present invention, the thickening agent is selected from the group consisting of cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose ), Pullulan, and carboxyl methyl cellulose, or a mixture of two or more thereof. However, the present invention is not limited thereto.
다음으로 상기 슬러리를 준비된 다공성 분리막 기재의 적어도 일측면에 도포한다(S30). 상기 슬러리를 다공성 기재상에 코팅하는 방법은 특별히 어느 한 방법으로 한정되는 것은 아니며, 당업계에 알려진 통상적인 코팅 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면 딥(Dip) 코팅, 다이(Die) 코팅, 롤(roll) 코팅, 콤마(comma) 코팅 또는 이들의 혼합 방식 등 다양한 방식을 이용할 수 있다.Next, the slurry is applied to at least one side of the prepared porous membrane substrate (S30). The method of coating the slurry on the porous substrate is not limited to any particular method, and conventional coating methods known in the art can be used. For example, various methods such as dip coating, die coating, roll coating, comma coating, or a combination thereof can be used.
다음으로 슬러리가 도포된 분리막 기재를 건조한다(S40). 상기 건조 공정은 상기 복합 다공층 표면의 표면 결함 발생을 최소화할 수 있는 조건으로 적절하게 설정한다. 본 발명에 있어서, 상기 건조 온도는 80℃ 내지 135℃, 또는 100℃ 내지 130℃인 것이다. 또한, 건조 시간은 1분 내지 10분, 또는 1분 내지 5분인 것이다. 상기 건조는 적절한 범위 내에서 건조 오븐이나 열풍 등 건조 보조 장치가 사용될 수 있다. Next, the separator substrate coated with the slurry is dried (S40). The drying step is suitably set so as to minimize the occurrence of surface defects on the surface of the composite porous layer. In the present invention, the drying temperature is from 80 캜 to 135 캜, or from 100 캜 to 130 캜. The drying time is 1 minute to 10 minutes, or 1 minute to 5 minutes. The drying may be carried out within a suitable range using a drying aid such as a drying oven or hot air.
전술한 온도 범위로 슬러리를 건조하는 경우 슬러리가 건조되어 유/무기 복합 다공층이 형성될 때까지 슬러리 중 무기물 입자와 바인더 수지가 국소적으로 편재되지 않고 다공성 기재의 표면에 고르게 도포된 상태를 유지할 수 있다. 만일 상기 온도 범위에 지나치게 미치지 못하는 경우에는 슬러리가 건조되지 않은 상태로 저온에서 오래 방치되어 입자의 패킹이 발생하거나 슬러리의 편재화가 발생하여 유/무기 복합 다공층에 의한 다공성 기재의 커버리지가 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 즉, 다공성 기재가 유/무기 복합 다공층에 의해 충분히 피복되지 않아 분리막의 내열 안정성이 담보되지 않는 문제가 발생할 수 있다. In the case of drying the slurry in the temperature range described above, the slurry is dried and the inorganic particles and the binder resin in the slurry are not localized in the slurry until the organic / inorganic composite porous layer is formed, and the slurry is uniformly applied on the surface of the porous substrate . If the temperature is lower than the above range, the slurry is left in a dry state at a low temperature for a long period of time, resulting in packing of particles or slippage of the slurry, resulting in poor coverage of the porous substrate by the organic / inorganic composite porous layer Problems can arise. That is, there is a problem that the porous substrate is not sufficiently covered with the organic / inorganic composite porous layer, so that the heat stability of the separation membrane is not secured.
또한, 전술한 바와 같이 다공성 기재가 열고정 및/또는 어닐링이 수행되지 않은 상태로 제공되는 경우 상기 건조 과정에서 슬러리의 건조와 함께 다공성 기재의 열고정이 함께 수행될 수 있어 공정 효율이 향상되는 효과가 있다.Also, when the porous substrate is provided in a state in which the porous substrate is not subjected to heat setting and / or annealing, the drying of the slurry and the heat setting of the porous substrate can be simultaneously performed, have.
