KR20160079623A - Binder for rechargeable battery, separator for rechargeable battery inclduing same, and rechargeable battery including same - Google Patents
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Abstract
Description
본 기재는 이차 전지용 바인더, 이를 포함하는 이차 전지용 세퍼레이터, 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a binder for a secondary battery, a separator for a secondary battery comprising the same, and a secondary battery comprising the same.
최근, 각종 전자 기기의 소형화와 경량화가 진행됨에 따라, 이들 전자 기기의 전원용으로 사용하는 이차 전지는 고용량화, 소형화, 경량화 등이 요구되고 있다. 2. Description of the Related Art Recently, with the progress of miniaturization and weight reduction of various electronic apparatuses, secondary batteries used for power supply of these electronic apparatuses are required to have higher capacity, smaller size, and lighter weight.
그 중에서도 리튬 이온 이차 전지는 높은 전압, 긴 수명, 높은 에너지 밀도 등의 장점이 있어, 리튬 이온 이차 전지에 관한 연구가 활발히 진행되고 있고, 또한 동시에 생산 및 판매되고 있다. Among them, lithium ion secondary batteries have advantages such as high voltage, long life, high energy density and so on, and researches on lithium ion secondary batteries are being actively conducted, and they are being produced and sold at the same time.
이러한 리튬 이차 전지의 특성은 사용되는 전극, 전해액, 다른 전지재료 등의 특성에 의해 크게 좌우될 수 있다. The characteristics of such a lithium secondary battery can be largely determined by the characteristics of electrodes, electrolytes, and other battery materials used.
특히, 리튬 이온 이차 전지의 세퍼레이터는 리튬 이온 이차 전지의 사이클 특성에 영향을 미친다. 세퍼레이터로 무기입자 및 바인더를 포함하는 슬러리를 다공질 기재에 도포하여 제조한 것을 사용할 수 있으며, 이러한 세퍼레이터는 다공질 기재 위로 무기입자 및 바인더를 포함하는 코팅층이 형성된 것이므로, 코팅 세퍼레이터라고 칭한다. Particularly, the separator of the lithium ion secondary battery affects the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery. And a slurry containing inorganic particles and a binder is applied to a porous substrate using a separator. The separator is referred to as a coating separator because a coating layer containing inorganic particles and a binder is formed on the porous substrate.
상기 바인더는 무기입자를 다공질 기재인 다공질 폴리에틸렌 막에 결착시키는 역할을 한다. The binder serves to bind the inorganic particles to the porous polyethylene film as a porous base material.
이러한 세퍼레이터를 이용해서 리튬 이온 이차 전지를 제조했을 경우, 리튬 이온 이차 전지의 사이클 특성은 다공질 폴리에틸렌(PE)과 세라믹 입자(무기입자의 1종)와의 사이, 또한 세라믹 입자와 세라믹 입자와의 사이에 결착력을 갖는 바인더의 특성에 좌우된다. When such a separator is used to manufacture a lithium ion secondary battery, the cyclic characteristics of the lithium ion secondary battery can be improved by using the porous polyethylene (PE) and the ceramic particles (one kind of inorganic particles) and also between the ceramic particles and the ceramic particles And depends on the characteristics of the binder having the binding force.
특히, 고내열성의 세라믹 입자를 코팅층에 이용하면, 고전압 및 고용량 특성을 가지는 전지를 제조할 수 있다. 단, 고내열성 세라믹 입자가 그 특성을 충분히 발휘하기 위해서는 리튬 이온 이차 전지의 충방전시, 바인더가 세라믹 코팅층의 구조를 안정적으로 유지시킬 필요가 있다. 다시 말해, 고내열성 세라믹 입자를 세퍼레이터 내에 안정되게 유지시킬 필요가 있다. Particularly, when ceramic particles having high heat resistance are used for the coating layer, a battery having high voltage and high capacity characteristics can be produced. However, in order for the high heat-resistant ceramic particles to fully exhibit their properties, it is necessary for the binder to stably maintain the structure of the ceramic coating layer during charging and discharging of the lithium ion secondary battery. In other words, it is necessary to stably maintain the high heat-resistant ceramic particles in the separator.
또한, 바인더는 세퍼레이터와 각 전극을 견고하게 결착시킬 필요가 있다. Further, it is necessary that the binder firmly bonds the separator and each electrode.
따라서, 우수한 내열성 및 접착력을 갖는 바인더가 요구되고 있는 상황이다. Therefore, there is a demand for a binder having excellent heat resistance and adhesion.
현재, 코팅 세퍼레이터용의 바인더에 관한 연구예는 많지 않고, 현재로서는 전극용의 바인더를 코팅 세퍼레이터용의 바인더에 유용하는 경우가 많다. At present, there are not many examples of a binder for a coating separator, and at the present time, a binder for an electrode is often useful for a binder for a coating separator.
구체적으로는 대표적인 전극용 바인더인 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)계 고분자를, N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 등의 유기 용매에 혼합한 바인더 조성물(이하, 「PVDF계 바인더」라고 기재함)을 코팅 세퍼레이터용의 바인더로 이용하는 경우가 많다. 그러나 PVDF계 바인더는 충분한 접착력을 유지하기 위해서 세퍼레이터에 과량 사용해야 하며, 리튬 이온 이차 전지의 충방전시 전해액의 함침 및 리튬 이온의 물질 이동에 의하여 코팅층이 안정된 구조를 지속적으로 유지하기 어려운 문제가 있다. Specifically, a binder composition obtained by mixing a polyvinylidene fluoride (PVDF) polymer as a typical electrode binder with an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) (hereinafter referred to as "PVDF binder" Is often used as a binder for a coating separator. However, PVDF binders must be used in excess in the separator in order to maintain a sufficient adhesive strength, and it is difficult to maintain a stable structure of the coating layer by the impregnation of the electrolyte and the mass transfer of lithium ions during charging and discharging of the lithium ion secondary battery.
이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로, 예를 들면, 다공질 폴리에틸렌, 접착력이 강한 화학구조를 포함하는 바인더 및 실란 커플링제를 이용해서 무기산화물(무기입자의 1종)과의 접착력을 향상시키는 방법 또는 또는 PVDF계 고분자와 친수성 폴리머(불포화 카르복실산)을 중합시킨 IPN(interpenetrating polymer network)형 수지를 포함하는 바인더(예를 들면, 일본특허공개 2013-211273호 참조)를 사용하는 방법 등이 알려져 있다. As a method for solving such a problem, for example, there is a method of improving the adhesion force with an inorganic oxide (one kind of inorganic particles) by using a porous polyethylene, a binder containing a chemical structure with strong adhesion and a silane coupling agent, or A method of using a binder containing an IPN (interpenetrating polymer network) resin obtained by polymerizing a PVDF polymer and a hydrophilic polymer (unsaturated carboxylic acid) (see, for example, JP-A-2013-211273) is known.
그러나 상기 바인더는 다공질 폴리에틸렌 또는 무기입자 중 어느 한 쪽에 대한 접착력은 만족하지만, 다공질 폴리에틸렌과 무기입자의 양쪽에 대하여 충분한 접착력을 갖는 것이 아니다. However, the binder satisfies the adhesive force to either the porous polyethylene or the inorganic particle, but does not have a sufficient adhesive force to both the porous polyethylene and the inorganic particle.
따라서, 이러한 바인더를 이용한 코팅 세퍼레이터를 이용한 리튬 이온 이차 전지의 충방전을 반복하면, 코팅층의 구조에 변화가 일어나고, 전지 용량이 저하되는 문제가 있었다. Therefore, if the charging and discharging of the lithium ion secondary battery using the coating separator using such a binder is repeated, there is a problem that the structure of the coating layer changes and the capacity of the battery decreases.
본 발명의 일 구현예는 높은 내열성 및 강한 접착력을 갖는 이차 전지용 바인더를 제공하는 것이다.An embodiment of the present invention is to provide a binder for a secondary battery having high heat resistance and strong adhesive force.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 바인더를 포함하는 이차 전지용 세퍼레이터를 제공하는 것이다.Another embodiment of the present invention is to provide a separator for a secondary battery comprising the binder.
본 발명의 또 다른 일 구현예는 상기 바인더를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.Another embodiment of the present invention provides a lithium secondary battery comprising the binder.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 유리 전이온도(Tg)가 50℃ 이상, 200℃ 이하인 하드 세그먼트; 및 유리 전이온도(Tg)가 -100℃ 이상, 30℃ 이하의 소프트 세그먼트를 포함하는 상호침입 고분자 네트워크(IPN: Interpenetrating network)형 아크릴계 수지를 포함하는 이차 전지용 바인더를 제공한다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a hard segment having a glass transition temperature (Tg) of 50 DEG C or more and 200 DEG C or less; And an interpenetrating network (IPN) type acrylic resin including a soft segment having a glass transition temperature (Tg) of -100 DEG C to 30 DEG C.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 하드 세그먼트의 힐데브란드(Hildebrand) 용해도 파라미터의 값이 21 이상, 25 이하이며, 소프트 세그먼트의 힐데브란드 용해도 파라미터의 값이 16 이상, 25 이하일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the value of the Hildebrand solubility parameter of the hard segment may be greater than or equal to 21 and less than or equal to 25, and the value of the Hildebrand solubility parameter of the soft segment may be greater than or equal to 16 and less than or equal to 25.
상기 하드 세그먼트는 폴리 메타아크릴로니트릴, 폴리 N-(이소부톡시메틸)아크릴아미드 및 폴리 N-페닐메타크릴아미드로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 소프트 세그먼트는 폴리부틸 아크릴레이트 및 폴리 2-시아노에틸아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. The hard segment may comprise at least one selected from the group consisting of polymethacrylonitrile, poly N- (isobutoxymethyl) acrylamide and poly N-phenyl methacrylamide, wherein the soft segment is selected from the group consisting of polybutyl acrylate And poly-2-cyanoethyl acrylate.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 기재 및 상기 기재의 적어도 일 표면에 형성된 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 상기 이차 전지용 바인더를 포함하는 이차 전지용 세퍼레이터를 제공한다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a separator for a secondary battery comprising a base material and a coating layer formed on at least one surface of the base material, wherein the coating layer comprises the binder for the secondary battery.
상기 코팅층은 무기입자를 더욱 포함할 수 있다. The coating layer may further include inorganic particles.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상기 세퍼레이터를 포함하는 이차 전지를 제공한다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a secondary battery including the separator.
본 발명의 일 구현예에 따른 바인더는 높은 유리 전이온도를 갖는 하드 세그먼트와, 낮은 유리 전이온도를 갖는 소프트 세그먼트를 포함하는 IPN형 아크릴 수지를 포함하므로, 높은 내열성 및 강한 접착력을 가진다. The binder according to one embodiment of the present invention includes an IPN type acrylic resin including a hard segment having a high glass transition temperature and a soft segment having a low glass transition temperature, and thus has high heat resistance and strong adhesion.
이상에 의해, 본 실시형태에 따른 바인더는 높은 내열성 및 강한 접착력을 가짐을 알 수 있다. From the above, it can be seen that the binder according to the present embodiment has high heat resistance and strong adhesive force.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 리튬 이온 이차 전지의 구성을 나타내는 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 열수축 평가로 이용한 샘플을 나타내는 모식도이다. 1 is a side sectional view showing a configuration of a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram showing a sample used in the heat shrinkage evaluation of the embodiment of the present invention.
