KR20170088271A - Separator for Nonaqueous Electrolyte Secondary battery - Google Patents

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미츠하루 키무라
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Abstract

Provided is a separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery which comprises: a cellulose nanofiber; and a crosslinking agent having at least one of aluminum and boron as a main component. The main component couples to a hydroxyl group of the cellulose nanofiber, and performs crosslinking between the cellulose nanofibers. Through the separator for the nonaqueous electrolyte secondary battery, the withstand voltage can be improved with the str.

Description

비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터{Separator for Nonaqueous Electrolyte Secondary battery}Separator for Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery [0002]

본 발명은 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터, 그것을 이용한 비수 전해질 이차전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery, a nonaqueous electrolyte secondary battery using the same, and a method of manufacturing the same.

리튬 이온 전지 등의 비수 전해질 이차전지는 양극과 음극을 분리하여 단락을 방지하는 세퍼레이터가 사용되고 있다. 세퍼레이터는 전해액에 대한 내성과 낮은 내부 저항 등의 기본적인 성능이 요구된다. 또한 최근에는 비수 전해질 이차전지를 자동차 등에 이용하기 위해 내열성의 요구도 높아지고 있다.In a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion battery, a separator for separating the positive electrode and the negative electrode to prevent a short circuit is used. The separator is required to have basic performance such as resistance to electrolyte and low internal resistance. In addition, in recent years, the demand for heat resistance is also increasing for using non-aqueous electrolyte secondary batteries in automobiles and the like.

비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터로서 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀으로 이루어진 다공성 막이 널리 사용되고 있다. 그러나 자동차에 사용되는 경우, 200℃ 이상의 온도에 대한 내열성이 요구될 수 있고, 따라서 세퍼레이터로 폴리올레핀을 사용하는 것은 곤란하다.As a separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery, a porous film made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene is widely used. However, when used in automobiles, heat resistance to a temperature of 200 DEG C or more may be required, and thus it is difficult to use polyolefin as a separator.

최근에는, 내열성이 높은 세퍼레이터로 셀룰로오스를 이용한 부직포가 기대되고 있다. 그 중에서도, 섬유 직경이 1 ㎛ 이하인 셀룰로오스 나노 섬유를 이용하여 우수한 전기적 특성을 갖는 세퍼레이터를 얻는 것이 연구되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).In recent years, a nonwoven fabric using cellulose as a separator having high heat resistance is expected. Among them, it has been studied to obtain a separator having excellent electrical characteristics by using cellulose nano fibers having a fiber diameter of 1 占 퐉 or less (see, for example, Patent Document 1).

그러나 셀룰로오스 부직포는 강도가 낮다는 문제가 있다. 일반 부직포는 수소 결합에 의해 셀룰로오스 섬유끼리 결합하는 것이고, 전해액에 젖으면 해섬이 생겨 부직포의 강도가 크게 저하해버린다. 셀룰로오스 나노 섬유를 이용한 세퍼레이터의 강도를 향상시키기 위해, 카르복시기 또는 수산기를 갖는 친수성 고분자로 이루어진 바인더를 사용하는 것이 연구되고 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조).However, the cellulose nonwoven fabric has a problem of low strength. The general nonwoven fabric is one in which the cellulose fibers are bonded to each other by hydrogen bonding, and if wetted by the electrolyte solution, fibrillation occurs, and the strength of the nonwoven fabric is greatly lowered. In order to improve the strength of the separator using the cellulose nanofibers, it has been studied to use a binder made of a hydrophilic polymer having a carboxyl group or a hydroxyl group (see, for example, Patent Document 2).

[특허문헌 1] 일본 공개특허공보 제2006-049797호[Patent Document 1] Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2006-049797 [특허문헌 2] 일본 공개특허공보 제2014-210987호[Patent Document 2] JP-A-2014-210987

그러나 셀룰로오스 나노 섬유를 이용한 세퍼레이터는 강도 이외 내전압이 낮다는 문제가 있다. 최근 전극 활물질의 비용량(specific capacity)을 증대시키기 위해 4.3V 이상의 전압으로 전지를 충전하는 것이 요구되고 있다. 그러나, 셀룰로오스 나노 섬유는 다수의 수산기를 가지고 있는데, 상기 섬유 표면에 노출된 수산기는 전압을 높이면 분해되는 문제점이 있으며, 이는 전지가 열화하는 원인이 된다.However, the separator using the cellulose nano fiber has a problem that the withstand voltage is low other than the strength. Recently, it has been required to charge the battery with a voltage of 4.3 V or more in order to increase the specific capacity of the electrode active material. However, the cellulose nanofibers have a large number of hydroxyl groups, and the hydroxyl groups exposed on the surface of the fibers are disadvantageously decomposed by increasing the voltage, which causes deterioration of the battery.

따라서, 본 발명의 과제는 강도와 함께 내전압을 향상시킨 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터, 그것을 이용한 비수 전해질 이차전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery which has improved strength withstanding voltage and strength, a nonaqueous electrolyte secondary battery using the same, and a method of manufacturing the same.

본 발명의 일 측면에 따라, According to one aspect of the present invention,

셀룰로오스 나노 섬유; 및 Cellulose nanofibers; And

알루미늄 및 붕소 중 적어도 하나를 주성분으로 하는 가교제;를 포함하고, And a cross-linking agent containing at least one of aluminum and boron as a main component,

상기 주성분은 상기 셀룰로오스 나노 섬유의 수산기(hydroxyl group)와 결합하고, 상기 셀룰로오스 나노 섬유 간을 가교하는, Wherein the main component binds to a hydroxyl group of the cellulose nanofiber and crosses the cellulosic nanofibers,

비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터가 제공된다.A separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery is provided.

본 발명의 다른 측면에 따라, According to another aspect of the present invention,

상기 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터를 포함하는 비수 전해질 이차전지가 제공된다.There is provided a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising the separator for the nonaqueous electrolyte secondary battery.

본 발명의 또 다른 측면에 따라,According to another aspect of the present invention,

셀룰로오스 나노 섬유와 수용성 개공제의 혼합물을 캐스팅하여 다공성 막을 얻는 공정; 및A step of casting a mixture of the cellulose nanofibers and the water-soluble pore-forming agent to obtain a porous membrane; And

상기 다공성 막에 가교제를 포함하는 용액을 함침시켜 상기 다공성 막을 가교하는 공정;을 포함하고,And impregnating the porous membrane with a solution containing a crosslinking agent to crosslink the porous membrane,

상기 가교제는 알루미늄 및 붕소 중 적어도 하나를 주성분으로 하고,Wherein the cross-linking agent comprises at least one of aluminum and boron as a main component,

상기 주성분은 상기 셀룰로오스 나노 섬유의 수산기와 결합하고, 상기 셀룰로오스 나노 섬유 간을 가교하는, Wherein the main component binds to the hydroxyl groups of the cellulose nanofibers and crosses the cellulosic nanofibers,

비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터의 제조 방법이 제공된다.A method of manufacturing a separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery is provided.

본 발명의 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터 및 이의 제조 방법에 따르면, 강도와 함께 내전압이 향상된 세퍼레이터를 제공하여, 비수 전해질 이차전지의 특성을 향상시킬 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention and the method for producing the same, it is possible to improve the characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery by providing a separator with improved strength and withstanding voltage.

도 1은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2의 적외선 전반사 흡수 측정 결과를 나타내는 스펙트럼이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a spectrum showing the results of measurement of absorption of total infrared radiation of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2; FIG.

이하에서 예시적인 구현예들에 따른 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터에 관하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, a separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to exemplary embodiments will be described in more detail.

하기 구현예들에 따른 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터는 리튬 이온 전지 등의 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터로 사용할 수 있다. The separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the following embodiments can be used as a separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion battery.

일 구현예에 따른 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터는 셀룰로오스 나노 섬유; 및 알루미늄 및 붕소 중 적어도 하나를 주성분으로 하는 가교제;를 포함한다. 상기 주성분은 상기 셀룰로오스 나노 섬유의 수산기(hydroxyl group)와 결합하고, 상기 셀룰로오스 나노 섬유 간을 가교한다.The separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment includes a cellulose nano fiber; And a cross-linking agent containing at least one of aluminum and boron as a main component. The main component binds to a hydroxyl group of the cellulose nanofibers and cross-links the cellulose nanofibers.

여기서, 상기 셀룰로오스 나노 섬유는 미세한 크기의 셀룰로오스 섬유이다. 예를 들어, 펄프 등의 천연 셀룰로오스 섬유 또는 재생 셀룰로오스 섬유를 피브릴화(fibrillation) 처리하여 미세화(refining)한 것, 정제된 린터(linter) 또는 호야(ascidiacea)에서 유도된 셀룰로오스 등을 미세화한 것, 및 셀룰로오스 생산균이 생성하는 박테리아 셀룰로오스 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도, 입수가 용이하다는 점에서, 천연 셀룰로오스 섬유를 피브릴화 처리에 의해 미세화한 것이 바람직하다.Here, the cellulose nanofiber is a fine-sized cellulosic fiber. For example, natural cellulose fibers such as pulp or refined cellulose fibers subjected to fibrillation treatment, fine liners derived from refined linter or ascidiacea, and the like , And bacterial cellulose produced by a cellulose-producing bacterium can be used. Of these, natural cellulose fibers are preferably fined by fibrillating treatment in that they are easily available.

하나의 구체적인 예에서, 상기 셀룰로오스 나노 섬유는 평균 섬유 직경이 20 nm ~ 300 nm 정도 인 것이 바람직하다. 또한 섬유 직경이 1 ㎛ 이상인 섬유를 가능한 포함하지 않는 것이 바람직하다. 구체적으로는 섬유 직경이 1 ㎛ 미만인 섬유의 비율이 90 중량% 이상인 것이 바람직하고, 95 중량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 섬유 직경이 500nm 이하인 섬유의 비율이 80 중량% 이상인 것이 바람직하다. 상기와 같이, 섬유 직경이 큰 섬유의 비율을 적게 함으로써, 성막 시 세퍼레이터의 두께, 기공 크기 및 걸리(gurley) 투기도 등의 제어가 용이해진다. 또한 섬유 직경은, 세퍼레이터 상태 또는 셀룰로오스 섬유의 희석 용액을 캐스팅하여 성막하고 건조시킨 것을 투과 전자 현미경(TEM)과 주사 전자 현미경(SEM)으로 관찰하여 측정할 수 있다. 0.1 내지 2 중량%의 셀룰로오스 섬유 수분산물의 점도(E형 또는 B형 점도계), 인장 강도 및 다공성 막의 표면적을 종합적으로 평가함으로써, 섬유 직경이 1 ㎛ 미만인 섬유의 비율을 구할 수 있다(예를 들어, 국제 공개 공보 제2013/054884호 참조).In one specific example, the cellulose nanofiber preferably has an average fiber diameter of about 20 nm to 300 nm. It is also preferable that the fibers do not contain fibers having a fiber diameter of 1 占 퐉 or more. Specifically, the proportion of fibers having a fiber diameter of less than 1 占 퐉 is preferably 90% by weight or more, and more preferably 95% by weight or more. It is also preferable that the proportion of fibers having a fiber diameter of 500 nm or less is 80% by weight or more. By reducing the proportion of fibers having a large fiber diameter as described above, it is easy to control the thickness, pore size and gurley permeability of the separator at the time of film formation. The fiber diameter can be measured by observing with a transmission electron microscope (TEM) and a scanning electron microscope (SEM) a separator state or a film in which a dilute solution of cellulose fiber is cast and dried. The ratio of the fibers having a fiber diameter of less than 1 占 퐉 can be obtained by comprehensively evaluating the viscosity (E type or B type viscometer), tensile strength and surface area of the porous film of 0.1 to 2 weight% of the cellulose fiber water dispersion (for example, , International Publication No. 2013/054884).