이와 같이 제조된 본 발명의 복합 분리막은 전기 화학 소자, 바람직하게는 리튬 이차 전지의 분리막(separator)으로 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 상기 복합 분리막은 통기도가 100sec/100cc 내지 250sec/100cc이다. 또한, MD 방향의 수축율 및 TD 방향의 수축율은 3% 이하이다. The composite separator of the present invention thus produced can be used as a separator of an electrochemical device, preferably a lithium secondary battery. The composite separator according to the present invention has an air permeability of 100 sec / 100cc to 250sec / 100cc. The shrinkage ratio in the MD direction and the shrinkage ratio in the TD direction are 3% or less.
또한, 본 발명은 (a) 양극; (b) 음극; (c) 상기 양극과 음극 사이에 개재된 본 발명의 유/무기 복합 분리막; 및 (d) 전해액을 포함하는 전기 화학 소자를 제공한다. 전기 화학 소자는 전기 화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구체적인 예를 들면, 모든 종류의 1차, 2차 전지, 연료 전지, 태양 전지 또는 캐퍼시터(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 이차 전지가 바람직하다. Also, the present invention provides a positive electrode comprising: (a) a positive electrode; (b) a cathode; (c) an organic / inorganic hybrid separator of the present invention interposed between the anode and the cathode; And (d) an electrolytic solution. The electrochemical device includes all devices that perform an electrochemical reaction, and specific examples thereof include all kinds of primary and secondary batteries, fuel cells, solar cells, and capacitors. 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.
전기 화학 소자는 당 기술 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있으며, 이의 일 실시예를 들면 양극 과 음극 사이에 전술한 분리막을 개재(介在)시켜 조립한 후 전해액을 주입함으로써 제조될 수 있다.The electrochemical device may be manufactured according to a conventional method known in the art, and may be manufactured, for example, by assembling the positive electrode and the negative electrode with the separator interposed therebetween, and then injecting an electrolyte solution .
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 전극으로는 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 알려진 통상 적인 방법에 따라 전극활물질을 전극 전류집전체에 결착된 형태로 제조할 수 있다. 상기 전극활물질 중 양극활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기 화학 소자의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극활물질이 사용가능하며, 특히 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들의 조합에 의하여 형성되는 복합산화물 등과 같은 리튬흡착물질(lithium intercalation material) 등이 바람직하다. 음극활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기 화학 소자의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite) 또는 기타 탄소류 등과 같은 리튬 흡착물질 등이 바람직하다. 양극 전류집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극 전류집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.In one embodiment of the present invention, the electrode is not particularly limited, and an electrode active material may be bound to an electrode current collector according to a conventional method known in the art. Examples of the cathode active material include, but are not limited to, lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron oxide, A lithium intercalation material such as a composite oxide formed by a combination thereof, and the like are preferable. As a non-limiting example of the negative electrode active material, a conventional negative electrode active material that can be used for a negative electrode of an electrochemical device can be used. In particular, lithium metal or a lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, Lithium-adsorbing materials such as graphite or other carbon-based materials and the like are preferable. Non-limiting examples of the positive current collector include aluminum, nickel, or a combination thereof. Examples of the negative current collector include copper, gold, nickel, or a copper alloy or a combination thereof Foil to be manufactured, and the like.
본 발명에서 사용될 수 있는 전해액은 A+B-와 같은 구조의 염으로서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하고 B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, NCF3SO2)2 -, CCF2SO2)3 -와 같은 음이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염이 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC),디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤 (γ-부티로락톤) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 또는 해리된 것이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.Electrolyte that may be used in the present invention is A + B - A salt of the structure, such as, A + is Li +, Na +, K + comprises an alkaline metal cation or an ion composed of a combination thereof, such as, and B - is PF 6 -, BF 4 -, Cl - , Br -, I -, ClO 4 -, AsF 6 -, CH 3 CO 2 -, CF 3 SO 3 -, NCF 3 SO 2) 2 -, CCF 2 SO 2) 3 - (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC), dimethyl sulfoxide (NMP), ethylmethyl carbonate (EMC), gamma-butyrolactone (gamma -butyrolactone), or a mixture of these compounds. Or dissolving or dissociating in an organic solvent composed of a mixture, but the present invention is not limited thereto.
