KR101661671B1 - A method for manufacturing porous separators for use of secondary cell using nano steam, separators made by the method, and secondary cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노증기를 이용하여 이차 전지용 다공성 분리막을 제조하는 방법, 상기 방법에 의해 제조된 분리막, 상기 분리막을 포함하는 이차 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a porous separator for a secondary battery using nano-vapor, a separator prepared by the method, and a secondary battery including the separator.
Description
본 발명은 나노증기를 이용하여 이차 전지용 다공성 분리막을 제조하는 방법, 상기 방법에 의해 제조된 분리막, 및 상기 분리막을 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing a porous separator for a secondary battery using nano-vapor, a separator prepared by the method, and a secondary battery including the separator.
이차 전지용 다공성 분리막은 배터리 내에서 양극과 음극을 서로 격리시키면서 이온 전도도를 지속적으로 유지시켜 주어 전지의 충전과 방전이 가능하게 하는 중간막을 의미한다.The porous separator for a secondary battery refers to an interlayer that keeps the anode and the cathode in a battery while maintaining the ion conductivity and enables charging and discharging of the battery.
최근 전자 기기의 휴대성을 높이기 위한 전기 화학 전지의 경량화 및 소형화 추세와 더불어, 전기 자동차 등에의 사용을 위한 고출력 대용량 전지를 필요로 하는 경향이 있다. 이에, 이차 전지용 분리막의 경우 그 두께를 얇게 하고 중량을 가볍게 하는 것이 요구되면서도 그와 동시에 고용량 전지의 생산성 향상을 위하여 열 및 높은 텐션에 의한 형태 안정성이 우수할 것이 요구된다.In recent years, electrochemical cells for increasing the portability of electronic devices have become more lightweight and miniaturized, and there is a tendency to require high-output large capacity batteries for use in electric vehicles and the like. Therefore, in the case of a separator for a secondary battery, it is required to reduce its thickness and weight, and at the same time, it is required to have excellent shape stability by heat and high tension in order to improve the productivity of a high capacity battery.
양극/분리막/음극으로 이루어진 전극 조립체는 단순히 적층된 구조로 이루어질 수도 있지만, 다수의 전극들을 분리막이 개재된 상태에서 적층한 후 가열/가압에 의해 상호 결합시킨 구조로 이루어질 수 있다. 이 경우, 전극과 분리막의 결합은 분리막 상에 형성된 접착층과 전극을 상호 대면시킨 상태에서 가열/가압함으로써 달성된다. 따라서, 분리막에는 일반적으로 전극과의 접착력과 수축률을 향상시키기 위해, 바인더 고분자가 코팅된다. 코팅액 제조시 바인더 고분자를 용해시키기 위해 통상 DMF(디메틸포름아미드)와 같은 고비점의 용매를 사용하게 되는 데, 코팅 후 건조 공정에서 용매가 잔존하게 되면 이차전지 내에서 전기화학적인 부반응을 일으켜 전지의 성능에 악영향을 주게 된다. 코팅 이후 용매 함유량을 줄이기 위해서는 건조 조건을 과도하게 부여해야 하는데, 너무 과도한 건조조건은 원단 분리막에 악영향을 준다. 예를 들어, 선행 특허(대한민국 특허 등록 제0877161호)에서는 비용제의 끓는점이 100℃ 미만인 경우에는 비용제 제거를 위해 100℃에서 건조를 행하는 것이 바람직하고, 비용제의 끓는점이 100℃ 이상인 경우에는 90℃에서 진공 건조를 행하는 것이 바람직하다라고 기술하고 있다. 그러나, 100℃에서 건조하는 방법이나 90℃에서 진공 건조하는 방법은 모두 이차 전지 다공성 분리막에 고온의 열을 가하는 것을 수반하기 때문에 열로 인한 분리막의 수축 및 변형을 피할 수 없다. 또한, 일정 수준의 통기도를 확보하기 위해서는 수분이 포함된 공기를 사용해야 하는데 이 경우 코팅 후 수분량이 과량으로 포함되는 현상이 발생한다. 리튬 이차전지는 예를 들어, 전지 내부에 수분 함량이 증가할 경우, 전해질의 분해를 유발하여 산을 생성시키고, 그렇게 생성된 산은 음극 SEI(Solid electrolyte interface)의 분해 및 양극 활물질의 용해 등의 부반응을 촉진시키며, 궁극적으로 전지 용량의 감소 및 내부 저항의 증가 등의 문제점을 유발한다. 즉, 리튬 이차전지의 성능은 전지 내부의 수분 함량에 의해 큰 영향을 받으므로, 전지의 제조공정에 있어서 수분의 침투를 방지하는 것이 무엇보다 중요하다.
The electrode assembly composed of the anode / separator / cathode may have a laminated structure, but may have a structure in which a plurality of electrodes are laminated with a separator interposed therebetween and then bonded to each other by heating / pressing. In this case, the coupling of the electrode and the separation membrane is achieved by heating / pressing the electrode with the adhesive layer formed on the separation membrane facing each other. Therefore, a binder polymer is generally coated on the separator in order to improve adhesion and shrinkage ratio to the electrode. A high boiling point solvent such as DMF (dimethylformamide) is usually used to dissolve the binder polymer in the preparation of the coating solution. When the solvent remains in the drying process after coating, an electrochemical side reaction occurs in the secondary battery, Which adversely affects performance. In order to reduce the solvent content after coating, the drying conditions must be over-applied, and excessive drying conditions adversely affect the raw material separation membrane. For example, in the prior art (Korean Patent Registration No. 0877161), when the boiling point of the costing agent is less than 100 캜, drying is preferably performed at 100 캜 to remove the costing agent, and when the boiling point of the costing agent is 100 캜 or higher It is preferable to perform vacuum drying at 90 占 폚. However, both the method of drying at 100 占 폚 and the method of vacuum drying at 90 占 폚 all involve high temperature heat applied to the secondary battery porous separator, so that contraction and deformation of the separator due to heat can not be avoided. In addition, in order to secure a certain level of air permeability, air containing moisture must be used. In this case, excessive water content after coating occurs. For example, when the water content in the battery increases, the lithium secondary battery generates an acid by causing decomposition of the electrolyte, and the acid thus produced is decomposed into a negative electrode SEI (solid electrolyte interface) and a side reaction And ultimately causes problems such as a decrease in battery capacity and an increase in internal resistance. That is, since the performance of the lithium secondary battery is greatly influenced by the moisture content in the battery, it is most important to prevent the penetration of moisture in the manufacturing process of the battery.
본 발명은 상기한 바와 같이 종래의 고온에서 가열 혹은 진공에 의해 용매 및 수분을 가열 건조하는 방법에서 열로 인해 분리막이 수축 또는 변형되는 문제를 해결하여 열에 대해 안정성이 우수한 분리막을 제공하기 위해 고안된 것이다.The present invention has been devised to provide a separation membrane excellent in stability against heat by solving the problem of shrinkage or deformation of the separation membrane due to heat in a conventional method of heating and drying solvent and moisture by heating or vacuum at a high temperature as described above.
또한 본 발명은 전지 내부의 수분을 효과적으로 제거하여 수분으로 인해 야기될 수 있는 음극 SEI(Solid electrolyte interface)의 분해, 양극 활물질의 용해, 전지 용량의 감소 및 내부 저항의 증가 등의 제반 문제를 해소하기 위한 것이다.
The present invention also solves all problems such as the decomposition of a negative electrode SEI (solid electrolyte interface), the dissolution of a cathode active material, the reduction of a battery capacity, and the increase of internal resistance, .
본 발명은 이차전지용 다공성 분리막의 건조 과정 중 나노증기를 이용한 건조 단계를 도입함으로써 상대적으로 저온에서 건조 공정에 의해 분리막의 용매 및 수분을 효과적으로 제거할 수 있다.The present invention can effectively remove the solvent and moisture of the separation membrane by drying at a relatively low temperature by introducing a drying step using the nano-vapor during the drying process of the porous separation membrane for a secondary battery.
본 발명의 일 양태에 따른 이차전지용 다공성 분리막의 제조 방법은, 기재를 바인더 고분자와 용매를 포함하는 코팅 조성물로 코팅하여 코팅된 분리막을 제조하고, 상기 코팅된 분리막을 나노 증기를 이용하여 제1 건조하는 것을 포함할 수 있다.A method of manufacturing a porous separation membrane for a secondary battery according to an embodiment of the present invention comprises coating a base material with a coating composition comprising a binder polymer and a solvent to prepare a coated separation membrane and drying the coated separation membrane using a nano- Lt; / RTI >
우선, 기재 상에 코팅층을 형성한다. 구체적으로, 바인더 고분자와 용매를 볼 밀, 비즈 밀 또는 스크류 믹서 등을 이용하여 충분히 교반하는 공정을 거쳐 혼합물 형태의 코팅 조성물을 형성하고, 이후 코팅 조성물을 기재의 적어도 일면에 딥 코팅법, 다이 코팅법, 롤 코팅법, 또는 콤마 코팅법에 이용해 코팅할 수 있다. 상기 코팅법은 단독으로 사용되거나 2개 이상의 방법을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 방법에 의해 형성된 코팅층의 두께는 0.01 내지 10㎛일 수 있으며, 예를 들어 1 내지 5 ㎛의 범위일 수 있다. First, a coating layer is formed on a substrate. Specifically, the binder polymer and the solvent are sufficiently stirred using a ball mill, a bead mill or a screw mixer to form a coating composition in the form of a mixture, and then the coating composition is applied on at least one side of the base by a dip coating method, A roll coating method, or a comma coating method. The coating method may be used alone or in combination of two or more methods. The thickness of the coating layer formed by the above method may be in the range of 0.01 to 10 mu m, for example, in the range of 1 to 5 mu m.
상기 기재는 폴리올레핀계일 수 있다. 폴리올레핀계 고분자라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 등을 사용할 수 있으며, 단층으로 형성된 단일막 구조이거나 2층 이상이 적층된 적층막 구조일 수 있다. 상기 기재의 두께는 1 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있으며, 예를 들어, 4 ㎛ 내지 25 ㎛일 수 있다. 상기 기재의 기공 크기 및 기공도 등은 큰 제한이 없으나, 상기 범위 내에서 적절한 기계적 물성 및 통기도를 확보할 수 있다. 또한, 상기 기재는 섬유 또는 막(membrane)형태일 수 있다. The substrate may be polyolefin-based. For example, high-density polyethylene, low-density polyethylene, linear low-density polyethylene, ultra-high-molecular-weight polyethylene and polypropylene can be used as long as it is a polyolefin-based polymer, and a single film structure formed of a single layer, Structure. The thickness of the substrate may be between 1 탆 and 50 탆, for example between 4 탆 and 25 탆. The pore size and porosity of the substrate are not critical, but appropriate mechanical properties and air permeability can be secured within the above range. The substrate may also be in the form of a fiber or membrane.
이어서, 코팅된 분리막을 나노 증기를 이용하여 제1 건조한다. 본 발명에서 나노 증기는 입자 사이즈를 1 ㎛ 이하로 제어한 증기를 말한다. 구체적으로, 증기 발생기를 통해 발생한 증기를 induction coil heater가 부착된 나노 증기 변환 장치에 통과시켜 증기 입자 크기를 1 ㎛ 이하로 제어한 증기를 말한다. 상기 '증기'는 물을 가열하여 발생한 기체를 의미한다. 따라서, 나노 증기에서 수증기의 입자 크기는 1㎛ 이하이다. 구체적으로, 500 내지 1000 nm일 수 있다. Then, the coated separator is first dried using nano vapor. In the present invention, the nano vapor refers to a vapor whose particle size is controlled to 1 μm or less. Specifically, the steam generated through the steam generator is passed through a nano-vapor converter equipped with an induction coil heater to control the steam particle size to 1 μm or less. The term 'steam' means a gas generated by heating water. Therefore, the particle size of water vapor in the nano vapor is 1 탆 or less. Specifically, it may be 500 to 1000 nm.
본 발명의 실시예들에 따르면, 나노 증기를 이용하여 분리막을 건조함으로써 저온에서 건조할 수 있을 뿐만 아니라, 제조된 분리막을 관통하여 균일하게 건조시킴으로써 건조가 미진하여 잔존하는 용매의 영향으로 접착력 및 열적 특성 등의 물성이 저하하는 현상을 막을 수 있다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 나노 증기의 효과를 보다 구체적으로 설명한다. 도 1은 나노 증기를 이용하여 분리막이 건조되는 원리를 개략적으로 도시한 모식도이다. 도 1의 a는 종래 열풍 방식의 분리막 건조를 도시하며, 도 1의 b는 본 발명에 따른 나노 증기를 이용한 분리막 건조를 도시한다. 도 1의 a 및 b에서 분리막은 기재(1)와 코팅층(2)을 포함한다. 도 1의 a와 같은 열풍 방식의 경우 열풍이 분리막 내부를 통과하지 못하므로 분리막의 표면 코팅층(2)의 일부만이 먼저 건조된다. 분리막의 내부는 건조가 미진행되어 내부에 수분 및 용매가 남아 있게 되므로 후에 물성 저하(접착력 및 열적 특성 등)의 원인이 된다. 반면, 도 1의 b와 같은 나노 증기 방식의 경우 나노 증기가 분리막의 표면 코팅층(2) 내부까지 건조시키므로 저온에서 짧은 시간에 건조가 가능할 뿐 아니라 내부에 잔존하는 용매 및 수분까지도 제거할 수 있어 이로 인한 물성 저하를 막을 수 있다. According to the embodiments of the present invention, not only can the separator be dried at a low temperature by drying the separator using the nano-vapor, but also can be uniformly dried through the separator thus produced. As a result, It is possible to prevent the phenomenon that the physical properties such as the characteristics are lowered. Hereinafter, the effect of the nano vapor of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 1 is a schematic view schematically showing the principle of drying a separation membrane using nano-vapor. FIG. 1 (a) shows the conventional hot air type separation membrane drying, and FIG. 1 (b) shows separation membrane drying using the nano vapor according to the present invention. 1 (a) and 1 (b), the separator comprises a substrate 1 and a
상기 나노 증기를 이용하여 제1 건조시, 전체 공기에 대하여 나노 증기를 10 내지 50 vol%, 구체적으로 10 내지 30 vol%로 포함하는 건조 공기를 사용할 수 있다. 상기 범위 내에서 건조가 충분히 일어나 물성이 적절하게 유지되는 분리막을 얻을 수 있다. 상기 범위보다 적은 양의 나노 증기를 사용하는 경우 건조가 충분하지 않게 되며, 상기 범위보다 많은 양의 나노 증기를 사용하는 경우 코팅층 내의 바인더와 무기입자의 상분리가 발생하여 기재와의 접착력이 저하될 수 있다. 상기 나노 증기가 포함된 건조 공기를 0.5 내지 5 m3/min, 예를 들어 1 내지 3 m3/min 의 속도로 분리막을 통과시키면서 제1 건조를 수행할 수 있다. 상기 속도 범위 내에서 분리막의 물성에 영향을 미치지 않으면서 충분한 건조를 할 수 있다. 본 발명에서 상기 '건조 공기'는 본 발명의 분리막을 건조시키기 위해 통과하는 공기를 의미하며, 예를 들어 이슬점이 -30℃ 이하의 공기를 사용할 수 있다. In the first drying using the nano-vapor, dry air containing 10 to 50 vol%, specifically 10 to 30 vol%, of nano-vapor relative to the total air may be used. Within the above range, drying can sufficiently take place and a separation membrane can be obtained in which the physical properties are appropriately maintained. When the amount of the nano-vapor is less than the above range, drying is not sufficient. When the amount of the nano-vapor is larger than the above range, phase separation occurs between the binder and the inorganic particles in the coating layer, have. The first drying can be performed while passing the dried air containing the nano vapor through the separation membrane at a rate of 0.5 to 5 m 3 / min, for example, 1 to 3 m 3 / min. Sufficient drying can be performed without affecting the physical properties of the separator within the above-mentioned speed range. In the present invention, the 'dry air' means air passing through the separator of the present invention to dry the separator. For example, air having a dew point of -30 ° C or less may be used.
상기 제1 건조는 50 내지 100℃에서 수행될 수 있으며, 상기 범위 내에서 적절한 물성 확보를 위한 건조가 수행될 수 있다. 제1 건조시 나노 증기를 사용함으로써 그렇지 않은 경우보다 건조 온도를 낮춰 고온으로 인한 물성 저하를 억제할 수 있다. The first drying may be performed at 50 to 100 ° C, and the drying may be performed to ensure proper physical properties within the range. By using the nano-vapor during the first drying, the drying temperature can be lowered than otherwise, and the deterioration of the physical properties due to the high temperature can be suppressed.
또한, 제1 건조시 여러 개의 건조 구간으로 나누어 건조를 진행할 수 있으며, 각 구간에서의 건조 온도는 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1_1 건조 존(zone) 및 제1_2 건조 존(zone)으로 구획하여 건조할 수 있으며, 제1_1 건조 존 및 제1_2 건조 존의 건조 온도는 각각 50 내지 100 ℃ 일 수 있다. 예를 들어, 제1_1 건조 존 및 제1_2 건조 존의 건조 온도는 각각 50 내지 90℃ 일 수 있다. 상기 제1_1 건조 존과 상기 제1_2 건조 존의 건조 온도는 서로 상이하거나 동일할 수 있다. 일 예에서, 제1_1 건조 존 및 제1_2 건조 존의 건조 온도는 각각 50℃, 55℃, 60℃, 65℃, 70℃, 75℃, 80℃, 85℃, 또는 90℃일 수 있다. 상기 제1_1 건조 존 및 제1_2 건조 존 외에도 나노 증기를 사용한 1_3 건조 존, 1_4 건조 존, 1_5 건조 존 등을 추가로 실시할 수 있다. 수 개의 건조 존으로 구획을 정하여 건조하는 경우 구획별로 온도를 다르게 할 수 있는 이점이 있을 수 있다. In the first drying, the drying may be divided into a plurality of drying sections, and the drying temperatures in the respective sections may be the same or different. For example, the first and second drying zones may be divided into a first drying zone and a first drying zone, and the drying temperatures of the first drying zone and the first drying zone may be respectively 50 to 100 ° C. For example, the drying temperatures of the first and second drying zones may be 50 to 90 ° C, respectively. The drying temperatures of the first and second drying zones may be different from or identical to each other. In one example, the drying temperatures of the first and second drying zones may be 50 ° C, 55 ° C, 60 ° C, 65 ° C, 70 ° C, 75 ° C, 80 ° C, 85 ° C, or 90 ° C, respectively. In addition to the first and second drying zones, 1 - 3 drying zone, 1 - 4 drying zone and 1 - 5 drying zone using nano vapor may be additionally performed. If the drying zone is divided into several drying zones, it may be advantageous to have a different temperature for each zone.
상기 나노 증기를 이용하여 건조하는 단계 이전 혹은 이후에 35 내지 90℃의 온도 범위에서 열 건조하는 제2 건조 단계를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 건조는 제1 건조 이후에 실시될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 건조는 제1 건조 이전에 실시될 수 있다. 상기 제2 건조 단계는 하나의 건조 구역에서 건조 온도와 시간을 달리 조절함으로써 행할 수도 있으나, 바람직하게는 몇 개의 건조 존으로 구획을 나누어 구획별로 온도 및 시간에 차이를 두어 순차적으로 행해질 수 있다. 예를 들어, 이에 제한되는 것은 아니지만, 제2_1 건조 존 및 제2_2 건조 존으로 구획하여 건조할 수 있으며, 제2_1 건조 존 및 제2_2 건조 존의 건조 온도는 각각 35℃ 내지 90 ℃일 수 있다. 상기 제2_1 건조 존과 상기 제2_2 건조 존의 건조 온도는 서로 상이하거나 동일할 수 있다. 일 예에서, 제2_1 건조 존 및 제2_2 건조 존의 건조 온도는 각각 35℃, 40℃, 45℃, 50℃, 55℃, 60℃, 65℃, 70℃, 75℃, 80℃, 85℃, 또는 90℃일 수 있다. 상기 제2_1 건조 존 및 제2_2 건조 존 외에도 열 건조를 사용한 제2_3 건조 존, 제2_4 건조 존 등을 추가로 실시할 수 있다. 또한, 상기 제2 건조는 상기 제1 건조와 동일한 온도 구간에서 수행되어도 무방하다. 상기 열 건조 단계에서 가열된 공기에 0.5 내지 10 m3/min, 예를 들어 1 내지 5 m3/min 의 속도로 분리막을 통과시키면서 제2 건조를 수행할 수 있다. 상기 속도 범위 내에서 분리막의 물성에 영향을 미치지 않으면서 충분한 건조를 할 수 있다. 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 건조 및 제2 건조 공정을 보다 구체적으로 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 건조 공정의 모식도이다. 도 2에서, 나노 증기 발생기(3)에서 생성된 나노 증기는 건조 공기 제공기(4)에서 제공되는 건조공기와 함께 제1_1 건조 존(5)에 분사되어 분리막(10)을 건조하게 된다. 이 후 일반 열풍 건조기의 제2_1 건조 존(7) 및 제2_2 건조 존(9)을 통과하면서 분리막이 추가 건조될 수 있다. 이 때, 나노 증기는 제1_1 건조 존(5)의 펀칭 플레이트(6)를 통해 분사될 수 있으며, 일반 열풍 증기는 제2_1 건조 존(7) 및 제2_2 건조 존(9)의 슬릿 노즐 등을 통해 분사될 수 있다. The method may further include a second drying step of performing thermal drying in a temperature range of 35 to 90 ° C before or after the drying using the nano-vapor. For example, the second drying may be carried out after the first drying. For example, the second drying may be performed before the first drying. The second drying step may be performed by controlling the drying temperature and the drying time in one drying zone. However, the drying may be performed sequentially by dividing the drying zone into several drying zones and varying the temperature and time of each drying zone. For example and not by way of limitation, the second drying zone and the second drying zone may be divided and dried, and the drying temperatures of the second drying zone and the second drying zone may be 35 ° C to 90 ° C, respectively. The drying temperatures of the second drying zone and the second drying zone may be different from each other or may be the same. In one example, the drying temperatures of the second _ 1 drying zone and the second _ 2 drying zone are 35 ° C., 40 ° C., 45 ° C., 50 ° C., 55 ° C., 60 ° C., 65 ° C., 70 ° C., 75 ° C., , Or 90 < 0 > C. In addition to the second-1 drying zone and the
상기 제2 건조는 본 발명의 실시예에 따른 제1 건조를 거치지 않고 용매 및 수분 함량을 일정량 이하로 하기 위해 열 건조 혹은 진공 건조를 행할 때 필요한 온도보다 약 20 내지 60℃가 더 낮을 수 있다. 따라서, 나노 증기의 도입을 통해 저온 건조가 가능함으로써 고온 건조로 인한 분리막의 열 수축 또는 열 변형을 방지할 수 있다. 또한, 종래에는 고비점 용매(예: 비점 200℃ 이상, 혹은 250℃ 이상)의 경우 이를 제거하기 위해서는 상기 비점 이상으로의 가열이 필요하고, 상기 가열에 의한 분리막의 열수축, 변형가능성 및 이로 인한 분리막의 기능 손상으로 용매 사용에 제한이 있었고 이로 인해 선택가능한 바인더 고분자의 종류에도 제한이 있었다. 본 발명은 고비점 용매에도 사용이 적합한 방법으로 나노 증기 공정 및 저온 열 건조 단계를 통해 용매 및/또는 수분을 효과적으로 제거할 수 있다. 따라서, 본 발명의 나노 증기 건조 방법이 적용될 수 있는 용매는 특별한 제한은 없고, 일반적으로 이차전지용 다공성 분리막의 바인더 고분자에 사용되는 용매가 그 대상이 될 수 있다. 예를 들어, 아세톤(acetone), N-메틸-2-피롤리디논(N-methyl-2-pyrollidinone), 테트라하이드로푸란(tetrahydrofuran), 디메틸포름아미드(dimethylformamide), 메틸렌 클로라이드(methylene chloride), 클로로포름(chloroform), 시클로헥산(cyclohexane), 물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.The second drying may be performed at a temperature of about 20 to 60 DEG C lower than a temperature required for thermal drying or vacuum drying in order to reduce the solvent and the water content to a predetermined amount without passing through the first drying according to the embodiment of the present invention. Therefore, it is possible to dry at low temperature through the introduction of nano vapor, so that heat shrinkage or thermal deformation of the separator due to high temperature drying can be prevented. Conventionally, in the case of a high boiling point solvent (for example, a boiling point of 200 ° C or higher, or 250 ° C or higher), it is necessary to heat the boiling point to a temperature above the boiling point and heat shrinkage and deformation of the separation membrane due to heating, The use of the solvent was limited and there were restrictions on the kinds of the binder polymer that can be selected. The present invention can effectively remove the solvent and / or moisture through the nano-vapor process and the low-temperature thermal drying step by a method suitable for high boiling point solvents. Therefore, the solvent to which the nano-vapor drying method of the present invention can be applied is not particularly limited, and generally, a solvent used for a binder polymer of a porous separation membrane for a secondary battery can be applied. Examples of the solvent include acetone, N-methyl-2-pyrollidinone, tetrahydrofuran, dimethylformamide, methylene chloride, chloroform chloroform, cyclohexane, water, or mixtures thereof.
본 발명에 사용될 수 있는 고분자 바인더는 분리막에 적층되는 전극과의 결합력을 가지면서 전해액에 의해 쉽게 용해되지 않는 성분이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 폴리비닐리덴플로라이드(polyvinylidene fluoride)(PVdF), 폴리비닐리덴플로라이드-헥사플루오로프로필렌(polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene)(PVdF-HFP), 폴리비닐리덴플로라이드-트리클로로에틸렌(polyvinylidene fluoride-trichloroethylene) (PVdF-TCE), 폴리비닐리덴플로라이드-클로로트리플로로에틸렌(polyvinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene)(PVdF-CTFE), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrollidone), 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(ethylene vinyl acetate copolymer), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란(cyanoethylpulluran), 시아노에틸폴리비닐알콜(cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스(cyanoethylsucrose), 풀루란(pulluran), 카르복실 메틸 세룰로오스(carboxymethyl cellulose), 아크릴로니트릴스티렌부타디엔 공중합체(acrylonitrile styrene butadiene copolymer), 폴리이미드(polyimide) 및 스티렌부타디엔 고무(styrene butadiene rubber)(SBR)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, PVdF 또는 PVdF-HFP 또는 이 둘 다를 사용할 수 있으며, SBR은 합성고무로서 내열성, 내마모성, 내노화성, 내수성, 내가스 투과성 등이 우수한 이점이 있다. 본 발명의 일 실시예에서 고분자 바인더는 중량 평균 분자량(g/mol)이 110만인 PVdF 호모폴리머 및/또는 30만인 PVdF-HFP 코폴리머를 사용할 수 있다.The polymeric binder that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it has a binding force with the electrode stacked on the separation membrane and is not easily dissolved by the electrolyte solution. For example, it is possible to use polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), polyvinylidene fluoride (trichlorethylene) fluoride-trichlorethylene (PVdF-TCE), polyvinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene (PVdF-CTFE), polymethylmethacrylate, polyacrylonitrile, But are not limited to, polyvinylpyrollidone, polyvinylacetate, ethylene vinyl acetate copolymer, polyethylene oxide, cellulose acetate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpulluran, cyanoethylpolyvinyl alcohol (cyanoe thylpolyvinylalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, pullulan, carboxymethyl cellulose, acrylonitrile styrene butadiene copolymer, acrylonitrile styrene butadiene copolymer, Polyimide, styrene butadiene rubber (SBR), and the like. For example, PVdF or PVdF-HFP or both can be used, and SBR is an excellent synthetic rubber having excellent heat resistance, abrasion resistance, aging resistance, water resistance, gas permeability and the like. In one embodiment of the present invention, the polymer binder may be a PVdF homopolymer having a weight average molecular weight (g / mol) of 110000 and / or a PVdF-HFP copolymer having a weight average molecular weight (g / mol) of 300,000.
본 발명에서 상기 코팅 조성물은 무기입자를 추가로 포함할 수 있다. 상기 고분자 바인더에 무기입자를 첨가함으로써 분리막의 기계적 강도를 높여 외력 등에 의한 전지의 안전성을 담보할 수 있을 뿐만 아니라 내열성을 향상시킬 수 있다. In the present invention, the coating composition may further include inorganic particles. By adding inorganic particles to the polymeric binder, the mechanical strength of the separator can be increased to ensure safety of the battery due to external force and the like, and heat resistance can be improved.
본 발명에서 사용될 수 있는 무기 입자는 전지의 작동 전압 범위에서 양극 또는 음극 집전체와 산화 및/또는 환원 반응, 즉, 전기 화학적 반응을 일으키지 않고, 통전성을 해하지 않는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, SnO2, Ga2O3, MgO, NiO, B2O3, Ga2O3, SiO2 및 TiO2로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 것일 수 있다. 바람직하게는 Al2O3, SiO2 및 TiO2로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 것일 수 있다. The inorganic particles that can be used in the present invention are not particularly limited as long as they do not cause oxidation and / or reduction reaction with the positive electrode or the negative electrode current collector, that is, do not cause electrochemical reaction in the operating voltage range of the battery, , SnO 2 , Ga 2 O 3 , MgO, NiO, B 2 O 3 , Ga 2 O 3 , SiO 2 and TiO 2 . And may be at least one selected from the group consisting of Al 2 O 3 , SiO 2 and TiO 2 .
본 발명이 일 실시예에 따라 제조된 이차 전지용 다공성 분리막은 용매 잔존량이 80ppm 이하이고, 수분 함량이 500ppm 이하일 수 있다. 구체적으로, 용매 잔존량은 70ppm 이하, 수분 함량은 400ppm 이하일 수 있다.The porous separator for a secondary battery according to an embodiment of the present invention may have a residual solvent amount of 80 ppm or less and a water content of 500 ppm or less. Specifically, the residual solvent amount may be 70 ppm or less and the water content may be 400 ppm or less.
본 발명의 다른 양태는, (a) 제1 바인더 고분자에 제1 용매를 첨가하고 15 내지 35℃에서 교반하여 제1 바인더 고분자 용액을 제조하는 단계, (b) 무기 입자를 분산 매질에 분산시킨 무기 분산액을 제조하는 단계, (c) 상기 (a) 및 (b) 단계에서 제조된 제1 바인더 고분자 용액 및 무기 분산액을 혼합하여 코팅 조성물을 제조하는 단계, (d) 기재의 일면 또는 양면에 상기 코팅 조성물을 코팅하는 단계, 및 (e) 상기 코팅된 분리막을 나노증기를 이용하여 건조하는 단계를 포함하는, 이차 전지용 다공성 분리막의 제조 방법이 제공된다. Another aspect of the present invention is a method for producing a polymer electrolyte membrane, comprising the steps of: (a) preparing a first binder polymer solution by adding a first solvent to a first binder polymer and stirring at 15 to 35 ° C, (b) (C) preparing a coating composition by mixing the first binder polymer solution and the inorganic dispersion solution prepared in the steps (a) and (b); (d) Coating the composition; and (e) drying the coated separator using nano-vapor. The present invention also provides a method of manufacturing a porous separator for a secondary battery.
상기 (b) 및 (c) 단계를 수행하지 않고 상기 (a) 단계에서 무기입자를 바인더 고분자 및 제1 용매와 함께 교반하여 코팅액을 제조하여도 무방하다. 상기 (b) 및 (c)를 별도로 수행하는 경우, 무기입자 및 바인더의 분산성 및 조액 안정성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. The coating liquid may be prepared by stirring the inorganic particles with the binder polymer and the first solvent in the step (a) without performing the steps (b) and (c). When the above-mentioned (b) and (c) are separately carried out, there is an advantage that the dispersibility of the inorganic particles and the binder and stability of the liquid bath can be improved.
따라서, 본 발명의 또 다른 양태는, (a) 바인더 고분자, 용매 및 무기 입자를 포함하는 코팅 조성물을 제조하는 단계; (b) 기재의 일면 또는 양면에 상기 코팅 조성물을 코팅하는 단계; 및 (c) 상기 코팅된 분리막을 나노증기를 이용하여 건조하는 단계를 포함하는, 이차 전지용 다공성 분리막의 제조 방법이 제공된다. Accordingly, another aspect of the present invention is a process for preparing a coating composition comprising: (a) preparing a coating composition comprising a binder polymer, a solvent and inorganic particles; (b) coating the coating composition on one or both sides of the substrate; And (c) drying the coated separator using nano-vapor. The present invention also provides a method of manufacturing a porous separator for a secondary battery.
상기 나노증기를 이용하여 건조하는 제1 건조 단계 이전 혹은 이후에 35 내지 90℃의 온도 범위에서 열 건조하는 제2 건조 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 열 건조 단계는 나노 증기의 건조 단계 이후에 실시될 수 있다. 상기 제2 건조 단계는 하나의 건조 구역에서 건조 온도와 시간을 달리 조절함으로써 행할 수도 있으나, 바람직하게는 몇 개의 건조 존으로 구획을 나누어 구획별로 온도 및 시간에 차이를 두어 순차적으로 행해질 수 있다. 예를 들어, 이에 제한되는 것은 아니지만, 제2_1 건조 존 및 제2_2 건조 존으로 구획하여 건조할 수 있으며, 제2_1 건조 존 및 제2_2 건조 존의 건조 온도는 각각 35℃ 내지 90 ℃ 일 수 있다. 상기 제2_1 건조 존과 상기 제2_2 건조 존의 건조 온도는 서로 상이하거나 동일할 수 있다. 일 예에서, 제2_1 건조 존 및 제2_2 건조 존의 건조 온도는 각각 35℃, 40℃, 45℃, 50℃, 55℃, 60℃, 65℃, 70℃, 75℃, 80℃, 85℃, 또는 90℃일 수 있다. 상기 제2_1 건조 존 및 제2_2 건조 존 외에도 열 건조를 사용한 제2_3 건조 존, 제2_4 건조 존 등을 추가로 실시할 수 있다. The method may further include a second drying step of performing thermal drying at a temperature ranging from 35 to 90 ° C before or after the first drying step using the nano-vapor. The thermal drying step may be performed after the drying step of the nano vapor. The second drying step may be performed by controlling the drying temperature and the drying time in one drying zone. However, the drying may be performed sequentially by dividing the drying zone into several drying zones and varying the temperature and time of each drying zone. For example and not by way of limitation, the second drying zone and the second drying zone may be divided and dried, and the drying temperatures of the second drying zone and the second drying zone may be 35 ° C to 90 ° C, respectively. The drying temperatures of the second drying zone and the second drying zone may be different from each other or may be the same. In one example, the drying temperatures of the second _ 1 drying zone and the second _ 2 drying zone are 35 ° C., 40 ° C., 45 ° C., 50 ° C., 55 ° C., 60 ° C., 65 ° C., 70 ° C., 75 ° C., , Or 90 < 0 > C. In addition to the second-1 drying zone and the
상기 무기 입자의 분산 매질은 예를 들어 아세톤을 들 수 있으며, 상기 무기 입자를 분산 매질 중에서 바람직하게는 볼 밀 또는 비즈 밀을 이용하여 적절한 크기로 분산시켜 사용할 수 있다. 상기 무기 입자는 상기 볼 밀 또는 비즈 밀을 사용하여 바람직하게는 0.5 시간 내지 4.5 시간 동안 교반하여 분산시킨 후 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 1 시간 내지 3.5 시간 동안 교반하여 분산시킨 후 사용할 수 있다. The dispersion medium of the inorganic particles may be, for example, acetone, and the inorganic particles may be dispersed in a dispersion medium, preferably using a ball mill or a bead mill, and dispersed in an appropriate size. The inorganic particles may be dispersed by using the ball mill or the bead mill for 0.5 hour to 4.5 hours and dispersed, and more preferably for 1 to 3.5 hours.
상기 양태에서 상기 (a) 단계 후 제2 바인더 고분자에 제2 용매를 첨가하고 15 내지 35℃에서 교반하여 제2 바인더 고분자 용액을 제조하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 제2 바인더 고분자 용액을 상기 (c) 단계의 코팅 조성물 제조에 이용될 수 있다. The method may further include the step of adding a second solvent to the second binder polymer after the step (a) and stirring the mixture at 15 to 35 ° C to prepare a second binder polymer solution, wherein the second binder polymer solution May be used to prepare the coating composition of step (c).
상기 양태들에서 제1 바인더 고분자, 제2 바인더 고분자 또는 바인더 고분자는 본 발명에서 언급한 것과 동일한 바인더 고분자가 사용될 수 있다. 상기 양태들에서 제1 용매, 제2 용매, 또는 용매는 본 발명에서 언급한 것과 동일한 용매가 사용될 수 있다. 상기 양태들에서 무기 입자 및 기재는 본 발명에서 언급한 것과 동일한 무기 입자 및 기재가 사용될 수 있다. In the above embodiments, the first binder polymer, the second binder polymer or the binder polymer may be the same binder polymer mentioned in the present invention. In the above embodiments, the first solvent, the second solvent, or the solvent may be the same solvent as mentioned in the present invention. In the above embodiments, the inorganic particles and the substrate may be the same inorganic particles and substrate as those mentioned in the present invention.
본원에 기재된 제조 방법에 의해 제조된 이차 전지용 다공성 분리막은 용매 잔존량이 80ppm 이하이고, 수분 함량이 500ppm 이하일 수 있다. 예를 들어, 용매 잔존량은 70ppm 이하, 수분 함량은 400ppm 이하일 수 있다. 구체적으로, 용매 잔존량이 60ppm 이하, 수분 함량은 300ppm 이하일 수 있다. The porous separation membrane for a secondary battery produced by the manufacturing method described herein may have a residual solvent amount of 80 ppm or less and a water content of 500 ppm or less. For example, the residual solvent amount may be 70 ppm or less and the water content may be 400 ppm or less. Specifically, the residual solvent amount may be 60 ppm or less and the water content may be 300 ppm or less.
또한, 상기와 같이 나노증기를 이용하여 건조된 이차 전지용 다공성 분리막은 45℃에서 160시간 보관시 하기 식 1의 수직 방향(MD)의 길이변화율(L1)이 1.5% 이하이고 및 수평 방향(TD)의 길이변화율(L2)이 1.0% 이하일 수 있다. When the porous separator for a secondary battery is dried at 45 ° C for 160 hours, the rate of change L 1 in the vertical direction (MD) of the following formula ( 1 ) is 1.5% ) length change ratio (L 2) of this can be not more than 1.0%.
[식 1][Formula 1]
L1 = │Lm1 - Lm0│/ Lm0 L 1 = │L m1 - L m0 / L m0
L2 = │Lt1 - Lt0│/ Lt0 L 2 = L t1 - L t0 / L t0
상기 식에서, Lm0 및 Lt0은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 분리막의 초기 수직 방향 길이 및 초기 수평 방향 길이를 나타내고, Lm1 및 Lt1은 각각 상기 분리막을 45℃에서 160시간 보관한 후 측정한 수직 방향 길이 및 수평 방향 길이를 나타낸다. 예를 들어, 상기 Lm0 및 Lt0은 각각 50mm일 수 있다.Wherein, L m0 and L t0 denotes an initial vertical length and an initial horizontal length of the produced separation membrane in accordance with an embodiment of the invention, L m1 and L t1 are respectively kept the membrane at 45 ℃ 160 sigan And the length in the vertical direction and the length in the horizontal direction. For example, L m0 and L t0 may each be 50 mm.
본 발명은 나노증기의 도입을 통해 저온 건조가 가능함으로써 종래 고온 건조로 인한 분리막의 열 수축 또는 열 변형을 최소화시켰다. 수직 방향(MD)의 길이변화율(L1) 및 수평 방향(TD)의 길이변화율(L2)이 상기 범위일 때 전극의 단락을 효과적으로 방지하여 전지의 안전성이 개선될 수 있다. 상기 수직 방향(MD)의 길이변화율(L1) 및 수평 방향(TD)의 길이변화율(L2)의 측정 방법은 다음과 같다:The present invention minimizes heat shrinkage or thermal deformation of the separator due to the conventional high temperature drying since it can be dried at low temperature through the introduction of nano vapor. When the length change rate L 1 of the vertical direction MD and the length change rate L 2 of the horizontal direction TD are within the above range, the short circuit of the electrodes can be effectively prevented and the safety of the battery can be improved. Method of measuring the length change ratio (L 2) in the longitudinal change ratio (L 1) and a horizontal direction (TD) in the vertical direction (MD) are:
분리막을 가로 (MD) 50 mm × 세로 (TD) 50 mm로 서로 다른 10 개의 지점에서 재단한 10 개의 시편을 제작하고, 상기 각 시편을 45℃의 오븐에서 160시간 방치한 다음, 각 시편의 MD 방향 및 TD 방향의 길이 변화 정도를 측정하여 평균 길이변화율을 계산한다. Ten specimens were prepared by cutting the membrane at 10 different points on the cross (MD) 50 mm × longitudinal (TD) 50 mm. Each of the specimens was left in an oven at 45 ° C. for 160 hours. Direction and a change in length in the TD direction are measured to calculate an average length change rate.
본 발명의 양태들에 따른 상기 이차 전지용 다공성 분리막의 용매 잔존량은 80ppm 이하이고, 수분 함량이 500ppm 이하일 수 있다. 상기 이차 전지용 다공성 분리막의 통기도는 300 sec/100cc이하일 수 있다.The residual solvent amount of the porous separator for a secondary battery according to aspects of the present invention may be 80 ppm or less and the water content may be 500 ppm or less. The air permeability of the porous separator for a secondary battery may be 300 sec / 100cc or less.
또 다른 양태에서, 본 발명이 일 실시예에 따라 제조된 이차 전지용 다공성 분리막; 양극; 및 음극을 포함하는 이차 전지가 제공된다. 상기 이차 전지는 리튬 이차 전지일 수 있다. 리튬은 원소 자체의 원자량이 작아 단위 질량당 전기 용량이 큰 전기를 제조하기에 적합할 수 있다. 상기 양극은 소정 영역에 양극활물질이 형성되어 있으며, 양극활물질의 예로는 리튬계 산화물을 들 수 있다. 상기 음극은 소정 영역에 음극활물질이 형성되어 있으며, 음극활물질의 예로는 탄소재를 들 수 있다. 상기 다공성 분리막은 상기 양극과 음극 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 한다. 상기 이차 전지는 액체 전해질 혹은 고분자 전해질을 포함하며, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형, 파우치형을 들 수 있다.
In another aspect, the present invention provides a porous separator for a secondary battery, manufactured according to an embodiment; anode; And a negative electrode. The secondary battery may be a lithium secondary battery. Lithium may be suitable for producing electricity having a large electric capacity per unit mass because the atomic amount of the element itself is small. The positive electrode has a positive electrode active material formed in a predetermined region, and examples of the positive electrode active material include a lithium-based oxide. The negative electrode has a negative electrode active material formed in a predetermined region, and examples of the negative electrode active material include a carbon material. The porous separation membrane is positioned between the anode and the cathode to prevent a short-circuit and to allow movement of lithium ions. The secondary battery includes a liquid electrolyte or a polymer electrolyte, and typical examples of the secondary battery include a cylindrical, square, and pouch type.
본 발명에 따른 분리막의 제조 방법은 나노증기의 도입을 통해 저온 건조가 가능함으로써 고온 건조로 인한 분리막의 열 수축 또는 열 변형을 방지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 고비점 용매에 대해서도 나노증기의 적용이후 혹은 적용이전 저온 열 건조 단계를 통해 용매 및/또는 수분을 효과적으로 제거할 수 있기 때문에 용매 선택의 제한이 없다.The separation membrane according to the present invention is advantageous in that heat shrinkage or thermal deformation of the separation membrane due to high temperature drying can be prevented because it can be dried at a low temperature through introduction of nano vapor. Also, since the solvent and / or moisture can be effectively removed from the high-boiling point solvent through the low-temperature thermal drying step after or after the application of the nano-vapor, there is no limitation in solvent selection.
본 발명에 따른 분리막의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 분리막은 용매 및 수분을 일정 함량 이하로 포함함으로써 용매나 수분에 의한 전지 내부에서의 부반응 진행을 최소화시킬 수 있다.
The method for preparing a separator according to the present invention and the separator produced thereby can minimize the side reaction in the battery due to a solvent or moisture by including a solvent and moisture at a predetermined amount or less.
도 1은 나노 증기를 이용하여 분리막이 건조되는 원리를 개략적으로 도시한 모식도이다. 도 1의 a는 종래 열풍 방식의 분리막 건조를 도시하며, 도 1의 b는 본 발명에 따른 나노 증기를 이용한 분리막 건조를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 분리막 건조 공정의 모식도이다. 1 is a schematic view schematically showing the principle of drying a separation membrane using nano-vapor. FIG. 1 (a) shows the conventional hot air type separation membrane drying, and FIG. 1 (b) shows separation membrane drying using the nano vapor according to the present invention.
2 is a schematic diagram of a separation membrane drying process according to an embodiment of the present invention.
이하, 실시예, 비교예 및 실험예를 기술함으로써 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기의 실시예, 비교예 및 실험예는 본 발명의 일 예시에 불과하며, 본 발명의 내용이 이에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by describing Examples, Comparative Examples and Experimental Examples. However, the following examples, comparative examples and experimental examples are merely examples of the present invention, and the present invention should not be construed as being limited thereto.
실시예Example 1 One
(1) 코팅제의 제조(1) Preparation of coating agent
1) 중량평균분자량이 300,000 g/mol인 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(PVdF-HFP) 코폴리머(21216, 솔베이)를 아세톤에 10 중량%로 첨가하고, 교반기를 이용하여 25℃에서 4시간 동안 교반하여 제1 고분자 용액을 제조하였다.1) Polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP) copolymer (21216, Solvay) having a weight average molecular weight of 300,000 g / mol was added to acetone in an amount of 10% by weight, Followed by stirring for 4 hours to prepare a first polymer solution.
2) 중량평균분자량이 1,100,000 g/mol인 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVdF) 호모폴리머(5130, 솔베이)를 디메틸포름아미드(DMF)(대정화금)에 10 중량%로 첨가하고, 교반기를 이용하여 25℃에서 4시간 동안 교반하여 제2 고분자 용액을 제조하였다.2) 10% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) homopolymer (5130, Solvay) having a weight average molecular weight of 1,100,000 g / mol was added to dimethylformamide (DMF) (purified gold) Followed by stirring at 25 캜 for 4 hours to prepare a second polymer solution.
3) Al2O3(LS235, 일본경금속)을 아세톤(대정화금)에 25중량%로 첨가하고, 비즈 밀을 이용해 25℃에서 3시간 동안 밀링하여 분산시켜 무기 분산액을 제조하였다.3) 25% by weight of Al 2 O 3 (LS235, Japan light metal) was added to acetone (purified water) at 25% by weight and milled for 3 hours at 25 ° C using a bead mill to prepare an inorganic dispersion.
상기 제조된 제1 고분자 용액, 제2 고분자 용액 및 무기 분산액을 제1 고분자 용액: 제2 고분자 용액: 무기 분산액: 용매(아세톤)= 1:1:3:6의 조성비로 혼합하여 파워 믹서로 25℃에서 2시간 동안 교반하여 코팅제를 제조하였다.The first polymer solution, the second polymer solution and the inorganic dispersion were mixed at a composition ratio of the first polymer solution: second polymer solution: inorganic dispersion: solvent (acetone) = 1: 1: 3: 6, Lt; 0 > C for 2 hours to prepare a coating agent.
(2) 분리막의 제조(2) Preparation of separator
상기 제조된 코팅제를, 두께 9㎛의 폴리에틸렌 단일막 기재 필름(Selgard PE)의 양면에 딥 코팅 방식으로 코팅한 다음, 상기 기재 필름에 나노증기기(제조원: 제일실업주식회사, 상품명: DOYA TEST COATER)를 이용해 10 vol%)의 나노증기를 포함한 건조 공기를 2 m3/min의 속도로 적용시켜 85℃의 제1_1 건조 존에서 건조하였다. 이후 동일한 조건의 나노증기를 사용한 85℃의 제1_2 건조 존에서 건조하고, 2 m3/min의 속도로 적용된 열풍을 사용한 85℃의 제2_1 건조 존 및 85℃의 제2_2 건조 존에서 순차적으로 건조하여 실시예 1의 이차 전지용 다공성 분리막을 제조하였다. 이 때, 상기 건조 공기는 이슬점이 -50℃인 공기를 사용하였다.The prepared coating agent was coated on both sides of a polyethylene single-membrane base film (Selgard PE) having a thickness of 9 μm by dip coating method, and then the substrate film was coated with a nano-scale apparatus (trade name: DOYA TEST COATER, 10 vol%) nano-vapor-containing dry air was applied at a rate of 2 m 3 / min and dried in a first 1 _ 1 drying zone at 85 ° C. Thereafter, the resultant was dried in a first _2 drying zone at 85 ° C using the same conditions of nano vapor, and sequentially dried in a second _ 1 drying zone at 85 ° C and a second drying zone at 85 ° C using hot air applied at a rate of 2 m 3 / min. Thereby preparing a porous separator for a secondary battery according to Example 1. At this time, air having a dew point of -50 DEG C was used as the dry air.
실시예Example 2 2
상기 실시예 1에서 나노증기 사용량을 20vol%로 하고, 이후 건조 공정을 표 1에 기재된 바와 같이 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 실시예 2의 분리막을 제조하였다.The separation membrane of Example 2 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the amount of nano-vapor used in Example 1 was changed to 20 vol%, and the drying process was changed as shown in Table 1.
실시예Example 3 3
상기 실시예 1에서 나노증기 사용량을 30vol%로 하고, 이후 건조 공정을 표 1에 기재된 바와 같이 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 실시예 3의 분리막을 제조하였다.The separation membrane of Example 3 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of nano-vapor used in Example 1 was changed to 30 vol% and the drying process was changed as shown in Table 1.
실시예Example 4 4
상기 실시예 1에서 나노증기 사용량을 40vol%로 하고, 이후 건조 공정을 표 1에 기재된 바와 같이 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 실시예 4의 분리막을 제조하였다.The separation membrane of Example 4 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the amount of nano-vapor used in Example 1 was changed to 40 vol% and the drying process was changed as shown in Table 1.
비교예Comparative Example 1 및 2 1 and 2
상기 실시예 1에서 나노 증기를 적용하지 않고, 건조 공정을 표 1에 기재된 바와 같이 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 비교예 1 및 2의 분리막을 제조하였다.The separation membranes of Comparative Examples 1 and 2 were prepared in the same manner as in Example 1 except that the nano vapor was not applied in Example 1 and the drying process was changed as shown in Table 1. [
(건조공기 사용량)Nano Steam Consumption
(Dry air consumption)
실험예Experimental Example
1. 용매 잔존량1. Remaining amount of solvent
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1, 2에서 제조된 분리막의 용매 DMF의 잔존량을 가스크로마토그래피(모델명: HP-6890)를 이용해 하기 표 2의 측정 조건으로 측정하였다.The residual amount of the solvent DMF in the separation membrane prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 was measured by gas chromatography (Model: HP-6890) under the measurement conditions shown in Table 2 below.
Back : HP-1 ( length 30 M, ID 0.53 ㎜ , film thickness 0.88 ㎛ ) Front: HP-INNOWAX (length 30 m, ID 0.53 mm, film thickness 1.00 m)
Back: HP-1 (length 30 M, ID 0.53 mm, film thickness 0.88 m)
2. 수분 함량2. Water content
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1, 2에서 제조된 분리막의 수분 함량 측정을 위해, 시료 0.1 ± 0.02g을 채취하여 831 KF Coulometer 및 860 KF Thermoprep(제조사: Metrohm)을 사용해 수분 함량을 측정하였다.For the measurement of the moisture content of the membranes prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, 0.1 ± 0.02 g of a sample was sampled and the moisture content was measured using an 831 KF Coulometer and 860 KF Thermoprep (manufacturer: Metrohm) .
3. 분리막의 통기도 측정3. Measurement of permeability of membrane
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1, 2에서 제조된 분리막의 통기도를 측정하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.In order to measure the air permeability of the membrane prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, the following experiment was conducted.
상기 실시예 및 비교예들에서 제조된 분리막 각각을 50mm (TD 방향) X 100mm(MD 방향)로 재단한 시편을 제작한 다음, 통기도 측정 장치 (아사히 세이코 사: 모델 EG01-55-1MR)를 사용하여 상기 각 시편에서 공기 100cc가 통과하는 시간을 측정하였다. 상기 시간을 각각 다섯 차례씩 측정한 다음 평균값을 계산하여 통기도를 측정하였다.Each of the separators prepared in the above examples and comparative examples was cut to a size of 50 mm (TD direction) X 100 mm (MD direction), and then an air permeability measuring apparatus (Asahi Seiko Co., model: EG01-55-1MR) was used And the time for passing 100 cc of air through each of the specimens was measured. The time was measured five times each, and the average value was calculated to measure the air permeability.
4. 수직 방향(4. Vertical direction ( MDMD )의 길이변화율() ≪ / RTI > LL 1One ) 및 수평 방향() And horizontal direction ( TDTD )의 길이변화율() ≪ / RTI > LL 22 ))
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1, 2에서 제조된 분리막의 길이 변화율을 측정하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.In order to measure the rate of change of the membrane prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, the following experiment was performed.
상기 실시예 및 비교예들에서 제조된 분리막 각각을 가로 (MD) 50 mm×세로 (TD) 50 mm로 서로 다른 10 개의 지점에서 재단한 10 개의 시편을 제작하였다. 상기 각 시편을 45℃의 오븐에서 160시간 동안 방치한 다음, 각 시편의 MD 방향 및 TD 방향의 길이 변화 정도를 측정하여 평균 길이변화율을 계산하였다.Each of the separation membranes prepared in the above Examples and Comparative Examples was cut into 10 pieces of MD 50 mm × TD 50 mm. Ten specimens were prepared. Each of the specimens was allowed to stand in an oven at 45 ° C for 160 hours, and the degree of change in length in the MD direction and the TD direction of each specimen was measured to calculate the average length change rate.
상기 실험예에 따른 용매 잔존량, 수분량, 통기도 및 길이 변화율의 측정 결과를 하기 표 3에 나타내었다.The results of measurement of residual solvent amount, moisture content, air permeability and rate of change according to the above Experimental Example are shown in Table 3 below.
(ppm)Moisture content
(ppm)
(ppm)Remaining amount of DMF
(ppm)
(sec/100cc)Ventilation
(sec / 100cc)
상기 표 3의 결과로부터 확인할 수 있듯이, 본 발명에 따른 나노증기를 이용한 분리막의 제조 방법은 수분량과 용매 잔존량을 각각 500ppm 이하 및 80ppm 이하로 유지하면서도 TD 및 MD 방향 길이변화율이 작고 통기도 특성 또한 우수한 반면, 본 발명에 비해 고온 열 건조를 실시한 비교예 1 및 2는 수분량과 용매 잔존량이 클 뿐 아니라 고열의 건조 공정에 의해 열수축율이 커 TD 및 MD 방향 길이변화율이 증가하는 경향이 있다.
As can be seen from the results of Table 3, the process for producing a separator using nano-vapor according to the present invention is characterized in that the rate of change in length in the TD and MD directions is small and the air permeability is also excellent, while maintaining the water content and the solvent residual amount at 500 ppm or less and 80 ppm or less, respectively On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2 in which high temperature heat drying was performed in comparison with the present invention, not only the amount of water and the amount of solvent remained, but also the rate of heat and shrinkage in the TD and MD direction increases.
Claims (15)
상기 코팅된 분리막을 입자 크기가 1 ㎛ 이하인 수증기를 이용하여 제1 건조하는 것을 포함하는, 다공성 분리막의 제조 방법.At least one side of the substrate is coated with a coating composition comprising a binder polymer and a solvent to prepare a coated separator,
And a second step of drying the coated separator using water vapor having a particle size of 1 m or less.
상기 코팅된 분리막을 제조하는 것이,
(a) 제1 바인더 고분자에 제1 용매를 첨가하고 15 내지 35℃에서 교반하여 제1 바인더 고분자 용액을 제조하고,
(b) 무기 입자를 분산 매질에 분산시킨 무기 분산액을 제조하고,
(c) 상기 (a) 및 (b) 단계에서 제조된 제1 바인더 고분자 용액 및 무기 분산액을 혼합하여 코팅 조성물을 제조하고,
(d) 기재의 적어도 일면에 상기 코팅 조성물을 코팅하는 것을 포함하는 다공성 분리막의 제조 방법.The method according to claim 1,
It is preferred that the coated separator is prepared,
(a) a first solvent is added to a first binder polymer, and the mixture is stirred at 15 to 35 DEG C to prepare a first binder polymer solution,
(b) an inorganic dispersion in which the inorganic particles are dispersed in a dispersion medium is prepared,
(c) mixing the first binder polymer solution and the inorganic dispersion prepared in the steps (a) and (b) to prepare a coating composition,
(d) coating the coating composition on at least one side of the substrate.
[식 1]
L1 = │Lm1 - Lm0│/ Lm0
L2 = │Lt1 - Lt0│/ Lt0
(상기 식에서, Lm0 및 Lt0은 각각 분리막의 초기 수직 방향 길이 및 초기 수평 방향 길이를 나타내고, Lm1 및 Lt1은 각각 상기 분리막을 45℃에서 160시간 보관한 후 측정된 수직 방향 길이 및 수평 방향 길이를 나타낸다.) A porous separator comprising a porous substrate and a coating layer formed on at least one side of the substrate, wherein the coating layer comprises a binder polymer and inorganic particles, wherein the porous separator has a longitudinal rate of change (MD) (L 1 ) is 1.5% or less and the longitudinal rate of change (L 2 ) in the horizontal direction (TD) is 1.0% or less, and the longitudinal rate of change L 1 and L 2 are as shown in the following formula (1).
[Formula 1]
L 1 = │L m1 - L m0 │ / L m0
L 2 = │L t1 - L t0 │ / L t0
L m0 and L t0 represent the initial vertical length and initial horizontal length of the separator, respectively, and L m1 and L t1 indicate the vertical length and horizontal length measured after storing the separator at 45 ° C for 160 hours, respectively. Indicates direction length.)
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