상기 가교제는 셀룰로오스 나노 섬유의 수산기와 용이하게 이온 결합을 형성 할 수 있는 알루미늄 또는 붕소를 함유한 화합물을 주성분으로 한다. 예를 들어, 물에서 이온화하기 쉬운 무기 화합물 및 물에서 가수분해되기 쉬운 유기 화합물 등을 사용할 수 있다.The crosslinking agent is composed mainly of a compound containing aluminum or boron which can easily form an ionic bond with the hydroxyl group of the cellulose nanofiber. For example, an inorganic compound that is easily ionized in water and an organic compound that is easily hydrolyzed in water can be used.

하나의 구체적인 예에서, 상기 가교제는 수용성 무기염 및 가수분해되는 유기 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one specific example, the crosslinking agent may comprise at least one of a water-soluble inorganic salt and an organic compound to be hydrolyzed.

일 구현예에 따르면, 상기 가교제는 다가 양이온 및 음이온을 포함하는 금속염 또는 비금속염을 포함할 수 있다. 상기 가교제는 알루미늄 황산염, 알루미늄 산소산염, 붕소 황산염 및 붕소 산소산염 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 가교제는 황산 알루미늄(Al2(SO4)3), 알루민산 나트륨(NaAlO2), B2(SO4)3, 붕산(B(OH)3) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment, the cross-linking agent may comprise a metal salt or a non-metal salt including polyvalent cations and anions. The crosslinking agent may include at least one of aluminum sulfate, aluminum oxyacid, boron sulfate and boron oxyacid. For example, the cross-linking agent, but may include aluminum sulfate (Al 2 (SO 4) 3 ), sodium aluminate (NaAlO 2), B 2 ( SO 4) 3, boric acid (B (OH) 3) or the like, But is not limited thereto.

다른 구현예에 따르면, 상기 가교제는 알루미늄 화합물 및 붕소 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to another embodiment, the crosslinking agent may comprise at least one of an aluminum compound and a boron compound.

예를 들어, 상기 가교제는 하기 식 (1) 내지 (5) 중 어느 하나로 표시되는 알루미늄 화합물 및 붕소 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:For example, the crosslinking agent may include at least one of an aluminum compound and a boron compound represented by any one of the following formulas (1) to (5), but is not limited thereto:

MR(OH)2 ... (1)MR (OH) 2 (1)

(HO)2M-M(OH)2 ... (2) (HO) 2 MM (OH) 2 ... (2)

(RO)2M-O-M(OR)2 ... (3)(RO) 2 MOM (OR) 2 (3)

M(O(C=O)R'... (4)M (O (C = O) R '(4)

M(OH)3-x(OR'C(=O)O)x ... (5)M (OH) 3-x (OR'C (= O) O) x (5)

상기 식 (1) 내지 (5)에서, M은 알루미늄 또는 붕소이고, R은 수소, 탄소수 1 내지 8의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 또는 시클로알킬기이고, R'은 탄소 수 2 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 산소를 포함하는 글리콜에테르기 또는 디올기이며, 1≤x≤3이다.In the formulas (1) to (5), M is aluminum or boron, R is hydrogen, a linear or branched alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or a cycloalkyl group, and R ' Branched alkyl group, oxygen-containing glycol ether group or diol group, and 1? X? 3.

본 명세서에서, "탄소수 a 내지 b"의 a 및 b는 특정 작용기(group)의 탄소수를 의미한다. 즉, 상기 작용기는 a 부터 b까지의 탄소원자를 포함할 수 있다. 예를 들어, "탄소수 1 내지 4의 알킬기"는 1 내지 4의 탄소를 가지는 알킬기, 즉, CH3-, CH3CH2-, CH3CH2CH2-, (CH3)2CH-, CH3CH2CH2CH2-, CH3CH2CH(CH3)- 및 (CH3)3C-를 의미한다.In the present specification, a and b of "carbon number a to b" mean the carbon number of a specific functional group. That is, the functional group may include a carbon atom from a to b. For example, "alkyl group of 1 to 4 carbon atoms" is an alkyl group having from 1 to 4 carbon atoms, i.e., CH 3 -, CH 3 CH 2 -, CH 3 CH 2 CH 2 -, (CH 3) 2 CH-, CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 -, CH 3 CH 2 CH (CH 3 ) - and (CH 3 ) 3 C -.

본 명세서에서, "알킬기"라는 용어는 분지된 또는 분지되지 않은 지방족 탄화수소기를 의미한다. 구체적으로, "직쇄의 알킬기"는 분지되지 않은 지방족 탄화수소기를 의미하고, "분지쇄의 알킬기"는 분지된 지방족 탄화수소기를 의미한다. 일 구현예에서 알킬기는 치환되거나 치환되지 않을 수 있다. 알킬기는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 시클로프로필기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기 등을 포함하나 반드시 이들로 한정되지 않으며, 이들 각각은 선택적으로 치환되거나 치환되지 않을 수 있다. 일 구현예에서 알킬기는 1 내지 8의 탄소원자를 가질 수 있다. 예를 들어, 탄소수 1 내지 8의 알킬기는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소-부틸기, sec-부틸기, 펜틸기, 3-펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기 등일 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않는다.As used herein, the term "alkyl group" refers to a branched or unbranched aliphatic hydrocarbon group. Specifically, "straight chain alkyl group" means an unbranched aliphatic hydrocarbon group, and "branched alkyl group" means branched aliphatic hydrocarbon group. In one embodiment, the alkyl group may be substituted or unsubstituted. The alkyl group includes alkyl groups such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, tert-butyl, pentyl, hexyl, But are not necessarily limited thereto, and each of them may be optionally substituted or unsubstituted. In one embodiment, the alkyl group may have from 1 to 8 carbon atoms. Examples of the alkyl group having 1 to 8 carbon atoms include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, pentyl, A til group, and the like, but are not limited thereto.

본 명세서에서, "시클로알킬기"라는 용어는 완전히 포화된 카보사이클 고리 또는 고리시스템을 의미한다. 예를 들어, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기를 의미한다.As used herein, the term "cycloalkyl group" means a fully saturated carbocycle ring or ring system. For example, a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, and a cyclooctyl group.

이러한 알루미늄 화합물 또는 붕소 화합물의 구체적인 예로는, 알루미늄 이소프로폭사이드, 알루미늄 sec-부톡사이드, 비스(2-에틸헥산노에이트)히드 록시 알루미늄, 알루미늄 2-에틸헥사노에이트, 에틸(트리-sec-부톡시)디알루미늄, 에틸보론산(ethylboronic acid), 부틸보론산(butylboronic acid), n-옥틸보론산, 시클로헥실보론 산, 테트라히드록시보론산, 붕산트리프로필, 붕산트리부틸, 붕산트리이소프로필, 에톡시보론산피나콜, 비스(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥산보란-2-일)메탄, 비스(네오펜틸글리콜라토)디보론, 비스(헥실렌글리콜라토)디보론 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specific examples of the aluminum compound or the boron compound include aluminum isopropoxide, aluminum sec-butoxide, bis (2-ethylhexanoate), hydroxyaluminum, aluminum 2-ethylhexanoate, ethyl (tri- Butoxy) diamine, ethylboronic acid, butylboronic acid, n-octylboronic acid, cyclohexylboronic acid, tetrahydroxyboronic acid, tripropyl borate, tributyl borate, triisoborate (4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxanoborane-2-yl) methane, bis (neopentylglycolato) diboron, bis Diboron, and the like, but the present invention is not limited thereto.

이들 화합물은 단독으로 또는 여러 조합으로 사용할 수 있다. 예를 들어, 2 이상의 무기 화합물을 조합하여 사용할 수 있고, 2 이상의 유기 화합물을 조합하여 사용할 수 있으며, 1 이상의 무기 화합물과 1 이상의 유기 화합물을 조합하여 사용할 수 있다. 구체적으로, 알루미늄을 포함하는 화합물 및 붕소를 포함하는 화합물을 조합하여 사용할 수 있다.These compounds can be used singly or in various combinations. For example, two or more inorganic compounds may be used in combination, two or more organic compounds may be used in combination, and at least one inorganic compound and at least one organic compound may be used in combination. Specifically, a compound containing aluminum and a compound containing boron may be used in combination.

상기 가교제의 주성분인 알루미늄 및 붕소는 셀룰로오스 나노 섬유의 수산기와 결합할 수 있다. 따라서, 상기 셀룰로오스 나노 섬유의 수산기, 즉 셀룰로오스 나노 섬유의 표면에 노출된 수산기는 가교제의 주성분인 알루미늄 또는 붕소와 결합하여, 알루미늄 또는 붕소에 의해 마스킹(masking)될 수 있다. 여기서, "마스킹"이란, 화합물의 작용기를 소정의 마스킹제(masking agent)로 캡핑(capping)하거나, 블록(blocking)하여, 외부로부터 보호하는 방법을 의미하며, 따라서, 본 발명에서는 셀룰로오스 나노 섬유의 수산기를 알루미늄 또는 붕소에 의해 외부로부터 보호함을 의미한다. Aluminum and boron, which are the main components of the crosslinking agent, can bind to the hydroxyl groups of the cellulose nanofibers. Therefore, the hydroxyl groups of the cellulose nanofibers, that is, the hydroxyl groups exposed on the surfaces of the cellulose nanofibers, can be masked with aluminum or boron, which is a main component of the crosslinking agent, and can be masked with aluminum or boron. Here, the term "masking" means a method of capping or blocking a functional group of a compound with a predetermined masking agent to protect it from the outside. Therefore, in the present invention, Means that the hydroxyl group is protected from the outside by aluminum or boron.

또한, 하나의 알루미늄 또는 붕소는 1 개 이상의 수산기와 결합할 수 있기 때문에, 알루미늄 및 붕소는 인접한 셀룰로오스 나노 섬유 간을 가교할 수 있다.Further, since one aluminum or boron can bind to at least one hydroxyl group, aluminum and boron can cross-link between adjacent cellulose nanofibers.

따라서, 일 구현예에 따른 본 발명의 세퍼레이터는 알루미늄 또는 붕소를 통해 셀룰로오스 나노 섬유들이 가교되어 있기 때문에, 종래의 수산기 간의 수소 결합에 의해 셀룰로오스 나노 섬유들이 결합하는 경우에 비해, 훨씬 큰 인장 강도를 가진다.Therefore, the separator according to an embodiment of the present invention has a much higher tensile strength than cellulose nanofibers are bonded by hydrogen bonds between conventional hydroxyl groups due to cross-linking of the cellulose nanofibers through aluminum or boron .

