KR20150047875A - Separator for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 리튬이차전지용 분리막 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 부직포 기재의 작은 기공에는 리튬이온 전도성인 세라믹 나노입자가 함입되고 부직포 기재의 큰 기공에는 세라믹 마이크로입자가 함입되어 있어, 부직포 기재의 면 방향으로 레벨링(leveling)된 저항을 갖도록 한 리튬이차전지용 분리막 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다.
The present invention relates to a separator for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the separator. More specifically, ceramic nanoparticles of lithium ion conductivity are embedded in small pores of the nonwoven fabric substrate and ceramic microparticles are embedded in large pores of the nonwoven fabric substrate And has resistance leveled in the direction of the surface of the nonwoven fabric substrate, and a lithium secondary battery including the separator.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다.Recently, interest in energy storage technology is increasing. As the application fields of cell phones, camcorders, notebook PCs and even electric vehicles are expanding, efforts for research and development of electrochemical devices are becoming more and more specified.
전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목받고 있는 분야이고 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있으며, 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발로 진행되고 있다.Electrochemical devices have attracted the greatest attention in this respect, among which the development of rechargeable secondary batteries has become a focus of attention. In recent years, in order to improve the capacity density and specific energy in developing such batteries, And research and development on the design of the battery.
현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990 년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다. 그러나, 이러한 리튬 이온 전지는 유기 전해액을 사용하는 데 따르는 발화 및 폭발 등의 안전 문제가 존재하고, 제조가 까다로운 단점이 있다. Among the currently applied secondary batteries, the lithium secondary battery developed in the early 1990s has advantages such as higher operating voltage and higher energy density than conventional batteries such as Ni-MH, Ni-Cd and sulfuric acid-lead batteries using an aqueous electrolyte solution . However, such a lithium ion battery has safety problems such as ignition and explosion in using an organic electrolytic solution, and has a disadvantage that it is difficult to manufacture.
이러한 리튬이차전지의 안전성 확보를 위해, 다수의 기공을 갖는 다공성 기재의 적어도 일면에, 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물을 코팅하여 다공성 코팅층을 형성한 분리막이 제안되어 있다. 그러나, 이러한 분리막의 다공성 기재로 부직포를 사용하는 경우, 면 방향으로의 저항이 일정하지 않고, 두께도 일정하지 않게 될 뿐만 아니라, 전해액 함침 역시 균일하지 않은 문제점이 있었다.
In order to secure the safety of such a lithium secondary battery, a separation membrane having a porous coating layer formed by coating a mixture of inorganic particles and a binder polymer on at least one surface of a porous substrate having a plurality of pores has been proposed. However, when the nonwoven fabric is used as the porous substrate of such a separator, the resistance in the plane direction is not constant, the thickness is not constant, and electrolyte impregnation is also not uniform.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 분리막 기재로 부직포를 사용하는 경우에 발생하는 저항 불균일 문제점을 해결하고자 한다. 또한, 분리막 기재로 부직포를 사용하는 경우에 발생하는 두께 불균일 문제점을 해결하고자 한다. 그 밖에도, 분리막 기재로 부직포를 사용하는 경우에 발생하는 전해액 함침의 불균일 문제점 또한 해결하고자 한다.
Therefore, a problem to be solved by the present invention is to solve the problem of uneven resistance occurring when a nonwoven fabric is used as a separator substrate. Further, the problem of non-uniform thickness occurring when a nonwoven fabric is used as a separator base material is solved. In addition, the problem of non-uniformity of electrolyte impregnation that occurs when a nonwoven fabric is used as a separator base material is also addressed.
전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양태에 따르면, (a) 기공들을 갖는 부직포 기재; 및 (b) 상기 부직포 기재의 적어도 일면 위에 위치하고, 세라믹 입자와 바인더 고분자를 포함하는 다공성 코팅층을 포함하고, 상기 세라믹 입자들이 상기 바인더 고분자에 의해 서로 연결 및 고정되어 있고 상기 세라믹 입자들 간의 인터스티셜 볼륨(interstitial volume)으로 인해 형성된 기공들을 가지며, 상기 세라믹 입자는 작은 평균입경을 갖는 세라믹 나노입자와 큰 평균입경을 갖는 세라믹 마이크로입자로 이루어진 것인 리튬이차전지용 분리막이 제공된다.According to an aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, there is provided a nonwoven fabric comprising: (a) a nonwoven substrate having pores; And (b) a porous coating layer located on at least one side of the nonwoven substrate and including ceramic particles and a binder polymer, wherein the ceramic particles are connected and fixed to each other by the binder polymer, and interstitial between the ceramic particles Wherein the ceramic particles have ceramic microparticles having a small average particle diameter and ceramic microparticles having a large average particle diameter.
상기 세라믹 나노입자는 1 내지 100 nm의 평균입경을 가질 수 있다.The ceramic nanoparticles may have an average particle diameter of 1 to 100 nm.
상기 세라믹 마이크로입자는 20 내지 100 ㎛의 평균입경을 가질 수 있다.The ceramic microparticles may have an average particle diameter of 20 to 100 mu m.
상기 부직포의 기공은 0.1 내지 70㎛의 최장 직경을 갖고, 상기 기공이 전체 부직포 기공 수의 50% 이상을 차지할 수 있다.The pores of the nonwoven fabric may have a maximum diameter of 0.1 to 70 μm, and the pores may account for 50% or more of the total number of nonwoven fabric pores.
상기 세라믹 나노입자는 유전율 상수가 5 이상일 수 있다.The ceramic nanoparticles may have a dielectric constant of 5 or more.
