KR101915327B1 - A non-woven separator for a secondary battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 부직포의 기공의 크기와 분포가 균일하여 저항 특성이 우수하여 고출력의 전지 제조가 가능한 이차 전지용 부직포 분리막에 대한 것이다. 본원 발명에 따른 부직포 분리막은 초극세 필라멘트와 극세 필라멘트가 혼섬되어 있어 기공이 부직포 내 균일하게 분포하고 기공의 직경이 균일하게 형성된다. 따라서 이를 분리막으로 이용한 전지의 경우 저항특성 및 고출력 특성이 우수하며, 고전류 순간방전(10초)의 경우에도 전류의 누설이 방지되는 효과가 있다. The present invention relates to a nonwoven fabric separator for a secondary battery capable of producing a high output cell having uniform pore size and distribution with excellent resistance characteristics. In the nonwoven fabric separator according to the present invention, the microfine filaments and the microfine filaments are mixed, so that the pores are uniformly distributed in the nonwoven fabric and the pore diameter is uniformly formed. Therefore, the battery using the same as the separator has excellent resistance characteristics and high output characteristics, and current leakage is prevented even in the case of high current instantaneous discharge (10 seconds).
Description
본 발명은 이차 전지용 분리막에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 분리막 기재인 부직포의 기공의 크기와 분포가 균일하여 저항 특성이 우수하여 고출력의 전지 제조가 가능한 이차 전지용 부직포 분리막에 대한 것이다.
The present invention relates to a separation membrane for a secondary battery. More particularly, the present invention relates to a nonwoven fabric separator for a secondary battery, which is capable of producing a high-output cell having excellent resistance characteristics due to the uniformity of the pore size and distribution of the nonwoven fabric.
최근, 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북, 나아가 전기 자동차의 에너지까지 적용 분야가 확대되면서 전기화학 소자의 연구 및 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기화학 소자는 이러한 측면에서 가장 주목받고 있는 분야이며, 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 촛점이 되고 있다.Recently, interest in energy storage technology is increasing. As the application fields of cell phones, camcorders, laptops and even electric vehicles are expanded, efforts for research and development of electrochemical devices are becoming more and more specified. The electrochemical device is one of the most remarkable fields in this respect, and the development of a rechargeable secondary battery has become a focus of attention.
현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 Ni-MH 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 크다는 장점으로 각광을 받고 있다. Among the currently applied secondary batteries, the lithium secondary batteries developed in the early 1990's are attracting attention because they have higher operating voltage and higher energy density than conventional batteries such as Ni-MH.
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 물질이 주로 사용되고 있다.리튬 이차전지용 분리막의 요구 특성으로는 우수한 통기도, 낮은 열 수축, 높은 천공강도 등이 있으나, 고용량 및 고출력 전지로의 발전으로 인해 계속적으로 우수한 통기도가 요구되고 있다. 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 materials, such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP), which are advantageous for pore formation and have excellent chemical resistance, mechanical properties, and thermal properties, are mainly used as polymer substrates of separators used in general. Desirable characteristics include excellent air permeability, low heat shrinkage, and high piercing strength. However, due to the development of a high capacity and high output cell, continuous air permeability is required.
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.
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.
따라서 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 기공의 크기와 분포가 균일한 부직포 기재를 포함하는 이차 전지용 분리막 및 이의 제조 방법을 제공한다.
Accordingly, the present invention provides a separator for a secondary battery and a method of manufacturing the same, which can prevent the problems due to limitations and disadvantages of the related art.
본원 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 신규한 분리막에 대한 것이다. 상기 분리막은 신규한 부직포 기재 및 상기 부직포 기재의 적어도 일면에 형성되는 유/무기 복합 다공성 코팅층을 포함한다. 상기 부직포 기재는 직경이 서로 다른 제1 필라멘트사와 제2 필라멘트사가 혼섬되어 이루어지며 상기 제2 필라멘트사의 평균 직경은 제1 필라멘트사의 평균 직경의 2배 내지 100인 것인 부직포 기재를 포함한다. The present invention relates to a novel separation membrane for solving the above problems. The separation membrane includes a novel nonwoven fabric substrate and an organic / inorganic composite porous coating layer formed on at least one side of the nonwoven fabric substrate. Wherein the nonwoven fabric substrate comprises a first filament yarn and a second filament yarn mixed in different diameters and the average diameter of the second filament yarn is 2 to 100 times the average diameter of the first filament yarn.
상기 부직포 기재는 제1 필라멘트사와 제2 필라멘트사가 20:80 내지 50:50 중량% 비율로 포함되는 것이다. The nonwoven fabric substrate includes the first filament yarn and the second filament yarn in a ratio of 20:80 to 50:50 wt%.
상기 제1 필라멘트사는 직경이 200nm 내지 1000nm인 것이다. The first filament yarn has a diameter of 200 nm to 1000 nm.
상기 부직포 기재는 부직포 기재에 형성된 기공 중 80% 이상이 기공 크기가 0.1㎛ 내지 0.5㎛인 것이다. In the nonwoven fabric substrate, 80% or more of the pores formed in the nonwoven fabric substrate have a pore size of 0.1 to 0.5 탆.
상기 부직포 기재는 두께가 10㎛ 내지 35㎛인 것이다. The nonwoven fabric substrate has a thickness of 10 mu m to 35 mu m.
또한, 상기 부직포 분리막에서 상기 제1 필라멘트사 및 제2 필라멘트사는 폴리올레핀계 고분자 수지를 포함하는 것이다. In addition, in the nonwoven fabric separator, the first filament yarn and the second filament yarn include a polyolefin-based polymer resin.
상기 유/무기 복합 다공성 코팅층은 상기 부직포 기재의 적어도 1면에 형성되며 무기물 입자와 고분자 수지를 포함 포함한다. The organic / inorganic composite porous coating layer is formed on at least one surface of the nonwoven substrate and includes inorganic particles and a polymer resin.
또한, 본원 발명은 본원 발명에 따른 분리막을 포함하는 이차 전지를 제공한다.
The present invention also provides a secondary battery including the separator according to the present invention.
본원 발명에 따른 분리막은 초극세 필라멘트와 극세 필라멘트가 혼섬된 부직포 기재가 포함되어 있어 기공이 부직포 내 균일하게 분포하고 기공의 직경이 균일하게 형성된다. 따라서 이를 분리막으로 이용한 전지의 경우 저항특성 및 고출력 특성이 우수하며, 고전류 순간방전(10초)의 경우에도 전류의 누설이 방지되는 효과가 있다.
