KR20160072162A - 중합체 결합 세라믹 입자 배터리 세퍼레이터 코팅 - Google Patents

중합체 결합 세라믹 입자 배터리 세퍼레이터 코팅 Download PDF

Info

Publication number
KR20160072162A
KR20160072162A KR1020167012597A KR20167012597A KR20160072162A KR 20160072162 A KR20160072162 A KR 20160072162A KR 1020167012597 A KR1020167012597 A KR 1020167012597A KR 20167012597 A KR20167012597 A KR 20167012597A KR 20160072162 A KR20160072162 A KR 20160072162A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
separator
coating
slurry
curable
particulate material
Prior art date
Application number
KR1020167012597A
Other languages
English (en)
Inventor
닥터. 존 아놀드
개리 이. 보엘커
조 파솔로
Original Assignee
밀텍 유브이 인터네셔널, 엘엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 밀텍 유브이 인터네셔널, 엘엘씨 filed Critical 밀텍 유브이 인터네셔널, 엘엘씨
Publication of KR20160072162A publication Critical patent/KR20160072162A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H01M2/1686—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M2/145—
    • H01M2/166—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/417—Polyolefins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H01M50/434—Ceramics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/451—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising layers of only organic material and layers containing inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/457—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y02E60/122—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y02T10/7011—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making
    • Y10T29/49115—Electric battery cell making including coating or impregnating

Abstract

세퍼레이터를 강화 및 보호하고 그러한 세퍼레이터를 사용한 전기화학 디바이스의 작동 안전성을 향상시키는 다공성 전기 절연성 및 전기화학적 내성 표면 코팅, 세퍼레이터 상에 전기 절연성 다공성 세라믹 입자 코팅을 고정하기 위한 자외선(UV) 또는 전자 빔(EB) 경화성 결합재의 용도, 및 반응성 액체 수지 및 세라믹 입자의 UV 또는 EB 경화 슬러리에 의한 중합체 결합 세라믹 입자 세퍼레이터 코팅, 세퍼레이터 및 전기화학 디바이스의 제조 방법.

