KR20210049554A - Separator for lithium secandary battery, and lithium secandary battery containing the same - Google Patents

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KR20210049554A
KR20210049554A KR1020190133993A KR20190133993A KR20210049554A KR 20210049554 A KR20210049554 A KR 20210049554A KR 1020190133993 A KR1020190133993 A KR 1020190133993A KR 20190133993 A KR20190133993 A KR 20190133993A KR 20210049554 A KR20210049554 A KR 20210049554A
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김찬종
정소미
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Abstract

Provided are a separator for a lithium secondary battery including a metal ion adsorption layer, and a lithium secondary battery including the same. According to the present invention, the separator for a lithium secondary battery comprises: a porous polymer substrate having a plurality of pores; and a metal ion adsorption layer positioned on at least one surface of the porous polymer substrate and comprising a binder polymer, and a crosslinked polymer containing a chelating group having two or more heterocyclic amines capable of coordinating with a metal cation to adsorb the metal cation.

Description

리튬 이차전지용 분리막 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{SEPARATOR FOR LITHIUM SECANDARY BATTERY, AND LITHIUM SECANDARY BATTERY CONTAINING THE SAME}Separator for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same {SEPARATOR FOR LITHIUM SECANDARY BATTERY, AND LITHIUM SECANDARY BATTERY CONTAINING THE SAME}

본 발명은 리튬 이차전지용 분리막 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 금속이온을 효과적으로 흡착하여 전지 성능을 개선시키는 리튬 이차전지용 분리막 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a separator for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the same, and to a separator for a lithium secondary battery that effectively adsorbs metal ions to improve battery performance, and to a lithium secondary battery including the same.

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 is increasing. As the fields of application to mobile phones, camcorders, notebook PCs, and even electric vehicles are expanded, efforts for research and development of electrochemical devices are increasingly being materialized. Electrochemical devices are the field that is receiving the most attention in this respect, and the development of secondary batteries capable of charging and discharging among them is the focus of interest, and recently, in developing such batteries, new electrodes have been developed to improve capacity density and specific energy. It is proceeding with research and development on the design of the battery and the 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. 그러나 최근 리튬 이차전지의 에너지 밀도가 높아지면서 충전 전압 향상에 따라 전극 조립체 안정성 확보에 어려움이 있다. Among the currently applied secondary batteries, the lithium secondary battery developed in the early 1990s has the advantage of having a higher operating voltage and significantly higher energy density than conventional batteries such as Ni-MH, Ni-Cd, and sulfuric acid-lead batteries using aqueous electrolyte solutions. It is in the limelight. However, as the energy density of the lithium secondary battery has recently increased, it is difficult to secure electrode assembly stability due to an increase in the charging voltage.

특히, 고전압 충전 및 고온 충/방전시 사용되는 양극 활물질, 예를 들어, Ni, Mn 등의 전이 금속은 이온으로 용출되어 리튬 이차전지의 전극 조립체의 퇴화 속도를 증가시켜 전극 조립체의 성능 저하를 야기시킬 수 있다. In particular, positive electrode active materials used during high voltage charging and high temperature charging/discharging, for example, transition metals such as Ni and Mn, are eluted as ions, increasing the rate of deterioration of the electrode assembly of the lithium secondary battery, causing degradation of the electrode assembly. I can make it.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 양극활물질로부터 용출되는 금속이온을 효과적으로 흡착하여 전지 성능을 개선시키는 리튬 이차전지용 분리막을 제공하는 것이다.Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to provide a separator for a lithium secondary battery that improves battery performance by effectively adsorbing metal ions eluted from a positive electrode active material.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기 리튬 이차전지용 분리막을 구비하는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a lithium secondary battery having the separator for the lithium secondary battery.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 구현예의 리튬 이차전지용 분리막이 제공된다.In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, a separator for a lithium secondary battery of the following embodiment is provided.

제1 구현예에 따르면, 다수의 기공을 갖는 다공성 고분자 기재, 및 According to the first embodiment, a porous polymer substrate having a plurality of pores, and

상기 다공성 고분자 기재의 적어도 일면 상에 위치하며, 바인더 고분자; 및 금속 양이온과 배위 결합하여 금속 양이온을 흡착할 수 있는 2개 이상의 헤테로 고리 아민을 갖는 킬레이팅기를 함유하는 가교 고분자;를 구비하는 금속이온 흡착층을 포함하는 리튬 이차전지용 분리막에 제공된다.A binder polymer positioned on at least one surface of the porous polymer substrate; And a crosslinked polymer containing a chelating group having two or more heterocyclic amines capable of adsorbing metal cations by coordinating with metal cations.

제2 구현예에 따르면, 제1 구현예에 있어서,According to the second embodiment, in the first embodiment,

상기 가교 고분자가 2개 이상의 헤테로 고리 아민을 갖는 킬레이팅기 및 1개 이상의 탄소-탄소 이중결합을 갖는 킬레이팅 모노머와 2개 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 가교제의 중합반응의 결과물일 수 있다.The crosslinked polymer may be a result of polymerization of a chelating group having two or more heterocyclic amines, a chelating monomer having one or more carbon-carbon double bonds, and a crosslinking agent having two or more carbon-carbon double bonds.

제3 구현예에 따르면, 제1 구현예 또는 제2 구현예에 있어서,According to the third embodiment, in the first embodiment or the second embodiment,

상기 킬레이팅기가 C1 내지 C5인 알킬 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 비피리딘기, C1 내지 C5인 알킬 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 터피리딘기, C1 내지 C5인 알킬 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 페난트롤린기, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.The chelating group C1 to C5 alkyl or halogen substituted or unsubstituted bipyridine group, C1 to C5 alkyl or halogen substituted or unsubstituted terpyridine group, C1 to C5 alkyl or halogen substituted or unsubstituted Phenanthroline group, or two or more of these.

제4 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제3 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,According to the fourth embodiment, in any one of the first to third embodiments,

상기 금속이온 흡착층에서 상기 바인더 고분자 100 중량부 기준으로 상기 가교 고분자의 함량이 1 내지 80 중량부일 수 있다.The content of the crosslinked polymer may be 1 to 80 parts by weight based on 100 parts by weight of the binder polymer in the metal ion adsorption layer.

제5 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제4 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,According to the fifth embodiment, in any one of the first to fourth embodiments,

상기 금속이온 흡착층이 XPS 원소 분석 결과, 0.5% 이상의 질소 원소비를 가질 수 있다.As a result of XPS element analysis, the metal ion adsorption layer may have a nitrogen element ratio of 0.5% or more.

제6 구현예에 따르면,According to a sixth embodiment,

바인더 고분자, 2개 이상의 헤테로 고리 아민을 갖는 킬레이팅기 및 1개 이상의 탄소-탄소 이중결합을 갖는 킬레이팅 모노머, 2개 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 가교제, 및 개시제를 용매에 녹여 코팅층용 조성물을 준비하는 단계; A composition for a coating layer by dissolving a binder polymer, a chelating group having two or more heterocyclic amines, a chelating monomer having one or more carbon-carbon double bonds, a crosslinking agent having two or more carbon-carbon double bonds, and an initiator in a solvent Preparing to;

상기 코팅층용 조성물을 다수의 기공을 갖는 다공성 고분자 기재의 적어도 일면 상에 도포하는 단계; 및Applying the composition for a coating layer on at least one surface of a porous polymer substrate having a plurality of pores; And

상기 도포된 코팅층용 조성물을 건조하는 동안 상기 킬레이팅 모노머와 가교제간의 중합반응을 시켜 금속이온 흡착층을 형성하는 단계;를 포함하는 리튬 이차전지용 분리막의 제조방법이 제공된다.There is provided a method of manufacturing a separator for a lithium secondary battery comprising a step of forming a metal ion adsorption layer by performing a polymerization reaction between the chelating monomer and a crosslinking agent while drying the applied coating layer composition.

제7 구현예에 따르면, 제6 구현예 있어서,According to the seventh embodiment, in the sixth embodiment,

상기 킬레이팅기가 C1 내지 C5인 알킬 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 비피리딘기, C1 내지 C5인 알킬 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 터피리딘기, C1 내지 C5인 알킬 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 페난트롤린기, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.The chelating group C1 to C5 alkyl or halogen substituted or unsubstituted bipyridine group, C1 to C5 alkyl or halogen substituted or unsubstituted terpyridine group, C1 to C5 alkyl or halogen substituted or unsubstituted Phenanthroline group, or two or more of these.

제8 구현예에 따르면, 제6 구현예 또는 제7 구현예에 있어서,According to the eighth embodiment, in the sixth embodiment or the seventh embodiment,

상기 킬레이팅 모노머가 4-메틸-4'-비닐-2,2'-비피리딘, 5-비닐-2,2'-비피리딘, 4-비닐-2,2'-비피리딘, 3-비닐-2,2'-비피리딘, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.The chelating monomer is 4-methyl-4'-vinyl-2,2'-bipyridine, 5-vinyl-2,2'-bipyridine, 4-vinyl-2,2'-bipyridine, 3-vinyl- 2,2'-bipyridine, or two or more of these may be included.

