KR20180071867A - Passivation layer for electrochemical device, method for manufacturing the same, and electrochemical device including the same - Google Patents
Passivation layer for electrochemical device, method for manufacturing the same, and electrochemical device including the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180071867A KR20180071867A KR1020160174962A KR20160174962A KR20180071867A KR 20180071867 A KR20180071867 A KR 20180071867A KR 1020160174962 A KR1020160174962 A KR 1020160174962A KR 20160174962 A KR20160174962 A KR 20160174962A KR 20180071867 A KR20180071867 A KR 20180071867A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- protective film
- substrate
- electrochemical device
- group
- metal
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
- H01M50/451—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising layers of only organic material and layers containing inorganic material
-
- H01M2/1686—
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
- H01M12/08—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
-
- H01M2/145—
-
- H01M2/1653—
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
- H01M4/382—Lithium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/46—Alloys based on magnesium or aluminium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/411—Organic material
- H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/431—Inorganic material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
- H01M50/457—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y02E60/122—
-
- Y02E60/128—
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
Description
본 발명은 전기화학 소자용 보호막, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 전기화학 소자에 관한 것이다.
The present invention relates to a protective film for an electrochemical device, a method for producing the same, and an electrochemical device including the same.
리튬은 에너지 저장 기술 분야에서 우수한 에너지 저장 용량을 가진다. 따라서, 리튬은 리튬 이차전지(Lithium-ion battery), 리튬-황 전지(Lithium-sulfur battery), 리튬 공기 전지(Lithium-air battery) 등에 널리 이용되고 있다. Lithium has an excellent energy storage capacity in energy storage technology. Therefore, lithium is widely used in a lithium-ion battery, a lithium-sulfur battery, and a lithium-air battery.
기존에는 수분 또는 외기(특히 산소)에 의한 리튬 전극의 성능 저하를 방지하기 위해 배리어 기능을 하는 분리막을 사용하였다. 이러한 분리막은 리튬 금속의 열화 및 덴드라이트 성장을 억제하는 역할을 하였으나, 이를 포함하는 전지의 부피가 증가하는 문제가 있었다. 또한 분리막과 리튬 전극과의 접촉이 안정적이지 않으며, 이온 전도성을 보유하는 전해질을 추가해야 했다. Conventionally, a separator having a barrier function is used to prevent performance degradation of the lithium electrode due to moisture or outside air (especially oxygen). Such a separator has a role of suppressing deterioration of lithium metal and dendrite growth, but there is a problem that the volume of the battery including the lithium metal increases. Further, the contact between the separator and the lithium electrode was not stable, and an electrolyte having ion conductivity had to be added.
전기화학 소자에서 이온 전도성을 보유하면서 리튬 금속의 열화를 막고 덴드라이트 성장을 억제할 수 있는 보호막이 요구되는 실정이다.
There is a demand for a protective film capable of preventing the deterioration of lithium metal while suppressing the growth of dendrite while retaining ionic conductivity in an electrochemical device.
본 발명은 우수한 이온 전도성을 제공하면서 리튬의 덴드라이트 성장을 억제하고 산소 및 수분에 의한 전극의 열화를 개선하여 전기화학 소자의 성능 및 신뢰성을 향상시키기 위한 전기화학 소자용 보호막을 제공하고자 한다. The present invention provides a protective film for an electrochemical device for improving the performance and reliability of an electrochemical device by suppressing dendrite growth of lithium and improving deterioration of electrodes due to oxygen and moisture while providing excellent ion conductivity.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise form disclosed. It can be understood.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 소자용 보호막은 기재; 상기 기재의 일면과 접촉하는 금속 보호막; 및 상기 기재 및 상기 금속 보호막의 내부, 표면 중 적어도 하나에 위치하는 전해질층을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a protective film for an electrochemical device includes: a substrate; A metal protective film in contact with one surface of the substrate; And an electrolyte layer positioned on at least one of the inside and the surface of the substrate and the metal protective layer.
상기 전해질층은 상기 기재의 표면 및 내부, 그리고 상기 금속 보호막의 표면 및 내부에 위치할 수 있다.The electrolyte layer may be located on the surface and inside of the substrate, and on the surface and inside of the metal protective film.
상기 금속 보호막은 유기 화합물 및 무기 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The metal protective layer may include at least one of an organic compound and an inorganic compound.
상기 유기 화합물은 그래핀 옥사이드(graphene oxide; GO), 환원 그래핀 옥사이드(reduced graphene oxide; rGO), 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The organic compound may be selected from the group consisting of graphene oxide (GO), reduced graphene oxide (rGO), polyethylene oxide (PEO), polyacrylonitrile (PAN), polymethylmethacrylate And at least one selected from the group including polyvinylidene fluoride (PVDF).
상기 무기 화합물은 LiPON, 하이드라이(hydride)계 화합물, 티오리시콘(thio-LISICON)계 화합물, 나시콘(NASICON)계 화합물, 리시콘(LISICON)계 화합물 및 페로브스카이드(Perovskite)계 화합물을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The inorganic compound may be at least one selected from the group consisting of LiPON, a hydride compound, a thio-LISICON compound, a NASICON compound, a LISICON compound and a perovskite compound And at least one selected from the group comprising < RTI ID = 0.0 >
상기 기재는 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리메틸페타크릴레이트(poly(methylmethacrylate, PMMA), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈렌이트(polyethylene naphthalate), 폴리술폰(polysulfone), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinyildene fluoride) 및 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitile), 폴리이소프렌 (polyisoprene), 폴리에터이미드 (polyetherimide, PEI), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide, PEO), 폴리프로필렌옥사이드 (polypropylene oxide, PPO), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinyl pyrrolidone, PVP), 폴리아크릴산 (polyacrylate), 폴리비닐알코올 (polyvinyl alcohol), 폴리스틸렌 (poly styene, PS), 및 폴리아크릴아미드 (polyacrylamide)를 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The substrate may be formed of a material selected from the group consisting of polyethylene (PE), polypropylene (PP), polydimethylsiloxane (PDMS), poly methylmethacrylate (PMMA), polyimide, polycarbonate ), Polyetherimide, polyethersulfone, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polysulfone, polyvinyildene fluoride, and poly (vinylidene fluoride) Polyacrylonitrile, polyacrylonitrile, polyacrylonitile, polyisoprene, polyetherimide (PEI), polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyvinyl pyrrolidone , Polyvinyl alcohol (PVP), polyacrylate, polyvinyl alcohol, polystyrene (PS), and poly Which may include at least one selected from the group consisting of acrylamide (polyacrylamide).
