KR20200034249A - Composite separator for secondary battery and secondary battery containing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a composite separator for a secondary battery, which can suppress a change in volume of a secondary battery due to volume expansion of a negative electrode material during charge/discharge, and a secondary battery including the same. The composite separator for a secondary battery comprises: a porous substrate; and a shear thickening fluid layer formed on one surface or both sides of the porous substrate.

Description

이차전지용 복합분리막 및 이를 포함하는 이차전지{COMPOSITE SEPARATOR FOR SECONDARY BATTERY AND SECONDARY BATTERY CONTAINING THE SAME}Composite separator for secondary battery and secondary battery including the same {COMPOSITE SEPARATOR FOR SECONDARY BATTERY AND SECONDARY BATTERY CONTAINING THE SAME}

본 발명은 이차전지용 복합분리막 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a composite separator for a secondary battery and a secondary battery comprising the same.

최근에는 이차전지의 사용처가 확대됨에 따라 대면적화, 고용량화에 대한 요구가 강해지고 있는 추세이다. 이차전지의 고용량화에 따라 극판의 면적이 넓어지고, 같은 면적에 다량의 양극 또는 음극 활물질이 들어가기 때문에 전지 안전성에 대한 문제가 발생하였다.In recent years, as the use of secondary batteries has expanded, the demand for large area and high capacity has been increasing. Due to the high capacity of the secondary battery, the area of the electrode plate is enlarged, and a large amount of positive or negative active material enters the same area, resulting in a problem in battery safety.

이와 같은 이차전지의 고용량, 고출력 추세에 충방전 시 이차전지의 전기적 안전성을 위한 분리막의 특성향상에 대한 요구가 더욱 커지고 있다. In the trend of high capacity and high output of the secondary battery, there is an increasing demand for improving the characteristics of the separator for electrical safety of the secondary battery during charging and discharging.

특히, 외부충격에 의한 이차전지의 물리적 변형이나 내부 탄성에 의한 물리적 변형을 방지하는 수단이 특히 필요하게 된다.In particular, a means for preventing physical deformation of the secondary battery due to external shock or physical deformation due to internal elasticity is particularly required.

예를 들어, 이차전지의 충전과 방전 시 발생되는 가스 또는 음극 활물질과 리튬 이온 등과의 반응으로 인한 음극 활물질의 부피팽창으로 인해 이차전지가 팽창 및 수축되는 스웰링(swelling) 현상이 반복하여 발생될 수 있다.For example, a swelling phenomenon in which a secondary battery expands and contracts due to a volume expansion of a negative electrode active material due to a reaction between a gas or a negative electrode active material and lithium ions generated during charging and discharging of the secondary battery may be repeatedly generated. You can.

이로 인하여 양극 또는 음극에 비틀림(twisting) 현상이 발생하게 된다. 상기 비틀림 현상이 발생하면, 전극과 분리막 사이에 공간이 발생할 수 있고, 음극 음극 활물질이 집전체에서 탈리될 수 있다. 이로 인해, 이차전지의 내부 저항이 상승하고, 용량이 저하되는 문제가 있다. 또한, 양극과 음극 사이의 분리막이 용융되어 양극과 음극이 단락되고, 발화되므로 전지의 안전성 확보를 보장할 수 없는 문제점을 야기한다.Due to this, a twisting phenomenon occurs at the anode or the cathode. When the torsion occurs, a space may occur between the electrode and the separator, and the negative electrode active material may be detached from the current collector. For this reason, there is a problem that the internal resistance of the secondary battery increases and the capacity decreases. In addition, since the separator between the positive electrode and the negative electrode is melted, the positive electrode and the negative electrode are short-circuited and ignited, causing a problem that the safety of the battery cannot be guaranteed.

이러한 문제점을 근본적으로 해결하기 위해서는 전극의 수축과 팽창을 방지하는 것이 바람직하나, 이차전지의 특성 상 전극의 수축과 팽창은 필연적으로 발생하므로 이러한 해결책은 현실적으로 구현하기 어렵다.In order to fundamentally solve this problem, it is desirable to prevent the shrinkage and expansion of the electrode, but due to the characteristics of the secondary battery, the shrinkage and expansion of the electrode inevitably occurs, so it is difficult to implement such a solution realistically.

따라서, 전극의 수축과 팽창에 의한 문제점을 방지하거나 외부 충격에 의한 손상을 방지하여 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있는 분리막이 필요한 실정이다. Therefore, there is a need for a separator capable of further improving the safety of the battery by preventing problems due to contraction and expansion of the electrode or preventing damage due to external impact.

본 발명의 일 양태는 충방전 시 음극재의 부피팽창에 따른 이차전지의 부피변화를 억제할 수 있는 이차전지용 복합분리막을 제공하고자 한다.One aspect of the present invention is to provide a composite separator for a secondary battery that can suppress the volume change of the secondary battery due to the volume expansion of the negative electrode material during charge and discharge.

또한, 본 발명의 일 양태는 이차전지의 외부 충격에 의한 손상을 방지할 수 있는 이차전지용 복합분리막을 제공하고자 한다.In addition, an aspect of the present invention is to provide a composite separator for a secondary battery that can prevent damage due to external shock of the secondary battery.

또한, 본 발명의 일 양태는 상기 이차전지용 복합분리막을 포함하는 이차전지를 제공하고자 한다.In addition, an aspect of the present invention is to provide a secondary battery including the composite separator for the secondary battery.

본 발명에 따른 이차전지용 복합분리막은 다공성 기재 및 상기 다공성 기재 일면 또는 양면에 형성되는 전단 농화 유체층을 포함한다.The composite separator for a secondary battery according to the present invention includes a porous substrate and a shear thickening fluid layer formed on one or both surfaces of the porous substrate.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 전단 농화 유체(Shear thickening fluid, STF)층은 무기입자 및 고분자를 포함하는 비뉴토니안 유동(Non newtonian fluid)특성을 가지는 것이다.The shear thickening fluid (STF) layer according to an aspect of the present invention has non-Newtonian fluid characteristics including inorganic particles and polymers.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 전단 농화 유체층은 제 1무기입자 5 내지 50 중량% 및 고분자 50 내지 95중량% 포함하는 전단 농화 유체를 포함할 수 있다.The shear thickening fluid layer according to an aspect of the present invention may include a shear thickening fluid comprising 5 to 50% by weight of the first inorganic particles and 50 to 95% by weight of the polymer.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 제 1무기입자는 실리카, 알루미나, 탄산칼슘 및 지르코니아에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.The first inorganic particles according to an aspect of the present invention may be any one or two or more selected from silica, alumina, calcium carbonate and zirconia.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 제 1무기입자는 다공성 무기입자일 수 있다.The first inorganic particles according to an aspect of the present invention may be porous inorganic particles.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 제 1무기입자는 평균입경이 1 내지 100㎛일 수 있다.The first inorganic particles according to an aspect of the present invention may have an average particle diameter of 1 to 100㎛.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 고분자는 폴리알킬렌글리콜계 고분자일 수 있다.The polymer according to an aspect of the present invention may be a polyalkylene glycol-based polymer.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 전단 농화 유체층은 다공성 기재 일면 상에 형성되고, 다공성 기재 타면 상에 제 2무기입자를 포함하는 무기입자층을 형성하는 것일 수 있다.The shear thickening fluid layer according to an aspect of the present invention may be formed on one surface of a porous substrate, and may form an inorganic particle layer including second inorganic particles on the other surface of the porous substrate.

본 발명에 따른 이차전지는 상술한 복합분리막을 포함한다. The secondary battery according to the present invention includes the above-described composite separator.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 이차전지는 SOC(State of charge) 100%일 때, 두께변화율이 하기 식 1을 만족하는 것일 수 있다. When the secondary battery according to an aspect of the present invention is 100% of SOC (State of charge), the thickness change rate may satisfy Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 식 1에 있어서,In the above formula 1,

상기 T100은 이차전지가 SOC 100%일 때의 두께이고, 상기 T0은 이차전지가 SOC 0%일 때 두께이다.The T 100 is the thickness when the secondary battery is SOC 100%, and the T 0 is the thickness when the secondary battery is SOC 0%.

본 발명의 일 양태에 따른 이차전지용 복합분리막은 이차전지의 충방전 시 발생되는 부피팽창을 흡수하여 이차전지의 외부팽창을 억제하여 전지 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.The composite separator for a secondary battery according to an aspect of the present invention can further improve the battery safety by absorbing the volume expansion generated during charging and discharging of the secondary battery to suppress external expansion of the secondary battery.

또한, 본 발명의 일 양태에 따른 이차전지용 복합분리막은 내부 저항을 감소시켜 양극과 음극간의 전자이동속도를 향상시킬 수 있다.In addition, the composite separator for a secondary battery according to an aspect of the present invention can reduce the internal resistance to improve the electron transfer speed between the anode and the cathode.

또한, 본 발명의 일 양태에 따른 이차전지는 외부 충격이 가해졌을 때, 외부 충격을 흡수하여 충격에 의한 손상을 방지할 수 있다.In addition, the secondary battery according to an aspect of the present invention, when an external shock is applied, absorbs the external shock to prevent damage due to the shock.

도 1은 본 발명의 실시예 1로 제조된 이차전지용 복합분리막의 주사전자현미경 관찰사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 복합분리막을 포함하는 이차전지를 충방전 하였을 때, 이차전지의 두께변화를 도시화한 것이다.
1 is a scanning electron microscope observation photograph of a composite separator for a secondary battery prepared in Example 1 of the present invention.
Figure 2 shows the thickness change of the secondary battery when charging and discharging the secondary battery including the composite separator for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 참조일 뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현 될 수 있다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail. However, the following examples are only a reference for explaining the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.

