KR20240021638A - Separator and Lithium Secondary battery comprising the same - Google Patents

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KR20240021638A
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이주성
윤석현
이윤재
문성식
한성재
최광욱
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주식회사 엘지화학
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Abstract

고분자 다공지지체; 상기 고분자 다공지지체의 일면에 위치하고, 바인더 고분자 및 무기 필러를 포함하는 무기물 혼성 공극층; 및 상기 고분자 다공지지체의 타면, 또는 상기 고분자 다공지지체와 접하지 않는 무기물 혼성 공극층의 일면에 위치하고, 20% 이하의 초기효율 및 500 mAh/g 이상의 충전용량을 갖는 희생 양극재를 포함하는 희생 양극재층;을 구비하는 분리막, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지가 제시된다.Polymer porous support; An inorganic hybrid porous layer located on one side of the polymer porous support and containing a binder polymer and an inorganic filler; And a sacrificial cathode material located on the other side of the polymer porous support or on one side of the inorganic hybrid porous layer that is not in contact with the polymer porous support, and having an initial efficiency of 20% or less and a charging capacity of 500 mAh / g or more. A separator having a sacrificial cathode material layer, and a lithium secondary battery including the same are presented.

Description

분리막 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{Separator and Lithium Secondary battery comprising the same}Separator and Lithium Secondary battery comprising the same}

본 발명은 분리막 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a separator and a lithium secondary battery including the same.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for batteries as an energy source is rapidly increasing, and accordingly, much research is being conducted on batteries that can meet various needs.

대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 금속 이차전지, 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다. Typically, in terms of battery shape, there is a high demand for square-shaped secondary batteries and pouch-type secondary batteries that can be applied to products such as mobile phones due to their thin thickness, and in terms of materials, they have advantages such as high energy density, discharge voltage, and output stability. There is high demand for lithium secondary batteries, such as lithium metal secondary batteries, lithium-ion batteries, and lithium-ion polymer batteries.

또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리막 시트로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.In addition, secondary batteries are classified according to the structure of the electrode assembly of the anode/separator/cathode structure. Representative examples include jelly, which has a structure in which long sheet-shaped positive electrodes and negative electrodes are wound with a separator interposed between them. -Roll (wound type) electrode assembly, stacked (stacked) electrode assembly in which a plurality of anodes and cathodes cut into units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed between them, and a predetermined unit of anodes and cathodes interposed between a separator. Examples include a stacked/folded type electrode assembly in which bi-cells or full cells stacked in one state are wound with a separator sheet.

일반적으로 리튬 이차전지의 양극 활물질로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 등의 전이금속산화물이 사용되며, 음극 활물질로는 탄소계 재료 또는 리튬 금속이 이용된다.Generally, transition metal oxides such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , and LiMn 2 O 4 are used as positive electrode active materials for lithium secondary batteries, and carbon-based materials or lithium metal are used as negative electrode active materials.

리튬 이차전지의 음극재로서 흑연 등의 탄소계 재료는 표준 수소 전극 전위에 대해 약 -3 V의 매우 낮은 방전 전위을 가지며, 흑연판 층(graphene layer)의 일축 배향성으로 인해 매우 가역적인 충방전 거동을 보이며, 이로 인해 우수한 전극 수명 특성을 나타내지만, 흑연의 이론 에너지 밀도는 372 mAh/g로 적어 고용량화에는 한계가 있다.As an anode material for lithium secondary batteries, carbon-based materials such as graphite have a very low discharge potential of about -3 V relative to the standard hydrogen electrode potential, and have very reversible charge and discharge behavior due to the uniaxial orientation of the graphene layer. This shows excellent electrode lifespan characteristics, but the theoretical energy density of graphite is low at 372 mAh/g, so there is a limit to high capacity.

앞서 언급한 음극 활물질에 비해 리튬과의 합금화 반응을 통해 보다 많은 리튬 이온을 흡장 및 방출하는 것이 가능하며 높은 용량 특성을 나타내는 규소(4,200 mAh/g), 주석(990 mAh/g) 등의 리튬 합금 소재가 고용량 리튬 이차전지의 음극 활물질로 주목받고 있다.Compared to the previously mentioned negative electrode active materials, lithium alloys such as silicon (4,200 mAh/g) and tin (990 mAh/g) are capable of storing and releasing more lithium ions through an alloying reaction with lithium and exhibit high capacity characteristics. The material is attracting attention as an anode active material for high-capacity lithium secondary batteries.

그러나, 이러한 규소 등의 음극 활물질의 경우에는 초기 충방전 사이클에서의 비가역 용량이 크며 이로 인해 충방전 효율이 낮아지게 된다. 또한, 리튬 이온의 삽입 및 탈리 과정에서 부피 변화(수축 또는 팽창)가 발생되어 기계적 안정성이 떨어지고, 그 결과 사이클 특성이 저해되는 문제가 있다.However, in the case of negative electrode active materials such as silicon, the irreversible capacity in the initial charge/discharge cycle is large, which lowers charge/discharge efficiency. In addition, there is a problem in that volume change (contraction or expansion) occurs during the insertion and desorption process of lithium ions, which reduces mechanical stability and, as a result, cycle characteristics are impaired.

따라서 비가역 용량이 큰 음극 활물질을 포함하는 음극의 단점을 효과적으로 개선하여 우수한 성능, 안전성 및 수명 특성을 가지는 리튬 이차전지의 개발을 위해 다양한 전리튬화(prelithiation) 관련 다양한 기술이 제안되고 있으나, 실용적인 측면에서 여전히 한계가 있는 실정이다.Therefore, various technologies related to prelithiation have been proposed to develop lithium secondary batteries with excellent performance, safety, and lifespan characteristics by effectively improving the shortcomings of negative electrodes containing negative electrode active materials with large irreversible capacity, but practical aspects There are still limitations.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to solve the above problems of the prior art and technical problems that have been requested in the past.

구체적으로, 본 발명의 목적은, 음극의 비가역용량에 의해서 양극과 음극 사이의 초기 충방전 사이클에서 충방전 효율이 낮아지는 문제를 개선할 수 있는 분리막 및 이를 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.Specifically, the purpose of the present invention is to provide a separator that can improve the problem of low charge and discharge efficiency in the initial charge and discharge cycle between the positive electrode and the negative electrode due to the irreversible capacity of the negative electrode, and a lithium secondary battery including the same.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 구현예의 분리막이 제공된다.In order to achieve this purpose, according to one aspect of the present invention, a separation membrane of the following embodiment is provided.

제1 구현예에 따르면,According to the first embodiment,

고분자 다공지지체; Polymer porous support;

상기 고분자 다공지지체의 일면에 위치하고, 바인더 고분자 및 무기 필러를 포함하는 무기물 혼성 공극층; 및An inorganic hybrid porous layer located on one side of the polymer porous support and containing a binder polymer and an inorganic filler; and

상기 고분자 다공지지체의 타면, 또는 상기 고분자 다공지지체와 접하지 않는 무기물 혼성 공극층의 일면에 위치하고, 20% 이하의 초기효율 및 500 mAh/g 이상의 충전용량을 갖는 희생 양극재를 포함하는 희생 양극재층;을 구비하는 분리막이 제공된다.A sacrificial cathode material located on the other side of the polymer porous support or on one side of the inorganic hybrid porous layer that is not in contact with the polymer porous support, and having an initial efficiency of 20% or less and a charging capacity of 500 mAh/g or more. A separator having a cathode material layer is provided.

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

상기 희생 양극재층이 상기 고분자 다공지지체와 접하지 않는 무기물 혼성 공극층의 일면에 위치하는 경우, 상기 분리막이 상기 고분자 다공지지체의 타면에 위치하고, 바인더 고분자 및 무기 필러를 포함하는 무기물 혼성 공극층을 더 포함할 수 있다.When the sacrificial anode material layer is located on one side of the inorganic hybrid porous layer that is not in contact with the polymer porous support, the separator is located on the other side of the polymer porous support, and the inorganic hybrid porous layer containing a binder polymer and an inorganic filler It may further include.

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

상기 희생 양극재가 0.1% 내지 20%의 초기효율을 가질 수 있다.The sacrificial cathode material may have an initial efficiency of 0.1% to 20%.

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

상기 희생 양극재가 500 mAh/g 내지 2000 mAh/g의 충전용량을 가질 수 있다.The sacrificial cathode material may have a charging capacity of 500 mAh/g to 2000 mAh/g.

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

상기 희생 양극재가 리튬코발트 산화물을 포함할 수 있다.The sacrificial cathode material may include lithium cobalt oxide.

제6 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제5 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, According to a sixth embodiment, in any one of the first to fifth embodiments,

상기 희생 양극재가 3 ㎛ 이하의 평균입경을 가질 수 있다.The sacrificial cathode material may have an average particle diameter of 3 ㎛ or less.

제7 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제6 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, According to a seventh embodiment, in any one of the first to sixth embodiments,

상기 희생 양극재층의 두께가 0.1 내지 5 ㎛일 수 있다.The sacrificial cathode material layer may have a thickness of 0.1 to 5 ㎛.

제8 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제7 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, According to the eighth embodiment, in any one of the first to seventh embodiments,

상기 희생 양극재층이 폴리비닐리덴계 고분자를 바인더로 더 포함할 수 있다.The sacrificial cathode material layer may further include polyvinylidene-based polymer as a binder.

제9 구현예에 따르면, According to the ninth embodiment,

양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하고,Comprising an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode,

상기 분리막이 제1 구현예 내지 제8 구현예 중 어느 한 구현예의 분리막이고,The separator is the separator of any one of the first to eighth embodiments,

상기 분리막의 희생 양극재층이 상기 양극과 대면하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지가 제공된다.A lithium secondary battery is provided, wherein the sacrificial cathode material layer of the separator faces the cathode.

본 발명의 일 구현예에 따른 분리막은 올레핀고분자 다공지지체의 일면에 20% 이하의 초기효율 및 500 mAh/g 이상의 충전용량을 갖는 희생 양극재를 포함하는 희생양극재층을 구비함으로써, 이러한 분리막을 채용하여 리튬 이차전지를 제조한 후에 이차전지의 초기 활성화 공정에서 전리튬화(prelithiation)를 진행할 수 있다.The separator according to an embodiment of the present invention includes a sacrificial anode material layer containing a sacrificial anode material having an initial efficiency of 20% or less and a charge capacity of 500 mAh/g or more on one side of the olefin polymer porous support, thereby forming such a separator. After manufacturing a lithium secondary battery, prelithiation can be performed in the initial activation process of the secondary battery.

또한, 전극 내에 희색양극재를 혼합(blending)한 경우에는 비활성화 영역이 발생하여 전지 효율이 감소하는 리스크가 발생할 수 있으나, 본 발명의 일 구현예에 따른 분리막이 희생양극재를 별도의 층으로 구비함으로써 이러한 리스크를 방지할 수 있다.In addition, when blending the white anode material within the electrode, there may be a risk that battery efficiency may decrease due to the occurrence of a deactivated area. However, the separator according to one embodiment of the present invention has the sacrificial anode material as a separate layer. By doing so, these risks can be prevented.

또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 분리막을 채용한 이차전지는, 규소계 물질과 같이 비가역 용량이 큰 재료를 음극활물질로 사용하는 경우에도 초기 충방전 사이클에서의 충방전 효율의 차이가 발생하는 것을 보완할 수 있다.In addition, a secondary battery employing a separator according to an embodiment of the present invention has a difference in charge and discharge efficiency in the initial charge and discharge cycle even when a material with a large irreversible capacity, such as a silicon-based material, is used as the negative electrode active material. can complement it.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1a는 각각 본 발명의 일 구현예에 따른 분리막의 단면을 나타내는 모식도이다.
도 1b는 본 발명의 일 구현예에 따른 분리막의 단면을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 분리막의 단면을 나타내는 모식도이다.
도 3a는 본 발명의 일 구현예에 따른 분리막과 양극이 대면하는 단면을 나타내는 모식도이다.
도 3b는 본 발명의 일 구현예에 따른 분리막과 양극이 대면하는 단면을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 분리막과 양극이 대면하는 단면을 나타내는 모식도이다.
The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention along with the contents of the above-described invention. Therefore, the present invention is limited to the matters described in such drawings. It should not be interpreted in a limited way.
Figure 1A is a schematic diagram showing a cross section of a separator according to an embodiment of the present invention.
Figure 1b is a schematic diagram showing a cross section of a separator according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing a cross section of a separator according to an embodiment of the present invention.
Figure 3a is a schematic diagram showing a cross section where a separator and an anode face each other according to an embodiment of the present invention.
Figure 3b is a schematic diagram showing a cross section where a separator and an anode face each other according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram showing a cross section where a separator and an anode face each other according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail. Terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to their common or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. It must be interpreted with meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it is.

본 발명의 일 측면에 따르면, According to one aspect of the present invention,

고분자 다공지지체; Polymer porous support;

상기 고분자 다공지지체의 일면에 위치하고, 바인더 고분자 및 무기 필러를 포함하는 무기물 혼성 공극층; 및An inorganic hybrid porous layer located on one side of the polymer porous support and containing a binder polymer and an inorganic filler; and

상기 고분자 다공지지체의 타면, 또는 상기 고분자 다공지지체와 접하지 않는 무기물 혼성 공극층의 일면에 위치하고, 20% 이하의 초기효율 및 500 mAh/g 이상의 충전용량을 갖는 희생 양극재를 포함하는 희생 양극재층;을 구비하는 분리막이 제공된다.A sacrificial cathode material located on the other side of the polymer porous support or on one side of the inorganic hybrid porous layer that is not in contact with the polymer porous support, and having an initial efficiency of 20% or less and a charging capacity of 500 mAh/g or more. A separator having a cathode material layer is provided.

도 1a, 도 1b 및 도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 분리막의 단면을 나타내는 모식도이다. 본 발명의 일 구현예에 따른 분리막(100)은 고분자 다공지지체(10); 상기 고분자 다공지지체(10)의 일면에 위치하고, 바인더 고분자 및 무기 필러를 포함하는 무기물 혼성 공극층(20); 및 상기 고분자 다공지지체와 접하지 않는 무기물 혼성 공극층(20)의 일면에 위치하고, 20% 이하의 초기효율 및 500 mAh/g 이상의 충전용량을 갖는 희생 양극재를 포함하는 희생 양극재층(30);을 구비한다. 본 발명의 일 구현예에 따른 분리막(110)은, 고분자 다공지지체(10); 상기 고분자 다공지지체(10)의 일면에 위치하고, 바인더 고분자 및 무기 필러를 포함하는 무기물 혼성 공극층(20); 및 상기 고분자 다공지지체의 타면에 위치하고, 20% 이하의 초기효율 및 500 mAh/g 이상의 충전용량을 갖는 희생 양극재를 포함하는 희생 양극재층(30);을 구비한다.1A, 1B, and 2 are schematic diagrams showing a cross section of a separator according to an embodiment of the present invention. The separator 100 according to an embodiment of the present invention includes a polymer porous support (10); An inorganic hybrid porous layer (20) located on one side of the polymer porous support (10) and containing a binder polymer and an inorganic filler; and a sacrificial anode material layer (30) located on one side of the inorganic hybrid porous layer (20) that is not in contact with the polymer porous support, and comprising a sacrificial anode material having an initial efficiency of 20% or less and a charging capacity of 500 mAh/g or more. ; is provided. The separator 110 according to an embodiment of the present invention includes a polymer porous support 10; An inorganic hybrid porous layer (20) located on one side of the polymer porous support (10) and containing a binder polymer and an inorganic filler; and a sacrificial anode material layer 30 located on the other side of the polymer porous support and including a sacrificial anode material having an initial efficiency of 20% or less and a charging capacity of 500 mAh/g or more.

상기 희생 양극재층이 상기 고분자 다공지지체와 접하지 않는 무기물 혼성 공극층의 일면에 위치하는 경우, 상기 분리막이 상기 고분자 다공지지체의 타면에 위치하고, 바인더 고분자 및 무기 필러를 포함하는 무기물 혼성 공극층;을 더 포함할 수 있다. When the sacrificial anode material layer is located on one side of the inorganic hybrid porous layer that is not in contact with the polymer porous support, the separator is located on the other side of the polymer porous support, and the inorganic hybrid porous layer containing a binder polymer and an inorganic filler It may further include ;.

따라서, 도 2를 참고하면, 상기 분리막(200)은 상기 고분자 다공지지체(10)의 양면에 위치하는 무기물 혼성 공극층(20, 40);을 포함하고, 상기 무기물 혼성 공극층(20)의 일면에 20% 이하의 초기효율 및 500 mAh/g 이상의 충전용량을 갖는 희생 양극재를 포함하는 희생 양극재층(30);을 구비한다.Therefore, referring to FIG. 2, the separator 200 includes inorganic mixed pore layers 20 and 40 located on both sides of the polymer porous support 10, and the inorganic mixed pore layer 20 A sacrificial anode material layer 30 including a sacrificial anode material having an initial efficiency of 20% or less and a charging capacity of 500 mAh/g or more is provided on one side.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자 다공지지체는 기공을 갖는 구조라면 한정되지 아니하며, 다공성 고분자 기재일 수 있고, 구체적으로 다공성 고분자 필름 기재 또는 다공성 고분자 부직포 기재일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the polymer porous support is not limited as long as it has a structure having pores, and may be a porous polymer substrate, and specifically may be a porous polymer film substrate or a porous polymer nonwoven fabric substrate.

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

이때, 상기 다공성 고분자 필름은 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐 등의 올레핀고분자계 고분자를 각각 단독 또는 이들의 2종 이상 혼합한 고분자 또는 이들의 유도체로 형성될 수 있다. At this time, the porous polymer film is made of olefin polymers such as high-density polyethylene, linear low-density polyethylene, low-density polyethylene, and ultra-high molecular weight polyethylene, polypropylene, polybutylene, and polypentene, respectively, individually or in a mixture of two or more types thereof. It may be formed from polymers or their derivatives.

이러한 고분자 다공지지체로 적용될 수 있는 올레핀고분자 다공성 고분자 필름의 시판중인 대표적인 예로는, 습식 폴리에틸렌 계열 (Asahi-Kasei E-Materials, Toray, SK IE Technology, Shanghai Energy, Sinoma, Entek), 건식 폴리프로필렌 계열 (Shenzhen Senior, Cangzhou Mingzhu), 건식 폴리프로필렌/폴리에틸렌 다층 구조 계열 (Polypore, Ube) 등이 사용될 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. Representative examples of commercially available olefin polymer porous polymer films that can be applied as such polymer porous supports include wet polyethylene series (Asahi-Kasei E-Materials, Toray, SK IE Technology, Shanghai Energy, Sinoma, Entek) and dry polypropylene series. (Shenzhen Senior, Cangzhou Mingzhu), dry polypropylene/polyethylene multilayer structure series (Polypore, Ube), etc. may be used, but are not limited to these.

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

또한, 상기 다공성 고분자 필름 기재 및 다공성 부직포 기재는 상기와 같은 올레핀고분자계 외에 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene) 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성될 수 있다. In addition, the porous polymer film substrate and the porous nonwoven fabric substrate include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyester, polyacetal, polyamide ( polyamide, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenyleneoxide, polyphenylenesulfide, polyethylenenaphthalene ), etc. may be formed individually or as a mixture of polymers.

이러한 고분자 다공지지체의 두께는 크게 제한이 없으나, 1 ㎛ 이상, 5 ㎛ 이상, 50 ㎛ 이하, 100 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 두께가 이러한 범위를 만족하는 경우, 기계적 물성을 유지하면서 저항층으로 작용하는 문제점을 개선할 수 있다.The thickness of this polymer porous support is not greatly limited, but may be 1 ㎛ or more, 5 ㎛ or more, 50 ㎛ or less, and 100 ㎛ or less. When the thickness satisfies this range, the problem of acting as a resistance layer can be improved while maintaining mechanical properties.

상기 고분자 다공지지체 중 기공 크기 및 기공도는 특별한 제한이 없으나, 기공도는 10 내지 95% 범위, 기공 크기(직경)는 0.1 내지 50 ㎛일 수 있다. 기공 크기 및 기공도가 이러한 범위를 만족하는 경우, 저항층으로 작용하는 문제가 방지되고, 기계적 물성을 유지할 수 있다. 또한, 상기 고분자 다공지지체는 섬유 또는 막(membrane) 형태일 수 있다.There is no particular limitation on the pore size and porosity of the polymer porous support, but the porosity may range from 10 to 95% and the pore size (diameter) may range from 0.1 to 50 ㎛. When the pore size and porosity satisfy these ranges, the problem of acting as a resistance layer is prevented and mechanical properties can be maintained. Additionally, the polymer porous support may be in the form of a fiber or membrane.

상기 무기물 혼성 공극층은 상기 고분자 다공지지체의 일면에 위치하고, 바인더 고분자 및 무기 필러를 포함한다.The inorganic hybrid porous layer is located on one side of the polymer porous support and includes a binder polymer and an inorganic filler.

또한, 이러한 무기물 혼성 공극층은 분리막의 일 구성 층으로서 양극과 음극의 단락을 방지하는 격리층의 역할을 하면서, 동시에 고분자 다공지지체가 직접 리튬 금속과의 접촉하는 것을 방지하고, 전술한 희생 양극재층 상에 결합하여 위치한 결과, 희생양극재에서 공급되는 추가적인 Li 이온이 음극에서 전리튬화(pre-lithiation)를 가능하게 함으로써, 음극의 비가역용량을 보완하고, 전위 사용 영역(working range)를 이동시키는 역할을 할 수 있다.In addition, this inorganic hybrid pore layer is a component of the separator and serves as an isolation layer to prevent short circuit between the anode and the cathode, and at the same time prevents the polymer porous support from coming into direct contact with lithium metal and forms the sacrificial positive electrode described above. As a result of being combined and positioned on the material layer, additional Li ions supplied from the sacrificial anode material enable pre-lithiation at the cathode, thereby supplementing the irreversible capacity of the cathode and shifting the potential working range. It can play a role.

상기 무기 필러는, 무기 필러들간 빈 공간의 형성을 가능하게 하여 미세 기공을 형성하는 역할과 물리적 형태를 유지할 수 있는 일종의 스페이서(spacer) 역할을 겸하게 되고, 일반적으로 200℃ 이상의 고온이 되어도 물리적 특성이 변하지 않는 특성을 갖기 때문에, 형성된 유/무기 복합 다공성 필름이 탁월한 내열성을 갖는다.The inorganic filler serves both as a spacer that forms micropores by enabling the formation of empty spaces between the inorganic fillers and as a kind of spacer that can maintain the physical form, and generally maintains its physical properties even at high temperatures of 200°C or higher. Because it has unchanging properties, the formed organic/inorganic composite porous film has excellent heat resistance.

따라서, 상기 분리막을 포함하는 리튬 이차전지에서는 고온, 과충전, 외부 충격 등의 내부 또는 외부 요인으로 인한 과도한 조건에 의해 전지 내부에서 고분자 다공지지체가 파열되더라도, 무기물 혼성 공극층에 의해 양 전극이 완전히 단락되기 어려우며, 만약 단락이 발생하더라도 단락된 영역이 크게 확대되는 것이 억제되어 전지의 안전성 향상이 도모될 수 있다.Therefore, in the lithium secondary battery including the separator, even if the polymer porous support ruptures inside the battery due to excessive conditions caused by internal or external factors such as high temperature, overcharge, and external shock, both electrodes are completely protected by the inorganic mixed pore layer. It is difficult to short-circuit, and even if a short-circuit occurs, the short-circuited area is prevented from expanding significantly, thereby improving the safety of the battery.

이러한 무기 필러는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 한정되지 않고, 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 무기 필러는 적용되는 전지의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기 필러를 사용하는 경우, 전기화학소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있으므로, 가능한 이온 전도도가 높은 것이 바람직하다. 또한, 상기 무기 필러가 높은 밀도를 갖는 경우, 코팅시 분산시키는데 어려움이 있을 뿐만 아니라 전지 제조시 무게 증가의 문제점도 있으므로, 가능한 밀도가 작은 것이 바람직하다. 또한, 유전율이 높은 무기물인 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.These inorganic fillers are not particularly limited as long as they are electrochemically stable, that is, the inorganic fillers that can be used in the present invention are oxidized and / Alternatively, there is no particular limitation as long as a reduction reaction does not occur. In particular, when using an inorganic filler capable of transmitting ions, it is desirable to have as high an ionic conductivity as possible because performance can be improved by increasing the ionic conductivity within the electrochemical device. In addition, when the inorganic filler has a high density, not only is it difficult to disperse it during coating, but there is also a problem of weight increase during battery manufacturing, so it is preferable that the density is as low as possible. In addition, in the case of an inorganic material with a high dielectric constant, it can contribute to increasing the degree of dissociation of electrolyte salts, such as lithium salts, in the liquid electrolyte, thereby improving the ionic conductivity of the electrolyte solution.

전술한 이유들로 인해, 상기 무기 필러는 유전율 상수가 5 이상, 또는 10 이상인 고유전율 무기 필러, 압전성(piezoelectricity)을 갖는 무기 필러, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기 필러, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. For the reasons described above, the inorganic filler may be a high dielectric constant inorganic filler having a dielectric constant of 5 or more, or 10 or more, an inorganic filler with piezoelectricity, an inorganic filler with lithium ion transport ability, or a mixture thereof. .

상기 유전율 상수 5 이상인 무기 필러의 예로는 SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, TiO2, SiC, AlO(OH), Mg(OH)2, Al(OH)3, AlN, 또는 이들의 혼합물 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the inorganic filler having a dielectric constant of 5 or more include SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 , SiC, AlO(OH), Examples include Mg(OH) 2 , Al(OH) 3 , AlN, or mixtures thereof, but are not limited thereto.

상기 압전성(piezoelectricity)을 갖는 무기 필러는 상압에서는 부도체이나, 일정 압력이 인가되었을 경우 내부 구조 변화에 의해 전기가 통하는 물성을 갖는 물질을 의미하는 것으로서, 유전율 상수가 100 이상인 고유전율 특성을 나타낼 뿐만 아니라 일정 압력을 인가하여 인장 또는 압축되는 경우 전하가 발생하여 한 면은 양으로, 반대편은 음으로 각각 대전됨으로써, 양쪽 면 간에 전위차가 발생하는 기능을 갖는 물질이다.The inorganic filler having piezoelectricity refers to a material that is insulator at normal pressure but has the property of conducting electricity due to a change in internal structure when a certain pressure is applied. It not only exhibits high dielectric constant characteristics with a dielectric constant of 100 or more. It is a material that has the function of generating a potential difference between both sides by generating an electric charge when it is stretched or compressed by applying a certain pressure, and one side is positively charged and the other side is negatively charged.

상기와 같은 특징을 갖는 무기 필러를 사용하는 경우, 로컬 크러쉬(Local crush), 네일(Nail) 등의 외부 충격에 의해 양(兩) 전극의 내부 단락이 발생하는 경우 분리막에 코팅된 무기 필러로 인해 양극과 음극이 직접 접촉하지 않을 뿐만 아니라, 무기 필러의 압전성으로 인해 입자 내 전위차가 발생하게 되고 이로 인해 양(兩) 전극 간의 전자 이동, 즉 미세한 전류의 흐름이 이루어짐으로써, 완만한 전지의 전압 감소 및 이로 인한 안전성 향상을 도모할 수 있다.When using an inorganic filler with the above characteristics, if an internal short circuit of both electrodes occurs due to external impact such as local crush or nail, the inorganic filler coated on the separator may cause an internal short circuit. Not only is the anode and cathode not in direct contact, but the piezoelectricity of the inorganic filler causes a potential difference within the particle, which causes electrons to move between the two electrodes, that is, a minute flow of current, resulting in a gradual decrease in battery voltage. And thus, safety can be improved.

상기 압전성을 갖는 무기 필러의 예로는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 (PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT) hafnia (HfO2) 또는 이들의 혼합물 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the inorganic filler having piezoelectricity include BaTiO 3 , Pb(Zr,Ti)O 3 (PZT), Pb 1- xLa x Zr 1-y Ti y O 3 (PLZT), PB(Mg 3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT) hafnia (HfO 2 ) or mixtures thereof, but are not limited thereto.

상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기 필러는 리튬 원소를 함유하되 리튬을 저장하지 아니하고 리튬 이온을 이동시키는 기능을 갖는 무기 필러를 지칭하는 것으로서, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기 필러는 입자 구조 내부에 존재하는 일종의 결함(defect)으로 인해 리튬 이온을 전달 및 이동시킬 수 있기 때문에, 전지 내 리튬 이온 전도도가 향상되고, 이로 인해 전지 성능 향상을 도모할 수 있다.The inorganic filler having the ability to transport lithium ions refers to an inorganic filler that contains lithium element but has the function of moving lithium ions without storing lithium. The inorganic filler having the ability to transport lithium ions is present inside the particle structure. Since lithium ions can be transferred and moved due to a type of defect, lithium ion conductivity in the battery is improved, thereby improving battery performance.

상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기 필러의 예로는 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0<x<2, 0<y<3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트(LixAlyTiz(PO4)3, 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), 14Li2O-9Al2O3-38TiO2-39P2O5 등과 같은 (LiAlTiP)xOy 계열 glass (0<x<4, 0<y<13), 리튬란탄티타네이트(LixLayTiO3, 0<x<2, 0<y<3), Li3.25Ge0.25P0.75S4 등과 같은 리튬게르마니움티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), Li3N 등과 같은 리튬나이트라이드(LixNy, 0<x<4, 0<y<2), Li3PO4-Li2S-SiS2 등과 같은 SiS2 계열 glass(LixSiySz, 0<x<3, 0<y<2, 0<z<4), LiI-Li2S-P2S5 등과 같은 P2S5 계열 glass (LixPySz, 0<x<3, 0<y<3, 0<z<7), 또는 이들의 혼합물 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of inorganic fillers having the ability to transport lithium ions include lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium titanium phosphate (Li x Ti y (PO 4 ) 3 , 0<x<2, 0<y<3), and lithium aluminum. Titanium phosphate ( Li _ _ _ _ _ _ _ (LiAlTiP)xOy series glass (0<x<4, 0<y<13), lithium lanthanum titanate (Li x La y TiO 3 , 0<x<2, 0<y<3), Li 3.25 Ge Lithium germanium thiophosphate , such as 0.25 P 0.75 S 4 ( Li Lithium nitride such as N (Li x N y , 0<x< 4 , 0<y<2 ) , SiS 2 series glass ( Li x Si y S z , P 2 S 5 series glass such as 0<x<3, 0<y<2, 0<z<4), LiI-Li 2 SP 2 S 5 , etc. (Li x P y S z , 0<x<3, 0 <y<3, 0<z<7), or mixtures thereof, but are not limited thereto.

전술한 고유전율 무기 필러, 압전성을 갖는 무기 필러와 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기 필러들을 혼용할 경우, 이들의 상승 효과는 배가 될 수 있다.When the above-mentioned high dielectric constant inorganic filler, piezoelectric inorganic filler, and inorganic filler with lithium ion transport ability are used together, their synergistic effect can be doubled.

본 발명에 따른 분리막은 무기물 혼성 공극층을 구성하는 무기 필러의 크기, 무기 필러의 함량 및 무기 필러와 바인더 고분자의 조성을 조절함으로써, 분리막 기재에 포함된 기공과 더불어 무기물 혼성 공극층의 기공 구조를 형성할 수 있으며, 또한 상기 기공 크기 및 기공도를 함께 조절할 수 있다.The separator according to the present invention forms the pore structure of the inorganic mixed pore layer along with the pores contained in the separator substrate by controlling the size of the inorganic filler constituting the inorganic mixed pore layer, the content of the inorganic filler, and the composition of the inorganic filler and the binder polymer. This can be done, and the pore size and porosity can also be adjusted.

상기 무기 필러의 평균입경(D50)은 균일한 두께의 무기물 혼성 공극층의 형성 및 이의 적절한 공극률을 위하여 가능한 한 800 nm 이하, 또는 20 내지 800 nm, 또는 100 내지 600 nm일 수 있다. 상기 무기 필러의 평균입경(D50)이 이러한 범위를 만족하는 경우, 무기물 혼성 공극층용 슬러리의 분산성이 유지되어 분리막의 물성을 조절하기가 용이하며, 분리막의 두께가 과도하게 증가하여 기계적 물성이 저하되거나 지나치게 큰 기공 크기로 인해 전지 충방전시 내부 단락이 일어날 문제가 방지될 수 있고, 양/음극 간 균일한 리튬이온의 이동을 보장할 수 있다.The average particle diameter (D50) of the inorganic filler may be 800 nm or less, or 20 to 800 nm, or 100 to 600 nm, if possible, for the formation of an inorganic mixed porous layer of uniform thickness and an appropriate porosity thereof. When the average particle diameter (D50) of the inorganic filler satisfies this range, the dispersibility of the slurry for the inorganic mixed porous layer is maintained, making it easy to control the physical properties of the separator, and the thickness of the separator increases excessively, resulting in a decrease in mechanical properties. The problem of internal short-circuiting during battery charging and discharging due to excessively large pore size can be prevented, and uniform movement of lithium ions between the positive and negative electrodes can be ensured.

상기 무기물 혼성 공극층의 기공도(porosity)는 40 내지 80% 범위일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 무기물 혼성 공극층의 두께는 0.5 내지 7.0 ㎛, 또는 1.0 내지 5.0 ㎛일 수 있다.The porosity of the inorganic mixed pore layer may be in the range of 40 to 80%, but is not limited thereto. The thickness of the inorganic mixed pore layer may be 0.5 to 7.0 ㎛, or 1.0 to 5.0 ㎛.

상기 무기 필러의 함량은 특별한 제한이 없으나, 무기물 혼성 공극층의 전체 중량을 기준으로 100 중량% 당 50 중량% 이상, 60 중량% 이상, 95 중량% 이하, 97 중량% 이하, 99 중량% 이하일 수 있다. 즉, 상기 무기 필러와 바인더 고분자의 중량비는 50:50 이상, 60:40 이상, 70:30 이상, 95:5 이하, 97:3 이하, 99:1 이하일 수 있고, 50:50 내지 99:1, 상세하게는 60:40 내지 97:3, 더 상세하게는 70:30 내지 95:5일 수 있다. 상기 무기 필러의 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우, 바인더 고분자의 함량이 지나치게 많아지게 되어 형성되는 무기물 혼성 공극층의 기공 크기 및 기공도가 감소되는 문제가 방지될 수 있고, 바인더 고분자 함량이 적기 때문에 무기물 사이의 접착력 저하로 무기물 혼성 공극층의 내필링성이 약화되는 문제도 해소될 수 있다. The content of the inorganic filler is not particularly limited, but may be 50% by weight or more, 60% by weight, 95% by weight or less, 97% by weight or less, and 99% by weight or less per 100% by weight based on the total weight of the inorganic mixed porous layer. there is. That is, the weight ratio of the inorganic filler and the binder polymer may be 50:50 or more, 60:40 or more, 70:30 or more, 95:5 or less, 97:3 or less, and 99:1 or less, and may be 50:50 to 99:1. , specifically 60:40 to 97:3, and more specifically 70:30 to 95:5. When the content of the inorganic filler satisfies this range, the problem of a decrease in the pore size and porosity of the inorganic mixed pore layer formed due to an excessively high content of the binder polymer can be prevented, and since the content of the binder polymer is small, The problem of weakening the peeling resistance of the inorganic mixed void layer due to a decrease in the adhesion between inorganic materials can also be solved.

 상기 바인더 고분자는 상세하게는, 유리 전이 온도(glass transition temperature, Tg)가 가능한 낮은 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 -200 내지 200℃ 범위이다.In detail, the binder polymer may be used as a glass transition temperature (T g ) as low as possible, preferably in the range of -200 to 200°C.

또한, 상기 바인더 고분자는 액체 전해액 함침시 겔화되어 높은 전해액 팽윤도(degree of swelling)를 나타낼 수 있는 특징을 가질 수 있다. 실제로, 상기 바인더 고분자들이 전해액 팽윤도 (또는 함침율)이 우수한 고분자인 경우, 전지 조립 후 주입되는 전해액은 상기 고분자로 스며들게 되고, 흡수된 전해액을 보유하는 고분자는 전해질 이온 전도 능력을 갖게 된다. 또한, 종래 소수성 올레핀고분자 계열 분리막에 비해 전지용 전해액에 대한 젖음성(wetting)이 개선될 뿐만 아니라 종래에 사용되기 어려웠던 전지용 극성 전해액의 적용도 가능하다는 장점이 있다. 이에 따라, 상기 바인더 고분자의 용해도 지수, 즉 힐더브랜드 용해도 지수(Hildebrand solubility parameter)는 15 내지 45 MPa1/2, 상세하게는 15 내지 25 MPa1/2, 더 상세하게는 30 내지 45 MPa1/2 범위이다.Additionally, the binder polymer may gel when impregnated with a liquid electrolyte solution and may have the characteristic of exhibiting a high degree of swelling of the electrolyte solution. In fact, when the binder polymers are polymers with excellent electrolyte swelling (or impregnation rate), the electrolyte injected after battery assembly permeates into the polymer, and the polymer holding the absorbed electrolyte has the ability to conduct electrolyte ions. In addition, compared to conventional hydrophobic olefin polymer-based separators, not only is the wetting property for battery electrolytes improved, but it also has the advantage of enabling the application of polar electrolytes for batteries, which were previously difficult to use. Accordingly, the solubility index of the binder polymer, that is, the Hildebrand solubility parameter, is 15 to 45 MPa 1/2 , specifically 15 to 25 MPa 1/2 , and more specifically 30 to 45 MPa 1/2. 2 range.

상기 용해도 지수가 15 내지 45 MPa1/2의 범위를 만족하는 경우에, 통상적인 전지용 액체 전해액에 의해 팽윤(swelling)되기 용이할 수 있다.When the solubility index satisfies the range of 15 to 45 MPa 1/2 , swelling can be easily achieved by a typical liquid electrolyte solution for batteries.

구체적으로, 상기 바인더 고분자는 폴리비닐리덴플로라이드, 폴리비닐리덴 플로라이드-헥사플루오로프로필렌, 폴리비닐리덴플로라이드-트리클로로에틸렌, 폴리비닐리덴플로라이드-클로로트리플로로에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐아세테이트, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 시아노에틸풀루란, 시아노에틸폴리비닐알콜, 시아노에틸셀룰로오스, 시아노에틸수크로오스, 풀루란, 카르복실메틸셀룰로오스, 스티렌부타디엔 공중합체, 폴리이미드, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specifically, the binder polymer is polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-trichloroethylene, polyvinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene, and polymethyl methacrylate. Latex, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, ethylene vinyl acetate copolymer, polyethylene oxide, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethyl pullulan, cyanoethyl poly. It may include vinyl alcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, pullulan, carboxymethylcellulose, styrenebutadiene copolymer, polyimide, or two or more of these, but is not limited thereto.

상기 무기물 혼성 공극층에서는 무기 필러들은 충전되어 서로 접촉된 상태에서 상기 바인더 고분자에 의해 서로 결착되고, 이로 인해 무기 필러들 사이에 인터스티셜 볼륨(interstitial volume)이 형성되고, 상기 무기 필러 사이의 인터스티셜 볼륨(Interstitial Volume)은 빈 공간이 되어 기공을 형성한다.In the inorganic hybrid pore layer, the inorganic fillers are filled and bound to each other by the binder polymer in a state of contact, thereby forming an interstitial volume between the inorganic fillers, and forming an interstitial volume between the inorganic fillers. The interstitial volume becomes an empty space and forms a pore.

즉, 바인더 고분자는 무기 필러들이 서로 결착된 상태를 유지할 수 있도록 이들을 서로 부착, 예를 들어, 바인더 고분자가 무기 필러 사이를 연결 및 고정시키고 있다. 또한, 상기 무기물 혼성 공극층의 기공은 무기 필러들 간의 인터스티셜 볼륨(interstitial volume)이 빈 공간이 되어 형성된 기공이고, 이는 무기 필러들에 의한 충진 구조(closed packed or densely packed)에서 실질적으로 접촉하는 무기 필러들에 의해 한정되는 공간이다.In other words, the binder polymer attaches the inorganic fillers to each other so that they can remain bound together. For example, the binder polymer connects and fixes the inorganic fillers. In addition, the pores of the inorganic hybrid pore layer are pores formed when the interstitial volume between the inorganic fillers becomes an empty space, which is substantially in contact with the filled structure (closed packed or densely packed) by the inorganic fillers. It is a space limited by inorganic fillers.

상기 희생 양극재층은 상기 고분자 다공지지체와 접하지 않는 무기물 혼성 공극층의 일면에 위치하고, 20% 이하의 초기효율 및 500 mAh/g 이상의 충전용량을 갖는 희생 양극재를 포함한다. The sacrificial cathode material layer is located on one side of the inorganic hybrid porous layer that is not in contact with the polymer porous support, and includes a sacrificial cathode material having an initial efficiency of 20% or less and a charging capacity of 500 mAh/g or more.

상기 희생 양극재는 리튬을 함유하는 화합물로서, 충전시 보유하는 Li 이온을 음극으로 방출하면서 방전시 방출량의 20% 이하만 Li 이온을 받아들이는 성질을 가지고, 음극으로 Li 이온을 방출한 후에는 잔존하면서 저항을 증가시키고 가스를 발생시키는 것을 특징으로 한다. 따라서, 희생 양극재의 초기 효율을 최대한 작게 하고, 가스발생량을 감소시키는 것이 중요하다.The sacrificial cathode material is a lithium-containing compound, and has the property of releasing Li ions held during charging to the negative electrode and accepting only 20% or less of the amount released during discharging. After releasing Li ions to the negative electrode, they remain and remain. It is characterized by increasing resistance and generating gas. Therefore, it is important to reduce the initial efficiency of the sacrificial cathode material as much as possible and reduce the amount of gas generated.

상기 희생 양극재는 20% 이하의 초기효율을 가지고, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 희생 양극재는 0.1 내지 20%의 초기효율, 또는 0.3 내지 15%의 초기효율을 가질 수 있다. 상기 희생 양극재가 20% 초과의 초기효율을 가지는 경우에는 지속적으로 충방전에 참여하면서 저항 및 가스 발생이 지속되는 문제가 있어 바람직하지 않고, 20% 이하의 초기효율을 가지는 경우에 전지 제조 과중 중 활성화 단계 및 디가스(Degas) 공정에서 발생한 가스를 제거해 주고 나면, 이후 정상적인 충방전 조건에서 추가적인 가스 발생을 억제할 수 있다는 측면에서 유리하다.The sacrificial cathode material may have an initial efficiency of 20% or less, and according to one embodiment of the present invention, the sacrificial cathode material may have an initial efficiency of 0.1 to 20%, or 0.3 to 15%. If the sacrificial cathode material has an initial efficiency of more than 20%, it is undesirable because there is a problem of continued resistance and gas generation while continuously participating in charging and discharging, and if the sacrificial cathode material has an initial efficiency of 20% or less, it is activated during battery manufacturing overload. After removing the gas generated in the step and degas process, it is advantageous in that additional gas generation can be suppressed under normal charging and discharging conditions.

상기 희생 양극재는 500 mAh/g 이상의 충전용량을 가지고, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 희생 양극재는 500 mAh/g 내지 2000 mAh/g의 충전용량, 또는 700 내지 1500 mAh/g 의 충전용량을 가질 수 있다. 상기 희생 양극재가 500 mAh/g 미만의 용량을 가지는 경우에는 소망하는 전리튬화 효과를 구현하기 위해서 필요한 도포량이 과도한 문제가 있어 바람직하지 않고, 500 mAh/g 이상의 용량을 가지는 경우에 전리튬화 가능소재를 추가적인 공간 할당 없이 분리막 공간을 활용하여 구현하는 측면에서 유리하다.The sacrificial cathode material has a charging capacity of 500 mAh/g or more, and according to one embodiment of the present invention, the sacrificial cathode material has a charging capacity of 500 mAh/g to 2000 mAh/g, or 700 to 1500 mAh/g. You can have If the sacrificial cathode material has a capacity of less than 500 mAh/g, it is undesirable because the application amount required to achieve the desired pre-lithiation effect is excessive, and if the sacrificial cathode material has a capacity of 500 mAh/g or more, pre-lithiation is possible. It is advantageous in that materials can be implemented using the separator space without additional space allocation.

이때, 희생 양극재의 초기효율은 희생양극재로 제조된 양극, 리튬 금속으로 된 음극과 이들 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 구비하는 하프셀 제조하여 상온에서 0.1C의 충전 조건에서 4.2V까지 충전하여 충전용량을 확인하고, 연이어 동일 온도에서 0.1C의 방전 조건에서 3.0V까지 방전하여 방전용량을 확인한 후, 이때의 충전용량대비 방전용량을 계산하여 정할 수 있다.At this time, the initial efficiency of the sacrificial anode material is a half-cell manufactured with an anode made of the sacrificial anode material, a cathode made of lithium metal, and a separator between the anode and the cathode, and charged up to 4.2V under charging conditions of 0.1C at room temperature. After checking the charging capacity and subsequently discharging to 3.0V under 0.1C discharge conditions at the same temperature to check the discharge capacity, the discharge capacity compared to the charging capacity at this time can be calculated and determined.

상기 희생 양극재는 리튬코발트 산화물을 포함할 수 있고, 구체적으로 Li6CoO4 등이 있을 수 있다.The sacrificial cathode material may include lithium cobalt oxide, specifically Li 6 CoO 4 .

상기 희생 양극재는 3 ㎛ 이하, 또는 0.2 내지 3 ㎛, 또는 0.3 내지 2 ㎛, 또는 0.3 내지 1.9㎛의 평균입경(D50)을 가질 수 있다.The sacrificial cathode material may have an average particle diameter (D50) of 3 ㎛ or less, or 0.2 to 3 ㎛, or 0.3 to 2 ㎛, or 0.3 to 1.9 ㎛.

상기 희생 양극재의 평균입경(D50)이 이러한 범위를 만족하는 경우에, 격리층의 두께를 과도하게 가져가지 않으면서도, 소망하는 용량 수준을 구현할 수 있다는 측면에서 유리하다.When the average particle diameter (D50) of the sacrificial cathode material satisfies this range, it is advantageous in that a desired capacity level can be achieved without excessive thickness of the isolation layer.

본 명세서에서"입경 Dn"은, 입경에 따른 입자 개수 누적 분포의 n% 지점에서의 입경을 의미한다. 평균입경에 해당되는 D50은 입경에 따른 입자 개수 누적 분포의 50% 지점에서의 입경이며, D90은 입경에 따른 입자 개수 누적 분포의 90% 지점에서의 입경을, D10은 입경에 따른 입자 개수 누적 분포의 10% 지점에서의 입경이다.In this specification, “particle size Dn” means the particle size at the n% point of the cumulative distribution of particle numbers according to particle size. D50, which corresponds to the average particle size, is the particle size at 50% of the cumulative distribution of particle numbers according to particle size, D90 is the particle size at 90% of the cumulative distribution of particle numbers according to particle size, and D10 is the cumulative distribution of particle numbers according to particle size. It is the particle size at 10% of the point.

상기 Dn은 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. 구체적으로, 측정 대상 분말을 분산매 중에 분산시킨 후, 시판되는 레이저 회절 입도 측정 장치(예를 들어 Microtrac S3500)에 도입하여 입자들이 레이저빔을 통과할 때 입자 크기에 따른 회절패턴 차이를 측정하여 입도 분포를 산출한다. 측정 장치에 있어서의 입경에 따른 입자 개수 누적 분포의 10%, 50% 및 90%가 되는 지점에서의 입자 직경을 산출함으로써, D10, D50 및 D90을 측정할 수 있다.The Dn can be measured using a laser diffraction method. Specifically, after dispersing the powder to be measured in a dispersion medium, it is introduced into a commercially available laser diffraction particle size measuring device (for example, Microtrac S3500), and the difference in diffraction patterns according to particle size is measured when the particles pass through the laser beam, thereby distributing the particle size. Calculate . D10, D50, and D90 can be measured by calculating the particle diameters at points that are 10%, 50%, and 90% of the cumulative distribution of particle numbers according to particle size in the measuring device.

상기 희생 양극재층이 바인더 재료를 더 포함하는 경우에, 상기 바인더 재료로는 폴리비닐리덴플로라이드, 폴리비닐리덴 플로라이드-헥사플루오로프로필렌, 폴리비닐리덴플로라이드-테트라플로오로에틸렌, 폴리비닐리덴플로라이드-트리클로로에틸렌, 폴리비닐리덴플로라이드-클로로트리플로로에틸렌, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.When the sacrificial positive electrode layer further includes a binder material, the binder material includes polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-tetrafluoroethylene, and polyvinylidene. It may include fluoride-trichloroethylene, polyvinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene, or two or more of these, but is not limited thereto.

상기 희생 양극재층이 바인더 재료를 더 포함하는 경우에, 상기 희생 양극재 및 바인더 재료의 중량비는 50:50 이상, 60:40 이상, 70:30 이상, 95:5 이하, 97:3 이하, 99:1 이하일 수 있고, 50:50 내지 99:1, 상세하게는 60:40 내지 97:3, 더 상세하게는 70:30 내지 95:5일 수 있다.When the sacrificial positive electrode layer further includes a binder material, the weight ratio of the sacrificial positive electrode material and the binder material is 50:50 or more, 60:40 or more, 70:30 or more, 95:5 or less, 97:3 or less, 99:99. :1 or less, 50:50 to 99:1, specifically 60:40 to 97:3, and more specifically 70:30 to 95:5.

상기 희생 양극재층의 두께는 0.1 내지 5 ㎛, 또는 0.3 내지 4 ㎛일 수 있고, 상기 희생 양극재층의 기공도는 30 내지 80%, 또는 40 내지 80%일 수 있다.The thickness of the sacrificial anode material layer may be 0.1 to 5 ㎛, or 0.3 to 4 ㎛, and the porosity of the sacrificial anode material layer may be 30 to 80%, or 40 to 80%.

상기 희생 양극재층의 두께와 기공도가 이러한 범위를 만족하는 경우에 전지의 에너지밀도를 유지하면서도 소망하는 전리튬화(pre-lithiation) 수준을 달성할 수 있다는 측면에서 유리할 수 있다.When the thickness and porosity of the sacrificial cathode layer satisfy these ranges, it can be advantageous in terms of achieving a desired pre-lithiation level while maintaining the energy density of the battery.

본 발명의 일 구현예에 따른 분리막은 희생 양극재 층 내에 도전재를 포함하여 도전 네트워크를 형성함으로써, 이러한 분리막을 포함하는 전지에 전위를 인가할 때 희생 양극재 층의 리튬 이온이 음극으로 이동할 수 있도록 할 수 있다. The separator according to one embodiment of the present invention includes a conductive material in the sacrificial cathode material layer to form a conductive network, so that when a potential is applied to a battery including this separator, lithium ions in the sacrificial cathode material layer can move to the cathode. It can be done.

이때 상기 분리막의 무기물 혼성 공극층의 표면에 희생 양극재 층을 형성할 때 희생 양극재 층에 포함되는 도전재가 무기물 혼성 공극층 및 고분자 다공지지체의 기공 내로 삽입되지 않도록 제어되어야 한다. 만일 도전재가 무기물 혼성 공극층 및 고분자 다공지지체의 기공 내로 삽입시에는 분리막의 절연성이 파괴될 수 있다. 따라서, 희생 양극재 층에 포함되는 도전재의 최소 입경은 무기물 혼성 공극층 및 고분자 다공지지체의 최대 공극 보다 더 크도록 제어될 필요가 있다. 예를 들어 도전재의 최소 입경은 2차 입자 기준 50nm 이상, 또는 50 내지 300nm 일 수 있다.At this time, when forming a sacrificial anode material layer on the surface of the inorganic hybrid porous layer of the separator, the conductive material contained in the sacrificial anode material layer must be controlled so that it is not inserted into the pores of the inorganic hybrid porous layer and the polymer porous support. If the conductive material is inserted into the pores of the inorganic hybrid porous layer and the polymer porous support, the insulation of the separator may be destroyed. Therefore, the minimum particle size of the conductive material included in the sacrificial cathode material layer needs to be controlled to be larger than the maximum pore size of the inorganic hybrid pore layer and the polymer porous support. For example, the minimum particle diameter of the conductive material may be 50 nm or more, or 50 to 300 nm, based on secondary particles.

상기 도전재로는 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이 도전재가 무기물 혼성 공극층 및 고분자 다공지지체의 기공 내로 삽입되지 않도록 해야 되므로, 도전성 휘스커(Whisker) 혹은 선형 구조를 가지는 탄소나노튜브 계열 도전재는 바람직하지 못하다. The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used. As mentioned above, since the conductive material must be prevented from inserting into the inorganic hybrid porous layer and the pores of the polymer porous support, carbon nanotube-based conductive materials having conductive whiskers or linear structures are not desirable.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 분리막은 상기 고분자 다공지지체의 타면에 위치하고, 바인더 고분자 및 무기 필러를 포함하는 무기물 혼성 공극층;을 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the separator is located on the other side of the polymer porous support and may further include an inorganic hybrid porous layer containing a binder polymer and an inorganic filler.

이 경우에, 상기 고분자 다공지지체의 일면에 위치하는 무기물 혼성 공극층을 제1 무기물 혼성 공극층으로 칭하고, 상기 고분자 다공지지체의 타면에 위치하는 무기물 혼성 공극층을 제2 무기물 혼성 공극층으로 칭할 수 있다.In this case, the inorganic mixed void layer located on one side of the polymer porous support is called a first inorganic mixed void layer, and the inorganic mixed void layer located on the other side of the polymer porous support is called a second inorganic mixed void layer. It can be called

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 분리막은 적층 순서대로 제2 무기물 혼성 공극층/고분자 다공지지체/ 제1 무기물 혼성 공극층/희생 양극재층의 구조를 가질 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the separator may have a structure of a second inorganic hybrid porous layer/polymer porous support/first inorganic hybrid porous layer/sacrificial anode material layer in the stacking order.

상기 고분자 다공지지체의 타면에 추가되는 무기물 혼성 공극층(제2 무기물 혼성 공극층)은 고분자 다공지지체와 직접 대면하여 고분자 다공지지체가 열수축하는 것을 방지하면서 분리막의 내열성을 더 강화시키고, 외부 이물 삽입시에도 격리기능을 유지하는 역할을 할 수 있다.The inorganic mixed pore layer (second inorganic mixed pore layer) added to the other side of the polymer porous support prevents heat shrinkage of the polymer porous support by directly facing the polymer porous support, further strengthening the heat resistance of the separator, and further strengthening the heat resistance of the external membrane. It can play a role in maintaining the isolation function even when inserting a foreign object.

추가되는 무기물 혼성 공극층(제2 무기물 혼성 공극층)에 포함되는 무기 필러와 바인더 고분자는 앞서 설명한 내용과 동일하고, 고분자 다공지지체의 일면에 위치하는 무기물 혼성 공극층(제1 무기물 혼성 공극층)의 무기 필러와 바인더 고분자와 동일한 종류일 수도 있고, 서로 상이할 수도 있다.The inorganic filler and binder polymer included in the added inorganic mixed void layer (second inorganic mixed void layer) are the same as described above, and the inorganic mixed void layer (first inorganic mixed void layer) located on one side of the polymer porous support. ) may be of the same type as the inorganic filler and binder polymer, or may be different from each other.

본 발명의 일 구현예에 따른 분리막은, 무기 필러, 바인더 고분자, 및 분산매(바인더 고분자에 대해서는 용매일 수도 있음)를 포함하는 무기물 혼성 공극층용 슬러리를 준비하는 단계; 고분자 다공지지체의 일 면에 무기물 혼성 공극층용 슬러리를 도포 및 건조하여 무기물 혼성 공극층을 형성하는 단계; 희생 양극재, 선택적으로 바인더 재료, 및 분산매(바인더 재료에 대해서는 용매일 수도 있음)를 포함하는 희생 양극재층용 슬러리를 준비하고, 상기 무기물 혼성 공극층 상에 상기 희생 양극재층용 슬러리를 도포 및 건조하여 희생 양극재층을 형성하는 단계;를 포함하는 제조방법에 의하여 제조될 수 있다.A separation membrane according to an embodiment of the present invention includes the steps of preparing a slurry for an inorganic hybrid porous layer containing an inorganic filler, a binder polymer, and a dispersion medium (which may be a solvent for the binder polymer); Forming an inorganic hybrid porous layer by applying and drying a slurry for an inorganic hybrid porous layer on one side of a polymer porous support; Prepare a slurry for a sacrificial cathode material layer containing a sacrificial cathode material, optionally a binder material, and a dispersion medium (may be a solvent for the binder material), and apply and dry the slurry for the sacrificial cathode material layer on the inorganic hybrid porous layer. It can be manufactured by a manufacturing method including the step of forming a sacrificial anode material layer.

먼저, 상기 고분자 다공지지체의 일면 상에 무기 필러, 바인더 고분자, 및 분산매(바인더 고분자에 대해서는 용매일 수도 있음)를 포함하는 무기물 혼성 공극층용 슬러리를 도포 및 건조하여 무기물 혼성 공극층을 형성한다.First, an inorganic hybrid porous layer slurry containing an inorganic filler, a binder polymer, and a dispersion medium (may be a solvent for the binder polymer) is applied and dried on one side of the polymer porous support to form an inorganic hybrid porous layer.

상기 무기물 혼성 공극층용 슬러리는 바인더 고분자를 분산매에 용해시킨 다음 무기 필러를 첨가하고 이를 분산시켜 제조될 수 있다. 이때, 무기 필러들은 적정 크기로 파쇄된 상태에서 첨가할 수 있으며, 바인더 고분자의 용액에 무기 필러를 첨가한 후 무기 필러를 볼밀법 등을 이용하여 파쇄하면서 분산시킬 수도 있다.The slurry for the inorganic hybrid porous layer can be prepared by dissolving the binder polymer in a dispersion medium, then adding an inorganic filler and dispersing it. At this time, the inorganic fillers can be added while crushed to an appropriate size, and after adding the inorganic fillers to the binder polymer solution, the inorganic fillers can be dispersed by crushing them using a ball mill method or the like.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 무기물 혼성 공극층용 슬러리를 전술한 코팅 장치를 이용하여 도포하고, 상기 도포한 결과물을 건조하여 상기 희생 양극재층의 상면에 전술한 인터스티셜 볼륨의 기공 구조를 갖는 무기물 혼성 공극층을 형성할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the slurry for the inorganic hybrid pore layer is applied using the above-described coating device, and the applied result is dried to form the above-described interstitial volume pore structure on the upper surface of the sacrificial anode material layer. It is possible to form an inorganic mixed porous layer.

상기 분산매는 함께 사용하고자 하는 바인더 고분자와 용해도 지수가 유사하며, 끓는점(boiling point)이 낮은 것이 적용될 수 있다. 이는 균일한 혼합과 이후 용매 제거를 용이하게 하기 위해서이다.The dispersion medium may have a solubility index similar to that of the binder polymer to be used and may have a low boiling point. This is to facilitate uniform mixing and subsequent solvent removal.

이러한 분산매의 예로는 서로 독립적으로, 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 메틸렌클로라이드, 클로로포름, 디메틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 시클로헥산, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올 및 물 중에서 선택된 1종의 화합물 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다. Examples of such dispersion media include, independently of one another, acetone, tetrahydrofuran, methylene chloride, chloroform, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, cyclohexane, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, and water. It may be a compound or a mixture of two or more types.

이때, 상기 분산매는 함께 혼합되는 바인더 고분자의 종류에 따라서 이를 용해시키는 용매의 역할과, 이를 분산시키는 분산매의 역할을 할 수 있다. At this time, the dispersion medium may serve as a solvent for dissolving the binder polymer and a dispersion medium for dispersing it, depending on the type of binder polymer mixed together.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 슬러리를 고분자 다공지지체에 도포하는 방법으로는, 전계량(premetering) 방식과 후계량(postmetering) 방식이 있다. 전계량 방식은, 도포량을 미리 결정하여 도입하는 방식으로서, 예를 들어, 슬롯 다이 코팅, 그라비어 코팅 등이 있다. 후계량 방식은 도포액인 슬러리를 고분자 다공지지체에 충분한 도포량으로 도포한 후 규정된 량으로 긁어내는 방식이며, 예를 들어, 바 코팅이 있다. 그 외, 상기 전계량 방식과 후계량 방식을 결합한 다이렉트 미터링 코팅이 있다.According to one embodiment of the present invention, methods for applying the slurry to the polymer porous support include a premetering method and a postmetering method. The total metering method is a method in which the application amount is determined in advance and introduced, for example, slot die coating, gravure coating, etc. The post-metering method is a method of applying a sufficient amount of slurry, which is a coating liquid, to a polymer porous support and then scraping off a prescribed amount. An example is bar coating. In addition, there is a direct metering coating that combines the pre-metering method and the post-metering method.

상기 도포한 결과물을 건조하여 상기 고분자 다공지지체의 적어도 일면에 전술한 인터스티셜 볼륨의 기공 구조를 갖는 무기물 혼성 공극층을 형성할 수 있다.The applied result may be dried to form an inorganic hybrid pore layer having the above-described interstitial volume pore structure on at least one surface of the polymer porous support.

또한, 상기 고분자 다공지지체의 일면에 바인더 고분자, 무기 필러, 및 분산매를 포함하는 슬러리를 전술한 코팅 장치를 이용하여 도포하는 단계 이후에 상기 슬러리가 도포된 고분자 다공지지체에 상기 바인더 고분자의 비용매를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이렇게 비용매를 도포하여 분산매이자 바인더 고분자의 용매에 용해된 상태의 슬러리가, 상기 바인더 고분자의 비용매와 접하게 되면서, 상분리 현상이 일어난다. 그 결과, 상기 무기물 혼성 공극층은 상기 무기 필러 및 상기 무기 필러 표면의 적어도 일부를 피복하는 바인더 고분자를 포함하는 복수 개의 노드(node);와, 상기 노드의 상기 바인더 고분자에서 실(thread) 모양으로 형성되어 나온 하나 이상의 필라멘트를 포함하며, 상기 필라멘트는 상기 노드로부터 연장되어 다른 노드를 연결하는 노드 연결 부분;을 구비하고, 상기 노드 연결 부분은, 상기 바인더 고분자에서 유래된 복수의 필라멘트들이 서로 교차하여 3차원 망상 구조체를 이루는 구조를 구비할 수 있다.In addition, after the step of applying a slurry containing a binder polymer, an inorganic filler, and a dispersion medium to one surface of the polymer porous support using the above-described coating device, the cost of the binder polymer is applied to the polymer porous support to which the slurry is applied. The step of applying the falcon may further be included. When the non-solvent is applied in this way, the slurry dissolved in the solvent of the binder polymer, which is also the dispersion medium, comes into contact with the non-solvent of the binder polymer, and a phase separation phenomenon occurs. As a result, the inorganic hybrid porous layer has a plurality of nodes including the inorganic filler and a binder polymer covering at least a portion of the surface of the inorganic filler; and the binder polymer of the nodes is formed in a thread shape. It includes one or more filaments formed, wherein the filaments extend from the node and include a node connection part connecting other nodes, wherein the node connection part is formed by a plurality of filaments derived from the binder polymer crossing each other. It may have a structure forming a three-dimensional network structure.

이때, 비용매 도포 방식은 비용매를 포함하는 조성물에 전단계 처리된 다공지지체를 침지하는 방식, 또는 비용매를 전단계 처리된 다공지지체의 표면에 스프레이 등으로 분사 도포하는 방식 등이 있을 수 있다. 이러한 무기물 혼성 코팅층의 형성 방법은 후술하는 고분자 다공지지체의 타면에 추가의 무기물 혼성 코팅층을 형성할 때도 적용할 수 있다. At this time, the non-solvent application method may be a method of immersing the previously treated porous support in a composition containing a non-solvent, or a method of spraying and applying the non-solvent to the surface of the previously treated porous support by spraying, etc. . This method of forming an inorganic hybrid coating layer can also be applied when forming an additional inorganic hybrid coating layer on the other side of the polymer porous support, which will be described later.

이후, 희생 양극재, 선택적으로 바인더 재료, 및 분산매(바인더 재료에 대해서는 용매일 수도 있음)를 포함하는 희생 양극재층용 슬러리를 준비하고, 상기 무기물 혼성 공극층 상에 상기 희생 양극재층용 슬러리를 도포 및 건조하여 희생 양극재층을 형성한다.Thereafter, a slurry for a sacrificial cathode material layer containing a sacrificial cathode material, optionally a binder material, and a dispersion medium (may be a solvent for the binder material) is prepared, and the slurry for a sacrificial cathode material layer is applied on the inorganic hybrid porous layer. and drying to form a sacrificial anode material layer.

상기 희생 양극재층용 분산매는 끓는점(boiling point)이 낮은 것이 적용될 수 있다. 이는 이후 용매 제거를 용이하게 하기 위해서이다.The dispersion medium for the sacrificial cathode material layer may have a low boiling point. This is to facilitate subsequent solvent removal.

희생 양극재는 물에 취약하므로 물이 아닌 분산매를 사용할 필요가 있고, 이러한 분산매의 예로는 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 메틸렌클로라이드, 클로로포름, 디메틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 시클로헥산, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올 중에서 선택된 1종의 화합물 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다. Since the sacrificial cathode material is vulnerable to water, it is necessary to use a dispersion medium other than water. Examples of such dispersion media include acetone, tetrahydrofuran, methylene chloride, chloroform, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, cyclohexane, It may be one type of compound selected from methanol, ethanol, and isopropyl alcohol, or a mixture of two or more types.

이때, 상기 분산매는 선택적으로 혼합되는 바인더 재료의 종류에 따라서 이를 용해시키는 용매의 역할과, 이를 분산시키는 분산매의 역할을 할 수 있다. At this time, the dispersion medium may serve as a solvent for dissolving the binder material and a dispersion medium for dispersing the binder material, depending on the type of binder material being selectively mixed.

상기 희생 양극재층용 슬러리는 분산매에 희생 양극재를 첨가하고 이를 분산시켜 제조될 수 있다. 이때, 희생 양극재는 적정 크기로 파쇄된 상태에서 첨가할 수 있으며, 분산매에 리튬 이온 ?g장 물질을 첨가한 후 희생 양극재를 볼밀법 등을 이용하여 파쇄하면서 분산시킬 수도 있다.The slurry for the sacrificial cathode material layer can be prepared by adding the sacrificial cathode material to a dispersion medium and dispersing it. At this time, the sacrificial cathode material can be added while crushed to an appropriate size, and the sacrificial cathode material can be dispersed by crushing it using a ball mill method or the like after adding a lithium ion-containing material to the dispersion medium.

상기 희생 양극재층용 슬러리를 고분자 다공지지체에 도포하는 방법으로는, 전계량(premetering) 방식과 후계량(postmetering) 방식이 있다. 전계량 방식은, 도포량을 미리 결정하여 도입하는 방식으로서, 예를 들어, 슬롯 다이 코팅, 그라비어 코팅 등이 있다. 후계량 방식은 도포액인 슬러리를 고분자 다공지지체에 충분한 도포량으로 도포한 후 규정된 량으로 긁어내는 방식이며, 예를 들어, 바 코팅이 있다. 그 외, 상기 전계량 방식과 후계량 방식을 결합한 다이렉트 미터링 코팅이 있다.Methods for applying the slurry for the sacrificial cathode material layer to the polymer porous support include a premetering method and a postmetering method. The total metering method is a method in which the application amount is determined in advance and introduced, for example, slot die coating, gravure coating, etc. The post-metering method is a method of applying a sufficient amount of slurry, which is a coating liquid, to a polymer porous support and then scraping off a prescribed amount. An example is bar coating. In addition, there is a direct metering coating that combines the pre-metering method and the post-metering method.

상기 무기물 혼성 공극층에 도포된 희생 양극재층용 슬러리를 건조하는 방법은, 슬러리 내의 분산매를 제거하는 공정이라면 적용 가능하고, 예를 들어 70℃ 내지 100℃의 오븐에서 0.2 내지 3 분 동안 진행될 수 있다.The method of drying the slurry for the sacrificial cathode material layer applied to the inorganic hybrid porous layer is applicable as long as it is a process of removing the dispersion medium in the slurry, and can be performed, for example, in an oven at 70°C to 100°C for 0.2 to 3 minutes. .

본 발명의 일 구현예에 따르면, 희생 양극재층용 슬러리에 UV 반응하여 가교될 수 있는 UV 가교성 고분자를 첨가하고, 이러한 희생 양극재층용 슬러리를 무기물 혼성 공극층 상에 도포한 후에 UV를 조사하여 고속 박막으로 희생 양극재층을 형성할 수도 있다. 이때, 사용될 수 있는 UV 가교성 고분자의 예로는 불포화 폴리에스테르, 폴리에스터 아크릴레이트, 폴리우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 등이 있을 수 있다. 또한, 상기 UV 조사 조건은 500 내지 3,000 mJ/cm2 일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a UV cross-linkable polymer that can be cross-linked by UV reaction is added to the slurry for the sacrificial cathode material layer, and the slurry for the sacrificial cathode material layer is applied on the inorganic mixed porous layer and then irradiated with UV. The sacrificial anode material layer can also be formed as a high-speed thin film. At this time, examples of UV cross-linkable polymers that can be used may include unsaturated polyester, polyester acrylate, polyurethane acrylate, and epoxy acrylate. Additionally, the UV irradiation conditions may be 500 to 3,000 mJ/cm 2 .

또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 분리막은 무기 필러, 바인더 고분자, 및 분산매(바인더 고분자에 대해서는 용매일 수도 있음)를 포함하는 추가 무기물 혼성 공극층용 슬러리를 준비하고, 이를 상기 고분자 다공지지체의 타면에 도포 및 건조하여 추가의 무기물 혼성 공극층을 형성할 수도 있다.In addition, the separator according to one embodiment of the present invention prepares a slurry for an additional inorganic hybrid porous layer containing an inorganic filler, a binder polymer, and a dispersion medium (may be a solvent for the binder polymer), and mixes it with the polymer porous support. It can also be applied to the other surface and dried to form an additional inorganic mixed pore layer.

본 발명의 일 측면에 따르면, 양극, 음극, 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 리튬 이차전지가 제공되고, 상기 분리막이 전술한 본 발명의 일 구현예에 따른 분리막이고, 상기 분리막의 희생 양극재층이 상기 양극과 대면하는 리튬 이차전지가 제공된다.According to one aspect of the present invention, a lithium secondary battery is provided including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the separator is a separator according to an embodiment of the present invention described above, and the separator A lithium secondary battery is provided in which a sacrificial cathode material layer faces the anode.

도 3a, 도 3b, 및 도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 분리막과 양극이 대면하는 단면을 나타내는 모식도이다. 본 발명의 일 구현예에 따른 분리막(100, 110, 200)은 고분자 다공지지체(10)의 적어도 일면에 위치하고, 바인더 고분자 및 무기 필러를 포함하는 무기물 혼성 공극층(20, 40); 및 상기 고분자 다공지지체의 타면 또는 무기물 혼성 공극층의 일면에 위치하고, 20% 이하의 초기효율 및 500 mAh/g 이상의 용량을 갖는 희생 양극재를 포함하는 희생 양극재층(30);을 포함하고, 양극(300)이 상기 분리막(100, 110, 200)의 희생 양극재층(30)과 대면한다. 3A, 3B, and 4 are schematic diagrams showing a cross section where a separator and an anode face each other according to an embodiment of the present invention. The separator (100, 110, 200) according to one embodiment of the present invention is located on at least one side of the polymer porous support (10) and includes an inorganic hybrid porous layer (20, 40) containing a binder polymer and an inorganic filler; And a sacrificial cathode material layer 30 located on the other side of the polymer porous support or one side of the inorganic mixed porous layer and comprising a sacrificial cathode material having an initial efficiency of 20% or less and a capacity of 500 mAh/g or more. The anode 300 faces the sacrificial anode material layer 30 of the separators 100, 110, and 200.

상기 리튬 이차전지는, 리튬 금속 이차전지, 리튬 이온 이차전지, 리튬 폴리머 이차전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차전지 등을 포함할 수 있다.The lithium secondary battery may include a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, or a lithium ion polymer secondary battery.

상기 분리막의 희생 양극재층은 상기 양극과 대면하면서, 초기 충방전 사이클에서의 비가역 용량이 크며 이로 인해 충방전 초기 효율이 낮은 음극을 적용하는 경우에 상기 희생 양극재 층에 포함되어 있는 희생 양극재는 충전시 보유하는 Li 이온을 음극으로 방출하여, 음극의 비가역 용량을 보상하는 동시에 음극의 작동 전위 범위(working range)를 조절하는 역할을 하게 된다. The sacrificial cathode material layer of the separator faces the anode and has a large irreversible capacity in the initial charge and discharge cycle. Therefore, when a cathode with low initial charge and discharge efficiency is applied, the sacrificial anode material contained in the sacrificial anode material layer is charged. By releasing the Li ions held at the time to the cathode, it compensates for the irreversible capacity of the cathode and at the same time controls the working potential range of the cathode.

본 발명의 분리막과 함께 적용될 양극과 음극의 양 전극으로는 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 전극활물질을 전극 전류집전체에 결착된 형태로 제조할 수 있다. 상기 전극활물질 중 양극활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학소자의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들을 조합한 리튬복합산화물을 사용할 수 있다. There is no particular limitation on the positive and negative electrodes to be applied together with the separator of the present invention, and the electrode active material can be manufactured in a form bound to the electrode current collector according to a common method known in the art. Non-limiting examples of the positive electrode active material among the above electrode active materials include common positive electrode active materials that can be used in the positive electrode of conventional electrochemical devices, especially lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron oxide, or a combination thereof. One lithium complex oxide can be used.

음극활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학소자의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite) 또는 기타 탄소류, 규소, 규소 산화물, 규소-탄소 복합체 등과 같은 리튬 흡착물질 등이 바람직하다. Non-limiting examples of negative electrode active materials include common negative electrode active materials that can be used in the negative electrode of conventional electrochemical devices, especially lithium metal or lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, Lithium adsorption materials such as graphite or other carbons, silicon, silicon oxide, silicon-carbon composite, etc. are preferred.

양극 전류집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극 전류집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.Non-limiting examples of the positive current collector include foil made of aluminum, nickel, or a combination thereof, and non-limiting examples of the negative current collector include foil made of copper, gold, nickel, or a copper alloy, or a combination thereof. There are foils etc. that are manufactured.

본 발명의 일 구현예에 따른 전기화학소자에서 사용될 수 있는 전해액은 A+B-와 같은 구조의 염으로서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하고 B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 -와 같은 음이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염이 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤 (g-부티로락톤) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 또는 해리된 것이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The electrolyte solution that can be used in the electrochemical device according to an embodiment of the present invention is a salt with the same structure as A + B - , where A + is an alkali metal cation such as Li + , Na + , K + or a combination thereof. Contains ions and B - is PF 6 - , BF 4 - , Cl - , Br - , I - , ClO 4 - , AsF 6 - , CH 3 CO 2 - , CF 3 SO 3 - , N(CF 3 SO 2 ) 2 - , C (CF 2 SO 2 ) 3 - Salts containing anions such as ions or a combination thereof are propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), and dimethyl carbonate ( DMC), dipropylcarbonate (DPC), dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethylcarbonate (EMC), gamma Butyrolactone (g-butyrolactone) or mixtures thereof may be dissolved or dissociated in an organic solvent, but are not limited thereto.

상기 전해액 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전지 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 전지 조립 전 또는 전지 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.The electrolyte injection may be performed at an appropriate stage during the battery manufacturing process, depending on the manufacturing process and required physical properties of the final product. That is, it can be applied before battery assembly or at the final stage of battery assembly.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be further described in detail through examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these only.

제조예Manufacturing example

양극의 제조Manufacturing of anode

도전재 선분산액을 N-메틸피롤리돈(NMP)을 용매로 하여, 카본블랙(Denka社, Li435)과 분산제(Zeon社, BM740H)를 10:1의 중량비로 준비하였다. 이때 도전재 선분산액의 고형분은 6%였다.The conductive material pre-dispersion was prepared using N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent, carbon black (Denka, Li435) and dispersant (Zeon, BM740H) at a weight ratio of 10:1. At this time, the solid content of the conductive material pre-dispersion was 6%.

양극활물질로 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (NCM523, Jinhe社, S740)과 LiCoO2(LCO, L&F신소재社, LC10S)를 5:5로 혼합한 후 폴리비닐리덴플루오라이드(Kureha社, KF9700)를 바인더로하여, 도전재 선분산액과 혼합하여 양극 슬러리를 제조하였다. (양극활물질) : (바인더) : (도전재 선분산액중 도전재와 분산제의 총중량)의 중량비는 97.1 : 1.25 : 1.65로 하였다. 이때 양극 슬러리의 고형분은 77%였다.As a cathode active material, LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 (NCM523, Jinhe Company, S740) and LiCoO 2 (LCO, L&F Advanced Materials Company, LC10S) were mixed in a ratio of 5:5 and then polyvinylidene fluoride (Kureha Company, KF9700). was used as a binder, and mixed with the conductive material pre-dispersion to prepare a positive electrode slurry. The weight ratio of (positive electrode active material):(binder):(total weight of conductive material and dispersant in conductive material pre-dispersion liquid) was 97.1:1.25:1.65. At this time, the solid content of the positive electrode slurry was 77%.

제조된 슬러리를 알루미늄 박 위에 도포 및 건조한 후 압연하여 양극을 제조하였다. 제조된 양극의 용량은 4.3V 충전 기준 3.696mAh/cm2였다.The prepared slurry was applied on an aluminum foil, dried, and then rolled to manufacture a positive electrode. The capacity of the manufactured positive electrode was 3.696mAh/cm 2 based on 4.3V charging.

음극의 제조Preparation of cathode

용매로 물에 실리콘 (Wacker社, 개발품)을 활물질로 하여 도전재(Imerys社, Super-C65), 바인더(Li-PAA, Sigma-Aldrich社)를 7 : 2 : 1의 중량비로 혼합하여 음극 슬러리를 준비하였고, 이때 음극 슬러리의 고형분은 42%였다. 제조된 슬러리를 동박 위에 도포 및 건조한 후 압연하여 음극을 제조하였다. 제조된 음극의 용량은 10.64mAh/cm2였다.A cathode slurry was prepared by mixing water as a solvent, silicon (Wacker, developed product) as an active material, a conductive material (Imerys, Super-C65), and a binder (Li-PAA, Sigma-Aldrich) at a weight ratio of 7:2:1. was prepared, and at this time, the solid content of the cathode slurry was 42%. The prepared slurry was applied and dried on copper foil and then rolled to prepare a negative electrode. The capacity of the manufactured negative electrode was 10.64mAh/cm 2 .

실시예 1Example 1

제1 슬러리는 물을 용매로 하여, 알루미나(Sumitomo社, AES-11)를 카복시메틸셀룰로오스(지엘켐社, SG-L02)를 분산제로 하여 분산시킨 후, 바인더 고분자로 아크릴 에멀젼(Toyo ink社, CSB130)을 후첨하여 제조하였다. 제조시 알루미나, 카복시메틸셀룰로오스, 및 아크릴 에멀젼의 중량비는 97 : 1 : 2의 비율이었으며, 고형분은 35% 였다. The first slurry was prepared by dispersing alumina (Sumitomo, AES-11) using water as a solvent and carboxymethyl cellulose (GLChem, SG-L02) as a dispersant, and then dispersing acrylic emulsion (Toyo ink, Inc.) as a binder polymer. It was prepared by post-adding CSB130). During production, the weight ratio of alumina, carboxymethylcellulose, and acrylic emulsion was 97:1:2, and the solid content was 35%.

제2 슬러리는 아세톤을 용매로 하여, 희생양극재로 Li6CoO4(LG화학社, 개발품, D50: 1.9㎛, 충전용량 687mAh/g, 초기효율 0.9%)를 바인더로 폴리비닐리덴플루오라이드-테트라플루오로에틸렌(Daikin社, VT475)으로, 도전재로 카본블랙(Denka社, Li435) 사용한 슬러리를 제조하였다. 제조시 조성은 희생양극재 : 바인더 : 도전재의 중량비는 90 : 8 : 2로 하였으며, 고형분은 25% 였다.The second slurry used acetone as a solvent, Li 6 CoO 4 (LG Chemical, developed product, D50: 1.9㎛, charging capacity 687mAh/g, initial efficiency 0.9%) as a sacrificial anode material, and polyvinylidene fluoride as a binder. A slurry using tetrafluoroethylene (Daikin, VT475) and carbon black (Denka, Li435) as a conductive material was prepared. When manufacturing, the weight ratio of sacrificial anode material: binder: conductive material was 90:8:2, and the solid content was 25%.

기재로 폴리에틸렌 6.5㎛급 다공성막(Senior社, SW507)으로 하고, 일면에는 알루미나 기반 제1 슬러리를 반대면에는 희생양극재 기반 제2 슬러리를 마이크로그래비어 장치를 이용하여 롤 코팅 방식으로 각각 도포하고, 열풍으로 운전되는 건조장치를 이용하여 80도 온도에서 2분 동안 건조하였다. 제1 슬러리 코팅 및 건조 결과물인 무기물 혼성 공극층의 두께는 2.5㎛ 였으며, 제2 슬러리 코팅 및 건조 결과물인 희생 양극재층의 두께는 2.5㎛ 였다. 제조된 분리막을 앞서 준비한 양극과 음극 사이에서 희생 양극재층이 양극에 대면하도록 전지를 조립하였다.A 6.5㎛ polyethylene porous film (Senior, SW507) was used as the substrate, and an alumina-based first slurry was applied to one side and a sacrificial anode material-based second slurry was applied to the other side by roll coating using a microgravure device. , it was dried for 2 minutes at a temperature of 80 degrees using a drying device operated by hot air. The thickness of the inorganic mixed pore layer, which was the result of the first slurry coating and drying, was 2.5 ㎛, and the thickness of the sacrificial cathode material layer, which was the result of the second slurry coating and drying, was 2.5 ㎛. The battery was assembled so that the sacrificial cathode material layer faced the anode between the prepared separator and the previously prepared anode and cathode.

제조된 전지는 47.9mAh의 용량을 나타내었으며, 45℃ 조건에서 1C/1C 충방전 조건으로 300 cycle 충방전 반복 평가를 진행하였으며, 초기 용량 대비 잔여 용량은 90.5%였다.The manufactured battery had a capacity of 47.9 mAh, and 300 cycles of charging and discharging were repeatedly evaluated under 1C/1C charging and discharging conditions at 45°C, and the remaining capacity compared to the initial capacity was 90.5%.

실시예 2Example 2

무기물 혼성 공극층의 두께를 1.5㎛, 희생 양극재층의 두께를 3.5㎛로 조정한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 전지를 제조하였다.A battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the inorganic hybrid void layer was adjusted to 1.5 μm and the thickness of the sacrificial cathode material layer was adjusted to 3.5 μm.

제조된 전지는 48.3mAh의 용량을 나타내었으며, 300 cycle 후 잔여 용량은 93.3% 였다.The manufactured battery had a capacity of 48.3 mAh, and the remaining capacity after 300 cycles was 93.3%.

비교예 1Comparative Example 1

희생양극재를 LiNiO2(LNO, 에코프로社, 개발품, D50: 14㎛, 충전용량: 355mAh/g, 초기효율: 28.2%)로 변경한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 제2 슬러리를 준비하였다. A second slurry was prepared in the same manner as in Example 1, except that the sacrificial anode material was changed to LiNiO 2 (LNO, Ecopro, developed product, D50: 14㎛, charging capacity: 355mAh/g, initial efficiency: 28.2%). .

무기물 혼성 공극층의 두께를 1.5㎛, 희생 양극재층의 두께를 20.0㎛으로 하여 분리막을 제조하였으며, 전지 조립은 실시예 1과 동일하게 제조하였다.A separator was manufactured with the thickness of the inorganic hybrid pore layer being 1.5㎛ and the thickness of the sacrificial anode material layer being 20.0㎛, and the battery assembly was manufactured in the same manner as in Example 1.

제조된 전지는 47.1mAh의 용량을 나타내었으며, 300 cycle 후 잔여 용량은 24.3% 였으며, 가스 발생으로 전지는 팽창되었다.The manufactured battery had a capacity of 47.1 mAh, the remaining capacity after 300 cycles was 24.3%, and the battery expanded due to gas generation.

본 발명의 희생 양극재의 평가 방법은 다음과 같다.The evaluation method for the sacrificial cathode material of the present invention is as follows.

희생 양극재의 용량 및 초기효율 측정Measurement of capacity and initial efficiency of sacrificial cathode material

희생양극재와 도전재, 바인더로만 구성되어 제조된 양극 (중량비 = 96 : 2 : 2) 리튬 금속으로 된 음극과 이들 양극과 음극 사이에 개재된 20㎛ 두께의 폴리에틸렌 분리막을 구비하는 하프셀 제조하여 상온에서 0.1C의 충전 조건에서 4.2V까지 충전하여 충전용량을 확인하고, 연이어 동일 온도에서 0.1C의 방전 조건에서 3.0V까지 방전하여 방전용량을 확인한다. 또한 이때의 충전용량대비 방전용량의 비율을 초기효율로 계산하여 정할 수 있다.A half-cell is manufactured containing a cathode made of lithium metal with a sacrificial cathode material, a conductive material, and a binder (weight ratio = 96:2:2) and a 20㎛ thick polyethylene separator sandwiched between the anode and the cathode. Check the charging capacity by charging to 4.2V under charging conditions of 0.1C at room temperature, and then check the discharge capacity by discharging to 3.0V under discharging conditions of 0.1C at the same temperature. Additionally, the ratio of discharge capacity to charge capacity at this time can be calculated and determined as the initial efficiency.

희생 양극재의 평균입경(D50) 측정Measurement of average particle diameter (D50) of sacrificial cathode material

레이저 회절 입도 측정 장치(Microtrac S3500)에 도입하여 입자들이 레이저빔을 통과할 때 입자 크기에 따른 회절패턴 차이를 측정하여 입도 분포를 산출하였다. 측정 장치에 있어서의 입경에 따른 입자 개수 누적 분포의 10%, 50% 및 90%가 되는 지점에서의 입자 직경을 산출함으로써, D10, D50 및 D90을 측정하였고, 이때, D50을 평균입경으로 정의하였다.A laser diffraction particle size measurement device (Microtrac S3500) was used to calculate the particle size distribution by measuring the difference in diffraction patterns depending on the particle size when the particles passed through the laser beam. D10, D50, and D90 were measured by calculating the particle diameters at 10%, 50%, and 90% of the cumulative distribution of particle numbers according to particle size in the measuring device. At this time, D50 was defined as the average particle diameter. .

이상 본 발명의 실시예 및 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Although the present invention has been described above with reference to embodiments and drawings, those skilled in the art will be able to make various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

Claims (9)

고분자 다공지지체;
상기 고분자 다공지지체의 일면에 위치하고, 바인더 고분자 및 무기 필러를 포함하는 무기물 혼성 공극층; 및
상기 고분자 다공지지체의 타면, 또는 상기 고분자 다공지지체와 접하지 않는 무기물 혼성 공극층의 일면에 위치하고, 20% 이하의 초기효율 및 500 mAh/g 이상의 충전용량을 갖는 희생 양극재를 포함하는 희생 양극재층;을 구비하는 분리막.
Polymer porous support;
An inorganic hybrid porous layer located on one side of the polymer porous support and containing a binder polymer and an inorganic filler; and
A sacrificial cathode material located on the other side of the polymer porous support or on one side of the inorganic hybrid porous layer that is not in contact with the polymer porous support, and having an initial efficiency of 20% or less and a charging capacity of 500 mAh/g or more. A separator having a cathode material layer.
제1항에 있어서,
상기 희생 양극재층이 상기 고분자 다공지지체와 접하지 않는 무기물 혼성 공극층의 일면에 위치하는 경우, 상기 분리막이 상기 고분자 다공지지체의 타면에 위치하고, 바인더 고분자 및 무기 필러를 포함하는 무기물 혼성 공극층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막.
According to paragraph 1,
When the sacrificial anode material layer is located on one side of the inorganic hybrid porous layer that is not in contact with the polymer porous support, the separator is located on the other side of the polymer porous support, and the inorganic hybrid porous layer containing a binder polymer and an inorganic filler A separator further comprising:
제1항에 있어서,
상기 희생 양극재가 0.1 내지 20%의 초기효율을 갖는 것을 특징으로 하는 분리막.
According to paragraph 1,
A separator wherein the sacrificial cathode material has an initial efficiency of 0.1 to 20%.
제1항에 있어서,
상기 희생 양극재가 500 mAh/g 내지 2000 mAh/g 의 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 분리막.
According to paragraph 1,
A separator, characterized in that the sacrificial cathode material has a capacity of 500 mAh/g to 2000 mAh/g.
제1항에 있어서,
상기 희생 양극재가 리튬코발트 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막.
According to paragraph 1,
A separator, wherein the sacrificial cathode material includes lithium cobalt oxide.
제1항에 있어서,
상기 희생 양극재가 3 ㎛ 이하의 평균입경을 갖는 것을 특징으로 하는 분리막.
According to paragraph 1,
A separator, wherein the sacrificial cathode material has an average particle diameter of 3 ㎛ or less.
제1항에 있어서,
상기 희생 양극재층의 두께가 0.1 내지 5 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 분리막.
According to paragraph 1,
A separator, characterized in that the sacrificial cathode material layer has a thickness of 0.1 to 5 ㎛.
제1항에 있어서,
상기 희생 양극재층이 폴리비닐리덴계 고분자를 바인더로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막.
According to paragraph 1,
A separator, wherein the sacrificial cathode material layer further includes a polyvinylidene-based polymer as a binder.
양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하고,
상기 분리막이 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 분리막이고,
상기 분리막의 희생 양극재층이 상기 양극과 대면하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
Comprising an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode,
The separator is the separator according to any one of claims 1 to 8,
A lithium secondary battery, characterized in that the sacrificial cathode material layer of the separator faces the cathode.
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