상기 세라믹 나노입자는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3 (PLZT, 여기서, 0 < x < 1, 0 < y < 1임), Pb(Mg1 /3Nb2 /3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, TiO2, SiC 또는 이들의 혼합물일 수 있다.Wherein the ceramic nanoparticles are selected from the group consisting of BaTiO 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT), Pb 1 - x La x Zr 1 - y Ti y O 3 Lim), Pb (Mg 1/3 Nb 2/3) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), hafnia (HfO 2 ), SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 , SiC, Lt; / RTI >
상기 세라믹마이크로입자는 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y <3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트(LixAlyTiz(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 1, 0 < z < 3), (LiAlTiP)xOy 계열 glass (0 < x < 4, 0 < y < 13), 리튬란탄티타네이트(LixLayTiO3, 0 < x <2, 0 < y < 3), 리튬게르마니움티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0 < x < 4, 0 < y < 1, 0< z < 1, 0 < w < 5), 리튬나이트라이드(LixNy, 0 < x < 4, 0 < y < 2), SiS2 계열 glass(LixSiySz, 0 < x < 3, 0 < y < 2, 0 < z < 4), P2S5 계열glass(LixPySz, 0 < x < 3, 0 < y < 3, 0 < z < 7) 또는 이들의 혼합물일 수 있다.The ceramic microparticles is a lithium phosphate (Li 3 PO 4), lithium titanium phosphate (LixTiy (PO 4) 3, 0 <x <2, 0 <y <3), lithium aluminum titanium phosphate (LixAlyTiz (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 0 < y < 1, 0 < z < 1, TiO 3 , 0 <x <2, 0 <y <3), lithium germanium thiophosphate (Li x Ge y P z S w , 0 <w <5), lithium nitride (Li x N y , 0 <x <4, 0 <y <2), SiS 2 series glass (Li x Si y S z , <it may be a 2, 0 <z <4) , P 2 S 5 based glass (Li x P y S z , 0 <x <3, 0 <y <3, 0 <z <7) or a mixture thereof.
상기 부직포 기재는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드로, 폴리에틸렌나프탈렌 또는 이들의 혼합물로부터 형성될 수 있다.The nonwoven substrate may be formed of a material selected from the group consisting of polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyethylene terephthalate, polyester, polyamide, polyacetal, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyether sulfone, polyphenylene oxide and polyphenylene sulfide , Polyethylene naphthalene, or mixtures thereof.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 음극, 양극, 및 상기 음극과 양극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 리튬이차전지에 있어서, 상기 분리막이 전술한 리튬이차전지용 분리막인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a lithium secondary battery comprising a negative electrode, a positive electrode, and a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode, wherein the separator is the separator for the lithium secondary battery described above do.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 기공들을 갖는 부직포 기재를 준비하는 단계, 세라믹 나노입자와 세라믹 마이크로입자를 부직포 기재에 적용하는 단계, 및 세라믹 나노입자와 세라믹 마이크로입자가 코팅된 부직포 기재를 건조시키는 단계를 포함하는 리튬이차전지용 분리막의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a nonwoven substrate, comprising the steps of: preparing a nonwoven substrate having pores; applying ceramic nanoparticles and ceramic microparticles to the nonwoven substrate; and drying the ceramic nanoparticles and the ceramic microparticle- A method for producing a separator for a lithium secondary battery comprising the steps of:
세라믹 나노입자와 세라믹 마이크로입자의 혼합물을, 바인더 고분자가 용해된 용액에 분산시킨 후에 부직포 기재에 적용할 수 있다.A mixture of ceramic nanoparticles and ceramic microparticles can be applied to a nonwoven substrate after the binder polymer is dissolved in a solution.
세라믹 나노입자를 바인더 고분자가 용해된 용액에 분산시킨 후에 부직포 기재에 적용하고, 이후에 세라믹 마이크로입자를 바인더 고분자가 용해된 용액에 분산시켜서 부직포 기재에 적용할 수 있다.The ceramic nanoparticles may be dispersed in a solution in which the binder polymer is dissolved and then applied to the nonwoven substrate, and then the ceramic microparticles may be dispersed in the binder polymer solution to be applied to the nonwoven substrate.
상기 용액 중 세라믹나노입자, 세라믹 마이크로입자 또는 이들 둘의 혼합물은 낮은 고형분 함량을 가질 수 있다.
The ceramic nanoparticles, ceramic microparticles or mixtures of the two in the solution may have a low solids content.
본 발명의 리튬이차전지용 분리막은 다음과 같은 효과를 나타낸다:The separator for a lithium secondary battery of the present invention exhibits the following effects:
첫째, 부직포의 상대적으로 작은 크기의 기공에 리튬이온전도성 세라믹 나노입자가 함유되어 저항을 낮추고 상대적으로 큰 크기의 기공에 세라믹 마이크로입자가 함유되어 저항을 높이게 되어, 결과적으로는 부직포 면 방향으로의 저항이 레벨링되는 효과를 갖게 된다.First, lithium ion conductive ceramic nanoparticles are contained in relatively small-sized pores of the nonwoven fabric to lower the resistance, and ceramic microparticles are contained in relatively large pores to increase the resistance. As a result, resistance to the nonwoven fabric surface direction The leveling effect is obtained.
둘째, 부직포 기공에 대한 세라믹입자의 함입율이 높아지게 되어, 기공 크기의 편차로 인해 발생하는 전해액 함침 정도의 차이가 줄어들게 된다.Second, the inclusion rate of the ceramic particles in the nonwoven fabric pores is increased, and the difference in the impregnation degree of the electrolyte caused by the variation of the pore size is reduced.
세째, 세라믹 나노입자들이 부직포 기재의 작은 크기의 기공에 함입되고, 세라믹 마이크로 입자들이 부직포 기재의 큰 크기의 기공에 함입될 뿐만 아니라 부직포 표면에 오버코팅(overcoating)되므로, 전체적으로 균일한 두께의 분리막을 형성할 수 있게 된다.
Third, since the ceramic nanoparticles are embedded in small-sized pores of the nonwoven fabric substrate, ceramic microparticles are embedded in large-sized pores of the nonwoven fabric substrate and overcoated on the nonwoven fabric surface, .
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the constitutions described in the embodiments described herein are merely the most preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents which can be substituted at the time of application It should be understood that variations can be made.