상기 전해액 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전지 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 전지 조립 전 또는 전지 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다. 본 발명의 유/무기 복합 다공층을 전지로 적용하는 공정으로는 일반적인 공정인 권취(winding) 이외에도 분리막과 전극의 적층(lamination, stack) 및 접음(folding) 공정이 가능하다.The electrolyte injection may be performed at an appropriate stage of the battery manufacturing process, depending on the manufacturing process and required properties of the final product. That is, it can be applied before assembling the cell or at the final stage of assembling the cell. As a process for applying the organic / inorganic composite porous layer of the present invention to a battery, a lamination, stacking and folding process of a separator and an electrode can be performed in addition to a general winding process.
본 발명에 따른 분리막이 상기 공정 중 적층 공정에 적용될 경우, 전지의 열적 안전성 향상 효과 는 현저해진다. 이는 일반적인 권취 공정에 의해 제조된 전지에 비해 적층 및 접음 공정으로 제조된 전지는 분리막의 열 수축이 더욱 심하게 일어나는데 기인한다. 또한, 적층(lamination, stack) 공정은 본 발명의 유/무기 복합 다공층 중 고분자의 우수한 접착력 특성으로 인해 쉽게 조립이 가능하다는 장점이 있다. 이때 주성분인 무기 입자 및 고분자의 함량 또는 고분자의 물성에 의해 접착력 특성이 조절될 수 있으며, 특히 고분자가 극성(polar)을 보일수록, 유리 전이 온도(glass transition temperature, Tg) 또는 용융 온도(melting point, Tm)가 낮을수록 본 발명의 유/무기 복합 다공층과 전극과의 접착이 잘 이루어진다.When the separator according to the present invention is applied to the lamination process in the above process, the thermal stability improvement effect of the battery becomes remarkable. This is due to the fact that the heat shrinkage of the separator more severely occurs in the battery produced by the lamination and folding process than the cell produced by the general winding process. In addition, the lamination and stacking process is advantageous in that the organic / inorganic composite porous layer of the present invention can be easily assembled due to the excellent adhesive property of the polymer. In this case, the adhesive force characteristics can be controlled by the content of the inorganic particles and the main polymer or the physical properties of the polymer. Particularly, as the polymer shows polarity, the glass transition temperature (Tg) or the melting point , Tm), the adhesion between the organic / inorganic composite porous layer of the present invention and the electrode is improved.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.
실시예Example
제조예Manufacturing example
폴리에틸렌(고밀도 폴리에틸렌, 중량평균 분자량 50만, 용융 온도 135℃)과 기공형성제(액상 파라핀 오일, 40℃에서의 동점도 40cSt)의 혼합물 총 중량 100 중량%에 기초하여, 상기 폴리에틸렌과 기공형성제를 각각 35중량% 및 65 중량%가 되도록 혼합하였다. 상기 혼합물을 이축 압출기를 이용하여 220℃에서 압출하여 압출물을 수득하고, 수득된 압출물을 T-다이(T-die)에 통과시킨 후, 냉각 롤을 통과시켜 압출 시트를 제조하였다. 상기 제조된 압출 시트는 이축 연신기를 이용하여 종방향으로 4배, 횡방향으로 8배 연신하였다. 종방향(MD) 연신 온도는 125℃이고, 횡방향 연신 온도는 115℃이다. 상기 연신된 시트에서, 용매로서 메틸렌 클로라이드를 사용하여 기공형성제를 제거하고 다공성 기재를 수득하였다. Based on 100 wt.% Of the total weight of a mixture of polyethylene (high density polyethylene, weight average molecular weight 500,000, melting temperature 135 DEG C) and a pore former (liquid paraffin oil, kinetic viscosity at 40 DEG C of 40 cSt) 35% by weight and 65% by weight, respectively. The mixture was extruded at 220 占 폚 using a twin-screw extruder to obtain an extrudate. The resulting extrudate was passed through a T-die and then passed through a cooling roll to prepare an extruded sheet. The extruded sheet thus prepared was stretched four times in the longitudinal direction and eight times in the transverse direction using a biaxial stretching machine. The longitudinal (MD) stretching temperature is 125 占 폚, and the transverse stretching temperature is 115 占 폚. In the stretched sheet, pore forming agent was removed using methylene chloride as a solvent, and a porous substrate was obtained.
실시예Example 1 One
Al2O3 분말(일본경금속, LS235)/아크릴계 바인더(SX8686(H)7, JRS사)/물을 9:1:90의 중량비로 혼합하여 다공성 코팅층 형성용 슬러리를 준비하였다. 상기 슬러리를 닥터 블레이드법을 이용하여 상기 제조예에서 제조된 다공성 기재 (두께 12㎛)의 일면에 3~4㎛ 두께로 도포하고 130℃에서 5m/min의 속도로 2분 동안 건조 및 열고정 하여 복합 분리막을 제조하였다. Al 2 O 3 A slurry for forming a porous coating layer was prepared by mixing a binder (SX8686 (H) 7, JRS Co., Ltd.) / water at a weight ratio of 9: 1: 90. The slurry was coated on one surface of a porous substrate (thickness 12 占 퐉) prepared in the above Preparation Example using a doctor blade method to a thickness of 3 to 4 占 퐉 and dried and heat-fixed at a rate of 5 m / min at 130 占 폚 for 2 minutes Composite membranes were prepared.
실시예Example 2 2
Al2O3 분말(일본경금속, LS235)/아크릴계 바인더(SX8686(H)7, JRS사)/물의 비율을 9/1.6/89.4의 중량비로 혼합하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합 분리막을 제조하였다. Al 2 O 3 A composite membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio of 9 / 1.6 / 89.4 was used to mix the powder (Nippon Light Metal, LS235) / acrylic binder (SX8686 (H) 7, .
실시예Example 3 3
Al2O3 분말(일본경금속, LS235)/아크릴계 바인더(SX8686(H)7, JRS사)/물의 비율을 중량비로 8.5/1.5/90의 중량비로 혼합하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합 분리막을 제조하였다. Al 2 O 3 A composite separator was prepared in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio of the powder (Nippon Light Metal, LS235) / acrylic binder (SX8686 (H) 7, JRS) / water was mixed at a weight ratio of 8.5 / .
비교예Comparative Example 1 One
Al2O3 (일본경금속, LS235)/아크릴계 바인더(SX8686(H)7, JRS사)/물을 19:1:80의 중량비로 혼합하여 다공성 코팅층 형성용 슬러리를 준비하였다. 상기 슬러리를 닥터 블레이드법을 이용하여 상기 제조예 1에서 제조된 다공성 기재의 폴리에틸렌 필름(W scope사, WL11B, 두께 11㎛) 일면에 3~4㎛ 두께로 도포하고 130℃에서 5m/min으로 건조 하였다. Al 2 O 3 (LS235) / acrylic binder (SX8686 (H) 7, JRS) / water were mixed at a weight ratio of 19: 1: 80 to prepare a slurry for forming a porous coating layer. The slurry was applied on one side of a polyethylene film (W scope, WL11B, thickness 11 탆) of the porous base material prepared in Preparation Example 1 using a doctor blade method to a thickness of 3 to 4 탆 and dried at 130 캜 at 5 m / min Respectively.
