KR20160113077A - 안전성을 높인 이차전지 복합 분리막 - Google Patents

안전성을 높인 이차전지 복합 분리막 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이차전지의 안전성을 높이기 위한 분리막에 대한 고안이다.
코팅막 또는 일반막은 내구성과 인장력이 약하기 쉽다.
보통의 분리막 재질보다 인장강도가 높은 아라미드 섬유와 같은 고강도 섬유를 이용해 방직할 수 있다. 여기에 코팅을 더할 수 있다.
인장강도를 높이고 균일도도 높일 수 있다.

Description

안전성을 높인 이차전지 복합 분리막{complex separator}
본 발명은 이차전지의 안전성을 높이기 위한 분리막에 대한 고안이다.
분리막의 복합구조 기술이 개발되어 있다.
(분리막, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 복합막 출원번호 10- 2011- 0036768)
섬유질을 갖는 분리막 기술이 개발되어 있다.
(섬유질 지지체로 강화한 고 인장강도의 중공사 분리막 출원번호 20-2002- 0004436)
적어도 일면이 코팅된 섬유층을 지닌 분리막 기술
(고강도 아라미드 섬유층을 지닌 분리막 및 이를 이용한 이차전지 출원번호- 10-2012-0006076)
전기화학소자용 복합막, 그 제조방법 및 이를 구비한 전기화학소자( 출원번호 10-2003-0093184 등록번호-10-0470314)
코팅막 또는 일반막은 내구성과 인장력이 약하기 쉽다.
섬유질을 이용한 것이 개발되었으나 이것도 내구성과 인장력 등에 한계를 갖는다. 코팅된 섬유질이 개발되어 있으나 내구성과 인장력 등에 한계를 갖는다.
비닐 우산과 달리 천우산 과 같이 직물로 제조된 천의 경우 강한 내구성을 갖는다. 안정성이 중요한 분리막을 이러한 직물의 특성을 이용할 수 있다.
코팅된 양 쪽의 물질 사이에 우산과 같이 방수되는 천으로 제조된 분리막을 하나이상 더 넣어 분리를 더 철저히 하여 안전성을 높일 수 있다.
천을 코팅 할 수 있다.
코팅되어 있을 경우 양 옆보다는 중간부분에 내구성에 이상이 생기기 쉬운데 직물제조된 것을 이용하면 이러한 단점을 줄일 수 있다.
복합식이 가능하다. 방직과정을 거칠 수 있다.
보통의 분리막 재질보다 인장강도가 높은 아라미드 섬유와 같은 고강도 섬유를 이용해 방직할 수 있다. 여기에 코팅을 더할 수 있다.
금이 가거나 균얼이 있을 수 있는데 직물로 제조될 경우 이런 위험성이 없다.
코팅막에 부착될 경우 코팅막에 금이 가는 것도 막을 수 있어 내구성을 더욱 증대 시킬 수 있다. 인장력을 높여 휨을 줄여 균열을 줄일 수 있다.
배터리의 안전성을 확보할 수 있다. 특히 휴대기기에서는 반복되는 하중이 가해지는 등 여러 내구성 저하요인 때문에 안전도를 높일 필요가 있다.
편직물 구조로 신축력을 줄 수 있어 신축력이 없는 소재도 사용 가능하여 높은 인장강도를 지닌 재료의 특성을 이용할 수 있다.
비닐 우산보다 천 우산이 더 내구성이 좋듯이 내구성을 높일 수 있다. 예를 들어 비닐 우산의 경우 같은 강도의 하중이 가해졌을때 더 쉽게, 많이 찢어진다.
편직물 구조의 경우 실이 휘어져 있어 균열에 강하다. 수축에 강하다. 인장력에 강하다. 쉽게 찢어지지 않는다.
같은 나일론 재질로 만들어 졌다고 해도 방직구조가 훨씬 내구성이 강할 수 있다. 마찰력에 의해 바로 옆부분도 당기고 있어서 쉽게 찢어지지 않는다.
방직으로 인한 섬유 교차점에서 마찰력이 발생하여 힘을 분산시킨다.
또한 방직으로 인한 섬유 교차점에서 휘어져 수축력을 증대시킨다. 또한 방직으로 섬유의 강한 인장력이 전체에 걸쳐 지지되고 섬유끼리 이어져 내구성을 증대시킨다. 부직포와 천의 인장력이 차이가 나는 것과 같은 원리로 인장력의 자이가 나게 된다.
코팅 될 경우 안전도를 더 증대시킬 수 있다.
보통의 분리막 재질보다 인장강도가 높은 아라미드 섬유와 같은 고강도 섬유를 이용해 방직했을 경우 인장강도를 높이고 균일도도 높일 수 있다.
여기에 코팅을 더할 경우 더욱 안정적이다.
1-섬유를 방직한 분리막
2- 섬유를 방직한 분리막 예2
3- 여러겹을 한번 묶어 고정시킨 분리막
4- 여러겹을 일정간격으로 엑스형으로 묶어서 고정시킨 분리막
5- 여러겹을 바느질로 고정시킨 분리막
이차전지에 있어 양극과 음극이 만나는 것을 막고 이온을 통과하도록 하는 분리막이 존재한다. 이 발명은 이 분리막에 관한 것이다.
일반적으로 분리막은 PE(폴리 에틸렌) 또는 PP(폴리프로필렌) 재질이 사용된다고 한다. 또한 분리막은 균일할수록 성능이 향상된다고 한다.
내구성이 중요할 경우 비닐보다는 방수천의 재질이 많이 쓰이는 원리를 응용할 수 있다. 우산의 경우 비닐 우산보다 방수천의 재질이 많이 쓰인다.
우산과 같은 방수 천을 만드는 원리를 이용할 수 있다. 방수천의 경우 비닐보다 얇은 두께에서도 균열이 일어나지 않고 내구성이 강하면서도 물의 이동은 막으면서도 틈새를 균일하게 지닐 수 있다.
나일론 천을 코팅하여 사용할 수 있다.
초극세 섬유를 이용할 수 있다.
나노 섬유를 이용할 수 있다. 나노 섬유로 편직물을 짤 수 있다. 나노 섬유를 한가닥 이상으로 편직물을 짤 수 있다.
이 경우 매우 얇은 방직물을 얻을 수 있다. 다층의 나노 방직물을 사용할 수 있다. 나노 섬유를 이용했을 때와 같은 두께가 가능하다. 다층의 중간 중간에 코팅물질로 서로 고정되도록 할 수 있다.
강도가 높은 섬유를 이용할 수 있다. 이미 개발된 아라미드 섬유 등 고강도의 섬유를 사용할 수 있다. 아라미드 섬유는 방탄복 등에 많이 쓰이는 섬유라고 한다. 길이가 짧은 섬유의 경우 섬유를 이어서 방직할 수 있다.
무기섬유를 이용할 수 있다. 유리섬유를 이용할 수 있다. 나일론을 이용할 수 있다. 다공성 섬유를 이용할 수 있다.
편직물 구조로 신축력을 줄 수 있어 신축력이 없는 소재도 사용 가능하여 높은 인장강도를 지닌 재료의 특성을 이용할 수 있다.
여기에 코팅 할 수 있다.
편물 형태의 제조가 가능하다. 편물 형태일 경우 막이 20%-200% 이상 늘어날 수 있어 열수축(20%)을 할 경우 유리하다. 편물의 경우 조끼와 같이 늘어나도록 짜인 섬유 결합 방법을 말한다.
보통 기공의 크기로 틈새의 크기를 할 수 있다. 보통 분리막의 기공의 크기를 직물의 틈새의 크기로 할 수 있다. 상기 편직물의 틈새의 크기가 보통 기공의 크기인0.005이상 3㎛이하인 분리막 일 수 있다.
직물의 경우 능직등 여러 직물 제조법이 가능하다.
편물의 경우 조끼와 같이 신축성이 높은 방직 방법인데 여러 편물을 짜는 방법이 있다.
방직을 할 경우 도2와 같이 섬유보다 틈새가 더 많이 차지할 수 있는데 여러겹 겹칠 경우 틈새가 어긋나면 틈새가 막혀 비효율적이 된다. 따라서 틈새를 하나로 정렬할 수 있다. 여러층을 서로 이을 수 있다.
여러겹의 섬유를 방직으로 인한 섬유 교차점을 묶어줄 수 있다. 간격마다 묶어줄 수 있다. 10개의 간격이나 20개의 간격 등 간격을 줄 수 있다. 이경우 섬유를 더 굵게도 할 수 있어 유리하다. 바느질로 고정시킬 수 있다. 방직방법으로 고정시킬 수 있다.
코팅물질로 여러겹의 섬유 틈새가 맞도록 부착되도록 할 수 있다.
격자형이 될 수 있다.
분자도 들어갈 수 있을 정도의 크기일 수 있다. 분자는 코팅막이 담당하고 섬유 방직물은 인장응력만 담당하도록 할 수 있다.
위의 방법을 코팅방법과 복합적으로 사용하거나 기존 분리막 방법과 혼용하여 사용할 수 있다.
여기서 능직물이란 방직과정으로 제조된 천의 모든 짜인 종류를 말한다.
위의 방법에 기존 분리막 기술을 혼용하여 사용할 수 있다.
이 발명은 수처리 등에 있어서의 분리막에도 적용가능하다.
1-섬유 2-틈새 3- 방직으로 인한 섬유 교차점
8- 한번매듭으로 고정 9-엑스형 매듭으로 고정
10- 바느질형으로 고정

Claims (16)

  1. 섬유를 방직과정을 거쳐 편직물의 형태로 제조된 분리막
  2. 청구항 제 1항에 있어서, 상기 섬유가 고강도인 분리막
  3. 청구항 제 2항에 있어서, 상기 편직물 형태에 코팅시킨 분리막
  4. 청구항 제 2항에 있어서, 상기 편직물 형태가 코팅물질로 부착된 분리막
  5. 청구항 제 2항에 있어서, 상기 편직물 형태를 코팅된것 사이에 끼운 분리막
  6. 청구항 제 2항에 있어서, 상기 편직물 형태를 코팅된것 사이에 부착한 분리막
  7. 청구항 제 1항에 있어서, 상기 편직물이 여러겹인 분리막
  8. 청구항 제 7항에 있어서, 상기 여러겹을 틈새를 맞춘 분리막
  9. 청구항 제 7항에 있어서, 상기 여러겹을 틈새를 맞춰 코팅물질로 고정시킨 분리막
  10. 청구항 제 7항에 있어서, 상기 편직물의 섬유의 교차점을 묶어준 분리막
  11. 청구항 제 1항에 있어서, 상기 편직물 형태를 고강도의 섬유를 이용한 분리막
  12. 청구항 제 8항에 있어서, 상기 편직물 형태를 길이가 짧은 고강도 섬유를 이어서 방직한 분리막
  13. 청구항 제 8항에 있어서, 상기 고강도 섬유를 아라미드 섬유를 이용한 분리막
  14. 청구항 제 1항에 있어서, 상기 편직물 형태를 초극세사를 이용한 분리막
  15. 청구항 제 1항에 있어서, 상기 편직물 형태를 나노섬유를 이용한 분리막
  16. 청구항 제 1항에 있어서, 상기 섬유가 다공성 섬유인 분리막
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