본 발명의 리튬이차전지용 분리막은 (a) 기공들을 갖는 부직포 기재; 및 (b) 상기 부직포 기재의 적어도 일면 위에 위치하고, 세라믹 입자와 바인더 고분자를 포함하는 다공성 코팅층을 포함하고, 상기 세라믹 입자들이 상기 바인더 고분자에 의해 서로 연결 및 고정되어 있고 상기 세라믹 입자들 간의 인터스티셜 볼륨(interstitial volume)으로 인해 형성된 기공들을 가지며, 상기 세라믹 입자는 작은 평균입경을 갖는 세라믹 나노입자와 큰 평균입경을 갖는 세라믹 마이크로입자로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본원 명세서에서 '인터스티셜 볼륨'이라 함은 세라믹 입자들에 의한 충진 구조(closed packed or densely packed)에서 실질적으로 면접하는 세라믹 입자들에 의해 한정되는 공간을 의미한다. The separator for a lithium secondary battery of the present invention comprises (a) a nonwoven substrate having pores; And (b) a porous coating layer located on at least one side of the nonwoven substrate and including ceramic particles and a binder polymer, wherein the ceramic particles are connected and fixed to each other by the binder polymer, and interstitial between the ceramic particles Wherein the ceramic particles have ceramic microparticles having a small average particle diameter and ceramic microparticles having a large average particle diameter. As used herein, the term 'interstitial volume' refers to a space defined by ceramic particles that are substantially interfaced with a closed packed or densely packed structure.
본 발명의 분리막은 기공들을 갖는 부직포 기재를 구비한다. 부직포 기재로 인하여 양 전극에 대한 절연성이 유지된다. The separation membrane of the present invention has a nonwoven base material having pores. The insulating property to both electrodes is maintained due to the nonwoven fabric substrate.
부직포 기재는 통상적으로 분리막의 기재로 사용되는 것이라면 모두 사용이 가능하며, 부직포 기재를 형성하는 극세사는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르, 아라미드와 같은 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드로, 폴리에틸렌나프탈렌 등으로 형성할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 특히, 부직포 기재의 열 안전성을 향상시키기 위하여, 극세사의 용융온도는 200 ℃ 이상인 것이 바람직하다. 부직포 기재의 두께는 9 내지 30 um인 것이 바람직하다.The nonwoven fabric substrate can be used as long as it is usually used as a base material of a separator. The microfibers forming the nonwoven fabric substrate include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyesters such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, But are not limited to, polyamide, polyacetal, polycarbonate, polyimide, polyether ether ketone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyethylene naphthalene and the like. In particular, in order to improve the heat stability of the nonwoven fabric substrate, the melting point of the microfine fiber is preferably 200 ° C or higher. The thickness of the nonwoven base material is preferably 9 to 30 탆.
또한, 부직포는 평균 굵기가 0.5 내지 10 um, 더욱 바람직하게는 1 내지 7 um인 극세사를 이용하여, 기공의 최장 직경(장경)이 0.1 내지 70 um인 기공들을 전체 기공 수를 기준으로 50% 이상 포함하도록 형성할 수 있다. 장경이 0.1 um 미만인 기공들을 다수 갖는 부직포는 제조하기 어렵고, 기공의 장경이 70 um을 초과하면 기공 크기로 인하여 절연성 저하의 문제점이 발생할 수 있다. 다만, 부직포의 특성상 상기 기공의 크기는 불균일한 특성이 있는데, 본 발명자들이 연구한 바에 따르면, 이와 같이 불균일한 기공 크기로 인해, 상대적으로 작은 크기의 기공에서는 비교적 큰 저항이 발생하고, 상대적으로 큰 크기의 기공에서는 비교적 작은 저항이 발생하여, 상대적으로 큰 크기의 기공 쪽으로 플럭스(flux)가 형성되어, 면 방향으로의 리튬 이동이 균일하지 않게 된다. 또한, 기공 크기에 따라 전해액 함침도가 달라지므로, 전해액 농도 불균일로 인해 전지 성능이 전체적으로 저하될 수도 있다. The nonwoven fabric may have a pore diameter ranging from 0.1 to 70 μm in the longest diameter (long diameter) of the pores by 50% or more based on the total number of pores, using microfine fibers having an average thickness of 0.5 to 10 μm, more preferably 1 to 7 μm As shown in FIG. It is difficult to manufacture nonwoven fabrics having many pores having a long diameter of less than 0.1 μm, and when the long diameter of the pores exceeds 70 μm, there may arise a problem of lowering the insulating property due to the pore size. However, due to the nature of the nonwoven fabric, the size of the pores is non-uniform. According to the study of the present inventors, due to the uneven pore size, relatively large resistance occurs in relatively small pores, A relatively small resistance is generated in the pores of the size, and a flux is formed toward the pores having a relatively large size, so that the lithium movement in the plane direction is not uniform. In addition, since the impregnation degree of the electrolyte varies depending on the pore size, the battery performance may be deteriorated as a whole due to unevenness in electrolyte concentration.
본 발명에 따르면, 전술한 바와 같은 부직포 기공의 불균일한 크기로 인한 저항 편차 및 전해액 함침도 편차로 인한 전지 성능 저하의 문제점을 해소하기 위해 물리적 파라미터가 상이한 2가지 종류의 세라믹 입자를 사용한다. According to the present invention, two kinds of ceramic particles having different physical parameters are used in order to solve the problem of resistance deterioration due to nonuniform pore size of the nonwoven fabric pores and deterioration of cell performance due to variation in electrolyte impregnation degree.
보다 구체적으로, 상기 세라믹 입자는 작은 평균입경을 갖는 세라믹나노입자와 큰 평균입경을 갖는 세라믹마이크로입자로 이루어진다. More specifically, the ceramic particles are composed of ceramic nanoparticles having a small average particle diameter and ceramic microparticles having a large average particle diameter.