제9 구현예에 따르면, 제6 구현예 내지 제8 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, According to the ninth embodiment, in any one of the sixth to eighth embodiments,

상기 가교제가 분자 중에 2 이상의 (메타)아크릴레이트 잔기를 가지는 중합성 화합물일 수 있다.The crosslinking agent may be a polymerizable compound having two or more (meth)acrylate residues in the molecule.

제10 구현예에 따르면, 제6 구현예 내지 제9 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, According to the tenth embodiment, in any one of the sixth to ninth embodiments,

상기 가교제가 헥산디올 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리옥시에틸 디(메타)아크릴레이트, 알킬렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 디알킬렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 트리알킬렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 디시클로펜테닐 디(메타)아크릴레이트, 디시클로펜테닐옥시에틸 디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메타)아크릴레이트, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.The crosslinking agent is hexanediol di(meth)acrylate, trimethylolpropane trioxyethyl di(meth)acrylate, alkylene glycol di(meth)acrylate, dialkylene glycol di(meth)acrylate, trialkylene glycol Di(meth)acrylate, dicyclopentenyl di(meth)acrylate, dicyclopentenyloxyethyl di(meth)acrylate, neopentyl glycol di(meth)acrylate, dipentaerythritol hexa di(meth) Acrylate, trimethylolpropane tri(meth)acrylate, pentaerythritol tri(meth)acrylate, or two or more of these may be included.

제11 구현예에 따르면, 제6 구현예 내지 제10 구현예에 있어서, According to the eleventh embodiment, in the sixth to tenth embodiments,

상기 가교제가 3-부탄디올 디아크릴레이트, 1,3-부탄디올 디메타크릴레이트, 1,4-부탄디올 디아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디메타크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.The crosslinking agent is 3-butanediol diacrylate, 1,3-butanediol dimethacrylate, 1,4-butanediol diacrylate, 1,4-butanediol dimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, tetraethyleneglycol di Acrylate, ethylene glycol dimethacrylate, tetraethylene glycol dimethacrylate, or two or more of these may be included.

제12 구현예에 따르면, 제6 구현예 내지 제11 구현예에 있어서, According to the twelfth embodiment, in the sixth to eleventh embodiments,

상기 가교제와 킬레이팅 모노머의 몰비가 1:1 내지 4:1일 수 있다.The molar ratio of the crosslinking agent and the chelating monomer may be 1:1 to 4:1.

제13 구현예에 따르면, 제6 구현예 내지 제12 구현예에 있어서, According to the thirteenth embodiment, in the sixth to twelfth embodiments,

상기 바인더 고분자가 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리부닐메타아크릴레이트 (polybutylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 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 이상을 포함할 수 있다.The binder polymer is polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-trichloroethylene, polymethylmethacrylate, Polybutylacrylate, polybutylmethacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, ethylene vinyl acetate copolymer (polyethylene-co -vinyl acetate), polyethylene oxide, polyarylate, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethyl Fluran (cyanoethylpullulan), cyanoethylpolyvinylalcohol (cyanoethylpolyvinylalcohol), cyanoethylcellulose (cyanoethylcellulose), cyanoethylsucrose (cyanoethylsucrose), flulan (pullulan), carboxyl methyl cellulose (carboxyl methyl cellulose), or these Two or more of them may be included.

제14 구현예에 따르면,According to a fourteenth embodiment,

양극, 음극, 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 분리막이 제1 구현예 내지 제5 구현예 중 어느 한 구현예의 분리막인 리튬 이차전지가 제공된다.In a lithium secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive and negative electrodes, a lithium secondary battery is provided, wherein the separator is a separator according to any one of the first to fifth embodiments.

본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차전지용 분리막은, 킬레이팅 모노머가 가교제와 가교 결합하여 전해액에 용해되지 않는 가교 고분자의 형태로 다공성 고분자 기재 상에 금속이온 흡착층을 구성하므로, 전해액에 함침된 조건에서 안정적으로 양극으로부터 용출된 금속 양이온과 배위 결합하여 금속 양이온을 흡착시킬 수 있다. The separator for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention comprises a metal ion adsorption layer on a porous polymer substrate in the form of a crosslinked polymer in which the chelating monomer is crosslinked with a crosslinking agent and is not dissolved in the electrolyte. Under conditions, it is possible to adsorb the metal cations by coordinating with the metal cations eluted from the anode stably.

본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차전지용 분리막은, 특히 고전압 충전 및 고온 충/방전시 사용되는 양극 활물질, 예를 들어, Ni, Mn 등의 전이 금속이 양이온으로 용출되는 경우에, 상기 분리막의 금속이온 흡착층에 포함된 가교 고분자의 킬레이팅기에 의해 상기 용출된 금속 양이온을 흡착하여 음극으로 전달되는 것을 방지함으로써, 상기 분리막을 구비한 리튬 이차전지는 용출된 양이온에 의한 퇴화 속도가 현저하게 감소되어, 리튬 이차전지의 용량 및 사이클 성능이 크게 개선될 수 있다. The separator for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention is, in particular, when a positive electrode active material used during high voltage charging and high temperature charging/discharging, for example, a transition metal such as Ni, Mn, is eluted as a cation, By preventing the eluted metal cations from being transferred to the negative electrode by adsorbing the eluted metal cations by the chelating group of the crosslinked polymer included in the metal ion adsorption layer, the lithium secondary battery equipped with the separator significantly reduces the rate of degeneration by the eluted cations Thus, the capacity and cycle performance of the lithium secondary battery can be greatly improved.

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 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 construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to describe his own invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.

본 발명의 일 측면에 따른 분리막은, The separator according to an aspect of the present invention,

다수의 기공을 갖는 다공성 고분자 기재, 및 A porous polymer substrate having a plurality of pores, and

상기 다공성 고분자 기재의 적어도 일면 상에 위치하며, 바인더 고분자; 및 금속 양이온과 배위 결합하여 금속 양이온을 흡착할 수 있는 2개 이상의 헤테로 고리 아민을 갖는 킬레이팅기를 함유하는 가교 고분자;를 구비하는 금속이온 흡착층을 포함한다.A binder polymer positioned on at least one surface of the porous polymer substrate; And a crosslinked polymer containing a chelating group having two or more heterocyclic amines capable of adsorbing metal cations by coordinating bonds with metal cations.

상기 다공성 고분자 기재는, 구체적으로 다공성 고분자 필름 기재 또는 다공성 고분자 부직포 기재일 수 있다. The porous polymer substrate may be specifically a porous polymer film substrate or a porous polymer nonwoven fabric substrate.

상기 다공성 고분자 필름 기재로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀으로 이루어진 다공성 고분자 필름일 수 있으며, 이러한 폴리올레핀 다공성 고분자 필름 기재는 예를 들어 80 내지 130 ℃의 온도에서 셧다운 기능을 발현한다. The porous polymer film substrate may be a porous polymer film made of a polyolefin such as polyethylene or polypropylene, and the polyolefin porous polymer film substrate exhibits a shutdown function at a temperature of, for example, 80 to 130°C.

이때, 폴리올레핀 다공성 고분자 필름은 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐 등의 폴리올레핀계 고분자를 각각 단독 또는 이들의 2종 이상 혼합하여 고분자로 형성할 수 있다. At this time, the polyolefin porous polymer film is a high-density polyethylene, linear low-density polyethylene, low-density polyethylene, polyethylene such as ultra-high molecular weight polyethylene, polyolefin-based polymers such as polypropylene, polybutylene, polypentene, etc. It can be formed with.

또한, 상기 다공성 고분자 필름 기재는 폴리올레핀 외에 폴리에스테르 등의 다양한 고분자들을 이용하여 필름 형상으로 성형하여 제조될 수도 있다. 또한, 상기 다공성 고분자 필름 기재는 2층 이상의 필름층이 적층된 구조로 형성될 수 있으며, 각 필름층은 전술한 폴리올레핀, 폴리에스테르 등의 고분자 단독으로 또는 이들을 2종 이상 혼합한 고분자로 형성될 수도 있다. In addition, the porous polymer film substrate may be manufactured by molding into a film shape using various polymers such as polyester in addition to polyolefin. In addition, the porous polymer film substrate may be formed in a structure in which two or more film layers are stacked, and each film layer may be formed of a polymer such as polyolefin or polyester described above alone or a mixture of two or more of them. have.

또한, 상기 다공성 고분자 필름 기재 및 다공성 부직포 기재는 상기와 같은 폴리올레핀계 외에 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene) 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성될 수 있다. In addition, the porous polymer film substrate and the porous nonwoven fabric substrate include polyethylene terephthalate, polybutyleneterephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, in addition to the polyolefin-based materials described above. ), polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenyleneoxide, polyphenylenesulfide, polyethylenenaphthalene And the like may be formed of a polymer alone or a mixture of them, respectively.

상기 다공성 고분자 기재의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 상세하게는 1 내지 100 ㎛, 더욱 상세하게는 5 내지 50 ㎛이고, 다공성 고분자 기재에 존재하는 기공 크기 및 기공도 역시 특별히 제한되지 않으나 각각 0.01 내지 50 ㎛ 및 10 내지 95%인 것이 바람직하다. The thickness of the porous polymer substrate is not particularly limited, but specifically 1 to 100 μm, more specifically 5 to 50 μm, and the pore size and porosity present in the porous polymer substrate are also not particularly limited, but each 0.01 to 50 It is preferably in the range of μm and 10 to 95%.

본 발명의 리튬 이차전지용 분리막은 상기 다공성 고분자 기재의 적어도 일면 상에 위치하며, 바인더 고분자; 및 금속 양이온과 배위 결합하여 금속 양이온을 흡착할 수 있는 2개 이상의 헤테로 고리 아민을 갖는 킬레이팅기를 함유하는 가교 고분자;를 구비하는 금속이온 흡착층을 포함한다.The separator for a lithium secondary battery of the present invention is located on at least one surface of the porous polymer substrate, and includes a binder polymer; And a crosslinked polymer containing a chelating group having two or more heterocyclic amines capable of adsorbing metal cations by coordinating bonds with metal cations.

본 발명의 분리막의 금속이온 흡착층에서, 상기 가교 고분자에 함유된 킬레이팅기, 즉 리간드는, 추후 상기 분리막이 리튬 이차전지에 사용되는 경우 양극으로부터 용출된 금속 양이온과 배위 결합하여 용출된 금속 양이온을 흡착시키는 역할을 할 수 있다. In the metal ion adsorption layer of the separator of the present invention, the chelating group, that is, the ligand contained in the crosslinked polymer, is a metal cation eluted by coordinating with the metal cation eluted from the positive electrode when the separator is later used in a lithium secondary battery. It can play a role of adsorbing.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 가교 고분자가 2개 이상의 헤테로 고리 아민을 갖는 킬레이팅기 및 1개 이상의 탄소-탄소 이중결합을 갖는 킬레이팅 모노머와 2개 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 가교제의 중합반응의 결과물일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the crosslinking polymer is a chelating group having two or more heterocyclic amines, a chelating monomer having one or more carbon-carbon double bonds, and a crosslinking agent having two or more carbon-carbon double bonds. It may be a result of the polymerization reaction of.

따라서, 본 발명의 일 구현예에 따른 분리막에서는, 상기 킬레이트기가 모노머의 작용기 형태로 포함되어 단순히 물리적으로 금속이온 흡착층에 혼합된 상태가 아니라, 가교제와 킬레이팅 모노머가 중합반응으로 가교 결합된 가교 고분자에 포함되어 있다. Therefore, in the separation membrane according to an embodiment of the present invention, the chelating group is included in the form of a functional group of a monomer and is not simply physically mixed in the metal ion adsorption layer, but a crosslinking agent and a chelating monomer are crosslinked through a polymerization reaction. It is contained in polymer.

만약, 킬레이팅 모노머가 가교 결합되지 않은 단분자 상태로 존재한다면, 전극 조립체 조립 후 전해액 주입시 전해액에 의해 용해되어 금속 양이온을 흡착할 수 없다. If the chelating monomer is present in a monomolecular state that is not crosslinked, it is dissolved by the electrolyte when the electrolyte is injected after assembly of the electrode assembly, and the metal cations cannot be adsorbed.

하지만, 본 발명의 일 구현예에서는, 상기 킬레이팅 모노머가 가교제와 가교 결합하여 가교 고분자 형태로 존재하므로, 전해액에 함침된 조건에서도 전해액에 의해 용해되지 않고, 금속 양이온을 지속적으로 안정적으로 흡착할 수 있다.However, in one embodiment of the present invention, since the chelating monomer is present in the form of a crosslinked polymer by crosslinking with a crosslinking agent, it is not dissolved by the electrolyte even under the condition impregnated with the electrolyte, and it is possible to continuously and stably adsorb metal cations. have.

그 결과, 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차전지용 분리막은, 특히 고전압 충전 및 고온 충/방전시 사용되는 양극 활물질, 예를 들어, Ni, Mn 등의 전이 금속이 양이온으로 용출되는 경우에, 상기 분리막의 금속이온 흡착층에 포함된 가교 고분자의 킬레이팅기에 의해 상기 용출된 금속 양이온을 흡착하여 음극으로 전달되는 것을 방지함으로써, 상기 분리막을 구비한 리튬 이차전지는 용출된 양이온에 의한 퇴화 속도가 현저하게 감소되어 리튬 이차전지의 용량 및 사이클 성능이 크게 개선될 수 있다. As a result, the separator for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention, in particular, when a positive electrode active material used during high voltage charging and high temperature charging/discharging, for example, transition metals such as Ni and Mn, is eluted as a cation, By preventing the eluted metal cations from being transferred to the negative electrode by adsorbing the eluted metal cations by the chelating group of the crosslinked polymer included in the metal ion adsorption layer of the separator, the lithium secondary battery provided with the separator has a rate of degradation due to the eluted cations. Remarkably reduced, the capacity and cycle performance of the lithium secondary battery can be greatly improved.

상기 킬레이팅기는 C1 내지 C5인 알킬 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 비피리딘, C1 내지 C5인 알킬 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 페난트롤린, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.The chelating group may include bipyridine unsubstituted or substituted with C1 to C5 alkyl or halogen, phenanthroline unsubstituted or substituted with C1 to C5 alkyl or halogen, or two or more of them.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 바인더 고분자로는 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, 금속 양이온과 배위 결합하여 금속 양이온을 흡착할 수 있는 2개 이상의 헤테로 고리 아민을 갖는 킬레이팅기를 함유하는 가교 고분자가 코팅층 내에서 전해액에 용해되지 않고 결합을 유지하도록 하는 역할을 충실히 수행할 수 있다.In one embodiment of the present invention, as the binder polymer, a polymer commonly used in forming a porous coating layer in the art may be used. In particular, a polymer having a glass transition temperature (T g ) of -200 to 200°C may be used, because it is possible to improve mechanical properties such as flexibility and elasticity of the finally formed porous coating layer. Such a binder polymer faithfully plays a role of maintaining the bonding without dissolving in the electrolytic solution in the coating layer a crosslinked polymer containing a chelating group having two or more heterocyclic amines capable of adsorbing metal cations by coordinating with metal cations. You can do it.

또한, 상기 바인더 고분자는 이온 전도 능력을 반드시 가질 필요는 없으나, 이온 전도 능력을 갖는 고분자를 사용할 경우 리튬 이차전지의 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 ion conduction capability, but when a polymer having ion conduction capability is used, the performance of the lithium secondary battery may be further improved. Therefore, as the binder polymer, one having a high dielectric constant as possible may be used. In fact, since the degree of dissociation of the salt in the electrolyte depends on the dielectric constant of the solvent of the electrolyte, the higher the dielectric constant of the binder polymer, the higher the degree of dissociation of the salt in the electrolyte. The dielectric constant of such a binder polymer may be in the range of 1.0 to 100 (measurement frequency = 1 kHz), and in particular 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 capable of exhibiting a high degree of swelling by gelling when impregnated with a liquid electrolyte. Accordingly, the solubility index of the binder polymer, that is, the 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 a large number of 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 exceeds 45 MPa 1/2 , it may be difficult to swell by a conventional liquid electrolyte for batteries.

이러한 바인더 고분자의 비제한적인 예로는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리부닐메타아크릴레이트 (polybutylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 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 2 이상을 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.Non-limiting examples of such binder polymers include polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-trichloroethylene, and polymethylmethacrylic. Polymethylmethacrylate, polybutylacrylate, polybutylmethacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, ethylene vinyl acetate aerial Polyethylene-co-vinyl acetate, polyethylene oxide, polyarylate, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate ), cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, flulan, carboxyl methyl cellulose cellulose), or two or more of them, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 금속이온 흡착층에서 상기 바인더 고분자 100 중량부 기준으로 상기 가교 고분자의 함량은 1 내지 80 중량부, 또는 30 내지 70 중량부, 33 내지 67 중량부일 수 있다. 상기 가교 고분자의 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우에, 코팅층에 바인더 고분자의 접착 능력을 저해시키지 않는 수준에서 킬레이팅 효과를 극대화할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the content of the crosslinked polymer may be 1 to 80 parts by weight, or 30 to 70 parts by weight, or 33 to 67 parts by weight based on 100 parts by weight of the binder polymer in the metal ion adsorption layer. When the content of the crosslinked polymer satisfies this range, the chelating effect can be maximized at a level that does not impair the adhesion ability of the binder polymer to the coating layer.

상기 금속이온 흡착층이 XPS 원소 분석 결과, 0.5% 이상의 질소 원소비를 가질 수 있고, 구체적으로 0.5% 이상의 질소 원소비, 0.7 내지 1.8%의 질소 원소비를 가질 수 있다. 상기 금속이온 흡착층이 이러한 범위의 질소 원소비를 가지는 경우에, 질소 원자에 의한 금속이온 켈리이트 효과를 높일 수 있다.As a result of XPS element analysis, the metal ion adsorption layer may have a nitrogen element ratio of 0.5% or more, specifically, a nitrogen element ratio of 0.5% or more, and a nitrogen element ratio of 0.7 to 1.8%. When the metal ion adsorption layer has a nitrogen element ratio within this range, the metal ion kelite effect by nitrogen atoms can be enhanced.

이때, 상기 금속이온 흡착층의 질소 원소비는 K-alpha X-ray photoelectron spectrometer(XPS) system(thermos fisher scientific사) 장비를 이용하여 결합 에너지(binding energy)에 따른 강도 스캔(intensity scan) 방법으로 측정할 수 있다.At this time, the nitrogen element ratio of the metal ion adsorption layer is an intensity scan method according to binding energy using a K-alpha X-ray photoelectron spectrometer (XPS) system (thermos fisher scientific) equipment. Can be measured.

본 발명의 일 측면에 따른 분리막의 제조방법은,A method of manufacturing a separator according to an aspect of the present invention,

바인더 고분자, 2개 이상의 헤테로 고리 아민을 갖는 킬레이팅기 및 1개 이상의 탄소-탄소 이중결합을 갖는 킬레이팅 모노머, 2개 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 가교제, 및 개시제를 용매에 녹여 코팅층용 조성물을 준비하는 단계; A composition for a coating layer by dissolving a binder polymer, a chelating group having two or more heterocyclic amines, a chelating monomer having one or more carbon-carbon double bonds, a crosslinking agent having two or more carbon-carbon double bonds, and an initiator in a solvent Preparing to;

상기 코팅층용 조성물을 다수의 기공을 갖는 다공성 고분자 기재의 적어도 일면 상에 도포하는 단계; 및Applying the composition for a coating layer on at least one surface of a porous polymer substrate having a plurality of pores; And

상기 도포된 코팅층용 조성물을 건조하는 동안 상기 킬레이팅 모노머와 가교제간의 중합반응을 시켜 금속이온 흡착층을 형성하는 단계;를 포함한다. 이하, 각 단계에 대해서 살펴보겠다.And forming a metal ion adsorption layer by performing a polymerization reaction between the chelating monomer and a crosslinking agent while drying the applied coating layer composition. Hereinafter, we will look at each step.

먼저, 바인더 고분자, 2개 이상의 헤테로 고리 아민을 갖는 킬레이팅기 및 1개 이상의 탄소-탄소 이중결합을 갖는 킬레이팅 모노머, 2개 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 가교제, 및 개시제를 용매에 녹여 코팅층용 조성물을 준비한다.First, a binder polymer, a chelating group having two or more heterocyclic amines, and a chelating monomer having one or more carbon-carbon double bonds, a crosslinking agent having two or more carbon-carbon double bonds, and an initiator are dissolved in a solvent to obtain a coating layer. Prepare a composition for use.

전술한 바와 같이, 상기 킬레이팅기는 C1 내지 C5인 알킬 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 비피리딘기, C1 내지 C5인 알킬 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 터피리딘기, C1 내지 C5인 알킬 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 페난트롤린기, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.As described above, the chelating group is a C1 to C5 alkyl or a halogen-substituted or unsubstituted bipyridine group, a C1 to C5 alkyl or halogen-substituted or unsubstituted terpyridine group, a C1 to C5 alkyl or halogen It may contain a substituted or unsubstituted phenanthroline group, or two or more of them.

상기 킬레이팅 모노머는 2개 이상의 헤테로 고리 아민을 갖는 킬레이팅기 및 1개 이상의 탄소-탄소 이중결합을 갖는 화합물이라면 제한없이 적용할 수 있고, 구체적으로 비피리딘(bipyridine)기, 터피리딘(terpyridine)기, 페난트롤린기 등을 함유하면서 이중결합(비닐기 등)을 갖는 화합물일 수 있다. 이때 비피리딘(bipyridine)기, 터피리딘(terpyridine)기, 페난트롤린기 등의 2개 이상의 헤테로 고리 아민을 갖는 킬레이팅기는 C1 내지 C5인 알킬 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환될 수 있다.The chelating monomer may be applied without limitation as long as it is a chelating group having two or more heterocyclic amines and a compound having one or more carbon-carbon double bonds, and specifically, a bipyridine group, a terpyridine It may be a compound containing a group, a phenanthroline group, and the like and having a double bond (vinyl group, etc.). At this time, a chelating group having two or more heterocyclic amines such as a bipyridine group, a terpyridine group, and a phenanthroline group may be substituted or unsubstituted with C1 to C5 alkyl or halogen.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 킬레이팅 모노머는 4-메틸-4'-비닐-2,2'-비피리딘 (4-Methyl-4'-vinyl-2,2'-bipyridine(MVBipy)), 5-비닐-2,2'-비피리딘, 4-비닐-2,2'-비피리딘, 3-비닐-2,2'-비피리딘 등을 포함할 수 있으나, 여기에 제한되지 않는다. According to an embodiment of the present invention, the chelating monomer is 4-methyl-4'-vinyl-2,2'-bipyridine (4-Methyl-4'-vinyl-2,2'-bipyridine (MVBipy)) , 5-vinyl-2,2'-bipyridine, 4-vinyl-2,2'-bipyridine, 3-vinyl-2,2'-bipyridine, and the like, but are not limited thereto.

상기 2개 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 가교제로는 분자 중에 2 이상의 (메타)아크릴레이트 잔기를 가지는 중합성 화합물일 수 있다.The crosslinking agent having two or more carbon-carbon double bonds may be a polymerizable compound having two or more (meth)acrylate residues in a molecule.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 가교제로는 헥산디올 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리옥시에틸 디(메타)아크릴레이트, 알킬렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 디알킬렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 트리알킬렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 디시클로펜테닐 디(메타)아크릴레이트, 디시클로펜테닐옥시에틸 디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메타)아크릴레이트, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the crosslinking agent is hexanediol di(meth)acrylate, trimethylolpropane trioxyethyl di(meth)acrylate, alkylene glycol di(meth)acrylate, dialkylene glycol di. (Meth)acrylate, trialkylene glycol di(meth)acrylate, dicyclopentenyl di(meth)acrylate, dicyclopentenyloxyethyl di(meth)acrylate, neopentyl glycol di(meth)acrylate , Dipentaerythritol hexa di(meth)acrylate, trimethylolpropane tri(meth)acrylate, pentaerythritol tri(meth)acrylate, or two or more of these may be included.

또한, 상기 가교제로는 3-부탄디올 디아크릴레이트, 1,3-부탄디올 디메타크릴레이트, 1,4-부탄디올 디아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디메타크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.In addition, as the crosslinking agent, 3-butanediol diacrylate, 1,3-butanediol dimethacrylate, 1,4-butanediol diacrylate, 1,4-butanediol dimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, tetra Ethylene glycol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, tetraethylene glycol dimethacrylate, or two or more of these may be included.

상기 개시제로는 과황산염계 개시제, 아조계 개시제, 과산화수소 및 아스코르빈산으로 이루어진 개시제 군에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. 구체적으로, 과황산염계 개시제의 예로는 과황산나트륨(Sodium persulfate; Na2S2O8), 과황산칼륨(Potassium persulfate; K2S2O8), 과황산암모늄(Ammonium persulfate;(NH4)2S2O8) 등이 있으며, 아조(Azo)계 개시제의 예로는 2, 2-아조비스-(2-아미디노프로판)이염산염(2, 2-azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride), 2, 2-아조비스-(N, N-디메틸렌)이소부티라마이딘 디하이드로클로라이드(2,2-azobis-(N, N-dimethylene)isobutyramidine dihydrochloride), 2-(카바모일아조)이소부티로니트릴(2-(carbamoylazo)isobutylonitril), 2, 2-아조비스[2-(2-이미다졸린-2-일)프로판] 디하이드로클로라이드(2,2-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane] dihydrochloride), 4,4-아조비스-(4-시아노발레릭 산)(4,4-azobis-(4-cyanovaleric acid)) 등이 있으며, 여기에 제한되지 않는다.As the initiator, at least one selected from the group of initiators consisting of persulfate-based initiators, azo-based initiators, hydrogen peroxide and ascorbic acid may be used. Specifically, examples of persulfate-based initiators include sodium persulfate (Na2S2O8), potassium persulfate (K2S2O8), and ammonium persulfate ((NH4)2S2O8), and the like, and Azo-based Examples of initiators include 2, 2-azobis-(2-amidinopropane) dihydrochloride (2, 2-azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride), 2, 2-azobis-(N, N-dimethylene) isobu Tyramide dihydrochloride (2,2-azobis-(N, N-dimethylene)isobutyramidine dihydrochloride), 2-(carbamoyl azo)isobutyronitrile (2-(carbamoylazo)isobutylonitril), 2,2-azobis [2-(2-imidazolin-2-yl)propane] dihydrochloride (2,2-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane] dihydrochloride), 4,4-azobis-( 4-cyanovaleric acid) (4,4-azobis-(4-cyanovaleric acid)) and the like, but are not limited thereto.

상기 개시제는 상기 코팅층용 조성물에 대하여 약 0.001 내지 약 0.5 중량%의 농도로 포함될 수 있다. 이러한 개시제의 농도가 이러한 범위를 만족하는 경우에, 킬레이팅 모노머와 가교제간의 중합이 원활하게 일어날 수 있고, 다른 고분자와 혼합시 가교된 중합체의 화학적 결합이 끊어지지 않을 수 있어 유리하다.The initiator may be included in a concentration of about 0.001 to about 0.5% by weight based on the composition for the coating layer. When the concentration of the initiator satisfies this range, polymerization between the chelating monomer and the crosslinking agent may occur smoothly, and when mixed with other polymers, the chemical bond of the crosslinked polymer may not be broken, which is advantageous.

이때 사용되는 용매는 사용하고자 하는 바인더 고분자, 킬레이팅 모노머, 가교제와 용해도 지수가 유사하며, 끓는점(boiling point)이 낮은 것이 바람직하다. 이는 균일한 혼합과 이후 용매 제거를 용이하게 하기 위해서이다. 사용 가능한 용매의 비제한적인 예로는 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 메틸렌클로라이드, 클로로포름, 디메틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 메틸에틸케톤, 시클로헥산, 메탄올과 벤젠의 혼합용매, 또는 이들 중 2 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.The solvent used at this time has a solubility index similar to that of the binder polymer, chelating monomer, and crosslinking agent to be used, and preferably has a low boiling point. This is to facilitate uniform mixing and subsequent solvent removal. Non-limiting examples of solvents that can be used include acetone, tetrahydrofuran, methylene chloride, chloroform, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, methyl ethyl ketone, cyclohexane, a mixed solvent of methanol and benzene, or these It may be used as a mixture of two or more of them.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 용매는 용해되는 대상에 따라서, 적절하게 선택하여 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 바인더 고분자를 용해하는 용매로는 아세톤, N-메틸-2-피롤리돈 등을 사용할 수 있고, 상기 킬레이팅 모노머를 용해하기 위한 용매로는 메탄올과 벤젠의 혼합용매 등을 사용할 수 있고, 상기 가교제를 용해하기 위한 용매로는 메탄올과 벤젠의 혼합용매 등을 사용할 수 있다. 이때, 메탄올과 벤젠의 혼합용매의 경우에는 그 부피비가 3:1 내지 1:3, 또는 2:1 내지 1:2, 또는 1.5:1 내지 1:1.5일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the solvent may be appropriately selected and applied depending on the object to be dissolved. For example, acetone, N-methyl-2-pyrrolidone, etc. may be used as a solvent for dissolving the binder polymer, and a mixed solvent of methanol and benzene may be used as a solvent for dissolving the chelating monomer. In addition, a mixed solvent of methanol and benzene may be used as a solvent for dissolving the crosslinking agent. In this case, in the case of a mixed solvent of methanol and benzene, the volume ratio may be 3:1 to 1:3, or 2:1 to 1:2, or 1.5:1 to 1:1.5.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 바인더 고분자를 제1 용매에 용해하여 바인더 고분자 용액을 준비하고, 상기 킬레이팅 모노머를 제2 용매에 용해하여 킬레이팅 모노머 용액을 준비하고, 상기 가교제를 제3 용매에 용해하여 가교제 용액을 각각 준비할 수 있다. 또한, 이렇게 준비된 용액을 혼합하는 경우에, 상기 바인더 고분자 용액에 킬레이팅 모노머 용액과 가교제 용액을 순차적으로 첨가할 수 있고, 첨가하는 방식은 피펫 등을 이용하여 소량씩 투입할 수 있다. 이렇게 소량씩 투입하는 이유는, 가교 속도를 조절하여 킬레이팅 모노머의 중합 정도를 극대화할 수 있기 때문이다. 이후에, 상기 바인더 고분자 용액, 킬레이팅 모노머 용액, 및 가교제 용액을 혼합한 용액에 개시제를 첨가하여 코팅층용 조성물을 준비할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a binder polymer solution is prepared by dissolving the binder polymer in a first solvent, and a chelating monomer solution is prepared by dissolving the chelating monomer in a second solvent, and the crosslinking agent is used as a third solution. By dissolving in a solvent, each crosslinking agent solution can be prepared. In addition, in the case of mixing the prepared solution, a chelating monomer solution and a crosslinking agent solution may be sequentially added to the binder polymer solution, and the addition method may be introduced in small portions using a pipette or the like. The reason for this small amount is that the degree of polymerization of the chelating monomer can be maximized by controlling the crosslinking rate. Thereafter, an initiator may be added to a solution obtained by mixing the binder polymer solution, the chelating monomer solution, and the crosslinking agent solution to prepare a coating layer composition.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 바인더 고분자 용액의 농도는 1 내지 15 중량%일 수 있고, 상기 킬레이팅 모노머 용액의 농도는 1 내지 20 중량%일 수 있고, 상기 가교제 용액의 농도는 1 내지 20 중량%일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the concentration of the binder polymer solution may be 1 to 15% by weight, the concentration of the chelating monomer solution may be 1 to 20% by weight, and the concentration of the crosslinking agent solution is 1 to 15% by weight. It may be 20% by weight.

상기 코팅층용 조성물에서, 상기 가교제와 킬레이팅 모노머의 몰비가 1:1 내지 4:1, 또는 1:1 내지 3.5:1, 또는 1.02:1 내지 3.06:1, 또는 1:1 내지 2.04:1일 수 있다. 상기 몰비가 이러한 범위를 만족하는 경우에는 금속이온에 대한 흡착 특성이 향상될 수 있고, 킬레이팅 모노머의 중합 정도 향상으로 인한 코팅층 내 금속이온 킬레이팅 효과를 극대화할 수 있다.In the coating layer composition, the molar ratio of the crosslinking agent and the chelating monomer is 1:1 to 4:1, or 1:1 to 3.5:1, or 1.02:1 to 3.06:1, or 1:1 to 2.04:1 days I can. When the molar ratio satisfies this range, adsorption properties for metal ions may be improved, and the effect of chelating metal ions in the coating layer may be maximized due to improvement in the degree of polymerization of the chelating monomer.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 코팅층용 조성물에서, 상기 바인더 고분자 100 중량부 기준으로 상기 가교제의 함량은 15 내지 60 중량부, 또는 15 내지 35 중량부일 수 있고, 상기 킬레이팅 모노머의 함량은 8 내지 20 중량부, 또는 8 내지 15 중량부일 수 있다. 상기 가교제의 함량과 킬레이팅 모노머의 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우에는 킬레이팅 모노머의 중합 정도 향상으로 인한 코팅층 내 금속이온 킬레이팅 효과를 극대화할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the composition for a coating layer, the content of the crosslinking agent may be 15 to 60 parts by weight, or 15 to 35 parts by weight, based on 100 parts by weight of the binder polymer, and the content of the chelating monomer is It may be 8 to 20 parts by weight, or 8 to 15 parts by weight. When the content of the crosslinking agent and the content of the chelating monomer satisfy these ranges, the metal ion chelating effect in the coating layer may be maximized due to the improvement in the degree of polymerization of the chelating monomer.

다음으로, 상기 코팅층용 조성물을 다수의 기공을 갖는 다공성 고분자 기재의 적어도 일면 상에 도포한다.Next, the composition for a coating layer is applied on at least one surface of a porous polymer substrate having a plurality of pores.

상기 코팅층용 조성물을 상기 다공성 고분자 기재에 코팅하는 방법은 특별히 한정하지는 않지만, 슬랏 코팅이나 딥 코팅 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 슬랏 코팅은 슬랏 다이를 통해 공급된 조성물이 기재의 전면에 도포되는 방식으로 정량 펌프에서 공급되는 유량에 따라 코팅층 두께의 조절이 가능하다. 또한 딥 코팅은 조성물이 들어있는 탱크에 기재를 담그어 코팅하는 방법으로, 조성물의 농도 및 조성물 탱크에서 기재를 꺼내는 속도에 따라 코팅층 두께의 조절이 가능하며 보다 정확한 코팅 두께 제어를 위해 침지 후 메이어바 등을 통해 기재 상 코팅량을 조절할 수 있다.The method of coating the composition for the coating layer on the porous polymer substrate is not particularly limited, but it is preferable to use a slot coating or dip coating method. In the slot coating, the composition supplied through the slot die is applied to the entire surface of the substrate, and the thickness of the coating layer can be adjusted according to the flow rate supplied from the metering pump. In addition, dip coating is a method of coating by immersing a substrate in a tank containing the composition, and the thickness of the coating layer can be adjusted according to the concentration of the composition and the speed of removing the substrate from the composition tank. Through it, the amount of coating on the substrate can be adjusted.

다음으로, 상기 도포된 코팅층용 조성물을 건조하는 동안 상기 킬레이팅 모노머와 가교제간의 중합반응을 시켜 금속이온 흡착층을 형성한다.Next, while drying the applied coating layer composition, a metal ion adsorption layer is formed by performing a polymerization reaction between the chelating monomer and a crosslinking agent.

이렇게 코팅층용 조성물이 코팅된 다공성 고분자 기재를 오븐, 컨베이어 드라이어 등과 같은 건조기를 이용하여 건조함으로써 코팅층용 조성물 내에 포함된 킬레이팅 모노머와 가교제 간의 중합반응을 진행시켜 가교 반응을 통해서 가교제를 형성할 수 있다. By drying the porous polymer substrate coated with the composition for the coating layer using a dryer such as an oven or a conveyor dryer, a polymerization reaction between the chelating monomer and the crosslinking agent contained in the composition for the coating layer can be carried out, thereby forming a crosslinking agent through a crosslinking reaction. .

이때, 상기 건조 온도는 60 내지 100 ℃, 또는 60 내지 80 ℃일 수 있고, 상기 건조 시간은 12 내지 24 시간, 또는 12 내지 18 시간일 수 있다.In this case, the drying temperature may be 60 to 100 °C, or 60 to 80 °C, and the drying time may be 12 to 24 hours, or 12 to 18 hours.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 도포된 코팅층용 조성물을 건조하여 가교반응을 진행시키고, 이후 용매로 세척한 후, 다시 추가 건조를 더 거칠 수 있다. 이때, 상기 추가 건조 온도는 60 내지 120 ℃, 또는 60 내지 100 ℃일 수 있고, 상기 추가 건조 시간은 12 내지 36 시간, 또는 18 내지 36 시간 일 수 있다. 이렇게 건조를 1회만 하지 않고, 2회에 걸쳐서 진행하는 이유는 열가교 반응 후 잔존물 등을 세척한 용액을 제거하기 위함이다.According to an embodiment of the present invention, the applied composition for a coating layer may be dried to undergo a crosslinking reaction, and then washed with a solvent, and then further dried again. In this case, the additional drying temperature may be 60 to 120 °C, or 60 to 100 °C, and the additional drying time may be 12 to 36 hours, or 18 to 36 hours. The reason why drying is not performed once, but proceeds twice, is to remove the solution washed with residues after the thermal crosslinking reaction.

본 발명의 일 측면에 따른 전기화학소자는 양극(cathode), 음극(anode), 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하고, 상기 분리막이 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막이다.An electrochemical device according to an aspect of the present invention includes an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode, and the separator is a separator according to an embodiment of the present invention described above.

이러한 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. Such an electrochemical device includes all devices that undergo an electrochemical reaction, and specific examples include all types of primary and secondary batteries, fuel cells, solar cells, or capacitors such as supercapacitor devices. Particularly, among the secondary batteries, 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 preferred.

본 발명의 분리막과 함께 적용될 양극과 음극의 양 전극으로는 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 전극활물질을 전극 전류집전체에 결착된 형태로 제조할 수 있다. 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. 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. 양극 전류집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극 전류집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.The positive electrode and the negative electrode to be applied together with the separator of the present invention are not particularly limited, and an electrode active material may be prepared in a form bound to an electrode current collector according to a conventional method known in the art. 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 may be used, and in particular, lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron oxide, or a combination thereof It is preferable to use one lithium composite oxide. 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 may be used, and in particular, lithium metal or lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, Lithium adsorption materials such as graphite or other carbons are preferable. Non-limiting examples of the positive electrode current collector include aluminum, nickel, or a foil manufactured by a combination thereof, and non-limiting examples of the negative electrode current collector include copper, gold, nickel, or a copper alloy, or a combination thereof. And foils that are manufactured.

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 (g-부티로락톤) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 또는 해리된 것이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The electrolyte that can be used in the electrochemical device of the present invention is a salt having a structure such as A + B - , where A + contains an ion consisting of an alkali metal cation such as Li + , Na + , K + or a combination thereof, and 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 - A salt containing an anion or a combination thereof such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl Carbonate (DPC), dimethylsulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethyl carbonate (EMC), gamma butyrolactone (g -Butyrolactone) or dissolved or dissociated in an organic solvent consisting of a mixture thereof, but is not limited thereto.

상기 전해액 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전지 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 전지 조립 전 또는 전지 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.The electrolyte injection may be performed at an appropriate step in the battery manufacturing process according to the manufacturing process and required physical properties of the final product. That is, it can be applied before assembling the battery or in the final step of assembling 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 in order to describe the present invention in detail. However, the embodiments according to the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely describe the present invention to those of ordinary skill in the art.

실시예 1 Example 1

바인더 고분자로서 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로플로필렌(PVdF-HFP) 10.0 μmoL(중량평균분자량: 600,000) 6g을 용매로 아세톤 94g에 용해하여 6 중량% 농도의 바인더 고분자 용액을 준비하였다. As a binder polymer, 6 g of polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP) 10.0 μmoL (weight average molecular weight: 600,000) was dissolved in 94 g of acetone as a solvent to prepare a binder polymer solution having a concentration of 6% by weight.

킬레이팅 모노머로서 4-메틸-4'-비닐-2,2'-비피리딘 (4-Methyl-4'-vinyl-2,2'-bipyridine(MVBipy)) 5.0mmoL(0.98g)를 메탄올과 벤젠의 혼합 용매(부피비 1:1) 5mL에 투입하여, 상기 킬레이팅 모노머가 충분히 용해될 때까지 마그네틱 바로 교반하여 킬레이팅 모노머 용액을 준비하였다.As a chelating monomer, 5.0mmoL (0.98g) of 4-methyl-4'-vinyl-2,2'-bipyridine (4-Methyl-4'-vinyl-2,2'-bipyridine (MVBipy)) was added to methanol and benzene. Was added to 5 mL of a mixed solvent (volume ratio of 1:1), and stirred with a magnetic bar until the chelating monomer was sufficiently dissolved to prepare a chelating monomer solution.

상기 바인더 고분자 용액에 준비한 킬레이팅 모노머 용액을 피펫으로 소량씩 투입하며 교반하였다.The chelating monomer solution prepared in the binder polymer solution was added in small portions with a pipette and stirred.

이후, 상기 바인더 고분자 용액과 킬레이팅 모노머 용액의 혼합 용액에 가교제로서 에틸렌글리콜 디메타아크릴레이트 5.10 mmoL(1.01g)을 피펫으로 투입하여 균일한 용액이 관찰될 때까지 교반하였다.Thereafter, ethylene glycol dimethacrylate 5.10 mmoL (1.01 g) as a crosslinking agent was pipetted into the mixed solution of the binder polymer solution and the chelating monomer solution, followed by stirring until a uniform solution was observed.

상기 얻어진 용액에 개시제로서 AIBN(Azobisisobutyronitrile) 0.3 mmoL을 첨가 후 교반하여 코팅층용 조성물을 준비하였다.To the obtained solution, 0.3 mmoL of AIBN (Azobisisobutyronitrile) was added as an initiator and stirred to prepare a composition for a coating layer.

습도 35% 및 상온(25℃)의 조건에서, 상기 코팅층용 조성물을 다공성 고분자 기재인 다공성 폴리에틸렌 필름 기재(두께 9㎛, 저항 0.66 ohm, 통기도 142 sec/100cc)의 일면에 슬러리 바 코팅하고, 컨벡션 오븐(convection oven) 장치를 이용하여 60℃에서 18hr 동안 건조하며 가교반응을 진행하고, 이후, 메탄올과 벤젠의 혼합 용매(부피비 1:1) 으로 세척 후 80℃에서 24hr 진공 건조하여, 다공성 폴리에틸렌 필름 기재의 일면에 금속이온 흡착층을 구비한 분리막을 제조하였다. 이때, 금속이온 흡착층의 두께는 3 ㎛ 이었다.Under the conditions of 35% humidity and room temperature (25°C), the composition for the coating layer was coated with a slurry bar on one side of a porous polyethylene film substrate (thickness 9㎛, resistance 0.66 ohm, air permeability 142 sec/100cc) as a porous polymer substrate, and convection After drying at 60℃ for 18hr using a convection oven and crosslinking reaction, after washing with a mixed solvent of methanol and benzene (volume ratio 1:1), vacuum drying at 80℃ for 24hr, porous polyethylene film A separator having a metal ion adsorption layer on one side of the substrate was prepared. At this time, the thickness of the metal ion adsorption layer was 3 µm.

양극 활물질로서 기능하는 Li[Ni0.6Mn0.2Co0.2]O2 96.7 중량부, 도전제로서 기능하는 그래파이트를 1.3 중량부, 결합제로서 기능하는 폴리비닐리덴 플루라이드(PVdF)를 2.0 중량부 혼합해서, 양극 합제를 조제했다. 얻어진 양극 합제를 용매로서 기능하는 1-메틸-2-피롤리돈에 분산시키는 것에 의해, 양극 합제 슬러리를 조제했다. 이 슬러리를 두께 20 ㎛의 알루미늄 호일의 양면에 각각 코팅, 건조, 및 압착하여 양극을 제조하였다. 96.7 parts by weight of Li[Ni 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 ]O 2 functioning as a positive electrode active material, 1.3 parts by weight of graphite functioning as a conductive agent, and 2.0 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) functioning as a binder are mixed, A positive electrode mixture was prepared. A positive electrode mixture slurry was prepared by dispersing the obtained positive electrode mixture in 1-methyl-2-pyrrolidone serving as a solvent. This slurry was coated, dried, and pressed on both sides of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, respectively, to prepare a positive electrode.

음극 활물질로서 기능하는 인조흑연과 천연흑연(중량비: 90:10)를 97.6 중량부, 결합제로서 기능하는 스티렌-부타디엔 고무(SBR)를 1.2 중량부, 카르복시메틸 셀룰로스(CMC)를 1.2 중량부 혼합해서, 음극 합제를 조제했다. 이 음극 합제를 용매로서 기능하는 이온 교환수에 분산시키는 것에 의해, 음극 합제 슬러리를 조제했다. 이 슬러리를 두께 20 ㎛의 구리 호일의 양면에 코팅, 건조 및 압착하여 음극을 제조하였다.By mixing 97.6 parts by weight of artificial graphite and natural graphite (weight ratio: 90:10) functioning as a negative electrode active material, 1.2 parts by weight of styrene-butadiene rubber (SBR) functioning as a binder, and 1.2 parts by weight of carboxymethyl cellulose (CMC) , A negative electrode mixture was prepared. A negative electrode mixture slurry was prepared by dispersing this negative electrode mixture in ion-exchanged water serving as a solvent. This slurry was coated on both sides of a copper foil having a thickness of 20 μm, dried, and pressed to prepare a negative electrode.

에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC) 및 디에틸 카보네이트(DEC)를 3:3:4(부피비)의 조성으로 혼합된 유기 용매에 LiPF6를 1.0M의 농도가 되도록 용해시켜 비수성 전해액을 제조하였다. In an organic solvent mixed with ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and diethyl carbonate (DEC) in a composition of 3:3:4 (volume ratio), LiPF 6 was dissolved to a concentration of 1.0M to obtain a non-aqueous electrolyte. Was prepared.

상기에서 제조된 양극과 음극 사이에 상기 분리막이 개재되도록 적층하여, 상기 양극과 음극의 활물질층 중 적어도 한 층이 상기 분리막의 다공성 코팅층과 면접하게 하여 분리막-전극 복합체를 준비하였다. 상기 분리막-전극 복합체를 파우치에 수납한 후, 상기 전해액을 주입하여 이차전지를 제조하였다.A separator-electrode composite was prepared by laminating the separator so that the separator was interposed between the positive electrode and the negative electrode prepared above, so that at least one of the active material layers of the positive electrode and the negative electrode was interviewed with the porous coating layer of the separator. After storing the separator-electrode composite in a pouch, the electrolyte was injected to prepare a secondary battery.

실시예 2 Example 2

가교제로서 에틸렌글리콜 디메타아크릴레이트 10.20 mmoL(2.02g)을 사용한 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 분리막 및 이를 구비하는 이차전지를 제조하였다.A separator and a secondary battery having the same were prepared in the same manner as in Example 1, except that 10.20 mmoL (2.02 g) of ethylene glycol dimethacrylate was used as a crosslinking agent.

실시예 3 Example 3

가교제로서 에틸렌글리콜 디메타아크릴레이트 15.30 mmoL(3.03g)을 사용한 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 분리막 및 이를 구비하는 이차전지를 제조하였다.A separator and a secondary battery having the same were prepared in the same manner as in Example 1, except that ethylene glycol dimethacrylate 15.30 mmoL (3.03 g) was used as a crosslinking agent.

비교예 1Comparative Example 1

바인더 고분자로서 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로플로필렌(PVdF-HFP) 10.0 μmoL(중량평균분자량: 600,000) 6g을 용매로 아세톤 94g에 용해하여 6 중량% 농도의 바인더 고분자 용액을 준비하였다. As a binder polymer, 6 g of polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP) 10.0 μmoL (weight average molecular weight: 600,000) was dissolved in 94 g of acetone as a solvent to prepare a binder polymer solution having a concentration of 6% by weight.

습도 35% 및 상온(25℃)의 조건에서, 상기 바인더 고분자 용액을 다공성 고분자 기재인 다공성 폴리에틸렌 필름 기재의 일면에 슬러리 바 코팅하고, 상온(25℃)에서 10분 동안 건조하여 분리막을 제조하였다. 그 외 실시예 1가 동일한 방법으로 이 분리막을 구비하는 이차전지를 제조하였다.Under conditions of 35% humidity and room temperature (25° C.), the binder polymer solution was coated with a slurry bar on one side of a porous polyethylene film substrate, which is a porous polymer substrate, and dried at room temperature (25° C.) for 10 minutes to prepare a separator. In addition, a secondary battery including this separator was manufactured in the same manner as in Example 1.

평가 결과Evaluation results

(1) XPS 원소 분석 평가 (1) XPS elemental analysis and evaluation

실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 분리막에 대해서 ThermoFisher Scientific社의 K-Alpha(모델명) XPS 장비를 이용하여 분석을 진행하였다. 사용하는 X-ray source는 monochromated Al Ka, 1486.6 eV의 에너지를 가졌다. Survay scan spectrum 조건은 binding energy range가 -10 내지 1350 eV이었고, 1 eV의 step으로 dwell time을 10ms으로 하였으며, pass energy는 200 eV(CAE mode), Scan 개수는 20 scan으로 하였다. 그 평가 결과, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 분리막의 금속이온 흡착층 내의 원소 함량을 분석하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.For the separation membranes of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, analysis was performed using the K-Alpha (model name) XPS equipment of ThermoFisher Scientific. The X-ray source used had an energy of monochromated Al Ka, 1486.6 eV. Survay scan spectrum conditions were a binding energy range of -10 to 1350 eV, a dwell time of 10 ms with a step of 1 eV, a pass energy of 200 eV (CAE mode), and a number of scans of 20 scans. As a result of the evaluation, the element content in the metal ion adsorption layer of the separators of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 was analyzed, and the results are shown in Table 1.

(2) Ni 이온 흡수량 평가(2) Ni ion absorption amount evaluation

Perkin Elmer社의 ICP-OES OPTIMA 7300DV 장비를 이용하여 원소 함량 분석을 진행하였다. 시험 방법은 하기와 같다. 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.Element content analysis was performed using Perkin Elmer's ICP-OES OPTIMA 7300DV equipment. The test method is as follows. The results are shown in Table 1 below.

1) 실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 이차전지를 각각 상온에서 0.1 C-rate로 SOC 30까지 충전하고, 3일간 에이징한 후 가스를 제거하였다. 이후, 4.3V의 전압까지 0.33 C-rate의 전류밀도로 충전하고, 같은 전류 밀도로 2.5V까지 방전하는 방식으로 총 100 회(Cycle) 충방전 후에 이차전지를 분해하여 분리막을 분리하였다. 상기 분리된 분리막의 다공성 고분자 기재로부터 금속이온 흡착층을 면도날을 이용하여 분리해내어 금속이온 흡착층 시료를 준비하였다. 준비된 금속이온 흡착층 시료 중 약 0.05 g을 백금 도가니에 분취하여 정확히 무게를 측정하였다. 1) The secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were charged to SOC 30 at a 0.1 C-rate at room temperature, respectively, and aged for 3 days, and then gas was removed. Thereafter, the secondary battery was decomposed to separate the secondary battery after charging and discharging a total of 100 cycles by charging up to a voltage of 4.3 V at a current density of 0.33 C-rate and discharging to 2.5 V at the same current density. A metal ion adsorption layer sample was prepared by separating the metal ion adsorption layer from the porous polymer substrate of the separated membrane using a razor blade. About 0.05 g of the prepared metal ion adsorption layer sample was aliquoted into a platinum crucible and the weight was accurately measured.

2) 진한 황산 1 mL, 인산 1 mL를 순서대로 시료에 가한 후 잘 흔들어 혼합하였다.2) 1 mL of concentrated sulfuric acid and 1 mL of phosphoric acid were sequentially added to the sample, and then well shaken to mix.

3) 시료를 핫 플레이트(Hot plate)에서 가열하여 시료를 용해시켰다. (370℃ 1차 가열 후, 540℃ 2차 가열).3) The sample was dissolved by heating the sample on a hot plate. (After the first heating at 370° C., the second heating at 540° C.).

4) 시료를 가열하는 중간에 흔들어 주면서 용해시켰다.(진한 황산 0.5 mL씩 추가 투입하여 인산이 굳는걸 방지한다.) 4) The sample was dissolved while shaking while heating. (Add 0.5 mL of concentrated sulfuric acid to prevent phosphoric acid from hardening.)

5) 시료가 맑게 용해가 되면 불산 1 방울을 첨가하고 밀봉 후 잘 흔들어 혼합하였다. 5) When the sample was clearly dissolved, 1 drop of hydrofluoric acid was added, sealed, and well shaken to mix.

6) 시료를 상온에서 3시간 정도 방치하여 용해시켰다. 6) The sample was allowed to stand at room temperature for about 3 hours to dissolve.

7) 붕산수 1 mL 정도 넣고, 내부표준물질로 Sc 0.1 mL 넣고 초순수 10 mL로 희석하였다.7) About 1 mL of boric acid water was added, 0.1 mL of Sc was added as an internal standard and diluted with 10 mL of ultrapure water.

8) 희석된 결과물을 여과하여 ICP(Inductively Coupled Plasma Spectrometer) 측정하였다.8) The diluted resultant was filtered to measure ICP (Inductively Coupled Plasma Spectrometer).

가교제와 킬레이팅 모노머의 몰비Molar ratio of crosslinking agent and chelating monomer XPS 원소분석 - 원소비(%)XPS Elemental Analysis-Elemental Ratio (%) Ni 이온 흡착량 (ppm)Ni ion adsorption amount (ppm) 탄소 원소비(%)Carbon element ratio (%) 불소 원소비(%)Fluorine element ratio (%) 수소 원소비(%)Hydrogen element ratio (%) 질소 원소비(%)Nitrogen element ratio (%) 실시예 1Example 1 1.02:11.02:1 65.965.9 26.326.3 1.71.7 1.81.8 170170 실시예 2Example 2 2.04:12.04:1 64.964.9 26.226.2 1.61.6 1.11.1 210210 실시예 3Example 3 3.06:13.06:1 64.664.6 26.426.4 1.61.6 0.70.7 100100 비교예 1Comparative Example 1 -- 65.965.9 26.526.5 1.81.8 0.20.2 4040

상기 표 1을 참조하면 본 발명의 실시예 1 내지 3의 분리막은 비교예 1의 분리막에 비하여 양극활물질로부터 용출되는 전이금속의 일 종인 Ni 이온 흡착성능이 현저하게 개선될 것을 확인할 수 있었다. 그 결과, 본 발명의 실시예 1 내지 3의 분리막을 채용한 리튬 이차전지는 용출된 양이온에 의한 퇴화 속도가 현저하게 감소되어, 리튬 이차전지의 용량 및 사이클 성능이 크게 개선될 것으로 예상된다.Referring to Table 1, it was confirmed that the separator of Examples 1 to 3 of the present invention significantly improved the Ni ion adsorption performance, which is a kind of transition metal eluted from the positive electrode active material, compared to the separator of Comparative Example 1. As a result, in the lithium secondary battery employing the separators of Examples 1 to 3 of the present invention, the rate of degeneration by the eluted cations is significantly reduced, and the capacity and cycle performance of the lithium secondary battery are expected to be greatly improved.

Claims (14)

다수의 기공을 갖는 다공성 고분자 기재, 및
상기 다공성 고분자 기재의 적어도 일면 상에 위치하며, 바인더 고분자; 및 금속 양이온과 배위 결합하여 금속 양이온을 흡착할 수 있는 2개 이상의 헤테로 고리 아민을 갖는 킬레이팅기를 함유하는 가교 고분자;를 구비하는 금속이온 흡착층을 포함하는 리튬 이차전지용 분리막.
A porous polymer substrate having a plurality of pores, and
A binder polymer positioned on at least one surface of the porous polymer substrate; And a crosslinked polymer containing a chelating group having two or more heterocyclic amines capable of adsorbing metal cations by coordinating with metal cations.
제1항에 있어서,
상기 가교 고분자가 2개 이상의 헤테로 고리 아민을 갖는 킬레이팅기 및 1개 이상의 탄소-탄소 이중결합을 갖는 킬레이팅 모노머와 2개 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 가교제의 중합반응의 결과물인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 분리막.
The method of claim 1,
The crosslinked polymer is characterized in that it is a result of polymerization of a chelating group having two or more heterocyclic amines and a chelating monomer having one or more carbon-carbon double bonds and a crosslinking agent having two or more carbon-carbon double bonds. A separator for lithium secondary batteries.
제1항에 있어서,
상기 킬레이팅기가 C1 내지 C5인 알킬 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 비피리딘기, C1 내지 C5인 알킬 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 터피리딘기, C1 내지 C5인 알킬 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 페난트롤린기, 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 분리막.
The method of claim 1,
The chelating group C1 to C5 alkyl or halogen substituted or unsubstituted bipyridine group, C1 to C5 alkyl or halogen substituted or unsubstituted terpyridine group, C1 to C5 alkyl or halogen substituted or unsubstituted A separator for a lithium secondary battery, comprising a phenanthroline group, or two or more of them.
제1항에 있어서,
상기 금속이온 흡착층에서 상기 바인더 고분자 100 중량부 기준으로 상기 가교 고분자의 함량이 1 내지 80 중량부인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 분리막.
The method of claim 1,
A separator for a lithium secondary battery, wherein the content of the crosslinked polymer is 1 to 80 parts by weight based on 100 parts by weight of the binder polymer in the metal ion adsorption layer.
제1항에 있어서,
상기 금속이온 흡착층이 XPS 원소 분석 결과, 0.5% 이상의 질소 원소비를 갖는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 분리막.
The method of claim 1,
A separator for a lithium secondary battery, wherein the metal ion adsorption layer has a nitrogen element ratio of 0.5% or more as a result of XPS element analysis.
바인더 고분자, 2개 이상의 헤테로 고리 아민을 갖는 킬레이팅기 및 1개 이상의 탄소-탄소 이중결합을 갖는 킬레이팅 모노머, 2개 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 가교제, 및 개시제를 용매에 녹여 코팅층용 조성물을 준비하는 단계;
상기 코팅층용 조성물을 다수의 기공을 갖는 다공성 고분자 기재의 적어도 일면 상에 도포하는 단계; 및
상기 도포된 코팅층용 조성물을 건조하는 동안 상기 킬레이팅 모노머와 가교제간의 중합반응을 시켜 금속이온 흡착층을 형성하는 단계;를 포함하는 제1 항의 리튬 이차전지용 분리막의 제조방법.
A composition for a coating layer by dissolving a binder polymer, a chelating group having two or more heterocyclic amines, a chelating monomer having one or more carbon-carbon double bonds, a crosslinking agent having two or more carbon-carbon double bonds, and an initiator in a solvent Preparing for it;
Applying the composition for a coating layer on at least one surface of a porous polymer substrate having a plurality of pores; And
The method for producing a separator for a lithium secondary battery according to claim 1, comprising: forming a metal ion adsorption layer by performing a polymerization reaction between the chelating monomer and a crosslinking agent while drying the applied coating layer composition.
제6항에 있어서,
상기 킬레이팅기가 C1 내지 C5인 알킬 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 비피리딘기, C1 내지 C5인 알킬 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 터피리딘기, C1 내지 C5인 알킬 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 페난트롤린기, 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 분리막의 제조방법.
The method of claim 6,
The chelating group C1 to C5 alkyl or halogen substituted or unsubstituted bipyridine group, C1 to C5 alkyl or halogen substituted or unsubstituted terpyridine group, C1 to C5 alkyl or halogen substituted or unsubstituted A method for producing a separator for a lithium secondary battery, comprising a phenanthroline group, or two or more of them.
제6항에 있어서,
상기 킬레이팅 모노머가 4-메틸-4'-비닐-2,2'-비피리딘, 5-비닐-2,2'-비피리딘, 4-비닐-2,2'-비피리딘, 3-비닐-2,2'-비피리딘, 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 분리막의 제조방법.
The method of claim 6,
The chelating monomer is 4-methyl-4'-vinyl-2,2'-bipyridine, 5-vinyl-2,2'-bipyridine, 4-vinyl-2,2'-bipyridine, 3-vinyl- 2,2'-bipyridine, or a method for producing a separator for a lithium secondary battery comprising two or more of these.
제6항에 있어서,
상기 가교제가 분자 중에 2 이상의 (메타)아크릴레이트 잔기를 가지는 중합성 화합물인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 분리막의 제조방법.
The method of claim 6,
The method for producing a separator for a lithium secondary battery, characterized in that the crosslinking agent is a polymerizable compound having two or more (meth)acrylate residues in a molecule.
제9항에 있어서,
상기 가교제가 헥산디올 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리옥시에틸 디(메타)아크릴레이트, 알킬렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 디알킬렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 트리알킬렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 디시클로펜테닐 디(메타)아크릴레이트, 디시클로펜테닐옥시에틸 디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메타)아크릴레이트, 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 분리막의 제조방법.
The method of claim 9,
The crosslinking agent is hexanediol di(meth)acrylate, trimethylolpropane trioxyethyl di(meth)acrylate, alkylene glycol di(meth)acrylate, dialkylene glycol di(meth)acrylate, trialkylene glycol Di(meth)acrylate, dicyclopentenyl di(meth)acrylate, dicyclopentenyloxyethyl di(meth)acrylate, neopentyl glycol di(meth)acrylate, dipentaerythritol hexa di(meth) An acrylate, trimethylolpropane tri(meth)acrylate, pentaerythritol tri(meth)acrylate, or a method for producing a separator for a lithium secondary battery comprising two or more of them.
제9항에 있어서,
상기 가교제가 3-부탄디올 디아크릴레이트, 1,3-부탄디올 디메타크릴레이트, 1,4-부탄디올 디아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디메타크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 분리막의 제조방법.
The method of claim 9,
The crosslinking agent is 3-butanediol diacrylate, 1,3-butanediol dimethacrylate, 1,4-butanediol diacrylate, 1,4-butanediol dimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, tetraethyleneglycol di A method for producing a separator for a lithium secondary battery, comprising acrylate, ethylene glycol dimethacrylate, tetraethylene glycol dimethacrylate, or two or more of them.
제6항에 있어서,
상기 가교제와 킬레이팅 모노머의 몰비가 1:1 내지 4:1인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 분리막의 제조방법.
The method of claim 6,
The method of manufacturing a separator for a lithium secondary battery, characterized in that the molar ratio of the crosslinking agent and the chelating monomer is 1:1 to 4:1.
제6항에 있어서,
상기 바인더 고분자가 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리부닐메타아크릴레이트 (polybutylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 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 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 분리막의 제조방법.
The method of claim 6,
The binder polymer is polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-trichloroethylene, polymethylmethacrylate, Polybutylacrylate, polybutylmethacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, ethylene vinyl acetate copolymer (polyethylene-co -vinyl acetate), polyethylene oxide, polyarylate, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethyl Fluran (cyanoethylpullulan), cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, flulan, carboxyl methyl cellulose, or these Method for producing a separator for a lithium secondary battery, characterized in that it comprises two or more of.
양극, 음극, 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 분리막이 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 분리막인 리튬 이차전지.A lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive and negative electrodes, wherein the separator is the separator according to any one of claims 1 to 5.
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KR102604351B1 (en) * 2023-04-19 2023-11-23 한양대학교 에리카산학협력단 Manufacturing methode of separator for lithium secondary battery, separator for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same

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