상기 전해질층은 에톡시레이티드 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 (ethoxylated trimethylolpropane triacrylate, ETPTA), 카르복시에틸 아크릴레이트(carboxyethyl acrylate), 트리메틸올프로판에톡시레이트 트리아크릴레이트(trimethylolpropane-ethocylate triacrylate), 아크릴산(acrylic acid), 폴리아크릴산(poly acrylic acid), 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 알지네이트(alginate), 폴리비닐알코올(polyvinyl chloride), 아가로즈(agarose), 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(polyethylene glycol diacrylate), 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(triethylene glycol diacrylate), 트리메틸올프로판에톡시레이트 트리아크릴레이트(trimethylolpropane-ethocylate triacrylate), 비스페놀에이에톡시레이트 디메타아크릴레이트(bisphenol A ethocylate dimethaacrylate), 카르복시에틸 아크릴레이트(carboxyethylacrylate), 메틸 시아노아크릴레이트(methyl cyanoacrylate), 에틸 시아노아크릴레이트(ethyl cyanoacrylate), 에틸 시아노 에톡시아크릴레이트(ethyl cyano ethoxyacrylate), 시아노 아크릴릭엑시드(cyano acrylicacid), 하이드록시에틸 메타크릴레이트(hydroxyethyl metacrylate), 하이드록시프로필 아크릴레이트(hydroxypropyl acrylate), 이들의 유도체 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The electrolyte layer may include at least one selected from the group consisting of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (ETPTA), carboxyethyl acrylate, trimethylolpropane-ethoxylate triacrylate, acrylic acid polyglycolic acid, polyacrylic acid, carboxymethyl cellulose, alginate, polyvinyl chloride, agarose, polyethylene glycol diacrylate, But are not limited to, ethylene glycol diacrylate, trimethylolpropane-ethocylate triacrylate, bisphenol A ethoxylate dimethacrylate, carboxyethylacrylate, , Methyl cyano Acrylates such as methyl cyanoacrylate, ethyl cyanoacrylate, ethyl cyano ethoxyacrylate, cyano acrylic acid, hydroxyethyl methacrylate, Hydroxypropyl acrylate, derivatives thereof, and mixtures thereof. The term " a "
상기 금속 보호막의 두께는 약 0.1 ? 내지 약 100 ?일 수 있다.The thickness of the metal protective film is about 0.1? To about 100 < / RTI >
일 실시예에 따른 전기화학 소자용 보호막의 제조 방법은 유기 화합물 및 무기 화합물 중 어느 하나를 포함하는 제1 용액을 기재 상에 도포하여 금속 보호막을 형성하는 단계, 및 상기 기재 및 상기 금속 보호막을 겔고분자를 포함하는 제2 용액에 함침시켜 전해질층을 형성하는 단계를 포함한다.The method for manufacturing a protective film for an electrochemical device according to an embodiment includes the steps of applying a first solution containing an organic compound or an inorganic compound on a substrate to form a metal protective film, And impregnating the second solution containing the polymer to form an electrolyte layer.
상기 제1 용액을 상기 기재 상에 도포하는 단계는, 캐스팅(casting)법, 테이프 캐스팅(Tape Casting)법, 딥 코팅(Dip Coating)법, 바 코팅(bar coating)법, 스프레이 코팅(Spray Coating)법, 스핀 코팅(Spin Coating), PVD(physical vapor deposition)의 스퍼터링(sputtering)법, CVD(chemical vapor deposition)의 ALD(atomic layer deposition)법 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.The step of applying the first solution on the substrate may be performed by a method such as casting method, tape casting method, dip coating method, bar coating method, spray coating method, At least one of sputtering, spin coating, sputtering of PVD, and atomic layer deposition (ALD) of chemical vapor deposition (CVD) may be used.
상기 제1 용액은 약 0.1 wt% 내지 99 wt%의 유기 화합물 또는 무기 화합물을 포함할 수 있다.The first solution may comprise from about 0.1 wt% to 99 wt% of organic or inorganic compounds.
상기 제2 용액은 약 0.1 내지 약 99 wt% 의 겔고분자를 포함할 수 있다.The second solution may comprise from about 0.1 to about 99 wt% of the gel polymer.
일 실시예에 따른 전기화학 소자는 양극; 음극; 및 상기 양극 및 상기 음극 사이에 위치하는 보호막을 포함하고, 상기 양극 및 상기 음극 중 적어도 하나는 금속을 포함하며, 상기 금속은 리튬, 마그네슘, 및 알루미늄 중 적어도 하나이고, 상기 보호막은 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 전기화학 소자용 보호막을 포함한다.An electrochemical device according to one embodiment includes a positive electrode; cathode; And at least one of the positive electrode and the negative electrode includes a metal, and the metal is at least one of lithium, magnesium, and aluminum, A protective film for an electrochemical device according to any one of claims 18 to 19.
상기 양극 및 상기 음극 중 적어도 하나와 상기 보호막은 가교 결합될 수 있다.At least one of the anode and the cathode and the protective film may be crosslinked.
상기 전기화학 소자는, 리튬 전지, 수퍼커패시터, 아연금속-공기 전지, 알루미늄금속-공기 전지, 리튬-공기 전지 또는 마그네슘-공기 전지 중 어느 하나일 수 있다.The electrochemical device may be any one of a lithium battery, a supercapacitor, a zinc metal-air battery, an aluminum metal-air battery, a lithium-air battery or a magnesium-air battery.
상기 전기화학 소자는 2차 전지일 수 있다.
The electrochemical device may be a secondary battery.
이상과 같은 실시예에 따른 전기화학 소자용 보호막은 우수한 이온 전도성을 가지면서 리튬의 덴드라이트 성장이 억제되고 산소 및 수분에 의한 전극의 열화가 개선되어, 장치의 성능 및 신뢰성이 향상된다.
The protective film for an electrochemical device according to the present invention has excellent ion conductivity, suppresses the growth of dendrite of lithium, improves deterioration of electrodes due to oxygen and moisture, and improves the performance and reliability of the device.
도 1은 일 실시예에 따른 전기화학 소자용 보호막의 개략적인 단면도이다.
도 2는 기재 위에 금속 보호막을 형성한 이미지이다.
도 3은 기재 위에 금속 보호막을 형성한 단면 이미지이다.