또한, 알루미늄 또는 붕소를 주성분으로 하는 가교제에 의해 처리하지 않은 경우에는, 상기 셀룰로오스 나노 섬유 사이의 수소 결합에 관여하지 않는 자유로운 상태의 수산기가 셀룰로오스 나노 섬유의 표면에 존재한다. 이러한 자유로운 상태의 수산기는 충전 시에 분해되기 쉽기 때문에, 이를 포함한 전지의 경우, 약 4.3V까지 충전을 할 때, 용량 유지율이 급격하게 저하될 수 있다. 그러나, 일 구현예에 따른 본 발명의 세퍼레이터는 수산기가 알루미늄 또는 붕소에 의해 마스킹되기 때문에, 충전 시에 분해되기 어렵고, 이를 포함한 전지를 약 4.3V까지 충전하더라도, 높은 용량 유지율을 나타낸다. 구체적으로, 약 4.4V까지 충전하더라도, 70 % 이상의 용량 유지율을 나타낸다.In addition, when not treated with a crosslinking agent containing aluminum or boron as a main component, a free hydroxyl group that does not participate in the hydrogen bonding between the cellulose nanofibers is present on the surface of the cellulose nanofibers. Since such a free hydroxyl group is easily decomposed at the time of charging, in the case of a battery including such a hydroxyl group, the capacity retention rate may be drastically lowered when the battery is charged to about 4.3V. However, since the separator according to one embodiment of the present invention is masked by aluminum or boron, the separator of the present invention is hardly decomposed at the time of charging, and exhibits a high capacity retention rate even when the battery containing the same is charged to about 4.3V. Specifically, even when charged to about 4.4 V, the capacity retention ratio is 70% or more.

하나의 구체적인 예에서, 본 발명의 세퍼레이터는 셀룰로오스 나노 섬유와 수용성 개공제의 혼합물을 캐스팅하여 제조할 수 있다. 구체적으로, 먼저 셀룰로오스 나노 섬유의 물 현탁액에 수용성 개공제를 더한 캐스팅 용액을 조제한다. 이후, 캐스팅 용액을 평면 상에 도포한 후, 건조시켜 다공성 막을 형성한다. 상기 얻어진 다공성 막을 세척하여 개공제를 제거하고 건조한 후, 가교제를 포함하는 용액에 담근 후, 가열하여 건조시킴과 동시에 가교 반응을 진행시킨다.In one specific example, the separator of the present invention can be produced by casting a mixture of cellulose nanofibers and water-soluble starch agent. Specifically, first, a casting solution is prepared by adding a water-soluble agent to a water suspension of the cellulose nanofibers. Thereafter, the casting solution is applied on a flat surface and then dried to form a porous film. The obtained porous membrane is washed to remove the pore-forming agent, dried, immersed in a solution containing a crosslinking agent, heated and dried, and the crosslinking reaction is allowed to proceed.

상기 캐스팅 용액의 셀룰로오스 나노 섬유의 농도는 증착 방법에 의해 적절히 조정할 수 있다. 상기 캐스팅 용액의 용매는 취급이 용이하고, 비용이 저렴하다는 점에서 물이 바람직하지만, 물보다 증기압이 높은 용매를 첨가하여 사용할 수도 있다.The concentration of the cellulose nanofibers in the casting solution can be appropriately adjusted by a vapor deposition method. The solvent of the casting solution is preferably water because it is easy to handle and is inexpensive, but a solvent having a higher vapor pressure than water may be added.

수용성 개공제는 당업계에 널리 알려진 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 1,5-펜탄디올, 및 1-메틸아미노-2,3-프로판디올 등의 고급 알콜류, ε-카프로락톤 및 α-아세틸-γ-부틸락톤 등의 락톤류, 디에틸렌글리콜, 1,3-부틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜 등의 글리콜 류, 트리에틸렌글리콜 디메틸에테르, 트리프로필렌글리콜 디메틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 트리에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 트리에틸렌글리콜 부틸메틸에테르, 테트라에틸렌글리콜 디메틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노에틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 트리에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 테트라에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 디프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 에틸렌글리콜 모노이소프로필에테르, 에틸렌글리콜 모노이소부틸에테르, 트리프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜 메틸에틸에테르 및 디에틸렌글리콜 디에틸에테르 등의 글리콜 에테르 류, 글리세린, 탄산 프로필렌, 및 N-메틸피롤리돈 등을 이용할 수 있다. 특히, 트리에틸렌글리콜 부틸메틸에테르가 바람직하다.As the water-soluble pelletizer, those well known in the art can be used. For example, higher alcohols such as 1,5-pentanediol and 1-methylamino-2,3-propanediol, lactones such as epsilon -caprolactone and -acetyl- gamma -butyllactone, diethylene glycol, 1,3-butylene glycol and propylene glycol, triethylene glycol dimethyl ether, tripropylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol butyl methyl ether, tetraethylene Glycol dimethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, tetraethylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol mono Isopropyl ether, ethylene glycol monoisobutyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, di Glycol and the like can be used methyl ethyl ether and diethylene glycol diethyl ether and glycol ethers, glycerine, propylene carbonate, and N- methylpyrrolidone. Particularly, triethylene glycol butyl methyl ether is preferable.

상기 캐스팅 용액의 수용성 개공제의 첨가량은 필요로 하는 막의 특성 등에 따라 조절할 수 있지만, 세퍼레이터에 필요한 개공을 확보하기 위해서, 바람직하게는 셀룰로오스 나노 섬유 100 중량부에 대해 5 중량부 이상일 수 있고, 더욱 바람직하게는 100 중량부 이상일 수 있으며, 바람직하게는 3000 중량부 이하일 수 있고, 더욱 바람직하게는 1000 중량부 이하일 수 있다.The addition amount of the water-soluble crosslinking agent in the casting solution can be adjusted according to the properties of the required film. In order to ensure the pores required for the separator, the amount may preferably be 5 parts by weight or more based on 100 parts by weight of the cellulose nano- May be 100 parts by weight or more, preferably 3000 parts by weight or less, and more preferably 1000 parts by weight or less.

상기 셀룰로오스 나노 섬유를 포함하는 용액을 도포하는 것은 당업계에 알려진 방법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 슬롯 다이 코터(coater), 커튼 코터, MB 코터, MB 리버스 코터 또는 콤마 코터 등을 이용하여, 평면 상에 도포 할 수 있다.The solution containing the cellulose nanofibers can be applied by a method known in the art. For example, it can be applied on a flat surface by using a slot die coater, a curtain coater, an MB coater, an MB reverse coater or a comma coater.

상기 캐스팅 용액의 건조 공정은 용매 및 수용성 개공제의 잔존량을 충분히 감소시키기 위해서, 상기 캐스팅 용액의 건조 공정의 수행 온도는, 바람직하게는 50℃ 이상일 수 있고, 더욱 바람직하게는 60℃ 이상일 수 있다. 한편, 셀룰로오스 나노 섬유의 열화를 방지하기 위해서, 상기 캐스팅 용액의 건조 공정의 수행 온도는, 바람직하게는 200℃ 이하일 수 있고, 더욱 바람직하게는 150℃ 이하일 수 있으며, 보다 더욱 바람직하게는 120℃ 이하일 수 있다. 이때, 가열 히터, 적외선 조사, 또는 열풍을 이용할 수 있다. 또한 감압 환경에서 캐스팅 용액의 건조를 할 수 있다.In order to sufficiently reduce the residual amount of the solvent and the water-soluble release agent, the drying temperature of the casting solution may be preferably at least 50 ° C, and more preferably at least 60 ° C . On the other hand, in order to prevent deterioration of the cellulose nanofibers, the casting solution may be dried at a temperature of preferably 200 ° C or lower, more preferably 150 ° C or lower, still more preferably 120 ° C or lower . At this time, a heating heater, infrared irradiation, or hot air may be used. The casting solution can also be dried in a reduced pressure environment.

하나의 구체적인 예에서, 물과 수용성 개공제를 증발시켜 다공성 막을 형성한 후 얻어진 다공성 막을 유기 용매 등을 사용하여 세척할 수 있다. 상기 유기 용매는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 톨루엔, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 에틸 아세테이트, n-헥산, 프로판올 등의 비교적 휘발 속도가 빠른 유기 용제를 단독으로 또는 혼합하여, 1 회부터 수 차례에 걸쳐 사용할 수 있다. 잔존하는 개공제를 세척하는 용도로는, 에탄올, 메탄올 등의 물과 친화성이 높은 용매가 바람직하지만, 코팅 기재 중의 수분이 용매로 전환하거나 공기 중의 수분을 흡수하여, 셀룰로오스 미세 다공성 막의 물성이나 시트 형상에 영향을 주기 때문에, 수분량이 관리된 상태에서 사용하는 것이 바람직하다. n-헥산, 톨루엔 등의 소수성이 높은 용매는 친수성 개공제의 세척 효과는 떨어지는 단점은 있지만, 수분을 흡수하기 어렵게 하기 위해, 적절히 사용할 수 있다. 이러한 이유로 점차 소수성이 높아지도록 용매의 종류를 바꿔가면서, 세척을 반복하는 방법이 바람직하다. 예를 들어, 아세톤, 톨루엔, n-헥산의 순서로 청소를 할 수 있다.In one specific example, water and a water-soluble pore-forming agent are evaporated to form a porous membrane, and then the obtained porous membrane can be washed with an organic solvent or the like. The organic solvent is not particularly limited. For example, the organic solvent having a relatively high volatilization rate such as toluene, acetone, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, n-hexane or propanol may be used singly or in combination, Can be used over. For the purpose of washing the residual thixotropic agent, a solvent having high affinity with water such as ethanol and methanol is preferable. However, water in the coating base material is converted into a solvent or absorbs moisture in the air, so that the properties of the cellulose microporous membrane, It is preferable to use it in a state in which the moisture content is controlled. A highly hydrophobic solvent such as n-hexane or toluene has a disadvantage of deteriorating the cleaning effect of the hydrophilic pore-forming agent, but can be suitably used in order to make it difficult to absorb moisture. For this reason, a method of repeating the washing while changing the type of the solvent so as to increase the hydrophobicity gradually is preferable. For example, cleaning can be done in the order of acetone, toluene, and n-hexane.

전술한 바와 같이, 상기 가교제는 수용성 무기염 및 가수분해되는 유기 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 가교제는 알루미늄 황산염, 알루미늄 산소산염, 붕소 황산염 및 붕소 산소산염 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 가교제는 유기 알루미늄 화합물 및 유기 붕소 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As described above, the cross-linking agent may include at least one of a water-soluble inorganic salt and an organic compound to be hydrolyzed. According to one embodiment, the cross-linking agent may comprise at least one of aluminum sulfate, aluminum oxyacid, boron sulfate and boron oxyacid. For example, the crosslinking agent may include at least one of an organoaluminum compound and an organic boron compound, but is not limited thereto.