Description

중합체 결합 세라믹 입자 배터리 세퍼레이터 코팅{POLYMER-BOUND CERAMIC PARTICLE BATTERY SEPARATOR COATING}
관련 출원 데이터
본 출원은 2013년 10월 18일자로 출원된 미국 특허 가출원 번호 제61/892,885호에 대한 우선권 및 그의 이득을 주장하는, 2014년 7월 18일자로 출원되고 발명의 명칭이 "중합체 결합 세라믹 입자 배터리 세퍼레이터 코팅(POLYMER-BOUND CERAMIC PARTICLE BATTERY SEPARATOR COATING)"인 미국 특허 출원 번호 제14/335,367호에 대한 우선권을 주장한다. 이들 우선권 출원의 각각은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
전기화학 디바이스, 예컨대, 배터리는 휴대용 및 보조 전원 공급장치에 널리 사용된다. 배터리의 기본적인 작동 단위는 전기화학 전지이다. 전기화학 전지는 2개의 전극(애노드 및 캐소드) 및 전해질을 포함한다. 배터리 전해질은 액체, 고체, 또는 겔일 수 있다. 전해질은 이온이 캐소드로부터 애노드로 흐르게 하는(충전) 그리고 이온이 애노드로부터 캐소드로 흐르게 하는(방전) 경로를 제공한다. 배터리는 캐소드와 애노드가 전기적 접촉을 이루는 경우 작동하지 않을 것이다.
세퍼레이터가 캐소드를 애노드로부터 "분리"하는 데 사용되어, 캐소드와 애노드 사이의 전기 장벽으로서 역할을 한다. 세퍼레이터가 전기 장벽이지만, 세퍼레이터는 이온 장벽이 아닐 수 있다. 일부 경우에, 이온 흐름을 최대화하기 위하여, 세퍼레이터는 가능한 얇고 다공성이다. 세퍼레이터는 얇은 다공성 중합체 필름일 수 있다.
세퍼레이터 중합체 내의 빈 공간은 전해질로 충전되고 이는 애노드 및 캐소드 코팅 내의 기공도 또한 충전한다. 선택된 리튬 염을 함유하는 유기 알킬 카르보네이트가 액체 전해질의 일례이다. 전해질은 이온(예컨대, 리튬 이온)의 높은 이동도를 제공하고, 캐소드 및 애노드 표면에서 전압 전위에 노출되는 경우 화학적으로 불활성이도록 설계된다.
그의 전기적 저장 용량으로 인해, 리튬 2차 (재충전가능) 배터리가 하이브리드 및 전기 차량, 전기 그리드 저장 장치, 및 다수의 휴대용 가전 제품 예컨대, 랩톱 컴퓨터, 휴대폰, 및 수공구를 위한 바람직한 전기 저장 디바이스가 되어 왔다. 더 높은 저장 용량은 전극 표면 내의 더 큰 에너지 밀도(이온 밀도)와 더 높은 전압 전위의 조합으로부터 비롯된다.
더 높은 전압 및 에너지 밀도는 화재의 더 큰 위험을 동반한다. 세퍼레이터는 화재를 방지하기 위한 중요한 구성요소이다. 화재는 1) 대응하는 열이 세퍼레이터를 용융시키거나 수축시키도록 빠르게 배터리가 방전되는 경우, 2) 배터리에 대한 물리적 손상에 의해 애노드와 캐소드가 접촉하게 되는 경우, 또는 3) 시간이 지남에 따라 리튬 이온이 캐소드로의 금속 브리지(bridge)를 형성할 때까지 성장을 계속하는 애노드 상의 리튬 성장(예컨대, 덴드라이트(dendrite), 스파이크(spike), 등)을 리튬 이온이 발달시키는 방식으로 전해 도금(비가역 부반응)에 의해 리튬 이온이 애노드 상에 리튬 금속을 도금하게 하는 경우에 일어날 수 있다.
예시적인 세퍼레이터 필름은 열가소성 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 또는 PE 및 PP의 공압출된 블렌드를 포함한다. PE 또는 PP 세퍼레이터의 이점들 중 하나는 이들 열가소성 중합체가 열에 노출된 경우에 유동하는 것이다. 이러한 열에 의해 유도된 유동은 세퍼레이터 내의 기공이 폐쇄되게 한다. 기공이 폐쇄되면, 세퍼레이터는 이온 유동에 대한 장벽이 된다. 따라서, 가벼운 또는 점진적인 과열 상태의 경우, 열가소성 세퍼레이터는 배터리의 작동을 정지시킨다.
그러나, 열가소성 PE-PP는 몇몇 단점을 갖는다. 열가소성 PE-PP 세퍼레이터는 강도 및 내열성이 통상의 주방용 샌드위치 백(sandwich bag)의 것과 매우 유사하다. 배터리 파열의 경우, PE-PP 세퍼레이터는 무의미한 기계적 강도를 제공하고; 빠른 방전의 경우, PE-PP 세퍼레이터는 제 위치에 남아 있도록 내열성을 갖지 못한다. 높은 열 조건에서, 중합체 세퍼레이터는 용융으로부터, 컬링(curling), 해중합, 및 분해로 될 수 있다. 중합체 세퍼레이터 필름이 컬링되거나 또는 분해됨에 따라, 캐소드와 애노드 사이의 장벽은 소실된다. 이러한 상태에서, 화재는 배터리의 작동이 즉각적으로 정지되지 않는 경우 발생할 것이다.
화재 안전을 고려하여, 크랙을 형성하지 않거나 또는 전기화학 전지가 가열되거나 압축되는 경우의 수축으로 인한 단락을 야기하지 않는, 우수하고 다공성이고 기계적으로 강하고 내열성이고 안정된 세퍼레이터가 요구된다.
본 발명의 내용은 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서 추가로 후술되는 단순화된 형태로 엄선된 개념들을 소개하기 위하여 제공된다. 본 발명의 내용은 중요한 또는 본질적인 특징부를 확인하려는 의도는 아니다.
세퍼레이터를 강화 및 보호하고 그러한 세퍼레이터를 이용하여 전기화학 디바이스의 작동 안전성을 향상시키는, 다공성이고 전기 절연성(예컨대, 비전도성)이고 전기화학적 저항성인 표면 코팅이 개시되어 있다. 반응성 액체 수지(예컨대, 단량체 및/또는 올리고머) 및 세라믹 입자의 슬러리를 경화시키는 자외선(UV) 또는 전자 빔(EB)에 의해 그러한 코팅, 세퍼레이터 및 전기화학 디바이스를 제조하는 방법이 추가로 개시되어 있다.
하나 이상의 실시 형태는 UV 수계 혼합물로부터의 또는 하나 이상의 단량체, 하나 이상의 올리고머, 또는 하나 이상의 단량체 및 하나 이상의 올리고머의 조합으로부터 선택된 하나 이상의 전구체로부터의 가교결합 반응 생성물을 포함하는 UV 또는 EB 경화 매트릭스를 포함하는 중합체 재료; 및 세라믹 미립자 재료를 포함하는 UV 또는 EB 경화 코팅에 관한 것이다. 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 98 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 소정 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 40 내지 약 95 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 UV 또는 EB 경화 매트릭스에 결합되고, 전기 절연성인 적어도 하나의 열 전도성 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 산화알루미늄(예컨대, 산화알루미늄(Al2O3), 수산화산화알루미늄, 등), 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 질화붕소, 또는 이들의 조합이고, 하나 이상의 전구체는 UV 수계 혼합물, UV 경화성 에폭시, UV 경화성 실리콘, UV 경화성 우레탄, UV 경화성 고무, UV 경화성 티오에스테르, 아크릴화 수계 수지 블렌드, 아크릴화 폴리우레탄, 아크릴화 고무, 아크릴화 단량체, 지환족 에폭시 말단화 올리고머, 지환족 에폭시 말단화 단량체, 아크릴화 말단화 올리고머, 아크릴화 말단화 단량체, 또는 이들의 조합을 포함한다. 다양한 실시 형태에서, UV 또는 EB 경화 매트릭스는 비이온성이다.
추가로 실시 형태는 UV 경화성 에폭시로부터의 가교결합 반응 생성물을 포함하는 UV 또는 EB 경화 매트릭스를 포함하는 중합체 재료; 및 세라믹 미립자 재료를 포함하는 UV 또는 EB 경화 코팅에 관한 것이다. 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 98 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 소정 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 40 내지 약 95 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 UV 또는 EB 경화 매트릭스에 결합되고, 전기 절연성인 적어도 하나의 열 전도성 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 산화알루미늄(예컨대, 산화알루미늄(Al2O3), 수산화산화알루미늄, 등), 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 질화붕소, 또는 이들의 조합이다. 다양한 실시 형태에서, UV 또는 EB 경화 매트릭스는 비이온성이다.
추가로 실시 형태는 UV 경화성 실리콘으로부터의 가교결합 반응 생성물을 포함하는 UV 또는 EB 경화 매트릭스를 포함하는 중합체 재료; 및 세라믹 미립자 재료를 포함하는 UV 또는 EB 경화 코팅에 관한 것이다. 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 98 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 소정 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 40 내지 약 95 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 UV 또는 EB 경화 매트릭스에 결합되고, 전기 절연성인 적어도 하나의 열 전도성 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 산화알루미늄(예컨대, 산화알루미늄(Al2O3), 수산화산화알루미늄, 등), 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 질화붕소, 또는 이들의 조합이다. 다양한 실시 형태에서, UV 또는 EB 경화 매트릭스는 비이온성이다.
추가로 실시 형태는 UV 경화성 우레탄으로부터의 가교결합 반응 생성물을 포함하는 UV 또는 EB 경화 매트릭스를 포함하는 중합체 재료; 및 세라믹 미립자 재료를 포함하는 UV 또는 EB 경화 코팅에 관한 것이다. 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 98 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 소정 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 40 내지 약 95 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 UV 또는 EB 경화 매트릭스에 결합되고, 전기 절연성인 적어도 하나의 열 전도성 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 산화알루미늄(예컨대, 산화알루미늄(Al2O3), 수산화산화알루미늄, 등), 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 질화붕소, 또는 이들의 조합이다. 다양한 실시 형태에서, UV 또는 EB 경화 매트릭스는 비이온성이다.
추가로 실시 형태는 UV 경화성 고무로부터의 가교결합 반응 생성물을 포함하는 UV 또는 EB 경화 매트릭스를 포함하는 중합체 재료; 및 세라믹 미립자 재료를 포함하는 UV 또는 EB 경화 코팅에 관한 것이다. 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 98 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 소정 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 40 내지 약 95 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 UV 또는 EB 경화 매트릭스에 결합되고, 전기 절연성인 적어도 하나의 열 전도성 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 산화알루미늄(예컨대, 산화알루미늄(Al2O3), 수산화산화알루미늄, 등), 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 질화붕소, 또는 이들의 조합이다. 다양한 실시 형태에서, UV 또는 EB 경화 매트릭스는 비이온성이다.
추가로 실시 형태는 UV 경화성 티오에스테르로부터의 가교결합 반응 생성물을 포함하는 UV 또는 EB 경화 매트릭스를 포함하는 중합체 재료; 및 세라믹 미립자 재료를 포함하는 UV 또는 EB 경화 코팅에 관한 것이다. 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 98 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 소정 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 40 내지 약 95 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 UV 또는 EB 경화 매트릭스에 결합되고, 전기 절연성인 적어도 하나의 열 전도성 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 산화알루미늄(예컨대, 산화알루미늄(Al2O3), 수산화산화알루미늄, 등), 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 질화붕소, 또는 이들의 조합이다. 다양한 실시 형태에서, UV 또는 EB 경화 매트릭스는 비이온성이다.
다양한 실시 형태는 세퍼레이터; 및 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 부착된 앞서 논의된 UV 또는 EB 경화 코팅들 중 임의의 것을 포함하는 코팅 세퍼레이터에 관한 것이다. 예를 들어, 소정 실시 형태는 세퍼레이터; 및 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 부착된 UV 또는 EB 경화 코팅을 포함하는 코팅 세퍼레이터에 관한 것으로, 상기 UV 또는 EB 경화 코팅은 하나 이상의 단량체, 하나 이상의 올리고머, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 전구체로부터의 가교결합 반응 생성물을 포함하는 UV 또는 EB 경화 매트릭스를 포함하는 중합체 재료; 및 세라믹 미립자 재료를 포함한다. 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 98 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 소정 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 40 내지 약 95 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 UV 또는 EB 경화 매트릭스에 결합되고, UV 또는 EB 경화 매트릭스에 의해 세퍼레이터에 결합되고, 전기 절연성인 적어도 하나의 열 전도성 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 산화알루미늄(예컨대, 산화알루미늄(Al2O3), 수산화산화알루미늄, 등), 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 질화붕소, 또는 이들의 조합이고, 하나 이상의 전구체는 UV 수계 혼합물, UV 경화성 에폭시, UV 경화성 실리콘, UV 경화성 우레탄, UV 경화성 고무, UV 경화성 티오에스테르, 아크릴화 수계 수지 블렌드, 아크릴화 폴리우레탄, 아크릴화 고무, 아크릴화 단량체, 지환족 에폭시 말단화 올리고머, 지환족 에폭시 말단화 단량체, 아크릴화 말단화 올리고머, 아크릴화 말단화 단량체, 또는 이들의 조합을 포함한다. 다양한 실시 형태에서, UV 또는 EB 경화 매트릭스는 비이온성이다. 일부 실시 형태에서, 세퍼레이터는 중합체 필름이다. 소정 실시 형태에서, 세퍼레이터는 3층 세퍼레이터이다. 일부 실시 형태에 따르면, UV 또는 EB 경화 코팅은 세퍼레이터의 상부 표면 또는 하부 표면에 부착되지만, 상부 표면 및 하부 표면 둘 모두에는 부착되지 않는다. 다른 실시 형태에서, UV 또는 EB 경화 코팅은 세퍼레이터의 상부 표면 및 하부 표면 둘 모두에 부착된다. UV 또는 EB 경화 코팅은 연속 코트, 패턴, 또는 이들의 조합으로 세퍼레이터에 적용될 수 있고, 세퍼레이터의 상부 표면, 세퍼레이터의 하부 표면, 또는 이들의 조합을 완전히 또는 부분적으로 덮을 수 있다. 다양한 실시 형태에 따르면, 코팅 세퍼레이터는 100℃ 이상(예컨대, 100℃, 105℃, 110℃, 115℃, 120℃, 125℃, 130℃, 135℃, 140℃, 145℃, 150℃, 등)의 온도로 가열되는 것에 응답하여 세퍼레이터의 기공을 통한 이온 유동을 억제하고 전기 절연성을 유지한다. 추가 실시 형태에서, 100℃ 이상(예컨대, 100℃, 105℃, 110℃, 115℃, 120℃, 125℃, 130℃, 135℃, 140℃, 145℃, 150℃, 등)의 온도로 가열되는 동안 세라믹 미립자 재료는 UV 또는 EB 경화 매트릭스에 그리고 세퍼레이터에 결합된 채로 남아있고 코팅 세퍼레이터는 그의 형상을 유지한다.
소정 실시 형태는 세퍼레이터; 및 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 일정 패턴으로 부착된 앞서 논의된 UV 또는 EB 경화 코팅들 중 임의의 것을 포함하는 패턴 코팅 세퍼레이터에 관한 것이다. 예를 들어, 소정 실시 형태는 세퍼레이터; 및 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 일정 패턴으로 부착된 UV 또는 EB 경화 코팅을 포함하는 코팅 세퍼레이터에 관한 것으로, 상기 UV 또는 EB 경화 코팅은 하나 이상의 단량체, 하나 이상의 올리고머, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 전구체로부터의 가교결합 반응 생성물을 포함하는 UV 또는 EB 경화 매트릭스를 포함하는 중합체 재료; 및 세라믹 미립자 재료를 포함한다. 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 98 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 소정 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 40 내지 약 95 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 UV 또는 EB 경화 매트릭스에 결합되고, UV 또는 EB 경화 매트릭스에 의해 세퍼레이터에 결합되고, 전기 절연성인 적어도 하나의 열 전도성 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 산화알루미늄(예컨대, 산화알루미늄(Al2O3), 수산화산화알루미늄, 등), 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 질화붕소, 또는 이들의 조합이고, 하나 이상의 전구체는 UV 수계 혼합물, UV 경화성 에폭시, UV 경화성 실리콘, UV 경화성 우레탄, UV 경화성 고무, UV 경화성 티오에스테르, 아크릴화 수계 수지 블렌드, 아크릴화 폴리우레탄, 아크릴화 고무, 아크릴화 단량체, 지환족 에폭시 말단화 올리고머, 지환족 에폭시 말단화 단량체, 아크릴화 말단화 올리고머, 아크릴화 말단화 단량체, 또는 이들의 조합을 포함한다. 다양한 실시 형태에서, UV 또는 EB 경화 매트릭스는 비이온성이다. 일부 실시 형태에서, 세퍼레이터는 중합체 필름이다. 다른 실시 형태에서, 세퍼레이터는 3층 세퍼레이터이다. 소정 실시 형태에 따르면, UV 또는 EB 경화 코팅은 세퍼레이터의 상부 표면 또는 하부 표면에 일정 패턴으로 부착되지만, 상부 표면 및 하부 표면 둘 모두에는 부착되지 않는다. 다른 실시 형태에서, UV 또는 EB 경화 코팅은 세퍼레이터의 상부 표면 및 하부 표면 둘 모두에 일정 패턴으로 부착된다. 다양한 실시 형태에 따르면, 패턴 코팅 세퍼레이터는 100℃ 이상(예컨대, 100℃, 105℃, 110℃, 115℃, 120℃, 125℃, 130℃, 135℃, 140℃, 145℃, 150℃, 등)의 온도로 가열되는 것에 응답하여 세퍼레이터의 기공을 통한 이온 유동을 억제하고 전기 절연성을 유지한다. 추가 실시 형태에서, 100℃ 이상(예컨대, 100℃, 105℃, 110℃, 115℃, 120℃, 125℃, 130℃, 135℃, 140℃, 145℃, 150℃, 등)의 온도로 가열되는 동안 세라믹 미립자 재료는 패턴 UV 또는 EB 경화 매트릭스에 그리고 세퍼레이터에 결합된 채로 남아있고 코팅 세퍼레이터는 그의 형상을 유지한다.
다른 실시 형태는 세퍼레이터; 및 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 부착된 앞서 논의된 UV 또는 EB 경화 코팅들 중 임의의 것을 포함하는 코팅 세퍼레이터를 갖는 전기화학 디바이스에 관한 것이다. 예를 들어, 소정 실시 형태는 세퍼레이터; 및 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 부착된 UV 또는 EB 경화 코팅을 포함하는 코팅 세퍼레이터를 갖는 전기화학 디바이스에 관한 것으로, 상기 UV 또는 EB 경화 코팅은 하나 이상의 단량체, 하나 이상의 올리고머, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 전구체로부터의 가교결합 반응 생성물을 포함하는 UV 또는 EB 경화 매트릭스를 포함하는 중합체 재료; 및 세라믹 미립자 재료를 포함한다. 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 98 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 소정 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 40 내지 약 95 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 UV 또는 EB 경화 매트릭스에 결합되고, UV 또는 EB 경화 매트릭스에 의해 세퍼레이터에 결합되고, 전기 절연성인 적어도 하나의 열 전도성 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 산화알루미늄(예컨대, 산화알루미늄(Al2O3), 수산화산화알루미늄, 등), 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 질화붕소, 또는 이들의 조합이고, 하나 이상의 전구체는 UV 수계 혼합물, UV 경화성 에폭시, UV 경화성 실리콘, UV 경화성 우레탄, UV 경화성 고무, UV 경화성 티오에스테르, 아크릴화 수계 수지 블렌드, 아크릴화 폴리우레탄, 아크릴화 고무, 아크릴화 단량체, 지환족 에폭시 말단화 올리고머, 지환족 에폭시 말단화 단량체, 아크릴화 말단화 올리고머, 아크릴화 말단화 단량체, 또는 이들의 조합을 포함한다. 다양한 실시 형태에서, UV 또는 EB 경화 매트릭스는 비이온성이다. 소정 실시 형태에서, 세퍼레이터는 중합체 필름이다. 일부 실시 형태에서, 세퍼레이터는 3층 세퍼레이터이다. 소정 실시 형태에 따르면, UV 또는 EB 경화 코팅은 세퍼레이터의 상부 표면 또는 하부 표면에 부착되지만, 상부 표면 및 하부 표면 둘 모두에는 부착되지 않는다. 다른 실시 형태에서, UV 또는 EB 경화 코팅은 세퍼레이터의 상부 표면 및 하부 표면 둘 모두에 부착된다. UV 또는 EB 경화 코팅은 연속 코트, 패턴, 또는 이들의 조합으로 세퍼레이터에 적용될 수 있고, 세퍼레이터의 상부 표면, 세퍼레이터의 하부 표면, 또는 이들의 조합을 완전히 또는 부분적으로 덮을 수 있다. 다양한 실시 형태에 따르면, 코팅 세퍼레이터는 100℃ 이상(예컨대, 100℃, 105℃, 110℃, 115℃, 120℃, 125℃, 130℃, 135℃, 140℃, 145℃, 150℃, 등)의 온도로 가열되는 것에 응답하여 세퍼레이터의 기공을 통한 이온 유동을 억제하고 전기 절연성을 유지한다. 추가 실시 형태에서, 100℃ 이상(예컨대, 100℃, 105℃, 110℃, 115℃, 120℃, 125℃, 130℃, 135℃, 140℃, 145℃, 150℃, 등)의 온도로 가열되는 동안 세라믹 미립자 재료는 UV 또는 EB 경화 매트릭스에 그리고 세퍼레이터에 결합된 채로 남아있고 코팅 세퍼레이터는 그의 형상을 유지한다. 다양한 실시 형태에 따르면, 전기화학 디바이스는 애노드, 캐소드, 전해질, 집전기, 또는 이들의 조합을 포함한다. 소정 실시 형태에서, 전기화학 디바이스는 알칼리 이온 배터리(예컨대, 리튬 이온 배터리)이다.
또 다른 실시 형태는 세퍼레이터; 및 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 부착된 앞서 논의된 UV 또는 EB 경화 코팅들 중 임의의 것을 포함하는 코팅 세퍼레이터를 갖는 리튬 이온 배터리에 관한 것이다. 예를 들어, 소정 실시 형태는 세퍼레이터; 및 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 부착된 UV 또는 EB 경화 코팅을 포함하는 코팅 세퍼레이터를 갖는 리튬 이온 배터리에 관한 것으로, 상기 UV 또는 EB 경화 코팅은 하나 이상의 단량체, 하나 이상의 올리고머, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 전구체로부터의 가교결합 반응 생성물을 포함하는 UV 또는 EB 경화 매트릭스를 포함하는 중합체 재료; 및 세라믹 미립자 재료를 포함한다. 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 98 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 소정 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 40 내지 약 95 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 UV 또는 EB 경화 매트릭스에 결합되고, UV 또는 EB 경화 매트릭스에 의해 세퍼레이터에 결합되고, 전기 절연성인 적어도 하나의 열 전도성 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 산화알루미늄(예컨대, 산화알루미늄(Al2O3), 수산화산화알루미늄, 등), 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 질화붕소, 또는 이들의 조합이고, 하나 이상의 전구체는 UV 수계 혼합물, UV 경화성 에폭시, UV 경화성 실리콘, UV 경화성 우레탄, UV 경화성 고무, UV 경화성 티오에스테르, 아크릴화 수계 수지 블렌드, 아크릴화 폴리우레탄, 아크릴화 고무, 아크릴화 단량체, 지환족 에폭시 말단화 올리고머, 지환족 에폭시 말단화 단량체, 아크릴화 말단화 올리고머, 아크릴화 말단화 단량체, 또는 이들의 조합을 포함한다. 다양한 실시 형태에서, UV 또는 EB 경화 매트릭스는 비이온성이다. 소정 실시 형태에서, 세퍼레이터는 중합체 필름이다. 일부 실시 형태에서, 세퍼레이터는 3층 세퍼레이터이다. 소정 실시 형태에 따르면, UV 또는 EB 경화 코팅은 세퍼레이터의 상부 표면 또는 하부 표면에 부착되지만, 상부 표면 및 하부 표면 둘 모두에는 부착되지 않는다. 다른 실시 형태에서, UV 또는 EB 경화 코팅은 세퍼레이터의 상부 표면 및 하부 표면 둘 모두에 부착된다. UV 또는 EB 경화 코팅은 연속 코트, 패턴, 또는 이들의 조합으로 세퍼레이터에 적용될 수 있고, 세퍼레이터의 상부 표면, 세퍼레이터의 하부 표면, 또는 이들의 조합을 완전히 또는 부분적으로 덮을 수 있다. 다양한 실시 형태에 따르면, 코팅 세퍼레이터는 100℃ 이상(예컨대, 100℃, 105℃, 110℃, 115℃, 120℃, 125℃, 130℃, 135℃, 140℃, 145℃, 150℃, 등)의 온도로 가열되는 것에 응답하여 세퍼레이터의 기공을 통한 이온 유동을 억제하고 전기 절연성을 유지한다. 추가 실시 형태에서, 100℃ 이상(예컨대, 100℃, 105℃, 110℃, 115℃, 120℃, 125℃, 130℃, 135℃, 140℃, 145℃, 150℃, 등)의 온도로 가열되는 동안 세라믹 미립자 재료는 UV 또는 EB 경화 매트릭스에 그리고 세퍼레이터에 결합된 채로 남아있고 코팅 세퍼레이터는 그의 형상을 유지한다. 다양한 실시 형태에 따르면, 리튬 이온 배터리는 애노드, 캐소드, 전해질, 집전기, 또는 이들의 조합을 포함한다.
