KR20160124354A - Polymer films having dispersed vermiculite fine particles and Methods for preparing the same - Google Patents

Polymer films having dispersed vermiculite fine particles and Methods for preparing the same Download PDF

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KR20160124354A
KR20160124354A KR1020150054368A KR20150054368A KR20160124354A KR 20160124354 A KR20160124354 A KR 20160124354A KR 1020150054368 A KR1020150054368 A KR 1020150054368A KR 20150054368 A KR20150054368 A KR 20150054368A KR 20160124354 A KR20160124354 A KR 20160124354A
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남윤성
정준영
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Abstract

The present invention provides a fire retardant polymer film in which fine vermiculite particles having a fire retardant feature, a flexible feature, and a porous feature are dispersed, an isolation film for a lithium ion electrode including the same, and a manufacturing method of the retardant polymer film. According to the present invention, the polymer film has excellent fire prevention performance to endure at even a high temperature of 400C or higher for several minutes so that the polymer film can be a battery isolation film to prevent explosion or fire of a lithium ion battery. Furthermore, according to the present invention, the fire retardant polymer film has flexibility to be applied to flexible lithium ion battery development.

Description

버미큘라이트 미세입자가 분산된 난연성 고분자 필름 및 이의 제조방법{Polymer films having dispersed vermiculite fine particles and Methods for preparing the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a flame-retardant polymer film in which vermiculite fine particles are dispersed and a method for preparing the same.

본 발명은 버미큘라이트 미세입자가 분산된 난연성 고분자 필름, 이를 포함하는 리튬이온 전지용 분리막 및 상기 난연성 고분자 필름의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a flame retardant polymer film in which vermiculite fine particles are dispersed, a separator for a lithium ion battery comprising the same, and a process for producing the flame retardant polymer film.

전지는 휴대전화와 노트북을 비롯하여 전기 자동차에 이르기까지 다양한 전기 기기에서 사용되고 있다. 더 높은 전력을 얻기 위하여, 전지는 전형적으로 수 개의 전지로부터 직렬 또는 병렬로 접속되는 다수의 전지를 수용하는 전지 팩을 형성하도록 적층될 수 있다.Batteries are used in a variety of electrical devices, from cell phones and laptops to electric cars. To obtain higher power, a battery may be stacked to form a battery pack that typically houses a plurality of cells connected in series or in parallel from several batteries.

충전 및 방전 중에 전지의 온도는 상승할 수 있다. 열이 전지로부터 충분히 소산될 수 없는 경우, 전지는 화재를 일으키거나 폭발할 수 있다. 전지가 손상되거나 변형된 경우에 점화 또는 폭발의 위험은 더 높아진다. 이러한 문제는 고출력의 리튬이온 전지가 현재 사용되는 전기 차량의 분야와 특히 관련된다.The temperature of the battery may rise during charging and discharging. If the heat can not be sufficiently dissipated from the battery, the battery may cause a fire or explode. The risk of ignition or explosion is higher when the battery is damaged or deformed. This problem is particularly relevant to the field of electric vehicles in which high power lithium ion batteries are currently used.

리튬이온 전지에서 전극들 사이에 전해질이 존재하고, 전극은 이온이 통과할 수 있는 분리막(separator)에 의해 상호로부터 분리된다. 재료의 입자 크기를 감소시키도록, 즉 재료를 미세화시킴으로써 전극의 활성 표면적을 증가하는 것이 통상적으로 바람직하다. 그러나, 전지가 사용되고 있을 때, 입자들은 응집, 즉 입자 크기가 성장하기 시작한다는 것이 주목되어 왔다. 최악의 경우, 이것은 분리막의 파손 및 전지 내의 단락을 초래할 수 있고, 이와 같은 상황은 전지 내에 때때로 존재하는 불순물 금속 입자가 분리막을 파손시키는 경우에도 발생할 수 있다.In a lithium ion battery, an electrolyte exists between the electrodes, and the electrodes are separated from each other by a separator through which the ions can pass. It is typically desirable to increase the active surface area of the electrode by reducing the particle size of the material, i. However, it has been noted that when the cell is being used, the particles begin to agglomerate, i. E., The particle size begins to grow. In the worst case, this can lead to breakage of the separator and a short circuit in the cell, and such a situation may occur even when the impurity metal particles occasionally present in the cell break the separator.

전지 내 단락 후에는 전해질로서 사용되는 유기 카보네이트의 발화와 온도의 신속한 상승에 기인된 전지 내의 내부 과압과 폭발이 발생할 수 있다.After an in-cell short circuit, internal overpressure and explosion in the cell may occur due to ignition of the organic carbonate used as the electrolyte and rapid rise of the temperature.

현재 상업적으로 판매 중인 전지 분리막은 1시간 동안 150℃에 노출 시 열수축을 일으키는 것으로 알려져 있다1. 또한, DSC 온도기록(DSC thermograms) 분석은 폴리프로필렌 분리막과 폴리에틸렌 분리막의 셧다운 온도가 각각 165℃와 135℃임을 보여주었다2. 따라서, 상기 두 분리막은 200℃ 이상에서 열안정성을 갖지 못한다. 이에 따라, 전지 분리막이 400℃ 이상의 온도에서 몇 분간 견딜 수 있다면, 리튬이온 전지 분리막 소재로서 매우 유망할 것이다.
Currently commercially available battery membranes are known to cause heat shrinkage upon exposure to 150 ° C for 1 hour [ 1] . DSC thermograms analysis also showed that the shutdown temperatures of the polypropylene and polyethylene separators were 165 ° C and 135 ° C, respectively 2 . Therefore, the two separators do not have thermal stability at 200 ° C or higher. Accordingly, if the battery separator can withstand a temperature of 400 DEG C or more for several minutes, it is very promising as a lithium ion battery separator material.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.Numerous papers and patent documents are referenced and cited throughout this specification. The disclosures of the cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety to better understand the state of the art to which the present invention pertains and the content of the present invention.

Cho, Tae-Hyung, et al. Journal of Power Sources 181.1 (2008): 155-160. Cho, Tae-Hyung, et al. Journal of Power Sources 181.1 (2008): 155-160. Venugopal, Ganesh, et al. Journal of Power Sources 77.1 (1999): 34-41. Venugopal, Ganesh, et al. Journal of Power Sources 77.1 (1999): 34-41.

본 발명자들은 리튬이온 전지의 분리막으로서 사용이 가능할 뿐만 아니라, 고온(200℃ 이상)에서 견딜 수 있는 난연 성능을 갖는 신규 소재를 개발하기 위하여 연구 노력하였다. 그 결과, 버미큘라이트 미세입자, 광중합성 고분자 및 광개시제를 용제에 혼합한 후 광 경화를 유도하는 간단한 방법을 통하여, 난연성, 유연성 및 다공성 특징을 갖는 고분자 필름을 제조함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have made efforts to develop a novel material which can be used not only as a separator for a lithium ion battery but also has a flame retardant performance capable of withstanding at a high temperature (200 ° C or higher). As a result, the present invention has been accomplished by preparing a polymer film having flame retardance, flexibility and porosity characteristics through a simple method of mixing photo-curing after mixing vermiculite fine particles, photopolymerizable polymer and photoinitiator into a solvent.

