KR20230121998A - 배터리 격막 및 그 코팅 공정, 코팅 시스템 및 배터리 - Google Patents

배터리 격막 및 그 코팅 공정, 코팅 시스템 및 배터리 Download PDF

Info

Publication number
KR20230121998A
KR20230121998A KR1020237016143A KR20237016143A KR20230121998A KR 20230121998 A KR20230121998 A KR 20230121998A KR 1020237016143 A KR1020237016143 A KR 1020237016143A KR 20237016143 A KR20237016143 A KR 20237016143A KR 20230121998 A KR20230121998 A KR 20230121998A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coating
film
coating layer
battery diaphragm
battery
Prior art date
Application number
KR1020237016143A
Other languages
English (en)
Inventor
유에 청
천보 랴오
용러 천
즈 주앙
화징 산
치안치안 리우
Original Assignee
상하이 에너지 뉴 머티리얼스 테크놀로지 컴퍼니, 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 상하이 에너지 뉴 머티리얼스 테크놀로지 컴퍼니, 리미티드 filed Critical 상하이 에너지 뉴 머티리얼스 테크놀로지 컴퍼니, 리미티드
Publication of KR20230121998A publication Critical patent/KR20230121998A/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/02—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to macromolecular substances, e.g. rubber
    • B05D7/04—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to macromolecular substances, e.g. rubber to surfaces of films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/04—Coating
    • C08J7/048—Forming gas barrier coatings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/02—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by baking
    • B05D3/0209—Multistage baking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/02—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by baking
    • B05D3/0218—Pretreatment, e.g. heating the substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/02—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by baking
    • B05D3/0254—After-treatment
    • B05D3/0272—After-treatment with ovens
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/50—Multilayers
    • B05D7/52—Two layers
    • B05D7/54—No clear coat specified
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/04—Coating
    • C08J7/0427—Coating with only one layer of a composition containing a polymer binder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/04—Coating
    • C08J7/06—Coating with compositions not containing macromolecular substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D1/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on inorganic substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/03—Powdery paints
    • C09D5/031—Powdery paints characterised by particle size or shape
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40—Additives
    • C09D7/65—Additives macromolecular
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2201/00—Polymeric substrate or laminate
    • B05D2201/02—Polymeric substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2502/00—Acrylic polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2506/00—Halogenated polymers
    • B05D2506/10—Fluorinated polymers
    • B05D2506/15—Polytetrafluoroethylene [PTFE]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2323/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers
    • C08J2323/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
    • C08J2323/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08J2323/06—Polyethene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2433/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers
    • C08J2433/04—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers esters
    • C08J2433/06—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers esters of esters containing only carbon, hydrogen, and oxygen, the oxygen atom being present only as part of the carboxyl radical
    • C08J2433/10—Homopolymers or copolymers of methacrylic acid esters
    • C08J2433/12—Homopolymers or copolymers of methyl methacrylate
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Abstract

본 발명은 리튬 배터리 격막 분야에 관한 것으로, 목적은 일종의 배터리 격막 및 그 코팅 공정, 코팅 시스템 및 배터리를 제공하는 데 있고, 코팅 공정은 폴리올레핀 필름 초기 열 정형, 폴리올레핀 필름 온라인 코팅, 코팅 필름 열 정형을 순서대로 포함하고: 코팅 시스템은 폴리올레핀 필름 열 정형의 진행 방향에 설치된 복수의 오븐, 상호 인접한 오븐의 간격 위치에 설치된 폴리올레핀 필름 코팅 슬러리를 코팅하는 데 사용되는 코팅 장치를 포함한다. 온라인 코팅 흐름을 폴리올레핀 필름 열 정형 종료 전(前) 단계에 설치함으로써, 폴리올레핀 필름 열 정형 오븐 온도를 충분히 이용하여 폴리올레핀 베이스 필름, 코팅 슬러리에 대해 건조를 수행하고, 코팅층과 폴리폴레핀 베이스 필름이 긴밀히 접촉하고, 코팅 필름 내열 성능을 효과적으로 제고하고, 코팅 필름의 함수율을 감소시키고, 종래 공정 흐름 대비 더 간소하고, 슬리팅 수율도 현저히 상승한다.

Description

배터리 격막 및 그 코팅 공정, 코팅 시스템 및 배터리
본 발명은 리튬 배터리 격막 분야에 관한 것으로, 구체적으로는 일종의 배터리 격막 및 그 코팅 공정, 코팅 시스템 및 배터리에 관한 것이다.
리튬 이온 배터리는 통상적으로 주로, 양극, 음극, 격막, 전해액, 배터리 하우징으로 구성된다. 리튬 이온 배터리 구조에 있어서, 격막은 관건적인 내부 레이어 부재 중 하나이다. 리튬 이온 배터리의 고에너지 밀도, 고용량 및 고출력 밀도의 추세적인 발전에 따라, 고성능 격막에 대한 수요가 절실하다.
단층 코팅 격막에 있어서, 종래의 공정에 따라 제조된 배터리 격막의 내열성 및 수분 등 특성은 진일보하게 향상 되어야만, 비로소 배터리의 안전성을 보장할 수 있다. 또한, 종래의 격막 공극률은 대략 40% 가량인 것으로, 두께 일치성이 낮고, 낮은 공극률 및 격막 평탄성의 열악함 특징 등은 격막 내부 저항을 증가시키고, 이는 배터리 순환 및 고율 방전 등 특성에 심각한 영향을 미친다. 한편 종래의 공정 복잡성 및 격막 자체의 평탄성의 열악함 등 특징은 최종 슬리팅 수율을 저하시키므로, 비용을 대폭 증가시킨다.
세라믹 코팅은 접착 기능을 갖는 중합체 코팅 필름과 복합되는데, 즉 격막의 내열 수축 성능을 증가시키고, 격막의 액체 흡수 및 액체 유지 능력을 향상시켜, 일정 정도로 배터리의 사이클 성능을 개선하여 배터리 안전성을 향상시킬 수 있다. 그러나 이러한 복합 코팅층 제품의 각각의 코팅층은 모두 코팅, 건조, 권취 및 해권 단계를 거쳐야 하므로, 생산 라인이 길고 가공 비용이 높으며, 그 복잡한 공정은 제품의 수율 저하를 직접적으로 야기한다. 또한, 두 가지 코팅층이 복합된 코팅 격막은 내열성, 수분, 공극률, 접착 능력 및 일관성 등 성능 측면에서 기대치를 충족하지 못하는 경우가 많으며, 종래 기술과 같이 복합 코팅층의 코팅양을 증가시켜 내열 및 결합 성능을 개선할 경우, 격막 내부 저항의 과도한 증가를 야기하는 경우가 많아, 안전성과 전기 화학적 특성을 동시에 겸비할 수 없게 된다.
본 발명의 목적은 종래기술의 단점을 극복하고, 일종의 고점도성, 고내열성을 갖는 코팅층 배터리 격막을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명이 채용한 기술방안은:
일종의 배터리 격막의 코팅 공정은, 폴리올레핀 필름 초기 열 정형, 폴리올레핀 필름 온라인 코팅, 코팅 필름 열 정형을 순서대로 포함한다.
동시에, 일종의 배터리 격막의 코팅 시스템을 더 제공하는데, 이는 폴리올레핀 필름 열 정형의 진행 경로에 설치된 복수의 오븐, 및 상호 인접한 오븐의 간격 위치에 설치된, 폴리올레핀 필름을 코팅 슬러리로 코팅하는 데 사용되는 코팅 장치를 포함한다.
일종의 코팅층 배터리 격막을 더 제공하는데, 이는 폴리올레핀 기판, 폴리올레핀 기판의 적어도 일측의 내열 코팅층, 및 폴리올레핀 기판의 적어도 일측 또는 내열 코팅층의 스프레이 코팅층을 포함한다.
종래기술 대비, 본 발명의 적극적인 효과는: 코팅층을 갖는 배터리 격막의 경우, 복수의 코팅층 흐름을, 폴리올레핀 기판의 열 정형 과정에 삽입하여, 코팅층과 폴리올레핀 베이스 필름 사이, 다층 복합 코팅층 사이를 긴밀히 접촉시켜, 배터리 격막 내열 성능을 효과적으로 제고하고, 통상적인 스프레이 코팅 격막에서 가루가 떨어지는 현상을 피면한다. 종래의 코팅 방식에 비해, 온라인 코팅 방식을 이용하여 제조한 복합 코팅층 배터리 격막은 내열성, 수분, 공극률 및 일관성 측면이 대폭 개선되고, 최종적으로 배터리의 안전성, 사이클 성능, 고율 방전 성능 및 기타 전기화학적 성능이 효과적으로 향상되도록 하여, 종래 공정 흐름 대비 더 간소해지고, 슬리팅 속도도 현저히 개선된다.
또한 복합 코팅층 배터리 격막 온라인 코팅 공정은, 다층 코팅층이 일회적으로 온라인 코팅되므로, 공정 흐름을 현저히 간소화하고 제조 비용을 저감시키고, 프로세스를 단순화하고, 격막 생산의 불안정 요인을 감소시켜, 격막 제조 수율을 현저히 제고한다.
도 1은 본 발명 실시예 1의 코팅 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명 실시예 1의 코팅 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명 실시예 2 복합 코팅층 배터리 격막의 구조도이다.
도 4는 본 발명 실시예 2 복합 코팅층의 코팅 공정 흐름도이다.
도 5는 본 발명 실시예 2 복합 코팅층의 코팅 시스템의 개략도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 설명에 앞서, 본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용된 용어는 그 통상적인 사전적 의미에 한정되어 해석되어서는 안 되며, 본 발명자가 최선의 해석을 위해 용어를 적절히 한정하는 것을 허용하는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 측면에 대응하는 의미 및 개념에 기초하여 해석되어야 함을 이해하여야 한다. 따라서 본 명세서에 제시된 설명은 예시를 위한 바람직한 실시예에 불과하며 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것이 아니므로, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다른 균등물 및 수정이 가능하다는 점을 이해해야 한다.
본 발명의 배터리 격막의 코팅 공정은, 폴리올레핀 필름 초기 열 정형, 폴리올레핀 필름 온라인 코팅, 코팅 필름 열 정형을 순서대로 포함한다.
본 발명은 코팅 공정 단계를 폴리올레핀 필름의 열 정형 과정에 배치하고, 폴리올레핀 필름 열 정형 개시 전 또는 완성 후가 아니라, 통상적인 공정에서 폴리올레핀 필름 열 정형 단계와 다르게, 우선 폴리올레핀 필름을 초기 미세 건조 열 정형 후 재차 코팅을 수행하고, 온라인 코팅과 열 정형의 장력 및 온도가 동기화되도록 제어하여, 코팅이 용이하고, 조작 제어가 편리하고, 이에 따라 제품 코팅 필름의 평탄성을 향상시키고, 후속 코팅 필름의 슬리팅 수율을 90% 이상으로 보장할 수 있고, 또한, 코팅 필름 열 정형의 과정에 있어서, 폴리올레핀 필름과 코팅층을 동시 건조 정형하여, 양자는 상호 조절될 수 있어, 제조되는 코팅 필름 두께, 공극률, 일치성이 양호해진다.
동시에, 코팅층과 폴리올레핀 필름 사이의 양호한 배치에 유리하여, 폴리올레핀 필름과 코팅층 사이의 관통성을 대폭 증가시키고, 이에 따라 격막 투기성(透氣性)이 저하되고, 투기성이 작을수록, 격막 내부 저항은 상응하여 감소하고, 리튬 이온은 수송 과정이 더 용이해져, 리튬 배터리 사이클 및 고율 방전 성능에 유리하다.
상기 공정 하에서 제조된 코팅 필름의 열 수축 성능을 향상시키기 위해, 진일보하게 선택적으로 폴리올레핀 필름 온라인 코팅 후 코팅 필름 퇴축을 제어하고, 즉, 폴리올레핀 필름 온라인 코팅과 동시에, 코팅 슬러리를 액체 상태에서 동기화 퇴축되도록 더 제어하여, 코팅 슬러리와 베이스 필름 면 접촉이 더 긴밀하게 되어, 코팅 필름 열 수축 성능을 효과적으로 개선한다.
구체적으로, 폴리올레핀 필름은 코팅 슬러리가 액체 상태에서 MD 방향으로 0.1 내지 10% 퇴축을 수행하여, 코팅 슬러리와 폴리올레핀 필름 면 접촉이 더 긴밀해지고, 코팅 후 박리 강도가 대폭 향상되고, 양호한 박리 강도는 고온에서 코팅 필름의 열 수축 추세에 저항할 수 있고, 코팅 필름의 내열 성능을 개선하고, 낮은 열 수축율은 리튬 이온 배터리가 고온 이상 작업으로 인한 코팅 필름 수축이 야기하는 양극 음극 접촉 단락이 유발하는 폭발 위험을 대폭 낮출 수 있다.
폴리올레핀 필름은 특정 유형에 제한되지 않고, 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이면 족하고, 상기 폴리올레핀은: 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐, 폴리헥센, 폴리옥텐 중의 적어도 일종의 공중합체, 또는 혼합물을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 폴리올레핀 필름이 초고분자량 PE인 경우, 바람직하게는 초고분자량 PE의 분자량은 30 내지 200만 사이일 수 있다. 폴리올레핀 기판 필름 제조 공정은 바람직하게는 습식 공정이고, 기판에서 추출된 용매가 적당량 휘발되면 코팅층과 베이스 필름에 관통 구멍 형성을 촉진하여, 폐색 현상의 발생을 방지하고 코팅 필름의 투기성을 감소시키며, 리튬 이온의 수송을 용이하게 한다.
폴리올레핀 필름의 재료가 확정된 후, 상응하는 상기 코팅 공정의 폴리올레핀 필름 초기 열 정형 온도, 코팅 필름 열 정형의 온도도 제한되고, 폴리올레핀 필름 초기 열 정형 온도는 대응되는 폴리올레핀 필름 재료의 융점을 상한으로 하고, 코팅 후의 코팅 필름을 열 정형하는 경우, 코팅 필름의 대부분의 수분을 제거하고, 후속 건조 과정에서 저수분 격막을 획득하는 데 유리하고, 코팅 필름 열 정형의 온도는 폴리올레핀 필름 재료의 융점을 기준으로 하여 10˚C 증가한 온도를 상한으로 한다. 즉, 폴리올레핀 필름은 분자량이 30 내지 200만인 초고분자량 PE인 경우, 폴리올레핀 필름 초기 열 정형 온도는 70˚C 내지 120˚C으로 제어되고, 코팅 필름 열 정형의 온도는 70˚C 내지 130˚C로 제어된다.
코팅 필름 코팅층은 특정한 유형으로 제한되지 않고, 그것이 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이기만 하면 족하고, 세라믹 코팅층, PVDF 코팅층, 폴리아크릴 코팅층, 아라미드 코팅층 중의 임의의 일종 또는 이종 이상의 복합체를 포함할 수 있으나 이에 국한되지는 않는다.
동시에, 각 코팅층의 폴리올레핀 필름 온라인 코팅의 코팅 방식은 제한되지 않는데, 슬러리를 폴리올레핀 필름에 복개하면 족한 것으로, 스프레이, 스크래핑, 그라비아 코팅, 와이어 바 코팅, 슬릿 코팅, 압출 코팅 및 딥 코팅 중의 임의의 일종 또는 다종의 조합일 수 있다.
코팅 필름 코팅층이 다층 복합 코팅층인 경우, 종래 코팅 공정에 비해, 본 발명의 폴리올레핀 기판은 초기의 미세 건조 경화 후 코팅을 수행하고, 코팅 슬러리는 기판을 더 습윤하게 할 수 있고, 동시에 복합 코팅층 사이에도 불완전 건조된 상황에서 접촉하는 것으로, 계면 지점의 슬러리는 충분한 시간 동안 상호 침투되고, 동기화 건조를 거친 후 계면 지점에서의 결합력은 종래 코팅 공정보다 훨씬 높다. 내열 성능의 세라믹 코팅층과 베이스 필름의 계면의 결합이 양호할수록, 코팅층의 박리 강도도 증가하고, 기판 내열 성능도 현저히 향상된다. 스프레이 코팅층은 불연속적이므로, 불규칙적으로 분포하고 가루가 떨어지고, 코팅층 벗겨짐이 오버 롤러에 집중되면 필름 면에 많은 입자의 생성을 야기하고, 이에 따라 수율이 저하되고, 온라인 코팅 기술을 통해, 코팅층 사이의 결합을 긴밀히 함으로써 이러한 현상을 효과적으로 피면할 수 있다.
본 발명에서 폴리올레핀 기판과 복합 코팅층은 동기화 건조되는데, 폴리올레핀 기판은 완전히 열 정형되므로, 인장 추출 과정에서 추출 냉각에 의해 유지되는 내부 응력 방출로 인해, 격막은 일정한 퇴축이 발생하고, 이러한 과정은 복합 코팅층 건조가 생성하는 부피 변화와 동기적으로 발생하고, 단면(single surface) 코팅된 격막에서 롤링 엣지 현상이 쉽게 발생하는 것을 효과적으로 피면할 수 있다. 동시에 슬러리 및 기판은 동기화 퇴축하여, 코팅층 적층이 더 밀집되고, 코팅층과 베이스 필름 사이의 접촉이 더 긴밀해지고, 이에 따라 코팅 필름의 열 수축 성능을 효과적으로 개선한다.
본 발명은 코팅 필름 열 정형 후 온라인 권취, 온라인 슬리팅, 해권, 건조 단계를 지속적으로 실시함으로써 코팅 필름 완제품을 획득하고, 이로부터 온라인 슬리팅은 일회성 슬리팅만을 필요로 하므로 적합한 폭의 완제품 필름을 획득할 수 있어, 종래 공정의 복수 회 슬리팅이 야기하는 원료 낭비를 피면한다. 온라인 권취 장력을 10 내지 20N, 권취 속도를 40 m/min으로 제어하고; 온라인 슬리팅의 장력은 3 내지 5N이고, 슬리팅 속도는 70 내지 90m/min으로 제어된다.
대응하여, 상기 코팅 공정은 배터리 격막의 코팅 시스템에 대응되는데, 이는 폴리올레핀 필름 열 정형의 진행 경로에 설치된 복수의 오븐, 및 상호 인접한 오븐의 간격 위치에 설치된, 폴리올레핀 필름을 코팅 슬러리로 코팅하는 데 사용되는 코팅 장치를 포함한다.
구체적으로, 폴리올레핀 필름 열 정형의 진행 경로를 따라, 하나 또는 복수의 연속 설치된 소그룹이 설치되고, 각각의 소그룹은 코팅 장치, 코팅 장치 업스트림에 위치하여 미코팅 폴리올레핀 필름의 초기 건조에 사용되는 초기 열 정형 오븐, 코팅 장치 다운스트림에 위치하여 건조 코팅 후 필름을 코팅하는 데 사용되는 코팅 열 정형 오븐을 포함한다.
또는, 상호 인접한 오븐의 간격 위치에, 복수의 코팅 장치가 연속 설치되고, 코팅 장치의 코팅 방식은 그라비어 코팅, 와이어 바 코팅 또는 압출 코팅, 고속 원심 분산과 같은 고압 분무 스프레이 등이 있다.
코팅 장치는 코팅 헤드, 와이어 바 등 본 기술분야에서 선택 가능한 여러 종류의 공지 장치를 포함하고, 상기 코팅 장치의 코팅 속도는 30 내지 90 m/min으로 제어되고, 필요한 경우 코팅층 두께의 변경은 상응하여 코팅 속도를 조정할 수 있다.
상기 시스템 하에서 제조된 코팅 필름의 열 수축 성능을 개선하기 위해, 폴리올레핀 필름 열 정형의 진행 경로를 따라, 선택적으로 소그룹의 코팅 장치의 다운스트림에 코팅 필름 퇴축 제어에 사용되는 퇴축 장치를 설치할 수 있고, 상기 장치는 코팅 장치에서 슬러리를 폴리올레핀 필름에 코팅한 후, 슬러리를 액체 상태에서 폴리올레핀 필름의 퇴축을 수행하도록 하고; 선택적으로, 코팅 필름 퇴축에 사용되는 장치는 슬러리가 액체 상태에서 MD 방향으로 0.1 내지 10% 퇴축을 수행하도록 하고, 코팅 슬러리는 폴리올레핀 필름과 함께 퇴축되고 후속의 코팅 열 정형 오븐에 의해 가열 건조하여 동기화 열 정형을 달성한다.
코팅 후 박리 강도가 대폭 향상되고, 양호한 박리 강도는 고온에서 코팅 필름의 열 수축 추세에 저항할 수 있고, 코팅 필름의 내열성을 향상시키고, 낮은 열 수축율은 리튬 이온 배터리가 고온 이상 작업으로 인한 코팅 필름 수축이 야기하는 양극 음극 접촉 단락이 유발하는 폭발 위험을 대폭 낮출 수 있다.
예를 들어, 코팅 장치와 초기 열 정형 오븐, 코팅 열 정형 오븐 사이에는 각각 폴리올레핀 필름 표면에 압착된 흡착 롤러가 설치되고, 두 개의 흡착 롤러의 주요 작용은 주로 코팅 과정에서 폴리올레핀 필름이 장력 변화를 얻음으로써, 코팅 안정성을 보장하는 것이다.
코팅 장치 부근에는 코팅 슬러리의 이송에 사용되는 이송 탱크, 및 필터를 더 배치할 수 있고, 코팅 장치가 폴리올레핀 필름에 대해 슬러리를 코팅하기 전의 슬러리 제조 과정에 있어서, 코팅 슬러리는 이송 탱크를 통해 40μ 자성 필터로 진입하고, 40μ 자성 필터는 코팅 슬러리의 큰 입자 및 금속 잡질 등 이물질에 대해 필터링을 수행하고, 칩 사이클이 배터리에 존재하는 금속 이물질로 인한 단락 현상을 효과적으로 방지할 수 있고, 사이클 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 자성 필터가 통상적으로 정지 세척으로 인해, 격막 생산 가동률이 저하되는 것을 피면하기 위해, 동시에 이송 탱크 부위에 40μ 필터를 장착하여, 복수 회의 정지 세척 필터링이 발생하는 것을 피면할 수 있고, 이에 따라 격막 생산 가동률을 향상시킨다.
코팅 장치 옆에 온라인 두께 측정기, 결함 측정기를 더 배치할 수 있고, 두께 측정기는 주로 베이스 필름과 코팅 필름의 두께에 대한 실시간 모니터링을 수행하고, 결함 측정기는 격막의 이상을 감지할 수 있고, 이에 따라 코팅 필름 완성품 품질을 향상시킬 수 있다.
복수 개의 오븐의 말단에는 온라인 권취 장치, 온라인 슬리팅 장치를 더 설치할 수 있고, 이후 해권, 건조 장치를 더 설치할 수 있다.
상기 코팅 공정을 거쳐, 코팅 장치는 일종의 복합 코팅층 배터리 격막을 제조할 수 있는데, 이는 폴리올레핀 기판(13), 폴리올레핀 기판(13)의 적어도 일측의 내열 코팅층(14), 및 폴리올레핀 기판(13)의 적어도 일측 또는 내열 코팅층(14)의 스프레이 코팅층(15)을 포함한다.
즉, 복합 코팅층 배터리 격막은 구조 1: 내열 코팅층(14) - 폴리올레핀 기판(13) - 스프레이 코팅층(15)일 수 있고; 또는 도 3에 도시된 바와 같은 구조 2: 스프레이 코팅층(15) - 내열 코팅층(14) - 폴리올레핀 기판(13) - 내열 코팅층(14) - 스프레이 코팅층(15)일 수 있고; 또는 기타 조합 방식일 수 있다.
상기 코팅 공정 또는 코팅 장치에 기초하여, 온라인 복층 복합 코팅 과정에 있어서, 복합 코팅층은 미건조 또는 미세 건조 상황에서 동시에 건조 열 정형을 수행하므로, 복층 코팅 도료가 코팅 또는 건조 열 정형 과정에서 상호 과도하게 침투, 융합하여, 복합 코팅층 격막 물성에 영향을 주는 것을 피면하고, 본 발명은 내열 코팅층(14)의 입경 D1이 스프레이 코팅층(15)의 입경 D2보다 작고, D1:D2<2를 만족함을 강조한다.
구체적으로, 내열 코팅층(14)은 세라믹 코팅층이고, 세라믹 코팅층은 내열성 측면에서 불활성이거나 리튬 이온을 운반 가능한 무기 입자를 포함하고; 스프레이 코팅층(15)은 접착 기능을 갖는 고분자 중합체 입자를 포함한다.
여기에서, 세라믹 코팅층은 물, 증점제, 무기 입자, 접착제, 습윤제를 포함하고, 세라믹 코팅층 슬러리의 고체 함량 범위는 30% 내지 40%이고, 무기 입자는 SrTiO3, SnO2, Mg(OH)2, MgO, Al(OH)3, Al2O3, SiO2, BaSO4 또는 TiO2 중의 일종 또는 다종의 조합일 수 있다.
스프레이 코팅층(15)은 접착 기능을 갖는 고분자 중합체 입자, 분산제, 증점제, 접착제, 습윤제, 소포제를 포함하고, 스프레이 코팅층 슬러리의 고체 함량은 5% 내지 80%이다.
고분자 중합체 입자는 PVDF 및 그 공중합체, 아크릴 단일중합체 또는 공중합체 중의 일종 또는 다종의 조합이다.
세라믹 코팅층 및 스프레이 코팅층(15)의 코팅을 온라인 동기화 수행하고, 스프레이 슬러리 및 세라믹 슬러리는 상호 융합되고, 건조 과정에서 복수의 접착 기능을 갖는 고분자 중합체 입자는 세라믹 입자 내로 침투하여, 복합 코팅층 배터리 격막의 접착 성능에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 진일보하게 바람직하게는, 세라믹 코팅층에서 무기 입자 입경은 0.01 μm 내지 10 μm이고, 바람직하게는 0.02 μm 내지 2 μm이고; 스프레이 코팅층(15)의 고분자 중합체 입자 입경은 0.5 μm 내지 10 μm이고, 바람직하게는 1 μm 내지 5 μm이고, 무기 입자 입경 및 고분자 중합체 입자 입경의 크기를 제어함으로써, 입자가 큰 고분자 중합체 입자 입경을 사용하여, 고분자 중합체 입자 입경이 코팅 과정에서 완전히 세라믹 코팅층에 효과적으로 몰입될 수 있도록 함으로써, 칩의 가열 압축 공정 후 복합 코팅층 배터리 격막 및 극편 사이에 충분한 접착력이 발생하도록 보장한다. 본 발명은 동일한 스프레이 코팅층 코팅량인 상황에서, 복합 코팅층 배터리 격막의 접착 성능을 최대한 향상시킬 수 있고, 동시에 요구되는 접착 강도에 도달함으로써 중합체의 사용량을 감소시키고, 격막의 이온 전기저항을 효과적으로 저감시킴으로써, 배터리의 사이클 및 고율 성능을 효과적으로 제고할 수 있다.
예를 들어, 세라믹 코팅층 슬러리를 폴리올레핀 베이스 필름의 적어도 일 표면에 코팅하는 방식은 그라비어 코팅, 와이어 바 코팅 또는 압출 코팅 등 중의 일종이다. 스프레이 코팅층을 폴리올레핀 기판 필름 적어도 일 표면에 분사하는 방식은 고속 원심 분산 등 고압 분무 스프레이 방식을 포함한다.
일종의 배터리에 있어서, 상기 배터리는 상기 방안 중 임의의 하나의 복합 코팅층 배터리 격막을 포함한다.
아래에서, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명함으로써 이해를 돕는다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태를 취할 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음의 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 사용되도록 의도되었다.
실시예 1
폴리올레핀 필름은 분자량 200만의 초고분자 PE 베이스 필름이며, 코팅층은 세라믹 코팅층이고, 세라믹 코팅층은 PE 베이스 필름의 일 표면에 코팅된다. 세라믹 슬러리는 물, 증점제, 세라믹 입자, 접착제, 습윤제를 포함하고, 고체 함량은 32%이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 주요 공정 흐름은: 폴리올레핀 필름 초기 열 정형 - 세라믹 슬러리 제조 - 세라믹 슬러리 온라인 코팅 - 코팅 필름 열 정형 - 퇴축 제어 - 온라인 권취 - 온라인 슬리팅 - 해권, 건조.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 코팅 장치는 결함 측정기(1), 두께 측정기(2), 예비 열 정형 오븐(3), 흡착 롤러(4), 필터(5), 이송 탱크(6), 코팅 장치(7), 퇴축 제어 장치(8), 코팅 열 정형 오븐(9), 온라인 권취 장치(10), 온라인 슬리팅 장치(11), 해권 및 건조 장치(12)를 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, PE 필름은 배합, 압출, 필터 계량, 터치 헤드 압출, 주조 시트 냉각 성형, 양방향 연신, 추출 건조의 복수 단계로 구성되고, 종래의 습식 격막 공정 경화 전 단계와 일치한다. 도 2에 도시된 진행 방향을 따라, PE 필름은 우선 결함 측정기(1), 두께 측정기(2)를 통해 실시간 품질 모니터링을 수행하고, 그 후 초기 열 정형 오븐(3)에 진입하여 초기 열 정형을 달성하고, 이때 PE 필름은 열 정형 미완성 상태이고, 필터(5), 이송 탱크(6)에 배치된 세라믹 슬러리는 코팅 장치(7)를 거쳐 PE 필름에 코팅되고, 동시에 코팅 장치(7) 업스트림, 다운스트림에 설치된 흡착 롤러(4)는 코팅 과정 중 장력 변화를 제어하고, 세라믹 슬러리는 액체 상태인 경우 압축 제어 장치(8)를 통해 MD 방향으로 퇴축을 수행하고, 코팅 슬러리와 베이스 필름 면 접촉을 더 긴밀히 하고, 퇴축 제어 완료 후, 코팅된 세라믹 슬러리의 PE 필름은 코팅 열 정형 오븐(9)으로 진입하여, 코팅 필름 열 정형을 완성하고, 그 후 온라인 권취 장치(10), 온라인 슬리팅 장치(11), 해권 및 건조 장치(12)를 거쳐, 세라믹 코팅 필름 완제품을 획득한다.
여기에서, 건조 환경 이슬점은 Td: -49°C, 습도는 H: 0.31%, 코팅 필름 수분 테스트 180°C/5min, 수분 ≤ 800ppm. 본 발명은 건조 환경을 제어하여 저수분 코팅 필름을 얻고, 배터리의 내부 부작용을 저감시키고, 배터리 성능을 효과적으로 향상시킨다.
세라믹 코팅을 50m/min 속도로 박리를 수행하는 경우, 박리 강도는 80N/M 보다 크고, 높은 박리 강도는 베이스 필름 사이에 코팅된 결합에 유리하고, 고온에서 격막 열 수축에 더 잘 저항하기 때문에, 격막 안전성이 효과적으로 향상된다.
실시예 2
본 실시예는 복합 코팅층 배터리 격막으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 복합 코팅층 배터리 격막은 폴리올레핀 기판(13), 폴리올레핀 기판(13)의 양측 표면에 코팅된 내열 코팅층(14), 및 내열 코팅층(14)에 분무된 스프레이 코팅층(15)을 포함하고, 내열 코팅층(14)은 세라믹 코팅층이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 주요 공정 흐름은: 폴리올레핀 필름 초기 열 정형 - 세라믹 슬러리 제조 - 세라믹 슬러리 온라인 코팅 - 온라인 스프레이 코팅층 - 코팅 필름 열 정형 - 퇴축 제어 - 온라인 권취 - 온라인 슬리팅 - 해권 및 건조.
폴리올레핀 필름은 열 정형이 미완성 된 경우, 세라믹 코팅층의 코팅을 수행하고, 세라믹 코팅층은 건조가 미완성 된 경우 스프레이 코팅을 수행한다.
여기에서, 고체 함량이 38.6%인 세라믹 코팅층 슬러리를 배합하고, 그 구체적인 성분은: 물 61.4%, 카르복시메틸셀룰로스 증점제 0.5%, 폴리에테르 습윤제 0.1%, 알루미나 35%, 아크릴레이트 접착제 3%. 펄프화 단계는, 먼저 물에 증점제를 분산 및 용해하여 용액 A를 얻고, 그 다음 알루미나를 물에 분산 및 분쇄하여 분산액 B를 얻고, 상기 용액 A와 분산액 B를 혼합한 다음, 접착제 및 습윤제 슬러리를 추가하고, 충분히 혼합하여 세라믹 슬러리를 얻고, 완제품 슬러리에서 알루미나의 평균 입자 크기는 0.8 μm이다.
고체 함량이 10%인 스프레이 코팅층 슬러리를 배합하고, 그 구체적인 성분은: 물 85%, PMMA 입자 점유율 13.5%, 아크릴레이트 접착제 점유율 1.3%, 폴리에테르 분산제 0.2%, 접착제 및 분산제를 함유한 PMMA 에멀전을 물에 분산하여 완제품 슬러리를 획득하고, 슬러리의 PMMA 평균 입경은 3 μm이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 코팅 장치는 결함 측정기(1), 두께 측정기 (2), 예비 열 정형 오븐(3), 흡착 롤러(4), 필터(5), 이송 탱크(6), 코팅 장치(7), 스프레이 장치(16), 퇴축 제어 장치(8), 코팅 열 정형 오븐(9), 온라인 와인딩 장치(10), 온라인 슬리팅 장치(11), 해권 및 건조 장치(12)를 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 9μm인 PE 격막을 설계하고, 그라비어 롤러를 사용하여 온라인으로 양면 세라믹 코팅을 수행하고, 바로 이어서 세라믹 코팅 후 고속 원심 분리판을 사용하여 양면 분사를 수행하고, 코팅 전의 사전 열 정형 오븐 온도 80˚C, 코팅 후 열 정형 오븐(9)은 3단 오븐, 온도는 각각 60 ˚C / 80 ˚C / 100 ˚C, 생산 라인 속도 50m / min, 건조 후 양면 세라믹 총 두께 4μm, 양면 스프레이 코팅층 하중 0.8g/m2 이다.
대비예 1
기타 단계는 실시예 1과 동일하고, 차이점은, 세라믹 코팅층 슬러리에서 알루미나 평균 입경은 0.8 μm이고; 스프레이 코팅층 슬러리의 PMMA 평균 입경은 0.3 μm이다.
9 μm의 PE 격막을 제조하는데, 그라비어 롤러를 사용하여 양면 세라믹 코팅을 수행하고, 코팅 속도는 50m / min이고, 3단식 오븐 건조를 거쳐, 오븐 온도는 각각 60 ˚C / 65 ˚C / 70 ˚C 이다. 완전 건조 격막 두께는 13 μm이고, 세라믹 코팅층 두께는 4 μm이고, 그 다음 고속 원심 분리판을 사용하여 다시 양면 세라믹 코팅 필름에 양면 스프레이를 수행하고, 양면 스프레이 코팅층의 하중은 0.8g/m2 이다.
실시예 2와 대비예 1의 특징 테스트를 수행하고, 데이터는 표 1에 나타난 바와 같다.
항목 투기율
(S/100cc)		 열 퇴축(130 ˚C/1H) 접착 강도(N/M) 격막 내부 저항(μ*cm-2)
TD MD
대비예 230 5% 6% 3 1.9
실시예2 180 2% 3% 6 1.3
표 1에서 볼 수 듯이, 본원의 실시예 및 대비예는 동일한 알루미나 슬러리를 사용하여 코팅을 수행하고, 코팅량이 동일한 상황에서, 실시예는 더 현저하게 우수한 열 수축 성능을 갖는다. 스프레이 코팅층 코팅량이 동일한 상황에서, 온라인에서 더 큰 입자를 사용한 코팅의 실시예는 더 좋은 접착 강도를 갖는다. 전체적으로 보면 온라인 코팅을 사용하여 제조한 복합 코팅층은, 투기 증가값이 더 크고 격막 전체의 저항값도 낮고, 내열 성능이 더 우수하다. 이는 본 발명의 복합 코팅층 격막이 제조한 리튬 이온 배터리가 안전성, 사이클 고율 등 전기 활성 성능 등 다방면에서 모두 통상적인 리튬 배터리 복합 격막보다 우수하고, 동시에 본 발명의 공정 일체화 생산을 사용하는 경우, 생산 단계가 간소화되고, 비용이 저감됨을 의미한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과하며, 당업자에게는 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 개선 및 변형이 이루어질 수 있으며, 이러한 개선 및 변형도 본 발명의 보호 범위 내에서 고려되어야 함을 유의하여야 한다.

Claims (17)

  1. 배터리 격막의 코팅 공정에 있어서,
    폴리올레핀 필름 초기 열 정형, 폴리올레핀 필름 온라인 코팅, 코팅 필름 열 정형을 순서대로 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 격막의 코팅 공정.
  2. 제1항에 있어서,
    폴리올레핀 필름 온라인 코팅 후 코팅 필름 퇴축(retract)을 제어하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 격막의 코팅 공정.
  3. 제2항에 있어서,
    폴리올레핀 필름 온라인 코팅 후 코팅 필름이 MD 방향으로 0.1 내지 10% 퇴축을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는
    배터리 격막의 코팅 공정.
  4. 제1항에 있어서,
    폴리올레핀 필름 초기 열 정형 온도는 70°C 내지 120°C로 제어되고, 코팅 필름의 열 정형 온도는 70°C 내지 130°C로 제어되는 것을 특징으로 하는,
    배터리 격막의 코팅 공정.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 필름 코팅층은 세라믹 코팅층, PVDF 코팅층, 폴리아크릴 코팅층, 아라미드 코팅층 중 임의의 일종 또는 이종 이상의 복합체일 수 있는 것을 특징으로 하는,
    배터리 격막의 코팅 공정.
  6. 제1항에 있어서,
    폴리올레핀 필름 온라인 코팅의 코팅 방식은 스프레이, 스크래핑, 그라비어 코팅, 와이어 바 코팅, 슬릿 코팅, 압출 코팅 및 딥 코팅 중의 임의의 일종 또는 다종의 조합인 것을 특징으로 하는,
    배터리 격막의 코팅 공정.
  7. 배터리 격막의 코팅 시스템에 있어서,
    폴리올레핀 필름 열 정형의 진행 경로에 설치된 복수의 오븐, 및 상호 인접한 오븐의 간격 위치에 설치된, 폴리올레핀 필름을 코팅 슬러리로 코팅하는 데 사용되는 코팅 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 격막의 코팅 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    폴리올레핀 필름 열 정형의 진행 경로에는 복수의 오븐이 설치되고, 상호 인접한 간격 위치에 폴리올레핀 필름을 코팅 슬러리로 코팅하는 데 사용되는 코팅 장치가 설치되고, 코팅 장치와 오븐 사이에 코팅 필름 퇴축을 제어하는 데 사용되는 퇴축 제어 장치가 설치되는 것을 특징으로 하는,
    배터리 격막의 코팅 시스템.
  9. 제1항의 배터리 격막에 있어서,
    폴리올레핀 기판(13), 폴리올레핀 기판(13)의 적어도 일측의 내열 코팅층(14), 및 폴리올레핀 기판(13)의 적어도 일측 또는 내열 코팅층(14)의 스프레이 코팅층(15)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 격막.
  10. 제9항에 있어서,
    내열 코팅층(14)의 입경 D1은 스프레이 코팅층(15)의 입경 D2보다 작고, D1:D2<2를 만족하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 격막.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 내열 코팅층(14)은 세라믹 코팅층이고, 상기 세라믹 코팅층은 내열성 측면에서 불활성이거나 리튬 이온을 운반 가능한 무기 입자를 포함하고; 상기 스프레이 코팅층(15)은 접착 기능을 갖는 고분자 중합체 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리 격막.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 세라믹 코팅층은 물, 증점제, 무기 입자, 접착제, 습윤제를 포함하고, 세라믹 코팅층 슬러리의 고체 함량 범위는 30% 내지 40%인 것을 특징으로 하는,
    배터리 격막.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 무기 입자는 SrTiO3, SnO2, Mg(OH)2, MgO, Al(OH)3, Al2O3, SiO2, BaSO4 또는 TiO2 중의 일종 또는 다종의 조합일 수 있는 것을 특징으로 하는,
    배터리 격막.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 스프레이 코팅층(15)은 접착 기능을 갖는 고분자 중합체 입자, 분산제, 증점제, 접착제, 습윤제, 소포제를 포함하고, 스프레이 코팅층 슬러리의 고체 함량은 5% 내지 80%인 것을 특징으로 하는,
    배터리 격막.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 고분자 중합체 입자는 PVDF 및 그 공중합체, 아크릴 단일중합체 또는 공중합체 중의 일종 또는 다종의 조합인 것을 특징으로 하는,
    배터리 격막.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 무기 입자 입경은 0.01 μm 내지 10 μm이고, 상기 고분자 중합체 입자 입경은 0.5 μm 내지 10 μm인 것을 특징으로 하는,
    배터리 격막.
  17. 배터리에 있어서,
    상기 배터리는 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 배터리 격막을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배터리.
KR1020237016143A 2020-09-14 2021-09-14 배터리 격막 및 그 코팅 공정, 코팅 시스템 및 배터리 KR20230121998A (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010960006 2020-09-14
CN202011187428.3A CN114178159B (zh) 2020-09-14 2020-11-02 一种电池隔膜及其涂布工艺、涂布系统和电池
CN202011187428.3 2020-11-02
PCT/CN2021/118234 WO2022089065A1 (zh) 2020-09-14 2021-09-14 一种电池隔膜及其涂布工艺、涂布系统和电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230121998A true KR20230121998A (ko) 2023-08-22

Family

ID=80601293

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237016143A KR20230121998A (ko) 2020-09-14 2021-09-14 배터리 격막 및 그 코팅 공정, 코팅 시스템 및 배터리

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP4239736A1 (ko)
JP (1) JP2023541436A (ko)
KR (1) KR20230121998A (ko)
CN (1) CN114178159B (ko)
WO (1) WO2022089065A1 (ko)

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5532430B2 (ja) * 2010-09-17 2014-06-25 東レバッテリーセパレータフィルム株式会社 複合多孔質膜、複合多孔質膜の製造方法並びにそれを用いた電池用セパレーター
JP6250495B2 (ja) * 2014-07-29 2017-12-20 ヒラノ技研工業株式会社 ポリプロピレン微多孔性膜及びその製造方法
CN104269506A (zh) * 2014-10-24 2015-01-07 深圳市星源材质科技股份有限公司 多层共挤涂覆制备锂电池复合隔膜的方法及装置
KR102181313B1 (ko) * 2015-04-02 2020-11-26 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 세퍼레이터 및 그의 제조방법
CN105702899B (zh) * 2016-01-22 2019-03-05 武汉中兴创新材料技术有限公司 一种含涂层的电池隔膜的制备方法及在线涂布系统
TWI730999B (zh) * 2016-11-21 2021-06-21 日商東麗股份有限公司 積層聚烯烴微多孔膜、電池用隔膜及其製造方法以及積層聚烯烴微多孔膜捲繞體之製造方法
CN106626457B (zh) * 2016-12-01 2021-04-23 深圳市星源材质科技股份有限公司 一种聚烯烃微孔膜的制备方法
CN109285981A (zh) * 2017-07-20 2019-01-29 上海凯矜新材料科技有限公司 锂电池隔膜及其制备方法
CN108305977B (zh) * 2018-02-07 2019-12-27 沧州明珠塑料股份有限公司 一种粘结性聚合物涂覆锂离子电池隔膜及其制备方法
CN108461693B (zh) * 2018-03-31 2022-08-30 广东天劲新能源科技股份有限公司 一种可改善锂离子电池热冲击和短路隔膜的制备方法
CN110289381B (zh) * 2019-05-09 2021-09-28 湖南文理学院 一种锂离子电池用隔膜和制备方法
CN113054319B (zh) * 2020-09-14 2023-02-17 上海恩捷新材料科技有限公司 一种粘接性功能隔膜的制备方法及其系统、锂离子电池

Also Published As

Publication number Publication date
CN114178159B (zh) 2023-02-21
WO2022089065A1 (zh) 2022-05-05
JP2023541436A (ja) 2023-10-02
CN114178159A (zh) 2022-03-15
EP4239736A1 (en) 2023-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Luiso et al. Lithium-ion battery separators: Recent developments and state of art
KR101029672B1 (ko) 세퍼레이터의 제조방법, 이로부터 형성된 세퍼레이터 및 이를 포함하는 전기화학소자
KR102311810B1 (ko) 세퍼레이터 및 이를 포함하는 전기화학소자
KR102311624B1 (ko) 접착층을 구비한 리튬 이차전지용 분리막
JP2011035373A (ja) 蓄電デバイス用セパレータ
KR20210109478A (ko) 리튬 이차 전지용 분리막 및 이의 제조방법
KR20200036803A (ko) 개선된 전극접착력 및 저항 특성을 갖는 리튬이차전지용 분리막 및 상기 분리막을 포함하는 리튬이차전지
KR20150069781A (ko) 친환경 수계 바인더를 이용한 고성능 복합 분리막의 제조 방법
KR20200012802A (ko) 세퍼레이터 및 이를 포함하는 전기화학소자
JP5723746B2 (ja) リチウムイオン電池およびその製造方法
US20240014509A1 (en) Battery separator and coating process thereof, coating system and battery
KR20200102958A (ko) 리튬이차전지용 세퍼레이터 및 이의 제조방법
KR20200020644A (ko) 분리막의 제조방법, 이로부터 형성된 분리막 및 이를 포함하는 전기화학소자의 제조방법
CN115149214A (zh) 一种电池隔膜及其制备方法和电池
KR20230121998A (ko) 배터리 격막 및 그 코팅 공정, 코팅 시스템 및 배터리
KR102394885B1 (ko) 접착성 분리막 및 그 제조방법
KR20220052330A (ko) 리튬 이온 전지용 복합 애노드의 제조 방법
KR20200085671A (ko) 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 포함하는 전기화학소자
KR102214535B1 (ko) 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 포함하는 전기화학소자
JP7304388B2 (ja) 非水系二次電池用セパレータ及び非水系二次電池
JP7511671B2 (ja) リチウム二次電池用分離膜、その製造方法、及びそれによって製造された分離膜
JP7482935B2 (ja) 非水系二次電池用セパレータ及び非水系二次電池
JP7507882B2 (ja) 二次電池用セパレータの製造方法、それによって製造されるセパレータ、及びそれを備える二次電池
CN111712944B (zh) 用于锂二次电池的隔板及制造该隔板的方法
KR20220051819A (ko) 리튬 이차전지용 세퍼레이터 및 이를 구비한 리튬 이차전지