KR20220051982A - A polyphenylene sulfide/porogen composite, a porous separator for lithium secondary battery comprising the same, method for manufacturing the polyphenylene sulfide/porogen composite and method for manufacturing the porous separator for lithium secondary battery - Google Patents

A polyphenylene sulfide/porogen composite, a porous separator for lithium secondary battery comprising the same, method for manufacturing the polyphenylene sulfide/porogen composite and method for manufacturing the porous separator for lithium secondary battery Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a polyphenylene sulfide/porogen composite, a porous separator for lithium secondary battery containing the same, a method for preparing the polyphenylene sulfide/porogen composite, and a method for preparing a porous separator for lithium secondary battery. More specifically, the porogen may be uniformly dispersed in a polymer resin by improving interfacial affinity between polyphenylene sulfide polymer particle and the porogen by forming a composite in which the polymer particle is coated with the porogen through plasma treatment. In addition, the porous separator for lithium secondary batteries of the present invention can easily form uniform micropores on the surface and inside of the membrane, and remarkably improve porosity and ionic conductivity due to the ionic functional groups bonded to the inner walls of the pores through a simple process of removing porogen using polyphenylene sulfide/porogen complex while maintaining the excellent heat resistance, mechanical stability and chemical resistance of polyphenylene sulfide polymer.

Description

폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체, 이를 포함하는 리튬이차전지용 다공성 분리막, 상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체의 제조방법 및 상기 리튬이차전지용 다공성 분리막의 제조방법{A polyphenylene sulfide/porogen composite, a porous separator for lithium secondary battery comprising the same, method for manufacturing the polyphenylene sulfide/porogen composite and method for manufacturing the porous separator for lithium secondary battery}A polyphenylene sulfide / porogen composite, a porous separator for a lithium secondary battery comprising the same, a method for producing the polyphenylene sulfide / porogen composite, and a method for producing a porous separator for a lithium secondary battery {A polyphenylene sulfide / porogen composite, a porous separator for lithium secondary battery comprising the same, method for manufacturing the polyphenylene sulfide/porogen composite and method for manufacturing the porous separator for lithium secondary battery}

본 발명은 기계적 강성 및 화학적 안정성이 우수한 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체, 이를 포함하여 이온전도도 및 기공도가 향상된 리튬이차전지용 다공성 분리막, 상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체의 제조방법 및 상기 리튬이차전지용 다공성 분리막의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polyphenylene sulfide/porogen composite having excellent mechanical strength and chemical stability, a porous separator for a lithium secondary battery with improved ionic conductivity and porosity including the same, a method for preparing the polyphenylene sulfide/porogen composite, and the lithium It relates to a method for manufacturing a porous separator for a secondary battery.

리튬이온전지로 대표되는 이차전지 시스템의 구성에 필수적인 분리막은 습식 방식, 압착 방식 또는 건식 방식을 이용하여 제조된다. 습식 방식은 분리막 매질인 고분자를 적당한 용매에 녹여 제조한 고분자 용액을 평판 위에 캐스팅하여 필름 형태로 만든 후 용매를 건조시켜 제거하는 과정에서 기공(pore)을 형성시켜 분리막을 제조하는 방법이다. 또한 압착 방식은 섬유형태의 고분자가 무질서하게 엉켜있는(non-woven) 상태에서 열과 압력을 가해 다공성 고분자 필름을 제조하는 방법이다. 또한 건식 방식은 기성형된 고분자 필름을 1축 혹은 2축 연신 등의 기계적 스트레스에 반복 노출시키고 외력에 의한 물리적 손상 과정을 통해 기공을 형성시켜 다공성 고분자 필름을 제조하는 방법이다. A separator essential for the construction of a secondary battery system typified by a lithium ion battery is manufactured using a wet method, a compression method, or a dry method. In the wet method, a polymer solution prepared by dissolving a polymer, which is a membrane medium, in a suitable solvent is cast on a flat plate to form a film, and pores are formed in the process of drying and removing the solvent to prepare a separator. In addition, the compression method is a method of manufacturing a porous polymer film by applying heat and pressure in a non-woven state in which the fibrous polymer is disorderly. In addition, the dry method is a method of manufacturing a porous polymer film by repeatedly exposing a preformed polymer film to mechanical stress such as uniaxial or biaxial stretching and forming pores through a process of physical damage caused by an external force.

리튬이차전지는 일정한 충방전 성능 유지 및 충방전 관련 물성 개선면에서 제어된 기공 크기와 균질한 기공 분포가 요구되고 있으나, 상기한 습식 및 건식 방식으로 제작된 고분자 분리막의 경우 기공의 크기와 크기 분포를 정밀하게 제어하는 것이 매우 어렵다는 단점이 여전히 지적되고 있다.Lithium secondary batteries require a controlled pore size and a homogeneous pore distribution in terms of maintaining constant charge/discharge performance and improving charge/discharge-related properties. The disadvantage is still pointed out that it is very difficult to precisely control the

특별히, 현재 상용화 분리막의 경우 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 올레핀계 열가소성 고분자에 건식 방식을 적용하여 제조된다. 그러나 올레핀계 열가소성 고분자는 내열성이 좋지 않아 150 ℃ 이상의 고온 환경에서는 사용하지 못하며, 화학적 안정성은 양호한 반면에 기계적 강도와 내구성이 취약하여 가혹한 작동 환경에 노출되면 쉽게 취약해질 수 있는 단점이 있다. In particular, in the case of a commercially available separator, it is manufactured by applying a dry method to an olefinic thermoplastic polymer such as polyethylene or polypropylene. However, the olefinic thermoplastic polymer has poor heat resistance, so it cannot be used in a high temperature environment of 150 ° C. or higher, and while chemical stability is good, mechanical strength and durability are weak, so that it can be easily weakened when exposed to a harsh operating environment.

상기한 문제점을 극복하기 위해서, 내열성과 기계적인 물성이 매우 우수한 슈퍼엔지니어링 플라스틱을 활용하여 올레핀계 열가소성 고분자를 대체하고자 하는 노력이 현재 다양하게 시도되고 있으며, 특별히 슈퍼엔지니어링 플라스틱 중 하나인 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide, PPS)를 활용한 분리막 연구가 주요 관심의 대상이 되고 있다. In order to overcome the above problems, various efforts are currently being made to replace olefinic thermoplastic polymers by using super engineering plastics with excellent heat resistance and mechanical properties, and in particular, polyphenylene sulfide, one of super engineering plastics, is being tried. Separation membrane research using (polyphenylene sulfide, PPS) is of major interest.

그러나 폴리페닐렌설파이드는 고분자 사슬의 결합력이 높아서 외부 충격에 대한 기계적 내구성은 고온에서도 뛰어나지만, 이러한 높은 기계적 안정성으로 인하여 반복된 기계적 스트레스에 의한, 건식 방식의 미세기공 형성은 적용이 매우 어렵다는 문제가 있다. 또한 화학적 반응성이 낮아 내화학성이 뛰어난 반면에 습식 제막 방식을 위한 용액 조건 확보가 매우 어렵고, 디페닐에테르 (diphenyl ether), N-메틸피롤리돈 (N-methylpyrrolidone), N-사이클로헥실피롤리돈 (N-cyclohexylpyrrolidone)과 같은, 비등점과 극성이 높은 일부 특수 용매를 이용한 150 ℃ 이상의 고온 환경에서만 용해가 제한적으로 일어난다. 뿐만 아니라 폴리페닐렌설파이드는 다른 고분자 소재와 마찬가지로 이온전도도가 매우 낮아, 기공을 형성시킨 구조가 얻어진다 하여도 이온전도 분리막으로서의 기능성을 위해서는 이온전도도 향상을 위한 추가적인 처리가 필수적이지만, 화학적 반응성이 낮아 훨씬 가혹하거나 복잡한 공정을 요구한다.However, polyphenylene sulfide has high polymer chain bonding strength, so it has excellent mechanical durability against external impact even at high temperatures. there is. In addition, while chemical resistance is excellent due to low chemical reactivity, it is very difficult to secure solution conditions for wet film forming method, and diphenyl ether, N-methylpyrrolidone, N-cyclohexylpyrrolidone Limited dissolution occurs only in a high-temperature environment above 150 ℃ using some special solvents with high boiling point and high polarity, such as (N-cyclohexylpyrrolidone). In addition, polyphenylene sulfide, like other polymer materials, has very low ionic conductivity, so even if a pore-formed structure is obtained, additional treatment to improve ion conductivity is essential for functionality as an ion conductive separator, but chemical reactivity is low It requires a much harsher or more complex process.

슈퍼엔지니어링 플라스틱 뿐 아니라 범용 고분자 수지를 기반으로 다공성 필름을 제조하는 방법에는, 앞서 기술한 습식 용매법 및 외력에 의한 물리적 손상 기반 건식 공정 외에 수지 내 이물질, 즉 기공 형성을 도모하는 전구체 물질인 포로젠 (porogen) 을 주입하여 고분자-포로젠 복합체를 구성하고, 이를 필름 형태로 성형한 후 이로부터 포로젠 성분만 선택적으로 제거하여 기공 형성을 도모하는 방법이 제안된 바 있으며, 이 경우 고분자 수지에는 반응하지 않으며 고분자 수지 내에 존재하는 포로젠 만 선택적으로 용출시킬 수 있는 용매를 사용하므로, 도입된 포로젠의 크기 및 형상에 따라, 다양하며 균질한 기공 형성을 용이하게 도모할 수 있다는 점이 장점으로 알려졌다. In addition to the above-described wet solvent method and dry process based on physical damage caused by external force, the method for manufacturing a porous film based on general-purpose polymer resin as well as super engineering plastic includes porogen, a precursor material that promotes formation of pores, that is, foreign substances in the resin. (porogen) is injected to form a polymer-porogen complex, molded into a film, and then only the porogen component is selectively removed therefrom to promote pore formation. In this case, the polymer resin reacts Since it uses a solvent that can selectively elute only the porogen present in the polymer resin, it is known as an advantage that it can easily promote the formation of various and homogeneous pores according to the size and shape of the introduced porogen.

그러나 포로젠으로 주로 사용 가능한, 금속산화물 계열의 무기물 성분과 고분자 수지 사이에는 계면 친화력이 불량한 경우가 일반적이기에, 두 성분의 혼합 시 포로젠 성분이 고분자 수지 내에서 심각하게 뭉쳐 존재하며, 포로젠 성분의 수지 내 분포도 매우 불균일하기에, 목적했던 일정 크기의 기공 구성 및 균질한 기공 분포를 달성하기 위해서는 포로젠과 고분자 수지 사이의 계면 친화력을 크게 향상시켜야 하는 과정이 필수적이며, 이를 위해 폴리페닐렌설파이드는 앞서 기술한, 낮은 화학적 반응성으로 인하여 포로젠과의 계면 친화성 향상을 위한 추가적인 처리에 훨씬 가혹하거나 복잡한 공정을 요구한다.However, since the interfacial affinity between the metal oxide-based inorganic component and the polymer resin, which can be mainly used as a porogen, is generally poor, when the two components are mixed, the porogen component is seriously agglomerated in the polymer resin, and the porogen component Since the distribution in the resin is also very non-uniform, it is essential to significantly improve the interface affinity between the porogen and the polymer resin in order to achieve the desired pore composition and homogeneous pore distribution of a certain size. As described above, due to the low chemical reactivity, it requires a much more severe or complicated process for additional treatment to improve the interfacial affinity with porogen.

이와 같이 기존의 리튬이온전지용 분리막 소재로 활용되고 있는 올레핀계 열가소성 고분자를 폴리페닐렌설파이드로 대체하기 위해서는 내열성 및 내화학성 측면에서 기대되는 수지 자체의 물성뿐만 아니라 균질한 기공과 우수한 이온전달 능력이 요구되는 다공성 필름 형태의 분리막을 형성하는데 많은 어려움이 있으며, 이에 대한 대책 마련이 쉽지 않은 실정이다. As such, in order to replace the olefinic thermoplastic polymer used as a separator for lithium ion batteries with polyphenylene sulfide, not only the physical properties of the resin itself expected in terms of heat and chemical resistance, but also homogeneous pores and excellent ion transfer ability are required. There are many difficulties in forming a separation membrane in the form of a porous film, and it is not easy to prepare countermeasures for this.

한국공개특허 제2016-0129538호Korea Patent Publication No. 2016-0129538

상기와 같은 문제 해결을 위하여, 본 발명은 플라즈마 처리에 의해 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자와 기공 형성을 도모하는 전구체 물질인 포로젠 (porogen) 사이의 계면 친화도를 향상시켜 압출 공정 시 상기 폴리페닐렌설파이드 고분자 내에 고함량의 포로젠 입자가 고르게 분산된 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention improves the interface affinity between polyphenylene sulfide polymer particles and porogen, which is a precursor material for pore formation, by plasma treatment to improve the polyphenylene An object of the present invention is to provide a polyphenylene sulfide/porogen complex in which a high content of porogen particles are evenly dispersed in a sulfide polymer.

또한 본 발명은 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 이용하여 표면 및 내부에 기공이 균일하게 형성되어 이온전도도 및 기공도가 향상된 리튬이차전지용 다공성 분리막을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a porous separator for a lithium secondary battery with improved ion conductivity and porosity by uniformly forming pores on the surface and inside using a polyphenylene sulfide/porogen composite.

또한 본 발명은 상기 다공성 분리막을 포함하여 전지의 성능 및 수명특성이 향상된 리튬이차전지를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery with improved battery performance and lifespan characteristics including the porous separator.

또한 본 발명은 상기 리튬이차전지를 포함하는 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a device including the lithium secondary battery.

또한 본 발명은 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method for preparing a polyphenylene sulfide/porogen complex.

또한 본 발명은 리튬이차전지용 다공성 분리막의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a porous separator for a lithium secondary battery.

본 발명은 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자 표면에 포로젠이 코팅된 형태를 포함하고, 상기 포로젠은 구형 세라믹 미립자인 것인 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 제공한다.The present invention provides a polyphenylene sulfide/porogen composite including a form in which a porogen is coated on the surface of a polyphenylene sulfide polymer particle, wherein the porogen is a spherical ceramic particle.

또한, 본 발명은 상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 이용하여 내부 및 표면에 기공이 균일하게 형성된 리튬이차전지용 다공성 분리막으로서, 상기 기공은 상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체로부터 포로젠이 제거되어 형성된 것이고, 상기 기공의 내벽은 폴리페닐렌설파이드와 결합된 이온성 작용기를 포함하는 것인 리튬이차전지용 다공성 분리막을 제공한다.In addition, the present invention is a porous separator for a lithium secondary battery in which pores are uniformly formed inside and on the surface using the polyphenylene sulfide/porogen composite, wherein the pores are removed from the polyphenylene sulfide/porogen composite It provides a porous separator for a lithium secondary battery that is formed by being formed, and the inner wall of the pores includes an ionic functional group bonded to polyphenylene sulfide.

또한, 본 발명은 상기 다공성 분리막을 포함하는 리튬이차전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a lithium secondary battery including the porous separator.

또한, 본 발명은 상기 리튬이차전지를 포함하는 장치로서, 상기 장치는 통신장치, 운송장치 및 에너지저장 장치 중에서 선택되는 어느 하나인 것인 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a device including the lithium secondary battery, wherein the device is any one selected from a communication device, a transportation device, and an energy storage device.

또한, 본 발명은 건식 혼합기의 챔버에 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자 및 포로젠을 투입하는 단계; 및 상기 챔버 내부에 플라즈마를 생성시켜 상기 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자와 상기 입자 표면에 포로젠을 기계화학적으로 결합시킨 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 제조하는 단계;를 포함하는 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of adding polyphenylene sulfide polymer particles and porogen to the chamber of the dry mixer; and generating a plasma inside the chamber to prepare a polyphenylene sulfide/porogen composite in which the polyphenylene sulfide polymer particles and porogen are mechanically and chemically bonded to the particle surface; Polyphenylene sulfide/ A method for preparing a porogen complex is provided.

또한, 본 발명은 상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 성형하여 분리막을 제조하는 단계; 상기 분리막을 냉각시켜 분리막의 결정화도를 낮추는 단계; 및 상기 냉각된 분리막을 산 또는 염기 용액에 침지시켜 분리막의 표면 및 내부에 존재하는 포로젠을 제거하여 기공이 균일하게 형성된 다공성 분리막을 제조하는 단계;를 포함하는 리튬이차전지용 다공성 분리막의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of manufacturing a separation membrane by molding the polyphenylene sulfide / porogen complex; cooling the separator to lower the crystallinity of the separator; And immersing the cooled separator in an acid or base solution to remove the porogen present on the surface and inside of the separator to prepare a porous separator in which pores are uniformly formed; a method for producing a porous separator for a lithium secondary battery comprising a to provide.

본 발명의 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체는 플라즈마 처리에 의해 폴리페닐렌설파이드와 포로젠의 표면을 활성화시키고, 이를 통해 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자와 포로젠 사이의 계면 친화도를 향상시켜, 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체의 압출 공정 시 포로젠의 응집 없이 폴리페닐렌설파이드 매질 내에 포로젠을 균일하게 분산시킬 수 있다.The polyphenylene sulfide/porogen complex of the present invention activates the surfaces of polyphenylene sulfide and porogen by plasma treatment, thereby improving the interface affinity between polyphenylene sulfide polymer particles and porogen, During the extrusion process of the phenylene sulfide/porogen complex, the porogen can be uniformly dispersed in the polyphenylene sulfide medium without agglomeration of the porogen.

또한 본 발명의 다공성 분리막은 플라즈마 처리된 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 이용하므로, 포로젠 제거 시, 막의 표면 및 내부에 크기와 분포가 균일한 기공을 형성시켜 우수한 기공도를 얻을 수 있다.In addition, since the porous separator of the present invention uses a plasma-treated polyphenylene sulfide/porogen composite, excellent porosity can be obtained by forming pores having a uniform size and distribution on the surface and inside of the membrane when the porogen is removed.

또한 본 발명의 다공성 분리막은 폴리페닐렌설파이드 고분자의 우수한 내열성, 기계적 안정성 및 내화학성의 물성은 그대로 유지하면서 동시에 간단한 공정에 의해 미세기공을 쉽게 형성할 수 있으며, 기공도가 우수하고, 분리막의 기공 내벽에 잔존하는 이온성 작용기로 인해 이온전도도를 현저히 향상시킬 수 있다. 나아가 이를 이용하여 리튬이차전지에 적용 시 전지의 성능 및 수명특성을 향상시킬 수 있다.In addition, the porous separator of the present invention can easily form micropores by a simple process while maintaining the excellent heat resistance, mechanical stability and chemical resistance of the polyphenylene sulfide polymer, and has excellent porosity, The ionic conductivity can be significantly improved due to the ionic functional groups remaining on the inner wall. Furthermore, when applied to a lithium secondary battery by using this, the performance and lifespan characteristics of the battery can be improved.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects. It should be understood that the effects of the present invention include all effects that can be inferred from the following description.

도 1은 상기 실시예 2에서 제조된 다공성 분리막의 사진이다.
도 2는 상기 실시예 2에서 제조된 다공성 분리막의 수직방향(cross-section)에 대한 SEM 사진이다.
도 3은 상기 실시예 2에서 제조된 다공성 분리막의 수직방향(cross-section)으로 형성된 기공을 확대한 SEM 사진이다.
도 4는 상기 실시예 2에서 제조된 다공성 분리막을 이용한 리튬이차전지의 충방전 성능을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
1 is a photograph of the porous separator prepared in Example 2.
2 is an SEM photograph of the porous separator prepared in Example 2 in the vertical direction (cross-section).
3 is an enlarged SEM photograph of pores formed in the vertical direction (cross-section) of the porous separator prepared in Example 2;
4 shows the results of measuring the charging and discharging performance of the lithium secondary battery using the porous separator prepared in Example 2 above.

이하에서는 본 발명을 하나의 실시예로 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of one embodiment.

본 발명은 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체, 이를 포함하는 리튬이차전지용 다공성 분리막, 상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체의 제조방법 및 상기 리튬이차전지용 다공성 분리막의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polyphenylene sulfide/porogen composite, a porous separator for a lithium secondary battery comprising the same, a method for preparing the polyphenylene sulfide/porogen composite, and a method for manufacturing the porous separator for a lithium secondary battery.

기존의 폴리페닐렌 설파이드 고분자는 이온전도도가 낮으며, 습식 및 건식 공정 모두에서 미세기공이 쉽게 형성되지 않고, 150 ℃ 이상의 고온에서 극성 용매에 의해 제한적으로 용해되기에, 이를 분리막으로 제조하는 공정이 까다롭고 복합한 문제가 있었다.Existing polyphenylene sulfide polymers have low ionic conductivity, micropores are not easily formed in both wet and dry processes, and are limitedly dissolved by polar solvents at high temperatures above 150 ° C. There was a difficult and complex problem.

이에 본 발명에서는 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자 및 포로젠의 혼합물을 플라즈마 처리에 의해 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자와 포로젠 사이의 계면 친화도를 향상시켜 용융 시에도 상기 고분자 내에 포로젠을 균일하게 분산시킬 수 있다. Therefore, in the present invention, the interfacial affinity between the polyphenylene sulfide polymer particles and the porogen is improved by plasma treatment of a mixture of polyphenylene sulfide polymer particles and porogen to uniformly disperse the porogen in the polymer even when melting. can

또한 이를 이용한 다공성 분리막은 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체로부터 포로젠을 제거함으로써 막의 표면 및 내부에 균일한 기공을 형성시켜 기공도를 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명의 다공성 분리막은 폴리페닐렌설파이드 고분자의 우수한 내열성, 기계적 안정성 및 내화학성의 물성은 그대로 유지하면서 동시에 간단한 공정에 의해 미세기공을 쉽게 형성할 수 있으며, 기공도가 우수하고, 분리막의 기공 내벽에 결합된 이온성 작용기로 인해 이온전도도를 현저히 향상시킬 수 있다. 나아가 이를 이용하여 리튬이차전지에 적용 시 전지의 성능 및 수명특성을 향상시킬 수 있다.In addition, the porous separator using the same can improve porosity by removing the porogen from the polyphenylene sulfide/porogen complex to form uniform pores on the surface and inside of the membrane. In addition, the porous separator of the present invention can easily form micropores by a simple process while maintaining the excellent heat resistance, mechanical stability and chemical resistance of the polyphenylene sulfide polymer, and has excellent porosity, Due to the ionic functional group bound to the inner wall, the ionic conductivity can be significantly improved. Furthermore, when applied to a lithium secondary battery by using this, the performance and lifespan characteristics of the battery can be improved.

구체적으로 본 발명의 일 구현예로 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자; 및 상기 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자의 외부와 결합한 형태로 상기 고분자 입자 표면에 코팅된 포로젠;을 포함하고, 상기 포로젠은 구형 세라믹 미립자인 것인 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 제공한다.Specifically, as an embodiment of the present invention, polyphenylene sulfide polymer particles; and a porogen coated on the surface of the polymer particle in a form bonded to the outside of the polyphenylene sulfide polymer particle, wherein the porogen is a spherical ceramic particle.

상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체는 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자 와 포로젠이 1:9 내지 9:1 중량비, 바람직하게는 3:7 내지 7:3 중량비, 더욱 바람직하게는 4:6 내지 6:4 중량비, 가장 바람직하게는 5:5 중량비로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 포로젠의 혼합비가 9 중량비 초과이면, 상기 폴리페닐렌설파이드의 함량이 너무 적어 기계적 안정성 및 내화학성의 물성이 저하될 수 있고, 반대로 1 중량비 미만이면 제막 시 기공 크기 및 기공도가 현저하게 줄어들어 분리막으로의 적용이 어려울 수 있고, 이온전도도가 현저하게 저하될 수 있다. The polyphenylene sulfide/porogen complex contains polyphenylene sulfide polymer particles and porogen in a weight ratio of 1:9 to 9:1, preferably 3:7 to 7:3, more preferably 4:6 to 6 It may consist of a :4 weight ratio, most preferably a 5:5 weight ratio. At this time, if the mixing ratio of the porogen is more than 9 weight ratio, the content of the polyphenylene sulfide is too small, the mechanical stability and chemical resistance physical properties may be reduced. , it may be difficult to apply to a separation membrane, and ionic conductivity may be remarkably reduced.

상기 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자는 평균입경이 10 내지 1000 ㎛, 바람직하게는 60 내지 650 ㎛, 더욱 바람직하게는 100 내지 500 ㎛, 가장 바람직하게는 400 ㎛일 수 있다. 이때, 상기 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자의 평균입경이 상기 범위를 만족하지 않고 너무 작거나 지나치게 클 경우 포로젠과의 마찰력이 저하되어 고분자와 입자와 포로젠과의 화학적 결합을 형성하는 것이 어려울 수 있다.The polyphenylene sulfide polymer particles may have an average particle diameter of 10 to 1000 μm, preferably 60 to 650 μm, more preferably 100 to 500 μm, and most preferably 400 μm. At this time, if the average particle diameter of the polyphenylene sulfide polymer particles does not satisfy the above range and is too small or too large, the frictional force with the porogen is lowered, so it may be difficult to form a chemical bond between the polymer and the particles and the porogen .

상기 포로젠은 폴리페닐렌설파이드 기반 분리막에 미세기공을 형성하기 위해 균일한 크기의 구형 세라믹 미립자를 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 균일한 크기의 구형 세라믹 미립자를 포로젠으로 활용하게 되면 불규칙한 크기의 기공을 갖는 기존 올레핀 기반 분리막에 비해 기공이 균일하고 규칙적으로 형성되어 이온 이동량(ion flux)이 분리막의 면 전체에서 매우 균일하여 이루어질 수 있으며 이온전도도를 현저히 향상시킬 수 있다.The porogen is preferably spherical ceramic particles of uniform size to form micropores in the polyphenylene sulfide-based separator. In particular, when spherical ceramic particles of uniform size are used as porogen, pores are uniformly and regularly formed compared to conventional olefin-based membranes with irregularly sized pores, so that the ion flux is very uniform across the entire surface of the membrane. This can be achieved and the ionic conductivity can be significantly improved.

상기 구형 세라믹 미립자는 평균입경이 100 내지 1000 nm, 바람직하게는 140 내지 300 nm, 더욱 바람직하게는 185 내지 210 nm, 가장 바람직하게는 200 nm일 수 있다. 이때, 상기 구형 세라믹 미립자의 평균입경이 100 nm 미만이면 입경이 너무 작아 이온 이동을 방해하여 결과적으로 이온전도도가 저하될 수 있고, 반대로 1000 nm 초과이면 이온 이동 통로가 지나치게 커져 이온 이동량 조절이 어려울 수 있다. The spherical ceramic fine particles may have an average particle diameter of 100 to 1000 nm, preferably 140 to 300 nm, more preferably 185 to 210 nm, and most preferably 200 nm. At this time, if the average particle diameter of the spherical ceramic particles is less than 100 nm, the particle diameter is too small to interfere with ion movement and consequently ion conductivity may be lowered. there is.

상기 구형 세라믹 미립자는 금속 질화물계, 금속 황화물계 및 금속 산화물계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 금속 질화물계는 AIN, TiN, BN 및 InN로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고, 상기 금속 황화물계는 MoS2, ZnS 및 WS2로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고, 상기 금속 산화물계는 Al2O3, SiO2, ZnO, ZrO2 및 TiO2로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는 상기 구형 세라믹 미립자는 금속 산화물계일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 Al2O3, SiO2, 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 가장 바람직하게는 SiO2일 수 있다.The spherical ceramic particles may be at least one selected from the group consisting of metal nitride, metal sulfide, and metal oxide. The metal nitride-based is at least one selected from the group consisting of AIN, TiN, BN, and InN, the metal sulfide-based is at least one selected from the group consisting of MoS 2 , ZnS and WS 2 , and the metal oxide is Al 2 O 3 , SiO 2 , ZnO, ZrO 2 and TiO 2 It may be at least one selected from the group consisting of. Preferably, the spherical ceramic fine particles may be metal oxide-based, more preferably Al 2 O 3 , SiO 2 , or a mixture thereof, and most preferably SiO 2 .

상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체는 상기 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자와 포로젠이 혼합된 상태에서 용매를 사용하지 않는 건식공정으로 플라즈마 처리되어 상기 입자에 포로젠이 코팅된 구조로 형성된 것일 수 있다. 상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체는 공정이 복잡하고 용매 처리 등으로 비용이 많이 드는 습식 방식 대신에 고분자와 포로젠인 세라믹 미립자 사이에 저에너지 플라즈마를 인가하여 화학적 결합을 유도하는 건식 방식의 플라즈마 기계 화학적 공정을 이용함으로써 용매처리 없이 폴리페닐렌설파이드 고분자와 구형 세라믹 미립자 사이에 계면 친화도를 용이하게 높일 수 있으며, 구형 세라믹 입자의 매질 내 분포도를 제어할 수 있다.The polyphenylene sulfide / porogen complex may be one in which the polyphenylene sulfide polymer particles and the porogen are mixed and plasma-treated in a dry process that does not use a solvent to have a structure in which the particles are coated with the porogen. . The polyphenylene sulfide/porogen composite is a dry type plasma machine that induces chemical bonding by applying a low-energy plasma between the polymer and the porogen ceramic particles instead of the wet method, which is complicated and expensive due to solvent treatment By using a chemical process, the interfacial affinity between the polyphenylene sulfide polymer and the spherical ceramic particles can be easily increased without solvent treatment, and the distribution of the spherical ceramic particles in the medium can be controlled.

또한 본 발명의 다른 구현예로 상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 이용하여 내부 및 표면에 기공이 균일하게 형성된 리튬이차전지용 다공성 분리막으로서, 상기 기공은 상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체로부터 포로젠이 제거되어 형성된 것이고, 상기 기공의 내벽은 폴리페닐렌설파이드와 결합된 이온성 작용기를 포함하는 것인 리튬이차전지용 다공성 분리막을 제공한다.In addition, as another embodiment of the present invention, there is provided a porous separator for a lithium secondary battery in which pores are uniformly formed inside and on the surface using the polyphenylene sulfide/porogen composite, wherein the pores are formed from the polyphenylene sulfide/porogen composite. It is formed by removing the rosen, and the inner wall of the pores provides a porous separator for a lithium secondary battery that includes an ionic functional group bonded to polyphenylene sulfide.

상기 이온성 작용기는 포로젠으로부터 유도된 극성 관능기로서, 상기 복합체로부터 포로젠이 제거되면서 막의 내부 및 표면에 균일한 기공을 형성하고, 형성된 기공의 내벽에 폴리페닐렌설파이드와 결합되어 코팅된 형태로 함유할 수 있다. 특히, 상기 이온성 작용기는 기공 내벽에 이온기 상태로 결합되어 있어 전해질 내 리튬이온과 친화도가 높으며, 카보네이트기와 같은 작용기를 갖는 대부분의 전해질과의 젖음 특성을 증가시켜 막의 이온전도도를 현저하게 향상시킬 수 있다.The ionic functional group is a polar functional group derived from porogen, and as the porogen is removed from the complex, uniform pores are formed on the inside and surface of the membrane, and the porogen is combined with polyphenylene sulfide on the inner wall of the formed pores to form a coating. may contain. In particular, the ionic functional group is bound to the inner wall of the pore in the form of an ionic group, so it has a high affinity with lithium ions in the electrolyte, and increases the wetting property with most electrolytes having a functional group such as a carbonate group, thereby significantly improving the ionic conductivity of the membrane can do it

상기 이온성 작용기는 포로젠으로부터 유도된 극성 작용기로서, 알루미네이트기(Al-O-Al), 실록산기(Si-O-Si) 및 티타네이트기(Ti-O-Ti)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 알루미네이트기, 실록산기 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 가장 바람직하게는 실록산기일 수 있다.The ionic functional group is a polar functional group derived from porogen, and is selected from the group consisting of an aluminate group (Al-O-Al), a siloxane group (Si-O-Si), and a titanate group (Ti-O-Ti). It may be one or more, preferably an aluminate group, a siloxane group, or a mixture thereof, and most preferably a siloxane group.

상기 이온성 작용기는 다공성 분리막 100 중량%에 대하여 0.1 내지 10 중량%, 바람직하게는 1.0 내지 8.0 중량%, 더욱 바람직하게는 3.0 내지 5.0 중량%를 포함할 수 있다. 이때, 상기 이온성 작용기가 기공 내벽에 0.1 중량% 미만으로 결합된 경우 전해질과의 젖음 특성이 감소하여 결과적으로 이온전도도가 저하될 수 있고, 반대로 10 중량%를 초과하여 결합된 경우 기계적 안정성이 취약해져 막 형태로의 제조가 어려울 수 있다.The ionic functional group may be included in an amount of 0.1 to 10% by weight, preferably 1.0 to 8.0% by weight, more preferably 3.0 to 5.0% by weight based on 100% by weight of the porous separator. At this time, when the ionic functional group is bound to the inner wall of the pores in an amount of less than 0.1 wt%, the wettability with the electrolyte is reduced, resulting in a decrease in ionic conductivity. It may be difficult to manufacture in the form of a film.

상기 다공성 분리막은 기공도가 0.1 내지 95 부피%, 바람직하게는 30 내지 81 부피%, 더욱 바람직하게는 40 내지 72 부피%, 가장 바람직하게는 69 부피%일 수 있다. 상기 다공성 분리막은 상기 기공도 범위를 만족하지 않으면 이온전도도가 저하될 수 있으며, 이를 이차전지에 적용 시 충방전 성능 저하를 초래할 수 있다. The porous membrane may have a porosity of 0.1 to 95% by volume, preferably 30 to 81% by volume, more preferably 40 to 72% by volume, and most preferably 69% by volume. If the porous separator does not satisfy the porosity range, ion conductivity may be lowered, and when applied to a secondary battery, charge/discharge performance may deteriorate.

상기 다공성 분리막은 두께가 10 내지 1000 ㎛, 바람직하게는 15 내지 450 ㎛, 더욱 바람직하게는 20 내지 150 ㎛, 가장 바람직하게는 25 내지 53 ㎛일 수 있다. 이때, 상기 다공성 분리막의 두께가 10 ㎛ 미만이면, 막의 기계적 강성 및 내구성 등의 물성이 급격하게 저하될 수 있고, 반대로 1000 ㎛ 초과이면, 이온이동 시간이 상대적으로 길어짐에 따라 이온전도도가 저하될 수 있다.The porous separator may have a thickness of 10 to 1000 μm, preferably 15 to 450 μm, more preferably 20 to 150 μm, and most preferably 25 to 53 μm. At this time, if the thickness of the porous separator is less than 10 μm, physical properties such as mechanical rigidity and durability of the membrane may be rapidly reduced, and if it exceeds 1000 μm, ion conductivity may be decreased as the ion migration time is relatively long. there is.

또한, 본 발명의 또 다른 구현예로 상기 다공성 분리막을 포함하는 리튬이차전지를 제공한다.In another embodiment of the present invention, there is provided a lithium secondary battery including the porous separator.

또한, 본 발명의 또 다른 구현예로 상기 리튬이차전지를 포함하는 장치로서, 상기 장치는 통신장치, 운송장치 및 에너지저장 장치 중에서 선택되는 어느 하나인 것인 장치를 제공한다.In another embodiment of the present invention, as a device including the lithium secondary battery, the device provides a device that is any one selected from a communication device, a transportation device, and an energy storage device.

또한, 본 발명의 또 다른 구현예로 건식 혼합기의 챔버에 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자 및 포로젠을 투입하는 단계; 및 상기 챔버 내부에 플라즈마를 생성시켜 상기 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자의 외부를 감싸는 형태로 상기 고분자 입자 표면에 포로젠이 화학적으로 결합된 구조의 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 제조하는 단계;를 포함하는 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체의 제조방법을 제공한다.In addition, in another embodiment of the present invention, the step of introducing polyphenylene sulfide polymer particles and porogen into the chamber of the dry mixer; and generating a plasma inside the chamber to prepare a polyphenylene sulfide/porogen complex having a structure in which porogen is chemically bonded to the surface of the polymer particle in a form that surrounds the outside of the polyphenylene sulfide polymer particle; It provides a method for producing a polyphenylene sulfide / porogen complex comprising.

일반적으로 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자와 세라믹 미립자는 계면 친화도가 매우 불량하기 때문에 두 성분의 혼합 시 세라믹 미립자가 크게 뭉치고, 거대 분산상을 형성하여 이들 사이의 계면은 매우 불안정한 상태를 형성할 수 있다. 이에 따라 일반적인 혼합 방법에 의해 혼합된 폴리페닐렌설파이드/세라믹 미립자 혼합물을 이용하여 분리막을 형성할 경우 폴리페닐렌설파이드 고분자 고유의 높은 기계적 강성 및 내화학성 등의 물성이 취약하고, 세라믹 미립자가 고르게 분산되지 않아 균일한 기공을 형성하는 것이 어려운 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자와 세라믹 미립자에 플라즈마를 인가하여 화학적 결합을 유도함으로써 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 형성하였다. 본 발명에서 상기 세라믹 미립자는 기공 형성을 위한 전구체 포로젠으로 사용될 수 있다.In general, since the polyphenylene sulfide polymer particles and ceramic particles have very poor interface affinity, when the two components are mixed, the ceramic particles are largely agglomerated, forming a large dispersed phase, and the interface between them can form a very unstable state. Accordingly, when a separation membrane is formed using a polyphenylene sulfide/ceramic particle mixture mixed by a general mixing method, the inherent high mechanical strength and chemical resistance of the polyphenylene sulfide polymer is weak, and the ceramic particles are evenly dispersed. There is a problem in that it is difficult to form uniform pores. To solve this problem, in the present invention, a polyphenylene sulfide/porogen complex was formed by inducing chemical bonding by applying plasma to the polyphenylene sulfide polymer particles and ceramic fine particles. In the present invention, the ceramic fine particles may be used as a precursor porogen for pore formation.

상기 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자는 관능기가 없어 세라믹 미립자와의 기계화학적 반응을 유도하기 위해서는 높은 수준의 마찰력이 필요하다. 이에 따라 두 성분간의 마찰력 및 계면 친화도를 개선하고, 상기 포로젠을 고르게 분산시키기 위해서는 하기와 같이 플라즈마 생성 시간, 챔버 내부의 전압, 압력 및 회전속도 조건이 모두 충족되는 것이 매우 중요하다. Since the polyphenylene sulfide polymer particles do not have a functional group, a high level of frictional force is required to induce a mechanochemical reaction with the ceramic fine particles. Accordingly, in order to improve the frictional force and interface affinity between the two components and to evenly distribute the porogen, it is very important that the plasma generation time, the internal voltage, the pressure, and the rotational speed conditions are all satisfied as follows.

상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 제조하는 단계는 산소, 공기, 질소 또는 아르곤 분위기 하에서 챔버 내부에 0.1 내지 4 kV의 전압을 걸어 플라즈마를 1 내지 30분간 생성시킬 수 있다. 바람직하게는 산소 분위기와 0.5 내지 1 kV의 전압 조건에서 10 내지 20분간 플라즈마를 생성시킬 수 있다. In the step of preparing the polyphenylene sulfide/porogen complex, a plasma may be generated for 1 to 30 minutes by applying a voltage of 0.1 to 4 kV inside the chamber under an oxygen, air, nitrogen or argon atmosphere. Preferably, the plasma may be generated for 10 to 20 minutes in an oxygen atmosphere and a voltage of 0.5 to 1 kV.

또한 챔버 내부 압력이 1.0 x 102 내지 10 x 102 Pa인 조건 하에서, 챔버를 500 내지 4000 rpm의 속도로 회전시켜 플라즈마 처리할 수 있다. 바람직하게는 2.0 x 102 내지 8.0 x 102 Pa의 압력과 1300 내지 3500 rpm의 속도로 수행할 수 있고, 더욱 바람직하게는 5.6 x 102 내지 7.3 x 102 Pa의 압력과 2000 내지 3000 rpm의 속도로 수행할 수 있으며, 가장 바람직하게는 6.0 x 102 Pa의 압력과 2700 rpm의 속도로 수행할 수 있다. In addition, plasma treatment may be performed by rotating the chamber at a speed of 500 to 4000 rpm under the condition that the internal pressure of the chamber is 1.0 x 10 2 to 10 x 10 2 Pa. Preferably it can be carried out at a pressure of 2.0 x 10 2 to 8.0 x 10 2 Pa and a speed of 1300 to 3500 rpm, and more preferably at a pressure of 5.6 x 10 2 to 7.3 x 10 2 Pa and 2000 to 3000 rpm. speed, and most preferably at a pressure of 6.0 x 10 2 Pa and a speed of 2700 rpm.

이때, 상기 플라즈마 생성 시간, 챔버 내부의 전압, 압력 및 회전속도의 조건 중 어느 하나라도 만족하지 않는 경우 상기 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자 또는 세라믹 미립자가 손상되거나 두 성분간의 마찰력이 저하되어 두 물질간의 계면친화도가 향상된 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 형성할 수 없다. 또한 상기 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자의 표면에 포로젠이 고르게 분산되지 않을 수 있다.At this time, if any one of the conditions of plasma generation time, internal voltage, pressure, and rotation speed is not satisfied, the polyphenylene sulfide polymer particles or ceramic particles are damaged or the friction force between the two components is lowered, so that the interface between the two materials A polyphenylenesulfide/porogen complex with improved affinity cannot be formed. In addition, the porogen may not be evenly dispersed on the surface of the polyphenylene sulfide polymer particles.

특히, 하기 실시예 또는 비교예 등에는 명시적으로 기재하지는 않았지만, 본 발명에 따른 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체의 제조방법에 있어서, 하기 조건들을 달리하여 제조된 복합체를 이용하여 다공성 분리막을 형성한 후 전극 접착력 및 열수축율을 평가하였다. 전극 접착력은 70℃의 온도에서 600 kgf의 압력으로 가열 가압조건에서 실시하였고, 열 수축율은 150 ℃로 가열된 오븐에 30분 동안 유지시켜 MD 및 TD 방향의 변화된 길이를 측정하였다. 또한 상기 분리막을 이용하여 리튬이차전지를 제조한 후 통상의 방법에 의해 500회 충방전 시험을 실시하였다. In particular, although not explicitly described in the following Examples or Comparative Examples, in the method for preparing a polyphenylene sulfide/porogen composite according to the present invention, a porous separator is formed using the composite prepared under different conditions Then, electrode adhesion and heat shrinkage were evaluated. Electrode adhesion was performed under heating and pressurization conditions at a temperature of 70° C. and a pressure of 600 kgf, and the thermal shrinkage was maintained in an oven heated to 150° C. for 30 minutes to measure the length of change in MD and TD directions. In addition, after manufacturing a lithium secondary battery using the separator, a charge/discharge test was performed 500 times by a conventional method.

그 결과, 다른 조건 및 다른 수치 범위에서와는 달리, 아래 조건을 모두 만족하였을 때 분리막 표면 및 내부에 미세하고 균일하게 형성된 기공으로 인해 접착 표면적 증가로 전극과의 접착력이 개선되고 열안정성이 우수한 것을 확인하였다. 뿐만 아니라 500회 충방전 후에도 전지의 출력 및 수명 특성이 높은 수준으로 유지되는 것을 확인하였다.As a result, unlike in other conditions and other numerical ranges, it was confirmed that when all of the following conditions were satisfied, the adhesion to the electrode was improved and thermal stability was improved due to the increase in the adhesion surface area due to the pores formed on the surface and inside of the separator fine and uniformly. . In addition, it was confirmed that the output and lifespan characteristics of the battery were maintained at a high level even after charging and discharging 500 times.

① 상기 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자는 평균입경이 100 내지 500 ㎛이고, ② 상기 포로젠은 구형 세라믹 미립자이고, ③ 상기 구형 세라믹 미립자는 평균입경이 185 내지 210 nm이고, ④ 상기 구형 세라믹 미립자는 Al2O3, SiO2 또는 이들의 혼합물이고, ⑤ 상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 제조하는 단계는 산소 분위기 하에서 챔버 내부에 0.5 내지 1 kV의 전압을 걸어 플라즈마를 10 내지 20분간 생성시키고, ⑥ 상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 제조하는 단계는 챔버 내부 압력이 5.6 x 102 내지 7.3 x102 Pa인 조건 하에서 챔버를 2000 내지 3000 rpm의 속도로 회전시켜 수행하고, ⑦ 상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체는 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자와 포로젠이 4:6 내지 6:4 중량비로 이루어진 것일 수 있다.① the polyphenylene sulfide polymer particles have an average particle diameter of 100 to 500 μm, ② the porogen is spherical ceramic particles, ③ the spherical ceramic particles have an average particle diameter of 185 to 210 nm, ④ the spherical ceramic particles are Al 2 O 3 , SiO 2 or a mixture thereof, ⑤ the step of preparing the polyphenylene sulfide / porogen complex is generated by applying a voltage of 0.5 to 1 kV inside the chamber under an oxygen atmosphere for 10 to 20 minutes, ⑥ The step of preparing the polyphenylene sulfide / porogen complex is performed by rotating the chamber at a speed of 2000 to 3000 rpm under the condition that the internal pressure of the chamber is 5.6 x 10 2 to 7.3 x 10 2 Pa, ⑦ the polyphenylene The sulfide/porogen complex may include polyphenylene sulfide polymer particles and porogen in a weight ratio of 4:6 to 6:4.

다만, 상기 7가지 조건 중 어느 하나라도 충족되지 않는 경우에는 전극접착력이 급격하게 저하되었고, 열안정성이 떨어지는 문제가 있었다. 또한 충방전 결과 300회 이후부터는 전지의 출력 및 수명 특성이 현저하게 떨어지는 것을 확인하였다. However, when any one of the above seven conditions was not satisfied, electrode adhesion was sharply decreased, and there was a problem in that thermal stability was deteriorated. In addition, as a result of charging and discharging, it was confirmed that the output and lifespan characteristics of the battery were remarkably deteriorated after 300 cycles.

또한, 본 발명의 또 다른 구현예로 상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 성형하여 분리막을 제조하는 단계; 상기 분리막을 냉각시켜 분리막의 결정화도를 낮추는 단계; 및 상기 냉각된 분리막을 산 또는 염기 용액에 침지시켜 분리막의 표면 및 내부에 존재하는 포로젠을 제거하여 기공이 균일하게 형성된 다공성 분리막을 제조하는 단계;를 포함하는 리튬이차전지용 다공성 분리막의 제조방법을 제공한다. In another embodiment of the present invention, manufacturing a separation membrane by molding the polyphenylene sulfide / porogen complex; cooling the separator to lower the crystallinity of the separator; And immersing the cooled separator in an acid or base solution to remove the porogen present on the surface and inside of the separator to prepare a porous separator in which pores are uniformly formed; a method for producing a porous separator for a lithium secondary battery comprising a to provide.

상기 분리막을 제조하는 단계는, 상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 압출하여 펠렛을 제조하는 단계; 및 상기 펠렛을 압축 성형하여 분리막을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.The manufacturing of the separation membrane may include: extruding the polyphenylene sulfide/porogen complex to prepare pellets; and compression molding the pellet to prepare a separation membrane.

상기 펠렛을 제조하는 단계에서 압출은 250 내지 275 ℃의 다이 온도와 80 내지 200 rpm의 스크류 속도에서 수행할 수 있고, 바람직하게는 260 내지 275 ℃의 다이온도와 90 내지 110 rpm의 스크류 속도에서 수행할 수 있다. 이때, 상기 다이 온도 및 스크류 속도는 상기 범위를 모두 만족하지 않으면 상기 포로젠이 상기 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자 내에 균질하게 분산된 펠렛을 수득하지 못할 수 있다. 특히 상기 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자는 녹는점이 약 280 ℃이나, 일정 수준 이상의 점도가 확보되어야 섬유형태로 성형할 수 있기 때문에 녹는점 보다 5 ℃ 낮은 275 ℃를 다이 최고온도로 설정하여 압출하는 것이 중요하다.In the step of preparing the pellet, extrusion may be performed at a die temperature of 250 to 275 °C and a screw speed of 80 to 200 rpm, preferably at a die temperature of 260 to 275 °C and a screw speed of 90 to 110 rpm. can do. In this case, if the die temperature and the screw speed do not satisfy all of the above ranges, it may not be possible to obtain pellets in which the porogen is homogeneously dispersed in the polyphenylene sulfide polymer particles. In particular, the polyphenylene sulfide polymer particles have a melting point of about 280 ° C. However, since it can be molded into a fiber form when a certain level of viscosity is secured, it is important to extrude by setting the maximum die temperature of 275 ° C, which is 5 ° C lower than the melting point. Do.

상기 펠렛을 압축 성형하여 분리막을 제조하는 단계에서 압축 성형은 270 내지 320 ℃의 온도 및 3 내지 6 MPa의 압력 조건에서 수행할 수 있다. 바람직하게는 290 내지 310 ℃의 온도 및 4 내지 5.5 MPa의 압력, 더욱 바람직하게는 300 ℃의 온도 및 5 MPa의 압력 조건에서 수행하는 것이 좋다. 이때, 상기 온도 및 압력 범위를 모두 만족하지 않으면 고르고 균일한 두께의 분리막이 형성되지 않을 수 있고, 기계적 물성이 저하될 수 있다. 또한 상기 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자는 녹는점이 약 280 ℃이나, 적정 두께의 분리막을 제작하기 위해서는 압력을 가했을 때 점도가 낮을수록 유리하기 때문에 상기 압출 공정과는 반대로 녹는점 보다 높은 온도에서 압축 성형하는 것이 좋다.Compression molding in the step of manufacturing the separation membrane by compression molding the pellet may be performed at a temperature of 270 to 320 °C and a pressure of 3 to 6 MPa. Preferably it is carried out at a temperature of 290 to 310 °C and a pressure of 4 to 5.5 MPa, more preferably at a temperature of 300 °C and a pressure of 5 MPa. In this case, if neither of the above temperature and pressure ranges is satisfied, a separator having an even and uniform thickness may not be formed, and mechanical properties may be deteriorated. In addition, the polyphenylene sulfide polymer particles have a melting point of about 280 ° C., but in order to manufacture a separator of an appropriate thickness, the lower the viscosity when pressure is applied, the more advantageous. Contrary to the extrusion process, compression molding at a temperature higher than the melting point it's good

상기 분리막을 냉각시키는 단계는 상기 분리막의 폴리페닐렌설파이드 결정화도를 10% 이하로 낮추기 위해 상기 분리막을 드라이아이스/에탄올 혼합 용액에 침지하여 급속 냉각시킬 수 있다. 상기 분리막의 표면에 노출된 포로젠 뿐만 아니라 내부에 존재하는 포로젠까지도 용이하게 제거하기 위해서는 상기 분리막의 폴리페닐렌설파이드 결정화도를 낮추는 것이 중요하다. 고분자의 결정화도가 낮아지면 결정 영역이 감소하고 무정형 영역이 증가하게 되는데, 무정형 영역은 고분자 사슬들이 랜덤 코일(random coil) 형태를 이루고 있어 프리볼륨(free volume)을 형성하게 된다. 그 공간들을 통해 분리막 내부의 포로젠들까지 산 또는 염기 용액이 침투할 수 있도록 한다.In the cooling of the separator, the separator may be rapidly cooled by immersing the separator in a dry ice/ethanol mixed solution in order to lower the polyphenylene sulfide crystallinity of the separator to 10% or less. In order to easily remove not only the porogens exposed on the surface of the separation membrane but also the porogens present therein, it is important to lower the polyphenylene sulfide crystallinity of the separation membrane. When the crystallinity of the polymer is lowered, the crystalline region decreases and the amorphous region increases. In the amorphous region, polymer chains form a random coil, thereby forming a free volume. Allow the acid or base solution to penetrate through the spaces to the porogens inside the separation membrane.

상기 다공성 분리막을 제조하는 단계는 산 또는 염기 용액에 20 내지 30시간 동안 침지시켜 상기 분리막의 표면 및 내부에 존재하는 포로젠을 제거할 수 있다. 이때, 상기 산 또는 염기용액은 상기 폴리페닐렌설파이드 고분자에는 영향을 주는 않는 KOH 또는 HF일 수 있으며, 상기 KOH는 알코올/KOH 포화용액일 수 있다. 바람직하게는 HF 용액을 사용할 수 있다. 상기 산 또는 염기용액은 상기 포로젠을 쉽게 용해시켜 상기 분리막의 표면 및 내부로부터 포로젠만을 선택적으로 제거할 수 있다. In the manufacturing of the porous membrane, porogen present on the surface and inside of the membrane may be removed by immersion in an acid or base solution for 20 to 30 hours. In this case, the acid or base solution may be KOH or HF that does not affect the polyphenylene sulfide polymer, and the KOH may be an alcohol/KOH saturated solution. Preferably, an HF solution can be used. The acid or base solution can easily dissolve the porogen to selectively remove only the porogen from the surface and the inside of the separation membrane.

상기 다공성 분리막은 포로젠이 제거되면서 형성된 기공의 내벽에 폴리페닐렌설파이드와 결합된 이온성 작용기를 포함할 수 있다. 상기 이온성 작용기는 포로젠으로부터 유도된 이온성 작용기로서 상기 분리막의 기공 내벽에 코팅된 상태로 형성되어 있으며, 다공성 분리막 100 중량%에 대하여 나머지 0.1 내지 10.0 중량%, 바람직하게는 1.0 내지 8.0 중량%, 더욱 바람직하게는 3.0 내지 5.0 중량%를 포함할 수 있다.The porous membrane may include an ionic functional group bonded to polyphenylene sulfide on the inner wall of the pores formed while the porogen is removed. The ionic functional group is an ionic functional group derived from porogen and is formed in a state of being coated on the inner wall of the pores of the separator, and the remaining 0.1 to 10.0 wt%, preferably 1.0 to 8.0 wt%, based on 100 wt% of the porous separator , more preferably 3.0 to 5.0% by weight.

상기 이온성 작용기는 포로젠으로부터 유도된 극성 작용기로서, 알루미네이트기(Al-O-Al), 실록산기(Si-O-Si) 및 티타네이트기(Ti-O-Ti)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 알루미네이트기, 실록산기 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 가장 바람직하게는 실록산기일 수 있다.The ionic functional group is a polar functional group derived from porogen, and is selected from the group consisting of an aluminate group (Al-O-Al), a siloxane group (Si-O-Si), and a titanate group (Ti-O-Ti). It may be one or more, preferably an aluminate group, a siloxane group, or a mixture thereof, and most preferably a siloxane group.

상기 이온성 작용기는 이온전도도 향상시키기 위한 새로운 성분과의 합성반응을 거치지 않고도 용이하게 분리막의 이온전도도를 향상시킬 수 있다. 이는 상기 이온성 작용기는 극성 관능기를 가지고 있어 상기 분리막의 기공 내벽에서 전해질 내 이온과 친화도가 높고 카보네이트기와 같은 작용기를 갖는 대부분의 전해질과의 젖음 특성을 증가시켜 막의 이온전도도를 향상시킬 수 있다.The ionic functional group can easily improve the ionic conductivity of the separation membrane without going through a synthetic reaction with a new component for improving the ionic conductivity. This is because the ionic functional group has a polar functional group, so it has a high affinity with ions in the electrolyte on the inner wall of the pores of the separator and increases the wetting property with most electrolytes having a functional group such as carbonate group, thereby improving the ionic conductivity of the membrane.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited by the following examples.

실시예 1: 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체 제조Example 1: Preparation of polyphenylene sulfide/porogen complex

평균입경이 400 ㎛을 갖는 분말의 폴리페닐렌설파이드(PPS) 고분자 입자와 포로젠으로 평균입경이 200 nm인 구형 실리카 미립자를 준비하였다. 그 다음 PPS 고분자 입자 50g과 포로젠(구형 실리카 미립자) 50g의 혼합물을 플라즈마 장비가 결합된 타원형 로터식 혼합기의 챔버에 투여하였다. 진공 펌프를 통해 챔버 내부에 저진공 상태를 형성시킨 후, 산소를 주입하여 6.0 x 102 Pa의 압력을 갖도록 조절하였다. 챔버 내 타원형 로터의 회전속도를 2700 rpm의 범위에서 설정하여 기계화학적 혼련을 실시하였다. 기계화학적 혼련을 실시하는 동안 챔버 내부에 0.5~1 kV의 전압을 걸고 챔버 내부에 플라즈마를 15분간 생성시켜 PPS 고분자 입자 표면에 포로젠(실리카 미립자)이 화학적 결합을 형성하도록 하여 PPS에 포로젠(실리카 미립자)이 코팅된 구조를 갖는 폴리페닐렌설파이드/포로젠(PPS/실리카) 복합체를 제조하였다.Polyphenylene sulfide (PPS) polymer particles having an average particle diameter of 400 μm and porogen were used to prepare spherical silica particles having an average particle diameter of 200 nm. Then, a mixture of 50 g of PPS polymer particles and 50 g of porogen (spherical silica particles) was administered to the chamber of an elliptical rotor-type mixer coupled with plasma equipment. After forming a low vacuum state inside the chamber through a vacuum pump, oxygen was injected to adjust the pressure to have a pressure of 6.0 x 10 2 Pa. Mechanical and chemical kneading was performed by setting the rotation speed of the elliptical rotor in the chamber in the range of 2700 rpm. During the mechanochemical kneading, a voltage of 0.5 to 1 kV is applied inside the chamber and plasma is generated inside the chamber for 15 minutes so that the porogen (silica particles) forms a chemical bond on the surface of the PPS polymer particles. A polyphenylene sulfide/porogen (PPS/silica) composite having a structure coated with silica particles) was prepared.

실시예 2: 다공성 분리막 제조Example 2: Preparation of a porous separator

상기 실시예 1의 PPS/실리카 복합체를 압출기(extruder)에 넣고 압출하였다. 이때, 다이 온도는 260~275 ℃, 스크류 속도는 100 rpm으로 설정하였으며, 압출된 시료는 펠렛타이저(pelletizer)를 이용하여 일정한 크기의 펠렛(pellet)으로 가공하였다. 그 다음으로 펠렛으로 가공된 PPS/실리카 복합체를 프레스 장비(press machine)를 이용하여 300 ℃에서 약 5MPa 조건으로 압축 성형하여 필름 형상의 분리막을 제조하였다. 압축 성형된 분리막은 드라이아이스/에탄올 혼합액에 침지하여 급속냉각 시켜 PPS 매질의 결정화도를 10%로 낮췄다.The PPS/silica composite of Example 1 was put into an extruder and extruded. At this time, the die temperature was set to 260 ~ 275 ℃, the screw speed was set to 100 rpm, the extruded sample was processed into pellets of a certain size using a pelletizer (pelletizer). Next, the PPS/silica composite processed into pellets was compression-molded at 300° C. at about 5 MPa using a press machine to prepare a film-shaped separator. The compression molded separator was immersed in a dry ice/ethanol mixed solution and rapidly cooled to lower the crystallinity of the PPS medium to 10%.

상기 분리막을 산 용액인 HF 10 중량%에 하루 동안 담지시켜 분리막 표면 및 내부에 존재하는 실리카 미립자 성분을 제거하였다. 이때, 실리카 미립자가 제거되면서 기공을 형성하였고, 상기 기공의 내벽에는 실리카 미립자로부터 유도된 실록산기(Si-O-Si)가 분리막 100 중량%에 대하여 4.8 중량%의 함량으로 결합되어 있음을 확인하였다. 또한, 실리카 미립자가 차지하고 있던 공간에서 실리카 미립자 성분이 제거되면서, 실리카 미립자 직경에 해당하는 200 ± 50 nm 크기의 기공이 형성되었다. 기공이 형성된 다공성 분리막은 여러 번 증류수에 담궈서 분리막 표면 및 내부에 존재하는 HF 용액을 완전히 제거하였다.The separation membrane was supported in 10% by weight of HF, an acid solution, for one day to remove the silica particle component present on the surface and inside of the separation membrane. At this time, pores were formed while the silica particles were removed, and it was confirmed that siloxane groups (Si-O-Si) derived from silica particles were bonded to the inner wall of the pores in an amount of 4.8 wt% based on 100 wt% of the separator. . In addition, as the silica particle component was removed from the space occupied by the silica particle, pores having a size of 200 ± 50 nm corresponding to the diameter of the silica particle were formed. The porous membrane with pores was immersed in distilled water several times to completely remove the HF solution present on the membrane surface and inside.

비교예 1: 다공성 분리막 제조Comparative Example 1: Preparation of a porous separator

PPS/실리카 복합체의 제조 시 챔버 내부에 플라즈마를 생성시키지 않고 혼련을 실시한 것을 제외하고, 상기 실시예 1 및 2와 동일한 방법으로 실시하여 PPS/실리카 복합체를 이용한 다공성 분리막을 제조하였다. 이때, 실리카 미립자가 차지하고 있던 공간에서 실리카 성분이 제거되면서, 2000 ± 600 nm 크기의 기공이 형성되었다. 기공이 형성된 다공성 분리막은 여러 번 증류수에 담궈서 분리막 표면 및 내부에 존재하는 HF 용액을 제거하였다.A porous separator using the PPS/silica composite was prepared in the same manner as in Examples 1 and 2, except that kneading was performed without generating plasma in the chamber during the preparation of the PPS/silica composite. At this time, as the silica component was removed from the space occupied by the silica particles, pores having a size of 2000 ± 600 nm were formed. The porous membrane with pores was immersed in distilled water several times to remove the HF solution present on the membrane surface and inside.

실험예 1: 주사전자현미경(SEM) 분석Experimental Example 1: Scanning electron microscope (SEM) analysis

상기 실시예 2에서 제조된 다공성 분리막에 대하여 분리막의 두께 및 기공크기 분포를 확인하기 위해 주사전자현미경(SEM) 분석을 실시하였다. 그 결과는 도 1 내지 3에 나타내었다. A scanning electron microscope (SEM) analysis was performed on the porous separator prepared in Example 2 to confirm the thickness and pore size distribution of the separator. The results are shown in FIGS. 1 to 3 .

도 1은 상기 실시예 2에서 제조된 다공성 분리막의 사진이다. 1 is a photograph of the porous separator prepared in Example 2.

도 2는 상기 실시예 2에서 제조된 다공성 분리막의 수직방향(cross-section)에 대한 SEM 사진이다. 상기 도 1 및 2를 참조하면, 분리막이 약 50.17 ㎛의 두께로 일정하게 형성된 것을 확인하였으며, 기공 크기가 고르게 분포되어 있는 것을 알 수 있었다. 이때, 상기 다공성 분리막의 기공도는 69 부피%인 것을 확인하였다.2 is an SEM photograph of the porous separator prepared in Example 2 in the vertical direction (cross-section). 1 and 2, it was confirmed that the separation membrane was uniformly formed to a thickness of about 50.17 μm, and it was found that the pore sizes were evenly distributed. At this time, it was confirmed that the porosity of the porous separator was 69% by volume.

도 3은 상기 실시예 2에서 제조된 다공성 분리막의 수직방향(cross-section)으로 형성된 기공을 확대한 SEM 사진이다. 상기 도 3을 참조하면, 분리막의 표면 뿐만 아니라 내부까지도 산 용액 처리 후 균일한 크기의 기공이 형성된 것을 확인하였다. 또한 분리막 내의 미세 기공들을 통해 실리카 미립자가 모두 제거된 것을 확인할 수 있었다. 이는 분리막을 급속 냉각시켜 결정화도를 낮춤으로써 분리막 내 무정형 영역의 비율을 높여주었기 때문에 달성된 결과임을 알 수 있었다. 이는 고분자 수지의 무정형 영역은 결정 영역과는 달리 고분자 사슬들이 불규칙하게 배열되어 있어 사슬간 미세한 프리볼륨(free volume)을 형성하기 때문에 그 공간들을 통하여 HF 용액이 침투하게 되고, 실리카 미립자가 HF 용액에 용해되고 이를 제거함으로써 기공이 형성된 것임을 알 수 있었다.3 is an enlarged SEM photograph of pores formed in the vertical direction (cross-section) of the porous separator prepared in Example 2; Referring to FIG. 3 , it was confirmed that pores of uniform size were formed after the acid solution treatment on the inside as well as the surface of the separation membrane. In addition, it was confirmed that all silica particles were removed through the micropores in the separation membrane. It can be seen that this was achieved because the ratio of the amorphous region in the separator was increased by rapidly cooling the separator to lower the crystallinity. This is because the amorphous region of the polymer resin, unlike the crystalline region, has an irregular arrangement of polymer chains to form a fine free volume between the chains. It was found that pores were formed by dissolving and removing them.

실험예 2: 충방전 성능평가Experimental Example 2: Charging/discharging performance evaluation

상기 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 다공성 분리막과 LFP(LiFePO4) 양극 및 리튬금속 음극을 이용하여 리튬이차전지의 반쪽 전지(half-cell)를 제작하였다. 이렇게 준비된 반쪽 전지에 대해서 충방전 실시하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.A half-cell of a lithium secondary battery was manufactured using the porous separator prepared in Example 2 and Comparative Example 1, an LFP (LiFePO 4 ) positive electrode, and a lithium metal negative electrode. The half-cell thus prepared was charged and discharged, and the results are shown in FIG. 4 .

도 4는 상기 실시예 2에서 제조된 다공성 분리막을 이용한 리튬이차전지의 충방전 성능을 측정한 결과를 나타낸 것이다. 상기 도 4를 참조하면, 플라즈마 처리의 기계화학적 반응을 통하여 수득된 PPS/실리카 복합체를 이용하여 다공성 분리막을 제조함으로써 안정적인 충방전 성능을 가지는 것을 확인하였다. 4 shows the results of measuring the charging and discharging performance of the lithium secondary battery using the porous separator prepared in Example 2 above. Referring to FIG. 4 , it was confirmed that the porous separator had stable charge/discharge performance by using the PPS/silica composite obtained through the mechanochemical reaction of plasma treatment.

또한 상기 실험예 2에서는 명시적으로 개시하지 않았으나 200 ℃ 이상의 고온 및 화학적 안정성이 크게 요구되는 환경 하에서도 기존 상용화 분리막을 이용한 이차전지에 비해 장시간 발현할 수 있음을 확인하였다.In addition, although not explicitly disclosed in Experimental Example 2, it was confirmed that it can be expressed for a long time compared to a secondary battery using a conventional commercially available separator even under an environment requiring a high temperature of 200° C. or more and chemical stability.

한편, 상기 비교예 1의 경우 플라즈마의 기계화학적 반응 공정 없이 PPS 수지에 실리카 미립자를 분산시켜 분리막을 제조한 결과 배터리 고유의 충방전 거동이 측정되지 않았다. 이는 실리카 미립자들의 분산도가 좋지 않고 일부 영역으로 실리카 미립자들이 크게 뭉쳐있어 양 전극 간 리튬 이온이 이동할 수 있는 통로인 기공이 제대로 형성되지 못하고 불규칙하게 형성되었기 때문임을 알 수 있었다.On the other hand, in the case of Comparative Example 1, when a separator was prepared by dispersing silica particles in a PPS resin without a mechanochemical reaction process of plasma, the battery's inherent charge/discharge behavior was not measured. It can be seen that this is because the dispersibility of the silica particles is not good and the silica particles are largely agglomerated in some areas, so that the pores, which are passages for lithium ions between the electrodes, are not formed properly and are formed irregularly.

이를 통해, 플라즈마 처리의 기계화학적 반응으로 PPS 수지 내에서 실리카 미립자의 뭉침이 크게 억제됨으로써 기공 분포의 균일성 조절이 가능하고, 실리카 미립자의 크기에 따라 기공 크기 역시 용이하게 조절할 수 있음을 알 수 있었다. 또한 결과적으로 분리막은 균일한 기공크기 및 기공분포도를 가져 이온 이동량과 이온 투과성을 현저하게 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다.Through this, it was found that the aggregation of silica particles in the PPS resin was greatly suppressed by the mechanochemical reaction of the plasma treatment, so that the uniformity of the pore distribution could be controlled, and the pore size could also be easily adjusted according to the size of the silica particles. . In addition, as a result, it was found that the separation membrane had a uniform pore size and pore distribution, so that the amount of ion movement and ion permeability could be remarkably improved.

Claims (26)

폴리페닐렌설파이드 고분자 입자; 및
상기 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자의 외부를 감싸는 형태로 상기 고분자 입자 표면에 코팅된 포로젠;을 포함하고,
상기 포로젠은 구형 세라믹 미립자인 것인 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체.
polyphenylene sulfide polymer particles; and
Including; porogen coated on the surface of the polymer particle in a form surrounding the outside of the polyphenylene sulfide polymer particle;
The porogen is a polyphenylene sulfide / porogen composite that is a spherical ceramic fine particles.
제1항에 있어서,
상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체는 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자 와 포로젠이 1:9 내지 9:1 중량비로 이루어진 것인 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체.
According to claim 1,
The polyphenylene sulfide/porogen composite is a polyphenylene sulfide/porogen composite in which the polyphenylene sulfide polymer particles and the porogen are in a weight ratio of 1:9 to 9:1.
제1항에 있어서,
상기 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자는 평균입경이 10 내지 1000 ㎛인 것인 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체.
According to claim 1,
The polyphenylene sulfide polymer particles have an average particle diameter of 10 to 1000 ㎛ polyphenylene sulfide / porogen composite.
제1항에 있어서,
상기 구형 세라믹 미립자는 평균입경이 100 내지 1000 nm인 것인 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체.
According to claim 1,
The spherical ceramic microparticles have an average particle diameter of 100 to 1000 nm.
제1항에 있어서,
상기 구형 세라믹 미립자는 금속 질화물계, 금속 황화물계 및 금속 산화물계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체.
According to claim 1,
The spherical ceramic fine particles is a polyphenylene sulfide / porogen composite that is at least one selected from the group consisting of metal nitride-based, metal sulfide-based and metal oxide-based.
제5항에 있어서,
상기 금속 질화물계는 AIN, TiN, BN 및 InN로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고,
상기 금속 황화물계는 MoS2, ZnS 및 WS2로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고,
상기 금속 산화물계는 Al2O3, SiO2, ZnO, ZrO2 및 TiO2로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체.
6. The method of claim 5,
The metal nitride system is at least one selected from the group consisting of AIN, TiN, BN and InN,
The metal sulfide system is at least one selected from the group consisting of MoS 2 , ZnS and WS 2 ,
The metal oxide-based polyphenylene sulfide/porogen composite is at least one selected from the group consisting of Al 2 O 3 , SiO 2 , ZnO, ZrO 2 and TiO 2 .
제1항에 있어서,
상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체는 상기 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자와 포로젠이 혼합된 상태에서 용매를 사용하지 않는 건식공정으로 플라즈마 처리되어 고분자 입자에 포로젠이 코팅된 구조로 형성된 것인 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체.
According to claim 1,
The polyphenylene sulfide / porogen composite is a polyphenylene sulfide polymer particle and a porogen mixed state, and plasma-treated in a dry process that does not use a solvent to form a structure in which the polymer particles are coated with porogen A phenylenesulfide/porogen complex.
제1항 내지 제7항 중에서 선택된 어느 한 항의 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 이용하여 내부 및 표면에 기공이 균일하게 형성된 리튬이차전지용 다공성 분리막으로서,
상기 기공은 상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체로부터 포로젠이 제거되어 형성된 것이고,
상기 기공의 내벽은 폴리페닐렌설파이드와 결합된 이온성 작용기를 포함하는 것인 리튬이차전지용 다공성 분리막.
A porous separator for a lithium secondary battery in which pores are uniformly formed inside and on the surface using the polyphenylene sulfide/porogen composite of any one of claims 1 to 7,
The pores are formed by removing the porogen from the polyphenylene sulfide/porogen complex,
The porous separator for a lithium secondary battery, wherein the inner wall of the pores includes an ionic functional group bonded to polyphenylene sulfide.
제8항에 있어서,
상기 이온성 작용기는 알루미네이트기(Al-O-Al), 실록산기(Si-O-Si) 및 티타네이트기(Ti-O-Ti)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 리튬이차전지용 다공성 분리막.
9. The method of claim 8,
The ionic functional group is at least one selected from the group consisting of an aluminate group (Al-O-Al), a siloxane group (Si-O-Si) and a titanate group (Ti-O-Ti). separator.
제8항에 있어서,
상기 이온성 작용기는 다공성 분리막 100 중량%에 대하여 0.1 내지 10 중량%를 포함하는 것인 리튬이차전지용 다공성 분리막.
9. The method of claim 8,
The ionic functional group is a porous separator for a lithium secondary battery comprising 0.1 to 10% by weight based on 100% by weight of the porous separator.
제8항에 있어서,
상기 다공성 분리막은 기공도가 0.1 내지 95 부피%인 것인 리튬이차전지용 다공성 분리막.
9. The method of claim 8,
The porous separator has a porosity of 0.1 to 95% by volume of a porous separator for a lithium secondary battery.
제8항에 있어서,
상기 다공성 분리막은 두께가 10 내지 1000 ㎛인 것인 리튬이차전지용 다공성 분리막.
9. The method of claim 8,
The porous separator is a porous separator for a lithium secondary battery that has a thickness of 10 to 1000 ㎛.
제8항의 다공성 분리막을 포함하는 리튬이차전지.
A lithium secondary battery comprising the porous separator of claim 8.
제13항의 리튬이차전지를 포함하는 장치로서,
상기 장치는 통신장치, 운송장치 및 에너지저장 장치 중에서 선택되는 어느 하나인 것인 장치.
A device comprising the lithium secondary battery of claim 13,
The device will be any one selected from a communication device, a transportation device, and an energy storage device.
건식 혼합기의 챔버에 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자 및 포로젠을 투입하는 단계; 및
상기 챔버 내부에 플라즈마를 생성시켜 상기 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자의 외부를 감싸는 형태로 상기 고분자 입자 표면에 포로젠이 화학적으로 결합되어 코팅된 구조의 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 제조하는 단계;
를 포함하는 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체의 제조방법.
adding polyphenylene sulfide polymer particles and porogen to the chamber of the dry mixer; and
generating a plasma inside the chamber to prepare a polyphenylene sulfide/porogen complex having a coated structure by chemically bonding porogen to the surface of the polymer particle in a form surrounding the outside of the polyphenylene sulfide polymer particle;
A method for producing a polyphenylene sulfide / porogen complex comprising a.
제15항에 있어서,
상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 제조하는 단계는 산소, 공기, 질소 또는 아르곤 분위기 하에서 챔버 내부에 0.1 내지 3 kV의 전압을 걸어 플라즈마를 1 내지 30분간 생성시키는 것인 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체의 제조방법.
16. The method of claim 15,
The step of preparing the polyphenylene sulfide / porogen complex is to generate plasma for 1 to 30 minutes by applying a voltage of 0.1 to 3 kV inside the chamber under an oxygen, air, nitrogen or argon atmosphere. A method for preparing a rosen complex.
제15항에 있어서,
상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 제조하는 단계에서 챔버 내부 압력이 1.0 x 102 내지 10 x 102 Pa인 조건 하에서 챔버를 1000 내지 8000 rpm의 속도로 회전시켜 수행하는 것인 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체의 제조방법.
16. The method of claim 15,
Polyphenylene sulfide which is performed by rotating the chamber at a speed of 1000 to 8000 rpm under the condition that the internal pressure of the chamber is 1.0 x 10 2 to 10 x 10 2 Pa in the step of preparing the polyphenylene sulfide / porogen complex / Method for producing the porogen complex.
제15항에 있어서,
상기 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자는 평균입경이 100 내지 500 ㎛이고,
상기 포로젠은 구형 세라믹 미립자이고,
상기 구형 세라믹 미립자는 평균입경이 185 내지 210 nm이고,
상기 구형 세라믹 미립자는 Al2O3, SiO2 또는 이들의 혼합물이고,
상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 제조하는 단계는 산소 분위기 하에서 챔버 내부에 0.5 내지 1 kV의 전압을 걸어 플라즈마를 10 내지 20분간 생성시키고,
상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 제조하는 단계는 챔버 내부 압력이 5.6 x 102 내지 7.3 x102 Pa인 조건 하에서 챔버를 2000 내지 5000 rpm의 속도로 회전시켜 수행하고,
상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체는 폴리페닐렌설파이드 고분자 입자 와 포로젠이 4:6 내지 6:4 중량비로 이루어진 것인 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체의 제조방법.
16. The method of claim 15,
The polyphenylene sulfide polymer particles have an average particle diameter of 100 to 500 μm,
The porogen is a spherical ceramic particle,
The spherical ceramic particles have an average particle diameter of 185 to 210 nm,
The spherical ceramic fine particles are Al 2 O 3 , SiO 2 or a mixture thereof,
In the step of preparing the polyphenylene sulfide / porogen complex, a voltage of 0.5 to 1 kV is applied to the inside of the chamber under an oxygen atmosphere to generate plasma for 10 to 20 minutes,
The step of preparing the polyphenylene sulfide / porogen complex is performed by rotating the chamber at a speed of 2000 to 5000 rpm under the condition that the internal pressure of the chamber is 5.6 x 10 2 to 7.3 x 10 2 Pa,
The polyphenylene sulfide / porogen complex is a method for producing a polyphenylene sulfide / porogen complex consisting of polyphenylene sulfide polymer particles and porogen in a weight ratio of 4:6 to 6:4.
제1항 내지 제7항 중에서 선택된 어느 한 항의 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 성형하여 분리막을 제조하는 단계;
상기 분리막을 냉각시켜 분리막의 결정화도를 낮추는 단계; 및
상기 냉각된 분리막을 산 또는 염기 용액에 침지시켜 분리막의 표면 및 내부에 존재하는 포로젠을 제거하여 기공이 균일하게 형성된 다공성 분리막을 제조하는 단계;
를 포함하는 리튬이차전지용 다공성 분리막의 제조방법.
A method for manufacturing a separation membrane comprising: forming a polyphenylene sulfide/porogen complex of any one of claims 1 to 7;
cooling the separator to lower the crystallinity of the separator; and
preparing a porous separator having uniform pores by immersing the cooled separator in an acid or base solution to remove porogen present on the surface and inside of the separator;
A method of manufacturing a porous separator for a lithium secondary battery comprising a.
제19항에 있어서,
상기 분리막을 제조하는 단계는,
상기 폴리페닐렌설파이드/포로젠 복합체를 압출하여 펠렛을 제조하는 단계; 및
상기 펠렛을 압축 성형하여 분리막을 제조하는 단계;
를 포함하는 것인 리튬이차전지용 다공성 분리막의 제조방법.
20. The method of claim 19,
The step of preparing the separation membrane,
extruding the polyphenylene sulfide/porogen complex to prepare pellets; and
manufacturing a separation membrane by compression molding the pellet;
A method of manufacturing a porous separator for a lithium secondary battery comprising a.
제20항에 있어서,
상기 펠렛을 제조하는 단계에서 압출은 250 내지 275 ℃의 다이 온도와 80 내지 200 rpm의 스크류 속도에서 수행하는 것인 리튬이차전지용 다공성 분리막의 제조방법.
21. The method of claim 20,
Extrusion in the step of preparing the pellet is a method for producing a porous separator for a lithium secondary battery that is performed at a die temperature of 250 to 275 ℃ and a screw speed of 80 to 200 rpm.
제20항에 있어서,
상기 분리막을 제조하는 단계에서 압축 성형은 270 내지 320 ℃의 온도 및 3 내지 6 MPa의 압력 조건에서 수행하는 것인 리튬이차전지용 다공성 분리막의 제조방법.
21. The method of claim 20,
Compression molding in the step of preparing the separator is a method of manufacturing a porous separator for a lithium secondary battery that is performed at a temperature of 270 to 320 ℃ and a pressure of 3 to 6 MPa.
제19항에 있어서,
상기 산 또는 염기용액은 KOH 또는 HF인 것인 리튬이차전지용 다공성 분리막의 제조방법.
20. The method of claim 19,
The method for producing a porous separator for a lithium secondary battery, wherein the acid or base solution is KOH or HF.
제19항에 있어서,
상기 다공성 분리막은 기공의 내벽에 폴리페닐렌설파이드와 결합된 이온성 작용기를 포함하는 것인 리튬이차전지용 다공성 분리막의 제조방법.
20. The method of claim 19,
The porous separator is a method of manufacturing a porous separator for a lithium secondary battery comprising an ionic functional group bonded to polyphenylene sulfide on the inner wall of the pores.
제19항에 있어서,
상기 이온성 작용기는 알루미네이트기(Al-O-Al), 실록산기(Si-O-Si) 및 티타네이트기(Ti-O-Ti)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 리튬이차전지용 다공성 분리막의 제조방법.
20. The method of claim 19,
The ionic functional group is at least one selected from the group consisting of an aluminate group (Al-O-Al), a siloxane group (Si-O-Si) and a titanate group (Ti-O-Ti). A method for manufacturing a separation membrane.
제19항에 있어서,
상기 이온성 작용기는 다공성 분리막 100 중량%에 대하여 0.1 내지 10 중량%를 포함하는 것인 리튬이차전지용 다공성 분리막의 제조방법.
20. The method of claim 19,
The method for manufacturing a porous separator for a lithium secondary battery, wherein the ionic functional group comprises 0.1 to 10% by weight based on 100% by weight of the porous separator.
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