이하 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 유리 전이온도(Tg)가 50℃ 이상, 200℃ 이하인 하드 세그먼트 및 유리 전이온도(Tg)가 -100℃ 이상, 30℃ 이하의 소프트 세그먼트를 포함하는 상호침입 고분자 네트워크(IPN: Interpenetrating network)형 아크릴계 수지를 포함하는 이차 전지용 바인더를 제공한다. According to one embodiment of the present invention, there is provided a thermoplastic resin composition comprising a hard segment having a glass transition temperature (Tg) of not less than 50 DEG C and not more than 200 DEG C and a soft segment having a glass transition temperature (Tg) A binder for a secondary battery comprising an IPN (Interpenetrating network) type acrylic resin.
이러한 이차 전지용 바인더는 높은 내열성 및 강한 접착력을 가진다. Such secondary battery binder has high heat resistance and strong adhesive force.
상기 하드 세그먼트의 힐데브란드 용해도 파라미터의 값이 21 이상, 25 이하이며, 소프트 세그먼트의 힐데브란드 용해도 파라미터의 값이 16 이상, 25 이하일 수 있다. 이러한 물성을 갖는 바인더는 높은 내열성 및 강한 접착력을 가질 수 있다. The value of the Hildebrand solubility parameter of the hard segment is greater than or equal to 21 and less than or equal to 25 and the value of the Hildebrand solubility parameter of the soft segment is greater than or equal to 16 and less than or equal to 25. The binder having such physical properties can have high heat resistance and strong adhesive force.
상기 하드 세그먼트는 폴리 메타아크릴로니트릴, 폴리 N-(이소부톡시메틸)아크릴아미드 및 폴리 N-페닐메타크릴아미드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 소프트 세그먼트는 폴리부틸 아크릴레이트 및 폴리 2-시아노에틸아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 구성을 갖는 바인더는 높은 내열성 및 강한 접착력을 가질 수 있다. The hard segment may comprise at least one selected from the group consisting of polymethacrylonitrile, poly N- (isobutoxymethyl) acrylamide and poly N-phenyl methacrylamide, wherein the soft segment comprises polybutyl acrylate and Poly-2-cyanoethyl acrylate, and the like. The binder having such a constitution can have high heat resistance and strong adhesive force.
본 발명의 다른 일 구현예는, 기재 및 상기 기재의 적어도 일 표면에 형성된 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 상기 이차 전지용 바인더를 포함하는 이차 전지용 세퍼레이터를 제공한다. 즉, 본 발명의 일 구현예에 따른 세퍼레이터는 기재 표면에 코팅층을 갖는 것으로서, 이 코팅층을 형성하기 위한 바인더로 높은 유리 전이온도(Tg)의 하드 세그먼트와 낮은 유리 전이온도(Tg)의 소프트 세그먼트로 구성된 상호침입 고분자 네트워크(IPN: Interpenetrating network)형 아크릴계 수지를 포함하는 바인더 조성물을 이용하여, 세퍼레이터의 내열성 및 기재와 코팅층 사이의 밀착성, 즉 밀착 강도를 향상시킬 수 있다.Another embodiment of the present invention provides a separator for a secondary battery, comprising a base material and a coating layer formed on at least one surface of the base material, wherein the coating layer comprises the binder for the secondary battery. That is, the separator according to one embodiment of the present invention has a coating layer on the surface of a substrate, and is a binder for forming the coating layer. The separator has a high glass transition temperature (Tg) hard segment and a low glass transition temperature (Tg) soft segment The heat resistance of the separator and the adhesion between the substrate and the coating layer, that is, the adhesion strength, can be improved by using a binder composition comprising an acrylic resin of the IPN (Interpenetrating network) structure.
상기 세퍼레이터는 높은 내열성 및 강한 접착력을 갖는 이차 전지용 바인더를 이용해서 제조된다. The separator is manufactured using a binder for a secondary battery having high heat resistance and strong adhesive force.
따라서, 상기 세퍼레이터를 이용해서 이차 전지를 제조하면, 이차 전지의 사이클 특성을 향상시킬 수 있고, 안전성을 향상시킬 수 있다. Therefore, when the secondary battery is manufactured using the separator, the cycle characteristics of the secondary battery can be improved and the safety can be improved.
상기 코팅층은 무기입자를 더욱 포함할 수 있다. 코팅층이 무기입자를 더욱 포함함에 따라, 상기 세퍼레이터를 이용해서 이차 전지를 제조하면, 이차 전지의 사이클 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. The coating layer may further include inorganic particles. Since the coating layer further contains the inorganic particles, the secondary battery can be further improved in cycle characteristics by using the separator.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상기 세퍼레이터를 포함하는 이차 전지를 제공한다. 이러한 이차 전지는 향상된 사이클 특성을 나타낼 수 있다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a secondary battery including the separator. Such a secondary battery can exhibit improved cycle characteristics.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명이 바람직한 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
한편, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호가 부여되는 것에 의해 중복 설명을 생략한다. In the specification and drawings, the same reference numerals are given to constituent elements having substantially the same functional configuration, and redundant description will be omitted.
이하, 본 발명이 바람직한 실시형태에 따른 리튬 이온 이차 전지에 대해서 상세하게 설명한다. Hereinafter, a lithium ion secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.
(제1 실시형태) (First Embodiment)
(리튬 이온 이차 전지의 구성) (Configuration of Lithium Ion Secondary Battery)
먼저, 도 1에 따라, 제1 실시형태에 따른 리튬 이온 이차 전지(10)의 구성에 대하여 설명한다. First, the configuration of the lithium ion
리튬 이온 이차 전지(10)는 양극(20), 음극(30), 세퍼레이터(40) 및 비수 전해액을 포함한다. The lithium ion
상기 리튬 이온 이차 전지(10)의 충전 도달 전압(산화 환원 전위)은 예를 들면 4.3V(vs. Li/Li +) 이상, 5.0V 이하, 특히 4.5V 이상, 5.0V 이하이다. Li / Li < + >) and 5.0 V or less, particularly 4.5 V or more and 5.0 V or less, for example, in the lithium ion
상기 리튬 이온 이차 전지(10)의 형태는 특별히 한정되지 않는다. 즉, 리튬 이온 이차 전지(10)은 원통형, 각형, 라미네이트(laminate)형, 버튼(button)형 등의 어떠한 형태일 수도 있다. The shape of the lithium ion
(양극(20)) (Anode 20)
양극(20)은 집전체(21)과, 양극 활물질층(22)을 포함한다. The anode 20 includes a
상기 집전체(21)는 도전체라면 어떤한 것도 적절하게 사용할 수 있고, 예를 들면, 알루미늄(aluminium), 스테인리스강(stainless) 강철, 및 니켈 도금(nickel coated)강철 등을 포함할 수 있다. The
양극 활물질층(22)은 적어도 양극 활물질을 포함하고, 도전재 및 바인더를 더욱 포함할 수 있다. The positive electrode
양극 활물질은 예를 들면 리튬을 포함하는 고용체 산화물이지만, 전기 화학적으로 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 물질이라면 특별히 제한되지 않는다. The cathode active material is, for example, a solid solution oxide containing lithium, but is not particularly limited as long as it is a material capable of occluding and releasing lithium ions electrochemically.
고용체 산화물은 예를 들면, LiaMnxCoyNizO2(1.150≤a≤1.430, 0.45≤x≤0.6, 0.10≤y≤0.15, 0.15≤z≤0.28, LiMnxCoyNizO2(0.3≤x≤0.85, 0.10≤y≤0.3, 0.10≤z≤0.3), LiMn1.5Ni0.5O4일 수 있다. The solid solution oxides include, for example, Li a Mn x Co y Ni z O 2 (1.150? A? 1.430, 0.45? X? 0.6, 0.10? Y? 0.15, 0.15? Z? 0.28, LiMn x Co y Ni z O 2 (0.3? X? 0.85, 0.10? Y? 0.3, 0.10? Z? 0.3), LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 .
도전재는 예를 들면 케첸 블랙(Ketjen black), 아세틸렌 블랙(acetylene black) 등의 카본블랙, 천연흑연, 인조흑연 등을 들 수 있으나, 양극의 도전성을 높이기 위한 것이라면 특별히 제한되지 않는다. Examples of the conductive material include carbon black such as Ketjen black and acetylene black, natural graphite, artificial graphite and the like, but it is not particularly limited as long as it is for increasing the conductivity of the anode.
바인더는 예를 들면 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride), 에틸렌-프로필렌-디엔(ethylene-propylene-diene) 삼원공중합체, 스티렌-부타디엔 고무(Styrene-butadiene rubber), 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(acrylonitrile-butadiene rubber), 플루오르 고무(fluororubber), 폴리 아세트산 비닐(polyvinyl acetate), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리에틸렌(polyethylene), 니트로셀룰로오스(cellulose nitrate) 등을 들 수 있으나, 양극 활물질 및 도전재를 집전체(21) 위로 결착시킬 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않는다. The binder may be, for example, a polyvinylidene fluoride, an ethylene-propylene-diene terpolymer, a styrene-butadiene rubber, an acrylonitrile- butadiene rubber, fluororubber, polyvinyl acetate, polymethylmethacrylate, polyethylene, and cellulose nitrate. However, the positive electrode active material and the conductive material Is not particularly limited as long as it can be adhered onto the
양극 활물질층(22)은 예를 들면, 하기 방법으로 제조될 수 있다. The positive electrode
먼저, 양극 활물질, 도전재, 및 바인더를 건식혼합하여 양극 합재를 제조한다. First, a positive electrode active material, a conductive material, and a binder are dry-mixed to prepare a positive electrode composite material.
상기 양극 합재를 적당한 유기 용매에 분산시켜 양극 합재 슬러리(slurry)를 제조하고, 이 양극 합재 슬러리를 집전체(21) 위로 도포하고, 건조 및 압연하여 양극 활물질 층을 제조한다. The positive electrode material mixture slurry is dispersed in an appropriate organic solvent to prepare a positive electrode material slurry. The positive electrode material slurry is coated on the
(음극(30)) (Cathode 30)
음극(30)은 집전체(31)와 음극 활물질층(32)을 포함한다. The
집전체(31)은 도전체라면 어떤 것이라도 양호하고, 예를 들면, 알루미늄, 스테인리스강, 및 니켈 도금 강철 등을 들 수 있다. The
음극 활물질층(32)은 리튬 이온 이차 전지의 음극 활물질층으로서 사용되는 것이라면, 어떠한 것이어도 된다. The negative electrode
예를 들면, 음극 활물질층(32)은 음극 활물질을 포함하고, 바인더를 더욱 포함할 수 있다. For example, the negative electrode
음극 활물질은 예를 들면, "흑연활물질(인조흑연, 천연흑연, 인조흑연과 천연흑연과의 혼합물, 인조흑연을 피복한 천연흑연 등)", "규소, 주석 또는 이들 산화물의 미립자와 흑연활물질과의 혼합물", "규소 또는 주석의 미립자", "규소 또는 주석을 기본재료로 한 합금", 및 "Li4Ti5O12 등의 티탄계 산화물" 등을 들 수 있다. The negative electrode active material includes, for example, graphite active materials (artificial graphite, natural graphite, a mixture of artificial graphite and natural graphite, natural graphite coated with artificial graphite, etc.), silicon, tin or fine particles of these oxides and graphite active material , "Fine particles of silicon or tin", "alloy containing silicon or tin as a base material", and "titanium-based oxide such as Li 4 Ti 5 O 12 ".
규소의 산화물은 SiOx(0≤x≤2)로 표시되는 산화물일 수 있다. The oxide of silicon may be an oxide represented by SiO x (0? X ? 2).
음극 활물질로 이들 이외에, 예를 들면 금속 리튬 등을 들 수 있다. As the negative electrode active material, for example, metal lithium and the like can be mentioned.
바인더는 양극 활물질층(22)을 구성하는 바인더와 동일할 수 있다. The binder may be the same as the binder constituting the positive electrode active material layer (22).
음극 활물질과 바인더와의 질량비는 특별히 제한되지 않고, 종래의 리튬 이온 이차 전지에서 채용되는 질량비가 본 실시형태에서도 적용 가능하다. The mass ratio of the negative electrode active material to the binder is not particularly limited, and the mass ratio employed in the conventional lithium ion secondary battery is also applicable to this embodiment.
음극 활물질층(32)은 예를 들면, 하기 방법으로 제조될 수 있다. The negative electrode
먼저, 음극 활물질, 및 바인더를 건식혼합하여 음극 합재를 제조한다. First, a negative electrode active material and a binder are dry mixed to produce a negative electrode composite.
상기 음극 합재를 적당한 용매에 분산시켜 음극 합재 슬러리(slurry)를 제조하고, 이 음극 합재 슬러리를 집전체(31) 위로 도포하고, 건조, 압연하는 것으로 음극 활물질층(32)을 제조한다. The negative electrode material mixture slurry is dispersed in an appropriate solvent to prepare a negative electrode material slurry. The negative electrode material mixture slurry is coated on the
(세퍼레이터(40))(Separator 40)
세퍼레이터(40)는 기재(40a)와, 코팅층(필러층)(40b)을 포함한다. The
기재(40a)는 특별히 제한되지 않고, 리튬 이온 이차 전지의 세퍼레이터로 사용되는 것이라면, 어떠한 것이어도 된다. The
기재(40a)로는 우수한 고율방전 성능을 나타내는 다공막(다공성 필름)이나 부직포 등을, 단독 혹은 병용할 수 있다. As the
기재(40a)를 구성하는 수지로는 예를 들면 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene) 등으로 대표되는 폴리올레핀(polyolefin)계 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate) 등으로 대표되는 폴리에스테르(Polyester)계 수지, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 비닐리덴 플루오라이드(VDF)-헥사플루오로 프로필렌(HFP)공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-퍼플루오로 비닐에테르 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene) 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(trifluoroethylene) 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-플루오로에틸렌(fluoroethylene) 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로 아세톤 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-에틸렌 공중합체, 비닐리덴플루오라이드-프로필렌(propylene) 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로 프로필렌(trifluoro propylene) 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로 프로필렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체 등을 들 수 있다. As the resin constituting the
코팅층(40b)은 무기입자(필러)와 바인더를 포함한다. The
상기 무기입자로는 예를 들면 높은 내열성을 갖는 무기입자를 들 수 있다. The inorganic particles include, for example, inorganic particles having high heat resistance.
이러한 무기입자의 구체적인 예로는 규소, 알루미늄, 마그네슘, 티타늄의 산화물 및 이들 수산화물을 들 수 있다. 또는 무기입자로 베마이트를 들 수 있다.Specific examples of such inorganic particles include oxides of silicon, aluminum, magnesium and titanium, and hydroxides thereof. Or boehmite as an inorganic particle.
이러한 높은 내열성을 갖는 무기입자를 세퍼레이터(40)에 포함시키므로, 리튬 이온 이차 전지(10)의 사이클 특성을 개선할 수 있다. Since the inorganic particles having such high heat resistance are included in the
무기입자의 입경은 특별히 제한되지 않고, 리튬 이온 이차 전지(10)에 사용되는 무기입자의 입경이라면 특별히 제한 되지 않는다. The particle size of the inorganic particles is not particularly limited and is not particularly limited as far as the particle size of the inorganic particles used in the lithium ion
바인더는 무기입자를 코팅층(40b)내, 즉 세퍼레이터(40)내로 유지하는 역할을 할 수 있다. The binder can serve to hold the inorganic particles in the
본 발명의 일 구현예에서, 상기 바인더는 IPN형 아크릴계 수지를 포함한다. In one embodiment of the present invention, the binder includes an IPN type acrylic resin.
상기 IPN형 아크릴계 수지는 유리 전이온도(Tg)가 50℃ 이상, 150℃ 이하인 하드 세그먼트와 유리 전이온도(Tg)가 -100℃ 이상, 30℃ 이하의 소프트 세그먼트를 포함할 수 있다. 상기 IPN형 아크릴계 수지는 상기 하드 세그먼트와 소프트 세그먼트를 IPN화해서 제조될 수 있다. The IPN type acrylic resin may include a hard segment having a glass transition temperature (Tg) of 50 DEG C or higher and 150 DEG C or lower and a soft segment having a glass transition temperature (Tg) of -100 DEG C or higher and 30 DEG C or lower. The IPN type acrylic resin can be manufactured by IPNing the hard segment and the soft segment.
이러한 높은 유리 전이온도(Tg)를 갖는 하드 세그먼트와 낮은 유리 전이온도(Tg)를 갖는 소프트 세그먼트를 포함하는 IPN형 아크릴계 수지를 코팅층(40b)용의 바인더로 이용함에 따라, 세퍼레이터(40)의 내열성 및 기재(40a)와 코팅층(40b) 사이의 밀착성을 향상시킬 수 있다. By using the IPN type acrylic resin including the hard segment having the high glass transition temperature (Tg) and the soft segment having the low glass transition temperature (Tg) as the binder for the
또한, 본 발명의 일 구현예에서 상기 IPN형의 아크릴계 수지를 바인더로 이용하여 코팅층(40b)를 형성하므로, 세퍼레이터(40)와 전극(양극(20) 및 음극(30))사이의 밀착 강도를 향상시킬 수 있다. In the embodiment of the present invention, since the
이와 같이, 밀착 강도가 향상됨에 따라 리튬 이온 이차 전지(10)의 안전성과 사이클 수명을 향상시킬 수 있다. As such, the safety and cycle life of the lithium ion
한편, 본 발명의 일 구현예에 따른 바인더인 아크릴계 수지가 IPN형 구조를 갖는 것인지, 갖지 않는 것인지는 예를 들면, 하드 세그먼트의 폴리머 미립자의 SEM상과, 상기 하드 세그먼트에 소프트 세그먼트를 반응시켜서 얻어진 폴리머 미립자의 SEM상을 비교하고, 이들 SEM상으로부터 관찰되는 폴리머 미립자의 구조가 유사한지 여부에 의해 확인할 수 있다. Whether or not the acrylic resin as the binder according to one embodiment of the present invention has or does not have the IPN structure can be determined by measuring the SEM image of the polymer microparticles of the hard segment and the polymer obtained by reacting the soft segment with the hard segment It can be confirmed by comparing the SEM images of the fine particles and judging whether or not the structures of the polymer fine particles observed from these SEM images are similar.
구조가 유사한 경우에는 하드 세그먼트의 폴리머 미립자에 반응시킨 소프트 세그먼트의 모노머가, 하드 세그먼트의 폴리머 미립자에 흡수된 상태에서 중합한 것, 즉, IPN형 폴리머가 형성된 것을 나타낸다. When the structure is similar, it means that the monomer of the soft segment reacted with the polymer fine particles of the hard segment is polymerized in the state of being absorbed by the polymer fine particles of the hard segment, that is, the IPN type polymer is formed.
또한 본 발명의 일 구현에에 있어서, 유리 전이온도(Tg)는 각 하드 세그먼트 및 소프트 세그먼트를 호모 폴리머로 했을 경우의 유리 전이온도(Tg)이며, 하드 세그먼트 및 소프트 세그먼트 각각의 유리 전이온도(Tg)는 시차주사 열량계(DSC)를 이용하여 측정한 값을 이용한다. Also, in one embodiment of the present invention, the glass transition temperature (Tg) is a glass transition temperature (Tg) when each hard segment and soft segment is a homopolymer, and the glass transition temperature Tg ) Is a value measured using a differential scanning calorimeter (DSC).
상기 하드 세그먼트로는 힐데브란드 용해도 파라미터의 값(이하, 「SP값」이라고 기재함)이 21 이상, 25 이하의 것을 이용하는 것이 적절하다. As the hard segment, it is appropriate to use a Hildebrand solubility parameter value (hereinafter referred to as " SP value ") of 21 or more and 25 or less.
하드 세그먼트로 SP값이 21 이상, 25 이하를 갖는 것을 사용함에 따라, 전해액에 대한 과도한 팽윤 발생이 어려운 효과를 얻을 수 있다.By using a hard segment having an SP value of not less than 21 and not more than 25, it is possible to obtain an effect that excessive swelling of the electrolyte is hard to occur.
이러한 SP값을 갖는 하드 세그먼트로는 예를 들면, 폴리 메타아크릴로니트릴(SP값 23.7), 폴리 N-(이소부톡시메틸)아크릴아미드(SP값 21.2), 폴리 N-페닐메타크릴아미드(SP값 22.4) 등을 들 수 있다. Examples of hard segments having such SP values include polymethacrylonitrile (SP value 23.7), poly N- (isobutoxymethyl) acrylamide (SP value 21.2), poly N-phenyl methacrylamide 22.4).
이들 하드 세그먼트는 1종을 단독으로 사용할 수도 있고, 복수 개를 조합해서 사용할 수도 있다. One of these hard segments may be used alone, or a plurality of hard segments may be used in combination.
또한, 소프트 세그먼트로는 SP값이 16 이상, 25 이하의 것을 이용하는 것이 적절하다. As the soft segment, it is appropriate to use an SP value of 16 or more and 25 or less.
소프트 세그먼트의 SP값을 16 이상, 25 이하로 함으로써, 하드 세그먼트와의 상용성이 과도하게 악화되는 것을 방지할 수 있다. By setting the SP value of the soft segment to 16 or more and 25 or less, it is possible to prevent the compatibility with the hard segment from excessively deteriorating.
이러한 SP값을 갖는 소프트 세그먼트로는 예를 들면, 폴리부틸 아크릴레이트(SP값 17.5), 폴리 2-시아노에틸아크릴레이트(SP값 21.6) 등을 들 수 있다. Examples of the soft segment having such an SP value include polybutyl acrylate (SP value: 17.5) and poly-2-cyanoethyl acrylate (SP value: 21.6).
이들 소프트 세그먼트는 1종을 단독으로 사용할 수도 있고, 복수 개를 조합해서 사용할 수도 있다. One of these soft segments may be used alone, or a plurality of soft segments may be used in combination.
한편, 하드 세그먼트 및 소프트 세그먼트가 상술한 범위의 SP값을 갖는 경우, 하드 세그먼트와 소프트 세그먼트의 SP값의 차이의 절대치가 작아지므로, 하드 세그먼트와 소프트 세그먼트와의 상용성이 높아진다. On the other hand, when the hard segment and the soft segment have an SP value within the above-mentioned range, the absolute value of the difference between the SP value of the hard segment and that of the soft segment becomes small, so that compatibility between the hard segment and the soft segment is improved.
따라서 얻어지는 아크릴계 수지가 IPN형 구조를 형성하기 용이해질 수 있다. Therefore, the obtained acrylic resin can easily form an IPN type structure.
세퍼레이터(40)은 예를 들면, 하기 방법으로 제조될 수 있다. The
먼저, 무기입자 분산액 및 바인더 용액을 준비한다. First, an inorganic particle dispersion and a binder solution are prepared.