또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.Also, unless defined otherwise, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used in the description herein is merely for effectively describing a specific embodiment, and is not intended to limit the present invention.

본 발명은 이차전지용 복합분리막 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a composite separator for a secondary battery and a secondary battery comprising the same.

본 발명을 구체적으로 설명하면, 다음과 같다.The present invention will be described in detail as follows.

본 발명에 따른 이차전지용 복합분리막은 다공성 기재 및 상기 다공성 기재 일면 또는 양면에 형성되는 전단 농화 유체층을 포함한다.The composite separator for a secondary battery according to the present invention includes a porous substrate and a shear thickening fluid layer formed on one or both surfaces of the porous substrate.

상기 이차전지용 복합분리막은 이차전지 외부에서 가해지는 충격을 흡수하여 이차전지의 손상 및 이차전지 내의 복합분리막과 전극 간의 탈리 등을 방지할 수 있고, 전지 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 충방전 시 발생되는 부피팽창에 따라 발생되는 압력을 흡수하여 이차전지의 부피팽창을 억제할 수 있다. 또한, 이차전지 내부의 저항을 감소시켜 양극과 음극간의 우수한 전자이동속도를 제공하여 이차전지 출력을 현저히 향상시킬 수 있다.The composite separator for a secondary battery absorbs shock applied from the outside of the secondary battery to prevent damage to the secondary battery and detachment between the composite separator and the electrode in the secondary battery, and further improve battery safety. In addition, the volume expansion of the secondary battery can be suppressed by absorbing the pressure generated according to the volume expansion generated during charging and discharging. In addition, it is possible to significantly improve the output of the secondary battery by reducing the internal resistance of the secondary battery to provide an excellent electron transfer speed between the positive electrode and the negative electrode.

구체적인 예를 들어, 본 발명의 일 양태에 따라, 상기 이차전지용 복합분리막은 다공성 기재 및 상기 다공성 기재 일면에 형성되는 전단 농화 유체층을 포함할 수 있다.For a specific example, according to an aspect of the present invention, the composite separator for a secondary battery may include a porous substrate and a shear thickening fluid layer formed on one surface of the porous substrate.

본 발명의 또 다른 일 양태에 따라, 상기 이차전지용 복합분리막은 다공성 기재 및 상기 다공성 기재 양면에 형성되는 전단 농화 유체층을 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the composite separator for a secondary battery may include a porous substrate and a shear thickening fluid layer formed on both sides of the porous substrate.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 전단 농화 유체층은 전단 농화 유체를 다공성 기재 상에 코팅하여 코팅층으로 형성될 수 있다. According to an aspect of the present invention, the shear thickening fluid layer may be formed as a coating layer by coating the shear thickening fluid on a porous substrate.

또 다른 일 양태에 따라, 전단 농화 유체를 기재 상에 코팅한 후, 다공성 기재 일면 또는 양면에 적층되는 것일 수 있다.According to another aspect, after the shear thickening fluid is coated on the substrate, the porous substrate may be laminated on one side or both sides.

본 발명의 또 다른 일 양태에 따라, 상기 전단 농화 유체층은 다공성 기재 일면 상에 형성되고, 다공성 기재 타면 상에 제 2무기입자를 포함하는 무기입자층을 더 형성하는 것일 수 있다.According to another aspect of the present invention, the shear thickening fluid layer may be formed on one surface of the porous substrate, and may further form an inorganic particle layer including second inorganic particles on the other surface of the porous substrate.

상기 적층을 위한 전단 농화 유체를 코팅하는 기재는 다공성 기재와 동일 또는 상이한 것일 수 있다. 상기 기재는 전단 농화 유체를 코팅하고, 이차전지 물성에 영향을 주지 않는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 구체적인 예를 들어, 상기 기재는 폴리올레핀, 폴리이미드, 아라미드, 셀룰로오스, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리에스테르 및 폴리아미드 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 부직포 또는 미세다공막 기재일 수 있다.The substrate for coating the shear thickening fluid for the lamination may be the same or different from the porous substrate. The substrate is not particularly limited as long as it does not affect the properties of the secondary battery by coating the shear thickening fluid, but for example, the substrate is polyolefin, polyimide, aramid, cellulose, polyacrylonitrile, polyester And it may be a non-woven fabric or a microporous membrane substrate comprising any one or two or more selected from polyamide and the like.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 전단 농화 유체층은 제 1무기입자 및 고분자를 포함하고, 비뉴토니안 유동특성을 가질 수 있다. 상기 전단 농화 유체층은 제 1무기입자 및 고분자를 포함함으로써, 점도가 전단률에 따라 변화하는 비뉴토니안 유동특성을 가질 수 있다. 이와 같은 유동특성을 가짐에 따라, 이차전지에 가해지는 압력 등의 힘에 대하여 이차전지를 보호할 수 있는 것이다.According to one aspect of the present invention, the shear thickening fluid layer includes first inorganic particles and a polymer, and may have non-Newtonian flow characteristics. The shear thickening fluid layer may include non-Newtonian flow characteristics in which the viscosity changes according to the shear rate by including the first inorganic particles and the polymer. Having such a flow characteristic, it is possible to protect the secondary battery against forces such as pressure applied to the secondary battery.

구체적으로, 외부에서 순간적으로 강한 충격이 가해질 경우 비뉴토니안 유동특성으로 인하여 충격(Shear)에 대한 유동성 감소로 외부 충격을 흡수하여 발화나 파열을 방지할 수 있는 우수한 전지 안전성을 구현할 수 있다. Specifically, when an instantaneous strong shock is applied from the outside, due to the non-Newtonian flow characteristics, excellent battery safety can be realized by absorbing an external shock and preventing ignition or rupture due to a decrease in fluidity against a shock.

또한, 비뉴토니안 유동특성을 가짐에 따라, 충방전에 따른 이차전지의 내부에서 발생되는 부피팽창에서 가해지는 힘을 이차전지 내부에서 흡수하여 부피팽창 및 이차전지의 수명 감소를 방지할 수 있다. In addition, as it has a non-Newtonian flow characteristic, it is possible to prevent a volume expansion and a decrease in the life of the secondary battery by absorbing the force exerted in the volume expansion generated inside the secondary battery due to charging and discharging inside the secondary battery.

더욱이, 도 2에 도시된 바와 같이 비교예 1과 같이 양극활물질(200)을 포함하는 양극(100), 분리막(300) 및 음극활물질(400)을 포함하는 음극(500)으로 구성된 것과, 실시예 1과 같이 양극(100), 다공성 기재(310) 및 전단 농화 유체층(320)을 포함하는 복합분리막 및 음극(500)으로 구성된 것의 부피팽창이 발생되었을 때를 비교하였다. Moreover, as shown in FIG. 2, as shown in Comparative Example 1, the anode 100 including the anode active material 200, the separator 300, and the cathode 500 including the anode active material 400, and an embodiment When the volume expansion of the composite membrane and the cathode 500 including the anode 100, the porous substrate 310, and the shear thickening fluid layer 320 as shown in 1 was compared.

구체적으로, 본 발명에 따른 복합분리막은 전단 농화 유체층을 포함함으로써, 전단 농화 유체층 내의 공극의 크기가 감소하여, 음극과 양극 간의 가까워진 거리에 따른 리튬이온의 급격한 이동을 억제할 수 있다. 또한, 압력에 의하여 복합분리막이 뚫리고, 양극과 음극의 활물질이 만나 발생되는 폭발 등을 방지할 수 있다. Specifically, the composite separation membrane according to the present invention includes a shear thickening fluid layer, so that the size of the pores in the shear thickening fluid layer is reduced, so that rapid movement of lithium ions according to the close distance between the negative electrode and the positive electrode can be suppressed. In addition, the composite membrane may be penetrated by pressure, and an explosion caused by the active material of the positive electrode and the negative electrode may be prevented.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 전단 농화 유체층은 제 1무기입자 5 내지 50 중량% 및 고분자 50 내지 95중량% 포함하는 전단 농화 유체 특성을 가지는 층이다. 바람직하게는 상기 전단 농화 유체는 제 1무기입자 5 내지 45 중량% 및 고분자 55 내지 95중량% 포함하는 것일 수 있다. 상기와 같은 함량으로 포함할 경우, 비뉴토니안 유동특성을 가질 수 있고, 이차전지 내부 또는 외부에서 가해지는 힘을 흡수함으로써, 이차전지의 손상을 방지하고, 더욱 우수한 전지 안전성을 가질 수 있다. 또한, 낮은 압축 강도를 구현하여 전지 내부 쇼트를 방지할 수 있고, 우수한 내구성을 가지며, 제조된 복합분리막의 리튬이온의 이동이 원활하여 이차전지의 용량 유지율 등의 전기적 특성을 현저히 향상시킬 수 있다. According to an aspect of the present invention, the shear thickening fluid layer is a layer having shear thickening fluid properties comprising 5 to 50% by weight of the first inorganic particles and 50 to 95% by weight of the polymer. Preferably, the shear thickening fluid may include 5 to 45% by weight of the first inorganic particles and 55 to 95% by weight of the polymer. When included in the above content, it may have a non-Newtonian flow characteristics, by absorbing the force applied from the inside or outside of the secondary battery, to prevent damage to the secondary battery, it can have more excellent battery safety. In addition, it is possible to prevent a short circuit inside the battery by implementing a low compressive strength, has excellent durability, and can smoothly move lithium ions of the prepared composite separator, thereby significantly improving electrical characteristics such as capacity retention of the secondary battery.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 제 1무기입자는 실리카, 알루미나, 탄산칼슘 및 지르코니아 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 비뉴토니안 유동특성을 갖고, 압력을 흡수하는 측면에서, 바람직하게는 상기 무기입자는 실리카일 수 있다. According to an aspect of the present invention, the first inorganic particles may include any one or two or more selected from silica, alumina, calcium carbonate and zirconia. In terms of having non-Newtonian flow characteristics and absorbing pressure, preferably, the inorganic particles may be silica.

