KR20190036627A - The Method For Treating Surface Of Battery Separator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 분리막 표면 처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분리막과 전극 사이의 접착성 및 전해액의 함침성을 향상시키는 분리막 표면 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a separation membrane surface treatment method, and more particularly, to a separation membrane surface treatment method for improving the adhesion between a separation membrane and an electrode and impregnability of an electrolyte solution.
물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기 에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(Cell, Battery)는 각종 전자 기기로 둘러싸여 있는 생활 환경에 따라, 건물로 공급되는 교류전원을 획득하지 못하거나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.Cells and batteries that generate electrical energy through the physical reaction or chemical reaction of a material and supply power to the outside can not acquire the AC power supplied to the building depending on the living environment surrounded by various electronic devices It is used when DC power is needed.
이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학 전지인 일차 전지와 이차 전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차 전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 반면에, 이차 전지는 전류와 물질 사이의 산화 및 환원 과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지이다. 즉, 전류에 의해 소재에 대한 환원 반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화 반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성된다.Among such cells, a primary cell and a secondary cell, which are chemical cells using a chemical reaction, are generally used. A primary cell is a consumable cell which is collectively referred to as a dry cell. On the other hand, a secondary battery is a rechargeable battery in which oxidation and reduction processes between an electric current and a substance are manufactured using a plurality of repeatable materials. That is, when the reduction reaction is performed on the workpiece by the current, the power source is charged. When the oxidation reaction is performed on the workpiece, the power source is discharged. Such charge-discharge is repeatedly performed to generate electricity.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.In general, the secondary battery includes a nickel cadmium battery, a nickel metal hydride battery, a lithium ion battery, and a lithium ion polymer battery. Such a secondary battery is not limited to small-sized products such as a digital camera, a P-DVD, an MP3P, a mobile phone, a PDA, a portable game device, a power tool and an e-bike, It is also applied to power storage devices that store power and renewable energy, and backup power storage devices.
리튬 이차 전지는 일반적으로 양극(Cathode), 분리막(Separator) 및 음극(Anode)이 적층되어 형성된다. 그리고 이들의 재료는 전지수명, 충방전 용량, 온도특성 및 안정성 등을 고려하여 선택된다. 리튬 이온이 양극의 리튬 금속 산화물로부터 음극의 흑연 전극으로 삽입(Intercalation) 및 탈리(Deintercalation)되는 과정이 반복되면서, 리튬 이차 전지의 충방전이 진행된다.The lithium secondary battery is generally formed by stacking a cathode, a separator, and an anode. These materials are selected in consideration of battery life, charge / discharge capacity, temperature characteristics, stability, and the like. The charging and discharging of the lithium secondary battery proceeds as the lithium ion is intercalated and deintercalated from the lithium metal oxide in the anode to the graphite electrode in the cathode.
일반적으로 양극/분리막/음극의 3층 구조, 또는 양극/분리막/음극/분리막/양극 또는 음극/분리막/양극/분리막/음극의 5층 구조로 적층된 단위 셀들이 모여, 하나의 전극 조립체가 된다. 그리고 이러한 전극 조립체는 특정 케이스에 수용된다.In general, unit cells stacked in a three-layer structure of a cathode / separator / cathode or a five-layer structure of anode / separator / cathode / separator / anode or cathode / separator / anode / separator / cathode are gathered to be one electrode assembly . Such an electrode assembly is accommodated in a specific case.
기존에는 분리막을 제조하는 과정에서, 다공성 기재에 슬러리를 도포한 후, 전극과 적층하기 전에 전극과의 접착성을 향상시키기 위해 코로나(Corona) 방전 처리 또는 플라즈마(Plasma) 처리를 수행하였다.Conventionally, a corona discharge treatment or a plasma treatment was performed to improve the adhesion between the electrode and the electrode before the electrode is laminated after the slurry is applied to the porous substrate in the process of manufacturing the separator.
도 1은 일반적인 분리막(2)에 코로나 방전 처리를 수행하는 모습을 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing a state in which a
코로나 방전은 도체를 전극으로 하고 반대극은 금속판을 이용해 직류 전원을 증가시키면 전극이 자색을 띠며 전류가 흐르는 현상이다. 코로나 전극(20)과 접지 전극(21) 사이에 분리막(2)을 위치시키고 코로나 방전 처리를 하면, 전극 간의 높은 전위차로 인하여 전자 및 이온 등의 입자(22)들이 가속되어 이동한다. 이 때, 상기 입자(22)들이 분리막(2)을 향하여 빠르게 이동하면서, 분리막(2)에 물리적인 손상을 가하였다. 따라서 전극과의 접촉 면적이 증가하여, 분리막(2)의 접착성이 향상될 수 있었다. 반면에, 이러한 물리적인 손상으로 인하여 분리막(2)과 전극의 접촉 계면 사이에 전해액이 함침하는 함침성을 저하시키는 문제가 있었다.Corona discharge is a phenomenon that when the DC power is increased by using the conductor as an electrode and the opposite electrode as a metal plate, the electrode turns purple and current flows. When the
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 분리막과 전극 사이의 접착성 및 전해액의 함침성을 향상시키는 분리막 표면 처리 방법을 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a separation membrane surface treatment method which improves the adhesion between the separation membrane and the electrode and the impregnability of the electrolyte solution.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 분리막 표면 처리 방법은 다공성 고분자 기재에 다공성 코팅층을 형성하여 분리막을 제조하는 단계; 상기 분리막이 배치된 공간에 UV 램프가 자외선을 조사하는 단계; 상기 자외선이 공기 중에 존재하는 산소를 반응시켜 오존을 생성하는 단계; 상기 오존이 상기 분리막의 표면을 산화시키는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a separation membrane surface treatment method comprising the steps of: preparing a separation membrane by forming a porous coating layer on a porous polymer substrate; Irradiating ultraviolet rays to the space in which the separation membrane is disposed; Reacting the ultraviolet ray with oxygen present in the air to generate ozone; And the ozone oxidizing the surface of the separation membrane.
또한, 오존을 생성하는 단계에 있어서, 농도 측정기가 현재 공기 중의 산소 또는 오존의 농도를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.Further, in the step of generating ozone, the concentration measuring device may further include measuring the concentration of oxygen or ozone present in the air.
또한, 상기 산소의 농도가 부족한 경우, 산소 발생기가 산소를 더 공급할 수 있다.Further, when the oxygen concentration is insufficient, the oxygen generator can further supply oxygen.
또한, 상기 농도 측정기가 측정한 오존의 농도가 미리 설정된 오존 농도와 상이한 경우, 제어부가 상기 UV 램프에 자외선 방출량 조절 신호를 인가할 수 있다.In addition, when the concentration of ozone measured by the concentration meter is different from the predetermined ozone concentration, the control unit may apply an ultraviolet emission amount adjustment signal to the UV lamp.