비교예Comparative Example 2 2
Al2O3 분말(일본경금속, LS235)/아크릴계 바인더(SX8686(H)7, JRS사)/물의 비율을 중량비로 10/10/80의 중량비로 혼합하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 복합 분리막을 제조하였다. Al 2 O 3 A composite separator was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that the weight ratio of the powder (Nippon Light Metal, LS235) / acrylic binder (SX8686 (H) 7, JRS) / water was mixed at a weight ratio of 10/10/80 .
비교예Comparative Example 3 3
Al2O3 분말(일본경금속, LS235)/아크릴계 바인더(SX8686(H)7, JRS사)/물을 9:1:90의 중량비로 혼합하여 다공성 코팅층 형성용 슬러리를 준비하였다. 상기 슬러리를 닥터 블레이드법을 이용하여 상기 제조예에서 제조된 다공성 기재(두께 12㎛)의 일면에 3~4㎛ 두께로 도포하고 50℃에서 5m/min의 속도로 2분 동안 건조 및 열고정 하여 복합 분리막을 제조하였다. Al 2 O 3 A slurry for forming a porous coating layer was prepared by mixing a binder (SX8686 (H) 7, JRS Co., Ltd.) / water at a weight ratio of 9: 1: 90. The slurry was coated on one surface of a porous substrate (thickness 12 占 퐉) prepared in the above Preparation Example using a doctor blade method to a thickness of 3 to 4 占 퐉 and dried and heat-fixed at a rate of 5 m / min at 50 占 폚 for 2 minutes Composite membranes were prepared.
비교예Comparative Example 4 4
Al2O3 분말(일본경금속, LS235)/아크릴계 바인더(SX8686(H)7, JRS사)/물을 9:1:90의 중량비로 혼합하여 다공성 코팅층 형성용 슬러리를 준비하였다. 상기 슬러리를 닥터 블레이드법을 이용하여 폴리에틸렌 필름(W scope사, WL11B, 두께 11㎛)의 일면에 3~4㎛ 두께로 도포하고 50℃에서 5m/min의 속도로 2분 동안 건조하여 복합 분리막을 제조하였다. Al 2 O 3 A slurry for forming a porous coating layer was prepared by mixing a binder (SX8686 (H) 7, JRS Co., Ltd.) / water at a weight ratio of 9: 1: 90. The slurry was applied on one side of a polyethylene film (W scope, WL11B, thickness 11 μm) to a thickness of 3 to 4 μm using a doctor blade method and dried at 50 ° C. at a rate of 5 m / min for 2 minutes to form a composite membrane .
실험예Experimental Example
1. 통기도 및 1. Aeration and 수축율Contraction ratio 관련 relation
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 분리막에 대해 통기도와 수축율을 측정하여 하기 표 1과 같이 정리하였다.The permeability and shrinkage of the membranes prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were measured and summarized as shown in Table 1 below.
상기 표 1에서 확인하 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 3의 경우에는 통기도가 230sec/100cc 이하인 것으로 이차 전지의 분리막으로 사용하는데 적합한 통기도 수준을 나타내었다. 또한, MD 및 TD 방향 수축율에 있어서도 본원 발명의 실시예 1 내지 3이 비교예 1 내지 2에 비해 우수한 측면을 나타내었다. As can be seen in Table 1, in the case of Examples 1 to 3, the air permeability was 230 sec / 100 cc or less, which indicated a level of air permeability suitable for use as a separator of a secondary battery. In addition, Examples 1 to 3 of the present invention showed superior aspects in the MD and TD direction shrinkage as compared with Comparative Examples 1 and 2.
상기 표에서 비교에 1의 경우 통기도 특성은 상기 실시예와 유사한 수준으로 나타났으나 고형분의 로딩양이 동일한 실시예 1과 비교했을 때 통기도가 증가되었고, MD 및 TD 방향의 수축율이 모두 3% 이상인 것으로 나타났다. In the above table, the air permeability characteristics were similar to those of the above examples, but the air permeability was increased as compared with Example 1 in which the loading amount of the solid was the same, and the shrinkage ratio in the MD and TD directions was 3% Respectively.