무기입자 분산액의 용매는 무기입자를 분산시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. The solvent of the inorganic particle dispersion liquid is not particularly limited as long as it can disperse the inorganic particles.
무기입자 분산액의 용매는 바인더 용액의 용매와 같은 것을 적절하게 사용할 수 있다. As the solvent for the inorganic particle dispersion, a solvent such as a solvent for the binder solution may be suitably used.
바인더 용액의 용매는 바인더를 용해 할 수 있으면 특별히 제한되지 않는다. The solvent of the binder solution is not particularly limited as long as it can dissolve the binder.
이러한 용매로는 예를 들면 N-메틸 피롤리돈(NMP) 등을 들 수 있다. Examples of such a solvent include N-methylpyrrolidone (NMP) and the like.
이어서, 상기 무기입자 분산액 및 상기 바인더 용액을 혼합하여 슬러리를 제조한다. Subsequently, the inorganic particle dispersion and the binder solution are mixed to prepare a slurry.
상기 슬러리는 바인더 용액의 용매와 동일한 용매를 임의로 첨가하여 무기입자 및 바인더의 농도를 조정 할 수도 있다. The slurry may be optionally added with the same solvent as the solvent of the binder solution to adjust the concentration of the inorganic particles and the binder.
또한 상기 슬러리에 다른 종류의 바인더, 예를 들면 PVDF계의 바인더(PVDF를 주사슬로서 포함하는 바인더)을 더욱 첨가 할 수도 있다. Further, another kind of binder such as a PVDF binder (a binder containing PVDF as a main chain) may be further added to the slurry.
그리고, 슬러리를 기재(40a) 위로 전개(예를 들면 도포)하고, 건조하여 코팅층(40b)을 제조한다. Then, the slurry is developed (for example, coated) on the
기재(40a)는 슬러리에 침지될 수도 있다. The
상기 공정에 따라, 세퍼레이터(40)을 제조한다. According to this process, the
한편, 도 1에는 코팅층(40b)은 기재(40a)의 표면에만 형성되어 있지만, 코팅층(40b)은 기재(40a)의 가는 구멍 내에도 형성되어 있을 수도 있다. 1, the
비수 전해액은 종래부터 리튬 이차 전지에 이용되는 비수 전해액은 어떠한 것도 한정없이 사용 할 수 있다. As the non-aqueous electrolyte, any non-aqueous electrolyte used conventionally for lithium secondary batteries can be used without limitation.
상기 비수 전해액은 비수용매에 전해질염을 함유시킨 조성을 가진다. The non-aqueous electrolyte has a composition containing an electrolyte salt in a non-aqueous solvent.
상기 비수용매로는 예를 들면, 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 부틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 클로로에틸렌 카보네이트(chloroethylene carbonate), 비닐렌 카보네이트(vinylene carbonate) 등의 환형탄산에스테르(ester)류; γ-부티로락톤(butyrolactone), γ-발레로 락톤(valerolactone) 등의 환형에스테르류; 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate), 디에틸카보네이트(diethyl carbonate), 에틸 메틸 카보네이트(ethyl methyl carbonate) 등의 쇄상 카보네이트류; 포름산 메틸(methyl formate), 아세트산 메틸(methyl acetate), 부티르산 메틸(butyric acid methyl) 등의 쇄상에스테르류; 테트라하이드로푸란(Tetrahydrofuran) 또는 그 유도체; 1,3-디옥산(dioxane), 1,4-디옥산(dioxane), 1,2-디메톡시에탄(dimethoxyethane), 1,4-디부톡시에탄(dibutoxyethane), 메틸 디글라임(methyl diglyme) 등의 에테르(ether)류; 아세토니트릴(acetonitrile), 벤조니트릴(benzonitrile) 등의 니트릴(nitrile)류; 디옥솔란(Dioxolane) 또는 그 유도체; 에틸렌 설파이드(ethylene sulfide), 설포란(sulfolane), 술톤(sultone) 또는 그 유도체 등의 단독 또는 그것들 2종이상의 혼합물 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. Examples of the non-aqueous solvent include cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, ethylene carbonate, chloroethylene carbonate, and vinylene carbonate, Esters; cyclic esters such as? -butyrolactone and? -valerolactone; Chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate; Chain esters such as methyl formate, methyl acetate and butyric acid methyl; Tetrahydrofuran or a derivative thereof; Dioxane, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,4-dibutoxyethane, methyl diglyme, etc. Ether; Nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; Dioxolane or a derivative thereof; Ethylene sulfide, sulfolane, sultone or a derivative thereof, or a mixture of two or more thereof, but are not limited thereto.
또한, 전해질염으로는 예를 들면, LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiPF6, LiPF6-x(CnF2n+1)x(단, 1 < x < 6, n=1 또는 2), LiSCN, LiBr, LiI, Li2SO4, Li2B10Cl10, NaClO4, NaI, NaSCN, NaBr, KClO4, KSCN 등의 리튬(Li), 나트륨(Na) 또는 칼륨(K)의 1종을 포함하는 무기 이온 염, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)(C4F9SO2), LiC(CF3SO2)3, LiC(C2F5SO2)3, (CH3)4NBF4, (CH3)4NBr, (C2H5)4NClO4, (C2H5)4NI, (C3H7)4NBr, (n-C4H9)4NClO4, (n-C4H9)4NI, (C2H5)4 N-말리에이트, (C2H5)4 N-벤조에이트, (C2H5)4 N-프탈레이트, 스테아릴 술폰 산 리튬(stearyl sulfonic acid lithium), 옥틸 술폰 산 리튬(octyl sulfonic acid), 도데킬벤젠술폰산 리튬(dodecyl benzene sulphonic acid) 등의 유기 이온 염 등을 들 수 있고, 이들 이온성 화합물을 단독, 혹은 2종류 이상 혼합해서 사용할 수 있다. LiFF 6 , LiPF 6-x (C n F 2n + 1 ) x (where 1 <x <6, n = 1 or 2) is used as the electrolyte salt, for example, LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , , LiSCN, LiBr, LiI, Li 2 SO 4, Li 2
전해질염의 농도는 종래의 리튬 이차 전지에서 사용되는 비수전해액 과 동일하면 되며, 특별하게 한정할 필요는 없다. The concentration of the electrolyte salt may be the same as that of the non-aqueous electrolyte used in a conventional lithium secondary battery, and is not particularly limited.
본 발명의 일 구현예에서는, 적당한 리튬 화합물(전해질염)을 0.8mol/L 내지 1.5mol/L 정도의 농도로 함유시킨 비수전해액을 사용할 수 있다. In one embodiment of the present invention, a nonaqueous electrolyte solution containing a suitable lithium compound (electrolyte salt) at a concentration of about 0.8 mol / L to 1.5 mol / L can be used.
상기 비수 전해액에는 각종 첨가제를 첨가 할 수도 있다. Various additives may be added to the nonaqueous electrolyte solution.
이러한 첨가제로는 음극작용 첨가제, 양극작용 첨가제, 에스테르계의 첨가제, 탄산에스테르계의 첨가제, 황산에스테르계의 첨가제, 인산에스테르계의 첨가제, 붕산에스테르계의 첨가제, 산무수물계의 첨가제, 및 전해질계의 첨가제 등을 들 수 있다. 이들 중에서 어느 1종을 비수전해액에 첨가 할 수도 있고, 복수 종류의 첨가제를 비수전해액에 첨가 할 수도 있다. Examples of such an additive include an anode active additive, an anode active additive, an ester additive, a carbonic acid ester additive, a sulfate ester additive, a phosphate ester additive, a borate ester additive, an acid anhydride additive, And the like. Any one of them may be added to the nonaqueous electrolyte solution, or a plurality of kinds of additives may be added to the nonaqueous electrolyte solution.
(리튬 이온 이차 전지의 제조 방법) (Manufacturing Method of Lithium Ion Secondary Battery)
이하 리튬 이온 이차 전지(10)의 제조 방법에 대하여 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing the lithium ion
양극(20)은 하기 공정으로 제조될 수 있다. The anode 20 can be manufactured by the following process.
먼저, 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 혼합하고, 이 혼합물을 용매 (예를 들면 N-메틸-2-피롤리돈)에 분산시켜 슬러리를 제조한다. First, a slurry is prepared by mixing a cathode active material, a conductive material and a binder, and dispersing the mixture in a solvent (for example, N-methyl-2-pyrrolidone).
상기 슬러리를 집전체(21) 위로 전개 (예를 들면 도포)하고, 건조시켜 양극 활물질층(22)을 제조한다. The slurry is developed (for example, applied) onto the
이때, 도포 방법은 특별히 한정되지 않으며, 도포 방법의 예를 들면, 나이프 coater(knife coater)법, 그라비아 coater(gravure coater)법 등을 들 수 있다. In this case, the coating method is not particularly limited, and examples of the coating method include a knife coater method and a gravure coater method.
이하 각 도포 공정도 동일한 방법으로 실시될 수 있다. Hereinafter, each coating step may be carried out in the same manner.
이어서, 프레스(press)기를 사용하여 상기 양극 활물질층(22)을 프레스하여, 양극(20)을 제조한다. Subsequently, the positive electrode
음극(30) 또한 상기 양극(20)과 동일한 방법으로 제조될 수 있다. The
먼저, 음극 활물질 및 바인더의 혼합물을 용매(예를 들면 N-메틸-2-피롤리돈, 물)에 분산시켜 슬러리를 제조한다. First, a slurry is prepared by dispersing a mixture of an anode active material and a binder in a solvent (for example, N-methyl-2-pyrrolidone, water).
상기 슬러리를 집전체(31) 위로 전개(예를 들면 도포)하고, 건조시켜, 음극 활물질층(32)을 제조한다. The slurry is developed (for example, coated) on the
이어서, 프레스기를 사용하여 음극 활물질층(32)을 프레스 하여, 음극(30)을 제조한다. Subsequently, the negative electrode
세퍼레이터(40)는 예를 들면, 하기 방법으로 제조될 수 있다. The
먼저, 무기입자 분산액 및 바인더 용액을 준비한다. 이어서, 상기 무기입자 분산액 및 상기 바인더 용액을 혼합하여 슬러리를 제조한다. First, an inorganic particle dispersion and a binder solution are prepared. Subsequently, the inorganic particle dispersion and the binder solution are mixed to prepare a slurry.
상기 슬러리는 바인더 용액의 용매와 동일한 용매를 임의로 첨가하여 무기입자 및 바인더의 농도를 조정할 수도 있다. The slurry may optionally be added with the same solvent as the solvent of the binder solution to adjust the concentration of the inorganic particles and the binder.
이어서, 상기 슬러리를 기재(40a) 위로 전개(예를 들면 도포)하고, 건조하여 코팅층(40b)을 제조한다. Then, the slurry is developed (for example, coated) on the
이때, 기재(40a)를 슬러리에 침지할 수도 있다. At this time, the
이러한 공정으로 세퍼레이터(40)을 제조한다. The
이어서, 상기 세퍼레이터(40)를 양극(20) 및 음극(30) 사이에 위치시켜, 전극구조체를 제조한다. Subsequently, the
이어서, 제조된 전극구조체를 원하는 형태(예를 들면, 원통형, 각형, 라미네이트형, 버튼형 등)로 가공하고, 상기 형태의 용기에 삽입한다. Then, the produced electrode structure is processed into a desired shape (for example, a cylindrical shape, a square shape, a laminate shape, a button shape, or the like), and inserted into the container of the above-described shape.
이어서, 해당 용기 내에 상기 조성의 전해액을 주입하여, 세퍼레이터 내의 각 기공에 전해액을 함침시킨다. 이 공정으로 리튬 이온 이차 전지를 제조한다. Subsequently, an electrolyte solution having the above composition is injected into the container, and the electrolyte solution is impregnated into each pore in the separator. This process produces a lithium ion secondary battery.
이러한 본 발명의 일 구현예에 따른 바인더를 이용하여 제조된 세퍼레이터(40)를 이용하여 리튬 이온 이차 전지(10)을 제조하면, 리튬 이온 이차 전지(10)의 사이클 특성을 향상시킬 수 있다. When the lithium ion
또한, 세퍼레이터(10)의 열수축도 억제되므로, 리튬 이온 이차 전지(10)의 열폭주를 억제할 수 있고, 그 결과 리튬 이온 이차 전지(10)의 안전성이 향상될 수 있다. Further, since the heat shrinkage of the
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention will be described. The following embodiments are only examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments.
<1. 바인더 수지 합성> <1. Binder resin synthesis >
[합성예 1: 폴리 메타아크릴로니트릴(PMAN) 미립자용액(하드 세그먼트(호모 폴리머의 Tg: 67℃))의 합성] [Synthesis Example 1: synthesis of polymethacrylonitrile (PMAN) fine particle solution (hard segment (Tg of homopolymer: 67 ° C)]]
교반자, 온도계, 냉각관을 장착한 1000ml의 4구 분리 가능한 플라스크 내에, 증류수 600g를 가하고, 다이어프램 펌프로 내압을 10mmHg으로 압력을 내리고, 질소로 내압을 상압으로 되돌리는 조작을 3회 반복하였다. 600 g of distilled water was added to a four-neck separable flask of 1000 ml equipped with a stirrer, a thermometer and a cooling tube, and the pressure was reduced to 10 mmHg with a diaphragm pump and the internal pressure was returned to normal pressure with nitrogen.
이어서, 도데실 황산 나트륨(7.5g, 0.026mol)을 탈기한 증류수 20g에 용해시켜 첨가하고, 또한 메타아크릴로니트릴(150g, 2.236mol), 과황산 암모늄(2.55g, 0.0112mol, 0.005당량)을 첨가한 후, 600rpm으로 교반하였다. Then, sodium dodecyl sulfate (7.5 g, 0.026 mol) was dissolved in 20 g of deaerated distilled water and added. Methacrylonitrile (150 g, 2.236 mol) and ammonium persulfate (2.55 g, 0.0112 mol, 0.005 equivalent) After the addition, the mixture was stirred at 600 rpm.
반응액의 온도가 70℃ 내지 80℃의 사이에서 안정되게 유지되도록 가열을 제어하면서 6시간 동안 반응시켰다. The reaction was carried out for 6 hours while controlling the heating so that the temperature of the reaction solution stably remained between 70 캜 and 80 캜.
반응 생성물을 실온으로 냉각한 후, 반응액을 2ml정도 취하여, 비휘발 성분(NV)을 측정한 결과, 20.0%(이론값21%)가 얻어졌다. After the reaction product was cooled to room temperature, 2 ml of the reaction solution was taken and the nonvolatile component (NV) was measured. As a result, 20.0% (
[합성예 2: 폴리N-(이소부톡시메틸)아크릴아미드(PIBMAAM) 미립자 용액(하드 세그먼트(호모 폴리머의 Tg:135℃))의 합성] Synthesis Example 2: Synthesis of poly (N- (isobutoxymethyl) acrylamide (PIBMAAM) fine particle solution (hard segment (Tg of homopolymer: 135 deg.
교반자, 온도계, 냉각관을 장착한 1000ml의 4구 분리 가능한 플라스크 내에, 증류수 600g를 가하고, 다이어프램 펌프로 내압을 10mmHg으로 압력을 내리고, 질소로 내압을 상압으로 되돌리는 조작을 3회 반복하였다. 600 g of distilled water was added to a four-neck separable flask of 1000 ml equipped with a stirrer, a thermometer and a cooling tube, and the pressure was reduced to 10 mmHg with a diaphragm pump and the internal pressure was returned to normal pressure with nitrogen.
이어, 도데실 황산 나트륨(7.5g, 0.026mol)을 탈기 한 증류수 20g에 용해하여, 첨가하고, 또한 N-(이소부톡시메틸)아크릴아미드(150g, 1.048mol), 과황산 암모늄(1.19g, 0.00524mol, 0.005당량)을 첨가한 후, 600rpm으로 교반하였다. Then, sodium dodecylsulfate (7.5 g, 0.026 mol) was dissolved in 20 g of deaerated distilled water and added to the mixture. Then, N- (isobutoxymethyl) acrylamide (150 g, 1.048 mol) and ammonium persulfate mol, 0.005 eq.) was added thereto, followed by stirring at 600 rpm.
반응액의 온도가 70℃ 내지 80℃의 사이에서 안정하게 유지되도록 가열을 제어하면서 6시간 동안 반응시켰다. The reaction was allowed to proceed for 6 hours while the heating was controlled so that the temperature of the reaction solution was stably maintained between 70 캜 and 80 캜.
반응 생성물을 실온으로 냉각한 후, 로터리 증발기로 물 150g을 증류 제거한 뒤, 비휘발 성분(NV)이 20.0%이 되게 증류수로 희석했다. After the reaction product was cooled to room temperature, 150 g of water was distilled off using a rotary evaporator, and diluted with distilled water so that the nonvolatile component (NV) became 20.0%.
[합성예 3: 폴리 N-(이소부톡시메틸)아크릴아미드(PIBMAAM) 미립자 용액(하드 세그먼트(호모 폴리머의 Tg: 165℃))의 합성] Synthesis Example 3: Synthesis of poly N- (isobutoxymethyl) acrylamide (PIBMAAM) fine particle solution (hard segment (Tg of homopolymer: 165 ° C)
교반자, 온도계, 냉각관을 장착한 1000ml의 4구 분리 가능한 플라스크 내에, 증류수 600g를 가하고, 다이어프램 펌프로 내압을 10mmHg으로 압력을 내리고, 질소로 내압을 상압으로 되돌리는 조작을 3회 반복하였다. 600 g of distilled water was added to a four-neck separable flask of 1000 ml equipped with a stirrer, a thermometer and a cooling tube, and the pressure was reduced to 10 mmHg with a diaphragm pump and the internal pressure was returned to normal pressure with nitrogen.
이어서, 도데실 황산 나트륨(7.5g, 0.026mol)을 탈기한 증류수 20g에 용해하여, 첨가하고, 또한 메타아크릴로니트릴(150g, 0.931mol), 과황산 암모늄(0.935g, 0.00465mol, 0.005당량)을 첨가하여 600rpm으로 교반하였다. Then, sodium dodecyl sulfate (7.5 g, 0.026 mol) was dissolved in 20 g of deaerated distilled water, and then methacrylonitrile (150 g, 0.931 mol), ammonium persulfate (0.935 g, 0.00465 mol, And the mixture was stirred at 600 rpm.
반응액의 온도가 70℃ 내지 80℃의 사이에서 안정하게 유지되도록 가열을 제어하면서 6시간 동안 반응시켰다. The reaction was allowed to proceed for 6 hours while the heating was controlled so that the temperature of the reaction solution was stably maintained between 70 캜 and 80 캜.
반응 생성물을 실온으로 냉각한 후, 로터리 증발기로 물 150g을 증류 제거한 뒤, 비휘발 성분(NV)이 20.0%이 되게 증류수로 희석하였다. After the reaction product was cooled to room temperature, 150 g of water was distilled off using a rotary evaporator, and diluted with distilled water so that the nonvolatile component (NV) became 20.0%.
<2. 바인더의 합성> <2. Synthesis of binder >
(실시예 1: 폴리 메타아크릴로니트릴(PMAN)-폴리부틸 아크릴레이트(PBu) IPN 폴리머(PMAN:PBu=60:40)의 합성) (Example 1: synthesis of polymethacrylonitrile (PMAN) -polybutyl acrylate (PBu) IPN polymer (PMAN: PBu = 60: 40)
교반자, 온도계, 냉각관을 장착한 1000ml의 4구 분리 가능한 플라스크 내에, 상기 합성예 1로 합성한 폴리 메타아크릴로니트릴 미립자 용액(하드 세그먼트, NV 20.0%, 수지분 중량환산 20g) 100g, 증류수 67.5g를 첨가하고, 다이어프램 펌프로 내압을 25mmHg으로 압력을 내리고, 질소로 내압을 상압으로 되돌리는 조작을 5회 반복하였다. 100 g of the polymethacrylonitrile fine particle solution (hard segment, NV 20.0%, 20 g in terms of the weight of the resin component) synthesized in Synthesis Example 1, 100 g of distilled water (100 g) in a 1000 ml four-neck separable flask equipped with a stirrer, a thermometer and a cooling tube , The pressure was reduced to 25 mmHg with a diaphragm pump, and the operation of returning the internal pressure to normal pressure with nitrogen was repeated five times.
부틸 아크릴레이트(소프트 세그먼트(호모 폴리머의 Tg: -55℃), 13.5g, 0.105mol)을 첨가하고, 60℃에서 2시간동안 교반하였다. Butyl acrylate (soft segment (Tg of homopolymer: -55 ° C), 13.5 g, 0.105 mol) was added, and the mixture was stirred at 60 ° C for 2 hours.
이어서, 아조이소부티로니트릴(AIBN, 0.120g, 0.53mmol, 0.005당량)을 첨가하고, 반응 온도를 70℃ 내지 80℃의 사이에서 안정하게 유지되도록 가열을 제어하면서 6시간 동안 반응시켰다. Then, azoisobutyronitrile (AIBN, 0.120 g, 0.53 mmol, 0.005 eq.) Was added, and the reaction was allowed to proceed for 6 hours while controlling the heating so as to keep the reaction temperature stable between 70 캜 and 80 캜.
반응 생성물을 실온으로 냉각한 후, 비휘발 성분(NV)이 15.0%이 되게 증류수로 희석하였다. After the reaction product was cooled to room temperature, it was diluted with distilled water so that the nonvolatile component (NV) became 15.0%.
(실시예 2: 폴리 메타아크릴로니트릴(PMAN)-폴리부틸 아크릴레이트(PBu) IPN 폴리머(PMAN:PBu=70:30)의 합성) (Example 2: synthesis of polymethacrylonitrile (PMAN) -polybutyl acrylate (PBu) IPN polymer (PMAN: PBu = 70: 30)
증류수 43.5g, 부틸 아크릴레이트(8.6g, 0.067mol), AIBN(0.077g, 0.34mmol, 0.005당량)을 이용한 것 이외에는 모두 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다. Except that 43.5 g of distilled water, butyl acrylate (8.6 g, 0.067 mol) and AIBN (0.077 g, 0.34 mmol, 0.005 equivalent) were used.
(실시예 3: 폴리 메타아크릴로니트릴(PMAN)-폴리부틸 아크릴레이트(PBu) IPN 폴리머(PMAN:PBu=80:20)의 합성) (Example 3: synthesis of polymethacrylonitrile (PMAN) -polybutyl acrylate (PBu) IPN polymer (PMAN: PBu = 80: 20)
증류수 25.5g, 부틸 아크릴레이트(5.0g, 0.039mol), AIBN(0.044g, 0.20mmol, 0.005당량)을 이용한 것 이외에는 모두 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다. Except that 25.5 g of distilled water, butyl acrylate (5.0 g, 0.039 mol) and AIBN (0.044 g, 0.20 mmol, 0.005 equivalent) were used.
(실시예 4: 폴리 메타아크릴로니트릴(PMAN)-폴리2-시아노에틸아크릴레이트(PCEA) IPN폴리머(PMAN:PCEA=60:40)의 합성) Example 4: Synthesis of polymethacrylonitrile (PMAN) -poly 2-cyanoethyl acrylate (PCEA) IPN polymer (PMAN: PCEA = 60: 40)
교반자, 온도계, 냉각관을 장착한 1000ml의 4구 분리 가능한 플라스크 내에, 상기 합성예 1로 합성한 폴리 메타아크릴로니트릴 미립자용액(하드 세그먼트, NV 20.0%, 수지분 중량환산 20g) 100g, 증류수 67.5g를 첨가하고, 다이어프램 펌프로 내압을 25mmHg으로 압력을 내리고, 질소로 내압을 상압으로 되돌리는 조작을 5회 반복하였다. 100 g of the polymethacrylonitrile fine particle solution (hard segment, NV 20.0%, 20 g in terms of the weight of the resin component) synthesized in Synthesis Example 1, 100 g of distilled water (100 g) in a 1000 ml four-neck separable flask equipped with a stirrer, a thermometer and a cooling tube , The pressure was reduced to 25 mmHg with a diaphragm pump, and the operation of returning the internal pressure to normal pressure with nitrogen was repeated five times.
2-시아노에틸아크릴레이트(소프트 세그먼트(호모 폴리머의 Tg: 4℃), 13.5g, 0.095mol)을 첨가하고, 60℃에서 2시간 동안 교반하였다. 2-cyanoethyl acrylate (soft segment (Tg of the homopolymer: 4 DEG C), 13.5 g, 0.095 mol) was added, and the mixture was stirred at 60 DEG C for 2 hours.
이어서, 아조이소부티로니트릴(AIBN, 0.108g, 0.47mmol, 0.005당량)을 첨가하고, 반응 온도를 70℃ 내지 80℃의 사이에서 안정하게 가열을 제어하면서 6시간동안 반응시켰다. Then, azoisobutyronitrile (AIBN, 0.108 g, 0.47 mmol, 0.005 eq.) Was added, and the reaction was allowed to proceed for 6 hours while the heating was controlled stably at a reaction temperature of 70 to 80 캜.
반응 생성물을 실온으로 냉각한 후, 비휘발 성분(NV)이 15.0%이 되게 증류수로 희석하였다. After the reaction product was cooled to room temperature, it was diluted with distilled water so that the nonvolatile component (NV) became 15.0%.
(실시예 5: 폴리 메타아크릴로니트릴(PMAN)-폴리2-시아노에틸아크릴레이트(PCEA) IPN 폴리머(PMAN:PCEA=70:30)의 합성) (Example 5: synthesis of polymethacrylonitrile (PMAN) -poly 2-cyanoethyl acrylate (PCEA) IPN polymer (PMAN: PCEA = 70: 30)
증류수 25.5g, 2-시아노에틸아크릴레이트(8.6g, 0.060mol), AIBN(0.069g, 0.30mmol, 0.005당량)을 이용한 것 이외에는 모두 상기 실시예 4과 동일하게 실시하였다. Except that 25.5 g of distilled water, 2-cyanoethyl acrylate (8.6 g, 0.060 mol) and AIBN (0.069 g, 0.30 mmol, 0.005 equivalent) were used.
(실시예 6: 폴리 메타아크릴로니트릴(PMAN)-폴리2-시아노에틸아크릴레이트(PCEA) IPN 폴리머(PMAN:PCEA=70:30)의 합성) Example 6: Synthesis of polymethacrylonitrile (PMAN) -poly 2-cyanoethyl acrylate (PCEA) IPN polymer (PMAN: PCEA = 70: 30)
증류수 25.5g, 2-시아노에틸아크릴레이트(5.0g, 0.035mol), AIBN(0.040g, 0.18mmol, 0.005당량)을 이용한 것 이외에는 모두 상기 실시예 4와 동일하게 실시하였다. Except that 25.5 g of distilled water, 2-cyanoethyl acrylate (5.0 g, 0.035 mol) and AIBN (0.040 g, 0.18 mmol, 0.005 equivalent) were used.
(실시예 7: 폴리 N-(이소부톡시메틸)아크릴아미드(PIBMAAM)-폴리2-시아노에틸아크릴레이트(PCEA) IPN 폴리머(PIBMAAM:PCEA=60:40)의 합성) Example 7: Synthesis of poly N- (isobutoxymethyl) acrylamide (PIBMAAM) -poly 2-cyanoethyl acrylate (PCEA) IPN polymer (PIBMAAM: PCEA = 60:40)
교반자, 온도계, 냉각 관을 장착한 1000ml의 4구 분리 가능한 플라스크 내에, 상기 합성예 2로 합성한 폴리 N-(이소부톡시메틸)아크릴아미드 미립자용액(하드 세그먼트, NV 20.0%, 수지분 중량환산 20g) 100g, 증류수 67.5g를 첨가하고, 다이어프램 펌프로 내압을 25mmHg으로 압력을 내리고, 질소로 내압을 상압으로 되돌리는 조작을 5회 반복했다. In a 1000 ml four-neck separable flask equipped with a stirrer, a thermometer and a cooling tube, a solution of poly N- (isobutoxymethyl) acrylamide fine particles synthesized in Synthesis Example 2 (hard segment, NV 20.0% 20 g) and 67.5 g of distilled water were added. The internal pressure was reduced to 25 mmHg with a diaphragm pump, and the operation of returning the internal pressure to normal pressure with nitrogen was repeated five times.
2-시아노에틸아크릴레이트(소프트 세그먼트(호모 폴리머의 Tg: 4℃), 13.5g, 0.095mol)을 첨가하고, 60℃에서 2시간동안 교반하였다. 2-cyanoethyl acrylate (soft segment (Tg of the homopolymer: 4 DEG C), 13.5 g, 0.095 mol) was added, and the mixture was stirred at 60 DEG C for 2 hours.
이어서, 아조이소부티로니트릴(AIBN, 0.108g, 0.47mmol, 0.005당량)을 첨가하고, 반응 온도를 70℃ 내지 80℃의 사이에서 안정하게 유지되도록 가열을 제어하면서 6시간동안 반응시켰다. Then, azoisobutyronitrile (AIBN, 0.108 g, 0.47 mmol, 0.005 eq.) Was added and reacted for 6 hours while controlling the heating to keep the reaction temperature stable between 70 캜 and 80 캜.
반응 생성물을 실온으로 냉각한 후, 비휘발 성분(NV)이 15.0%이 되게 증류수로 희석하였다. After the reaction product was cooled to room temperature, it was diluted with distilled water so that the nonvolatile component (NV) became 15.0%.
(실시예 8: 폴리 N-(이소부톡시메틸)아크릴아미드(PIBMAAM)-폴리2-시아노에틸아크릴레이트(PCEA) IPN 폴리머(PIBMAAM:PCEA=70:30)의 합성) Example 8: Synthesis of poly N- (isobutoxymethyl) acrylamide (PIBMAAM) -poly 2-cyanoethyl acrylate (PCEA) IPN polymer (PIBMAAM: PCEA = 70: 30)
증류수 25.5g, 2-시아노에틸아크릴레이트(8.6g, 0.060mol), AIBN(0.069g, 0.30mmol, 0.005당량)을 이용한 것 이외에는 모두 상기 실시예 7과 동일하게 실시하였다. Except that 25.5 g of distilled water, 2-cyanoethyl acrylate (8.6 g, 0.060 mol) and AIBN (0.069 g, 0.30 mmol, 0.005 equivalent) were used.
(실시예 9: 폴리 N-(이소부톡시메틸)아크릴아미드(PIBMAAM)-폴리2-시아노에틸아크릴레이트(PCEA) IPN 폴리머(PIBMAAM:PCEA=80:20)의 합성) Example 9: Synthesis of poly N- (isobutoxymethyl) acrylamide (PIBMAAM) -poly 2-cyanoethyl acrylate (PCEA) IPN polymer (PIBMAAM: PCEA = 80:20)
증류수 25.5g, 2-시아노에틸아크릴레이트(5.0g, 0.035mol), AIBN(0.040g, 0.18mmol, 0.005당량)을 이용한 것 이외에는 모두 상기 실시예 7과 동일하게 실시하였다. Except that 25.5 g of distilled water, 2-cyanoethyl acrylate (5.0 g, 0.035 mol) and AIBN (0.040 g, 0.18 mmol, 0.005 equivalent) were used.
(실시예 10: 폴리 N-페닐메타크릴아미드(PPMAAM)-폴리2-시아노에틸아크릴레이트(PCEA) IPN 폴리머(PIBMAAM:PCEA=60:40)의 합성) Example 10: Synthesis of poly N-phenylmethacrylamide (PPMAAM) -poly 2-cyanoethyl acrylate (PCEA) IPN polymer (PIBMAAM: PCEA = 60:40)
교반자, 온도계, 냉각관을 장착한 1000ml의 4구 분리 가능한 플라스크 내에, 상기 합성예 3에서 합성한 폴리 N-페닐메타크릴아미드 미립자용액(하드 세그먼트, NV 20.0%, 수지분 중량환산 20g) 100g, 증류수 67.5g를 첨가하고, 다이어프램 펌프로 내압을 25mmHg으로 압력을 내리고, 질소로 내압을 상압으로 되돌리는 조작을 5회 반복했다. In a 1000 ml four-neck separable flask equipped with a stirrer, a thermometer and a cooling tube, 100 g of a poly-N-phenylmethacrylamide fine particle solution (hard segment, NV 20.0%, weight ratio of resin content 20 g) synthesized in Synthesis Example 3 , 67.5 g of distilled water was added, the pressure was reduced to 25 mmHg with a diaphragm pump, and the internal pressure was returned to normal pressure with nitrogen was repeated five times.
2-시아노에틸아크릴레이트(소프트 세그먼트(호모 폴리머의 Tg: 4℃), 13.5g, 0.095mol)을 첨가하고, 60℃에서 2시간동안 교반하였다. 2-cyanoethyl acrylate (soft segment (Tg of the homopolymer: 4 DEG C), 13.5 g, 0.095 mol) was added, and the mixture was stirred at 60 DEG C for 2 hours.
이어서, 아조이소부티로니트릴(AIBN, 0.108g, 0.47mmol, 0.005당량)을 첨가하고, 반응 온도를 70℃ 내지 80℃의 사이에서 안정하게 유지되도록 가열을 제어하면서 6시간동안 반응시켰다. Then, azoisobutyronitrile (AIBN, 0.108 g, 0.47 mmol, 0.005 eq.) Was added and reacted for 6 hours while controlling the heating to keep the reaction temperature stable between 70 캜 and 80 캜.
반응 생성물을 실온으로 냉각한 후, 비휘발 성분(NV)이 15.0%이 되게 증류수로 희석하였다. After the reaction product was cooled to room temperature, it was diluted with distilled water so that the nonvolatile component (NV) became 15.0%.
(실시예 11: 폴리 N-페닐메타크릴아미드(PPMAAM)-폴리2-시아노에틸아크릴레이트(PCEA) IPN 폴리머(PIBMAAM:PCEA=70:30)의 합성) Example 11: Synthesis of poly N-phenylmethacrylamide (PPMAAM) -poly 2-cyanoethyl acrylate (PCEA) IPN polymer (PIBMAAM: PCEA = 70: 30)
증류수 25.5g, 2-시아노에틸아크릴레이트(8.6g, 0.060mol), AIBN(0.069g, 0.30mmol, 0.005당량)을 이용한 것 이외에는 모두 상기 실시예 10과 동일하게 실시하였다. Except that 25.5 g of distilled water, 2-cyanoethyl acrylate (8.6 g, 0.060 mol) and AIBN (0.069 g, 0.30 mmol, 0.005 equivalent) were used.
(실시예 12: 폴리 N-페닐메타크릴아미드(PPMAAM)-폴리2-시아노에틸아크릴레이트(PCEA) IPN 폴리머(PIBMAAM:PCEA=80:20)의 합성) Example 12: Synthesis of poly N-phenylmethacrylamide (PPMAAM) -poly 2-cyanoethyl acrylate (PCEA) IPN polymer (PIBMAAM: PCEA = 80: 20)
증류수 25.5g, 2-시아노에틸아크릴레이트(5.0g, 0.035mol), AIBN(0.040g, 0.18mmol, 0.005당량)을 이용한 것 이외에는 모두 실시예 10과 동일하게 실시하였다. Except that 25.5 g of distilled water, 2-cyanoethyl acrylate (5.0 g, 0.035 mol) and AIBN (0.040 g, 0.18 mmol, 0.005 equivalent) were used.
<3. 코팅 세퍼레이터 제조> <3. Manufacture of coating separator>
(실시예 13) (Example 13)
베마이트 C20(다이메이 화학공업社(TAIMEI CHEMICALS CO., LTD.) 제조) 61.4g, 베마이트 ACTILOX-200SM(나발텍社 제조) 6.8g에 증류수 185g, 상기 실시예 1에 따라 제조된 바인더 45.3g (NV환산 6.8g, 베마이트 전체 중량에 대하여 10 중량%)을 첨가하고, 이 혼합물을 슬러리형이 될 때까지 교반하고, 그 후 비즈 밀(지르코니아 비즈, 0.5φ, 충전율 60%, 2000rpm, 4회 패스)로 분산시켜, 베마이트/바인더 혼합 용액을 제조하였다. , 61.4 g of boehmite C20 (manufactured by TAIMEI CHEMICALS CO., LTD.) And 6.8 g of boehmite ACTILOX-200SM (manufactured by Nabalek Co.), 185 g of distilled water, and 45.3 g of binder 45.3 (zirconia beads, 0.5φ, loading rate: 60%, 2000 rpm, 10% by weight based on the total weight of boehmite) was added to the mixture, 4 times) to prepare a boehmite / binder mixed solution.
이어, 건조 후의 도포량 (로딩량)이 3.0g/m2이 되도록 제조된 그라비아 코터를 이용하고, 시판 12㎛의 폴리에틸렌 미다공막(T12-507 <SK이노베이션社 제조>)에 상기 베마이트/바인더 혼합 용액을 도포 건조해서 코팅 세퍼레이터를 제조하였다. Thereafter, a gravure coater manufactured so that the coating amount after drying (loading amount) was 3.0 g / m 2 was used, and a 12 μm thick polyethylene microporous membrane (T12-507, manufactured by SK Innovation) The solution was applied and dried to prepare a coating separator.
(실시예 14) (Example 14)
상기 실시예 2에 따라 제조된 바인더를 이용한 것 이외에는 모두 상기 실시예 13과 동일하게 실시하여, 코팅 세퍼레이터를 제조하였다.A coating separator was produced in the same manner as in Example 13 except that the binder prepared in Example 2 was used.
(실시예 15) (Example 15)
상기 실시예 3에 따라 제조된 바인더를 이용한 것 이외에는 모두 상기 실시예 13과 동일하게 실시하여, 코팅 세퍼레이터를 제조하였다. A coating separator was prepared in the same manner as in Example 13 except that the binder prepared in Example 3 was used.
(실시예 16) (Example 16)
상기 실시예 4에 따라 제조된 바인더를 이용한 것 이외에는 모두 상기 실시예 13과 동일하게 실시하여, 코팅 세퍼레이터를 제조하였다. A coating separator was prepared in the same manner as in Example 13 except that the binder prepared in Example 4 was used.
(실시예 17) (Example 17)
상기 실시예 5에 따라 제조된 바인더를 이용한 것 이외에는 모두 상기 실시예 13과 동일하게 실시하여, 코팅 세퍼레이터를 제조하였다. A coating separator was prepared in the same manner as in Example 13 except that the binder prepared in Example 5 was used.
(실시예 18) (Example 18)
상기 실시예 6에 따라 제조된 바인더를 이용한 것 이외에는 모두 상기 실시예 13과 동일하게 실시하여, 코팅 세퍼레이터를 제조하였다. A coating separator was prepared in the same manner as in Example 13 except that the binder prepared in Example 6 was used.
(실시예 19) (Example 19)
상기 실시예 7에 따라 제조된 바인더를 이용한 것 이외에는 모두 상기 실시예 13과 동일하게 실시하여, 코팅 세퍼레이터를 제조하였다. A coating separator was produced in the same manner as in Example 13 except that the binder prepared in Example 7 was used.
(실시예 20) (Example 20)
상기 실시예 8에 따라 제조된 바인더를 이용한 것 이외에는 모두 상기 실시예 13과 동일하게 실시하여, 코팅 세퍼레이터를 제조하였다. A coating separator was produced in the same manner as in Example 13 except that the binder prepared in Example 8 was used.
(실시예 21) (Example 21)
상기 실시예 9에 따라 제조된 바인더를 이용한 것 이외에는 모두 상기 실시예 13과 동일하게 실시하여, 코팅 세퍼레이터를 제조하였다. A coating separator was produced in the same manner as in Example 13 except that the binder prepared in Example 9 was used.
(실시예 22) (Example 22)
상기 실시예 10에 따라 제조된 바인더를 이용한 것 이외에는 모두 상기 실시예 13과 동일하게 실시하여, 코팅 세퍼레이터를 제조하였다. A coating separator was produced in the same manner as in Example 13 except that the binder prepared in Example 10 was used.
(실시예 23) (Example 23)
상기 실시예 11에 따라 제조된 바인더를 이용한 것 이외에는 모두 상기 실시예 13과 동일하게 실시하여, 코팅 세퍼레이터를 제조하였다. A coating separator was prepared in the same manner as in Example 13 except that the binder prepared in Example 11 was used.
(실시예 24) (Example 24)
상기 실시예 12에 따라 제조된 바인더를 이용한 것 이외에는 모두 상기 실시예 13과 동일하게 실시하여, 코팅 세퍼레이터를 제조하였다. A coating separator was prepared in the same manner as in Example 13 except that the binder prepared in Example 12 was used.
(비교예 1) (Comparative Example 1)
바인더로 25 중량% 폴리비닐리덴 플루오라이드 물분산액(Solvay社 제조 Solef90000)(27.2g, NV환산 6.8g, 베마이트 전체 중량에 대하여 10 중량%)을 이용한 것을 제외하고는 모두 상기 실시예 13과 동일하게 실시하여, 코팅 세퍼레이터를 제조하였다. Except that 25% by weight of polyvinylidene fluoride aqueous dispersion (Solef90000 manufactured by Solvay Co., Ltd.) (27.2 g, 6.8 g in terms of NV, 10% by weight based on the total weight of boehmite) was used as a binder To prepare a coating separator.
<4. 코팅층의 밀착성 평가> <4. Coating layer adhesion evaluation >
스테인리스 강판 위로 고정한 코팅 세퍼레이터에, 폭 1.5cm의 점착 테이프(니치반사(Nichiban Co., ltd.)제 셀로테이프(Celotape, 등록상표) No.405)을 부착하였다. Adhesive tape (Celotape (registered trademark) No. 405 made by Nichiban Co., ltd.) Having a width of 1.5 cm was attached to the coated separator fixed on the stainless steel plate.
그리고, 박리 시험기(시마즈제작소사(Shimadzu Corporation)제 SHIMAZU EZ-S)을 이용하여, 180ㅀ필링테스트로 필 강도(peel strength)를 측정하였다. The peel strength was measured by a peel test machine (SHIMAZU EZ-S manufactured by Shimadzu Corporation) using a 180 ㅀ peeling test.
측정된 밀착성 평가 결과를 하기 표 1에 나타내었다. The results of the measured adhesion are shown in Table 1 below.
<5. 열수축 평가> <5. Heat Shrinkage Evaluation>
도 2에 도시한 바와 같이, 코팅 세퍼레이터를 TD*MD=60mm*80mm이 되게 잘라내고, TD/MD 방향으로 노기스(nonius)를 이용해서 50mm의 간격으로 표시하였다. As shown in Fig. 2, the coated separator was cut into TD * MD = 60 mm * 80 mm, and the distance was indicated at intervals of 50 mm by using a nonius in the TD / MD direction.
상기 세퍼레이터를 둘로 접은 알루미늄 박의 사이에 끼우고, 130℃의 항온조 중에 60분 동안 유지하였다. 이어서, 세퍼레이터를 꺼낸 후, TD/MD 각각의 표시 간격을 노기스로 읽어내고, 다음 식에 따라서 열수축률을 산출하였다. The separator was sandwiched between two folded aluminum foils, and kept in a thermostat at 130 캜 for 60 minutes. Subsequently, after the separator was taken out, the display interval of each of the TD / MD was read by Nogus and the heat shrinkage rate was calculated according to the following formula.
얻어진 열수축 평가 결과를 통합해서 하기 표 1에 나타내었다. The heat shrinkage evaluation results obtained are collectively shown in Table 1 below.
수축률(%)=((50-가열후의 간격)/50)*100) Shrinkage percentage (%) = ((50-interval after heating) / 50) * 100)
상기 표 1의 결과로부터, 실시예 1 내지 12에 따라 제조된 바인더, 다시 말해, Tg가 50℃ 이상, 200℃ 이하인 하드 세그먼트와, Tg가 -100℃ 이상, 30℃ 이하의 소프트 세그먼트로 이루어지는 IPN형 아크릴계 수지를 포함하는 바인더는 내열성 및 접착력이, PVDF 바인더보다 매우 우수함을 알 수 있다. From the results shown in the above Table 1, it can be seen that the binder prepared according to Examples 1 to 12, that is, the hard segment having a Tg of 50 ° C or higher and 200 ° C or lower, and the soft segment having Tg of -100 ° C or higher and 30 ° C or lower, Type acrylic resin is superior to the PVDF binder in terms of heat resistance and adhesion.
<6. 이차 전지 제조> <6. Secondary Battery Manufacturing>
(실시예 25) (Example 25)
(음극 합재 슬러리의 제조) (Preparation of negative electrode slurry)
인조흑연 96 중량%, 아세틸렌 블랙 2 중량%, 스티렌 부타디엔 공중합체(SBR) 바인더 1 중량%, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 1 중량%을 혼합하고, 이 혼합물에 점도조정을 위해서 물을 첨가하여, 음극 합재 슬러리를 제조하였다. Water was added to the mixture to adjust the viscosity to 96% by weight of artificial graphite, 2% by weight of acetylene black, 1% by weight of a styrene butadiene copolymer (SBR) binder and 1% by weight of carboxymethyl cellulose (CMC) To prepare a slurry.
상기 음극 합재 슬러리 중의 비휘발 성분은 슬러리 총 중량에 대하여 48 중량%이었다. The nonvolatile component in the negative electrode slurry was 48% by weight based on the total weight of the slurry.
(음극의 제조) (Preparation of negative electrode)
이어서, 건조 후의 합재 도포량(면밀도)이 9.55mg/cm2이 되게 바 코터의 갭을 조정하고, 이 바 코터를 사용하여 음극 합재 슬러리를 구리박(집전체, 두께 10㎛)에 균일하게 도포하였다. Subsequently, the gap of the bar coater was adjusted so that the coating amount (area density) after drying was 9.55 mg / cm 2 , and the negative electrode slurry was uniformly coated on the copper foil (collector,
이어서, 음극 합재 슬러리를 80℃로 설정한 송풍형 건조기로 15분 건조하였다. 건조 후의 음극 합재를 롤 프레스기를 사용하여 합재 밀도가 1.65g/cm3이 되게 프레스하였다. Subsequently, the negative electrode slurry was dried for 15 minutes in a blower dryer set at 80 占 폚. The negative electrode mixture after drying was pressed using a roll press machine to have a compound density of 1.65 g / cm 3 .
이어서, 음극 합재를 150℃로 6시간동안 진공건조하여, 음극 집전체와 음극 활물질층을 포함하는 시트 형의 음극을 제조하였다. Subsequently, the negative electrode mixture was vacuum-dried at 150 占 폚 for 6 hours to prepare a sheet-like negative electrode including the negative electrode collector and the negative electrode active material layer.
(양극 합재 슬러리의 제조) (Preparation of positive electrode slurry)
고용체 산화물 Li1.20Mn0.55Co0.10Ni0.15O2 96 중량%, 케첸 블랙 2 중량%, 폴리 비닐리덴 플루오라이드 2 중량%를 N-메틸-2-피롤리돈에 분산시켜 양극 합재 슬러리를 제조하였다. Solid solution oxides Li 1.20 Mn 0.55 Co 0.10 Ni 0.15 O 2 96 wt%, Ketjenblack 2 wt%, and polyvinylidene fluoride 2 wt% were dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a positive electrode slurry.
한편, 양극 합재 슬러리 중의 비휘발 성분은 슬러리 총 질량에 대하여 50 중량%이었다. On the other hand, the nonvolatile component in the positive electrode composite slurry was 50% by weight based on the total mass of the slurry.
(양극의 제조) (Preparation of positive electrode)
이어서, 건조 후의 합재 도포량(면 밀도)이 22.7mg/cm2이 되게 바 코터의 갭을 조정하고, 이 바 코터에 의해 양극 합재 슬러리를 집전체인 알루미늄 집전박 위로 도포하였다. Subsequently, the gap of the bar coater was adjusted so that the applied amount (plane density) of the mixture after drying was 22.7 mg / cm 2 , and the positive electrode slurry slurry was applied to the aluminum current collector foil as the current collector by the bar coater.
이어서, 양극 합재 슬러리를 80℃로 설정한 송풍형 건조기로 15분 건조하였다. Subsequently, the positive electrode slurry was dried for 15 minutes in a blower dryer set at 80 캜.
이어서, 건조 후의 양극 합재를 롤 프레스기에 의해 합재 밀도가 3.9g/cm3이 되게 프레스하였다. Subsequently, the dried positive electrode mixture was pressed by a roll press so that the compound density became 3.9 g / cm < 3 & gt ;.
이어서, 양극 합재를 80℃로 6시간 진공 건조하여, 양극 집전체와 양극 활물질층을 포함하는 시트 형의 양극을 제조하였다. Subsequently, the positive electrode mixture was vacuum-dried at 80 占 폚 for 6 hours to prepare a sheet-like positive electrode comprising the positive electrode collector and the positive electrode active material layer.
(리튬 이온 이차 전지의 제조) (Production of lithium ion secondary battery)
상기 공정으로 제조된 음극을 직경 1.55cm의 원형으로, 상기 공정으로 제조된 양극을 직경 1.3cm의 원형으로 각각 절단하였다. The negative electrode prepared in the above process was cut into a circle having a diameter of 1.55 cm and the positive electrode prepared by the above process into a circle having a diameter of 1.3 cm.
이어서, 상기 실시예 13에 따라 제조된 코팅 세퍼레이터를 직경 1.8cm의 원형으로 절단하였다. Then, the coated separator produced according to Example 13 was cut into a circle 1.8 cm in diameter.
직경 2.0cm의 스테인리스강제 코인 외장용기 내에, 직경 1.3cm의 원형으로 절단한 양극, 직경 1.8cm의 원형으로 절단한 코팅 세퍼레이터, 직경 1.55cm의 원형으로 절단한 음극, 및 스페이서로 직경 1.5cm의 원형으로 절단한 두께 200㎛의 구리박을, 이 순서대로 적층하였다. In a stainless steel coin type external container having a diameter of 2.0 cm, a positive electrode cut into a circle of 1.3 cm in diameter, a coating separator cut into a circle 1.8 cm in diameter, a negative electrode cut into a circle of 1.55 cm in diameter, and a circle 1.5 cm in diameter And a copper foil having a thickness of 200 mu m cut out in this order were laminated in this order.
상기 용기에 전해액(1.4M의 LiPF6이 용해된 에틸렌 카보네이트/디에틸카보네이트/플루오로에틸렌 카보네이트 혼합 용액(=10/70/20 부피비))을 150ㅅL 첨가하였다. To the vessel was added 150 L of an electrolytic solution (ethylene carbonate / diethyl carbonate / fluoroethylene carbonate mixed solution (= 10/70/20 volume ratio) in which 1.4 M of LiPF 6 was dissolved).
이어서, 폴리프로필렌 패킹을 사이에 끼우고, 스테인리스강 캡을 용기에 덮어, 코인 전지 제작용 접합기로 용기를 밀봉하였다. Then, the polypropylene packing was sandwiched therebetween, and the stainless steel cap was covered with the container, and the container was sealed with an adapter for producing a coin cell.
이 공정으로, 실시예 13의 세퍼레이터를 사용한 리튬 이온 이차 전지(코인 셀)을 제조하였다. In this process, a lithium ion secondary cell (coin cell) using the separator of Example 13 was produced.
(실시예 26 내지 36 및 비교예 2) (Examples 26 to 36 and Comparative Example 2)
하기 표 2에 나타낸 세퍼레이터를 사용한 것 이외에는 모두 상기 실시예 25와 동일하게 실시하여, 실시예 26 내지 36, 및 비교예 2의 리튬 이온 이차 전지를 제조하였다. Lithium ion secondary batteries of Examples 26 to 36 and Comparative Example 2 were produced in the same manner as in Example 25 except that the separators shown in Table 2 were used.
<7. 사이클 수명의 평가> <7. Evaluation of cycle life>
상기 실시예 25 내지 36 및 비교예 2에 따른 리튬 이온 이차 전지를 25℃에서 0.2C로 1회 충방전하였다. The lithium ion secondary batteries according to Examples 25 to 36 and Comparative Example 2 were charged and discharged once at 25 ° C at 0.2C.
그 후, 1.0C로 리튬 이온 이차 전지를 충방전하는 충방전 사이클을 100회 반복하였다. Thereafter, a charge-discharge cycle for charging / discharging the lithium ion secondary battery at 1.0 C was repeated 100 times.
100 사이클 시(1.0C 충방전 사이클의 100회째)의 방전 용량을 1사이클 시(1.0C 충방전 사이클의 1회째)의 방전 용량으로 나누어, 방전 용량 유지율(백분율)을 산출하였다. 용량유지율이 클수록 사이클 수명이 좋은 것을 나타낸다. The discharge capacity retention ratio (percentage) was calculated by dividing the discharge capacity at the time of 100 cycles (100th cycle of the 1.0C charge / discharge cycle) by the discharge capacity at the time of one cycle (first cycle of 1.0C charge / discharge cycle). The larger the capacity retention rate, the better the cycle life.
그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. The results are shown in Table 2 below.
상기 표 2에 나타낸 것과 같이, 실시예 25 내지 36의 리튬 이온 이차 전지의 사이클 특성이 비교예 2에 비하여 향상되었음을 알 수 있다. As shown in Table 2, it can be seen that the cycle characteristics of the lithium ion secondary batteries of Examples 25 to 36 were improved as compared with Comparative Example 2.
이 결과로부터, 실시예 1 내지 12의 바인더는 높은 내열성 및 강한 접착력을 가짐을 알 수 있다. From these results, it can be seen that the binders of Examples 1 to 12 have high heat resistance and strong adhesive force.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명이 바람직한 실시형태에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to these examples.
본 발명이 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 자라면, 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경 또는 수정할 수 있음은 명확하며, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the scope of the technical idea defined in the appended claims. Quot; range "
예를 들면, 상기 실시예에서는 리튬 이온 이차 전지에 본 실시형태에 따른 바인더를 사용했지만, 다른 종류의 이차 전지에 본 실시형태에 따른 바인더를 사용 할 수도 있다. For example, in the above embodiment, the binder according to the present embodiment is used for the lithium ion secondary battery, but the binder according to the present embodiment can also be used for other kinds of secondary batteries.
[부호의 설명] [Description of Symbols]
10: 리튬 이온 이차 전지 10: Lithium ion secondary battery
20: 양극 20: anode
30: 음극 30: cathode
40: 세퍼레이터 40: Separator
40a: 기재 40a:
40b: 코팅층 40b: Coating layer
Claims (7)
이차 전지용 바인더. A hard segment having a glass transition temperature (Tg) of 50 DEG C or more and 200 DEG C or less; And an interpenetrating polymer network (IPN) type acrylic resin including a soft segment having a glass transition temperature (Tg) of -100 DEG C to 30 DEG C
Binder for secondary battery.
상기 하드 세그먼트의 힐데브란드 용해도 파라미터의 값이 21 이상, 25 이하이며, 상기 소프트 세그먼트의 힐데브란드 용해도 파라미터의 값이 16 이상, 25 이하인 이차전지용 바인더. The method according to claim 1,
Wherein the value of the Hildebrand solubility parameter of the hard segment is 21 or more and 25 or less and the value of the Hildebrand solubility parameter of the soft segment is 16 or more and 25 or less.
상기 하드 세그먼트는 폴리 메타아크릴로니트릴, 폴리 N-(이소부톡시메틸)아크릴아미드 및 폴리 N-페닐메타크릴아미드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, 상기 소프트 세그먼트는 폴리부틸 아크릴레이트 및 폴리 2-시아노에틸아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 이차 전지용 바인더. The method according to claim 1,
Wherein the hard segment comprises at least one selected from the group consisting of polymethacrylonitrile, poly N- (isobutoxymethyl) acrylamide and poly N-phenyl methacrylamide, the soft segment comprising polybutyl acrylate and poly - < / RTI > cyanoethyl acrylate.
상기 코팅층은 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 이차전지용 바인더를 포함하는 것인
이차전지용 세퍼레이터. And a coating layer formed on at least one surface of the substrate,
Wherein the coating layer comprises the binder for a secondary battery according to any one of claims 1 to 3
Separator for secondary battery.
상기 코팅층은 무기입자를 더욱 포함하는 것인 이차전지용 세퍼레이터. 5. The method of claim 4,
Wherein the coating layer further comprises inorganic particles.
포함하는 이차 전지.And a coating layer formed on at least one surface of the substrate, wherein the coating layer comprises a separator comprising the binder according to any one of claims 1 to 3
Containing secondary batteries.
상기 코팅층은 무기입자를 더욱 포함하는 것인 이차 전지. The method according to claim 6,
Wherein the coating layer further comprises inorganic particles.
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