Since the separation membrane according to the present invention includes a nonwoven fabric substrate in which microfine filaments and microfine filaments are mixed, the pores are uniformly distributed in the nonwoven fabric and the pore diameter is uniformly formed. Therefore, the battery using the same as the separator has excellent resistance characteristics and high output characteristics, and current leakage is prevented even in the case of high current instantaneous discharge (10 seconds).
첨부된 도면은 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 것으로, 발명의 범위가 이에 국한되는 것은 아니다.
도 1은 실시예와 비교예에 따른 분리막의 기공 크기의 분포도를 나타내는 것이다.
도 2는 실시예와 비교예에 따른 분리막의 출력 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 3은 본원 발명의 실시예 따른 부직포 기재의 SEM 사진이다.
도 4는 본원 발명의 비교예에 따른 부직포 기재의 SEM 사진이다. 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.
FIG. 1 shows a distribution of pore sizes of the separator according to Examples and Comparative Examples.
2 is a graph showing output characteristics of the separator according to the embodiment and the comparative example.
3 is a SEM photograph of a nonwoven fabric substrate according to an embodiment of the present invention.
4 is a SEM photograph of a nonwoven fabric substrate according to a comparative example of the present invention.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 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.Hereinafter, the present invention will be described in detail. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor may designate the concept of a term appropriately in order to describe its own invention in the best way possible. It should be interpreted as 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.
이차 전지용 분리막은 전해액을 함유하며 양극과 음극간 이온 전도를 가능하게 하는데 두께나 기공 분포가 균일해야 한다. 예를 들면, 분리막 특정 부분의 두께가 다른 부분에 비해서 얇거나 분리막 특정 부분의 기공도가 다른 부분에 비해서 높다면 그 부분의 이온 전도성은 높아지고 충방전 과정에서 그 부분에 전류가 집중되어 그 곳에 접촉하는 부위의 활물질이 우선적으로 반응하여 충전상태(SOC)에 있어서 양방향의 큰 분포를 발생시킨다. 이와 같은 분포는 전지의 열화를 가속화시키게 되며 이는 전지의 안정성 및 신뢰성을 감소시킨다. 특히 순간적인 고전류 순간방전(10초)에서 전류 누설 등 부족한 성능을 나타낸다.The secondary battery separator contains an electrolyte and allows ion conduction between the anode and the cathode. The thickness and the pore distribution should be uniform. For example, if the thickness of a specific portion of the separator is thinner than that of the other portion, or if the porosity of the separator specific portion is higher than that of other portions, the ion conductivity of the portion is increased and the current is concentrated in that portion during charge / (SOC), which causes a large distribution in both directions. Such a distribution accelerates deterioration of the battery, which reduces the stability and reliability of the battery. Especially, it exhibits insufficient performance such as current leakage at a momentary high current momentary discharge (10 seconds).
본원에서 사용되는 용어 부직포 또는 부직포 웹은 방적, 제직 또는 편성에 의한 공정 없이 섬유 집합체를 화학적 작용(예컨대, 접착제를 섬유에 혼용하거나), 기계적 작용 또는 적당한 수분과 열 처리에 의해 상호 간을 결합한 포(布) 형상을 갖는 것으로 정의될 수 있다. 부직포 웹은 그의 전체 또는 일부가 서로 융착된 방식으로 결합되어 있다. 이러한 융착은 부직포 웹의 제조 공정 동안 방사액의 방사시 고온에서 열에 의해 달성될 수 있다. The term nonwoven or nonwoven web as used herein refers to a nonwoven web or a nonwoven web in which the fibrous aggregate is treated chemically (e. G., By mixing the adhesive in fibers), mechanically or by suitable moisture and heat treatment, (Cloth) shape. The nonwoven web is bonded to the whole or a part thereof in a fusion-bonded manner. Such fusion can be achieved by heat at high temperature upon spinning of the spinning solution during the manufacturing process of the nonwoven web.
이에 본원 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본원 발명에서는 가늘기가 다른 두 종류의 섬유를 혼섬하여 기공의 형상, 구조 및 크기가 일정한 범위 내에서 균일하게 형성되도록 고안된 부직포 기재 및 무기물 입자와 고분자 바인더 수지를 포함하는 유/무기 복합 다공성 코팅층을 포함하는 이차 전지용 분리막을 제공한다. 여기에서 상기 부직포 기재는 1단의 부직포 웹으로 이루어질 수 있다. 또는 2단 이상의 부직포 웹이 열융착에 의해 기계적인 방법에 의해 서로 결합된 것일 수 있다. 이하, 발명 기술상의 편의를 위해서 상기 두 종류의 필라멘트사 중 가는 필라멘트사를 제1 필라멘트사로, 굵은 필라멘트사를 제2 필라멘트로 지칭한다. Accordingly, the present invention has been conceived to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a nonwoven fabric substrate and an inorganic material which are designed to form uniformly the shape, structure and size of pores within a certain range by mixing two types of fibers having different thicknesses. An organic / inorganic composite porous coating layer containing particles and a polymeric binder resin. Here, the nonwoven fabric substrate may be composed of a single-stage nonwoven web. Or two or more nonwoven webs may be bonded to each other by a mechanical method by thermal welding. Hereinafter, for the sake of convenience in the description of the present invention, the filament yarns of the two types of filament yarns are referred to as first filament yarns and the coarse filament yarns are referred to as second filament yarns.
본원 발명의 구체적인 일 실시형태에 있어서, 제1 및 제2 필라멘트사는 각 필라멘트사의 평균 직경에 대해 차이가 2배 내지 100배 또는 10배 내지 80배, 또는 15배 내지 60배, 또는 20배 내지 50배인 것이다. 평균 직경의 차이가 전술한 범위에 포함되지 않는 경우, 즉, 2배 미만인 경우에는 저항 감소의 효과가 미미 할 수 있으며, 두 필라멘트사의 평균 직경이 100배를 초과하는 경우에는 전류 누설(short)과 같은 불리한 효과가 발생할 수 있다. 또한 제1 필라멘트사 및 제2 필라멘트사는 각각 직경의 편차가 작을수록 기공도와 기공의 크기 및 분포의 균일도 측면에서 바람직하다. 바람직하게는 제1 필라멘트사와 제2 필라멘트사의 직경은 각각 평균직경±50%, 바람직하게는 평균직경±30% 더욱 바람직하게는 평균직경±20%의 편차 내의 범위에 포함되는 것이다. In a specific embodiment of the present invention, the first and second filament yarns differ in the average diameter of the filament yarns by 2 to 100 times, or 10 to 80 times, or 15 to 60 times, or 20 to 50, It is a ship. If the average diameter difference is not included in the above range, that is, if the average diameter is less than twice, the resistance reduction effect may be insignificant. If the average diameter of the two filament yarns exceeds 100 times, The same adverse effects can occur. Further, the smaller the deviation of the diameters of the first filament yarn and the second filament yarn, the better the pore and the uniformity of the size and the distribution of the pores. Preferably, the diameters of the first filament yarn and the second filament yarn are within a range within a deviation of an average diameter of 50%, preferably an average diameter of 30%, more preferably an average diameter of 20%.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 제1 필라멘트사와 제2 필라멘트사는 20:80 내지 50:50의 중량% 비율로 혼섬되는 것이다. 상기 혼섬 비율이 20중량% 미만인 경우에는 저항 감소의 효과가 미미하며, 50 중량%를 초과하는 경우에는 인장강도가 저하되어 분리막으로 사용하기 적절하지 않다. According to a specific embodiment of the present invention, the first filament yarn and the second filament yarn are mixed in a weight percentage ratio of 20:80 to 50:50. If the mixing ratio is less than 20 wt%, the effect of reducing the resistance is insignificant. If the mixing ratio is more than 50 wt%, the tensile strength is lowered, and thus it is not suitable for use as a separator.
본원 발명의 구체적인 일 실시형태에 따르면 이차 전지용 분리막의 용도로 사용 사용하기 위해 제1 필라멘트사의 직경은 200nm 내지 1000nm의 범위에서 선택될 수 있으며, 제2 필라멘트사의 직경은 제2 필라멘트사는 1㎛ 내지 10㎛의 범위에서 선택될 수 있다. 여기에서 제1 필라멘트사와 제2 필라멘트사는 전술한 바와 같이 직경의 편차가 작을수록 분리막으로서 요구되는 물성을 갖는데 유리하며, 제2 필라멘트사는 전술한 평균 직경 차이에 대한 수치 범위를 만족하도록 제1 필라멘트사의 굵기에 따라 1㎛ 내지 10㎛의 범위 내에서 적절하게 선택되어지는 것이다. According to a specific embodiment of the present invention, the diameter of the first filament yarn may be selected from the range of 200 nm to 1000 nm for use as a separation membrane for a secondary battery, and the diameter of the second filament yarn may be selected from 1 to 10 Mu] m. As described above, the first filament yarn and the second filament yarn are advantageous in that the smaller the deviation in the diameter is, the better the property required as the separating film, and the second filament yarn is advantageous in that the first filament yarn It is appropriately selected within the range of 1 탆 to 10 탆 according to the thickness.
상기 부직포 기재는 형성되는 기공의 장경(기공의 최장 직경)이 약 0.2㎛ 내지 약 2㎛, 바람직하게는 0.2㎛ 내지 1㎛의 범위에 포함될 수 있다. 바람직하게는 상기 부직포 기재에 기공의 장경이 약 0.1㎛ 내지 약 0.5㎛, 바람직하게는 0.1㎛ 내지 0.4㎛, 더욱 바람직하게는 0.2㎛ 내지 0.3㎛인 기공들이 전체 기공 수를 기준으로 약 50% 이상, 바람직하게는 80%이상 형성되는 것이다. 장경이 약 0.2㎛ 미만인 기공들을 다수 갖는 부직포 기재는 제조상 어렵고, 반면 기공의 장경이 약 2㎛을 초과하면 기공 크기로 인하여 절연성 저하의 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 전술한 크기 범위의 기공들이 부직포 기재에 존재하는 전체 기공 수를 기준으로 50% 이상 포함하도록 형성되면, 기공의 크기가 작고 균일하게 형성되므로 절연성이 양호하면서도 고용량 이차전지에 적합한 분리막의 제조가 가능하다. The nonwoven fabric substrate may have a long diameter (maximum diameter of pores) of pores to be formed in a range of about 0.2 μm to about 2 μm, preferably 0.2 μm to 1 μm. Preferably, the nonwoven substrate has pores having a major axis of pores of about 0.1 탆 to about 0.5 탆, preferably 0.1 탆 to 0.4 탆, more preferably 0.2 탆 to 0.3 탆, of about 50% or more , Preferably 80% or more. Nonwoven fabrics having a large number of pores having a major axis of less than about 0.2 탆 are difficult to manufacture. On the other hand, when the major axis of pores is larger than about 2 탆, the insulating property may be deteriorated due to the pore size. If the pores having the above-mentioned size range are formed to contain 50% or more of the total number of pores existing in the nonwoven fabric substrate, the pores are formed small and uniformly. Therefore, It is possible.
본원 발명의 구체적인 일 실시형태에 따르면 상기 부직포 기재는, 특별히 한정하는 것은 아니나, 두께가 10㎛ 내지 35㎛, 바람직하게는 10㎛ 내지 25㎛로 형성된다. 본원 발명에 따른 분리막은 통기도가 약 50s/100 mL 내지 100 s/100 mL인 것이다. 통기도가 전술한 범위를 초과하는 경우에는 전해액 및 이온의 이동이 저하되며 전술한 범위 미만인 경우에는 절연성이 저하된다. 이차 전지용 분리막의 물성에 있어서, 통상적으로 통기도(permeability)는 두께 20 ㎛의 분리막에 대하여 공기 100 mL가 통과하는 시간(예컨대, 초(second))(걸리값, Gurley value)을 지칭하고, 분리막을 관통하는 전해질의 속도를 대변하는 수치로서 일정 양의 전해질 중의 이온이 분리막을 관통하여 양 전극에 도달되는 빠르기 정도, 즉 전지 성능 중에서 C-Rate(또는 방전속도)를 대표하는 것이며, s/100 mL의 단위로서 표시한다.According to a specific embodiment of the present invention, the nonwoven fabric substrate is formed to have a thickness of 10 mu m to 35 mu m, preferably 10 mu m to 25 mu m, though it is not particularly limited. The separation membrane according to the present invention has an air permeability of about 50 s / 100 mL to 100 s / 100 mL. When the air permeability exceeds the above range, the movement of the electrolytic solution and the ion is lowered, and when the air permeability is lower than the above-mentioned range, the insulating property is lowered. In terms of the physical properties of the secondary battery separator, typically, the permeability refers to the time (e.g., second) (Gurley value) during which 100 mL of air passes through the separator having a thickness of 20 mu m, (Or discharge rate) in the cell performance, that is, the rate at which ions in a certain amount of electrolyte reach the both electrodes through the separator, that is, s / 100 mL As shown in FIG.
본원 발명에 있어서, 상기 제1 필라멘트 및 제2 필라멘트는 서로 동일한 또는 서로 다른 고분자 수지를 사용할 수 있다. 본원 발명에서 부직포 기재는 이차 전지의 분리막으로 사용되는 것으로서, 열 안전성을 고려하여 상기 고분자 수지의 융점, 또는 분해점은 200℃ 이상인 것이 바람직하다. In the present invention, the first filament and the second filament may use the same or different polymer resin. In the present invention, the nonwoven fabric substrate is used as a separation membrane of a secondary battery. In consideration of thermal safety, the melting point or decomposition point of the polymer resin is preferably 200 ° C or higher.
이러한 점을 고려하여 바람직하게는 상기 고분자 수지는 폴리올레핀계 고분자 수지를 포함할 수 있다. 폴리올레핀계 섬유의 비제한적인 예로, 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-옥텐 등의 α-올레핀의 단독 또는 공중합체인 고압법 저밀도 폴리에틸렌, 선상 저밀도 폴리에틸렌(소위 LLDPE), 폴리에틸렌테레프탈레이트, 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 공중합체 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이들 올레핀계 중합체는 단독으로 사용하거나 2종 이상의 조성물이어도 좋다. In consideration of this point, the polymer resin may preferably include a polyolefin-based polymer resin. Non-limiting examples of the polyolefin-based fibers include high-pressure processed low-density polyethylene, linear low-density polyethylene, linear low-density polyethylene, or the like, which is a sole or copolymer of? -Olefins such as ethylene, propylene, 1-butene, 1-hexene, 1-pentene, ethylene / propylene random copolymer, ethylene / 1-butene random copolymer (so-called LLDPE), polyethylene terephthalate, high density polyethylene, polypropylene (propylene homopolymer), polypropylene random copolymer, -Butene random copolymer, and a propylene / 1-butene random copolymer, but are not limited thereto. These olefin-based polymers may be used alone or in combination of two or more.
또한, 고분자 수지는 고내열성 고분자 수지를 사용할 수 있다. 이러한 고내열성 고분자 수지는 용융점이 약 200℃ 이상인 것이면, 특별히 한정되지 않는다. 이의 대표적인 예로는 엔지니어링 플라스틱(engineering plastic, EP), 예컨대 폴리에스테르(polyester)계 수지, 폴리아미드(polyamide, PA)계 수지, 폴리이미드(polyimide, PI)계 수지, 불소수지 등이 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 제1 및 제2 필라멘트는 폴리올레핀 수지와 고내열성 고분자 수지를 혼합하여 사용할 수 있다. As the polymer resin, a high heat-resistant polymer resin can be used. The high heat-resistant polymer resin is not particularly limited as long as the melting point is not lower than about 200 캜. Representative examples thereof include engineering plastic (EP) such as polyester resin, polyamide (PA) resin, polyimide (PI) resin and fluorine resin. It is not. According to a specific embodiment of the present invention, the first and second filaments can be used by mixing a polyolefin resin and a high heat-resistant polymer resin.
본 발명에 따른 제1 필라멘트사 및 제2 필라멘트사는 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위에서 임의 성분으로서 산화 방지제, 내열 안정제, 내후 안정제, 대전 방지제, 슬립제, 방담제, 활제, 염료, 안료, 천연유, 합성유, 왁스 등의 여러 가지 공지의 첨가제를 첨가할 수 있다. The first filament yarn and the second filament yarn according to the present invention may contain optional components such as an antioxidant, a heat stabilizer, a weather stabilizer, an antistatic agent, a slip agent, an antifogging agent, a lubricant, a dye, Various known additives such as natural oils, synthetic oils, and waxes may be added.
본원 발명에 따른 분리막의 부직포 기재는 습식 부직포의 제조공정에 따라 제조될 수 있다. 우선 제1 필라멘트사와 제2 필라멘트사를 각각 제조한다. 다음으로 상기 제1 및 제2 필라멘트사를 물과 같은 수정 매질 중에 분산시켜 필라멘트 분산 용액을 제조한다. 이때 제1 필라멘트사의 함량을 전술한 범위로 조절할 수 있다. 그 다음 제지용 와이어 또는 스크린 위에 상기 필라멘트 분산 용액을 도포하고 진공펌프를 이용해 수성 매질을 제거하여 한다. 이 후 압착롤로 압착하여 시트상의 부직포 웹을 얻는다. 습식 방식으로 부직포 웹을 제조하는 경우 분직포 웹 내에서 제1 및 제2 필라멘트사의 혼섬이 균일하게 분포하기 때문에 건식 부직포 법에 비해 우수한 균일성을 가질 수 있다. The nonwoven substrate of the separator according to the present invention can be produced by a process for producing a wet nonwoven fabric. First, a first filament yarn and a second filament yarn are produced. Next, the first and second filament yarns are dispersed in a quartz medium such as water to prepare a filament dispersion solution. At this time, the content of the first filament yarn can be adjusted to the above-mentioned range. The filament dispersion solution is then applied onto a papermaking wire or screen and the aqueous medium is removed using a vacuum pump. Thereafter, the sheet is pressed with a squeeze roll to obtain a sheet-like nonwoven web. When a nonwoven web is produced by a wet process, since the filaments of the first and second filament yarns are uniformly distributed in the filament web, the filament yarn can have excellent uniformity as compared with the dry nonwoven fabric method.
또한, 본원 발명에 따른 분리막의 부직포 기재는 고분자 용융액 또는 고분자를 용매에 용해시킨 고분자 용액을 혼섬 방사하여 제조할 수 있다. 부직포 기재의 상기 방사 방법으로는 당업계에 공지되어 있는 방사 방법, 예컨대 스펀 본드(spun bonded), 스펀 레이스(spun laced), 멜트 블로운(melt blown), 전기 방사(electro-spinning) 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the nonwoven fabric substrate of the separator according to the present invention can be prepared by subjecting a polymer melt or a polymer dissolved in a solvent to a mixed solution. As the spinning method of the nonwoven substrate, there are spinning methods known in the art such as spun bonded, spun laced, melt blown, electro-spinning and the like But is not limited thereto.
본원 발명에 따른 분리막의 부직포 기재는 가늘기가 서로 다른 제1 필라멘트사와 제2 필라멘트사가 혼섬된 것이므로 상기 방사 방법은 특히 혼섬 부직포의 제조방법에 따른다. 예들 들어 제1 필라멘트사 제조용 고분자 수지(A)와 제2 필라멘트사 제조용 고분자 수지(B)를 별개의 압출기에서 용융한 후 융융된 고분자 수지를 개별적으로 다수의 방사공을 구비한 구금에 도입하여 고분자 수지(A)와 (B)를 다른 방사공으로부터 동시에 토출시키고 하나의 포집기 상에 상기 필라멘트사가 퇴적되도록 하여 제1 필라멘트사와 제2 필라멘트사가 혼섬되도록 할 수 있다. 여기에서, 제1 필라멘트사 제조용 고분자 수지(A)와 제2 필라멘트사 제조용 고분자 수지(B)의 토출양은 제1 필라멘트사의 함량이 전술한 범위내로 포함되도록 토출량이나 시간을 적절히 조절할 수 있다. 상기 퇴적된 필라멘트사들은 최종 사용 목적에 따라 당업계에 공지되어 있는 웹 형성 방법, 예컨대 등의 닙롤로 눌러 고화시키는 방법을 통해 혼섬 부직포 웹을 형성한다. 이때 상기 고화는 열 융착을 위해 가열 조건에서 수행될 수 있다. 상기 고화는 토출되어 집적된 섬유들이 서로 용융 결합할 수 있는 온도 또는 그 조건 하에 존재한다면 그 온도나 압력 범위는 특별히 제한되지 않는다. 이로 인하여 부직포 웹에서 전체 또는 일부가 서로 융착(접착)하게 된다. 이러한 부직포 웹은 더욱 우수한 인장강도를 갖는 부직포를 형성하기 위해 당업계에 공지된 방법, 예컨대 니들 펀칭(needle punching) 등을 통해 섬유 사이의 결합을 보강할 수 있다. 이와 같이 형성된 부직포 기재는 다수의 기공을 갖는 다공성 구조를 갖고, 융착에 의해 섬유들 사이에 대한 결합력이 크게 증가되며, 결국 부직포 기재 전체의 인장강도를 증가되는 효과가 있다. Since the first nonwoven fabric of the separator according to the present invention is a mixture of the first filament yarn and the second filament yarn different in thickness, the spinning method is in particular in accordance with the method for producing a mixed nonwoven fabric. For example, after the polymer resin (A) for producing the first filament yarn and the polymer resin (B) for producing the second filament yarn are melted in separate extruders, the melted polymer resin is separately introduced into the detergent having a plurality of radiating holes, The resin (A) and the resin (B) may be simultaneously discharged from the different radiating apertures and the filament yarn may be deposited on one collector so that the first filament yarn and the second filament yarn are mixed. Here, the discharge amount of the polymer resin (A) for producing the first filament yarn and the polymer resin (B) for producing the second filament yarn can be appropriately adjusted so that the content of the first filament yarn is within the above-mentioned range. The deposited filament yarns form a mixed web of filament yarns through a web forming method known in the art, for example, a method of pressing and solidifying with a nip roll, etc., according to the end use purpose. At this time, the solidification can be performed under heating conditions for thermal fusion. The solidification is not particularly limited as long as the temperature of the solidified fibers and the temperature at which the fibers are melt-bonded to each other or the pressure range thereof are present. As a result, all or a part of the nonwoven web is fusion bonded (bonded) to each other. Such nonwoven webs can reinforce the bonds between the fibers through methods known in the art, such as needle punching, to form nonwoven fabrics having better tensile strength. The nonwoven fabric thus formed has a porous structure having a large number of pores, and the bonding strength between the fibers is greatly increased by fusion, and the tensile strength of the entire nonwoven fabric substrate is increased.
본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 본원 발명의 분리막은 부직포 기재의 적어도 1면에 고분자 바인더 수지와 무기물 입자를 포함하는 유/무기 복합 다공성 코팅층을 더 포함한다. 상기 다공성 코팅층은 무기물 입자들이 바인더 수지에 의해 서로 연결 및 고정되어 있고 상기 무기물 입자들의 빈 공간(interstitial volume)으로 인해 형성된 기공들을 갖는다. According to a specific embodiment of the present invention, the separation membrane of the present invention further comprises an organic / inorganic composite porous coating layer comprising a polymeric binder resin and inorganic particles on at least one side of the nonwoven substrate. The porous coating layer has pores formed due to the interstitial volume of the inorganic particles, and the inorganic particles are connected and fixed to each other by the binder resin.
다공성 코팅층의 무기물 입자와 바인더 고분자의 조성비는 예를 들어 50:50 내지 99:1 범위가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 70:30 내지 95:5이다. 바인더 고분자에 대한 무기물 입자의 함량비가 50:50 미만일 경우 고분자의 함량이 많아지게 되어 다공성 코팅층의 기공 크기 및 기공도가 감소될 수 있다. 무기물 입자의 함량이 99 중량부를 초과할 경우 바인더 고분자 함량이 적기 때문에 다공성 코팅층의 내필링성이 약화될 수 있다. 부직포 기재에 대한 다공성 코팅층의 로딩량은 다공성 코팅층의 기능 및 고용량 전지에 대한 적합성을 고려할 때 5 내지 20 g/m2인 것이 바람직하다. 다공성 코팅층의 기공 크기 및 기공도는 특별한 제한이 없으나, 기공 크기는 0.001 내지 10㎛ 범위가 바람직하며, 기공도는 10 내지 90% 범위가 바람직하다. 기공 크기 및 기공도는 주로 무기물 입자의 크기에 의존하는데, 예컨대 입경이 1㎛ 이하인 무기물 입자를 사용하는 경우 형성되는 기공 역시 대략 1㎛ 이하를 나타내게 된다. 이와 같은 기공 구조는 추후 주액되는 전해액으로 채워지게 되고, 이와 같이 채워진 전해액은 이온 전달 역할을 하게 된다. 기공 크기 및 기공도가 각각 0.001㎛ 및 10% 미만일 경우 저항층으로 작용할 수 있으며, 기공 크기 및 기공도가 10㎛ 및 90%를 각각 초과할 경우에는 기계적 물성이 저하될 수 있다. The composition ratio of the inorganic particles and the binder polymer in the porous coating layer is, for example, in the range of 50:50 to 99: 1, more preferably 70:30 to 95: 5. When the content ratio of the inorganic particles to the binder polymer is less than 50:50, the content of the polymer is increased and the pore size and porosity of the porous coating layer may be reduced. If the content of the inorganic particles exceeds 99 parts by weight, the fillerability of the porous coating layer may be weakened because the content of the binder polymer is small. The loading amount of the porous coating layer on the nonwoven fabric substrate is preferably 5 to 20 g / m 2 in consideration of the function of the porous coating layer and suitability for a high capacity battery. The pore size and porosity of the porous coating layer are not particularly limited, but the pore size is preferably in the range of 0.001 to 10 mu m, and the porosity is preferably in the range of 10 to 90%. The pore size and porosity mainly depend on the size of the inorganic particles. For example, when inorganic particles having a particle size of 1 탆 or less are used, pores formed also show about 1 탆 or less. Such a pore structure is filled with an electrolyte solution to be injected at a later stage, and the filled electrolyte serves as an ion transfer function. When the pore size and porosity are 0.001 탆 or less and 10% or less, respectively, it can act as a resistive layer. If the pore size and porosity exceed 10 탆 and 90% respectively, mechanical properties may be deteriorated.
상기 바인더 고분자는 열가소성 미세분말의 융점보다 높은 융점 또는 분해점을 갖는 것이다. 바인더 고분자의 융점 또는 분해점은 200 ℃ 이상인 것이 바람직하다. 특히 바인더 고분자의 융점 또는 분해점은 부직포 기재의 융점 또는 분해점보다 높은 것이 세퍼레이터의 열적 안정성 측면에서 더욱 바람직하다.The binder polymer has a melting point or decomposition point higher than the melting point of the thermoplastic fine powder. The melting point or decomposition point of the binder polymer is preferably 200 ° C or higher. In particular, the melting point or decomposition point of the binder polymer is preferably higher than the melting point or decomposition point of the nonwoven fabric substrate in terms of thermal stability of the separator.
이러한 바인더 고분자는 예를 들어, 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리비닐리덴플로라이드-클로로트리플로로에틸렌 공중합체(PVdF-CTFE), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸플루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 플루란 (pullulan) 및 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 바인더 고분자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Such binder polymers include, for example, polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-co-trichlorethylene, polymethylmethacrylate polyvinylidene fluoride, polymethylmethacrylate, polybutylacrylate, polyvinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer (PVdF-CTFE), polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl But are not limited to, polyvinylacetate, polyethylene-co-vinyl acetate, polyethylene oxide, polyarylate, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, Cellulose acetate propionate but are not limited to, polyvinylpyrrolidone, opionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, pullulan, and carboxylmethylcellulose. methyl cellulose, or a mixture of two or more thereof, but is not limited thereto.
상기 무기물 입자는 그의 평균입경에 대해서 특별한 제한은 없지만 균일한 두께의 코팅층 형성 및 적절한 공극률을 고려할 때, 약 0.001㎛ 내지 약 10㎛, 바람직하게는 0.01㎛ 내지 약 1㎛인 것이 바람직하다. 무기물 입자의 입경이 0.001㎛ 미만인 경우, 분산성이 저하될 수 있고 약 10㎛를 초과하는 경우에는 코팅층의 두께가 증가할 수 있다. Although there is no particular limitation on the average particle diameter of the inorganic particles, it is preferably about 0.001 탆 to about 10 탆, preferably 0.01 탆 to about 1 탆, in consideration of formation of a coating layer having a uniform thickness and proper porosity. If the particle size of the inorganic particles is less than 0.001 탆, the dispersibility may be lowered, and if it is more than about 10 탆, the thickness of the coating layer may increase.
또한, 상기 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 kind of the inorganic particles is not particularly limited, but an inorganic particle 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) Can be used. As the dielectric constant is about five or more inorganic particles is BaTiO 3, Pb (Zrx, Ti1 -x) O 3 (PZT, 0 <x <1), Pb 1 - x La x Zr 1 -y Ti y O 3 (PLZT , 0 <x <1, 0 <y <1), (1-x) Pb (Mg 1 /
또한 본원 발명은 상기 부직포 분리막을 포함하는 이차 전지를 제공한다. 본 발명의 일 측면에 따른 부직포 분리막과 함께 적용될 전극으로는 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 전극활물질을 전극 전류집전체에 결착된 형태로 제조할 수 있다. 상기 전극활물질 중 양극활물질의 비제한적인 예로는 종래 이차전지의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들을 조합한 리튬복합산화물을 사용할 수 있다. 음극활물질의 비제한적인 예로는 종래 이차전지의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite) 또는 기타 탄소류 등과 같은 리튬 흡착물질 등이 사용 가능하다. 양극 전류집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극 전류집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.The present invention also provides a secondary battery comprising the nonwoven fabric separator. The electrode to be applied together with the nonwoven fabric separator according to one aspect of the present invention is not particularly limited, and the electrode active material may be bound to an electrode current collector according to a conventional method known in the art. Examples of the cathode active material include, but are not limited to, lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron oxide, or a combination thereof Lithium composite oxide may be used. As a non-limiting example of the negative electrode active material, a conventional negative electrode active material that can be used for a negative electrode of a secondary battery can be used. In particular, lithium metal or a lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, (graphite) or other carbon-based materials and the like can be used. Non-limiting examples of the positive current collector include aluminum, nickel, or a combination thereof. Examples of the negative current collector include copper, gold, nickel, or a copper alloy or a combination thereof Foil to be manufactured, and the like.
본 발명의 일 측면에 따른 이차전지에서 사용될 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 (g-부티로락톤) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 또는 해리된 것이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The electrolyte which can be used in the secondary battery according to one aspect of the present invention is a salt having a structure such as A + B - , wherein A + is an alkali metal cation such as Li + , Na + , K + It includes and B - is PF 6 -, BF 4 -, Cl -, Br -, I -, ClO 4 -, AsF 6 -, CH 3 CO 2 -, CF 3 SO 3 -, N (CF 3 SO 2) 2 -, C (CF 2 SO 2 ) 3 - the salt containing ions consisting of the anionic, or a combination thereof, such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC) , Dipropyl carbonate (DPC), dimethylsulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethyl carbonate Lactone (g-butyrolactone), or an organic solvent composed of a mixture thereof, but is limited thereto No.
상기 전해질 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전지 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 전지조립 전 또는 전지조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.The electrolyte injection may be performed at an appropriate stage of the battery manufacturing process, depending on the manufacturing process and required properties of the final product. That is, it can be applied before assembling the cell or at the final stage of assembling the cell.
본 발명의 일 측면에 따른 다공성 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 porous separator according to an aspect 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 conventional winding process.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.
실시예Example
분리막 제조Membrane manufacturing
부직포 기재의 제조Fabrication of nonwoven substrates
제1 필라멘트사로 평균 직경이 약 800nm인 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 7g과 제2 필라멘트사로 평균 직경이 약 4㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 13g을 각각 제조하여 준비하였다. 이들을 증류수 1L에 투입하여 호모게나이저를 이용하여 균일하게 분산시켜 필라멘트사 분산 용액을 제조했다. 상기 필라멘트사 분산 용액을 스크린상에 도포하고 이를 건조하여 부직포 웹을 얻었다. 상기 부직포 웹을 캘린더링 하여 약 15㎛ 정도 두께의 부직포를 얻었다. 7 g of polyethylene terephthalate fibers having an average diameter of about 800 nm and 13 g of polyethylene terephthalate fibers having an average diameter of about 4 m as a second filament yarn were prepared as first filament yarns. These were put into 1 L of distilled water and uniformly dispersed using a homogenizer to prepare a filament yarn dispersion solution. The filament yarn dispersion solution was applied on a screen and dried to obtain a nonwoven web. The nonwoven web was calendered to obtain a nonwoven fabric having a thickness of about 15 mu m.
유/무기 다공성 코팅층의 형성Formation of organic / inorganic porous coating layer
PVdF-CTFE (폴리비닐리덴플로라이드-클로로트리플로로에틸렌 공중합체) 및 시아노에틸풀푸란(Cyanoethylpullulan)을 10:2의 중량비로 각각 아세톤에 첨가하여 50℃에서 약 12시간 이상 용해시켜 고분자 용액을 제조하였다. Al2O3 분말과 BaTiO3 분말을 9:1의 중량비로 혼합한 무기물 입자들을 고분자/무기물 입자 = 10/90 중량비가 되도록 기 제조된 고분자 용액에 첨가하고, 12시간 이상 볼 밀법을 이용하여 무기물 입자들을 파쇄 및 분산하여 슬러리를 제조하였다. 이렇게 제조된 슬러리의 무기물 입자의 입경은 평균 600nm이었다. 준비된 슬러리에 상기에서 제조된 두께 15㎛ 부직포 기재를 침지하여 딥코팅 하였다. 슬러리의 코팅량은 최종적으로 형성되는 유/무기 복합 코팅층의 두께가 기재의 각 면에 5㎛씩 총 10 ㎛이 되도록 하였다. 코팅이 완료된 기재를 50도의 온도로 조절된 건조기에 통과시켜 용매를 건조시킴으로서, 분리막을 완성하였다. 완성된 분리막의 걸리(Gurley) 값은 190 sec/100mL로 양호하게 나타났다. 또한, 저항은 0.6 Ω으로 양호한 수준이었다.
PVdF-CTFE (polyvinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer) and cyanoethylpullulan were added to acetone at a weight ratio of 10: 2, respectively, and dissolved at 50 DEG C for about 12 hours or longer to obtain a polymer solution . Al 2 O 3 powder and BaTiO 3 powder at a weight ratio of 9: 1 were added to a polymer solution prepared so as to have a weight ratio of polymer / inorganic particles = 10/90, The slurry was prepared by crushing and dispersing the particles. The average particle size of the inorganic particles of the thus prepared slurry was 600 nm on average. The above-prepared nonwoven fabric substrate having a thickness of 15 mu m was immersed in the prepared slurry for dip coating. The coating amount of the slurry was such that the thickness of the organic / inorganic composite coating layer finally formed was 5 탆 on each side of the substrate to make a total of 10 탆. The coated substrate was passed through a drier controlled to a temperature of 50 degrees to dry the solvent to complete the separator. The Gurley value of the completed membrane was good at 190 sec / 100 mL. The resistance was also good at 0.6 Ω.
전지의 제조 Manufacture of batteries
음극 활물질로 활성화 탄소 및 바인더로 폴리비닐리덴 플루오라이드를 96:4의 중량비로 N-메틸피롤리돈 용매에 서 혼합하여 음극 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 슬러리를 14 ㎛의 두께로 구리 호일(Cu-foil) 위에 코팅하여 얇은 극판의 형태로 만든 후 135 ?에서 3시간 이상 건조시킨 후 압연(pressing)하여 음극을 제조하였다.Activated carbon as a negative active material and polyvinylidene fluoride as a binder were mixed in a N-methyl pyrrolidone solvent at a weight ratio of 96: 4 to prepare an anode slurry. The negative electrode slurry was coated on a Cu foil to a thickness of 14 μm to form a thin electrode plate. The electrode slurry was dried at 135 ° C for 3 hours or more and then pressed to manufacture a negative electrode.
양극 활물질로 LiCoO2, 바인더로 폴리비닐리덴플루오라이드 및 카본 도전재를 96:2:2의 중량비로 N-메틸피롤리돈 용매에서 분산시켜 양극 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 슬러리를 60㎛의 두께로 백금 위에 코팅하여 얇은 극판 형태로 만든 후 135℃ 에서 3시간 이상 건조시킨 후 압연하여 양극을 제조하였다.LiCoO 2 as a cathode active material, polyvinylidene fluoride as a binder and a carbon conductive material were dispersed in a N-methylpyrrolidone solvent in a weight ratio of 96: 2: 2 to prepare a cathode slurry. The positive electrode slurry was coated on platinum to a thickness of 60 mu m to form a thin electrode plate, dried at 135 DEG C for 3 hours or more, and rolled to prepare a positive electrode.
이와 같이 제조된 음극 및 양극을 상기에서 얻은 부직포를 분리막으로 하여 전극 조립체를 제조하고 전지 케이스에 넣은 다음, 에틸렌 카보네이트와 에틸 프로피오네이트가 70:30으로 혼합된 전해질을 각각 주입하여 이차전지를 제조하였다.
The thus fabricated negative electrode and the positive electrode were fabricated using the nonwoven fabric obtained above as a separation membrane, and an electrode assembly was prepared and placed in a battery case. Then, electrolytes mixed with ethylene carbonate and ethyl propionate at 70:30 were respectively injected to manufacture a secondary battery Respectively.
비교예Comparative Example
부직포 분리막의 제조Fabrication of Nonwoven Membrane
제1 필라멘트사로 평균 직경이 약 800nm 인 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 7g과 제2 필라멘트사로 평균 직경이 약 4 ㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 13g을 사용하는 대신, 평균 직경이 약 4 ㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 20g를 사용하는 것을 제외하고는 실시예와 동일한 조건에서 부직포 분리막을 제조하였다. 비교예에서 얻은 부직포의 두께는 약 15㎛ 정도였다.
Instead of using 7 g of polyethylene terephthalate fibers having an average diameter of about 800 nm and 13 g of polyethylene terephthalate fibers having an average diameter of about 4 탆 as the first filament yarn, 20 g of polyethylene terephthalate fibers having an average diameter of about 4 탆 A nonwoven fabric separator was produced under the same conditions as those of the examples. The thickness of the nonwoven fabric obtained in the comparative example was about 15 mu m.
전지의 제조 Manufacture of batteries
비교예에서 얻은 부직포 분리막을 사용하는 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 전지를 제조하였다.
A battery was produced in the same manner as in Example except that the nonwoven fabric separating membrane obtained in Comparative Example was used.
비교실험Comparative experiment
기공 크기의 비교Comparison of pore sizes
실시예와 비교예에서 수득한 부직포 분리막에 대해 버블 포인트법(PMI사, 미국) 통해 기공 크기의 분포를 측정하였다. 도 1은 상기 실시예와 비교예의 기공 크기의 분포를 비교하여 나타낸 그래프이다. 이에 따르면 실시예에 따른 분리막의 경우 기공의 크기가 대부분 < 0.5㎛ 의 범위로 분포하고 있음을 확인하였다. 이에 반하여 비교예에 따른 분리막의 경우 기공의 크기가 0.1㎛ 내지 2㎛의 범위에 걸쳐 형성되어 있는 것으로 확인되었다. 도 3은 실시예에 따른 부직포 분리막의 SEM 사진이며, 도 4는 비교예에 따른 부직포 분리막의 SEM 사진이다. 상기 사진에서도 확인할 수 있는 바와 같이 실시예의 부직포 분리막이 비교예에 비해 기공도가 더 우수하고 공극의 크기나 분포면에서 균일도가 높았다.
The pore size distribution of the nonwoven fabric separating membranes obtained in Examples and Comparative Examples was measured through a bubble point method (PMI Co., USA). Fig. 1 is a graph showing the distribution of pore sizes in the above-described embodiment and comparative example. According to the results, it was confirmed that the pore size of the separator according to the embodiment is mostly in the range of <0.5 μm. On the other hand, the separation membrane according to the comparative example was found to have a pore size ranging from 0.1 to 2 μm. FIG. 3 is a SEM photograph of the nonwoven fabric separating membrane according to the embodiment, and FIG. 4 is a SEM photograph of the nonwoven fabric separating membrane according to the comparative example. As can be seen from the above photographs, the nonwoven fabric separator of the Example had better porosity and higher uniformity in the size and distribution of pores than the Comparative Example.
출력 성능 실험Output performance experiment
실시예와 비교예에서 얻은 분리막을 대상으로 하기와 같이 출력 성능 실험을 수행하였다. 전지 제조 후 활성화 과정을 거친 후 80%의 충전 상태에서 1암페어의 전류로 10초간 방전(충전) 한 후 전류를 인가 하기 전의 전압에서 10초 후의 전압을 뺀 값(V')을 1암페어 전류로 나눈 값을 저항으로 측정(R= V'/I) 하고 출력은 그 저항 값을 바탕으로 P(W) = I×V = (V'×V)/R 를 (V는 전압 상한치 임의 설정)통해 값을 계산하였다. 80%에서 다시 60% 충전상태로 보정 후 다시 저항 측정 다시 40%, 20% 순으로 진행하였다. 도 2는 실시예와 비교예에서 얻은 분리막을 사용한 전지에 대한 출력 성능 실험 결과를 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이 충전시 및 방전시의 모두 실시예가 비교예에 비해 출력이 우수한 것으로 확인되었다. Output performance experiments were performed on the membranes obtained in the examples and comparative examples as follows. After the battery is activated, the battery is charged for 10 seconds at a current of 1 ampere at a charge of 80%, and the voltage (V ') obtained by subtracting the voltage after 10 seconds from the voltage before applying the current is set to 1 ampere current (R = V '/ I), and the output is based on the resistance value. P (W) = I × V = (V' × V) / R Values were calculated. After 80% to 60% charge, the resistance was measured again in the order of 40% and 20%. FIG. 2 is a graph showing the comparison of the output performance test results of the battery using the separator obtained in Examples and Comparative Examples. FIG. As can be seen from FIG. 2, it was confirmed that both the charging and discharging periods were superior to those of the comparative example.
Claims (8)
상기 부직포 기재의 적어도 1면에 형성되는 유/무기 복합 다공성 코팅층을 포함하며,
상기 부직포 기재는 제1 필라멘트사와 제2 필라멘트사가 20:80 내지 50:50 중량% 비율로 포함되고, 상기 제1 필라멘트사는 직경이 200nm 내지 1000nm이며, 상기 부직포 기재는 부직포 기재에 형성된 기공 중 80% 이상이 기공 크기가 0.1㎛ 내지 0.5㎛이며, 제1 필라멘트사와 제2 필라멘트사의 직경은 평균직경±30%의 편차 내의 범위에 포함되는 것인, 이차 전지용 분리막.
Wherein a first filament yarn and a second filament yarn having different diameters are mixed with each other and an average diameter of the second filament yarn is 5 to 100 times an average diameter of the first filament yarn,
Inorganic composite porous coating layer formed on at least one side of the nonwoven substrate,
Wherein the first filament yarn and the second filament yarn are contained in a ratio of 20:80 to 50:50 wt%, the first filament yarn has a diameter of 200 nm to 1000 nm, and the nonwoven fabric substrate has 80% , And the diameter of the first filament yarn and the diameter of the second filament yarn are within a range of a deviation of the average diameter +/- 30%.
상기 부직포 기재의 두께가 10㎛ 내지 35㎛인, 이차 전지용 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the nonwoven fabric substrate has a thickness of 10 mu m to 35 mu m.
상기 제1 필라멘트사 및 제2 필라멘트사는 폴리올레핀계 고분자 수지를 포함하는 것인, 이차 전지용 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the first filament yarn and the second filament yarn comprise a polyolefin-based polymer resin.
상기 유/무기 복합 다공성 코팅층은 무기물 입자 및 고분자 수지를 포함하는 것인, 이차 전지용 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the organic / inorganic composite porous coating layer comprises inorganic particles and a polymer resin.
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