KR20210019305A - Separator for secondary battery, preparing method thereof, and secondary battery including the same - Google Patents

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Abstract

Provided are a separating film for a secondary battery, a manufacturing method thereof, and the secondary battery including the same. The separating film for a secondary battery has a porous substrate, a porous polyimide disposed on at least one surface of the porous substrate, and a coating film containing inorganic particles. In the coating film, a mixed volume ratio of the porous polyimide and the inorganic particles is 1 : 1.5 to 1 : 8.

Description

이차전지용 분리막, 그 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지 {Separator for secondary battery, preparing method thereof, and secondary battery including the same}Separator for secondary battery, manufacturing method thereof, and secondary battery including the same {Separator for secondary battery, preparing method thereof, and secondary battery including the same}

이차전지용 분리막, 그 제조방법, 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.It relates to a separator for a secondary battery, a method of manufacturing the same, and a secondary battery including the same.

리튬 이차전지로 대표되는 이차전지는 고에너지 밀도를 갖고 있고, 휴대전화나 노트북과 같은 휴대용 전자기기의 주요 전원으로서 광범위하게 보급되어 있다. 이러한 이차전지는 더 나은 고에너지 밀도화가 요구되고 있지만, 안전성의 확보가 기술적인 과제가 된다.A secondary battery represented by a lithium secondary battery has a high energy density and is widely used as a main power source for portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers. These secondary batteries are required to have higher energy density, but securing safety becomes a technical task.

이차전지는 내부 단락, 과충전, 과방전 등에 의한 발열로 인해 전해질 분해 반응과 열폭주 현상이 발생할 경우 전지 내부의 압력이 급격히 상승하여 전지의 폭발이 유발될 수 있다. In a secondary battery, when an electrolyte decomposition reaction and thermal runaway occur due to heat generation due to an internal short circuit, overcharging, or overdischarging, the internal pressure of the battery may rise rapidly, causing an explosion of the battery.

최근 전지의 경량화, 소형화 추세와 더불어 고용량 전지의 생산을 위해서는 분리막의 역할은 매우 중요하다. 전지의 안정성, 신뢰성과 더불어 고출력화, 고용량화 등 고성능화를 도모하기 위해서는 통기도 특성이 확보되면서 박막 코팅에도 내열성 및 안전성이 개선된 분리막이 요구되고 있다. The role of a separator is very important for the production of high-capacity batteries along with the recent trend of reducing battery weight and size. In order to achieve high performance, such as high output and high capacity, as well as stability and reliability of the battery, a separator having improved heat resistance and safety is required for thin film coating while securing air permeability characteristics.

한 측면은 통기도 특성이 확보되면서 내열성이 개선된 이차전지용 분리막을 제공하는 것이다.One aspect is to provide a separator for secondary batteries with improved heat resistance while securing air permeability characteristics.

다른 측면은 상술한 이차전지용 분리막을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a method of manufacturing the above-described separator for a secondary battery.

또 다른 측면은 상술한 분리막을 포함하여 안전성이 향상된 이차전지를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a secondary battery with improved safety including the above-described separator.

한 측면에 따라,According to one aspect,

다공성 기재 및 상기 다공성 기재의 적어도 일 면에 배치된 다공성 폴리이미드 및 무기 입자를 함유한 코팅막을 갖는 이차전지용 분리막이며,It is a separator for a secondary battery having a porous substrate and a coating film containing porous polyimide and inorganic particles disposed on at least one side of the porous substrate,

상기 코팅막에서 다공성 폴리이미드와 무기입자의 혼합중량비는 1:1.5 내지 1:8인 이차전지용 분리막이 제공된다.In the coating film, a mixture weight ratio of the porous polyimide and the inorganic particles is 1:1.5 to 1:8, a separator for a secondary battery is provided.

다른 측면에 따라 다공성 기재의 적어도 일 면 상에 다공성 폴리이미드, 무기 입자 및 용매를 함유한 코팅막 형성용 조성물을 코팅 및 건조하여 코팅막을 형성하는 단계를 포함하며, According to another aspect, it includes the step of forming a coating film by coating and drying a composition for forming a coating film containing a porous polyimide, inorganic particles and a solvent on at least one surface of the porous substrate,

상기 코팅막에서 다공성 폴리이미드와 무기입자의 혼합중량비는 1:1.5 내지 1:8인 이차전지용 분리막의 제조방법이 제공된다.In the coating membrane, a mixing weight ratio of the porous polyimide and the inorganic particles is provided in a method of manufacturing a separator for a secondary battery of 1:1.5 to 1:8.

또 다른 측면에 따라 양극; 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 상술한 분리막을 포함하는 이차전지가 제공된다.Anode according to another aspect; cathode; And a secondary battery including the above-described separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.

일구현예에 따른 분리막을 이용하면, 통기도가 목적하는 범위내로 확보될 수 있고 박막의 코팅막을 채용하고서도 내열성 및 접착력이 개선된다. 이러한 분리막을 이용하면 셀 저항 증가 없이 안전성이 개선된 이차전지를 제조할 수 있다.When the separator according to an embodiment is used, air permeability can be ensured within a desired range, and heat resistance and adhesion are improved even when a thin coating film is employed. Using such a separator, it is possible to manufacture a secondary battery with improved safety without increasing cell resistance.

도 1은 일구현예에 따른 리튬이차전지의 구조를 나타낸 개략적인 도면이다.1 is a schematic diagram showing the structure of a lithium secondary battery according to an embodiment.

이하, 일구현예에 따른 분리막, 그 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지에 관하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, a separator according to an embodiment, a method of manufacturing the same, and a secondary battery including the same will be described in more detail.

다공성 기재 및 상기 다공성 기재의 적어도 일 면에 배치된 다공성 폴리이미드 및 무기 입자를 함유한 코팅막을 갖는 이차전지용 분리막이며, 상기 다공성 폴리이미드, 무기 입자 및 바인더를 함유한 코팅막에서 다공성 폴리이미드와 무기입자의 혼합중량비는 1:1.5 내지 1:8인 이차전지용 분리막이 제공된다.A separator for secondary batteries having a porous substrate and a coating film containing porous polyimide and inorganic particles disposed on at least one side of the porous substrate, and porous polyimide and inorganic particles in the coating film containing the porous polyimide, inorganic particles and binder. A mixture weight ratio of 1:1.5 to 1:8 is provided for a secondary battery separator.

전지용 분리막은 고용량화에 따라 통기도가 확보되면서 박막 코팅시에도 내열성 및 안전성이 확보된 분리막이 요구되고 있다.As the battery separator has high capacity, air permeability is secured, and heat resistance and safety are secured even when coating a thin film.

이에 본 발명자들은 분리막의 코팅막 형성시 다공성 폴리이미드를 이용하여 통기도가 확보되면서 내열성이 개선된 이차전지용 분리막에 대한 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have completed the present invention for a separator for a secondary battery having improved heat resistance while securing air permeability by using a porous polyimide when forming a coating film of the separator.

