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KR20240145674A - Composite separator and secondary battery comprising the same - Google Patents

Composite separator and secondary battery comprising the same Download PDF

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KR20240145674A
KR20240145674A KR1020230040422A KR20230040422A KR20240145674A KR 20240145674 A KR20240145674 A KR 20240145674A KR 1020230040422 A KR1020230040422 A KR 1020230040422A KR 20230040422 A KR20230040422 A KR 20230040422A KR 20240145674 A KR20240145674 A KR 20240145674A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lithium
protective layer
composite membrane
separator
repeating unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
KR1020230040422A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
최장욱
김수진
박기호
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020230040422A priority Critical patent/KR20240145674A/en
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Abstract

장기간 사이클 안정성 및 율 성능이 우수한 복합 분리막이 제공된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 분리막; 및 상기 분리막의 적어도 일면 상에 배치된 보호층; 을 포함하고, 상기 보호층은 관능기를 갖는 고분자에서 유도된 제1 반복단위, 가교제에서 유도된 제2 반복단위 및 불소화된 탄소 소재에서 유도된 제3 반복단위를 포함하는, 복합 분리막을 제공한다.A composite membrane having excellent long-term cycle stability and rate performance is provided. According to one aspect of the present invention, a composite membrane is provided, comprising: a membrane; and a protective layer disposed on at least one surface of the membrane; wherein the protective layer comprises a first repeating unit derived from a polymer having a functional group, a second repeating unit derived from a crosslinking agent, and a third repeating unit derived from a fluorinated carbon material.

Description

복합 분리막 및 이를 포함하는 이차전지{COMPOSITE SEPARATOR AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}COMPOSITE SEPARATOR AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME

본 발명은 복합 분리막에 관한 것으로, 보다 구체적으로 복합 분리막 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to a composite separator, and more specifically, to a composite separator and a secondary battery including the same.

이차전지의 대표적인 예로 리튬이온전지는 양극, 분리막, 음극 및 전해질을 기본으로 구성되어 화학에너지와 전기에너지가 가역적으로 변환되면서 충방전이 가능한 에너지 밀도가 높은 에너지 대표장치로, 휴대폰, 노트북 등의 소형 전자 장비에 폭넓게 사용될 수 있다. 최근, 리튬이온전지는 환경문제, 고유가, 에너지 효율 및 저장을 위한 대응으로 하이브리드전기자동차(Hybrid electric vehicles, HEV), 플러그 전기 자동차(Plug-in EV), 전기자전거(E-bike) 및 에너지 저장 시스템(Energy storage system, ESS)으로의 응용이 급속히 확대되고 있다. A typical example of a secondary battery is a lithium-ion battery, which is composed of a cathode, a separator, an anode, and an electrolyte as its basic components. It is a representative energy device with high energy density that can be charged and discharged while reversibly converting chemical energy and electrical energy, and can be widely used in small electronic devices such as mobile phones and laptops. Recently, lithium-ion batteries are rapidly expanding their application to hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in electric vehicles (plug-in EVs), electric bicycles (E-bikes), and energy storage systems (ESS) in response to environmental issues, high oil prices, and energy efficiency and storage.

한편, 전극으로 리튬메탈(Li metal)을 사용하는 리튬메탈전지의 경우, 리튬메탈의 높은 이론적 용량(3860mAh/g) 및 낮은 열역학적 산화환원 전위로 인해 전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. 하지만 이러한 리튬메탈전지는 리튬메탈의 높은 반응성으로 인한 위험성의 문제가 있어, 이를 해결하기 위한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.Meanwhile, in the case of lithium metal batteries using lithium metal as an electrode, the energy density of the battery can be improved due to the high theoretical capacity (3860 mAh/g) and low thermodynamic redox potential of lithium metal. However, these lithium metal batteries have the problem of risk due to the high reactivity of lithium metal, and research is continuously being conducted to solve this problem.

리튬 덴드라이트(Li dendrite)는 리튬이온전지를 사용할 때 생기는 나뭇가지 모양의 결정으로, 전지의 충전 과정에서 음극의 표면에 쌓이는 결정체를 의미한다. 음극으로 리튬메탈(Li metal)을 사용할 경우 전지의 충방전이 계속되면서 SEI 피막(Solid-electrolyte-interphase; 이하 SEI 피막)이 불안정화되어 SEI 피막의 내부에 데드 리튬(Dead Li)이 형성되고, 전극의 표면에 전해질과 리튬메탈을 소비하는 리튬 덴드라이트가 형성되는 문제점이 있었다. 이에 따라 이차전지의 사이클 성능 및 율 성능이 저하되는 문제점이 있다.Lithium dendrite is a branch-shaped crystal that is formed when using a lithium-ion battery, and refers to the crystal that accumulates on the surface of the negative electrode during the charging process of the battery. When lithium metal is used as the negative electrode, the solid-electrolyte-interphase (SEI) film becomes unstable as the battery continues to charge and discharge, and dead lithium is formed inside the SEI film, and lithium dendrite that consumes electrolyte and lithium metal is formed on the surface of the electrode. As a result, there is a problem that the cycle performance and rate performance of the secondary battery are reduced.

본 발명의 목적은 이차전지의 사이클 안정성을 개선하는 복합 분리막을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a composite separator that improves the cycle stability of a secondary battery.

본 발명의 다른 목적은, 이차전지의 율 성능을 개선하는 복합 분리막을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a composite separator that improves the rate performance of a secondary battery.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 양극과 상기 음극의 가역 용량비(N/P ratio)를 낮추더라도 이차전지의 성능이 우수한 복합 분리막을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a composite separator having excellent performance of a secondary battery even when the reversible capacity ratio (N/P ratio) of the positive and negative electrodes is lowered.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 복합 분리막의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the composite membrane.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The purposes of the present invention are not limited to the purposes mentioned above, and other purposes and advantages of the present invention which are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. In addition, it will be easily understood that the purposes and advantages of the present invention can be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따르면, 분리막; 및 상기 분리막의 적어도 일면 상에 배치된 보호층을 포함하고, 상기 보호층은 관능기를 갖는 고분자에서 유도된 제1 반복단위, 가교제에서 유도된 제2 반복단위 및 불소화된 탄소 소재에서 유도된 제3 반복단위를 포함하는, 복합 분리막을 제공한다. According to a first aspect of the present invention for achieving the above object, a composite separator is provided, comprising: a separator; and a protective layer disposed on at least one surface of the separator, wherein the protective layer comprises a first repeating unit derived from a polymer having a functional group, a second repeating unit derived from a crosslinking agent, and a third repeating unit derived from a fluorinated carbon material.

본 발명에 따르면, 상기 관능기는 카르복실기를 포함할 수 있다.According to the present invention, the functional group may include a carboxyl group.

본 발명에 따르면, 상기 가교제는 말단에 2 이상의 가교반응 작용기를 갖는 화합물을 포함할 수 있다.According to the present invention, the crosslinking agent may include a compound having two or more crosslinking reaction functional groups at the terminal.

본 발명에 따르면, 상기 가교반응 작용기는 에폭시기 및 이소시아네이트기 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.According to the present invention, the crosslinking reaction functional group may include at least one of an epoxy group and an isocyanate group.

본 발명에 따르면, 상기 가교제는 PEGDE(Poly(ethylene glycol) diglycidyl ether), DGEBA (diglycidyl ether of bisphenol-A), RDGE (resorcinol diglycidyl ether), TGIC (triglycidyl isocyanurate), TMPTGE (trimethylolpropane triglycidyl ether), TPEGE (tetraphenylolethane glycidyl ether) 및 TPGECMS(tetrakis(propyl glycidyl ether)cyclomethylsiloxane)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.According to the present invention, the crosslinking agent may be one or a mixture of two or more selected from the group consisting of PEGDE (poly(ethylene glycol) diglycidyl ether), DGEBA (diglycidyl ether of bisphenol-A), RDGE (resorcinol diglycidyl ether), TGIC (triglycidyl isocyanurate), TMPTGE (trimethylolpropane triglycidyl ether), TPEGE (tetraphenylolethane glycidyl ether), and TPGECMS (tetrakis(propyl glycidyl ether)cyclomethylsiloxane).

본 발명에 따르면, 상기 불소화된 탄소 소재는 그래핀 옥사이드, 개질 탄소나노튜브로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상이 불소화된 화합물일 수 있다.According to the present invention, the fluorinated carbon material may be a fluorinated compound, at least one of which is selected from the group consisting of graphene oxide and modified carbon nanotubes.

본 발명에 따르면, 상기 제2 반복단위는 상기 제1 반복단위 및 상기 제3 반복단위와 연결될 수 있다.According to the present invention, the second repeating unit can be connected to the first repeating unit and the third repeating unit.

본 발명에 따르면, 복합 분리막; 상기 복합 분리막의 일면 상에 배치된 음극; 상기 복합 분리막의 다른 면 상에 배치된 양극; 및 전해질; 을 포함하는, 이차전지를 제공할 수 있다.According to the present invention, a secondary battery can be provided, which includes a composite separator; a cathode disposed on one side of the composite separator; a cathode disposed on the other side of the composite separator; and an electrolyte.

본 발명에 따르면, 상기 음극은 리튬메탈(Li metal)을 포함할 수 있다.According to the present invention, the negative electrode may include lithium metal (Li metal).

본 발명에 따르면, 상기 음극은 탄소질 재료 및 실리콘계 재료 중에서 선택된 적어도 하나의 음극 활물질을 포함할 수 있다.According to the present invention, the negative electrode may include at least one negative electrode active material selected from a carbonaceous material and a silicon-based material.

본 발명에 따르면, 상기 양극과 상기 음극의 가역 용량비(N/P ratio)는 1.5 이하일 수 있다.According to the present invention, the reversible capacity ratio (N/P ratio) of the positive electrode and the negative electrode may be 1.5 or less.

본 발명에 따르면, 상기 양극과 상기 음극의 가역 용량비(N/P ratio)는 1.1 이하일 수 있다.According to the present invention, the reversible capacity ratio (N/P ratio) of the positive electrode and the negative electrode may be 1.1 or less.

상기 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시예를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.The above-mentioned solution to the problem does not enumerate all the features of the present invention. The various features of the present invention and the advantages and effects thereof can be understood in more detail by referring to the specific examples below.

본 발명의 일 측면에 따르면 분리막의 표면이 보다 친수화됨에 따라 리튬친화성(Lithiophilicity)을 높여 전극 및 분리막의 계면 사이에서 전하 이동을 향상시키는 복합 분리막을 제공할 수 있다. According to one aspect of the present invention, a composite separator can be provided that improves charge transfer between the interface of an electrode and a separator by increasing lithiophilicity as the surface of the separator becomes more hydrophilic.

본 발명의 다른 측면에 따르면 전기화학적으로 안정성이 우수하며 견고한 복합 분리막을 제공할 수 있다. According to another aspect of the present invention, a composite separator having excellent electrochemical stability and being robust can be provided.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 장시간 동안 안정적인 전압 프로파일을 구현하여 사이클 안정성이 개선되며, 율 성능이 우수한 이차전지를 제공할 수 있다. According to another aspect of the present invention, a secondary battery having improved cycle stability and excellent rate performance can be provided by implementing a stable voltage profile for a long period of time.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 균일한 SEI 피막의 형성을 통해 전해질 내 리튬이온의 이동성을 향상시키는 이차전지를 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a secondary battery can be provided that improves the mobility of lithium ions in an electrolyte through the formation of a uniform SEI film.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the effects described above, the specific effects of the present invention are described below together with the specific contents for carrying out the invention.

도 1은 히드록시기에 의한 에폭시 구조의 고리 열림 반응 및 카르복실레이트기에 의한 에폭시 구조의 고리 열림 반응의 모식도이다.
도 2는 종래의 리튬메탈 전지에서 리튬 덴드라이트의 성장을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 모식도이다.
도 4a는 그래파이트 파우더의 디지털 사진이다.
도 4b는 FGO 파우더의 디지털 사진이다.
도 5는 제조준비예 1에 따른 FGO의 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진이다.
도 6a는 제조준비예 1의 FGO의 탄소 원소에 대한 EDS(Energy Dispersive X-ray Spectrometer) 맵핑 결과이다.
도 6b는 제조준비예 1의 FGO의 불소 원소에 대한 EDS 맵핑 결과이다.
도 6c는 제조준비예 1의 FGO의 산소 원소에 대한 EDS 맵핑 결과이다.
도 7은 그래파이트, 그래핀옥사이드(GO) 및 제조준비예 1에 따른 FGO의 XRD(X-ray diffraction) 패턴이다.
도 8은 GO와 FGO의 XPS 비교 분석 결과이다.
도 9는 각각의 GO와 제조준비예 1에 따른 FGO의 FT-IR(Fourier-transform infrared spectroscopy)이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 PAA-PEGDE의 합성 단계를 나타낸 것이다.
도 11a는 각각의 PAA와 PAALi의 FT-IR(Fourier-transform infrared spectroscopy)이다.
도 11b는 각각의 PAALi, PEGDE 및 PAA-PEGDE의 FT-IR(Fourier-transform infrared spectroscopy)이다.
도 12a는 DSC(Differential Scanning Calorimetry)를 이용하여 측정된 PAA와 PAA-PEGDE의 유리전이온도이다.
도 12b는 PAA와 PAA-PEGDE의 TGA(Thermogravimetric analysis) 분석 결과이다.
도 13는 바이알에 포함된 FGO(3mg) 및 PEGDE(1mg)를 탈이온수에 완전히 분산시킨 분산액의 가교반응 전후의 디지털 사진이다.
도 14는 실시예 1의 복합 분리막에서 보호층에 대한 SEM-EDS의 원소 맵핑 사진이다.
도 15a는 비교예 1에 따른 분리막의 표면에 대한 탈이온수의 접촉각을 나타낸 것이다.
도 15b는 실시예 1에 따른 분리막의 보호층의 표면에 대한 탈이온수의 접촉각을 나타낸 것이다.
도 16a는 비교예 1 및 실시예 1의 분리막을 포함하는 리튬-리튬 대칭 셀의 전기화학적 성능 평가 결과이다.
도 16b는 비교예 2의 분리막을 포함하는 리튬-리튬 대칭 셀의 전기화학적 성능 평가 결과이다.
도 17은 비교예 1 및 실시예 1의 분리막을 포함하는 리튬-리튬 대칭 셀의 LSV(Linear sweep voltammetry) 테스트 결과이다.
도 18는 분리막-리튬메탈(전극)의 계면에서 보호층의 효과를 입증하기 위한 모식도이다.
도 19은 첫 번째 사이클 및 다섯 번째 사이클 이후 비교예 1 및 실시예 1의 분리막을 포함하는 리튬-리튬 대칭 셀의 EIS(Electrochemical impedance spectroscopy) 평가 결과이다.
도 20a는 다섯 번째 사이클 이후 LiF-의 ToF-SIMS(Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometer) depth 프로파일이다.
도 20b는 다섯 번째 사이클 이후 C2H3O-의 ToF-SIMS(Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometer) depth 프로파일이다.
도 20c는 다섯 번째 사이클 이후 CF3 -의 ToF-SIMS(Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometer) depth 프로파일이다.
도 21a는 LFP의 로딩량이 9.1mg/cm2일 때 비교예 1에 따른 LFP-Li 완전지 및 실시예 1에 따른 LFP-Li 완전지의 전기화학적 성능 평가 결과이다.
도 21b는 LFP의 로딩량이 24.5mg/cm2일 때 상기 양극과 상기 음극의 가역 용량비(N/P ratio)가 1.0인 LFP-Li 완전지의 전기화학적 성능 평가 결과이다.
도 21c는 LFP의 로딩량이 9.1mg/cm2일 때 LFP-Li 완전지의 율 특성(Rate performance)이다.
도 22a는 10번째 리튬 스트리핑(Li stripping) 이후 비교예 1에 따른 LFP-Li 완전지에서 리튬메탈 전극의 SEM 단면 사진이다.
도 22b는 10번째 리튬 스트리핑(Li stripping) 이후 실시예 1에 따른 LFP-Li 완전지에서 리튬메탈 전극의 SEM 단면 사진이다.
도 23은 비교예 1에 따른 Micro Silicon-Li 전지 및 실시예 1에 따른 Micro Silicon-Li 전지의 쿨롱효율 평가 결과이다.
Figure 1 is a schematic diagram of a ring-opening reaction of an epoxy structure by a hydroxyl group and a ring-opening reaction of an epoxy structure by a carboxylate group.
Figure 2 is a schematic diagram showing the growth of lithium dendrites in a conventional lithium metal battery.
Figure 3 is a schematic diagram of a secondary battery according to one embodiment of the present invention.
Figure 4a is a digital photograph of graphite powder.
Fig. 4b is a digital photograph of FGO powder.
Figure 5 is a SEM (Scanning Electron Microscope) photograph of FGO according to Manufacturing Preparation Example 1.
Figure 6a is an EDS (Energy Dispersive X-ray Spectrometer) mapping result for carbon elements in FGO of Manufacturing Preparation Example 1.
Figure 6b is an EDS mapping result for fluorine element of FGO of Manufacturing Preparation Example 1.
Figure 6c is an EDS mapping result for the oxygen element of FGO of Manufacturing Preparation Example 1.
Figure 7 is an XRD (X-ray diffraction) pattern of graphite, graphene oxide (GO), and FGO according to Manufacturing Preparation Example 1.
Figure 8 shows the XPS comparative analysis results of GO and FGO.
Figure 9 is the FT-IR (Fourier-transform infrared spectroscopy) of each GO and FGO according to Manufacturing Preparation Example 1.
Figure 10 illustrates the synthesis steps of PAA-PEGDE according to one embodiment of the present invention.
Figure 11a is the FT-IR (Fourier-transform infrared spectroscopy) of each PAA and PAALi.
Figure 11b is the FT-IR (Fourier-transform infrared spectroscopy) of each PAALi, PEGDE, and PAA-PEGDE.
Figure 12a shows the glass transition temperatures of PAA and PAA-PEGDE measured using DSC (Differential Scanning Calorimetry).
Figure 12b shows the results of TGA (Thermogravimetric analysis) of PAA and PAA-PEGDE.
Figure 13 is a digital photograph of a dispersion containing FGO (3 mg) and PEGDE (1 mg) completely dispersed in deionized water before and after cross-linking reaction.
Figure 14 is an elemental mapping photograph of SEM-EDS for the protective layer in the composite membrane of Example 1.
Figure 15a shows the contact angle of deionized water on the surface of the membrane according to Comparative Example 1.
Figure 15b shows the contact angle of deionized water on the surface of the protective layer of the membrane according to Example 1.
Figure 16a shows the results of evaluating the electrochemical performance of a lithium-lithium symmetric cell including the separator of Comparative Example 1 and Example 1.
Figure 16b shows the results of evaluating the electrochemical performance of a lithium-lithium symmetric cell including the separator of Comparative Example 2.
Figure 17 shows the results of a linear sweep voltammetry (LSV) test of a lithium-lithium symmetric cell including the separator of Comparative Example 1 and Example 1.
Figure 18 is a schematic diagram to demonstrate the effect of a protective layer at the interface of a separator and lithium metal (electrode).
Figure 19 shows the results of EIS (Electrochemical impedance spectroscopy) evaluation of lithium-lithium symmetric cells including the separators of Comparative Example 1 and Example 1 after the first and fifth cycles.
Figure 20a is a ToF-SIMS (Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometer) depth profile of LiF - after the fifth cycle.
Figure 20b is a ToF-SIMS (Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometer) depth profile of C 2 H 3 O - after the fifth cycle.
Figure 20c is a ToF-SIMS (Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometer) depth profile of CF 3 - after the fifth cycle.
Figure 21a shows the results of evaluating the electrochemical performance of the LFP-Li complete paper according to Comparative Example 1 and the LFP-Li complete paper according to Example 1 when the loading amount of LFP is 9.1 mg/cm 2 .
Figure 21b shows the electrochemical performance evaluation results of the LFP-Li full-cell when the reversible capacity ratio (N/P ratio) of the positive and negative electrodes is 1.0 when the LFP loading amount is 24.5 mg/cm 2 .
Figure 21c shows the rate performance of LFP-Li full-sheet when the loading amount of LFP is 9.1 mg/cm 2 .
Figure 22a is a SEM cross-sectional image of a lithium metal electrode in the LFP-Li complete cell according to Comparative Example 1 after the 10th lithium stripping.
Figure 22b is a SEM cross-sectional image of a lithium metal electrode in the LFP-Li full-cell according to Example 1 after the 10th lithium stripping.
Figure 23 shows the results of evaluating the coulombic efficiency of a Micro Silicon-Li battery according to Comparative Example 1 and a Micro Silicon-Li battery according to Example 1.

본 명세서에서 용어 '내지'를 사용하여 나타낸 수치의 범위는, 상기 용어의 앞과 뒤에 기재된 값을 각각 하한 값과 상한 값으로 포함하는 수치의 범위를 나타낸다. 임의의 수치범위의 상한과 하한으로의 수치 값이 각각 복수 개로 개시된 경우, 본 명세서에서 개시하는 수치의 범위는 복수의 하한 값 중 임의의 하나의 값 및 복수의 상한 값 중 임의의 하나의 값을 각각 하한 값 및 상한 값으로 하는 임의의 수치의 범위로 이해될 수 있다.The numerical range indicated by the term "to" in this specification refers to a numerical range that includes the values described before and after the term as the lower limit and the upper limit, respectively. When multiple numerical values are disclosed as the upper limit and the lower limit of an arbitrary numerical range, the numerical range disclosed in this specification can be understood as an arbitrary numerical range that uses any one of the multiple lower limit values and any one of the multiple upper limit values as the lower limit and the upper limit, respectively.

본 발명의 일 측면에 따르면, 분리막; 및 상기 분리막의 적어도 일면 상에 배치된 보호층; 을 포함하고, 상기 보호층은 관능기를 갖는 고분자에서 유도된 제1 반복단위, 가교제에서 유도된 제2 반복단위 및 불소화된 탄소 소재에서 유도된 제3 반복단위를 포함하는, 복합 분리막을 제공한다. According to one aspect of the present invention, a composite separator is provided, comprising: a separator; and a protective layer disposed on at least one surface of the separator; wherein the protective layer comprises a first repeating unit derived from a polymer having a functional group, a second repeating unit derived from a crosslinking agent, and a third repeating unit derived from a fluorinated carbon material.

종래, 보호층이 구비되지 않은 일반적인 분리막으로 이차전지를 구현할 경우, 리튬의 스트리핑/플레이팅 과정에서 리튬 덴드라이트의 성장과 함께 매우 다공성 특성인 SEI 피막을 형성할 뿐만 아니라 SEI 피막의 내부에 데드 리튬(Dead Li)의 생성을 초래하였다. 이러한 불안정한 SEI 피막으로 인해 전해질이 계속적으로 분해되어 전해질이 소모되고, 전지의 성능이 저하되는 문제점이 있었다. In the past, when implementing a secondary battery with a general separator without a protective layer, a highly porous SEI film was formed along with the growth of lithium dendrites during the lithium stripping/plating process, and dead lithium was also generated inside the SEI film. Due to this unstable SEI film, there was a problem in that the electrolyte was continuously decomposed, consumed, and the performance of the battery deteriorated.

본 발명의 일 측면에 따르면 보호층이 분리막의 적어도 일면 상에 배치됨으로써 분리막의 표면이 보다 친수화됨에 따라 리튬친화성(Lithiophilicity)을 높여 전극 및 분리막의 계면 사이에서 전하 이동을 향상시키는 복합 분리막을 제공할 수 있다. 본 발명의 다른 측면에 따르면 불소화된 탄소 소재와 고분자 간에 가교결합을 유도할 수 있는 가교제를 통해 전기화학적으로 안정성이 우수하며 견고한 보호층이 구비된 복합 분리막을 제공할 수 있다. 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 장시간 동안 안정적인 전압 프로파일을 구현하여 사이클 안정성이 개선되며, 율 성능이 우수한 이차전지를 제공할 수 있다. 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전극과 보호층의 계면 사이에서 균일한 SEI(solid-electrolyte-interphase) 피막을 형성함으로써, 전해질 내 리튬 이온의 이동성을 향상시키는 이차전지를 제공할 수 있다.According to one aspect of the present invention, a composite separator can be provided in which a protective layer is disposed on at least one surface of a separator, thereby making the surface of the separator more hydrophilic, thereby increasing lithiophilicity and improving charge transfer between the interface of the electrode and the separator. According to another aspect of the present invention, a composite separator having excellent electrochemical stability and a strong protective layer can be provided through a cross-linking agent capable of inducing cross-linking between a fluorinated carbon material and a polymer. According to another aspect of the present invention, a secondary battery can be provided in which cycle stability is improved and rate performance is excellent by implementing a stable voltage profile for a long period of time. According to another aspect of the present invention, a secondary battery can be provided in which the mobility of lithium ions in an electrolyte is improved by forming a uniform SEI (solid-electrolyte-interphase) film between the interface of the electrode and the protective layer.

이하에서는, 본 발명의 구성을 보다 상세히 설명한다.Below, the composition of the present invention is described in more detail.

1. 복합 분리막 및 이의 제조방법1. Composite membrane and its manufacturing method

분리막Membrane

본 발명에 따른 분리막은 다공성 기재를 포함할 수 있다. The separation membrane according to the present invention may include a porous substrate.

본 발명에 따른 다공성 기재는 음극 및 양극을 전기적으로 절연시켜 단락을 방지하면서 리튬이온의 이동 경로를 제공할 수 있는 것으로 기공의 직경이 미세한 다공성 구조체일 수 있다.The porous substrate according to the present invention can be a porous structure with fine pore diameters that can electrically insulate the negative electrode and the positive electrode to prevent short circuits while providing a path for lithium ions to move.

상기 다공성 기재의 구성 재료로 전기 절연성을 갖는 유기재료 또는 무기재료면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. 상기 다공성 기재는 예를 들어, 폴리올레핀, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴본 바리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴레페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드 및 폴리에틸렌나프탈렌으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 구체적으로 폴리올레핀을 포함할 수 있다. 폴리올레핀은 도포성이 우수할 뿐만 아니라 분리막의 두께를 얇게 하여 전지 내 전극 활물질층의 비율을 높여 체적 당 용량을 높일 수 있다. 구체적으로 상기 폴리올레핀의 중량평균분자량(Mw)은 100,000 내지 500,000g/mol일 수 있다. 상기 폴리올레핀의 중량평균분자량이 상기 수치 범위 미만일 경우 충분한 역학 물성을 확보하는 것이 곤란해질 수 있고 상기 수치 범위를 초과할 경우 셧다운(Shut down) 기능이 구현되지 못하거나 성형이 곤란해질 수 있다. 셧다운 기능은 이차전지의 온도가 높아졌을 때, 열가소성 수지가 용해하여 다공성 기재의 기공을 폐쇄함으로써 이온의 이동을 차단하고 전지의 열폭주를 방지하는 기능을 의미한다.As a constituent material of the porous substrate, any organic or inorganic material having electrical insulation can be used without particular limitation. The porous substrate may include, for example, at least one selected from the group consisting of polyolefin, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyvinyl terephthalate, polyether sulfone, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, and polyethylene naphthalene, and specifically may include polyolefin. Polyolefin not only has excellent coatability, but also can increase the ratio of the electrode active material layer in the battery by making the separator thin, thereby increasing the capacity per volume. Specifically, the weight average molecular weight (M w ) of the polyolefin can be 100,000 to 500,000 g/mol. If the weight average molecular weight of the polyolefin is less than the above numerical range, it may be difficult to secure sufficient mechanical properties, and if it exceeds the above numerical range, the shutdown function may not be implemented or molding may become difficult. The shutdown function refers to the function of blocking the movement of ions and preventing thermal runaway of the battery by melting the thermoplastic resin and closing the pores of the porous substrate when the temperature of the secondary battery increases.

상기 다공성 기재의 두께는 예를 들어, 3 내지 50㎛ 또는 4 내지 15㎛일 수 있다. 상기 다공성 기재의 두께가 수치 범위 미만일 경우 전도성 배리어의 기능이 충분하지 않을 수 있고, 상기 수치 범위를 초과할 경우 분리막의 저항이 과도하게 증가할 수 있다.The thickness of the porous substrate may be, for example, 3 to 50 μm or 4 to 15 μm. If the thickness of the porous substrate is less than the numerical range, the function of the conductive barrier may not be sufficient, and if it exceeds the numerical range, the resistance of the separator may excessively increase.

상기 다공성 기재에 포함된 기공의 평균직경은 예를 들어 10 내지 100nm일 수 있다. 상기 다공성 기재에 포함된 기공들은 상호간에 서로 연결된 구조로 되어 있어 다공성 기재의 일면으로부터 다른 면으로 기체 또는 액체가 통과될 수 있다.The average diameter of the pores included in the porous substrate may be, for example, 10 to 100 nm. The pores included in the porous substrate have a structure in which they are interconnected with each other, so that gas or liquid can pass from one side of the porous substrate to the other side.

본 발명에 따른 분리막은 상기 다공성 기재의 적어도 일면 상에 배치된 코팅층을 더 포함할 수 있다. The separation membrane according to the present invention may further include a coating layer disposed on at least one surface of the porous substrate.

본 발명에 따른 코팅층은 이차전지용 분리막의 기계적 강도 및 내열성을 향상시킬 수 있고, 이차전지 내의 이온전도도를 높일 수 있다.The coating layer according to the present invention can improve the mechanical strength and heat resistance of a separator for a secondary battery, and increase the ion conductivity within the secondary battery.

본 발명에 따른 코팅층은 바인더 고분자 및 무기입자를 포함할 수 있다.The coating layer according to the present invention may include a binder polymer and inorganic particles.

본 발명에 따른 바인더 고분자는 무기입자 사이를 연결하며 안정하게 고정시킬 수 있다. 상기 바인더 고분자는 예를 들어, 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌(Polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌(Polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트(Polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(Poly(ethylene-co-vinyl acetate)), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트(Cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (Cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란(Cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜(Cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(Cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스(Cyanoethylsucrose), 풀루란(pullulan), 카르복실 메틸셀룰로오스 (Carboxyl methyl cellulose), 아크리로니트릴스티렌부타디엔 공중합체(Acrylonitrile-styrene butadiene copolymer), 폴리이미드(Polyimide), 및 스티렌 부타디엔 고무(Styrene-butadiene rubber)로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.The binder polymer according to the present invention can connect inorganic particles and stably fix them. The above binder polymers include, for example, polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene, polymethylmethacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, poly(ethylene-co-vinyl acetate), polyethylene oxide, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, One or more selected from the group consisting of cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, pullulan, carboxyl methyl cellulose, acrylonitrile-styrene butadiene copolymer, polyimide, and styrene-butadiene rubber may be used in combination.

본 발명에 따른 무기입자는 이차전지용 분리막의 기계적 강도 및 내열성을 향상에 기여할 수 있다. 구체적으로, 상기 무기입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 무기입자는 적용되는 이차전지의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. The inorganic particles according to the present invention can contribute to improving the mechanical strength and heat resistance of a separator for a secondary battery. Specifically, the inorganic particles are not particularly limited as long as they are electrochemically stable. That is, the inorganic particles that can be used in the present invention are not particularly limited as long as they do not undergo oxidation and/or reduction reactions in the operating voltage range of the applied secondary battery (e.g., 0 to 5 V based on Li/Li + ).

일 예시로 무기입자로서 유전율이 높은 무기입자를 사용하는 경우, 액체 전해질 내 전해질염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해질의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다. 상술한 이유들로 인해, 상기 무기입자는 유전율 상수가 5 이상인 무기입자, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기입자, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. For example, when using inorganic particles having a high dielectric constant as inorganic particles, it can contribute to increasing the degree of dissociation of an electrolyte salt, such as a lithium salt, in a liquid electrolyte, thereby improving the ionic conductivity of the electrolyte. For the reasons described above, the inorganic particles may be inorganic particles having a dielectric constant of 5 or higher, inorganic particles having a lithium ion transfer capability, or a mixture thereof.

상기 유전율 상수가 5 이상인 무기입자는 Al2O3, SiO2, ZrO2, AlO(OH), Al(OH)3, Mg(OH)2, BaSO4, TiO2, BaTiO3, Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT, 여기서 0<x<1), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 (PLZT, 여기서, 0<x<1, 0<y<1임), (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 (PMN-PT, 여기서 0<x<1), HfO2, SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO 및 SiC로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more are one selected from the group consisting of Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 , AlO(OH), Al(OH) 3 , Mg(OH) 2 , BaSO 4 , TiO 2 , BaTiO 3 , Pb(Zr x Ti 1-x )O 3 (PZT, where 0<x<1), Pb 1-x La x Zr 1-y Ti y O 3 (PLZT, where 0<x<1 and 0<y<1), (1-x)Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3-x PbTiO 3 (PMN-PT, where 0<x<1), HfO 2 , SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, and SiC. Or it may be a mixture of two or more.

상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기입자는 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), 리튬게르마늄티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), 리튬나이트라이드(LixNy, 0<x<4, 0<y<2), SiS2 계열 glass(LixSiySz, 0<x<3, 0<y<2, 0<z<4) 및 P2S5 계열 glass(LixPySz, 0<x<3, 0<y<3, 0<z<7)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The inorganic particles having the lithium ion transport capability are lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium titanium phosphate (Li x Ti y (PO 4 ) 3 , 0<x<2, 0<y<3), lithium aluminum titanium phosphate (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<x<4, 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 , 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), lithium nitride (Li x N y , 0<x<4, The glass may be one or a mixture of two or more selected from the group consisting of SiS 2 series glass (Li x Si y S z , 0<x<3, 0<y<2, 0<z<4) and P 2 S 5 series glass (Li x P y S z , 0<x<3, 0<y<3, 0<z<7).

예를 들어, 상기 무기입자의 평균입경(D50)은 균일한 두께의 코팅층 형성 및 적절한 공극률을 위하여 1nm 내지 10㎛일 수 있고, 구체적으로 10nm 내지 2㎛일 수 있고, 더욱 구체적으로 50nm 내지 1㎛일 수 있다. 상기 "평균입경(D50)"은, 입경에 따른 입자 개수 누적 분포의 50% 지점에서의 입경을 의미한다. 상기 평균입경은 레이저 회절법(Laser diffraction method)을 이용하여 측정될 수 있다. 구체적으로, 측정대상분말을 분산매에 분산시킨 후, 이를 시판되는 레이저 회절 입도 측정 장치(예: Microtrac S3500)에 도입하여 입자들이 레이저빔을 통과할 때 입자 크기에 따른 회절패턴 차이를 측정하여 입도 분포를 산출할 수 있다. For example, the average particle diameter (D 50 ) of the above-mentioned inorganic particles may be 1 nm to 10 μm, specifically 10 nm to 2 μm, and more specifically 50 nm to 1 μm, for forming a coating layer of uniform thickness and an appropriate porosity. The "average particle diameter (D 50 )" refers to the particle diameter at the 50% point of the cumulative distribution of the number of particles according to particle diameter. The average particle diameter can be measured using a laser diffraction method. Specifically, after the target powder for measurement is dispersed in a dispersion medium, it is introduced into a commercially available laser diffraction particle size measuring device (e.g., Microtrac S3500) and the difference in diffraction pattern according to particle size is measured when the particles pass through a laser beam, thereby calculating the particle size distribution.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 무기입자와 바인더 고분자의 중량비(무기입자:바인더 고분자)는 50:50 내지 99:1일 수 있고, 구체적으로 70:30 내지 95:5일 수 있다. 상기 바인더 고분자에 대한 무기입자의 함량비가 상기 수치 범위 미만일 경우, 바인더 고분자의 함량이 많아지게 되어 분리막의 열적 안전성 개선 성능이 저하될 수 있고, 무기입자들 사이에 형성되는 빈 공간의 감소로 인해 기공 크기 및 기공도가 감소하여 최종 전지의 성능 저하가 야기될 수 있고, 상기 수치 범위를 초과할 경우 바인더 고분자의 함량이 너무 적어 코팅층의 내필링성이 약화될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the weight ratio of the inorganic particles and the binder polymer (inorganic particles: binder polymer) may be 50:50 to 99:1, and specifically, 70:30 to 95:5. When the content ratio of the inorganic particles to the binder polymer is less than the above numerical range, the content of the binder polymer increases, which may deteriorate the thermal safety improvement performance of the separator, and the pore size and porosity may decrease due to a decrease in the empty space formed between the inorganic particles, which may cause a deterioration in the performance of the final battery, and when the numerical range is exceeded, the content of the binder polymer is too small, which may weaken the peeling resistance of the coating layer.

예를 들어, 상기 코팅층의 두께는 0.1 내지 10㎛일 수 있고, 구체적으로 1 내지 3㎛, 더욱 구체적으로 1.4 내지 1.6㎛일 수 있다. 상기 코팅층의 두께가 상기 수치 범위 내를 만족할 때, 분리막의 절연성과 열안정성을 높일 수 있음과 동시에 전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.For example, the thickness of the coating layer may be 0.1 to 10 μm, specifically 1 to 3 μm, and more specifically 1.4 to 1.6 μm. When the thickness of the coating layer satisfies the numerical range, the insulation and thermal stability of the separator can be increased, and the energy density of the battery can be improved.

예를 들어, 상기 코팅층의 패킹 밀도(Packing density)는 0.1 내지 20g/cm3일 수 있고, 구체적으로 0.5 내지 12 g/cm3, 더욱 구체적으로 1 내지 3 g/cm3일 수 있다. 상기 코팅층의 패킹 밀도(Packing density)가 수치 범위 내를 만족할 때 리튬이온의 투과성이 유리할 수 있고, 분리막의 내열성이 적정 수준으로 유지될 수 있다. 한편 패킹 밀도는 다공성 기재의 단위면적(m2) 당 1㎛의 높이에 로딩되는 코팅층의 밀도이다.For example, the packing density of the coating layer may be 0.1 to 20 g/cm 3 , specifically 0.5 to 12 g/cm 3 , and more specifically 1 to 3 g/cm 3 . When the packing density of the coating layer satisfies the numerical range, the permeability of lithium ions may be advantageous, and the heat resistance of the separator may be maintained at an appropriate level. Meanwhile, the packing density is the density of the coating layer loaded at a height of 1 μm per unit area (m 2 ) of the porous substrate.

보호층Protective layer

본 발명에 따른 복합 분리막은 상기 분리막의 적어도 일면 상에 배치된 보호층을 포함한다. 구체적으로 상기 보호층은 상기 분리막의 일면 바로 위에 배치되거나, 상기 분리막의 양면 바로 위에 배치될 수 있다.The composite separator according to the present invention comprises a protective layer disposed on at least one side of the separator. Specifically, the protective layer may be disposed directly on one side of the separator or directly on both sides of the separator.

본 발명의 일 측면 따른 보호층은 분리막의 표면의 리튬친화성(Lithiophilicity)을 높여 전극 및 분리막의 계면 사이에서 리튬이온의 이동성이 향상될 수 있다. 본 발명의 다른 측면에 따른 보호층은 음극과의 상호작용으로 음극 및 보호층의 계면에서 균일한 SEI 피막을 형성함으로써, 리튬 덴드라이트의 형성을 효과적으로 방지할 수 있다.A protective layer according to one aspect of the present invention can improve the mobility of lithium ions between the interface of the electrode and the separator by increasing the lithium affinity (lithiophilicity) of the surface of the separator. A protective layer according to another aspect of the present invention can effectively prevent the formation of lithium dendrites by forming a uniform SEI film at the interface of the negative electrode and the protective layer through interaction with the negative electrode.

본 발명에 따른 보호층은 관능기를 갖는 고분자에서 유도된 제1 반복단위, 가교제에서 유도된 제2 반복단위 및 불소화된 탄소 소재에서 유도된 제3 반복단위를 포함한다.A protective layer according to the present invention comprises a first repeating unit derived from a polymer having a functional group, a second repeating unit derived from a crosslinking agent, and a third repeating unit derived from a fluorinated carbon material.

본 발명에 따른 관능기를 갖는 고분자는 분리막의 표면에 리튬친화성을 높일 수 있으며, 가교제를 통해 불소화된 탄소 소재와 가교결합을 형성할 수 있다.A polymer having a functional group according to the present invention can increase lithium affinity on the surface of a separator and form a cross-linking bond with a fluorinated carbon material through a cross-linking agent.

본 발명에 따른 관능기를 갖는 고분자는 OH-과 산-염기 반응하여 리튬염을 형성할 수 있는 고분자 화합물일 수 있고, 구체적으로 카르복실기, 히드록시기 및 싸이올기 중 어느 하나 이상을 포함하는 고분자 화합물일 수 있고, 더욱 구체적으로 카르복실기를 포함하는 고분자 화합물일 수 있고, 더욱 구체적으로 폴리아크릴산; 아크릴산과 메타아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸렌, 아크릴로니트릴, 에틸렌글리콜, 에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드, 프로필렌카보네이트, 및 페닐렌설파이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 단량체가 공중합된 아크릴산 공중합체; 알긴산; 카르복시메틸셀룰로오스 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있고, 더욱 구체적으로 폴리아크릴산일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 관능기를 갖는 고분자로 상기 카르복실기를 포함하는 고분자 화합물을 이용할 경우 산-염기 반응으로 리튬염 형태의 고분자가 쉽게 합성되어 가교반응의 합성 과정이 용이하게 이루어질 수 있다.The polymer having a functional group according to the present invention may be a polymer compound capable of forming a lithium salt by an acid-base reaction with OH - , specifically, a polymer compound including at least one of a carboxyl group, a hydroxyl group, and a thiol group, and more specifically, a polymer compound including a carboxyl group, and more specifically, an acrylic acid copolymer in which acrylic acid and one or more monomers selected from the group consisting of methacrylate, methyl methacrylate, ethylene, acrylonitrile, ethylene glycol, ethylene oxide, propylene oxide, propylene carbonate, and phenylene sulfide are copolymerized; alginic acid; carboxymethyl cellulose, and combinations thereof, and more specifically, polyacrylic acid. According to one embodiment of the present invention, when the polymer compound including the carboxyl group is used as the polymer having the functional group, a polymer in the form of a lithium salt can be easily synthesized by an acid-base reaction, so that the synthesis process of the crosslinking reaction can be easily performed.

본 발명에 따른 관능기를 갖는 고분자의 중량평균분자량(Mw)은 고분자 화합물의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 상기 관능기를 갖는 고분자가 폴리아크릴산일 때 상기 관능기를 갖는 고분자의 중량평균분자량은 300,000 내지 600,000g/mol, 400,000 내지 500,000g/mol, 430,000 내지 470,000g/mol 또는 450,000g/mol 내지 470,000g/mol일 수 있다. The weight average molecular weight (Mw) of the polymer having a functional group according to the present invention may vary depending on the type of the polymer compound. For example, when the polymer having the functional group is polyacrylic acid, the weight average molecular weight of the polymer having the functional group may be 300,000 to 600,000 g/mol, 400,000 to 500,000 g/mol, 430,000 to 470,000 g/mol, or 450,000 to 470,000 g/mol.

상기 관능기를 갖는 고분자의 중량평균분자량이 상술한 범위의 중량평균분자량(Mw)을 가지는 경우, 하나의 고분자 사슬이 분리막을 넓게 네트워킹하여 보호층의 구조를 강화할 수 있다. 다만, 상기 관능기를 갖는 고분자의 중량평균분자량이 상술한 범위를 초과할 경우, 보호층 형성용 조성물의 점도가 높아지고 관능기를 갖는 고분자의 용매에 대한 용해도가 감소하여 분리막에 대한 코팅이 불균일해질 수 있다. 상기 관능기를 갖는 고분자의 중량평균분자량이 상술한 범위보다 작을 경우, 고분자 간의 네트워크가 치밀하게 형성되지 못해 보호막의 내구성이 떨어질 수 있다. When the weight average molecular weight of the polymer having the functional group has a weight average molecular weight (Mw) in the above-described range, one polymer chain can widely network the membrane to strengthen the structure of the protective layer. However, when the weight average molecular weight of the polymer having the functional group exceeds the above-described range, the viscosity of the composition for forming the protective layer increases and the solubility of the polymer having the functional group in a solvent decreases, so that the coating on the membrane may become uneven. When the weight average molecular weight of the polymer having the functional group is smaller than the above-described range, the network between the polymers may not be formed densely, so that the durability of the protective film may decrease.

본 발명에 따른 제1 반복단위는 관능기를 갖는 고분자에서 유도된 것으로, 해당 기술분야에서 상용되는 다양한 분석법을 통해 분석될 수 있다. 구체적으로 상기 제1 반복단위는 1H-NMR, FT-IR 또는 이들의 조합을 이용하여 분석될 수 있다. The first repeating unit according to the present invention is derived from a polymer having a functional group and can be analyzed using various analytical methods commonly used in the relevant technical field. Specifically, the first repeating unit can be analyzed using 1 H-NMR, FT-IR, or a combination thereof.

본 발명에 따른 가교제는 상기 관능기를 갖는 고분자와 상기 불소화된 탄소 소재 간에 화학적 결합(예: 공유결합)을 유도할 수 있다. 구체적으로 상기 가교제에서 유도된 제2 반복단위는 상기 관능기를 갖는 고분자에서 유도된 제1 반복단위 및 상기 불소화된 탄소 소재에서 유도된 제3 반복단위를 서로 연결할 수 있다. 본 발명에 따른 가교제를 통해 상기 관능기를 갖는 고분자와 상기 불소화된 탄소 소재가 가교결합됨으로써, 전기화학적으로 안정성이 우수하며 견고한 보호층이 구비된 복합 분리막이 구현될 수 있다. The crosslinking agent according to the present invention can induce a chemical bond (e.g., a covalent bond) between the polymer having the functional group and the fluorinated carbon material. Specifically, the second repeating unit derived from the crosslinking agent can link the first repeating unit derived from the polymer having the functional group and the third repeating unit derived from the fluorinated carbon material to each other. By crosslinking the polymer having the functional group and the fluorinated carbon material through the crosslinking agent according to the present invention, a composite separator having excellent electrochemical stability and a strong protective layer can be implemented.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가교제는 말단에 2 이상의 가교반응 작용기를 갖는 화합물을 포함할 수 있다. 상기 가교제가 말단에 2 이상의 가교반응 작용기를 가짐에 따라 가교 매트릭스를 형성할 수 있다. 예를 들어 상기 가교반응 작용기는 에폭시기 및 이소시아네이트기 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 구체적으로 에폭시기를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 가교 반응 작용기로 에폭시기를 사용할 경우 리튬염 형태의 관능기를 갖는 고분자 화합물은 친핵체(Nu-)로 작용하여, 상기 가교제의 에폭시 구조에서 덜 치환된 탄소 원자에 전자를 제공할 수 있다. 이에 따라 상기 에폭시 구조의 고리 열림 반응(Ring-opening reaction)이 쉽게 진행되어 부분 가교반응이 쉽게 진행될 수 있다. 도 1은 히드록시기에 의한 에폭시 구조의 고리 열림 반응 및 카르복실레이트기에 의한 에폭시 구조의 고리 열림 반응의 모식도이다. 도 1을 참고하면, 히드록시기 또는 카르복실기에 의해 에폭시 구조의 고리 열림 반응이 쉽게 진행됨을 확인할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the crosslinking agent may include a compound having two or more crosslinking reaction functional groups at the terminal. Since the crosslinking agent has two or more crosslinking reaction functional groups at the terminal, it may form a crosslinking matrix. For example, the crosslinking reaction functional group may include at least one of an epoxy group and an isocyanate group, and specifically, may include an epoxy group. According to one embodiment of the present invention, when an epoxy group is used as the crosslinking reaction functional group, a polymer compound having a functional group in the form of a lithium salt acts as a nucleophile (Nu - ) to provide electrons to a less substituted carbon atom in the epoxy structure of the crosslinking agent. Accordingly, the ring-opening reaction of the epoxy structure easily proceeds, so that the partial crosslinking reaction easily proceeds. Fig. 1 is a schematic diagram of a ring-opening reaction of an epoxy structure by a hydroxyl group and a ring-opening reaction of an epoxy structure by a carboxylate group. Referring to Figure 1, it can be confirmed that the ring opening reaction of the epoxy structure easily proceeds by a hydroxyl group or a carboxyl group.

일 예시에 따르면, 상기 가교제는 PEGDE(Poly(ethylene glycol) diglycidyl ether), DGEBA (diglycidyl ether of bisphenol-A), RDGE (resorcinol diglycidyl ether), TGIC (triglycidyl isocyanurate), TMPTGE (trimethylolpropane triglycidyl ether), TPEGE (tetraphenylolethane glycidyl ether) 및 TPGECMS(tetrakis(propyl glycidyl ether)cyclomethylsiloxane)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.In one example, the cross-linking agent may be one or a mixture of two or more selected from the group consisting of poly(ethylene glycol) diglycidyl ether (PEGDE), diglycidyl ether of bisphenol-A (DGEBA), resorcinol diglycidyl ether (RDGE), triglycidyl isocyanurate (TGIC), trimethylolpropane triglycidyl ether (TMPTGE), tetraphenylolethane glycidyl ether (TPEGE), and tetrakis(propyl glycidyl ether)cyclomethylsiloxane (TPGEMS).

본 발명에 따른 제2 반복단위는 해당 기술분야에서 상용되는 다양한 분석법을 통해 분석될 수 있다. 구체적으로 상기 제2 반복단위는 1H-NMR, FT-IR 또는 이들의 조합을 이용하여 분석될 수 있다. The second repeating unit according to the present invention can be analyzed using various analytical methods commonly used in the relevant technical field. Specifically, the second repeating unit can be analyzed using 1 H-NMR, FT-IR, or a combination thereof.

본 발명에 따른 불소화된 탄소 소재는 보호층에 전도적 특성을 부여하고, 가교제를 통해 상기 관능기를 갖는 고분자과 가교결합을 형성하여 전기화학적으로 안정성이 우수하며 견고한 보호층이 구비된 복합 분리막을 구현할 수 있다.The fluorinated carbon material according to the present invention imparts conductive properties to a protective layer, and forms a cross-linking bond with a polymer having the functional group through a cross-linking agent to realize a composite separator having excellent electrochemical stability and a strong protective layer.

본 발명에 따른 불소화된 탄소 소재로 상기 가교제와 부분 가교결합을 형성할 수 있는 탄소 소재면 모두 제한되지 않고 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 불소화된 탄소 소재는 그래핀 옥사이드, 개질 탄소나노튜브로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상이 불소화된 화합물일 수 있고, 구체적으로 그래핀 옥사이드가 불소화된 화합물일 수 있다. 여기서 개질 탄소나노튜브는 해당 기술분야에서 공지된 방법으로 탄소나노튜브에 카르복실기 및 히드록시기 중 하나 이상의 작용기가 도입된 화합물로, 해당 작용기를 통해 상기 가교제와 부분 가교결합 반응이 진행될 수 있다.According to the present invention, any carbon material capable of forming a partial cross-linking with the cross-linking agent can be used without limitation as the fluorinated carbon material. For example, the fluorinated carbon material may be a compound in which at least one or more is fluorinated and is selected from the group consisting of graphene oxide and modified carbon nanotubes, and specifically, may be a compound in which graphene oxide is fluorinated. Here, the modified carbon nanotube is a compound in which at least one functional group among a carboxyl group and a hydroxyl group is introduced to a carbon nanotube by a method known in the relevant technical field, and a partial cross-linking reaction with the cross-linking agent can proceed through the functional group.

예를 들어 상기 불소화된 그래핀 옥사이드의 불소 함량은 1 내지 10 중량%, 1 내지 7 중량% 또는 1 내지 5 중량%일 수 있다. 상기 불소화된 그래핀 옥사이드에서 불소의 함량은 XPS 분석방법을 통해 분석될 수 있다. 상기 불소화된 그래핀 옥사이드에서 불소의 함량이 상기 수치 범위 내를 만족할 때, 가교제와 부분 가교결합 반응이 효과적으로 진행될 수 있다. For example, the fluorine content of the fluorinated graphene oxide may be 1 to 10 wt%, 1 to 7 wt%, or 1 to 5 wt%. The fluorine content in the fluorinated graphene oxide can be analyzed by an XPS analysis method. When the fluorine content in the fluorinated graphene oxide satisfies the numerical range, the cross-linking reaction with the cross-linking agent can effectively proceed.

본 발명에 따른 제3 반복단위는 불소화된 탄소 소재에서 유도된 것으로 상기 제1 및 제2 반복단위와 동일한 방법으로 분석될 수 있다.The third repeating unit according to the present invention is derived from a fluorinated carbon material and can be analyzed in the same manner as the first and second repeating units.

본 발명에 따른 제2 반복단위는 상기 제1 반복단위 및 상기 제3 반복단위 와 연결될 수 있다. 구체적으로 상기 제2 반복단위는 상기 제1 반복단위와 부분 제1 가교결합 반응을 통해 연결될 수 있고 상기 제3 반복단위와 부분 제2 가교결합 반응을 통해 연결될 수 있다. The second repeating unit according to the present invention can be connected to the first repeating unit and the third repeating unit. Specifically, the second repeating unit can be connected to the first repeating unit through a partial first cross-linking reaction and can be connected to the third repeating unit through a partial second cross-linking reaction.

본 발명에 따른 보호층의 두께는 3 내지 30㎛ 또는 5 내지 20㎛일 수 있다. 상기 보호층의 두께가 상기 수치 범위 내를 만족할 때 복합 분리막의 기계적 물성 및 이온전도도가 균형 있게 조절될 수 있다.The thickness of the protective layer according to the present invention may be 3 to 30 μm or 5 to 20 μm. When the thickness of the protective layer satisfies the above numerical range, the mechanical properties and ionic conductivity of the composite membrane can be balancedly controlled.

제조방법Manufacturing method

본 발명에 따른 복합 분리막의 제조방법은 (S1) 분리막의 적어도 일면 상에 보호층 형성용 조성물을 코팅하는 단계; 및 (S2) 상기 보호층 형성용 조성물이 코팅된 분리막을 건조하여 복합 분리막을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. A method for manufacturing a composite separator according to the present invention may include a step of (S1) coating a composition for forming a protective layer on at least one surface of a separator; and a step of (S2) drying the separator coated with the composition for forming a protective layer to manufacture a composite separator.

본 발명에 따른 보호층 형성용 조성물은 불소화된 탄소 소재, 관능기를 갖는 고분자와 가교제가 부분 가교 결합된 고분자-가교제 및 용매를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 보호층 형성용 조성물의 전체 중량을 기준으로 불소화된 탄소 소재의 함량은 10 내지 90 중량%일 수 있고, 구체적으로 25 내지 85 중량%일 수 있다. 또한, 상기 보호층 형성용 조성물의 전체 중량을 기준으로 상기 고분자-가교제의 함량은 10 내지 90 중량%일 수 있고, 구체적으로 15 내지 75 중량%일 수 있다. 여기서 고분자-가교제는 예를 들어 폴리아크릴산과 가교제(PEGDE)가 화학적으로 결합(예: 공유결합)된 PAA-PEGDE일 수 있다.The composition for forming a protective layer according to the present invention may include a fluorinated carbon material, a polymer having a functional group, a polymer-crosslinking agent that is partially crosslinked with a crosslinking agent, and a solvent. For example, the content of the fluorinated carbon material based on the total weight of the composition for forming a protective layer may be 10 to 90 wt%, specifically 25 to 85 wt%. In addition, the content of the polymer-crosslinking agent based on the total weight of the composition for forming a protective layer may be 10 to 90 wt%, specifically 15 to 75 wt%. Here, the polymer-crosslinking agent may be, for example, PAA-PEGDE in which polyacrylic acid and a crosslinking agent (PEGDE) are chemically bonded (e.g., covalently bonded).

상기 (S1) 단계에서 상기 보호층 형성용 조성물을 코팅하기 위한 수단으로 해당 기술분야에서 상용되는 일반적인 코팅 방법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 코팅 방법으로 닥터 블레이를 이용한 코팅 방법, 슬롯-다이 코팅 방법, 딥 코팅 방법, 및 그라비아 코팅 방법으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 방법을 이용할 수 있다.In the step (S1), a general coating method commercially available in the relevant technical field can be used as a means for coating the composition for forming the protective layer. For example, as the coating method, at least one method selected from the group consisting of a coating method using a doctor blade, a slot-die coating method, a dip coating method, and a gravure coating method can be used.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (S2) 단계는 제1 건조 단계 및 상기 제1 건조 단계와 상이한 제2 건조 단계를 포함할 수 있다. 여기서 상기 제1 건조 단계는 상기 보호층 형성용 조성물에 포함된 화합물들 간에 가교반응을 유도하기 위한 단계일 수 있다. 상기 제2 건조 단계는 상기 보호층 형성용 조성물에 포함된 용매를 증발시키기 위한 단계일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 건조 단계는 100 내지 140℃에서 2 내지 4시간 동안 수행되는 단계일 수 있고, 상기 제2 건조 단계는 60 내지 80℃의 진공오븐에서 20 내지 24시간 동안 수행되는 단계일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the step (S2) may include a first drying step and a second drying step that is different from the first drying step. Here, the first drying step may be a step for inducing a crosslinking reaction between compounds included in the composition for forming the protective layer. The second drying step may be a step for evaporating a solvent included in the composition for forming the protective layer. For example, the first drying step may be a step performed at 100 to 140° C. for 2 to 4 hours, and the second drying step may be a step performed in a vacuum oven at 60 to 80° C. for 20 to 24 hours.

2. 이차전지2. Secondary battery

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복합 분리막; 상기 복합 분리막의 일면 상에 배치된 음극; 상기 복합 분리막의 다른 면 상에 배치된 양극; 및 전해질; 을 포함하는, 이차전지를 제공할 수 있다. 상술한 부분과 반복된 설명은 간략히 설명하거나 생략한다.According to another embodiment of the present invention, a secondary battery can be provided, including the composite separator; a cathode disposed on one side of the composite separator; a cathode disposed on the other side of the composite separator; and an electrolyte. The above-described parts and repeated descriptions are briefly described or omitted.

음극cathode

본 발명에 따른 음극은 해당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 음극일 수 있고, 구체적으로 리튬메탈(Li metal)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음극으로 리튬메탈을 사용할 경우 음극과 복합 분리막의 계면에서 균일한 SEI 피막을 형성할 수 있다. The negative electrode according to the present invention may be a negative electrode generally used in the relevant technical field, and may specifically include lithium metal. According to one embodiment of the present invention, when lithium metal is used as the negative electrode, a uniform SEI film can be formed at the interface between the negative electrode and the composite separator.

도 2는 종래의 리튬메탈 전지에서 리튬 덴드라이트의 성장을 나타낸 모식도이다. Figure 2 is a schematic diagram showing the growth of lithium dendrites in a conventional lithium metal battery.

도 2를 참고하면 일반적으로 음극으로 리튬메탈을 사용할 경우 리튬의 스트리핑/플레이팅 과정에서 리튬 덴드라이트의 성장과 함께 매우 다공성 특성인 SEI 피막을 형성할 뿐만 아니라 SEI 피막의 내부에 데드 리튬(Dead Li)의 생성을 초래하였다. 이러한 불안정한 SEI 피막으로 인해 전해질이 계속적으로 분해되어 전해질이 소모되고, 전지의 성능이 저하되는 문제점이 있었다. Referring to Fig. 2, when lithium metal is generally used as an anode, a highly porous SEI film is formed along with the growth of lithium dendrites during the lithium stripping/plating process, and dead lithium is also generated inside the SEI film. Due to this unstable SEI film, there was a problem in that the electrolyte was continuously decomposed, resulting in consumption of the electrolyte and deterioration of the battery performance.

본 발명의 실시예에 따르면, 복합 분리막의 보호층이 음극과 인접함으로써, 장시간 동안 안정적인 전압 프로파일을 구현하여 사이클 안정성이 개선되며, 율 성능이 우수한 이차전지를 제공할 수 있다. 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 복합 분리막의 보호층이 음극과 인접함으로써, 전해질 내 리튬이온의 이동성을 향상시키는 이차전지를 구현할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, since the protective layer of the composite separator is adjacent to the negative electrode, a stable voltage profile is implemented for a long period of time, thereby improving cycle stability and providing a secondary battery with excellent rate performance. According to another aspect of the present invention, since the protective layer of the composite separator is adjacent to the negative electrode, a secondary battery can be implemented that improves the mobility of lithium ions in the electrolyte.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 모식도이다. Figure 3 is a schematic diagram of a secondary battery according to one embodiment of the present invention.

SEI 피막은 전지를 충전하는 과정에서 전지 내 리튬이온이 음극으로 이동하게 되고, 그 과정에서 전해질이 음극의 표면에 환원/분해되면서 형성된 고체막을 의미한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 균일한 SEI 피막이 음극 및 복합 분리막 사이에 형성됨으로써, 장기간 사이클 안정성 및 율 성능이 개선될 수 있다.The SEI film refers to a solid film formed when lithium ions in a battery move to the negative electrode during the process of charging the battery, and the electrolyte is reduced/decomposed on the surface of the negative electrode during the process. According to one embodiment of the present invention, since a uniform SEI film is formed between the negative electrode and the composite separator, long-term cycle stability and rate performance can be improved.

구체적으로 상기 SEI 피막은 LiF를 포함할 수 있다. 여기서 LiF는 불소원자를 함유하는 전해질 구성 성분에서 유래된 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 균일하고 내구성이 우수한 SEI 피막이 형성됨으로써 리튬이온의 이동성이 더욱 향상될 수 있다.Specifically, the SEI film may include LiF. Here, LiF may be derived from an electrolyte component containing a fluorine atom. According to one embodiment of the present invention, the mobility of lithium ions may be further improved by forming a uniform and durable SEI film.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 음극은 리튬메탈(Li metal)외에도, 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 비정질탄소 등의 탄소질 재료 및 Si, SiOβ(0<β<2) 등의 실리콘계 재료 중에서 선택된 적어도 하나의 음극 활물질을 포함할 수 있다.Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, the negative electrode may include, in addition to lithium metal, at least one negative electrode active material selected from carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, amorphous carbon, and silicon-based materials such as Si, SiO β (0<β<2).

양극anode

본 발명에 따른 양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 적어도 일면 상에 배치된 양극 활물질층을 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질층은 양극 활물질, 도전재 및 양극 바인더를 포함할 수 있다.The positive electrode according to the present invention may include a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer disposed on at least one surface of the positive electrode current collector. The positive electrode active material layer may include a positive electrode active material, a conductive material, and a positive electrode binder.

예를 들어, 상기 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로 상기 양극 집전체로는 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 상기 양극 집전체는 통상적으로 6 내지 20㎛의 두께를 가질 수 있다. For example, the positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. Specifically, the positive electrode current collector may be made of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like. The positive electrode current collector may typically have a thickness of 6 to 20 μm.

양극 활물질은, 리튬의 가역적인 흡장 및 방출이 가능한 화합물이며, 구체적으로는, 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 철 (Fe) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 금속과 리튬을 포함하는 리튬 복합 금속 산화물을 포함할 수 있다.The cathode active material is a compound capable of reversible absorption and release of lithium, and specifically, may include a lithium composite metal oxide including lithium and at least one metal selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn), iron (Fe), and aluminum (Al).

보다 구체적으로, 상기 리튬 복합 금속 산화물은, 리튬-망간계 산화물(예를 들면, LiMnO2, LiMn2O4 등), 리튬-코발트계 산화물(예를 들면, LiCoO2 등), 리튬-니켈계 산화물(예를 들면, LiNiO2 등), 리튬-니켈-망간계 산화물(예를 들면, LiNi1-y1Mny1O2(여기에서, 0<y1<1), LiMn2-z1NizO4(여기에서, 0<Z1<2) 등), 리튬-니켈-코발트계 산화물(예를 들면, LiNi1-y2Coy2O2(여기에서, 0<y2<1) 등), 리튬-망간-코발트계 산화물(예를 들면, LiCo1-y3Mny3O2(여기에서, 0<y3<1), LiMn2-z2Coz2O4(여기에서, 0<Z2<2) 등), 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물(예를 들면, Li(Nip1Coq1Mnr1)O2(여기에서, 0<p1<1, 0<q1<1, 0<r1<1, p1+q1+r1=1), 리튬-니켈-망간-알루미늄계 산화물 Li(Nip2Coq2Alr2)O2(여기에서, 0<p2<2, 0<q2<2, 0<r2<2, p2+q2+r2=1) 등), 또는 리튬-니켈-코발트-전이금속(M) 산화물(예를 들면, Li(Nip3Coq3Mnr3MS3)O2(여기에서, M은 Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg 및 Mo로 이루어지는 군으로부터 선택되고, p3, q3, r3 및 s3는 각각 독립적으로 원소의 원자분율이며, 0<p3<1, 0<q3<1, 0<r3<1, 0<s3<1, p3+q3+r3+s3=1이다)) 등을 들 수 있고, 이들을 단독으로 포함해도 되고, 또는 2개 이상을 포함할 수 있다.More specifically, the lithium composite metal oxide is a lithium-manganese oxide (e.g., LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , etc.), a lithium-cobalt oxide (e.g., LiCoO 2 , etc.), a lithium-nickel oxide (e.g., LiNiO 2 , etc.), a lithium-nickel-manganese oxide (e.g., LiNi 1-y1 Mn y1 O 2 (wherein, 0<y1<1), LiMn 2-z1 Ni z O 4 (wherein, 0<Z1<2)), etc.), a lithium-nickel-cobalt oxide (e.g., LiNi 1-y2 Co y2 O 2 (wherein, 0<y2<1)), etc.), a lithium-manganese-cobalt oxide (e.g., LiCo 1-y3 Mn y3 O 2 (wherein, 0<y3<1), LiMn 2-z2 Co z2 O 4 (wherein, 0<Z2<2) etc.), lithium-nickel-manganese-cobalt oxides (e.g., Li(Ni p1 Co q1 Mn r1 )O 2 (wherein, 0<p1<1, 0<q1<1, 0<r1<1, p1+q1+r1=1), lithium-nickel-manganese-aluminum oxides Li(Ni p2 Co q2 Al r2 )O 2 (wherein, 0<p2<2, 0<q2<2, 0<r2<2, p2+q2+r2=1) etc.), or lithium-nickel-cobalt-transition metal (M) oxides (e.g., Li(Ni p3 Co q3 Mn r3 M S3 )O 2 (wherein, M is selected from the group consisting of Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg and Mo, and p3, q3, r3 and s3 is an atomic fraction of an element, and 0<p3<1, 0<q3<1, 0<r3<1, 0<s3<1, p3+q3+r3+s3=1)) can be included, and these can be included alone or can include two or more of them.

상기 양극에 사용된 도전재는 전극에서 활물질 입자 간 또는 금속 집전체와의 전도도를 향상시키고 바인더가 부도체로 작용하는 것을 방지할 수 있다. 상기 도전재는 예를 들어, 흑연, 카본블랙, 탄소섬유, 금속섬유, 금속 분말, 도전성 위스커, 도전성 금속 산화물, 활성화된 카본(Activated carbon) 및 폴리페닐렌 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 도전성 재료의 혼합물일 수 있고, 더욱 구체적으로는 천연 흑연, 인조 흑연, 슈퍼 피(Super-p), 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프블랙, 서머 블랙, 덴카(Denka) 블랙, 알루미늄 분말, 니켈 분말, 산화 아연, 티탄산 칼륨 및 산화 티탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 도전성 재료의 혼합물일 수 있다.The conductive material used in the above positive electrode can improve conductivity between active material particles in the electrode or with a metal current collector and prevent the binder from acting as an insulator. The conductive material may be, for example, a mixture of one or two or more conductive materials selected from the group consisting of graphite, carbon black, carbon fibers, metal fibers, metal powders, conductive whiskers, conductive metal oxides, activated carbon, and polyphenylene derivatives, and more specifically, may be a mixture of one or more conductive materials selected from the group consisting of natural graphite, artificial graphite, Super-p, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, Denka black, aluminum powder, nickel powder, zinc oxide, potassium titanate, and titanium oxide.

상기 양극에 사용된 바인더는 양극 활물질 입자 간, 또는 양극 활물질층과 집전체 사이의 분리를 억제할 수 있다. 상기 양극 바인더로 해당 기술분야에서 전극에 통상적으로 사용되는 고분자를 사용할 수 있다. 이러한 양극 바인더는 비제한적으로 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(poly(vinylidene fluoride co-hexafluoropropylene)), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌(poly(vinylidene fluoride-co-trichloroethylene)), 폴리메틸메타크릴레이트(poly(methylmethacrylate)), 폴리에틸헥실 아크릴레이트(poly(ethylhexylacrylate)), 폴리부틸아크릴레이트(poly(butylacrylate)), 폴리아크릴로니트릴(poly(acrylonitrile)), 폴리비닐피롤리돈(poly(vinylpyrrolidone)), 폴리비닐아세테이트(poly(vinyl acetate)), 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체(poly(ethylene-co-vinyl acetate)), 폴리에틸렌옥사이드(poly(ethylene oxide)), 폴리아릴레이트(polyacrylate), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트(cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate), 시아노에틸플루란(cyano ethyl pullulan), 시아노에틸 폴리비닐알콜(cyano ethyl poly(vinylalcohol)), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스(cyano ethylsucrose), 플루란(pullulan) 및 카르복실메틸셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The binder used in the above positive electrode can suppress separation between positive electrode active material particles, or between the positive electrode active material layer and the current collector. A polymer commonly used in electrodes in the relevant technical field can be used as the positive electrode binder. These positive binders include, but are not limited to, polyvinylidene fluoride, poly(vinylidene fluoride co -hexafluoropropylene), poly(vinylidene fluoride- co -trichloroethylene), poly(methylmethacrylate), poly(ethylhexylacrylate), poly(butylacrylate), poly(acrylonitrile), poly(vinylpyrrolidone), poly(vinyl acetate), poly(ethylene-co-vinyl acetate), poly(ethylene oxide), polyacrylate, cellulose acetate, cellulose It may include at least one selected from the group consisting of cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyano ethyl pullulan, cyano ethyl poly(vinylalcohol), cyanoethylcellulose, cyano ethylsucrose, pullulan, and carboxyl methyl cellulose.

본 발명에 따른 상기 양극과 상기 음극의 가역 용량비(N/P ratio)는 1.5 이하, 1.1 이하 또는 1.0 이하일 수 있고, 구체적으로 0.9 내지 1.1일 수 있다. 일반적인 리튬메탈 전지는 리튬을 과량으로 사용하므로, N/P ratio가 매우 높다 (예: N/P ratio≥50). 리튬메탈 전지에서 전극의 제조 공정에서 양극과 음극의 가역 용량비(N/P ratio)를 낮추려는 시도(예: 양극의 로딩을 높이는 방안 또는 리튬 호일을 얇게 만들어 리튬메탈의 로딩을 낮추는 방안)는 에너지 밀도 관점에서 바람직하지만, 전지 제조 공정에 어려움이 있다.The reversible capacity ratio (N/P ratio) of the positive electrode and the negative electrode according to the present invention may be 1.5 or less, 1.1 or less, or 1.0 or less, and specifically, may be 0.9 to 1.1. Since a general lithium metal battery uses lithium in excess, the N/P ratio is very high (e.g., N/P ratio≥50). In a lithium metal battery, an attempt to lower the reversible capacity ratio (N/P ratio) of the positive electrode and the negative electrode in the electrode manufacturing process (e.g., a method of increasing the loading of the positive electrode or a method of lowering the loading of the lithium metal by making the lithium foil thin) is desirable from the viewpoint of energy density, but there is difficulty in the battery manufacturing process.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 복합 분리막을 사용함으로써, 양극과 상기 음극의 가역 용량비(N/P ratio)를 낮추더라도 리튬이온의 이동이 용이하며, 장기간 사이클 안정성 및 율 성능이 우수한 이차전지를 구현할 수 있다.According to one aspect of the present invention, by using the composite separator, even if the reversible capacity ratio (N/P ratio) of the positive electrode and the negative electrode is lowered, a secondary battery in which lithium ions are easily moved and which has excellent long-term cycle stability and rate performance can be implemented.

전해질Electrolyte

본 발명에 따른 전해질은 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다.The electrolyte according to the present invention may include a solvent and a lithium salt.

본 발명에 따른 용매는 예를 들어, 프로필렌카보네이트(PC), 에틸렌카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤(GBL), 플루오르에틸렌 카보네이트(FEC), 포름산 메틸, 포름산 에틸, 포름산 프로필, 초산 메틸, 초산 에틸, 초산 프로필, 초산 펜틸, 프로 피온산 메틸, 프로피온산 에틸, 프로피온산 에틸 및 프로피온산 부틸로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The solvent according to the present invention may be, for example, one or a mixture of two or more selected from the group consisting of propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC), dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethyl methyl carbonate (EMC), gamma butyrolactone (GBL), fluoroethylene carbonate (FEC), methyl formate, ethyl formate, propyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, pentyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, ethyl propionate and butyl propionate.

본 발명에 따른 리튬염은 예를 들어, NO3-, F-, Cl-, Br-, I-, PF6 -, FSI-, TFSI- 등의 음이온을 포함할 수 있다. 여기서, FSI는 bis(fluorosulfonyl)imide이고, TFSI는 bis(trifluoromethylsulfonyl)imide이다.The lithium salt according to the present invention may include anions such as, for example, NO 3- , F - , Cl - , Br - , I - , PF 6 - , FSI - , TFSI - . Here, FSI is bis(fluorosulfonyl)imide and TFSI is bis(trifluoromethylsulfonyl)imide.

필요에 따라, 본 발명에 따른 전해질은 전극의 표면을 보호하여 리튬 이온이 이동할 때 충방전이 더 안정적으로 이루어질 수 있도록 기여하는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 첨가제는 플루오르에틸렌 카보네이트(FEC), 시클로헥실벤젠, 비페닐, 비닐렌카보네이트, 석신산무수물, 아황산에틸렌, 아황산프로필렌, 아황산디메틸, 프로판술톤, 부탄술톤, 메탄설폰산메틸, 톨루엔설폰산메틸, 황산디메틸, 황산에틸렌, 술포란, 디메틸설폰, 디에틸설폰, 디메틸설폭사이드, 디에틸설폭사이드, 테트라메틸렌설폭사이드, 디페닐설파이드, 티오아니솔, 디페닐디설파이드, 및 디피리디늄디설파이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.If necessary, the electrolyte according to the present invention may further include an additive that contributes to protecting the surface of the electrode so that charge and discharge can be performed more stably when lithium ions move. For example, the additive may be one or a mixture of two or more selected from the group consisting of fluoroethylene carbonate (FEC), cyclohexylbenzene, biphenyl, vinylene carbonate, succinic anhydride, ethylene sulfite, propylene sulfite, dimethyl sulfite, propane sultone, butane sultone, methyl methane sulfonate, methyl toluene sulfonate, dimethyl sulfate, ethylene sulfate, sulfolane, dimethyl sulfone, diethyl sulfone, dimethyl sulfoxide, diethyl sulfoxide, tetramethylene sulfoxide, diphenyl sulfide, thioanisole, diphenyl disulfide, and dipyridinium disulfide.

응용Application

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지모듈, 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩, 및 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스 중 어느 하나를 제공할 수 있다. 상기 디바이스의 구체적인 예로는, 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to another embodiment of the present invention, any one of a battery module including the secondary battery as a unit battery, a battery pack including the battery module, and a device including the battery pack as a power source may be provided. Specific examples of the device include, but are not limited to, a power tool that is powered by an electric motor and moves; an electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), etc.; an electric two-wheeled vehicle including an electric bicycle (E-bike) and an electric scooter (E-scooter); an electric golf cart; and a power storage system.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that a person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the present invention, but this is only an example, and the scope of the rights of the present invention is not limited by the following contents.

[제조준비예 1: 불소화된 그래핀옥사이드(FGO)의 합성][Manufacturing Preparation Example 1: Synthesis of Fluorinated Graphene Oxide (FGO)]

그래파이트 분산액의 제조Preparation of graphite dispersion

1g의 그래파이트를 H3PO4(10mL), HF(10mL) 및 H2SO4(90mL)이 혼합된 용액에서 50°C에서 2시간 동안 교반하여 그래파이트 분산액을 제조하였다.A graphite dispersion was prepared by stirring 1 g of graphite in a solution containing H 3 PO 4 (10 mL), HF (10 mL), and H 2 SO 4 (90 mL) at 50 °C for 2 hours.

FGO 파우더의 합성Synthesis of FGO powder

KMnO4(4.5g)를 상기 그래파이트 분산액에 첨가한 후, 50°C에서 다시 12시간 동안 교반하였다. 상기 교반된 혼합물의 온도를 얼음(100mL)을 이용하여 25℃로 낮춘 후, 결과물의 색이 갈색으로 변할 때까지 H2O2(2mL)를 서서히 첨가하여 불소화된 그래핀 옥사이드(Fluorinated graphene oxide; 이하 'FGO'라 함)가 분산된 FGO 분산액을 제조하였다. 상기 FGO 분산액을 원심분리기를 이용하여 HCl, 탈이온수(DI water), 에탄올 및 디에틸에테르로 순차적으로 원심분리한 후, 25℃에서 진공 건조하여 잔류 용매를 제거하고, 최종적으로 갈색의 파우더 형태인 FGO를 수득하였다.After KMnO 4 (4.5 g) was added to the graphite dispersion, the mixture was stirred at 50°C for another 12 hours. The temperature of the stirred mixture was lowered to 25°C using ice (100 mL), and H 2 O 2 (2 mL) was slowly added until the color of the resultant changed to brown, thereby preparing a fluorinated graphene oxide (FGO) dispersion. The FGO dispersion was sequentially centrifuged using HCl, deionized water (DI water), ethanol, and diethyl ether using a centrifuge, and then vacuum-dried at 25°C to remove the residual solvent, and finally FGO in the form of a brown powder was obtained.

[실험예 1: 그래파이트 및 FGO의 디지털 사진][Experimental Example 1: Digital photographs of graphite and FGO]

도 4a는 그래파이트 파우더의 디지털 사진이다. 도 4b는 FGO 파우더의 디지털 사진이다. Fig. 4a is a digital photograph of graphite powder. Fig. 4b is a digital photograph of FGO powder.

도 4a 및 4b를 참고하면, 어두운 색상의 그래파이트 파우더가 상기 제조준비예 1에 따른 방법으로 합성된 FGO로 변환됨으로써, 파우더의 색깔이 갈색으로 변하는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIGS. 4a and 4b, it can be confirmed that the color of the powder changes to brown as the dark-colored graphite powder is converted into FGO synthesized by the method according to Manufacturing Preparation Example 1.

[실험예 2: FGO의 SEM 사진][Experimental Example 2: SEM image of FGO]

도 5는 제조준비예 1에 따른 FGO의 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진이다. 도 5를 참고하면, 제조준비예 1에 따른 방법으로 통하여 FGO가 합성되었음을 확인할 수 있다.Fig. 5 is a SEM (Scanning Electron Microscope) image of FGO according to Manufacturing Preparation Example 1. Referring to Fig. 5, it can be confirmed that FGO was synthesized through the method according to Manufacturing Preparation Example 1.

[실험예 3: FGO의 EDS 맵핑][Experimental Example 3: EDS Mapping of FGO]

도 6a는 제조준비예 1의 FGO의 탄소 원소에 대한 EDS(Energy Dispersive X-ray Spectrometer) 맵핑 결과이다. 도 6b는 제조준비예 1의 FGO의 불소 원소에 대한 EDS 맵핑 결과이다. 도 6c는 제조준비예 1의 FGO의 산소 원소에 대한 EDS 맵핑 결과이다.Fig. 6a is an EDS (Energy Dispersive X-ray Spectrometer) mapping result for the carbon element of FGO of Manufacturing Preparation Example 1. Fig. 6b is an EDS mapping result for the fluorine element of FGO of Manufacturing Preparation Example 1. Fig. 6c is an EDS mapping result for the oxygen element of FGO of Manufacturing Preparation Example 1.

도 6a 내지 6c를 참고하면, 제조준비예 1의 FGO에 탄소, 산소 및 불소 원소가 분포되는 것을 확인할 수 있고, 이를 통해 그래핀 옥사이드(이하 'GO'라 함)에 불소 원소가 도입되었음을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 6a to 6c, it can be confirmed that carbon, oxygen, and fluorine elements are distributed in the FGO of Manufacturing Preparation Example 1, and through this, it can be confirmed that the fluorine element is introduced into graphene oxide (hereinafter referred to as 'GO').

[실험예 4: 그래파이트, GO 및 FGO의 XRD 패턴][Experimental Example 4: XRD Patterns of Graphite, GO, and FGO]

도 7은 그래파이트, 그래핀옥사이드(GO) 및 제조준비예 1에 따른 FGO의 XRD(X-ray diffraction) 패턴이다. 상기 XRD 패턴은 XRD(Smart lab, Rigaku, Japan)를 이용하여 5° 내지 65°의 각도 범위에서 측정되었다.Figure 7 is an XRD (X-ray diffraction) pattern of graphite, graphene oxide (GO), and FGO according to Preparation Example 1. The XRD pattern was measured in an angle range of 5° to 65° using XRD (Smart lab, Rigaku, Japan).

도 7을 참고하면, FGO는 26.5°에서 그래파이트의 특징적인 (002) 피크를 나타내지 않았지만, GO의 특징적인 피크(2θ=10.74°)와 대응되는 피크가 10.40°에서 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 그래파이트의 박리 및 산화가 성공적으로 이루어졌음을 유추할 수 있다. Referring to Fig. 7, it can be confirmed that although FGO did not exhibit the characteristic (002) peak of graphite at 26.5°, a peak corresponding to the characteristic peak of GO (2θ = 10.74°) appears at 10.40°. This suggests that the exfoliation and oxidation of graphite were successfully achieved.

[실험예 5: FGO의 XPS 분석][Experimental Example 5: XPS Analysis of FGO]

도 8은 GO와 FGO의 XPS 분석 결과이다.Figure 8 shows the XPS analysis results of GO and FGO.

도 8을 참고하면, GO와 달리, FGO는 F1s 영역에 해당하는 피크가 나타나는 것을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 제조준비예 1에 따른 합성물에 불소 원자가 도입되었음을 확인할 수 있다.Referring to Figure 8, unlike GO, it was confirmed that FGO showed a peak corresponding to the F1s region, which confirmed that a fluorine atom was introduced into the composite according to Manufacturing Preparation Example 1.

[실험예 6: GO와 FGO의 FT-IR 분석][Experimental Example 6: FT-IR Analysis of GO and FGO]

도 9는 GO와 제조준비예 1에 따른 FGO의 FT-IR(Fourier-transform infrared spectroscopy) 분석 결과이다.Figure 9 shows the results of FT-IR (Fourier-transform infrared spectroscopy) analysis of GO and FGO according to Manufacturing Preparation Example 1.

도 9를 참고하면, GO와 달리, FGO는 C-F결합과 대응되는 1080cm-1 파장 영역에서 피크를 나타냈다. 이를 통해 제조준비예 1에 따른 합성물에 불소 원자가 도입되었음을 확인할 수 있다.Referring to Fig. 9, unlike GO, FGO exhibited a peak in the 1080 cm -1 wavelength region corresponding to the CF bond. This confirms that fluorine atoms were introduced into the composite according to Preparation Example 1.

[제조준비예 2: PAA-PEGDE의 합성][Preparation Example 2: Synthesis of PAA-PEGDE]

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 PAA-PEGDE의 합성 단계를 나타낸 것이다.Figure 10 illustrates the synthesis steps of PAA-PEGDE according to one embodiment of the present invention.

도 10을 참고하면 본 발명의 일 실시예에 따른 PAA-PEGDE의 합성방법은 하기 (a) 및 (b) 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10, a method for synthesizing PAA-PEGDE according to one embodiment of the present invention may include the following steps (a) and (b).

(a) PAA의 리튬 치환을 유도하는 단계;(a) a step of inducing lithium substitution of PAA;

중량평균분자량이 450,000g/mol이며 0.5g의 폴리아크릴산(Poly(acrylic acid) 이하 'PAA'라 함) 및 LiOH(0.289g)를 50mL의 탈이온수에 완전히 용해시켜 용액(PAA-Li)을 제조하였다. A solution (PAA - Li) was prepared by completely dissolving 0.5 g of poly(acrylic acid) (hereinafter referred to as 'PAA') having a weight average molecular weight of 450,000 g/mol and LiOH (0.289 g) in 50 mL of deionized water.

(b) PAA-PEGDE의 합성 단계;(b) Synthesis step of PAA-PEGDE;

가교제 역할을 하는 40mg의 PEGDE(Poly(ethylene glycol)diglycidyl ether)를 상기 용액(PAA-Li)에 첨가하고 60℃에서 1시간 동안 교반하였다. 다음으로 상기 교반된 결과물을 반투막 튜브(Dialysis tube)을 이용하여 2일간 투석하여 불순물 및 미반응 화합물을 제거한 후 3일간 동결 건조하였다. 그 결과 최종적으로 백색 파우더 형태의 PAA-PEGDE를 합성하였다.40 mg of PEGDE (Poly(ethylene glycol)diglycidyl ether), which acts as a cross-linking agent, was added to the solution (PAA - Li) and stirred at 60°C for 1 hour. Next, the stirred resultant was dialyzed for 2 days using a semipermeable tube (Dialysis tube) to remove impurities and unreacted compounds, and then freeze-dried for 3 days. As a result, PAA-PEGDE in the form of a white powder was finally synthesized.

[제조예 1: 분리막의 제조][Manufacturing Example 1: Manufacturing of a membrane]

<실시예 1: 보호층(PAA-PEG-FGO)을 포함하는 복합 분리막의 제조><Example 1: Preparation of composite membrane including protective layer (PAA-PEG-FGO)>

FGO(3mg) 및 상기 제조준비예 2에 따른 방법으로 합성된 PAA-PEGDE(1mg)를 탈이온수(10mL)에 완전히 분산시킨 보호층 형성용 조성물을 폴리프로필렌 분리막(두께: 25㎛; 기공도: 55%)의 일면에 코팅하였다. 상기 보호층 형성용 조성물이 코팅된 폴리프로필렌 분리막을 110℃에서 3시간 동안 진공 건조하여 가교반응을 유도한 후, 70℃진공오븐에서 하루 동안 추가적으로 건조하였다. 그 결과 최종적으로 폴리프로필렌 분리막의 일면에 두께가 10㎛인 보호층(PAA-PEG-FGO)이 형성된 복합 분리막을 제조하였다.A protective layer-forming composition, in which FGO (3 mg) and PAA-PEGDE (1 mg) synthesized according to the method of Manufacturing Preparation Example 2 were completely dispersed in deionized water (10 mL), was coated on one side of a polypropylene separator (thickness: 25 μm; porosity: 55%). The polypropylene separator coated with the protective layer-forming composition was vacuum-dried at 110°C for 3 hours to induce a cross-linking reaction, and then additionally dried in a vacuum oven at 70°C for one day. As a result, a composite separator was manufactured in which a protective layer (PAA-PEG-FGO) having a thickness of 10 μm was formed on one side of the polypropylene separator.

<비교예 1: 보호층이 구비되지 않은 상용 PP 분리막의 준비><Comparative Example 1: Preparation of a commercial PP membrane without a protective layer>

상용 폴리프로필렌 분리막(두께: 25㎛; 기공도: 55%)을 준비하였다.A commercial polypropylene membrane (thickness: 25 μm; porosity: 55%) was prepared.

<비교예 2: 비교 보호층(PAA+FGO)을 포함하는 복합 분리막의 제조><Comparative Example 2: Preparation of composite membrane including comparative protective layer (PAA+FGO)>

FGO(3mg) 및 PAA(1mg)를 탈이온수(10mL)에 완전히 분산시킨 비교 보호층 형성용 조성물을 폴리프로필렌 분리막(두께: 25㎛; 기공도: 55%)의 일면에 코팅하였다. 상기 비교 보호층 형성용 조성물이 코팅된 폴리프로필렌 분리막을 110℃에서 3시간 동안 진공 건조한 다음, 70℃진공오븐에서 하루 동안 추가적으로 건조하였다. 그 결과 최종적으로 폴리프로필렌 분리막의 일면에 비교 보호층이 형성된 복합 분리막을 제조하였다.A comparative protective layer-forming composition, in which FGO (3 mg) and PAA (1 mg) were completely dispersed in deionized water (10 mL), was coated on one side of a polypropylene separator (thickness: 25 μm; porosity: 55%). The polypropylene separator coated with the comparative protective layer-forming composition was vacuum-dried at 110° C. for 3 hours and then additionally dried in a vacuum oven at 70° C. for one day. As a result, a composite separator was manufactured in which a comparative protective layer was finally formed on one side of the polypropylene separator.

[실험예 7: PAA와 PAALi의 FT-IR][Experimental Example 7: FT-IR of PAA and PAALi]

도 11a는 각각의 PAA와 PAALi의 FT-IR(Fourier-transform infrared spectroscopy)이다.Figure 11a is the FT-IR (Fourier-transform infrared spectroscopy) of each PAA and PAALi.

도 11a를 참고하면, PAALi의 FT-IR 스펙트럼은 1409 cm-1 및 1552 cm-1에서 각각 대칭 및 비대칭 카르복실레이트기의 특징적인 피크를 나타냈으며, 이는 1701 cm-1에서 피크를 나타내는 PAA의 카르복실산 피크와 구별됨을 확인할 수 있다.Referring to Fig. 11a, the FT-IR spectrum of PAALi exhibited characteristic peaks of symmetric and asymmetric carboxylate groups at 1409 cm -1 and 1552 cm -1 , respectively, which can be confirmed to be distinct from the carboxylic acid peak of PAA, which exhibits a peak at 1701 cm -1 .

도 11b는 각각의 PAALi, PEGDE 및 PAA-PEGDE의 FT-IR(Fourier-transform infrared spectroscopy)이다.Figure 11b is the FT-IR (Fourier-transform infrared spectroscopy) of each PAALi, PEGDE, and PAA-PEGDE.

도 11b를 참고하면, PAA-PEGDE의 FT-IR 스펙트럼은 상술한 PAALi의 피크와 함께 에폭시기의 굽힘 진동과 관련이 있는 946cm-1 및 1,096cm-1의 피크를 나타냈다. 또한, PEGDE는 PAALi에 결합되어 가지형 구조를 형성했을 뿐만 아니라, PAALi 사슬들을 연결하는 가교제 역할도 수행하였음을 유추할 수 있다.Referring to Fig. 11b, the FT-IR spectrum of PAA-PEGDE showed peaks at 946 cm -1 and 1,096 cm -1 , which are related to the bending vibration of the epoxy group, along with the peaks of PAALi described above. In addition, it can be inferred that PEGDE not only formed a branched structure by bonding to PAALi, but also acted as a cross-linking agent to connect PAALi chains.

[실험예 8: PAA-PEGDE의 가교 구조의 확인을 위한 열적 특성 평가][Experimental Example 8: Thermal property evaluation to confirm the crosslinked structure of PAA-PEGDE]

도 12a는 DSC(Differential Scanning Calorimetry)를 이용하여 측정된 PAA와 PAA-PEGDE의 유리전이온도이다. 폴리머의 유리전이온도(Tg)는 DSC(DSC 400, PerkinElmer, USA)를 사용하여 10℃/min의 램핑 속도(Ramping rate)로 측정되었다.Figure 12a shows the glass transition temperatures of PAA and PAA-PEGDE measured using DSC (Differential Scanning Calorimetry). The glass transition temperatures (T g ) of the polymers were measured using DSC (DSC 400, PerkinElmer, USA) at a ramping rate of 10°C/min.

도 12a를 참고하면, PAA-PEGDE의 유리전이온도는 136℃로 PAA(128℃)에 비해 높아졌는데, 이는 PEGDE 사슬 일단의 에폭시기와 PAALi 고분자 사이의 가교결합으로 인해 사슬 이동성이 약해진 것에서 기인한 것으로 추정될 수 있다.Referring to Figure 12a, the glass transition temperature of PAA-PEGDE was 136°C, which was higher than that of PAA (128°C). This can be presumed to be due to the weakened chain mobility caused by cross-linking between the epoxy group of one end of the PEGDE chain and the PAALi polymer.

도 12b는 PAA와 PAA-PEGDE의 TGA(Thermogravimetric analysis) 분석 결과이다. TGA는 100 내지 1000°C 범위의 질소(N2) 분위기에서 10℃/min의 램핑속도로 측정되었다.Figure 12b shows the results of TGA (Thermogravimetric analysis) of PAA and PAA-PEGDE. TGA was measured in a nitrogen (N 2 ) atmosphere in the range of 100 to 1000°C at a ramping rate of 10°C/min.

도 12b를 참고하면, PAA-PEGDE는 PAA와 달리 가교 네트워크 구조를 형성함으로써, 사슬의 회전 및 이동성을 제한하여 열안정성을 보다 개선하였음을 확인할 수 있다. TGA 분석 결과, PAA-PEGDE는 PAA 대비 동일한 온도 조건에서 무게 손실률이 낮음을 확인할 수 있다.Referring to Figure 12b, it can be confirmed that PAA-PEGDE, unlike PAA, forms a cross-linked network structure, thereby restricting chain rotation and mobility, thereby further improving thermal stability. As a result of TGA analysis, it can be confirmed that PAA-PEGDE has a lower weight loss rate than PAA under the same temperature conditions.

[실험예 9: 가교반응 전후의 디지털 사진][Experimental Example 9: Digital photos before and after cross-linking reaction]

도 13는 바이알에 포함된 FGO(3mg) 및 PEGDE(1mg)를 탈이온수에 완전히 분산시킨 분산액의 가교반응 전후의 디지털 사진이다. Figure 13 is a digital photograph of a dispersion containing FGO (3 mg) and PEGDE (1 mg) completely dispersed in deionized water before and after cross-linking reaction.

도 13를 참고하면, FGO와 PEGDE사이의 가교 반응을 시각적으로 확인할 수 있다. 구체적으로 가교되기 전에 FGO와 PEGDE의 물리적 혼합물(왼쪽 사진)은 바이알을 거꾸로 했을 때 유동성을 나타낸 반면, 진공 하에서 열처리가 가해졌을 경우 겔(오른쪽 사진)과 같은 새로운 상(Phase)이 형성되었음을 확인할 수 있다.Referring to Figure 13, the crosslinking reaction between FGO and PEGDE can be visually confirmed. Specifically, before crosslinking, the physical mixture of FGO and PEGDE (left photo) showed fluidity when the vial was inverted, whereas when heat treatment was applied under vacuum, a new phase such as a gel (right photo) was formed.

[실험예 10: 실시예 1의 복합 분리막의 SEM-EDS 맵핑][Experimental Example 10: SEM-EDS Mapping of the Composite Membrane of Example 1]

도 14는 실시예 1의 복합 분리막에서 보호층에 대한 SEM-EDS의 원소 맵핑 사진이다.Figure 14 is an elemental mapping photograph of SEM-EDS for the protective layer in the composite membrane of Example 1.

도 14를 참고하면, FGO 입자는 보호층의 전체에 걸쳐 균일하게 분포됨을 확인할 수 있다. 이러한 FGO 입자의 균일한 분포로 인해 전지의 사이클링 진행되었을 때, LiF가 균일하게 형성된 SEI 피막(LiF-rich SEI)을 효과적으로 형성할 수 있다. Referring to Fig. 14, it can be confirmed that the FGO particles are uniformly distributed throughout the protective layer. Due to the uniform distribution of the FGO particles, when the battery is cycled, a SEI film (LiF-rich SEI) in which LiF is uniformly formed can be effectively formed.

[실험예 11: PP 분리막 및 보호층의 각각의 표면에 대한 접촉각 측정][Experimental Example 11: Contact angle measurement on each surface of the PP separator and protective layer]

탈이온수를 각각의 상기 비교예 1 및 실시예 1에 따른 분리막의 표면에 떨어뜨린 후, 상기 각각의 표면에 대한 탈이온수의 접촉각을 접촉각 측정기(DSA100, Kruss, Germany)를 이용하여 측정하였다.Deionized water was dropped onto the surface of each membrane according to Comparative Example 1 and Example 1, and the contact angle of the deionized water on each surface was measured using a contact angle measuring device (DSA100, Kruss, Germany).

도 15a는 비교예 1에 따른 분리막의 표면에 대한 탈이온수의 접촉각을 나타낸 것이다. 도 15b는 실시예 1에 따른 분리막의 보호층의 표면에 대한 탈이온수의 접촉각을 나타낸 것이다.Figure 15a shows the contact angle of deionized water on the surface of the separator according to Comparative Example 1. Figure 15b shows the contact angle of deionized water on the surface of the protective layer of the separator according to Example 1.

도 15a 및 16b를 참고하면, 비교예 1에 따른 분리막의 표면에 대한 탈이온수의 접촉각은 115°이고 실시예 1에 따른 분리막의 보호층의 표면에 대한 탈이온수의 접촉각은 74°임을 확인할 수 있다. 이를 통해 보호층(PAA-PEG-FGO)이 도입됨으로써 분리막의 표면이 보다 친수화됨에 따라 리튬친화성(Lithiophilicity)을 높여 리튬 메탈 및 분리막의 계면 사이에서 전하 이동 동역학을 향상시킬 수 있음을 유추할 수 있다.Referring to FIGS. 15a and 16b, it can be confirmed that the contact angle of deionized water on the surface of the separator according to Comparative Example 1 is 115°, and the contact angle of deionized water on the surface of the protective layer of the separator according to Example 1 is 74°. Through this, it can be inferred that by introducing the protective layer (PAA-PEG-FGO), the surface of the separator becomes more hydrophilic, thereby increasing the lithiophilicity and improving the charge transfer dynamics between the interface of the lithium metal and the separator.

[제조예 2: 리튬-리튬 대칭 셀(Li-Li symmetric cell)의 제조][Manufacturing Example 2: Manufacturing of Li-Li symmetric cell]

음극으로 사용된 리튬 메탈(음극의 두께:300㎛); 상기 비교예 1, 2 및 실시예 1에 따른 방법으로 제조된 분리막(두께:35㎛); 및 양극으로 사용된 리튬 메탈(양극의 두께: 300㎛)을 순서대로 적층하여, 대칭 전극 조립체를 제조하였다. 상기 전극 조립체를 전지케이스(CR2032 유형 코인 셀용 전지케이스)에 장입한 다음, 1M LiTFSI, 및 DOL/DME가 1:1의 부피비로 혼합된 혼합용매 내에 용해된 0.2M LiNO3를 포함하는 전해질을 상기 전지케이스에 주액하여 최종적으로 리튬-리튬 대칭 셀을 제조하였다.A symmetrical electrode assembly was manufactured by sequentially stacking lithium metal used as a negative electrode (thickness of negative electrode: 300 μm); a separator (thickness: 35 μm) manufactured by the method according to Comparative Examples 1 and 2 and Example 1; and lithium metal used as a positive electrode (thickness: 300 μm). The electrode assembly was loaded into a battery case (a battery case for a CR2032 type coin cell), and then an electrolyte including 0.2 M LiNO 3 dissolved in a mixed solvent of 1 M LiTFSI and DOL/DME mixed in a volume ratio of 1:1 was injected into the battery case, thereby finally manufacturing a lithium-lithium symmetrical cell.

[실험예 12: 리튬-리튬 대칭 셀의 전기화학적 성능 평가][Experimental Example 12: Electrochemical Performance Evaluation of Lithium-Lithium Symmetric Cell]

도 16a는 비교예 1 및 실시예 1의 분리막을 포함하는 리튬-리튬 대칭 셀의 전기화학적 성능 평가 결과이다. 도 16b는 비교예 2의 분리막을 포함하는 리튬-리튬 대칭 셀의 전기화학적 성능 평가 결과이다. 구체적으로 1mA/cm2의 전류밀도 및 1mAh/cm2의 전지의 용량 조건에서 상기 리튬-리튬 대칭 셀의 전기화학적 성능을 평가하였다.Fig. 16a shows the results of the electrochemical performance evaluation of a lithium-lithium symmetric cell including the separator of Comparative Example 1 and Example 1. Fig. 16b shows the results of the electrochemical performance evaluation of a lithium-lithium symmetric cell including the separator of Comparative Example 2. Specifically, the electrochemical performance of the lithium-lithium symmetric cell was evaluated under the conditions of a current density of 1 mA/cm 2 and a battery capacity of 1 mAh/cm 2 .

도 16a를 참고하면, 실시예 1의 분리막을 포함하는 리튬-리튬 대칭 셀은 비교예 1의 분리막을 포함하는 리튬-리튬 대칭 셀 대비 1,200시간 동안 안정적인 전압 프로파일을 나타냈다. 구체적으로 비교예 1의 분리막을 포함하는 리튬-리튬 대칭 셀은 시간이 경과함에 따라 높은 과전압(Overpotential)이 나타나는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 16a, the lithium-lithium symmetric cell including the separator of Example 1 exhibited a stable voltage profile for 1,200 hours compared to the lithium-lithium symmetric cell including the separator of Comparative Example 1. Specifically, it can be confirmed that the lithium-lithium symmetric cell including the separator of Comparative Example 1 exhibits a high overpotential over time.

도 16b를 참고하면, 비교예 2의 분리막을 포함하는 리튬-리튬 대칭 셀은 가교제(PEGDE)의 부재로 인해 500 시간 후 높은 과전압이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 즉, 불소화된 탄소 소재와 고분자 간에 가교결합을 유도할 수 있는 가교제(PEGDE)를 통해 전기화학적으로 안정성이 우수하며 견고한 보호층을 형성할 수 있음을 유추할 수 있다.Referring to Fig. 16b, it can be confirmed that the lithium-lithium symmetric cell including the separator of Comparative Example 2 exhibits a high overvoltage after 500 hours due to the absence of a cross-linking agent (PEGDE). That is, it can be inferred that an electrochemically stable and robust protective layer can be formed through a cross-linking agent (PEGDE) that can induce cross-linking between the fluorinated carbon material and the polymer.

[실험예 13: 리튬-리튬 대칭 셀의 LSV 테스트][Experimental Example 13: LSV Test of Lithium-Lithium Symmetric Cell]

도 17은 비교예 1 및 실시예 1의 분리막을 포함하는 리튬-리튬 대칭 셀의 LSV(Linear sweep voltammetry) 테스트 결과이다. 상기 LSV 테스트는 1mV/s의 주사 속도로 -0.15 내지 0.15V의 범위에서 수행되었다. Figure 17 shows the results of a linear sweep voltammetry (LSV) test of a lithium-lithium symmetric cell including the separator of Comparative Example 1 and Example 1. The LSV test was performed in the range of -0.15 to 0.15 V at a scan rate of 1 mV/s.

한편, 하기 식 1과 같이 Tafel 방정식은 전류와 전압 간의 관계에서 교환 전류를 정량화하는 데 사용될 수 있다.Meanwhile, the Tafel equation, as shown in Equation 1 below, can be used to quantify the exchange current in the relationship between current and voltage.

[식 1][Formula 1]

상기 식 1에서 i는 전류밀도, i0은 교환전류밀도(Exchange current density), F는 패러데이 상수, η는 과전압, R은 이상기체상수(8.314J/mol·K), T는 절대온도(K)이다. In the above equation 1, i is the current density, i 0 is the exchange current density, F is the Faraday constant, η is the overvoltage, R is the ideal gas constant (8.314 J/mol K), and T is the absolute temperature (K).

상기 식 1 및 도 17을 참고하면, PAA-PEG-FGO를 포함하는 보호층은 리튬 메탈(전극) 및 분리막 사이에 개재됨으로써, 보호층이 형성되지 않은 리튬 메탈 전극(96.4μAcm-2)에 비해 상당히 높은 교환전류밀도(145.4μAcm-2)를 나타냈다. 즉, 실시예 1의 분리막을 포함하는 리튬-리튬 대칭 셀이 비교예 1 대비 더 빠른 전하 이동 동역학을 구현함을 유추할 수 있다.Referring to the above equation 1 and FIG. 17, the protective layer including PAA-PEG-FGO is interposed between the lithium metal (electrode) and the separator, thereby exhibiting a significantly higher exchange current density (145.4 μAcm -2 ) compared to the lithium metal electrode (96.4 μAcm -2 ) on which the protective layer is not formed. That is, it can be inferred that the lithium-lithium symmetric cell including the separator of Example 1 implements faster charge transfer kinetics compared to Comparative Example 1.

도 18는 분리막-리튬메탈(전극)의 계면에서 보호층의 효과를 입증하기 위한 모식도이다.Figure 18 is a schematic diagram to demonstrate the effect of a protective layer at the interface of a separator and lithium metal (electrode).

도 18를 참고하면, 보호층 내 포함된 가교 매트릭스(PAA-PEG-FGO) 구조는 히드록실기, 카르복실기 및 에틸렌글리콜기에서 고립 전자쌍을 갖는 극성 산소원자를 통해 탈용매화 작용을 촉진하여 궁극적으로 계면 동역학을 개선할 수 있다. 또한, PAA-PEG-FGO을 포함하는 보호층 및 리튬메탈(전극) 사이에 LiF가 풍부하고 균일한 SEI 피막이 형성됨으로써, 리튬이온의 이동성을 향상시킬 수 있다.Referring to Fig. 18, the cross-linked matrix (PAA-PEG-FGO) structure included in the protective layer can promote desolvation through polar oxygen atoms having lone electron pairs in hydroxyl groups, carboxyl groups, and ethylene glycol groups, ultimately improving interfacial dynamics. In addition, since a LiF-rich and uniform SEI film is formed between the protective layer including PAA-PEG-FGO and the lithium metal (electrode), the mobility of lithium ions can be improved.

[실험예 14: 리튬-리튬 대칭 셀의 EIS 테스트][Experimental Example 14: EIS Test of Lithium-Lithium Symmetric Cell]

도 19은 첫 번째 사이클 및 다섯 번째 사이클 이후 비교예 1 및 실시예 1의 분리막을 포함하는 리튬-리튬 대칭 셀의 EIS(Electrochemical impedance spectroscopy) 평가 결과이다. Figure 19 shows the results of EIS (Electrochemical impedance spectroscopy) evaluation of lithium-lithium symmetric cells including the separators of Comparative Example 1 and Example 1 after the first and fifth cycles.

도 19을 참고하면, 첫 번째 사이클 이후, 비교예 1의 분리막을 포함하는 리튬-리튬 대칭 셀에서 리튬메탈 전극은 약 175Ω의 결합된 계면 저항(Rtotal)을 나타냈다. 이는 SEI 피막의 저항과 계면에서의 탈용매화에 대한 저항에 기인한 것으로 추정할 수 있다. 비교예 1의 분리막을 포함하는 리튬-리튬 대칭 셀은 다섯 번째 사이클 이후에도 계면 저항이 거의 감소하지 않았다. SEI 피막의 구조적으로 불안정하고 열악한 전도성 특성으로 인해 SEI 피막의 한계 안정화를 나타내어, 연속적인 전해질 분해를 일으켰음을 확인할 수 있다.Referring to Fig. 19, after the first cycle, the lithium metal electrode in the lithium-lithium symmetric cell including the separator of Comparative Example 1 exhibited a combined interfacial resistance (R total ) of about 175Ω. This can be presumed to be due to the resistance of the SEI film and the resistance to desolvation at the interface. The lithium-lithium symmetric cell including the separator of Comparative Example 1 showed little decrease in interfacial resistance even after the fifth cycle. It can be confirmed that the structural instable and poor conductive properties of the SEI film exhibited a limit stabilization of the SEI film, which caused continuous electrolyte decomposition.

반면에, 실시예 1의 분리막을 포함하는 리튬-리튬 대칭 셀에서 PAA-PEG-FGO로 보호된 리튬메탈의 Rtotal은 첫 번째 사이클 이후 ~93Ω이었으며, 50번째 사이클 이후 최종적으로 ~15Ω에 도달하였음을 확인할 수 있다. 이러한 Rtotal은 각 사이클에서 보호되지 않은 리튬전극의 값보다 상당히 적었고 사이클이 진행됨에 따라 연속적으로 감소하여 다섯 번째 사이클 내에서 매우 안정적인 SEI 피막이 빠르게 형성되었음을 확인하였다. On the other hand, in the lithium-lithium symmetric cell including the separator of Example 1, the R total of the lithium metal protected with PAA-PEG-FGO was ~93Ω after the first cycle, and finally reached ~15Ω after the 50th cycle. This R total was significantly less than that of the unprotected lithium electrode in each cycle and continuously decreased as the cycling progressed, confirming that a very stable SEI film was rapidly formed within the fifth cycle.

[실험예 15: 리튬-리튬 대칭 셀의 ToF-SIMS 결과][Experimental Example 15: ToF-SIMS Results of Lithium-Lithium Symmetric Cell]

도 20a는 다섯 번째 사이클 이후 LiF-의 ToF-SIMS(Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometer) depth 프로파일이다. Figure 20a is a ToF-SIMS (Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometer) depth profile of LiF - after the fifth cycle.

도 20a를 참고하면, 비교예 1의 PP 분리막을 포함하는 리튬-리튬 대칭 셀 대비, PAA-PEG-FGO 보호층이 구비된 분리막을 포함하는 실시예 1의 리튬-리튬 대칭 셀은 SEI 피막을 향해 스퍼터링(Sputtering)이 진행됨에 따라 PAA-PEG-FGO 샘플의 LiF- 신호가 보다 강해지는 것으로 보아, SEI 피막의 내부까지 LiF가 풍부하게 분포하고 있음을 확인할 수 있다. 이를 통해 리튬메탈(전극)과 보호층(PAA-PEG-FGO) 사이의 화학 반응으로 상당한 양의 LiF를 생성할 수 있음을 유추할 수 있다.Referring to FIG. 20a, in the lithium-lithium symmetric cell of Example 1 including the separator with the PAA-PEG-FGO protective layer, the LiF - signal of the PAA-PEG-FGO sample becomes stronger as sputtering progresses toward the SEI film compared to the lithium-lithium symmetric cell including the PP separator of Comparative Example 1, confirming that LiF is abundantly distributed inside the SEI film. This can be inferred that a significant amount of LiF can be generated through the chemical reaction between the lithium metal (electrode) and the protective layer (PAA-PEG-FGO).

도 20b는 다섯 번째 사이클 이후 C2H3O-의 ToF-SIMS(Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometer) depth 프로파일이다. Figure 20b is a ToF-SIMS (Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometer) depth profile of C 2 H 3 O - after the fifth cycle.

도 20b를 참고하면, 주로 용매에서 발생하는 전형적인 SEI 구성요소인 유기 화합물 C2H3O-의 ToF-SIMS 신호를 추가로 조사하여 전해질 분해가 SEI 층 형성에 미치는 영향을 확인할 수 있다.Referring to Fig. 20b, the ToF-SIMS signal of the organic compound C 2 H 3 O - , a typical SEI component mainly generated from the solvent, can be additionally investigated to confirm the effect of electrolyte decomposition on SEI layer formation.

도 20c는 다섯 번째 사이클 이후 CF3 -의 ToF-SIMS(Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometer) depth 프로파일이다.Figure 20c is a ToF-SIMS (Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometer) depth profile of CF 3 - after the fifth cycle.

도 20c를 참고하면, 실시예 1에 따른 리튬-리튬 대칭 셀의 SEI 피막에서 CF3 -의 세기는 비교예 1에 따른 리튬-리튬 대칭 셀의 SEI 피막의 세기보다 현저히 낮음을 확인할 수 있고, 이를 통해 PAA-PEG-FGO 보호층이 전해질의 분해를 효과적으로 방지하는 것을 유추할 수 있다. 구체적으로 PP 분리막의 CF3가 SEI 피막의 내부에서 더 많이 검출되었지만, TFSI(Bis(trifluoromethane)sulfonimide) 음이온의 분해로 인해 발생하는 -CF3 성분은 초기 사이클 동안 LiF가 풍부한 내부 SEI 피막을 충분히 형성할 수 없기 때문에 FGO에서 유래된 LiF와 달리 이차전지의 성능 개선에 유리하지 않음을 유추할 수 있다.Referring to FIG. 20c, it can be confirmed that the intensity of CF 3 - in the SEI film of the lithium-lithium symmetric cell according to Example 1 is significantly lower than that of the SEI film of the lithium-lithium symmetric cell according to Comparative Example 1, which allows us to infer that the PAA-PEG-FGO protective layer effectively prevents the decomposition of the electrolyte. Specifically, although CF 3 of the PP separator was detected more inside the SEI film, the -CF 3 component generated by the decomposition of TFSI (Bis(trifluoromethane)sulfonimide) anion cannot sufficiently form a LiF-rich inner SEI film during the initial cycle, and therefore, it can be inferred that it is not advantageous for improving the performance of the secondary battery, unlike LiF derived from FGO.

[제조예 3: LFP-Li 완전지의 제조][Manufacturing Example 3: Manufacturing of LFP-Li Full-Sided Paper]

양극의 제조Manufacturing of the anode

LiFePO4(LFP), PVDF(Mw=534,000g/mol) 및 슈퍼 P(Super P)가 90:5:5의 중량비로 혼합된 혼합물을 용매(NMP)에 분산시켜 양극 슬러리를 제조하였다. 상기 제조된 양극 슬러리를 알루미늄 집전체의 일면 위에 닥터블레이드를 이용하여 코팅한 이후, 60℃로 진공 건조하여 양극을 제조하였다. A positive electrode slurry was prepared by dispersing a mixture of LiFePO 4 (LFP), PVDF (Mw=534,000 g/mol), and Super P in a weight ratio of 90:5:5 in a solvent (NMP). The prepared positive electrode slurry was coated on one surface of an aluminum current collector using a doctor blade, and then vacuum-dried at 60°C to prepare a positive electrode.

전극 조립체의 제조Manufacturing of electrode assemblies

음극인 리튬메탈(음극의 두께:40 또는 20㎛); 각각의 상기 비교예 1 및 실시예 1에 따른 방법으로 제조된 분리막(두께:35㎛); 및 알루미늄 집전체(두께: 20㎛)의 일면 위에 LiFePO4(LFP)가 9.1 또는 24.5mg/cm2 로딩된 양극을 사용하여 전극 조립체를 제조하였다. 상기 전극 조립체를 전지케이스(CR2032 유형 코인 셀용 전지케이스)에 장입한 다음, 1M LiTFSI, 및 DOL/DME가 1:1의 부피비로 혼합된 혼합용매 내에 용해된 0.2M LiNO3를 포함하는 전해질을 상기 전지케이스에 주액하여 최종적으로 LFP-Li 완전지를 제조하였다. 여기서 음극의 두께가 40㎛일 때 LFP의 로딩량은 9.1 mg/cm2이었고, 음극의 두께가 20㎛일 때 LFP의 로딩량은 24.5mg/cm2이었다.An electrode assembly was manufactured using a cathode comprising lithium metal (cathode thickness: 40 or 20 μm); a separator (thickness: 35 μm) manufactured by the method according to each of Comparative Example 1 and Example 1; and a cathode having LiFePO 4 (LFP) loaded at 9.1 or 24.5 mg/cm 2 on one surface of an aluminum current collector (thickness: 20 μm). The electrode assembly was loaded into a battery case (a battery case for a CR2032 type coin cell), and then an electrolyte including 0.2 M LiNO 3 dissolved in a mixed solvent of 1 M LiTFSI and DOL/DME in a volume ratio of 1:1 was injected into the battery case to finally manufacture an LFP-Li complete battery. Here, when the thickness of the cathode was 40 μm, the loading amount of LFP was 9.1 mg/cm 2 , and when the thickness of the cathode was 20 μm, the loading amount of LFP was 24.5 mg/cm 2 .

[실험예 16: LFP-Li 완전지(full-cell)의 전기화학적 성능 및 율 성능 평가][Experimental Example 16: Evaluation of electrochemical performance and rate performance of LFP-Li full-cell]

도 21a는 LFP의 로딩량이 9.1mg/cm2일 때 비교예 1에 따른 LFP-Li 완전지 및 실시예 1에 따른 LFP-Li 완전지의 전기화학적 성능 평가 결과이다. 상기 LFP-Li 완전지의 전기화학적 성능 평가는 정전류 모드 하 2.5~4.0V의 전위 범위에서, 0.1C 조건의 1회의 사전 사이클(Pre-cycle)과 0.5C (82.5mA/gcathode)조건의 후속 사이클로 수행되었다. Figure 21a shows the results of electrochemical performance evaluation of LFP-Li full paper according to Comparative Example 1 and LFP-Li full paper according to Example 1 when the LFP loading amount is 9.1 mg/cm 2 . The electrochemical performance evaluation of the LFP-Li full paper was performed in a potential range of 2.5 to 4.0 V under constant current mode, with one pre-cycle under 0.1 C condition and a subsequent cycle under 0.5 C (82.5 mA/g cathode ) condition.

도 21a를 참고하면, 실시예 1에 따른 LFP-Li 완전지는 높은 가역 용량과 우수한 사이클링 성능을 나타냈다. 또한 실시예 1의 경우 300번째 사이클 이후에도 98.08%의 용량 유지율을 나타냈으며, 쿨롱효율(Coulombic efficiency; CE)은 99.77%까지 유지되었다. Referring to Fig. 21a, the LFP-Li full-cell according to Example 1 exhibited high reversible capacity and excellent cycling performance. In addition, in the case of Example 1, a capacity retention rate of 98.08% was observed even after the 300th cycle, and the Coulombic efficiency (CE) was maintained up to 99.77%.

이와 대조적으로, 비교예 1에 따른 LFP-Li 완전지는 240번의 사이클 동안 쿨롱효율(CE)이 99.57%로 유지되다가 240번째 사이클 이후에 급격히 낮아지는 것을 나타냈다. 이러한 결과는 실시예 1의 분리막에 PAA-PEG-FGO 보호층이 구비됨으로써, 음극(Li metal)의 계면 상에 형성된 SEI 피막이 장기간의 사이클링 이후에도 파괴되지 않는다는 것을 확인할 수 있다.In contrast, the LFP-Li full-cell according to Comparative Example 1 showed that the coulombic efficiency (CE) was maintained at 99.57% for 240 cycles and then decreased rapidly after the 240th cycle. These results confirm that the SEI film formed on the interface of the negative electrode (Li metal) is not destroyed even after long-term cycling by providing the PAA-PEG-FGO protective layer on the separator of Example 1.

도 21b는 LFP의 로딩량이 24.5mg/cm2일 때 상기 양극과 상기 음극의 가역 용량비(N/P ratio)가 1.0인 LFP-Li 완전지의 전기화학적 성능 평가 결과이다. Figure 21b shows the electrochemical performance evaluation results of the LFP-Li full-cell when the reversible capacity ratio (N/P ratio) of the positive and negative electrodes is 1.0 when the LFP loading amount is 24.5 mg/cm 2 .

도 21b를 참고하면, 실시예 1에 따른 LFP-Li 완전지는 100번째 사이클 이후에도 93.8%의 용량 유지율을 나타낸 반면, 비교예 1에 따른 LFP-Li 완전지는 54번째 사이클 이후에 용량이 급격히 감소하였다. 실시예 1에 따른 LFP-Li 완전지의 쿨롱효율은 100번의 사이클 동안 99.87%였으며, 이는 54번의 사이클을 진행한 비교예 1에 따른 완전지의 쿨롱효율(99.55%)보다 훨씬 높다는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 21b, the LFP-Li full cell according to Example 1 exhibited a capacity retention rate of 93.8% even after the 100th cycle, whereas the LFP-Li full cell according to Comparative Example 1 exhibited a rapid decrease in capacity after the 54th cycle. The Coulombic efficiency of the LFP-Li full cell according to Example 1 was 99.87% for 100 cycles, which is much higher than the Coulombic efficiency (99.55%) of the full cell according to Comparative Example 1 that underwent 54 cycles.

일반적으로 양극과 음극의 대향 면적에 대한 용량비(N/P ratio)가 1에 가까운 제한된 리튬 공급원을 가진 전지는 리튬 메탈이 고갈되면 전지의 사이클 성능을 저하시킬 수 있기 때문에 장기간 사이클 성능을 유지하기 어려운 문제점을 가질 수 있다. 실시예 1에 따른 LFP-Li 완전지는 보호층을 통해 상기 양극과 상기 음극의 가역 용량비(N/P ratio)가 낮더라도 장기간 사이클 안정성을 구현할 수 있다.In general, a battery having a limited lithium supply source with a capacity ratio (N/P ratio) of close to 1 relative to the opposing areas of the positive and negative electrodes may have a problem in that it is difficult to maintain long-term cycle performance because the cycle performance of the battery may deteriorate when the lithium metal is depleted. The LFP-Li full-cell according to Example 1 can realize long-term cycle stability even if the reversible capacity ratio (N/P ratio) of the positive and negative electrodes is low through a protective layer.

도 21c는 LFP의 로딩량이 9.1mg/cm2일 때 LFP-Li 완전지의 율 특성(Rate performance)이다.Figure 21c shows the rate performance of LFP-Li full-sheet when the loading amount of LFP is 9.1 mg/cm 2 .

도 21c를 참고하면, 실시예 1에 따른 LFP-Li 완전지는 1C와 2C에서 각각 145.8 및 136.3mAh/gcathode의 비용량(Specific capacity)을 나타냈다. 반면에 동일한 율 조건에서 비교예 1에 따른 LFP-Li 완전지는 각각 131.6 및 109.0mAh/gcathode를 나타냈다.Referring to Fig. 21c, the LFP-Li full cell according to Example 1 exhibited specific capacities of 145.8 and 136.3 mAh/g cathode at 1C and 2C, respectively. On the other hand, the LFP-Li full cell according to Comparative Example 1 exhibited specific capacities of 131.6 and 109.0 mAh/g cathode , respectively, under the same rate conditions.

[실험예 17: LFP-Li 완전지에서 리튬메탈 전극의 SEM 단면 사진][Experimental Example 17: SEM cross-sectional image of lithium metal electrode in LFP-Li full-cell]

도 22a는 10번째 리튬 스트리핑(Li stripping) 이후 비교예 1에 따른 LFP-Li 완전지에서 리튬메탈 전극의 SEM 단면 사진이다.Figure 22a is a SEM cross-sectional photograph of a lithium metal electrode in the LFP-Li complete electrode according to Comparative Example 1 after the 10th lithium stripping.

도 22b는 10번째 리튬 스트리핑(Li stripping) 이후 실시예 1에 따른 LFP-Li 완전지에서 리튬메탈 전극의 SEM 단면 사진이다.Figure 22b is a SEM cross-sectional image of a lithium metal electrode in the LFP-Li full-cell according to Example 1 after the 10th lithium stripping.

도 22a 및 23b를 참고하면, 비교예 1의 경우 10번째 리튬 스트리핑 이후, 노출된 Li 전극에서 무차별적인 리튬 덴드라이트의 성장과 함께 매우 다공성인 SEI 피막(두께=13μm)이 관찰됨을 확인할 수 있다. 이는 제어되지 않은 부반응으로 인해 Li 플레이팅/스트리핑 공정의 열악한 가역성을 시사할 수 있다. 또한, SEI 피막에서 관찰된 리튬 금속은 데드 리튬(Dead Li)을 의미할 수 있다. Referring to FIGS. 22a and 23b, in the case of Comparative Example 1, it can be confirmed that a highly porous SEI film (thickness = 13 μm) is observed along with the indiscriminate growth of lithium dendrites on the exposed Li electrode after the 10th lithium stripping. This may suggest poor reversibility of the Li plating/stripping process due to uncontrolled side reactions. In addition, the lithium metal observed in the SEI film may mean dead lithium.

대조적으로, 실시예 1의 경우 보호층이 구비됨으로써 리튬 덴드라이트(Li dendrite)를 전혀 나타내지 않았음을 확인할 수 있다. 이러한 리튬 덴드라이트의 부재는 보호층(PAA-PEG-FGO)의 작용효과로 인한 것이며, 상기 보호층은 전해질에서 Li 금속을 분리하여 계면에서의 전하 이동을 향상시킬 수 있다. In contrast, in the case of Example 1, it can be confirmed that lithium dendrites were not observed at all due to the presence of the protective layer. This absence of lithium dendrites is due to the effect of the protective layer (PAA-PEG-FGO), which can separate Li metal from the electrolyte and improve charge transfer at the interface.

상기 실험결과를 종합적으로 고려할 때, 본 발명의 일 측면에 따르면 보호층이 분리막의 적어도 일면 상에 배치됨으로써 분리막의 표면이 보다 친수화됨에 따라 리튬친화성(Lithiophilicity)을 높여 전극 및 분리막의 계면 사이에서 전하 이동을 향상시키는 복합 분리막을 제공할 수 있다. 본 발명의 다른 측면에 따르면 불소화된 탄소 소재와 고분자 간에 가교결합을 유도할 수 있는 가교제(PEGDE)를 통해 전기화학적으로 안정성이 우수하며 견고한 보호층이 구비된 복합 분리막을 제공할 수 있다. 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 시간이 경과함에 따라 더 높은 과전위(Overpotential)를 나타내어 불안정한 전압 프로파일을 나타내는 일반적인 분리막으로 제조된 이차전지와 달리, 장시간 동안 안정적인 전압 프로파일을 구현하는 이차전지를 제공할 수 있다. 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 보호층 및 전극 사이에 LiF가 풍부하며 균일성이 우수한 SEI 피막을 형성됨으로써, 전해질 내 리튬이온의 이동성을 향상시키는 이차전지를 제공할 수 있다.In comprehensive consideration of the above experimental results, according to one aspect of the present invention, a composite separator can be provided in which a protective layer is disposed on at least one surface of a separator, thereby making the surface of the separator more hydrophilic and thereby increasing lithium affinity, thereby improving charge transfer between the interface of the electrode and the separator. According to another aspect of the present invention, a composite separator having excellent electrochemical stability and a strong protective layer can be provided through a crosslinking agent (PEGDE) capable of inducing crosslinking between a fluorinated carbon material and a polymer. According to another aspect of the present invention, unlike a secondary battery manufactured with a general separator which exhibits an unstable voltage profile due to a higher overpotential over time, a secondary battery which implements a stable voltage profile for a long period of time can be provided. According to another aspect of the present invention, a secondary battery which improves the mobility of lithium ions in an electrolyte can be provided by forming an SEI film rich in LiF and having excellent uniformity between the protective layer and the electrode.

[제조예 4: Micro Silicon-Li 전지의 제조][Manufacturing Example 4: Manufacturing of Micro Silicon-Li Battery]

전극의 제조Manufacturing of electrodes

Micro Silicon(Si), SBR(styrene-butadiene rubber)-CMC(carboxymethyl cellulose) 및 CNT가 80:19:1의 중량비로 혼합된 혼합물을 증류수에 분산시켜 슬러리를 제조하였다. 상기 제조된 슬러리를 구리 집전체의 일면 위에 닥터블레이드를 이용하여 코팅한 이후, 60℃로 진공 건조하여 전극을 제조하였다. A slurry was prepared by dispersing a mixture of micro Silicon (Si), SBR (styrene-butadiene rubber) - CMC (carboxymethyl cellulose), and CNT in a weight ratio of 80:19:1 in distilled water. The prepared slurry was coated on one surface of a copper current collector using a doctor blade, and then vacuum dried at 60°C to prepare an electrode.

전극 조립체의 제조Manufacturing of electrode assemblies

리튬메탈(음극의 두께: 300㎛); 상기 비교예 1 및 실시예 1에 따른 방법으로 제조된 각각의 분리막(두께:35㎛); 및 구리 집전체(두께: 20㎛)의 일면 위에 Micro Silicon(Si)이 로딩된 전극을 사용하여 전극 조립체를 제조하였다. 상기 전극 조립체를 전지케이스(CR2032 유형 코인 셀용 전지케이스)에 장입한 다음, 1.3M LiPF6, 및 EC/EMC/DEC가 3:5:2의 부피비로 혼합된 혼합용매 내에 용해된 10wt% FEC를 포함하는 전해질을 상기 전지케이스에 주액하여 최종적으로 Micro Silicon-Li 전지를 제조하였다. An electrode assembly was manufactured using an electrode having Micro Silicon (Si) loaded on one surface of lithium metal (cathode thickness: 300 μm); each of the separators (thickness: 35 μm) manufactured by the methods according to Comparative Example 1 and Example 1; and a copper current collector (thickness: 20 μm). The electrode assembly was loaded into a battery case (a battery case for a CR2032 type coin cell), and then an electrolyte including 1.3 M LiPF 6 and 10 wt% FEC dissolved in a mixed solvent of EC/EMC/DEC in a volume ratio of 3:5:2 was injected into the battery case to finally manufacture a Micro Silicon-Li battery.

[실험예 18: Micro Silicon-Li 전지의 전기화학적 성능 및 율 성능 평가][Experimental Example 18: Evaluation of Electrochemical Performance and Rate Performance of Micro Silicon-Li Battery]

도 23은 비교예 1에 따른 Micro Silicon-Li 전지 및 실시예 1에 따른 Micro Silicon-Li 전지의 쿨롱효율 평가 결과이다. 상기 Micro Silicon-Li 전지의 전기화학적 성능 평가는 충전 시에는 정전류-정전압 모드로 방전 시에는 정전류 모드 하 0.01~1.5V의 전위 범위에서, 0.5C 조건으로 수행되었다. Figure 23 shows the results of evaluating the coulombic efficiency of a Micro Silicon-Li battery according to Comparative Example 1 and a Micro Silicon-Li battery according to Example 1. The electrochemical performance evaluation of the Micro Silicon-Li battery was performed under 0.5C conditions in a potential range of 0.01 to 1.5 V in constant current-constant voltage mode during charging and in constant current mode during discharge.

도 23을 참고하면, 실시예 1에 따른 Micro Silicon-Li 전지는 비교예 1에 따른 Micro Silicon-Li 전지 대비 높은 쿨롱효율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 23, it was confirmed that the Micro Silicon-Li battery according to Example 1 exhibited higher Coulombic efficiency than the Micro Silicon-Li battery according to Comparative Example 1.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims also fall within the scope of the present invention.

Claims (13)

분리막; 및
상기 분리막의 적어도 일면 상에 배치된 보호층; 을 포함하고,
상기 보호층은
관능기를 갖는 고분자에서 유도된 제1 반복단위,
가교제에서 유도된 제2 반복단위 및
불소화된 탄소 소재에서 유도된 제3 반복단위를 포함하는,
복합 분리막.
Membrane; and
A protective layer disposed on at least one surface of the above membrane;
The above protective layer
A first repeating unit derived from a polymer having a functional group,
The second repeating unit derived from the crosslinker and
Comprising a third repeating unit derived from a fluorinated carbon material,
Composite membrane.
제1항에 있어서,
상기 관능기는 카르복실기를 포함하는,
복합 분리막.
In the first paragraph,
The above functional group comprises a carboxyl group,
Composite membrane.
제1항에 있어서,
상기 관능기를 갖는 고분자의 중량평균분자량(Mw)은 300,000 내지 600,000g/mol인,
복합 분리막.
In the first paragraph,
The weight average molecular weight (Mw) of the polymer having the above functional group is 300,000 to 600,000 g/mol.
Composite membrane.
제1항에 있어서,
상기 가교제는,
말단에 2 이상의 가교반응 작용기를 갖는 화합물을 포함하는,
복합 분리막.
In the first paragraph,
The above cross-linking agent is,
Comprising a compound having two or more cross-linking reaction functional groups at the terminal,
Composite membrane.
제4항에 있어서,
상기 가교반응 작용기는,
에폭시기 및 이소시아네이트기 중 어느 하나 이상을 포함하는,
복합 분리막.
In paragraph 4,
The above cross-linking reaction functional group is,
Containing at least one of an epoxy group and an isocyanate group,
Composite membrane.
제1항에 있어서,
상기 가교제는,
PEGDE(Poly(ethylene glycol) diglycidyl ether), DGEBA (diglycidyl ether of bisphenol-A), RDGE (resorcinol diglycidyl ether), TGIC (triglycidyl isocyanurate), TMPTGE (trimethylolpropane triglycidyl ether), TPEGE (tetraphenylolethane glycidyl ether) 및 TPGECMS(tetrakis(propyl glycidyl ether)cyclomethylsiloxane)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인,
복합 분리막.
In the first paragraph,
The above cross-linking agent is,
One or a mixture of two or more selected from the group consisting of PEGDE (Poly(ethylene glycol) diglycidyl ether), DGEBA (diglycidyl ether of bisphenol-A), RDGE (resorcinol diglycidyl ether), TGIC (triglycidyl isocyanurate), TMPTGE (trimethylolpropane triglycidyl ether), TPEGE (tetraphenylolethane glycidyl ether), and TPGECMS (tetrakis(propyl glycidyl ether)cyclomethylsiloxane).
Composite membrane.
제1항에 있어서,
상기 불소화된 탄소 소재는,
그래핀 옥사이드, 개질 탄소나노튜브로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상이 불소화된 화합물인.
복합 분리막.
In the first paragraph,
The above fluorinated carbon material is,
A compound comprising at least one fluorinated compound selected from the group consisting of graphene oxide and modified carbon nanotubes.
Composite membrane.
제1항에 있어서,
상기 제2 반복단위는 상기 제1 반복단위 및 상기 제3 반복단위와 연결된,
복합 분리막.
In the first paragraph,
The second repeating unit is connected to the first repeating unit and the third repeating unit.
Composite membrane.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 복합 분리막;
상기 복합 분리막의 보호층이 배치된 일면 상에 배치된 음극;
상기 복합 분리막의 다른 면 상에 배치된 양극; 및
전해질; 을 포함하는,
이차전지.
A composite membrane according to any one of claims 1 to 8;
A cathode disposed on one side of the composite membrane on which the protective layer is disposed;
an anode disposed on the other side of the composite membrane; and
containing electrolyte;
Secondary battery.
제9항에 있어서,
상기 음극은 리튬 메탈(Li metal)을 포함하는,
이차전지.
In Article 9,
The above negative electrode contains lithium metal (Li metal).
Secondary battery.
제9항에 있어서,
상기 음극은 탄소질 재료 및 실리콘계 재료 중에서 선택된 적어도 하나의 음극 활물질을 포함하는,
이차전지.
In Article 9,
The above negative electrode comprises at least one negative electrode active material selected from carbonaceous materials and silicon-based materials.
Secondary battery.
제9항에 있어서,
상기 양극과 상기 음극의 가역 용량비(N/P ratio)는 1.5 이하인,
이차전지.
In Article 9,
The reversible capacity ratio (N/P ratio) of the positive and negative electrodes is 1.5 or less,
Secondary battery.
제9항에 있어서,
상기 양극과 상기 음극의 가역 용량비(N/P ratio)는 1.1 이하인,
이차전지.
In Article 9,
The reversible capacity ratio (N/P ratio) of the positive and negative electrodes is 1.1 or less.
Secondary battery.
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