따라서, 본 발명의 목적은 난연성 고분자 필름을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a flame-retardant polymer film.

본 발명의 다른 목적은 리튬이온 전지용 분리막을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a separator for a lithium ion battery.

본 발명의 또 다른 목적은 난연성 고분자 필름의 제조방법을 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to provide a method for producing a flame-retardant polymer film.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 광중합성 고분자가 형성한 고분자 필름; 및 상기 고분자 필름에 분산된 버미큘라이트 미세입자를 포함하는 난연성 고분자 필름을 제공한다.
According to one aspect of the present invention, the present invention provides a polymer film formed by a photopolymerizable polymer; And a flame-retardant polymer film comprising vermiculite fine particles dispersed in the polymer film.

본 발명자들은 리튬이온 전지의 분리막으로서 사용이 가능할 뿐만 아니라, 고온(200℃ 이상)에서 견딜 수 있는 난연 성능을 갖는 신규 소재를 개발하기 위하여 연구 노력하였다. 그 결과, 버미큘라이트 미세입자, 광중합성 고분자 및 광개시제를 용제에 혼합한 후 광 경화를 유도하는 간단한 방법을 통하여, 난연성, 유연성 및 다공성 특징을 갖는 고분자 필름을 제조하였다.The present inventors have made efforts to develop a novel material which can be used not only as a separator for a lithium ion battery but also has a flame retardant performance capable of withstanding at a high temperature (200 ° C or higher). As a result, a polymer film having flame retardance, flexibility and porosity characteristics was prepared by mixing a vermiculite fine particle, a photopolymerizable polymer and a photoinitiator in a solvent and then inducing photo - curing.

본 명세서에서 사용된 용어, "난연성"은 불에 연소되기 어려운 재료의 성질을 의미하며, 난연성은 "내연성", "방화 성능", "내열성"과 같은 용어로도 표현할 수 있다.As used herein, the term "flame retardant" means the property of a material that is difficult to burn to fire, and the flame retardancy can be expressed in terms of "flame retardancy "," fire resistance ", and "heat resistance ".

상기 고분자 필름은 광 경화를 통하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 광중합성 고분자(광가교성 고분자), 버미큘라이트 미세입자, 용제 및 광개시제가 포함된 혼합물에 광(예컨대, UV)을 조사하여 광 경화시켜 고분자 필름을 제조할 수 있다.The polymer film can be produced through photo-curing. For example, a polymer film can be prepared by photo-curing a mixture containing a photopolymerizable polymer (photo-crosslinkable polymer), a vermiculite fine particle, a solvent and a photoinitiator by irradiation with light (for example, UV).

광 경화를 위하여 양이온성 광개시제나 라디칼형 광개시제를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 풀루카 제품으로서 Darocure 1173, Darocure 4265, Darocure 1664; Union Carbide의 Cyracure UVI-6990, Cyracure UVI-6974; Degusa의 Degacure; Asahi Denka의 SP-55, SP-150, SP-170; Ciba-Geigy의 Irgacure 261, Irgacure 184, Irgacure 819, Irgacure 907, Irgacure 2959 등의 광개시제를 사용할 수 있다.For photocuring, cationic photoinitiators or radical photoinitiators may be used. For example, Darocure 1173, Darocure 4265, Darocure 1664; Cyracure UVI-6990 from Union Carbide, Cyracure UVI-6974; Degusa's Degacure; Asahi Denka's SP-55, SP-150, SP-170; Photoinitiators such as Irgacure 261, Irgacure 184, Irgacure 819, Irgacure 907 and Irgacure 2959 of Ciba-Geigy can be used.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 혼합물 내 광중합성 고분자:버미큘라이트 미세입자의 중량비는 1:1-3.5이다.According to an embodiment of the present invention, the weight ratio of photopolymerizable polymer: vermiculite fine particles in the mixture is 1: 1-3.5.

하나의 특정예에서, 상기 혼합물 내 광중합성 고분자:버미큘라이트 미세입자의 중량비는 1:2.5-3.5이다.In one specific example, the weight ratio of photopolymerizable polymer: vermiculite microparticles in the mixture is 1: 2.5-3.5.

본 발명의 다른 일구현예에 따르면, 상기 혼합물 내 광중합성 고분자:버미큘라이트 미세입자:용제:광개시제의 중량비는 1:1-3.5:1-2:0.1-0.5이다.According to another embodiment of the present invention, the weight ratio of the photopolymerizable polymer: vermiculite fine particle: solvent: photoinitiator in the mixture is 1: 1-3.5: 1-2: 0.1-0.5.

하나의 특정예에서, 상기 혼합물 내 광중합성 고분자:버미큘라이트 미세입자:용제:광개시제의 중량비는 1:2.5-3.5:1.1-1.5:0.1-0.3이다.In one specific example, the weight ratio of photopolymerizable polymer: vermiculite fine particle: solvent: photoinitiator in the mixture is 1: 2.5-3.5: 1.1-1.5: 0.1-0.3.

하나의 특정예에서, 상기 혼합물 내 광중합성 고분자:버미큘라이트 미세입자의 중량비는 1:3.0-3.5, 1:3.1-3.5 또는 1:3.2-3.5이다.In one specific example, the weight ratio of photopolymerizable polymer: vermiculite microparticles in the mixture is 1: 3.0-3.5, 1: 3.1-3.5, or 1: 3.2-3.5.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 광중합성 고분자는 폴리(에틸렌글리콜) 디메타크릴레이트(Poly(ethylene glycol) dimethacrylate; PEGDMA)이다.According to an embodiment of the present invention, the photopolymerizable polymer is poly (ethylene glycol) dimethacrylate (PEGDMA).

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 용제는 알코올 용제이다. 일예로, 본 발명에서는 에탄올, 이소프로필 알코올 또는 메탄올을 이용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the solvent is an alcohol solvent. For example, ethanol, isopropyl alcohol or methanol may be used in the present invention.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 용제는 아세톤과 같은 휘발성이 강한 용제이다.According to one embodiment of the present invention, the solvent is a volatile solvent such as acetone.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 버미큘라이트 미세입자는 버미큘라이트를 그라인딩한 후, 체거름(sieve)하여 수득한 것이다. 예를 들어, 체거름 하여 수득한 버미큘라이트 미세입자의 직경은 45 ㎛ 이하이다.According to one embodiment of the present invention, the vermiculite fine particles are obtained by grinding the vermiculite and sieving the vermiculite. For example, the diameter of the vermiculite fine particles obtained by sieving is 45 占 퐉 or less.