다공성 폴리이미드는 중량평균분자량이 300,000 내지 500,000이고, 기공도가 15 내지 50%이다. 다공성 폴리이미드는 비다공성 폴리이미드와 비교하여 용매 유무에 따른 휘발시 기공 생성 특성이 다르다. 이러한 다공성 폴리이미드를 이용하면 소망하는 통기도 특성을 확보할 수 있고 박막 두께를 갖는 코팅막을 갖는 경우에도 접착력, 저항 및 내열성이 우수한 분리막을 제조할 수 있다. The porous polyimide has a weight average molecular weight of 300,000 to 500,000, and a porosity of 15 to 50%. Porous polyimide differs in pore formation characteristics when volatilized according to the presence or absence of a solvent compared to non-porous polyimide. If such a porous polyimide is used, desired air permeability properties can be secured, and even when a coating film having a thin film thickness is provided, a separator having excellent adhesion, resistance and heat resistance can be manufactured.

본 발명에서 사용하는 다공성 폴리이미드는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.The porous polyimide used in the present invention may be a compound represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

화학식 1 중, X1은 산소(O), 황(S), 일산화황(SO), 이산화황(SO2) 및 셀레늄(Se)으로 이루어진 그룹에서 선택되고, 예를 들어 산소이고,In Formula 1, X 1 is selected from the group consisting of oxygen (O), sulfur (S), sulfur monoxide (SO), sulfur dioxide (SO 2 ), and selenium (Se), and is, for example, oxygen,

Ar1 및 Ar2는 하기 화학식 1-1로 표시되는 그룹 중에서 선택되며,Ar 1 and Ar 2 are selected from the group represented by the following formula 1-1,

[화학식 1-1][Formula 1-1]

Figure pat00002
Figure pat00002

화학식 1-1 중, R1 내지 R4는 서로 독립적으로 수소, 치환된 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기, 치환된 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴기, 치환된 또는 비치환된 C3C20의 헤테로아릴기, 치환된 또는 비치환된 C5 내지 C20의 지방족 고리, 할로겐 원자, 하이드록시기 또는 시아노기이고,In Formula 1-1, R 1 to R 4 are independently of each other hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C20 aryl group, a substituted or unsubstituted C3C20 A heteroaryl group, a substituted or unsubstituted C5 to C20 aliphatic ring, a halogen atom, a hydroxy group or a cyano group,

R5는 화학식 1-2로 표시되는 그룹 중에서 선택된 하나이고,R 5 is one selected from the group represented by Formula 1-2,

[화학식 1-2][Formula 1-2]

Figure pat00003
Figure pat00003

n은 10 내지 1,000의 정수, 예를 들어 15 내지 500의 정수, 예를 들어 20 내지 100의 정수이다.n is an integer of 10 to 1,000, for example an integer of 15 to 500, for example an integer of 20 to 100.

상기 화학식 1에서 X1은 산소(O)이고, Ar1 및 Ar2는 하기 화학식으로 표시되는 그룹이다.In Formula 1, X 1 is oxygen (O), and Ar 1 and Ar 2 are groups represented by the following formula.

Figure pat00004
Figure pat00004

화학식 중, R1 내지 R4는 서로 독립적으로 수소, C1 내지 C20의 알킬기, C6 내지 C20의 아릴기, 헤테로아릴기, C5 내지 C20의 지방족 고리, 할로겐 원자, 하이드록시기 또는 시아노기이다. In the formula, R 1 to R 4 are each independently hydrogen, a C1 to C20 alkyl group, a C6 to C20 aryl group, a heteroaryl group, a C5 to C20 aliphatic ring, a halogen atom, a hydroxy group, or a cyano group.

R5는 예를 들어 하기 화학식으로 표시되는 그룹이다.R 5 is, for example, a group represented by the following formula.

Figure pat00005
Figure pat00005

본 발명의 다공성 폴리이미드는 예를 들어 하기 화학식 2로 표시되는 고분자일 수 있다.The porous polyimide of the present invention may be, for example, a polymer represented by Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00006
Figure pat00006

화학식 2 중, n은 10 내지 1,000의 정수, 예를 들어 15 내지 500의 정수, 예를 들어 20 내지 100의 정수이다.In Formula 2, n is an integer of 10 to 1,000, for example, an integer of 15 to 500, for example, an integer of 20 to 100.

상기 화학식 2의 고분자는 공액(conjugated) 구조를 갖고 있고 이미드 결합(imide bond)의 강한 분자힘으로 인하여 내열성, 기계적 특성, 내약품성, 전기절연특성 등을 갖는다. The polymer of Formula 2 has a conjugated structure and has heat resistance, mechanical properties, chemical resistance, and electrical insulation properties due to the strong molecular force of the imide bond.

상기 화학식 1의 고분자는 일반적인 폴리이미드 합성법에 따라 제조될 수 있다.The polymer of Formula 1 may be prepared according to a general polyimide synthesis method.

상기 화학식 2의 고분자는 하기 반응식 1에 나타난 바와 같은 제조공정에 따라 제조될 수 있다.The polymer of Formula 2 may be prepared according to a manufacturing process as shown in Scheme 1 below.

[반응식 1][Scheme 1]

Figure pat00007
Figure pat00007

본 발명의 다공성 폴리이미드와 무기 입자를 함유한 코팅막은 무기입자를 함유하며, 코팅막에서 다공성 폴리이미드의 함량 및 무기입자와 다공성 폴리이미드의 혼합중량비는 분리막의 내열성, 통기도 및 접착력에 중요한 영향을 미칠 수 있다. The coating film containing the porous polyimide and inorganic particles of the present invention contains inorganic particles, and the content of the porous polyimide in the coating film and the mixing weight ratio of the inorganic particles and the porous polyimide have an important effect on the heat resistance, air permeability and adhesion of the separator. I can.

본 발명의 분리막을 구성하는 코팅막에서 다공성 폴리이미드의 함량은 다공성 폴리이미드와 무기입자의 총중량을 기준으로 하여 10 내지 40 중량부이다. 다공성 폴리이미드의 함량이 상기 범위일 때 분리막의 내열성, 통기도 및 접착력이 우수하다.The content of the porous polyimide in the coating membrane constituting the separator of the present invention is 10 to 40 parts by weight based on the total weight of the porous polyimide and inorganic particles. When the content of the porous polyimide is within the above range, the separator has excellent heat resistance, air permeability, and adhesion.

본 발명의 코팅막 형성용 조성물에서 무기 입자의 함량은 코팅막 형성용 조성물 100 중량부(parts by weight)를 기준으로 하여 10 내지 20 중량부, 예를 들어 10 내지 15 중량부이다. 코팅막 형성용 조성물 100 중량부는 분리막의 총중량 100 중량부와 동일하다. 무기 입자의 함량이 상기 범위일 때 분리막에서 기공의 균일성이 우수하고 기계적 강도, 통기도 및 열안정성이 우수하다. The content of the inorganic particles in the composition for forming a coating film of the present invention is 10 to 20 parts by weight, for example 10 to 15 parts by weight, based on 100 parts by weight of the composition for forming a coating film. 100 parts by weight of the composition for forming a coating film is equal to 100 parts by weight of the total weight of the separator. When the content of the inorganic particles is within the above range, the uniformity of pores in the separator is excellent, and mechanical strength, air permeability, and thermal stability are excellent.

상기 무기입자의 평균입경은 0.1㎛ 이하이다.The average particle diameter of the inorganic particles is 0.1 μm or less.

코팅막에서 다공성 폴리이미드와 무기입자의 혼합부피비는 1:1.5 내지 1:8, 예를 들어 1:1.5 내지 1:4, 예를 들어 1:2 내지 1:3.5. 예를 들어 1:2.5 내지 1:3이다. 만약 무기입자에 대한 다공성 폴리이미드의 함량이 상기 범위보다 많이 사용되면 분리막의 통기도가 상승되고 접착력이 저하되어 내열성 확보가 어렵게 될 수 있다. The mixing volume ratio of the porous polyimide and inorganic particles in the coating film is 1:1.5 to 1:8, for example 1:1.5 to 1:4, for example 1:2 to 1:3.5. For example, 1:2.5 to 1:3. If the content of the porous polyimide for the inorganic particles is greater than the above range, the air permeability of the separator is increased and the adhesion is lowered, making it difficult to secure heat resistance.

상기 코팅막에서 다공성 폴리이미드와 무기입자의 혼합부피비는 1:4 초과 내지 1:8인 경우에는 폴리비닐리덴플루오라이드 및 아크릴계 고분자중에서 선택된 하나 이상의 바인더를 더 포함할 수 있다. 폴리비닐리덴플루오라이드 및 아크릴계 고분자중에서 선택된 하나 이상의 바인더의 함량은 다공성 폴리이미드 100 중량부를 기준으로 하여 50 내지 150 중량부이다. 바인더의 함량이 상기 범위일 때 다공성 기재에 대한 코팅막의 접착력이 우수하다.In the case where the mixing volume ratio of the porous polyimide and the inorganic particles in the coating film is greater than 1:4 to 1:8, at least one binder selected from polyvinylidene fluoride and an acrylic polymer may be further included. The content of at least one binder selected from polyvinylidene fluoride and acrylic polymer is 50 to 150 parts by weight based on 100 parts by weight of porous polyimide. When the content of the binder is within the above range, the adhesion of the coating film to the porous substrate is excellent.

아크릴계 고분자는 예를 들어 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리이소부티메타크릴레이트 등을 들 수 있다.Examples of the acrylic polymer include polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polybutyl methacrylate, and polyisobutymethacrylate.

본 발명의 분리막의 코팅막 제조시 일반적인 바인더를 더 사용할 수 있다.When preparing the coating film of the separator of the present invention, a general binder may be further used.

상기 바인더는 예를 들어 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 또는 그 조합물을 들 수 있다.The binder is, for example, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene. -Propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber, fluorine rubber, or combinations thereof.

상기 무기입자는 뵈마이트, 알루미나, 알루미늄 옥시하이드로사이드(AlOOH), 지르코니아, 이트리아, 세리아, 마그네시아, 티타니아, 실리카, 탄화알루미늄, 탄화티탄, 탄화텅스텐, 질화 붕소, 질화 알루미늄. 탄산칼슘, 황산바륨, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 또는 그 조합물이다. The inorganic particles are boehmite, alumina, aluminum oxyhydroside (AlOOH), zirconia, yttria, ceria, magnesia, titania, silica, aluminum carbide, titanium carbide, tungsten carbide, boron nitride, aluminum nitride. Calcium carbonate, barium sulfate, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, or combinations thereof.

상기 무기입자의 크기는 0.1㎛ 이상, 예를 들어 0.1 내지 10 ㎛, 예를 들어 1 내지 5㎛이다. 그리고 상기 분리막의 기공도는 10 내지 95%, 예를 들어 35 내지 50%이고, 기공의 크기는 0.01 내지 50㎛이다. 본 명세서에서 "무기 입자의 크기"는 무기 입자가 구형인 경우에는 평균직경을 나타내고 무기 입자가 비구형인 경우에는 장축 길이를 나타낸다. 무기입자의 크기는 입자 사이즈 측정기를 이용하거나 또는 전자주사현미경 등을 이용하여 측정 가능하다. 그리고 본 명세서에서 "기공의 크기"는 기공이 구형인 경우에는 직경을 나타내고 기공이 비구형인 경우에는 장축 길이를 나타낸다.The size of the inorganic particles is 0.1 μm or more, for example 0.1 to 10 μm, for example 1 to 5 μm. And the porosity of the separator is 10 to 95%, for example, 35 to 50%, and the size of the pores is 0.01 to 50㎛. In the present specification, "the size of the inorganic particles" indicates the average diameter when the inorganic particles are spherical and the long axis length when the inorganic particles are non-spherical. The size of the inorganic particles can be measured using a particle size measuring device or an electron scanning microscope. In the present specification, "the size of the pores" indicates the diameter when the pores are spherical, and indicates the length of the major axis when the pores are non-spherical.

상기 무기 입자는 구형, 판상 등의 형태를 가질 수 있다.The inorganic particles may have a spherical shape or a plate shape.

상기 분리막의 기공도는 10 내지 95%, 예를 들어 30 내지 80%, 예를 들어 35 내지 50%이고, 분리막에서 기공의 크기는 0.01 내지 50㎛이다. 상기 분리막의 총두께는 예를 들어 10 내지 20㎛, 예를 들어 14 내지 20㎛이다. 상기 분리막의 두께는 14 내지 20㎛이다. The porosity of the separator is 10 to 95%, for example 30 to 80%, for example 35 to 50%, and the size of the pores in the separator is 0.01 to 50 μm. The total thickness of the separator is, for example, 10 to 20 µm, for example, 14 to 20 µm. The thickness of the separator is 14 to 20 μm.

일구현예에 따른 분리막의 통기도는 170 내지 280 sec/100cc, 예를 들어 170 내지 250 sec/100cc이고, 수축률은 20 내지 50%이고, 접착력은 2.5 내지 4.0g/mm이고, 저항은 13 내지 20 (Ω·cm2)이다.The air permeability of the separator according to an embodiment is 170 to 280 sec/100cc, for example 170 to 250 sec/100cc, the shrinkage rate is 20 to 50%, the adhesive strength is 2.5 to 4.0 g/mm, and the resistance is 13 to 20 (Ω·cm 2 ).

상기 분리막의 통기도는 JIS P 8117에 따라 측정 가능하다. 예를 들어 서로 다른 10 개의 지점에서 재단한 10 개의 시편을 제작한 다음, 통기도 측정 장치 (아사히 세이코 사)를 사용하여 상기 각 시편에서 직경 1 인치의 원형 면적의 분리막이 100 cc의 공기를 투과시키는 데에 걸리는 평균 시간을 각각 다섯 차례씩 측정한 다음 평균값을 계산하여 통기도를 측정한다.The air permeability of the separator can be measured according to JIS P 8117. For example, after making 10 specimens cut at 10 different points, a separator with a circular area of 1 inch in diameter permeates 100 cc of air in each of the specimens by using an air permeability measuring device (Asahi Seiko). Measure the air permeability by measuring the average time it takes five times each, and then calculating the average value.

본 발명의 분리막의 통기도가 상기 범위일 때 분리막에 형성된 기공이 충분히 개방됨으로써, 이온전도도가 우수하고 전지 출력 및 전지 성능을 향상시킬 수 있다. When the air permeability of the separator of the present invention is within the above range, the pores formed in the separator are sufficiently opened, so that ionic conductivity is excellent, and battery output and battery performance can be improved.

본 발명의 분리막을 채용하면 통기도가 확보되면서 열적 특성이 확보되면서 안전성이 보다 개선된 이차전지를 제조할 수 있다.By employing the separator of the present invention, it is possible to manufacture a secondary battery with improved safety while securing air permeability and securing thermal properties.

다른 측면에 일구현예에 따른 분리막의 제조방법이 제공된다.In another aspect, a method of manufacturing a separator according to an embodiment is provided.

먼저 다공성 기재의 적어도 일 면 상에 다공성 폴리이미드, 무기 입자 및 용매를 함유한 코팅막 형성용 조성물을 코팅 및 건조하여 코팅막을 형성한다.First, a coating film is formed by coating and drying a composition for forming a coating film containing a porous polyimide, inorganic particles, and a solvent on at least one surface of a porous substrate.

상기 코팅막 형성용 조성물은 폴리비닐리덴플루오라이드 및 아크릴계 고분자중에서 선택된 하나 이상의 바인더를 더 포함할 수 있다. 이러한 바인더를 더 코팅막 형성용 조성물에 부가하면 다공성 기재에 대한 코팅막의 접착력이 더 향상될 수 있다.The composition for forming a coating film may further include one or more binders selected from polyvinylidene fluoride and acrylic polymers. If such a binder is further added to the coating film-forming composition, the adhesion of the coating film to the porous substrate may be further improved.

상기 건조는 예를 들어 25 내지 100℃에서 실시된다. The drying is carried out, for example, at 25 to 100°C.

상기 제조방법에 따라 얻어진 코팅막을 갖는 분리막은 비다공성 폴리이미드, 비용매 또는 빈용매(non-solvent), 무기입자를 이용하여 다공성 코팅막이 형성된 분리막과 비교하여 셀에서의 저항이 감소되고, 불량률이 줄어든다. The separator having a coating film obtained according to the above manufacturing method has a reduced resistance in the cell and a defect rate compared to a separator in which a porous coating film is formed using non-porous polyimide, non-solvent or non-solvent, and inorganic particles. Decreases.

본 발명의 분리막에서 코팅막의 기공도는 40 내지 50%이다. 코팅막의 기공도가 상기 범위일 때 분리막의 통기도가 우수하다.In the separation membrane of the present invention, the porosity of the coating membrane is 40 to 50%. When the porosity of the coating film is within the above range, the air permeability of the separator is excellent.

또 다른 측면에 따라, 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 상술한 분리막을 포함하는 이차전지가 제공된다. According to another aspect, there is provided a secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and the above-described separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.

상기 이차전지는 예를 들어 리튬 금속 이차전지, 리튬 이온 이차전지, 리튬 폴리머 이차전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차전지 등과 같은 리튬이차전지일 수 있다.The secondary battery may be, for example, a lithium secondary battery such as a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, or a lithium ion polymer secondary battery.

이차전지는 본 발명의 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 방법을 사용하여 제조할 수 있다. The secondary battery can be manufactured using a method commonly used in the technical field of the present invention.

양극 및 음극은 집전체상에 양극 활물질층 형성용 조성물 및 음극 활물질층 형성용 조성물을 각각 도포 및 건조하여 제작된다. The positive electrode and the negative electrode are prepared by coating and drying a composition for forming a positive electrode active material layer and a composition for forming a negative electrode active material layer on a current collector, respectively.

상기 양극 활물질 형성용 조성물은 양극 활물질, 도전제, 바인더 및 용매를 혼합하여 제조되는데, 상기 양극 활물질로서 일구현예에 따른 양극 활물질을 이용한다.The composition for forming a positive electrode active material is prepared by mixing a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, and a solvent, and the positive electrode active material according to the embodiment is used as the positive electrode active material.

상기 바인더는, 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 비제한적인 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다. The binder is a component that aids in the binding between the active material and the conductive agent and the bond to the current collector, and non-limiting examples include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, and hydrogen. Roxypropylcellulose, recycled cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber, fluorine rubber, And various copolymers.

상기 도전제로는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본계 물질; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본; 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. The conductive agent is not particularly limited as long as it does not cause chemical change in the battery and has conductivity, and examples thereof include graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Carbon fluoride; Metal powders such as aluminum and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.

상기 용매의 비제한적 예로서, N-메틸 2-피롤리돈 등을 사용한다.As a non-limiting example of the solvent, N-methyl 2-pyrrolidone and the like are used.

상기 바인더, 도전제 및 용매의 함량은 통상적인 수준이다.The content of the binder, the conductive agent and the solvent is at a conventional level.

상기 양극 집전체는 3 내지 500 ㎛의 두께로서, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 열처리 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The positive electrode current collector has a thickness of 3 to 500 μm, and is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes to the battery. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, heat-treated carbon, Alternatively, a surface-treated aluminum or stainless steel surface with carbon, nickel, titanium, silver, or the like may be used. The current collector may increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on its surface, and various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and nonwoven fabrics are possible.

이와 별도로, 음극 활물질, 바인더, 도전제 및 용매를 혼합하여 음극 활물질층 형성용 조성물을 준비한다.Separately, a negative active material, a binder, a conductive agent, and a solvent are mixed to prepare a composition for forming a negative active material layer.

상기 음극 활물질은 비제한적인 예로서, 흑연, 탄소와 같은 탄소계 재료, 리튬 금속, 그 합금, 실리콘 옥사이드계 물질 등을 사용할 수 있다. As a non-limiting example, the negative active material may be a carbon-based material such as graphite or carbon, a lithium metal, an alloy thereof, or a silicon oxide-based material.

상기 바인더, 도전제 및 용매는 양극 제조시와 동일한 종류의 물질을 사용할 수 있다.The binder, the conductive agent, and the solvent may be made of the same type of material as in manufacturing the positive electrode.

상기 음극 집전체로는, 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 열처리 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 μm. Such a negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery, for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, heat-treated carbon, copper or stainless steel. For the surface treatment with carbon, nickel, titanium, silver, etc., aluminum-cadmium alloys, etc. may be used. In addition, like the positive electrode current collector, it is possible to enhance the bonding strength of the negative electrode active material by forming fine irregularities on the surface thereof, and may be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and nonwoven fabrics.

상기 과정에 따라 제작된 양극과 음극 사이에 일구현예에 따른 분리막을 개재하여 이차전지를 제조할 수 있다.A secondary battery may be manufactured by interposing a separator according to an exemplary embodiment between the positive electrode and the negative electrode manufactured according to the above process.

이차전지는 비수계 전해질을 포함한다. 비수계 전해질은 리튬염과, 비수계 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 중에서 선택된 하나 이상을 포함한다.The secondary battery contains a non-aqueous electrolyte. The non-aqueous electrolyte includes a lithium salt, and at least one selected from a non-aqueous electrolyte, an organic solid electrolyte, and an inorganic solid electrolyte.

상기 비수계 전해액으로는, 비제한적인 예를 들어, N-메틸 2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 감마-부티로 락톤, 1,2-디메톡시에탄, 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소란, N,N-포름아미드, N,N-디메틸포름아미드, 디옥소란, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소란 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous electrolyte include, but are not limited to, N-methyl 2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butyrolactone, 1,2- Dimethoxyethane, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, N,N-formamide, N,N-dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate , Methyl acetate, phosphoric acid tryester, trimethoxy methane, dioxolane derivative, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, ether, pyro An aprotic organic solvent such as methyl pionate and ethyl propionate may be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 비제한적인 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리불화비닐리덴 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include, but are not limited to, polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphoric acid ester polymers, polyester sulfides, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, and the like.

상기 무기 고체 전해질은 비제한적인 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등이 사용될 수 있다.The inorganic solid electrolyte may include, but is not limited to, Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 or the like may be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 비제한적인 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2) 2NLi, (FSO2)2NLi, 리튬클로로보레이트, 하기 화학식으로 표시되는 화합물, 그 혼합물 또는 그 조합물이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is soluble in the non-aqueous electrolyte, and is not limited to, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, (FSO 2 ) 2 NLi, lithium chloroborate, a compound represented by the following formula, a mixture thereof, or a combination thereof may be used.

Figure pat00008
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도 1은 일구현예에 따른 이차전지중 하나인 리튬이차전지의 대표적인 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view schematically showing a typical structure of a lithium secondary battery, which is one of the secondary batteries according to an embodiment.

도 1을 참조하여, 리튬이차전지 (100)는 양극 (40), 음극 (50) 및 분리막(10)를 포함한다. 상술한 양극 (40), 음극 (50) 및 분리막 (10)가 와인딩되거나 접혀서 얻어진 전극 조립체 (60)가 전지 케이스 (70)에 수용된다. 이어서, 상기 전지 케이스(25)에 전해액(미도시)이 주입되어 리튬이차전지가 완성된다. 상기 전지 케이스 (70)는 도 1에서는 각형 형태를 갖는다. 상기 리튬이차전지는 리튬이온전지일 수 있다. 상기 전극 조립체 (60)는 젤리 롤(jelly roll) 형태일 수 있다. 상기 전극 조립체는 복수개 적층되어 전지 팩을 형성하고, 이러한 전지팩이 고용 량 및 고출력이 요구되는 모든 기기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 노트북, 스마트 폰, 전기차량 등에 사용될 수 있다.Referring to FIG. 1, a lithium secondary battery 100 includes a positive electrode 40, a negative electrode 50, and a separator 10. The electrode assembly 60 obtained by winding or folding the positive electrode 40, the negative electrode 50, and the separator 10 described above is accommodated in the battery case 70. Subsequently, an electrolyte (not shown) is injected into the battery case 25 to complete a lithium secondary battery. The battery case 70 has a rectangular shape in FIG. 1. The lithium secondary battery may be a lithium ion battery. The electrode assembly 60 may be in the form of a jelly roll. A plurality of electrode assemblies may be stacked to form a battery pack, and such a battery pack may be used in all devices requiring high capacity and high output. For example, it can be used for laptop computers, smart phones, electric vehicles, and the like.

또한, 상기 리튬 이차 전지는 고온에서 저장 안정성, 수명특성 및 고율 특성이 우수하므로 전기차량(electric vehicle, EV)에 사용될 수 있다. 예를 들어, 플러그인하이브리드차량(plug-in hybrid electric vehicle, PHEV) 등의 하이브리드 차량에 사용될 수 있다.In addition, since the lithium secondary battery has excellent storage stability, life characteristics, and high rate characteristics at high temperatures, it can be used in an electric vehicle (EV). For example, it may be used in hybrid vehicles such as plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs).

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.The present invention will be described in more detail through the following examples and comparative examples. However, the examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

실시예Example 1: 분리막의 제조 1: Preparation of the separator

먼저, 다공성 폴리이미드(BSP-L6 (Unitika社,SP-L6U), 평균직경이 약 60nm인 알루미나(Al2O3) 및 용매인 N-메틸피롤리돈(NMP)을 혼합하여 코팅막 형성용 조성물을 제조하였다. 알루미나와 다공성 폴리이미드의 혼합중량비는 6:4(3:2)이다. 그리고 용매인 N-메틸피롤리돈(NMP)의 함량은 코팅막 형성용 조성물의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 60 중량부이다. 상기 다공성 폴리이미드의 중량평균분자량이 약 400,000이고, 기공도가 약 30%이고 하기 화학식 2로 표시된다.First, a composition for forming a coating film was prepared by mixing a porous polyimide (BSP-L6 (Unitika, SP-L6U), alumina (Al2O3) having an average diameter of about 60 nm) and a solvent, N-methylpyrrolidone (NMP). The mixing weight ratio of alumina and porous polyimide is 6:4 (3:2), and the content of N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent is 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the composition for forming a coating film. The porous polyimide has a weight average molecular weight of about 400,000, a porosity of about 30%, and is represented by the following formula (2).

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00012
Figure pat00012

화학식 2에서 n은 61이다.In Formula 2, n is 61.

폴리에틸렌막 상부에 상기 과정에 따라 얻은 코팅막 형성용 조성물을 코팅한 다음, 이를 110℃에서 10min 동안 건조하여 코팅막을 약 3um 두께로 형성하여 분리막을 제조하였다. The coating film-forming composition obtained according to the above process was coated on the top of the polyethylene film, and then dried at 110° C. for 10 minutes to form a coating film to a thickness of about 3 μm to prepare a separator.

실시예Example 2-3: 분리막의 제조 2-3: Preparation of separator

알루미나와 다공성 폴리이미드의 혼합중량비가 75:25(3:1), 80:20(4:1)로 변화된 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 분리막을 제조하였다.A separator was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the mixing weight ratio of alumina and porous polyimide was changed to 75:25 (3:1) and 80:20 (4:1).

실시예Example 4: 분리막의 제조 4: Preparation of the separator

코팅막 형성용 조성물 제조시 폴리비닐리덴플루오라이드를 더 부가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 분리막을 제조하였다. 여기에서 코팅막 형성용 조성물에서 알루미나, 다공성 폴리이미드 및 폴리비닐리덴플루오라이드의 혼합중량비는 80:10:10이었다.A separator was prepared in the same manner as in Example 1, except that polyvinylidene fluoride was further added when preparing the composition for forming a coating film. Here, the mixing weight ratio of alumina, porous polyimide, and polyvinylidene fluoride in the composition for forming a coating film was 80:10:10.

비교예Comparative example 1: 분리막의 제조 1: Preparation of the separator

코팅막 형성용 조성물 제조시 다공성 폴리이미드 대신 폴리이미드(국도화학 社, KDPL-1104)를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 분리막을 제조하였다. 폴리이미드의 중량평균분자량은 약 250,000이다.A separator was prepared in the same manner as in Example 1, except that polyimide (Kukdo Chemical Co., Ltd., KDPL-1104) was used instead of porous polyimide when preparing the composition for forming a coating film. The weight average molecular weight of polyimide is about 250,000.

비교예Comparative example 2: 분리막의 제조 2: Preparation of the separator

코팅막 형성용 조성물 제조시 다공성 폴리이미드 대신 폴리이미드(국도화학 社, KDPL-1104)를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일하게 실시하여 분리막을 제조하였다. 폴리이미드의 중량평균분자량은 약 250,000이다. A separator was prepared in the same manner as in Example 2, except that polyimide (Kukdo Chemical Co., Ltd., KDPL-1104) was used instead of the porous polyimide when preparing the composition for forming a coating film. The weight average molecular weight of polyimide is about 250,000.

비교예Comparative example 3: 분리막의 제조 3: Preparation of the separator

용매로서, 아세톤 70 중량부 및 비용매로서, 메탄올 30 중량부를 혼합한 혼합물 100 중량부에, 고분자 바인더로서, 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사풀루오로 프로필렌 (Kynar2751, Arkema社) 3 중량부를 첨가하여 50℃에서 약 12시간 이상 용해시켜, 세퍼레이터 도포용 슬러리를 제조하였다.To 100 parts by weight of a mixture of 70 parts by weight of acetone and 30 parts by weight of methanol as a solvent, as a polymer binder, 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (Kynar2751, Arkema) was added. It dissolved at 50 degreeC for about 12 hours or more, and the slurry for separator coating was prepared.

상기 슬러리를 딥(dip) 코팅법으로, 두께 16㎛인 폴리에틸렌 다공성 막(C210, Celgard社)에 코팅하여 분리막을 제조하였다. 코팅 두께는 약 4㎛ 정도로 조절하였다.The slurry was coated on a polyethylene porous membrane (C210, Celgard) having a thickness of 16 μm by a dip coating method to prepare a separator. The coating thickness was adjusted to about 4 μm.

비교예Comparative example 4: 분리막의 제조 4: Preparation of the separator

코팅막 형성용 조성물에서 알루미나와 다공성 폴리이미드의 혼합중량비는 4:6(2:3)인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 분리막을 제조하였다.In the composition for forming a coating film, a separator was prepared in the same manner as in Example 1, except that the mixing weight ratio of alumina and porous polyimide was 4:6 (2:3).

비교예 4에 따르면 알루미나에 대한 다공성 폴리이미드의 비율이 상대적으로 높을 경우 분리막의 접착력은 향상되지만 열수축률과 저항이 증가된 결과를 나타냈다. According to Comparative Example 4, when the ratio of the porous polyimide to alumina is relatively high, the adhesion of the separator is improved, but the heat shrinkage rate and resistance are increased.

제작예Production example 1: One: 리튬이차전지Lithium secondary battery 제조 Produce

상기 실시예 1의 분리막을 이용하여 후술하는 방법에 따라 리튬이차전지를 제조하였다.Using the separator of Example 1, a lithium secondary battery was manufactured according to the method described below.

LiNi0 . 33Co0 . 33Mn0 . 33O2 97.45중량%, 도전재로서 인조흑연(SFG6, Timcal) 분말 0.5중량%, 카본블랙(Ketjenblack, ECP) 0.7중량%, 개질 아크릴로니트릴 고무(BM-720H, Zeon Corporation) 0.25중량%, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF, S6020, Solvay) 0.9중량%, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF, S5130, Solvay) 0.2중량%를 혼합하여 N-메틸-2-피롤리돈 용매에 투입한 후 기계식 교반기를 사용하여 30분간 교반하여 양극활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 닥터 블레이드를 사용하여 20㎛ 두께의 알루미늄 집전체 위에 약 60㎛ 두께로 도포하고 100℃의 열풍건조기에서 0.5시간 동안 건조한 후 진공, 120℃의 조건에서 4시간 동안 다시 한번 건조하고, 압연(roll press)하여 양극판을 제조하였다.LiNi 0 . 33 Co 0 . 33 Mn 0 . 33 O 2 97.45% by weight, 0.5% by weight of artificial graphite (SFG6, Timcal) powder as a conductive material, 0.7% by weight of carbon black (Ketjenblack, ECP), 0.25% by weight of modified acrylonitrile rubber (BM-720H, Zeon Corporation), After mixing 0.9% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF, S6020, Solvay) and 0.2% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF, S5130, Solvay) and adding it to the N-methyl-2-pyrrolidone solvent, a mechanical stirrer By stirring for 30 minutes to prepare a positive electrode active material slurry. The slurry was applied to a thickness of about 60 μm on an aluminum current collector having a thickness of 20 μm using a doctor blade, dried for 0.5 hours in a hot air dryer at 100° C., dried once again under vacuum and 120° C. for 4 hours, and rolled (roll press) to prepare a positive electrode plate.

상기 과정에 따라 제조된 슬러리를 닥터 블래이드를 사용하여 알루미늄 박상에 코팅하여 얇은 극판 형태로 만든 후, 이를 135℃에서 3시간 이상 건조시킨 후, 압연과 진공 건조 과정을 거쳐 양극을 제작하였다.The slurry prepared according to the above process was coated on an aluminum foil using a doctor blade to form a thin electrode plate, dried at 135° C. for 3 hours or more, and then subjected to rolling and vacuum drying processes to produce a positive electrode.

인조 흑연(BSG-L, Tianjin BTR New Energy Technology Co., Ltd.) 98중량%, 스티렌-부타디엔 고무(SBR)바인더(ZEON) 1.0중량% 및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC, NIPPON A&L) 1.0중량%를 혼합한 후 증류수에 투입하고 기계식 교반기를 사용하여 60분간 교반하여 음극활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 닥터 블레이드를 사용하여 두께가 10㎛인 구리 집전체 위에 약 60㎛ 두께로 도포하고 100℃의 열풍건조기에서 0.5시간 동안 건조한 후 진공, 120℃의 조건에서 4시간 동안 다시 한번 건조하고, 압연(roll press)하여 음극을 제조하였다.98% by weight of artificial graphite (BSG-L, Tianjin BTR New Energy Technology Co., Ltd.), 1.0% by weight of styrene-butadiene rubber (SBR) binder (ZEON), and 1.0% by weight of carboxymethylcellulose (CMC, NIPPON A&L) After mixing, the mixture was added to distilled water and stirred for 60 minutes using a mechanical stirrer to prepare a negative electrode active material slurry. The slurry was applied to a thickness of about 60 μm on a copper current collector having a thickness of 10 μm using a doctor blade, dried for 0.5 hours in a hot air dryer at 100° C., and dried again for 4 hours under vacuum and 120° C. conditions, The negative electrode was manufactured by rolling press.

전해액으로는 상기 전해액은 에틸렌카보네이트(EC)와 에틸메틸카보네이트(EMC)와 디메틸카보네이트(DMC)를 2:2:6의 중량비로 혼합한 용매에 용해된 1.5M LiPF6가 포함된 용액을 사용하였다.As the electrolyte, a solution containing 1.5M LiPF 6 dissolved in a solvent in which ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed in a weight ratio of 2:2:6 was used. .

상기 양극과 음극 사이에 실시예 1에 따라 얻은 분리막을 개재하고, 전해액을 주입하여 각형 리튬이차전지를 제작하였다.The separator obtained in Example 1 was interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte was injected to prepare a prismatic lithium secondary battery.

제작예Production example 2-4 2-4

실시예 1의 분리막 대신 실시예 2 내지 4의 분리막을 각각 이용한 것을 제외하고는, 제작예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬이차전지를 제작하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Preparation Example 1, except that the separators of Examples 2 to 4 were used instead of the separator of Example 1.

비교제작예Comparative Production Example 1-4 1-4

실시예 1의 분리막 대신 비교예 1 내지 4의 분리막을 각각 이용한 것을 제외하고는, 제작예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 리튬이차전지를 제작하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Preparation Example 1, except that the separators of Comparative Examples 1 to 4 were used instead of the separator of Example 1, respectively.

평가예Evaluation example 1: 통기도 1: ventilation

상기 실시예 1 내지 4, 비교예 1 내지 4에 따라 분리막 각각의 단위두께 통기도는 통기도 측정기(Asahi Seiko OKEN Type Air Permeation Tester: EGO1-55-1MR)를 이용하여 하기 방법에 따라 측정하였다. According to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4, the unit thickness air permeability of each separator was measured according to the following method using an air permeability meter (Asahi Seiko OKEN Type Air Permeation Tester: EGO1-55-1MR).

직경이 1 인치 (inch) 인 원이 들어갈 수 있는 크기로 서로 다른 10 개의 지점에서 재단한 10 개의 시편을 제작한 다음, 통기도 측정 장치인 ASAHI SEIKO OKEN TYPE Air Permeation Tester EG01-55-1MR (아사히 세이코 사)를 사용하여 상기 각 시편에서 공기 100 cc가 통과하는 시간을 측정하였다. 상기 시간을 각각 다섯 차례씩 측정한 다음 평균값을 계산하여 통기도를 측정하였다.After making 10 specimens cut at 10 different points to a size that can fit a circle with a diameter of 1 inch (inch), ASAHI SEIKO OKEN TYPE Air Permeation Tester EG01-55-1MR (Asahi Seiko G) was used to measure the time for 100 cc of air to pass through each of the specimens. Each of the above times was measured five times, and then the average value was calculated to measure the air permeability.

[통기도 측정 장치 세팅 조건] [Setting conditions for air permeability measurement device]

측정 압력: 0.05 mPa, 실린더 압력: 2.5 kg/㎠, 세팅 시간(set time): 10초 Measurement pressure: 0.05 mPa, cylinder pressure: 2.5 kg/㎠, set time: 10 seconds

1m 시편에 대하여 10㎝ 간격으로 10회 이상 측정하여 DATA의 평균을 기재하였다.The average of the data was recorded by measuring at least 10 times at 10cm intervals for a 1m specimen.

평가예Evaluation example 2: 수축률 2: shrinkage rate

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 분리막의 수축률을 하기 방법에 따라 평가하였다.The shrinkage of the separators prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 was evaluated according to the following method.

[조건 1] [Condition 1]

상기 분리막 각각을 가로(MD) 50 mm Х 세로(TD) 50 mm로 서로 다른 10 개의 지점에서 재단한 10 개의 시료를 제작하였다. 상기 각 시료를 150℃의 오븐에서 1 시간 동안 방치한 다음, 각 시료의 MD 방향 및 TD 방향의 수축 정도를 측정하여 평균 열수축률을 계산하였다.Each of the separators was cut into 10 different points with a width (MD) of 50 mm and a length (TD) of 50 mm to prepare 10 samples. Each of the samples was left in an oven at 150° C. for 1 hour, and then the degree of shrinkage in the MD direction and the TD direction of each sample was measured to calculate the average thermal contraction rate.

[조건 2][Condition 2]

상기 분리막 각각을 가로(MD) 50 mm Х 세로(TD) 50 mm로 서로 다른 10 개의 지점에서 재단한 10 개의 시료를 제작하였다. 상기 각 시료를 200℃의 오븐에서 10분 동안 방치한 다음, 각 시료의 MD 방향 및 TD 방향의 수축 정도를 측정하여 평균 열수축률을 계산하였다.Each of the separators was cut into 10 different points with a width (MD) of 50 mm and a length (TD) of 50 mm to prepare 10 samples. Each sample was left in an oven at 200° C. for 10 minutes, and then the degree of shrinkage in the MD direction and the TD direction of each sample was measured to calculate the average thermal contraction rate.

평가예Evaluation example 3: 접착력 3: adhesion

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 분리막의 접착력은 다공성 기재인 폴리에틸렌막과 코팅막의 결착력을 평가하여 측정한다. 구체적으로, 장력 측정기 (Tinius Olsen社, HT400)를 이용하여, 폭 10 mm의 접착 테이프에 분리막을 부착한 후 180°로 구부려서 분리막으로부터 테이프를 뜯어낼 때 필요한 힘(N)을 측정하였다.The adhesion of the separators prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 is measured by evaluating the adhesion between the polyethylene film and the coating film, which is a porous substrate. Specifically, using a tension meter (Tinius Olsen, HT400), the separator was attached to an adhesive tape having a width of 10 mm, and then bent at 180° to measure the force (N) required to remove the tape from the separator.

평가예Evaluation example 4: 저항 4: resistance

실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4의 분리막의 저항은 교류 임피던스를 측정하여 평가하였다.Resistance of the separators of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 was evaluated by measuring an AC impedance.

상기 과정에 따라 측정된 분리막의 통기도, 수축률, 접착력 및 저항 특성을 하기 표 1에 나타내었다. 참고로 실시예 및 비교예에서 사용된 다공성 기재인 폴리에틸렌막의 통기도는 124sec/100cc이다. The air permeability, shrinkage, adhesion and resistance characteristics of the separator measured according to the above process are shown in Table 1 below. For reference, the air permeability of the polyethylene membrane, which is a porous substrate used in Examples and Comparative Examples, is 124sec/100cc.

구 분division
실시예
1

Example
One
실시예
2
Example
2

실시예
3

Example
3

실시예
4

Example
4

비교예
1

Comparative example
One

비교예
2

Comparative example
2

비교예
3

Comparative example
3

비교예
4

Comparative example
4
통기도
(sec/100cc)
Ventilation
(sec/100cc)
280280 201201
195

195

190

190
527527 304304
187

187
282282
수축률 (%) Shrinkage (%) 150℃/1hr 150℃/1hr MDMD 42.1 42.1 32.232.2 34.234.2 25.625.6 38.238.2 28.128.1 64.264.2 48.148.1 TDTD 48.248.2 35.235.2 39.439.4 23.523.5 42.542.5 25.725.7 66.766.7 52.052.0 200℃/1hr 200℃/1hr MDMD 38.238.2 31.531.5 36.236.2 22.922.9 36.136.1 26.526.5 65.065.0 45.345.3 TDTD 40.540.5 34.734.7 37.837.8 23.923.9 37.937.9 27.127.1 66.966.9 47.847.8 접착력(g/mm)Adhesion (g/mm) 3.906 3.906 3.0243.024 2.6592.659 3.2123.212 1.276 1.276 2.812 2.812 0.8760.876 1.1291.129 저항(Ω·cm2)Resistance (Ω·cm 2 ) 15.115.1 14.314.3 13.813.8 14.014.0 19.719.7 17.817.8 13.213.2 15.915.9

표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 4의 분리막은 비교예 1-3에 따라 As shown in Table 1, the separators of Examples 1 to 4 were prepared according to Comparative Examples 1-3.

제조된 분리막과 비교하여 다공성 폴리이미드를 사용하여 저항 특성이 개선되면서 접착력이 저하되지 않으면서 통기도 및 수축률이 향상된다는 것을 알 수 있었다.Compared to the prepared separator, it was found that air permeability and shrinkage were improved while the resistance properties were improved by using a porous polyimide, while adhesion was not lowered.

비교예 1의 분리막은 수축률은 우수하지만 통기도, 수축률 및 저항 특성이 실시예 1 내지 4의 분리막과 비교하여 저하된 결과를 나타냈다. 그리고 비교예 2의 분리막은 수축률, 접착력 및 저항은 우수하지만 통기도가 목적하는 수준에 도달하지 못하였고, 비교예 3의 분리막은 통기도, 접착력 및 저항 특성은 양호하지만 수축률 특성이 저하된 결과를 나타냈다. 또한 비교예 4에 따라 실시하면, 분리막의 저항 특성은 실시예 1 내지 4와 동일하게 우수하지만, 통기도, 수축률 및 접착력이 저하된 결과를 나타냈다. The separator of Comparative Example 1 exhibited excellent shrinkage, but the air permeability, shrinkage rate, and resistance characteristics were decreased compared to the separators of Examples 1 to 4. And the separator of Comparative Example 2 was excellent in shrinkage, adhesion, and resistance, but air permeability did not reach the desired level, and the separator of Comparative Example 3 had good air permeability, adhesion and resistance characteristics, but the shrinkage rate characteristics were reduced. In addition, when conducted according to Comparative Example 4, the resistance characteristics of the separator were the same as those of Examples 1 to 4, but the air permeability, shrinkage rate, and adhesion were decreased.

상기에서 바람직한 제조예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above description has been made with reference to the preferred manufacturing examples, those skilled in the art will appreciate that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope described in the following claims.

10: 분리막 40: 양극
50: 음극 60: 전극 조립체
70: 전지 케이스 100: 리튬이차전지
10: separator 40: anode
50: cathode 60: electrode assembly
70: battery case 100: lithium secondary battery

Claims (11)

다공성 기재 및 상기 다공성 기재의 적어도 일 면에 배치된 다공성 폴리이미드 및 무기 입자를 함유한 코팅막을 갖는 이차전지용 분리막이며,
상기 코팅막에서 다공성 폴리이미드와 무기입자의 혼합중량비는 1:1.5 내지 1:8인 이차전지용 분리막.
It is a separator for a secondary battery having a porous substrate and a coating film containing porous polyimide and inorganic particles disposed on at least one side of the porous substrate,
A separator for a secondary battery in which the mixing weight ratio of the porous polyimide and inorganic particles in the coating film is 1:1.5 to 1:8.
제1항에 있어서,
상기 다공성 폴리이미드, 무기 입자 및 바인더를 함유한 코팅막에서 다공성 폴리이미드와 무기입자의 혼합중량비는 1:1.5 내지 1:4인 이차전지용 분리막.
The method of claim 1,
In the coating film containing the porous polyimide, the inorganic particles and the binder, the mixed weight ratio of the porous polyimide and the inorganic particles is 1:1.5 to 1:4.
제1항에 있어서,
상기 다공성 폴리이미드의 중량 평균 분자량은 300,000 내지 500,000이고,
다공성 폴리이미드의 기공도는 15 내지 50%인 이차전지용 분리막.
The method of claim 1,
The weight average molecular weight of the porous polyimide is 300,000 to 500,000,
A separator for secondary batteries having a porosity of 15 to 50% of the porous polyimide.
제1항에 있어서,
상기 코팅막의 기공도는 40 내지 50%인 이차전지용 분리막.
The method of claim 1,
A separator for a secondary battery having a porosity of 40 to 50% of the coating film.
제1항에 있어서,
폴리비닐리덴플루오라이드 및 아크릴계 고분자 중에서 선택된 하나 이상의 바인더를 더 포함하는 이차전지용 분리막.
The method of claim 1,
A separator for a secondary battery further comprising at least one binder selected from polyvinylidene fluoride and acrylic polymer.
제1항에 있어서,
상기 무기입자의 함량은 분리막의 총중량 100 중량부(parts by volume)를 기준으로 하여 10 내지 20 중량부이고,
상기 무기입자의 평균입경은 0.1㎛ 이하인 이차전지용 분리막.
The method of claim 1,
The content of the inorganic particles is 10 to 20 parts by weight based on 100 parts by volume of the total weight of the separator,
A separator for a secondary battery having an average particle diameter of the inorganic particles of 0.1 μm or less.
제1항에 있어서,
상기 무기 입자는 뵈마이트(boehmite), 알루미나, 알루미늄 옥시하이드로사이드(AlOOH), 지르코니아, 이트리아, 세리아, 마그네시아, 티타니아, 실리카, 탄화알루미늄, 탄화티탄, 탄화텅스텐, 질화 붕소, 질화 알루미늄. 탄산칼슘, 황산바륨, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 또는 그 조합물인 이차전지용 분리막.
The method of claim 1,
The inorganic particles are boehmite, alumina, aluminum oxyhydroside (AlOOH), zirconia, yttria, ceria, magnesia, titania, silica, aluminum carbide, titanium carbide, tungsten carbide, boron nitride, aluminum nitride. A separator for a secondary battery comprising calcium carbonate, barium sulfate, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, or a combination thereof.
제1항에 있어서,
상기 분리막의 통기도는 통기도는 170 내지 280 sec/100cc이고, 수축률은 20 내지 50%이고, 접착력은 2.5 내지 4.0g/mm이고, 저항은 13 내지 20 (Ω·cm2)인 이차전지용 분리막.
The method of claim 1,
The air permeability of the separator is 170 to 280 sec/100cc, the shrinkage is 20 to 50%, the adhesive strength is 2.5 to 4.0g/mm, and the resistance is 13 to 20 (Ω·cm 2 ).
다공성 기재의 적어도 일 면 상에 다공성 폴리이미드, 무기 입자 및 용매를 함유한 코팅막 형성용 조성물을 코팅 및 건조하여 코팅막을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 코팅막에서 다공성 폴리이미드와 무기입자의 혼합부피비는 1:1.5 내지 1:8인 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 이차전지용 분리막을 제조하는 이차전지용 분리막의 제조방법.
It includes the step of forming a coating film by coating and drying a composition for forming a coating film containing a porous polyimide, inorganic particles and a solvent on at least one surface of the porous substrate,
A method of manufacturing a separator for a secondary battery in which the mixed volume ratio of the porous polyimide and the inorganic particles in the coating membrane is 1:1.5 to 1:8, wherein the separator for a secondary battery according to any one of claims 1 to 8 is manufactured.
제9항에 있어서,
상기 코팅막 형성용 조성물이 폴리비닐리덴플루오라이드 및 아크릴계 고분자중에서 선택된 하나 이상의 바인더를 더 포함하는 이차전지용 분리막의 제조방법.
The method of claim 9,
The method of manufacturing a separator for a secondary battery, wherein the coating film-forming composition further comprises at least one binder selected from polyvinylidene fluoride and acrylic polymers.
양극; 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 분리막을 포함하는 이차전지.
anode; cathode; And a separator according to any one of claims 1 to 8 interposed between the positive electrode and the negative electrode.
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