더 바람직하게는 본 발명의 일 양태에 따라, 상기 제 1무기입자는 기공을 갖는 다공성 무기입자일 수 있다. 상기 다공성 무기입자는 표면에서의 계면 상호 작용이 활발하여 비뉴토니안 유동특성이 더욱 뚜렷하게 나타나고, 전지안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.More preferably, according to an aspect of the present invention, the first inorganic particles may be porous inorganic particles having pores. The porous inorganic particles have an active interfacial interaction at the surface, so that non-Newtonian flow characteristics are more clearly displayed, and battery safety can be further improved.

특히, 바람직하게는 다공성 실라카를 사용하면, 비뉴토니안 유동특성을 더욱 잘 나타낼 수 있어 좋다.Particularly, preferably, a porous silaca can be used to better exhibit non-Newtonian flow characteristics.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 다공성 실리카는 비표면적이 100 내지 800㎡/g, 바람직하게는 비표면적이 200 내지 700㎡/g일 수 있다. 상기와 같은 비표면적을 가질 경우 비뉴토니안 유동특성으로 충격에 대한 저항이 강하고, 천공되거나 침몰되는 등의 물리적 손상을 방지할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the porous silica may have a specific surface area of 100 to 800 m 2 / g, preferably a specific surface area of 200 to 700 m 2 / g. When having the specific surface area as described above, the non-Newtonian flow property is strong to resist shock, and physical damage such as perforation or sinking can be prevented.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 제 1무기입자는 평균입경이 1 내지 100㎛일 수 있다. 바람직하게는 평균입경이 6 내지 50㎛일 수 있다. 더 바람직하게는 평균입경이 6 내지 30㎛일 수 있다. 상기와 같은 평균입경을 가질 경우, 임계전단속도가 향상될 수 있고, 천천히 가해지는 힘뿐만 아니라 순간적으로 가해지는 강한 힘이 가해져도 힘을 흡수하여 이차전지의 안전성을 확보할 수 있다.  According to one aspect of the invention, the first inorganic particles may have an average particle diameter of 1 to 100㎛. Preferably, the average particle diameter may be 6 to 50㎛. More preferably, the average particle diameter may be 6 to 30㎛. When the average particle diameter is as described above, the critical shearing speed may be improved, and the safety of the secondary battery may be secured by absorbing the force even if a strong force is applied instantaneously as well as a force applied slowly.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 고분자는 폴리알킬렌글리콜계 고분자일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 고분자는 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜 및 이들을 반복단위로 포함하는 공중합체 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 비뉴토니안 유동특성을 갖고, 압력을 흡수하는 측면에서, 바람직하게는 상기 고분자는 폴리에틸렌글리콜계 고분자일 수 있다.According to an aspect of the present invention, the polymer may be a polyalkylene glycol-based polymer. For a specific example, the polymer may include any one or two or more selected from polyethylene glycol, polypropylene glycol, polybutylene glycol, polytetramethylene glycol, and copolymers containing them as repeating units. In terms of having non-Newtonian flow characteristics and absorbing pressure, preferably, the polymer may be a polyethylene glycol-based polymer.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 고분자는 중량평균분자량이 100 내지 100,000g/mol일 수 있다. 바람직하게는 중량평균분자량이 100 내지 50,000g/mol일 수 있다. 상기와 같은 중량평균분자량을 가질 경우 임계전단속도를 향상시킬 수 있고, 이차전지의 손상 및 이차전지 내의 복합분리막과 전극 간의 탈리 등을 방지할 수 있으며, 전지 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.According to an aspect of the present invention, the polymer may have a weight average molecular weight of 100 to 100,000 g / mol. Preferably, the weight average molecular weight may be 100 to 50,000 g / mol. When the weight average molecular weight is as described above, the critical shear rate may be improved, damage to the secondary battery and detachment between the composite separator and the electrode in the secondary battery may be prevented, and battery safety may be further improved.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 다공성 기재는 본 기술분야에서 채택하는 미세다공막이라면 제한되지 않고 사용 가능하며, 나아가 부직포, 종이 및 이들의 미세다공막 내부 기공 또는 표면에 무기입자를 포함하는 등 기공을 갖고 전지에 적용될 수 있는 다공막이라면 특별히 제한되지 않는다.According to one aspect of the present invention, the porous substrate can be used without limitation as long as it is a microporous membrane adopted in the art, and further includes non-woven fabric, paper, and inorganic particles in the pores or surfaces of the microporous membrane. The porous membrane that has pores and can be applied to the battery is not particularly limited.

상기 다공성 기재는 올레핀계 단량체로부터 유도된 단일중합체 및 공중합체 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 제조된 것일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 이들의 공중합체로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. The porous substrate may be one or two or more mixtures selected from homopolymers and copolymers derived from olefinic monomers. Specific examples may include any one or two or more selected from polyethylene, polypropylene and copolymers thereof.

또한, 상기 다공성 기재는 상기 폴리올레핀 수지 단독 또는 폴리올레핀 수지를 주성분으로 하고, 무기입자 또는 유기입자를 추가로 더 포함하여 제조된 것일 수도 있다. In addition, the porous substrate may be prepared by using the polyolefin resin alone or a polyolefin resin as a main component, and further comprising inorganic particles or organic particles.

또한, 상기 다공성 기재는 적층형태로 사용가능하며, 예를 들면, 폴리올레핀 수지가 다층으로 구성될 수 있으며, 다층으로 구성된 기재층 역시 어느 하나의 층 또는 모든 층이 폴리올레핀 수지 내 무기입자 및 유기입자가 포함하는 것도 배제하지 않는다. 또한, 다공성 기재는 폴리올레핀 수지를 포함하는 층 일면 또는 양면에 무기입자 또는 유기입자를 포함하는 입자층이 적층된 형태일 수 있다.In addition, the porous substrate may be used in a stacked form, for example, a polyolefin resin may be composed of multiple layers, and a substrate layer composed of multiple layers may also include inorganic particles and organic particles in polyolefin resin. Inclusion is not excluded. In addition, the porous substrate may have a form in which a particle layer containing inorganic particles or organic particles is laminated on one or both sides of a layer containing a polyolefin resin.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 다공성 기재의 두께는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 5 내지 100 ㎛ 일 수 있다. 상기 다공성 기재는 주로 연신을 통하여 만들어진 다공성 기재가 채용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an aspect of the present invention, the thickness of the porous substrate is not particularly limited, but may be 5 to 100 μm. The porous substrate may be a porous substrate made mainly through stretching, but is not limited thereto.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 다공성 기재는 폭방향(TD, Transverse Direction) 및 기계방향(MD, Machine Direction)으로 500 kgf/㎠ 이상, 구체적으로는 500 내지 1,000 kgf/㎠ 의 인장강도를 갖는 것일 수 있고, 바람직하게는 폭방향(TD, Transverse Direction) 및 기계방향(MD, Machine Direction)의 강도를 균일하게 향상시키기 위하여 2축 연신을 통하여 제조할 수 있다. 1축연신을 통하여 만들어진 다공성 기재는 연신된 방향으로 인장강도가 증가하는 장점을 가지지만, 연신된 방향으로 수축하려는 응력이 남아 있어서, 온도 증가 시 수축하는 문제점이 발생할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the porous substrate has a tensile strength of 500 kgf / cm 2 or more, specifically 500 to 1,000 kgf / cm 2 in the transverse direction (TD) and the machine direction (MD). It may be, preferably, it can be manufactured through biaxial stretching to uniformly improve the strength of the width direction (TD, Transverse Direction) and the machine direction (MD, Machine Direction). The porous substrate made through uniaxial stretching has the advantage of increasing the tensile strength in the stretched direction, but the stress to shrink in the stretched direction remains, which may cause a problem of shrinking when the temperature increases.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 전단 농화 유체층은 다공성 기재 일면 상에 형성되고, 다공성 기재 타면 상에 제 2무기입자를 포함하는 무기입자층을 형성하는 것일 수 있다.According to an aspect of the present invention, the shear thickening fluid layer may be formed on one surface of the porous substrate, and may form an inorganic particle layer including second inorganic particles on the other surface of the porous substrate.

구체적으로는 본 발명의 일 양태에 따라, 다공성 기재 일면에 전단 농화 유체층이 형성되고, 다공성 기재 타면에 무기입자층이 형성되는 것일 수 있다.Specifically, according to an aspect of the present invention, a shear thickening fluid layer may be formed on one surface of the porous substrate, and an inorganic particle layer may be formed on the other surface of the porous substrate.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 무기입자층은 제 2무기입자 외에 바인더를 더 포함할 수 있고, 무기입자층 총 중량에 대하여, 제 2무기입자 70 내지 99.9중량% 및 바인더 0.1 내지 30중량% 포함할 수 있다. 바람직하게는 제 2무기입자 80 내지 99중량% 및 바인더 1 내지 20중량% 포함할 수 있다. 상기 범위로 포함될 경우 전해액과의 반응에 의한 수축을 억제하여 주름 등의 외관 불량을 방지할 수 있고, 수명 용량유지율을 향상시킬 수 있다.According to an aspect of the present invention, the inorganic particle layer may further include a binder in addition to the second inorganic particle, and based on the total weight of the inorganic particle layer, 70 to 99.9% by weight of the second inorganic particle and 0.1 to 30% by weight of the binder You can. Preferably, the second inorganic particles may contain 80 to 99% by weight and 1 to 20% by weight of the binder. When included in the above range, it is possible to prevent the appearance defects such as wrinkles by suppressing shrinkage due to reaction with the electrolyte, and improve the life capacity retention rate.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 제 2무기입자는 상술한 제 1무기입자와 동일 또는 상이할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 제 2무기입자는 알루미나(Alumina), 베마이트(Boehmite), 수산화 알루미늄(Aluminum Hydroxide), 산화 티타늄(Titanium Oxide), 티타늄산 바륨(Barium Titanium Oxide), 산화 마그네슘(Magnesium Oxide), 수산화 마그네슘(Magnesium Hydroxide), 실리카(Silica), 클레이(Clay) 및 글라스 파우더(Glass powder) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to an aspect of the present invention, the second inorganic particles may be the same or different from the first inorganic particles described above. For a specific example, the second inorganic particles are alumina, boehmite, aluminum hydroxide, titanium oxide, barium titanate oxide, and magnesium oxide ), Magnesium hydroxide (Magnesium Hydroxide), silica (Silica), clay (Clay), and may include any one or more selected from glass powder (Glass powder), but is not limited thereto.

바람직하게는 불순물 함량이 적은 고순도의 알루미나(Alumina), 베마이트(Boehmite) 및 수산화 알루미늄(Aluminum Hydroxide) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 알루미늄계 산화물을 포함할 수 있다.Preferably, a high-purity alumina, boehmite, and aluminum hydroxide (Aluminum Hydroxide) having a low impurity content may be included in any one or two or more mixtures of aluminum-based oxides.

또한, 상기 제 2무기입자의 평균입경은 각각 무기입자의 입경을 측정하여 작은 입자부터 부피를 누적할 경우 총 부피가 50%에 해당하는 입경인 D50을 의미한다.In addition, the average particle diameter of the second inorganic particles means D50, which is a particle diameter corresponding to 50% of the total volume when measuring the particle diameter of each inorganic particle and accumulating the volume from small particles.

상기 무기입자층에 포함되는 바인더는 제 2무기입자간의 결착력을 높이기 위한 것으로는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어, 아크릴계 중합체, 스티렌계 중합체, 비닐알코올계 중합체, 비닐피롤리돈계 중합체 및 불소계 중합체 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 구체적으로는 상기 아크릴계 중합체는 폴리아크릴아미드, 폴리메타아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트, 폴리아크릴산 나트륨 및 아크릴산-메타크릴산 공중합체 등에서 선택될 수 있다. 상기 스티렌계 중합체는 폴리스티렌, 폴리알파메틸스티렌 및 폴리브로모스티렌 등에서 선택될 수 있다. 상기 비닐알코올계 중합체는 폴리비닐알코올, 폴리비닐아세테이트 및 폴리비닐아세테이트-폴리비닐알코올 공중합체 등에서 선택될 수 있다. 상기 비닐피롤리돈 중합체는 폴리비닐피롤리돈 및 비닐피롤리돈을 포함하는 공중합체 등에서 선택될 수 있다. 상기 불소계 중합체는 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리헥사플루오로프로필렌, 헥사플루오로프로필렌, 폴리플루오라이드-헥사풀루오로 프로필렌 및 폴리클로로트리플루오로에틸렌 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The binder contained in the inorganic particle layer is not particularly limited to increase the binding force between the second inorganic particles, for example, acrylic polymer, styrene polymer, vinyl alcohol polymer, vinyl pyrrolidone polymer and fluorine polymer, etc. It may include any one or two or more mixtures selected. Specifically, the acrylic polymer may be selected from polyacrylamide, polymethacrylate, polyethylacrylate, polyacrylate, polybutylacrylate, sodium polyacrylate, and acrylic acid-methacrylic acid copolymer. The styrene-based polymer may be selected from polystyrene, polyalphamethylstyrene and polybromostyrene. The vinyl alcohol-based polymer may be selected from polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate and polyvinyl acetate-polyvinyl alcohol copolymer. The vinylpyrrolidone polymer may be selected from polyvinylpyrrolidone and copolymers containing vinylpyrrolidone. The fluorine-based polymer is any one or two or more selected from polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, hexafluoropropylene, polyfluoride-hexafluoro propylene, and polychlorotrifluoroethylene. It may be a mixture, but is not limited thereto.

상기 무기입자층의 제 2무기입자는 각각 평균입경은 특별히 제한되는 것은 아니지만 5㎚ 내지 10㎛, 바람직하게는 10㎚ 내지 1㎛일 수 있고, 더 바람직하게는 30 내지 700㎚일 수 있다. 상기 평균입경을 가질 경우 복합분리막의 내열성이 우수하여 수축에 따라 발생되는 주름을 방지할 수 있다.The average particle diameter of the second inorganic particles in the inorganic particle layer is not particularly limited, but may be 5 nm to 10 μm, preferably 10 nm to 1 μm, and more preferably 30 to 700 nm. When having the average particle diameter, the composite membrane has excellent heat resistance, and thus wrinkles caused by shrinkage can be prevented.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 이차전지용 복합분리막은 하기와 같은 제조방법으로 제조될 수 있다.According to an aspect of the present invention, the composite separator for a secondary battery may be manufactured by the following manufacturing method.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 이차전지용 복합분리막은 a)다공성 기재 일 면 또는 양면에 전단 농화 유체를 포함하는 슬러리를 도포하는 단계; 및 b) 상기 도포하는 단계 이후 건조하여 전단 농화 유체층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the composite separator for a secondary battery comprises: a) applying a slurry comprising a shear thickening fluid on one or both sides of a porous substrate; And b) drying after the applying step to form a shear thickening fluid layer.

또 다른 일 양태에 따라, 상기 a)단계에서 다공성 기재 일면 또는 양면에 전단 농화 유체층이 형성된 기재를 적층하는 것일 수 있다. 상기 전단 농화 유체층이 형성된 기재는 기재 일면 또는 양면에 전단 농화 유체를 포함하는 슬러리를 도포하고, 건조하여 형성된 것일 수 있다.According to another embodiment, in step a), the porous substrate may be formed by laminating a substrate on which a shear thickening fluid layer is formed on one or both surfaces. The substrate on which the shear thickening fluid layer is formed may be formed by applying a slurry containing a shear thickening fluid to one or both surfaces of the substrate and drying the substrate.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 전단 농화 유체를 포함하는 슬러리는 제 1무기입자와 고분자를 혼합하고, 이를 용매에 희석하여 슬러리로 제공될 수 있다. 이 때, 상기 혼합방법은 균일하게 혼합가능한 방법이라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어, 볼밀(Ball mill), 믹서, 제트밀 또는 호모게나이저(Homogenizer)등에서 선택되는 방법을 이용하여 혼합할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the slurry containing the shear thickening fluid may be provided as a slurry by mixing the first inorganic particles and the polymer and diluting it in a solvent. At this time, the mixing method is not particularly limited as long as it is a method that can be uniformly mixed, for example, it can be mixed using a method selected from a ball mill (Ball mill), a mixer, a jet mill or a homogenizer. have.

상기와 같이 제조된 전단 농화 유체를 포함하는 슬러리는 다공성 기재 또는 다른 기재 상에 도포하여 코팅함으로써 전지 안전성이 우수한 전단 농화 유체층을 제공할 수 있다.The slurry comprising the shear thickening fluid prepared as described above can be coated on a porous substrate or other substrate to provide a shear thickening fluid layer having excellent battery safety.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 도포방법은 이 분야에서 채택하는 통상의 방법으로 제조할 수 있는 것으로 특별한 제한되는 것은 아니지만, 구체적인 예를 들어, 바(bar)코팅 법, 로드(rod) 코팅 법, 다이(die) 코팅 법, 와이어(wire) 코팅 법, 콤마(comma) 코팅 법, micro gravure/gravure법, 딥(dip) 코팅 법, 스프레이(spray) 법, 잉크젯(ink-jet) 코팅 법 또는 이들을 혼합한 방식 및 변형한 방식 등이 사용될 수 있다. According to an aspect of the present invention, the coating method is not particularly limited to those that can be manufactured by a conventional method adopted in this field, but for example, a bar coating method, a rod coating method, etc. , Die coating method, wire coating method, comma coating method, micro gravure / gravure method, dip coating method, spray method, ink-jet coating method or A mixed method and a modified method may be used.

본 발명에 따른 이차전지는 상술한 복합분리막을 포함하는 것이다. The secondary battery according to the present invention includes the above-described composite separator.

상기 이차전지용 복합분리막은 이차전지 외부에서 가해지는 충격을 흡수하여 이차전지의 손상 및 이차전지 내의 복합분리막과 전극 간의 탈리 등을 방지할 수 있고, 전지 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 이차전지 충방전 시 발생되는 부피팽창에 따라 발생되는 압력을 흡수하여 이차전지의 부피팽창을 억제할 수 있다. The composite separator for a secondary battery absorbs shock applied from the outside of the secondary battery to prevent damage to the secondary battery and detachment between the composite separator and the electrode in the secondary battery, and further improve battery safety. In addition, it is possible to suppress the volume expansion of the secondary battery by absorbing the pressure generated according to the volume expansion generated during charging and discharging of the secondary battery.

본 발명의 일 양태에 따라, 이차전지는 상기 이차전지용 복합분리막, 양극, 음극 및 비수 전해액을 포함하여 제조할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the secondary battery may be manufactured by including the composite separator for the secondary battery, the positive electrode, the negative electrode, and a non-aqueous electrolyte.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 이차전지는 SOC 100%일 때, 두께변화율이 하기 식 1을 만족하는 것일 수 있다. According to an aspect of the present invention, when the secondary battery is SOC 100%, the thickness change rate may satisfy Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 식 1에 있어서,In the above formula 1,

상기 T100은 이차전지가 SOC 100%일 때의 두께이고, 상기 T0은 이차전지가 SOC 0%일 때 두께이다. 바람직하게는 상기 식 1은 0.03이하를 만족하는 것일 수 있다.The T 100 is the thickness when the secondary battery is SOC 100%, and the T 0 is the thickness when the secondary battery is SOC 0%. Preferably, Equation 1 may satisfy 0.03 or less.

이 때, 두께는 이차전지의 복합분리막, 양극, 음극 및 비수전해액을 모두 포함하는 이차전지 총 두께를 의미한다.In this case, the thickness refers to the total thickness of the secondary battery including the composite separator of the secondary battery, the positive electrode, the negative electrode, and the non-aqueous electrolyte.

구체적으로는 상기 이차전지는 충전에 의하여 잔존용량(State of charge, SOC)이 100%일 때, 리튬과 음극활물질이 결합하게 되고, 이 때, 음극의 부피가 팽창하여 이차전지의 두께가 증가하게 된다. 이와 같이 부피가 팽창함에 따라 양극 또는 음극에 비틀림(twisting) 현상이 발생할 수 있다. 상기 비틀림 현상이 발생하면, 전극과 복합분리막 사이에 공간이 발생할 수 있고, 활물질이 집전체에서 탈리될 수 있다. 이로 인해, 이차전지의 내부 저항이 상승하고, 용량이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.Specifically, when the remaining capacity (State of charge, SOC) is 100% due to charging, the secondary battery combines lithium and a negative electrode active material, and at this time, the volume of the negative electrode expands to increase the thickness of the secondary battery. do. As such, as the volume expands, a twisting phenomenon may occur in the anode or the cathode. When the torsion phenomenon occurs, a space may occur between the electrode and the composite separator, and the active material may be detached from the current collector. Due to this, a problem may arise that the internal resistance of the secondary battery increases and the capacity decreases.

이에 본 발명의 일 양태에 따라, 상기 이차전지는 식 1을 만족하는 적은 두께변화율을 가짐으로써, 상술한 문제점을 방지할 수 있다.Accordingly, according to an aspect of the present invention, the secondary battery may have the small thickness change rate satisfying Equation 1, thereby preventing the above-described problem.

이와 같은 문제점을 방지할 수 있는 것은 본 발명에 따른 이차전지용 복합분리막을 포함함으로써, 구현할 수 있는 효과이다.It is an effect that can be implemented by including the composite separator for a secondary battery according to the present invention can be prevented such a problem.

상기 이차전지용 복합분리막에 대한 설명은 전술한 바와 같으므로 생략한다.The description of the composite separator for a secondary battery is the same as described above, and thus is omitted.

또한, 이차전지의 양극, 음극, 복합분리막, 및 비수전해액 소재는 본 발명에서 특별히 제한되지 않으며, 채택되는 이차전지의 종류에 따라 당업계에서 공지된 소재를 채택할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 다음과 같다.In addition, the positive electrode, the negative electrode, the composite separator, and the non-aqueous electrolyte material of the secondary battery are not particularly limited in the present invention, and materials known in the art may be adopted according to the type of secondary battery to be employed. A specific example is as follows.

본 발명의 일 양태에 따라 상기 양극 및 음극은 양극활물질 및 음극활물질에 용매, 필요에 따라 바인더, 도전재, 분산재 등을 혼합 및 교반하여 합제를 제조한 후 이를 금속 재료의 집전체에 도포하고 건조한 뒤, 프레스하여 제조할 수 있다. According to an aspect of the present invention, the positive electrode and the negative electrode are prepared by mixing and stirring a positive electrode active material and a negative electrode active material with a solvent, a binder, a conductive material, and a dispersing material, if necessary, and then applying the mixture to a current collector of a metal material and drying it. After that, it can be produced by pressing.

상기 양극활물질은 이차전지의 양극에 통상적으로 사용되는 활물질이면 사용 가능하다. 예를 들어, Ni, Co, Mn, Na, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Ge, Sr, Ag, Ba, Zr, Nb, Mo, Al, Ga, B 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 금속을 포함한 리튬금속산화물 입자를 포함할 수 있다. The positive electrode active material may be used as long as it is an active material commonly used for the positive electrode of a secondary battery. For example, Ni, Co, Mn, Na, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Ge, Sr, Ag, Ba, Zr, Nb, Mo, Al, Ga, B and combinations thereof Lithium metal oxide particles including one or more metals selected from the group consisting of may be included.

상기 음극활물질은 이차전지의 음극에 통상적으로 사용되는 활물질이면 사용 가능하다. 리튬이차전지의 음극활물질은 리튬 인터칼레이션 가능한 물질이 바람직하다. 비 한정적인 일 실시예로, 음극활물질은 리튬(금속 리튬), 이흑연화성 탄소, 난흑연화성 탄소, 그라파이트, 실리콘, Sn 합금, Si 합금, Sn 산화물, Si 산화물, Ti 산화물, Ni 산화물, Fe 산화물(FeO) 및 리튬-티타늄 산화물(LiTiO2, Li4Ti5O12)의 음극활물질 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 물질일 수 있다.The negative electrode active material may be used as long as it is an active material commonly used for the negative electrode of a secondary battery. The negative electrode active material of the lithium secondary battery is preferably a lithium intercalable material. In one non-limiting embodiment, the negative electrode active material is lithium (metallic lithium), bigraphitizable carbon, non-graphitizable carbon, graphite, silicon, Sn alloy, Si alloy, Sn oxide, Si oxide, Ti oxide, Ni oxide, Fe The oxide (FeO) and lithium-titanium oxide (LiTiO 2 , Li 4 Ti 5 O 12 ) It may be one or more materials selected from the negative electrode active material group.

상기 도전재로는 통상적인 도전성 탄소재가 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.As the conductive material, a conventional conductive carbon material can be used without particular limitation.

상기 금속 재료의 집전체는 전도성이 높고 상기 양극 또는 음극 활물질의 합제가 용이하게 접착할 수 있는 금속으로서, 전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 양극 집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있고, 음극 집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등에서 선택될 수 있다.The current collector of the metal material has high conductivity and is a metal to which the mixture of the positive electrode or the negative electrode active material can be easily adhered, and any one that is not reactive in the voltage range of the battery can be used. Non-limiting examples of the positive electrode current collector include foil made of aluminum, nickel, or a combination thereof, and non-limiting examples of the negative electrode current collector are copper, gold, nickel or copper alloy, or combinations thereof. Foil or the like.

상기 양극과 음극 사이에는 복합분리막이 개재되는데, 복합분리막을 전지에 적용하는 방법으로는 일반적인 방법인 권취(winding) 이외에도 복합분리막과 전극의 적층(lamination, stack) 및 접음(folding) 등이 가능하다.A composite separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode. As a method of applying the composite separator to a battery, in addition to winding, which is a general method, lamination, stacking and folding of the composite separator and electrode are possible. .

상기 비수전해액은 전해질인 리튬염과 유기 용매를 포함하며, 리튬염은 리튬이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, Li+X-로 표현할 수 있다. The non-aqueous electrolyte solution includes an electrolyte, a lithium salt, and an organic solvent, and the lithium salt can be used without limitation, those commonly used in an electrolyte for a lithium secondary battery, and can be expressed as Li + X .

상기 리튬염의 음이온으로는 특별히 제한되지 않으며, F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N- 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 사용될 수 있다.With the lithium salt of the anion is not particularly limited, F -, Cl -, Br -, I -, NO 3 -, N (CN) 2 -, BF 4 -, ClO 4 -, PF 6 -, (CF 3) 2 PF 4 -, (CF 3 ) 3 PF 3 -, (CF 3) 4 PF 2 -, (CF 3) 5 PF -, (CF 3) 6 P -, CF 3 SO 3 -, CF 3 CF 2 SO 3 -, (CF 3 SO 2 ) 2 N -, (FSO 2) 2 N -, CF 3 CF 2 (CF 3) 2 CO -, (CF 3 SO 2) 2 CH -, (SF 5) 3 C - , (CF 3 SO 2) 3 C -, CF 3 (CF 2) 7 SO 3 -, CF 3 CO 2 -, CH 3 CO 2 -, SCN - , and (CF 3 CF 2 SO 2) 2 N - selected from Any one or two or more can be used.

상기 유기 용매로는 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 디메틸설퍼옥사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 설포란, 감마-부티로락톤, 및 테트라하이드로푸란 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.The organic solvent includes propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, methylpropyl carbonate, dipropyl carbonate, dimethylsulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, sulfolane, gamma- Any one or two or more mixtures selected from butyrolactone, tetrahydrofuran and the like can be used.

상기 비수 전해액은 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 복합분리막으로 이루어진 전극 구조체에 주입할 수 있다.The non-aqueous electrolyte may be injected into an electrode structure made of a positive electrode, a negative electrode, and a composite separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.

상기 리튬이차전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등에서 선택될 수 있다.The external shape of the lithium secondary battery is not particularly limited, but may be selected from a cylindrical shape, a square shape, a pouch shape, or a coin shape using a can.

본 발명에 따른 이차전지는 이차전지용 복합분리막을 포함함으로써, 충방전 시 발생되는 부피팽창에 따라 발생되는 압력을 흡수하여 이차전지의 부피팽창을 억제할 수 있다. 이 뿐만 아니라, 이차전지 외부에서 가해지는 충격을 흡수하여 이차전지의 손상 및 이차전지 내의 복합분리막과 전극 간의 탈리 등을 방지할 수 있다,Since the secondary battery according to the present invention includes a composite separator for a secondary battery, it is possible to suppress the volume expansion of the secondary battery by absorbing the pressure generated according to the volume expansion generated during charging and discharging. In addition, it is possible to prevent damage to the secondary battery and detachment between the composite separator and the electrode in the secondary battery by absorbing an impact applied from the outside of the secondary battery.

이로써, 이차전지 내부 또는 외부에서 가해지는 힘을 흡수함으로써, 더욱 우수한 전지 안전성을 갖는 이차전지를 제공할 수 있다.Thus, by absorbing the force applied inside or outside the secondary battery, it is possible to provide a secondary battery having better battery safety.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.As described above, although the embodiments of the present invention have been described in detail, a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains, the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as defined in the appended claims. The invention may be modified in various ways. Therefore, changes in the embodiments of the present invention will not be able to escape the technology of the present invention.

[물성측정방법] [Method of measuring properties]

1. 직류저항(direct current internal resistance: DC-IR)1. Direct current internal resistance (DC-IR)

이차전지에 대하여 상온(25℃)에서, 직류저항(CD-IR)을 하기 방법으로 측정하였다.With respect to the secondary battery, DC resistance (CD-IR) at room temperature (25 ° C) was measured by the following method.

25℃ 환경하에 있어서, 50%의 충전 상태(SOC)가 되도록 80A의 정전류로 충전하였다. 그 후, 40A, 80A, 160A 및 320A로 각각 10초간, 펄스 방전과 펄스 충전을 반복하고, 각 펄스 방전에 있어서의 10초째의 전압을 측정하고, 전류-전압 특성 플롯을 작성하였다. 얻어진 플롯에 최소 제곱법을 적용하고, 근사직선(approximate line)의 기울기를 직류저항(DC-IR)으로 하였다. 게다가, O℃ 환경하에 있어서도, 동일한 방법으로 DC-IR을 측정하였다. Under a 25 ° C. environment, it was charged with a constant current of 80 A to achieve a 50% state of charge (SOC). Thereafter, pulse discharge and pulse charging were repeated for 10 seconds at 40A, 80A, 160A, and 320A, respectively, and the voltage at 10 seconds at each pulse discharge was measured, and a current-voltage characteristic plot was created. The least squares method was applied to the obtained plot, and the slope of the approximate line was set to DC resistance (DC-IR). Moreover, DC-IR was measured in the same manner even under an O ° C environment.

2. 전지 안전성2. Battery safety

전지의 안전성을 측정하기 위하여, 제조한 각 전지들을 SOC(충전률) 100%로 완전히 충전시킨 다음, 못 관통 (nail penetration) 또는 블런트 로드(blunt rod) 관통 평가를 수행하였다. 이때, 못 또는 블런트 로드의 직경은 3.0mm, 관통 속도는 모두 80mm/min으로 고정하였다. L1: 변화없음, L2: 소폭발열, L3: 누액, L4: 발연, L5: 발화이며, L1 내지 L3는 OK, L4 내지 L5는 NG로 판정한다.In order to measure the safety of the battery, each of the prepared batteries was completely charged to 100% SOC (charge rate), and then nail penetration or blunt rod penetration evaluation was performed. At this time, the diameter of the nail or blunt rod was fixed to 3.0 mm and the penetration speed to 80 mm / min. L1: No change, L2: Slight fever, L3: Leakage, L4: Smoke, L5: Ignition, L1 to L3 are OK, and L4 to L5 are judged as NG.

3. 전지 두께 측정3. Battery thickness measurement

전지의 충방전 시 전극판과 복합분리막 사이의 들뜸 현상 및 전지의 변형 여부를 확인하기 위해서, 500회 충방전 후 Mitsutoyo사의 Thickness Gauge를 사용하여 전지의 두께를 측정한 다음, 충방전 전의 두께와 비교, 다음 식 1의 전지 두께 증가율을 측정하였다.In order to check the excitation phenomenon between the electrode plate and the composite separator during battery charging and discharging and whether the battery is deformed, the thickness of the battery was measured using Mitsutoyo's Thickness Gauge after 500 charges and discharges, and then compared with the thickness before charging and discharging. , The increase rate of the battery thickness of the following equation 1 was measured.

[식 1][Equation 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

상기 식 1에 있어서,In the above formula 1,

상기 T100은 이차전지가 SOC 100%일 때의 두께이고, 상기 T0은 이차전지가 SOC 0%일 때 두께이다.The T 100 is the thickness when the secondary battery is SOC 100%, and the T 0 is the thickness when the secondary battery is SOC 0%.

4.압축 강도 측정4.Compressive strength measurement

스틸강판으로 셀의 양쪽 면을 고정하고, 충전 후 방전을 진행 하면 SOC0에서 SOC100으로 되면서 부피 팽창이 된다. 물리적인 부피 팽창이 스틸강판에 의해 팽창이 억제 되면서 힘이 발생한다. 이 때, 발생되는 힘은 BONGSHIN 사의 Load cell 을 이용하여 측정하였다.When both sides of the cell are fixed with a steel sheet and discharged after charging, the volume is expanded from SOC0 to SOC100. Force is generated as the physical volume expansion is suppressed by the steel sheet. At this time, the generated force was measured using a BONGSHIN load cell.

[실시예 1][Example 1]

(1)복합분리막의 제조(1) Preparation of a composite separation membrane

다공성 실리카(평균입경 10㎛, 비표면적 500 ㎡/g) 40중량%와 폴리에틸렌글리콜(중량평균분자량 200g/mol)60중량%를 볼밀로 1,500rpm으로 혼합하여 현탁액을 제조하였다. 상기 현탁액과 메탄올을 1:3중량비로 혼합하여 전단 농화 유체 슬러리를 제조하였다. 상기 전단 농화 유체 슬러리를 다공성 기재(에스케이 이노베이션, ENPASS, 두께 9㎛)일면에 슬롯 코팅다이를 사용하여 10m/min의 속도로 건조 후 3㎛ 두께가 되도록 코팅하였다. 이후, 60℃에서 25분동안 건조하여 복합분리막을 제조하였다.A suspension was prepared by mixing 40% by weight of porous silica (average particle diameter of 10 µm, specific surface area of 500 m 2 / g) and 60% by weight of polyethylene glycol (200 g / mol by weight average molecular weight) at 1,500 rpm with a ball mill. The suspension and methanol were mixed in a 1: 3 weight ratio to prepare a shear thickening fluid slurry. The shear thickening fluid slurry was coated to a thickness of 3 μm after drying at a rate of 10 m / min using a slot coating die on one surface of a porous substrate (ES innovation, ENPASS, thickness 9 μm). Thereafter, the composite separation membrane was prepared by drying at 60 ° C. for 25 minutes.

(2) 양극의 제조(2) Preparation of anode

양극 활물질로 LiCoMn111을 94중량%, 접착제로 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride)를 2.5중량%, 도전제로 Super-P(Imerys사)을 3.5중량%, 유기용매인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하고 교반하여 균일한 양극 슬러리를 제조하였다. 슬러리를 20㎛ 두께의 알루미늄 호일 위에 코팅하고, 120℃의 온도에서 건조한 후, 압착하여 100 ㎛ 두께의 양극판을 제조하였다.LiCoMn111 is 94% by weight as a positive electrode active material, 2.5% by weight of polyvinylidene fluoride as an adhesive, 3.5% by weight of Super-P (Imerys) as a conductive agent, and NMP (N-methyl-2-, an organic solvent) pyrrolidone) and stirred to prepare a uniform anode slurry. The slurry was coated on an aluminum foil having a thickness of 20 μm, dried at a temperature of 120 ° C., and pressed to prepare a positive electrode plate having a thickness of 100 μm.

(3) 음극의 제조(3) Preparation of cathode

음극 활물질로 인조흑연을 95 중량%, 접착제로 Tg가 -52℃인 아크릴 라텍스(ZEON, BM900B, 고형분함량 20중량%)를 3 중량%, 증점제로 CMC(Carboxymethyl cellulose)를 2 중량%의 비율로, 용매인 물에 첨가하고 교반하여 균일한 음극 슬러리를 제조하였다. 슬러리를 15 ㎛ 두께의 구리 호일 위에 코팅하고, 120℃의 온도에서 건조한 후, 압착하여 100 ㎛ 두께의 음극판을 제조하였다.95% by weight of artificial graphite as a negative electrode active material, 3% by weight of acrylic latex (ZEON, BM900B, 20% by weight of solid content) with a T g of -52 ° C as an adhesive, and 2% by weight of CMC (Carboxymethyl cellulose) as a thickener Furnace, it was added to water as a solvent and stirred to prepare a uniform cathode slurry. The slurry was coated on a copper foil having a thickness of 15 μm, dried at a temperature of 120 ° C., and pressed to prepare a 100 μm thick negative electrode plate.

(4) 전지의 제조(4) Battery manufacturing

상기 제조된 양극, 음극 및 복합분리막을 사용하여 적층(Stacking) 방식으로 파우치형 전지를 조립하였으며, 조립된 각 전지에 1M의 리튬헥사플로로포스페이트(LiPF6)이 용해된 에틸렌카보네이트(EC)/에틸메틸카보네이트(EMC)/디메틸카보네이트(DMC)=3:5:2(부피비)인 전해액을 주입하여 리튬이차전지를 제조하였다. The prepared positive electrode, negative electrode, and composite separators were used to assemble a pouch-type battery in a stacking method, and ethylene carbonate (EC) / in which 1M of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved in each assembled battery / A lithium secondary battery was prepared by injecting an electrolyte solution of ethyl methyl carbonate (EMC) / dimethyl carbonate (DMC) = 3: 5: 2 (volume ratio).

[실시예 2][Example 2]

상기 실시예 1에서 다공성 기재 양면에 전단 농화 유체 슬러리를 코팅하여 전단 농화 유체층을 형성한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.In Example 1, the shear thickening fluid slurry was coated on both sides of the porous substrate to perform the same procedure, except that a shear thickening fluid layer was formed.

[실시예 3][Example 3]

다공성 실리카(평균입경 10㎛, 비표면적 500 ㎡/g) 40중량%와 폴리에틸렌글리콜(중량평균분자량 200g/mol)60중량%를 볼밀로 1,500rpm으로 혼합하여 현탁액을 제조하였다. 상기 현탁액과 메탄올을 1:3중량비로 혼합하여 전단 농화 유체 슬러리를 제조하였다.A suspension was prepared by mixing 40% by weight of porous silica (average particle diameter of 10 µm, specific surface area of 500 m 2 / g) and 60% by weight of polyethylene glycol (200 g / mol by weight average molecular weight) at 1,500 rpm with a ball mill. The suspension and methanol were mixed in a 1: 3 weight ratio to prepare a shear thickening fluid slurry.

상기 전단 농화 유체 슬러리를 폴리에틸렌 부직포 일면에 슬롯 코팅다이를 사용하여 10m/min의 속도로 코팅하였다. 이후, 60℃에서 25분동안 건조하여 전단 농화 유체층을 제조하였다. 상기 전단 농화 유체층을 다공성 기재(에스케이 이노베이션, ENPASS, 두께 9㎛)일면에 적층하여 복합분리막을 제조하였다.The shear thickening fluid slurry was coated on one side of a polyethylene nonwoven fabric at a rate of 10 m / min using a slot coating die. Then, drying was performed at 60 ° C. for 25 minutes to prepare a shear thickening fluid layer. The shear thickening fluid layer was laminated on one surface of a porous substrate (ES innovation, ENPASS, thickness 9 µm) to prepare a composite separator.

[실시예 4][Example 4]

물 100중량부에 평균입경 600nm인 베마이트 94 중량%, 용융온도가 220℃이고, 비누화도가 99%인 폴리비닐알콜 2 중량% 및 Tg가 -52℃인 아크릴 라텍스(ZEON, BM900B, 고형분함량 20중량%)를 4 중량%로 혼합된 혼합물 50중량부를 혼합 교반하여 균일하게 분산된 무기입자층 슬러리를 제조하였다.Acrylic latex (ZEON, BM900B, solid content) with 100% by weight of water, 94% by weight boehmite having an average particle diameter of 600 nm, 2% by weight of polyvinyl alcohol having a melting temperature of 220 ° C, and a saponification degree of 99% and T g of -52 ° C. Content 20 wt%) was mixed and stirred by mixing 50 parts by weight of the mixture to 4 wt% to prepare a uniformly dispersed inorganic particle layer slurry.

상기 실시예 1에서 다공성 기재 타면에 무기입자층 슬러리를 슬롯 코팅다이를 사용하여 10m/min의 속도로 건조 후 3㎛ 두께가 되도록 코팅하였다. 이후, 60℃에서 25분동안 건조하여 무기입자층을 더 형성한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.In Example 1, the inorganic particle layer slurry was dried on the other surface of the porous substrate at a rate of 10 m / min using a slot coating die and then coated to a thickness of 3 μm. Subsequently, drying was performed at 60 ° C. for 25 minutes to perform the same procedure, except that an inorganic particle layer was further formed.

[실시예 5][Example 5]

상기 실시예 1에서 전단 농화 유체 슬러리의 함량을 다공성 실리카(평균입경 10㎛, 비표면적 500 ㎡/g) 5중량%와 폴리에틸렌글리콜(중량평균분자량 200g/mol)95중량%를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.In Example 1, except that the content of the shear thickening fluid slurry was 5% by weight of porous silica (average particle size: 10 µm, specific surface area: 500 m 2 / g) and 95% by weight of polyethylene glycol (weight average molecular weight: 200 g / mol). It carried out similarly.

[실시예 6][Example 6]

상기 실시예 1에서 전단 농화 유체 슬러리의 함량을 다공성 실리카(평균입경 10㎛, 비표면적 500 ㎡/g) 60중량%와 폴리에틸렌글리콜(중량평균분자량 200g/mol)40중량%를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.In Example 1, except that the content of the shear thickening fluid slurry was 60% by weight of porous silica (average particle size: 10 µm, specific surface area: 500 m 2 / g) and 40% by weight of polyethylene glycol (weight average molecular weight: 200 g / mol). It carried out similarly.

[실시예 7][Example 7]

상기 실시예 1에서 전단 농화 유체 슬러리의 함량을 다공성 실리카(평균입경 10㎛, 비표면적 500 ㎡/g) 80중량%와 폴리에틸렌글리콜(중량평균분자량 200g/mol)20중량%를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.In Example 1, the content of the shear thickening fluid slurry was 80% by weight of porous silica (average particle size 10 µm, specific surface area 500 m 2 / g) and 20% by weight of polyethylene glycol (weight average molecular weight 200 g / mol). It carried out similarly.

[실시예 8][Example 8]

상기 실시예 1에서 전단 농화 유체 슬러리의 다공성 실리카를 평균입경이 5㎛인 것을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.In Example 1, except that the porous silica of the shear thickening fluid slurry had an average particle size of 5 μm, the same procedure was performed.

[실시예 9][Example 9]

상기 실시예 1에서 전단 농화 유체 슬러리의 다공성 실리카를 평균입경이 50㎛인 것을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1, except that the porous silica of the shear thickening fluid slurry had an average particle diameter of 50 μm.

[실시예 10][Example 10]

상기 실시예 1에서 전단 농화 유체 슬러리의 다공성 실리카를 평균입경 10㎛, 비표면적 50 ㎡/g인 것을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.In Example 1, except that the porous silica of the shear thickening fluid slurry had an average particle diameter of 10 µm and a specific surface area of 50 m 2 / g, the same procedure was performed.

[비교예 1][Comparative Example 1]

상기 실시예 1에서 전단 농화 유체층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1, except that the shear thickening fluid layer was not formed.

실시예 1 내지 10 및 비교예 1로 제조된 복합분리막을 포함하여 하기와 같은 방법으로 이차전지를 제조하고, 물성을 표 1과 같이 측정하였다.A secondary battery was prepared in the following manner, including the composite separators prepared in Examples 1 to 10 and Comparative Example 1, and physical properties were measured as shown in Table 1.

실시예 1의 복합분리막을 도 1에 도시된 바와 같이 주사전자현미경(HITACHI S-3700N)으로 관찰하였을 때, 다공성을 가지는 것을 확인할 수 있었다. When the composite membrane of Example 1 was observed with a scanning electron microscope (HITACHI S-3700N) as shown in FIG. 1, it was confirmed that it had porosity.

압축강도
SOC0 → SOC100
Compressive strength
SOC0 → SOC100
직류저항DC resistance 두께변화율
(식 1)
Thickness change rate
(Equation 1)
안전성 평가Safety evaluation
못 관통Nail penetration 블런트 관통Blunt penetration 실시예 1Example 1 0 N → 5.0 kN0 N → 5.0 kN 1.5mΩ1.5mΩ 0.0150.015 OK(L4)OK (L4) OK(L4)OK (L4) 실시예 2Example 2 0 N → 4.0 kN0 N → 4.0 kN 1.3mΩ1.3mΩ 0.0130.013 OK(L4)OK (L4) OK(L4)OK (L4) 실시예 3Example 3 0 N → 5.0 kN0 N → 5.0 kN 2.0mΩ2.0mΩ 0.0140.014 OK(L4)OK (L4) OK(L4)OK (L4) 실시예 4Example 4 0 N → 5.0 kN0 N → 5.0 kN 1.6mΩ1.6mΩ 0.0140.014 OK(L4)OK (L4) OK(L4)OK (L4) 실시예 5Example 5 0 N → 7.0 kN0 N → 7.0 kN 1.5mΩ1.5mΩ 0.0200.020 OK(L4)OK (L4) OK(L4)OK (L4) 실시예 6Example 6 0 N → 3.0 kN0 N → 3.0 kN 2.2mΩ2.2mΩ 0.0280.028 NG(L5)NG (L5) NG(L5)NG (L5) 실시예 7Example 7 0 N → 3.0 kN0 N → 3.0 kN 3.0mΩ3.0mΩ 0.0300.030 NG(L5)NG (L5) NG(L5)NG (L5) 실시예 8Example 8 0 N → 8.0 kN0 N → 8.0 kN 1.5mΩ1.5mΩ 0.0210.021 OK(L4)OK (L4) OK(L4)OK (L4) 실시예 9Example 9 0 N → 9.0 kN0 N → 9.0 kN 1.8mΩ1.8 mΩ 0.0330.033 NG(L5)NG (L5) NG(L5)NG (L5) 실시예 10Example 10 0 N → 8.5 kN0 N → 8.5 kN 2.0mΩ2.0mΩ 0.0260.026 NG(L5)NG (L5) NG(L5)NG (L5) 비교예 1Comparative Example 1 0 N → 10.0 kN0 N → 10.0 kN 1.5mΩ1.5mΩ 0.0500.050 NG(L5)NG (L5) NG(L5)NG (L5)

상기 표 1에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 이차전지용 복합분리막을 포함하는 이차전지는 충방전 시 부피팽창을 억제하여 두께변화율이 현저히 낮고, 다양한 네일로 관통하여도 외부 충격에 대한 저항이 강하여 물리적 손상을 방지할 수 있어 우수한 전지안전성을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 낮은 압축강도를 구현함으로써, 외부 또는 내부에서 발생되는 힘을 흡수할 수 있는 우수한 탄성을 구현할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. As shown in Table 1, the secondary battery including the composite separator for a secondary battery according to the present invention suppresses volume expansion during charging and discharging, so that the rate of change in thickness is remarkably low, and resistance to external shock is strong even through penetration with various nails. It could be confirmed that it has excellent battery safety. In addition, it was confirmed that by implementing a low compressive strength, excellent elasticity capable of absorbing the force generated from the outside or inside can be realized.

또한, 비교예 1과 대비하여 낮은 직류저항으로 양극과 음극 사이의 전자이동 속도를 현저히 증가시킬 수 있음을 확인하였다.In addition, it was confirmed that the electron transfer speed between the positive electrode and the negative electrode can be significantly increased with a low direct current resistance compared to Comparative Example 1.

더욱이, 실시예 1 내지 4와 같이 다양한 양태로 복합분리막을 제공하여도, 전단 농화 유체층을 포함하는 복합분리막은 이차전지 내에 포함함으로써, 내부 또는 외부 자극에도 두께변화율이 현저히 낮고, 관통평가에 대하여, 우수한 전지 안전성 및 내구성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.Moreover, even if a composite separation membrane is provided in various embodiments as in Examples 1 to 4, the composite separation membrane including the shear thickening fluid layer is included in the secondary battery, so that the rate of change of thickness is significantly low even for internal or external stimuli, and for penetration evaluation. , It was confirmed that it has excellent battery safety and durability.

또한, 실시예 5 내지 7과 실시예 1을 대비하였을 때, 전단 농화 유체 내의 제 1무기입자 및 고분자 함량이 제 1무기입자 5 내지 45 중량% 및 고분자 55 내지 95중량% 를 만족할 경우 부피팽창에 따른 힘을 더 많이 흡수하여 두께변화율을 현저히 감소시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었다.In addition, when comparing Examples 5 to 7 and Example 1, when the first inorganic particles and the polymer content in the shear thickening fluid satisfy the first inorganic particles 5 to 45% by weight and the polymers 55 to 95% by weight, It was confirmed that the rate of change in thickness can be significantly reduced by absorbing more force.

또한, 실시예 8 및 9와 실시예 1을 대비하였을 때, 전단 농화 유체 내의 제 1무기입자의 평균입경이 6 내지 30㎛를 만족할 경우 부피팽창에 따른 힘을 더 많이 흡수하여 두께변화율을 현저히 감소시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 외부에서 가해지는 충격에 대하여도 충격흡수를 하여 전지 안전성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.In addition, when the Examples 8 and 9 and Example 1 were compared, when the average particle diameter of the first inorganic particles in the shear thickening fluid satisfies 6 to 30 μm, the force due to the volume expansion is absorbed more and the thickness change rate is significantly reduced. I could confirm that I could do it. In addition, it was confirmed that the battery safety is excellent by absorbing the shock even when the shock is applied from the outside.

또한, 실시예 10과 실시예 1을 대비하였을 때, 전단 농화 유체 내의 제 1무기입자가 비표면이 100 내지 800㎡/g을 만족하는 다공성 실리카를 사용하였을 때, 외부충격에 대한 저항이 강하여 물리적 손상을 방지할 수 있는 것을 확인하였다. 더욱이, 200 내지 700㎡/g을 만족하는 다공성 실리카를 사용하였을 때, 충격 흡수 효과가 현저히 향상되어 전지 안전성을 더욱 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.In addition, when compared with Examples 10 and 1, when the first inorganic particles in the shear thickening fluid used porous silica having a specific surface of 100 to 800 m 2 / g, resistance to external shock was strong and physical It was confirmed that damage can be prevented. Moreover, when using porous silica that satisfies 200 to 700 m 2 / g, it was confirmed that the shock absorption effect is significantly improved, and thus the battery safety can be further improved.

또한, 비교예 1과 같이 전단 농화 유체층을 포함하지 않을 경우, 이차전지의 내부에서 발생되는 부피팽창뿐만 아니라 외부에서 가해지는 충격 또한 흡수하지 못해서 전지 안전성이 현저히 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.In addition, as in Comparative Example 1, when the shear thickening fluid layer was not included, it was confirmed that the battery safety was remarkably deteriorated because it could not absorb not only the volume expansion occurring inside the secondary battery but also the impact applied from the outside.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 이차전지용 복합분리막 및 이를 포함하는 이차전지가 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, in the present invention, a composite separator for a secondary battery and a secondary battery including the same have been described through specific matters and limited embodiments, but this is provided only to help a more comprehensive understanding of the present invention. It is not limited to the examples, and those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications and variations from these descriptions.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. Therefore, the spirit of the present invention is limited to the described embodiments, and should not be determined, and all claims that are equivalent to or equivalent to the claims, as well as the claims described below, will belong to the scope of the spirit of the present invention. .

100: 양극 200: 양극활물질
300: 분리막 310: 다공성 기재 320: 전단 농화 유체층
400: 음극 활물질 500: 음극
100: positive electrode 200: positive electrode active material
300: separator 310: porous substrate 320: shear thickening fluid layer
400: negative electrode active material 500: negative electrode

Claims (10)

다공성 기재 및
상기 다공성 기재 일면 또는 양면에 형성되는 전단 농화 유체층을 포함하는 이차전지용 복합분리막.
Porous substrate and
A composite separator for a secondary battery comprising a shear thickening fluid layer formed on one or both surfaces of the porous substrate.
제 1항에 있어서,
상기 전단 농화 유체층은 제 1무기입자 및 고분자를 포함하는 비뉴토니안 유동특성을 갖는 이차전지용 복합분리막.
According to claim 1,
The shear thickening fluid layer is a composite separator for a secondary battery having non-Newtonian flow characteristics including first inorganic particles and a polymer.
제 2항에 있어서,
상기 전단 농화 유체층은 제 1무기입자 5 내지 50 중량% 및 고분자 50 내지 95중량% 포함하는 전단 농화 유체를 포함하는 이차전지용 복합분리막.
According to claim 2,
The shear thickening fluid layer is a composite separator for a secondary battery comprising a shear thickening fluid comprising 5 to 50% by weight of the first inorganic particles and 50 to 95% by weight of the polymer.
제2항에 있어서,
상기 제 1무기입자는 실리카, 알루미나, 탄산칼슘 및 지르코니아에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인 이차전지용 복합분리막.
According to claim 2,
The first inorganic particles are a composite separator for a secondary battery of any one or more selected from silica, alumina, calcium carbonate and zirconia.
제 2항에 있어서,
상기 제 1무기입자는 다공성 무기입자인 이차전지용 복합분리막.
According to claim 2,
The first inorganic particles are composite separators for secondary batteries, which are porous inorganic particles.
제 2항에 있어서,
상기 제 1무기입자는 평균입경이 1 내지 100㎛인 이차전지용 복합분리막.
According to claim 2,
The first inorganic particles have a composite separator for a secondary battery having an average particle diameter of 1 to 100㎛.
제 2항에 있어서,
상기 고분자는 폴리알킬렌글리콜계 고분자인 이차전지용 복합분리막.
According to claim 2,
The polymer is a polyalkylene glycol-based polymer composite separator for secondary batteries.
제 1항에 있어서,
상기 전단 농화 유체층은 다공성 기재 일면 상에 형성되고,
다공성 기재 타면 상에 제 2무기입자를 포함하는 무기입자층을 형성하는 이차전지용 복합분리막.
According to claim 1,
The shear thickening fluid layer is formed on one surface of the porous substrate,
A composite separator for a secondary battery to form an inorganic particle layer including second inorganic particles on the other surface of a porous substrate.
제 1항 내지 제 8항에서 선택되는 어느 한 항의 복합분리막을 포함하는 이차전지. A secondary battery comprising the composite separation membrane of any one of claims 1 to 8. 제 9항에 있어서,
상기 이차전지는 SOC 100%일 때, 두께변화율이 하기 식 1을 만족하는 이차전지.
[식 1]
Figure pat00004

상기 식 1에 있어서,
상기 T100은 이차전지가 SOC 100%일 때의 두께이고, 상기 T0은 이차전지가 SOC 0%일 때 두께이다.
The method of claim 9,
When the secondary battery is SOC 100%, the secondary battery having a thickness change rate of Equation 1 below.
[Equation 1]
Figure pat00004

In the above formula 1,
The T 100 is the thickness when the secondary battery is SOC 100%, and the T 0 is the thickness when the secondary battery is SOC 0%.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015191886A (en) * 2014-03-28 2015-11-02 東莞新能源科技有限公司Dongguan Amperex Technology Limited Composite porous separator and electrochemical device

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J.Mater.Sci. Vol.50, p6041-6049 (2015.06.17.)* *
Sci. Rep. Vol.3, Issue 2485, p1-7 (2013.08.21.)* *

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