본 발명에 따르면, 상술한 광 경화를 통하여 다양한 두께의 난연성 고분자 필름을 얻을 수 있다. 예를 들어, 상기 난연성 고분자 필름의 두께는 20-200 ㎛ 20-190 ㎛, 20-180 ㎛, 20-170 ㎛, 20-160 ㎛, 20-150 ㎛ 또는 20-140 ㎛이다.According to the present invention, a flame-retardant polymer film having various thicknesses can be obtained through the above-described photo-curing. For example, the thickness of the flame-retardant polymer film is 20-200 m, 20-190 m, 20-180 m, 20-170 m, 20-160 m, 20-150 m, or 20-140 m.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 난연성 고분자 필름은 다공성 구조를 갖는다(도 10 참조). 난연성 고분자 필름에 마련된 다공성 구조를 리튬이온이 통과할 수 있어, 본 발명의 난연성 고분자 필름을 리튬이온 전지용 분리막으로 개발할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the flame-retardant polymer film has a porous structure (see FIG. 10). The porous structure provided in the flame-retardant polymer film can pass through the lithium ion, and the flame-retardant polymer film of the present invention can be developed as a separator for a lithium ion battery.

아울러, 본 발명의 난연성 고분자 필름은 유연성을 가지므로, 방화 봉지, 방화 테이프, 손목 난연 필름, 휴대폰 난연 필름, 카펫 보호 필름, 필름 화재 지연제, 난연성 접착제 테이프 등의 개발에도 적용될 수 있다.
In addition, the flame-retardant polymer film of the present invention can be applied to the development of fireproof bags, fireproof tapes, wrist flame retardant films, mobile phone fire retardant films, carpet protective films, film fire retardants, and flame retardant adhesive tapes.

본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 상기 난연성 고분자 필름이 적용된 리튬이온 전지용 분리막을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a separation membrane for a lithium ion battery to which the flame retardant polymer film is applied.

본 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 상기 분리막을 포함하는 리튬이온 전지를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a lithium ion battery including the separator.

열적 부하 시 리튬이온 전지의 분리막은 용융되어 폭발을 야기하는 단락을 초래할 수 있는데, 본 발명의 고분자 필름은 400℃ 이상의 고온에서도 수분 이상 견딜 수 있는 우수한 방화 성능을 보유하고 있으므로, 리튬이온 전지의 폭발 및 화재 방지를 위한 목적으로 전지 분리막으로 활용될 수 있다. 나아가, 본 발명의 난연성 고분자 필름은 유연성을 갖기 때문에 플렉시블 리튬이온 전지 개발에도 응용될 수 있다.The polymer film of the present invention has excellent fire resistance capable of withstanding more than a few minutes at a high temperature of 400 DEG C or more, so that the explosion of the lithium ion battery And as a battery separator for the purpose of preventing fire. Furthermore, since the flame-retardant polymer film of the present invention has flexibility, it can be applied to the development of a flexible lithium ion battery.

본 발명의 리튬이온 전지는 난연성 고분자 필름이 적용된 분리막, 2개의 전극(+, -극) 및 전해액을 포함한다. 상기 전해액은 리튬염(예컨대, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO3C2F5)2, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiCl 등) 및 유기용매를 포함할 수 있다.The lithium ion battery of the present invention includes a separation membrane to which a flame-retardant polymer film is applied, two electrodes (+, - electrode) and an electrolytic solution. The electrolytic solution is a lithium salt (e.g., LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6, LiAsF 6, LiN (SO 3 C 2 F 5) 2, LiC 4 F 9 SO 3, LiClO 4, LiAlO 2, LiAlCl 4, LiCl , etc.) And organic solvents.

상기 유기용매는, 예를 들어, 리튬헥사플루오로포스페이트 등의 포스페이트류; 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트 등의 환상 카보네이트; 디메틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 디에틸카보네이트 등의 쇄상 카보네이트; 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, γ-부티로락톤 등의 에스테르류; 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란 등의 에테르류; 아세토니트릴 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등이 있다.
The organic solvent includes, for example, phosphates such as lithium hexafluorophosphate; Cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate; Chain carbonates such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and diethyl carbonate; Esters such as methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate and? -Butyrolactone; Ethers such as 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,2-dioxane and 2-methyltetrahydrofuran; Nitriles such as acetonitrile; Dimethylformamide, and the like.

본 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 난연성 고분자 필름의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a method for producing a flame-retardant polymer film, comprising the steps of:

(a) 용제에 광중합성 고분자, 버미큘라이트 미세입자 및 광개시제를 혼합하는 단계; 및(a) mixing a photopolymerizable polymer, a vermiculite fine particle and a photoinitiator in a solvent; And

(b) 단계 (a)의 혼합물에 광을 조사하여 중합반응을 유도하여 버미큘라이트 미세입자가 분산된 고분자 필름을 형성시키는 단계.(b) irradiating the mixture of step (a) with light to induce polymerization reaction to form a polymer film in which vermiculite fine particles are dispersed.

본 발명의 제조방법은 상술한 난연성 고분자 필름을 제조하는 방법에 관한 것이므로, 양 발명 사이의 공통된 내용은 본 명세서의 과도한 복잡성을 방지하기 위하여 생략한다.Since the production method of the present invention relates to a method for producing the above-mentioned flame retardant polymer film, the common content between the two inventions is omitted in order to avoid the excessive complexity of the present specification.

단계 (a)에서는 용제에 광중합성 고분자, 버미큘라이트 미세입자 및 광개시제를 넣어 혼합물을 얻는다.In step (a), a photopolymerizable polymer, a particulate microparticle and a photoinitiator are added to the solvent to obtain a mixture.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 단계 (a)에서 광중합성 고분자:버미큘라이트 미세입자의 중량비는 1:1-3.5이다.According to an embodiment of the present invention, in the step (a), the weight ratio of photopolymerizable polymer: vermiculite fine particles is 1: 1-3.5.

하나의 특정예에서, 상기 단계 (a)에서 광중합성 고분자:버미큘라이트 미세입자의 중량비는 1:2.5-3.5이다.In one particular example, the weight ratio of photopolymerizable polymer: vermiculite microparticles in step (a) is 1: 2.5-3.5.

본 발명의 다른 일구현예에 따르면, 상기 단계 (a)에서 광중합성 고분자:버미큘라이트 미세입자:용제:광개시제의 중량비는 1:1-3.5:1-2:0.1-0.5이다.According to another embodiment of the present invention, in the step (a), the weight ratio of the photopolymerizable polymer: vermiculite fine particle: solvent: photoinitiator is 1: 1-3.5: 1-2: 0.1-0.5.

하나의 특정예에서, 상기 단계 (a)에서 광중합성 고분자:버미큘라이트 미세입자:용제:광개시제의 중량비는 1:2.5-3.5:1.1-1.5:0.1-0.3이다.In one specific example, the weight ratio of photopolymerizable polymer: vermiculite fine particle: solvent: photoinitiator in step (a) is 1: 2.5-3.5: 1.1-1.5: 0.1-0.3.

하나의 특정예에서, 상기 혼합물 내 광중합성 고분자:버미큘라이트 미세입자의 중량비는 1:3.0-3.5, 1:3.1-3.5 또는 1:3.2-3.5이다.In one specific example, the weight ratio of photopolymerizable polymer: vermiculite microparticles in the mixture is 1: 3.0-3.5, 1: 3.1-3.5, or 1: 3.2-3.5.

이후, 단계 (b)에서는 상기 혼합물에 광(예컨대, UV)을 조사하여 광 경화를 유도함으로써 버미큘라이트 미세입자가 분산된 고분자 필름을 형성시킨다(도 3 참조).Thereafter, in step (b), the mixture is irradiated with light (for example, UV) to induce photo-curing, thereby forming a polymer film in which vermiculite fine particles are dispersed (see FIG.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:The features and advantages of the present invention are summarized as follows:

(ⅰ) 본 발명은 난연성, 유연성 및 다공성 특징을 갖는 버미큘라이트 미세입자가 분산된 난연성 고분자 필름, 이를 포함하는 리튬이온 전지용 분리막 및 상기 난연성 고분자 필름의 제조방법을 제공한다.(I) The present invention provides a flame retardant polymer film in which vermiculite fine particles having flame retardance, flexibility and porosity are dispersed, a separator for a lithium ion battery comprising the same, and a process for producing the flame retardant polymer film.

(ⅱ) 본 발명의 고분자 필름은 400℃ 이상의 고온에서도 수분이상 견디는 우수한 방화 성능을 보유하고 있으므로, 리튬이온 전지의 폭발 및 화재 방지를 위한 목적으로 전지 분리막으로 활용될 수 있고, 나아가 본 발명의 난연성 고분자 필름은 유연성을 갖기 때문에 플렉시블 리튬이온 전지 개발에도 응용될 수 있다.(Ii) Since the polymer film of the present invention has an excellent fire resistance ability to withstand more than several minutes even at a high temperature of 400 ° C or higher, it can be utilized as a battery separator for the purpose of explosion and fire prevention of a lithium ion battery. Further, Since the polymer film has flexibility, it can be applied to the development of a flexible lithium ion battery.

(ⅲ) 본 발명의 방법을 이용하면, 난연성 고분자 필름을 빠른 시간(약 10분) 내에 제조할 수 있다.(Iii) Using the method of the present invention, a flame-retardant polymer film can be produced within a short time (about 10 minutes).

도 1은 벌크 버미큘라이트의 그라인딩(a)과 이에 따른 결과물(c), 그리고 벌크 버미큘라이트 시료(b)를 보여준다.
도 2는 버미큘라이트 입자를 체거름 하는 과정(a) 및 이에 따른 결과물(b)을 보여준다.
도 3은 버미큘라이트/PEGDMA 필름을 보여준다.
도 4는 방화 능력 평가에 사용한 서로 다른 두께를 갖는 버미큘라이트/PEGDMA 필름 시료를 보여준다.
도 5는 제조한 버미큘라이트/PEGDMA 필름의 두께 측정 결과를 보여준다.
도 6은 3개의 버미큘라이트/PEGDMA 필름 시료의 앞면과 뒷면 SEM 이미지를 보여준다.
도 7은 버미큘라이트/PEGDMA 필름 시료의 횡단면에 대한 SEM 이미지를 보여준다.
도 8은 서로 다른 두께(20 ㎛, 40 ㎛, 60 ㎛)를 갖는 버미큘라이트/PEGDMA 필름 시료를 전해액에 담그기 전과 후의 광학 현미경 이미지를 보여준다.
도 9는 서로 다른 두께(80 ㎛, 100 ㎛, 120 ㎛)를 갖는 버미큘라이트/PEGDMA 필름 시료를 전해액에 담그기 전과 후의 광학 현미경 이미지를 보여준다.
도 10은 버미큘라이트/PEGDMA 필름 시료의 다공성 구조를 보여준다.
Figure 1 shows the grinding (a) of bulk vermiculite, the resulting product (c), and the bulk vermiculite sample (b).
Fig. 2 shows a process (a) for sieving vermiculite particles and the resulting product (b).
Figure 3 shows a vermiculite / PEGDMA film.
Fig. 4 shows a vermiculite / PEGDMA film sample having different thicknesses used for fire resistance evaluation.
Fig. 5 shows the result of measuring the thickness of the produced vermiculite / PEGDMA film.
Figure 6 shows front and back SEM images of three vermiculite / PEGDMA film samples.
Figure 7 shows a SEM image of a cross section of a vermiculite / PEGDMA film sample.
Fig. 8 shows optical microscope images before and after immersing a specimen of vermiculite / PEGDMA film having different thicknesses (20 mu m, 40 mu m, 60 mu m) into the electrolyte solution.
Fig. 9 shows optical microscope images before and after immersing a specimen of vermiculite / PEGDMA film having different thicknesses (80 mu m, 100 mu m, 120 mu m) in an electrolytic solution.
Figure 10 shows the porous structure of a vermiculite / PEGDMA film sample.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for describing the present invention in more detail and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments in accordance with the gist of the present invention .

실시예Example

1. 실험재료 및 실험방법1. Materials and Experimental Methods

버미큘라이트 미세입자의 제조Preparation of vermiculite microparticles

벌크 버미큘라이트(Shinsung Mineral Co., LTD)를 오목한 그릇에서 몇 시간 동안 그라인딩한 후, 체(Daedok Science)를 이용하여 2시간 동안 체거름(sieving)하여 버미큘라이트 미세입자(< 45 ㎛)를 제조하였다. 도 1은 그라인딩 과정을 보여주며, 도 2는 체거름 과정을 보여준다.
The bulk vermiculite (Shinsung Mineral Co., LTD) was grinded in a concave vessel for several hours and then sieved for 2 hours using Daedok Science to prepare vermiculite fine particles (< 45 탆). FIG. 1 shows a grinding process, and FIG. 2 shows a screening process.

다양한 유기 용매와 PEGDMA를 사용한 분리막(Separator film) 제조Separator film production using various organic solvents and PEGDMA

폴리머로서 PEGDMA, 광개시제로서 Darocur 1173 및 여러 유기 용매를 사용하여 버미큘라이트 필름을 제조하였다. 첫 번째 유기 용매로 물을 사용하였으나, 물은 PEGDMA와 반응하여, 물과 반응 시 스웰링(swelling)을 초래할 수 있는 하이드로겔을 형성하므로 적합하지 않았다. 다음으로 프로필렌카보네이트를 용매로서 사용하였으나, 프로필렌카보네이트는 매우 지성이기 때문에 2일 후에도 용매의 완전한 증발이 어렵다는 문제가 있었다. 이러한 한계점을 극복하기 위하여, 에탄올을 사용하여 필름을 제조하였다(도 3).
A vermiculite film was prepared using PEGDMA as a polymer, Darocur 1173 as a photoinitiator, and various organic solvents. Water was used as the first organic solvent, but water was not suitable because it reacted with PEGDMA to form hydrogels that could cause swelling when reacted with water. Next, propylene carbonate was used as a solvent, but since propylene carbonate was very oily, there was a problem that complete evaporation of the solvent was difficult even after 2 days. To overcome these limitations, films were prepared using ethanol (Fig. 3).

버미큘라이트/PEGDMA 필름의 물에서의 스웰링Swelling of vermiculite / PEGDMA film in water

PEGDMA가 물과 반응하는 경우, 광개시제의 도움을 통한 UV 코팅을 통하여 하이드로겔을 형성한다(Bㅴckstrㆆm, Sania, et al. Materials Sciences & Applications 3.6 (2012)). 이러한 하이드로겔에서 물은 하이드로겔의 내부에 담겨질 수 있고, 이에 의하여 스웰링이 야기된다. 이러한 점은 리튬이온 전지 분리막이 전해액 안에 놓였을 때, 스웰링이 일어나지 않아야 하기 때문에 문제시된다. 물을 이용하여 PEGDMA + 버미큘라이트 필름을 제조하여 두 종류의 시료를 얻었다(각 시료는 버미큘라이트 100 mg 또는 200 mg을 포함). 정사각형 모양(0.4 cm X 0.4 cm)으로 필름을 자르고, 하루 동안 물에 담가두었다. 하루 후 최종 길이와 폭을 측정하였다.
When PEGDMA is reacted with water, hydrogels are formed through UV coating with the aid of photoinitiators (San Francisco, et al., Materials Sciences & Applications 3.6 (2012)). In such a hydrogel, water can be contained inside the hydrogel, thereby causing swelling. This is problematic because when the lithium ion battery separator is placed in the electrolyte, swelling should not occur. PEGDMA + vermiculite films were prepared using water and two samples were obtained (each containing 100 mg or 200 mg of vermiculite). The film was cut in a square shape (0.4 cm X 0.4 cm) and immersed in water for one day. The final length and width were measured after one day.

버미큘라이트/PEGDMA 분리막의 방화 성능 평가Evaluation of Fire Performance of Vermiculite / PEGDMA Membrane

버미큘라이트를 리튬이온 전지 분리막의 주요 부품으로 사용하는 주된 이유가 방화(fire-retarding) 특성임을 고려하여 화재 지속 테스트를 실시하였다. 라이터와 알코올 램프를 준비하고, 알코올 램프에 불을 붙인 다음 각 시료의 장방형 부분(rectangular part; 0.2 cm X 0.2 cm)을 핀셋으로 불에 고정시켰다. 두 종류의 실험을 실시하였다. 첫 번째 실험에서는 필름의 두께에 따른 영향을 알아보았고, 두 번째 실험에서는 필름 내 버미큘라이트의 농도에 따른 영향을 알아보았다. 45 ㎛ 미만의 버미큘라이트 입자를 사용하였다. 첫 번째 실험을 시작하기 위하여 하기와 같이 시료를 준비하였다. 시료는 도 4와 같이 작은 정사각형 모양으로 절단하였다.Fire continuity test was conducted considering that the main reason for using vermiculite as a main component of lithium ion battery separator is fire-retarding characteristic. A lighter and an alcohol lamp were prepared, and an alcohol lamp was lit. The rectangular part (0.2 cm x 0.2 cm) of each sample was fixed with a tweezers. Two types of experiments were performed. In the first experiment, we investigated the effect of film thickness. In the second experiment, we investigated the effect of the concentration of vermiculite in the film. And vermiculite particles smaller than 45 mu m were used. To start the first experiment, samples were prepared as follows. The sample was cut into a small square shape as shown in Fig.

시료 #sample # 버미큘라이트Vermiculite PEGDMAPEGDMA 에탄올ethanol Darocur 1173Darocur 1173 두께(㎛)Thickness (㎛) 1One 200 mg200 mg 80 mg80 mg 110 mg110 mg 10 mg10 mg 2020 22 200 mg200 mg 80 mg80 mg 110 mg110 mg 10 mg10 mg 4040 33 200 mg200 mg 80 mg80 mg 110 mg110 mg 10 mg10 mg 6060 44 200 mg200 mg 80 mg80 mg 110 mg110 mg 10 mg10 mg 8080 55 200 mg200 mg 80 mg80 mg 110 mg110 mg 10 mg10 mg 100100 66 200 mg200 mg 80 mg80 mg 110 mg110 mg 10 mg10 mg 120120 77 200 mg200 mg 80 mg80 mg 110 mg110 mg 10 mg10 mg 140140

두 번째 실험을 위하여, 하기와 같은 세 종류의 시료를 준비하였다.For the second experiment, the following three kinds of samples were prepared.

시료 #sample # 버미큘라이트Vermiculite PEGDMAPEGDMA 에탄올ethanol Darocur 1173Darocur 1173 1One 100 mg100 mg 80 mg80 mg 110 mg110 mg 10 mg10 mg 22 200 mg200 mg 80 mg80 mg 110 mg110 mg 10 mg10 mg 33 260 mg260 mg 80 mg80 mg 110 mg110 mg 10 mg10 mg

버미큘라이트/PEGDMA 필름의 표면 특성 확인을 위한 SEM 이미지SEM image for verifying surface properties of vermiculite / PEGDMA film

세 개의 버미큘라이트/PEGDMA 시료(모든 시료는 버미큘라이트 260 mg, PEGDMA 80 mg, 에탄올 110 mg 및 Darocur 1173 10 mg 포함; 두께 20-30 ㎛)의 앞면과 뒷면의 SEM 이미지를 얻었고, 한 개의 버미큘라이트/PEGDMA 시료의 횡단면에 대한 SEM 이미지도 얻었다. SEM 분석은 시료의 표면 형태와 미세공(pore)의 형성 여부를 확인하기 위하여 실시하였다. 버미큘라이트/PEGDMA 분리막을 실제 전지 전해액에 놓았을 때, 리튬이온의 적절한 이동이 일어나게 해야 하므로 앞면과 뒷면의 표면 형상은 반드시 유사해야 한다.
SEM images of the front and back sides of three vermiculite / PEGDMA samples (all samples containing 260 mg of vermiculite, 80 mg of PEGDMA, 110 mg of ethanol and 10 mg of Darocur 1173; thickness 20-30 μm) were obtained and one vermiculite / PEGDMA sample SEM image was also obtained for the cross section of SEM analysis was carried out to confirm the surface morphology of the sample and the formation of pores. When the vermiculite / PEGDMA separator is placed on the actual battery electrolyte, the surface shape of the front and back surfaces must be similar so that proper movement of lithium ions occurs.

버미큘라이트/PEGDMA 필름의 다공성 구조와 표면 형상 확인을 위한 광학 현미경 이미지Optical microscope images for verifying the porous structure and surface morphology of vermiculite / PEGDMA films

서로 다른 두께(20 ㎛, 40 ㎛, 60 ㎛, 80 ㎛, 100 ㎛, 120 ㎛)를 갖는 버미큘라이트/PEGDMA 필름 시료(버미큘라이트 260 mg, PEGDMA 80 mg, 에탄올 110 mg 및 Darocur 1173 10 mg)를 제조하였다. 전해액(프로필렌카보네이트)에 담그기 전과 후에 각 샘플의 현미경 이미지를 얻어, 표면 형상의 변형 여부와 필름(20 ㎛)의 다공성 구조 여부를 관찰하였다. 전해액에 담그기 전과 후의 시료에 대한 현미경 이미지를 X5, X10 배율로 관찰하였고, 다공성 구조 확인을 위해서는 X20 배율로 관찰하였다.
A vermiculite / PEGDMA film sample (260 mg of vermiculite, 80 mg of PEGDMA, 110 mg of ethanol and 10 mg of Darocur 1173) having different thicknesses (20 탆, 40 탆, 60 탆, 80 탆, 100 탆 and 120 탆) . Microscopic images of each sample were obtained before and after immersion in an electrolytic solution (propylene carbonate), and whether or not the surface shape was deformed and whether the film (20 μm) had a porous structure was observed. Microscopic images of the samples before and after immersion in the electrolyte were observed at X5 and X10 magnifications and X20 magnification for porous structure confirmation.

2. 실험결과2. Experimental results

버미큘라이트/PEGDMA 필름의 두께The thickness of vermiculite / PEGDMA film

표 3과 같이 서로 다른 버미큘라이트 농도를 갖는 버미큘라이트/PEGDMA 필름을 제조하였다.As shown in Table 3, a vermiculite / PEGDMA film having different concentrations of vermiculite was prepared.

조성 #Furtherance # 버미큘라이트Vermiculite PEGDMAPEGDMA 에탄올ethanol Darocur 1173Darocur 1173 1One 100 mg100 mg 80 mg80 mg 110 mg110 mg 10 mg10 mg 22 200 mg200 mg 80 mg80 mg 110 mg110 mg 10 mg10 mg 33 260 mg260 mg 80 mg80 mg 110 mg110 mg 10 mg10 mg

상기 표 3의 조성 1-3에 대하여, 버니어 캘리퍼(Vernier Calliper)를 사용하여 필름의 두께를 측정하였다. 20-30 ㎛ 두께의 필름이 성공적으로 제조되었다(도 5). 0.02 mm(20 ㎛)의 두께는 리튬이온 전지 분리막의 적합한 두께 범위 에에 속하는 것이다.
For the compositions 1-3 of Table 3, the film thickness was measured using a Vernier Calliper. A film of 20-30 탆 thick was successfully prepared (Fig. 5). The thickness of 0.02 mm (20 탆) falls within the appropriate thickness range of the lithium ion battery separator.

용매로서 물을 사용하여 제조한 버미큘라이트/PEGDMA 필름의 스웰링 현상Swelling phenomenon of vermiculite / PEGDMA film prepared by using water as solvent

용매로서 물을 사용하여 상술한 방법에 따라 표 4와 같이 두 종류의 시료를 제조하였다.Two kinds of samples were prepared as shown in Table 4 according to the above-mentioned method using water as a solvent.

시료 #sample # 버미큘라이트Vermiculite PEGDMAPEGDMA water Darocur 1173Darocur 1173 1One 100 mg100 mg 80 mg80 mg 110 mg110 mg 10 mg10 mg 22 200 mg200 mg 80 mg80 mg 110 mg110 mg 10 mg10 mg

각 시료를 정사각형 모양(0.4 cm X 0.4 cm)으로 절단하고, 하루 동안 물에 담가두었다. 필름의 최종 길이와 폭은 표 5와 같았다.Each sample was cut into square shapes (0.4 cm x 0.4 cm) and immersed in water for one day. The final length and width of the film were as shown in Table 5.

시료 #sample # 최초 폭Initial width 최초 길이First length 최종 폭Final width 최종 길이Final length 1One 0.4 cm0.4 cm 0.4 cm0.4 cm 0.5 cm0.5 cm 0.6 cm0.6 cm 22 0.4 cm0.4 cm 0.4 cm0.4 cm 0.5 cm0.5 cm 0.6 cm0.6 cm

화재 지속 테스트 결과(방화 성능 평가)Result of fire continuity test (evaluation of fire performance)

버미큘라이트의 농도 측면Concentration side of vermiculite

세 종류의 버미큘라이트/PEGDMA 필름을 표 6과 같이 제조하였다.Three kinds of vermiculite / PEGDMA films were prepared as shown in Table 6.

시료 #sample # 버미큘라이트Vermiculite PEGDMAPEGDMA 에탄올ethanol Darocur 1173Darocur 1173 1One 100 mg100 mg 80 mg80 mg 110 mg110 mg 10 mg10 mg 22 200 mg200 mg 80 mg80 mg 110 mg110 mg 10 mg10 mg 33 260 mg260 mg 80 mg80 mg 110 mg110 mg 10 mg10 mg

내화(fire-insulation) 테스트로서, 알코올 램프에 불을 붙이고, 각 시료의 장방형 부분(0.2 cm X 0.2 cm)을 핀셋으로 불에 고정시켰다. 시료가 완전히 타기 전에 견뎌낸 시간을 표 7에 나타내었으며, 시판 중인 셀가드 분리막(Celgard separator)을 대조군으로 사용하였다.As a fire-insulation test, an alcohol lamp was lit and the rectangular portion (0.2 cm x 0.2 cm) of each sample was fixed with a tweezers. The time that the sample lasted before fully burned is shown in Table 7, and a commercially available Celgard separator was used as a control.

시료 #sample # 대조군Control group 시료 1Sample 1 시료 2Sample 2 시료 3Sample 3 지속시간(초)Duration (seconds) <1<1 1One 33 >120> 120

표 7에 나타난 바와 같이, 시료 3은 2분 이상 불에 견딜 수 있는 리튬이온 전지 분리막-유사 필름으로서의 특성을 나타내었다. 대조군인 셀가드(Celgard) 분리막은 1초도 불에 견디지 못하였다.
As shown in Table 7, Sample 3 exhibited characteristics as a lithium ion battery membrane-like film that could withstand more than two minutes of fire. The control Celgard membrane was not able to withstand a second.

필름의 두께 측면Thickness side of film

시료 2와 3에 대하여 필름의 두께 측면에서 추가적인 방화 성능 평가를 진행하였다. 시료 2의 경우, 아주 작은 크기(약 0.2 cm X 0.2 cm)로 각 필름(20 ㎛, 40 ㎛, 60 ㎛, 80 ㎛, 100 ㎛, 120 ㎛, 140 ㎛)을 제조하였다.For samples 2 and 3, further evaluation of fire performance was performed in terms of film thickness. For Sample 2, each film (20 탆, 40 탆, 60 탆, 80 탆, 100 탆, 120 탆, 140 탆) was produced with a very small size (about 0.2 cm x 0.2 cm).

알코올 램프에 불을 붙이고, 각 시료 필름이 불에 의하여 별도의 부분으로 분리되기 전까지 견딘 시간을 측정하였다. 동일하게 시료 3에 대해서도 실험을 실시하였으며, 결과를 표 8에 나타내었다.An alcohol lamp was lit and the time to stand until each sample film was separated into separate parts by fire was measured. The same experiment 3 was conducted on the sample 3, and the results are shown in Table 8.

시료 #sample # 두께(㎛)Thickness (㎛) 분해 전까지 견딘 시간(초)Time to survive decomposition (seconds) 22 2020 33 22 4040 77 22 6060 1313 22 8080 1414 22 100100 3232 22 120120 >120> 120 22 140140 >120> 120 33 2020 >120> 120 33 4040 >120> 120 33 6060 103103 33 8080 >120> 120 33 100100 >120> 120 33 120120 >120> 120 33 140140 >120> 120

시료 2의 경우, 두께가 120 ㎛ 이상인 경우에 화재 지속시간(fire duration tim)이 2분을 넘겼다. 시료 3의 경우에는, 표준 전지 분리막의 두께인 20 ㎛에서도 2분 이상 불에 견디는 특성을 보였다.
In case of sample 2, the fire duration time exceeded 2 minutes when the thickness was 120 μm or more. In the case of sample 3, the sample was resistant to fire for 20 minutes at a thickness of 20 μm, which is the standard cell separator.

버미큘라이트/PEGDMA 필름의 SEM 이미지SEM image of vermiculite / PEGDMA film

세 시료의 앞면(왼쪽)과 뒷면(오른쪽)의 SEM 이미지를 도 6에 나타내었다. 도 6에 나타난 바와 같이, 세 시료의 앞면과 뒷면의 표면 형상은 유사하였다. 도 7에는 시료의 횡단면에 대한 SEM 이미지를 나타내었다.SEM images of the front (left) and back (right) sides of the three samples are shown in FIG. As shown in Fig. 6, the surface shapes of the front and back surfaces of the three samples were similar. Fig. 7 shows an SEM image of the cross section of the sample.

SEM 이미지를 통하여, 필름의 두께가 28-29 ㎛임을 알 수 있었고, 이 두께는 표준 리튬이온 전지 분리막의 두께(25.4 ㎛) 보다 약간 두꺼운 수준이었다. 흥미로운 점은, 필름 표면의 상단에 다공성 구조가 존재하였고, 필름의 횡단면 안에 버미큘라이트 입자 사이에 일부 갈라짐(crack)이 존재하였다는 점인데, 이러한 특성은 버미큘라이트/PEGDMA 필름이 실제 전지 전해액에 적용된다면, 리튬이온이 버미큘라이트/PEGDMA 필름을 통과하여 이동할 수 있음을 보여준다.
From the SEM image, it was found that the thickness of the film was 28-29 ㎛, which was slightly thicker than the thickness of the standard lithium ion battery membrane (25.4 ㎛). The interesting point is that there was a porous structure at the top of the film surface and there was some cracking between the vermiculite particles in the cross-section of the film, which would indicate that if the vermiculite / PEGDMA film was applied to actual battery electrolyte, Lithium ions can migrate through the vermiculite / PEGDMA film.

버미큘라이트/PEGDMA 필름의 광학 현미경 이미지Optical microscope image of vermiculite / PEGDMA film

전해액에 담그기 전과 후의 시료 필름(두께 20 ㎛, 40 ㎛, 60 ㎛, 80 ㎛, 100 ㎛, 120 ㎛)의 현미경 이미지를 도 8 및 9에 나타내었다(X10 배율). 도 8 및 9에 나타난 바와 같이, 기본적인 필름의 표면 형상은 전해액에 담그기 전과 후에 변하지 않았다. 또한, 체로 거른 버미큘라이트 입자는 필름에 잘 분포되어 있었고, 이는 필름의 각 부분에서 고르게 방화 효과를 나타낼 수 있음을 보여준다.Microphotograph images of sample films before and after immersing them in an electrolytic solution (thicknesses of 20 mu m, 40 mu m, 60 mu m, 80 mu m, 100 mu m and 120 mu m) are shown in Figs. 8 and 9 (X10 magnification). As shown in Figs. 8 and 9, the surface shape of the basic film did not change before and after immersion in the electrolytic solution. Also, the sieved vermiculite particles were well distributed in the film, which shows that they can exhibit an even fire effect in each part of the film.

도 11은 버미큘라이트/PEGDMA 필름(20 ㎛)의 다공성 구조를 보여준다. 도 11의 검은 점은 기공(hole)이 존재하는 위치를 보여준다. 기공의 크기는 마이크로미터에서 나노미터의 범위였다. 도 11의 이미지는 필름에 리튬이온이 통과할 수 있는 다수의 공극이 존재함을 보여준다. 이러한 결과는, 본 발명의 버미큘라이트/PEGDMA 필름은 리륨 이온을 통과시킬 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 리튬이온 전지 분리막 보다 높은 온도에서 견딜 수 있는 방화 효과를 나타낼 수 있음을 보여준다.
Figure 11 shows the porous structure of a vermiculite / PEGDMA film (20 [mu] m). The black dot in FIG. 11 shows a position where a hole exists. The pore size ranged from micrometers to nanometers. The image of Figure 11 shows the presence of a number of voids through which lithium ions can pass through the film. These results show that the vermiculite / PEGDMA film of the present invention can not only pass lyrium ions but also exhibit a fireproof effect that can withstand temperatures higher than those of conventional lithium ion battery membranes.

두 전해액 내에서의 버미큘라이트/PEGDMA 필름의 방화 성능 평가Evaluation of fire performance of vermiculite / PEGDMA film in two electrolytes