다양한 실시 형태는 앞서 논의된 코팅 세퍼레이터들 중 임의의 것 및 각각 또는 앞서 논의된 코팅 세퍼레이터들 중 임의의 것을 포함하는 전기화학 디바이스들 중 임의의 것의 제조 방법을 포함하는데, 상기 방법은 세라믹 미립자 재료를 하나 이상의 단량체, 하나 이상의 올리고머, 또는 이들의 조합을 포함하는 경화성 결합재 혼합물과 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계; 슬러리를 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 적용하여 슬러리 코팅 세퍼레이터를 형성하는 단계; 및 슬러리 코팅 세퍼레이터가 UV 또는 EB 방사선을 거치도록 함으로써 경화성 결합재 혼합물을 경화시키고 UV 또는 EB 경화 매트릭스를 형성하는 단계를 포함한다. UV 또는 EB 경화 매트릭스는 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 부착되고, 세라믹 미립자 재료는 실질적으로 UV 또는 EB 경화 매트릭스 전체를 통하여 분포된다. 일부 실시 형태에서, 슬러리는 용매, 광개시제, 자유 라디칼 개시제, 분산제, 부착 촉진제, 습윤제, 실란 코팅 입자, 암 경화 첨가제(dark cure additive), 공-개시제(co-initiator), 발포제(blowing agent), 또는 이들의 조합을 추가로 포함한다. 다른 실시 형태에서, 슬러리는 용매를 포함하지 않는다. 슬러리는 연속 코트, 패턴, 또는 이들의 조합으로 세퍼레이터에 적용될 수 있고, 세퍼레이터의 상부 표면, 세퍼레이터의 하부 표면, 또는 이들의 조합을 완전히 또는 부분적으로 덮을 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 슬러리는 스크린, 커튼 코트, 그라비어, 역 그라비어, 플렉소그래픽 프린터, 볼록판 인쇄(letterpress), 오프셋 인쇄(offset press), 또는 이들의 조합에 의해 인쇄된 패턴으로 세퍼레이터에 적용된다. 소정 실시 형태에 따르면, 본 방법은 또한 코팅 세퍼레이터를 전기화학 디바이스 내에 위치시키고 이어서 전기화학 디바이스를 충전 및 방전시키는 단계를 포함할 수 있다. 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 98 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 소정 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 40 내지 약 95 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 UV 또는 EB 경화 매트릭스에 결합되고, UV 또는 EB 경화 매트릭스에 의해 세퍼레이터에 결합되고, 전기 절연성인 적어도 하나의 열 전도성 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 산화알루미늄(예컨대, 산화알루미늄(Al2O3), 수산화산화알루미늄, 등), 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 질화붕소, 또는 이들의 조합이고, 경화성 결합재 혼합물은 UV 수계 혼합물, UV 경화성 에폭시, UV 경화성 실리콘, UV 경화성 우레탄, UV 경화성 고무, UV 경화성 티오에스테르, 아크릴화 수계 수지 블렌드, 아크릴화 폴리우레탄, 아크릴화 고무, 아크릴화 단량체, 지환족 에폭시 말단화 올리고머, 지환족 에폭시 말단화 단량체, 아크릴화 말단화 올리고머, 아크릴화 말단화 단량체, 또는 이들의 조합을 포함한다. 다양한 실시 형태에서, UV 또는 EB 경화 매트릭스는 비이온성이다. 일부 실시 형태에서, 세퍼레이터는 중합체 필름이다. 다른 실시 형태에서, 세퍼레이터는 3층 세퍼레이터이다. 소정 실시 형태에 따르면, UV 또는 EB 경화 코팅은 세퍼레이터의 상부 표면 또는 하부 표면에 부착되지만, 상부 표면 및 하부 표면 둘 모두에는 부착되지 않는다. 다른 실시 형태에서, UV 또는 EB 경화 코팅은 세퍼레이터의 상부 표면 및 하부 표면 둘 모두에 부착된다.
다양한 실시 형태는 전구체 및 가교결합제로부터의 가교결합 반응 생성물을 포함하는 경화 매트릭스를 포함하는 중합체 재료; 및 세라믹 미립자 재료를 포함하는 경화 코팅에 관한 것이다. 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 98 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 소정 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 40 내지 약 95 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 매우 다양한 가교결합제가 입수가능하고 다양한 실시 형태에서 사용될 수 있다. 다양한 실시 형태에서 사용가능한 예시적인 가교결합제는 (폴리)아지리딘(들), 금속 건조제(drier), 또는 과산화물을 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 소정 실시 형태에서, 전구체는 수계 아크릴, 수계 우레탄, 또는 이들의 조합이다.
다른 추가 실시 형태는 세퍼레이터; 및 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 부착된 경화 코팅을 포함하는 코팅 세퍼레이터에 관한 것으로, 상기 경화 코팅은 전구체 및 가교결합제로부터의 가교결합 반응 생성물을 포함하는 경화 매트릭스; 및 세라믹 미립자 재료를 포함한다. 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 98 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 소정 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 40 내지 약 95 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 매우 다양한 가교결합제가 입수가능하고 다양한 실시 형태에서 사용될 수 있다. 다양한 실시 형태에서 사용가능한 예시적인 가교결합제는 (폴리)아지리딘(들), 금속 건조제, 또는 과산화물을 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 소정 실시 형태에서, 전구체는 수계 아크릴, 수계 우레탄, 또는 이들의 조합이다. 일부 실시 형태에 따르면, 경화 코팅은 세퍼레이터의 상부 표면 또는 하부 표면에 부착되지만, 상부 표면 및 하부 표면 둘 모두에는 부착되지 않는다. 다른 실시 형태에서, 경화 코팅은 세퍼레이터의 상부 표면 및 하부 표면 둘 모두에 부착된다. 경화 코팅은 연속 코트, 패턴, 또는 이들의 조합으로 세퍼레이터에 적용될 수 있고, 세퍼레이터의 상부 표면, 세퍼레이터의 하부 표면, 또는 이들의 조합을 완전히 또는 부분적으로 덮을 수 있다.
소정 실시 형태는 세퍼레이터; 및 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 일정 패턴으로 부착된 경화 코팅을 포함하는 패턴 코팅 세퍼레이터에 관한 것으로, 상기 경화 코팅은 전구체 및 가교결합제로부터의 가교결합 반응 생성물을 포함하는 경화 매트릭스; 및 세라믹 미립자 재료를 포함한다. 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 98 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 소정 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 40 내지 약 95 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 매우 다양한 가교결합제가 입수가능하고 다양한 실시 형태에서 사용될 수 있다. 다양한 실시 형태에서 사용가능한 예시적인 가교결합제는 (폴리)아지리딘(들), 금속 건조제, 또는 과산화물을 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 소정 실시 형태에서, 전구체는 수계 아크릴, 수계 우레탄, 또는 이들의 조합이다. 소정 실시 형태에 따르면, 경화 코팅은 세퍼레이터의 상부 표면 또는 하부 표면에 일정 패턴으로 부착되지만, 상부 표면 및 하부 표면 둘 모두에는 부착되지 않는다. 다른 실시 형태에서, 경화 코팅은 세퍼레이터의 상부 표면 및 하부 표면 둘 모두에 일정 패턴으로 부착된다.
다른 실시 형태는 세퍼레이터; 및 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 부착된 경화 코팅을 포함하는 코팅 세퍼레이터를 갖는 전기화학 디바이스에 관한 것으로, 상기 경화 코팅은 전구체 및 가교결합제로부터의 가교결합 반응 생성물을 포함하는 경화 매트릭스를 포함하는 중합체 재료; 및 세라믹 미립자 재료를 포함한다. 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 98 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 소정 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 40 내지 약 95 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 매우 다양한 가교결합제가 입수가능하고 다양한 실시 형태에서 사용될 수 있다. 다양한 실시 형태에서 사용가능한 예시적인 가교결합제는 (폴리)아지리딘(들), 금속 건조제, 또는 과산화물을 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 소정 실시 형태에서, 전구체는 수계 아크릴, 수계 우레탄, 또는 이들의 조합이다. 일부 실시 형태에 따르면, 경화 코팅은 세퍼레이터의 상부 표면 또는 하부 표면에 부착되지만, 상부 표면 및 하부 표면 둘 모두에는 부착되지 않는다. 다른 실시 형태에서, 경화 코팅은 세퍼레이터의 상부 표면 및 하부 표면 둘 모두에 부착된다. 경화 코팅은 연속 코트, 패턴, 또는 이들의 조합으로 세퍼레이터에 적용될 수 있고, 세퍼레이터의 상부 표면, 세퍼레이터의 하부 표면, 또는 이들의 조합을 완전히 또는 부분적으로 덮을 수 있다. 일부 실시 형태에서, 전기화학 디바이스는 알칼리 이온 배터리(예컨대, 리튬 이온 배터리)이다.
다양한 실시 형태는 코팅 세퍼레이터 또는 코팅 세퍼레이터를 포함하는 전기화학 디바이스의 제조 방법을 포함하는데, 상기 방법은 전구체 및 가교결합제를 포함하는 경화성 결합재 혼합물을 세라믹 미립자 재료와 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계; 슬러리를 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 적용하여 슬러리 코팅 세퍼레이터를 형성하는 단계; 및 슬러리 코팅 세퍼레이터를 경화시킴으로써, 경화성 결합재 혼합물을 경화시키는 단계를 포함한다. 다양한 가교결합제가 입수가능하고 다양한 실시 형태에서 사용될 수 있다. 다양한 실시 형태에서 사용가능한 예시적인 가교결합제는 (폴리)아지리딘(들), 금속 건조제, 또는 과산화물을 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 소정 실시 형태에서, 전구체는 수계 아크릴, 수계 우레탄, 또는 이들의 조합이다. 슬러리는 연속 코트, 패턴, 또는 이들의 조합으로 세퍼레이터에 적용될 수 있고, 세퍼레이터의 상부 표면, 세퍼레이터의 하부 표면, 또는 이들의 조합을 완전히 또는 부분적으로 덮을 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 슬러리는 스크린, 커튼 코트, 그라비어, 역 그라비어, 플렉소그래픽 프린터, 볼록판 인쇄, 오프셋 인쇄, 또는 이들의 조합에 의해 인쇄된 패턴으로 세퍼레이터에 적용된다. 소정 실시 형태에 따르면, 본 방법은 또한 코팅 세퍼레이터를 전기화학 디바이스 내에 위치시키고 이어서 전기화학 디바이스를 충전 및 방전시키는 단계를 포함할 수 있다.
추가 실시 형태들이 본 명세서에서 설명된다.
일부 실시 형태들이 첨부도면의 각각 도면에서 제한으로서가 아닌 예로서 도시되어 있다.
도 1은 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 단면도를 도시한다.
도 2는 하나 이상의 실시 형태에 따른 세퍼레이터를 코팅하기 위한 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 3은 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터를 갖는 배터리를 제조하기 위한 단계들을 도시하는 흐름도이다.
도 4a는 비코팅 기준 세퍼레이터의 전압 프로파일을 도시한다.
도 4b는 비코팅 기준 세퍼레이터의 충전 속도 성능을 도시한다.
도 4c는 비코팅 기준 세퍼레이터의 사이클 성능을 도시한다.
도 5는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일을 도시한다.
도 6은 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일을 도시한다.
도 7은 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일을 도시한다.
도 8은 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일을 도시한다.
도 9는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일을 도시한다.
도 10은 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일을 도시한다.
도 11a는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일을 도시한다.
도 11b는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 충전 속도 성능을 도시한다.
도 11c는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 사이클 성능을 도시한다.
도 12a는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일을 도시한다.
도 12b는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 충전 속도 성능을 도시한다.
도 12c는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 사이클 성능을 도시한다.
도 13a는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일을 도시한다.
도 13b는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 충전 속도 성능을 도시한다.
도 13c는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 사이클 성능을 도시한다.
도 14a는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일을 도시한다.
도 14b는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 충전 속도 성능을 도시한다.
도 14c는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 사이클 성능을 도시한다.
도 15a는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일을 도시한다.
도 15b는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 충전 속도 성능을 도시한다.
도 15c는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 사이클 성능을 도시한다.
도 16a는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일을 도시한다.
도 16b는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 충전 속도 성능을 도시한다.
도 16c는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 사이클 성능을 도시한다.
도 17a는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일을 도시한다.
도 17b는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 충전 속도 성능을 도시한다.
도 17c는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 사이클 성능을 도시한다.
도 18a는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일을 도시한다.
도 18b는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 충전 속도 성능을 도시한다.
도 18c는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 사이클 성능을 도시한다.
도 19a는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일을 도시한다.
도 19b는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 충전 속도 성능을 도시한다.
도 19c는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 사이클 성능을 도시한다.
도 20a는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일을 도시한다.
도 20b는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 충전 속도 성능을 도시한다.
도 20c는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 사이클 성능을 도시한다.
도 21a는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일을 도시한다.
도 21b는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 충전 속도 성능을 도시한다.
도 21c는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 사이클 성능을 도시한다.
도 22a는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일을 도시한다.
도 22b는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 충전 속도 성능을 도시한다.
도 22c는 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 사이클 성능을 도시한다.
반응성 액체 수지(예컨대, 단량체 및/또는 올리고머) 및 세라믹 입자의 슬러리를 경화시키는 자외선(UV) 또는 전자 빔(EB)은 세퍼레이터를 강화 및 보호하고 그러한 세퍼레이터를 사용하는 전기화학 디바이스의 작동 안전성을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 고온에서의 치수 안정성, 작동 정지 메커니즘, 고 다공도, 및 기계적 강도를 갖는 코팅 세퍼레이터가 본 명세서에 제시되어 있다. 그러한 코팅 세퍼레이터는 세라믹 입자 코팅을 중합체 막 세퍼레이터에 결합시키도록 UV 또는 EB 경화 재료를 이용한 향상된 공정에 의해 제조될 수 있다.
하나 이상의 예가 아래에서 설명되는 다양한 실시 형태를 이제 상세히 참조할 것이다. 각각의 예는 본 발명의 제한이 아닌 설명으로서 제공된다. 다양한 변형 및 변경이 본 발명의 범주 또는 사상으로부터 벗어나지 않고서 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시 형태의 일부로서 예시되거나 설명된 특징부가 다른 추가 실시 형태를 산출하기 위하여 다른 실시 형태에 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 그러한 변형 및 변경을 포괄하려는 것이다.
소정 변형예는 특정 EB 또는 화학선 UV 경화성 결합재를 사용한 전기화학 디바이스(예컨대, 리튬 2차 배터리) 세퍼레이터 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 다양한 실시 형태에 따르면, 특정 EB 및/또는 UV 경화성 재료는 얇은 세라믹 코팅 층을 갖는 코팅 세퍼레이터의 제조 시 결합재로서 활용될 수 있는데, 이는 특정 EB 및/또는 UV 경화성 재료가 경화 시 중합체(예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 이들의 조합) 세퍼레이터에 대한 우수한 부착력을 나타내는 한편 전기화학 디바이스에 존재하는 거친(harsh) 전해 재료에 대한 필요한 저항성을 제공하고 필요한 세퍼레이터 다공도를 유지하기 때문이다.
다양한 실시 형태는 하나 이상의 단량체, 하나 이상의 올리고머, 또는 이들의 조합으로부터 선택된 하나 이상의 전구체로부터의 가교결합 반응 생성물을 포함하는 UV 또는 EB 경화 매트릭스를 포함하는 중합체 재료; 및 세라믹 미립자 재료를 포함하는 UV 또는 EB 경화 코팅에 관한 것이다. 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 98 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 소정 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 40 내지 약 95 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다.
UV 또는 EB 경화 코팅은 세퍼레이터를 강화 및 보호하고 그러한 세퍼레이터를 사용하는 전기화학 디바이스의 작동 안전성을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터(1)의 단면도가 도 11에 도시되어 있다. 도 11의 다공성 세퍼레이터 필름(2)은 상부면(3) 및 하부면(4) 둘 모두의 상에서 다공성 UV-경화 결합재(6) 내의 세라믹 입자(5)로 코팅된다.
세라믹 입자는 임의의 특정 형상으로 제한되지 않지만, 배터리가 정상 작동 시에 팽창 및 수축하는 경우뿐만 아니라 배터리가 조립되는 경우에도 원형의 또는 둥근 입자는 세퍼레이터의 취약한 중합체(예컨대, 폴리올레핀) 필름의 파열 응력을 최소화한다. 도 1의 세라믹 입자(5)는 원형의 또는 둥근 입자의 예이다. UV 또는 EB 경화 코팅은 일부 실시 형태에서 모두가 동일하거나 유사한 형상을 갖는 세라믹 입자를 가질 수 있다. 다른 실시 형태에서, UV 또는 EB 경화 코팅의 세라믹 입자는 형상이 다양할 수 있다. 추가 실시 형태에 따르면, 세퍼레이터의 상부면 상의 코팅의 세라믹 입자는 형상이 세퍼레이터의 하부면 상의 코팅의 세라믹 입자와 상이할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 세라믹 입자는 더 큰 다공도를 최종 UV 또는 EB 경화 코팅에 제공하기 위하여 중공일 수 있다. 다양한 실시 형태에서 사용가능한 세라믹 입자 형상의 예는 단순 구형 또는 제올라이트와 같은 더 복잡한 형상을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
세라믹 미립자 재료의 입자의 크기는 UV 또는 EB 경화 코팅의 두께에 의해 주로 제한된다. 예를 들어, 코팅의 두께를 유의하게 초과할 수 있는 입자를 사용할 필요가 없을 수 있다. 실제 입자 크기는 전기화학 디바이스의 설계에서 결정된다. 예를 들어, 일회 사용을 위해 설계되는 1차 배터리는 매우 얇은 코팅 세퍼레이터(예컨대, 1 μm 두께)를 사용할 수 있고, 따라서, 비교적 작은 세라믹 입자(예컨대, 0.1 μm)가 적합할 수 있다. 그러나, 전동 공구(고 방전) 또는 차량 배터리(고 에너지 밀도)는 긴 수명 및 더 큰 안전성에 대한 고려사항을 필요로 할 수 있고, 따라서, 일부 실시 형태는 코팅 내에 10 μm 세라믹 입자를 갖는 25 μm 두께의 코팅 세퍼레이터를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 세라믹 입자는 모두 크기가 대략 동일하다. 다른 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 다양한 크기의 입자를 포함한다. 예를 들어, 도 1의 다공성 UV-경화 결합재(6)는 상이한 크기를 갖는 세라믹 입자(5)로 충전되어 있다. 추가 실시 형태에 따르면, 세퍼레이터의 상부면 상의 코팅의 세라믹 입자는 크기가 세퍼레이터의 하부면 상의 코팅의 세라믹 입자와 상이할 수 있다. 상이한 크기의 입자를 부가함으로써 입자들 사이의 접촉 및 패킹 밀도가 증가하고, 이는 코팅의 안전성 및 열전도성을 증가시킨다.
소정 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료의 입자는 입자 크기가 약 1 nm 내지 약 10 μm이다. 다른 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료의 입자는 입자 크기가 약 1 nm 내지 약 9.5 μm, 약 1 nm 내지 약 9 μm, 약 1 nm 내지 약 8.5 μm, 약 1 nm 내지 약 8 μm, 약 1 nm 내지 약 7.5 μm, 약 1 nm 내지 약 7 μm, 약 1 nm 내지 약 6.5 μm, 약 1 nm 내지 약 6 μm, 약 1 nm 내지 약 5.5 μm, 약 1 nm 내지 약 5 μm, 약 1 nm 내지 약 4.5 μm, 약 1 nm 내지 약 4 μm, 약 1 nm 내지 약 3.5 μm, 약 1 nm 내지 약 3 μm, 약 1 nm 내지 약 2.5 μm, 약 1 nm 내지 약 2 μm, 약 1 nm 내지 약 1.5 μm, 약 1 nm 내지 약 1 μm, 약 2 nm 내지 약 10 μm, 약 2 nm 내지 약 9.5 μm, 약 2 nm 내지 약 9 μm, 약 2 nm 내지 약 8.5 μm, 약 2 nm 내지 약 8 μm, 약 2 nm 내지 약 7.5 μm, 약 2 nm 내지 약 7 μm, 약 2 nm 내지 약 6.5 μm, 약 2 nm 내지 약 6 μm, 약 2 nm 내지 약 5.5 μm, 약 2 nm 내지 약 5 μm, 약 2 nm 내지 약 4.5 μm, 약 2 nm 내지 약 4 μm, 약 2 nm 내지 약 3.5 μm, 약 2 nm 내지 약 3 μm, 약 2 nm 내지 약 2.5 μm, 약 0.1 μm 내지 약 10 μm, 약 0.1 μm 내지 약 9.5 μm, 약 0.1 μm 내지 약 9 μm, 약 0.1 μm 내지 약 8.5 μm, 약 0.1 μm 내지 약 8 μm, 약 0.1 μm 내지 약 7.5 μm, 약 0.1 μm 내지 약 7 μm, 약 0.1 μm 내지 약 6.5 μm, 약 0.1 μm 내지 약 6 μm, 약 0.1 μm 내지 약 5.5 μm, 약 0.1 μm 내지 약 5 μm, 약 0.1 μm 내지 약 4.5 μm, 약 0.1 μm 내지 약 4 μm, 약 0.1 μm 내지 약 3.5 μm, 약 0.1 μm 내지 약 3 μm, 약 0.1 μm 내지 약 2.5 μm, 약 0.1 μm 내지 약 2 μm, 약 0.1 μm 내지 약 1.5 μm, 약 0.1 μm 내지 약 1 μm, 또는 이들의 조합이다.