도 4는 일 실시예에 따른 전기화학 소자의 개략도이다.
도 5는 일 실시예 및 비교예에 따른 전기화학 소자의 성능 평가 그래프이다. 1 is a schematic cross-sectional view of a protective film for an electrochemical device according to an embodiment.
2 is an image in which a metal protective film is formed on a substrate.
3 is a cross-sectional image showing a metal protective film formed on a substrate.
4 is a schematic diagram of an electrochemical device according to one embodiment.
5 is a graph of performance evaluation of an electrochemical device according to one embodiment and a comparative example.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. However, it is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. It is intended that the disclosure of the present invention be limited only by the terms of the appended claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
Thus, in some embodiments, well-known techniques are not specifically described to avoid an undesirable interpretation of the present invention. Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Whenever a component is referred to as "including" an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements, not the exclusion of any other element, unless the context clearly dictates otherwise. Also, singular forms include plural forms unless the context clearly dictates otherwise.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 소자용 보호막(100)은 기재(110), 기재(110)의 일면과 접촉하는 금속 보호막(130), 그리고 전해질층(150)을 포함한다. 1, a
기재(110)는 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리메틸페타크릴레이트(poly(methylmethacrylate, PMMA), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈렌이트(polyethylene naphthalate), 폴리술폰(polysulfone), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinyildene fluoride) 및 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitile), 폴리이소프렌 (polyisoprene), 폴리에터이미드 (polyetherimide, PEI), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide, PEO), 폴리프로필렌옥사이드 (polypropylene oxide, PPO), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinyl pyrrolidone, PVP), 폴리아크릴산 (polyacrylate), 폴리비닐알코올 (polyvinyl alcohol), 폴리스틸렌 (poly styene, PS), 및 폴리아크릴아미드 (polyacrylamide)를 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니고 보호막(100)의 형성에 적절한 어떠한 기재(110)도 사용될 수 있다.
The
금속 보호막(130)은 기재(110)의 일면과 접촉하며 위치할 수 있다. 금속 보호막(130)의 두께는 약 0.1 내지 약 100 ? 일 수 있다.The metal
금속 보호막(130)은 금속 재질(일 예로, 리튬)의 음극 또는 양극과 마주할 수 있으며, 리튬 덴드라이트 성장을 억제하는 배리어로 기능할 수 있다. 리튬 덴드라이트는 약 6 MPa의 기계적 강도를 가질 수 있으며 금속 보호막의 기계적 강도는 약 6 Mpa 이상일 수 있다. 일 실시예에 따른 금속 보호막(130)은 우수한 기계적 강도를 가짐은 물론 리튬 덴드라이트의 성장을 억제할 수 있다.The metal
금속 보호막(130)은 유기 화합물 및 무기 화합물 중 어느 하나를 포함할 수 있다. The metal
상기 유기 화합물은 그래핀 옥사이드(graphene oxide; GO), 환원 그래핀 옥사이드(reduced graphene oxide; rGO), 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는 금속 보호막(130)은 그래핀 옥사이드(GO)일 수 있다. 그래핀 옥사이드(GO)는 일반적인 금속보다 가벼우므로, 단위 중량당 에너지 밀도가 높은 그래핀 옥사이드(GO)에 의해, 리튬 이차 전지의 성능을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 약 6 Mpa 기계적 강도를 같는 리튬 덴드라이트 보다 그래핀 옥사이드(GO)의 기계적 강도가 약 30 MPa으로 크기 때문에 덴드라이트 형성을 효과적으로 억제할 수 있다. The organic compound may be selected from the group consisting of graphene oxide (GO), reduced graphene oxide (rGO), polyethylene oxide (PEO), polyacrylonitrile (PAN), polymethylmethacrylate And at least one selected from the group including polyvinylidene fluoride (PVDF). Preferably, the
상기 무기 화합물은 LiPON, 하이드라이(hydride)계 화합물, 티오리시콘(thio-LISICON)계 화합물, 나시콘(NASICON)계 화합물, 리시콘(LISICON)계 화합물 및 페로브스카이드(Perovskite)계 화합물을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The inorganic compound may be at least one selected from the group consisting of LiPON, a hydride compound, a thio-LISICON compound, a NASICON compound, a LISICON compound and a perovskite compound And at least one selected from the group comprising < RTI ID = 0.0 >
일 측에 따르면, 상기 하이드라이드(hydride)계 화합물은 LiBH4-LI, Li3N, Li2NH, Li2BNH6, Li1 .8N0 .4Cl0 .6, LiBH4, Li3P-LiCl, Li4SiO4, Li3PS4 및 Li3SiS4로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to one aspect, the hydride-based compound is selected from the group consisting of LiBH 4 -LI, Li 3 N, Li 2 NH, Li 2 BNH 6 , Li 1 .8 N 0 .4 Cl 0 .6 , LiBH 4 , Li 3 P-LiCl, Li 4 SiO 4 , Li 3 PS 4, and Li 3 SiS 4 .
일 측에 따르면, 상기 티오리시콘(thio-LISICON)계 화합물은 Li10GeP2S12, Li3 .25Ge0 .25P0 .75S4및 Li2S-GeS-Ga2S3로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to one side, the thio receiving cone (thio-LISICON) based compound is a Li 10 GeP 2 S 12, Li 3 .25
일 측에 따르면, 상기 나시콘(NASICON)계 화합물은 Li1 .3Al0 .3Ge1 .7(PO4)3, Li1 .3Al0 .3Ti1 .7(PO4)3 및 LiTi0 .5Zr1 .5(PO4)3로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to one side, the tank top cone (NASICON) based compound is Li 1 .3 Al 0 .3 Ge 1 .7 (PO 4) 3, Li 1 .3
일 측에 따르면, 상기 리시콘(LISICON)계 화합물은 Li14Zn(GeO4)4를 포함하는 것일 수 있다.According to one aspect, the LISICON-based compound may include Li 14 Zn (GeO 4 ) 4 .
일 측에 따르면, 상기 페로브스카이트(Perovskite)계 화합물은 LixLa1 -xTiO3(0 < x < 1) 및 Li7La3Zr2O12를 포함하는 것일 수 있고, 구체적으로는, Li0 .35La0 .55TiO3, Li0 .5La0 .5TiO3 및 Li7La3Zr2O12로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to one aspect of the present invention, the perovskite-based compound may include Li x La 1 -x TiO 3 (0 <x <1) and Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , , Li 0 .35 La 0 .55 TiO 3 , Li 0 .5 La 0 .5 TiO 3 And Li 7 La 3 Zr 2 O 12 .
전해질층(150)은 기재(110)의 표면 및 내부, 그리고 금속 보호막(130)의 표면 및 내부 중 적어도 하나에 위치할 수 있다. 일 예로 전해질층(150)은 기재(110)의 표면 및 내부, 그리고 금속 보호막(130)의 표면 및 내부에 모두 위치할 수 있다. 전해질층(150)은 기재(110) 및 금속 보호막(130)을 둘러싸면서 기재(110) 및 금속 보호막(130)의 내부에도 위치할 수 있다. The
전해질층(150)은 에톡시레이티드 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 (ethoxylated trimethylolpropane triacrylate, ETPTA), 카르복시에틸 아크릴레이트(carboxyethyl acrylate), 트리메틸올프로판에톡시레이트 트리아크릴레이트(trimethylolpropane-ethocylate triacrylate), 아크릴산(acrylic acid), 폴리아크릴산(poly acrylic acid), 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 알지네이트(alginate), 폴리비닐알코올(polyvinyl chloride), 아가로즈(agarose), 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(polyethylene glycol diacrylate), 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(triethylene glycol diacrylate), 트리메틸올프로판에톡시레이트 트리아크릴레이트(trimethylolpropane-ethocylate triacrylate), 비스페놀에이에톡시레이트 디메타아크릴레이트(bisphenol A ethocylate dimethaacrylate), 카르복시에틸 아크릴레이트(carboxyethylacrylate), 메틸 시아노아크릴레이트(methyl cyanoacrylate), 에틸 시아노아크릴레이트(ethyl cyanoacrylate), 에틸 시아노 에톡시아크릴레이트(ethyl cyano ethoxyacrylate), 시아노 아크릴릭엑시드(cyano acrylicacid), 하이드록시에틸 메타크릴레이트(hydroxyethyl metacrylate), 하이드록시프로필 아크릴레이트(hydroxypropyl acrylate), 이들의 유도체 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전해질층(150)은 전술한 겔고분자를 약 1 내지 99 wt%로 포함할 수 있다. The
전해질층(150)은 후술할 음극 또는 양극의 표면과 연결된 가교 결합을 가질 수 있다. 음극 또는 양극 중 적어도 하나, 금속 보호막(130) 및 기재(110)는 전해질층(150)에 의해 하나로 엮일 수 있다. The
기존 리튬 전극은 평면상의 집전체 상에 리튬 포일을 부착시켜 제조하고, 리튬 덴드라이트를 방지하기 위해 보호막이 형성된 분리막을 제조하여 순차적으로 포개어 놓고 전해액을 주입하여 제조하였다. 그러나, 충방전 동안의 전극의 부피변화에 따라 보호막을 포함하는 분리막과 리튬 포일 사이가 이격되는 문제가 있었다. The conventional lithium electrode was prepared by attaching a lithium foil on a planar current collector, preparing a separator having a protective film to prevent lithium dendrite, and sequentially stacking the electrolyte and injecting an electrolyte solution. However, there has been a problem that the separator containing the protective film and the lithium foil are separated from each other in accordance with the volume change of the electrode during charging and discharging.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 보호막(130)을 포함하는 기재(110)는 음극 또는 양극 중 적어도 하나와 전해질층(150)에 의해 직접적으로 결합되어 전술한 분리 현상이 일어나지 않으면서 리튬 이차전지의 안전성 및 성능을 향상시킬 수 있다.
However, the
이하에서는 전기화학 소자용 보호막의 제조 방법에 대해 설명한다. 앞서 설명한 보호막을 제조하는 방법 중 하나이다. 이에, 상기 방법에 의해 제조되는 보호막의 최종 물성에 관한 설명은 생략하고, 상기 각 단계의 특징을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for manufacturing a protective film for an electrochemical device will be described. Is one of the methods for producing the above-described protective film. Therefore, the description of the final properties of the protective film produced by the above method will be omitted, and the characteristics of each step will be described.
기재(110) 위에 유기 화합물 및 무기 화합물 중 어느 하나를 제1 용액을 도포 및 건조하여 금속 보호막(130)이 형성된다. A metal
상기 제1 용액을 상기 기재 상에 도포하는 단계는, 캐스팅(casting)법, 테이프 캐스팅(Tape Casting)법, 딥 코팅(Dip Coating)법, 바 코팅(bar coating)법, 스프레이 코팅(Spray Coating)법, 스핀 코팅(Spin Coating), PVD(physical vapor deposition)의 스퍼터링(sputtering)법, CVD(chemical vapor deposition)의 ALD(atomic layer deposition)법 중 적어도 하나를 이용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The step of applying the first solution on the substrate may be performed by a method such as casting method, tape casting method, dip coating method, bar coating method, spray coating method, At least one of sputtering, spin coating, sputtering of PVD, and atomic layer deposition (ALD) of chemical vapor deposition (CVD) may be used.
이때, 상기 기재(110)가 기공을 포함하는 경우, 상기 제1 용액은 상기 기재(110) 내부의 기공에 함침되면서 기재(110)의 표면에도 균일하게 위치할 수 있다. At this time, when the
상기 유기 화합물은 그래핀 옥사이드(graphene oxide; GO), 환원 그래핀 옥사이드(reduced graphene oxide; rGO), 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The organic compound may be selected from the group consisting of graphene oxide (GO), reduced graphene oxide (rGO), polyethylene oxide (PEO), polyacrylonitrile (PAN), polymethylmethacrylate And at least one selected from the group including polyvinylidene fluoride (PVDF).
상기 무기 화합물은 LiPON, 하이드라이(hydride)계 화합물, 티오리시콘(thio-LISICON)계 화합물, 나시콘(NASICON)계 화합물, 리시콘(LISICON)계 화합물 및 페로브스카이드(Perovskite)계 화합물을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The inorganic compound may be at least one selected from the group consisting of LiPON, a hydride compound, a thio-LISICON compound, a NASICON compound, a LISICON compound and a perovskite compound And at least one selected from the group comprising < RTI ID = 0.0 >
상기 제1 용액 내에 포함되는 유기 화합물 및 무기 화합물 중 어느 하나의 함량은 약 0.1 내지 약 99wt%일 수 있다. The content of any one of the organic compound and the inorganic compound contained in the first solution may be about 0.1 to about 99 wt%.