상기 측정결과로부터 본원 발명의 고형분 저함량 슬러리를 이용하여 제조된 복합 분리막은 비교예인 고형분 고함량 슬러리를 이용한 분리막에 비해 통기도 및 수축율의 측면에서 향상된 특성을 나타내는 것으로 확인되었다. From the measurement results, it was confirmed that the composite membrane prepared using the solid low-content slurry of the present invention exhibited improved characteristics in terms of air permeability and shrinkage as compared with the separator using the solid content high-content slurry.
2. 건조 온도에 따른 물성 비교2. Comparison of physical properties according to drying temperature
(㎛)Composite film thickness
(탆)
(sec/100ml)Ventilation
(sec / 100 ml)
상기 표 2에 나타난 바와 같이 비교예 3 및 4의 경우 수축율이 매우 높게 나타나 내열 안정성이 실시예 1에 비해 저하된 것을 확인하였다. 비교예 4의 경우 통기도 수치만으로는 실시예 1과 같은 수준이나 이는 복합 다공층에 의한 다공성 기재의 커리버리지가 고르지 않은 점에 의한 것으로 보인다. 도 3 및 도 4는 비교예 3에 따른 분리막 표면의 SEM 이미지로 복합 다공층 내 무기물 입자가 다공성 기재의 표면에 고르게 분포되지 않고 편재되어 있는 것을 확인하였다. As shown in Table 2, in Comparative Examples 3 and 4, the shrinkage ratio was very high and it was confirmed that the heat stability was lowered than in Example 1. In the case of Comparative Example 4, the air permeability value alone is the same as that in Example 1, but the reason is that the concentration of the porous substrate due to the composite porous layer is uneven. FIG. 3 and FIG. 4 are SEM images of the surface of the separation membrane according to Comparative Example 3, confirming that the inorganic particles in the composite porous layer were not uniformly distributed on the surface of the porous substrate but were localized.
1...다공성 기재
3...무기 입자
5...고분자 수지
10...분리막 1 ... Porous substrate
3 ... inorganic particles
5 ... polymer resin
10 ... membrane
Claims (14)
a) inorganic particles; And b) a solid component including a polymer resin is dispersed in a solvent, and the content of the solid component in the slurry is less than 5% by weight to less than 15% by weight based on 100% by weight of the slurry. Slurry for forming.
상기 무기 입자는 전기화학소자의 작동 전압 범위에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 무기 입자, 리튬 이온 전달 능력이 있는 무기 입자, 유전율 상수가 5 이상인 무기 입자로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상인 것인, 이차 전지용 유/무기 복합 다공층 형성용 슬러리.
The method according to claim 1,
Wherein the inorganic particles are at least one selected from the group consisting of inorganic particles that do not undergo oxidation and / or reduction reaction within the operating voltage range of the electrochemical device, inorganic particles having lithium ion transfer capability, and inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more , A slurry for forming a porous organic / inorganic composite layer for a secondary battery.
상기 고분자 수지는 유리전이 온도가 -200 내지 200℃인 것을 특징으로 하는 것인, 이차 전지용 유/무기 복합 다공층 형성용 슬러리.
The method according to claim 1,
Wherein the polymer resin has a glass transition temperature of -200 to 200 占 폚.
상기 a)와 b)의 함량비는 중량비로서 70:30 내지 99.9:0.1인 것인, 이차 전지용 유/무기 복합 다공층 형성용 슬러리.
The method according to claim 1,
Inorganic composite porous layer for a secondary battery, wherein the content ratio of a) to b) is 70:30 to 99.9: 0.1 in terms of weight ratio.
상기 용매는 아세톤 (acetone), 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran), 메틸렌클로라이드 (methylene chloride), 클로로포름 (chloroform), 디메틸포름아미드 (dimethylformamide), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 시클로헥산 (cyclohexane), 물로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것인, 이차 전지용 유/무기 복합 다공층 형성용 슬러리.
