KR20200085233A - Separator, electrochemical device comprising the same and manufacturing method for separator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기화학소자용 분리막 및 이를 포함하는 전기화학소자, 및 분리막의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a separator for an electrochemical device, an electrochemical device comprising the same, and a method of manufacturing the separator.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목 받고 있는 분야이고 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있으며, 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발로 진행되고 있다.Recently, interest in energy storage technology has been increasing. As the field of application extends to the energy of mobile phones, camcorders, notebook PCs, and even electric vehicles, efforts for research and development of electrochemical devices are becoming more concrete. The electrochemical device is the most attracting field in this aspect, and among them, the development of a secondary battery capable of charging and discharging has become a focus of interest, and recently, in developing such a battery, a new electrode to improve capacity density and specific energy. Research and development are being conducted on the design of the over battery.
현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990 년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다.Among the currently applied secondary batteries, lithium secondary batteries developed in the early 1990s have the advantage of higher operating voltage and higher energy density than conventional batteries such as Ni-MH, Ni-Cd, and sulfuric acid-lead batteries using aqueous electrolyte solutions. Is in the limelight.
리튬이차전지 등의 전기화학소자는 많은 회사에서 생산되고 있으나 그들의 안전성 특성은 각각 다른 양상을 보인다. 이러한 전기화학소자의 안전성 평가 및 안전성 확보는 매우 중요하다. 가장 중요한 고려사항은 전기화학소자가 오작동시 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 100 ℃이상의 온도에서 극심한 열 수축 거동을 보임으로서, 양극과 음극 사이의 단락을 일으켰다. Electrochemical devices such as lithium secondary batteries are produced by many companies, but their safety characteristics show different aspects. It is very important to evaluate the safety and safety of these electrochemical devices. The most important consideration is that the electrochemical device should not cause injury to the user in case of malfunction. For this purpose, the safety standard strictly regulates ignition and smoke in the electrochemical device. In the safety characteristics of the electrochemical device, there is a high possibility that an electrochemical device will overheat and cause a thermal runaway or an explosion if the separator penetrates. In particular, a polyolefin-based porous polymer substrate commonly used as a separator for an electrochemical device exhibits extreme heat shrinkage behavior at a temperature of 100° C. or higher due to material properties and manufacturing process characteristics, including stretching, between an anode and a cathode. It caused a short circuit.
이와 같은 전기화학소자의 안전성 문제를 해결하기 위하여, 다수의 기공을 갖는 다공성 고분자 기재의 적어도 일면에, 과량의 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물을 코팅하여 다공성 코팅층을 형성한 분리막이 제안되었다.In order to solve the safety problem of the electrochemical device, a separator having a porous coating layer has been proposed by coating a mixture of excess inorganic particles and a binder polymer on at least one surface of a porous polymer substrate having multiple pores.
한편 이러한 다공성 코팅층은 침지상 분리를 통해 기공을 만들 수 있다. 이 때 상분리 키네틱스가 너무 빠르면 대부분의 바인더 고분자가 다공성 코팅층의 표면에서 큰 기공을 형성하는 문제가 있고, 다공성 고분자 기재와 다공성 코팅층 간의 접착력이 떨어지는 문제가 있다. 한편, 상분리 키네틱스가 너무 느리면 대부분의 바인더 고분자가 다공성 코팅층 바닥면에서 작은 기공을 만들거나 기공 구조 없이 형성되며, 전극과의 접착층이 형성되지 않는 문제가 있다.Meanwhile, the porous coating layer can make pores through immersion phase separation. At this time, if the phase separation kinetics is too fast, most of the binder polymer has a problem of forming large pores on the surface of the porous coating layer, and there is a problem of poor adhesion between the porous polymer substrate and the porous coating layer. On the other hand, if the phase separation kinetics is too slow, most of the binder polymers have small pores on the bottom surface of the porous coating layer or are formed without pore structures, and there is a problem that an adhesive layer with an electrode is not formed.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전술한 문제점을 해결하여, 다공성 코팅층 내 균일한 기공을 형성하고, 전극과의 접착력을 개선한 분리막 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다. Therefore, the problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problems, to form a uniform pore in the porous coating layer, to improve the adhesion to the electrode and to provide a separation membrane and a method of manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기 분리막을 구비하는 전기화학소자를 제공하는 것이다. Another problem to be solved by the present invention is to provide an electrochemical device having the separator.
본 발명의 일 측면은 하기 구현예들에 따른 전기화학소자용 분리막의 제조방법을 제공한다. One aspect of the present invention provides a method of manufacturing a separator for an electrochemical device according to the following embodiments.
제1 구현예는, The first embodiment,
(S1) 다공성 고분자 기재의 적어도 일측 표면에 무기물 입자, 바인더 고분자 및 바인더 고분자에 대한 용매를 포함하는 다공성 코팅층 형성용 슬러리를 도포하는 단계; (S2) 상기 (S1) 단계의 결과물을 바인더 고분자에 대한 비용매를 포함하는 응고액에 침지시키는 단계; 및 (S3) 상기 (S2) 단계의 결과물을 린스액에 투입 및 건조시키는 단계를 포함하며, 상기 (S1) 단계에서 슬러리 도포시 슬러리의 온도 및/또는 상기 (S2) 단계에서 응고액 침지시 응고액의 온도를 20 ℃ 미만으로 제어하고, 상기 (S1) 단계에서 슬러리 도포시 슬러리의 온도 및/또는 상기 (S2) 단계에서 응고액 침지시 응고액의 온도를, 상기(S3) 단계의 린스액 투입시의 린스액의 온도보다 5 ℃ 내지 25 ℃ 낮도록 제어하는 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법에 관한 것이다. (S1) applying a slurry for forming a porous coating layer comprising inorganic particles, a binder polymer, and a solvent for the binder polymer on at least one surface of the porous polymer substrate; (S2) immersing the result of the step (S1) in a coagulating solution containing a non-solvent for the binder polymer; And (S3) adding and drying the result of the step (S2) in the rinse solution, the temperature of the slurry when applying the slurry in the step (S1) and/or the immersion in the coagulation solution in the step (S2). The temperature of the solid liquid is controlled to be less than 20°C, and the temperature of the slurry when the slurry is applied in the step (S1) and/or the temperature of the solidified liquid when the solid solution is immersed in the step (S2), the rinse liquid in the step (S3) It relates to a method of manufacturing a separator for an electrochemical device, which is controlled to be 5 to 25°C lower than the temperature of the rinse solution at the time of injection.
제2 구현예는, 제1 구현예에 있어서, The second embodiment, in the first embodiment,
상기 (S1) 단계에서 슬러리 도포시 슬러리의 온도 및/또는 상기 (S2) 단계에서 응고액 침지시 응고액의 온도를 5 ℃ 내지 20 ℃로 제어하는 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법에 관한 것이다. In the method of manufacturing a separation membrane for an electrochemical device, the temperature of the slurry when the slurry is applied in the step (S1) and/or the temperature of the coagulation liquid when the coagulant is immersed in the step (S2) is 5 to 20°C. It is about.
제3 구현예는, 제1 또는 제2 구현예에 있어서, The third embodiment, in the first or second embodiment,
상기 (S1) 단계에서 슬러리 도포시 슬러리의 온도 및/또는 상기 (S2) 단계에서 응고액 침지시 응고액의 온도와, 상기(S3) 단계의 린스액 투입시의 린스액의 온도 차이를 15 ℃ 내지 25 ℃로 제어하는 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법에 관한 것이다. The temperature difference between the temperature of the slurry when the slurry is applied in the step (S1) and/or the temperature of the coagulation liquid when the coagulant is immersed in the step (S2) and the temperature of the rinse liquid when the rinse liquid is added in the step (S3) is 15°C. It relates to a method of manufacturing a separator for an electrochemical device, which is controlled to 25°C.
제4 구현예는, 제1 내지 제3 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, The fourth embodiment, in any one of the first to third embodiments,
상기 용매는 25℃ 조건에서 바인더 고분자를 10wt% 이상 용해시킬 수 있는 것으로서, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸아세트아미드 및 디메틸포름아미드 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법에 관한 것이다. The solvent is capable of dissolving 10 wt% or more of the binder polymer at 25° C., and includes at least one selected from N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylacetamide, and dimethylformamide. It relates to a method for manufacturing a separation membrane.
제5 구현예는, 제1 내지 제4 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, The fifth embodiment, in any one of the first to fourth embodiments,
상기 비용매는 25℃ 조건에서 바인더 고분자를 5wt% 미만 용해시킬 수 있는 것으로서, 물, 메탄올, 에탄올, 프로필알코올, 부틸알코올, 부탄디올, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 및 트리프로필렌글리콜 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법에 관한 것이다. The non-solvent is capable of dissolving less than 5wt% of the binder polymer at 25°C, and includes one or more selected from water, methanol, ethanol, propyl alcohol, butyl alcohol, butanediol, ethylene glycol, propylene glycol, and tripropylene glycol. That is, it relates to a method of manufacturing a separator for an electrochemical device.
제6 구현예는, 제1 내지 제5 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, The sixth embodiment, in any one of the first to fifth embodiments,
상기 응고액은 응고액 100 wt% 중 비용매의 함량이 60 wt% 이상인 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법에 관한 것이다. The coagulation solution relates to a method of manufacturing a separator for an electrochemical device, wherein the content of the non-solvent is 100 wt% or more in 100 wt% of the coagulation solution.
제7 구현예는, 제1 내지 제6 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, The seventh embodiment according to any one of the first to sixth embodiments,
상기 린스액은 비용매를 포함하며, 상기 린스액 100 wt% 중 비용매의 함량이 90 wt% 이상인 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법에 관한 것이다. The rinse liquid contains a non-solvent, and the content of the non-solvent in 100 wt% of the rinse liquid is 90 wt% or more, and relates to a method of manufacturing a separator for an electrochemical device.
제8 구현예는, 제1 내지 제7 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, The eighth embodiment according to any one of the first to seventh embodiments,
상기 (S3) 단계는 둘 이상의 복수의 린스액을 준비하고, 상기 (S2) 단계의 결과물을 각각의 린스액에 순차적으로 소정 시간 침지하는 방식으로 수행되는 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법에 관한 것이다. The step (S3) is a method of preparing a separator for an electrochemical device, in which a plurality of rinsing liquids are prepared, and the result of the step (S2) is sequentially immersed in each rinsing liquid for a predetermined time. It is about.
제9 구현예는, 제8 구현예에 있어서, The ninth embodiment, in the eighth embodiment,
상기 복수의 린스액 중 최초 린스액의 온도는 상기 응고액 침지시 상기 응고액의 온도보다 높은 온도로 제어하고, 최후 린스액의 온도는 건조 온도보다 낮은 온도로 제어하는 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법에 관한 것이다. The temperature of the first rinse liquid among the plurality of rinse liquids is controlled to a temperature higher than the temperature of the coagulating liquid when the coagulant is immersed, and the temperature of the last rinse liquid is controlled to a temperature lower than the drying temperature. It relates to a method of manufacturing a separator.
제10 구현예는, 제8 구현예 또는 제9 구현예에 있어서, In the tenth embodiment, in the eighth or ninth embodiment,
상기 복수의 린스액은 최초 린스액에서 최후 린스액으로 갈수록 린스액의 온도를 순차적으로 증가시킨 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법에 관한 것이다. The plurality of rinsing liquids relates to a method of manufacturing a separator for an electrochemical device, in which the temperature of the rinsing liquid is sequentially increased from the initial rinsing liquid to the last rinsing liquid.
제11 구현예는, 제1 내지 제10 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, The eleventh embodiment according to any one of the first to tenth embodiments,
상기 (S3) 단계 이후에, 상기 (S3) 단계의 결과물을 어닐링조에서 어닐링하는 (S4) 단계를 더 포함하는 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법에 관한 것이다. After the step (S3), it further relates to a method of manufacturing a separation membrane for an electrochemical device, which further includes the step (S4) of annealing the result of the step (S3) in an annealing tank.
제12 구현예는, 제1 내지 제11 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, The twelfth embodiment according to any one of the first to eleventh embodiments,
상기 다공성 고분자 기재는 용융온도 200℃ 미만의 열가소성 수지를 포함하며, 두께가 4㎛ 내지 15 ㎛이고, 기공도가 30% 내지 70%인 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법에 관한 것이다. The porous polymer substrate includes a thermoplastic resin having a melting temperature of less than 200°C, a thickness of 4 μm to 15 μm, and a porosity of 30% to 70%, which relates to a method of manufacturing a separator for an electrochemical device.
제13 구현예는, 제1 내지 제12 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, The thirteenth embodiment is any one of the first to twelfth embodiments,
상기 다공성 코팅층의 두께는 1.5㎛ 내지 4.0㎛이고, 상기 다공성 코팅층의 충진 밀도는 1 g/cc 내지 1.5 g/cc인 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법에 관한 것이다. The thickness of the porous coating layer is 1.5 µm to 4.0 µm, and the filling density of the porous coating layer is 1 g/cc to 1.5 g/cc, and relates to a method of manufacturing a separator for an electrochemical device.
제14 구현예는, 제1 내지 제13 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, The fourteenth embodiment according to any one of the first to thirteenth embodiments,
상기 무기물 입자는 전기화학소자의 작동 전압 범위(Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이며, 입자의 평균입경(D50)이 0.1㎛ 내지 2.5㎛인 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조 방법에 관한 것이다.The inorganic particles do not undergo oxidation and/or reduction reactions in the operating voltage range (0 to 5 V based on Li/Li+) of the electrochemical device, and the average particle diameter (D50) of the particles is 0.1 μm to 2.5 μm, It relates to a method of manufacturing a separator for an electrochemical device.
제15 구현예는, 제1 내지 제14 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, The fifteenth embodiment is any one of the first to fourteenth embodiments,
상기 바인더 고분자는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-trifluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-테트라플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-tetrafluoropropylene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리에틸헥실아크릴레이트(polyetylexyl acrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸헥실아크릴레이트(ethylhexyl acrylate)와 메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate)의 공중합체, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 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) 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는, 전기화학소자용 분리막의 제조방법에 관한 것이다. The binder polymer is polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene, polyvinylidene fluoride-trifluoro Propylene (polyvinylidene fluoride-co-trifluoropropylene), polyvinylidene fluoride-co-tetrafluoropropylene, polymethylmethacrylate, polyethylhexyl acrylate, polybutyl Copolymer of acrylate (polybutylacrylate), polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, ethylhexyl acrylate and methyl methacrylate , Ethylene vinyl acetate copolymer, poly(ethylene oxide), polyarylate, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate Cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, plurlan, carboxyl Methyl cellulose thyl cellulose), or a mixture of two or more of them, relates to a method of manufacturing a separator for an electrochemical device.
제16 구현예는, 제1 내지 제15 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, The 16th embodiment according to any one of the 1st to 15th embodiments,
상기 무기물 입자와 바인더 고분자의 중량비는 20 : 80 내지 95 : 5인 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법에 관한 것이다. The weight ratio of the inorganic particles and the binder polymer is 20:80 to 95:5, and relates to a method of manufacturing a separator for an electrochemical device.
본 발명의 다른 일 측면은 하기 구현예들에 따른 전기화학소자용 분리막을 제공한다. Another aspect of the present invention provides a separator for an electrochemical device according to the following embodiments.
제17 구현예는, Embodiment 17,
제1 구현예 내지 제16 구현예 중 어느 한 구현예의 방법에 따라 수득되고, Obtained according to the method of any one of the first to sixteenth embodiments,
다공성 고분자 기재 및 상기 다공성 고분자 기재의 적어도 일면에 형성된 다공성 코팅층을 포함하는 분리막이며, A separator comprising a porous polymer substrate and a porous coating layer formed on at least one surface of the porous polymer substrate,
여기에서, 상기 다공성 코팅층은 무기물 입자와 바인더 고분자를 포함하고, Here, the porous coating layer includes inorganic particles and a binder polymer,
상기 다공성 코팅층이 무기물 입자 및 상기 무기물 입자 표면의 적어도 일부를 피복하는 바인더 고분자를 포함하는 하나 이상의 노드(node)와 상기 노드의 바인더 고분자에서 실(thread) 모양으로 형성되어 나온 하나 이상의 필라멘트를 포함하며, 하나의 노드로부터 연장된 하나 이상의 필라멘트가 형성되어 있고, 상기 필라멘트들은 어느 하나의 노드와 다른 노드를 연결하는 방식으로 배치되어 있는 것인, 전기화학소자용 분리막에 관한 것이다. The porous coating layer includes at least one node including a binder polymer covering at least a portion of the inorganic particles and the surface of the inorganic particle and at least one filament formed in a thread shape from the binder polymer of the node, , It relates to a separator for an electrochemical device, wherein one or more filaments extending from one node are formed, and the filaments are arranged in a way to connect one node to another node.
제18 구현예는, 제17 구현예에 있어서, The 18th embodiment is the 17th embodiment,
상기 다공성 코팅층의 두께는 2㎛ 내지 4 ㎛이고, 상기 다공성 코팅층의 충진 밀도는 1 g/cc 내지 1.5 g/cc인 것인, 전기화학소자용 분리막에 관한 것이다.The porous coating layer has a thickness of 2 μm to 4 μm, and the filling density of the porous coating layer is 1 g/cc to 1.5 g/cc, which relates to a separator for an electrochemical device.
본 발명의 또 다른 일 측면은 하기 구현예에 따른 전기화학소자를 제공한다. Another aspect of the present invention provides an electrochemical device according to the following embodiment.
제19 구현예는, Embodiment 19,
양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전기화학소자에 있어서, In the electrochemical device comprising an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode,
상기 분리막이 제17 구현예에 기재된 전기화학소자용 분리막인 것인, 전기화학소자에 관한 것이다. The separator is an electrochemical device, which is the separator for an electrochemical device described in the 17th embodiment.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다공성 코팅층 형성용 슬러리 도포시의 온도, 응고액의 온도, 및 린스액의 온도를 제어함으로써, 다공성 코팅층 내 균일한 기공을 형성하고, 전극 사이의 접착력을 개선되며, 동시에 종래 분리막과 동등 또는 유사한 저항을 가지는 분리막 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by controlling the temperature at the time of applying the slurry for forming the porous coating layer, the temperature of the coagulating liquid, and the temperature of the rinsing liquid, forming uniform pores in the porous coating layer, improving the adhesion between the electrodes, At the same time, it is possible to provide a separator having the same or similar resistance as a conventional separator and a method for manufacturing the same.
도 1 내지 3은 각각 본 발명의 실시예 1 내지 3에 따른 다공성 코팅층의 형상을 나타낸 SEM 이미지이다.
도 4는 본 발명의 비교예 1에 따른 다공성 코팅층의 형상을 나타낸 SEM 이미지이다.1 to 3 are SEM images showing the shapes of the porous coating layers according to Examples 1 to 3 of the present invention, respectively.
Figure 4 is a SEM image showing the shape of the porous coating layer according to Comparative Example 1 of the present invention.
이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail. The terms or words used in the specification and claims should not be interpreted as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor can appropriately define the concept of terms in order to best describe his or her invention. Based on the principle of being present, it should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical spirit of the present invention.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 「연결」되어 있다고 할 때, 이는 「직접적으로 연결되어 있는 경우」뿐만 아니라 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 「간접적으로 연결」되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 상기 연결은 물리적 연결뿐만 아니라 전기화학적 연결을 내포한다.Throughout the present specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. . In addition, the connection implies an electrochemical connection as well as a physical connection.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 「포함한다」고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the present specification, when a part “includes” a certain component, it means that the component may further include other components, not to exclude other components, unless otherwise stated.
또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 「포함한다(comprise)」 및/또는 「포함하는(comprising) 」은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.Also, when used herein, "comprise" and/or "comprising" specifies the shapes, numbers, steps, actions, elements, elements and/or the existence of these groups. And does not exclude the presence or addition of one or more other shapes, numbers, actions, elements, elements and/or groups.
본원 명세서 전체에서 사용되는 용어 「약」, 「실질적으로」 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용 오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로서 사용되고 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. The terms "about", "substantially", and the like used throughout this specification are used as or in close proximity to the numerical values when manufacturing and material tolerances specific to the stated meaning are given, and are used to aid in understanding of the present application. Or an absolute value is used to prevent unconscionable exploitation of the disclosed content by unscrupulous intruders.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표면에 포함된 「이들의 조합(들)」의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다. Throughout the present specification, the term "the combination(s)" included on the surface of the marki form means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of elements described in the expression of the marki form, It means to include one or more selected from the group consisting of the above components.
본원 명세서 전체에서, 「A 및/또는 B」의 기재는 「A 또는 B 또는 이들 모두」를 의미한다. Throughout this specification, the description of "A and/or B" means "A or B or both".
본 발명의 일 측면에 따른 전기화학소자용 분리막의 제조방법은, Method of manufacturing a separator for an electrochemical device according to an aspect of the present invention,
(S1) 다공성 기재의 적어도 일측 표면에 무기물 입자, 바인더 고분자 및 바인더 고분자에 대한 용매를 포함하는 다공성 코팅층 형성용 슬러리를 도포하는 단계;(S1) applying a slurry for forming a porous coating layer comprising inorganic particles, a binder polymer and a solvent for the binder polymer on at least one surface of the porous substrate;
(S2) 상기 (S1) 단계의 결과물을 바인더 고분자에 대한 비용매를 포함하는 응고액에 침지시키는 단계; 및(S2) immersing the result of the step (S1) in a coagulating solution containing a non-solvent for the binder polymer; And
(S3) 상기 (S2) 단계의 결과물을 린스액에 투입하는 단계를 포함하며, (S3) the step of introducing the result of the step (S2) into the rinse solution,
상기 (S1) 단계에서 슬러리 도포시 슬러리의 온도 및 상기 (S2) 단계에서 응고액 침지시 응고액의 온도 중 적어도 어느 하나를 20℃ 미만으로 제어하고, At least one of the temperature of the slurry when the slurry is applied in the step (S1) and the temperature of the coagulating solution when the coagulating solution is immersed in the step (S2) is controlled to less than 20°C,
상기 (S1) 단계에서 슬러리 도포시 슬러리의 온도 및 상기 (S2) 단계에서 응고액 침지시 응고액의 온도 중 적어도 어느 하나를, 상기(S3) 단계의 린스액 투입시의 린스액의 온도보다 5 ℃ 내지 25 ℃ 낮도록 제어하는 것이다. At least one of the temperature of the slurry when the slurry is applied in the step (S1) and the temperature of the coagulating solution when the coagulant is immersed in the step (S2) is 5 than the temperature of the rinse solution when the rinse solution is added in the step (S3). It is controlled so that it is low to 25°C.
이하 각 단계를 구체적으로 설명한다. Hereinafter, each step will be described in detail.
먼저, 다공성 고분자 기재의 적어도 일측 표면에 무기물 입자, 바인더 고분자 및 바인더 고분자에 대한 용매를 포함하는 다공성 코팅층 형성용 슬러리를 도포한다(S1). First, a slurry for forming a porous coating layer containing inorganic particles, a binder polymer, and a solvent for a binder polymer is applied to at least one surface of the porous polymer substrate (S1).
구체적으로, 용매에 바인더 고분자를 용해시키고, 무기물 입자를 분산시켜, 다공성 코팅층 형성용 슬러리를 제조한다. 이 후, 다수의 기공을 갖는 평면상의 다공성 고분자 기재의 적어도 일측 표면 상에 상기 다공성 코팅층 형성용 슬러리를 도포한다. 상기 슬러리의 도포는 마이어바, 다이 코터, 리버스 롤 코터, 그라비아 코터 등의 본 발명의 기술분야의 통상의 도공 방식을 적용할 수 있다. 상기 다공성 코팅층을 다공성 고분자 기재의 양면에 형성할 경우, 도공액을 편면씩 도공하고 나서 응고, 수세 및 건조하는 것도 가능하지만, 도공액을 양면 동시에 다공성 고분자 기재 위에 도공하고 나서 응고, 수세 및 건조하는 쪽이, 생산성의 관점에서 바람직하다.Specifically, a binder polymer is dissolved in a solvent, and inorganic particles are dispersed to prepare a slurry for forming a porous coating layer. Thereafter, the slurry for forming the porous coating layer is applied on at least one surface of a planar porous polymer substrate having a plurality of pores. The slurry may be applied by a conventional coating method in the technical field of the present invention, such as a Meyer bar, a die coater, a reverse roll coater, or a gravure coater. When the porous coating layer is formed on both sides of the porous polymer substrate, it is also possible to coagulate, wash and dry the coating solution one by one, but coagulate, wash and dry the coating solution on both sides of the porous polymer substrate simultaneously. It is preferable from the viewpoint of productivity.
본 발명에서 다공성 코팅층 형성을 위한 슬러리의 용매는 바인더 고분자를 용해시키는 것으로서, 구체적으로 25℃ 조건에서 바인더 고분자를 10Wt% 이상 용해시킬 수 있는 것을 의미한다. In the present invention, the solvent of the slurry for forming the porous coating layer is to dissolve the binder polymer, and specifically means to dissolve 10 Wt% or more of the binder polymer at 25°C.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 용매는 N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸아세트아미드 및 디메틸포름아미드 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. In one specific embodiment of the present invention, the solvent may include one or more selected from N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylacetamide and dimethylformamide.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 바인더 고분자는 당 업계에서 다공성 코팅층 형성에 통상적으로 사용되는 고분자를 사용할 수 있다. 특히, 유리 전이 온도(glass transition temperature, Tg)가 -200 내지 200 ℃인 고분자를 사용할 수 있는데, 이는 최종적으로 형성되는 다공성 코팅층의 유연성 및 탄성 등과 같은 기계적 물성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 이러한 바인더 고분자는 무기물 입자들 사이를 연결 및 안정하게 고정시켜주는 바인더 역할을 충실히 수행함으로써, 다공성 코팅층이 도입된 분리막의 기계적 물성 저하 방지에 기여한다.In one specific embodiment of the present invention, the binder polymer may be a polymer commonly used in the art to form a porous coating layer. In particular, a polymer having a glass transition temperature (Tg) of -200 to 200°C may be used, because mechanical properties such as flexibility and elasticity of the finally formed porous coating layer can be improved. These binder polymers faithfully perform the role of a binder that connects and stably fixes the inorganic particles, thereby contributing to the prevention of deterioration in mechanical properties of the separator in which the porous coating layer is introduced.
또한, 상기 바인더 고분자는 이온 전도 능력을 반드시 가질 필요는 없으나, 이온 전도 능력을 갖는 고분자를 사용할 경우 전기화학소자의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기 바인더 고분자는 가능한 유전율 상수가 높은 것을 사용할 수 있다. 실제로 전해액에서 염의 해리도는 전해액 용매의 유전율 상수에 의존하기 때문에, 상기 바인더 고분자의 유전율 상수가 높을수록 전해질에서의 염 해리도를 향상시킬 수 있다. 이러한 바인더 고분자의 유전율 상수는 1.0 내지 100 (측정 주파수 = 1 kHz) 범위가 사용 가능하며, 특히 10 이상일 수 있다.In addition, the binder polymer does not necessarily have an ion conducting ability, but when using a polymer having an ion conducting ability, the performance of the electrochemical device can be further improved. Therefore, as the binder polymer, one having a high dielectric constant is possible. In fact, since the degree of dissociation of a salt in an electrolyte solution depends on the dielectric constant of the electrolyte solvent, the higher the dielectric constant of the binder polymer, the better the salt dissociation in the electrolyte. The dielectric constant of the binder polymer may be in the range of 1.0 to 100 (measurement frequency = 1 kHz), and may be 10 or more.
전술한 기능 이외에, 상기 바인더 고분자는 액체 전해액 함침시 겔화됨으로써 높은 전해액 팽윤도(degree of swelling)를 나타낼 수 있는 특징을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 바인더 고분자의 용해도 지수, 즉 힐더브랜드 용해도 지수(Hildebrand solubility parameter)는 15 내지 45 MPa1/2 또는 15 내지 25 MPa1/2 및 30 내지 45 MPa1/2 범위이다. 따라서, 폴리올레핀류와 같은 소수성 고분자들보다는 극성기를 많이 갖는 친수성 고분자들이 더 사용될 수 있다. 상기 용해도 지수가 15 MPa1/2 미만 및 45 MPa1/2를 초과할 경우, 통상적인 전지용 액체 전해액에 의해 팽윤(swelling)되기 어려울 수 있기 때문이다.In addition to the above-described functions, the binder polymer may have a characteristic that can exhibit a high degree of swelling of the electrolyte by being gelled upon impregnation of the liquid electrolyte. Accordingly, the solubility index of the binder polymer, that is, the Hildebrand solubility parameter (Hildebrand solubility parameter) is in the range of 15 to 45 MPa 1/2 or 15 to 25 MPa 1/2 and 30 to 45 MPa 1/2 . Therefore, hydrophilic polymers having many polar groups may be used more than hydrophobic polymers such as polyolefins. This is because when the solubility index is less than 15 MPa 1/2 and more than 45 MPa 1/2 , it may be difficult to swell with a conventional battery liquid electrolyte.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 바인더 고분자는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-trifluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-테트라플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-tetrafluoropropylene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리에틸헥실아크릴레이트(polyetylexyl acrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸헥실아크릴레이트(ethylhexyl acrylate)와 메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate)의 공중합체, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 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) 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. In one specific embodiment of the present invention, the binder polymer is polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene , Polyvinylidene fluoride-co-trifluoropropylene, polyvinylidene fluoride-co-tetrafluoropropylene, polymethylmethacrylate, polyethyl Hexylacrylate (polyetylexyl acrylate), polybutylacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, ethylhexyl acrylate and methyl Copolymer of methacrylate, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyethylene oxide, polyarylate, cellulose acetate, cellulose acetate butylate (cellulose acetate butyrate), cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose ), Plululan, Kar Carboxyl methyl cellulose or a mixture of two or more of them.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 무기물 입자는 전기 화학적으로 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.In one specific embodiment of the present invention, the inorganic particles are not particularly limited as long as they are electrochemically stable. That is, the inorganic particles that can be used in the present invention are not particularly limited as long as they do not undergo oxidation and/or reduction reactions 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, ionic conductivity of the electrolyte may be improved by contributing to an increase in dissociation of electrolyte salts, such as lithium salts, in the liquid electrolyte.
전술한 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, SiO2, Y2O3, Al2O3, AlOOH, SiC 및 TiO2 또는 이들의 혼합체 등이 있다.For the aforementioned reasons, it is preferable that the inorganic particles include high dielectric constant inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more, preferably 10 or more. Non-limiting examples of inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more include 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(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), hafnia (HfO 2 ), SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , SiO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , AlOOH, SiC and TiO 2 or mixtures thereof.
또한, 무기물 입자로는 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자, 즉 리튬원소를 함유하되 리튬을 저장하지 아니하고 리튬 이온을 이동시키는 기능을 갖는 무기물 입자를 사용할 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 등과 같은 SiS2 계열 glass(LixSiySz, 0 < 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.In addition, as the inorganic particles, inorganic particles having lithium ion transfer ability, that is, inorganic particles containing lithium elements but having the function of moving lithium ions without storing lithium may be used. Non-limiting examples of inorganic particles having a lithium ion transfer ability are lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium titanium phosphate (Li x Ti y (PO 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y <3), Lithium aluminum titanium phosphate (Li x Al y Ti z (PO 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y <1, 0 <z <3), 14Li 2 O-9Al 2 O 3 -38TiO 2 -39P 2 (LiAlTiP)xOy-based glass such as O 5 (0 <x <4, 0 <y <13), lithium lanthanitanate (Li x La y TiO 3 , 0 <x <2, 0 <y <3), Li Lithium germanium thiophosphate (Li x Ge y P z S w , 0 <x <4, 0 <y <1, 0 <z <1, 0 <w <5), such as 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4 Lithium nitride (Li x N y , 0 <x <4, 0 <y <2), such as Li 3 N, SiS 2 series glass (Li x Si y S, such as Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2) P 2 S 5 series glass (Li x P y S z , 0 <x <3) such as z , 0 <x <3, 0 <y <2, 0 <z <4), LiI-Li 2 SP 2 S 5, etc. , 0< y <3, 0 <z <7) or mixtures thereof.
또한, 무기물 입자의 직경은 특별한 제한이 없으나 균일한 두께의 다공성 코팅층 형성 및 적절한 공극률을 위하여, 0.1㎛ 내지 1.5㎛ 범위인 것이 바람직하다. 0.1㎛ 미만인 경우 분산성이 저하될 수 있고, 1.5㎛를 초과하는 경우 형성되는 코팅층의 두께가 증가할 수 있다.In addition, the diameter of the inorganic particles is not particularly limited, but for the formation of a porous coating layer of uniform thickness and proper porosity, it is preferable to be in the range of 0.1 μm to 1.5 μm. If it is less than 0.1 μm, dispersibility may decrease, and when it exceeds 1.5 μm, the thickness of the coating layer formed may increase.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 무기물 입자와 바인더 고분자의 중량비는 예를 들어 20 : 80 내지 95 : 5, 상세하게는 70:30 내지 95:5이다. 바인더 고분자에 대한 무기물 입자의 함량비가 상기 범위를 만족하는 경우, 바인더 고분자의 함량이 많아지게 되어 형성되는 다공성 코팅층의 기공 크기 및 기공도가 감소되는 문제가 방지될 수 있고, 바인더 고분자 함량이 적기 때문에 형성되는 다공성 코팅층의 내필링성이 약화되는 문제도 해소될 수 있다. In one specific embodiment of the present invention, the weight ratio of the inorganic particles and the binder polymer is, for example, 20:80 to 95:5, and specifically 70:30 to 95:5. When the content ratio of the inorganic particles to the binder polymer satisfies the above range, the problem of reducing the pore size and porosity of the porous coating layer formed by increasing the content of the binder polymer can be prevented, and the binder polymer content is small. The problem that the peeling resistance of the formed porous coating layer is weakened can also be solved.
본 발명의 일 측면에 따른 분리막은 다공성 코팅층 성분으로 전술한 무기물 입자 및 고분자 이외에, 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다.The separator according to an aspect of the present invention may further include other additives in addition to the above-described inorganic particles and polymers as a porous coating layer component.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 다공성 코팅층의 두께는 1.5㎛ 내지 4.0 ㎛, 또는 2㎛ 내지 4 ㎛가 바람직하다. 분리막의 안전성을 확보하기 위해서는 다공성 코팅층 내 무기물 입자를 가능한 많이 포함시키는 것이 유리하다. 본 발명에서는 동일한 양의 무기물 입자를 포함시키면서도 다공성 코팅층의 두께가 얇기 때문에 다공성 코팅층의 충진 밀도가 높게 형성될 수 있다. 이에 따라 동일한 양의 무기물 입자를 가지면서 다공성 코팅층의 두께가 두꺼운 경우에 비해 전지 에너지 밀도가 향상될 수 있다. In one specific embodiment of the present invention, the thickness of the porous coating layer is preferably 1.5㎛ to 4.0㎛, or 2㎛ to 4㎛. In order to secure the safety of the separator, it is advantageous to include as many inorganic particles as possible in the porous coating layer. In the present invention, since the thickness of the porous coating layer is thin even though the same amount of inorganic particles is included, the filling density of the porous coating layer may be formed. Accordingly, the energy density of the battery may be improved as compared with the case where the porous coating layer has a thick thickness while having the same amount of inorganic particles.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 다공성 코팅층의 충진 밀도는 1 g/cc 내지 1.5 g/cc일 수 있다. 충진 밀도는 단위 면적당 코팅된 다공성 코팅층 형성용 슬러리의 도포량(g/m2)을 분리막의 총 두께에서 다공성 고분자 기재의 두께를 제외한 순수한 다공성 코팅층의 두께(㎛)로 나누어 산정할 수 있다. 충진 밀도로부터 다공성 코팅층이 균일한 기공을 갖는지 여부를 추정할 수 있다. 구체적으로, 충진 밀도는 일정 두께로 도포된 코팅층의 도포량을 나타내는 것으로, 충진 밀도가 높으면 균일한 기공을 가지며, 충진 밀도가 낮으면 불균일한 기공을 가질 확률이 높다. In one specific embodiment of the present invention, the filling density of the porous coating layer may be 1 g/cc to 1.5 g/cc. The filling density can be calculated by dividing the coating amount (g/m 2 ) of the slurry for forming the coated porous coating layer per unit area by the thickness (µm) of the pure porous coating layer excluding the thickness of the porous polymer substrate from the total thickness of the separator. It can be estimated from the filling density whether the porous coating layer has uniform pores. Specifically, the filling density indicates the application amount of the coating layer applied to a certain thickness, and when the filling density is high, it has uniform pores, and when the filling density is low, it is highly likely to have uneven pores.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 다공성 고분자 기재는 양극과 음극 사이의 전기적 접촉을 차단하면서 이온을 통과시키는 이온 전도성 배리어(porous ion-conducting barrier)로 내부에 복수의 기공이 형성된 기재를 의미한다. 상기 기공들은 상호간에 서로 연결된 구조로 되어 있어서 기재의 한쪽 면으로부터 다른 쪽 면으로 기체 또는 액체가 통과 가능한 것이다. In one specific embodiment of the present invention, the porous polymer substrate refers to a substrate having a plurality of pores formed therein as an ion conductive barrier that passes ions while blocking electrical contact between the positive electrode and the negative electrode. do. The pores are structured to be interconnected with each other, so that gas or liquid can pass from one side of the substrate to the other.
이러한 다공성 고분자 기재를 구성하는 재료는, 전기 절연성을 갖는 유기 재료 혹은 무기 재료 중 어느 것도 사용할 수 있다. 특히, 기재에 셧다운 기능을 부여하는 관점에서는, 기재의 구성 재료로서 열가소성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 여기에서, 셧다운 기능이란, 전지 온도가 높아졌을 경우에, 열가소성 수지가 용해하여 다공질 기재의 구멍을 폐쇄함으로써 이온의 이동을 차단하여, 전지의 열폭주를 방지하는 기능을 말한다. 열가소성 수지로서는, 융점 200 ℃ 미만의 열가소성 수지가 적당하며, 특히 폴리올레핀, 예를 들어 폴리에틸렌이 바람직하다.As the material constituting such a porous polymer substrate, either an organic material or an inorganic material having electrical insulation properties can be used. In particular, from the viewpoint of providing a shutdown function to the substrate, it is preferable to use a thermoplastic resin as a constituent material of the substrate. Here, the shutdown function refers to a function that prevents thermal runaway of the battery by blocking the movement of ions by melting the thermoplastic resin and closing the pores of the porous substrate when the battery temperature increases. As the thermoplastic resin, a thermoplastic resin having a melting point of less than 200°C is suitable, and particularly polyolefins, such as polyethylene, are preferred.
또한, 이외에도 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴레페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸렌나프탈렌과 같은 고분자 수지 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 상기 다공성 고분자 기재는 부직포 또는 다공성 고분자 필름 또는 이 중 둘 이상의 적층물 등이 있으나 특별히 여기에 한정되는 것이 아니다.In addition, polymer resins such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyether ether ketone, polyether sulfone, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, and polyethylene naphthalene. It may further include at least one of. The porous polymer substrate includes a nonwoven fabric or a porous polymer film, or a laminate of two or more of them, but is not particularly limited thereto.
구체적으로 상기 다공성 고분자 기재는 하기 a) 내지 e) 중 어느 하나인 것이다. Specifically, the porous polymer substrate is one of a) to e) below.
a) 고분자 수지를 용융/압출하여 성막한 다공성 필름,a) a porous film formed by melting/extruding a polymer resin,
b) 상기 a)의 다공성 필름이 2층 이상 적층된 다층막,b) a multilayer film in which two or more layers of the porous film of a) are laminated,
c) 고분자 수지를 용융/방사하여 얻은 필라멘트를 집적하여 제조된 부직포 웹,c) a nonwoven web produced by integrating filaments obtained by melting/spinning a polymer resin,
d) 상기 b)의 부직포 웹이 2층 이상 적층된 다층막,d) a multi-layer film in which two or more layers of the nonwoven web of b) are laminated
e) 상기 a) 내지 d) 중 둘 이상을 포함하는 다층 구조의 다공성 복합막.e) A porous composite membrane having a multi-layer structure comprising two or more of a) to d).
본 발명에 있어서, 상기 다공성 고분자 기재는 두께가 3㎛ 내지 15㎛ 또는 4㎛ 내지 15㎛, 또는 5㎛ 내지 12㎛인 것이 바람직하다. 이의 두께가 상기 수치에 미치지 못하는 경우에는 전도성 배리어의 기능이 충분하지 않으며, 반면에 상기 범위를 지나치게 초과하는 경우 (즉, 너무 두꺼우면) 분리막의 저항이 과도하게 증가할 수 있다. In the present invention, the porous polymer substrate is preferably 3㎛ to 15㎛ or 4㎛ to 15㎛, or 5㎛ to 12㎛ thickness. If the thickness does not reach the above value, the function of the conductive barrier is not sufficient, whereas when the range is excessively exceeded (ie, too thick), the resistance of the separator may be excessively increased.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 폴리올레핀의 중량 평균 분자량은 10만 내지 500만인 것이 바람직하다. 중량 평균 분자량이 10만보다 작으면, 충분한 역학 물성을 확보하는 것이 곤란해질 경우가 있다. 또한, 500만보다 커지면, 셧다운 특성이 나빠질 경우나, 성형이 곤란해질 경우가 있다. 또한, 상기 다공성 고분자 기재의 돌자(突刺) 강도는, 제조 수율을 향상시키는 관점에서, 300gf 이상일 수 있다. 다공질 고분자 기재의 돌자강도는 Kato tech KES-G5 핸디 압축시험기를 이용하여 바늘 선단의 곡률 반지름 0.5 mm, 돌자속도 2 mm/sec의 조건에서 돌자 시험을 수행해 측정하는 최대돌자하중(gf)을 가리킨다.In one embodiment of the present invention, the weight average molecular weight of the polyolefin is preferably 100,000 to 5 million. When the weight average molecular weight is less than 100,000, it may be difficult to secure sufficient mechanical properties. Moreover, when it is larger than 5 million, shutdown characteristics may be deteriorated or molding may be difficult. Further, the protruding strength of the porous polymer substrate may be 300 gf or more from the viewpoint of improving production yield. The puncture strength of the porous polymer substrate refers to the maximum puncture load (gf) measured by performing a puncture test under conditions of a radius of curvature of 0.5 mm at the tip of the needle and a puncture speed of 2 mm/sec using a Kato tech KES-G5 Handy Compression Tester.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 다공성 고분자 기재는 전기화학소자에 사용되는 평면상의 다공성 고분자 기재라면 모두 사용이 가능하며, 예컨대, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지며 기공 직경은 일반적으로 10nm 내지 100nm일 수 있다.In one specific embodiment of the present invention, the porous polymer substrate can be used as long as it is a planar porous polymer substrate used in an electrochemical device, for example, having high ion permeability and mechanical strength, and the pore diameter is generally 10 nm to It may be 100nm.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 다공성 고분자 기재는 용융온도 200℃ 미만의 열가소성 수지를 포함하며, 두께가 4㎛ 내지 15 ㎛이고, 기공도가 30% 내지 70% 일 수 있다. In one specific embodiment of the present invention, the porous polymer substrate includes a thermoplastic resin having a melting temperature of less than 200°C, a thickness of 4 μm to 15 μm, and a porosity of 30% to 70%.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 다공성 고분자 기재는 폴리올레핀계 다공성 고분자 기재일 수 있다. In one specific embodiment of the present invention, the porous polymer substrate may be a polyolefin-based porous polymer substrate.
이 후 상기 (S1) 단계의 결과물을 바인더 고분자에 대한 비용매를 포함하는 응고액에 침지시킨다(S2).Thereafter, the result of the step (S1) is immersed in a coagulating solution containing a non-solvent for the binder polymer (S2).
본 발명에서 비용매(non-solvent)란 25℃ 조건에서 상기 바인더 고분자를 5wt% 미만 용해시킬 수 있는 것이다. 즉, 전술한 바인더 고분자를 용해시키지 않는 용매를 의미하며, 상분리를 용이하게 하기 위해 사용된 용매와 혼화성이 있는 액체면 특별히 제안되지 않는다. In the present invention, a non-solvent is one capable of dissolving less than 5 wt% of the binder polymer at 25°C. That is, it means a solvent that does not dissolve the above-described binder polymer, and is not particularly proposed if it is a liquid compatible with the solvent used to facilitate phase separation.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 비용매는 물, 메탄올, 에탄올, 프로필알코올, 부틸알코올, 부탄디올, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 및 트리프로필렌글리콜 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. In one specific embodiment of the present invention, the non-solvent may include one or more selected from water, methanol, ethanol, propyl alcohol, butyl alcohol, butanediol, ethylene glycol, propylene glycol, and tripropylene glycol.
또한 비용매를 포함하는 응고액에 침지하는 단계에서 상분리 거동이 너무 급격한 경우 용매를 일부 혼합하여 상분리 속도를 조절할 수 있다. 구체적으로, 상분리는 비용매를 투입함에 따라 일어나며, 비용매 함량이 높을수록 상분리 키네틱스가 빨라지게 된다. In addition, if the phase separation behavior in the step of immersing in a coagulation solution containing a non-solvent is too rapid, the phase separation rate may be controlled by mixing some solvents. Specifically, the phase separation occurs as a non-solvent is input, and the higher the non-solvent content, the faster the phase separation kinetics.
이에 따라, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 응고액은 100 wt% 중 비용매의 함량이 60 wt% 이상, 70 wt% 이상, 또는 80 wt% 이상일 수 있다. 이와 같이 비용매의 함량을 제어함에 따라 다공성 고분자 기재와 다공성 코팅층 사이의 접착력을 일정 수치 이상으로 유지하면서도, 저항값이 낮은 분리막을 제공할 수 있다. Accordingly, in one specific embodiment of the present invention, the coagulation solution may have a non-solvent content of 100 wt% or more, 60 wt% or more, 70 wt% or more, or 80 wt% or more. Thus, by controlling the content of the non-solvent, while maintaining the adhesive strength between the porous polymer substrate and the porous coating layer above a certain value, it is possible to provide a separator having a low resistance value.
상기 비용매는 다공성 코팅층 형성을 위한 슬러리 내의 바인더 고분자의 상분리를 촉진시키기 때문에 바인더 고분자가 다공성 코팅층 표면부에 더 많이 존재하도록 한다. 이에 따라, 후술하는 건조 처리 후 분리막의 전극에 대한 결착성이 증대되므로 라미네이션이 용이해진다. The non-solvent promotes phase separation of the binder polymer in the slurry for forming the porous coating layer, so that the binder polymer is more present on the surface of the porous coating layer. Accordingly, after the drying treatment to be described later, the binding property of the separator to the electrode is increased, so that the lamination becomes easy.
한편, 본 발명의 일 실시양태에 있어서 상기 침지는 30 내지 100초, 또는 40 내지 90초로 제어될 수 있다. 침지 시간이 이러한 범위를 만족하는 경우에, 상분리가 과도하게 일어나 다공성 고분자 기재와 다공성 코팅층 간의 접착력이 저하되어 코팅층의 탈리가 발생되는 문제를 방지할 수 있고, 두께 방향으로 균일한 기공을 형성할 수 있다. Meanwhile, in one embodiment of the present invention, the immersion may be controlled to 30 to 100 seconds, or 40 to 90 seconds. When the immersion time satisfies this range, the phase separation occurs excessively and the adhesion between the porous polymer substrate and the porous coating layer is lowered, thereby preventing the problem of detachment of the coating layer and forming uniform pores in the thickness direction. have.
다음으로 상기 (S2) 단계의 결과물을 린스액에 투입 및 건조시키는 단계를 포함한다(S3).Next, the step of introducing and drying the resultant of the step (S2) into the rinse solution (S3).
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 린스액은 제조되는 분리막 내 잔류하는 용매를 제거하기 위한 것이다.In one specific embodiment of the present invention, the rinse liquid is for removing residual solvent in the produced separator.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 린스액은 비용매를 포함할 수 있다. 다만, 시간이 지남에 따라 분리막에서 제거된 일부 용매가 린스액 내에 잔류하게 됨에 따라, 비용매와 잔류된 용매를 혼합된 상태일 수 있다. In one specific embodiment of the present invention, the rinse liquid may include a non-solvent. However, as time passes, as some solvents removed from the separator remain in the rinse liquid, the non-solvent and the residual solvent may be mixed.
이에 따라, 상기 린스액은 비용매를 포함하며, 상기 린스액 100 wt% 중 비용매의 함량이 90 wt% 이상일 수 있다. Accordingly, the rinse liquid contains a non-solvent, and the content of the non-solvent in 100 wt% of the rinse liquid may be 90 wt% or more.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 린스액은 다단으로 설계하여 후단으로 갈수록 린스액 내에 잔류하는 용매의 양이 감소될 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다. In one specific embodiment of the present invention, it is preferable that the rinse liquid is designed in multiple stages so that the amount of the solvent remaining in the rinse liquid can be reduced toward the rear stage.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른 전기화학소자용 분리막의 제조방법은, 상기 (S1) 단계에서 슬러리 도포시 슬러리의 온도 및 상기 (S2) 단계에서 응고액 침지시 응고액의 온도 중 적어도 어느 하나를 20℃ 미만으로 제어하고, 상기 (S1) 단계에서 슬러리 도포시 슬러리의 온도 및 상기 (S2) 단계에서 응고액 침지시 응고액의 온도 중 적어도 어느 하나를, 상기(S3) 단계의 린스액 투입시의 린스액의 온도보다 5 ℃ 내지 25 ℃ 낮도록 제어하는 것이다. On the other hand, the method of manufacturing the separation membrane for an electrochemical device according to an aspect of the present invention, at least one of the temperature of the slurry when the slurry is applied in the step (S1) and the temperature of the coagulating solution when immersed in the step (S2) Is controlled to be less than 20° C., and at least one of the temperature of the slurry when the slurry is applied in the step (S1) and the temperature of the coagulating solution when the coagulant is immersed in the step (S2), the rinse solution in the step (S3) is introduced It is controlled so that it is 5 to 25 degreeC lower than the temperature of the rinse liquid of the city.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 (S1) 단계에서 슬러리 도포시 슬러리의 온도 및 상기 (S2) 단계에서 응고액 침지시 응고액의 온도 중 적어도 어느 하나를 5 ℃ 이상 내지 20 ℃ 미만, 또는 7 ℃ 내지 19 ℃ 또는 8 ℃ 내지 17 ℃로 제어할 수 있다. 이보다 낮은 온도에서는 비용매의 응결이 일어나 바람직하지 못하며, 이보다 높은 온도에서는 상분리가 급격하게 일어나 코팅층 구조가 치밀하지 못하여 본 발명에서 의도한 노드와 필라멘트로 이루어진 다공성 코팅층이 형성되지 못하고 일부 영역에서 바인더가 과도하게 밀집된 구조를 가지게 되어 저항 특성과 접착력 구현에 바람직하지 못하다.In a specific embodiment of the present invention, at least one of the temperature of the slurry when the slurry is applied in the step (S1) and the temperature of the coagulating solution when the coagulating solution is immersed in the step (S2) is 5°C or more to less than 20°C, Or it can be controlled to 7 ℃ to 19 ℃ or 8 ℃ to 17 ℃. At temperatures lower than this, non-solvent condensation occurs, which is undesirable, and at higher temperatures, phase separation occurs rapidly and the coating layer structure is not dense, so that a porous coating layer composed of the node and the filament intended in the present invention is not formed and the binder in some areas It has an excessively dense structure, which is undesirable for realizing resistance characteristics and adhesion.
또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 (S1) 단계에서 슬러리 도포시 슬러리의 온도 및 상기 (S2) 단계에서 응고액 침지시 응고액의 온도 중 적어도 어느 하나와, 상기(S3) 단계의 린스액 투입시의 린스액의 온도 차이를 5 ℃ 내지 25 ℃, 또는 6 ℃ 내지 23 ℃, 또는 8 ℃ 내지 10 ℃로 제어할 수 있다. In addition, in a specific embodiment of the present invention, at least one of the temperature of the slurry when the slurry is applied in the step (S1) and the temperature of the coagulating solution when the coagulating solution is immersed in the step (S2), and the step (S3) The temperature difference of the rinse liquid when the rinse liquid is injected can be controlled to 5°C to 25°C, or 6°C to 23°C, or 8°C to 10°C.
즉, 본 발명에서는 슬러리의 온도 및/또는 침지시 응고액의 온도를 린스액의 온도보다 낮도록 제어하는 것이다. That is, in the present invention, the temperature of the slurry and/or the temperature of the coagulating liquid during immersion is controlled to be lower than the temperature of the rinse liquid.
상기와 같이 온도를 제어하는 경우, 상분리 키네틱스가 느려져 본 발명에서 소망하고자 하는 다공성 코팅층 내 밀집 구조를 제조할 수 있다. When the temperature is controlled as described above, the phase separation kinetics is slowed to produce a dense structure in the porous coating layer desired in the present invention.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 (S3) 단계는 둘 이상의 복수의 린스액을 준비하고, 상기 (S2) 단계의 결과물을 각각의 린스액에 순차적으로 소정 시간 침지하는 방식으로 수행될 수 있다. 복수개의 린스액을 설계하는 경우, 비용매를 포함하는 린스액이 분리막으로부터 제거된 용매에 의해 오염되는 것을 감소시킬 수 있다. In one specific embodiment of the present invention, the step (S3) may be performed in a manner of preparing two or more rinsing liquids, and sequentially immersing the result of the step (S2) in each rinsing liquid for a predetermined time. have. When designing a plurality of rinse liquids, the rinse liquid containing non-solvent can be reduced from being contaminated by the solvent removed from the separation membrane.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 복수의 린스액을 준비하는 경우, 분리막을 최초 린스액 투입시의 최초 린스액의 온도는 상기 응고액 침지시 상기 응고액의 온도보다 높은 온도로 제어하고, 최후 린스액 투입시의 린스액의 온도는 건조로의 온도보다 낮은 온도로 제어할 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, when preparing a plurality of rinse liquid, the temperature of the first rinse liquid when the separator is first introduced is controlled to a temperature higher than the temperature of the coagulant when the coagulant is immersed, The temperature of the rinse liquid at the time of the last rinse liquid injection can be controlled to a temperature lower than that of the drying furnace.
구체적으로, 복수의 린스액을 준비하는 경우, 분리막을 최초 린스액 투입시의 최초 린스액의 온도는 상기 응고액 침지시 상기 응고액의 온도보다 5 내지 25 ℃ 높은 온도로 제어하고, 최후 린스액 투입시의 린스액의 온도는 건조로의 온도보다 20 내지 80 ℃ 낮은 온도로 제어할 수 있다. Specifically, when a plurality of rinse liquids are prepared, the temperature of the first rinse liquid when the separator is first introduced is controlled to a temperature of 5 to 25° C. higher than the temperature of the coagulant when immersed in the coagulant, and the final rinse liquid The temperature of the rinse liquid at the time of injection can be controlled to a temperature lower than that of the drying furnace by 20 to 80°C.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 복수의 린스액을 준비하는 경우, 최초 린스액에서 최후 린스액으로수록 린스액의 온도를 순차적으로 증가시키는 것이 바람직하다. In a specific embodiment of the present invention, when preparing a plurality of rinse liquid, it is preferable to sequentially increase the temperature of the rinse liquid from the initial rinse liquid to the last rinse liquid.
한편, 본 발명의 일 실시양태에 있어서 상기 침지는 30 내지 100초, 또는 40 내지 90초로 제어될 수 있다. 침지 시간이 이러한 범위를 만족하는 경우에, 상분리가 과도하게 일어나 다공성 고분자 기재와 다공성 코팅층간의 접착력이 저하되어 코팅층의 탈리가 발생되는 문제를 방지할 수 있고, 두께 방향으로 균일한 기공을 형성할 수 있다. Meanwhile, in one embodiment of the present invention, the immersion may be controlled to 30 to 100 seconds, or 40 to 90 seconds. When the immersion time satisfies this range, the phase separation occurs excessively and the adhesion between the porous polymer substrate and the porous coating layer is lowered, thereby preventing the problem of detachment of the coating layer and forming uniform pores in the thickness direction. have.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 (S3) 단계 이후에, 상기 (S3) 단계의 결과물을 어닐링조에서 어닐링하는 (S4) 단계를 더 포함할 수 있다. In one specific embodiment of the present invention, after the step (S3), the step of (S4) for annealing the result of the step (S3) in an annealing tank may be further included.
이 후, 린스액에 투입된 결과물을 건조함으로써 다공성 고분자 기재의 적어도 일측면 상에 다공성 코팅층을 형성할 수 있다. Thereafter, by drying the resultant input to the rinse solution, a porous coating layer may be formed on at least one side of the porous polymer substrate.
이 때, 다공성 코팅층 슬러리 내 포함된 용매는 린스액 단계에서 제거되며, 상기 건조 단계에서는 비용매를 제거하는 것일 수 있다. At this time, the solvent contained in the slurry of the porous coating layer is removed in the rinse step, and in the drying step, the non-solvent may be removed.
상기 건조는 건조 챔버(drying chamber)에서 수행될 수 있으며, 이 때 비용매 도포로 인해 건조 챔버의 조건은 특별히 제한되지 않는다. 이로써 다공성 코팅층 표면부가 그 하부보다 바인더 고분자를 더 많이 포함하는 상태가 되므로, 전술한 전극에 대한 결착력 등이 우수해지는 동시에, 다공성 코팅층은 전극 접착력을 나타내는 부분이 포함됨에도 불구하고 전체적으로 동일한 높이로 형성되므로 면방향으로 동일한 저항을 갖게 된다.The drying may be performed in a drying chamber, in which case the conditions of the drying chamber are not particularly limited due to non-solvent application. As a result, the surface portion of the porous coating layer contains more binder polymer than the lower portion thereof, so that the binding strength to the above-described electrode is excellent, and the porous coating layer is formed to have the same height as a whole despite the portion showing the electrode adhesion. It has the same resistance in the plane direction.
전술한 방법에 따라 제조된 분리막을 양극과 음극 사이에 개재시켜 라미네이팅하므로서 전기화학소자를 제조할 수 있다. 전기화학소자는 전기 화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구체적인 예를 들면, 모든 종류의 1차, 이차 전지, 연료 전지, 태양 전지 또는 수퍼 캐패시터 소자와 같은 캐퍼시터(capacitor) 등이 있다. 특히, 상기 2차 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.An electrochemical device may be manufactured by laminating the separator prepared according to the above-described method between the anode and the cathode. Electrochemical devices include all devices that undergo an electrochemical reaction, and specific examples include capacitors such as all types of primary, secondary cells, fuel cells, solar cells, or super capacitor devices. In particular, a lithium secondary battery including a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery is preferable among the secondary batteries.
본 발명의 분리막과 함께 적용될 양극과 음극의 전극은 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 전극활물질을 전극 집전체의 적어도 일면에 결착시킨 형태로 제조될 수 있다. The electrodes of the positive electrode and the negative electrode to be applied together with the separator of the present invention are not particularly limited, and may be manufactured in a form in which an electrode active material is attached to at least one surface of an electrode current collector according to a conventional method known in the art.
상기 전극활물질 중 양극활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학소자의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들을 조합한 리튬복합산화물을 사용하는 것이 바람직하다. As a non-limiting example of the positive electrode active material among the electrode active materials, a conventional positive electrode active material that can be used for the positive electrode of a conventional electrochemical device can be used, in particular lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron oxide, or combinations thereof. It is preferable to use one lithium composite oxide.
음극활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학소자의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite) 또는 기타 탄소류 등과 같은 리튬 흡착물질 등이 바람직하다. As a non-limiting example of the negative electrode active material, a conventional negative electrode active material that can be used for the negative electrode of a conventional electrochemical device can be used, in particular lithium metal or lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, Lithium adsorbents such as graphite or other carbons are preferred.
양극 집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극 집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.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, etc.
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 염이 프로필렌 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 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 또는 해리된 것이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.Electrolyte that may be used in the electrochemical device of the present invention is A + B - A salt of the structure, such as, A + comprises a Li +, Na +, an alkali metal cation or an ion composed of a combination thereof, such as K + B - 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 Carbonate (DPC), dimethylsulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethylcarbonate (EMC), gamma butyrolactone or these Dissolved or dissociated in an organic solvent consisting of a mixture of, but is not limited to this.
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 step in the battery manufacturing process, depending on the final product manufacturing process and required physical properties. That is, it may be applied before battery assembly or at the final stage of battery assembly.
한편, 본 발명의 다른 일 측면은 전술한 방법에 따라 수득되고, On the other hand, another aspect of the present invention is obtained according to the above-described method,
다공성 고분자 기재 및 상기 다공성 고분자 기재의 적어도 일면에 형성된 다공성 코팅층을 포함하는 분리막이며, A separator comprising a porous polymer substrate and a porous coating layer formed on at least one surface of the porous polymer substrate,
여기에서, 상기 다공성 코팅층은 무기물 입자와 바인더 고분자를 포함하고, Here, the porous coating layer includes inorganic particles and a binder polymer,
상기 다공성 코팅층이 무기물 입자 및 상기 무기물 입자 표면의 적어도 일부를 피복하는 바인더 고분자를 포함하는 하나 이상의 노드(node)와 상기 노드의 바인더 고분자에서 실(thread) 모양으로 형성되어 나온 하나 이상의 필라멘트를 포함하며, 하나의 노드로부터 연장된 하나 이상의 필라멘트가 형성되어 있고, 상기 필라멘트들은 어느 하나의 노드와 다른 노드를 연결하는 방식으로 배치되어 있는 것인, 전기화학소자용 분리막을 제공한다. The porous coating layer includes at least one node including a binder polymer covering at least a portion of the inorganic particles and the surface of the inorganic particles and at least one filament formed in a thread shape from the binder polymer of the node, , One or more filaments extending from one node are formed, and the filaments are disposed in a manner of connecting one node to another node, thereby providing a separator for an electrochemical device.
본 발명에 있어서, 상기 분리막은 상기 다공성 고분자 기재의 일측 표면에 형성된 다공성 코팅층을 포함하여 구성된 것이다. 상기 다공성 코팅층은 무기물 입자, 및 바인더 고분자를 포함하는 것이다. In the present invention, the separator is composed of a porous coating layer formed on one surface of the porous polymer substrate. The porous coating layer includes inorganic particles and a binder polymer.
구체적으로 상기 다공성 코팅층은 무기물 입자, 및 상기 무기물 입자의 표면의 일부 또는 전부에 위치하여 상기 무기물 입자 입자 사이를 연결 및 고정시키는 바인더 고분자를 포함한다. Specifically, the porous coating layer includes inorganic particles and a binder polymer positioned on a part or all of the surface of the inorganic particles to connect and fix the particles between the inorganic particles.
또한, 상기 다공성 코팅층은 상기 바인더 고분자에 의하여 상기 무기물 입자 중 선택된 적어도 하나 이상의 입자가 충진되어 서로 연결되어 있고, 이로 인하여 상기 바인더 고분자 및 상기 입자들 사이에 인터스티셜 볼륨(interstitial volume)이 형성되며, 상기 바인더 고분자 및 상기 입자들 사이의 인터스티셜 볼륨이 빈 공간이 되어 형성된 기공을 가지는 것이다. In addition, the porous coating layer is filled with at least one or more particles selected from among the inorganic particles by the binder polymer and connected to each other, thereby forming an interstitial volume between the binder polymer and the particles. , The interstitial volume between the binder polymer and the particles becomes an empty space to have pores formed.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 무기물 입자들은 입자형 바인더 고분자에 의해 표면의 전부 또는 적어도 일부가 코팅되어 있으며 상기 바인더 고분자를 매개로 하여 면결착 및/또는 점결착되어 있다.In one embodiment of the present invention, the inorganic particles are all or at least partially coated on the surface by the particulate binder polymer and are surface-bonded and/or point-bonded via the binder polymer.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 다공성 코팅층의 평균 기공 크기는 20nm 내지 1,000nm인 것이다. 상기 범위 내에서 상기 다공성 코팅층의 평균 기공 크기는 800nm 이하, 또는 500nm 이하일 수 있으며, 이와 독립적으로 또는 이와 함께 20nm 이상, 50nm 이상, 또는 100nm 이상일 수 있다. 예를 들어 상기 다공성 코팅층의 평균 기공 크기는 20nm 내지 800nm인 것이다. 상기 기공의 크기는 SEM 이미지를 통한 형상 분석으로부터 산출될 수 있다. 기공의 크기가 상기 범위 보다 작은 경우 코팅층 내 입자형 바인더 고분자의 팽창으로 기공이 폐색되기 쉬우며, 기공의 크기가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 절연막으로서의 기능이 어렵고 이차 전지 제조 후 자가방전 특성이 악화되는 문제가 있다. In one embodiment of the present invention, the average pore size of the porous coating layer is 20nm to 1,000nm. Within the above range, the average pore size of the porous coating layer may be 800 nm or less, or 500 nm or less, and independently or together, may be 20 nm or more, 50 nm or more, or 100 nm or more. For example, the average pore size of the porous coating layer is 20nm to 800nm. The size of the pores can be calculated from shape analysis through SEM images. When the size of the pores is smaller than the above range, the pores are likely to be blocked due to the expansion of the particulate binder polymer in the coating layer, and when the size of the pores is outside the above range, the function as an insulating film is difficult, and the self-discharge characteristics after the production of the secondary battery deteriorate. there is a problem.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 다공성 코팅층의 기공도는 30% 내지 80%가 바람직하다. 기공도가 30% 이상이면 리튬 이온의 투과성 측면에서 유리하며, 기공도가 80% 이하이면, 표면 개구율이 너무 높지 않아 분리막과 전극간 접착력을 확보하는데 적합하다. In one embodiment of the present invention, the porosity of the porous coating layer is preferably 30% to 80%. When the porosity is 30% or more, it is advantageous in terms of permeability of lithium ions, and when the porosity is 80% or less, the surface opening ratio is not too high, which is suitable for securing adhesion between the separator and the electrode.
한편, 본 발명에 있어서, 기공도와 기공의 크기는 질소 등의 흡착 기체를 이용하여 BEL JAPAN사의 BELSORP (BET 장비)를 이용하여 측정하거나 수은 압입법(Mercury intrusion porosimetry) 또는 캐필러리 흐름 측정방법(capillary flow porosimetry)과 같은 방법으로 측정될 수 있다. 또는 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 수득된 코팅층의 두께와 무게를 측정하여 이를 코팅층의 이론 밀도로부터 기공도를 계산할 수 있다. On the other hand, in the present invention, the porosity and the size of the pores are measured using a BELSORP (BET equipment) of BEL JAPAN using adsorption gas such as nitrogen or mercury intrusion porosimetry or capillary flow measurement method ( capillary flow porosimetry). Alternatively, in one embodiment of the present invention, porosity can be calculated from the theoretical density of the coating layer by measuring the thickness and weight of the obtained coating layer.
상기 다공성 코팅층의 두께는 다공성 고분자 기재의 편면에서 1.5㎛ 내지 4.0 ㎛가 바람직하다. 상기 수치 범위 내에서 전극과의 접착력이 우수하고 그 결과 전지의 셀 강도가 증가되며, 전지의 사이클 특성 및 저항 특성의 측면에서 유리하다. The thickness of the porous coating layer is preferably 1.5 μm to 4.0 μm on one side of the porous polymer substrate. Within the above numerical range, the adhesive strength with the electrode is excellent, and as a result, the cell strength of the battery is increased, which is advantageous in terms of the cycle characteristics and resistance characteristics of the battery.
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.Hereinafter, examples will be described in detail to specifically describe the present invention. However, the embodiments according to the present invention can be modified in many different 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 more fully describe the present invention to those skilled in the art.
실시예 1Example 1
1) 음극 제조 1) Cathode production
음극 활물질로서 인조 흑연, 도전재로서 카본 블랙, 분산제로서 카르복시메틸셀룰로오스, 바인더 고분자로서 스타이렌 부타디엔 고무와 아크릴계 공중합체의 혼합물 (Zeon, BM-L301)을 95.8:1:1.2:2의 중량비로 물과 혼합하여 음극 슬러리를 제조하였다. 제조된 음극 슬러리를 50 ㎛의 두께로 구리 호일(Cu-foil) 위에 코팅하여 얇은 극판의 형태로 만든 후 135 ℃에서 3시간 이상 건조시킨 후 압연(pressing)하여 음극을 제조하였다.Artificial graphite as a negative electrode active material, carbon black as a conductive material, carboxymethyl cellulose as a dispersing agent, and a mixture of styrene butadiene rubber and an acrylic copolymer (Zeon, BM-L301) as a binder polymer in a weight ratio of 95.8:1:1.2:2 And mixed to prepare a negative electrode slurry. The prepared negative electrode slurry was coated on a copper foil (Cu-foil) to a thickness of 50 μm to form a thin electrode plate, dried at 135° C. for 3 hours or more, and then pressed to prepare a negative electrode.
2) 양극 제조 2) Anode manufacturing
양극활물질로서 LiCoO2, 도전재로서 카본 블랙, 바인더 고분자로서 폴리비닐리덴 플루오라이드를 각각 97.0 : 1.5 : 1.5 의 중량비로 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)과 혼합하여 양극 슬러리를 제조하였다. 제조된 양극 슬러리를 양극 집전체로서 20 ㎛ 두께의 알루미늄 호일에 3.1 mAh/㎠의 용량으로 코팅하여 양극을 제조하였다.A positive electrode slurry was prepared by mixing LiCoO 2 as a positive electrode active material, carbon black as a conductive material, and polyvinylidene fluoride as a binder polymer with N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) in a weight ratio of 97.0:1.5:1.5, respectively. . The prepared positive electrode slurry was coated on a 20 μm thick aluminum foil as a positive electrode current collector with a capacity of 3.1 mAh/cm 2 to prepare a positive electrode.
3) 분리막의 제조 3) Preparation of separator
용매 N-메틸-2-피롤리돈에 무기물 입자로서 Al2O3(Sumitomo社, AES11)를 분산시키고, 바인더 고분자로서 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(Solvay社, Solef 21510)를 용해시켜 다공성 코팅층 형성용 슬러리를 제조하였다. 이 때, 무기물 입자와 바인더 고분자의 중량비는 65 : 35 이었다. 제조된 다공성 코팅층 형성용 슬러리를 닥터 블레이드를 이용하여 두께 9 ㎛ 폴리에틸렌계 다공성 고분자 기재(W scope社, WL11B, 통기시간 150초/100cc)의 일면에 도포하였다. 슬러리 도포시 슬러리의 온도는 15 ℃이었다. Al 2 O 3 (Sumitomo, AES11) is dispersed as an inorganic particle in a solvent N-methyl-2-pyrrolidone, and polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (Solvay, Solef 21510) is dissolved as a binder polymer. To prepare a slurry for forming a porous coating layer. At this time, the weight ratio of the inorganic particles and the binder polymer was 65:35. The prepared slurry for forming a porous coating layer was applied to one surface of a 9 μm thick polyethylene-based porous polymer substrate (W scope, WL11B, aeration time 150 seconds/100 cc) using a doctor blade. The temperature of the slurry when applying the slurry was 15°C.
이후, 상기 결과물을 비용매인 물을 포함하는 응고액에 침지시켰다. 이 때, 응고액의 온도는 상온(25 ℃) 이었다. 또한 응고액에서 N-메틸-2-피롤리돈과 물의 중량비는 1 : 9 이었다. 후, 상기 결과물을 비용매로서 물을 포함하는 린스액 1 내지 3에 순차적으로 투입하였다. 이 때, 린스액의 온도는 상온(25 ℃)이었으며, 응고액과 린스액 내 체류시간의 총합은 105 초 이었다. 이후, 건조로로서 오븐(oven)을 이용하여 75℃의 온도 조건에서 건조 처리하여 최종적으로 전기화학소자용 분리막을 제조하였다. Thereafter, the resultant was immersed in a coagulating solution containing non-solvent water. At this time, the temperature of the coagulating liquid was room temperature (25°C). In addition, the weight ratio of N-methyl-2-pyrrolidone and water in the coagulation solution was 1:9. Then, the resultant was sequentially added to rinse solutions 1 to 3 containing water as a non-solvent. At this time, the temperature of the rinse liquid was room temperature (25°C), and the total residence time in the coagulating liquid and the rinse liquid was 105 seconds. Thereafter, a drying process was performed at a temperature of 75° C. using an oven as a drying furnace to finally prepare a separator for an electrochemical device.
4) 리튬 이차 전지의 제조4) Preparation of lithium secondary battery
상기에서 제조된 양극과 음극 사이에 분리막을 개재시켜 80 ℃에서 100kgf 하중으로 라미네이션하여 단위셀을 제작하였다. 이를 파우치에 삽입하고 1M의 LiPF6가 에틸렌카보네이트(EC)/에틸메틸카보네이트 (EMC)/디에틸렌카보네이트(DEC)의 3/5/2(부피비) 혼합용매에 용해된 유기전해액을 각각 주입한 후 파우치를 진공 밀봉한 후 활성화 과정을 거쳐 리튬이차전지를 완성하였다.A unit cell was manufactured by laminating with a 100 kgf load at 80° C. by interposing a separator between the positive electrode and the negative electrode prepared above. After inserting this into the pouch, 1M of LiPF 6 was injected with an organic electrolyte dissolved in a 3/5/2 (volume ratio) mixed solvent of ethylene carbonate (EC)/ethyl methyl carbonate (EMC)/diethylene carbonate (DEC), respectively. After the pouch was vacuum sealed, the lithium secondary battery was completed through an activation process.
실시예 2 Example 2
다공성 코팅층 형성용 슬러리 도포시의 슬러리의 온도를 25 ℃로 제어하고, 응고액 침지시 응고액의 온도를 17℃로 제어한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬이차전지를 제조하였다. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the temperature of the slurry at the time of coating the slurry for forming the porous coating layer was controlled to 25°C, and the temperature of the coagulation solution was controlled to 17°C when immersed in the coagulation solution.
실시예 3 Example 3
다공성 코팅층 형성용 슬러리 도포시의 슬러리의 온도를 25 ℃로 제어하고, 응고액 침지시 응고액의 온도를 17℃로 제어하며, 린스액 1과 2의 온도를 각각 40℃로 제어하고, 린스액 3의 온도를 45 ℃로 제어하고, 응고액/린스액 체류 시간을 70 sec로 제어한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬이차전지를 제조하였다. When applying the slurry for forming the porous coating layer, the temperature of the slurry is controlled to 25°C, the temperature of the coagulating solution is controlled to 17°C when the coagulant is immersed, and the temperature of the rinsing solutions 1 and 2 is controlled to 40°C, respectively. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the temperature of 3 was controlled at 45°C and the residence time of the coagulation/rinse solution was controlled to 70 sec.
실시예 4 Example 4
다공성 코팅층 형성용 슬러리 도포시의 슬러리의 온도를 25 ℃로 제어하고, 응고액 침지시 응고액의 온도를 17 ℃로 제어하며, 린스액 1과 2의 온도를 각각 25℃로 제어하고, 린스액 3의 온도를 30 ℃로 제어하고, 응고액 내 N-메틸-2-피롤리돈과 물의 중량비는 2 : 8로 제어한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬이차전지를 제조하였다. When applying the slurry for forming the porous coating layer, the temperature of the slurry is controlled to 25°C, and when the coagulant is immersed, the temperature of the coagulation solution is controlled to 17°C, and the temperature of the rinse liquids 1 and 2 is respectively controlled to 25°C, and the rinse liquid is applied. A lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that the temperature of 3 was controlled to 30° C., and the weight ratio of N-methyl-2-pyrrolidone and water in the coagulation solution was controlled to 2:8. .
실시예 5Example 5
응고액 내 N-메틸-2-피롤리돈과 물의 중량비를 4 : 6으로 제어한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법으로 리튬이차전지를 제조하였다. A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 4, except that the weight ratio of N-methyl-2-pyrrolidone and water in the coagulation solution was controlled to 4:6.
비교예 1Comparative Example 1
다공성 코팅층 형성용 슬러리 도포시의 슬러리의 온도, 응고액 침지시 응고액의 온도, 린스액 1 내지 3의 온도를 모두 25 ℃로 제어한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬이차전지를 제조하였다. Lithium secondary charging in the same manner as in Example 1, except that the temperature of the slurry when applying the slurry for forming the porous coating layer, the temperature of the coagulating liquid when immersed in the coagulant, and the temperature of the rinsing solutions 1 to 3 were all controlled to 25°C. Paper was prepared.
비교예 2 내지 3 Comparative Examples 2 to 3
다공성 코팅층 형성용 슬러리 도포시의 슬러리의 온도, 응고액 침지시 응고액의 온도, 린스액 1 내지 3의 온도를 표 1과 같이 제어한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬이차전지를 제조하였다. Lithium secondary charging in the same manner as in Example 1, except that the temperature of the slurry when applying the slurry for forming the porous coating layer, the temperature of the coagulating liquid when immersed in the coagulant, and the temperature of the rinse solutions 1 to 3 were controlled as shown in Table 1. Paper was prepared.
실험예Experimental Example
실시예 1 내지 5 및 비교예 1에 따른 리튬이차전지를 이용하여 다음과 같이 성능을 테스트하였다. 이에 대한 결과는 표 1에 나타내었다. Performance was tested as follows using the lithium secondary batteries according to Examples 1 to 5 and Comparative Example 1. Table 1 shows the results.
응고액 농도 조절Lowering the coagulation temperature,
Coagulant concentration control
응고액 농도 조절Lowering the coagulation temperature,
Coagulant concentration control
비교예 1은 슬러리, 응고액, 린스액의 온도를 상온(25 ℃으로 유지한 경우이다. Comparative Example 1 is a case where the temperature of the slurry, the coagulating liquid, and the rinsing liquid is maintained at room temperature (25°C).
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 5의 경우에는 응고액, 린스액의 온도를 상온으로 유지한 경우에 비해 접착력이 약 2배 이상 향상되었다. 또한, 저항 측면에서 실시예 1 내지 5는 비교예 1과 동등 또는 유사하거나 그 이하의 수치를 나타내었다. As can be seen from Table 1, in the case of Examples 1 to 5, the adhesive strength was improved by about 2 times or more compared to the case where the temperature of the coagulating and rinsing liquid was maintained at room temperature. In addition, Examples 1 to 5 in terms of resistance exhibited a value equal to or less than or equal to Comparative Example 1.
한편, 충진 밀도로부터 다공성 코팅층이 균일한 기공을 갖는지 여부를 추정할 수 있다. 구체적으로, 충진 밀도는 일정 두께로 도포된 코팅층의 도포량을 나타내는 것으로, 충진 밀도가 높으면 균일한 기공을 가지며, 충진 밀도가 낮으면 불균일한 기공을 가질 확률이 높다.On the other hand, it can be estimated whether the porous coating layer has uniform pores from the filling density. Specifically, the filling density indicates the application amount of the coating layer applied to a certain thickness, and when the filling density is high, it has uniform pores, and when the filling density is low, it is highly likely to have uneven pores.
이로부터, 실시예 1 내지 5는 비교예 1에 비해 높은 충진 밀도를 가지며, 이로부터 실시예 1 내지 5의 다공성 코팅층이 균일한 기공을 형성함을 확인할 수 있었다. From this, it was confirmed that Examples 1 to 5 have a higher filling density than Comparative Example 1, from which the porous coating layers of Examples 1 to 5 form uniform pores.
비교예 2는 슬러리의 온도 및 응고액의 온도가 20 ℃ 이상이며, 슬러리의 온도 및 응고액의 온도와 린스액의 온도 차이가 5 ℃ 미만인 경우이다. 이 경우, 과도한 상분리로 인하여 전극과의 접착력(Lami Strength)가 떨어지며, 충진 밀도도 실시예에 비해 낮아 불균일한 기공을 가지는 것을 확인할 수 있었다. In Comparative Example 2, the temperature of the slurry and the temperature of the coagulating liquid were 20°C or higher, and the difference between the temperature of the slurry and the temperature of the coagulating liquid and the rinse liquid was less than 5°C. In this case, it was confirmed that due to excessive phase separation, the adhesive strength with the electrode (Lami Strength) was lowered, and the filling density was also lower than in the example, and thus had uneven pores.
비교예 3은 슬러리의 온도 및 응고액의 온도가 20 ℃ 이상인 경우이다. 이 경우 슬러리의 온도와 응고액의 온도가 모두 린스액의 온도보다 높거나 동일해, 전극과의 접착력이 현저히 떨어지며, 충진 밀도도 실시예에 비해 낮아 불균일한 기공을 가지는 것을 확인할 수 있었다. Comparative Example 3 is a case where the temperature of the slurry and the temperature of the coagulating solution are 20°C or higher. In this case, it was confirmed that both the temperature of the slurry and the temperature of the coagulating liquid were higher than or equal to the temperature of the rinse liquid, and the adhesive strength with the electrode was remarkably lower, and the filling density was also lower than that of the example, and had uneven pores.
(1) 접착력 측정 방법(1) Adhesion measuring method
실시예 1-1)과 동일한 방법으로 음극을 제조하고, 15mm X 100mm 크기로 재단하여 준비하였다. 실시예 및 비교예에서 제조된 분리막을 15mm X 100mm 크기로 재단하여 준비하였다. 준비된 분리막과 음극을 서로 겹친 뒤 100㎛의 PET 필름 사이에 끼운 후 평판 프레스를 사용하여 접착시켰다. 이때, 평판 프레스기의 조건은 90 ℃의 8.5MPa의 압력으로 1초 동안 가열하였다. 접착된 분리막과 음극의 말단부를 UTM 장비(LLOYD Instrument LF Plus)에 장착 후 측정 속도 300mm/min으로 180°로 힘을 가해 음극과 음극에 대향된 분리막의 최외각면(접착층 또는 다공성 코팅층)이 박리되는 데 필요한 힘을 측정하였다.In the same manner as in Example 1-1), a negative electrode was prepared, cut to a size of 15 mm X 100 mm, and prepared. The separators prepared in Examples and Comparative Examples were prepared by cutting to a size of 15 mm X 100 mm. After the prepared separator and the cathode overlapped each other, they were sandwiched between 100 µm PET films, and then bonded using a flat plate press. At this time, the conditions of the flat plate press were heated for 1 second at a pressure of 8.5 MPa at 90°C. The outermost surface of the separator (adhesive layer or porous coating layer) is peeled off by attaching the ends of the bonded separator and the cathode to the UTM equipment (LLOYD Instrument LF Plus) and applying a force of 180° at a measurement speed of 300 mm/min. The force required to be measured was measured.
(2) 전지 저항 평가 방법(2) Battery resistance evaluation method
실시예 및 비교예에서 제조된 리튬 이차전지의 AC 저항을 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 이 때, AC 저항은 Hioki로 1KHz에서의 저항을 측정한 값이다.AC resistance of the lithium secondary battery prepared in Examples and Comparative Examples was measured, and the results are shown in Table 1. At this time, the AC resistance is a value measured at 1KHz with Hioki.
(3) 충진 밀도 측정 방법 (3) Measuring method of filling density
충진 밀도는 단위 면적당 코팅된 다공성 코팅층 형성용 슬러리의 도포량(g/m2)을 분리막의 총 두께에서 다공성 고분자 기재의 두께를 제외한 순수한 다공성 코팅층의 두께(㎛)로 나누어서 산정할 수 있으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.The filling density can be calculated by dividing the coating amount (g/m 2 ) of the slurry for forming a coated porous coating layer per unit area by dividing the total thickness of the membrane by the thickness (µm) of the pure porous coating layer excluding the thickness of the porous polymer substrate, and as a result Table 1 shows.
Claims (19)
(S2) 상기 (S1) 단계의 결과물을 바인더 고분자에 대한 비용매를 포함하는 응고액에 침지시키는 단계; 및
(S3) 상기 (S2) 단계의 결과물을 린스액에 투입 및 건조시키는 단계를 포함하며,
상기 (S1) 단계에서 슬러리 도포시 슬러리의 온도 및 상기 (S2) 단계에서 응고액 침지시 응고액의 온도 중 적어도 어느 하나를 20℃ 미만으로 제어하고,
상기 (S1) 단계에서 슬러리 도포시 슬러리의 온도 및 상기 (S2) 단계에서 응고액 침지시 응고액의 온도 중 적어도 어느 하나를, 상기(S3) 단계의 린스액 투입시의 린스액의 온도보다 5 ℃ 내지 25 ℃ 낮도록 제어하는 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법.
(S1) applying a slurry for forming a porous coating layer comprising inorganic particles, a binder polymer, and a solvent for the binder polymer on at least one surface of the porous polymer substrate;
(S2) immersing the result of the step (S1) in a coagulating solution containing a non-solvent for the binder polymer; And
(S3) and the step of introducing and drying the result of the step (S2) in the rinse solution,
At least one of the temperature of the slurry when the slurry is applied in the step (S1) and the temperature of the coagulating solution when the coagulating solution is immersed in the step (S2) is controlled to be less than 20°C,
At least one of the temperature of the slurry when the slurry is applied in the step (S1) and the temperature of the coagulating solution when the coagulant is immersed in the step (S2) is 5 than the temperature of the rinse solution when the rinse solution is added in the step (S3). A method of manufacturing a separation membrane for an electrochemical device, which is controlled to be low to 25°C.
상기 (S1) 단계에서 슬러리 도포시 슬러리의 온도 및 상기 (S2) 단계에서 응고액 침지시 응고액의 온도 중 적어도 어느 하나를 5 ℃ 이상 20 ℃ 미만으로 제어하는 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법.
According to claim 1,
It is to control at least any one of the temperature of the slurry when the slurry is applied in the step (S1) and the temperature of the coagulating solution when the coagulating solution is immersed in the step (S2) to 5°C or more and less than 20°C. Manufacturing method.
상기 (S1) 단계에서 슬러리 도포시 슬러리의 온도 및 상기 (S2) 단계에서 응고액 침지시 응고액의 온도 중 적어도 어느 하나와, 상기(S3) 단계의 린스액 투입시의 린스액의 온도 차이를 15 ℃ 내지 25 ℃로 제어하는 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법.
According to claim 1,
The temperature difference between at least one of the temperature of the slurry when the slurry is applied in the step (S1) and the temperature of the coagulating solution when the coagulant is immersed in the step (S2), and the temperature difference between the rinse solution when the rinse solution is added in the step (S3). The method of manufacturing a separation membrane for an electrochemical device, which is controlled at 15°C to 25°C.
상기 용매는 25℃ 조건에서 바인더 고분자를 10wt% 이상 용해시킬 수 있는 것으로서, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸아세트아미드 및 디메틸포름아미드 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법.
According to claim 1,
The solvent is capable of dissolving 10 wt% or more of the binder polymer at 25° C., and includes at least one selected from N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylacetamide, and dimethylformamide. Manufacturing method of the separation membrane.
상기 비용매는 25℃ 조건에서 바인더 고분자를 5wt% 미만 용해시킬 수 있는 것으로서, 물, 메탄올, 에탄올, 프로필알코올, 부틸알코올, 부탄디올, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 및 트리프로필렌글리콜 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법.
According to claim 1,
The non-solvent is capable of dissolving less than 5 wt% of the binder polymer at 25°C, and includes one or more selected from water, methanol, ethanol, propyl alcohol, butyl alcohol, butanediol, ethylene glycol, propylene glycol, and tripropylene glycol. That is, a method of manufacturing a separation membrane for an electrochemical device.
상기 응고액은 응고액 100 wt% 중 비용매의 함량이 60 wt% 이상인 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법.
According to claim 1,
The coagulation solution is a method of manufacturing a separator for an electrochemical device, wherein the content of the non-solvent is 100 wt% or more in 100 wt% of the coagulation solution.
상기 린스액은 비용매를 포함하며, 상기 린스액 100 wt% 중 비용매의 함량이 90 wt% 이상인 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법.
According to claim 1,
The rinse liquid contains a non-solvent, the content of the non-solvent in 100 wt% of the rinse liquid is 90 wt% or more, the method of manufacturing a separator for an electrochemical device.
상기 (S3) 단계는 둘 이상의 복수의 린스액을 준비하고, 상기 (S2) 단계의 결과물을 각각의 린스액에 순차적으로 소정 시간 침지하는 방식으로 수행되는 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법.
According to claim 1,
The step (S3) is a method of preparing a separator for an electrochemical device, in which a plurality of rinsing liquids are prepared, and the result of the step (S2) is sequentially immersed in each rinsing liquid for a predetermined time. .
상기 복수의 린스액 중 최초 린스액의 온도는 상기 응고액 침지시 상기 응고액의 온도보다 높은 온도로 제어하고, 최후 린스액의 온도는 건조 온도보다 낮은 온도로 제어하는 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법.
The method of claim 8,
The temperature of the first rinse liquid among the plurality of rinse liquids is controlled to a temperature higher than the temperature of the coagulating liquid when the coagulant is immersed, and the temperature of the last rinse liquid is controlled to a temperature lower than the drying temperature. Method of manufacturing a separator.
상기 복수의 린스액은 최초 린스액에서 최후 린스액으로 갈수록 린스액의 온도를 순차적으로 증가시킨 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법.
The method of claim 8,
The plurality of rinsing liquid is a method of manufacturing a separator for an electrochemical device, in which the temperature of the rinsing liquid is sequentially increased from the first rinsing liquid to the last rinsing liquid.
상기 (S3) 단계 이후에, 상기 (S3) 단계의 결과물을 어닐링조에서 어닐링하는 (S4) 단계를 더 포함하는 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법.
According to claim 1,
After the step (S3), further comprising the step (S4) of annealing the result of the step (S3) in an annealing tank, the method of manufacturing a separation membrane for an electrochemical device.
상기 다공성 고분자 기재는 용융온도 200℃ 미만의 열가소성 수지를 포함하며, 두께가 4㎛ 내지 15 ㎛이고, 기공도가 30% 내지 70%인 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법.
According to claim 1,
The porous polymer substrate includes a thermoplastic resin having a melting temperature of less than 200°C, a thickness of 4 µm to 15 µm, and a porosity of 30% to 70%, which is a method for manufacturing a separator for an electrochemical device.
상기 다공성 코팅층의 두께는 1.5㎛ 내지 4.0㎛이고, 상기 다공성 코팅층의 충진 밀도는 1 g/cc 내지 1.5 g/cc인 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법.
According to claim 1,
The thickness of the porous coating layer is 1.5㎛ to 4.0㎛, the filling density of the porous coating layer is 1 g / cc to 1.5 g / cc, the manufacturing method of the separator for an electrochemical device.
상기 무기물 입자는 전기화학소자의 작동 전압 범위(Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이며, 입자의 평균입경(D50)이 0.1㎛ 내지 2.5㎛인 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조 방법.
According to claim 1,
The inorganic particles do not undergo oxidation and/or reduction reactions in the operating voltage range of the electrochemical device (0 to 5 V based on Li/Li+), and the average particle diameter (D50) of the particles is 0.1 μm to 2.5 μm, Method of manufacturing a separator for an electrochemical device.
상기 바인더 고분자는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-trifluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-테트라플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-tetrafluoropropylene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리에틸헥실아크릴레이트(polyetylexyl acrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸헥실아크릴레이트(ethylhexyl acrylate)와 메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate)의 공중합체, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 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) 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는, 전기화학소자용 분리막의 제조방법.
According to claim 1,
The binder polymer is polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene, polyvinylidene fluoride-trifluoro Propylene (polyvinylidene fluoride-co-trifluoropropylene), polyvinylidene fluoride-co-tetrafluoropropylene, polymethylmethacrylate, polyethylhexyl acrylate, polybutyl Copolymer of acrylate (polybutylacrylate), polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, ethylhexyl acrylate and methyl methacrylate , Ethylene vinyl acetate copolymer, poly(ethylene oxide), polyarylate, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate Cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, cyluanoethylsucrose, flululan, carboxyl Methyl cellulose thyl cellulose) or a mixture of two or more of them, a method of manufacturing a separator for an electrochemical device.
상기 무기물 입자와 바인더 고분자의 중량비는 20 : 80 내지 95 : 5인 것인, 전기화학소자용 분리막의 제조방법.
According to claim 1,
The weight ratio of the inorganic particles and the binder polymer is 20:80 to 95:5, the method of manufacturing a separator for an electrochemical device.
다공성 고분자 기재 및 상기 다공성 고분자 기재의 적어도 일면에 형성된 다공성 코팅층을 포함하는 분리막이며,
여기에서, 상기 다공성 코팅층은 무기물 입자와 바인더 고분자를 포함하고,
상기 다공성 코팅층이 무기물 입자 및 상기 무기물 입자 표면의 적어도 일부를 피복하는 바인더 고분자를 포함하는 하나 이상의 노드(node)와 상기 노드의 바인더 고분자에서 실(thread) 모양으로 형성되어 나온 하나 이상의 필라멘트를 포함하며, 하나의 노드로부터 연장된 하나 이상의 필라멘트가 형성되어 있고, 상기 필라멘트들은 어느 하나의 노드와 다른 노드를 연결하는 방식으로 배치되어 있는 것인, 전기화학소자용 분리막. Obtained according to the method of any one of claims 1 to 16,
A separator comprising a porous polymer substrate and a porous coating layer formed on at least one surface of the porous polymer substrate,
Here, the porous coating layer includes inorganic particles and a binder polymer,
The porous coating layer includes at least one node including a binder polymer covering at least a portion of the inorganic particles and the surface of the inorganic particle and at least one filament formed in a thread shape from the binder polymer of the node, , One or more filaments extending from one node are formed, and the filaments are arranged in a way that connects one node to another node.
상기 다공성 코팅층의 두께는 2㎛ 내지 4 ㎛이고, 상기 다공성 코팅층의 충진 밀도는 1 g/cc 내지 1.5 g/cc인 것인, 전기화학소자용 분리막.
The method of claim 17,
The thickness of the porous coating layer is 2㎛ to 4㎛, the filling density of the porous coating layer is 1 g / cc to 1.5 g / cc, separation membrane for electrochemical devices.
상기 분리막이 제17항에 기재된 전기화학소자용 분리막인 것인, 전기화학소자. In the electrochemical device comprising an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode,
The separator is an electrochemical device for the electrochemical device according to claim 17.
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