이전의 실험에서는 버미큘라이트/PEGDMA 필름의 방화 성능을 필름 자체에 대해서 실시하였다. 이에, 보다 실제 상황에서의 방화 성능을 알아보기 위하여, 전지 분리막을 전해액으로 적시고 불에 노출시킨 후 난연 성능을 확인하였다. 두 종류의 전해액[프로필렌카보네이트와 DEC:EC 용액(디에틸카보네이트:에틸카보네이트, v/v: 1:1, LiPF 6 포함)]을 사용하였다. 시료 3과 같은 조성을 갖는 버미큘라이트/PEGDMA 필름을 실험에 사용하였고, 필름의 여러 두께에 대하여 방화 성능 평가를 실시하였다. 각 시간에, 필름의 작은 절편(0.2 cm X 0.2 cm)을 1시간 동안 전해액에 담근 다음 필름을 전해액에서 꺼낸 후, 알코올 램프에서 테스트를 실시하여 필름이 조작으로 분해되기 전까지의 시간을 측정하였다. 실험결과를 표 9(프로필렌카보네이트 전해액) 및 10(DEC:EC 용액)에 나타내었다. 셀가드 분리막을 대조군으로 사용하였다.In previous experiments, the fire resistance of the vermiculite / PEGDMA film was measured on the film itself. Therefore, in order to investigate the fire performance in the actual situation, the battery separator was wetted with the electrolytic solution and exposed to fire, and the flame retardant performance was confirmed. Two kinds of electrolytic solutions (propylene carbonate and DEC: EC solution (diethyl carbonate: ethyl carbonate, v / v: 1: 1, LiPF 6 ) were used. A vermiculite / PEGDMA film having the same composition as Sample 3 was used in the experiment and fire resistance performance was evaluated for various thicknesses of the film. At each time, a small piece of the film (0.2 cm x 0.2 cm) was immersed in the electrolyte solution for 1 hour, and then the film was taken out of the electrolyte solution, and then the test was conducted in an alcohol lamp to measure the time until the film was decomposed by operation. The experimental results are shown in Table 9 (propylene carbonate electrolyte) and 10 (DEC: EC solution). A cell guard membrane was used as a control.

두께(㎛)Thickness (㎛) 시간(초)Time (seconds) 대조군Control group 1One 2020 1414 4040 2020 6060 2727 8080 2929 100100 3232 120120 3030

두께(㎛)Thickness (㎛) 시간(초)Time (seconds) 대조군Control group <2<2 2020 6969 4040 107107 6060 >120> 120 8080 >120> 120 100100 >120> 120 120120 >120> 120

단열 특성을 갖는 LiPF 6의 역할로 인하여, 버미큘라이트/PEGDMA 필름의 난연 특성은 프로필렌카보네이트 전해액에서 보다 DEC:EC 전해액에서 더 우수하였다. 버미큘라이트/PEGDMA 필름은 최소 1분 이상 화재 폭발을 지연시키는 능력을 나타내었다. LiPF 6 없이도 버미큘라이트/PEGDMA 필름의 방화 성능이 유지되는지 여부를 알아보기 위하여, LiPF 6 없이 동일한 실험을 진행하였고, 그 결과를 표 11에 나타내었다.Due to the role of LiPF 6 with adiabatic properties, the flame retardancy of the vermiculite / PEGDMA film was better in the DEC: EC electrolyte than in the propylene carbonate electrolyte. The vermiculite / PEGDMA film showed the ability to retard fire explosion for at least one minute. LiPF 6 to without determine whether the fire performance of the vermiculite / PEGDMA loaded with oil, the same experiment was conducted without LiPF 6, and the results are shown in Table 11.

두께(㎛)Thickness (㎛) 지속 시간(초)Duration (seconds) 대조군Control group 1One 2020 6161 4040 6666 6060 7474 8080 8585 100100 9090 120120 104104

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the present invention. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (12)

광중합성 고분자가 형성한 고분자 필름; 및
상기 고분자 필름에 분산된 버미큘라이트 미세입자를 포함하는 난연성 고분자 필름.
A polymer film formed by a photopolymerizable polymer; And
Wherein the flame retardant polymer film comprises vermiculite fine particles dispersed in the polymer film.
제 1 항에 있어서, 상기 고분자 필름은 광중합성 고분자, 버미큘라이트 미세입자, 용제 및 광개시제가 포함된 혼합물에 광을 조사하여 형성된 것을 특징으로 하는 난연성 고분자 필름.The flame-retardant polymer film according to claim 1, wherein the polymer film is formed by irradiating light to a mixture containing a photopolymerizable polymer, a vermiculite fine particle, a solvent, and a photoinitiator. 제 2 항에 있어서, 상기 혼합물 내 광중합성 고분자:버미큘라이트 미세입자의 중량비는 1:1-3.5인 것을 특징으로 하는 난연성 고분자 필름.The flame-retardant polymer film according to claim 2, wherein the weight ratio of the photopolymerizable polymer: vermiculite fine particles in the mixture is 1: 1-3.5. 제 2 항에 있어서, 상기 용제는 알코올 용제인 것을 특징으로 하는 난연성 고분자 필름.The flame-retardant polymer film according to claim 2, wherein the solvent is an alcohol solvent. 제 1 항에 있어서, 상기 광중합성 고분자는 폴리(에틸렌글리콜) 디메타크릴레이트(Poly(ethylene glycol) dimethacrylate)인 것을 특징으로 하는 난연성 고분자 필름.The flame-retardant polymer film according to claim 1, wherein the photopolymerizable polymer is poly (ethylene glycol) dimethacrylate. 제 1 항에 있어서, 상기 버미큘라이트 미세입자는 버미큘라이트를 그라인딩 한 후 체거름(sieve)하여 수득한 미세입자인 것을 특징으로 하는 난연성 고분자 필름.The flame-retardant polymer film according to claim 1, wherein the vermiculite fine particles are fine particles obtained by grinding and then sieving a vermiculite. 제 1 항에 있어서, 상기 난연성 고분자 필름은 20 내지 200 ㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 난연성 고분자 필름.The flame-retardant polymer film according to claim 1, wherein the flame-retardant polymer film has a thickness of 20 to 200 탆. 제 1 항에 있어서, 상기 난연성 고분자 필름은 다공성 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 난연성 고분자 필름.The flame-retardant polymer film according to claim 1, wherein the flame-retardant polymer film has a porous structure. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 난연성 고분자 필름이 적용된 리튬이온 전지용 분리막.A separator for a lithium ion battery to which the flame-retardant polymer film of any one of claims 1 to 8 is applied. 다음의 단계를 포함하는 난연성 고분자 필름의 제조방법.
(a) 용제에 광중합성 고분자, 버미큘라이트 미세입자 및 광개시제를 혼합하는 단계; 및
(b) 단계 (a)의 혼합물에 광을 조사하여 중합반응을 유도하여 버미큘라이트 미세입자가 분산된 고분자 필름을 형성시키는 단계.
A method for producing a flame-retardant polymer film, comprising the steps of:
(a) mixing a photopolymerizable polymer, a vermiculite fine particle and a photoinitiator in a solvent; And
(b) irradiating the mixture of step (a) with light to induce polymerization reaction to form a polymer film in which vermiculite fine particles are dispersed.
제 10 항에 있어서, 상기 단계 (a)에서 광중합성 고분자:버미큘라이트 미세입자의 중량비는 1:1-3.5인 것을 특징으로 하는 방법.11. The method of claim 10, wherein the weight ratio of photopolymerizable polymer: vermiculite fine particles in step (a) is 1: 1-3.5. 제 10 항에 있어서, 상기 단계 (a)에서 광중합성 고분자:버미큘라이트 미세입자:용제:광개시제의 중량비는 1:1-3.5:1-2:0.1-0.5인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 10, wherein the weight ratio of the photopolymerizable material: vermiculite fine particle: solvent: photoinitiator is 1: 1-3.5: 1-2: 0.1-0.5 in step (a).
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