기재(110) 상에 형성되는 금속 보호막(130)은 기재(110)의 일면과 접촉하며 약 0.1 내지 약 100 ? 의 두께로 형성될 수 있다. 일 예로, 금속 보호막은 약 800 nm의 두께를 가질 수 있다.
The
다음, 기재(110) 및 금속 보호막(130)을 제2 용액에 함침시킨다. Next, the
제2 용액은 전해질층(150)을 형성하며, 에톡시레이티드 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 (ethoxylated trimethylolpropane triacrylate, ETPTA), 카르복시에틸 아크릴레이트(carboxyethyl acrylate), 트리메틸올프로판에톡시레이트 트리아크릴레이트(trimethylolpropane-ethocylate triacrylate), 아크릴산(acrylic acid), 폴리아크릴산(poly acrylic acid), 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 알지네이트(alginate), 폴리비닐알코올(polyvinyl chloride), 아가로즈(agarose), 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(polyethylene glycol diacrylate), 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(triethylene glycol diacrylate), 트리메틸올프로판에톡시레이트 트리아크릴레이트(trimethylolpropane-ethocylate triacrylate), 비스페놀에이에톡시레이트 디메타아크릴레이트(bisphenol A ethocylate dimethaacrylate), 카르복시에틸 아크릴레이트(carboxyethylacrylate), 메틸 시아노아크릴레이트(methyl cyanoacrylate), 에틸 시아노아크릴레이트(ethyl cyanoacrylate), 에틸 시아노 에톡시아크릴레이트(ethyl cyano ethoxyacrylate), 시아노 아크릴릭엑시드(cyano acrylicacid), 하이드록시에틸 메타크릴레이트(hydroxyethyl metacrylate), 하이드록시프로필 아크릴레이트(hydroxypropyl acrylate), 이들의 유도체 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The second solution forms the
전술한 겔고분자는 제2 용액에 대해 약 0.1 내지 약 99 wt%로 포함될 수 있다. 일 예로 전술한 겔고분자는 제2 용액에 대해 약 5 wt% 함량 포함될 수 있다.
The above-mentioned gel polymer may be contained in an amount of about 0.1 to about 99 wt% with respect to the second solution. For example, the above-described gel polymer may be included in an amount of about 5 wt% with respect to the second solution.
그리고 나서, 제2 용액이 함침된 기재(110) 및 금속 보호막(130)에 대해 광 가교 공정(일 예로, UV 가교 공정)을 진행하여 전해질층(150)을 형성한다. 이로써 전기화학 소자용 보호막(100)이 제조된다.Then, a photo-crosslinking process (for example, UV crosslinking process) is performed on the
또한 광 가교 공정을 실시하는 단계 이전에, 후술할 전기화학 소자의 전극와 접촉시킬 수 있으며, 이후에 광 가교 공정을 실시할 수 있다. 이에 따르면 보호막(100)과 전극(음극 또는 양극)은 가교 결합될 수 있다.
Further, before the step of performing the photo-crosslinking step, the electrode can be brought into contact with the electrode of the electrochemical element to be described later, and then the photo-crosslinking step can be carried out. According to this, the
일 실시예에 따른 전기화학 소자는 양극, 음극, 그리고 양극 및 음극 사이에 위치하는 보호막을 포함하며, 상기 보호막은 전술한 보호막일 수 있으며 양극 및 음극은 통상의 기술과 같을 수 있다.The electrochemical device according to one embodiment includes a positive electrode, a negative electrode, and a protective layer disposed between the positive and negative electrodes. The protective layer may be the above-described protective layer, and the positive electrode and the negative electrode may be the same as conventional techniques.
상기 전기화학 소자는, 리튬 전지, 수퍼커패시터, 아연금속-공기 전지, 알루미늄금속-공기 전지, 리튬-공기 전지 또는 마그네슘-공기 전지로, 2차 전지일 수 있다. The electrochemical device may be a lithium battery, a supercapacitor, a zinc metal-air battery, an aluminum metal-air battery, a lithium-air battery, or a magnesium-air battery.
리튬 이차 전지의 구조와 제조 방법은 이 분야에 널리 알려져 있으므로 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
Since the structure and manufacturing method of the lithium secondary battery are well known in the art, a detailed description thereof will be omitted in order to avoid an ambiguous interpretation of the present invention.
이하에서 도 2 및 도 3을 참조하여 일 실시예에 따른 보호막을 살펴본다. 도 2는 기재 위에 금속 보호막이 형성된 이미지이고, 도 3은 기재 위에 금속 보호막이 형성된 단면 이미지이다. Hereinafter, a protective film according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. Fig. 2 is an image in which a metal protective film is formed on a substrate, and Fig. 3 is a cross-sectional image in which a metal protective film is formed on the substrate.
우선 도 2 및 3을 참조하면, 폴리에틸렌(PE) 재질의 기재(110) 위에 금속 보호막(130)을 코팅한 이미지이다. 구체적으로 금속 보호막(130)은 0.5 wt%의 그래핀 옥사이드를 포함하는 분산액을 이용하여 약 800 nm의 두께로 형성된 층이다. 도 4에 나타난 바와 같이 1 마이크로미터 이하의 두께로 금속 보호막이 안정적으로 기재 위에 형성됨을 확인하였다.
First, referring to FIGS. 2 and 3, an image obtained by coating a metal
이하에서 도 4 및 도 5를 참조하여 일 실시예에 따른 전기화학 소자의 충전 및 방전 사이클 특성을 설명한다. Hereinafter, the charging and discharging cycle characteristics of the electrochemical device according to one embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG.
일 실시예에 따른 전기화학 소자는, 도 2 및 도 3에서 제조된 기재 및 금속 보호막을 상기 제2 용액에 함침시키고, 이를 리튬 금속(전극)의 표면 위에 올린 후 광 가교를 진행한 실시예이다. The electrochemical device according to one embodiment is an example in which the substrate and the metal protective film manufactured in FIGS. 2 and 3 are impregnated with the second solution, and the resultant is placed on the surface of a lithium metal (electrode) .
이때 제2 용액은 5 wt%의 에톡시레이티드 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 (ethoxylated trimethylolpropane triacrylate, ETPTA)를 포함한다. 또한 상기 광 가교 공정은 UV 광 가교 공정이다. At this time, the second solution contains 5 wt% of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (ETPTA). The photo-crosslinking process is a UV photo-crosslinking process.
이와 같이 제조된 보호막 및 전극의 두 쌍을 도 4에 도시된 바와 같이 포개어 2차 전지를 제조하고 전지의 성능을 평가하였다. The two pairs of the protective film and the electrode thus prepared were superimposed as shown in FIG. 4 to prepare a secondary battery and evaluate the performance of the battery.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따라 금속 보호막(그래핀 옥사이드)을 포함하는 보호막의 경우 기재만을 포함하는 보호막에 비해 소자 내의 분극 형상이 억제되며 안정된 신뢰성을 나타냄을 확인하였다. 즉 기계적 강도와 원활한 이온 이동성을 가지는 전기화학 소자의 제공이 가능함을 확인하였다.
Referring to FIG. 5, it was confirmed that, in the case of a protective layer including a metal protective layer (graphen oxide) according to an embodiment, the shape of the polarization in the device is suppressed and stable reliability is shown compared to a protective layer containing only a substrate. That is, it is possible to provide an electrochemical device having mechanical strength and smooth ion mobility.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention .
Claims (15)
상기 기재의 일면과 접촉하는 금속 보호막; 및
상기 기재 및 상기 금속 보호막의 내부, 표면 중 적어도 하나에 위치하는 전해질층을 포함하고,
상기 금속 보호막은 그래핀 옥사이드(graphene oxide; GO), 환원 그래핀 옥사이드(reduced graphene oxide; rGO), 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) LiPON, 하이드라이(hydride)계 화합물, 티오리시콘(thio-LISICON)계 화합물, 나시콘(NASICON)계 화합물, 리시콘(LISICON)계 화합물 및 페로브스카이드(Perovskite)계 화합물을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하고,
상기 전해질층은 에톡시레이티드 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 (ethoxylated trimethylolpropane triacrylate, ETPTA), 카르복시에틸 아크릴레이트(carboxyethyl acrylate), 트리메틸올프로판에톡시레이트 트리아크릴레이트(trimethylolpropane-ethocylate triacrylate), 아크릴산(acrylic acid), 폴리아크릴산(poly acrylic acid), 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 알지네이트(alginate), 폴리비닐알코올(polyvinyl chloride), 아가로즈(agarose), 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(polyethylene glycol diacrylate), 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(triethylene glycol diacrylate), 트리메틸올프로판에톡시레이트 트리아크릴레이트(trimethylolpropane-ethocylate triacrylate), 비스페놀에이에톡시레이트 디메타아크릴레이트(bisphenol A ethocylate dimethaacrylate), 카르복시에틸 아크릴레이트(carboxyethylacrylate), 메틸 시아노아크릴레이트(methyl cyanoacrylate), 에틸 시아노아크릴레이트(ethyl cyanoacrylate), 에틸 시아노 에톡시아크릴레이트(ethyl cyano ethoxyacrylate), 시아노 아크릴릭엑시드(cyano acrylicacid), 하이드록시에틸 메타크릴레이트(hydroxyethyl metacrylate), 하이드록시프로필 아크릴레이트(hydroxypropyl acrylate), 이들의 유도체 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 전기화학 소자용 보호막.
materials;
A metal protective film in contact with one surface of the substrate; And
And an electrolyte layer disposed on at least one of an inner surface and a surface of the substrate and the metal protective layer,
The metal protective layer may be formed of at least one selected from the group consisting of graphene oxide (GO), reduced graphene oxide (rGO), polyethylene oxide (PEO), polyacrylonitrile (PAN), polymethylmethacrylate (PMMA) (PVDF) LiPON, a hydride-based compound, a thio-LISICON-based compound, a NASICON-based compound, a LISICON-based compound, and a perovskite- ) -Based compound, and the at least one compound selected from the group consisting of
The electrolyte layer may include at least one selected from the group consisting of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (ETPTA), carboxyethyl acrylate, trimethylolpropane-ethoxylate triacrylate, acrylic acid polyglycolic acid, polyacrylic acid, carboxymethyl cellulose, alginate, polyvinyl chloride, agarose, polyethylene glycol diacrylate, But are not limited to, ethylene glycol diacrylate, trimethylolpropane-ethocylate triacrylate, bisphenol A ethoxylate dimethacrylate, carboxyethylacrylate, , Methyl cyano Acrylates such as methyl cyanoacrylate, ethyl cyanoacrylate, ethyl cyano ethoxyacrylate, cyano acrylicacid, hydroxyethyl methacrylate, A hydroxypropyl acrylate, a derivative thereof, and a mixture thereof. The protective film for an electrochemical device according to claim 1,
상기 전해질층은 상기 기재의 표면 및 내부, 그리고 상기 금속 보호막의 표면 및 내부에 위치하는 전기화학 소자용 보호막.
The method of claim 1,
Wherein the electrolyte layer is located on the surface and inside of the substrate and on the surface and inside of the metal protective film.
상기 기재는 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리메틸페타크릴레이트(poly(methylmethacrylate, PMMA), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈렌이트(polyethylene naphthalate), 폴리술폰(polysulfone), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinyildene fluoride) 및 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitile), 폴리이소프렌 (polyisoprene), 폴리에터이미드 (polyetherimide, PEI), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide, PEO), 폴리프로필렌옥사이드 (polypropylene oxide, PPO), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinyl pyrrolidone, PVP), 폴리아크릴산 (polyacrylate), 폴리비닐알코올 (polyvinyl alcohol), 폴리스틸렌 (poly styene, PS), 및 폴리아크릴아미드 (polyacrylamide)를 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 전기화학 소자용 보호막.
The method of claim 1,
The substrate may be formed of a material selected from the group consisting of polyethylene (PE), polypropylene (PP), polydimethylsiloxane (PDMS), poly methylmethacrylate (PMMA), polyimide, polycarbonate ), Polyetherimide, polyethersulfone, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polysulfone, polyvinyildene fluoride, and poly (vinylidene fluoride) Polyacrylonitrile, polyacrylonitrile, polyacrylonitile, polyisoprene, polyetherimide (PEI), polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyvinyl pyrrolidone , Polyvinyl alcohol (PVP), polyacrylate, polyvinyl alcohol, polystyrene (PS), and poly Protective film for an electrochemical device comprising at least one selected from the group consisting of acrylamide (polyacrylamide).
상기 금속 보호막의 두께는 약 0.1 ? 내지 약 100 ?인 전기화학 소자용 보호막.
The method of claim 1,
The thickness of the metal protective film is about 0.1? To about < RTI ID = 0.0 > 100. < / RTI >
상기 기재 및 상기 금속 보호막을 겔고분자를 포함하는 제2 용액에 함침시켜 전해질층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 유기 화합물 및 무기 화합물 중 어느 하나를 포함하는 제1 용액은 그래핀 옥사이드(graphene oxide; GO), 환원 그래핀 옥사이드(reduced graphene oxide; rGO), 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), LiPON, 하이드라이(hydride)계 화합물, 티오리시콘(thio-LISICON)계 화합물, 나시콘(NASICON)계 화합물, 리시콘(LISICON)계 화합물 및 페로브스카이드(Perovskite)계 화합물을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하고,
상기 겔고분자는 에톡시레이티드 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 (ethoxylated trimethylolpropane triacrylate, ETPTA), 카르복시에틸 아크릴레이트(carboxyethyl acrylate), 트리메틸올프로판에톡시레이트 트리아크릴레이트(trimethylolpropane-ethocylate triacrylate), 아크릴산(acrylic acid), 폴리아크릴산(poly acrylic acid), 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 알지네이트(alginate), 폴리비닐알코올(polyvinyl chloride), 아가로즈(agarose), 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(polyethylene glycol diacrylate), 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(triethylene glycol diacrylate), 트리메틸올프로판에톡시레이트 트리아크릴레이트(trimethylolpropane-ethocylate triacrylate), 비스페놀에이에톡시레이트 디메타아크릴레이트(bisphenol A ethocylate dimethaacrylate), 카르복시에틸 아크릴레이트(carboxyethylacrylate), 메틸 시아노아크릴레이트(methyl cyanoacrylate), 에틸 시아노아크릴레이트(ethyl cyanoacrylate), 에틸 시아노 에톡시아크릴레이트(ethyl cyano ethoxyacrylate), 시아노 아크릴릭엑시드(cyano acrylicacid), 하이드록시에틸 메타크릴레이트(hydroxyethyl metacrylate), 하이드록시프로필 아크릴레이트(hydroxypropyl acrylate), 이들의 유도체 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 전기화학 소자용 보호막의 제조 방법.
Applying a first solution containing any one of an organic compound and an inorganic compound onto a substrate to form a metal protective film, and
Impregnating the substrate and the metal protective film with a second solution containing a gel polymer to form an electrolyte layer,
The first solution containing any one of the organic compound and the inorganic compound may be applied to a substrate such as a graphene oxide (GO), a reduced graphene oxide (rGO), a polyethylene oxide (PEO), a polyacrylonitrile ), Polymethylmethacrylate (PMMA), polyvinylidene fluoride (PVDF), LiPON, hydride-based compounds, thio-LISICON-based compounds, NASICON- At least one selected from the group consisting of LISICON-based compounds and perovskite-based compounds,
The gel polymer may be selected from the group consisting of ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (ETPTA), carboxyethyl acrylate, trimethylolpropane-ethocylate triacrylate, acrylic acid polyglycolic acid, polyacrylic acid, carboxymethyl cellulose, alginate, polyvinyl chloride, agarose, polyethylene glycol diacrylate, But are not limited to, ethylene glycol diacrylate, trimethylolpropane-ethocylate triacrylate, bisphenol A ethoxylate dimethacrylate, carboxyethylacrylate, , Methyl cyano Acrylates such as methyl cyanoacrylate, ethyl cyanoacrylate, ethyl cyano ethoxyacrylate, cyano acrylicacid, hydroxyethyl methacrylate, And at least one selected from the group consisting of hydroxypropyl acrylate, derivatives thereof, and mixtures thereof.
상기 제1 용액을 상기 기재 상에 도포하는 단계는, 캐스팅(casting)법, 테이프 캐스팅(Tape Casting)법, 딥 코팅(Dip Coating)법, 바 코팅(bar coating)법, 스프레이 코팅(Spray Coating)법, 스핀 코팅(Spin Coating), PVD(physical vapor deposition)의 스퍼터링(sputtering)법, CVD(chemical vapor deposition)의 ALD(atomic layer deposition)법 중 적어도 하나를 이용하는 전기화학 소자용 보호막의 제조 방법.
The method of claim 5,
The step of applying the first solution on the substrate may be performed by a method such as casting method, tape casting method, dip coating method, bar coating method, spray coating method, Wherein at least one of a spin coating method, a spin coating method, a physical vapor deposition (PVD) sputtering method and a chemical vapor deposition (ALD) atomic layer deposition method is used.
상기 전해질층은 상기 기재의 표면 및 내부, 그리고 상기 금속 보호막의 표면 및 내부에 위치하는 전기화학 소자용 보호막의 제조 방법.
The method of claim 5,
Wherein the electrolyte layer is located on the surface and inside of the substrate and on the surface and inside of the metal protective film.
상기 기재는 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리메틸페타크릴레이트(poly(methylmethacrylate, PMMA), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈렌이트(polyethylene naphthalate), 폴리술폰(polysulfone), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinyildene fluoride) 및 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitile), 폴리이소프렌 (polyisoprene), 폴리에터이미드 (polyetherimide, PEI), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide, PEO), 폴리프로필렌옥사이드 (polypropylene oxide, PPO), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinyl pyrrolidone, PVP), 폴리아크릴산 (polyacrylate), 폴리비닐알코올 (polyvinyl alcohol), 폴리스틸렌 (poly styene, PS), 및 폴리아크릴아미드 (polyacrylamide)를 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 전기화학 소자용 보호막의 제조 방법.
The method of claim 5,
The substrate may be formed of a material selected from the group consisting of polyethylene (PE), polypropylene (PP), polydimethylsiloxane (PDMS), poly methylmethacrylate (PMMA), polyimide, polycarbonate ), Polyetherimide, polyethersulfone, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polysulfone, polyvinyildene fluoride, and poly (vinylidene fluoride) Polyacrylonitrile, polyacrylonitrile, polyacrylonitile, polyisoprene, polyetherimide (PEI), polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyvinyl pyrrolidone , Polyvinyl alcohol (PVP), polyacrylate, polyvinyl alcohol, polystyrene (PS), and poly Method for manufacturing a protective film for an electrochemical device comprising at least one selected from the group consisting of acrylamide (polyacrylamide).
상기 제1 용액은 약 0.1 wt% 내지 99 wt%의 유기 화합물 또는 무기 화합물을 포함하는 전기화학 소자용 보호막의 제조 방법.
The method of claim 5,
Wherein the first solution comprises about 0.1 wt% to about 99 wt% of an organic compound or an inorganic compound.
상기 제2 용액은 약 0.1 내지 약 99 wt% 의 겔고분자를 포함하는 전기화학 소자용 보호막의 제조 방법.
The method of claim 5,
Wherein the second solution comprises about 0.1 to about 99 wt% of a gel polymer.
상기 금속 보호막은 약 0.1 ? 내지 약 100 ?의 두께로 형성되는 전기화학 소자용 보호막의 제조 방법.
The method of claim 5,
The metal protective film has a thickness of about 0.1? To about 100 < RTI ID = 0.0 >.≪ / RTI >
음극; 및
상기 양극 및 상기 음극 사이에 위치하는 보호막을 포함하고,
상기 양극 및 상기 음극 중 적어도 하나는 금속을 포함하며,
상기 금속은 리튬, 마그네슘, 및 알루미늄 중 적어도 하나이고,
상기 보호막은 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 전기화학 소자용 보호막을 포함하는 전기화학 소자.
anode;
cathode; And
And a protective film located between the anode and the cathode,
Wherein at least one of the anode and the cathode comprises a metal,
Wherein the metal is at least one of lithium, magnesium, and aluminum,
The electrochemical device according to any one of claims 1 to 4, wherein the protective film comprises a protective film for an electrochemical device.
상기 양극 및 상기 음극 중 적어도 하나와 상기 보호막은 가교 결합된 전기화학 소자.
The method of claim 12,
Wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode and the protective film are crosslinked.
상기 전기화학 소자는, 리튬 전지, 수퍼커패시터, 아연금속-공기 전지, 알루미늄금속-공기 전지, 리튬-공기 전지 또는 마그네슘-공기 전지 중 어느 하나인 전기화학 소자.
The method of claim 12,
Wherein the electrochemical device is any one of a lithium battery, a supercapacitor, a zinc metal-air battery, an aluminum metal-air battery, a lithium-air battery or a magnesium-air battery.
상기 전기화학 소자는 2차 전지인 전기화학 소자.The method of claim 12,
Wherein the electrochemical device is a secondary battery.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160174962A KR20180071867A (en) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | Passivation layer for electrochemical device, method for manufacturing the same, and electrochemical device including the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160174962A KR20180071867A (en) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | Passivation layer for electrochemical device, method for manufacturing the same, and electrochemical device including the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20180071867A true KR20180071867A (en) | 2018-06-28 |
Family
ID=62780382
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020160174962A KR20180071867A (en) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | Passivation layer for electrochemical device, method for manufacturing the same, and electrochemical device including the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20180071867A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109378476A (en) * | 2018-09-27 | 2019-02-22 | 苏州大学 | Using the method for self assembly RGO film preparation lithium electrode protective layer |
CN110739445A (en) * | 2019-10-24 | 2020-01-31 | 长沙晟天新材料有限公司 | Preparation method of nitrogen-doped carbon/graphene/silicon self-supporting composite electrode |
-
2016
- 2016-12-20 KR KR1020160174962A patent/KR20180071867A/en active Search and Examination
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109378476A (en) * | 2018-09-27 | 2019-02-22 | 苏州大学 | Using the method for self assembly RGO film preparation lithium electrode protective layer |
CN109378476B (en) * | 2018-09-27 | 2021-07-02 | 苏州大学 | Method for preparing lithium electrode protective layer by adopting self-assembled RGO film |
CN110739445A (en) * | 2019-10-24 | 2020-01-31 | 长沙晟天新材料有限公司 | Preparation method of nitrogen-doped carbon/graphene/silicon self-supporting composite electrode |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101892170B1 (en) | Passivation layer for electrochemical device, method for manufacturing the same, and electrochemical device including the same | |
CN108899472B (en) | Electrode plate for lithium metal battery, preparation method of electrode plate and lithium metal battery | |
KR102514460B1 (en) | Lithium metal coating on battery separators | |
Kim et al. | Preparation of a trilayer separator and its application to lithium-ion batteries | |
KR101614885B1 (en) | Protection layer for lithium electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same | |
EP3033783B1 (en) | Li-metal battery with microstructured solid electrolyte | |
US9484595B2 (en) | Li/metal battery with composite solid electrolyte | |
US20150255782A1 (en) | Separation membrane for lithium sulfur batteries | |
Lee et al. | Effect of Al 2 O 3 coatings prepared by RF sputtering on polyethylene separators for high-power lithium ion batteries | |
EP2973831B1 (en) | Electrochemical cell including a folded electrode, components thereof, battery including the electrochemical cell, and method of forming same | |
US10511013B2 (en) | Electrochemical cell with protected negative electrode | |
JP7048846B2 (en) | Lithium electrode, this manufacturing method and a lithium secondary battery containing it | |
KR20200044231A (en) | Negative electrode for lithium secondary battery, lithium secondary batter comprsing the same, and methoe for preparing thereof | |
US10553858B2 (en) | Lithium electrode for a rechargeable lithium-ion battery and method for the manufacture thereof | |
An et al. | Separator dependency on cycling stability of lithium metal batteries under practical conditions | |
KR20180071867A (en) | Passivation layer for electrochemical device, method for manufacturing the same, and electrochemical device including the same | |
KR20180039898A (en) | Protective layer intergrated lithium metal, method for manufacturing the same and lithium secondary battery comprising the protective layer intergrated lithium metal | |
US9595713B2 (en) | Lithium electrode for a lithium-ion battery and method for producing the same | |
KR20160013368A (en) | Lithium air battery and method of fabricating the same | |
CN111816843A (en) | Solid-state battery and manufacturing method thereof | |
US20230223654A1 (en) | Inhibition of lithium dendrite growth using ultra-thin sub-nanometer porous carbon nanomembrane in conventional and solid-state lithium-ion batteries | |
Chau et al. | Compatibility and effect of capacity ratios between Na3V2 (PO4) 3 and hard carbon in highly concentrated sodium bis (fluorosulfonyl) imide electrolyte | |
KR20230032499A (en) | Anode current collector comprising porous electroplating layer and anode for lithium secondary battery comprising the same | |
JP2024510029A (en) | Rechargeable solid state lithium ion battery | |
KR20150018083A (en) | Lithium-ion battery separator and method for preparing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination |