KR20230171286A - Carbon dixode adsorbent, method for preparing the adsorbent, polyolefin-based composite comprising the polymer and case for secondary battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차전지의 충방전 시 발생하는 가스를 흡착하여, 이차전지의 내부 압력 증가로 인한 이차전지용 외장재의 밀봉 파괴를 방지하여 안정성을 향상시킬 수 있는 이산화탄소 흡착제, 이의 제조방법, 이를 포함하는 폴리올레핀계 복합체 및 이차전지용 외장재에 관한 것이다.The present invention provides a carbon dioxide adsorbent that can improve stability by adsorbing gas generated during charging and discharging of a secondary battery and preventing seal failure of the secondary battery exterior material due to an increase in internal pressure of the secondary battery, a method of manufacturing the same, and a polyolefin containing the same. It relates to exterior materials for system composites and secondary batteries.
Description
본 발명은 이산화탄소 흡착제, 이의 제조방법, 이를 포함하는 폴리올레핀계 복합체 및 이차전지용 외장재에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon dioxide adsorbent, a method for manufacturing the same, a polyolefin-based composite containing the same, and an exterior material for a secondary battery.
최근 리튬이차전지의 응용 영역이 전기, 전자, 통신, 컴퓨터와 같은 전자 기기의 전력 공급뿐만 아니라, 자동차나 전력 저장 장치와 같은 대면적 기기의 전력 저장 공급까지 급속히 확대됨에 따라, 고용량, 고출력이면서도 고안정성인 리튬이차전지에 대한 요구가 늘어나고 있다.Recently, the application area of lithium secondary batteries has rapidly expanded not only to power supply for electronic devices such as electricity, electronics, communication, and computers, but also to power storage and supply for large-area devices such as automobiles and power storage devices. Demand for stable lithium secondary batteries is increasing.
리튬이차전지는 일반적으로 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 양극 활물질 또는 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 음극 활물질과, 선택적으로 바인더 및 도전재를 혼합한 물질을 각각 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 음극과 양극을 제조하고, 이를 분리막의 양측에 적층하여 소정 형상의 전극 조립체를 형성한 다음, 이 전극 조립체와 비수 전해액을 전지 케이스에 삽입하여 제조된다.Lithium secondary batteries generally contain a positive electrode active material capable of inserting and desorbing lithium ions or a negative electrode active material capable of inserting and desorbing lithium ions, and a material that is optionally mixed with a binder and a conductive material in the positive and negative current collectors, respectively. It is manufactured by manufacturing a cathode and an anode by applying the electrode, stacking them on both sides of the separator to form an electrode assembly of a predetermined shape, and then inserting the electrode assembly and the non-aqueous electrolyte into a battery case.
리튬이차전지는 그 구조에 따라 원통형 이차전지, 각형 이차전지, 파우치형 이차전지 등으로 나뉠 수 있다. 이 중 파우치형 이차전지는 파우치형 시트 내에 상기 전극 조립체를 수용한 후 시트를 밀봉함으로써 제조되는데, 다른 종류의 이차전지에 비해 구조가 간단하고 단위 부피 당 용량이 커서 자동차 배터리, 또는 에너지 저장장치 등에 널리 사용되고 있다.Lithium secondary batteries can be divided into cylindrical secondary batteries, prismatic secondary batteries, pouch-type secondary batteries, etc. depending on their structure. Among these, the pouch-type secondary battery is manufactured by housing the electrode assembly in a pouch-type sheet and then sealing the sheet. Compared to other types of secondary batteries, the pouch-type secondary battery has a simple structure and a large capacity per unit volume, so it can be used in automobile batteries or energy storage devices. It is widely used.
이러한 파우치형 이차전지의 케이스는 전극과 전해액을 외부로부터 보호하기 위한 파우치형 시트로서 금속 재질의 막과 밀봉을 위한 고분자 소재로 구성된다. 이 때, 상기 밀봉을 위한 고분자 소재는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등과 같은 올레핀계 소재로 구성된 열가소성이고, 열융착성인 소재가 주로 사용되고 있다.The case of this pouch-type secondary battery is a pouch-type sheet to protect the electrodes and electrolyte from the outside and is composed of a metal film and a polymer material for sealing. At this time, the polymer material for sealing is a thermoplastic material made of olefin-based materials such as polypropylene and polyethylene, and heat-sealable materials are mainly used.
한편, 리튬이차전지는 충방전의 구동 과정에서 이산화탄소, 일산화탄소, 메탄, 탄화수소, 수소 등의 무극성 분자를 포함하는 가스가 발생하게 되며, 이 중 이산화탄소가 가장 큰 비율을 차지하는데, 이렇게 발생된 가스로 인해 밀봉된 전지 내부의 압력이 증가하게 되고, 압력이 지속적으로 증가하는 경우에는 전기 케이스의 밀봉이 파괴되는 문제가 발생할 수 있다.Meanwhile, lithium secondary batteries generate gas containing non-polar molecules such as carbon dioxide, carbon monoxide, methane, hydrocarbon, and hydrogen during the charging and discharging process. Among these, carbon dioxide accounts for the largest proportion, and the gas generated in this way is As a result, the pressure inside the sealed battery increases, and if the pressure continues to increase, the seal of the electric case may be destroyed.
파우치형 이차전지의 내부에서 발생되는 가스는 상기 금속 재질의 막을 투과할 수 없고, 상기 고분자 소재를 통해 일부 방출될 수 있다. 그러나, 상기 고분자 소재는 상기 가스에 대한 투과도가 높지 않아 내부 압력 증가를 억제하기 어려운 문제가 있다.Gas generated inside the pouch-type secondary battery cannot penetrate the metal membrane, and may be partially released through the polymer material. However, the polymer material does not have high permeability to the gas, making it difficult to suppress an increase in internal pressure.
이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 공개특허공보 제10-2015-0015394호(특허문헌 1)는 이산화탄소 스캐빈저를 포함하는 전지케이스를 개시한다. 그러나, 상기 특허문헌 1에 따르면, 상기 이산화탄소 스캐빈저는 전지케이스의 내벽에 형성된 별도의 코팅층 또는 흡착 주머니에 포함되므로, 전지케이스의 내벽에 상기 코팅층 또는 흡착 주머니를 형성하기 위한 별도의 공정이 요구될뿐더러, 전지케이스 내부에 코팅층과 흡착 주머니를 형성하기 위한 별도의 공간이 마련되어야 하는 문제가 있다.As a solution to this problem, Patent Publication No. 10-2015-0015394 (Patent Document 1) discloses a battery case containing a carbon dioxide scavenger. However, according to Patent Document 1, the carbon dioxide scavenger is included in a separate coating layer or adsorption bag formed on the inner wall of the battery case, so a separate process for forming the coating layer or adsorption bag on the inner wall of the battery case is required. In addition, there is a problem that a separate space must be provided inside the battery case to form a coating layer and an adsorption bag.
한편, 공개특허공보 제10-2018-0006771호(특허문헌 2)는 이산화탄소 흡착제 및 이의 제조방법을 개시한다. 그러나, 상기 특허문헌 2에 따르면, 이산화탄소 흡착제는 고체 상태의 흡착제로서 그 형태를 유지하기 위해 실리카 등과 같은 다공성 지지체의 존재가 필수적이다. 또한, 이차전지가 아닌 TSA 공정에 따른 재생 사용 목적에 따라 1차 아민의 비가역적 반응에 따른 흡수능의 열화를 방지하기 위해 에폭사이드와의 교반을 통해 2차 아민의 생성이 필수적으로 요구되며, 1차 아민을 포함하는 아미노실란 화합물과 에폭사이드를 교반한 반응의 생성물을 다공성 지지체에 축합 반응에 의한 결합에 의해 고정시키기 위한 반응이 필수적이다. 따라서, 상기 특허문헌 2에서 개시하는 이산화탄소 흡착제는 이차전지용 외장재에 적용하기에는 적합하지 않다.Meanwhile, Patent Publication No. 10-2018-0006771 (Patent Document 2) discloses a carbon dioxide adsorbent and a method for manufacturing the same. However, according to Patent Document 2, the carbon dioxide adsorbent is a solid adsorbent and the presence of a porous support such as silica is essential to maintain its form. In addition, depending on the purpose of regenerative use according to the TSA process rather than secondary battery, the production of secondary amine is essential through stirring with epoxide to prevent deterioration of absorption capacity due to irreversible reaction of primary amine, 1 A reaction is essential for fixing the product of the reaction of stirring an aminosilane compound containing a secondary amine and an epoxide to a porous support by bonding through a condensation reaction. Therefore, the carbon dioxide adsorbent disclosed in Patent Document 2 is not suitable for application to exterior materials for secondary batteries.
또한, 공개특허공보 제10-2014-0147200호(특허문헌 3)은 아민의 가교반응을 이용한 이산화탄소 흡착 소재를 개시한다. 그러나, 상기 특허문헌 3에 따르면, 이산화탄소 흡착 소재는 아민과 이산화탄소가 반응하는 흡착 메커니즘으로 인해, 아민을 과량으로 포함할 수 밖에 없다. 그러나, 이산화탄소 흡착 소재 내 아민이 과량으로 포함되는 경우, 전지 내부의 전해액과 아민이 반응하여 전해액 성분에 변성을 유발하고, 이에 따라 전지의 성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 이와 같이 아민을 과량으로 포함하는 이산화탄소 흡착 소재는 전지 내부에서 발생하는 이산화탄소를 흡착하기 위한 용도로 적용하기에는 적합하지 않다.Additionally, Patent Publication No. 10-2014-0147200 (Patent Document 3) discloses a carbon dioxide adsorption material using the crosslinking reaction of amine. However, according to Patent Document 3, the carbon dioxide adsorption material inevitably contains an excessive amount of amine due to the adsorption mechanism in which amine and carbon dioxide react. However, if an excessive amount of amine is included in the carbon dioxide adsorption material, the electrolyte inside the battery may react with the amine, causing denaturation of the electrolyte components, which may lead to a decrease in battery performance. Therefore, carbon dioxide adsorption materials containing an excessive amount of amines are not suitable for use in adsorbing carbon dioxide generated inside a battery.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 이차전지의 충방전 시 발생하는 가스를 흡착하여, 이차전지의 내부 압력 증가로 인한 이차전지용 외장재의 밀봉 파괴를 방지하여 안정성을 향상시킬 수 있는 이산화탄소 흡착제를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was developed to solve the problems of the prior art, and improves stability by adsorbing the gas generated during charging and discharging of the secondary battery, preventing the sealing destruction of the secondary battery exterior material due to an increase in the internal pressure of the secondary battery. The purpose is to provide a carbon dioxide adsorbent that can be used.
또한, 본 발명은 이차전지용 외장재의 내피로서, 상기 이산화탄소 흡착제를 포함하는 폴리올레핀계 복합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.Additionally, the present invention aims to provide a polyolefin-based composite containing the carbon dioxide adsorbent as an inner layer of an exterior material for a secondary battery.
또한, 본 발명은 상기 폴리올레핀계 복합체를 포함함으로써, 이차전지의 충방전 시 발생하는 가스를 흡착하여, 이차전지의 내부 압력 증가로 인한 밀봉 파괴가 방지되어 안정성이 향상된 이차전지용 외장재를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention aims to provide an exterior material for a secondary battery with improved stability by including the polyolefin-based composite, by adsorbing gas generated during charging and discharging of the secondary battery, and preventing seal failure due to an increase in the internal pressure of the secondary battery. Do it as
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 이산화탄소 흡착제, 이산화탄소 흡착제 제조방법, 폴리올레핀계 복합체, 이차전지용 외장재 및 리튬이차전지를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a carbon dioxide adsorbent, a method for producing a carbon dioxide adsorbent, a polyolefin-based composite, an exterior material for a secondary battery, and a lithium secondary battery.
(1) 본 발명은 에폭시기를 2개 이상 포함하는 다관능성 에폭시 화합물 유래부 50 중량% 이상 94 중량% 이하; 및 아민 화합물 유래부 6 중량% 이상 50 중량% 이하를 포함하고, 상기 다관능성 에폭시 화합물 유래부 및 아민 화합물 유래부는 하기 화학식 1로 표시되는 활성화기를 동시에 포함하며, 고체 상태인 이산화탄소 흡착제를 제공한다.(1) The present invention includes 50% by weight or more and 94% by weight or less of the origin of a multifunctional epoxy compound containing two or more epoxy groups; and 6% by weight or more and 50% by weight or less of an amine compound derived portion, wherein the multifunctional epoxy compound derived portion and the amine compound derived portion simultaneously contain an activating group represented by the following formula (1), and provide a carbon dioxide adsorbent in a solid state.
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서, R1은 에폭시기를 2개 이상 포함하는 다관능성 에폭시 화합물의 잔부이고, R2 내지 R4는 아민 화합물의 잔부이다.In Formula 1, R 1 is the remainder of a multifunctional epoxy compound containing two or more epoxy groups, and R 2 to R 4 are the remainder of an amine compound.
(2) 본 발명은 상기 (1)에 있어서, 상기 이산화탄소 흡착제는 에폭시기를 2개 이상 포함하는 다관능성 에폭시 화합물 유래부 80 중량% 이상 90 중량% 이하; 및 아민 화합물 유래부 10 중량% 이상 20 중량% 이하를 포함하는 것인 이산화탄소 흡착제를 제공한다.(2) In the present invention, in (1) above, the carbon dioxide adsorbent contains 80% by weight or more and 90% by weight or less of a portion derived from a polyfunctional epoxy compound containing two or more epoxy groups; and 10% by weight or more and 20% by weight or less of an amine compound derived portion.
(3) 본 발명은 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 아민 화합물은 1차 아민, 2차 아민 및 3차 아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것인 이산화탄소 흡착제를 제공한다.(3) The present invention provides the carbon dioxide adsorbent according to (1) or (2) above, wherein the amine compound is at least one selected from the group consisting of primary amines, secondary amines, and tertiary amines.
(4) 본 발명은 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 있어서, R1은 에폭시기를 3개 이상 포함하는 다관능성 에폭시 화합물의 잔부이고, R2 내지 R4는 각각 독립적으로 1차 아민, 2차 아민 및 3차 아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 아민 화합물의 잔부인 이산화탄소 흡착제를 제공한다.(4) The present invention according to any one of (1) to (3) above, wherein R 1 is the remainder of a polyfunctional epoxy compound containing 3 or more epoxy groups, and R 2 to R 4 are each independently a primary amine. , providing a carbon dioxide adsorbent that is the remainder of one or more amine compounds selected from the group consisting of secondary amines and tertiary amines.
(5) 본 발명은 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서, 상기 다관능성 에폭시 화합물 유래부의 에폭시기와, 상기 아민 화합물에 대한 에폭시기:아민 화합물의 몰비가 3 내지 100:1인 것인 이산화탄소 흡착제를 제공한다.(5) The present invention according to any one of the above (1) to (4), wherein the molar ratio of the epoxy group of the origin of the polyfunctional epoxy compound and the epoxy group to the amine compound: amine compound is 3 to 100:1. Provides a carbon dioxide adsorbent.
(6) 본 발명은 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서, 상기 활성화기는 이산화탄소와 반응하여 고리형 카보네이트기를 형성하는 것인 이산화탄소 흡착제를 제공한다.(6) The present invention provides the carbon dioxide adsorbent according to any one of (1) to (5) above, wherein the activating group reacts with carbon dioxide to form a cyclic carbonate group.
(7) 본 발명은 다관능성 에폭시 화합물 및 아민 화합물의 총합 100 중량부에 대하여, 에폭시기를 2개 이상 포함하는 다관능성 에폭시 화합물 50 중량부 이상 94 중량부 이하 및 아민 화합물 6 중량부 이상 50 중량부 이하를 혼합하는 단계(S10); 및 상기 (S10) 단계에서 혼합된 혼합물을 50 ℃ 이상 150 ℃ 이하의 온도에서 반응시키는 단계(S20)를 포함하는 이산화탄소 흡착제 제조방법을 제공한다.(7) The present invention provides 50 to 94 parts by weight of a polyfunctional epoxy compound containing two or more epoxy groups and 6 to 50 parts by weight of an amine compound, based on a total of 100 parts by weight of the polyfunctional epoxy compound and the amine compound. Mixing the following (S10); and reacting the mixture mixed in step (S10) at a temperature of 50°C or more and 150°C or less (S20).
(8) 본 발명은 상기 (7)에 있어서, 상기 (S20) 단계는 0.5 시간 이상 24 시간 이하로 실시되는 것인 이산화탄소 흡착제 제조방법을 제공한다.(8) The present invention provides a method for producing a carbon dioxide adsorbent in (7) above, wherein the step (S20) is performed for 0.5 hours or more and 24 hours or less.
(9) 본 발명은 연속상 60 중량% 이상 90 중량% 이하 및 분산상 10 중량% 이상 40 중량% 이하를 포함하고, 상기 연속상은 폴리올레핀계 수지를 포함하고, 상기 분산상은 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 따른 이산화탄소 흡착제를 포함하는 것인 폴리올레핀계 복합체를 제공한다.(9) The present invention includes 60% by weight or more and 90% by weight or less of a continuous phase and 10% by weight or more and 40% by weight or less of a dispersed phase, the continuous phase includes a polyolefin resin, and the dispersed phase includes (1) to (6) above. ) It provides a polyolefin-based composite comprising a carbon dioxide adsorbent according to any one of the following.
(10) 본 발명은 상기 (9)에 따른 폴리올레핀계 복합체를 내피에 포함하는 이차전지용 외장재를 제공한다.(10) The present invention provides an exterior material for a secondary battery comprising the polyolefin-based composite according to (9) above in the inner skin.
(11) 본 발명은 상기 (10)에 따른 이차전지용 외장재를 포함하는 리튬이차전지를 제공한다.(11) The present invention provides a lithium secondary battery including the exterior material for a secondary battery according to (10) above.
본 발명의 이산화탄소 흡착제는 이차전지의 충방전 시 발생하는 가스를 흡착하여, 이차전지의 내부 압력 증가로 인한 이차전지용 외장재의 밀봉 파괴를 방지하여 안정성을 향상시킬 수 있다.The carbon dioxide adsorbent of the present invention can improve stability by adsorbing gas generated during charging and discharging of a secondary battery, preventing seal failure of the secondary battery exterior material due to an increase in internal pressure of the secondary battery.
또한, 본 발명의 이산화탄소 흡착제는 가스 흡착제로서 이차전지용 외장재의 내피에 사용되는 폴리올레핀계 복합체 내 분산된 형태로 포함되므로, 담지체, 캡슐 등과 같은 별도의 지지체가 요구되지 않으며, 이차전지용 외장재 내에 이산화탄소 흡착제를 코팅시키거나, 부착시키기 위한 별도의 공간이 요구되지 않는다.In addition, the carbon dioxide adsorbent of the present invention is a gas adsorbent and is contained in a dispersed form within the polyolefin-based composite used in the inner skin of the exterior material for secondary batteries, so a separate support such as a carrier or capsule is not required, and the carbon dioxide adsorbent is contained within the exterior material for secondary batteries. No separate space is required for coating or attaching.
또한, 본 발명의 이산화탄소 흡착제는 담지체, 캡슐 등과 같은 별도의 지지체가 요구되지 않으므로, 이산화탄소 흡착제 제조 시, 별도의 지지체를 선택 및 구비할 필요가 없고, 나아가, 이산화탄소 흡착제를 별도의 지지체에 담지 또는 고정시키기 위한 공정이 불필요하다.In addition, since the carbon dioxide adsorbent of the present invention does not require a separate support such as a carrier or capsule, there is no need to select and provide a separate support when manufacturing the carbon dioxide adsorbent. Furthermore, the carbon dioxide adsorbent is not supported on a separate support or No process for fixing is necessary.
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 폴리올레핀계 복합체에 대하여, 실험예 2에 따라 이산화탄소 흡착성 평가를 실시하기 전 및 후의 이산화탄소 흡착제의 FT-IR 측정 결과를 나타내는 그래프이다.Figure 1 is a graph showing the FT-IR measurement results of the carbon dioxide adsorbent before and after evaluating the carbon dioxide adsorption capacity of the polyolefin-based composite prepared in Example 1 of the present invention according to Experimental Example 2.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail to facilitate understanding of the present invention.
본 발명의 설명 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Terms or words used in the description and claims of the present invention should not be construed as limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor should appropriately use the concepts of terms to explain his invention in the best way. Based on the principle of definability, it must be interpreted with meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
이산화탄소 흡착제carbon dioxide adsorbent
본 발명은 이차전지의 충방전 시 발생하는 가스를 흡착하여, 이차전지의 내부 압력 증가로 인한 이차전지용 외장재의 밀봉 파괴를 방지하여 안정성을 향상시킬 수 있는 이산화탄소 흡착제를 제공한다.The present invention provides a carbon dioxide adsorbent that can improve stability by adsorbing gas generated during charging and discharging of a secondary battery and preventing seal failure of the secondary battery exterior material due to an increase in internal pressure of the secondary battery.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이산화탄소 흡착제는 에폭시기를 2개 이상 포함하는 다관능성 에폭시 화합물 유래부 50 중량% 이상 94 중량% 이하; 및 아민 화합물 유래부 6 중량% 이상 50 중량% 이하를 포함하고, 상기 다관능성 에폭시 화합물 유래부 및 아민 화합물 유래부는 하기 화학식 1로 표시되는 활성화기를 동시에 포함하며, 고체 상태인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the carbon dioxide adsorbent contains 50% by weight or more and 94% by weight or less of a portion derived from a multifunctional epoxy compound containing two or more epoxy groups; and 6% by weight or more and 50% by weight or less of an amine compound-derived portion, wherein the multifunctional epoxy compound-derived portion and the amine compound-derived portion simultaneously contain an activating group represented by the following formula (1), and may be in a solid state.
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서, R1은 에폭시기를 2개 이상 포함하는 다관능성 에폭시 화합물의 잔부일 수 있고, R2 내지 R4는 아민 화합물의 잔부일 수 있다.In Formula 1, R 1 may be the remainder of a multifunctional epoxy compound containing two or more epoxy groups, and R 2 to R 4 may be the remainder of an amine compound.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이산화탄소 흡착제는 이어서 기재하는 이산화탄소 흡착제 제조방법에 의해 제조된 것일 수 있다. 이에 따라, 상기 이산화탄소 흡착제는 다관능성 에폭시 화합물로부터 형성된 다관능성 에폭시 화합물 유래부와, 아민 화합물로부터 형성된 아민 화합물 유래부를 포함하는 것일 수 있다. 여기서, 상기 유래부는 각 화합물이 반응에 참여하여 형성한 결합부와 반응에 참여하지 않아 작용기를 그대로 유지하는 작용기부를 모두 포함하는 반복단위 자체를 의미할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the carbon dioxide adsorbent may be manufactured by the carbon dioxide adsorbent manufacturing method described later. Accordingly, the carbon dioxide adsorbent may include a multifunctional epoxy compound-derived portion formed from a multifunctional epoxy compound and an amine compound-derived portion formed from an amine compound. Here, the origin part may refer to the repeating unit itself, which includes both a binding part formed by each compound participating in the reaction and a functional group that does not participate in the reaction and maintains the functional group as is.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이산화탄소 흡착제는 에폭시기를 2개 이상 포함하는 다관능성 에폭시 화합물 유래부 50 중량% 이상, 60 중량% 이상, 70 중량% 이상, 또는 80 중량% 이상을 포함할 수 있고, 또한, 94 중량% 이하, 93 중량% 이하, 92 중량% 이하, 91 중량% 이하, 90 중량% 이하, 또는 85 중량% 이하를 포함할 수 있으며, 이에 따라 아민 화합물 유래부 6 중량% 이상, 7 중량% 이상, 8 중량% 이상, 9 중량% 이상, 10 중량% 이상, 또는 15 중량% 이상을 포함할 수 있고, 또한, 50 중량% 이하, 40 중량% 이하, 30 중량% 이하, 또는 20 중량% 이하를 포함할 수 있다. 상기 이산화탄소 흡착제가 상기와 같은 함량으로 다관능성 에폭시 화합물 유래부 및 아민 화합물 유래부를 포함하는 경우, 이산화탄소 흡착제 내 활성화기로 전환이 가능한 에폭시기를 높은 함량으로 잔류시켜 이산화탄소 흡착성을 향상시키면서도, 고체 상태를 유지할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the carbon dioxide adsorbent may contain at least 50% by weight, at least 60% by weight, at least 70% by weight, or at least 80% by weight of a portion derived from a multifunctional epoxy compound containing two or more epoxy groups. It may also include 94% by weight or less, 93% by weight or less, 92% by weight or less, 91% by weight or less, 90% by weight or less, or 85% by weight or less, and accordingly, 6% by weight or more of the amine compound derived portion. , may include at least 7% by weight, at least 8% by weight, at least 9% by weight, at least 10% by weight, or at least 15% by weight, and also at most 50% by weight, at most 40% by weight, at most 30% by weight, or It may contain 20% by weight or less. When the carbon dioxide adsorbent contains the polyfunctional epoxy compound-derived moiety and the amine compound-derived moiety in the content as described above, the epoxy group that can be converted to an activating group in the carbon dioxide adsorbent remains in a high content, thereby improving carbon dioxide adsorption and maintaining a solid state. there is.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이산화탄소 흡착제는 상기 다관능성 에폭시 화합물의 에폭시기와 상기 아민 화합물이 반응하여 형성된 상기 화학식 1로 표시되는 활성화기를 포함하는 것일 수 있다. 이에 따라, 상기 다관능성 에폭시 화합물 유래부 및 아민 화합물 유래부는 상기 화학식 1로 표시되는 활성화기를 동시에 포함하고, 상기 화학식 1로 표시되는 활성화기로 결합된 형태를 나타낼 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the carbon dioxide adsorbent may include an activating group represented by Formula 1, which is formed by reacting the epoxy group of the multifunctional epoxy compound with the amine compound. Accordingly, the multifunctional epoxy compound-derived portion and the amine compound-derived portion simultaneously include an activating group represented by Formula 1, and may be combined with an activating group represented by Formula 1.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다관능성 에폭시 화합물은 에폭시기를 2개 이상 포함하는 것일 수 있다. 에폭시기가 1개인 단관능성 에폭시 화합물의 경우, 에폭시기가 경화에 의해 고체 상태를 형성하기 위해 작용할 뿐, 활성화기를 충분한 수준으로 유지하지 못하기 때문에, 이산화탄소 흡착성이 저하될 수 있다. 구체적인 예로, 상기 다관능성 에폭시 화합물은 에폭시기를 3개 이상 포함하는 것일 수 있고, 더욱 구체적인 예로 1,4-부탄디일 디글리시딜 에테르, 3-[비스(글리시딜옥시메딜)메톡시]-1,2-프로판디올, 디글리시딜 1,2-시클로헥탄디카르복실레이트, 비스페놀 A 디글리시딜 에테르, 트리스(4-히드록시페닐)메탄 트리글리시딜 에테르, 트리메틸올프로판 트리글리시딜 에테르, o-크레졸 노볼락, 폴리(에틸렌-co-글리시딜 메타크릴레이트) 및 폴리(에틸렌-co-메틸 아크릴레이트-co-글리시딜 메타크릴레이트) 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the multifunctional epoxy compound may include two or more epoxy groups. In the case of a monofunctional epoxy compound with one epoxy group, the epoxy group only acts to form a solid state by curing and does not maintain the activating group at a sufficient level, so carbon dioxide adsorption may be reduced. As a specific example, the multifunctional epoxy compound may contain three or more epoxy groups, and more specific examples include 1,4-butanediyl diglycidyl ether, 3-[bis(glycidyloxymedyl)methoxy]- 1,2-propanediol, diglycidyl 1,2-cyclohexanedicarboxylate, bisphenol A diglycidyl ether, tris(4-hydroxyphenyl)methane triglycidyl ether, trimethylolpropane triglycidyl At least one selected from the group consisting of ether, o-cresol novolak, poly(ethylene-co-glycidyl methacrylate), and poly(ethylene-co-methyl acrylate-co-glycidyl methacrylate). You can.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 아민 화합물은 NH3 형태의 아민일 수도 있지만, 상기 다관능성 에폭시 화합물의 에폭시기와 아민 화합물 사이의 반응에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 활성화기를 형성하기 위한 반응성을 향상시키는 관점에서 1차 아민, 2차 아민 및 3차 아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 구체적인 예로, 상기 1차 아민, 2차 아민 및 3차 아민은 각각 전자 공여성기를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the amine compound may be an amine in the form of NH 3 , but has the reactivity to form an activating group represented by Formula 1 according to the reaction between the epoxy group of the multifunctional epoxy compound and the amine compound. From the viewpoint of improvement, it may be one or more types selected from the group consisting of primary amines, secondary amines, and tertiary amines. As a specific example, the primary amine, secondary amine, and tertiary amine may each include an electron donating group.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 아민 화합물은 폴리에틸렌이민, 테트라에틸렌펜타아민, 트리에틸렌테트라아민, 펜타에틸렌헥사아민, 디에틸렌트리아민, 2,4,6-트리스(디메틸아미노메틸)페놀 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the amine compound is polyethyleneimine, tetraethylenepentamine, triethylenetetraamine, pentaethylenehexamine, diethylenetriamine, 2,4,6-tris(dimethylaminomethyl)phenol, etc. It may be one or more types selected from the group consisting of.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 활성화기는 상기 다관능성 에폭시 화합물 및 아민 화합물의 종류에 따라 달라질 수 있고, 구체적인 예로, R1은 에폭시기를 3개 이상 포함하는 다관능성 에폭시 화합물의 잔부일 수 있고, R2 내지 R4는 각각 독립적으로 1차 아민, 2차 아민 및 3차 아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 아민 화합물의 잔부일 수 있으며, 더욱 구체적인 예로, R1은 에폭시기를 3개 포함하는 다관능성 에폭시 화합물의 잔부일 수 있고, R2 내지 R4는 각각 독립적으로 2차 아민 또는 3차 아민의 아민 화합물의 잔부일 수 있다. 여기서, 잔부는 다관능성 에폭시 화합물의 에폭시기와, 아민 화합물의 반응에 의해 상기 화학식 1로 표시되는 활성화기를 형성할 때, 반응에 참여한 에폭시기를 제외한 다관능성 에폭시 화합물의 나머지 부분과, 아민 화합물의 나머지 부분을 의미한다.According to one embodiment of the present invention, the activating group represented by Formula 1 may vary depending on the type of the multifunctional epoxy compound and the amine compound. As a specific example, R 1 is a multifunctional epoxy compound containing three or more epoxy groups. may be the remainder of, and R 2 to R 4 may each independently be the remainder of one or more amine compounds selected from the group consisting of primary amines, secondary amines, and tertiary amines. As a more specific example, R 1 is an epoxy group. It may be the remainder of a multifunctional epoxy compound containing three, and R 2 to R 4 may each independently be the remainder of an amine compound of secondary amine or tertiary amine. Here, the remainder is the remainder of the polyfunctional epoxy compound excluding the epoxy group that participated in the reaction when forming the activating group represented by Formula 1 above by the reaction between the epoxy group of the polyfunctional epoxy compound and the amine compound, and the remainder of the amine compound. means.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이산화탄소 흡착제는 상기 다관능성 에폭시 화합물 유래부의 에폭시기와, 상기 아민 화합물에 대한 에폭시기:아민 화합물의 몰비가 3 내지 100:1, 3 내지 90:1, 3 내지 80:1, 3 내지 70:1, 3 내지 60:1, 또는 3 내지 50:1인 것일 수 있고, 이 범위 내에서 이산화탄소 흡착제 내 에폭시기가 과량으로 잔존하여, 아민 화합물과의 반응으로 인해 활성화기를 지속적으로 형성할 수 있고, 이렇게 형성된 활성화기로부터 이산화탄소와의 반응을 통한 이산화탄소 흡착성이 더욱 향상될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the carbon dioxide adsorbent has an epoxy group derived from the multifunctional epoxy compound and an epoxy group to the amine compound: amine compound molar ratio of 3 to 100:1, 3 to 90:1, or 3 to 80. :1, 3 to 70:1, 3 to 60:1, or 3 to 50:1, and within this range, the epoxy group in the carbon dioxide adsorbent remains in excess, and the activator continues to form due to reaction with the amine compound. It can be formed, and carbon dioxide adsorption can be further improved through reaction with carbon dioxide from the activated group formed in this way.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 활성화기는 이산화탄소와 반응하여 고리형 카보네이트기를 형성하는 것일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 이산화탄소 흡착제는 아민과 이산화탄소 사이의 반응에 의한 이산화탄소 흡착이 아닌, 상기 활성화기와 이산화탄소가 반응하여 고리형 카보네이트기를 형성함으로써 이산화탄소를 흡착하는 것일 수 있다. 구체적인 예로, 상기 활성화기와 이산화탄소가 반응하여 고리형 카보네이트기를 형성하는 반응은 하기 반응식 1로 표시되는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the activating group may react with carbon dioxide to form a cyclic carbonate group. That is, the carbon dioxide adsorbent according to the present invention may adsorb carbon dioxide not by adsorbing carbon dioxide through a reaction between amine and carbon dioxide, but by reacting the activator with carbon dioxide to form a cyclic carbonate group. As a specific example, the reaction in which the activating group reacts with carbon dioxide to form a cyclic carbonate group may be represented by Scheme 1 below.
[반응식 1][Scheme 1]
상기 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 상기 활성화기와 이산화탄소가 반응하는 경우, 고리형 카보네이트기가 형성되고, 이에 따라 활성화기에 결합된 상태로 존재하는 아미노기는 에폭시기와 반응하기 전의 아민 화합물의 형태로 환원되며, 이는 이산화탄소 흡착제 내 잔존하는 다른 에폭시기와의 반응을 통해 다시 상기 화학식 1로 표시되는 활성화기를 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 이산화탄소 흡착제는 이산화탄소 흡착제 내 잔존하는 에폭시기의 함량에 따라 이산화탄소 흡착능력을 지속할 수 있다.As shown in Scheme 1, when the activating group reacts with carbon dioxide, a cyclic carbonate group is formed, and thus the amino group present in the state bound to the activating group is reduced to the form of the amine compound before reacting with the epoxy group, which is Through reaction with other epoxy groups remaining in the carbon dioxide adsorbent, an activating group represented by Formula 1 can be formed again. Therefore, the carbon dioxide adsorbent according to the present invention can maintain its carbon dioxide adsorption capacity depending on the content of epoxy groups remaining in the carbon dioxide adsorbent.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이산화탄소 흡착제는 고체 상태인 것이 중요하다. 이산화탄소 흡착제가 고체 상태를 나타내지 않고, 액체 상태이거나, 완전히 고화되지 않아 이산화탄소 흡착제로부터 묻어나오는 성분이 존재하는 경우, 본 발명의 목적에 따라 폴리올레핀계 복합체를 형성할 수 없고, 폴리올레핀계 복합체를 제조하더라도, 이산화탄소 흡착제가 폴리올레핀계 복합체 내 분산상으로 존재하는 것이 아니라, 폴리올레핀계 복합체의 외부로 흘러나와 이산화탄소 흡착능력을 확보할 수 없게 된다. 구체적인 예로, 상기 이산화탄소 흡착제는 200 ℃ 이하, 190 ℃ 이하, 180 ℃ 이하, 170 ℃ 이하, 160 ℃ 이하, 150 ℃ 이하, 140 ℃ 이하, 130 ℃ 이하, 120 ℃ 이하, 110 ℃ 이하, 100 ℃ 이하, 90 ℃ 이하, 80 ℃ 이하, 70 ℃ 이하, 60 ℃ 이하, 50 ℃ 이하, 40 ℃ 이하, 30 ℃ 이하, 또는 상온에서 고체 상태일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, it is important that the carbon dioxide adsorbent is in a solid state. If the carbon dioxide adsorbent is not in a solid state, is in a liquid state, or is not completely solidified and there are components that come out of the carbon dioxide adsorbent, a polyolefin-based composite cannot be formed according to the purpose of the present invention, and even if a polyolefin-based composite is manufactured, The carbon dioxide adsorbent does not exist in a dispersed phase within the polyolefin-based composite, but flows out of the polyolefin-based composite, making it impossible to secure carbon dioxide adsorption capacity. As a specific example, the carbon dioxide adsorbent is 200 ℃ or less, 190 ℃ or less, 180 ℃ or less, 170 ℃ or less, 160 ℃ or less, 150 ℃ or less, 140 ℃ or less, 130 ℃ or less, 120 ℃ or less, 110 ℃ or less, 100 ℃ or less , 90°C or less, 80°C or less, 70°C or less, 60°C or less, 50°C or less, 40°C or less, 30°C or less, or may be in a solid state at room temperature.
이산화탄소 흡착제 제조방법Carbon dioxide adsorbent manufacturing method
본 발명은 상기 이산화탄소 흡착제를 제조하기 위한 제조방법을 제공한다.The present invention provides a manufacturing method for manufacturing the carbon dioxide adsorbent.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이산화탄소 흡착제 제조방법은 다관능성 에폭시 화합물 및 아민 화합물의 총합 100 중량부에 대하여, 에폭시기를 2개 이상 포함하는 다관능성 에폭시 화합물 50 중량부 이상 94 중량부 이하 및 아민 화합물 6 중량부 이상 50 중량부 이하를 혼합하는 단계(S10); 및 상기 (S10) 단계에서 혼합된 혼합물을 50 ℃ 이상 150 ℃ 이하의 온도에서 반응시키는 단계(S20)를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the method for producing a carbon dioxide adsorbent includes 50 parts by weight or more and 94 parts by weight or less of a polyfunctional epoxy compound containing two or more epoxy groups, based on a total of 100 parts by weight of the polyfunctional epoxy compound and the amine compound. Mixing 6 parts by weight or more and 50 parts by weight or less of an amine compound (S10); And it may include a step (S20) of reacting the mixture mixed in step (S10) at a temperature of 50 ℃ or more and 150 ℃ or less.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (S10) 단계는 이산화탄소 흡착제를 형성하기 위한 반응물을 혼합하는 단계로서, 본 발명의 목적에 따라 이산화탄소 흡착제 내 잔존하는 에폭시기의 함량을 높이면서도, 충분한 고화를 진행하기 위해 다관능성 에폭시 화합물을 아민 화합물 대비 최소 동량, 또는 그 이상의 함량으로 혼합하는 것을 특징으로 한다. 이 때, 다관능성 에폭시 화합물 및 아민 화합물의 종류와 다관능성 에폭시 화합물 내 에폭시기와 아민 화합물의 몰비는 앞서 기재한 것과 같다.According to one embodiment of the present invention, the (S10) step is a step of mixing reactants to form a carbon dioxide adsorbent, and for the purpose of the present invention, sufficient solidification is performed while increasing the content of epoxy groups remaining in the carbon dioxide adsorbent. In order to do this, the multifunctional epoxy compound is mixed in a content of at least the same amount or more than that of the amine compound. At this time, the types of the multifunctional epoxy compound and the amine compound and the molar ratio of the epoxy group and the amine compound in the multifunctional epoxy compound are the same as described above.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (S20) 단계는 다관능성 에폭시 화합물과 아민 화합물의 반응에 의해, 경화 및 활성화기 형성을 동시에 진행하기 위한 단계일 수 있고, 상기 반응은 50 ℃ 이상, 60 ℃ 이상, 70 ℃ 이상, 80 ℃ 이상, 또는 90 ℃ 이상의 온도에서 실시될 수 있고, 또한, 150 ℃ 이하, 140 ℃ 이하, 130 ℃ 이하, 120 ℃ 이하, 110 ℃ 이하, 또는 100 ℃ 이하의 온도에서 실시될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the (S20) step may be a step for simultaneously curing and forming an activator by reaction between a multifunctional epoxy compound and an amine compound, and the reaction is carried out at 50° C. or higher, 60° C. It can be carried out at a temperature of 150 ℃ or higher, 70 ℃ or higher, 80 ℃ or higher, or 90 ℃ or higher, and also at a temperature of 150 ℃ or lower, 140 ℃ or lower, 130 ℃ or lower, 120 ℃ or lower, 110 ℃ or lower, or 100 ℃ or lower. It can be carried out in .
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (S20) 단계는 0.5 시간 이상, 1 시간 이상, 1.5 시간 이상, 2 시간 이상, 3 시간 이상, 4 시간 이상, 또는 5 시간 이상 실시될 수 있고, 또한, 24 시간 이하, 22 시간 이하, 20 시간 이하, 18 시간 이하, 16 시간 이하, 14 시간 이하, 12 시간 이하, 10 시간 이하, 9 시간 이하, 8 시간 이하, 7 시간, 이하, 또는 6 시간 이하로 실시될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the step (S20) may be performed for 0.5 hours or more, 1 hour or more, 1.5 hours or more, 2 hours or more, 3 hours or more, 4 hours or more, or 5 hours or more, and 24 hours or less, 22 hours or less, 20 hours or less, 18 hours or less, 16 hours or less, 14 hours or less, 12 hours or less, 10 hours or less, 9 hours or less, 8 hours or less, 7 hours, or less, or 6 hours or less It can be implemented.
폴리올레핀계 복합체Polyolefin-based composite
본 발명은 가스 흡착제로 상기 이산화탄소 흡착제를 포함하는 폴리올레핀계 복합체를 제공한다.The present invention provides a polyolefin-based composite containing the carbon dioxide adsorbent as a gas adsorbent.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리올레핀계 복합체는 연속상 60 중량% 이상 90 중량% 이하 및 분산상 10 중량% 이상 40 중량% 이하를 포함하고, 상기 연속상은 폴리올레핀계 수지를 포함하고, 상기 분산상은 상기 이산화탄소 흡착제를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the polyolefin-based composite includes 60% by weight or more and 90% by weight or less of a continuous phase and 10% by weight or more and 40% by weight or less of a dispersed phase, the continuous phase includes a polyolefin-based resin, and the dispersed phase may include the carbon dioxide adsorbent.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리올레핀계 복합체는 연속상 및 분산상을 포함함으로써, 열융착성을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 전해액에 대한 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않으면서도 이차전지의 충방전 시 발생하는 가스를 흡착하여, 이차전지의 내부 압력 증가로 인한 이차전지용 외장재의 밀봉 파괴를 방지하여 안정성을 향상시킬 수 있다. 구체적인 예로, 상기 연속상은 열융착성을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 전해액에 대한 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 폴리올레핀계 수지를 포함하고, 상기 분산상은 이차전지의 충방전 시 발생하는 가스를 흡착하여, 이차전지의 내부 압력 증가로 인한 이차전지용 외장재의 밀봉 파괴를 방지하여 안정성을 향상시킬 수 있는 상기 이산화탄소 흡착제를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the polyolefin-based composite includes a continuous phase and a dispersed phase, so that it has heat-sealability, has low hygroscopicity to the electrolyte solution to suppress the intrusion of the electrolyte solution, and does not swell or erode by the electrolyte solution. However, by adsorbing the gas generated during charging and discharging of the secondary battery, it is possible to improve the stability by preventing the sealing failure of the secondary battery exterior material due to an increase in the internal pressure of the secondary battery. As a specific example, the continuous phase includes a polyolefin-based resin that has heat-sealability, has low hygroscopicity to the electrolyte solution to prevent intrusion of the electrolyte solution, and does not swell or erode by the electrolyte solution, and the dispersed phase is used for charging and discharging of the secondary battery. It may include the carbon dioxide adsorbent, which can improve stability by adsorbing gas generated during operation and preventing the sealing failure of the secondary battery exterior material due to an increase in the internal pressure of the secondary battery.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리올레핀계 복합체는 연속상 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 또는 70 중량% 이상, 또한 90 중량% 이하, 85 중량% 이하, 또는 80 중량% 이하를 포함할 수 있고, 이에 따라 분산상 10 중량% 이상, 15 중량% 이상, 또는 20 중량% 이상, 또한 40 중량% 이하, 35 중량% 이하, 또는 30 중량% 이하를 포함할 수 있으며, 이 범위 내에서 연속상에 의한 열융착성과 분산상에 의한 가스 흡착성을 동시에 확보할 수 있다. 상기 연속상의 함량이 60 중량% 미만이고, 분산상의 함량이 40 중량% 초과인 경우, 연속상이 충분히 확보되지 않아 폴리올레핀계 복합체의 열융착성이 저하되고, 이에 따라 폴리올레핀계 복합체를 이차전지용 외장재의 내피로 적용할 수 없는 문제가 있다. 또한, 상기 연속상의 함량이 90 중량% 초과이고, 분산상의 함량이 10 중량% 미만인 경우, 분산상에 의한 가스 흡착성을 확보할 수 없어, 분산상을 포함하지 않는 폴리올레핀계 수지와 차이가 없게 된다.According to one embodiment of the present invention, the polyolefin-based composite comprises at least 60% by weight, at least 65% by weight, or at least 70% by weight, and at most 90% by weight, at most 85% by weight, or at most 80% by weight of the continuous phase. may include 10 wt% or more, 15 wt% or more, or 20 wt% or more of the dispersed phase, and may also include 40 wt% or less, 35 wt% or less, or 30 wt% or less of the dispersed phase, and within this range, the continuous It is possible to simultaneously secure thermal adhesion by the phase and gas adsorption by the dispersed phase. When the content of the continuous phase is less than 60% by weight and the content of the dispersed phase is more than 40% by weight, the continuous phase is not sufficiently secured and the heat sealability of the polyolefin-based composite is lowered, and as a result, the polyolefin-based composite is used as an inner layer of the exterior material for a secondary battery. There is a problem that cannot be applied. In addition, when the content of the continuous phase is more than 90% by weight and the content of the dispersed phase is less than 10% by weight, gas adsorption by the dispersed phase cannot be secured, so there is no difference from the polyolefin resin that does not contain the dispersed phase.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리올레핀계 복합체는 그 자체로서 이차전지용 외장재의 내피로 적용될 수 있다. 이 때, 상기 폴리올레핀계 복합체는 필름 또는 시트의 형태로서 이차전지용 외장재의 내벽에 적층될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the polyolefin-based composite itself can be applied as the inner skin of an exterior material for a secondary battery. At this time, the polyolefin-based composite may be laminated on the inner wall of the exterior material for secondary batteries in the form of a film or sheet.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리올레핀계 복합체는 연속상을 형성하기 위한 폴리올레핀계 수지와, 분산상을 형성하기 위한 상기 이산화탄소 흡착제를 폴리올레핀계 수지의 용융점 이상의 온도에서 혼합함으로써 제조될 수 있다. 이 때, 상기 폴리올레핀계 수지는 용융점이 200 ℃ 이하, 190 ℃ 이하, 180 ℃ 이하, 170 ℃ 이하, 160 ℃ 이하, 또는 150 ℃ 이하인 폴리올레핀계 수지일 수 있고, 또한, 100 ℃ 이상, 110 ℃ 이상, 120 ℃ 이상, 130 ℃ 이상, 또는 140 ℃ 이상인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the polyolefin-based composite can be manufactured by mixing the polyolefin-based resin to form a continuous phase and the carbon dioxide adsorbent to form a dispersed phase at a temperature higher than the melting point of the polyolefin-based resin. At this time, the polyolefin-based resin may be a polyolefin-based resin having a melting point of 200 ℃ or lower, 190 ℃ or lower, 180 ℃ or lower, 170 ℃ or lower, 160 ℃ or lower, or 150 ℃ or lower, and may also have a melting point of 100 ℃ or higher, 110 ℃ or higher. , it may be 120°C or higher, 130°C or higher, or 140°C or higher.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리올레핀계 복합체는 상기 폴리올레핀계 수지와 상기 이산화탄소 흡착제를 혼합한 후, 압출하여 필름 또는 시트의 형태로 제조될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the polyolefin-based composite may be manufactured in the form of a film or sheet by mixing the polyolefin-based resin and the carbon dioxide adsorbent and then extruding.
이차전지용 외장재Exterior material for secondary batteries
본 발명은 이차전지용 외장재를 제공한다.The present invention provides an exterior material for secondary batteries.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이차전지용 외장재는 상기 폴리올레핀계 복합체를 내피에 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the exterior material for a secondary battery may include the polyolefin-based composite in the inner skin.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이차전지용 외장재는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지 케이스일 수 있고, 상기 폴리올레핀계 복합체는 라미네이트 시트의 내피에 포함될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the exterior material for a secondary battery may be a pouch-type battery case made of a laminate sheet, and the polyolefin-based composite may be included in the inner skin of the laminate sheet.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 라미네이트 시트는 외부 수지층, 공기 및 수분차단성 금속층, 및 열융착성 내부 수지층의 적층 구조로 이루어질 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the laminate sheet may have a laminated structure of an external resin layer, an air and moisture barrier metal layer, and a heat-sealable internal resin layer.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 라미네이트 시트의 외부 수지층은 외부 환경에 대해 우수한 내성을 가져야 하므로, 인장강도와 내후성이 요구된다. 이에 따라, 외부 수지층의 수지는 인장강도 및 내후성이 우수한 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및/또는 연신 나일론을 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the outer resin layer of the laminate sheet must have excellent resistance to the external environment, so tensile strength and weather resistance are required. Accordingly, the resin of the outer resin layer may include polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), and/or stretched nylon, which have excellent tensile strength and weather resistance.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 및/또는 전해액의 누출을 방지하는 기능 이외에 전지 케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있다. 구체적인 예로, 상기 알루미늄 합금은 합금번호 8079, 1N30, 8021, 3003, 3004, 3005, 3104, 3105 등일 수 있고, 이들은 단독 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the metal layer is made of aluminum (Al) or an aluminum alloy so that it can exercise the function of improving the strength of the battery case in addition to preventing the inflow of foreign substances such as gas and moisture and/or leakage of electrolyte. This can be used. As a specific example, the aluminum alloy may have alloy numbers 8079, 1N30, 8021, 3003, 3004, 3005, 3104, 3105, etc., and may be used alone or in combination of two or more.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 내부 수지층은 열융착성을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 전해액에 대한 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 수지가 사용될 필요가 있는데, 이 때, 상기 폴리올레핀계 복합체는 연속상으로 열융착성을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 전해액에 대한 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 폴리올레핀계 수지를 포함하기 때문에 상기 라미네이트 시트의 내피에 상기 열융착성 내부 수지층 자체로서 포함될 수 있다. 또한, 상기 폴리올레핀계 복합체는 상기 열융착성 내부 수지층에 열융착되어 추가적으로 적층된 형태로 포함될 수 있고, 이 경우, 상기 열융착성 내부 수지층은 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the internal resin layer needs to use a resin that has heat-sealability, has low hygroscopicity to the electrolyte solution to suppress the intrusion of the electrolyte solution, and does not swell or erode by the electrolyte solution. At this time, the polyolefin-based composite has heat-sealability in a continuous phase, has low hygroscopicity to the electrolyte solution to suppress the intrusion of the electrolyte solution, and contains a polyolefin-based resin that does not swell or erode by the electrolyte solution, so the laminate sheet It may be included in the inner skin as the heat-sealable inner resin layer itself. Additionally, the polyolefin-based composite may be heat-sealed to the heat-sealable inner resin layer and may be additionally laminated. In this case, the heat-sealable inner resin layer may be a non-stretched polypropylene film (CPP).
리튬이차전지Lithium secondary battery
본 발명은 상기 이차전지용 외장재를 포함하는 리튬이차전지를 제공한다.The present invention provides a lithium secondary battery including the exterior material for the secondary battery.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬이차전지는 상기 이차전지용 외장재에 수용된 전극 조립체 및 전해질을 포함하는 것일 수 있고, 상기 전극 조립체는 양극; 음극; 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the lithium secondary battery may include an electrode assembly and an electrolyte accommodated in the exterior material for the secondary battery, and the electrode assembly includes a positive electrode; cathode; It may include a separator interposed between the anode and the cathode.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체 상에 위치하는 양극 활물질층을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the positive electrode may include a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer located on the positive electrode current collector.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극 집전체는 전도성이 높은 금속을 포함할 수 있으며, 양극 활물질층이 용이하게 접착하되, 전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 상기 양극 집전체는 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 양극 집전체는 통상적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the positive electrode current collector may include a highly conductive metal, and the positive electrode active material layer is easily adhered, but is not particularly limited as long as it is not reactive within the voltage range of the battery. The positive electrode current collector may be, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or an aluminum or stainless steel surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. Additionally, the positive electrode current collector may typically have a thickness of 3 ㎛ to 500 ㎛, and fine irregularities may be formed on the surface of the current collector to increase the adhesion of the positive electrode active material. For example, it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven materials.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극 활물질층은 상기 양극 활물질과 함께, 필요에 따라 선택적으로 도전재, 및 바인더를 포함할 수 있다. 이때 상기 양극 활물질은 양극 활물질층 총 중량에 대하여 80 중량% 내지 99 중량%, 보다 구체적으로는 85 중량% 내지 98.5중량%의 ?t량으로 포함될 수 있으며, 이 범위 내에서 우수한 용량 특성을 나타낼 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the positive electrode active material layer may optionally include a conductive material and a binder along with the positive electrode active material. At this time, the positive electrode active material may be included in an amount of 80% to 99% by weight, more specifically 85% to 98.5% by weight, based on the total weight of the positive electrode active material layer, and can exhibit excellent capacity characteristics within this range. there is.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극 활물질은 LiCoO2, LiCoPO4, LiNiO2, LixNiaCobM1 cM2 dO2(M1 및 M2는 각각 독립적으로 Al, Mn, Cu, Fe, V, Cr, Mo, Ga, B, W, Mo, Nb, Mg, Hf, Ta, La, Ti, Sr, Ba, Ce, F, P, S 및 Y로 이루어진 군으로부터 선택된 1종이고, 0.9≤x≤1.1, 0<a<1.0, 0<b<1.0, 0≤c<0.5, 0≤d<0.5, a+b+c+d=1이다.), LiMnO2, LiMnO3, LiMn2O3, LiMn2O4, LiMn2-eM3 eO2(M3은 Co, Ni, Fe, Cr, Zn 및 Ta로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이고, 0.01≤e≤0.1이다.), Li2Mn3M4O8(M4는 Ci, Ni, Fe, Cu 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이다.), LiFePO4, Li2CuO2, LiV3O8, V2O5, Cu2V2O7 및 리튬 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the positive electrode active material is LiCoO 2 , LiCoPO 4 , LiNiO 2 , Li x Ni a Co b M 1 c M 2 d O 2 (M 1 and M 2 are each independently Al, Mn, One species selected from the group consisting of Cu, Fe, V, Cr, Mo, Ga, B, W, Mo, Nb, Mg, Hf, Ta, La, Ti, Sr, Ba, Ce, F, P, S and Y , 0.9≤x≤1.1, 0<a<1.0, 0<b<1.0, 0≤c<0.5, 0≤d<0.5, a+b+c+d=1.), LiMnO 2 , LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMn 2 O 4 , LiMn 2-e M 3 e O 2 (M 3 is at least one selected from the group consisting of Co, Ni, Fe, Cr, Zn and Ta, 0.01≤e≤0.1 ), Li 2 Mn 3 M 4 O 8 (M 4 is one or more selected from the group consisting of Ci, Ni, Fe, Cu and Zn), LiFePO 4 , Li 2 CuO 2 , LiV 3 O 8 , It may be one type selected from the group consisting of V 2 O 5 , Cu 2 V 2 O 7 and lithium metal.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극 활물질층의 바인더는 양극 활물질 입자들 간의 부착 및 양극 활물질과 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethymethaxrylate), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 폴리아크릴산(poly acrylic acid), 및 이들의 수소를 Li, Na, 또는 Ca로 치환된 고분자, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 바인더는 양극 활물질층 총 중량에 대하여 0.1 중량% 내지 15 중량%로 포함될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the binder of the positive electrode active material layer serves to improve adhesion between positive active material particles and adhesion between the positive active material and the current collector. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylalcohol, polyacrylonitrile, and polymethylmethane. Crylate (polymethymethaxrylate), carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene- Diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluoroelastomer, polyacrylic acid, and polymers whose hydrogens are substituted with Li, Na, or Ca, or various copolymers thereof Combinations, etc. may be mentioned, and one type of these may be used alone or a mixture of two or more types may be used. The binder may be included in an amount of 0.1% by weight to 15% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극 활물질층의 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한 없이 사용 가능하다. 구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 탄소나노튜브 등의 도전성 튜브; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 휘스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 양극 활물질층 총 중량에 대하여 0.1 중량% 내지 15 중량%로 포함될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the conductive material of the positive active material layer is used to provide conductivity to the electrode, and can be used without particular limitation in the battery being constructed as long as it does not cause chemical change and has electronic conductivity. Specific examples include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, and carbon fiber; Metal powders or metal fibers such as copper, nickel, aluminum, and silver; Conductive tubes such as carbon nanotubes; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Or conductive polymers such as polyphenylene derivatives, etc., of which one type alone or a mixture of two or more types may be used. The conductive material may be included in an amount of 0.1% to 15% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양극은 통상의 양극 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기 양극은, 상기한 양극 활물질 및 필요에 따라 선택적으로 바인더, 도전재, 및 분산제를 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 양극 활물질층 형성용 조성물을 양극 집전체 상에 도포한 후, 건조 및 압연함으로써 제조하거나, 상기 양극 활물질층 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 양극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the positive electrode can be manufactured according to a conventional positive electrode manufacturing method. Specifically, the positive electrode is prepared by dissolving or dispersing the positive electrode active material and optionally a binder, a conductive material, and a dispersant in a solvent, and the composition for forming a positive active material layer is applied to the positive electrode current collector and then dried. and rolling, or by casting the composition for forming the positive electrode active material layer on a separate support and then peeling from this support and laminating the film obtained on the positive electrode current collector.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용매로는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 디메틸셀폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF), 아세톤(acetone) 또는 물 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율을 고려하여 상기 양극 활물질, 도전재, 바인더, 및 분산제를 용해 또는 분산시키고, 이후 양극 제조를 위한 도포시 우수한 두께 균일도를 나타낼 수 있는 점도를 갖도록 하는 정도면 충분하다.According to one embodiment of the present invention, the solvent may be a solvent commonly used in the art, such as dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol, and N-methylpyrrolidone. (NMP), dimethylformamide (DMF), acetone, or water, among which one type alone or a mixture of two or more types may be used. The amount of the solvent used is to dissolve or disperse the positive electrode active material, conductive material, binder, and dispersant in consideration of the application thickness and manufacturing yield of the slurry, and to have a viscosity capable of exhibiting excellent thickness uniformity when applied for subsequent positive electrode production. That's enough.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 위치하는 음극 활물질층을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the negative electrode may include a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer located on the negative electrode current collector.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 음극 집전체는 통상적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께를 가질 수 있으며, 양극 집전체와 마찬가지로, 상기 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, plastic. Surface treatment of carbon, copper or stainless steel with carbon, nickel, titanium, silver, etc., aluminum-cadmium alloy, etc. can be used. In addition, the negative electrode current collector may typically have a thickness of 3 ㎛ to 500 ㎛, and like the positive electrode current collector, fine irregularities may be formed on the surface of the current collector to strengthen the bonding force of the negative electrode active material. For example, it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven materials.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음극 활물질층은 음극 활물질과 함께 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the negative electrode active material layer may optionally include a binder and a conductive material along with the negative electrode active material.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물이 사용될 수 있다. 구체적인 예로는 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 비정질탄소 등의 탄소질 재료; Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si합금, Sn합금 또는 Al합금 등 리튬과 합금화가 가능한 금속질 화합물; SiOβ(0<β<2), SnO2, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물과 같이 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 금속산화물; 또는 Si-C 복합체 또는 Sn-C 복합체과 같이 상기 금속질 화합물과 탄소질 재료를 포함하는 복합물 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 또한, 상기 음극 활물질로서 금속 리튬 박막이 사용될 수도 있다. 또한, 탄소재료는 저결정성 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소 (soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 무정형, 판상, 인편상, 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연, 키시 흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정 피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbonfiber), 탄소 미소구체 (meso-carbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다. 상기 음극 활물질은 음극 활물질층의 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 99 중량%로 포함될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium may be used as the negative electrode active material. Specific examples include carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, and amorphous carbon; Metallic compounds that can be alloyed with lithium, such as Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloy, Sn alloy, or Al alloy; Metal oxides that can dope and undope lithium, such as SiOβ (0<β<2), SnO 2 , vanadium oxide, and lithium vanadium oxide; Alternatively, a composite containing the above-described metallic compound and a carbonaceous material, such as a Si-C composite or Sn-C composite, may be used, and any one or a mixture of two or more of these may be used. Additionally, a metallic lithium thin film may be used as the negative electrode active material. Additionally, the carbon material may include both low-crystalline carbon and high-crystalline carbon. Representative examples of low-crystalline carbon include soft carbon and hard carbon, and high-crystalline carbon includes amorphous, plate-shaped, flaky, spherical, or fibrous natural graphite, artificial graphite, and Kish graphite. graphite, pyrolytic carbon, mesophase pitch based carbonfiber, meso-carbon microbeads, mesophase pitches, and petroleum or coal tar pitch derived High-temperature calcined carbon such as cokes is a representative example. The negative electrode active material may be included in an amount of 80% to 99% by weight based on the total weight of the negative electrode active material layer.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음극 활물질층의 바인더는 도전재, 활물질 및 집전체 간의 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 음극 활물질층의 전체 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 10 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 니트릴-부타디엔 고무, 불소 고무, 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the binder of the negative electrode active material layer is a component that assists in bonding between the conductive material, the active material, and the current collector, and is typically contained in the amount of 0.1% by weight to 10% by weight based on the total weight of the negative electrode active material layer. is added. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, and polytetra. Examples include fluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, fluorine rubber, and various copolymers thereof.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음극 활물질층의 도전재는 음극 활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분으로서, 음극 활물질층의 전체 중량을 기준으로 10 중량% 이하, 바람직하게는 5 중량% 이하로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본; 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 휘스커; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the conductive material of the negative electrode active material layer is a component to further improve the conductivity of the negative electrode active material, and is contained in an amount of 10% by weight or less, preferably 5% by weight or less, based on the total weight of the negative electrode active material layer. may be added. These conductive materials are not particularly limited as long as they have conductivity without causing chemical changes in the battery, and examples include graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; fluorinated carbon; Metal powders such as aluminum and nickel powder; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 음극 활물질층 형성용 조성물을 도포하고 건조함으로써 제조되거나, 또는 상기 음극 활물질층 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the negative electrode is manufactured by applying and drying a composition for forming a negative electrode active material layer prepared by dissolving or dispersing the negative electrode active material and optionally the binder and the conductive material in a solvent on the negative electrode current collector, or Alternatively, it can be manufactured by casting the composition for forming the negative electrode active material layer on a separate support and then peeling off the support and laminating the film obtained on the negative electrode current collector.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분리막은 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 리튬 이차 전지에서 분리막으로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또한 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. 또한, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 분리막이 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the separator separates the negative electrode and the positive electrode and provides a passage for lithium ions to move. It can be used without particular restrictions as long as it is normally used as a separator in a lithium secondary battery, and in particular, it can be used for ion movement in the electrolyte. It is desirable to have low resistance and excellent electrolyte moisturizing ability. Specifically, porous polymer films, for example, porous polymer films made of polyolefin polymers such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, and ethylene/methacrylate copolymer, or these. A laminated structure of two or more layers may be used. In addition, conventional porous nonwoven fabrics, for example, nonwoven fabrics made of high melting point glass fibers, polyethylene terephthalate fibers, etc., may be used. Additionally, a coated separator containing ceramic components or polymer materials may be used to ensure heat resistance or mechanical strength, and may optionally be used in a single-layer or multi-layer structure.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전해질로는 리튬이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다. 구체적인 예로, 상기 전해질은 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the electrolyte may include an organic liquid electrolyte, an inorganic liquid electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel-type polymer electrolyte, a solid inorganic electrolyte, and a molten inorganic electrolyte that can be used when manufacturing a lithium secondary battery. It is not limited to these. As a specific example, the electrolyte may include an organic solvent and a lithium salt.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylenecarbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; R-CN(R은 탄소수 2 내지 20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다.According to one embodiment of the present invention, the organic solvent may be used without particular limitation as long as it can serve as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. Specifically, the organic solvent includes ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, γ-butyrolactone, and ε-caprolactone; Ether-based solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; Ketone-based solvents such as cyclohexanone; Aromatic hydrocarbon solvents such as benzene and fluorobenzene; Dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC) ), carbonate-based solvents such as; Alcohol-based solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; nitriles such as R-CN (R is a straight-chain, branched or ring-structured hydrocarbon group having 2 to 20 carbon atoms and may include a double bond aromatic ring or ether bond); Amides such as dimethylformamide; Dioxolanes such as 1,3-dioxolane; Alternatively, sulfolane, etc. may be used. Among these, carbonate-based solvents are preferable, and cyclic carbonates (e.g., ethylene carbonate or propylene carbonate, etc.) with high ionic conductivity and high dielectric constant that can improve the charging and discharging performance of the battery, and low-viscosity linear carbonate-based compounds ( For example, ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, etc.) are more preferable.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬염은 리튬이차전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상일 수 있고, 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2, LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 0.1 M 내지 2.0 M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the lithium salt can be used without particular limitation as long as it is a compound that can provide lithium ions used in lithium secondary batteries. Specifically, the anions of the lithium salt include F - , Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , SCN - , and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - It may be at least one selected from the group consisting of, The lithium salt is LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAl0 4 , LiAlCl 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN(C 2 F 5 SO 3 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiCl, LiI, or LiB(C 2 O 4 ) 2 may be used. The concentration of the lithium salt is preferably used within the range of 0.1 M to 2.0 M. When the concentration of lithium salt is within the above range, the electrolyte has appropriate conductivity and viscosity, so excellent electrolyte performance can be achieved and lithium ions can move effectively.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전해질에는 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 예를 들어, 디플루오로 에틸렌카보네이트 등과 같은 할로알킬렌카보네이트계 화합물, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올 또는 삼염화 알루미늄 등의 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수도 있다. 이때 상기 첨가제는 전해질 총 중량에 대하여 0.1 중량% 내지 5 중량%로 포함될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in addition to the electrolyte components, the electrolyte contains halo such as difluoroethylene carbonate for the purpose of improving battery life characteristics, suppressing battery capacity reduction, and improving battery discharge capacity. Alkylene carbonate compounds, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexanoic acid triamide, nitrobenzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazoli One or more additives such as dinon, N,N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxy ethanol, or aluminum trichloride may be further included. At this time, the additive may be included in an amount of 0.1% to 5% by weight based on the total weight of the electrolyte.
본 발명에 따른 이차전지용 외장재를 포함하는 리튬이차전지는 충방전 시 발생하는 가스를 흡착하여, 이차전지의 내부 압력 증가로 인한 이차전지용 외장재의 밀봉 파괴를 방지하여 우수한 안정성을 나타내기 때문에, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV), 전기자동차(electric vehicle, EV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하다.The lithium secondary battery containing the exterior material for secondary batteries according to the present invention adsorbs gases generated during charging and discharging, and prevents seal failure of the exterior material for secondary batteries due to an increase in the internal pressure of the secondary battery, thereby exhibiting excellent stability, making it suitable for use in mobile phones. , It is useful in the field of portable devices such as laptop computers and digital cameras, and electric vehicles such as hybrid electric vehicles (HEV) and electric vehicles (EV).
본 발명에 따른 리튬이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention can not only be used in battery cells used as a power source for small devices, but can also be preferably used as a unit cell in medium to large-sized battery modules containing multiple battery cells.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬이차전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩이 제공된다.Accordingly, according to one embodiment of the present invention, a battery module including the lithium secondary battery as a unit cell and a battery pack including the same are provided.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전지모듈 또는 전지팩은 파워 툴(Power Tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차, 및 플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the battery module or battery pack includes a power tool; Electric vehicles, including electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles, and plug-in hybrid electric vehicles (PHEV); Alternatively, it can be used as a power source for any one or more mid- to large-sized devices among power storage systems.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement it. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
제조예Manufacturing example
제조예 1Manufacturing Example 1
다관능성 에폭시 화합물로 트리메틸올프로판 트리글리시딜 에테르(국도화학社, YH-300) 80 중량부와, 아민 화합물로 폴리에틸렌이민(Sigma Aldrich社, PEI) 20 중량부를 충분히 혼합하고, 혼합물을 90 ℃의 오븐에서 5 시간 동안 반응시켜 이산화탄소 흡착제 1을 제조하였다.80 parts by weight of trimethylolpropane triglycidyl ether (Kukdo Chemical, YH-300) as a multifunctional epoxy compound and 20 parts by weight of polyethyleneimine (Sigma Aldrich, PEI) as an amine compound were sufficiently mixed, and the mixture was incubated at 90°C. Carbon dioxide adsorbent 1 was prepared by reacting in an oven for 5 hours.
제조예 2Production example 2
상기 제조예 1에서, 트리메틸올프로판 트리글리시딜 에테르(국도화학社, YH-300)를 80 중량부 대신 90 중량부로, 폴리에틸렌이민(Sigma Aldrich社, PEI) 20 중량부 대신 10 중량부로 혼합한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 실시하여, 이산화탄소 흡착제 2를 제조하였다.In Preparation Example 1, trimethylolpropane triglycidyl ether (Kukdo Chemical, YH-300) was mixed at 90 parts by weight instead of 80 parts by weight, and polyethyleneimine (Sigma Aldrich, PEI) was mixed at 10 parts by weight instead of 20 parts by weight. Carbon dioxide adsorbent 2 was prepared in the same manner as Preparation Example 1 except that.
제조예 3Production example 3
상기 제조예 1에서, 아민 화합물로 폴리에틸렌이민(Sigma Aldrich社, PEI) 20 중량부 대신 2,4,6-트리스(디메틸아미노메틸)페놀(Sigma Aldrich社, DMP30) 20 중량부를 혼합한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 실시하여, 이산화탄소 흡착제 3을 제조하였다.In Preparation Example 1, except that 20 parts by weight of 2,4,6-tris(dimethylaminomethyl)phenol (Sigma Aldrich, DMP30) was mixed as the amine compound instead of 20 parts by weight of polyethyleneimine (Sigma Aldrich, PEI). Carbon dioxide adsorbent 3 was prepared in the same manner as Preparation Example 1.
비교 제조예 1Comparative Manufacturing Example 1
상기 제조예 1에서, 트리메틸올프로판 트리글리시딜 에테르(국도화학社, YH-300)를 80 중량부 대신 20 중량부로, 폴리에틸렌이민(Sigma Aldrich社, PEI) 20 중량부 대신 80 중량부로 혼합한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 실시하여, 이산화탄소 흡착제 4를 제조하였다.In Preparation Example 1, trimethylolpropane triglycidyl ether (Kukdo Chemical, YH-300) was mixed at 20 parts by weight instead of 80 parts by weight, and polyethyleneimine (Sigma Aldrich, PEI) was mixed at 80 parts by weight instead of 20 parts by weight. Carbon dioxide adsorbent 4 was prepared in the same manner as Preparation Example 1 except that.
비교 제조예 2Comparative Manufacturing Example 2
상기 제조예 1에서, 트리메틸올프로판 트리글리시딜 에테르(국도화학社, YH-300)를 80 중량부 대신 95 중량부로, 폴리에틸렌이민(Sigma Aldrich社, PEI) 20 중량부 대신 5 중량부로 혼합한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 실시하여, 이산화탄소 흡착제 5를 제조하였다.In Preparation Example 1, trimethylolpropane triglycidyl ether (Kukdo Chemical, YH-300) was mixed at 95 parts by weight instead of 80 parts by weight, and polyethyleneimine (Sigma Aldrich, PEI) was mixed at 5 parts by weight instead of 20 parts by weight. Carbon dioxide adsorbent 5 was prepared in the same manner as Preparation Example 1 except that.
비교 제조예 3Comparative Manufacturing Example 3
상기 제조예 1에서, 다관능성 에폭시 화합물인 트리메틸올프로판 트리글리시딜 에테르(국도화학社, YH-300) 80 중량부 대신 단관능성 에폭시 화합물인 부틸 글리시딜 에테르(국도화학社, BGE) 80 중량부를 혼합한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 실시하여, 이산화탄소 흡착제 6을 제조하였다.In Preparation Example 1, instead of 80 parts by weight of trimethylolpropane triglycidyl ether (Kukdo Chemical, YH-300), which is a multifunctional epoxy compound, 80 parts by weight of butyl glycidyl ether (Kukdo Chemical, BGE), which is a monofunctional epoxy compound, was used. Carbon dioxide adsorbent 6 was prepared in the same manner as Preparation Example 1 except that the parts were mixed.
실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples
실시예 1Example 1
교반기(Harbin Harp Electrical Technology社, RM-200C)에 폴리프로필렌(LG화학社, MH1700)과 상기 제조예 1에서 수득한 이산화탄소 흡착제 1을 8:2의 중량비로 투입한 후, 170 ℃에서 30 분 동안 혼합하여, 폴리프로필렌이 연속상을 형성하고, 이산화탄소 흡착제 1이 분산상을 형성한 폴리올레핀계 복합체 1을 수득하였다.Polypropylene (LG Chemical, MH1700) and carbon dioxide adsorbent 1 obtained in Preparation Example 1 were added to a stirrer (Harbin Harp Electrical Technology, RM-200C) at a weight ratio of 8:2, and then stirred at 170°C for 30 minutes. By mixing, polyolefin-based composite 1 was obtained in which polypropylene formed a continuous phase and carbon dioxide adsorbent 1 formed a dispersed phase.
실시예 2Example 2
상기 실시예 1에서, 상기 제조예 1에서 수득한 이산화탄소 흡착제 1 대신 상기 제조예 2에서 수득한 이산화탄소 흡착제 2를 투입한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여, 폴리프로필렌이 연속상을 형성하고, 이산화탄소 흡착제 2가 분산상을 형성한 폴리올레핀계 복합체 2를 수득하였다.In Example 1, the same method as Example 1 was performed, except that carbon dioxide adsorbent 2 obtained in Preparation Example 2 was added instead of carbon dioxide adsorbent 1 obtained in Preparation Example 1, and polypropylene was continuously A phase was formed, and polyolefin-based composite 2, in which the carbon dioxide adsorbent 2 formed a dispersed phase, was obtained.
실시예 3Example 3
상기 실시예 1에서, 상기 제조예 1에서 수득한 이산화탄소 흡착제 1 대신 상기 제조예 3에서 수득한 이산화탄소 흡착제 3을 투입한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여, 폴리에틸렌이 연속상을 형성하고, 이산화탄소 흡착제 3이 분산상을 형성한 폴리올레핀계 복합체 3을 수득하였다.In Example 1, the same method as Example 1 was performed, except that carbon dioxide adsorbent 3 obtained in Preparation Example 3 was added instead of carbon dioxide adsorbent 1 obtained in Preparation Example 1, and polyethylene was in the continuous phase. was formed, and polyolefin-based composite 3 in which carbon dioxide adsorbent 3 formed a dispersed phase was obtained.
비교예 1Comparative Example 1
상기 실시예 1에서, 상기 제조예 1에서 수득한 이산화탄소 흡착제 1 대신 상기 비교 제조예 1에서 수득한 이산화탄소 흡착제 4를 투입한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여, 폴리프로필렌이 연속상을 형성하고, 이산화탄소 흡착제 4가 분산상을 형성한 폴리올레핀계 복합체 4를 수득하였다.In Example 1, the same method as Example 1 was carried out, except that carbon dioxide adsorbent 4 obtained in Comparative Preparation Example 1 was added instead of carbon dioxide adsorbent 1 obtained in Preparation Example 1, and polypropylene was Polyolefin-based composite 4, in which a continuous phase was formed and the carbon dioxide adsorbent 4 formed a dispersed phase, was obtained.
비교예 2Comparative Example 2
상기 실시예 1에서, 상기 제조예 1에서 수득한 이산화탄소 흡착제 1 대신 상기 비교 제조예 2에서 수득한 이산화탄소 흡착제 5를 투입한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하려 하였으나, 이산화탄소 흡착제 5는 고체 상태가 아닌 액체 상태를 나타내어 폴리올레핀계 복합체 5의 제조가 불가하였다.In Example 1, the carbon dioxide adsorbent 5 obtained in Comparative Preparation Example 2 was added instead of the carbon dioxide adsorbent 1 obtained in Preparation Example 1, but the carbon dioxide adsorbent was used in the same manner as in Example 1. 5 was in a liquid state rather than a solid state, making it impossible to manufacture polyolefin-based composite 5.
비교예 3Comparative Example 3
상기 실시예 1에서, 상기 제조예 1에서 수득한 이산화탄소 흡착제 1 대신 상기 비교 제조예 3에서 수득한 이산화탄소 흡착제 6을 투입한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여, 이산화탄소 흡착제 6이 분산상을 형성한 폴리올레핀계 복합체 6을 수득하였다.In Example 1, carbon dioxide adsorbent 6 was prepared in the same manner as in Example 1, except that carbon dioxide adsorbent 6 obtained in Comparative Preparation Example 3 was added instead of carbon dioxide adsorbent 1 obtained in Preparation Example 1. Polyolefin-based composite 6, which formed this dispersed phase, was obtained.
실험예Experiment example
실험예 1: 이산화탄소 흡착제의 반응성 평가Experimental Example 1: Evaluation of reactivity of carbon dioxide adsorbent
상기 제조예 1 내지 3 및 비교 제조예 1 내지 3에서 제조된 이산화탄소 흡착제 1 내지 6에 대하여, 반응 완료 후, 오븐에서 수득한 이산화탄소 흡착제가 고체 상태인 경우 ○, 액체 상태이거나 완전히 고화되지 않아 이산화탄소 흡착제로부터 묻어나오는 성분이 존재하는 경우 Ⅹ로 평가하여, 하기 표 1에 나타내었다.With respect to the carbon dioxide adsorbents 1 to 6 prepared in Preparation Examples 1 to 3 and Comparative Preparation Examples 1 to 3, after completion of the reaction, if the carbon dioxide adsorbent obtained in the oven is in a solid state, ○, if it is in a liquid state or is not completely solidified, the carbon dioxide adsorbent If there are components that come off, it is evaluated as X and is shown in Table 1 below.
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 제조예 1 내지 3에서 제조된 이산화탄소 흡착제 1 내지 3은 모두 고체 상태로 수득된 것을 확인할 수 있었다.As shown in Table 1, it was confirmed that carbon dioxide adsorbents 1 to 3 prepared in Preparation Examples 1 to 3 were all obtained in a solid state.
반면, 다관능성 에폭시 화합물을 매우 과량으로 포함하고, 아민 화합물을 매우 소량으로 포함한 비교 제조예 2에서 제조된 이산화탄소 흡착제 5는 충분한 경화가 진행되지 않아 액체 상태로 수득된 것을 확인할 수 있었고, 이에 따라 폴리올레핀계 복합체의 제조 자체가 불가하였다.On the other hand, it was confirmed that the carbon dioxide adsorbent 5 prepared in Comparative Preparation Example 2, which contained a very excessive amount of a multifunctional epoxy compound and a very small amount of an amine compound, was obtained in a liquid state because sufficient curing did not proceed, and accordingly, the polyolefin Manufacturing the system composite itself was impossible.
실험예 2: 이산화탄소 흡착성 평가Experimental Example 2: Carbon dioxide adsorption evaluation
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 폴리올레핀계 복합체 1 내지 6의 이산화탄소 흡착성을 아래와 같은 방법으로 평가하여, 하기 표 2에 나타내었다.The carbon dioxide adsorption properties of polyolefin-based composites 1 to 6 prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were evaluated in the following manner and are shown in Table 2 below.
* 이산화탄소 흡착성(부피%): 10 cm Ⅹ 10 cm의 크기로 재단한 알루미늄 파우치(DNP社 제조, EL408PH, 500)의 3면을 실링하여 1면이 개구된 주머니 모양의 파우치를 형성하였다. 이 후, 상기 파우치 내에 상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 폴리올레핀계 복합체 10 g을 넣은 후, 파우치 내 최대 주입 가능한 함량으로 이산화탄소를 주입하고, 나머지 1면을 실링하여 완전히 밀봉된 파우치를 제작하였다. 이후 상기 완전히 밀봉된 파우치를 60 ℃에서 24 시간 동안 방치한 후, 하기 식 1에 따라 가스 흡착성을 계산하였다. 이 때, 참고예로서 상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 폴리올레핀계 복합체 중 어느 것도 넣지 않고, 이산화탄소를 주입하고 밀봉한 파우치를 함께 제작하였다.* Carbon dioxide adsorption (% by volume): Three sides of an aluminum pouch (manufactured by DNP, EL408PH, 500) cut to a size of 10 cm x 10 cm were sealed to form a pouch-shaped pouch with one side open. Afterwards, 10 g of the polyolefin-based composite prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were placed in the pouch, carbon dioxide was injected to the maximum injectable content in the pouch, and the remaining one side was sealed to completely seal. A pouch was produced. After the completely sealed pouch was left at 60° C. for 24 hours, gas adsorption was calculated according to Equation 1 below. At this time, as a reference example, a pouch was manufactured in which carbon dioxide was injected and sealed without adding any of the polyolefin-based composites prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3.
[식 1][Equation 1]
이산화탄소 흡착성(부피%) = (60 ℃에서 24 시간 동안 방치한 후의 파우치 부피/이산화탄소 주입 직후 밀봉된 파우치 부피) Ⅹ 100Carbon dioxide adsorption (volume %) = (Pouch volume after left at 60°C for 24 hours/Pouch volume sealed immediately after carbon dioxide injection) Ⅹ 100
(부피%)carbon dioxide adsorption
(volume%)
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리올레핀계 복합체 1 내지 3을 포함한 파우치의 경우, 이산화탄소를 흡착하여, 매우 높은 부피 감소율을 나타낸 것을 확인할 수 있었다.As shown in Table 2, it was confirmed that the pouches containing polyolefin-based composites 1 to 3 according to the present invention adsorbed carbon dioxide and exhibited a very high volume reduction rate.
반면, 폴리올레핀계 복합체 내 다관능성 에폭시 화합물 대비 아민 화합물을 과량으로 혼합하여 제조한 이산화탄소 흡착제 4를 포함한 비교예 1의 경우, 다관능성 에폭시 화합물과 아민 화합물의 과도한 반응으로 인해 이산화탄소 흡착제 내 존재하는 활성화기가 감소하여 참고예와 큰 차이가 나타나지 않은 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, in the case of Comparative Example 1 including carbon dioxide adsorbent 4 prepared by mixing an excessive amount of an amine compound compared to the multifunctional epoxy compound in the polyolefin-based composite, the activating group present in the carbon dioxide adsorbent due to excessive reaction between the multifunctional epoxy compound and the amine compound It was confirmed that there was no significant difference from the reference example due to the decrease.
또한, 비교예 2의 경우, 폴리올레핀계 복합체의 제조 자체가 불가하였고, 다관능성 에폭시 화합물이 아닌 단관능성 에폭시 화합물을 이용한 비교예 3의 경우, 이산화탄소 흡착제 내 존재하는 활성화기가 충분하지 않아 이산화탄소 흡착성에 큰 개선을 나타내지는 못하는 것을 확인할 수 있었다.In addition, in the case of Comparative Example 2, the production of the polyolefin-based composite itself was impossible, and in the case of Comparative Example 3, which used a monofunctional epoxy compound rather than a multifunctional epoxy compound, the activator present in the carbon dioxide adsorbent was not sufficient, resulting in a significant decrease in carbon dioxide adsorption. It was confirmed that it did not show improvement.
이와 같은 결과로부터, 본 발명의 이산화탄소 흡착제는 이차전지용 외장재의 내피에 사용되는 폴리올레핀계 복합체 내 분산된 형태로 포함되므로, 담지체, 캡슐 등과 같은 별도의 지지체가 요구되지 않으며, 이차전지용 외장재 내에 이산화탄소 흡착제를 코팅시키거나, 부착시키기 위한 별도의 공간이 요구되지 않으면서도, 이차전지의 충방전 시 발생하는 가스를 흡착하여, 이차전지의 내부 압력 증가로 인한 이차전지용 외장재의 밀봉 파괴를 방지하여 안정성을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.From these results, The carbon dioxide adsorbent of the present invention is contained in a dispersed form within the polyolefin-based composite used in the inner skin of the secondary battery exterior material, so a separate support such as a carrier, capsule, etc. is not required. The carbon dioxide adsorbent is coated on the secondary battery exterior material, or It was confirmed that stability can be improved by adsorbing gases generated during charging and discharging of secondary batteries, without requiring a separate space for attachment, and preventing seal failure of secondary battery exterior materials due to increased internal pressure of secondary batteries. I was able to.
Claims (10)
상기 다관능성 에폭시 화합물 유래부 및 아민 화합물 유래부는 하기 화학식 1로 표시되는 활성화기를 동시에 포함하며,
고체 상태인 이산화탄소 흡착제:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R1은 에폭시기를 2개 이상 포함하는 다관능성 에폭시 화합물의 잔부이고,
R2 내지 R4는 아민 화합물의 잔부이다.50% by weight or more and 94% by weight or less of the portion derived from a multifunctional epoxy compound containing two or more epoxy groups; and 6% by weight or more and 50% by weight or less of the amine compound derived portion,
The multifunctional epoxy compound-derived portion and the amine compound-derived portion simultaneously contain an activating group represented by the following formula (1),
Carbon dioxide adsorbent in solid state:
[Formula 1]
In Formula 1,
R 1 is the remainder of a multifunctional epoxy compound containing two or more epoxy groups,
R 2 to R 4 are the remainder of the amine compound.
상기 이산화탄소 흡착제는 에폭시기를 2개 이상 포함하는 다관능성 에폭시 화합물 유래부 80 중량% 이상 90 중량% 이하; 및 아민 화합물 유래부 10 중량% 이상 20 중량% 이하를 포함하는 것인 이산화탄소 흡착제.According to paragraph 1,
The carbon dioxide adsorbent contains 80% by weight or more and 90% by weight or less of a portion derived from a multifunctional epoxy compound containing two or more epoxy groups; And a carbon dioxide adsorbent containing 10% by weight or more and 20% by weight or less of an amine compound derived portion.
상기 아민 화합물은 1차 아민, 2차 아민 및 3차 아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것인 이산화탄소 흡착제.According to paragraph 1,
A carbon dioxide adsorbent wherein the amine compound is at least one selected from the group consisting of primary amines, secondary amines, and tertiary amines.
R1은 에폭시기를 3개 이상 포함하는 다관능성 에폭시 화합물의 잔부이고,
R2 내지 R4는 각각 독립적으로 1차 아민, 2차 아민 및 3차 아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 아민 화합물의 잔부인 이산화탄소 흡착제.According to paragraph 1,
R 1 is the remainder of a multifunctional epoxy compound containing 3 or more epoxy groups,
A carbon dioxide adsorbent wherein R 2 to R 4 are each independently the remainder of one or more amine compounds selected from the group consisting of primary amines, secondary amines and tertiary amines.
상기 다관능성 에폭시 화합물 유래부의 에폭시기와, 상기 아민 화합물에 대한 에폭시기:아민 화합물의 몰비가 3 내지 100:1인 것인 이산화탄소 흡착제.According to paragraph 1,
A carbon dioxide adsorbent wherein the molar ratio of the epoxy group derived from the multifunctional epoxy compound and the epoxy group to the amine compound:amine compound is 3 to 100:1.
상기 활성화기는 이산화탄소와 반응하여 고리형 카보네이트기를 형성하는 것인 이산화탄소 흡착제.According to paragraph 1,
A carbon dioxide adsorbent wherein the activator reacts with carbon dioxide to form a cyclic carbonate group.
상기 (S10) 단계에서 혼합된 혼합물을 50 ℃ 이상 150 ℃ 이하의 온도에서 반응시키는 단계(S20)를 포함하는 이산화탄소 흡착제 제조방법.Mixing 50 to 94 parts by weight of a polyfunctional epoxy compound containing two or more epoxy groups and 6 to 50 parts by weight of an amine compound for a total of 100 parts by weight of the polyfunctional epoxy compound and the amine compound ( S10); and
A carbon dioxide adsorbent manufacturing method comprising the step (S20) of reacting the mixture mixed in step (S10) at a temperature of 50 ℃ or more and 150 ℃ or less.
상기 (S20) 단계는 0.5 시간 이상 24 시간 이하로 실시되는 것인 이산화탄소 흡착제 제조방법.In clause 7,
The method of producing a carbon dioxide adsorbent wherein the step (S20) is carried out for 0.5 hours or more and 24 hours or less.
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