KR101910222B1 - A multi-layered separator having high heat resistance property for a secondary battery - Google Patents
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Abstract
본원 발명에 따른 분리막은 고내열 특성이 크게 향상되어 상기 분리막을 적용한 전지의 경우 고온 조건에서 사용하는 경우에도 열수축이나 셧다운의 발생이 감소하는 효과가 있다. 본원 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 성질이 서로 다른 2개층 이상의 다중층으로 이루어진 이차 전지용 분리막을 제공한다. 본원 발명의 제1 측면에 따르면, 본원 발명의 이차 전지용 분리막은, 폴리올레핀계 수지를 포함하는 기재층과 상기 기재층의 양측면에 고분자 수지 및 무기물 입자를 포함하는 제1 무기물층 및 제2 무기물층이 각각 적층되어 있는 것이다. The separator according to the present invention has a remarkably improved high heat resistance characteristic, and thus the battery using the separator has an effect of reducing heat shrinkage and shutdown even when used under high temperature conditions. The present invention provides a separation membrane for a secondary battery comprising two or more layers having different properties. According to a first aspect of the present invention, there is provided a separation membrane for a secondary battery according to the first aspect of the present invention, comprising: a base layer comprising a polyolefin resin; and a first inorganic layer and a second inorganic layer including polymer resin and inorganic particles on both sides of the base layer, Respectively.
Description
본 발명은 이차전지용 분리막에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 서로 다른 특징을 갖는 2개 이상의 층이 적층되어 향상된 기능을 갖는 분리막에 대한 것이다.
The present invention relates to a separation membrane for a secondary battery. More specifically, the present invention relates to a separation membrane having two or more layers having different characteristics stacked thereon and having an improved function.
이차전지는 전기화학 반응을 이용해 충전과 방전을 연속적으로 반복하여 반영구적으로 사용할 수 있는 화학 전지로서 납축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지 및 리튬 이차전지 등으로 구분된다. 이 중에서, 리튬 이차전지는 다른 전지들에 비하여 높은 전압 및 에너지 밀도 특성이 우수하여 이차전지 시장을 주도하고 있으며, 전해질의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 이차전지, 및 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 고분자 이차전지로 구분된다.A secondary battery is a chemical battery that can be used semi-permanently by continuously repeating charging and discharging using an electrochemical reaction, and is classified into a lead-acid battery, a nickel-cadmium battery, a nickel-hydrogen battery and a lithium secondary battery. Among them, lithium secondary batteries are superior to other batteries in terms of high voltage and energy density characteristics, leading the secondary battery market. Depending on the types of electrolytes, lithium ion secondary batteries using liquid electrolytes and solid electrolytes Lithium-ion polymer secondary battery.
리튬 이차전지는 양극, 음극, 전해질 및 분리막으로 구성되며, 이 중에서 분리막의 요구 특성은 양극과 음극을 분리하여 전기적으로 절연시키면서도 높은 기공도(porosity)를 바탕으로 리튬 이온의 투과도(permeability, 통기도)를 높여 이온전도도를 높이는 것이다. 일반적으로 사용되고 있는 분리막의 고분자 기재로는 기공 형성에 유리하고 내화학성, 기계적 물성 및 열적 특성이 우수한 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등과 같은 폴리올레핀계 고분자 필름이 널리 이용되고 있다 그런데 폴리올레핀은 고온에서 열수축이 심하며, 물리적으로도 취약하다. 이와 같은 기존 폴리올레핀계 분리막의 여러 문제들을 극복하기 위한 노력들이 최근 활발하게 진행되고 있으며, 그 예로 공압출, 부직포 및 세라믹 복합체 기술들과 전해액과의 친화도 향상 등을 목적으로 한 분리막의 표면개질에 대한 기술개발이 진행되고 있다. 부직포는 섬유 구조라는 특성상 상용화된 폴리올레핀계 분리막에 비해 기공의 구조나 크기가 많은 불균일성을 나타내게 되며 이는 전지 성능상 열화로 나타나게 된다. 특히 순간적인 고전류 순간방전(10초)에서 전류 누설 등 부족한 성능을 나타낸다. 따라서 부직포 분리막 분야에서 이러한 단점을 보완한 신규의 부직포 분리막의 개발이 요청된다.
The lithium secondary battery is composed of an anode, a cathode, an electrolyte, and a separator. Among them, separator is required to separate and electrically isolate an anode and a cathode, and has high permeability (permeability) of lithium ion based on high porosity. To increase the ionic conductivity. Polyolefin-based polymer films, such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP), which are advantageous for forming pores and have excellent chemical resistance, mechanical properties and thermal properties, are widely used as polymer substrates of separators which are generally used. And is physically fragile. Efforts to overcome various problems of conventional polyolefin-based membranes have been actively conducted recently. For example, surface reforming of membranes for the purpose of improving affinity between electrolyte solutions and coextrusion, nonwoven fabric, and ceramic composite technologies Technology development is underway. Due to the nature of the fiber structure, the nonwoven fabric exhibits a large nonuniformity in pore structure and size compared with the commercialized polyolefin separator, which is deteriorated in battery performance. Especially, it exhibits insufficient performance such as current leakage at a momentary high current momentary discharge (10 seconds). Therefore, it is required to develop a new nonwoven fabric separator which overcomes such shortcomings in the field of nonwoven fabric separator.
본원 발명은 안전성이 우수하고 내열성이 향상된 분리막을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기 설명에 의해서 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에서 기재되는 수단 또는 방법, 및 이의 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
It is an object of the present invention to provide a separation membrane having excellent safety and improved heat resistance. Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description. It is also to be easily understood that the objects and advantages of the present invention can be realized by the means or method described in the claims, and the combination thereof.
본원 발명은 상기 과제를 해소하기 위한 신규한 이차 전지용 분리막을 제공한다. 상기 분리막은 다층의 층상구조를 포함하는 것으로서, 폴리올레핀계 고분자 수지를 포함하는 기재층; 상기 기재층의 일측면에 형성되며 폴리올레핀계 고분자 수지 및 제1 무기물 입자를 포함하는 제1 무기물층; 및 상기 기재층의 타측면에 형성되며 고분자 수지와 제2 무기물 입자를 포함하는 제2 무기물층;을 포함한다. The present invention provides a novel secondary battery separator for solving the above problems. The separation membrane includes a multi-layered layer structure, and includes a base layer comprising a polyolefin-based polymer resin; A first inorganic material layer formed on one side of the substrate layer and including a polyolefin-based polymer resin and first inorganic particles; And a second inorganic layer formed on the other side of the substrate layer and including a polymer resin and second inorganic particles.
여기에서, 상기 기재층의 폴리올레핀계 고분자 수지는 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌(프로필렌 단독 중합체), 폴리프로필렌 랜덤 공중합체, 폴리1-부텐, 폴리4-메틸-1-펜텐, 에틸렌·프로필렌 랜덤 공중합체, 에틸렌·1-부텐 랜덤 공중합체, 프로필렌·1-부텐 랜덤 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상 또는 2종 이상의 혼합물인 것이다. Here, the polyolefin-based polymer resin of the base layer may be a high-density polyethylene, a polypropylene (propylene homopolymer), a polypropylene random copolymer, a poly-1-butene, Ethylene / 1-butene random copolymer, propylene / 1-butene random copolymer, or a mixture of two or more thereof.
여기에서, 상기 제1 무기물층은 폴리올레핀계 고분자 수지와 무기물 입자가 중량비의 측면에서 10:90 내지 90:10의 비율로 포함되어 있는 것이다. Here, the first inorganic material layer contains the polyolefin-based polymer resin and the inorganic particles at a ratio of 10:90 to 90:10 in terms of weight ratio.
여기에서, 상기 제1 무기물층의 폴리올레핀계 고분자 수지는 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌(프로필렌 단독 중합체), 폴리프로필렌 랜덤 공중합체, 폴리1-부텐, 폴리4-메틸-1-펜텐, 에틸렌·프로필렌 랜덤 공중합체, 에틸렌·1-부텐 랜덤 공중합체, 프로필렌·1-부텐 랜덤 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상 또는 2종 이상의 혼합물인 것이다. Here, the polyolefin-based polymer resin of the first inorganic material layer may be at least one selected from the group consisting of high density polyethylene, polypropylene (propylene homopolymer), polypropylene random copolymer, poly 1-butene, poly 4- Ethylene / 1-butene random copolymer, propylene / 1-butene random copolymer, or a mixture of two or more thereof.
여기에서, 상기 제1 무기물층의 폴리올레핀계 고분자 수지는 고밀도 폴리에틸렌 수지와 폴리프로필렌 수지가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.Here, the polyolefin-based polymer resin of the first inorganic material layer is characterized in that a high-density polyethylene resin and a polypropylene resin are mixed.
여기에서, 상기 제1 무기물층의 제1 무기물 입자는 리튬 이온 전지의 작동 전압 범위인 0V 내지 5V에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 전기화학적으로 안정적인 것이다. Here, the first inorganic particles of the first inorganic material layer are electrochemically stable so that no oxidation and / or reduction reaction occurs at 0 V to 5 V, which is an operating voltage range of the lithium ion battery.
여기에서, 상기 기재층과 상기 제1 무기물층은 공압출에 의해 형성되는 것이다. Here, the base layer and the first inorganic material layer are formed by co-extrusion.
여기에서, 상기 제2 무기물층은 상기 제1 무기물층이 형성되지 않은 상기 기재층의 타측면에 코팅의 방법에 의해 형성되는 것이다. Here, the second inorganic material layer is formed on the other side of the base material layer on which the first inorganic material layer is not formed by a coating method.
여기에서, 상기 제2 무기물층은 고분자 수지로서 폴리올레핀계 고분자 수지를, 제2 무기물입자로서 리튬 이온 전지의 작동 전압 범위인 0V 내지 5V에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 전기화학적으로 안정적인 무기물 입자를 포함하는 것이다.Here, the second inorganic material layer may be formed of a polyolefin-based polymer resin as the polymeric resin, and an electrochemically stable inorganic particle that does not cause oxidation and / or reduction reaction at 0 V to 5 V, which is the operating voltage range of the lithium ion battery, .
여기에서, 상기 제2 무기물 입자는 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자 또는 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자인 것이다. Here, the second inorganic particle is an inorganic particle having a dielectric constant of 5 or more or an inorganic particle having a lithium ion transferring ability.
여기에서, 상기 기재층과 대면하지 않는 상기 제1 무기물층의 일측면에 불소계 고분자 수지층이 더 형성되는 것이다.Here, the fluorine-based polymer resin layer is further formed on one side of the first inorganic material layer that does not face the base material layer.
여기에서, 상기 불소계 고분자 수지층은 두께가 0.5㎛ 내지 2㎛인 것을 특징으로 하는 것이다.
Here, the fluoropolymer resin layer has a thickness of 0.5 占 퐉 to 2 占 퐉.
본원 발명에 따른 분리막은 고내열 특성이 크게 향상되어 상기 분리막을 적용한 전지의 경우 고온 조건에서 열수축이 감소한다. 또한, 분리막 기재층으로 인해 전지 내 과열로 인한 열폭주시 기재층의 멜트다움 발생을 증가시켜 셧다운을 조기 유도하는 효과가 있다.
The separator according to the present invention has greatly improved high heat resistance, and the heat shrinkage of the battery using the separator is reduced under high temperature conditions. In addition, since the separator base layer increases the occurrence of meltdown of the substrate layer during thermal runaway due to overheating in the battery, the shutdown can be induced early.
첨부된 도면은 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 것으로, 발명의 범위가 이에 국한되는 것은 아니다. 한편, 본 명세서에 수록된 도면에서의 요소의 형상, 크기, 축척 또는 비율 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장될 수 있다.
도 1은 본원 발명의 구체적인 실시양태 중 하나로서 기재층, 제1 무기물층 및 제2 무기물층으로 이루어진 본원 발명에 따른 분리막의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본원 발명의 구체적인 실시양태 중 하나로서 기재층, 제1 무기물층, 제2 무기물층 및 불소 고분자 수지층으로 이루어진 본원 발명에 따른 분리막의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본원 발명의 이차 전지용 분리막 제조의 공정 흐름도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this application, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. On the other hand, the shape, size, scale or ratio of the elements in the drawings incorporated herein can be exaggerated to emphasize a clearer description.
Fig. 1 schematically shows the structure of a separation membrane according to the present invention comprising a base layer, a first inorganic layer and a second inorganic layer as one of the specific embodiments of the present invention.
2 schematically shows a structure of a separator according to the present invention comprising a substrate layer, a first inorganic material layer, a second inorganic material layer and a fluoropolymer resin layer as one of specific embodiments of the present invention.
3 is a process flow chart of the separation membrane for a secondary battery of the present invention.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed to be limited to ordinary or dictionary terms and the inventor shall properly define the concept of the term in order to best explain its invention The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
본원 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 성질이 서로 다른 두 층 이상의 다중층 구조로 이루어진 이차 전지용 분리막을 제공한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and provides a separation membrane for a secondary battery having a multilayer structure of two or more layers having different properties.
도 1 및 도 2는 본원 발명의 제1 측면 및 제2 측면에 따른 분리막을 개략적으로 도시하여 나타낸 것이다. 이하 상기 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 1 and 2 schematically show a separation membrane according to the first and second aspects of the present invention. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본원 발명의 제1 측면에 따르면, 본원 발명의 이차 전지용 분리막은, 폴리올레핀계 수지를 포함하는 기재층과 상기 기재층의 양측면에 고분자 수지 및 무기물 입자를 포함하는 제1 무기물층 및 제2 무기물층이 각각 적층되어 있는 것이다. According to a first aspect of the present invention, there is provided a separation membrane for a secondary battery according to the first aspect of the present invention, comprising: a base layer comprising a polyolefin resin; and a first inorganic layer and a second inorganic layer including polymer resin and inorganic particles on both sides of the base layer, Respectively.
또한, 본원 발명의 제2 측면에 따르면 본원 발명의 이차 전지용 분리막은 제1 무기물층 위에 불소계 고분자 수지층을 더 구비한다. According to a second aspect of the present invention, the separation membrane for a secondary battery of the present invention further comprises a fluorine-based polymer resin layer on the first inorganic material layer.
본원 발명의 제1 측면에 따르면 본원 발명의 이차 전지용 분리막은 상기 기재층의 일측면에 폴리올레핀계 고분자 수지 및 제1 무기물 입자를 포함하는 제1 무기물층이 상기 기재층과의 공압출에 의해 형성되고, 상기 기재층의 타측면에 폴리올레핀계 고분자 바인더 수지 및 제2 무기물이 포함된 제2 무기물층이 코팅에 의해 적층되어 형성된다.
According to a first aspect of the present invention, there is provided a separation membrane for a secondary battery according to the present invention, wherein a first inorganic material layer comprising a polyolefin-based polymer resin and first inorganic particles is formed on one side of the base material layer by co- And a second inorganic material layer containing a polyolefin-based polymeric binder resin and a second inorganic material on the other side of the substrate layer.
1. 기재층1. Base layer
본원 발명의 구체적인 일 실시형태에 따르면 상기 기재층은 폴리올레핀계 고분자 수지를 포함한다. 상기 폴리올레핀계 고분자 수지는 기계적 특성과 화학적 안정성이 우수하여 이차 전지용 분리막에 대해 적합한 물성을 나타낸다. 상기 폴리올레핀계 고분자 수지는 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌(프로필렌 단독 중합체), 폴리프로필렌 랜덤 공중합체, 폴리1-부텐, 폴리4-메틸-1-펜텐, 에틸렌·프로필렌 랜덤 공중합체, 에틸렌·1-부텐 랜덤 공중합체, 프로필렌·1-부텐 랜덤 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이들 올레핀계 고분자 수지는 1종을 단독으로 사용하거나 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 상기 기재층은 폴리에틸렌이 총 고분자 수지 100 중량부 대비 80 중량부 이상, 또는 90 중량부 이상 포함되는 것이다. According to a specific embodiment of the present invention, the substrate layer comprises a polyolefin-based polymer resin. The polyolefin-based polymer resin is excellent in mechanical properties and chemical stability, and exhibits properties suitable for a secondary battery separator. The polyolefin-based polymer resin may be at least one selected from the group consisting of high density polyethylene, polypropylene (propylene homopolymer), polypropylene random copolymer, poly 1-butene, poly 4-methyl-1-pentene, Butadiene random copolymer, and a propylene / 1-butene random copolymer. However, the present invention is not limited thereto. These olefin-based polymer resins may be used singly or in combination of two or more. Preferably, the base layer contains polyethylene in an amount of 80 parts by weight or more, or 90 parts by weight or more, based on 100 parts by weight of the total polymer resin.
본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면, 상기 기재층과 제1 무기물층은 후술하는 바와 같이 공압출법에 의해 동시에 형성된다. 통상적인 건식 분리막 제조공정과 마찬가지로 상기 기재층은 압출된 필름을 고온에서 연신함에 따라 라멜라 결정 계면에 미세 균열이 발생하여 다공화된다. According to a specific embodiment of the present invention, the base layer and the first inorganic material layer are simultaneously formed by a co-extrusion method as described later. Like the conventional dry separation membrane manufacturing process, the substrate layer is microcracked at the lamellar crystal interface as the extruded film is stretched at a high temperature.
상기 기재층은 이차 전지 분리막에서 요구되는 안정적인 이온 전도도를 고려하여 기공도가 30% 내지 60%, 바람직하게는 35% 내지 55%, 더욱 바람직하게는 40% 내지 50%인 것이다. 또한, 상기 기재층에 형성되는 기공은 직경이 10nm 내지 100nm, 바람직하게는 20nm 내지 80nm, 더욱 바람직하게는 30nm 내지 60nm 인 것이다. 또한, 본원 발명에 있어서 상기 기재층은 최종 제막 적층된 기재층의 단면 두께는 기계적 강도를 고려하여 최소 5㎛이상인 것이 바람직하다.
The base layer has porosity of 30% to 60%, preferably 35% to 55%, more preferably 40% to 50% in consideration of stable ion conductivity required in the secondary battery separator. The pores formed in the base layer have a diameter of 10 nm to 100 nm, preferably 20 nm to 80 nm, more preferably 30 nm to 60 nm. In the present invention, it is preferable that the thickness of the cross-section of the base layer laminated with the final film is at least 5 탆 or more considering the mechanical strength.
2. 제1 무기물층2. First inorganic layer
제1 무기물층은 본원 발명에 따른 분리막의 기계적 강도와 내열성을 향상시키기 위해 구비된다. 특히 고온 조건에서 기재층의 열수축을 방지하여 분리막의 형태 안정성을 높이기 위해 구비된다. The first inorganic layer is provided to improve the mechanical strength and heat resistance of the separator according to the present invention. Especially to prevent thermal shrinkage of the substrate layer under high temperature conditions to enhance the morphological stability of the separator.
상기 제1 무기물층은 폴리올레핀계 고분자 수지와 무기물 입자를 포함한다. 상기 제1 무기물층의 폴리올레핀계 고분자 수지는 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌(프로필렌 단독 중합체), 폴리프로필렌 랜덤 공중합체, 폴리1-부텐, 폴리4-메틸-1-펜텐, 에틸렌·프로필렌 랜덤 공중합체, 에틸렌·1-부텐 랜덤 공중합체, 프로필렌·1-부텐 랜덤 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이들 올레핀계 고분자 수지는 1종을 단독으로 사용하거나 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.The first inorganic material layer includes a polyolefin-based polymer resin and inorganic particles. The polyolefin-based polymer resin of the first inorganic material layer may be at least one selected from the group consisting of high density polyethylene, polypropylene (propylene homopolymer), polypropylene random copolymer, poly 1-butene, poly 4-methyl- Butadiene random copolymer, a 1-butene random copolymer, and a propylene / 1-butene random copolymer, but the present invention is not limited thereto. These olefin-based polymer resins may be used singly or in combination of two or more kinds, and high-density polyethylene, polypropylene or a mixture thereof may be used.
본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 제1 무기물층에 포함되는 고분자 수지는 전체 고분자 수지 100 중량부 대비 폴리프로필렌의 함량이 30중량부 이상, 바람직하게는 30 중량부 내지 55 중량부인 것이다.In one embodiment of the present invention, the polymer resin contained in the first inorganic material layer has a polypropylene content of 30 parts by weight or more, preferably 30 parts by weight to 55 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total polymer resin.
상기 제1 무기물층은 전술한 폴리올레핀 고분자 수지에 제1 무기물 입자가 혼입되어 있는 것이다. 상기 무기물 입자는 적용되는 전기화학 소자의 작동 전압 범위(예컨대, 리튬 이온전지의 Li/Li+기준으로 약 0 내지 약 5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 무기물 입자로서 유전율이 높은 무기물 입자를 사용하는 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다. 이러한 무기물 입자는 그 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 유전율 상수가 약 5 이상인 무기물 입자, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자(리튬 이차전지의 경우) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 무기물 입자를 사용할 수 있다. 상기 유전율 상수가 약 5 이상인 무기물 입자로는 BaTiO3, Pb(Zrx,Ti1-x)O3 (PZT, 0<x<1), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT, 0<x<1, 0<y<1), (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMN-PT, 0<x<1), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, SiO2, Y2O3, Al2O3, SiC 및 TiO2 등을 사용하는 것이 바람직하며, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자로는 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), (LiAlTiP)xOy 계열 glass(0 < x < 4, 0 < y < 13), 리튬란탄티타네이트(LixLayTiO3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), 리튬게르마니움티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0 < x < 4, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 0 < w < 5), 리튬나이트라이드(LixNy, 0 < x < 4, 0 < y < 2), SiS2 (LixSiySz, 0 < x < 3, 0 < y < 2, 0 < z < 4) 계열 glass 및 P2S5 (LixPySz, 0 < x < 3, 0 < y < 3, 0 < z < 7) 계열 glass 등을 사용하는 것이 바람직하지만, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.The first inorganic material layer is a mixture of the first inorganic material particles with the polyolefin polymer resin. The inorganic particles are not particularly limited as long as oxidation and / or reduction reaction does not occur in the operating voltage range of the applied electrochemical device (for example, about 0 to about 5 V based on Li / Li + of a lithium ion battery). Particularly, when inorganic particles having a high dielectric constant are used as the inorganic particles, the dissociation of the electrolyte salt, for example, the lithium salt in the liquid electrolyte, can be increased, and the ion conductivity of the electrolyte can be improved. Although the kind of the inorganic particles is not particularly limited, inorganic particles selected from the group consisting of inorganic particles having a dielectric constant of about 5 or more, inorganic particles having a lithium ion transferring ability (in the case of a lithium secondary battery), and mixtures thereof may be used . The inorganic particles having a dielectric constant of about 5 or more include BaTiO 3 , Pb (Zr x , Ti 1-x ) O 3 (PZT, 0 <x <1), Pb 1 -x La x Zr 1 -y Ti y O 3 (PMN-PT, 0 < x < 1), and half (PZT, 0 <x <1, 0 <y <1), (1-x) Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -xPbTiO 3 It is preferable to use HfO 2 , SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , SiO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiC and TiO 2 , But is not limited thereto. As the inorganic particles having lithium ion transferring ability, lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium titanium phosphate (Li x Ti y (PO 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y < (Li x Al y Ti z (PO 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y <1, 0 <z <3), (LiAlTiP) x O y series glass 0 <y <13), lithium lanthanum titanate (Li x La y TiO 3, 0 <x <2, 0 <y <3), lithium germanium thiophosphate (Li x Ge y P z S w , x <4, 0 <y < 1, 0 <z <1, 0 <w <5), lithium nitrides (Li x N y, 0 < x <4, 0 <y <2), SiS 2 (Li x Si y S z, 0 <x <3, 0 <y <2, 0 <z <4) based glass, and P 2 S 5 (Li x P y S z, 0 <x <3, 0 <y <3, 0 < z < 7) series glass or the like is preferably used, but is not limited thereto.
제1 무기물 입자는 그의 평균입경이 약100nm 내지 약1,000nm, 또는 약 200nm 내지 약800nm, 또는 약 200nm 내지 약 600nm이다. 무기물입자의 입경이 100nm 미만으로 과도하게 미세한 경우에는 고분자 수지 중 균일하게 분산되지 않고 응집되어 분리막의 저항 특성이 저하될 수 있다. 한편, 제1 무기물층에서 상기 무기물 입자의 함량은 폴리올레핀 고분자 수지 100중량부 대비 10 내지 90 중량부, 또는 30 중량부 내지 70 중량부, 또는 50 중량부 내지 70중량부인 것이다. The first inorganic particle has an average particle size of from about 100 nm to about 1,000 nm, or from about 200 nm to about 800 nm, or from about 200 nm to about 600 nm. If the particle diameter of the inorganic particles is excessively fine to less than 100 nm, the polymer particles may not be uniformly dispersed in the polymer resin, and the resistance characteristics of the separation membrane may be deteriorated. On the other hand, the content of the inorganic particles in the first inorganic material layer is 10 to 90 parts by weight, 30 to 70 parts by weight, or 50 to 70 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyolefin polymer resin.
무기물 입자가 상기 제1 무기물층 내에 전술된 범위로 포함되면 혼입되어 있는 무기물 입자로 인해 분리막의 열적 및 기계적 강도가 향상되는 효과가 발휘될 수 있다. 또한, 상기 제1 무기물 입자는 고분자 수지 중 고르게 분산되어 혼입되어 있는 것으로, 상기 제1 무기물층은 후술하는 연신 공정에 의해 무기물 입자와 고분자 수지의 계면이 분리되어 그 사이에 미세 공극이 발생되어 다공질 특성을 갖는다. 이에 따라 제1 무기물층은 이온 전도도 및 전해질 함침성 등이 우수한 분리막을 형성하는데 유리한 측면이 있다. 반면에 상기 무기물 입자의 함량이 상기 범위를 초과하여 지나치게 과량으로 혼입되는 경우에는 입자의 바인더 역할을 하는 고분자 수지의 함량이 불충분하여 필름의 연신 및 건조 과정에서 입자가 탈리될 수 있다.If the inorganic particles are included in the first inorganic layer in the above-described range, the thermal and mechanical strength of the separator can be improved due to the inorganic particles incorporated therein. In the first inorganic material layer, the interface between the inorganic particles and the polymer resin is separated by the stretching process to be described later, and micropores are generated therebetween to form a porous . Accordingly, the first inorganic material layer is advantageous in forming a separator having excellent ionic conductivity and electrolyte impregnability. On the other hand, when the content of the inorganic particles exceeds the above range and is mixed in an excessively large amount, the content of the polymer resin serving as a binder of the particles is insufficient and the particles may be desorbed during the stretching and drying process of the film.
본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면, 상기 제1 무기물 입자는 이의 표면이 유기물로 개질되어 있을 수 있으며, 유기물은 비제한적으로 탄소수 6 내지 18인 카르복시산, 케톤 및 CONH 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the surface of the first inorganic particle may be modified with an organic material, and the organic material may include, but not limited to, a carboxylic acid having 6 to 18 carbon atoms, a ketone, Or a mixture of two or more.
본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면, 상기 제1 무기물층은 전술한 상기 기재층과 함께 공압출법에 의해 형성된다. 상기 공압출에 의해 기재층과 제1 무기물층이 순차적으로 적층되어 있는 시트(sheet) 형태로 동시에 압출되며, 상기 시트 형태로 압출된 필름을 100℃ 이상의 고온에서 연신하여 제1 무기물 입자와 고분자 수지의 계면에서 미세 균열이 발생함에 따라 제1 무기물층에 미세 기공이 형성되어 다공화된다. 제1 무기물층의 기공도는 20% 내지 80%, 바람직하게는 30% 내지 60%, 더욱 바람직하게는 35% 내지 55%인 것이다. 제1 무기물층의 최종 두께는 3㎛ 이상이어야 한다. 또한, 상기 기재층에 형성되는 기공은 직경이 10nm 내지 100nm, 바람직하게는 20nm 내지 80nm, 더욱 바람직하게는 30nm 내지 60nm 인 것이다. According to a specific embodiment of the present invention, the first inorganic material layer is formed by a co-extrusion method together with the base material layer described above. Extruding the sheet in the form of a sheet in which a base layer and a first inorganic material layer are sequentially laminated by the co-extrusion, and stretching the film in a sheet form at a high temperature of 100 DEG C or higher to form the first inorganic particles and the polymeric resin The fine pores are formed in the first inorganic material layer as the microcracks are generated at the interface of the first inorganic material layer. The porosity of the first inorganic material layer is 20% to 80%, preferably 30% to 60%, more preferably 35% to 55%. The final thickness of the first inorganic material layer should be 3 탆 or more. The pores formed in the base layer have a diameter of 10 nm to 100 nm, preferably 20 nm to 80 nm, more preferably 30 nm to 60 nm.
상기 기재층과 상기 제1 무기물층의 형성방법은 박막 필름을 제조하는 업계에서 이용되는 통상적인 공압출법을 적용할 수 있다. 상기 기재층 및 제1 무기물층의 공압출에 의한 형성방법을 구체적인 예를 들어 설명하면 다음과 같다(S100). 우선, (S110) 기재층에 사용될 고분자 수지와 제1 무기물층에 사용될 고분자 수지를 각각 별도의 호퍼에 공급하고 압출기로 용융한다. 이때 상기 제1 무기물층에 사용될 고분자 수지에는 전술한 함량 범위 내로 무기물 입자를 투입한다. (S120) 상기 용융된 각각의 고분자 수지를 공압출용 T 다이를 통해 압출한다. 이에 의하여 기재층과 제1 무기물층이 적층된 미연신 필름이 수득된다. 여기에서 압출온도는 특별히 한정되지 않으며 사용되는 고분자 수지에 따라 적절하게 조절될 수 있다. (S130) 다음으로 냉각롤을 이용해서 상기 공압출된 필름을 냉각시킨다. (S140) 이후, 상기 냉각된 필름을 예열한 후 기계방향 및/또는 폭 방향으로 연신한다. 상기 일축 및/또는 이축 연신율은 기계방향 및/또는 폭 방향으로 3배 내지 7배인 것이다. 상기와 같은 방법에 의하여 기재층과 제1 무기물층이 적층된 연신 필름을 얻을 수 있다. 전술한 바와 같이, 기재층은 연신에 의해 필름의 라멜라 결정 계면에 미세 균열이 발생하여 다공화되며, 제1 무기물층은 제1 무기물 입자와 고분자 수지의 계면에서 발생된 미세 균열에 따라 다공화된다.
The method of forming the base layer and the first inorganic material layer may be a conventional co-extrusion method used in the industry for producing a thin film. A method of forming the base layer and the first inorganic material layer by co-extrusion will be described below in detail (S100). First, the polymer resin to be used for the base layer (S110) and the polymer resin to be used for the first inorganic material layer are supplied to separate hoppers, respectively, and melted by an extruder. At this time, the inorganic particles are injected into the polymer resin to be used for the first inorganic material layer within the above-mentioned content range. (S120) Each of the molten polymer resins is extruded through a T die for co-extrusion. Thereby, an unstretched film in which the base layer and the first inorganic material layer are laminated is obtained. Here, the extrusion temperature is not particularly limited and can be appropriately adjusted according to the polymer resin used. (S130) Next, the co-extruded film is cooled using a cooling roll. (S140), the cooled film is preheated and then stretched in the machine direction and / or width direction. The uniaxial and / or biaxial elongation is 3 to 7 times in the machine direction and / or width direction. A stretched film in which the base layer and the first inorganic material layer are laminated can be obtained by the above-described method. As described above, in the substrate layer, microcracks are generated in the lamellar crystal interface of the film by stretching to multiply the first inorganic material layer, and the first inorganic material layer is polished according to the microcracks generated at the interface between the first inorganic particles and the polymer resin .
3. 제2 무기물층3. Second inorganic layer
본원 발명에 따른 상기 분리막은 제2 무기물층을 더 포함한다. 상기 제2 무기물층은 상기 기재층에서 제1 무기물층이 적층되지 않은 타측면에 형성된다. 상기 제2 무기물층은 고분자 수지와 제2 무기물 입자를 포함한다. 제2 무기물층은 본원 발명에 따른 기재층의 기계적 강도와 내열성을 향상시키기 위해 구비된다. 특히 고온 조건에서 기재층의 열수축을 방지하여 분리막의 형태 안정성을 높이기 위한 것이다.The separation membrane according to the present invention further comprises a second inorganic material layer. The second inorganic material layer is formed on the other side of the base material layer where the first inorganic material layer is not laminated. The second inorganic material layer includes a polymer resin and a second inorganic material particle. The second inorganic layer is provided to improve the mechanical strength and heat resistance of the substrate layer according to the present invention. And is intended to prevent heat shrinkage of the substrate layer under high temperature conditions, thereby enhancing the morphological stability of the separator.
상기 제2 무기물층은 고분자 수지로서 폴리올레핀계 고분자 수지를 포함한다. 여기에서, 상기 폴리올레핀 고분자 수지에 대한 설명은 상기 제1 무기물층에 사용된 폴리올레핀 고분자 수지와 동일한 것을 사용할 수 있다. 따라서 제2 무기물층의 폴리올레핀 고분자 수지에 대한 기재는 제1 무기물층에 대한 기재로 갈음하며 그것을 참조한다. 본원 발명의 제2 측면에 따른 제2 무기물 층의 제2 무기물 입자는 적용되는 전기화학 소자의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+기준으로 약 0 내지 약 5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 상기 제2 무기물 입자에 대한 구체적인 설명은 상기 제1 무기물층의 제1 무기물 입자와 동일한 것을 사용할 수 있다. 따라서 제2 무기물 입자에 대한 설명은 제1 무기물 입자에 대한 설명으로 갈음하며 그것을 참조한다. 본원 발명의 제2 측면에 따른 제2 무기물층에서 폴리올레핀 고분자 수지와 제2 무기물 입자의 조성비는 중량비로 1:99 내지 90:10의 범위 내에서 조절가능하며, 특히 50:50 내지 1:99의 범위가 바람직하다. 90:10의 중량비 미만인 경우 고분자의 함량이 지나치게 많게 되어 무기물 입자들 사이에 형성된 공간의 감소로 인한 기공 크기 및 기공도가 감소되어 전지 성능 저하가 야기될 수 있으며, 1:99의 중량비를 초과하는 경우에는 고분자 함량이 너무 적기 때문에 무기물 사이의 접착력 약화로 인해 제2 무기물층의 기계적 물성이 저하된다. The second inorganic material layer comprises a polyolefin-based polymer resin as a polymer resin. Here, the polyolefin polymer resin may be the same as the polyolefin polymer resin used for the first inorganic material layer. Thus, the substrate for the polyolefin polymer resin of the second inorganic layer is replaced with the substrate for the first inorganic layer and referenced therein. The second inorganic particle of the second inorganic material layer according to the second aspect of the present invention may be oxidized and / or reduced at an operating voltage range of the applied electrochemical device (e.g., about 0 to about 5 V based on Li / Li +) It is not particularly limited. A detailed description of the second inorganic particles may be the same as the first inorganic particles of the first inorganic layer. Thus, the description of the second inorganic particle is replaced by the description of the first inorganic particle and refers to it. In the second inorganic material layer according to the second aspect of the present invention, the composition ratio of the polyolefin polymer resin and the second inorganic particles may be controlled within a range of 1:99 to 90:10 by weight, particularly 50:50 to 1:99 Range is preferred. If the weight ratio of the inorganic particles is less than 90:10, the amount of the polymer is excessively increased, resulting in a decrease in the pore size and porosity due to the reduction of the space formed between the inorganic particles, The mechanical properties of the second inorganic material layer are deteriorated due to the weakening of the adhesion between the inorganic materials because the polymer content is too small.
즉, 고분자(P) 대비 무기물 입자(I)의 비(ratio = I/P)가 증가할수록 본 발명의 제2 무기물층의 기공도가 증가하게 되며, 이는 동일한 고형분 함량(무기물 입자 중량+고분자 중량)에서 유/무기 복합 다공성 분리막의 두께가 증가되는 결과를 초래하게 된다. 또한, 무기물 입자들간의 기공 형성 가능성이 증가하여 기공 크기가 증가하게 되는데, 이때 무기물 입자의 크기(입경)가 커질수록 무기물들 사이의 간격(interstitial distance)이 커지므로, 기공 크기가 증가하게 된다.That is, as the ratio of the inorganic particles (I) to the polymer (P) increases, the porosity of the second inorganic material layer of the present invention increases as the ratio of the inorganic particles (I) ), Resulting in an increase in the thickness of the organic / inorganic composite porous membrane. Also, the pore size increases due to an increase in the possibility of forming pores between the inorganic particles. At this time, as the size (particle size) of the inorganic particles increases, the interstitial distance between the inorganic particles increases.
상기 제2 무기물층은 포함된 무기물 입자들간의 인터스티셜 볼룸(interstitial volume)에 의한 다공성 구조를 갖는다. 본원 발명에 있어서, 인터스티셜 볼륨이란 은 무기물 입자들의 충진 구조(densely packed sturucture)에서 실질적으로 면접하는 무기물 입자들에 의해 한정되는 공간이다. 이와 같은 제2 무기물층의 다공성 구조에 의해서 전해질의 함침율이 향상될 수 있다. 제2 무기물층은 무기물 입자의 크기 및 무기물 입자와 고분자 수지의 조성을 조절함으로써 상기 기재층에 포함된 기공과 더불어 제2 무기물층의 기공 구조를 형성할 수 있으며, 상기 기공 크기 및 기공도를 함께 조절할 수 있다. The second inorganic material layer has a porous structure formed by an interstitial interstitial volume between the inorganic particles. In the present invention, an interstitial volume is a space defined by inorganic particles substantially interfaced with a densely packed sturucture. The impregnation rate of the electrolyte can be improved by the porous structure of the second inorganic material layer. The second inorganic material layer can form the pore structure of the second inorganic material layer together with the pores included in the substrate layer by controlling the size of the inorganic particles and the composition of the inorganic particles and the polymer resin, .
상기 제2 무기물층은 기공의 크기가 10㎛ 내지 100㎛, 바람직하게는 30㎛ 내지 70㎛, 더욱 바람직하게는 50㎛ 내지 60㎛인 것이다. 제2 무기물층의 기공은 입자간에 형성되는 공간에 의해 형성되는 것이므로 상기 기재층 또는 제1 무기물층에서 필름의 연신에 의해 형성되는 기공의 크기에 비해 상대적으로 크게 형성될 수 있다. The second inorganic material layer has a pore size of 10 mu m to 100 mu m, preferably 30 mu m to 70 mu m, more preferably 50 mu m to 60 mu m. Since the pores of the second inorganic material layer are formed by the spaces formed between the particles, the pores of the second inorganic material layer may be relatively large compared to the pores formed by the stretching of the film in the base material layer or the first inorganic material layer.
다음으로 제2 무기물층을 상기에서 수득한 연신 필름의 기재층상에 적층하는 방법에 대해 설명한다. 본원 발명에 따른 제조 방법의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 우선 무기물 입자와 고분자 수지를 혼합하여 제2 무기물층 형성용 조성물 제조한다(S200). 상기 조성물의 제조방법은 예를 들어, 고분자 수지를 용매에 용해시켜 고분자 수지 용액을 제조한 후 이 고분자 수지 용액에 제2 무기물 입자를 첨가 및 혼합하여 제2 무기물층 형성용 조성물을 제조한다. 다음으로 상기 기재층의 표면에 상기 조성물을 도포 및 건조하여 제2 무기물층을 코팅한다(S300). 상기 코팅 공정은 통상적인 코팅 방법을 사용할 수 있으며, 딥(Dip) 코팅, 다이(Die) 코팅, 롤(roll) 코팅, 콤마(comma) 코팅 또는 이들의 혼합 방식을 통해 도포하는 것이 바람직하다.Next, a method of laminating the second inorganic material layer on the substrate layer of the stretched film obtained above will be described. In one embodiment of the manufacturing method according to the present invention, a composition for forming a second inorganic layer is prepared by mixing inorganic particles and a polymer resin (S200). The composition may be prepared, for example, by preparing a polymer resin solution by dissolving a polymer resin in a solvent, adding and mixing second inorganic particles to the polymer resin solution to prepare a composition for forming a second inorganic layer. Next, the composition is coated on the surface of the base layer and dried to coat the second inorganic layer (S300). The coating may be carried out by a conventional coating method, such as a dip coating, a die coating, a roll coating, a comma coating, or a combination thereof.
상기에 있어서, 고분자 수지 용액에 제2 무기물 입자를 첨가한 후 무기물 입자의 파쇄를 실시하는 것이 바람직하다. 이때 파쇄 시간은 1 내지 20 시간이 적절하며 파쇄된 무기물 입자의 입도는 전술한 바와 같다. 파쇄 방법으로는 통상적인 방법을 사용할 수 있으며, 특히 볼밀(ball mill) 법이 바람직하다. In the above, it is preferable to carry out the crushing of the inorganic particles after adding the second inorganic particles to the polymer resin solution. In this case, the disintegration time is preferably 1 to 20 hours, and the particle size of the disintegrated inorganic particles is as described above. As the crushing method, a conventional method can be used, and a ball mill method is particularly preferable.
상기 용매로는 사용하고자 하는 고분자와 용해도 지수가 유사하며, 끓는점(boiling point)이 낮은 것이 바람직하다. 이는 혼합이 균일하게 이루어질 수 있으며, 이후 용매를 용이하게 제거할 수 있기 때문이다. 상기 용매의 비제한적인 예로는 아세톤(acetone), 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran), 메틸렌클로라이드 (methylenechloride), 클로로포름 (chloroform), 디메틸포름아미드 (dimethylformamide), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 시클로헥산 (cyclohexane), 물 또는 이들의 혼합체 등이 있다.
The solvent preferably has a similar solubility index to the polymer to be used and a low boiling point. This is because the mixing can be made uniform and then the solvent can be easily removed. Non-limiting examples of the solvent include acetone, tetrahydrofuran, methylenechloride, chloroform, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone (N- methyl-2-pyrrolidone (NMP), cyclohexane, water or a mixture thereof.
4. 불소계 고분자 수지층4. Fluorine-based polymer resin layer
본원 발명의 제2측면에 따르면 본원 발명의 분리막은 제1 무기물층 표면 및/또는 제2 무기물층 표면상에 불소계 고분자 수지층을 더 포함한다. According to a second aspect of the present invention, the separation membrane of the present invention further comprises a fluoropolymer resin layer on the surface of the first inorganic material layer and / or the surface of the second inorganic material layer.
상기 불소계 고분자 수지는 PVdF, PVdF-TEF(tetrafluoro ethylene), PVdF-HFP(hexafluoro propylene), PVdF-PFA(perfluoro alkoxy ethylene), PVdF-ETEF(Ethylene tetrafluoroethylene), PVdF-PVF(polyvinylfluoride), PVdF-CTFE(chlorotrifluoroethylene) 및 PVdF-ECTFE(Ethylene chlorotrifluoroethylene)에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 불소계 고분자 수지층은 전극과 분리막의 라미네이션 공정에서 전극과의 접착력을 향상시키며 폴리에틸렌 기재층에 대비하여 녹는 점이 높으므로 기재층의 멜트다운을 일정 온도 수준, 즉, 상기 불소계 고분자 수지의 용융온도까지 방지할 수 있는 효과가 있다. 본원 발명에 있어서 상기 불소계 수지층은 기공이 형성되지 않으며 전해액은 무결정 영역으로 흡수-확산-탈착으로 이루어진 이동 메커니즘을 따라 이동하게 된다. 상기 불소계 고분자 수지층은 0.5㎛ 내지 ㎛ 내지 2 ㎛, 바람직하게는 0.5 ㎛ 내지 1㎛의 두께를 갖는다. 상기 두께가 전술한 범위에 미치지 못하는 경우에는 전극과 접착시 소정의 접착력을 발휘할 수 없으며, 반면에 전술한 범위를 초과하는 경우에는 전해액의 흡수 및 확산을 방해할 수 있다. The fluoropolymer resin may be at least one selected from the group consisting of PVdF, PVdF-TEF (tetrafluoroethylene), PVdF-HFP (hexafluoropropylene), PVdF-PFA (perfluoro alkoxy ethylene), PVdF-ETEF (ethylene tetrafluoroethylene), PVdF- (chlorotrifluoroethylene) and PVdF-ECTFE (ethylene chlorotrifluoroethylene). However, the present invention is not limited thereto. The fluorine-based polymer resin layer improves the adhesion to the electrodes in the lamination process of the electrode and the separator. Since the melting point of the fluorine-based polymer resin layer is higher than that of the polyethylene base layer, the meltdown of the base layer is maintained at a certain temperature level, There is an effect that can be prevented. In the present invention, the fluorine-based resin layer does not have pores and the electrolyte moves along a movement mechanism composed of absorption-diffusion-desorption in a noncrystalline region. The fluoropolymer resin layer has a thickness of 0.5 탆 to 2 탆, preferably 0.5 탆 to 1 탆. If the thickness does not fall within the above-mentioned range, a predetermined adhesive force can not be exerted at the time of adhering to the electrode. On the other hand, if it exceeds the above-mentioned range, absorption and diffusion of the electrolyte can be prevented.
본원 발명의 바람직한 일 실시양태에 따르면 상기 불소계 고분자 수지층은 제1 무기물층 상에 형성된다(S400). 상기 불소계 고분자 수지층을 형성하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며 통상적인 코팅 방법이 적용될 수 있다. 상기 코팅 방법으로는 딥(Dip) 코팅, 다이(Die) 코팅, 롤(roll) 코팅, 콤마(comma) 코팅 또는 이들의 혼합 방식을 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 상기 불소계 고분자 수지층의 형성은 불소계 고분자 수지를 용융하거나 적절한 용매에 녹인 후 이를 상기 제1 무기물층상에 도포 및 건조하는 방식으로 수행될 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the fluorine-based polymer resin layer is formed on the first inorganic material layer (S400). The method of forming the fluorine-based polymer resin layer is not particularly limited, and a conventional coating method can be applied. Examples of the coating method include a dip coating, a die coating, a roll coating, a comma coating, or a mixing method thereof, but the present invention is not limited thereto. For example, the fluoropolymer resin layer may be formed by melting the fluoropolymer resin or by dissolving the fluoropolymer resin in a suitable solvent, and then applying and drying the fluoropolymer resin on the first inorganic material layer.
본 발명의 다른 측면에 따라, 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 전술된 분리막을 포함하는 전기화학 소자를 제조할 수 있다. 본 발명의 전기화학 소자는 전기화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구체적인 예로는 모든 종류의 일차전지, 이차전지, 연료전지, 태양전지 또는 수퍼 캐패시터 소자와 같은 캐퍼시터(capacitor) 등이 있다. 특히, 상기 이차전지 중에서 리튬 금속 이차전지, 리튬 이온 이차전지, 리튬 폴리머 이차전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차전지 등을 포함하는 리튬 이차전지가 바람직하다.According to another aspect of the present invention, an electrochemical device including the positive electrode, the negative electrode, and the above-described separator interposed between the positive electrode and the negative electrode may be manufactured. The electrochemical device of the present invention includes all devices that perform an electrochemical reaction. Examples of the electrochemical device include capacitors such as all types of primary cells, secondary cells, fuel cells, solar cells, and super capacitors. Particularly, a lithium secondary battery including a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, or a lithium ion polymer secondary battery is preferable among the above secondary batteries.
양극, 음극 등은 당해 분야에 공지되어 있는 공정 및/또는 방법에 의해 용이하게 제조될 수 있다.The anode, the cathode and the like can be easily produced by a process and / or a method known in the art.
양극은 당업계에서 알려진 통상적인 방법에 따라 양극 활물질을 양극 전류집전체에 결착시킨 형태로 제조된다. 이때, 양극 활물질로는 종래 전기화학 소자의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극 활물질이 사용 가능하며, 비제한적인 예로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, Li(NiaCobMnc)O2(0<a<1, 0<b<1, a+b+c=1), LiNi1-YCoYO2, LiCo1-YMnYO2, LiNi1-YMnYO2(여기서, 0≤Y<1), Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2, 0<b<2, a+b+c=2), LiMn2-ZNiZO4, LiMn2-ZCoZO4(여기서, 0<Z<2), LiCoPO4, LiFePO4 및 이들의 혼합물 등이 있다. 또한, 양극 전류집전체로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등을 사용할 수 있다.The anode is prepared by binding a cathode active material to a cathode current collector according to a conventional method known in the art. As the cathode active material, a conventional cathode active material that can be used for a cathode of a conventional electrochemical device can be used. Examples of the cathode active material include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li (Ni a Co b Mn c ) O 2 (0 <a <1, 0 <b <1, a + b + c = 1), LiNi 1 -Y Co Y O 2 , LiCo 1 -Y Mn Y 2 O, LiNi 1 -Y Mn Y O 2 (where, 0≤Y <1), Li ( Ni a Co b Mn c) O 4 (0 <a <2, 0 <b <2, a + b + c = 2), LiMn 2-Z Ni Z O 4, LiMn include 2-Z Co Z O 4 (where, 0 <Z <2), LiCoPO 4, LiFePO 4 , and mixtures thereof. The anode current collector may be made of aluminum, nickel, or a combination thereof.
음극은 당업계에서 알려진 통상적인 방법에 따라 음극 활물질을 음극 전류집전체에 결착시킨 형태로 제조된다. 이때, 음극 활물질은 예컨대 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz(Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8)의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료 등을 사용할 수 있다. 한편, 음극 전류집전체로는 스테인레스강, 니켈, 구리, 티탄 또는 이들의 합금 등을 사용할 수 있다.The negative electrode is prepared by adhering the negative electrode active material to the negative electrode current collector according to a conventional method known in the art. At this time, the negative electrode active material may be carbon such as non-graphitized carbon or graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1 ), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me 'y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Metal complex oxides of Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, halogen, 0 < x < Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, Bi 2 O 5 and the like; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used. On the other hand, as the negative electrode current collector, stainless steel, nickel, copper, titanium or an alloy thereof can be used.
또한, 상기 전극과 분리막 사이에 삽입될 수 있는 전해질은 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 (γ-부티로락톤) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 또는 해리된 것이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.Also, the electrolyte that can be inserted between the electrode and the separator is a salt having a structure such as A + B - , where A + includes an alkali metal cation such as Li + , Na + , K + 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 - (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and the like, and salts containing anions such as C (CF 2 SO 2 ) 3 - But are not limited to, dipropyl carbonate (DPC), dimethylsulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethyl carbonate (? -butyrolactone), or a mixture thereof, but is not limited thereto All.
상기 전해질의 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전지 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. The electrolyte may be injected at an appropriate stage of the battery manufacturing process, depending on the manufacturing process and required properties of the final product.
본 발명의 분리막을 전지에 적용하는 공정으로는 일반적인 공정인 권취(winding) 이외에도 분리막과 전극의 적층(lamination, stack) 및 접음(folding) 공정이 가능하다.
As a process for applying the separator of the present invention to a battery, a lamination, stacking and folding process of a separator and an electrode can be performed in addition to a general process of winding.
100 분리막
110 기재층
120 제1 무기물층
130 제2 무기물층
140 불소 고분자 수지층100 membrane
110 base layer
120 first inorganic layer
130 second inorganic layer
140 Fluoropolymer resin layer
Claims (16)
상기 기재층의 일측면에 형성되며 폴리올레핀계 고분자 수지 및 제1 무기물
입자를 포함하는 제1 무기물층; 및
상기 기재층의 타측면에 형성되며 고분자 수지와 제2 무기물 입자를 포함하
는 제2 무기물층;을 포함하며,
상기 기재층과 상기 제1 무기물층은 공압출에 의해 형성되고, 상기 제2 무기물층은 상기 제1 무기물층이 형성되지 않은 상기 기재층의 타측면에 코팅의 방법에 의해 형성되며,
상기 기재층과 대면하지 않는 상기 제1 무기물층의 일측면에 불소계 고분자 수지층이 더 형성되고,
상기 제2 무기물층의 기공은 입자간에 형성되는 공간에 의해 형성되며, 상기 제1 무기물층의 기공은 필름의 연신에 의해 형성되는 것으로서, 제2 무기물 층의 기공은 제1 무기물 층의 기공에 비해 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 것인 이차 전지용 분리막.
A base layer comprising a polyolefin-based polymer resin;
A base material layer formed on one side of the substrate layer, wherein the polyolefin-based polymer resin and the first inorganic material
A first inorganic layer comprising particles; And
And a second inorganic particle formed on the other side of the base layer and including a polymer resin and a second inorganic particle
A second inorganic layer,
Wherein the substrate layer and the first inorganic material layer are formed by coextrusion, and the second inorganic material layer is formed by a coating method on the other side of the base material layer on which the first inorganic material layer is not formed,
A fluorinated polymer resin layer is further formed on one side of the first inorganic material layer that does not face the base material layer,
The pores of the second inorganic material layer are formed by a space formed between the particles, and the pores of the first inorganic material layer are formed by stretching the film. The pores of the second inorganic material layer are larger than the pores of the first inorganic material layer Wherein the separator is a separator for a secondary battery.
상기 기재층의 폴리올레핀계 고분자 수지는 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌(프로필렌 단독 중합체), 폴리프로필렌 랜덤 공중합체, 폴리1-부텐, 폴리4-메틸-1-펜텐, 에틸렌·프로필렌 랜덤 공중합체, 에틸렌·1-부텐 랜덤 공중합체, 프로필렌·1-부텐 랜덤 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상 또는 2종 이상의 혼합물인 것인, 이차 전지용 분리막.
The method according to claim 1,
The polyolefin-based polymer resin of the base layer may be at least one selected from the group consisting of high density polyethylene, polypropylene (propylene homopolymer), polypropylene random copolymer, poly 1-butene, poly 4-methyl- -Butene random copolymer, and propylene / 1-butene random copolymer, or a mixture of two or more thereof.
상기 제1 무기물층은 폴리올레핀계 고분자 수지와 무기물 입자가 중량비의 측면에서 10:90 내지 90:10의 비율로 포함되어 있는 것인, 이차 전지용 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the first inorganic material layer comprises a polyolefin-based polymer resin and inorganic particles in a weight ratio of 10:90 to 90:10.
상기 제1 무기물층의 폴리올레핀계 고분자 수지는 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌(프로필렌 단독 중합체), 폴리프로필렌 랜덤 공중합체, 폴리1-부텐, 폴리4-메틸-1-펜텐, 에틸렌·프로필렌 랜덤 공중합체, 에틸렌·1-부텐 랜덤 공중합체, 프로필렌·1-부텐 랜덤 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상 또는 2종 이상의 혼합물인 것인, 이차 전지용 분리막.
The method of claim 3,
The polyolefin-based polymer resin of the first inorganic material layer may be at least one selected from the group consisting of high density polyethylene, polypropylene (propylene homopolymer), polypropylene random copolymer, poly 1-butene, poly 4-methyl- A 1-butene random copolymer, a propylene / 1-butene random copolymer, or a mixture of two or more thereof.
상기 제1 무기물층의 폴리올레핀계 고분자 수지는 고밀도 폴리에틸렌 수지와 폴리프로필렌 수지가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 것인, 이차 전지용 분리막.
The method of claim 3,
Wherein the polyolefin-based polymer resin of the first inorganic material layer is a mixture of a high-density polyethylene resin and a polypropylene resin.
상기 제1 무기물층의 제1 무기물 입자는 리튬 이온 전지의 작동 전압 범위인 0V 내지 5V에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 전기화학적으로 안정적인 것인, 이차 전지용 분리막.
The method of claim 3,
Wherein the first inorganic particles of the first inorganic material layer is electrochemically stable so that oxidation and / or reduction reaction does not occur at an operating voltage range of 0 V to 5 V, which is an operating voltage range of the lithium ion battery.
상기 제2 무기물층은 고분자 수지로서 폴리올레핀계 고분자 수지를, 제2 무기물입자로서 리튬 이온 전지의 작동 전압 범위인 0V 내지 5V에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 전기화학적으로 안정적인 무기물 입자를 포함하는 것인, 이차 전지용 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the second inorganic material layer comprises a polyolefin-based polymer resin as the polymer resin, and electrochemically stable inorganic particles that do not undergo oxidation and / or reduction reaction at 0 V to 5 V in the operating voltage range of the lithium ion battery as the second inorganic particles A separator for a secondary battery.
상기 제2 무기물 입자는 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자 또는 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자인 것인, 이차 전지용 분리막.
10. The method of claim 9,
Wherein the second inorganic particles are inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more or inorganic particles having a lithium ion transporting ability.
상기 불소계 고분자 수지층은 두께가 0.5㎛ 내지 2㎛인 것을 특징으로 하는 것인, 이차 전지용 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the fluorine-based polymer resin layer has a thickness of 0.5 탆 to 2 탆.
(S100)공압출에 의해 기재층과 제1 무기물층이 적층된 다공성 연신 필름을 형성하는 단계;
(S200)무기물 입자 및 고분자 수지를 혼합하여 제2 무기물층 형성용 조성물을 제조하는 단계; 및
(S300)상기 (S200)에서 제조된 조성물을 상기 다공성 연신 필름의 기재층상에 코팅하여 제2 무기물층을 형성하는 단계; 를 포함하고, 상기 분리막은 제1항에 따른 것인, 이차 전지용 분리막 제조 방법.
In the separation membrane production method,
(S100) forming a porous stretched film in which a base layer and a first inorganic material layer are laminated by coextrusion;
(S200) mixing the inorganic particles and the polymer resin to prepare a composition for forming a second inorganic layer; And
(S300) coating the composition prepared in (S200) on the substrate layer of the porous stretched film to form a second inorganic material layer; And the separator is the separator according to any one of claims 1 to 6. A method for producing a separator for a secondary battery,
(S110) 기재층에 사용될 기재층용 고분자 수지(A)와 제1 무기물층에 사용될 제1 무기물층용 고분자 수지(B)를 각각 별도의 호퍼에서 용융하는 단계;
(S120)상기 용융된 고분자 수지 (A) 및 (B)를 공압출하여 기재층과 제1 무기물층이 적층된 미연신 필름을 수득하는 단계;
(S130) 상기 미연신 필름을 냉각하는 단계; 및
(S140) 상기 냉각된 미연신 필름을 연신하는 단계;를 포함하는 것인, 이차 전지용 분리막 제조 방법.
15. The method of claim 14, wherein the step (S100)
(S110) melting the polymeric resin (A) for a substrate layer to be used for the substrate layer and the polymeric resin (B) for a first inorganic layer to be used for the first inorganic layer in separate hoppers;
(S120) co-extruding the molten polymer resin (A) and (B) to obtain an unstretched film in which a base layer and a first inorganic material layer are laminated;
(S130) cooling the unstretched film; And
(S140); and stretching the cooled unoriented film.
(S400) 상기 제1 무기물층, 제2 무기물층 또는 이 둘 모두의 표면에 불소계 고분자 수지층을 더 형성하는 단계;를 더 포함하는 것인, 이차 전지용 분리막 제조 방법.
15. The method of claim 14,
(S400) further comprises forming a fluoropolymer resin layer on a surface of the first inorganic material layer, the second inorganic material layer, or both of the first inorganic material layer and the second inorganic material layer.
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