The method according to claim 1,
The solvent may be selected from the group consisting of acetone, tetrahydrofuran, methylene chloride, chloroform, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, inorganic composite porous layer for a secondary battery, wherein the mixture is one or a mixture of two or more selected from the group consisting of pyrrolidone, NMP, cyclohexane, and water.
(S20) 상기 다공성 분리막 기재의 적어도 일측면에 도포하기 위한 유/무기 복합 다공층 형성용 슬러리를 제조하는 단계;
(S30) 상기 슬러리를 상기 다공성 분리막 기재의 적어도 일측면에 도포하는 단계; 및
(S40) 상기 슬러리가 도포된 분리막 기재를 건조하는 단계;
를 포함하는 이차 전지용 다공성 분리막 제조 방법.
(S10) preparing a porous membrane substrate;
(S20) preparing a slurry for forming an organic / inorganic composite porous layer for application to at least one side of the porous membrane substrate;
(S30) applying the slurry to at least one side of the porous membrane base material; And
(S40) drying the separator substrate coated with the slurry;
Wherein the porous separator is formed of a porous material.
상기 (S20) 단계의 유/무기 복합 다공층 형성용 슬러리는 a) 무기 입자; 및 b) 고분자 수지;를 포함하는 고형 성분이 용매에 분산된 것이며, 상기 슬러리 중 상기 고형 성분의 함량은 상기 슬러리 100 중량% 대비 5중량% 내지 15중량% 인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 다공성 분리막 제조 방법.
The method according to claim 6,
The slurry for forming the organic / inorganic composite porous layer in the step (S20) comprises: a) an inorganic particle; And b) a solid component comprising a polymer resin is dispersed in a solvent, and the content of the solid component in the slurry is 5 wt% to 15 wt% based on 100 wt% of the slurry. Way.
상기 건조는 85 ℃ 내지 135 ℃의 온도 조건에서 수행되는 것인, 이차 전지용 다공성 분리막 제조 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the drying is performed at a temperature of from 85 캜 to 135 캜.
상기 건조는 1 분 내지 10분 동안 수행되는 것인, 이차 전지용 다공성 분리막 제조 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the drying is performed for 1 minute to 10 minutes.
상기 건조는 80℃ 내지 135℃의 온도 조건에서, 1분 내지 10분 동안 진행되는 것인, 이차 전지용 다공성 분리막 제조 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the drying is carried out at a temperature of 80 to 135 캜 for 1 to 10 minutes.
여기에서 상기 유/무기 복합 다공층은 용매를 포함하는 슬러리 총 100중량% 대비 고형 성분의 함량이 5 중량% 내지 15중량%인 슬러리를 상기 다공성 기재의 적어도 일면에 코팅하여 형성되는 것이며,
상기 고형 성분은 a) 무기 입자; 및 b) 고분자 수지;를 포함하는 것인 이차 전지용 분리막.
A porous substrate; And an organic / inorganic composite porous layer formed on at least one surface of the porous substrate,
Wherein the organic / inorganic composite porous layer is formed by coating a slurry having a solid content of 5 wt% to 15 wt% on at least one surface of the porous substrate with respect to 100 wt% of the total slurry including the solvent,
The solid component comprises a) an inorganic particle; And b) a polymer resin.
상기 이차 전지용 분리막은 통기도가 100 내지 250sec/100cc인 것인 이차 전지 용 분리막.
12. The method of claim 11,
Wherein the separation membrane for a secondary battery has an air permeability of 100 to 250 sec / 100 cc.
상기 유/무기 복합 다공층은 무기물들이 서로 면접하여 형성되는 인터스티셜 볼륨(interstitial volume)에 따른 다공성 구조를 갖는 것인, 이차 전지용 분리막.
12. The method of claim 11,
Wherein the organic / inorganic composite porous layer has a porous structure according to an interstitial volume in which the inorganic materials are formed to be in contact with each other.
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