일부 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료의 입자는 입자 크기가 약 10 μm, 약 9.5 μm, 약 9 μm, 약 8.5 μm, 약 8 μm, 약 7.5 μm, 약 7 μm, 약 6.5 μm, 약 6 μm, 약 5.5 μm, 약 5 μm, 약 4.5 μm, 약 4 μm, 약 3.5 μm, 약 3 μm, 약 2.5 μm, 약 2 μm, 약 1.5 μm, 약 1 μm, 약 0.9 μm, 약 0.8 μm, 약 0.7 μm, 약 0.6 μm, 약 0.5 μm, 약 0.4 μm, 약 0.3 μm, 약 0.2 μm, 약 0.1 μm, 약 0.09 μm, 약 0.08 μm, 약 0.07 μm, 약 0.06 μm, 약 0.05 μm, 약 0.04 μm, 약 0.03 μm, 약 0.02 μm, 약 0.01 μm, 약 1 nm, 또는 이들의 조합이다.
다양한 세라믹 재료가 입수가능하고 다양한 실시 형태에서 사용될 수 있다. 소정 실시 형태에 따르면, 세라믹 미립자 재료는 전기 절연성(예컨대, 저항이 적어도 107 옴임)인 적어도 하나의 열 전도성 재료를 포함한다. 다양한 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 전기 전도도가 경화성 결합재 혼합물의 전기 전도도보다 작고 비코팅 세퍼레이터 필름의 전기 전도도보다 작다. 소정 실시 형태에서, 코팅의 세라믹 입자는 세퍼레이터의 전기 전도도를 증가시키지 않고서 세퍼레이터의 열 전도성이 증가되게 한다. 다양한 실시 형태에서 이용가능한 세라믹 재료의 예는 산화알루미늄(예컨대, 산화알루미늄(Al2O3), 수산화산화알루미늄, 등), 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 질화붕소, 전기 절연성이지만 허용가능한 열 전도성을 갖는 다른 화합물, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 다양한 실시 형태의 경화 코팅은 적어도 한 가지 유형의 세라믹 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 경화 코팅은, 임의의 두 가지 이상, 세 가지 이상, 네 가지 이상, 다섯 가지 이상, 등의 유형의 본 명세서에서 설명된 세라믹 재료들의 조합을 포함하여, 두 가지 이상의 유형의 세라믹 재료들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정 실시 형태에서, 경화 코팅은 산화알루미늄, 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 질화붕소, 또는 전기 절연성이지만 허용가능한 열 전도성을 갖는 다른 화합물 중 하나를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 경화 코팅은 두 가지 세라믹 재료(예컨대, 산화알루미늄(Al2O3) 및 수산화산화알루미늄, 산화알루미늄 및 산화규소, 산화알루미늄 및 탄화규소, 산화알루미늄 및 이산화티타늄, 산화알루미늄 및 산화마그네슘, 산화알루미늄 및 질화붕소, 산화알루미늄 및 전기 절연성이지만 허용가능한 열 전도성을 갖는 다른 화합물, 산화규소 및 이산화티타늄, 산화규소 및 산화마그네슘, 등), 세 가지 세라믹 재료(예컨대, 산화알루미늄(Al2O3), 산화규소, 및 수산화산화알루미늄; 산화알루미늄, 산화규소, 및 탄화규소; 산화알루미늄, 산화규소, 및 이산화티타늄; 산화알루미늄, 산화규소, 및 산화마그네슘; 산화알루미늄, 산화규소, 및 질화붕소; 산화알루미늄, 산화규소, 및 전기 절연성이지만 허용가능한 열 전도성을 갖는 다른 화합물; 산화규소, 이산화티타늄, 및 산화마그네슘; 등), 네 가지 세라믹 재료(예컨대, 산화알루미늄(Al2O3), 산화규소, 탄화규소, 및 수산화산화알루미늄; 산화알루미늄, 산화규소, 탄화규소, 및 이산화티타늄; 산화알루미늄, 산화규소, 탄화규소, 및 산화마그네슘; 산화알루미늄, 산화규소, 탄화규소, 및 질화붕소; 산화알루미늄, 산화규소, 탄화규소, 및 전기 절연성이지만 허용가능한 열 전도성을 갖는 다른 화합물; 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 및 산화마그네슘; 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 및 질화붕소; 등), 다섯 가지 세라믹 재료(예컨대, 산화알루미늄(Al2O3), 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 및 수산화산화알루미늄; 산화알루미늄, 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 및 산화마그네슘; 산화알루미늄, 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 및 질화붕소; 산화알루미늄, 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 및 전기 절연성이지만 허용가능한 열 전도성을 갖는 다른 화합물; 등), 여섯 가지 세라믹 재료(예컨대, 산화알루미늄(Al2O3), 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 및 수산화산화알루미늄; 산화알루미늄, 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 및 질화붕소; 산화알루미늄, 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 및 전기 절연성이지만 허용가능한 열 전도성을 갖는 다른 화합물; 등), 또는 일곱 가지 세라믹 재료(예컨대, 산화알루미늄(Al2O3), 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 질화붕소, 및 수산화산화알루미늄; 산화알루미늄, 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 질화붕소, 및 전기 절연성이지만 허용가능한 열 전도성을 갖는 다른 화합물; 등)를 포함할 수 있다.
다양한 실시 형태의 경화 코팅은 세라믹 미립자 재료를 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 98 중량%의 양으로 포함한다. 일부 실시 형태에서, 경화 코팅은 세라믹 미립자 재료를 약 30 내지 약 95 중량%, 약 30 내지 약 90 중량%, 약 30 내지 약 85 중량%, 약 30 내지 약 80 중량%, 약 30 내지 약 75 중량%, 약 30 내지 약 70 중량%, 약 30 내지 약 65 중량%, 약 30 내지 약 60 중량%, 약 30 내지 약 55 중량%, 약 30 내지 약 50 중량%, 약 30 내지 약 45 중량%, 약 30 내지 약 40 중량%, 약 30 내지 약 35 중량%, 약 40 내지 약 98 중량%, 약 40 내지 약 95 중량%, 약 40 내지 약 90 중량%, 약 40 내지 약 85 중량%, 약 40 내지 약 80 중량%, 약 40 내지 약 75 중량%, 약 40 내지 약 70 중량%, 약 40 내지 약 65 중량%, 약 40 내지 약 60 중량%, 약 40 내지 약 55 중량%, 약 40 내지 약 50 중량%, 약 40 내지 약 45 중량%, 약 50 내지 약 98 중량%, 약 50 내지 약 95 중량%, 약 50 내지 약 90 중량%, 약 50 내지 약 85 중량%, 약 50 내지 약 80 중량%, 약 50 내지 약 75 중량%, 약 50 내지 약 70 중량%, 약 50 내지 약 65 중량%, 약 50 내지 약 60 중량%, 약 50 내지 약 55 중량%, 약 60 내지 약 98 중량%, 약 60 내지 약 95 중량%, 약 60 내지 약 90 중량%, 약 60 내지 약 85 중량%, 약 60 내지 약 80 중량%, 약 60 내지 약 75 중량%, 약 60 내지 약 70 중량%, 약 60 내지 약 65 중량%, 약 70 내지 약 98 중량%, 약 70 내지 약 95 중량%, 약 70 내지 약 90 중량%, 약 70 내지 약 85 중량%, 약 70 내지 약 80 중량%, 약 70 내지 약 75 중량%, 약 80 내지 약 98 중량%, 약 80 내지 약 95 중량%, 약 80 내지 약 90 중량%, 약 80 내지 약 85 중량%, 약 90 내지 약 98 중량%, 약 90 내지 약 95 중량%, 또는 약 95 내지 약 98 중량%의 양으로 포함한다. 소정 실시 형태에서, 경화 코팅은 세라믹 미립자 재료를 약 30 중량%, 약 35 중량%, 약 40 중량%, 약 45 중량%, 약 50 중량%, 약 55 중량%, 약 60 중량%, 약 65 중량%, 약 70 중량%, 약 75 중량%, 약 80 중량%, 약 85 중량%, 약 90 중량%, 약 95 중량%, 약 96 중량%, 약 97 중량%, 또는 약 98 중량%의 양으로 포함한다.
일부 실시 형태에서, 리튬 배터리 성능을 향상시키기 위하여 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 20 내지 약 95 중량%의 양으로 다른 고체가 세라믹 입자에 또한 첨가될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 다른 고체가 약 25 내지 약 95 중량%, 약 30 내지 약 95 중량%, 약 35 내지 약 95 중량%, 약 40 내지 약 95 중량%, 약 45 내지 약 95 중량%, 약 50 내지 약 95 중량%, 약 55 내지 약 95 중량%, 약 60 내지 약 95 중량%, 약 65 내지 약 95 중량%, 약 70 내지 약 95 중량%, 약 75 내지 약 95 중량%, 약 80 내지 약 95 중량%, 약 85 내지 약 95 중량%, 약 90 내지 약 95 중량%, 약 20 내지 약 30 중량%, 약 20 내지 약 40 중량%, 약 20 내지 약 50 중량%, 약 20 내지 약 60 중량%, 약 20 내지 약 70 중량%, 약 20 내지 약 80 중량%, 또는 약 20 내지 약 90 중량%의 양으로 세라믹 입자에 또한 첨가될 수 있다.
다양한 실시 형태에서 사용가능한 다른 고체의 예는 규소 또는 리튬 도핑된 세라믹 산화물을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일부 실시 형태에서, 경화 코팅은 하나의 다른 고체(예컨대, 규소 도핑된 세라믹 산화물 또는 리튬 도핑된 세라믹 산화물, 등)를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 경화 코팅은, 임의의 두 가지 이상(예컨대, 규소 도핑된 세라믹 산화물 및 리튬 도핑된 세라믹 산화물, 등), 세 가지 이상, 네 가지 이상, 다섯 가지 이상, 등의 유형의 본 명세서에서 설명된 다른 고체들의 조합을 포함하여, 두 가지 이상의 유형의 다른 고체들의 조합을 포함할 수 있다.
소정 실시 형태에서, 세라믹 입자는, 광개시제, 분산제, 부착 촉진제, 습윤제, 또는 이들의 조합뿐만 아니라 최종 가교결합된 중합체 결합재를 위한 전구체로서 역할을 하는 특정 단량체 및 올리고머로 구성된 경화성 결합재 조성물과 혼합된다. 경화 결합재 조성물과 세라믹 입자 사이의 부착력을 향상시키기 위하여 코팅 입자(예컨대, 실란 코팅 입자)가 다양한 실시 형태에서 이용될 수 있다.
다양한 실시 형태에 따르면, UV 또는 EB 경화성 결합재 혼합물은 하기의 세 가지 포괄적 부류들로부터 선택될 수 있다: 1) UV 경화성 수계, 2) UV 경화성 실리콘 또는 UV 경화성 에폭시로 구성된 UV 경화성 에폭시, 및 3) UV 경화성 (메트)아크릴레이트(예컨대, 아크릴화 우레탄, 폴리에스테르, 고무, 및 티오에스테르), 여기서 "(메트)아크릴레이트"는 메타크릴레이트, 아크릴레이트, 아크릴아미드, 아크릴로일 모르폴린, 비닐 에스테르, 및 이들의 조합을 지칭한다.
다양한 실시 형태에서 사용가능한 경화성 결합재 혼합물 성분의 예는 아크릴화 수계 수지 블렌드, 지환족 에폭시 말단화 올리고머 및 단량체 및 양이온성 광개시제, 아크릴화 말단화 올리고머 및 단량체 및 자유 라디칼 개시제, 아크릴화 폴리우레탄, 아크릴화 고무, 아크릴화 단량체 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 다양한 실시 형태의 경화성 결합재 혼합물은 적어도 한 가지 유형의 전구체 성분을 포함한다. 소정 실시 형태에서, 경화성 결합재 혼합물은 한 가지 유형의 전구체 성분(예컨대, 한 가지 유형의 UV 경화성 수계 우레탄, 한 가지 유형의 아크릴화 폴리우레탄, 한 가지 유형의 아크릴화 단량체, 한 가지 유형의 아크릴화 고무, 한 가지 유형의 지환족 에폭시 올리고머, 한 가지 유형의 아크릴 수지, 한 가지 유형의 지환족 에폭시 실리콘, 한 가지 유형의 폴리에스테르 아크릴레이트, 한 가지 유형의 멜라민 아크릴레이트, 한 가지 유형의 지방족 우레탄 아크릴레이트, 등)을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 경화성 결합재 혼합물은, 임의의 두 가지 이상(예컨대, 지환족 에폭시 말단화 올리고머 및 단량체; 아크릴화 단량체 및 아크릴화 고무; 아크릴화 말단화 올리고머 및 단량체; 등), 세 가지 이상(예컨대, 폴리에스테르 아크릴레이트, 지방족 우레탄 아크릴레이트, 및 아크릴 수지; 멜라민 아크릴레이트, 지방족 우레탄 아크릴레이트, 및 아크릴 수지; 등), 네 가지 이상, 다섯 가지 이상, 등의 유형의 본 명세서에서 설명된 전구체 성분들의 조합을 포함하여 두 가지 이상의 유형의 전구체 성분을 포함할 수 있다. 코팅 특성, 예컨대, 가요성, 인성(toughness), 연신율, 입자 부착력, 세퍼레이터 부착력, 다공도, 및 이온 전도성을 최적화하기 위하여 전구체 성분들의 혼합물이 사용될 수 있다. 그러한 것의 혼합물로부터 이익을 얻는 전구체의 한 가지 비제한적인 예는 아크릴화 성분이다.
소정 실시 형태에 따르면, UV 또는 EB 경화 코팅은 고무 중합체(예컨대, 폴리아이소프렌계 고무, 폴리부타디엔계 고무, 등)를 포함할 수 있다. 고무 중합체계 UV 또는 EB 경화 코팅의 생성에 유용한 경화성 결합재 혼합물 성분의 예는 아이소프렌, 부타디엔, 사이클로펜타디엔, 에틸리덴 노르보르넨, 비닐 노르보르넨, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일부 실시 형태에서, 경화성 결합재 혼합물 성분은 세라믹 입자 부착력을 향상시키고/시키거나 UV 또는 EB 유도 가교결합을 향상시키는 반응성 기(예컨대, 카르복실레이트, 아크릴레이트, 비닐, 비닐 에테르, 또는 에폭시 기)를 포함하도록 작용화될 수 있다.
고무 중합체는 임의의 특정 중합체 골격으로 제한되지 않는다. 하나 이상의 실시 형태에서, UV 또는 EB 경화 코팅은 하나 이상의 반응성 작용기를 갖는 아이소프렌 골격을 갖는 고무 중합체를 포함할 수 있다. 예시적인 고무 중합체 골격은 카르복실화 메타크릴화 아이소프렌 골격, 카르복실화 메타크릴화 부타디엔 골격, 부타디엔 골격, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 소정 실시 형태에서, UV 또는 EB 경화 코팅은 다수의 상이한 중합체 골격 세그먼트(예컨대, 아이소프렌-부타디엔 공중합체)를 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시 형태에서, 지환족 에폭시 말단화 올리고머 및 단량체 및 양이온성 광개시제가 수지 혼합물 내에 포함된다. 이러한 혼합물은 비-염기성 세라믹 샌드(sand)와 혼합되고, 세퍼레이터에 적용되고, 그리고 세퍼레이터 상에서 UV 또는 EB 경화된다. 지환족 에폭시 말단기는 사실상 임의의 중합체 골격 상에 있을 수 있다. 소정 실시 형태에서, 중합체 골격은 탄화수소 또는 실리콘 골격이다. 코팅 특성, 예컨대, 가요성, 인성, 연신율, 입자 부착력, 세퍼레이터 부착력, 및 이온 전도성을 최적화하기 위하여 지환족 에폭시 성분들의 혼합물이 또한 선택될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 아크릴화 수계 수지 블렌드가 세라믹 입자와 혼합되고, 세퍼레이터에 적용되고, 그리고 세퍼레이터 상에서 UV 또는 EB 경화된다.
다른 실시 형태에서, 아크릴화 말단화 올리고머 및 단량체 및 자유 라디칼 개시제가 수지 혼합물 내에 포함된다. 이러한 수지 혼합물은 세라믹과 혼합되고, 세퍼레이터에 적용되고, 그리고 세퍼레이터 상에서 UV 또는 EB 경화된다. 소정 실시 형태에서, 아크릴화 조성물은 EB 경화되고, 따라서, 광개시제가 불필요하여 제형에 포함되지 않아야 한다.
아크릴화 말단기는 사실상 임의의 중합체 골격 상에 있을 수 있다. 소정 실시 형태에서, 중합체 골격은 고온 전해질에 내성을 가질 수 있고 이온(예컨대, 리튬 이온)과 반응하지 않을 수 있다. 예시된 골격은 고무, 실리콘, 티오에스테르, 아크릴, 스티렌 아크릴, 우레탄, 플루오르화 탄화수소, 탄화수소, 및 폴리에스테르를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
소정 실시 형태에서, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 결합재가 사용되지 않는다. PVDF는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 위험한 용매 내의 용해를 필요로 한다. NMP는, 사용되는 경우, 소정 상황에서 포획 및 재순환되어야만 하는데, 이는 작업자가 호흡하기에 너무 위험하고 환경으로 배출될 수 없는 위험한 오염원이기 때문이다.
추가로, 다양한 실시 형태에서, 세라믹 입자를 제자리에 유지시키기 위해 열가소성 결합재를 주로 활용하는 것은 아니다. 열가소성 물질의 용융점에 도달하는 경우, 세라믹 입자는 자유롭게 이동할 것이다. 그에 반해서, 열가소성 결합재가 없는 다양한 본 실시 형태의 세라믹 입자는 UV 또는 EB 경화 코팅의 중합체 및 세퍼레이터 둘 모두에 부착된 채로 남아 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 추가 성분이 다양한 실시 형태에서 경화성 결합재 조성물과 혼합될 수 있다. 다양한 실시 형태의 코팅에 사용가능한 예시적인 추가 성분은 반응성 희석제, 분산제, 습윤제, 암 경화 첨가제, 대안적인 광개시제, 공-개시제, 용매, 발포제, 가교결합제, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 그러한 첨가제의 비제한적인 예는 본 명세서의 실시예에서 상세히 설명된다. 일부 실시 형태에서, 코팅은 한 가지 유형의 추가 성분(예컨대, 하나의 분산제, 습윤제, 암 경화 첨가제, 대안적인 광개시제, 공-개시제, 용매, 또는 발포제, 등)을 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 코팅은, 임의의 두 가지 이상(예컨대, 분산제 및 양이온성 광개시제; 분산제 및 용매; 광개시제 및 용매; 등), 세 가지 이상(분산제, 광개시제 및 소포제; 분산제, pH 조절제 및 가교결합제; 분산제, 광개시제 및 용매; 등), 네 가지 이상(분산제, 광개시제, 공-개시제 및 용매; 등), 다섯 가지 이상(분산제, 광개시제, 공-개시제, pH 조절제 및 용매; 등), 등의 유형의 본 명세서에서 설명된 추가 성분들의 조합을 포함하여, 두 가지 이상의 유형의 추가 성분들의 조합을 포함할 수 있다. 이들의 대부분은 부성분이고 약 0 내지 약 10 중량%, 약 0 내지 약 5 중량%, 또는 약 0 내지 약 2 중량%의 범위에 있을 것 같다. 일부 실시 형태에서, 슬러리는 광개시제를 포함하지 않는다.
추가 성분으로서 유용한 예시적인 반응성 희석제는 아이소보르닐 아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트, 헥산다이올 다이아크릴레이트, 알킬옥실화 헥산다이올 다이아크릴레이트, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 추가 성분으로서 유용한 가교결합제의 예는 단일작용성 아크릴레이트, 이작용성 아크릴레이트, 다작용성 아크릴레이트, 다른 비닐 화합물, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 아크릴레이트는, 사용되는 경우, 선형, 분지형(예컨대, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 아이소스테아릴 아크릴레이트, 등), 환형(예컨대, 다이사이클로펜타닐 아크릴레이트, n-비닐 카프로락탐, 등), 또는 방향족(예컨대, 페녹시에틸아크릴레이트)일 수 있다. 예시적인 이작용성 및 다작용성 아크릴레이트는 1,6-헥산다이올 다이(메트)아크릴레이트, 1,9-헥산다이올 다이(메트)아크릴레이트, 트라이사이클로데칸다이메탄올 다이아크릴레이트, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
추가 성분으로서 유용한 예시적인 광개시제는 벤조페논, 하이드록시아세토페논, 메틸벤조페논, 4-페닐벤조페논, 4,4'-비스(다이에틸 아미노)벤조페논, 미힐러 케톤(Michler's Ketone), 4-(2-하이드록시에톡시)페닐-(2-하이드록시-2- 메틸프로필)케톤, 다른 벤조페논 유도체, 벤질다이메틸 케탈, 2-벤질-2-N,N-다이메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-1부타논, 2-메르캅토벤족사졸, 캄포르퀴논, 2-하이드록시-2-메틸-1-(4-t-부틸)페닐프로판-1-논, 2-메틸-1-[4-(메틸티오페닐)-2-모르폴리노프로파논, 말레이미드, 2,4,5-트라이메틸벤조일-다이페닐 포스핀 옥사이드, 비스(2,6-다이메틸옥시벤조일) 2,4,4-트라이메틸펜틸)포스핀 옥사이드, 비스(2,4,6-트라이메틸벤조일)- 페닐포스핀옥사이드, 프로파논 광개시제 (예컨대, 올리고(2-하이드록시-2-메틸-1-[4-(1-메틸비닐)페닐]프로파논, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 및 이들의 조합), 옥사이드 광개시제(예컨대, 비스(2,4,6-트라이메틸벤조일)), 상기 광개시제로부터 유도된 중합체 광개시제, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
추가 성분으로서 유용한 습윤제의 예는 아세톤, 아이소프로필 알코올, 다이메틸 카르보네이트, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
다른 추가 실시 형태는 세퍼레이터; 및 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 부착된 앞서 논의된 UV 또는 EB 경화 코팅들 중 임의의 것을 포함하는 코팅 세퍼레이터에 관한 것이다. 예를 들어, 소정 실시 형태는 세퍼레이터; 및 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 부착된 UV 또는 EB 경화 코팅을 포함하는 코팅 세퍼레이터에 관한 것으로, 상기 UV 또는 EB 경화 코팅은 하나 이상의 단량체, 하나 이상의 올리고머, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 전구체로부터의 가교결합 반응 생성물을 포함하는 UV 또는 EB 경화 매트릭스를 포함하는 중합체 재료; 및 세라믹 미립자 재료를 포함한다. 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 98 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 소정 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 40 내지 약 95 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다.
다른 실시 형태는 세퍼레이터; 및 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 부착된 앞서 논의된 UV 또는 EB 경화 코팅들 중 임의의 것을 포함하는 코팅 세퍼레이터를 갖는 전기화학 디바이스에 관한 것이다. 예를 들어, 소정 실시 형태는 세퍼레이터; 및 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 부착된 UV 또는 EB 경화 코팅을 포함하는 코팅 세퍼레이터를 갖는 전기화학 디바이스에 관한 것으로, 상기 UV 또는 EB 경화 코팅은 하나 이상의 단량체, 하나 이상의 올리고머, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 전구체로부터의 가교결합 반응 생성물을 포함하는 UV 또는 EB 경화 매트릭스를 포함하는 중합체 재료; 및 세라믹 미립자 재료를 포함한다. 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 98 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 소정 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 경화 코팅의 총 중량을 기준으로 약 40 내지 약 95 중량%의 양으로 경화 코팅 내에 존재할 수 있다. 다른 실시 형태는 코팅 세퍼레이터 또는 코팅 세퍼레이터를 포함하는 전기화학 디바이스의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 세라믹 미립자 재료를 하나 이상의 단량체, 하나 이상의 올리고머, 또는 이들의 조합을 포함하는 경화성 결합재 혼합물과 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계; 슬러리를 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 적용하여 슬러리 코팅 세퍼레이터를 형성하는 단계; 및 슬러리 코팅 세퍼레이터가 UV 또는 EB 방사선을 거치도록 함으로써 경화성 결합재 혼합물을 경화시키고 UV 또는 EB 경화 매트릭스를 형성하는 단계를 포함한다. UV 또는 EB 경화 매트릭스는 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 부착되고, 세라믹 미립자 재료는 UV 또는 EB 경화 매트릭스 전체를 통하여 분포된다.
도 2는 슬러리 적용 및 경화 공정 단계들이 수행될 수 있는 시스템을 도시하는데, 다공성 세퍼레이터 필름(2)은 제1 스풀(spool)(7)로부터 권취해제되고, 액체 코터(coater)(9)를 이용하여 슬러리(8)로 코팅되고, 용매(미도시)를 제거하기 위하여 슬러리 코팅 필름 세퍼레이터(10)가 선택적인 블로어(blower)/히터(11) 아래를 지나가게 하고, 이어서 슬러리(8)를 경화시키기 위하여 슬러리 코팅 필름 세퍼레이터(10)가 UV 또는 EB 공급원(12)(예컨대, 램프(들)) 아래를 지나가게 한다. 이어서, 코팅 세퍼레이터(1)는 제2 스풀(13) 상에 선택적으로 권취될 수 있다. 소정 실시 형태에서, 시스템은 선택적인 블로어/히터(11)를 갖지 않고/않거나 이용하지 않는다.
