KR20230138667A - Lithium secondary battery and lithium secondary battery separator manufacturing method - Google Patents

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김민호
박창현
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울산과학기술원
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Abstract

본 발명은, 내부에 전해액이 충진되어 있는 전지케이스; 상기 전지케이스 일측에 배치되는 양극전극; 상기 전지케이스 타측에 배치되는 음극전극; 상기 양극전극과 상기 음극전극 사이에 배치되는 분리막본체; 및 상기 분리막본체에 형성되어 전이금속 이온의 통과를 차단 또는 감소시키는 코팅층을 포함하는 리튬이차전지를 제공한다. The present invention relates to a battery case filled with an electrolyte inside; A positive electrode disposed on one side of the battery case; a negative electrode disposed on the other side of the battery case; A separator body disposed between the anode electrode and the cathode electrode; and a coating layer formed on the separator body to block or reduce passage of transition metal ions.

Description

리튬이차전지 및 리튬이차전지의 분리막 제조방법{Lithium secondary battery and lithium secondary battery separator manufacturing method} Lithium secondary battery and lithium secondary battery separator manufacturing method}

본 발명은, 리튬이차전지 및 리튬이차전지의 분리막 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전이 금속의 이온통과를 조절하여 전지의 용량 및 사이클 특성을 개선하도록 하는 리튬이차전지 및 분리막 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a lithium secondary battery and a method of manufacturing a separator for a lithium secondary battery, and more specifically, to a method of manufacturing a lithium secondary battery and a separator that improves the capacity and cycle characteristics of the battery by controlling the passage of ions of transition metals. will be.

리튬이차전지는 니켈카드륨 전지, 니켈수소전지 등보다 에너지밀도가 높고, 수명이 길어, 최근 컴퓨터, 휴대기기 등 다양한 분야에 널리 이용되고 있으며, 향후 전자기기 뿐만 아니라 전기자동차용 중대형 이차전지 소재로서도 주목을 받고 있다. Lithium secondary batteries have a higher energy density and longer lifespan than nickel cadmium batteries and nickel hydride batteries, so they have recently been widely used in various fields such as computers and mobile devices. In the future, they will also be used as a material for medium-to-large secondary batteries for electric vehicles as well as electronic devices. It is attracting attention.

도 1 및 도 2를 참고하면 이와 같은 리튬 이차전지(1)는 전해액이 충진되어 있는 전지케이스(2);와, 상기 전지케이스(2) 일측에 배치되어 리튬이온(3a)을 공급하도록 하는 양극전극(3); 상기 전지케이스(2) 타측에 배치되는 음극전극(4); 상기 양극전극(3)과 상기 음극전극(4) 사이에 배치되는 분리막본체(5);를 구비하고 있다. Referring to Figures 1 and 2, such a lithium secondary battery (1) includes a battery case (2) filled with an electrolyte; and a positive electrode disposed on one side of the battery case (2) to supply lithium ions (3a). electrode (3); a negative electrode (4) disposed on the other side of the battery case (2); and a separator body (5) disposed between the anode electrode (3) and the cathode electrode (4).

이러한 리튬 이차전지(1)는 양극전극(3)에서 부반응으로, 양극재를 구성하는 전이금속(니켈, 코발트, 망간 등)이 전해액에 2가 양이온 상태로 녹는 전이금속 용출 현상이 빈번이 발생하는 경우가 있다. 상기 전이금속 용출현상으로 인하여 발생하는 전이금속 이온(3b)은 음극전극(4)으로 이동하여 음극전극(4) 표면에서 리튬덴드라이트 생성과 같은 부반응을 가속화한다.This lithium secondary battery (1) frequently experiences a transition metal elution phenomenon in which transition metals (nickel, cobalt, manganese, etc.) constituting the positive electrode material are dissolved as divalent cations in the electrolyte due to a side reaction in the positive electrode (3). There are cases. The transition metal ions (3b) generated due to the transition metal elution phenomenon move to the cathode electrode (4) and accelerate side reactions such as lithium dendrite formation on the surface of the cathode electrode (4).

이와 같은 부반응으로 인하여, 리튬 이차전지(1)는 용량이 감소되고, 안정성이 하락된다는 문제점이 있다. Due to this side reaction, the lithium secondary battery 1 has a problem in that its capacity is reduced and its stability is reduced.

대한민국 등록특허 10-2011253호(발명의 명칭 : 촉매층이 코팅된 리튬설퍼전지용 다층구조 분리막 및 이를 이용한 리튬설퍼전지)Republic of Korea Patent No. 10-2011253 (Title of invention: Multi-layer structure separator for lithium sulfur battery coated with catalyst layer and lithium sulfur battery using the same)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서 전이금속 이온의 통과를 감소시켜 음극전극에서의 부반응을 억제하도록 하여 성능이 향상되도록 하는 리튬이차전지를 제공하고자 하는데 목적이 있다. The present invention was created to solve the above problems, and its purpose is to provide a lithium secondary battery that improves performance by reducing the passage of transition metal ions and suppressing side reactions at the cathode electrode.

본 발명은, 내부에 전해액이 충진되어 있는 전지케이스; 상기 전지케이스 일측에 배치되는 양극전극; 상기 전지케이스 타측에 배치되는 음극전극; 상기 양극전극과 상기 음극전극 사이에 배치되는 분리막본체; 및 상기 분리막본체에 형성되어 전이금속 이온의 통과를 차단 또는 감소시키는 코팅층을 포함하는 리튬이차전지를 제공한다. The present invention relates to a battery case filled with an electrolyte inside; A positive electrode disposed on one side of the battery case; a negative electrode disposed on the other side of the battery case; A separator body disposed between the anode electrode and the cathode electrode; and a coating layer formed on the separator body to block or reduce passage of transition metal ions.

상기 양극 전극은, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬 망간산화물, 리튬니켈코발트망간산화물 및 리튬니켈코발트알루미늄산화물 중 어느 하나의 재질로 된다. The positive electrode is made of any one of lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium manganese oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, and lithium nickel cobalt aluminum oxide.

상기 분리막본체는, 폴리올래핀 계열의 재질로 이루어진다.The separator main body is made of a polyolefin-based material.

상기 코팅층은, 프러시안블루코팅층으로 이루어진다.The coating layer consists of a Prussian blue coating layer.

상기 프러시안블루 코팅층은, 금속 헥사시아노메탈레이트( hexacyanometallate)인 것을 특징으로 한다.The Prussian blue coating layer is characterized in that it is a metal hexacyanometallate.

또한, 본 발명은, 리튬이차전지의 양극전극 및 음극전극 사이에 배치되는 분리막본체; 및 상기 분리막본체에 형성되어 전이금속 이온의 통과를 차단 또는 감소시키는 코팅층을 포함한다.In addition, the present invention includes a separator body disposed between the anode electrode and the cathode electrode of a lithium secondary battery; and a coating layer formed on the separator body to block or reduce passage of transition metal ions.

상기 코팅층은, 프러시안블루코팅층으로 이루어진다. The coating layer consists of a Prussian blue coating layer.

상기 프러시안블루 코팅층은, 금속 헥사시아노메탈레이트( hexacyanometallate)인 것을 특징으로 한다. The Prussian blue coating layer is characterized in that it is a metal hexacyanometallate.

또, 본 발명은, 리튬이온전지의 양극전극과 음극전극 사이에 배치되는 리튬이차전지의 분리막 제조방법에 있어서, (A) 분리막본체를 표면처리 시키는 단계; 및 (B) 표면 처리된 상기 분리막본체에 전이금속 이온의 통과를 감소시키는 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는 리튬이차전지의 분리막 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for manufacturing a separator for a lithium secondary battery disposed between the positive electrode and the negative electrode of a lithium ion battery, comprising the steps of (A) surface treating the separator body; and (B) forming a coating layer that reduces passage of transition metal ions on the surface-treated separator body.

상기 (A)단계는, 상기 분리막본체를 플라즈마 처리 공정으로 표면처리시킨다.In step (A), the separator body is surface treated using a plasma treatment process.

상기 (B)단계는, 상기 코팅층이 프러시안 블루재질로 이루어진다.In step (B), the coating layer is made of Prussian blue material.

상기 (B)단계는, 상기 프러시안블루 코팅층이 금속 헥사시아노메탈레이트( hexacyanometallate)로 이루어지도록 한다. In step (B), the Prussian blue coating layer is made of metal hexacyanometallate.

본 발명에 따른 리튬이차전지 및 리튬이차전지의 분리막 제조방법에 의하면, 양극전극과 음극전극 사이에 배치되는 분리막본체가 프러시안블루 재질로 이루어진 코팅층이 구비됨으로써, 음극에서의 부반응을 억제시키도록 하고 높은 용량 및 안정성을 확보할 수 있다. According to the lithium secondary battery and the method of manufacturing a separator for a lithium secondary battery according to the present invention, the separator body disposed between the positive electrode and the negative electrode is provided with a coating layer made of a Prussian blue material to suppress side reactions in the negative electrode. High capacity and stability can be secured.

도 1은 종래의 리튬이차전지의 단면도이다.
도 2는 도 1의 전이금속 이온의 이동을 보여주는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 단면도이다.
도 4는 도 3의 전이금속 이온 차단을 보여주는 개략도이다.
도 5는 도 2의 분리막만을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 분리막 제조방법의 흐름도이다.
도 7은 도 4에서 (A)단계 표면처리 차이에 따른 분리막본체 코팅층 형성 차이를 나타내는 표면 사진이다.
도 8은 도 4에서 (A)단계 표면처리 차이에 따른 분리막본체의 친화성 차이를 나타내는 표면 사진이다.
도 9는 2-4.3V의 고전압범위에서 0.5C의 전류밀도로 NCM, 흑연전지를 구동하여 사이클에 따른 용량변화를 도시한 도면이다. Figure 1 is a cross-sectional view of a conventional lithium secondary battery.
Figure 2 is a schematic diagram showing the movement of transition metal ions in Figure 1.
Figure 3 is a cross-sectional view of a lithium secondary battery according to the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram showing the transition metal ion blocking of Figure 3.
Figure 5 is a diagram showing only the separator of Figure 2.
Figure 6 is a flow chart of the separator manufacturing method according to the present invention.
Figure 7 is a surface photograph showing the difference in the formation of a coating layer on the separator body according to the difference in surface treatment in step (A) in Figure 4.
Figure 8 is a surface photograph showing the difference in affinity of the separator body according to the difference in surface treatment in step (A) in Figure 4.
Figure 9 is a diagram showing the capacity change according to the cycle by driving the NCM and graphite batteries at a current density of 0.5C in the high voltage range of 2-4.3V.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached claims.

도 3 내지 도 5를 참고하면 본 발명에 따른 리튬 이차전지(100)는 전지케이스(110), 양극전극(120), 음극전극(130), 분리막본체(140), 코팅층(150)을 포함한다. Referring to Figures 3 to 5, the lithium secondary battery 100 according to the present invention includes a battery case 110, an anode electrode 120, a cathode electrode 130, a separator body 140, and a coating layer 150. .

상기 전지케이스(110)는 내부에 전해액(미도시)이 충진이 되고 상기 양극전극(120)과 상기 음극전극(130) 및 상기 분리막본체(140)가 배치되고 상기 전해액이 충진되기 위한 일정 크기를 가진다. The battery case 110 is filled with an electrolyte (not shown) inside, the anode electrode 120, the cathode electrode 130, and the separator body 140 are disposed, and have a certain size to be filled with the electrolyte. have

이때 상기 전해액은 리튬염과 유기용매일 수 있다. At this time, the electrolyte solution may be a lithium salt and an organic solvent.

상기 양극전극(120)은 상기 전지케이스(110)의 일측에 내부에 배치가 되어 상기 음극전극(130)으로 리튬 이온(121)을 공급하고 전기화학 반응에 의해 전자를 생성하고 소모할 수 있으며 외부 회로(미도시)에 전자를 제공한다.The anode electrode 120 is placed inside one side of the battery case 110 and can supply lithium ions 121 to the cathode electrode 130 and generate and consume electrons through an electrochemical reaction. Provides electrons to a circuit (not shown).

상기 양극전극(120)은 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬 망간산화물 중 어느 하나의 재질로 이루어진 전이금속 산화물이 사용될 수 있으며 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.The positive electrode 120 may be a transition metal oxide made of any one of lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, and lithium manganese oxide, but is not necessarily limited thereto.

상기 음극전극(130)은 흑연재질로 이루어지며, 상기 분리막본체(140)를 사이에 두고 상기 양극전극(120)과 이격되어 상기 전지케이스(110) 타측에 배치가 되고 전기화학적인 반응에 의해 전자를 생성하고 소비할 수 있으며 외부 회로(미도시)에 전자를 제공한다.The cathode electrode 130 is made of a graphite material, is placed on the other side of the battery case 110 and is spaced apart from the anode electrode 120 with the separator body 140 in between, and generates electrons through an electrochemical reaction. It can generate and consume and provide electrons to an external circuit (not shown).

상기 분리막본체(140)는 상기 전지케이스(110)에 상기 양극전극(120)과 상기 음극전극(130) 사이에 배치가 되어 상기 음극전극(130)과 상기 양극전극(120)을 물리적으로 분리하여 상기 양극전극(120)과 상기 음극전극(130)이 접촉하여 쇼트되는 것을 방지한다. The separator body 140 is disposed between the anode electrode 120 and the cathode electrode 130 in the battery case 110 to physically separate the cathode electrode 130 and the anode electrode 120. It prevents the anode electrode 120 and the cathode electrode 130 from contacting and short-circuiting.

상기 분리막본체(140)는, 폴리올래핀 계열의 재질로 이루어질 수 있다.The separator body 140 may be made of a polyolefin-based material.

상기 코팅층(150)은 상기 분리막본체(140)의 외주면에 형성된다.The coating layer 150 is formed on the outer peripheral surface of the separator main body 140.

상기 코팅층(150)은 프러시안블루코팅층으로, 금속 헥사시아노메탈레이트(hexacyanometallate)로서, 메탈사이아나이드(Metal cyanide) 수용액에 염화 금속이나, 질산화 금속을 가하여 만들어진 프러시안 블루(Prussian Blue)로 이루어진다.The coating layer 150 is a Prussian blue coating layer, which is a metal hexacyanometallate and is made of Prussian blue made by adding metal chloride or metal nitride to an aqueous solution of metal cyanide. .

이와 같이 도 4를 참고하면 상기 코팅층(150)은 프러시안블루코팅처리가 되기에 상기 양극전극(120)으로부터 상기 분리막본체(140)측으로 유동되는 상기 리튬이온(121)의 유동은 지속적으로 유지되도록 하되, 상기 양극전극(120)의 전이금속 용출 현상에 의한 전이금속 이온(122)이 상기 분리막본체(140)측으로 유동되는 경우 상기 전이금속 이온(122)의 상기 음극전극(130) 측으로의 통과를 감소 또는 차단 시킨다. In this way, referring to FIG. 4, the coating layer 150 is treated with Prussian blue coating so that the flow of the lithium ions 121 flowing from the anode electrode 120 toward the separator main body 140 is continuously maintained. However, when the transition metal ions 122 flow toward the separator body 140 due to the transition metal elution phenomenon of the anode electrode 120, the transition metal ions 122 are prevented from passing toward the cathode electrode 130. Reduce or block.

이에 따라 상기 리튬 이차전지(100)는 상기 코팅층(150)에 의해 상기 음극전극(130)으로 상기 전이금속 이온(122)의 통과가 감소 또는 차단되도록 하여 상기 전이금속 용출현상 발생 시에도 상기 음극전극(130)에서 부반응 발생이 발생하는 것을 방지함으로써 상기 음극전극(130)으로부터 발생되는 리튬덴드라이트가 생기는 것을 방지하고 안정성이 유지되도록 한다. Accordingly, the lithium secondary battery 100 reduces or blocks the passage of the transition metal ions 122 to the cathode electrode 130 by the coating layer 150, thereby maintaining the cathode electrode even when the transition metal elution phenomenon occurs. By preventing side reactions from occurring in 130, lithium dendrites generated from the cathode electrode 130 are prevented and stability is maintained.

이하부터는 도 5 내지 도 9를 참고하여 본 발명에 따른 리튬이차전지(100)의 분리막본체(140) 제조방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, a method for manufacturing the separator body 140 of the lithium secondary battery 100 according to the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 9.

도 6을 참고하면, 본 발명의 분리막본체(140) 제조 방법은 표면처리단계(A), 코팅층 형성단계(B)를 포함하는 것을 특징으로 한다. Referring to Figure 6, the method of manufacturing the separator body 140 of the present invention is characterized by including a surface treatment step (A) and a coating layer forming step (B).

상기 표면처리단계(A)는 상기 분리막본체(140)를 표면처리 시키는 단계이다.The surface treatment step (A) is a step of surface treating the separator body 140.

상기 표면처리단계(A)는, 별도의 플라즈마 발생기(미도시)를 이용하여 폴리올래핀 계열의 상기 분리막본체(140)의 표면을 플라즈마 처리 한다. In the surface treatment step (A), the surface of the polyolefin-based separator body 140 is plasma treated using a separate plasma generator (not shown).

상기 플라즈마 처리를 한 분리막본체(140)의 표면은 친수성 성질을 가지게 되며, 후술한 코팅층(150)이 상기 분리막본체(140)의 표면에 용이하게 형성될 수 있게 된다. The surface of the separator main body 140 that has undergone the plasma treatment has hydrophilic properties, and the coating layer 150 described later can be easily formed on the surface of the separator main body 140.

상기 코팅층 형성단계(B)는 표면 처리된 상기 분리막본체(140)에 코팅층(150)을 형성하는 단계이다.The coating layer forming step (B) is a step of forming a coating layer 150 on the surface-treated separator body 140.

상기 코팅층 형성단계(B)는 상기 분리막본체(140)를 프러시안 블루 합성용액(미도시)이 충진된 용기(미도시)에 침지하여 상기 분리막본체(140)의 표면에 상기 코팅층(150)을 형성시킨다. The coating layer forming step (B) involves immersing the separator main body 140 in a container (not shown) filled with a Prussian blue synthetic solution (not shown) to form the coating layer 150 on the surface of the separator main body 140. form.

이때 프러시안 블루 합성용액은 메탈사이아나이드(Metal cyanide)로 이루어지도록 한다. At this time, the Prussian blue synthetic solution should be made of metal cyanide.

도 7 및 도 8을 참고하면 상기 코팅층 형성단계(B)에서 상기 표면처리단계(A)로부터 플라즈마 처리공정된 분리막본체의 표면(P)은 별도의 증류수(미도시)를 떨어트렸을 때 접촉각이 54.2 도로 플라즈마 처리공정되지 않은 분리막본체의 표면(P’)에 별도의 증류수(미도시)를 떨어트렸을 때 접촉각이 107.7도로 이루어지는 것에 비해 작은 각도로 친수성을 보이기에 상기 프러시안 블루 합성용액에 담그어 합성 시 상기 분리막본체(140)의 코팅처리가 짧은 시간에 코팅층이 형성되는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIGS. 7 and 8, in the coating layer forming step (B), the surface (P) of the separator body that has been plasma treated from the surface treatment step (A) has a contact angle when separate distilled water (not shown) is dropped. 54.2 When separate distilled water (not shown) is dropped on the surface (P') of the separator main body that has not been plasma treated, it shows hydrophilicity at a small angle compared to the contact angle of 107.7 degrees, so it is immersed in the Prussian blue synthetic solution. It can be seen that the coating layer of the separator body 140 is formed in a short time during synthesis.

이에 따라 상기 분리막본체(140)는 상기 코팅층 형성단계(B)에서 보다 짧은 시간에 상기 코팅층(150)을 형성시킬 수 있게 한다. Accordingly, the separator body 140 allows the coating layer 150 to be formed in a shorter time in the coating layer forming step (B).

도 9는 2-4.3V의 고전압범위에서 0.5C의 전류밀도로 NCM, 흑연전지를 구동하여 사이클에 따른 용량변화를 도시한 도면이다. Figure 9 is a diagram showing the capacity change according to the cycle by driving the NCM and graphite batteries at a current density of 0.5C in the high voltage range of 2-4.3V.

도 9에서 청색은 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층(150)이 형성된 분리막 본체(140)이고, 주황색은 비교예로서 코팅층(150)이 없는 분리막본체의 결과이다. In Figure 9, blue is the separator main body 140 with the coating layer 150 formed according to an embodiment of the present invention, and orange is the result of the separator main body without the coating layer 150 as a comparative example.

도 9를 참고하면, 초기에서 500사이클로 반복하여 실험한 결과, 본 발명의 일실시예에 따른 코팅층(150)이 형성된 분리막본체는 용량이 170 mAh/g에서 100mAh/g로 감소되고, 비교예인 코팅층(150)이 없는 분리막본체는 150mAh/g에서 40mAh/g 으로 감소된다. Referring to FIG. 9, as a result of repeated experiments with 500 cycles from the beginning, the capacity of the separator main body with the coating layer 150 formed according to an embodiment of the present invention was reduced from 170 mAh / g to 100 mAh / g, and the coating layer as a comparative example The separator body without (150) is reduced from 150 mAh/g to 40 mAh/g.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막본체(140)는 용량이 70mAh/g 정도 감소되는 것인데 반하여, 비교예인 코팅층(150)이 없는 분리막본체는 110mAh/g 정도 감소된다. That is, the capacity of the separator main body 140 according to an embodiment of the present invention is reduced by about 70 mAh/g, while the capacity of the separator main body without the coating layer 150, which is a comparative example, is reduced by about 110 mAh/g.

이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막본체(140)는 비교예인 코팅층(150)이 없는 분리막본체에 비해 사이클 수명이 더 연장되는 것을 알 수 있다. Accordingly, it can be seen that the cycle life of the separator main body 140 according to an embodiment of the present invention is further extended compared to the separator main body without the coating layer 150, which is a comparative example.

이와 같이 상기 분리막본체(140)는 상기 표면처리 단계(A)와 상기 코팅층 형성단계(B)에 의해 보다 짧은 시간에 프러시안 블루재질로 이루어진 상기 코팅층(150)을 형성되도록 제조하여 상기 리튬이차전지(100)의 우수한 수명 특성과 높은 용량 및 안정성을 확보하도록 한다. In this way, the separator body 140 is manufactured so that the coating layer 150 made of Prussian blue material is formed in a shorter time through the surface treatment step (A) and the coating layer forming step (B), thereby forming the lithium secondary battery. (100) to ensure excellent life characteristics, high capacity and stability.

100 : 리튬이차전지 110 : 전지케이스
120 : 양극전극 121 : 리튬이온
122 : 전이금속이온 130 : 음극전극
140 : 분리막본체 150 : 코팅층 100: lithium secondary battery 110: battery case
120: positive electrode 121: lithium ion
122: transition metal ion 130: cathode electrode
140: Separator body 150: Coating layer

Claims (12)

내부에 전해액이 충진되어 있는 전지케이스;
상기 전지케이스 일측에 배치되는 양극전극;
상기 전지케이스 타측에 배치되는 음극전극;
상기 양극전극과 상기 음극전극 사이에 배치되는 분리막본체; 및
상기 분리막본체에 형성되어 전이금속 이온의 통과를 차단 또는 감소시키는 코팅층을 포함하는 리튬이차전지. A battery case filled with electrolyte inside;
A positive electrode disposed on one side of the battery case;
a negative electrode disposed on the other side of the battery case;
A separator body disposed between the anode electrode and the cathode electrode; and
A lithium secondary battery comprising a coating layer formed on the separator body to block or reduce passage of transition metal ions. 청구항 1에 있어서,
상기 양극 전극은, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬 망간산화물, 리튬니켈코발트망간산화물 및 리튬니켈코발트알루미늄산화물 중 어느 하나의 재질인 리튬 이차전지. In claim 1,
The positive electrode is a lithium secondary battery made of any one of lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium manganese oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, and lithium nickel cobalt aluminum oxide. 청구항 1에 있어서,
상기 분리막본체는, 폴리올래핀 계열의 재질로 이루어진 리튬이차전지. In claim 1,
The separator body is a lithium secondary battery made of a polyolefin-based material. 청구항 1에 있어서,
상기 코팅층은, 프러시안블루코팅층인 리튬이차전지. In claim 1,
The coating layer is a lithium secondary battery that is a Prussian blue coating layer. 청구항 4에 있어서,
상기 프러시안블루 코팅층은, 금속 헥사시아노메탈레이트( hexacyanometallate)로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지. In claim 4,
A lithium secondary battery, wherein the Prussian blue coating layer is made of metal hexacyanometallate. 리튬 이차전지의 양극전극 및 음극전극 사이에 배치되는 분리막본체; 및
상기 분리막본체에 형성되어 전이금속 이온의 통과를 차단 또는 감소시키는 코팅층을 포함하는 리튬이차전지의 분리막. A separator body disposed between the positive and negative electrodes of a lithium secondary battery; and
A separator for a lithium secondary battery comprising a coating layer formed on the separator body to block or reduce passage of transition metal ions. 청구항 6에 있어서,
상기 코팅층은, 프러시안블루코팅층인 리튬이차전지의 분리막.In claim 6,
The coating layer is a separator of a lithium secondary battery, which is a Prussian blue coating layer. 청구항 7에 있어서,
상기 프러시안블루 코팅층은, 금속 헥사시아노메탈레이트( hexacyanometallate)인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지의 분리막.In claim 7,
The Prussian blue coating layer is a separator for a lithium secondary battery, characterized in that the metal hexacyanometallate. 리튬이온전지의 양극전극과 음극전극 사이에 배치되는 리튬이차전지의 분리막 제조방법에 있어서,
(A) 분리막본체를 표면처리 시키는 단계; 및
(B) 표면 처리된 상기 분리막본체에 전이금속 이온의 통과를 감소시키는 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는 리튬이차전지의 분리막 제조방법. In the method of manufacturing a separator for a lithium secondary battery disposed between the positive and negative electrodes of a lithium ion battery,
(A) surface treating the separator body; and
(B) forming a coating layer that reduces passage of transition metal ions on the surface-treated separator body. 청구항 9에 있어서,
상기 (A)단계는, 상기 분리막본체를 플라즈마 처리 공정으로 표면처리시키는 리튬이차전지의 분리막 제조방법. In claim 9,
The step (A) is a method of manufacturing a separator for a lithium secondary battery in which the separator body is surface treated by a plasma treatment process. 청구항 9에 있어서,
상기 (B)단계는, 상기 코팅층이 프러시안 블루재질로 이루어지는 리튬이차전지의 분리막 제조방법.In claim 9,
The step (B) is a method of manufacturing a separator for a lithium secondary battery in which the coating layer is made of a Prussian blue material. 청구항 11에 있어서,
상기 (B)단계는, 상기 프러시안블루 코팅층이 금속 헥사시아노메탈레이트( hexacyanometallate)로 이루어지도록 하는 리튬 이차전지.

In claim 11,
The step (B) is a lithium secondary battery in which the Prussian blue coating layer is made of metal hexacyanometallate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210014430A (en) * 2019-07-30 2021-02-09 주식회사 엘지화학 A separator for litithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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