상기 가교제 용액은 전술한 바와 같이, 알루미늄 또는 붕소를 함유한 화합물의 용액일 수 있다. 상기 가교제의 농도는, 필요로 하는 막의 특성 및 가교제의 종류에 따라 조절할 수 있지만, 막의 강도를 향상시킴과 동시에 마스킹된 수산기 내전압을 향상시키기 위해, 다공성 막 중 셀룰로오스 나노 섬유 100 중량부를 기준으로 상기 가교제의 농도는, 바람직하게는 0.01 중량부 이상일 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.015 중량부 이상일 수 있으며, 보다 더욱 바람직하게는 0.02 중량부 이상일 수 있다. 또한, 막의 공극율을 유지하기 위해, 셀룰로오스 나노 섬유 100 중량부를 기준으로 상기 가교제의 농도는, 바람직하게는 0.21 중량부 이하일 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.2 중량부 이하일 수 있으며, 보다 더욱 바람직하게는 0.18 중량부 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 농도 범위를 만족하는 가교제의 사용으로, 상기 다공성 막을 가교하는 공정에서, 상기 가교제는 상기 셀룰로오스 나노 섬유에 대해, 0.01 중량% 이상 내지 0.2 중량% 이하가 되도록 할 수 있다.The cross-linking agent solution may be a solution of a compound containing aluminum or boron, as described above. The concentration of the crosslinking agent can be adjusted depending on the characteristics of the required membrane and the kind of the crosslinking agent. However, in order to improve the strength of the membrane and to improve the withstanding voltage of the masked hydroxyl group, May be preferably 0.01 part by weight or more, more preferably 0.015 part by weight or more, and still more preferably 0.02 part by weight or more. In order to maintain the porosity of the membrane, the concentration of the cross-linking agent may be preferably 0.21 parts by weight or less, more preferably 0.2 parts by weight or less, still more preferably 0.18 parts by weight or less, Parts by weight. For example, in the step of crosslinking the porous membrane with the use of the crosslinking agent satisfying the concentration range, the crosslinking agent may be contained in the cellulose nano fiber in an amount of 0.01 wt% to 0.2 wt%.

최종 얻어진 세퍼레이터 중 가교제의 양은 예를 들어, 이슬점이 -30℃ 이하의 낮은 습도 환경의 실내에서 3 일간 방치하여 건조한 다공성 막을 A4 사이즈로 재단하고, 처리되지 않은 다공성 성막과의 중량 차이를 마이크로 전자 저울 등에 의해서 무게를 비교함으로써 측정할 수 있다. 그 외에, 다공성 막을 염산+질산(1:1) 수용액 중에서 끓여 알루미늄 또는 붕소를 추출한 후, 유도 결합 플라즈마 중량 분석법(ICP-MS) 또는 유도 결합 플라즈마 발광 분광 분석법(ICP-AES)에 의해 분석하여 측정할 수 있다.The amount of the crosslinking agent in the finally obtained separator is, for example, allowed to stand for 3 days in a room having a low humidity of -30 DEG C or less and the dried porous film is cut into A4 size. The weight difference between the porous film and the non- The weight can be measured by comparing the weight with the weight. In addition, the porous membrane is boiled in an aqueous solution of hydrochloric acid + nitric acid (1: 1) to extract aluminum or boron and then analyzed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) or inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP-AES) can do.

상기 가교제 용액의 용매는 가교제의 종류에 따라 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 가교제가 무기 염인 경우에는 용매로 물을 사용할 수 있다. 또한, 상기 가교제가 유기 화합물인 경우에는 유기 용매를 사용할 수 있다. 필요에 따라 물과 유기 용매를 혼합하거나, 여러 유기 용매를 혼합할 수 있다.The solvent of the crosslinking agent solution may be selected depending on the kind of the crosslinking agent. For example, when the crosslinking agent is an inorganic salt, water may be used as a solvent. When the crosslinking agent is an organic compound, an organic solvent may be used. If necessary, water and an organic solvent may be mixed, or various organic solvents may be mixed.

상기 가교제 용액의 건조 공정의 온도는 용매의 종류에 따라 조절할 수 있지만, 가교를 충분히 진행시키고, 용매의 잔존량을 충분히 감소시키기 위해서, 바람직하게는 50℃ 이상일 수 있고, 더욱 바람직하게는 60℃ 이상일 수 있다. 또한, 셀룰로오스 나노 섬유의 열화를 방지하기 위해서, 상기 가교제 용액의 건조 공정의 온도는, 바람직하게는 200℃ 이하일 수 있고, 더욱 바람직하게는 150℃ 이하일 수 있으며, 보다 더욱 바람직하게는 120℃ 이하일 수 있다. 이때, 가열 히터, 적외선 조사, 또는 열풍을 이용할 수 있다. 또한 감압 환경에서 가교제 용액의 건조를 할 수 있다.The temperature of the drying step of the crosslinking agent solution can be controlled depending on the type of the solvent. However, in order to sufficiently promote the crosslinking and to sufficiently reduce the amount of the solvent remaining, the temperature may preferably be 50 ° C or higher, . In order to prevent deterioration of the cellulose nanofibers, the temperature of the step of drying the crosslinking agent solution may be preferably 200 ° C or lower, more preferably 150 ° C or lower, still more preferably 120 ° C or lower have. At this time, a heating heater, infrared irradiation, or hot air may be used. The crosslinking agent solution can also be dried in a reduced pressure environment.

하나의 구체적인 예에서, 가교한 후 상기 다공성 막은 유기 용매 등을 사용하여 세척할 수 있다. 이때 유기 용매는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 톨루엔 등을 사용할 수 있다.In one specific example, after crosslinking, the porous membrane may be washed using an organic solvent or the like. In this case, the organic solvent is not particularly limited, but toluene, for example, may be used.

하나의 구체적인 예에서, 가교한 후 상기 다공성 막을 프레스할 수 있다. 상기와 같이 프레스함으로써, 가교 처리 및 건조 처리를 실시한 후, 다공성 막 표면 평활성을 주거나 원하는 공극율로 조절할 수 있다. 프레스할 때의 압력은 필요로 하는 막의 특성에 따라 조절할 수 있지만, 바람직하게는 2MPa 이상일 수 있고, 50MPa 이하일 수 있다.In one specific example, the porous membrane can be pressed after crosslinking. By performing the press as described above, after the cross-linking treatment and the drying treatment are carried out, the surface of the porous membrane can be smooth or adjusted to a desired porosity. The pressure at the time of pressing can be adjusted according to the characteristics of the required film, but it can be preferably 2 MPa or more and 50 MPa or less.

하나의 구체적인 예에서, 상기 캐스팅 용액은 카르복시메틸셀룰로오스의 알칼리염 또는 암모늄염, 메틸히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 또는 히드록시프로필메틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스 유도체 바인더를 첨가할 수 있다. 상기 바인더를 첨가함으로써 막의 강도를 더 향상시킬 수 있다. 또한 상기 바인더를 첨가하는 경우, 그 첨가량은 강도 향상을 위해, 셀룰로오스 나노 섬유 100 중량부를 기준으로, 바람직하게는 1 중량부 이상일 수 있고, 막의 유연성을 유지하기 위해, 바람직하게는 2 중량부 이하일 수 있다.In one specific example, the casting solution may contain an alkali salt or ammonium salt of carboxymethylcellulose, a cellulose derivative binder such as methylhydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, or hydroxypropylmethylcellulose. By adding the binder, the strength of the film can be further improved. When the binder is added, the amount of the binder to be added may be 1 part by weight or more, preferably 1 part by weight or more, based on 100 parts by weight of the cellulose nanofibers in order to improve the strength. In order to maintain the flexibility of the film, have.

하나의 구체적인 예에서, 상기 가교제 용액에는 수용성 개공제를 첨가할 수 있다. 상기 수용성 개공제를 첨가하는 경우, 용이하게 공극률을 유지하고 가교할 수 있다. 상기 가교제 용액에 수용성 개공제를 첨가하는 경우, 그 첨가량은 셀룰로오스 나노 섬유 100 중량부를 기준으로, 바람직하게는 약 100 중량부 내지 약 600 중량부일 수 있다.In one specific example, a water soluble padding agent may be added to the crosslinking agent solution. When the water-soluble crosslinking agent is added, it is possible to easily maintain the porosity and crosslink. When the water-soluble crosslinking agent is added to the crosslinking agent solution, the amount thereof may be preferably about 100 parts by weight to about 600 parts by weight based on 100 parts by weight of the cellulose nanofibers.

가교된 후 다공성 막의 기공 크기는 전지를 조립할 때 및 충전 시에 단락이 발생하지 않도록 약 2 ㎛ 이하일 수 있다. 또한, 공극률은 필요로 하는 세퍼레이터의 특성에 따라 조절할 수 있지만, 바람직하게는 30% 내지 60%일 수 있고, 걸리 투기도는 바람직하게는 300초/100mL 이하일 수 있다. 또한, 기공 크기는 수은 압입법또는 버블 포인트법에 의해 측정할 수 있다. 다공성 셀룰로오스 나노 섬유의 비중과 막의 밀도로부터 산출할 수 있다. 걸리 투기도는 JISP8117에 준거한 방법에 의해 측정할 수 있다.The pore size of the porous membrane after crosslinking may be less than or equal to about 2 탆 so as to avoid shorting during assembly and charging of the cell. The porosity can be adjusted depending on the characteristics of the required separator, but may be preferably 30% to 60%, and the gauge permeability may preferably be 300 seconds / 100 mL or less. The pore size can be measured by mercury porosimetry or bubble point method. It can be calculated from the specific gravity of the porous cellulose nanofibers and the density of the membrane. The gully permeability can be measured by a method in accordance with JIS P8117.

가교된 후 다공성 막의 두께는 필요로 하는 세퍼레이터의 특성에 따라 조절할 수 있지만, 절연성 및 제조의 용이성을 높이기 위해서, 바람직하게는 10 ㎛ 이상일 수 있고, 더욱 바람직하게는 14 ㎛ 이상일 수 있다. 또한 양극과 음극 사이의 이온 전도를 위해, 바람직하게는 25 ㎛ 이하일 수 있고, 더욱 바람직하게는 20 ㎛ 이하일 수 있다. 또한, 두께는 마이크로미터 등으로 측정할 수 있다.The thickness of the porous film after crosslinking can be adjusted according to the characteristics of the required separator, but it may preferably be 10 탆 or more, and more preferably be 14 탆 or more, in order to improve the insulating property and the ease of manufacture. Further, for ion conduction between the anode and the cathode, it may preferably be 25 占 퐉 or less, and more preferably 20 占 퐉 or less. The thickness can be measured by a micrometer or the like.

가교된 후 다공성 막, 즉 상기 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터의 인장 강도는 세퍼레이터에 요구되는 강도를 고려할 때, 바람직하게는 200 kgf/cm2 이상일 수 있고, 더욱 바람직하게는 250 kgf/cm2 이상일 수 있고, 보다 더욱 바람직하게는 300 kgf/cm2 이상일 수 있다. 인장 강도는 높은 편이 좋지만, 권회성(winding property), 슬릿성 및 공극률을 고려할 때, 바람직하게는 1200 kgf/cm2 이하일 수 있다. 또한, 인장 강도는 인장 시험에 의해 측정할 수 있다.Considering the strength required for the separator, the tensile strength of the porous membrane after crosslinking, that is, the separator for the nonaqueous electrolyte secondary battery may be preferably 200 kgf / cm 2 or more, more preferably 250 kgf / cm 2 or more , Still more preferably not less than 300 kgf / cm 2 . The tensile strength is preferably as high as possible, but it may preferably be 1200 kgf / cm 2 or less, considering the winding property, slit property and porosity. The tensile strength can be measured by a tensile test.

가교된 후 다공성 막, 즉 상기 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터는, ATR 스펙트럼 중 3300 cm-1에서, 가교된 세퍼레이터의 피크 강도가 비가교된 세퍼레이터의 피크 강도의 50% 이하일 수 있다.After the crosslinking, the porous membrane, that is, the separator for the nonaqueous electrolyte secondary battery, at 3300 cm -1 in the ATR spectrum, the peak strength of the crosslinked separator may be 50% or less of the peak strength of the ungraded separator.

가교된 후 다공성 막, 즉 상기 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터 중, 상기 셀룰로오스 나노 섬유는 섬유 직경이 1 ㎛ 미만인 섬유의 비율이 90 중량% 이상일 수 있다.In the porous membrane after crosslinking, that is, in the separator for the nonaqueous electrolyte secondary battery, the cellulose nanofiber may have a ratio of fibers having a fiber diameter of less than 1 탆 of 90% by weight or more.

가교된 후 다공성 막은 세퍼레이터로서의 성능을 고려할 때, 바람직하게는 불순물의 함량이 적은 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 세퍼레이터 중 Na 함량은 바람직하게는 1ppm 미만일 수 있다. 예를 들어, 상기 세퍼레이터 중 수분은 바람직하게는 1000ppm 미만일 수 있고, 더욱 바람직하게는 300ppm 미만일 수 있다. 예를 들어, 상기 세퍼레이터 중 수용성 개공제의 잔존량은 바람직하게는 500ppm 이하일 수 있다. 또한, 상기 세퍼레이터 중 불소 이외의 할로겐 함량을 최소화하는 것이 바람직하다. 단, 전해액에 포함된 성분은 상기 세퍼레이터 중에 함유하고 있어도 상관없다. 또한 정전기의 제거 등을 위해, 비스(트리플루오로메탄설포늄)아미드 등의 불소 함유 유기산의 사차 암모늄염, 포스포늄 염 또는 피롤리디늄 염 등을 가교제 용액에 첨가하여, 상기 세퍼레이터 중에 포함시킬 수 있다.The porous membrane after crosslinking may preferably have a low content of impurities, considering the performance as a separator. For example, the Na content in the separator may preferably be less than 1 ppm. For example, the water content in the separator may preferably be less than 1000 ppm, and more preferably less than 300 ppm. For example, the residual amount of the water-soluble release agent in the separator may preferably be 500 ppm or less. It is also desirable to minimize the halogen content of the separator other than fluorine. However, the components contained in the electrolytic solution may be contained in the separator. Further, a quaternary ammonium salt, a phosphonium salt or a pyrrolidinium salt of a fluorine-containing organic acid such as bis (trifluoromethanesulfonium) amide or the like can be added to the crosslinking agent solution for the removal of static electricity and the like to be contained in the separator .

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.The present invention will be described in more detail by way of the following examples and comparative examples. However, the examples are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예][Example]

<인장 강도><Tensile Strength>

폭 15 mm, 길이 50 mm인 시편을 작성하여 인장 시험 장치(디지털(digital) 재료 시험기, INSTRON사 제)에 의해 인장 강도를 측정했다. 측정은 10 회 실시하고, 그 평균값을 사용하였다.A width of 15 mm and a length of 50 mm was prepared and the tensile strength was measured by a tensile tester (digital material tester, manufactured by INSTRON). The measurement was carried out ten times, and the average value was used.

<공극률><Porosity>

공극률은 다공성 막의 비중과 밀도의 차이를 비중으로 나눈 값에 100을 곱 한 값으로 하였다. 상기 다공성 막의 비중은 셀룰로오스 섬유의 비중으로 하였다. 상기 다공성 막의 밀도는 다공성 막의 평량(basis weight)과 두께으로부터 계산하였다. 상기 다공성 막의 두께는 마이크로미터로 측정하였다.The porosity was determined by multiplying the value obtained by dividing the difference in specific gravity and density of the porous membrane by the specific gravity, and multiplying by 100. The specific gravity of the porous membrane was the specific gravity of the cellulose fibers. The density of the porous membrane was calculated from the basis weight and thickness of the porous membrane. The thickness of the porous membrane was measured in micrometers.

<걸리 투기도><Gully speculation>

JISP8117에 규정된 걸리 투기도계 (걸리식 덴시미터, 동양정밀기계사 제)를 이용하여, 외경 28.6 mm의 원형 구멍에 밀착 고정된 시편에 100 mL의 공기가 통과하는 시간을 측정하였다.The time when 100 mL of air passed through the specimen secured in close contact with a circular hole having an outer diameter of 28.6 mm was measured by using a gully dynamometer (Gully type densimeter, manufactured by Dongyang Precision Machinery Co., Ltd.) prescribed in JISP8117.

<용량 유지율><Capacity retention rate>

만들어진 다공성 막을 세퍼레이터로 하여, 전지를 제조하였다. 상기 전지의 양극은 리튬 코발트 산화물을 사용하였고, 음극은 인조 흑연을 사용하였다. 25℃의 환경에서 10 시간율로 충방전 (4.2 내지 2.75V)를 실시하였다. 그 후, 5 시간율로 정전압까지 2 회 충전 후 2.75V까지 방전을 하여, 초기 용량을 확인하였다. 또한, 5 시간율에서 정전압까지 3 회 충전하고, 그 충전 상태에서 60℃로 설정한 항온기에 15 일간 보관하였다. 15 일 후 항온기에서 꺼내고, 25℃까지 냉각한 후, 5 시간율에서 2.75V까지 방전 용량을 측정하였다. 얻어진 값의 초기 용량에 대한 비율을 용량 유지율로 하였다.The prepared porous membrane was used as a separator to prepare a battery. Lithium cobalt oxide was used as the positive electrode of the battery, and artificial graphite was used as the negative electrode. (4.2 to 2.75 V) at a rate of 10 hours in an environment of 25 캜. Thereafter, the cell was charged twice to a constant voltage at a rate of 5 hours, and discharged to 2.75 V to confirm the initial capacity. The battery was charged three times from the 5 hour rate to the constant voltage and stored in a thermostat set at 60 占 폚 for 15 days in the charged state. After 15 days, the battery was taken out from the thermostat, cooled to 25 ° C, and discharged at a rate of 5 hours to 2.75V. The ratio of the obtained value to the initial capacity was defined as the capacity retention rate.

<셀룰로오스 나노 섬유><Cellulose nanofibers>

셀룰로오스 나노 섬유는 펄프로부터 유도된, 평균 섬유 직경이 100 nm이고, 섬유 직경이 1 ㎛ 이상인 섬유의 함유량이 5 %인 것을 사용하였다.The cellulose nanofibers were derived from pulp and had an average fiber diameter of 100 nm and a content of fibers having a fiber diameter of 1 占 퐉 or more of 5%.

<적외선 흡수 스펙트럼의 측정>&Lt; Measurement of Infrared Absorption Spectrum &

얻어진 샘플에 대해, 적외선 전반사 흡수(ATR) 스펙트럼 측정을 실시하였다. 측정은 Thermo Scientific 사의, Nicolet is10을 사용하였다. 프리즘은 다이아몬드를 사용하였다. 흡수 강도는 1430cm-1 부근의 피크에 의해 규격화했다.An infrared total absorption absorption (ATR) spectrum measurement was performed on the obtained sample. The measurement was carried out by Nicolet is 10 from Thermo Scientific. The prism was made of diamond. The absorption intensity was normalized by a peak near 1430 cm -1 .

(실시예 1)(Example 1)

2 중량%의 셀룰로오스 나노 섬유의 물 현탁액에, 바인더로서 카르복시 메틸셀룰로오스(샌로즈 MAC500LC, 일본 제지사 제) 및 수용성 개공제로서 트리에틸렌글리콜 부틸메틸에테르(동방 화학사 제)를 첨가하고 교반하여, 캐스팅 용액을 제조하였다. 상기 바인더는 셀룰로오스 나노 섬유 100 중량부를 기준으로 1 중량부 첨가하고, 상기 수용성 개공제는 셀룰로오스 나노 섬유 100 중량부를 기준으로 250 중량부 첨가하였다. 제조된 캐스팅 용액을 샬레에 캐스팅한 후, 85℃의 핫 플레이트(hot plate) 상에서 용매 및 트리에틸렌글리콜 부틸메틸에테르를 증발시켜, 다공성 막을 형성하였다. 얻어진 다공성 막을 톨루엔으로 세척하고, 다시 85℃의 핫 플레이트에서 건조시켰다.Carboxymethylcellulose (SANROZ MAC500LC, manufactured by Japan Kagaku Co., Ltd.) and triethylene glycol butyl methyl ether (manufactured by Orient Chemical Industries, Ltd.) were added as a binder to a water suspension of 2 wt% of the cellulose nanofibers and stirred, Solution. The binder was added in an amount of 1 part by weight based on 100 parts by weight of the cellulose nanofibers and 250 parts by weight in terms of 100 parts by weight of the cellulose nanofibers. The prepared casting solution was cast in a chalet, and then the solvent and triethylene glycol butyl methyl ether were evaporated on a hot plate at 85 DEG C to form a porous film. The resulting porous membrane was washed with toluene and again dried on a hot plate at 85 캜.

그 후, 샬레에 채워진 가교제 용액에 다공성 막을 침지하고, 85℃의 핫 플레이트 상에서 용매 및 트리에틸렌글리콜 부틸메틸에테르를 증발시키면서 가교를 진행하였다. 상기 가교제 용액은 다공성 막에 포함된 셀룰로오스 나노 섬유 100 중량부를 기준으로, 황산 알루미늄(화광순약공업(和光純藥工業)사 제)가 0.03 중량부, 트리에틸렌글리콜 부틸메틸에테르가 250 중량부가 되도록 조제한 수용액을 사용하였다. 가교 반응 후, 톨루엔에 의해 세척하고, 20MPa의 압력으로 프레스하여, 가교 다공성 막을 얻었다.Thereafter, the porous membrane was immersed in the crosslinking agent solution filled in the chalet, and crosslinking was carried out while evaporating the solvent and triethylene glycol butyl methyl ether on a hot plate at 85 캜. The crosslinking agent solution was prepared so that 0.03 parts by weight of aluminum sulfate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 250 parts by weight of triethylene glycol butyl methyl ether were added based on 100 parts by weight of the cellulose nanofibers contained in the porous membrane Aqueous solution was used. After the crosslinking reaction, it was washed with toluene and pressed at a pressure of 20 MPa to obtain a crosslinked porous film.

상기 가교 다공성 막의 두께는 18 ㎛, 걸리 투기도는 205.2초/100mL, 인장 강도는 278 kgf/cm2이었다. 상기 얻어진 가교 다공성 막을 세퍼레이터로 사용한 전지에 대해, 4.4V 정전압에서 용량 유지율을 측정한 결과, 76 %였다.The thickness of the crosslinked porous membrane was 18 탆, the gauge permeability was 205.2 sec / 100 mL, and the tensile strength was 278 kgf / cm 2 . The capacity retention ratio of the cell obtained using the obtained crosslinked porous film as a separator was measured at a constant voltage of 4.4 V and found to be 76%.

(실시예 2)(Example 2)

상기 가교제 용액에 포함된 황산 알루미늄을 0.13 중량부로 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여, 가교 다공성 막을 제조하였다.A crosslinked porous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.13 parts by weight of aluminum sulfate contained in the crosslinking agent solution was added.

상기 가교 다공성 막의 두께는 18 ㎛, 걸리 투기도는 205.2초/100mL, 인장 강도는 304 kgf/cm2이었다. 4.4V 정전압에서 용량 유지율을 측정한 결과, 76 %였다.The cross-linked porous membrane had a thickness of 18 탆, a gauge permeability of 205.2 sec / 100 mL, and a tensile strength of 304 kgf / cm 2 . The capacity retention rate was measured at a constant voltage of 4.4 V and found to be 76%.

(실시예 3)(Example 3)

상기 가교제 용액에 포함된 황산 알루미늄을 0.21 중량부로 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여, 가교 다공성 막을 제조하였다.A crosslinked porous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.21 part by weight of aluminum sulfate contained in the crosslinking agent solution was added.

상기 가교 다공성 막의 두께는 15 ㎛, 걸리 투기도는 232.4초/100mL, 인장 강도는 368 kgf/cm2이었다. 4.4V 정전압에서 용량 유지율을 측정한 결과, 71 %였다.The thickness of the crosslinked porous membrane was 15 mu m, the gluing rate was 232.4 sec / 100 mL, and the tensile strength was 368 kgf / cm &lt; 2 & gt ;. The capacity retention ratio was measured at a constant voltage of 4.4 V and found to be 71%.

(실시예 4)(Example 4)

상기 가교제 용액에 포함된 트리에틸렌글리콜 부틸메틸에테르를 440 중량부로 첨가한 것 이외에는 실시예 3과 동일한 방법을 사용하여, 가교 다공성 막을 제조하였다.A crosslinked porous membrane was prepared in the same manner as in Example 3, except that 440 parts by weight of triethylene glycol butyl methyl ether contained in the crosslinking agent solution was added.

상기 가교 다공성 막의 두께는 20 ㎛, 걸리 투기도는 244.8초/100mL, 인장 강도는 323 kgf/cm2이었다. 4.4V 정전압에서 용량 유지율을 측정한 결과, 74 %였다.The thickness of the crosslinked porous membrane was 20 mu m, the gluing rate was 244.8 sec / 100 mL, and the tensile strength was 323 kgf / cm &lt; 2 & gt ;. The capacity retention ratio at a constant voltage of 4.4 V was measured and found to be 74%.

(실시예 5)(Example 5)

상기 가교제 용액을, 다공성 막에 포함된 셀룰로오스 나노 섬유 100 중량부를 기준으로, 알루민산 나트륨(화광순약공업사 제) 0.02 중량부, 트리에틸렌글리콜 부틸메틸에테르 440 중량부가 되도록 조제한 용액으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여, 가교 다공성 막을 제조하였다.Except that the crosslinking agent solution was changed to a solution prepared so that 0.02 part by weight of sodium aluminate (manufactured by Hikari Pure Chemical Industries, Ltd.) and 440 parts by weight of triethylene glycol butyl methyl ether were added to 100 parts by weight of the cellulose nano fiber contained in the porous membrane Using the same method as in Example 1, a crosslinked porous membrane was prepared.

상기 가교 다공성 막의 두께는 20 ㎛, 걸리 투기도는 213.2초/100mL, 인장 강도는 388 kgf/cm2이었다. 4.4V 정전압에서 용량 유지율을 측정한 결과, 76 %였다.The cross-linked membrane thickness is 20 ㎛, Gurley gas permeability was 213.2 seconds / 100mL, tensile strength was 388 kgf / cm 2. The capacity retention rate was measured at a constant voltage of 4.4 V and found to be 76%.

(실시예 6)(Example 6)

상기 가교제 용액에 포함된 알루민산 나트륨을 0.10 중량부로 첨가한 것 이외에는 실시예 5와 동일한 방법을 사용하여, 가교 다공성 막을 제조하였다.A cross-linked porous membrane was prepared in the same manner as in Example 5 except that 0.10 part by weight of sodium aluminate contained in the cross-linking agent solution was added.

상기 가교 다공성 막의 두께는 14㎛, 걸리 투기도는 206.4초/100mL, 인장 강도는 394 kgf/cm2이었다. 4.4V 정전압에서 용량 유지율을 측정한 결과, 76 %였다.The thickness of the crosslinked porous membrane was 14 mu m, the gauge permeability was 206.4 sec / 100 mL, and the tensile strength was 394 kgf / cm &lt; 2 & gt ;. The capacity retention rate was measured at a constant voltage of 4.4 V and found to be 76%.

(실시예 7)(Example 7)

상기 가교제 용액에 포함된 황산 알루미늄을 0.19 중량부로 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여, 가교 다공성 막을 제조하였다.A crosslinked porous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.19 parts by weight of aluminum sulfate contained in the crosslinking agent solution was added.

상기 가교 다공성 막의 두께는 14㎛, 걸리 투기도는 222.4초/100mL, 인장 강도는 394 kgf/cm2이었다. 4.4V 정전압에서 용량 유지율을 측정한 결과, 82 %였다.The thickness of the crosslinked porous membrane was 14 mu m, the gauge permeability was 222.4 sec / 100 mL, and the tensile strength was 394 kgf / cm &lt; 2 & gt ;. The capacity retention ratio was measured at a constant voltage of 4.4 V and found to be 82%.

상기 실시예 1 내지 7의 가교 조건 및 측정 결과를 하기 표 1에 정리하여 나타내었다. 모든 실시예들에서, 250 kgf/cm2 이상의 높은 인장 강도를 나타냈으며, 4.4V의 정전압에서 70 % 이상의 높은 용량 유지율을 나타내었다.The crosslinking conditions and measurement results of Examples 1 to 7 are summarized in Table 1 below. In all embodiments, high tensile strengths of 250 kgf / cm &lt; 2 &gt; or more were exhibited and high capacity retention ratios of 70% or more at a constant voltage of 4.4 V were exhibited.

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(실시예 8)(Example 8)

상기 가교제 용액을 다공성 막에 포함된 셀룰로오스 나노 섬유 100 중량부를 기준으로, 알루미늄 이소프로폭사이드(도쿄화성공업사 제) 0.02 중량부, 트리에틸렌글리콜 부틸메틸에테르 200 중량부가 되도록 조제한 2-프로판올/톨루엔 용액으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여, 가교 다공성 막을 제조하였다.Propanol / toluene solution prepared so that 0.02 part by weight of aluminum isopropoxide (produced by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 200 parts by weight of triethylene glycol butyl methyl ether were added to the cross-linking agent solution based on 100 parts by weight of the cellulose nano fiber contained in the porous membrane , A crosslinked porous film was prepared using the same method as in Example 1. [

상기 가교 다공성 막의 두께는 20 ㎛, 걸리 투기도는 214.0초/100mL, 인장 강도는 360 kgf/cm2이었다. 4.4V 정전압에서 용량 유지율을 측정한 결과, 76 %였다.The cross-linked membrane thickness is 20 ㎛, Gurley gas permeability was 214.0 seconds / 100mL, tensile strength was 360 kgf / cm 2. The capacity retention rate was measured at a constant voltage of 4.4 V and found to be 76%.

(실시예 9)(Example 9)

상기 가교제 용액에 포함된 알루미늄 이소프로폭시드를 0.18 중량부로, 트리에틸렌글리콜 부틸메틸에테르 340 중량부로 한 것 이외에는 실시예 8과 동일한 방법을 사용하여, 가교 다공성 막을 제조하였다.A crosslinked porous film was prepared in the same manner as in Example 8 except that the aluminum isopropoxide contained in the crosslinking agent solution was changed to 0.18 part by weight and the triethylene glycol butyl methyl ether was changed to 340 parts by weight.

상기 가교 다공성 막의 두께는 14㎛, 걸리 투기도는 218.3초/100mL, 인장 강도는 321 kgf/cm2이었다. 4.4V 정전압에서 용량 유지율을 측정한 결과, 77 %였다.The thickness of the crosslinked porous membrane was 14 mu m, the gluing rate was 218.3 sec / 100 mL, and the tensile strength was 321 kgf / cm &lt; 2 & gt ;. The capacity retention ratio was measured at a constant voltage of 4.4 V and found to be 77%.

(실시예 10)(Example 10)

상기 가교제 용액을 다공성 막에 포함된 셀룰로오스 나노 섬유 100 중량부를 기준으로, Al(C5H7O2)(C6H9O3)(도쿄 화성 공업사 제) 0.1 중량부, 트리에틸렌글리콜 부틸메틸에테르가 200 중량부가 되도록 조제한 이소프로판올 용액으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여, 가교 다공성 막을 제조하였다.0.1 part by weight of Al (C 5 H 7 O 2 ) (C 6 H 9 O 3 ) (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 0.1 part by weight of triethylene glycol butylmethyl (meth) acrylate based on 100 parts by weight of the cellulose nanofibers contained in the porous membrane, A crosslinked porous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that the isopropanol solution was changed so that the amount of ether was 200 parts by weight.

상기 가교 다공성 막의 두께는 19㎛, 걸리 투기도는 213.6초/100mL, 인장 강도는 359 kgf/cm2이었다. 4.4V 정전압에서 용량 유지율을 측정한 결과, 78 %였다.The thickness of the crosslinked porous membrane was 19 mu m, the gauge permeability was 213.6 sec / 100 mL, and the tensile strength was 359 kgf / cm &lt; 2 & gt ;. The capacity retention ratio was measured at a constant voltage of 4.4 V and found to be 78%.

상기 실시예 8 내지 10의 가교 조건 및 측정 결과를 하기 표 2에 정리하여 나타내었다. 모든 실시예들에서, 250 kgf/cm2 이상의 높은 인장 강도를 나타냈으며, 4.4V의 정전압에서 70 % 이상의 높은 용량 유지율을 나타내었다.The crosslinking conditions and measurement results of Examples 8 to 10 are summarized in Table 2 below. In all embodiments, high tensile strengths of 250 kgf / cm &lt; 2 &gt; or more were exhibited and high capacity retention ratios of 70% or more at a constant voltage of 4.4 V were exhibited.

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Figure pat00002

(실시예 11)(Example 11)

상기 가교제 용액을 다공성 막에 포함된 셀룰로오스 나노 섬유 100 중량부를 기준으로, 붕산(화광순약공업사 제) 0.01 중량부, 트리에틸렌글리콜 부틸메틸에테르 350 중량부가 되도록 조제한 수용액으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여, 가교 다공성 막을 제조하였다.Except that the crosslinking agent solution was changed to an aqueous solution prepared so that 0.01 part by weight of boric acid (manufactured by Hikari Pure Chemical Industries, Ltd.) and 350 parts by weight of triethylene glycol butyl methyl ether were added based on 100 parts by weight of the cellulose nano fibers contained in the porous membrane. Using the same method, a crosslinked porous membrane was prepared.

상기 가교 다공성 막의 두께는 16㎛, 걸리 투기도는 208.8초/100mL, 인장 강도는 344 kgf/cm2이었다. 4.4V 정전압에서 용량 유지율을 측정한 결과, 77 %였다.The thickness of the cross-linked porous membrane was 16 μm, the gauge permeability was 208.8 sec / 100 mL, and the tensile strength was 344 kgf / cm 2 . The capacity retention ratio was measured at a constant voltage of 4.4 V and found to be 77%.

(실시예 12)(Example 12)

상기 가교제 용액에 포함된 붕산을 0.14 중량부로 변경한 것 이외에는 실시예 11과 동일한 방법을 사용하여, 가교 다공성 막을 제조하였다.A crosslinked porous film was prepared in the same manner as in Example 11 except that the boric acid contained in the crosslinking agent solution was changed to 0.14 parts by weight.

상기 가교 다공성 막의 두께는 14㎛, 걸리 투기도는 221.6초/100mL, 인장 강도는 353 kgf/cm2이었다. 4.4V 정전압에서 용량 유지율을 측정한 결과, 74 %였다.The cross-linked porous membrane had a thickness of 14 탆, a gauge permeability of 221.6 sec / 100 mL, and a tensile strength of 353 kgf / cm 2 . The capacity retention ratio at a constant voltage of 4.4 V was measured and found to be 74%.

(실시예 13)(Example 13)

상기 가교제 용액을 다공성 막에 포함된 셀룰로오스 나노 섬유 100 중량부를 기준으로, (HO)2B-B(OH)2(도쿄화성공업사 제)0.04 중량부, 트리에틸렌글리콜 부틸메틸에테르 470 중량부가 되도록 조제한 에탄올 용액으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여, 가교 다공성 막을 제조하였다.The crosslinking agent solution was added to 0.04 part by weight of (HO) 2 BB (OH) 2 (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 470 parts by weight of triethylene glycol butylmethyl ether based on 100 parts by weight of the cellulose nanofibers contained in the porous membrane. , A crosslinked porous film was prepared using the same method as in Example 1. [

상기 가교 다공성 막의 두께는 16㎛, 걸리 투기도는 210.0초/100mL, 인장 강도는 355 kgf/cm2이었다. 4.4V 정전압에서 용량 유지율을 측정한 결과, 77 %였다.The thickness of the crosslinked porous membrane was 16 mu m, the gauge permeability was 210.0 sec / 100 mL, and the tensile strength was 355 kgf / cm &lt; 2 & gt ;. The capacity retention ratio was measured at a constant voltage of 4.4 V and found to be 77%.

(실시예 14)(Example 14)

상기 가교제 용액에 포함된 (HO)2B-B(OH)2를 0.10 중량부로 변경한 것 이외에는 실시예 13과 동일한 방법을 사용하여, 가교 다공성 막을 제조하였다.A cross-linked porous membrane was prepared in the same manner as in Example 13 except that (HO) 2 BB (OH) 2 contained in the cross-linking agent solution was changed to 0.10 part by weight.

상기 가교 다공성 막의 두께는 15㎛, 걸리 투기도는 221.6초/100mL, 인장 강도는 368 kgf/cm2이었다. 4.4V 정전압에서 용량 유지율을 측정한 결과, 72 %였다.The thickness of the crosslinked porous membrane was 15 mu m, the gauge permeability was 221.6 sec / 100 mL, and the tensile strength was 368 kgf / cm &lt; 2 & gt ;. The capacity retention rate was measured at a constant voltage of 4.4 V and found to be 72%.

(실시예 15)(Example 15)

상기 가교제 용액을 다공성 막에 포함된 셀룰로오스 나노 섬유 100 중량부를 기준으로, (HO)2B-B(OH)2(도쿄 화성 공업사 제) 0.18 중량부, 붕산 0.02 중량부, 트리에틸렌글리콜 부틸메틸에테르 500 중량부가 되도록 조제한 물/에탄올 용액으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여, 가교 다공성 막을 제조하였다.0.18 part by weight of (HO) 2 BB (OH) 2 (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 0.02 part by weight of boric acid, and 500 parts by weight of triethylene glycol butylmethylether, based on 100 parts by weight of the cellulose nano- Was changed to a water / ethanol solution prepared so as to be added in the same manner as in Example 1, to prepare a crosslinked porous film.

상기 가교 다공성 막의 두께는 14㎛, 걸리 투기도는 201.6초/100mL, 인장 강도는 370 kgf/cm2이었다. 4.4V 정전압에서 용량 유지율을 측정한 결과, 77 %였다.The cross-linked porous membrane had a thickness of 14 탆, a gauge permeability of 201.6 sec / 100 mL, and a tensile strength of 370 kgf / cm 2 . The capacity retention ratio was measured at a constant voltage of 4.4 V and found to be 77%.

상기 실시예 11 내지 15의 가교 조건 및 측정 결과를 하기 표 3에 정리하여 나타내었다. 모든 실시예들에서, 250 kgf/cm2 이상의 높은 인장 강도를 나타냈으며, 4.4V의 정전압에서 70 % 이상의 높은 용량 유지율을 나타내었다.The crosslinking conditions and measurement results of Examples 11 to 15 are summarized in Table 3 below. In all embodiments, high tensile strengths of 250 kgf / cm &lt; 2 &gt; or more were exhibited and high capacity retention ratios of 70% or more at a constant voltage of 4.4 V were exhibited.

Figure pat00003
Figure pat00003

(실시예 16)(Example 16)

상기 가교제 용액을 다공성 막에 포함된 셀룰로오스 나노 섬유 100 중량부를 기준으로, 붕산 이소프로폭시드(도쿄 화성 공업사 제) 0.13 중량부, 트리에틸렌글리콜 부틸메틸에테르 300 중량부가 되도록 조제한 톨루엔 용액으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여, 가교 다공성 막을 제조하였다.The crosslinking agent solution was changed to a toluene solution prepared so that 0.13 part by weight of isobornyl borate (produced by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 300 parts by weight of triethylene glycol butyl methyl ether were added based on 100 parts by weight of the cellulose nano fiber contained in the porous membrane , A crosslinked porous film was prepared using the same method as in Example 1.

상기 가교 다공성 막의 두께는 20 ㎛, 걸리 투기도는 224.2초/100mL, 인장 강도는 341 kgf/cm2이었다. 4.4V 정전압에서 용량 유지율을 측정한 결과, 73 %였다.The thickness of the crosslinked porous membrane was 20 mu m, the gluing rate was 224.2 sec / 100 mL, and the tensile strength was 341 kgf / cm &lt; 2 & gt ;. The capacity retention ratio at the constant voltage of 4.4 V was measured and found to be 73%.

(실시예 17)(Example 17)

상기 가교제 용액에 포함된 붕산 이소프로폭시드를 0.2 중량부로 변경한 것 이외에는 실시예 17과 동일한 방법을 사용하여, 가교 다공성 막을 제조하였다.A crosslinked porous membrane was prepared in the same manner as in Example 17 except that 0.2 part by weight of boric acid isopropoxide contained in the crosslinking agent solution was used.

상기 가교 다공성 막의 두께는 20 ㎛, 걸리 투기도는 235.7초/100mL, 인장 강도는 411 kgf/cm2이었다. 4.4V 정전압에서 용량 유지율을 측정한 결과, 70 %였다.The cross-linked membrane thickness is 20 ㎛, Gurley gas permeability was 235.7 seconds / 100mL, tensile strength was 411 kgf / cm 2. The capacity retention ratio was measured at a constant voltage of 4.4 V and found to be 70%.

(실시예 18)(Example 18)

상기 가교제 용액을 다공성 막에 포함된 셀룰로오스 나노 섬유 100 중량부를 기준으로, 비스(네오펜틸글리콜라토)디보론(도쿄 화성 공업사 제) 0.04 중량부, 트리에틸렌글리콜 부틸메틸에테르 200 중량부가 되도록 조제한 톨루엔 용액으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여, 가교 다공성 막을 제조하였다.The crosslinking agent solution was mixed with 0.04 part by weight of bis (neopentylglycolato) diboron (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 200 parts by weight of triethylene glycol butylmethyl ether based on 100 parts by weight of the cellulose nanofibers contained in the porous membrane. , A crosslinked porous film was prepared using the same method as in Example 1. [

상기 가교 다공성 막의 두께는 17 ㎛, 걸리 투기도는 217.2초/100mL, 인장 강도는 350 kgf/cm2이었다. 4.4V 정전압에서 용량 유지율을 측정한 결과, 74 %였다.The thickness of the crosslinked porous membrane was 17 mu m, the gauge permeability was 217.2 sec / 100 mL, and the tensile strength was 350 kgf / cm &lt; 2 & gt ;. The capacity retention ratio at a constant voltage of 4.4 V was measured and found to be 74%.

상기 실시예 16 ~ 18의 가교 조건 및 측정 결과를 표 4에 정리하여 나타내었다. 모든 실시예들에서, 250 kgf/cm2 이상의 높은 인장 강도를 나타냈으며, 4.4V의 정전압에서 70 % 이상의 높은 용량 유지율을 나타내었다.The crosslinking conditions and measurement results of the above Examples 16 to 18 are summarized in Table 4. In all embodiments, high tensile strengths of 250 kgf / cm &lt; 2 &gt; or more were exhibited and high capacity retention ratios of 70% or more at a constant voltage of 4.4 V were exhibited.

Figure pat00004
Figure pat00004

(비교예 1)(Comparative Example 1)

가교를 하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여, 미가교 다공성 막을 제조하였다. An uncrosslinked porous membrane was prepared using the same method as in Example 1, except that the crosslinking was not carried out.

상기 미가교 다공성 막의 두께는 22 ㎛, 걸리 투기도는 199.2초/100mL, 인장 강도는 159 kgf/cm2이었다. 4.4V 정전압에서 용량 유지율을 측정한 결과, 52%이었으며, 4.2V 정전압에서 용량 유지율을 측정한 결과, 75 %였다.The uncrosslinked porous membrane had a thickness of 22 mu m, a gauge permeability of 199.2 sec / 100 mL, and a tensile strength of 159 kgf / cm &lt; 2 & gt ;. The capacity retention ratio at the constant voltage of 4.4 V was 52%, and the capacity retention ratio at the constant voltage of 4.2 V was 75%.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

상기 가교제 용액을 다공성 막에 포함된 셀룰로오스 나노 섬유 100 중량부를 기준으로, 황산 알루미늄이 0.007 중량부가 되도록 조제한 수용액으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여, 가교 다공성 막을 제조하였다.A cross-linked porous membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that the cross-linking agent solution was changed to an aqueous solution prepared so that 0.007 parts by weight of aluminum sulfate was contained based on 100 parts by weight of the cellulose nanofibers contained in the porous membrane.

상기 가교 다공성 막의 두께는 15 ㎛, 걸리 투기도는 232.4초/100mL, 인장 강도는 162 kgf/cm2이었다. 4.4V 정전압에서 용량 유지율을 측정한 결과, 54 %였다.The thickness of the cross-linked porous membrane was 15 mu m, the gluing rate was 232.4 sec / 100 mL, and the tensile strength was 162 kgf / cm &lt; 2 & gt ;. The capacity retention ratio was measured at a constant voltage of 4.4 V and found to be 54%.

(비교예 3)(Comparative Example 3)

상기 가교제 용액에 포함된 황산 알루미늄을 0.23 중량부로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여, 가교 다공성 막을 제조하였다.A crosslinked porous film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the aluminum sulfate contained in the crosslinking agent solution was changed to 0.23 parts by weight.

상기 가교 다공성 막의 두께는 15 ㎛, 걸리 투기도는 1,634초/100mL, 인장 강도는 304 kgf/cm2이었다. 4.4V 정전압에서 용량 유지율을 측정한 결과, 66 %였다.The thickness of the cross-linked porous membrane was 15 mu m, the gluing strength was 1,634 sec / 100 mL, and the tensile strength was 304 kgf / cm &lt; 2 & gt ;. The capacity retention ratio at a constant voltage of 4.4 V was measured and found to be 66%.

각 비교예의 데이터를 하기 표 5에 정리하여 나타내었다. 다공성 막을 가교하지 않은 비교예 1에서는 인장 강도가 200 kgf/cm2 미만이었다. 또한 4.2V의 전압에서 75%의 용량 유지율을 보여주지만, 4.4V로 전압을 올리면 용량 유지율은 52%로 떨어졌다.The data of each comparative example are summarized in Table 5 below. In Comparative Example 1 in which the porous membrane was not crosslinked, the tensile strength was less than 200 kgf / cm 2 . It also showed a capacity retention rate of 75% at a voltage of 4.2V, but when the voltage was increased to 4.4V, the capacity retention rate dropped to 52%.

또한, 가교제의 양이 적은 비교예 2에서는 인장 강도가 200 kgf/cm2 미만이었고, 용량 유지율도 70% 미만이었다. 반면에, 가교제의 양이 많은 비교예 3에서는 인장 강도는 큰 값을 나타냈지만, 용량 유지율은 70 % 미만이었다.In Comparative Example 2 in which the amount of the crosslinking agent was small, the tensile strength was less than 200 kgf / cm 2 , and the capacity retention rate was less than 70%. On the other hand, in Comparative Example 3 in which the amount of the crosslinking agent was large, the tensile strength showed a large value, but the capacity retention rate was less than 70%.

Figure pat00005
Figure pat00005

도 1은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2의 적외선 전반사 흡수 측정 결과를 나타내는 스펙트럼이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a spectrum showing the results of measurement of absorption of total infrared radiation of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2; FIG.

도 1을 참조하면, 다공성 막의 가교를 하지 않은 비교예 1에서는 1600 cm-1 부근에서 셀룰로오스 나노 섬유들 간의 수소 결합에 관여하는 결합물에 해당하는 피크가 관찰되었다. 또한 3300 cm-1 내지 3400 cm-1에서는, 수산기(OH)에 해당하는 피크가 관찰되었다. 소량의 황산 알루미늄에 의해 가교를 실시한 비교예 2에서는 1600 cm-1 부근의 피크와 3300 cm-1 내지 3400 cm-1의 피크가 모두 작아졌다. Referring to FIG. 1, in Comparative Example 1 in which the porous membrane was not crosslinked, a peak corresponding to a bond involved in hydrogen bonding between cellulosic nanofibers was observed at around 1600 cm -1 . Also, at 3300 cm -1 to 3400 cm -1 , a peak corresponding to the hydroxyl group (OH) was observed. In Comparative Example 2 in which crosslinking was carried out with a small amount of aluminum sulfate, the peak around 1600 cm -1 and the peak between 3300 cm -1 and 3400 cm -1 were both small.

반면에, 황산 알루미늄에 의해 가교한 실시예 1 내지 3에서는, 1600 cm-1 부근의 피크와 3300 cm-1 내지 3400 cm-1의 피크가 비교예 1에 비해 매우 작아져서, 셀룰로오스 나노 섬유들 간의 수소 결합이 알루미늄을 통해 결합되고, 셀룰로오스 나노 섬유 표면에 형성된 수산기의 대부분이 알루미늄에 의해 마스킹되어 있다고 생각된다.On the other hand, in Examples 1 to 3 bridged by aluminum sulfate, the peak near 1600 cm -1 and the peak at 3300 cm -1 to 3400 cm -1 became much smaller than those in Comparative Example 1, It is considered that the hydrogen bonds are bonded through aluminum and most of the hydroxyl groups formed on the surface of the cellulose nanofibers are masked by aluminum.

Claims (20)

셀룰로오스 나노 섬유; 및
알루미늄 및 붕소 중 적어도 하나를 주성분으로 하는 가교제;를 포함하고,
상기 주성분은 상기 셀룰로오스 나노 섬유의 수산기(hydroxyl group)와 결합하고, 상기 셀룰로오스 나노 섬유 간을 가교하는,
비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터.
Cellulose nanofibers; And
And a cross-linking agent containing at least one of aluminum and boron as a main component,
Wherein the main component binds to a hydroxyl group of the cellulose nanofiber and crosses the cellulosic nanofibers,
Separator for non-aqueous electrolyte secondary battery.
제1항에 있어서, 상기 가교제는 수용성 무기염 및 가수분해되는 유기 화합물 중 적어도 하나를 포함하는, 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터.The separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the crosslinking agent comprises at least one of a water-soluble inorganic salt and an organic compound to be hydrolyzed. 제1항에 있어서, 상기 가교제는 다가 양이온 및 음이온을 포함하는 금속염 또는 비금속염을 포함하는, 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터.The separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the crosslinking agent comprises a metal salt or a nonmetal salt including a polyvalent cation and an anion. 제1항에 있어서, 상기 가교제는 알루미늄 황산염, 알루미늄 산소산염, 붕소 황산염 및 붕소 산소산염 중 적어도 하나를 포함하는, 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터.The separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the cross-linking agent comprises at least one of aluminum sulfate, aluminum oxyacid, boron sulfate and boron oxyacid. 제1항에 있어서, 상기 가교제는 유기 알루미늄 화합물 및 유기 붕소 화합물 중 적어도 하나를 포함하는, 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터.The separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the crosslinking agent comprises at least one of an organoaluminum compound and an organic boron compound. 제1항에 있어서, 상기 가교제는 하기 식 (1) 내지 (5) 중 어느 하나로 표시되는 알루미늄 화합물 및 붕소 화합물 중 적어도 하나를 포함하는, 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터:
MR(OH)2 ... (1)
(HO)2M-M(OH)2 ... (2)
(RO)2M-O-M(OR)2 ... (3)
M(O(C=O)R'... (4)
M(OH)3-x(OR'C(=O)O)x ... (5)
상기 식 (1) 내지 (5)에서, M은 알루미늄 또는 붕소이고, R은 수소, 탄소수 1 내지 8의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 또는 시클로알킬기이고, R'은 탄소 수 2 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 산소를 포함하는 글리콜에테르기 또는 디올기이며, 1≤x≤3이다.
The separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the crosslinking agent comprises at least one of an aluminum compound and a boron compound represented by any one of the following formulas (1) to (5)
MR (OH) 2 (1)
(HO) 2 MM (OH) 2 ... (2)
(RO) 2 MOM (OR) 2 (3)
M (O (C = O) R '(4)
M (OH) 3-x (OR'C (= O) O) x (5)
In the formulas (1) to (5), M is aluminum or boron, R is hydrogen, a linear or branched alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or a cycloalkyl group, and R ' Branched alkyl group, oxygen-containing glycol ether group or diol group, and 1? X? 3.
제1항에 있어서, 상기 가교제는 상기 셀룰로오스 나노 섬유에 대해, 0.01 중량% 이상 내지 0.22 중량% 이하로 포함되는, 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터.The separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the crosslinking agent is contained in an amount of 0.01 wt% to 0.22 wt% with respect to the cellulose nanofibers. 제1항에 있어서, 상기 셀룰로오스 나노 섬유는 섬유 직경이 1 ㎛ 미만인 섬유의 비율이 90 중량% 이상인, 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터.The separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the cellulose nanofibers have a fiber ratio of 90% by weight or more to fibers having a fiber diameter of less than 1 占 퐉. 제1항에 있어서, 상기 셀룰로오스 나노 섬유의 수산기는 알루미늄 또는 붕소에 의해 마스킹(masking)되는, 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터.The separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the hydroxyl groups of the cellulose nanofibers are masked by aluminum or boron. 제1항에 있어서, 인장 강도가 200 kgf/cm2 이상인, 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터.The separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, having a tensile strength of 200 kgf / cm 2 or more. 제1항에 있어서, ATR 스펙트럼 중 3300 cm-1에서, 가교된 세퍼레이터의 피크 강도가 비가교된 세퍼레이터의 피크 강도의 50% 이하인, 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터.The separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the peak intensity of the crosslinked separator is 50% or less of the peak intensity of the ungraded separator at 3300 cm -1 in the ATR spectrum. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터를 포함하는 비수 전해질 이차전지.12. A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising the separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 11. 제12항에 있어서, 4.4V 정전압에서 용량 유지율이 70% 이상인, 비수 전해질 이차전지.The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 12, wherein the capacity retention ratio at a constant voltage of 4.4 V is 70% or more. 셀룰로오스 나노 섬유와 수용성 개공제의 혼합물을 캐스팅하여 다공성 막을 얻는 공정; 및
상기 다공성 막에 가교제를 포함하는 용액을 함침시켜 상기 다공성 막을 가교하는 공정;을 포함하고,
상기 가교제는 알루미늄 및 붕소 중 적어도 하나를 주성분으로 하고,
상기 주성분은 상기 셀룰로오스 나노 섬유의 수산기와 결합하고, 상기 셀룰로오스 나노 섬유 간을 가교하는,
비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터의 제조 방법.
A step of casting a mixture of the cellulose nanofibers and the water-soluble pore-forming agent to obtain a porous membrane; And
And impregnating the porous membrane with a solution containing a crosslinking agent to crosslink the porous membrane,
Wherein the cross-linking agent comprises at least one of aluminum and boron as a main component,
Wherein the main component binds to the hydroxyl groups of the cellulose nanofibers and crosses the cellulosic nanofibers,
A method for manufacturing a separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery.
제14항에 있어서, 상기 수용성 개공제는 상기 셀룰로오스 나노 섬유 100 중량부 기준으로, 5 중량부 이상 내지 3000 중량부 이하로 포함되는, 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터의 제조 방법.15. The method for producing a separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 14, wherein the water soluble separating agent is contained in an amount of 5 parts by weight or more and 3,000 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the cellulose nano fiber. 제14항에 있어서, 상기 가교제는 수용성 무기염 및 가수분해되는 유기 화합물 중 적어도 하나를 포함하는, 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터의 제조 방법.15. The method for producing a separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 14, wherein the crosslinking agent comprises at least one of a water-soluble inorganic salt and an organic compound to be hydrolyzed. 제14항에 있어서, 상기 가교제는 알루미늄 황산염, 알루미늄 산소산염, 붕소 황산염 및 붕소 산소산염 중 적어도 하나를 포함하는, 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터의 제조 방법.15. The method for producing a separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 14, wherein the crosslinking agent comprises at least one of aluminum sulfate, aluminum oxyacid, boron sulfate and boron oxyacid. 제14항에 있어서, 상기 가교제는 알루미늄 화합물 및 붕소 화합물 중 적어도 하나를 포함하는, 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터의 제조 방법.15. The method for producing a separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 14, wherein the crosslinking agent comprises at least one of an aluminum compound and a boron compound. 제14항에 있어서, 상기 다공성 막을 가교하는 공정에서, 상기 가교제는 상기 셀룰로오스 나노 섬유에 대해, 0.01 중량% 이상 내지 0.2 중량% 이하가 되도록 하는, 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터의 제조 방법.15. The method for producing a separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 14, wherein in the step of crosslinking the porous membrane, the crosslinking agent is contained in an amount of not less than 0.01% by weight and not more than 0.2% by weight based on the cellulose nano fiber. 제14항에 있어서, 상기 셀룰로오스 나노 섬유는 섬유 직경이 1 ㎛ 미만인 섬유의 비율이 90 중량% 이상인, 비수 전해질 이차전지용 세퍼레이터의 제조 방법.15. The method for producing a separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 14, wherein the cellulose nanofibers have a fiber ratio of 90% by weight or more.
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