소정 실시 형태에 따른 코팅 세퍼레이터의 제조 방법이 도 3에 도시되어 있다. 상기 방법은 세라믹 미립자 재료를 단량체, 올리고머 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 경화성 결합재 혼합물과 배합 및 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계(단계(101)); 슬러리를 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 적용하여 슬러리 코팅 세퍼레이터를 형성하는 단계(단계(102)); 및 슬러리 코팅 세퍼레이터가 UV 또는 EB 방사선을 거치도록 함으로써 경화성 결합재 혼합물을 경화시키는 단계(단계(104))를 포함한다. 본 공정은 선택적으로, 예를 들어, 슬러리의 주도(consistency)를 제어하도록 단계(101)에서 용매를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 용매가 단계(101)에서 첨가되는 경우, 본 공정은 선택적으로, 슬러리가 단계(104)에서 경화되기 전에 선택적인 단계(103)에서 용매를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 본 공정은 또한 배터리를 코팅 세퍼레이터와 조립하는 단계(105)를 포함할 수 있다. 배터리는, 예를 들어, 애노드, 캐소드, 전해질 및 코팅 세퍼레이터를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 예시적인 공정은 모든 단계를 포함할 필요는 없고, 그 단계들은 다른 단계들을 수행하지 않고서 개별적으로 수행될 수 있다.
다양한 실시 형태에 따르면, UV 또는 EB 경화성 결합재 성분 및 세라믹 입자의 슬러리를 제조하기 위하여 종래의 혼합 기법이 이용될 수 있다. 이어서, 슬러리는 세퍼레이터 상에 코팅되고 UV 화학 방사선 또는 EB 방사선을 사용하여 경화된다. 다양한 실시 형태에서, 슬러리의 코팅 두께는 공칭상 10 μm 미만이고 통상 4 μm 미만이다. 소정 실시 형태에서, 최소 슬러리 코팅 두께는 0.1 내지 0.3 μm이다. 하나 이상의 실시 형태에서, 이러한 최소 코팅 두께는 오프셋 인쇄를 이용하여 달성된다. 세퍼레이터의 일 면 또는 양 면이 통상 코팅되고 코팅은 UV 또는 EB 경화된다. UV 경화는 200 내지 500 nm 스펙트럼과 관련된다. 400 내지 460 nm가 기술적으로는 자색-청색 가시광 영역이지만, UV 램프가 이러한 영역에서도 또한 상당한 에너지를 방출하고, 잘 선택된 "UV" 광개시제가 이들 주파수의 광을 흡수한다. UV-가시광 광개시제는 이러한 적용에 특히 잘 적합한데, 이는 이러한 장파장이 액체 코팅 내로 더 깊게 더 침투할 수 있기 때문이다. 이는 다양한 실시 형태들 중 일부에서 극히 중요한데, 이는 많은 열 전도성 입자들이 백색이고 UV 광을 차단하는 데 매우 유능하기 때문이다. 이들 적용에서, UVC 및 가시광 범위에서 출력이 최대인 램프를 사용하는 것이 통상 최선이다. 입자를 지나서 코팅 내로 침투하는 임의의 광을 이용하기 위하여 광개시제들의 혼합물이 전형적으로 사용된다.
예를 들어, 경화 코팅의 다공도를 증가시키기 위하여 또는 액체 코팅의 유동 및 리올로지(rheology)를 조절하여 상이한 적용 방법들에 적절하게 하기 위하여, 물 또는 용매가 또한 UV 또는 EB 경화성 결합재 조성물에 첨가될 수 있다. 상이한 슬러리 적용 방법의 예는 커튼 코팅, 롤, 그라비어, 플렉소그래픽, 스크린, 회전 스크린, 볼록판 인쇄, 오프셋, 슬롯 다이, 및 코팅 필름에 적합한 임의의 다른 인쇄 방법을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 물 또는 용매가 결합재에 첨가되면, 이는 일부 실시 형태에서 UV 또는 EB 경화 전에 코팅으로부터 제거될 수 있다. 일부 적합한 용매는, 독성이 낮고, 조절(regulation)을 최소로 하고, 신속히 증발되고, 슬러리 내의 코팅 성분 또는 입자에 대한 친화력이 높지 않은 것들이다. 다양한 용매가 입수가능하고 다양한 실시 형태에서 사용될 수 있다. 다양한 실시 형태에서 사용가능한 용매의 예는 글리콜 에테르 및 알코올(예컨대, 아이소프로필 알코올)을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 앞서 논의된 바와 같이, 용매는 소정 실시 형태에서 NMP를 포함하지 않는다. NMP의 사용을 포기함으로써 용매 포획 및 재순환의 필요성을 제거하고 그에 따라서 그러한 공정과 관련된 어떠한 비용 및 시간도 제거하게 된다.
물 또는 용매는, 사용된다면, 최대 약 70%의 양으로 슬러리 내에 존재할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 용매는 약 15 내지 20%, 약 10 내지 20%, 또는 약 5 내지 20%의 양으로 슬러리 내에 존재한다. 소정 실시 형태에서, 용매는 약 20% 미만, 약 15% 미만, 약 10% 미만, 또는 약 5% 미만의 양으로 슬러리 내에 존재한다. 약 20% 미만의 용매 또는 물의 양은 신속한 증발을 가능하게 한다.
다양한 실시 형태에서, 세퍼레이터는 상부 표면 및 하부 표면을 포함하고, 슬러리를 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 적용하여 슬러리 코팅 세퍼레이터를 형성하는 단계는 슬러리를 상부 표면 또는 하부 표면에 적용하지만, 상부 표면 및 하부 표면 둘 모두에는 적용하지 않는 단계를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 슬러리를 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 적용하여 슬러리 코팅 세퍼레이터를 형성하는 단계는 슬러리를 상부 표면 및 하부 표면 둘 모두에 적용하는 단계를 포함한다. 슬러리는 연속 코트, 패턴, 또는 이들의 조합으로 세퍼레이터에 적용될 수 있고, 세퍼레이터의 상부 표면, 세퍼레이터의 하부 표면, 또는 이들의 조합을 완전히 또는 부분적으로 덮을 수 있다. 일부 실시 형태에서, 슬러리는 상부 표면에 연속 코트로서 그리고 하부 표면에 연속 코트로서 적용된다. 다른 실시 형태에서, 슬러리는 상부 표면에 일정 패턴으로서 그리고 하부 표면에 일정 패턴으로 적용된다. 또 다른 실시 형태에서, 슬러리는 상부 표면에 일정 패턴으로서 그리고 하부 표면에 연속 코트로서 적용된다. 추가 실시 형태에서, 슬러리는 하부 표면에 일정 패턴으로서 그리고 상부 표면에 연속 코트로서 적용된다.
일부 실시 형태에서, 생성된 슬러리는 중합체 세퍼레이터 상에 연속 코트로서 적용된다. 이러한 액체 슬러리를 적용하기 위하여 사용될 수 있는 예시적인 적용 방법은 롤 코트, 스크린, 커튼, 그라비어, 역 그라비어, 슬롯 다이, 플렉소그래픽, 볼록판 인쇄, 오프셋, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일부 실시 형태에서, 물 또는 용매를 몰아내고 다공성 액체 코팅을 생성하기 위하여 짧은 건조 기간(예컨대, 웨브를 가로지르는 공기 또는 고온 공기)이 존재한다. 이어서 슬러리는 UV 화학 방사선 또는 EB 방사선에 노출되어 수지를 중합하고 세라믹 입자들을 서로에 대해 그리고 세퍼레이터에 결합시킨다. 하나 이상의 실시 형태에서, 냉각 롤이 UV 또는 EB 경화 노출 동안 사용된다. 세퍼레이터의 일 면 또는 양 면이 이러한 연속 코트 공정에 의해 코팅될 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 생성된 슬러리는 세퍼레이터 상에 일정 패턴으로 인쇄된다. 이러한 액체 슬러리를 인쇄된 패턴으로 적용하기 위하여 사용될 수 있는 적용 방법의 예는 스크린, 커튼 코트, 그라비어, 역 그라비어, 플렉소그래픽, 볼록판 인쇄, 오프셋, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 상이한 두께 및 감도(resolution)의 코팅을 달성하기 위하여 상이한 인쇄 방법들이 이용된다. 나열된 인쇄 기법들의 순서는 가장 두꺼운 것부터 가장 얇은 것으로의 순서이며 또한 감도가 가장 거친 것부터 미세한 것으로의 순서이다. 인쇄된 패턴은 더 적은 기류 및 건조를 필요로 할 수 있는데, 이는 더 넓은 표면이 노출되기 때문이다. 적용 후에, 이어서 슬러리는 UV 화학 방사선 또는 EB 방사선에 노출되어 수지를 중합하고 세라믹 입자들을 서로에 대해 그리고 세퍼레이터에 결합시킨다. 하나 이상의 실시 형태에서, 냉각 롤이 UV 또는 EB 경화 노출 동안 사용된다. 세퍼레이터의 일 면 또는 양 면이 이러한 패턴 인쇄 공정에 의해 코팅될 수 있다.
소정 실시 형태에서, 슬러리는 UV 수계 매트릭스 성분을 포함하고 플렉소그래픽 인쇄를 이용하여 세퍼레이터 상에 일정 패턴으로 인쇄된다. 다른 실시 형태에서, 슬러리는 우레탄 및/또는 고무 매트릭스 성분을 포함하고 오프셋 인쇄를 이용하여 세퍼레이터 상에 일정 패턴으로 인쇄된다. 일부 실시 형태에 따르면, 슬러리는 수계 매트릭스 성분을 포함하고 오프셋 인쇄와는 다른 적용 방법을 이용하여 세퍼레이터 상에 일정 패턴으로 인쇄된다.
종래의 방법은 본 발명에서 설명되는 바와 같은 패턴화된 경화 세퍼레이터 코팅을 교시 또는 이용하지 않는다. 슬러리를 일정 패턴으로 세퍼레이터에 적용함으로써 많은 이점을 갖는다. 예를 들어, 슬러리를 패턴화함으로써 더 적은 슬러리(예컨대, 더 적은 결합재 및 세라믹 미립자 재료)의 사용을 가능하게 하고, 그에 따라서 재료 비용의 감소를 가능하게 한다. 일부 실시 형태에서, 패턴 코팅의 경우에 사용되는 결합재의 양은 연속 코팅의 경우에 사용되는 것보다 2배 미만이다. 연속 코팅과 동일한 안전성 이득을 제공하면서, 패턴 코팅은, 연속 코팅에 비하여, 향상된 코팅 세퍼레이터 다공도 및 증가된 슬러리 적용 속도를 가능하게 한다.
다양한 실시 형태의 세퍼레이터는 유형, 조성 또는 형태에 관하여 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 세퍼레이터는 기능에 관해서는 제한될 수 있다. 예를 들어, 소정 실시 형태에서, 세퍼레이터는 적어도, 이온(예컨대, 리튬 이온)이 세퍼레이터의 기공을 통하여 유동하게 하면서, 전기화학 디바이스(예컨대, 배터리)의 캐소드와 애노드 사이의 전기 장벽으로서 기능할 수 있어야 한다. 다른 말로 하면, 전기화학 디바이스(예컨대, 배터리)에 사용되는 경우, 세퍼레이터는 이온 장벽이 아닌 전기 장벽이어야 한다. 다양한 세퍼레이터가 구매가능하고 다양한 실시 형태에서 적합하다. 소정 실시 형태에서, 세퍼레이터는 작동 정지 메커니즘을 갖는다. 예를 들어, 세퍼레이터는 열에 노출되는 경우에 유동하는 열가소성 중합체로 구성될 수 있다. 이러한 열 유도 중합체 유동은 세퍼레이터 내의 기공이 폐쇄되게 하고, 그에 따라서, 세퍼레이터는 이온 유동에 대한 장벽이 된다. 따라서, 가벼운 또는 점진적인 과열의 경우, 열가소성 세퍼레이터는 배터리의 작동을 정지시킨다. 일부 실시 형태에서, 세퍼레이터는 특정 온도에서 작동 정지하도록 구성된다. 예를 들어, 소정 실시 형태에서, 세퍼레이터는 100℃ 이상의 온도로 가열되는 것에 응답하여 작동 정지하도록 구성된다. 다른 실시 형태에서, 세퍼레이터는 105℃ 이상, 110℃ 이상, 115℃ 이상, 120℃ 이상, 125℃ 이상, 130℃ 이상, 135℃ 이상, 140℃ 이상, 145℃ 이상, 150℃ 이상, 155℃ 이상, 160℃ 이상, 165℃ 이상, 170℃ 이상, 175℃ 이상, 180℃ 이상, 185℃ 이상, 190℃ 이상, 195℃ 이상, 또는 200℃ 이상의 온도로 가열되는 것에 응답하여 작동 정지하도록 구성된다. 다양한 실시 형태에서, 상한 작동 정지 온도는 사용되는 특정 전해질 또는 배터리 케이싱의 인화점(flammability)이다. 소정 실시 형태에서, 세퍼레이터는 100℃ 내지 200℃, 110℃ 내지 200℃, 120℃ 내지 200℃, 100℃ 내지 140℃, 110℃ 내지 140℃, 또는 120℃ 내지 140℃의 온도로 가열되는 것에 응답하여 작동 정지하도록 구성된다. 다른 실시 형태에서, 세퍼레이터는 100℃, 105℃, 110℃, 115℃, 120℃, 125℃, 130℃, 135℃, 140℃, 145℃, 150℃, 155℃, 160℃, 165℃, 170℃, 175℃, 180℃, 185℃, 190℃, 195℃, 또는 200℃의 온도로 가열되는 것에 응답하여 작동 정지하도록 구성된다. 작동 정지 온도는, 다양한 실시 형태에 따르면, 세퍼레이터의 제조에 사용되는 특정 중합체(들)에 좌우된다. 예를 들어, 3층 세퍼레이터의 작동 정지 온도는 종종 중심 층(예컨대, 폴리에틸렌)의 용융점에 의해 결정된다.
다양한 실시 형태에서 사용가능한 세퍼레이터의 예는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 이들의 조합(예컨대, PE 및 PP의 공압출된 블렌드)을 포함하는 중합체 막 또는 필름을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일부 실시 형태에서, 세퍼레이터는 단층(예컨대, 단일 중합체 필름)을 가질 수 있다. 다른 실시 형태에서, 세퍼레이터는, 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상, 5개 이상, 등의 층을 포함하여, 2개 이상의 층을 포함할 수 있다. 소정 실시 형태에서, 세퍼레이터는 3층 세퍼레이터이다. 3층 세퍼레이터의 비제한적인 예는 PP/PE/PP 3층 세퍼레이터이다.
비코팅 세퍼레이터는 두께가 약 5 내지 약 25 μm일 수 있다. 소정 실시 형태에서, 비코팅 세퍼레이터의 두께는 약 5 내지 약 20 μm, 약 10 내지 약 20 μm, 약 15 내지 약 20 μm, 약 10 내지 약 25 μm, 또는 약 15 내지 약 25 μm이다.
다양한 실시 형태의 경화 코팅은 적어도 한 유형의 경화성 결합재 혼합물을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 경화 코팅은, 임의의 두 가지 이상, 세 가지 이상, 네 가지 이상, 다섯 가지 이상, 등의 유형의 본 명세서에서 설명된 경화성 결합재 혼합물들의 조합을 포함하여, 두 가지 이상의 유형의 경화성 결합재 혼합물들의 조합을 포함할 수 있다.
광이 코팅의 베이스까지 투과할 수 없는 경우, 전자 빔 경화가 이용될 수 있다. 선량이 약 10 내지 약 40 kGy인 고에너지 전자(75 내지 300 ㎸)가 액체 슬러리를 투과할 수 있어서 세퍼레이터(예컨대, 폴리올레핀 필름 또는 3층 세퍼레이터) 전체를 통하여 코팅을 경화시킬 수 있다.
소정 실시 형태에서, 경화는 실온에서 약 5 내지 약 2000 ft/min의 속도로 수행될 수 있다. 불활성 환경이, 일부 실시 형태에서, EB가 사용되는 경우에, 필요할 수 있다. 그러나, UV 경화를 이용하는 다양한 실시 형태에서, 불활성 환경은 불필요하다.
다양한 실시 형태에서, 약 1 내지 약 100 kGy의 방사선 선량이 적합하다. 소정 실시 형태에서, 램프에는 약 50 내지 약 1000 W/in로 전력이 공급될 수 있다.
다양한 실시 형태에 따르면, UV 또는 EB 경화 코팅은 세퍼레이터의 상부 표면 또는 하부 표면에 부착되지만, 상부 표면 및 하부 표면 둘 모두에는 부착되지 않는다. 다른 실시 형태에서, UV 또는 EB 경화 코팅은 세퍼레이터의 상부 표면 및 하부 표면 둘 모두에 부착된다. UV 또는 EB 경화 코팅은 연속 코트, 패턴, 또는 이들의 조합으로서 세퍼레이터 상에 존재할 수 있고, 세퍼레이터의 상부 표면, 세퍼레이터의 하부 표면, 또는 이들의 조합을 완전히 또는 부분적으로 덮을 수 있다. 다양한 실시 형태에 따르면, 코팅 세퍼레이터는 100℃ 이상(예컨대, 100℃, 105℃, 110℃, 115℃, 120℃, 125℃, 130℃, 135℃, 140℃, 145℃, 150℃, 등)의 온도로 가열되는 것에 응답하여 세퍼레이터의 기공을 통한 이온 유동을 억제하고 전기 절연성을 유지한다. 추가 실시 형태에서, 100℃ 이상(예컨대, 100℃, 105℃, 110℃, 115℃, 120℃, 125℃, 130℃, 135℃, 140℃, 145℃, 150℃, 등)의 온도로 가열되는 동안 세라믹 미립자 재료는 UV 또는 EB 경화 매트릭스에 그리고 세퍼레이터에 결합된 채로 남아있고 코팅 세퍼레이터는 그의 형상을 유지한다.
다양한 실시 형태에 따르면, UV 또는 EB 경화 매트릭스는 비이온성이다. 소정 실시 형태에서, 세라믹 미립자 재료는 UV 또는 EB 경화 매트릭스에 결합되고, UV 또는 EB 경화 매트릭스에 의해 세퍼레이터에 결합되고, UV 또는 EB 경화 매트릭스 전체를 통하여 균일하게 분포된다. 이는 채널/입구를 형성하는, 이온성 중합체 층과 같은, 이온성 재료를 이용하는 종래 방법과 구별된다. 이온성 중합체 층 자체는 이온 수송을 돕고 결합 기능을 갖지는 않는다. 오히려, 종래기술의 그러한 이온성 재료는 중합체를 자체에 결합시킨다. 종래 기술의 그러한 세퍼레이터를 사용한 배터리의 충전 및 방전 속도는 이온이 중합체 상에서 이동하여야 하기 때문에 제한된다.
소정 실시 형태는 UV 또는 EB 경화의 이용을 요구하지 않는다. 예를 들어, 전구체 혼합물은 UV 또는 EB 경화와는 다른 방법에 의해 경화되는 수계 아크릴, 수계 우레탄, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 그러한 실시 형태는 프레스가 UV 또는 EB 경화를 위한 설비를 갖지 않는 경우에 유용하다. 그러나, UV 또는 EB 경화를 사용하지 않는 하나 이상의 실시 형태에서, 거친 전해질 및 리튬 이온 환경을 견디기 위한 내화학성을 얻기 위하여, 가교결합제가 필요하다. 이러한 유형의 화학 물질을 위한 통상의 가교결합제의 예는 (폴리)아지리딘(들), 금속 건조제, 및 과산화물을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. UV 또는 EB 경화를 포함하지 않는 방법 이외에, UV 또는 EB 경화를 이용하지 않는 소정 실시 형태가 임의의 특정 경화 방법으로 제한되지는 않는다. UV 또는 EB 경화를 이용하지 않는 다양한 실시 형태에 적합한 경화 방법의 비제한적인 예는 송풍식(forced-air) 경화이다.
UV 또는 EB 경화와 다른 경화 방법을 이용하는 실시 형태의 슬러리는 UV 또는 EB 경화 실시 형태의 것과 동일한 유형 및 양의 세라믹 미립자 재료를 포함할 수 있다. 이러한 슬러리는 또한 연속 코트, 패턴, 또는 이들의 조합으로 세퍼레이터에 적용될 수 있고, 세퍼레이터의 상부 표면, 세퍼레이터의 하부 표면, 또는 이들의 조합을 완전히 또는 부분적으로 덮을 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 슬러리는 스크린, 커튼 코트, 그라비어, 역 그라비어, 플렉소그래픽 프린터, 볼록판 인쇄, 오프셋 인쇄, 또는 이들의 조합에 의해 인쇄된 패턴으로 세퍼레이터에 적용된다. 앞서 논의된 바와 같이, 종래의 방법은 본 발명에서 설명되는 바와 같은 패턴화된 경화 세퍼레이터 코팅을 교시 또는 이용하지 않는다. 일부 실시 형태에 따르면, 경화 코팅은 세퍼레이터의 상부 표면 또는 하부 표면에 부착되지만, 상부 표면 및 하부 표면 둘 모두에는 부착되지 않는다. 다른 실시 형태에서, 경화 코팅은 세퍼레이터의 상부 표면 및 하부 표면 둘 모두에 부착된다.
다양한 실시 형태에 따르면, UV 또는 EB 경화 패턴 세퍼레이터 코팅은 UV 또는 EB 경화와 다른 경화 방법에 의한 경화 패턴 세퍼레이터 코팅보다 더 날카롭고 더 선명한 패턴을 가능하게 한다. 소정 실시 형태에서, UV 또는 EB 경화 패턴 세퍼레이터 코팅에 의해 얻어진 더 날카롭고 더 선명한 패턴은, UV 또는 EB 경화와 다른 방법에 의해 경화된 패턴 세퍼레이터 코팅의 것과 비교하여, 향상된 세퍼레이터 성능을 가져온다.
종래 기법의 큰 단점들 중 하나는 세퍼레이터 코팅 공정이다. 그러한 종래 코팅 공정은 PVDF 결합재를 이용하여 극히 느리다. 이는 세퍼레이터를 제조하는 데 이용되는 공압출 및 2축 배향 공정보다 더욱 더 느리다. 따라서, 코팅 공정은 오프 라인 공정이 된다. 실제로, 종래 기술의 용매 증발 공정은 각각의 압출기와 보조를 맞추기 위해 다수의 라인(각각이 축구장보다 더 김)이 필요하다. 이는 운전을 위한 다수의 인력, 설비, 및 용지를 필요로 하는 극도의 자본 집약적 공정이다. 다양한 본 실시 형태의 결합재가 즉각적으로 경화되기 때문에, 다양한 본 실시 형태는 다른 세퍼레이터 코팅 방법의 시간적인 그리고 경제적인 제약의 일부를 극복한다. 이전의 코팅 방법은 관련된 건조 시간과 함께 건조 오븐이 필요하였다. 코팅/건조가 더 빠를수록, 오븐은 더 길어져야만 하고 따라서 자본 비용도 더 커진다.
다양한 실시 형태에 따르면, 경화 코팅은 두께가 약 0.1 내지 약 10 μm일 수 있다. 소정 실시 형태에서, 경화 코팅의 두께는 약 2 내지 약 3 μm, 약 2 내지 약 3 μm, 약 2 내지 약 4 μm, 약 2 내지 약 5 μm, 약 2 내지 약 6 μm, 약 2 내지 약 7 μm, 약 2 내지 약 8 μm, 약 2 내지 약 9 μm이다. 일부 실시 형태에서, 경화 코팅의 두께는 약 0.1 μm, 약 0.2 μm, 약 0.3 μm, 약 0.4 μm, 약 0.5 μm, 약 0.6 μm, 약 0.7 μm, 약 0.8 μm, 약 0.9 μm, 약 1 μm, 약 2 μm, 약 3 μm, 약 4 μm, 약 5 μm, 약 6 μm, 약 7 μm, 약 8 μm, 약 9 μm, 또는 약 10 μm이다. 경화 코팅은 하나 초과의 층의 코팅을 포함할 수 있고, 각각의 층이 반드시 동일할 필요는 없다. 일부 실시 형태에서, 코팅 세퍼레이터는, 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상, 5개 이상, 등의 층의 본 명세서에서 설명된 임의의 코팅을 포함하여, 2개 이상의 층의 코팅을 포함할 수 있다. 다수의 코팅 층이 적용된 경우에, 각각의 층은 반드시 동일한 두께, 조성, 또는 형태(예컨대 패턴 또는 연속)일 필요는 없다.
다양한 실시 형태에 따르면, 경화 코팅 세퍼레이터는 두께가 약 6 내지 약 30 μm일 수 있다. 소정 실시 형태에서, 경화 코팅 세퍼레이터는 두께가 약 6 내지 약 7 μm, 약 6 내지 약 8 μm, 약 6 내지 약 9 μm, 약 6 내지 약 10 μm, 약 6 내지 약 15 μm, 약 6 내지 약 20 μm, 약 6 내지 약 25 μm, 약 10 내지 약 30 μm, 약 15 내지 약 30 μm, 약 20 내지 약 30 μm, 약 25 내지 약 30 μm, 약 10 내지 약 15 μm, 약 10 내지 약 20 μm, 약 10 내지 약 25 μm일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 경화 코팅의 두께는 약 6 μm, 약 7 μm, 약 8 μm, 약 9 μm, 약 10 μm, 약 11 μm, 약 12 μm, 약 13 μm, 약 14 μm, 약 15 μm, 약 16 μm, 약 17 μm, 약 18 μm, 약 19 μm 약 20 μm, 약 21 μm, 약 22 μm, 약 23 μm, 약 24 μm, 약 25 μm, 약 26 μm, 약 27 μm, 약 28 μm, 약 29 μm, 또는 약 30 μm이다.
다양한 실시예들이 아래에서 설명된다. 각각의 실시예는 본 발명의 제한이 아닌 설명으로서 제공된다. 다양한 변형 및 변경이 본 발명의 범주 또는 사상으로부터 벗어나지 않고서 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시예의 일부로서 예시되거나 설명된 특징부가 다른 실시예에 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 그러한 변형 및 변경을 포괄하려는 것이다.
실시예
실시예 1: 수계 UV 경화성의, 세퍼레이터 상의 산화알루미늄 충전 코팅
수계 UV 경화성 결합재 조성물을 제조하고 아래 표 1에 나타낸 비율로 산화알루미늄 분말과 혼합하여 슬러리를 형성하였다.
[표 1]
Figure pct00001
리튬 이온 배터리에 사용하기 위해 설계된 25 μm 미세다공성 PP/PE/PP 3층 세퍼레이터 필름(셀가드(CELGARD) 2325) 상에 표 1로부터의 생성된 슬러리를 적용하였다. 일 면 또는 양 면 코팅을 다양한 샘플 세퍼레이터에 형성하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, 샘플 1 및 샘플 3의 3층 세퍼레이터의 일 면에 코팅을 형성하였다. 그에 반해서, 샘플 2 및 샘플 4의 3층 세퍼레이터는 양 면 상에 코팅하였다(예컨대, 양 면 코팅). 더욱이, 세퍼레이터에 적용된 코팅은 연속 다공성 코팅 또는 패턴 코팅이었다. 표 2에 나타낸 바와 같이, 샘플 3 및 샘플 4의 3층 세퍼레이터에 연속 다공성 코팅을 형성하였다. 그에 반해서, 샘플 1 및 샘플 2의 3층 세퍼레이터는 패턴 코팅하였다. 표 2에서 요약된 바와 같이, 샘플 #1의 3층 세퍼레이터를 단일 면 상에서 표 1의 코팅으로 패턴 코팅하였고, 샘플 #2의 3층 세퍼레이터를 양 면 상에서 표 1의 코팅으로 패턴 코팅하였고, 샘플 #3의 3층 세퍼레이터를 단일 면 상에서 표 1의 코팅으로 연속 코팅하였고, 샘플 #4의 3층 세퍼레이터를 양 면 상에서 표 1의 코팅으로 연속 코팅하였다.
RK 컨트롤 코터(Control Koater)를 이용하여 #1 K 바 로드(bar rod)로 연속 코팅을 적용하였다. 이어서, 분당 150 피트의 컨베이어 속도로 밀텍(Miltec) 380-0004 UV 전구가 설치된 하나의 단일 밀텍 MPI-400 램프에 의해 밀텍 MUVI 컨베이어 상에서 코팅을 경화시켰다. 각각의 생성된 산화알루미늄 충전 UV 코팅은 두께가 4 내지 6 μm였다. 예를 들어, 단일 면 상에서 연속 코팅된 샘플 세퍼레이터는 그러한 단일 면 상에 생성된 4 내지 6 μm 두께의 산화알루미늄 충전 UV 코팅을 갖고, 양 면 상에서 연속 코팅된 샘플 세퍼레이터는 각각의 면당 생성된 4 내지 6 μm 두께의 산화알루미늄 충전 UV 코팅을 갖는다.
파마르코(Pamarco)로부터의 플렉소그래픽 핸드 프루퍼(hand proofer)에 의해 패턴 코팅을 성취하였다. 적용된 패턴이 고무 롤러로부터 기인할 수 있는 매끄러운 코팅이 아닌 아닐록스의 것이도록 아닐록스와 고무 롤러의 위치를 바꾸었다. 인치당 200 라인(200 lpi) 5.3 bcm 아닐록스를 사용하였다. 이는 2 내지 4 μm 두께의 산화알루미늄 충전 UV 코팅을 생성하였다. 예를 들어, 단일 면 상에서 패턴 코팅된 샘플 세퍼레이터는 그러한 단일 면 상에 생성된 2 내지 4 μm 두께의 산화알루미늄 충전 UV 코팅을 갖고, 양 면 상에서 패턴 코팅된 샘플 세퍼레이터는 각각의 면당 생성된 2 내지 4 μm 두께의 산화알루미늄 충전 UV 코팅을 갖는다.
연속 코팅으로부터 기인된 세라믹 코팅 및 패턴 코팅으로부터 기인된 세라믹 코팅 둘 모두는 균일하고 안정적이고 세퍼레이터에 강하게 부착된 것으로 보였다. 코팅 및 비코팅 25 μm 미세다공성 PP/PE/PP 3층 세퍼레이터 필름들의 샘플을 100℃의 오븐 내에 넣었다. 비코팅 샘플은 말려서(curl) 부분 용융의 징후를 나타내어, 얼룩으로 투명해졌다. 코팅 샘플은 평탄하고 아주 거의 말리지 않은 채로 유지되었다.
비코팅 세퍼레이터를 18650 리튬 이온 코인 전지로 조립하였다. 캐소드는 표준 14 mg/㎠ NMC 코팅 알루미늄이었다. 애노드는 리튬 금속이었다. 전지를 C/10 속도로 충전 및 방전시켰다. 도 4a, 도 4b 및 도 4c는 비코팅 기준 세퍼레이터의 전압 프로파일(C/10), 충전 속도 성능 및 사이클 성능(C/5)을 각각 도시한다.