또한, 상기 다공성 고분자 기재는, 다공성 고분자 필름 기재 또는 다공성 고분자 부직포 기재일 수 있다.The porous polymer substrate may be a porous polymer film substrate or a porous polymer nonwoven substrate.
또한, 상기 다공성 고분자 필름 기재는, 폴리올레핀계 다공성 고분자 필름 기재일 수 있다.The porous polymer film substrate may be a polyolefin-based porous polymer film substrate.
또한, 상기 폴리올레핀계 다공성 고분자 필름 기재는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 및 폴리펜텐로 이루어진 군에서 하나 또는 둘 이상이 선택되어 형성될 수 있다.The polyolefin-based porous polymer film base may be formed of one or more selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polybutylene, and polypentene.
또한, 상기 다공성 고분자 부직포 기재는, 폴리올레핀계 고분자, 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(Polyester), 폴리아세탈(Polyacetal), 폴리아미드(Polyamide), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리이미드(Polyimide), 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone), 폴리아릴에테르케톤(Polyaryletherketone), 폴리에테르아미드(Polyetherimide), 폴리아미드이미드(Polyamideimide), 폴리벤지이미다졸(Polybenzimidazole), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(Polyphenyleneoxide), 사이클릭 올레핀 코폴리머(Cyclic olefin copolyer), 폴리페닐렌설파이드(Polyphenylenesulfide) 및 폴리에틸렌나프탈렌(Polyethylenenaphthalene)로 이루어진 군에서 하나 또는 둘 이상이 선택되어 형성될 수 있다.The porous polymeric nonwoven substrate may be formed of at least one selected from the group consisting of a polyolefin polymer, a polyethylene terephthalate, a polybutylene terephthalate, a polyester, a polyacetal, a polyamide, a polycarbonate Polyether sulfone, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyaryletherketone, polyetherimide, polyamideimide, polybenzimidazole, polyether sulfone One or more selected from the group consisting of polyether sulfone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, cyclic olefin copolymer, polyphenylenesulfide and polyethylene naphthalene. have.
또한, 상기 다공성 고분자 기재의 두께는, 5 내지 50 μm일 수 있다.The thickness of the porous polymer base material may be 5 to 50 탆.
또한, 상기 다공성 고분자 기재의 기공 크기는, 0.01 내지 50 μm일 수 있다.The pore size of the porous polymer substrate may be 0.01 to 50 탆.
또한, 상기 다공성 고분자 기재의 기공도는, 10 내지 95%일 수 있다.The porosity of the porous polymer substrate may be 10 to 95%.
또한, 상기 다공성 코팅층은, 무기물 입자 및 고분자 바인더의 혼합물을 포함하는 슬러리가 딥 코팅 방법으로 코팅되어 형성될 수 있다.The porous coating layer may be formed by coating a slurry containing a mixture of inorganic particles and a polymeric binder by a dip coating method.
또한, 상기 무기물 입자의 평균입경은, 0.001 내지 10 μm일 수 있다.The average particle diameter of the inorganic particles may be 0.001 to 10 mu m.
또한, 상기 무기물 입자는, 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자 및 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자로 이루어진 군에서 하나 또는 둘 이상이 선택되어 형성될 수 있다.The inorganic particles may be formed of one or more selected from the group consisting of inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more and inorganic particles having lithium ion transporting ability.
또한, 상기 고분자 바인더는, PVDF-HFP를 포함할 수 있다.In addition, the polymer binder may include PVDF-HFP.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.The embodiments of the present invention have at least the following effects.
기존의 코로나 처리 방법을 사용하지 않아 분리막에 물리적인 손상을 가하지 않고, 화학적인 처리 방법만을 사용함으로써 분리막과 전극의 접착성 및 전해액의 함침성을 향상시킬 수 있다.It is possible to improve the adhesiveness of the separator and the electrode and the impregnation of the electrolyte by using only the chemical treatment method without physically damaging the separator without using the existing corona treatment method.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.The effects according to the present invention are not limited by the contents exemplified above, and more various effects are included in the specification.
도 1은 일반적인 분리막에 코로나 방전 처리를 수행하는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 UV 램프로부터 자외선이 조사되는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 UV 램프로부터 조사된 자외선이 산소 분자를 반응시켜 오존을 생성하는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행한 경우와, 비교예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행한 경우의 함침성을 비교한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행한 경우, 전해액이 분리막에 함침된 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 비교예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행한 경우, 전해액이 분리막에 함침된 모습을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행한 경우와, 비교예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행한 경우의 접착성을 비교한 그래프이다.1 is a schematic view showing a state in which a corona discharge treatment is performed on a general separation membrane.
2 is a flowchart illustrating a process of performing a separation membrane surface treatment method according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a separation membrane according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic view showing a state where ultraviolet rays are irradiated from a UV lamp according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic view showing how ultraviolet rays irradiated from a UV lamp according to an embodiment of the present invention react with oxygen molecules to generate ozone.
FIG. 6 is a graph comparing the impregnation performance in the case of performing the separation membrane surface treatment method according to an embodiment of the present invention and the separation membrane surface treatment method according to the comparative example.
FIG. 7 is a view illustrating a state in which an electrolyte is impregnated into a separation membrane when a separation membrane surface treatment method according to an embodiment of the present invention is performed.
FIG. 8 is a view showing a state in which an electrolytic solution is impregnated into a separation membrane when a separation membrane surface treatment method according to a comparative example is performed.
9 is a graph comparing adhesiveness between the case where the separation membrane surface treatment method according to an embodiment of the present invention is performed and the case where the separation membrane surface treatment method according to the comparative example is performed.
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 구성 요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
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. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.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. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. The terms " comprises " and / or " comprising " used in the specification do not exclude the presence or addition of one or more other elements in addition to the stated element.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
전기화학소자의 안전성 평가 및 안전성 확보는 매우 중요하다. 가장 중요한 고려사항은 전기화학소자가 오작동 시 사용자에게 상해를 입혀서는 안 된다는 것이며, 이러한 목적으로 안전규격은 전기화학소자 내의 발화 및 발연 등을 엄격히 규제하고 있다. 전기화학소자의 안전성 특성에 있어서, 전기화학소자가 과열되어 열폭주가 일어나거나 분리막이 관통될 경우에는 폭발을 일으키게 될 우려가 크다. 특히, 전기화학소자의 분리막으로서 통상적으로 사용되는 폴리올레핀계 다공성 고분자 기재는 재료적 특성과 연신을 포함하는 제조공정상의 특성으로 인하여 100도 이상의 온도에서 극심한 열 수축 거동을 보임으로서, 캐소드와 애노드 사이의 단락을 일으키는 문제점이 있다.Safety evaluation and safety of electrochemical devices are very important. The most important consideration is that the electrochemical device should not injure the user in case of malfunction. For this purpose, the safety standard strictly regulates the ignition and fuming in the electrochemical device. In the safety characteristics of the electrochemical device, there is a high possibility that the electrochemical device will be overheated to cause thermal runaway or explosion if the separator is penetrated. Particularly, the polyolefin-based porous polymer base usually used as a separator of an electrochemical device exhibits extreme heat shrinkage behavior at a temperature of 100 DEG C or higher owing to the characteristics of the manufacturing process including material properties and elongation, There is a problem causing a short circuit.
전기화학소자의 안전성 문제를 해결하기 위하여, 다수의 기공을 갖는 다공성 고분자 기재의 적어도 일면에, 과량의 무기물 입자와 고분자 바인더의 혼합물을 포함하는 슬러리가 코팅되어 다공성 유기-무기 코팅층을 형성한 분리막이 제안되었다. 다공성 유기-무기 코팅층에 함유된 무기물 입자들은 내열성이 뛰어나므로, 전기화학소자가 과열되는 경우에도 캐소드와 애노드 사이의 단락을 방지한다.In order to solve the safety problem of an electrochemical device, a separation membrane having a porous organic-inorganic coating layer formed by coating a slurry containing a mixture of an excess of inorganic particles and a polymeric binder on at least one surface of a porous polymer substrate having a plurality of pores It was proposed. The inorganic particles contained in the porous organic-inorganic coating layer are excellent in heat resistance, thereby preventing a short circuit between the cathode and the anode even when the electrochemical device is overheated.
그러나, 다공성 코팅층이 얇게, 예컨대, 다공성 기재의 단면 기준으로 3 μm 미만의 두께로 코팅되는 경우에는 분리막과 전극 간에 접착력이 부족하여 조립성이 저하된다. 분리막과 전극 간의 접착력이 우수해야 전기화학소자의 사이클(cycle)시 전해액 분해 산물로 생성되는 기체에 의해 분리막과 전극이 탈착됨으로써 발생하는 계면저항의 증가를 방지할 수 있다. 그리고, 사이클시 전극의 부피 팽창으로 인한 분리막과 전극 간의 계면저항의 증가를 방지할 수 있으며, 젤리롤(Jelly-roll)이나 스택 앤 폴딩(Stack & Folding) 형태의 전기화학소자의 벤딩을 억제하여 전기화학소자의 강도를 향상시킬 수 있다. 이러한 측면에서 분리막과 전극 간의 접착력은 전기화학소자에서 매우 중요한 인자이다.However, when the porous coating layer is thinly coated, for example, with a thickness of less than 3 [micro] m on the basis of the cross section of the porous substrate, the adhesion between the separating membrane and the electrode is insufficient. The adhesion between the separator and the electrode is excellent so that the increase in interfacial resistance caused by the separation of the separator and the electrode due to the gas generated by the decomposition product of the electrolyte during the cycle of the electrochemical device can be prevented. In addition, it is possible to prevent the increase of the interface resistance between the separator and the electrode due to the volume expansion of the electrode during the cycle, and to suppress the bending of the electrochemical device in the form of jelly-roll or stack & folding The strength of the electrochemical device can be improved. In this respect, the adhesion between the membrane and the electrode is a very important factor in the electrochemical device.
이러한 접착력을 향상시키기 위해, 기존에는 분리막을 제조하는 과정에서, 다공성 고분자 기재에 슬러리를 코팅한 후, 코로나(Corona) 방전 처리 또는 플라즈마(Plasma) 처리를 수행하였다. 그러나, 이는 분리막에 물리적인 손상이 가하므로, 분리막과 전극의 접촉 계면 사이에 전해액이 함침하는 함침성을 저하시키는 문제가 있었다.In order to improve the adhesive strength, conventionally, a slurry was coated on a porous polymer substrate in the process of preparing a separator, and then a corona discharge treatment or a plasma treatment was performed. However, since the membrane is physically damaged, there is a problem that the impregnability of impregnating the electrolyte between the separating membrane and the contact interface of the electrode is lowered.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행하는 과정을 나타낸 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a process of performing a separation membrane surface treatment method according to an embodiment of the present invention.
상기의 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 분리막(1)에 코로나 방전 처리 또는 플라즈마 처리를 수행하지 않고, 대신에 UV 램프(10)를 이용하여 자외선(101)을 조사한다. 그럼으로써 분리막(1)과 전극의 접착성을 저하시키지 않고 전해액의 함침성을 향상시킬 수 있다. 이하에서, 도 2의 흐름도의 각 단계를 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다.In order to solve the above problem, according to an embodiment of the present invention, the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막(1)의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a
도 3에 도시된 바와 같이, 다공성 고분자 기재(11)의 적어도 일면에는 무기물 입자 및 고분자 바인더의 혼합물을 포함하는 슬러리가 코팅되어 다공성 코팅층(12)이 형성된다(S201).3, at least one surface of the
다공성 고분자 기재(11)로는 다양한 고분자로 형성된 다공성 고분자 필름 기재 또는 다공성 고분자 부직포 기재 등 통상적으로 전기화학소자에 사용되는 평면상의 다공성 기재라면 제한되지 않고 다양한 기재를 포함한다. 예를 들어 전기화학소자 특히, 리튬 이차전지의 분리막(1)으로 사용되는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀계 다공성 고분자 필름이나, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유로 이루어진 부직포 등을 사용할 수 있으며, 그 재질이나 형태는 목적하는 바에 따라 다양하게 선택할 수 있다. 이러한 폴리올레핀 다공성 고분자 필름은 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐 등의 폴리올레핀계 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성할 수 있다. 또한, 상기 다공성 고분자 필름 기재는 폴리올레핀 외에 폴리에스테르 등의 다양한 고분자들을 이용하여 다공성 고분자 필름을 제조할 수도 있다. 또한, 상기 다공성 고분자 필름 기재는 2층 이상의 필름층이 적층된 구조로 형성될 수 있으며, 각 필름층은 전술한 폴리올레핀, 폴리에스테르 등의 고분자들을 단독으로 또는 들을 2종 이상 혼합한 고분자로 형성될 수도 있다.The
상기 다공성 고분자 부직포 기재로는 전술한 폴리올레핀계 고분자 또는 이보다 내열성이 높은 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(Polyester), 폴리아세탈(Polyacetal), 폴리아미드(Polyamide), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리이미드(Polyimide), 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone), 폴리아릴에테르케톤(Polyaryletherketone), 폴리에테르아미드(Polyetherimide), 폴리아미드이미드(Polyamideimide), 폴리벤지이미다졸(Polybenzimidazole), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(Polyphenyleneoxide), 사이클릭 올레핀 코폴리머(Cyclic olefin copolyer), 폴리페닐렌설파이드(Polyphenylenesulfide), 폴리에틸렌나프탈렌(Polyethylenenaphthalene) 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 부직포일 수 있다. 그리고, 부직포의 구조는 장섬유로 구성된 스폰본드 부직포 또는 멜트 블로운 부직포일 수 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 상기 다공성 고분자 기재(11)의 재질이나 형태는 다양하게 선택될 수 있다.The porous polymeric nonwoven substrate may be a polyolefin-based polymer or a polyethyleneterephthalate, a polybutylene terephthalate, a polyester, a polyacetal, a polyamide, or the like, which has a higher heat resistance than the polyolefin- , Polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyaryletherketone, polyetherimide, polyamideimide, polybenzimidazole, and the like. , Polyethersulfone, polyphenylene oxide, cyclic olefin copolymer, polyphenylenesulfide, and polyethylene naphthalene, which are used alone or as a mixture of them The nonwoven fabric may be a nonwoven fabric. The structure of the nonwoven fabric may be a spun bond nonwoven fabric or a melt blown nonwoven fabric composed of long fibers. However, the material and the shape of the
다공성 고분자 기재(11)의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 1 내지 100 μm, 더욱 바람직하게는 5 내지 50 μm이고, 다공성 고분자 기재(11)에 존재하는 기공 크기 및 기공도 역시 특별히 제한되지 않으나 각각 0.01 내지 50 μm 및 10 내지 95%인 것이 바람직하다.The thickness of the
다공성 고분자 기재(11)의 적어도 일면에는 무기물 입자 및 고분자 바인더의 혼합물을 포함하는 슬러리가 코팅되어 다공성 코팅층(12)이 형성된다. 슬러리의 코팅 방법은 제한되지 않고 다양한 방법을 사용할 수 있으나, 딥 코팅(dip coating) 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 딥 코팅은 코팅액이 들어있는 탱크에 기재를 침지시켜 코팅하는 방법으로, 코팅액의 농도 및 코팅액 탱크에서 기재를 꺼내는 속도에 따라 다공성 코팅층(12) 두께의 조절이 가능하며, 후에 오븐에서 건조하여 다공성 고분자 기재(11)의 적어도 일 표면에 다공성 코팅층(12)을 형성한다.A
무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 무기물 입자는 적용되는 전기화학소자의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 무기물 입자로서 유전율이 높은 무기물 입자를 사용하는 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.The inorganic particles are not particularly limited as long as they are electrochemically stable. That is, the inorganic particles usable in the present invention are not particularly limited as long as oxidation and / or reduction reaction does not occur in the operating voltage range of the applied electrochemical device (for example, 0 to 5 V based on Li / Li +). Particularly, when inorganic particles having a high dielectric constant are used as the inorganic particles, the dissociation of the electrolyte salt, for example, the lithium salt in the liquid electrolyte, can be increased, and the ion conductivity of the electrolyte can be improved.
이러한 이유들로 인해, 상기 무기물 입자는 유전율 상수가 5 이상, 바람직하게는 10 이상인 고유전율 무기물 입자를 포함하는 것이 바람직하다. 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자의 비제한적인 예로는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1 - xLaxZr1 -yTiyO3(PLZT, 0<x<1, 0<y<1), Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, 보헤마이트(γ-AlO(OH)), TiO2, SiC 또는 이들의 혼합물 등이 있다.For these reasons, it is preferable that the inorganic particles include high-k inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more, preferably 10 or more. Non-limiting examples of the inorganic particles is less than a dielectric constant of 5 is BaTiO 3, Pb (Zr, Ti ) O 3 (PZT), Pb 1 - x La x Zr 1 -y Ti y O 3 (PLZT, 0 <x <1 , 0 <y <1), Pb (
특히, 전술한 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3(PLZT), Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT) 및 하프니아(HfO2)와 같은 무기물 입자들은 유전율 상수 100 이상인 고유전율 특성을 나타낼 뿐만 아니라, 일정 압력을 인가하여 인장 또는 압축되는 경우 전하가 발생하여 양쪽 면 간에 전위차가 발생하는 압전성(Piezoelectricity)을 가짐으로써, 외부 충격에 의한 양(兩) 전극의 내부 단락 발생을 방지하여 전기화학 소자의 안전성 향상을 도모할 수 있다. 또한, 전술한 고유전율 무기물 입자와 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자들을 혼용할 경우 이들의 상승 효과는 배가될 수 있다.In particular, above a BaTiO 3, Pb (Zr, Ti ) O 3 (PZT), Pb 1 - x La x Zr 1 - y Ti y O 3 (PLZT), Pb (
무기물 입자로는 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자, 즉 리튬 원소를 함유하되 리튬을 저장하지 아니하고 리튬 이온을 이동시키는 기능을 갖는 무기물 입자를 사용할 수도 있다. 리튬이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 입자 구조 내부에 존재하는 일종의 결함으로 인해 리튬 이온을 전달 및 이동시킬 수 있기 때문에, 전지 내 리튬 이온 전도도가 향상되고, 이로 인해 전지 성능 향상을 도모할 수 있다. 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자의 비제한적인 예로는 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y <3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트(LixAlyTiz(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 1, 0 < z < 3), 14Li2O-9Al2O3-38TiO2-39P2O5 등과 같은 (LiAlTiP)xOy 계열 glass (0 < x < 4, 0 < y < 13), 리튬란탄티타네이트(LixLayTiO3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), Li3 . 25Ge0 .25P0. 75S4 등과 같은 리튬게르마니움티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0 < x < 4, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 0 < w < 5), Li3N 등과 같은 리튬나이트라이드(LixNy, 0 < x < 4, 0 < y < 2), Li3PO4-Li2S-SiS2 등과같은 SiS2 계열 glass(LixSiySz, < x < 3, 0 < y < 2, 0 < z < 4), LiI-Li2S-P2S5 등과 같은 P2S5 계열 glass(LixPySz, 0 < x < 3, 0 < y < 3, 0 < z < 7) 또는 이들의 혼합물 등이 있다.As the inorganic particles, inorganic particles having a lithium ion transferring ability, that is, inorganic particles containing a lithium element but having a function of transferring lithium ions without storing lithium may be used. The inorganic particles having lithium ion transferring ability can transfer and move lithium ions due to a kind of defects existing in the particle structure, so that the lithium ion conductivity in the battery is improved and the battery performance can be improved. Nonlimiting examples of inorganic particles having lithium ion transferring ability include lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium titanium phosphate (Li x Ti y (PO 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y <3) phosphate (Li x Al y Ti z ( PO 4) 3, 0 <x <2, 0 <y <1, 0 <z <3), 14Li 2 O- 9 Al 2 O 3 -38TiO 2 -39P 2 O 5 (0 <x <4, 0 <y <13), lithium lanthanum titanate (Li x La y TiO 3 , 0 <x <2, 0 <y <3), Li (LiAlTiP) x O y series glass 3 . 25 Ge 0 .25 P 0. 75 S 4 Mani lithium germanium thiophosphate Titanium (Li x Ge y P z S w, 0 <x <4, 0 <y <1, 0 <z <1, 0 <w such as <5), Li 3 N lithium nitride (Li x N y, 0 < x <4, 0 <y <2), Li 3 PO 4
무기물 입자의 평균입경은 특별한 제한이 없으나 균일한 두께의 다공성 코팅층(12) 형성 및 적절한 공극률을 위하여, 0.001 내지 10 μm 범위인 것이 바람직하다. 0.001 μm 미만인 경우 분산성이 저하될 수 있고, 10 μm를 초과하는 경우 형성되는 다공성 코팅층(12)의 두께가 증가하여 기계적 물성이 저하될 수 있으며, 또한 지나치게 큰 기공 크기로 인해 전지 충방전시 내부 단락이 일어날 확률이 높아진다.The average particle diameter of the inorganic particles is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.001 to 10 mu m for the formation of the
고분자 바인더는 유리 전이 온도(glass transition temperature, Tg)가 -200 내지 200인 고분자를 사용하는 것이 바람직한데, 이는 최종적으로 형성되는 코팅층(12)의 유연성 및 탄성 등과 같은 기계적 물성을 향상시킬 수 있기 때문이다.The polymer binder is preferably a polymer having a glass transition temperature (Tg) of -200 to 200 because it can improve mechanical properties such as flexibility and elasticity of the finally formed
또한, 고분자 바인더는 이온 전도 능력을 반드시 가질 필요는 없으나, 이온 전도 능력을 갖는 고분자를 사용할 경우 전기화학소자의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 고분자 바인더는 가능한 유전율 상수가 높은 것이 바람직하다. 실제로 전해액에서 염의 해리도는 전해액 용매의 유전율 상수에 의존하기 때문에, 고분자 바인더의 유전율 상수가 높을수록 전해질에서의 염 해리도를 향상시킬 수 있다. 이러한 고분자 바인더의 유전율 상수는 1.0 내지 100 (측정 주파수 = 1 kHz) 범위가 사용 가능하며, 특히 10 이상인 것이 바람직하다.Further, the polymer binder does not necessarily have ion conductivity, but when the polymer having ion conductivity is used, the performance of the electrochemical device can be further improved. Therefore, it is preferable that the polymer binder has a high permittivity constant. In fact, since the degree of dissociation of the salt in the electrolyte depends on the permittivity constant of the electrolyte solvent, the higher the permittivity constant of the polymeric binder, the better the salt dissociation in the electrolyte. The permittivity constant of the polymeric binder may be in the range of 1.0 to 100 (measurement frequency = 1 kHz), preferably 10 or more.
전술한 기능 이외에, 고분자 바인더는 액체 전해액 함침시 겔화됨으로써 높은 전해액 함침율(degree of swelling)을 나타낼 수 있는 특징을 가질 수 있다. 이에 따라, 용해도 지수가 15 내지 45 MPa1 / 2 인 고분자를 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직한 용해도 지수는 15 내지 25 MPa1 /2 및 30 내지 45 MPa1 /2 범위이다. 따라서, 폴리올레핀류와 같은 소수성 고분자들보다는 극성기를 많이 갖는 친수성 고분자들을 사용하는 것이 바람직하다. 용해도 지수가 15 MPa1 /2 미만 및 45 MPa1 /2를 초과할 경우, 통상적인 전지용 액체 전해액에 의해 함침(swelling)되기 어렵기 때문이다.In addition to the functions described above, the polymeric binder may be characterized by being capable of exhibiting a high degree of swelling of the electrolyte due to gelation upon impregnation with a liquid electrolyte. Accordingly, it is preferable to use a solubility parameter of 15 to 45 MPa 1/2 of a polymer, and the more preferred solubility parameter of 15 to 25 MPa 1/2, and 30 to 45 MPa 1/2 range. Therefore, it is preferable to use hydrophilic polymers having many polar groups, rather than hydrophobic polymers such as polyolefins. If the solubility is more than 15 MPa 1/2 and less than 45 MPa 1/2, it is difficult to be impregnated with (swelling) by conventional liquid electrolyte batteries.
이러한 고분자 바인더의 비제한적인 예로는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (Polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (Polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타클릴레이트 (Polymethylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (Polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (Polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (Polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (Polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸플루란(cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylPolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 플루란 (pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose) 등을 들 수 있다.Non-limiting examples of such polymeric binders include polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-co-trichlorethylene, Polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, polyethylene-co-vinyl acetate, polyethylene oxide, and the like. Cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylPolyvinylalcohol, cyanoethylpolyvinylalcohol, Ethyl cellulose (cyanoethylcellulos e), cyanoethylsucrose, pullulan, carboxyl methyl cellulose, and the like.
나아가, 고분자 바인더는 PVDF-HFP 를 포함할 수도 있다. 'PVDF-HFP 고분자 바인더'란 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene Fluoride: VDF)의 구성 단위 및 헥사플루오로프로필렌(Hexafluoropropylene: HFP)의 구성 단위를 포함하는 비닐리덴 플루오라이드 공중합체를 의미한다. 다만, 고분자 바인더는 이에 제한되지 않고 다양한 소재를 포함할 수 있다.Further, the polymeric binder may comprise PVDF-HFP. The 'PVDF-HFP polymer binder' refers to a vinylidene fluoride copolymer comprising a constituent unit of vinylidene fluoride (VDF) and a constituent unit of hexafluoropropylene (HFP). However, the polymeric binder is not limited thereto and may include various materials.
무기물 입자와 고분자 바인더의 중량비는 예를 들어 50:50 내지 99:1 범위가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 70:30 내지 95:5이다. 고분자 바인더에 대한 무기물 입자의 함량비가 50:50 미만일 경우 고분자의 함량이 많아지게 되어 형성되는 코팅층(12)의 기공 크기 및 기공도가 감소될 수 있다. 무기물 입자의 함량이 99 중량부를 초과할 경우 고분자 바인더 함량이 적기 때문에 형성되는 코팅층(12)의 내필링성이 약화될 수 있다.The weight ratio of the inorganic particles to the polymeric binder is preferably in the range of, for example, 50:50 to 99: 1, more preferably 70:30 to 95: 5. When the content ratio of the inorganic particles to the polymeric binder is less than 50:50, the content of the polymer is increased and the pore size and porosity of the formed
고분자 바인더의 용매로는 사용하고자 하는 고분자 바인더와 용해도 지수가 유사하며, 끓는점(boiling point)이 낮은 것이 바람직하다. 이는 균일한 혼합과 이후 용매 제거를 용이하게 하기 위해서이다. 사용 가능한 용매의 비제한적인 예로는 아세톤 (acetone), 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran), 메틸렌클로라이드 (methylene chloride), 클로로포름 (chloroform), 디메틸포름아미드 (dimethylformamide), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 시클로헥산 (cyclohexane), 물 또는 이들의 혼합체 등이 있다.As the solvent of the polymeric binder, it is preferable that the solubility index is similar to that of the polymer binder to be used, and the boiling point is low. This is to facilitate uniform mixing and subsequent solvent removal. Non-limiting examples of usable solvents include acetone, tetrahydrofuran, methylene chloride, chloroform, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone ( N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), cyclohexane, water or a mixture thereof.
무기물 입자들이 분산되어 있으며 고분자 바인더가 용매에 용해된 슬러리는 고분자 바인더를 용매에 용해시킨 다음 무기물 입자를 첨가하고 이를 분산시켜 제조할 수 있다. 무기물 입자들은 적정 크기로 파쇄된 상태에서 첨가할 수 있으나, 고분자 바인더의 용액에 무기물 입자를 첨가한 후 무기물 입자를 볼밀법 등을 이용하여 파쇄하면서 분산시키는 것이 바람직하다.The slurry in which the inorganic particles are dispersed and the polymeric binder is dissolved in the solvent can be prepared by dissolving the polymeric binder in a solvent and then adding and dispersing the inorganic particles. The inorganic particles may be added in a state of being crushed to an appropriate size, but it is preferable to add inorganic particles to the solution of the polymeric binder and then disperse the inorganic particles by crushing using a ball mill method or the like.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 UV 램프(10)로부터 자외선(101)이 조사되는 모습을 나타낸 개략도이다.4 is a schematic view showing a state in which
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 분리막(1)에 기존의 코로나 방전 처리 또는 플라즈마 처리를 수행하지 않고, 대신에 UV 램프(10)를 이용하여 자외선(101)을 조사한다(S202). 따라서, 분리막(1)에 물리적인 손상을 가하지 않고, 화학적인 처리 방법만을 사용함으로써 전해액의 함침성을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4, a conventional corona discharge treatment or a plasma treatment is not performed on the
UV 램프(10)는 외부로 자외선(101)(UV, Ultra-Violet rays)을 조사하는 램프이다. 자외선(101)은 가시광선보다 파장이 더 짧은 전자기파로서, 대략 10nm 내지 400nm의 파장을 가진다. 파장이 매우 짧아 사람의 눈에는 보이지 않고, 에너지가 높아 화학작용이 커서 살균, 표백 등에 용이하게 사용된다.The
본 발명의 일 실시예에 따르면, UV 램프(10)로부터 조사된 자외선(101)은 공기 중의 산소 분자(13)를 반응시켜 오존(15)을 생성한다(S203).According to one embodiment of the present invention,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 UV 램프(10)로부터 조사된 자외선(101)이 산소 분자(13)를 반응시켜 오존(15)을 생성하는 모습을 나타낸 개략도이다.5 is a schematic view showing a state in which ultraviolet rays 101 irradiated from a
구체적으로 설명하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 먼저 자외선(101)이 공기 중에 존재하는 산소 분자(13)의 결합을 끊는다. 산소 분자(13)는 두 개의 산소 원자(14)가 서로 전자를 공유하는 공유 결합으로 결합된다. 공유 결합은 매우 강한 분자 결합이며, 이러한 공유 결합으로 결합된 산소 분자(13)는 낮은 에너지 준위를 가지게 된다. 그러나 자외선(101)이 높은 에너지를 이용하여 산소 분자(13)의 공유 결합을 끊어 산소 원자(14) 2개가 생성된다. 산소 원자(14)는 에너지가 매우 높아 불안정한 상태에 존재한다. 따라서, 단독으로 장시간 존재하지 못하고, 주변의 다른 산소 분자(13)와 결합을 함으로써 오존(15)이 생성된다.Specifically, as shown in FIG. 5, the
오존(15)은 연한 청색의 기체로서, 강한 산화력을 가지므로 주변의 물질을 산화시킨다. 따라서, 은을 과산화은으로, 황화납을 황산납으로, 황을 산화황으로 산화시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, UV 램프(10)가 외부로 자외선(101)을 조사하여 오존(15)이 생성되면, 오존(15)이 분리막(1)에 형성된 다공성 코팅층(12)을 산화시킨다(S204). 다공성 코팅층(12)이 산화되면, 특히 PVDF-HFP를 포함하는 경우, 표면에 산소 원자(14)를 포함하는 친수성 그룹(예를 들면, -CO-, -COH, -COOH 등)이 생성된다. 이러한 친수성 그룹은 강한 접착성을 가지므로, 코로나 방전 처리를 수행한 경우에 비해 접착력이 저하되지 않으면서, 오히려 전해액의 함침성이 향상된다.The
한편, 현재 공기 중의 산소(13) 또는 오존(15)의 농도를 측정하는 농도 측정기가 더 마련될 수 있다. 농도 측정기는 산소(13)와 오존(15) 중 적어도 하나를 측정할 수 있으며, 산소(13)와 오존(15)을 모두 측정할 수 있는 것이 바람직하다. 농도 측정기가 산소(13)의 농도를 측정할 때, 공기 중의 산소(13)가 부족한 경우에는 부족한 산소(13)를 더 공급할 수 있는 산소(13) 발생기가 더 마련될 수 있다. 한편, 농도 측정기가 오존(15)의 농도를 측정할 때, 공기 중의 오존(15)이 부족한 경우에는 분리막(1)의 표면의 다공성 코팅층(12)을 충분히 산화시킬 수 없으므로, UV 램프(10)로부터 조사되는 자외선(101)의 방출량을 증가시킬 수 있다. 이와 반대로, 공기 중의 오존(15)이 과다한 경우에는 UV 램프(10)로부터 조사되는 자외선(101)의 방출량을 감소시킬 수 있다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 사용자가 농도 측정기를 통해 오존(15) 농도를 판단하고, 직접 UV 램프(10)를 조절하여 자외선(101)의 방출량을 조절할 수도 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 별도의 제어부(미도시)가 마련되어, 현재 오존(15) 농도가 미리 설정된 오존(15) 농도와 상이한 경우, 제어부가 자동으로 UV 램프(10)에 자외선(101) 방출량 조절 신호를 인가할 수도 있다. 그럼으로써, UV 램프(10)로부터 조사되는 자외선(101)의 방출량이 자동으로 조절될 수 있다. 이러한 제어부로는 CPU(Central Processing Unit), MCU(Micro Controller Unit) 또는 DSP(Digital Signal Processor) 등을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않고 다양한 논리 연산 프로세서가 사용될 수 있다.On the other hand, a concentration measuring device for measuring the concentration of the
한편, 현재 오존(15)의 농도가 충분하더라도 다공성 코팅층(12)에 대한 산화력이 부족한 경우에는, 주변의 오존(15)을 모아 다공성 코팅층(12)으로 불어주는 에어 블로워가 별도로 더 마련될 수도 있다.Meanwhile, if the concentration of the
상기 방법에 따라 제조된 분리막(1)을 캐소드와 애노드 사이에 개재하고 라미네이팅하여, 전기화학소자를 제조할 수 있다. 상기 전기화학소자는 전기 화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 예를 들면, 모든 종류의 일차, 이차 전지, 연료 전지, 태양 전지 또는 수퍼 캐패시터 소자와 같은 캐퍼시터(Capacitor) 등이 있다. 특히, 상기 이차 전지 중 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등을 포함하는 리튬 이차전지가 바람직하다.The
본 발명의 분리막(1)과 함께 적용될 캐소드와 애노드의 양 전극으로는 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 전극활물질을 전극 전류집전체에 결착된 형태로 제조할 수 있다. 상기 전극활물질 중 캐소드활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학소자의 캐소드에 사용될 수 있는 통상적인 캐소드활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들을 조합한 리튬복합산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 애노드활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학소자의 애노드에 사용될 수 있는 통상적인 애노드활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite) 또는 기타 탄소류 등과 같은 리튬흡착물질 등이 바람직하다. 캐소드 전류집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 애노드 전류집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.The cathode and the anode both to be applied together with the
본 발명의 전기화학소자에서 사용될 수 있는 전해액은 A+B-와 같은 구조의 염으로서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하고 B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 -와 같은 음이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염이프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤 (g-부티로락톤) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 또는 해리된 것이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The electrolytic solution which can be used in the electrochemical device of the present invention is a salt having a structure such as A + B - , wherein A + includes an alkali metal cation such as Li +, Na +, K + - it is PF 6 -, BF 4 -, Cl -, Br -, I -, ClO 4 -, AsF 6 -, CH 3 CO 2 -, CF 3 SO 3 -, N (CF 3 SO 2) 2 -, C (CF 2 SO 2) 3 - anion, or a salt containing an ion composed of a combination of propylene carbonate (PC) such as, ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl (DMP), dimethylsulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethyl carbonate (EMC), gamma butyrolactone -Butyrolactone), or a mixture thereof, but the present invention is not limited thereto.
상기 전해액 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전지 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 전지 조립 전 또는 전지 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.The electrolyte injection may be performed at an appropriate stage of the battery manufacturing process, depending on the manufacturing process and required properties of the final product. That is, it can be applied before assembling the cell or at the final stage of assembling the cell.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행한 경우와, 비교예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행한 경우의 함침성을 비교한 그래프이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행한 경우, 전해액이 분리막(1)에 함침된 모습을 나타낸 도면이며, 도 8은 비교예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행한 경우, 전해액이 분리막(1)에 함침된 모습을 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a graph comparing the impregnation performance of the membrane surface treatment method according to an embodiment of the present invention and the membrane surface treatment method according to the comparative example. FIG. FIG. 8 is a view showing a state in which the electrolytic solution is immersed in the
본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 표면 처리 방법에 따르면, 먼저 UV 램프(10)로 Jelight UV/Ozone cleaner를 사용하였고, 이로부터 자외선(101)이 25mW/cm2의 광량으로 외부로 조사되었다. UV 램프(10)와 분리막(1) 간 거리는 5mm, 분리막(1)의 넓이는 10cm x 5 cm, 분리막(1)의 전체 두께는 12 μm였다. 그리고 분리막(1)의 다공성 코팅층(12)은 PVDF-HFP(HFP 5~20 wt%)가 포함되며, 다공성 코팅층(12)의 두께는 3~5 μm였다.According to the separation membrane surface treatment method according to an embodiment of the present invention, the Jelight UV / Ozone cleaner was used as the
한편 비교예에 따른 분리막 표면 처리 방법에 따르면, 상기 UV 램프(10)를 사용한 대신에 코로나 전극을 사용한 것을 제외하고는 상기 일 실시예와 동일한 방법으로 수행하였다. 이 때, 코로나 전극에 사용된 전력은 200W였다.On the other hand, according to the separation membrane surface treatment method according to the comparative example, a corona electrode was used instead of the
상기 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행한 제1 분리막 시료를 복수 개 마련하고, 비교예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행한 제2 분리막 시료도 복수 개 마련하여, 동시에 전해액에 함침하였다. 그리고, 동일한 시간에 제1 및 제2 분리막 시료를 각각 하나씩 꺼내 함침된 면적을 측정하였다. 그 결과, 도 6에 도시된 그래프와 같은 결과가 도출되었다.A plurality of first separation membrane samples having been subjected to the separation membrane surface treatment method according to an embodiment of the present invention are provided and a plurality of second separation membrane samples having the separation membrane surface treatment method according to the comparative example are also provided, Impregnated. Then, the first and second separation membrane samples were taken out one by one at the same time, and the area impregnated was measured. As a result, the same result as the graph shown in Fig. 6 was derived.
도 6에 도시된 그래프는, X축이 시간(min)이고 Y축이 전해액에 함침된 면적(mm2)을 나타낸다. 그리고 기울기는 단위 시간당 전해액에 함침된 면적을 나타내며, 기울기가 급할수록 전해액에 함침되는 속도가 빠르다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행하면, 그 기울기가 대략 2.54였으나, 비교예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행하면, 그 기울기가 대략 1.95였다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행하면, 비교예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행하는 것 보다 전해액이 함침되는 속도가 약 30% 더 빠르다는 것을 알 수 있다.The graph shown in Fig. 6 shows the area (mm 2 ) in which the X-axis is time (min) and the Y-axis is impregnated in the electrolyte solution. The slope represents the area impregnated into the electrolyte per unit time, and the faster the slope is, the faster the rate of impregnation into the electrolyte is. As shown in FIG. 6, when the separation membrane surface treatment method according to an embodiment of the present invention is performed, the slope thereof is approximately 2.54, but when the separation membrane surface treatment method according to the comparative example is performed, the slope thereof is approximately 1.95. That is, when the separation membrane surface treatment method according to an embodiment of the present invention is performed, the rate at which the electrolyte is impregnated is about 30% faster than that of the separation membrane surface treatment method according to the comparative example.
그리고, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행하면, 전해액이 최소 25mm의 깊이까지 함침되었으나, 비교예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행하면, 전해액이 최소 21mm의 깊이까지 함침되었다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행하면, 비교예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행하는 것 보다 전해액이 함침되는 깊이가 약 20% 더 깊다는 것을 알 수 있다.7 and 8, when the separation membrane surface treatment method according to an embodiment of the present invention is performed, the electrolyte is impregnated to a depth of at least 25 mm, but when the separation membrane surface treatment method according to the comparative example is performed , The electrolyte was impregnated to a depth of at least 21 mm. That is, when the separation membrane surface treatment method according to an embodiment of the present invention is performed, the depth of the electrolyte impregnation is about 20% deeper than that of the separation membrane surface treatment method according to the comparative example.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행한 경우와, 비교예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행한 경우의 접착성을 비교한 그래프이다.9 is a graph comparing adhesiveness between the case where the separation membrane surface treatment method according to an embodiment of the present invention is performed and the case where the separation membrane surface treatment method according to the comparative example is performed.
함침성 뿐만이 아니라 상기 제1 분리막 시료와 제2 분리막 시료의 접착성도 측정하였다. 동일한 조건의 전극에 상기 제1 및 제2 분리막 시료들을 각각 접착한 후, 이를 탈착하기 위하여 인가하는 외력을 측정함으로써, 접착성을 측정하였다.The adhesiveness of the first membrane sample and the second membrane sample was measured as well as the impregnation property. The first and second separation membrane samples were adhered to electrodes of the same condition, respectively, and the external force applied to the electrodes was measured to measure the adhesion.