작은 평균입경을 갖는 세라믹 나노입자는 부직포에 존재하는 기공의 평균입경보다 작은 경향이 있으므로, 부직포에 존재하는 상대적으로 작은 크기의 기공들을 채우게 된다. 본 발명에 따른 세라믹 나노입자의 평균입경은 전술한 목적을 달성할 수 있다면 제한되지 않는데, 예를 들어 1 내지 100 nm이다. The ceramic nanoparticles having a small average particle size tend to be smaller than the average particle size of the pores present in the nonwoven fabric, so that the relatively small pores existing in the nonwoven fabric are filled. The average particle diameter of the ceramic nanoparticles according to the present invention is not limited as long as the above-mentioned object can be achieved, for example, 1 to 100 nm.
세라믹 나노입자는 부직포의 상대적으로 작은 크기의 기공에 채워져 저항을 낮추기 위해서는 유전율이 높은 것이 바람직하며, 예컨대, 유전율 상수 5 이상, 바람직하게는 10 이상인 고유전율 세라믹 입자인 것이 바람직하다. 유전율 상수가 5 이상인 세라믹 입자의 비제한적인 예로는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3 (PLZT, 여기서, 0 < x < 1, 0 < y < 1임), Pb(Mg1 /3Nb2 /3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, TiO2, SiC 또는 이들의 혼합물 등이 있다.The ceramic nanoparticles are preferably filled in the relatively small pores of the nonwoven fabric to have a high dielectric constant in order to lower the resistance. For example, the ceramic nanoparticles are preferably high-permittivity ceramic particles having a dielectric constant of 5 or more, and preferably 10 or more. Nonlimiting examples of ceramic particles having a dielectric constant of 5 or more include BaTiO 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT), Pb 1 - x La x Zr 1 - y Ti y O 3 (PLZT, <1, 0 <y <1 Im), Pb (Mg 1/3 Nb 2/3) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), hafnia (HfO 2 ), SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 , SiC, And mixtures thereof.
세라믹 마이크로입자는 부직포에 존재하는 기공보다 커야 한다. 예컨대, 세라믹 마이크로입자는 20 내지 100 ㎛의 평균입경을 가질 수 있다. 이러한 크기를 갖는 세라믹 마이크로입자는 부직포에 존재하는 상대적으로 작은 크기의 기공에는 함입되지 못하고, 부직포의 상대적으로 큰 크기의 기공에 함입되거나 또는 부직포 표면에 오버코팅된다. 세라믹 마이크로입자의 비제한적인 예로는 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y <3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트(LixAlyTiz(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 1, 0 < z < 3), 14Li2O-9Al2O3-38TiO2-39P2O5 등과 같은 (LiAlTiP)xOy 계열 glass (0 < x < 4, 0 < y < 13), 리튬란탄티타네이트(LixLayTiO3, 0 < x <2, 0 < y < 3), Li3 .25Ge0 .25P0 .75S4 등과 같은 리튬게르마니움티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0 < x < 4, 0 < y < 1, 0< z < 1, 0 < w < 5), Li3N 등과 같은 리튬나이트라이드(LixNy, 0 < x < 4, 0 < y < 2), Li3PO4-Li2S-SiS2 등과 같은 SiS2 계열 glass(LixSiySz, 0 < x < 3, 0 < y < 2, 0 < z < 4), LiI-Li2S-P2S5 등과 같은 P2S5 계열glass(LixPySz, 0 < x < 3, 0 < y < 3, 0 < z < 7) 또는 이들의 혼합물 등이 있다. The ceramic microparticles should be larger than the pores present in the nonwoven fabric. For example, the ceramic microparticles may have an average particle size of 20 to 100 mu m. Ceramic microparticles of this size are not incorporated into relatively small sized pores present in the nonwoven, but are incorporated into relatively large sized pores of the nonwoven or overcoated onto the nonwoven surface. Nonlimiting examples of the ceramic microparticles include lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium titanium phosphate (LixTiy (PO 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y <3), lithium aluminum titanium phosphate (LiAlTiP) x O y series glass such as 14Li 2 O-9Al 2 O 3 -38TiO 2 -39P 2 O 5 and the like ( 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y < 0 <x <4, 0 <y <13), lithium lanthanum titanate (Li x La y TiO 3 , 0 <x <2, 0 <y <3), Li 3 .25 Ge 0 .25 P 0 .75 lithium, such as S 4 germanium Mani help thiophosphate (Li x Ge y P z S w, 0 <x <4, 0 <y <1, 0 <z <1, 0 <w <5), Li 3 N , such as lithium nitride (Li x N y, 0 < x <4, 0 <y <2), Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 SiS 2 based glass (Li x Si y S z , 0 <x , such as <3, 0 <y <2 , 0 <z <4), LiI-Li 2 SP 2 S 5 P 2 S 5 based, such as glass (Li x P y S z , 0 <x <3, 0 <y < 3, 0 < z < 7), or a mixture thereof.
전술한 세라믹 나노입자, 세라믹 마이크로입자 또는 세라믹 나노입자와 세라믹 마이크로입자의 혼합물은 바인더 고분자와 혼합되어 부직포 기재 상에서 다공성 코팅층을 형성한다.The aforementioned ceramic nanoparticles, ceramic microparticles or a mixture of ceramic nanoparticles and ceramic microparticles are mixed with the binder polymer to form a porous coating layer on the nonwoven substrate.
다공성 코팅층은 전술한 세라믹 나노입자, 세라믹 마이크로입자 또는 세라믹 나노입자와 세라믹마이크로입자의 혼합물과 함께 바인더 고분자의 혼합물을 포함한다. 세라믹 나노입자가 부직포 기재의 비교적 작은 기공을 채우고, 세라믹 마이크로입자가 부직포 기재의 비교적 큰 기공을 채운 후에 오버코팅되므로, 부직포 기재에 다공성 코팅층이 형성되어 균일한 부직포 필름 두께를 형성하게 된다. 다공성 코팅층에 포함된 세라믹 입자들은 바인더 고분자에 의해 서로 연결 및 고정되며, 세라믹 입자 간의 빈공간(interstitial volume)으로 인해 형성된 기공들이 다공성 코팅층에 존재하게 된다.The porous coating layer includes a mixture of the above-described ceramic nanoparticles, ceramic microparticles or a binder polymer together with a mixture of ceramic nanoparticles and ceramic microparticles. The ceramic nanoparticles fill relatively small pores of the nonwoven substrate and the ceramic microparticles are overcoated after filling the relatively large pores of the nonwoven substrate so that a porous coating layer is formed on the nonwoven substrate to form a uniform nonwoven film thickness. The ceramic particles contained in the porous coating layer are connected and fixed to each other by the binder polymer, and the pores formed due to the interstitial volume between the ceramic particles are present in the porous coating layer.
다공성 코팅층에 함유되는 바인더 고분자는 당 업계에서 부직포 기재에 다공성 코팅층을 형성하는데 통상적으로 사용되는 고분자를 사용할 수 있다.The binder polymer contained in the porous coating layer may be a polymer commonly used in the art to form a porous coating layer on a nonwoven substrate.
또한, 바인더 고분자는 유리 전이 온도(glass transition temperature, Tg)가 -200 내지 200℃인 고분자를 사용하는 것이 바람직한데, 이는 최종적으로 형성되는 다공성 코팅층의 유연성 및 탄성 등과 같은 기계적 물성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 이러한 바인더 고분자는 세라믹 입자들 사이 또는 세라믹 입자와 부직포 기재 사이를 연결 및 안정하게 고정시켜주는 바인더 역할을 수행한다.The binder polymer is preferably a polymer having a glass transition temperature (T g ) of -200 to 200 ° C. This improves the mechanical properties such as flexibility and elasticity of the finally formed porous coating layer It is because. Such a binder polymer serves as a binder for connecting and stably fixing ceramic particles or between ceramic particles and a nonwoven substrate.
또한, 바인더 고분자는 이온 전도 능력을 반드시 가질 필요는 없으나, 이온 전도 능력을 갖는 고분자를 사용할 경우 리튬이차전지의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 바인더 고분자는 가능한 유전율 상수가 높은 것이 바람직하다. 실제로 전해액에서 염의 해리도는 전해액 용매의 유전율 상수에 의존하기 때문에, 바인더 고분자의 유전율 상수가 높을수록 전해질에서의 염 해리도를 향상시킬 수 있다. 이러한 바인더 고분자의 유전율 상수는 1.0 내지 100 (측정 주파수 = 1 kHz) 범위가 사용 가능하며, 특히 10 이상인 것이 바람직하다.Further, the binder polymer does not necessarily have the ion-conducting ability, but the performance of the lithium secondary battery can be further improved when a polymer having ion-conducting ability is used. Therefore, it is preferable that the binder polymer has a high permittivity constant. In fact, since the dissociation degree of the salt in the electrolyte depends on the permittivity constant of the electrolyte solvent, the higher the permittivity constant of the binder polymer, the better the salt dissociation in the electrolyte. The dielectric constant of such a binder polymer may be in the range of 1.0 to 100 (measurement frequency = 1 kHz), preferably 10 or more.
전술한 기능 이외에, 바인더 고분자는 액체 전해액 함침시 겔화됨으로써 높은 전해액 함침율(degree of swelling)을 나타낼 수 있는 특징을 가질 수 있다. 이에 따라, 용해도 지수가 15 내지 45 MPa1 /2인 고분자를 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직한 용해도 지수는 15 내지 25 MPa1 /2 및 30 내지 45 MPa1 /2 범위이다. 따라서, 폴리올레핀류와 같은 소수성 고분자들보다는 극성기를 많이 갖는 친수성 고분자들을 사용하는 것이 바람직하다. 용해도 지수가 15 MPa1 /2 미만 및 45 MPa1 /2를 초과할 경우, 통상적인 전지용 액체 전해액에 의해 함침(swelling)되기 어렵기 때문이다.In addition to the functions described above, the binder polymer may be characterized by being capable of exhibiting a high degree of swelling of the electrolyte by being gelled upon impregnation with a liquid electrolyte. Accordingly, it is preferable to use a solubility parameter of 15 to 45 MPa 1/2 of a polymer, and the more preferred solubility parameter of 15 to 25 MPa 1/2, and 30 to 45 MPa 1/2 range. Therefore, it is preferable to use hydrophilic polymers having many polar groups, rather than hydrophobic polymers such as polyolefins. If the solubility is more than 15 MPa 1/2 and less than 45 MPa 1/2, it is difficult to be impregnated with (swelling) by conventional liquid electrolyte batteries.
이러한 고분자의 비제한적인 예로는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluorideco-trichloroethylene), 폴리메틸메타클릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸플루란(cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 플루란 (pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose) 등을 들 수 있다.Non-limiting examples of such polymers include polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-trichlorethylene, polymethyl methacrylate polymethylmethacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, polyethylene-co-vinyl acetate, polyethylene oxide, cellulose acetate cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylcellulose (also referred to as " cyanoethylcellulose, Ethyl sucrose (cyanoethylsucrose), and the like pullulan (pullulan), carboxymethyl cellulose (carboxyl methyl cellulose).
본 발명에 따라 부직포 기재에 코팅된 다공성 코팅층의 세라믹 나노입자, 라믹 마이크로입자 또는 세라믹 나노입자와 세라믹 마이크로입자의 혼합물과 바인더 고분자의 조성비는 예를 들어, 50:50 내지 99:1 범위가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 70:30 내지 95:5이다. 바인더 고분자에 대한 세라믹 입자의 함량비가 50:50 미만일 경우 고분자의 함량이 많아지게 되어 다공성 코팅층의 기공 크기 및 기공도가 감소될 수 있다. 세라믹 입자의 함량이 99 중량부를 초과할 경우 바인더 고분자 함량이 적기 때문에 다공성 코팅층의 내필링성이 약화될 수 있다. The composition ratio of the ceramic nanoparticles, the ceramic microparticles or the mixture of the ceramic nanoparticles and the ceramic microparticles and the binder polymer in the porous coating layer coated on the nonwoven fabric substrate according to the present invention is preferably in the range of, for example, 50:50 to 99: 1 , More preferably from 70:30 to 95: 5. When the content ratio of the ceramic particles to the binder polymer is less than 50:50, the content of the polymer is increased and the pore size and porosity of the porous coating layer may be reduced. If the content of the ceramic particles exceeds 99 parts by weight, the fillerability of the porous coating layer may be weakened because the content of the binder polymer is small.
부직포 기재에 대한 다공성 코팅층의 로딩량은 다공성 코팅층의 기능 및 고용량전지에 대한 적합성을 고려할 때 5 내지 20 g/m2인 것이 바람직하다. 다공성 코팅층의 기공 크기 및 기공도는 특별한 제한이 없으나, 기공 크기는 0.001 내지 10um 범위가 바람직하며, 기공도는 10 내지 90% 범위가 바람직하다. 기공 크기 및 기공도는 주로 세라믹 입자의 크기에 의존하는데, 예컨대 입경이 1 um 이하인 세라믹 입자를 사용하는 경우 형성되는 기공 역시 대략 1 um 이하를 나타내게 된다. 이와 같은 기공 구조는 추후 주액되는 전해액으로 채워지게 되고, 이와 같이 채워진 전해액은 이온 전달 역할을 하게 된다. 기공 크기 및 기공도가 각각 0.001um 및 10% 미만일 경우 저항층으로 작용할 수 있으며, 기공 크기 및 기공도가 10um 및 90%를 각각 초과할 경우에는 기계적 물성이 저하될 수 있다.The loading amount of the porous coating layer on the nonwoven fabric substrate is preferably 5 to 20 g / m 2 in consideration of the function of the porous coating layer and suitability for a high capacity battery. The pore size and porosity of the porous coating layer are not particularly limited, but the pore size is preferably in the range of 0.001 to 10 um, and the porosity is preferably in the range of 10 to 90%. The pore size and porosity mainly depend on the size of the ceramic particles. For example, when ceramic particles having a particle size of 1 μm or less are used, pores formed are also about 1 μm or less. Such a pore structure is filled with an electrolyte solution to be injected at a later stage, and the filled electrolyte serves as an ion transfer function. If the pore size and porosity are less than 0.001 袖 m and 10%, respectively, it can act as a resistive layer. If the pore size and porosity exceed 10 袖 m and 90% respectively, the mechanical properties may be deteriorated.
본 발명의 분리막은 다공성 코팅층 성분으로서 전술한 세라믹 입자 및 고분자 이외에, 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다.The separation membrane of the present invention may further include other additives as well as the above-mentioned ceramic particles and polymers as the porous coating layer component.
본 발명에 따른 분리막의 바람직한 제조방법을 아래에 예시하나, 이에 한정되는 것은 아니다.A preferred method of producing the separation membrane according to the present invention is illustrated below, but is not limited thereto.
먼저, 기공들을 갖는 부직포 기재를 준비한다(S1 단계).First, a nonwoven fabric substrate having pores is prepared (step S1).
이어서, 세라믹 나노입자와 세라믹 마이크로입자를 동시에 또는 순차적으로 부직포 기재에 적용한다(S2 단계). Next, the ceramic nanoparticles and the ceramic microparticles are simultaneously or sequentially applied to the nonwoven fabric substrate (step S2).
이를 위해, 바인더 고분자를 용매에 용해시킨 바인더 고분자 용액에, 세라믹 나노입자와 세라믹 마이크로입자의 혼합물을 매우 낮은 고형분 함량이 되도록 첨가하여 슬러리로 만들고, 이들을 부직포 기재에 코팅한다. To this end, a mixture of ceramic nanoparticles and ceramic microparticles is added to the binder polymer solution obtained by dissolving the binder polymer in a solvent so as to have a very low solids content to prepare a slurry, which is then coated on the nonwoven substrate.
또는, 바인더 고분자를 용매에 용해시킨 바인더 고분자 용액에 세라믹 나노입자 및 세라믹 마이크로입자를 각각 매우 낮은 고형분 함량이 되도록 각각의 슬러리로 만들고, 세라믹 나노입자 슬러리를 부직포 기재에 코팅한 후에 순차적으로 세라믹 마이크로입자 슬러리를 부직포 기재에 코팅한다.Alternatively, ceramic nanoparticles and ceramic microparticles may be respectively made into slurries in a binder polymer solution in which a binder polymer is dissolved in a solvent, and the ceramic nanoparticle slurry is coated on the nonwoven fabric substrate. Subsequently, the ceramic microparticles and the ceramic microparticles are sequentially coated with ceramic microparticles The slurry is coated on the nonwoven substrate.
이에 의해, 부직포 기재의 큰 기공에는 세라믹 나노입자가 함입되지 않고 빠져나가고 부직포 기재의 작은 기공에만 세라믹 나노입자가 함입되어, 부직포 기재의 작은 기공에서의 리튬전도성 세라믹 나노입자 함량이 높게 된다. As a result, the ceramic nanoparticles do not enter the large pores of the nonwoven fabric substrate, and the ceramic nanoparticles are incorporated only into the small pores of the nonwoven fabric substrate, so that the content of the lithium-conductive ceramic nanoparticles in the small pores of the nonwoven fabric substrate becomes high.
바인더 고분자의 용매로는 사용하고자 하는 바인더 고분자와 용해도 지수가 유사하며, 끓는점(boiling point)이 낮은 것이 바람직하다. 이는 균일한 혼합과 이후 용매 제거를 용이하게 하기 위해서이다. 사용 가능한 용매의 비제한적인 예로는 아세톤 (acetone), 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran), 메틸렌클로라이드 (methylenechloride), 클로로포름 (chloroform), 디메틸포름아미드 (dimethylformamide), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 시클로헥산 (cyclohexane), 물 또는 이들의 혼합물 등이 있다.As the solvent of the binder polymer, it is preferable that the solubility index is similar to that of the binder polymer to be used, and the boiling point is low. This is to facilitate uniform mixing and subsequent solvent removal. Non-limiting examples of usable solvents include acetone, tetrahydrofuran, methylenechloride, chloroform, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone (N -methyl-2-pyrrolidone, NMP), cyclohexane, water or a mixture thereof.
세라믹 입자가 분산된 바인더 고분자의 용액을 부직포 기재에 코팅하는 방법은 당 업계에 알려진 통상적인 코팅방법을 사용할 수 있으며, 예를 들면 딥(Dip) 코팅, 다이(Die) 코팅, 롤(roll) 코팅, 콤마(comma) 코팅 또는 이들의 혼합 방식 등 다양한 방식을 이용할 수 있다. 또한, 다공성 코팅층은 부직포 기재의 양면 모두 또는 일면에만 선택적으로 형성할 수 있다. 이와 같은 코팅방법에 따라 형성된 다공성 코팅층은 부직포 기재의 표면에 균일하게 형성된다. 다공성 코팅층 내의 세라믹 입자들은 바인더 고분자에 의해 서로 연결 및 고정되며, 세라믹 입자 간의 빈공간(interstitial volume)으로 인해 기공이 형성된다.The solution of the binder polymer in which the ceramic particles are dispersed may be coated on the nonwoven fabric substrate by a conventional coating method known in the art. For example, a dip coating, a die coating, a roll coating, , Comma coating, or a combination thereof. In addition, the porous coating layer can be selectively formed on both or only one side of the nonwoven base material. The porous coating layer formed by such a coating method is uniformly formed on the surface of the nonwoven fabric substrate. The ceramic particles in the porous coating layer are connected and fixed to each other by the binder polymer, and the pores are formed due to the interstitial volume between the ceramic particles.
이어서, 세라믹 나노입자와 세라믹 마이크로입자가 코팅된 부직포 기재를 건조시킨다(S3 단계).Next, the nonwoven fabric substrate coated with the ceramic nanoparticles and the ceramic microparticles is dried (step S3).
이러한 본 발명의 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되어 리튬이차전지로 제조된다. 이때, 바인더 고분자 성분으로 액체 전해액 함침시 겔화 가능한 고분자를 사용하는 경우, 상기 분리막을 이용하여 전지를 조립한 후 주입된 전해액과 고분자가 반응하여 겔화될 수 있다.The separator of the present invention is interposed between the positive electrode and the negative electrode to produce a lithium secondary battery. In this case, when a polymer capable of being gelled upon impregnation with a liquid electrolyte is used as the binder polymer component, after the battery is assembled using the separation membrane, the injected electrolyte and the polymer may react with each other to gel.
본 발명의 리튬이차전지의 비제한적인 예로는 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등이 있다.Non-limiting examples of the lithium secondary battery of the present invention include a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, or a lithium ion polymer secondary battery.
본 발명의 분리막과 함께 적용될 전극으로는 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 전극활물질을 전극 전류집전체에 결착된 형태로 제조할 수 있다. 상기 전극활물질 중 양극활물질의 비제한적인 예로는 종래 리튬이차전지의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들을 조합한 리튬복합산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 음극활물질의 비제한적인 예로는 종래 리튬이차전지의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite) 또는 기타 탄소류 등과 같은 리튬 흡착물질 등이 바람직하다. 양극 전류집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극 전류집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.The electrode to be used together with the separator of the present invention is not particularly limited, and electrode active materials may be bound to an electrode current collector according to a conventional method known in the art. Examples of the cathode active material include, but are not limited to, lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron oxide, or a combination thereof. The cathode active material may be a conventional cathode active material that can be used for a cathode of a conventional lithium secondary battery. It is preferable to use a lithium composite oxide. As a non-limiting example of the negative electrode active material, a conventional negative electrode active material that can be used for a negative electrode of a lithium secondary battery can be used. In particular, lithium metal or a lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, Lithium-adsorbing materials such as graphite or other carbon-based materials and the like are preferable. Non-limiting examples of the positive current collector include aluminum, nickel, or a combination thereof. Examples of the negative current collector include copper, gold, nickel, or a copper alloy or a combination thereof Foil to be manufactured, and the like.
본 발명의 리튬이차전지에서 사용될 수 있는 전해액은 A+B-와 같은 구조의 염으로서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하고 B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 -와 같은 음이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염이 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤 (γ-부티로락톤) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 또는 해리된 것이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The electrolyte solution that can be used in the lithium secondary battery of the present invention is a salt having a structure such as A + B - , wherein A + includes an alkali metal cation such as Li + , Na + , K + - it is PF 6 -, BF 4 -, Cl -, Br -, I -, ClO 4 -, AsF 6 -, CH 3 CO 2 -, CF 3 SO 3 -, N (CF 3 SO 2) 2 -, C (CF 2 SO 2) 3 - anion, or a salt containing an ion composed of a combination of propylene carbonate (PC) such as, ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl (DMP), dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethyl carbonate (EMC), gamma butyrolactone -Butyrolactone), or a mixture thereof, but the present invention is not limited thereto.
상기 전해액 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전지 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질수 있다. 즉, 전지 조립 전 또는 전지 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.The electrolyte injection may be performed at an appropriate stage of the battery manufacturing process, depending on the manufacturing process and required properties of the final product. That is, it can be applied before assembling the cell or at the final stage of assembling the cell.
본 발명의 분리막을 전지로 적용하는 공정으로는 일반적인 공정인 권취(winding) 이외에도 분리막과 전극의 적층(lamination, stack) 및 접음(folding) 공정이 가능하다.
As a process for applying the separator of the present invention to a battery, a lamination, stacking and folding process of a separator and an electrode can be performed in addition to a conventional winding process.
Claims (12)
(b) 상기 부직포 기재의 적어도 일면 위에 위치하고, 세라믹 입자와 바인더 고분자를 포함하는 다공성 코팅층을 포함하고,
상기 세라믹 입자들이 상기 바인더 고분자에 의해 서로 연결 및 고정되어 있고 상기 세라믹 입자들 간의 인터스티셜 볼륨(interstitial volume)으로 인해 형성된 기공들을 가지며,
상기 세라믹 입자는 작은 평균입경을 갖는 세라믹 나노입자와 큰 평균입경을 갖는 세라믹 마이크로입자로 이루어진 것인
리튬이차전지용 분리막.
(a) a nonwoven substrate having pores; And
(b) a porous coating layer located on at least one side of the nonwoven substrate and including ceramic particles and a binder polymer,
Wherein the ceramic particles are connected and fixed to each other by the binder polymer and have pores formed by the interstitial volume between the ceramic particles,
The ceramic particles are composed of ceramic nanoparticles having a small average particle diameter and ceramic microparticles having a large average particle diameter
Membrane for lithium secondary battery.
상기 세라믹 나노입자가 1 내지 100 nm의 평균입경을 가지는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the ceramic nanoparticles have an average particle diameter of 1 to 100 nm.
상기 세라믹 마이크로입자가 20 내지 100 ㎛의 평균입경을 가지는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the ceramic microparticles have an average particle diameter of 20 to 100 占 퐉.
상기 부직포의 기공은 0.1 내지 70㎛의 최장 직경을 갖고, 상기 기공이 전체 부직포 기공 수의 50% 이상을 차지하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the pores of the nonwoven fabric have a maximum diameter of 0.1 to 70 탆 and the pore accounts for 50% or more of the total number of nonwoven fabric pores.
상기 세라믹 나노입자가 유전율 상수가 5 이상인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the ceramic nanoparticles have a dielectric constant of 5 or more.
상기 세라믹 나노입자가 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3 (PLZT, 여기서, 0 < x < 1, 0 < y < 1임), Pb(Mg1 /3Nb2 /3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, TiO2, SiC 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 분리막.
6. The method of claim 5,
The ceramic nanoparticles are BaTiO 3, Pb (Zr, Ti ) O 3 (PZT), Pb 1 - x La x Zr 1 - y Ti y O 3 (PLZT, where, 0 <x <1, 0 <y <1 Lim), Pb (Mg 1/3 Nb 2/3) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), hafnia (HfO 2 ), SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 , SiC, And the mixture is a mixture.
상기 세라믹마이크로입자가 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y <3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트(LixAlyTiz(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 1, 0 < z < 3), (LiAlTiP)xOy 계열 glass (0 < x < 4, 0 < y < 13), 리튬란탄티타네이트(LixLayTiO3, 0 < x <2, 0 < y < 3), 리튬게르마니움티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0 < x < 4, 0 < y < 1, 0< z < 1, 0 < w < 5), 리튬나이트라이드(LixNy, 0 < x < 4, 0 < y < 2), SiS2 계열 glass(LixSiySz, 0 < x < 3, 0 < y < 2, 0 < z < 4), P2S5 계열glass(LixPySz, 0 < x < 3, 0 < y < 3, 0 < z < 7) 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the ceramic microparticle lithium phosphate (Li 3 PO 4), lithium titanium phosphate (LixTiy (PO 4) 3, 0 <x <2, 0 <y <3), lithium aluminum titanium phosphate (LixAlyTiz (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 0 < y < 1, 0 < z < 1, TiO 3 , 0 <x <2, 0 <y <3), lithium germanium thiophosphate (Li x Ge y P z S w , 0 <w <5), lithium nitride (Li x N y , 0 <x <4, 0 <y <2), SiS 2 series glass (Li x Si y S z , <2, characterized in that 0 <z <4), P 2 S 5 based glass (Li x P y S z , 0 <x <3, 0 <y <3, 0 <z <7) or a mixture thereof Separator for lithium secondary battery.
상기 부직포 기재는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드로, 폴리에틸렌나프탈렌 또는 이들의 혼합물로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 분리막.
The method according to claim 1,
The nonwoven substrate may be formed of a material selected from the group consisting of polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyethylene terephthalate, polyester, polyamide, polyacetal, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyether sulfone, polyphenylene oxide and polyphenylene sulfide , Polyethylene naphthalene, or a mixture thereof.
상기 분리막이 제1항 내지 제8항중 어느 한 항에 따른 리튬이차전지용 분리막인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.
A lithium secondary battery comprising a negative electrode, a positive electrode, and a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode,
The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 8, wherein the separator is a separator for a lithium secondary battery.
세라믹 나노입자와 세라믹 마이크로입자를 부직포 기재에 적용하는 단계, 및
세라믹 나노입자와 세라믹 마이크로입자가 코팅된 부직포 기재를 건조시키는 단계를 포함하는
리튬이차전지용 분리막의 제조방법.
Preparing a nonwoven substrate having pores,
Applying ceramic nanoparticles and ceramic microparticles to a nonwoven substrate, and
Drying the nonwoven substrate coated with ceramic nanoparticles and ceramic microparticles
(JP) METHOD FOR PRODUCING A SEPARATE FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY
상기 세라믹 나노입자와 세라믹 마이크로입자의 혼합물을, 바인더 고분자가 용해된 용액에 분산시킨 후에 부직포 기재에 적용하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 분리막의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the mixture of the ceramic nanoparticles and the ceramic microparticles is dispersed in a solution in which the binder polymer is dissolved and then applied to the nonwoven fabric substrate.
상기 세라믹 나노입자를 바인더 고분자가 용해된 용액에 분산시켜서 부직포 기재에 적용하고, 이후에 상기 세라믹 마이크로입자를 바인더 고분자가 용해된 용액에 분산시켜서 부직포 기재에 적용하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 분리막의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Characterized in that the ceramic nanoparticles are dispersed in a solution of a binder polymer dissolved therein and then applied to a nonwoven fabric substrate and then the ceramic microparticles are dispersed in a solution of a binder polymer dissolved therein and applied to a nonwoven fabric substrate Gt;
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