코팅 세퍼레이터 샘플을 18650 리튬 이온 코인 전지로 조립하였다. 캐소드는 표준 14 mg/㎠ NMC 코팅 알루미늄이었다. 애노드는 리튬 금속이었다. 전지를 C/10 속도로 충전 및 방전시켰다. 도 5 내지 도 8은 코팅 샘플 세퍼레이터의 전압 프로파일을 도시한다. 표 2 및 도 4a 및 도 5 내지 도 8의 전압 프로파일(C/10)에 나타낸 바와 같이, 코팅 세퍼레이터를 사용한 배터리를 충전 및 방전할 수 있었고 충전 및 방전 용량은 대조예의 것과 유사하였다.
[표 2]
Figure pct00002
UV 경화성 수계 코팅의 다른 비제한적인 예가 실시예 2에서 설명된다.
실시예 2: 세퍼레이터 상의 산화알루미늄 분말을 갖는 UV 경화성 수계 우레탄 아크릴레이트 코팅
UV 경화성 수계 우레탄 아크릴레이트 결합재 조성물을 제조하고 아래 표 3에 나타낸 비율로 산화알루미늄 분말과 혼합하여 슬러리를 형성하였다.
[표 3]
Figure pct00003
25 μm 미세다공성 PP/PE/PP 3층 세퍼레이터 필름(셀가드 2325) 상에 표 3으로부터의 생성된 슬러리를 적용하였다. 단일 면 및 양 면 패턴 코팅을 120 lpi 3중 나선 아닐록스로 달성하였다. 실시예 1에서와 같이, 코팅 세퍼레이터를 NMC-리튬 금속 반전지(half-cell)에서 시험하였다. 표 4, 표 5, 도 11a 및 도 12a의 결과는 단일 면 및 양 면 세라믹 패턴 코팅 세퍼레이터가 리튬 이온 배터리에서 기능하는 것을 나타낸다. 도 11b 및 도 12b는 리튬 이온이 0.1 내지 적어도 2C의 속도로 충전 및 방전하는 것을 코팅 세퍼레이터가 가능하게 하는 것을 도시한다. 이러한 속도에서, 코팅은 비코팅 세퍼레이터(도 4b)의 것보다 이온 유동을 방해하지 못하고 있다. 도 11c 및 도 12c는 50회의 사이클에 걸쳐 성공적으로 충전 및 방전하는 배터리를 도시한다.
도 11a, 도 11b 및 도 11c는 샘플 #7의 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일(C/10), 충전 속도 성능 및 사이클 성능(C/5)을 각각 도시한다. 샘플 #7의 3층 세퍼레이터를 단일 면 상에서 표 3의 산화알루미늄 충전 UV 코팅의 4 내지 8 μm 두께의 코팅으로 패턴 코팅하였다.
[표 4]
Figure pct00004
도 12a, 도 12b 및 도 12c는 샘플 #8의 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일(C/10), 충전 속도 성능 및 사이클 성능(C/5)을 각각 도시한다. 샘플 #8의 3층 세퍼레이터를 양 면 상에서 각 면당 표 3의 산화알루미늄 충전 UV 코팅의 8 μm 두께의 코팅으로 패턴 코팅하였다.
[표 5]
Figure pct00005
실시예 3: 세퍼레이터 상의 UV 경화성 산화알루미늄 충전 고무 아크릴레이트 코팅
UV 경화성 조성물을 제조하고 아래 표 6에 나타낸 비율로 산화알루미늄 분말과 혼합하여 슬러리를 형성하였다. 이러한 고도로 충전된 생성물은 용매도 물도 함유하지 않는다.
[표 6]
Figure pct00006
리튬 이온 배터리에 사용하기 위해 설계된 25 μm 미세다공성 PP/PE/PP 3층 세퍼레이터 필름(셀가드 2325) 상에 표 6으로부터의 생성된 슬러리를 적용하였다.
샘플 #6의 3층 세퍼레이터에 연속 다공성 코팅을 형성하였다. 그에 반해서, 샘플 #5의 3층 세퍼레이터를 패턴 코팅하였다. 샘플 #5의 3층 세퍼레이터를 양 면 상에서 표 6의 코팅으로 패턴 코팅한 반면, 샘플 #6의 3층 세퍼레이터를 양 면 상에서 표 6의 코팅으로 연속 코팅하였다.
RK 컨트롤 코터를 이용하여 #1 K 바 로드로 양 면 연속 코팅을 적용하였다. 이어서, 분당 150 피트의 컨베이어 속도로 밀텍 380-0004 UV 전구가 설치된 하나의 단일 밀텍 MPI-400 램프에 의해 밀텍 MUVI 컨베이어 상에서 코팅을 경화시켰다. 이는 면당 4 내지 6 μm 두께인 UV-경화 산화알루미늄 코팅을 생성하였다.
파마르코로부터의 플렉소그래픽 핸드 프루퍼에 의해 양 면 패턴 코팅을 성취하였다. 적용된 패턴이 고무 롤러로부터 기인할 수 있는 매끄러운 코팅이 아닌 아닐록스의 것이도록 아닐록스와 고무 롤러의 위치를 바꾸었다. 인치당 200 라인(200 lpi) 5.3 bcm 아닐록스를 사용하였다. 이는 면당 2 내지 4 μm 두께의 산화알루미늄 충전 UV 코팅을 생성하였다.
연속 코팅으로부터 기인된 세라믹 코팅 및 패턴 코팅으로부터 기인된 세라믹 코팅 둘 모두는 균일하고 안정적이고 세퍼레이터에 강하게 부착된 것으로 보였다. 코팅 및 비코팅 25 μm 미세다공성 PP/PE/PP 3층 세퍼레이터 필름들의 샘플을 100℃의 오븐 내에 넣었다. 비코팅 샘플은 말려서 부분 용융의 징후를 나타내어, 얼룩으로 투명해졌다. 코팅 샘플은 평탄하고 아주 거의 말리지 않은 채로 유지되었다.
비코팅 세퍼레이터를 18650 리튬 이온 코인 전지로 조립하였다. 캐소드는 표준 14 mg/㎠ NMC 코팅 알루미늄이었다. 애노드는 리튬 금속이었다. 전지를 C/10 속도로 충전 및 방전시켰다. 도 4a, 도 4b 및 도 4c는 비코팅 기준 세퍼레이터의 전압 프로파일(C/10), 충전 속도 성능 및 사이클 성능(C/5)을 각각 도시한다.
코팅 세퍼레이터 샘플을 18650 리튬 이온 코인 전지로 조립하였다. 캐소드는 표준 14 mg/㎠ NMC 코팅 알루미늄이었다. 애노드는 리튬 금속이었다. 전지를 C/10 속도로 충전 및 방전시켰다. 도 9 및 도 10은 코팅 세퍼레이터 샘플 #5 및 샘플 #6의 전압 프로파일을 각각 도시한다. 도 9 및 도 10의 전압 프로파일(C/10)에 나타낸 바와 같이, 코팅 세퍼레이터를 사용한 코인 전지 배터리를 충전 및 방전할 수 있다.
더욱이, 리틀 조 프루퍼(Little Joe Proofer)를 이용하여 25 μm 미세다공성 PP/PE/PP 3층 세퍼레이터의 일 면 상에 표 6의 슬러리를 또한 적용하였다. 이러한 프루퍼는 오프셋 인쇄 공정을 모방한다. 이러한 경우에, 코팅 두께를 유지하는 데 사용되는 0.4 밀(mil) 쐐기판을 이용하여 고체 코팅을 적용하였다. 이는 3층 세퍼레이터의 일 면 상에 균일하고 얇은 1 μm 두께의 산화알루미늄 충전 UV 코팅을 생성하였다.
상기 예에서와 같이, 코팅 세퍼레이터(샘플 #9)를 NMC-리튬 금속 반전지에서 시험하였다. 도 13a, 도 13b 및 도 13c는 샘플 #9의 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일(C/10), 충전 속도 성능 및 사이클 성능(C/5)을 각각 도시한다. 표 7 및 도 13a의 결과는 코팅 세퍼레이터가 리튬 이온 배터리에서 기능하는 것을 보여준다. 도 13b는 이러한 세라믹-고무 코팅 세퍼레이터가 0.1C 내지 2C 속도로 리튬 이온 충전 및 방전을 가능하게 하는 것을 도시하고, 도 13c는 배터리가 50회의 사이클에 걸쳐 완전 충전 및 방전하는 것을 도시한다.
[표 7]
Figure pct00007
아닐록스 롤러를 이용하여 25 μm 미세다공성 PP/PE/PP 3층 세퍼레이터 필름(셀가드 2325) 상에 표 6의 생성된 슬러리를 또한 적용하였다. 단일 면 패턴 코팅을 제조하였다. 220 lpi 피라미드형 아닐록스를 이용하여 패턴 코팅을 달성하였다. 이는 3 내지 8 μm 두께의 산화알루미늄 충전 UV 코팅을 생성하였다.
상기 예에서와 같이, 코팅 세퍼레이터(샘플 #10)를 NMC-리튬 금속 반전지에서 시험하였다. 도 14a, 도 14b 및 도 14c는 샘플 #10의 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일(C/10), 충전 속도 성능 및 사이클 성능(C/5)을 각각 도시한다. 표 8 및 도 14a의 결과는 코팅 세퍼레이터가 리튬 이온 배터리에서 기능하는 것을 보여준다. 도 14b는 이러한 세라믹-고무 코팅 세퍼레이터가 0.1 내지 2C의 리튬 이온 충전 및 방전 속도를 가능하게 하는 것을 도시하고, 도 14c는 배터리가 50회의 사이클에 걸쳐 충전 및 방전하는 것을 도시한다.
[표 8]
Figure pct00008
실시예 4: 세퍼레이터 상의 산화알루미늄을 갖는 가교결합된 아크릴 코팅
UV 가교결합에 더하여, 일부 실시 형태는 더 큰 부착력 및 내화학성을 위하여 UV 및 다른 수계 중합체를 화학적 가교결합제로 가교결합시킨다. 표 9는 산화알루미늄으로 충전된 수계 아크릴 코팅의 예를 도시한다. 이러한 경우에, 산화아연이 아크릴 수지의 가교결합을 제공하기 위하여 첨가된다.
[표 9]
Figure pct00009
25 μm 미세다공성 PP/PE/PP 3층 세퍼레이터 필름(셀가드 2325) 상에 표 9로부터의 생성된 슬러리를 적용하였다. 단일 면 및 양 면 패턴 코팅을 제조하였다.
파마르코로부터의 플렉소그래픽 핸드 프루퍼에 의해 패턴 코팅을 성취하였다. 적용된 패턴이 고무 롤러로부터 기인할 수 있는 매끄러운 코팅이 아닌 아닐록스의 것이도록 아닐록스와 고무 롤러의 위치를 바꾸었다. 120 lpi 21.5 bcm 3중 나선 아닐록스를 사용하였다. 이는 4 내지 8 μm 두께의 산화알루미늄 충전 UV 코팅을 생성하였다. 예를 들어, 세퍼레이터 샘플 #11을 단일 면 상에서 4 내지 8 μm 두께의 산화알루미늄 충전 UV 코팅으로 패턴 코팅한 반면, 세퍼레이터 샘플 #12를 양 면 상에서 8 μm 두께의 산화알루미늄 충전 UV 코팅으로 패턴 코팅하였다. 샘플 #11 및 샘플 #12 둘 모두의 세라믹 코팅은 안정적이었고 세퍼레이터에 강하게 부착되었다.
상기 예에서와 같이, 코팅 세퍼레이터 샘플을 NMC-리튬 금속 반전지에서 시험하였다. 도 15a, 도 15b 및 도 15c는 샘플 #11의 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일(C/10), 충전 속도 성능 및 사이클 성능(C/5)을 각각 도시한다. 표 10 및 도 15a의 결과는 단일 면 코팅 세퍼레이터(샘플 #11)가 리튬 이온 배터리에서 기능하는 것을 보여준다. 도 15b는 이러한 코팅 세퍼레이터가 0.1C 내지 적어도 2C의 리튬 이온 충전 및 방전 속도를 가능하게 하는 것을 도시하고, 도 15c는 배터리가 50회의 사이클에 걸쳐 충전 및 방전하는 것을 도시한다.
[표 10]
Figure pct00010
도 16a, 도 16b 및 도 16c는 샘플 #12의 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일(C/10), 충전 속도 성능 및 사이클 성능(C/5)을 각각 도시한다. 표 11 및 도 16a의 결과는 이러한 유형의 양 면 코팅 세퍼레이터(샘플 #12)가 또한 리튬 이온 배터리에서 기능하는 것을 보여준다. 도 16b는 이러한 코팅 세퍼레이터가 0.1C 내지 적어도 2C의 리튬 이온 충전 및 방전 속도를 가능하게 하는 것을 도시하고, 도 16c는 배터리가 50회의 사이클에 걸쳐 충전 및 방전하는 것을 도시한다.
[표 11]
Figure pct00011
실시예 5: 세퍼레이터 상의 UV 경화성 산화알루미늄 충전 지환족 에폭시 코팅
UV 경화성 조성물을 제조하고 아래 표 12에 나타낸 비율로 산화알루미늄 분말과 혼합하여 슬러리를 형성하였다. 이러한 고도로 충전된 생성물은 용매도 물도 함유하지 않는다.
[표 12]
Figure pct00012
리튬 이온 배터리에 사용하기 위해 설계된 25 μm 미세다공성 PP/PE/PP 3층 세퍼레이터 필름(셀가드 2325) 상에 표 12로부터의 생성된 슬러리를 적용하였다. 이러한 액체 슬러리는 분산제를 함유하지 않았고 점도가 매우 높아서(약 15,000 내지 25,000 cP) 볼록판 인쇄 또는 오프셋 인쇄 적용을 가능하게 하였다.
오프셋 인쇄 적용을 모방하도록 단일 면 연속 코팅을 리틀 조 프레스(Little Joe press)를 이용하여 적용하였다. 코팅 두께를 유지하기 위하여 0.4 밀 쐐기판을 사용하였다. 이어서, 분당 150 피트의 컨베이어 속도로 밀텍 380-0004 UV 전구가 설치된 하나의 단일 밀텍 MPI-400 램프에 의해 밀텍 MUVI 컨베이어 상에서 코팅을 경화시켰다. 이는 4 내지 8 μm 두께인 패턴을 갖지 않는 연속 경화 산화알루미늄 코팅(샘플 #13)을 생성하였다.
상기 예에서와 같이, 코팅 세퍼레이터 샘플을 NMC-리튬 금속 반전지에서 시험하였다. 도 17a, 도 17b 및 도 17c는 샘플 #13의 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일(C/10), 충전 속도 성능 및 사이클 성능(C/5)을 각각 도시한다. 표 13 및 도 17a는 전기화학 반전지 시험의 결과를 나타낸다. 표 13 및 도 17a는 NMC 캐소드-Li 애노드 배터리가 이러한 코팅 세퍼레이터에 의해 C/10로 충전될 수 있는 것을 보여준다. 도 17b는 이러한 세라믹-에폭시 코팅 세퍼레이터가 0.1C 내지 적어도 2C의 리튬 이온 충전 및 방전 속도를 가능하게 하는 것을 도시한다. 도 17c는 리튬 이온 반전지 배터리가 50회의 사이클에 걸쳐 충전 및 방전하는 것을 도시한다.
[표 13]
Figure pct00013
소정 실시 형태에서, 용매는 플렉소그래픽 및 인쇄 그라비어 공정을 모방하도록 UV 에폭시를 아닐록스로 적용하기 위하여 UV 에폭시의 점도를 감소시킬 필요가 있을 수 있다. 표 14는 하나 이상의 실시 형태에 따른 슬러리 제형 변화를 나타낸다. 그러한 슬러리에서, 두 가지 용매의 혼합물을 첨가하였다. 하나의 용매는 빠르게 증발되었고 다른 용매는 느리게 증발되어 아닐록스 롤 상에서의 코팅 건조를 피하였다.
[표 14]
Figure pct00014
25 μm 미세다공성 PP/PE/PP 3층 세퍼레이터 필름(셀가드 2325) 상에 표 14로부터의 생성된 슬러리를 적용하였다. 단일 면 패턴 코팅을 제조하였다. 220 lpi 피라미드형 아닐록스를 이용하여 패턴 코팅을 달성하였다. 이는 2 내지 3 μm 두께의 산화알루미늄 충전 UV 코팅(샘플 #14)을 생성하였다.
상기 예에서와 같이, 코팅 세퍼레이터를 NMC-Li 금속 반전지에서 시험하였다. 도 18a, 도 18b 및 도 18c는 샘플 #14의 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일(C/10), 충전 속도 성능 및 사이클 성능(C/5)을 각각 도시한다. 표 15 및 도 18a의 결과는 이러한 코팅 세퍼레이터가 리튬 이온 배터리에서 기능하는 것을 보여준다. 도 18b는 이러한 코팅 세퍼레이터가 0.1C 내지 적어도 2C의 리튬 이온 충전 및 방전 속도를 가능하게 하는 것을 도시하고, 도 18c는 배터리가 50회의 사이클에 걸쳐 문제없이 충전 및 방전하는 것을 도시한다.
[표 15]
Figure pct00015
실시예 6: UV 경화성 실리콘 코팅.
적용될 수 있는 넓은 범위의 UV 경화성 화학 물질의 다른 예는, 다양한 실시 형태에 따르면, 실리콘을 포함한다. 실리콘은, 예를 들어, 아크릴레이트, 비닐, 지환족 에폭사이드, 또는 이들의 조합으로 말단화될 수 있다. UV 경화성 지환족이 표 16에 나타나 있다.
[표 16]
Figure pct00016
25 μm 미세다공성 PP/PE/PP 3층 세퍼레이터 필름(셀가드 2325)에 표 16으로부터의 생성된 슬러리를 적용하였다. 단일 면 패턴 코팅을 제조하였다. 120 lpi 3중 나선 아닐록스를 이용하여 패턴 코팅을 달성하였다. 이는 8 μm 두께의 산화알루미늄 충전 UV 코팅(샘플 #15)을 생성하였다.
상기 예에서와 같이, 코팅 세퍼레이터를 NMC-Li 금속 반전지에서 시험하였다. 도 19a, 도 19b 및 도 19c는 샘플 #15의 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일(C/10), 충전 속도 성능 및 사이클 성능(C/5)을 각각 도시한다. 표 17 및 도 19a의 결과는 코팅 세퍼레이터가 리튬 이온 배터리에서 기능하는 것을 보여준다. 도 19b는 이러한 코팅 세퍼레이터가 0.1C 내지 적어도 2C의 리튬 이온 충전 및 방전 속도를 가능하게 하는 것을 도시하고, 도 19c는 배터리가 50회의 사이클에 걸쳐 충전 및 방전하는 것을 도시한다.
[표 17]
Figure pct00017
실시예 7: UV 우레탄 코팅.
적용될 수 있는 넓은 범위의 UV 경화성 화학 물질의 다른 예는, 다양한 실시 형태에 따르면, 우레탄 아크릴레이트의 모든 형태를 포함한다. 우레탄은, 예를 들어, (메트)아크릴레이트, 비닐, 또는 이들의 조합으로 말단화될 수 있다. UV 경화성 세라믹 코팅 제형이 표 18에 나타나 있다.
[표 18]
Figure pct00018
25 μm 미세다공성 PP/PE/PP 3층 세퍼레이터 필름(셀가드 2325) 상에 표 18로부터의 생성된 슬러리를 적용하였다. 단일 면 코팅을 제조하였다. 150 lpi 3중 나선 아닐록스를 이용하여 연속 및 패턴 코팅을 달성하였다. 이는 9 내지 14 μm 두께의 산화알루미늄 충전 UV 코팅을 생성하였다. 예를 들어, 샘플 #16의 세퍼레이터를 단일 면 상에서 표 18의 UV 세라믹 우레탄 아크릴레이트 코팅의 9 μm 두께의 연속 코팅으로 코팅한 반면, 샘플 #17의 세퍼레이터를 단일 면 상에서 표 18의 UV 세라믹 우레탄 아크릴레이트 코팅의 11 μm 두께의 코팅으로 패턴 코팅하였다.
상기 예에서와 같이, 코팅 세퍼레이터를 NMC-Li 금속 반전지에서 시험하였다. 도 20a, 도 20b 및 도 20c는 샘플 #16의 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일(C/10), 충전 속도 성능 및 사이클 성능(C/5)을 각각 도시한다. 도 21a, 도 21b 및 도 21c는 샘플 #17의 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일(C/10), 충전 속도 성능 및 사이클 성능(C/5)을 각각 도시한다. 표 19, 표 20, 도 20a(샘플 #16 - 단일 면 연속 코팅) 및 도 21a(샘플 #17 - 단일 면 패턴 코팅)의 결과는 이들 UV-경화 세라믹 코팅 세퍼레이터가 리튬 이온 배터리에서 기능하는 것을 보여준다.
[표 19]
Figure pct00019
[표 20]
Figure pct00020
도 20b 및 도 21b 둘 모두는 이들 세라믹-우레탄 코팅 세퍼레이터가 0.1C 내지 적어도 2C의 리튬 이온 충전 및 방전 속도를 가능하게 하는 다공도를 갖는 것을 도시하고, 도 20c 및 도 21c는 50회의 사이클에 걸쳐 배터리가 충전 및 방전하는 것을 도시한다.
실시예 8: UV 폴리에스테르 코팅.
적용될 수 있는 넓은 범위의 UV 경화성 화학 물질의 다른 예는, 다양한 실시 형태에 따르면, 폴리에스테르 아크릴레이트의 모든 형태를 포함한다. 폴리에스테르는, 예를 들어, (메트)아크릴레이트, 비닐, 또는 이들의 조합으로 말단화될 수 있다. UV 경화성 폴리에스테르 및 우레탄 세라믹 코팅 제형이 표 21에 나타나 있다.
[표 21]
Figure pct00021
25 μm 미세다공성 PP/PE/PP 3층 세퍼레이터 필름(셀가드 2325) 상에 표 21로부터의 생성된 슬러리를 적용하였다. 단일 면 패턴 코팅을 제조하였다. 165 lpi 피라미드형 아닐록스를 이용하여 패턴 코팅을 생성하였다. 이는 9 μm 두께의 산화알루미늄 충전 UV 코팅(샘플 #18)을 생성하였다.
상기 예에서와 같이, 코팅 세퍼레이터를 NMC-Li 금속 반전지에서 시험하였다. 도 22a, 도 22b 및 도 22c는 샘플 #18의 코팅 세퍼레이터의 전압 프로파일(C/10), 충전 속도 성능 및 사이클 성능(C/5)을 각각 도시한다. 표 22 및 도 22a의 전기화학적 결과는 이러한 코팅 세퍼레이터가 리튬 이온 배터리에서 기능하는 것을 보여준다. 도 22b는 이러한 세라믹-폴리에스테르 코팅 세퍼레이터가 0.1C 내지 적어도 2C의 리튬 이온 충전 및 방전 속도를 가능하게 하는 것을 도시하고, 도 22c는 배터리가 50회의 사이클에 걸쳐 충전 및 방전하는 것을 도시한다.
[표 22]
Figure pct00022
소정 변형예를 예시하기 위하여 산화알루미늄이 사용되지만, 본 명세서에 개시된 세라믹 미립자 재료들 중 임의의 재료를 사용하는 다양한 실시 형태가 본 명세서에 개시된 임의의 코팅 세퍼레이터의 제조에 적합하다. 본 발명의 이익에 의해, 당업자는 다양한 공정 파라미터가 상이한 세라믹 미립자 재료의 사용을 보상하도록 조절될 필요가 있을 수 있다는 것을 인식할 것이다.
소정 변형예가 특정 제형에 대해 설명되었으나, 당업자는 첨부된 청구범위에서 제시된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범주 내에 있는 전술된 시스템 및 기법의 다수의 변형 및 치환이 존재한다는 것을 인식할 것이다.
하기 실시 형태를 포함하지만 이에 제한되지 않은 다양한 실시 형태가 종래 기술에 비해 많은 이점을 제공한다:
1. 본 방법은 코팅 배터리(예컨대, 리튬 2차 배터리) 세퍼레이터를 제조하기 위한 더 신속하고 더 적은 비용의 공정이다.
2. 본 공정은 종래의 코팅 방법보다 더 안전하다. 일부 실시 형태에서, 본 방법은 용매가 완전히 없다. 다른 실시 형태에서, 용매가 사용되지만, 덜 유독한 용매가 그리고 종래 코팅 방법에서 사용되는 것보다 상당히 더 적은 양으로 사용된다. 또 다른 실시 형태에서, 완전히 무해한 용매(물)가 사용된다.
3. 본 UV 또는 EB 공정은 세라믹 입자를 경화 결합재 매트릭스에 그리고 세퍼레이터에 결합시키는 열경화성 네트워크를 생성한다. 열경화성 네트워크의 이점은 이것이 용융되지 않을 것이고 열가소성 네트워크에 의해 달성될 수 있는 것보다 매우 더 높은 내열성을 갖는다는 것이다.
4. 본 방법은 압출 설비와 인라인으로 통합될 수 있다. 본 방법이 세퍼레이터 필름의 강도를 보강하기 때문에, 이러한 인라인 통합은 더 얇은 세퍼레이터의 생성을 가능하게 한다. 더 높은 화재 보호성을 갖는 더 얇은 세퍼레이터는 더 소형의 배터리를 생성할 것이고 더 얇은 세퍼레이터는 또한 더 빠른 충전 및 방전 사이클을 생성하는 더 짧은 경로로 인해 더 큰 이온 전도성을 가질 것이다 - 모두가 배터리에서 더 적은 열이 생성된 채로.
5. 본 실시 형태는 세퍼레이터가 다공도를 증가시키기 위해 2축 배향되기 전에 코팅이 적용되게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 코팅이 적용될 수 있고, 필름이 신장될 수 있고, 세퍼레이터의 기공에 의한 간섭이 적을 것이다.
6. 일부 본 실시 형태는 패턴 코팅 또는 다공성 고체 코팅 또는 이들 둘의 조합의 사용을 가능하게 한다. 인쇄 기법에 적용되는 패턴 코팅의 사용은 세퍼레이터 상에 세라믹 절연체의 재현가능한 네트워크를 생성한다. 이는 세퍼레이터 내의 기공에 의한 간섭을 최소화하는 이점을 갖는다. 이러한 방식으로, 배터리는 더 큰 전력을 가질 것이고, 즉, 이는 동일한 세라믹 두께로 코팅된 세퍼레이터보다 더 빠르게 충전 및 방전을 할 수 있지만 세라믹 코팅을 통한 이온 전해질 경로를 생성하기 위하여 용매 증발 다공성을 필요로 할 수 있다.
7. 본 공정은 세퍼레이터를 통한 애노드로부터 캐소드로의 직선 경로가 없도록 다수 층의 코팅을 가능하게 한다.
본 발명은 예들에서 개시된 특정 실시 형태에 의해 범주가 제한되는 것은 아니다. 예들에서 개시된 특정 실시 형태는 여러 태양의 예시를 위한 것이고, 기능적으로 등가인 임의의 실시 형태는 본 발명의 범주 내에 있다. 실제로, 본 명세서에서 도시되고 설명된 것들에 더하여 다양한 실시 형태의 다양한 변형이 명백해질 것이고 첨부된 청구범위의 범주 내에 있도록 의도된다.
리튬 이온 배터리가 소정 변형예를 예시하기 위하여 사용되지만, 본 명세서에 개시된 경화 코팅 세퍼레이터 구성요소들 중 임의의 구성요소를 사용하는 다양한 실시 형태가 본 명세서에 개시된 임의의 배터리의 제조에 적합하다. 본 발명의 이익에 의해, 당업자는 다양한 공정 파라미터가 상이한 배터리 구성요소의 사용을 보상하도록 조절될 필요가 있을 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는, 달리 특정되지 않는다면, 다양한 실시 형태가 관련되는 기술 분야에 통상 사용되는 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다.
생성물이 특정 구성요소들을 갖거나 구비하거나 포함하는 것으로 본 명세서에서 설명된 경우, 또는 공정이 특정 공정 단계들을 갖거나 구비하거나 포함하는 것으로 본 명세서에서 설명된 경우, 다양한 실시 형태의 생성물이 또한 언급된 구성요소들로 본질적으로 구성되거나 그들로 구성될 수 있고 다양한 실시 형태의 공정이 또한 언급된 공정 단계들로 본질적으로 구성되거나 그들로 구성될 수 있다는 것으로 고려된다.
값들의 범위가 제공된 경우, 문맥에 달리 지시되어 있지 않으면 하한의 1/10 자리까지의, 그 범위의 상한 및 하한과 그 범위 내의 임의의 다른 언급된 또는 개재된 값 사이의, 각각의 개재 값은 본 발명 내에 포함된다. 언급된 범위 내의 임의의 구체적으로 배제된 한계값을 조건으로, 이러한 더 작은 범위들의 상한 및 하한은 더 작은 범위 내에 독립적으로 포함될 수 있고 본 발명 내에 또한 포함된다. 언급된 범위가 한계값들의 하나 또는 둘 모두를 포함하는 경우, 그러한 포함된 한계값들의 어느 하나 또는 둘 모두를 배제하는 범위가 또한 본 발명 내에 포함된다. 예를 들어, 수치 범위 "1 내지 5"는 명확히 언급된 값들인 1 및 5뿐만 아니라 나타낸 범위 내의 개별 값들 및 하위 범위도 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 2, 3, 4, 등과 같은 개별 값들 및 1 내지 3, 2 내지 4, 3 내지 5, 등과 같은 하위 범위들이 이러한 수치 범위 내에 포함된다. 예시적인 값들 또는 범위들의 나열은 주어진 범위의 상한과 하한 사이 및 그들을 포함하는 다른 값들 또는 범위들을 포기하는 것이 아니다.
본 명세서에서, 소정 범위들에는 용어 "약"이 앞에 쓰인 수치 값들이 주어져 있다. 용어 "약"은 그 뒤에 이어지는 정확한 숫자에 대한 글자 그대로의 값뿐만 아니라 그 용어 뒤에 이어지는 정확한 숫자에 가까운 또는 그에 근사한 숫자에 대해서도 뒷받침하도록 본 명세서에서 사용된다. 어느 한 숫자가 구체적으로 언급된 숫자에 가까운 또는 그에 근사한지 여부를 판정할 때, 가깝거나 근사한 일방적인 숫자는, 그가 제시된 문맥에서, 구체적으로 언급된 숫자의 사실상 등가인 값을 제공하는 숫자일 수 있다.
본 명세서에서 그리고 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태("a", "an", 및 "the")는 그 내용이 명백히 달리 지시하지 않는 한, 복수의 지시대상을 포함한다는 것에 유의하여야 한다. 청구범위는 임의의 선택적인 요소를 배제하기 위하여 작성될 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 그와 같이, 이러한 언급은 청구 요소의 언급과 관련한 "단독으로", "단지" 등과 같은 배타적인 용어의 사용 또는 "부정적인" 제한의 사용에 대해 선행 근거로서 역할을 하도록 하려는 것이다.
본 명세서에서 설명되고 예시된 개별 실시 형태들의 각각은 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않고서 다른 몇몇 실시 형태들 중 임의의 실시 형태의 특징부로부터 용이하게 분리될 수 있거나 그와 결합될 수 있는 개별 구성요소 및 특징부를 갖는다. 임의의 언급된 방법은 언급된 단계들의 순서로 또는 논리적으로 가능한 임의의 다른 순서로 수행될 수 있다.
본 발명은 본 명세서에서 설명된 특정 실시 형태로 제한되지 않는다. 추가로, 본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시 형태를 단지 설명하기 위한 것이고 제한하려는 것은 아니다.

Claims (20)

  1. 세퍼레이터; 및
    상기 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 부착된 코팅을 포함하고, 상기 코팅은
    하나 이상의 단량체, 하나 이상의 올리고머, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 전구체로부터의 가교결합 반응 생성물을 포함하는 자외선(UV) 또는 전자 빔(EB) 경화 매트릭스; 및
    세라믹 미립자 재료를 포함하는, 코팅 세퍼레이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 세퍼레이터는 3층 세퍼레이터를 포함하는, 코팅 세퍼레이터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 미립자 재료는 산화알루미늄, 산화규소, 탄화규소, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 질화붕소, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 세라믹 재료를 포함하는, 코팅 세퍼레이터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 전구체는 UV 수계 혼합물, UV 경화성 에폭시, UV 경화성 실리콘, UV 경화성 우레탄, UV 경화성 고무, UV 경화성 티오에스테르, 아크릴화 수계 수지 블렌드, 아크릴화 폴리우레탄, 아크릴화 고무, 아크릴화 단량체, 지환족 에폭시 말단화 올리고머, 지환족 에폭시 말단화 단량체, 아크릴화 말단화 올리고머, 아크릴화 말단화 단량체, 또는 이들의 조합을 포함하는, 코팅 세퍼레이터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 UV 또는 EB 경화 매트릭스는 비이온성인, 코팅 세퍼레이터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 미립자 재료는 상기 UV 또는 EB 경화 매트릭스에 결합되고, 상기 UV 또는 EB 경화 매트릭스에 의해 상기 세퍼레이터에 결합되고, 상기 UV 또는 EB 경화 매트릭스 전체를 통하여 균일하게 분포된, 코팅 세퍼레이터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 세퍼레이터는 상부 표면 및 하부 표면을 포함하고, 상기 코팅은,
    상기 상부 표면 또는 상기 하부 표면에 부착되지만, 상기 상부 표면 및 상기 하부 표면 둘 모두에는 부착되지 않는, 코팅 세퍼레이터.
  8. 제1항에 있어서, 상기 코팅은 상기 세퍼레이터의 적어도 일 표면 상에서 패턴화된, 코팅 세퍼레이터.
  9. 제1항에 있어서, 상기 코팅은 전기 절연성인, 코팅 세퍼레이터.
  10. 제9항에 있어서, 상기 코팅 세퍼레이터는 상기 코팅 세퍼레이터가 100℃ 초과, 110℃ 초과, 또는 120℃ 초과의 온도로 가열되는 것에 응답하여 그의 형상을 유지하고 상기 세퍼레이터의 기공을 통한 이온 유동을 억제하고 전기 절연성을 유지하도록 구성된, 코팅 세퍼레이터.
  11. 제6항에 있어서, 상기 코팅 세퍼레이터는 상기 코팅 세퍼레이터가 100℃ 초과, 110℃ 초과, 또는 120℃ 초과의 온도로 가열되는 동안 상기 세라믹 미립자 재료가 상기 UV 또는 EB 경화 매트릭스에 그리고 상기 세퍼레이터에 결합된 채로 남아있도록 구성된, 코팅 세퍼레이터.
  12. 제1항의 코팅 세퍼레이터를 포함하는, 전기화학 디바이스.
  13. 세라믹 미립자 재료를 하나 이상의 단량체, 하나 이상의 올리고머, 또는 이들의 조합을 포함하는 경화성 결합재 혼합물과 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계;
    상기 슬러리를 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 적용하여 슬러리 코팅 세퍼레이터를 형성하는 단계; 및
    상기 슬러리 코팅 세퍼레이터가 자외선(UV) 또는 전자 빔(EB) 방사선을 거치도록 함으로써 상기 경화성 결합재 혼합물을 경화시키고 UV 또는 EB 경화 매트릭스를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 UV 또는 EB 경화 매트릭스는 상기 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 부착되고, 상기 세라믹 미립자 재료는 상기 UV 또는 EB 경화 매트릭스 전체를 통하여 분포되는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 슬러리는 용매를 추가로 포함하고, 상기 방법은
    상기 슬러리를 상기 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 적용하는 단계 후에 상기 용매를 상기 슬러리로부터 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 경화성 결합재 혼합물은 UV 수계 혼합물, UV 경화성 에폭시, UV 경화성 실리콘, UV 경화성 우레탄, UV 경화성 고무, UV 경화성 티오에스테르, 아크릴화 수계 수지 블렌드, 아크릴화 폴리우레탄, 아크릴화 고무, 아크릴화 단량체, 지환족 에폭시 말단화 올리고머, 지환족 에폭시 말단화 단량체, 아크릴화 말단화 올리고머, 아크릴화 말단화 단량체, 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 세퍼레이터는 상부 표면 및 하부 표면을 포함하고, 상기 방법은,
    상기 슬러리를 상기 상부 표면 또는 상기 하부 표면에 적용하지만, 상기 상부 표면 및 상기 하부 표면 둘 모두에는 적용하지 않는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 슬러리를 상기 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 적용하여 슬러리 코팅 세퍼레이터를 형성하는 단계는 상기 슬러리를 상기 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 일정 패턴으로 적용하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 슬러리를 상기 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 적용하여 슬러리 코팅 세퍼레이터를 형성하는 단계는 스크린, 커튼 코트, 그라비어, 역 그라비어, 플렉소그래픽 프린터, 볼록판 인쇄(letterpress), 오프셋 인쇄(offset press), 또는 이들의 조합에 의해 인쇄된 패턴으로 상기 슬러리를 적용하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 슬러리는 광개시제, 자유 라디칼 개시제, 분산제, 부착 촉진제, 습윤제, 실란 코팅 입자, 암 경화 첨가제(dark cure additive), 공-개시제(co-initiator), 발포제(blowing agent), 또는 이들의 조합을 추가로 포함하는, 방법.
  20. 캐소드, 애노드, 전해질, 및 코팅 세퍼레이터를 조립하여 배터리를 형성하는 단계를 포함하고; 상기 코팅 세퍼레이터는 다공성 세퍼레이터 및 상기 세퍼레이터의 적어도 일 표면에 부착된 코팅을 포함하고; 상기 코팅은 하나 이상의 단량체, 하나 이상의 올리고머, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 전구체로부터의 가교결합 반응 생성물을 포함하는 자외선(UV) 또는 전자 빔(EB) 경화 매트릭스, 및 세라믹 미립자 재료를 포함하는, 방법.
KR1020167012597A 2013-10-18 2014-10-15 중합체 결합 세라믹 입자 배터리 세퍼레이터 코팅 KR20160072162A (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361892885P 2013-10-18 2013-10-18
US61/892,885 2013-10-18
US14/335,367 US9680143B2 (en) 2013-10-18 2014-07-18 Polymer-bound ceramic particle battery separator coating
US14/335,367 2014-07-18
PCT/US2014/060656 WO2015057815A1 (en) 2013-10-18 2014-10-15 Polymer-bound ceramic particle battery separator coating