도 9에 도시된 바와 같이, 제1 분리막 시료는 접착력이 약 20 내지 25 gf/15mm였으나, 제2 분리막 시료는 접착력이 8 내지 15 gf/15mm였다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행하면, 비교예에 따른 분리막 표면 처리 방법을 수행하는 것 보다 접착력도 최소 30% 이상 증가한다는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 9, the first separation membrane sample had an adhesive force of about 20 to 25 gf / 15 mm, while the second separation membrane sample had an adhesive force of 8 to 15 gf / 15 mm. That is, when the separation membrane surface treatment method according to one embodiment of the present invention is performed, it can be seen that the adhesion strength is increased by at least 30% as compared with the case of performing the separation membrane surface treatment method according to the comparative example.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 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 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the foregoing description, and various embodiments derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.
1, 2: 분리막
10: UV 램프
11: 다공성 고분자 기재
12: 다공성 코팅층
13: 산소 분자
14: 산소 원자
15: 오존
20: 종래 코로나 전극
21: 종래 접지 전극
22: 입자
101: 자외선1, 2: separator 10: UV lamp
11: Porous polymer base material 12: Porous coating layer
13: oxygen molecule 14: oxygen atom
15: ozone 20: conventional corona electrode
21: conventional ground electrode 22: particle
101: ultraviolet ray
Claims (15)
상기 분리막이 배치된 공간에 UV 램프가 자외선을 조사하는 단계;
상기 자외선이 공기 중에 존재하는 산소를 반응시켜 오존을 생성하는 단계;
상기 오존이 상기 분리막의 표면을 산화시키는 단계를 포함하는 분리막 표면 처리 방법.Forming a porous coating layer on the porous polymer substrate to prepare a separation membrane;
Irradiating ultraviolet rays to the space in which the separation membrane is disposed;
Reacting the ultraviolet ray with oxygen present in the air to generate ozone;
And the ozone oxidizing the surface of the separation membrane.
오존을 생성하는 단계에 있어서,
농도 측정기가 현재 공기 중의 산소 또는 오존의 농도를 측정하는 단계를 더 포함하는, 분리막 표면 처리 방법.The method according to claim 1,
In the step of generating ozone,
Wherein the concentration meter further measures the concentration of oxygen or ozone present in the air.
상기 산소의 농도가 부족한 경우, 산소 발생기가 산소를 더 공급하는 분리막 표면 처리 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the oxygen generator further supplies oxygen when the oxygen concentration is insufficient.
상기 농도 측정기가 오존을 측정하고, 측정한 오존의 농도가 미리 설정된 오존 농도와 상이한 경우, 제어부가 상기 UV 램프에 자외선 방출량 조절 신호를 인가하는, 분리막 표면 처리 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the concentration meter measures ozone, and when the concentration of the measured ozone is different from the predetermined ozone concentration, the control section applies an ultraviolet ray emission amount adjustment signal to the UV lamp.
상기 다공성 고분자 기재는,
다공성 고분자 필름 기재 또는 다공성 고분자 부직포 기재인, 분리막 표면 처리 방법.The method according to claim 1,
The porous polymer base material may be,
A porous polymeric film base, or a porous polymeric nonwoven base.
상기 다공성 고분자 필름 기재는,
폴리올레핀계 다공성 고분자 필름 기재인, 분리막 표면 처리 방법.6. The method of claim 5,
In the porous polymer film substrate,
Based on a polyolefin-based porous polymer film.
상기 폴리올레핀계 다공성 고분자 필름 기재는,
폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 및 폴리펜텐로 이루어진 군에서 하나 또는 둘 이상이 선택되어 형성되는, 분리막 표면 처리 방법.The method according to claim 6,
In the polyolefin-based porous polymer film base,
Wherein one or more selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polybutylene and polypentene are selectively formed.
상기 다공성 고분자 부직포 기재는,
폴리올레핀계 고분자, 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(Polyester), 폴리아세탈(Polyacetal), 폴리아미드(Polyamide), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리이미드(Polyimide), 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone), 폴리아릴에테르케톤(Polyaryletherketone), 폴리에테르아미드(Polyetherimide), 폴리아미드이미드(Polyamideimide), 폴리벤지이미다졸(Polybenzimidazole), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(Polyphenyleneoxide), 사이클릭 올레핀 코폴리머(Cyclic olefin copolyer), 폴리페닐렌설파이드(Polyphenylenesulfide) 및 폴리에틸렌나프탈렌(Polyethylenenaphthalene)로 이루어진 군에서 하나 또는 둘 이상이 선택되어 형성되는, 분리막 표면 처리 방법.6. The method of claim 5,
The porous polymeric nonwoven fabric substrate may include a non-
Polyolefin-based polymers, polyethyleneterephthalate, polybutylene terephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyimide, Polyetheretherketone, polyaryletherketone, polyetherimide, polyamideimide, polybenzimidazole, polyethersulfone, polyphenylene oxide (polyetheretherketone), polyetheretherketone (polyetheretherketone), polyetheretherketone Wherein at least one selected from the group consisting of polyphenylene oxide, cyclic olefin copolymer, polyphenylenesulfide and polyethylene naphthalene is selected and formed.
상기 다공성 고분자 기재의 두께는,
5 내지 50 μm인, 분리막 표면 처리 방법.The method according to claim 1,
The thickness of the porous polymer base material is,
5 to 50 [mu] m.
상기 다공성 고분자 기재의 기공 크기는,
0.01 내지 50 μm인, 분리막 표면 처리 방법.The method according to claim 1,
The pore size of the porous polymer base material is,
0.01 to 50 탆.
상기 다공성 고분자 기재의 기공도는,
10 내지 95%인, 분리막 표면 처리 방법.The method according to claim 1,
The porosity of the porous polymer base material is,
10 to 95%.
상기 다공성 코팅층은,
무기물 입자 및 고분자 바인더의 혼합물을 포함하는 슬러리가 딥 코팅 방법으로 코팅되어 형성되는, 분리막 표면 처리 방법.The method according to claim 1,
Wherein the porous coating layer
Wherein a slurry comprising a mixture of inorganic particles and a polymeric binder is formed by coating with a dip coating method.
상기 무기물 입자의 평균입경은,
0.001 내지 10 μm인, 분리막 표면 처리 방법.13. The method of claim 12,
The average particle diameter of the inorganic particles is,
0.001 to 10 [micro] m.
상기 무기물 입자는,
유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자 및 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자로 이루어진 군에서 하나 또는 둘 이상이 선택되어 형성되는 분리막 표면 처리 방법.13. The method of claim 12,
The inorganic particles may include,
The inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more, and the inorganic particles having a lithium ion transporting ability.
상기 고분자 바인더는,
PVDF-HFP를 포함하는, 분리막 표면 처리 방법.
13. The method of claim 12,
In the polymer binder,
RTI ID = 0.0 > PVDF-HFP. ≪ / RTI >
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