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160072162A true KR20160072162A (ko) 2016-06-22

Family

ID=52826449

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167012597A KR20160072162A (ko) 2013-10-18 2014-10-15 중합체 결합 세라믹 입자 배터리 세퍼레이터 코팅

Country Status (6)

Country Link
US (2) US9680143B2 (ko)
EP (1) EP3058607B1 (ko)
JP (2) JP6955867B2 (ko)
KR (1) KR20160072162A (ko)
CN (2) CN110120484A (ko)
WO (1) WO2015057815A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11312871B2 (en) 2016-05-17 2022-04-26 Samsung Sdi Co., Ltd. Separator for secondary battery and lithium secondary battery comprising same

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9680143B2 (en) 2013-10-18 2017-06-13 Miltec Uv International Llc Polymer-bound ceramic particle battery separator coating
JP6303871B2 (ja) * 2014-06-30 2018-04-04 Tdk株式会社 セパレータおよびリチウムイオン二次電池
CN113067102A (zh) * 2014-07-18 2021-07-02 米尔泰克紫光国际有限公司 紫外线或电子束固化的聚合物粘结的陶瓷颗粒锂二次电池隔离物及其制备方法
KR102297823B1 (ko) * 2014-11-21 2021-09-02 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 세퍼레이터 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR101709697B1 (ko) * 2014-12-30 2017-02-23 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 세퍼레이터 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR101551757B1 (ko) * 2014-12-30 2015-09-10 삼성에스디아이 주식회사 다공성 내열층 조성물, 다공성 내열층을 포함하는 분리막, 상기 분리막을 이용한 전기 화학 전지, 및 상기 분리막의 제조 방법
KR101618681B1 (ko) * 2014-12-30 2016-05-11 삼성에스디아이 주식회사 다공성 내열층 조성물, 다공성 내열층을 포함하는 분리막, 상기 분리막을 이용한 전기 화학 전지, 및 상기 분리막의 제조 방법
WO2016160703A1 (en) 2015-03-27 2016-10-06 Harrup Mason K All-inorganic solvents for electrolytes
JP6403277B2 (ja) 2015-06-30 2018-10-10 オートモーティブエナジーサプライ株式会社 リチウムイオン二次電池の製造方法
KR20170114171A (ko) * 2016-04-05 2017-10-13 현대자동차주식회사 리튬이차전지 및 그 제조방법
US10707531B1 (en) 2016-09-27 2020-07-07 New Dominion Enterprises Inc. All-inorganic solvents for electrolytes
WO2018071322A1 (en) * 2016-10-10 2018-04-19 Temple University-Of The Commonwealth System Of Higher Education Silanated silica-ceramic materials, organic-modified metal-oxide-coated ceramic materials and methods of making and using
JP6519570B2 (ja) * 2016-11-17 2019-05-29 トヨタ自動車株式会社 セパレータ一体電極板、電極板対、積層型蓄電素子、及びセパレータ一体電極板の製造方法
EP3340343B1 (en) * 2016-12-20 2022-11-23 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Separator for power storage device, and laminated body, roll and secondary battery using it
CN108630894A (zh) * 2017-03-23 2018-10-09 株式会社东芝 二次电池、电池包及车辆
CN107910476B (zh) * 2017-11-06 2021-09-03 上海恩捷新材料科技有限公司 一种陶瓷复合锂离子电池隔膜及其制备方法
CN108063209A (zh) * 2017-11-25 2018-05-22 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种锂离子电池陶瓷隔膜及其制备方法
CN108636737A (zh) * 2018-04-12 2018-10-12 连云港海创电子科技有限公司 一种聚合物动力锂离子电池材料的转移涂覆式防腐方法
KR20200032542A (ko) * 2018-09-18 2020-03-26 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 분리막 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
JP7234654B2 (ja) 2019-01-28 2023-03-08 株式会社リコー 電極及びその製造方法、電極素子、非水電解液蓄電素子
US11094998B2 (en) * 2019-06-19 2021-08-17 GM Global Technology Operations LLC Ceramic-coated separators for lithium-containing electrochemical cells and methods of making the same
CN111029514B (zh) * 2019-11-14 2021-09-28 珠海冠宇电池股份有限公司 一种隔膜及包括该隔膜的高电压电池
CN111509170A (zh) * 2020-01-17 2020-08-07 江苏厚生新能源科技有限公司 一体化陶瓷涂覆锂电池隔膜及其制备方法、陶瓷涂层
US11682805B2 (en) 2020-07-29 2023-06-20 Prologium Technology Co., Ltd. Thermal runaway suppression element and the related applications
US20220037631A1 (en) * 2020-07-29 2022-02-03 Prologium Technology Co., Ltd. Method for suppressing thermal runaway of lithium batteries
DE102020130489A1 (de) 2020-11-18 2022-05-19 Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg Gemeinnützige Stiftung Separator für Lithium-Ionen-Zelle mit hoher Wärmeleitfähigkeit
CN113161692A (zh) * 2021-04-26 2021-07-23 乐凯胶片股份有限公司 陶瓷涂层、陶瓷涂覆隔膜及其制备方法与应用
CN114520398A (zh) * 2022-02-28 2022-05-20 惠州锂威电子科技有限公司 一种隔膜及其制备方法和二次电池

Family Cites Families (70)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3904437A (en) 1973-09-21 1975-09-09 Union Carbide Corp Separator for zinc chloride cells
US4086401A (en) 1975-12-17 1978-04-25 Aktiebolaget Tudor Electric storage battery separator
US4650730A (en) 1985-05-16 1987-03-17 W. R. Grace & Co. Battery separator
US5130342A (en) 1988-10-14 1992-07-14 Mcallister Jerome W Particle-filled microporous materials
US4906718A (en) * 1988-12-09 1990-03-06 Dow Corning Corporation Acrylate functional organosiloxane/oxyalkylene copolymers and electrically conductive compositions containing same and a solubilized lithium salt
JPH03157801A (ja) * 1989-11-16 1991-07-05 Tdk Corp 磁気記録再生方法
US5176968A (en) 1990-12-27 1993-01-05 Duracell Inc. Electrochemical cell
JPH05190208A (ja) 1992-01-16 1993-07-30 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> リチウム二次電池
US5427872A (en) 1993-11-17 1995-06-27 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Dendrite preventing separator for secondary lithium batteries
JPH07263028A (ja) 1994-03-25 1995-10-13 Fuji Photo Film Co Ltd 非水二次電池
US5529707A (en) 1994-11-17 1996-06-25 Kejha; Joseph B. Lightweight composite polymeric electrolytes for electrochemical devices
WO1997008763A1 (en) 1995-08-28 1997-03-06 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Cell and production method thereof
JP3584583B2 (ja) 1995-12-12 2004-11-04 ソニー株式会社 積層型非水電解液二次電池
JPH1092444A (ja) 1996-09-13 1998-04-10 Japan Gore Tex Inc 電気化学反応装置用固体高分子電解質複合体及びそれを用いた電気化学反応装置
US5631103A (en) 1996-09-27 1997-05-20 Motorola, Inc. Highly filled solid polymer electrolyte
US5853916A (en) 1996-10-28 1998-12-29 Motorola, Inc. Multi-layered polymeric gel electrolyte and electrochemical cell using same
US5705084A (en) 1997-01-31 1998-01-06 Kejha; Joseph B. Polymer alloy electrolytes for electrochemical devices
US5849433A (en) 1997-03-10 1998-12-15 Motorola, Inc. Polymer blend electrolyte system and electrochemical cell using same
US5952120A (en) 1997-04-15 1999-09-14 Celgard Llc Method of making a trilayer battery separator
GB2327293A (en) 1997-06-23 1999-01-20 Solvay Novel lithium batteries
JPH1167273A (ja) 1997-08-21 1999-03-09 Toshiba Corp リチウム二次電池
JPH1180395A (ja) 1997-09-09 1999-03-26 Nitto Denko Corp 多孔質膜および非水電解液電池用セパレータ
JPH1183985A (ja) 1997-09-10 1999-03-26 Japan Radio Co Ltd Ｐｐｉレーダ装置
JP3443764B2 (ja) 1998-03-27 2003-09-08 日本電池株式会社 非水電解液電池
JPH11283603A (ja) 1998-03-30 1999-10-15 Noritake Co Ltd 電池用セパレーター及びその製造方法
TW460505B (en) 1998-04-27 2001-10-21 Sumitomo Chemical Co Separator for nonaqueous electrolyte battery and lithium secondary battery made from the same
DE19850826A1 (de) * 1998-11-04 2000-05-11 Basf Ag Als Separatoren in elektrochemischen Zellen geeignete Verbundkörper
DE19855889A1 (de) 1998-12-03 2000-06-08 Basf Ag Für elektrochemische Zellen geeignete Membran
DE19916109A1 (de) 1999-04-09 2000-10-12 Basf Ag Als Separatoren in elektrochemischen Zellen geeignete Verbundkörper
US6468697B1 (en) 1999-10-22 2002-10-22 Lithium Technology Corporation Composite polymer electrolytes containing electrically non-conductive chopped fibers
US6432586B1 (en) * 2000-04-10 2002-08-13 Celgard Inc. Separator for a high energy rechargeable lithium battery
JP2002118288A (ja) 2000-10-12 2002-04-19 Tokai Rika Co Ltd 半導体光デバイス
US7097943B2 (en) * 2001-01-31 2006-08-29 Korea Institute Of Science And Technology UV-cured multi-component polymer blend electrolyte, lithium secondary battery and their fabrication method
WO2002061874A1 (en) * 2001-01-31 2002-08-08 Korea Institute Of Science And Technology A multi-layered, uv-cured polymer electrolyte and lithium secondary battery comprising the same
US6531206B2 (en) * 2001-02-07 2003-03-11 3M Innovative Properties Company Microstructured surface film assembly for liquid acquisition and transport
DE10347569A1 (de) * 2003-10-14 2005-06-02 Degussa Ag Keramische, flexible Membran mit verbesserter Haftung der Keramik auf dem Trägervlies
KR100542213B1 (ko) 2003-10-31 2006-01-10 삼성에스디아이 주식회사 리튬 금속 전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 금속 전지
US8722235B2 (en) 2004-04-21 2014-05-13 Blue Spark Technologies, Inc. Thin printable flexible electrochemical cell and method of making the same
KR100659854B1 (ko) * 2005-04-28 2006-12-19 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지
KR100943234B1 (ko) 2005-05-16 2010-02-18 에스케이에너지 주식회사 액-액 상분리에 의하여 제조된 폴리에틸렌 미세다공막 및그 제조방법
JP5339766B2 (ja) 2007-04-12 2013-11-13 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池
KR101002161B1 (ko) * 2007-11-29 2010-12-17 주식회사 엘지화학 다공성 코팅층이 형성된 세퍼레이터, 그 제조방법 및 이를 구비한 전기화학소자
EP2248209B1 (en) 2008-01-30 2015-07-08 Lg Chem, Ltd. Separator for improving adherence to electrode and electrochemical device containing the same
JP5059643B2 (ja) * 2008-02-04 2012-10-24 ソニー株式会社 非水電解質電池
JP5154349B2 (ja) * 2008-09-09 2013-02-27 日東電工株式会社 電池用セパレータとその製造方法、並びに、リチウムイオン二次電池とその製造方法
CN101420019A (zh) * 2008-11-18 2009-04-29 深圳华粤宝电池有限公司 凝胶聚合物电池隔膜的涂布方法
KR101125013B1 (ko) * 2009-07-29 2012-03-27 한양대학교 산학협력단 이온성 고분자를 포함하는 가교형 세라믹 코팅 분리막의 제조 방법, 이로부터 제조된 세라믹 코팅 분리막 및 이를 채용한 리튬이차전지
WO2011029070A1 (en) * 2009-09-03 2011-03-10 Molecular Nanosystems, Inc. Methods and systems for making separators and devices arising therefrom
US8906548B2 (en) 2009-10-07 2014-12-09 Miltec Corporation Actinic and electron beam radiation curable electrode binders and electrodes incorporating same
CN102206420B (zh) * 2010-03-30 2012-10-17 比亚迪股份有限公司 一种电池隔膜用组合物、一种电池隔膜和一种锂离子二次电池
JP2011216376A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Ube Industries Ltd 複合多孔質フィルム及びその製造方法
JP2012033498A (ja) * 2010-04-08 2012-02-16 Hitachi Maxell Energy Ltd 電気化学素子
US8957149B2 (en) 2010-08-25 2015-02-17 The Goodyear Tire & Rubber Company Preparation and use of silica reinforced rubber composition for truck tire tread
WO2012053286A1 (ja) 2010-10-21 2012-04-26 日立マクセルエナジー株式会社 電気化学素子用セパレータとその製造方法、電気化学素子用電極および電気化学素子
CN103339757B (zh) 2010-11-30 2015-11-25 日本瑞翁株式会社 二次电池多孔膜浆料、二次电池多孔膜、二次电池电极、二次电池隔板、二次电池以及二次电池多孔膜的制造方法
JP5770995B2 (ja) * 2010-12-01 2015-08-26 デクセリアルズ株式会社 熱硬化性樹脂組成物、熱硬化性接着シート及び熱硬化性接着シートの製造方法
US9564638B2 (en) * 2010-12-14 2017-02-07 Kyoritsu Chemical & Co., Ltd. Battery electrode or separator surface protective agent composition, battery electrode or separator protected by the composition, and battery having the battery electrode or separator
JP5723618B2 (ja) * 2011-02-04 2015-05-27 日東電工株式会社 粘着シートおよび表面保護フィルム
KR101281037B1 (ko) 2011-04-06 2013-07-09 주식회사 엘지화학 세퍼레이터 및 이를 구비하는 전기화학소자
US9276247B2 (en) * 2011-04-06 2016-03-01 Lg Chem, Ltd. Separator and electrochemical device comprising the same
US20120315384A1 (en) 2011-06-07 2012-12-13 GM Global Technology Operations LLC Method of applying nonconductive ceramics on lithium-ion battery separators
US8956757B2 (en) 2011-07-20 2015-02-17 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Transparent electrochemical energy storage devices
US9676955B2 (en) 2011-08-31 2017-06-13 Sumitomo Chemical Company, Limited Coating liquid, laminated porous film, and method for producing laminated porous film
JP5994354B2 (ja) * 2011-09-05 2016-09-21 ソニー株式会社 セパレータおよび非水電解質電池、並びに、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム
TWI464939B (zh) 2011-12-20 2014-12-11 Ind Tech Res Inst 鋰電池隔離膜
JP2013142148A (ja) * 2012-01-12 2013-07-22 Nitto Denko Corp 紫外線硬化型アクリル系粘着剤層を有する粘着シートの製造方法。
DE102012000910A1 (de) 2012-01-19 2013-07-25 Sihl Gmbh Separator umfassend eine poröse Schicht und Verfahren zu seiner Herstellung
WO2013136426A1 (ja) 2012-03-13 2013-09-19 株式会社日立製作所 非水電解質二次電池及びその製造方法
JP6028390B2 (ja) 2012-05-24 2016-11-16 住友化学株式会社 非水電解液二次電池セパレーターの製造方法
US9680143B2 (en) 2013-10-18 2017-06-13 Miltec Uv International Llc Polymer-bound ceramic particle battery separator coating

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11312871B2 (en) 2016-05-17 2022-04-26 Samsung Sdi Co., Ltd. Separator for secondary battery and lithium secondary battery comprising same
US11584861B2 (en) 2016-05-17 2023-02-21 Samsung Sdi Co., Ltd. Separator for rechargeable battery and rechargeable lithium battery including the same

Also Published As

Publication number Publication date
US9680143B2 (en) 2017-06-13
CN105849936A (zh) 2016-08-10
US20150111086A1 (en) 2015-04-23
CN105849936B (zh) 2019-06-04
EP3058607A4 (en) 2017-05-17
EP3058607A1 (en) 2016-08-24
EP3058607B1 (en) 2022-04-13
US10811651B2 (en) 2020-10-20
JP2021153054A (ja) 2021-09-30
WO2015057815A1 (en) 2015-04-23
CN110120484A (zh) 2019-08-13
US20170244085A1 (en) 2017-08-24
JP2016533631A (ja) 2016-10-27
JP6955867B2 (ja) 2021-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20160072162A (ko) 중합체 결합 세라믹 입자 배터리 세퍼레이터 코팅
US10818900B2 (en) UV or EB cured polymer-bonded ceramic particle lithium secondary battery separators, method for the production thereof
KR102277064B1 (ko) 필름이 부착된 고체 전해질막 및 그 제조 방법
CN104205419A (zh) 多孔膜及多层多孔膜
JP5482368B2 (ja) 剥離フィルム
TWI593556B (zh) 生胚薄片製造用離型膜
KR102323286B1 (ko) 리튬 금속 복합전극 및 이의 제조방법
JP5996801B2 (ja) 耐熱性合成樹脂微多孔フィルム及びその製造方法、非水電解液二次電池用セパレータ並びに非水電解液二次電池
JP2020084096A (ja) 多孔質層の製造方法、多孔質層および電極
JP2020119887A (ja) 電極及びその製造方法、電極素子、電気化学素子
KR20220006000A (ko) 분리막용 슬러리 조성물, 이를 이용한 분리막 및 이를 이용한 전기 화학 소자.
WO2023175544A1 (en) Method of manufacturing laminate for battery, apparatus for manufacturing laminate for battery, method of manufacturing member for battery, and apparatus for manufacturing member for battery
KR20220113154A (ko) 전극 적층체의 제조방법
JP2023137114A (ja) 電池用積層体の製造方法、電池用積層体の製造装置
WO2024069298A1 (en) Porous insulating layer-applied material for adhering electrochemical element member, stack, electrode, electrochemical element, method of producing stack, method of producing electrode, and method of electrochemical element
CN115210930A (zh) 一体式电极层叠单元、其制造方法及包括其的锂二次电池

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid