KR20150059621A - Composition for coating separator, separator formed by using the composition, and battery using the separator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전지 내에서의 수축이 방지되고 내열성 및 형태안정성이 증진된 코팅 분리막을 제공하고자 한다.
Disclosed is a coating separator wherein shrinkage in a battery is prevented, and heat resistance and shape stability are improved.
전기 화학 전지용 분리막(separator)은 전지 내에서 양극과 음극을 서로 격리시키면서 이온 전도도를 지속적으로 유지시켜 주어 전지의 충전과 방전이 가능하게 하는 중간막을 의미한다.A separator for an electrochemical cell means an interlayer that keeps the ion conductivity constant while isolating the positive electrode and the negative electrode from each other in the battery to enable charging and discharging of the battery.
최근 전지의 안정성이 대두됨에 따라, 이러한 특성과 관련하여 양극간의 단락을 방지하는 분리막의 역할이 중요하게 다루어지고 있다. 일반적으로 사용되는 폴리올레핀 계열 원단의 경우 고온에서 열수축이 심하고 물리적으로 내구성이 약하다. 따라서 전지에 이상이 발생하여 내부의 온도가 상승하게 되면, 분리막의 변형이 일어나기 쉽고 심각할 경우 폭발이 발생할 수 있다. 따라서 고온 안정성과 관련된 내열도 및 내수축성의 향상은 분리막 개발에 중요한 요소이다. 분리막의 내열성 개선과 관련하여 내열성 고분자를 섬유상으로 가공하여 제조하는 부직포 분리막, 적은 양의 바인더를 사용하여 무기물 입자를 연결하여 만드는 세라믹 분리막, 기존의 폴리올레핀 또는 부직포 원단에 세라믹과 바인더를 코팅하는 코팅 분리막(대한민국 등록특허 제10-0775310호) 등의 개발이 진행되고 있다. 최근에는 분리막 두께 제한으로 인하여 코팅층의 두께에 대한 한계가 있기 때문에, 보다 얇은 코팅층을 통해 물성을 확보하기 위한 연구가 진행되고 있다.
Recently, as the stability of the battery has come to the fore, the role of the separator to prevent short-circuiting between the positive and negative electrodes has been dealt with. Generally used polyolefin-based fabrics have high heat shrinkage at high temperature and low physical durability. Therefore, if an abnormality occurs in the battery and the internal temperature rises, the separation membrane may easily deform, and if it is serious, an explosion may occur. Therefore, improvement of heat resistance and shrinkage resistance associated with high temperature stability is an important factor in development of a separator. A non-woven fabric separator which is manufactured by processing a heat-resistant polymer in the form of a fiber, a ceramic separator which is formed by connecting inorganic particles using a small amount of binder, a coating separator for coating a ceramic and a binder on a conventional polyolefin or non- (Korean Patent No. 10-0775310) and the like are being developed. In recent years, due to limitations on the thickness of the coating layer due to the restriction of the thickness of the separator, studies are being conducted to secure physical properties through a thinner coating layer.
본 발명은 전지 내에서의 수축이 방지되고 내열성 및 형태안정성이 증진된 코팅 분리막을 제공하고자 한다.
Disclosed is a coating separator wherein shrinkage in a battery is prevented, and heat resistance and shape stability are improved.
본 발명의 일 예에 따르면, (메트)아크릴레이트계((meth)acrylate) 단량체 유래 반복단위, 및 아세테이트기 함유 단량체 유래 반복단위를 포함하는 아크릴계 공중합체를 포함하는 유기 바인더; 무기 입자; 및 용매를 포함하는 분리막 코팅제 조성물이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, there is provided an organic binder comprising: an acrylic copolymer comprising a repeating unit derived from a (meth) acrylate monomer and a repeating unit derived from an acetate group-containing monomer; Inorganic particles; And a solvent are provided.
본 발명의 다른 예에 따르면, 폴리올레핀계 기재 필름, 및 상기 기재 필름의 일면 혹은 양면에 형성된, 유기 바인더 및 무기입자를 포함하는 코팅층을 포함하고, 상기 유기 바인더는 (메트)아크릴레이트계 단량체 유래 반복단위 및 아세테이트기 함유 단량체 유래 반복단위를 포함하는 아크릴계 공중합체를 포함하는, 분리막이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a polyolefin-based substrate film, and a coating layer formed on one or both surfaces of the base film, the organic binder including inorganic particles, wherein the organic binder includes a repeating unit derived from a (meth) And an acrylic copolymer containing a repeating unit derived from a monomer containing an acetate group.
본 발명의 다른 일 예에 따르면, 폴리올레핀계 기재 필름, 및 상기 기재 필름의 일면 혹은 양면에 형성된, 유기 바인더 및 무기입자를 포함하는 코팅층을 포함하는 분리막을, 양극 및 음극 사이에 위치시키고 100℃에서 10초간 20kgf/cm2 내지 100kgf/cm2의 압력으로 압착한 후 130℃에서 10분간 방치시 MD 및 TD 방향의 압착 수축률이 각각 10%이하인 분리막이 제공된다.According to another example of the present invention, a separator comprising a polyolefin-based substrate film and a coating layer formed on one surface or both surfaces of the substrate film and including an organic binder and inorganic particles is placed between an anode and a cathode, 10 seconds 20kgf / cm 2 to 100kgf / cm 2 when the pressure after compression as the left at 130 ℃ 10 bungan crimp shrinkage of not more than 10% of the membrane, respectively MD and TD directions is provided.
본 발명의 다른 일 예에 따르면, 일 예들에 따른 분리막을 포함하는 전기 화학 전지, 특히 리튬 이차 전지가 제공된다.
According to another embodiment of the present invention, there is provided an electrochemical cell, particularly a lithium secondary battery, including a separator according to one example.
본 발명에 따른 분리막은 전지 내에서의 수축이 방지되고 내열성이 증진된 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 분리막은 추가로 통기도 및 기계적 강도 등의 물성이 우수하다.
The separation membrane according to the present invention has an effect of preventing shrinkage in the battery and improving heat resistance. Further, the separation membrane according to the present invention is further excellent in properties such as air permeability and mechanical strength.
이하 본 발명에 대해 보다 상세히 설명한다. 본원 명세서에 기재되어 있지 않은 내용은 본 발명의 기술 분야 또는 유사 분야에서 숙련된 자이면 충분히 인식하고 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail. Those skilled in the art will appreciate that those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.
본 발명의 일 실시예에 따른 분리막은 기재 필름, 및 상기 기재 필름의 일면 혹은 양면에 형성된 코팅층을 포함한다.A separation membrane according to an embodiment of the present invention includes a base film and a coating layer formed on one or both sides of the base film.
상기 기재 필름은 폴리올레핀계일 수 있다. 폴리올레핀계 기재 필름은 셧 다운(shut down) 기능이 우수하여 전지의 안전성 향상에 기여할 수 있다. 폴리올레핀계 기재 필름은 예를 들어 폴리에틸렌 단일막, 폴리프로필렌 단일막, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 이중막, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 삼중막 및 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 삼중막으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 폴리올레핀계 기재 필름의 두께는 1 내지 40 ㎛일 수 있고, 구체적으로는 5 ㎛ 내지 15 ㎛ 일 수 있다. 상기 두께 범위 내의 기재 필름을 사용하는 경우, 전지의 양극과 음극의 단락을 방지할 수 있을 만큼 충분히 두꺼우면서도 전지의 내부 저항을 증가시킬 만큼 두껍지는 않은, 적절한 두께를 갖는 분리막을 제조할 수 있다.The base film may be polyolefin-based. The polyolefin based film has excellent shut down function and can contribute to improvement of the safety of the battery. The polyolefin based film may be selected from the group consisting of a polyethylene single film, a polypropylene single film, a polyethylene / polypropylene double film, a polypropylene / polyethylene / polypropylene triple film and a polyethylene / polypropylene / polyethylene triple film . The thickness of the polyolefin-based film may be 1 to 40 탆, and specifically 5 to 15 탆. When a base film within the above-mentioned thickness range is used, it is possible to produce a separator having an appropriate thickness which is thick enough to prevent a short circuit between the positive and negative electrodes of the battery, but not thick enough to increase the internal resistance of the battery.
상기 코팅층은 코팅제 조성물로 형성될 수 있으며, 코팅제 조성물은 유기 바인더, 무기입자, 및 용매를 포함할 수 있다. The coating layer may be formed of a coating composition, and the coating composition may include an organic binder, inorganic particles, and a solvent.
구체적으로, 상기 유기 바인더는 아크릴계 공중합체일 수 있으며, 예를 들어 (메트)아크릴레이트계 단량체 유래 반복단위, 및 아세테이트기 함유 단량체 유래 반복단위를 포함하는 아크릴계 공중합체일 수 있다. 바인더로 (메트)아크릴레이트계 단량체 유래 반복단위, 및 아세테이트기 함유 단량체 유래 반복단위를 갖는 아크릴계 공중합체를 사용하면 분리막이 실제 사용되는 환경인 전지 내에서 분리막의 수축을 방지하고 내열성을 증진시킬 수 있다. 통상 분리막의 내열도는 분리막 자체에 대해 일정한 조건에서 열을 가하고 가열 전후 분리막의 길이 방향(이하, 이를 'MD 방향'이라 한다) 및 폭 방향(이하, 이를 'TD 방향'이라 한다) 각각에서의 수축 정도로 평가된다. 그러나, 전지 내 전극 사이에 분리막을 배치하고 압착된 상태에서의 내열도 및 수축률을 평가하는 경우 전지 내에서의 분리막의 실제 형태 안정성을 보다 잘 반영할 수 있다. (메트)아크릴레이트계 단량체 유래 반복단위, 및 아세테이트기 함유 단량체 유래 반복단위를 포함하는 아크릴계 공중합체를 바인더로 사용하면 상기 아크릴계 공중합체가 전극과 분리막의 접착력을 향상시키고, 이러한 접착력이 내열도를 증진시키고 분리막의 수축을 방지하는 효과가 있다. 즉, 전지 내에서 분리막의 형태안정성이 개선되고 이에 따른 전지의 안전성이 향상된다. Specifically, the organic binder may be an acrylic copolymer, for example, an acrylic copolymer containing a repeating unit derived from a (meth) acrylate monomer and a repeating unit derived from an acetate group containing monomer. Use of an acrylic copolymer having a repeating unit derived from a (meth) acrylate monomer as a binder and a repeating unit derived from an acetate group-containing monomer prevents shrinkage of the separator and improves heat resistance in a cell where the separator is actually used have. Generally, the heat resistance of the separation membrane is measured by applying heat to the separation membrane itself under a certain condition and measuring the heat resistance of the separation membrane in the longitudinal direction of the separation membrane (hereinafter referred to as "MD direction") and in the width direction Shrinkage. However, when the separator is disposed between the electrodes in the cell and the heat resistance and the shrinkage ratio in the compressed state are evaluated, the actual shape stability of the separator in the cell can be better reflected. (Meth) acrylate-based monomer and a repeating unit derived from an acetate group as a binder, the acrylic copolymer improves the adhesion between the electrode and the separator, and the adhesion of the acrylic copolymer improves the heat resistance And to prevent shrinkage of the separator. That is, the shape stability of the separator in the battery is improved and the safety of the battery is improved accordingly.
상기 아크릴계 공중합체의 유리전이온도(Tg)는 100℃ 미만, 예를 들어, 20 내지 60℃일 수 있다. 상기 범위이면 분리막을 전극 사이에 위치시키고 이를 압착하는 온도에서 양호한 접착을 형성하여 수축률 개선 및 내열도 증진에 유리할 수 있다. The glass transition temperature (Tg) of the acrylic copolymer may be less than 100 ° C, for example, 20 to 60 ° C. Within this range, good adhesion can be obtained at a temperature at which the separator is sandwiched between the electrodes, thereby improving the shrinkage rate and improving the heat resistance.
(메트)아크릴레이트계 단량체 유래 반복단위, 및 아세테이트기 함유 단량체 유래 반복단위를 갖는 아크릴계 공중합체는 상기와 같이 양극과 음극 사이에서 압착하는 온도에서 양호한 접착력을 형성할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 상기 아크릴계 공중합체는 부틸 (메트)아크릴레이트, 프로필 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트 및 메틸 (메트)아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 (메트)아크릴레이트계 단량체와, 비닐 아세테이트 및 알릴 아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 아세테이트기 함유 단량체를 중합시켜 생성된 공중합체일 수 있다. The acrylic copolymer having the repeating unit derived from a (meth) acrylate monomer and the repeating unit derived from an acetate group-containing monomer is not particularly limited as long as it can form a good adhesive force at a temperature at which it is compressed between the positive electrode and the negative electrode, For example, the acrylic copolymer may be at least one selected from the group consisting of butyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate and methyl (meth) May be a copolymer produced by polymerizing monomers and at least one acetate group-containing monomer selected from the group consisting of vinyl acetate and allyl acetate.
상기 아세테이트기 함유 단량체 유래 반복단위는 화학식 1의 반복단위일 수 있다:The repeating unit derived from an acetate group-containing monomer may be a repeating unit represented by the following formula (1)
[화학식 1] [Chemical Formula 1]
상기 화학식 1에서, In Formula 1,
R1은 단일 결합이거나, 직쇄 또는 분지된 탄소수 1 내지 6의 알킬이고, R2는 수소이거나 메틸이고, l은 각각 1 내지 100 사이의 정수이다. R < 1 > is a single bond, a straight chain or branched alkyl of 1 to 6 carbon atoms, R < 2 > is hydrogen or methyl and l is an integer of 1 to 100,
상기 아크릴계 공중합체는 상기 (메트)아크릴레이트계 단량체와, 아세테이트기 함유 단량체, 예를 들어, 비닐 아세테이트 및/또는 알릴 아세테이트를 몰비 3:7 내지 7:3, 구체적으로 4:6 내지 6:4, 보다 구체적으로는 약 5:5의 비로 중합하여 제조될 수 있다. 상기 아크릴계 공중합체는 예를 들어, 부틸 (메트)아크릴레이트 단량체, 메틸 (메트)아크릴레이트 단량체, 및 비닐 아세테이트 및/또는 알릴 아세테이트 단량체를, 중량비 3 내지 5 : 0.5 내지 1.5 : 4 내지 6, 구체적으로, 4 : 1 : 5로 중합 반응시켜 제조될 수 있다.The acrylic copolymer is prepared by copolymerizing the (meth) acrylate monomer and the acetate group-containing monomer such as vinyl acetate and / or allylacetate in a molar ratio of 3: 7 to 7: 3, specifically 4: 6 to 6: 4 , More specifically in a ratio of about 5: 5. The acrylic copolymer is obtained by copolymerizing, for example, butyl (meth) acrylate monomer, methyl (meth) acrylate monomer, and vinyl acetate and / or allyl acetate monomer in a weight ratio of 3 to 5: 0.5 to 1.5: 4 to 6 In a ratio of 4: 1: 5.
무기 입자는 특별히 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 무기 입자를 사용할 수 있다. 본 실시예에서 사용 가능한 무기 입자의 비제한적인 예로는 Al2O3, SiO2, B2O3, Ga2O3, TiO2 또는 SnO2 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 무기 입자로는 예를 들어, Al2O3(알루미나)를 사용할 수 있다.The inorganic particles are not particularly limited and inorganic particles that are conventionally used in the art can be used. Non-limiting examples of the inorganic particles usable in this embodiment include Al 2 O 3 , SiO 2 , B 2 O 3 , Ga 2 O 3 , TiO 2 or SnO 2 . These may be used alone or in combination of two or more. As the inorganic particles used in the present invention, for example, Al 2 O 3 (alumina) can be used.
본 실시예에서 사용되는 무기 입자의 크기는 특별히 제한되지 아니하나, 평균 입경이 1 nm 내지 2,000 nm일 수 있고, 예를 들어, 100 내지 1,000 nm, 300 nm 내지 500 nm일 수 있다. 상기 크기 범위의 무기 입자를 사용하는 경우, 코팅액 내에서의 무기 입자의 분산성 및 코팅 공정성이 저하되는 것을 방지할 수 있고 코팅층의 두께가 적절히 조절되어 기계적 물성의 저하 및 전기적 저항의 증가를 방지할 수 있다. 또한, 분리막에 생성되는 기공의 크기가 적절히 조절되어 전지의 충방전 시 내부 단락이 일어날 확률을 낮출 수 있는 이점이 있다. The size of the inorganic particles used in this embodiment is not particularly limited, but may be an average particle diameter of 1 nm to 2,000 nm, for example, 100 to 1,000 nm, and 300 nm to 500 nm. In the case of using the inorganic particles having the above-mentioned size range, it is possible to prevent degradation of the dispersibility of the inorganic particles and the processability of the coating in the coating liquid, and the thickness of the coating layer can be appropriately controlled to prevent deterioration of mechanical properties and increase in electrical resistance . In addition, the size of the pores generated in the separation membrane is appropriately controlled, thereby reducing the probability of an internal short circuit occurring during charging and discharging of the battery.
코팅제 조성물의 제조에 있어서 상기 무기 입자는 이를 적절한 용매에 분산시킨 무기 분산액 형태로 이용될 수 있다. 상기 적절한 용매는 특별히 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 용매를 사용할 수 있다. 상기 무기 입자를 분산시키는 적절한 용매로서 예를 들어, 아세톤을 사용할 수 있다. 상기 무기 분산액을 제조하는 방법은 특별한 제한없이 통상적인 방법에 의할 수 있으며, 예를 들어 Al2O3를 아세톤에 적정 함량으로 첨가하고 비즈 밀(Beads mill)을 이용해 밀링하여 분산시키는 방식으로 무기 분산액을 제조할 수 있다.In the preparation of the coating composition, the inorganic particles may be used in the form of an inorganic dispersion in which the inorganic particles are dispersed in an appropriate solvent. The suitable solvent is not particularly limited, and solvents commonly used in the art may be used. As an appropriate solvent for dispersing the inorganic particles, for example, acetone may be used. The inorganic dispersion may be prepared by a conventional method without any particular limitation. For example, Al 2 O 3 may be added in an appropriate amount to acetone, milled using a beads mill, A dispersion can be prepared.
코팅층 내에서 상기 무기입자는 코팅층 전체 중량을 기준으로 70 내지 99 중량%, 구체적으로 75 내지 95중량%, 보다 구체적으로 80 내지 90중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내로 무기 입자를 함유하는 경우, 무기 입자의 방열 특성이 충분히 발휘될 수 있으며 이를 이용하여 분리막을 코팅할 경우 분리막의 열수축을 효과적으로 억제할 수 있다.In the coating layer, the inorganic particles may be contained in an amount of 70 to 99% by weight, specifically 75 to 95% by weight, more specifically 80 to 90% by weight, based on the total weight of the coating layer. When the inorganic particles are contained within the above range, the heat radiation characteristics of the inorganic particles can be sufficiently exhibited, and when the separator is coated using the inorganic particles, the heat shrinkage of the separator can be effectively suppressed.
본 실시예에서 사용 가능한 상기 용매의 비제한적인 예로는 디메틸포름아미드 (Dimethyl formamide, DMF), 디메틸설폭사이드 (Dimethyl sulfoxide, DMSO), 디메틸아세트아미드 (Dimethyl acetamide, DMAc), 디메틸카보네이트 (Dimethyl carbonate, DMC) 또는 N-메틸피롤리돈 (N-Methyl pyrrolydone, NMP) 등을 들 수 있다. 코팅제 조성물의 중량을 기준으로 용매의 함량은 20 내지 99 중량%일 수 있고, 구체적으로 50 내지 95 중량%일 수 있으며, 보다 구체적으로 70 내지 95 중량%일 수 있다. 상기 범위의 용매를 함유하는 경우 코팅제의 제조가 용이해지며 코팅층의 건조 공정이 원활히 수행될 수 있다.Nonlimiting examples of the solvent usable in this embodiment include dimethyl formamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethyl acetamide (DMAc), dimethyl carbonate DMC) or N-methyl pyrrolydone (NMP). The content of solvent based on the weight of the coating composition may be 20 to 99 wt%, specifically 50 to 95 wt%, and more specifically 70 to 95 wt%. When the solvent is contained in the above range, the coating agent is easily prepared and the drying process of the coating layer can be performed smoothly.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리막 및 코팅제 조성물에 대해 설명한다. 본 실시예에 따른 코팅층 및 코팅제 조성물은 상기 아크릴계 공중합체 외에 다른 바인더를 추가한다는 점에서 상기 본 발명의 일 실시예와 구분된다. 아크릴계 공중합체외에 다른 바인더를 추가로 포함함으로써 접착력 및 내열성을 더욱 향상시킬 수 있다. 이에 이하에서는 추가되는 다른 바인더를 중심으로 설명한다. Hereinafter, a separation membrane and coating composition according to another embodiment of the present invention will be described. The coating layer and the coating composition according to this embodiment are distinguished from the above-mentioned embodiments in that a binder other than the acrylic copolymer is added. By further containing another binder in addition to the acrylic copolymer, adhesive strength and heat resistance can be further improved. Hereinafter, other binders added will be mainly described.
아크릴계 공중합체 외에 추가되는 바인더의 예로, 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVdF) 호모폴리머, 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머 (Polyvinylidene fluoride-Hexafluoropropylene copolymer, PVdF-HFP), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile, PAN), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate, PVAc), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide, PEO), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate, CA), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트(cellulose acetate butyrate, CAB), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate, CAP), 시아노에틸풀루란 (cyanoethylpullulan, CYEPL), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol, CR-V), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose, CEC), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 풀루란 (pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose, CMC), 및 아크릴로니트릴스티렌부타디엔 공중합체 (acrylonitrilestyrene-butadiene copolymer)로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 아크릴계 공중합체 및 상기 추가되는 바인더의 중량비는 9:1 내지 3:7으로, 구체적으로 9:1 내지 5:5로, 보다 구체적으로는 8:2 내지 6:4일 수 있다. 상기 범위이면 형태 안정성이 더욱 개선되어 고효율의 충방전 특성을 갖는 전지의 제조가 가능할 수 있다. 예를 들어 PVdF계 바인더를 추가로 포함하는 경우, PVdF계 바인더는 중량평균분자량(Mw)이 500,000 내지 1,500,000 g/mol일 수 있다. 또한, PVdF계 바인더는 호모폴리머(homopolymer) 또는 코폴리머(co-polymer)를 사용할 수 있으며, 코폴리머는 예를 들어 PVdF-HFP를 사용할 수 있다. 또한, PVdF계 바인더는 중량평균분자량이 1,000,000 g/mol 이상인 것을 사용할 수도 있다. 또한, 중량평균분자량이 상이한 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 예를 들어, 중량평균분자량이 1,000,000 g/mol 이하인 1종 이상과 1,000,000 g/mol 이상인 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 분자량 범위 내의 PVdF계 바인더를 사용하면 코팅층과 폴리올레핀계 기재 필름 사이의 접착력이 강화되어, 열에 약한 폴리올레핀계 기재 필름이 열에 의해 수축되는 것을 효과적으로 억제할 수 있으며, 또한 전해질 함침성이 충분히 향상된 분리막을 제조할 수 있으며 이를 활용하여 전기 출력이 효율적으로 일어나는 전지를 생산할 수 있는 이점이 있다.Examples of the binder added in addition to the acrylic copolymer include polyvinylidene fluoride (PVdF) homopolymer, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP), polymethyl (PMMA), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinylacetate (PVAc), polyethylene oxide (PEO), cellulosic acetate cellulose acetate (CA), cellulose acetate butyrate (CAB), cellulose acetate propionate (CAP), cyanoethylpullulan (CYEPL), and cyanoethylpolyvinyl alcohol cyanoethylpolyvinylalcohol (CR-V), cyanoethylcellulose (CEC), and cyanoethylcellulose But are not limited to, those selected from the group consisting of cyanoethylsucrose, pullulan, carboxyl methyl cellulose (CMC), and acrylonitrile styrene butadiene copolymer. . The weight ratio of the acrylic copolymer and the added binder may be from 9: 1 to 3: 7, specifically from 9: 1 to 5: 5, more specifically from 8: 2 to 6: 4. Within the above range, the shape stability is further improved, and it is possible to manufacture a battery having a highly efficient charge / discharge characteristic. For example, when a PVdF binder is additionally included, the PVdF binder may have a weight average molecular weight (Mw) of 500,000 to 1,500,000 g / mol. The PVdF binder may be a homopolymer or a co-polymer, and the copolymer may be PVdF-HFP, for example. In addition, the PVdF binder may have a weight average molecular weight of 1,000,000 g / mol or more. Further, two or more different weight average molecular weights may be mixed and used. For example, one or more species having a weight average molecular weight of 1,000,000 g / mol or less and one or more species having a weight average molecular weight of 1,000,000 g / mol or more may be used in combination. Use of a PVdF binder within the molecular weight range improves the adhesion between the coating layer and the polyolefin-based substrate film, effectively suppressing heat-shrinking of the polyolefin-based film, which is weak to heat, and further improving the electrolyte impregnability It is possible to produce a battery in which an electric output can be efficiently produced by utilizing it.
본 발명의 실시예들에 따른 분리막은 양극과 음극 사이에 분리막을 위치시키고, 100℃에서 10초간 20kgf/cm2 내지 100kgf/cm2의 압력으로 압착한 후 130℃에서 10분간 방치시 MD 및 TD 방향 압착 수축률이 각각 10%이하일 수 있다. 구체적으로 5% 이하, 보다 구체적으로 3% 이하일 수 있다. 압착 수축률이 낮으므로 분리막이 사용되는 전지 내 환경에서 분리막의 내열성 및 수축성이 개선되어 전지의 안전성을 향상시키는 이점이 있다. 즉, 형태안정성이 우수한 분리막을 제공할 수 있다. 상기 분리막의 압착 수축률을 측정하는 방법은 다음과 같다: 분리막 샘플을 가로(MD) 50 mm ×세로(TD) 50 mm로 준비하고, 양극과 음극을 각각 55 mm ×55 mm로 잘라 준비하고, 또한 전지 제작에 사용되는 알루미늄 파우치를 6cm×6cm로 잘라 준비한다. 양극, 분리막, 및 음극 순서로 차례로 올려 반으로 접은 알루미늄 파우치에 집어넣는다. 상기 샘플을 100℃에서 10초간 20kgf/cm2 내지 100kgf/cm2의 압력으로 압착한 후 130℃에서 10분간 방치 후 수축률을 구한다. Membrane in accordance with embodiments of the present invention is to position the membrane between the anode and the cathode, when On the 100 ℃ 10 chogan pressure pressed into the 20kgf / cm 2 to 100kgf / cm 2 eseo 130 ℃ to stand for 10 minutes MD and TD Direction compression shrinkage ratio may be 10% or less, respectively. Specifically, it may be 5% or less, more specifically 3% or less. The compression shrinkage ratio is low, so that the heat resistance and shrinkability of the separator are improved in an environment in which the separator is used, thereby improving the safety of the battery. That is, a separation membrane having excellent shape stability can be provided. A method of measuring the compression shrinkage ratio of the separator is as follows: A sample of the separator is prepared as 50 mm in width (MD) and 50 mm in length (TD), the anode and the cathode are cut to 55 mm 55 mm, Cut the aluminum pouch used to make the battery into 6cm x 6cm. The anode, separator, and cathode are then placed in turn in an aluminum pouch folded in half. The sample is pressed at 100 ° C for 10 seconds under a pressure of 20 kgf / cm 2 to 100 kgf / cm 2 , left at 130 ° C for 10 minutes, and the shrinkage rate is obtained.
본 발명의 실시예들에 따른 분리막은 통기도가 500 sec/100cc 이하, 구체적으로 50 내지 400 sec/100cc, 보다 구체적으로 50 내지 300 sec/100cc 일 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 분리막의 MD 방향의 인장강도가 1750 kg/cm2 이상이고, TD 방향의 인장강도가 1650 kg/cm2 이상, 구체적으로 1700 kg/cm2 이상일 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 분리막은 압착 수축률이 우수함에도 통기도가 저하되지 않고 기계적 물성까지 우수하다. The separation membrane according to the embodiments of the present invention may have an air permeability of 500 sec / 100cc or less, specifically 50 to 400 sec / 100cc, more specifically 50 to 300 sec / 100cc. The tensile strength in the MD direction of the separator according to the embodiments of the present invention may be 1750 kg / cm 2 or more, and the tensile strength in the TD direction may be 1650 kg / cm 2 or more, specifically, 1700 kg / cm 2 or more. The separation membrane according to the embodiments of the present invention has excellent air permeability and excellent mechanical properties even though the compression shrinkage ratio is excellent.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막의 제조방법에 대해 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막의 제조 방법은 폴리올레핀계 기재 필름의 일면 또는 양면에 (메트)아크릴레이트계 단량체 유래 반복단위, 및 비닐 아세테이트 또는 알릴 아세테이트 단량체와 같은, 아세테이트기 함유 단량체 유래 반복단위를 갖는 아크릴계 공중합체를 포함하는 바인더; 무기 입자; 및 용매를 포함하는 코팅제 조성물로 코팅층을 형성하는 것을 포함한다.Hereinafter, a method of manufacturing a separation membrane according to an embodiment of the present invention will be described. The method for producing a separator according to an embodiment of the present invention is a method for producing a separator comprising repeating units derived from a (meth) acrylate monomer and repeating units derived from a monomer containing an acetate group, such as vinyl acetate or allyl acetate monomer, on one surface or both surfaces of a polyolefin- A binder containing an acrylic copolymer having an acryl-based copolymer; Inorganic particles; And forming a coating layer with a coating composition comprising a solvent.
우선, 상기 코팅제 조성물을 형성하는 것은 아크릴계 공중합체를 포함하는 바인더, 용매, 및 무기 입자를 혼합하고 10 내지 40℃에서 30분 내지 5시간 동안 교반하는 것을 포함할 수 있다. 이 때, 고형분의 함량은 코팅 조성물에 대해 10 내지 20 중량부일 수 있으며, 고형분에서 바인더와 무기입자의 중량비는 3:7 내지 0.1:9.9일 수 있다. First, forming the coating composition may include mixing a binder containing an acrylic copolymer, a solvent, and inorganic particles and stirring at 10 to 40 占 폚 for 30 minutes to 5 hours. In this case, the solid content may be 10 to 20 parts by weight based on the coating composition, and the weight ratio of the binder and the inorganic particles in the solid content may be 3: 7 to 0.1: 9.9.
또는, 상기 무기 입자를 분산 매질에 분산시킨 무기 분산액을 제조하고, 이를 아크릴계 공중합체를 포함하는 바인더 및 용매를 함유하는 고분자 용액과 혼합하여 코팅제 조성물을 제조할 수 있다. 상기와 같이 무기 분산액을 별도로 제조하는 경우 무기입자 및 바인더의 분산성 및 조액 안정성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 다른 양태에서, 본 발명의 코팅제 조성물을 제조함에 있어서, 바인더 성분 및 무기 입자는 각각 적절한 용매 내에 용해 또는 분산된 상태로 제조되어 혼합될 수 있다.Alternatively, an inorganic dispersion liquid in which the inorganic particles are dispersed in a dispersion medium may be prepared, and the dispersion may be mixed with a binder solution containing an acrylic copolymer and a polymer solution containing a solvent to prepare a coating composition. When the inorganic dispersion is separately prepared as described above, the dispersibility of the inorganic particles and the binder and the stability of the liquid preparation can be improved. Thus, in another embodiment, in preparing the coating composition of the present invention, the binder component and the inorganic particles may each be prepared and mixed in a dissolved or dispersed state in a suitable solvent.
예를 들어, 아크릴계 공중합체와 폴리비닐리덴 플루오라이드 호모폴리머 및/또는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머 각각을 적절한 용매에 용해시킨 용액과, 무기 입자를 분산시킨 무기 분산액을 각각 제조한 다음, 이들을 적절한 용매와 함께 혼합하는 방식으로 코팅제 조성물을 제조할 수 있다. 상기 혼합에는 볼 밀(Ball mill), 비즈 밀(Beads mill) 또는 스크류 믹서(Screw mixer) 등을 이용할 수 있다.For example, a solution prepared by dissolving an acrylic copolymer, a polyvinylidene fluoride homopolymer and / or a polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer in a suitable solvent, and an inorganic dispersion in which inorganic particles are dispersed are respectively prepared , Followed by mixing them together with an appropriate solvent. For the mixing, a ball mill, a beads mill, a screw mixer, or the like may be used.
이어서, 폴리올레핀계 기재 필름의 일면 또는 양면에 상기 코팅제 조성물로 코팅층을 형성한다.Next, a coating layer is formed on one side or both sides of the polyolefin-based film with the above-mentioned coating composition.
상기 코팅제를 이용하여 폴리올레핀계 기재 필름을 코팅하는 방법은 특별히 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 방법을 사용할 수 있다. 상기 코팅 방법의 비제한적인 예로는, 딥(Dip) 코팅법, 다이(Die) 코팅법, 롤(Roll) 코팅법 또는 콤마(Comma) 코팅법 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2 가지 이상의 방법을 혼합하여 적용될 수 있다. 본 발명의 분리막의 코팅층은 예를 들어 딥 코팅법에 의해 형성된 것일 수 있다.The method of coating the polyolefin-based substrate film using the coating agent is not particularly limited, and a method commonly used in the technical field of the present invention can be used. Non-limiting examples of the coating method include a dip coating method, a die coating method, a roll coating method, and a comma coating method. These may be applied alone or in combination of two or more methods. The coating layer of the separator of the present invention may be formed by, for example, a dip coating method.
본 실시예의 코팅층의 두께는 0.01 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있으며, 구체적으로 1 ㎛ 내지 10 ㎛, 보다 구체적으로 1 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있다. 상기 두께 범위 내에서, 적절한 두께의 코팅층을 형성하여 우수한 열적 안정성 및 접착력을 얻을 수 있으며, 전체 분리막의 두께가 지나치게 두꺼워지는 것을 방지하여 전지의 내부 저항이 증가하는 것을 억제할 수 있다.The thickness of the coating layer in this embodiment may be 0.01 탆 to 20 탆, specifically 1 탆 to 10 탆, more specifically 1 탆 to 5 탆. It is possible to obtain an excellent thermal stability and adhesion by forming a coating layer having an appropriate thickness within the above-mentioned thickness range, and prevent the thickness of the entire separation membrane from becoming excessively thick, thereby preventing the internal resistance of the battery from increasing.
본 발명에서 코팅층을 건조하는 것은 온풍, 열풍, 저습풍에 의한 건조나 진공 건조 또는 원적외선이나 전자선 등을 조사하는 방법을 사용할 수 있다. 그리고 건조 온도는 용매의 종류에 따라 차이가 있으나 대체로 60℃ 내지 120℃의 온도에서 건조할 수 있다. 건조 시간 역시 용매의 종류에 따라 차이가 있으나 대체로 1분 내지 1시간 건조할 수 있다. 구체예에서, 90℃ 내지 120 ℃의 온도에서 1분 내지 30분, 또는 1분 내지 10분 건조할 수 있다.
In the present invention, the drying of the coating layer can be performed by a method of drying by hot air, hot air, low-humidity air, vacuum drying, or irradiation of far-infrared rays or electron beams. The drying temperature may vary depending on the type of the solvent, but may be generally from 60 ° C to 120 ° C. Drying time may vary depending on the type of solvent but can be generally 1 minute to 1 hour. In embodiments, it may be dried at a temperature of 90 ° C to 120 ° C for 1 minute to 30 minutes, or for 1 minute to 10 minutes.
본 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 상기 코팅층을 포함하는 폴리올레핀계 다공성 분리막 및 양극, 음극을 포함하며 전해질로 채워진 전기 화학 전지를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an electrochemical cell including a polyolefin-based porous separation membrane including the coating layer, and an anode and a cathode and filled with an electrolyte.
상기 전기 화학 전지의 종류는 특별히 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술 분야에서 알려진 종류의 전지일 수 있다.The type of the electrochemical cell is not particularly limited and may be a battery of a kind known in the technical field of the present invention.
본 발명의 상기 전기 화학 전지는 구체적으로는 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등과 같은 리튬 이차 전지일 수 있다.The electrochemical cell of the present invention may specifically be a lithium secondary battery such as a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, or a lithium ion polymer secondary battery.
본 발명의 전기 화학 전지를 제조하는 방법은 특별히 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 방법을 사용할 수 있다.The method for producing the electrochemical cell of the present invention is not particularly limited and a method commonly used in the technical field of the present invention can be used.
상기 전기 화학 전지를 제조하는 방법의 비제한적인 예는 다음과 같다: 본 발명의 상기 코팅층을 포함하는 폴리올레핀계 분리막을, 전지의 양극과 음극 사이에 위치시킨 후, 이에 전해액을 채우는 방식으로 전지를 제조할 수 있다.A non-limiting example of the method for producing the electrochemical cell is as follows: A polyolefin-based separator containing the coating layer of the present invention is placed between a positive electrode and a negative electrode of a battery, Can be manufactured.
본 발명의 전기 화학 전지를 구성하는 전극은, 본 발명의 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 방법에 의해 전극 활물질을 전극 전류집전체에 결착된 형태로 제조할 수 있다.The electrode constituting the electrochemical cell of the present invention can be produced by binding an electrode active material to an electrode current collector by a method commonly used in the technical field of the present invention.
본 발명의 일 실시예에서 사용되는 상기 전극 활물질 중 양극 활물질은 특별히 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 양극 활물질을 사용할 수 있다. 상기 양극 활물질의 비제한적인 예로는, 리튬 망간 산화물, 리튬 코발트 산화물, 리튬 니켈 산화물, 리튬 철 산화물 또는 이들을 조합한 리튬 복합 산화물 등을 들 수 있다.Of the electrode active materials used in the embodiment of the present invention, the cathode active material is not particularly limited and a cathode active material conventionally used in the technical field of the present invention may be used. Non-limiting examples of the positive electrode active material include lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron oxide, and lithium composite oxide in combination thereof.
본 발명의 일 실시예에서 사용되는 상기 전극 활물질 중 음극 활물질은 특별히 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 음극 활물질을 사용할 수 있다. The negative electrode active material of the electrode active material used in one embodiment of the present invention is not particularly limited and an anode active material commonly used in the technical field of the present invention may be used.
상기 음극 활물질의 비제한적인 예로는, 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유 코크 (petroleum coke), 활성화 탄소 (activated carbon), 그라파이트 (graphite) 또는 기타 탄소류 등과 같은 리튬 흡착 물질 등을 들 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 상기 전극 전류집전체는 특별히 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 전극 전류집전체를 사용할 수 있다.Non-limiting examples of the negative electrode active material include a lithium adsorbent material such as lithium metal or lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, graphite or other carbon materials, and the like . The electrode current collector used in one embodiment of the present invention is not particularly limited and an electrode current collector commonly used in the technical field of the present invention can be used.
상기 전극 전류집전체 중 양극 전류집전체 소재의 비제한적인 예로는, 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등을 들 수 있다. 상기 전극 전류집전체 중 음극 전류집전체 소재의 비제한적인 예로는, 구리, 금, 니켈, 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등을 들 수 있다.Non-limiting examples of the positive electrode current collector material among the electrode current collectors include aluminum, nickel, or foil produced by a combination of these materials. As a non-limiting example of the cathode current collector material of the electrode current collector, copper, gold, nickel, a copper alloy, or a foil produced by a combination of these materials can be used.
본 발명에서 사용되는 전해액은 특별히 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 전기 화학 전지용 전해액을 사용할 수 있다.The electrolytic solution used in the present invention is not particularly limited, and electrolytic solutions for electrochemical cells commonly used in the technical field of the present invention can be used.
상기 전해액은 A+ B-와 같은 구조의 염이, 유기 용매에 용해 또는 해리된 것일 수 있다. 상기 A+의 비제한적인 예로는, Li+, Na+ 또는 K+와 같은 알칼리 금속 양이온, 또는 이들의 조합으로 이루어진 양이온을 들 수 있다. 상기 B-의 비제한적인 예로는, PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N (CF3SO2)2 - 또는 C (CF2SO2)3 -와 같은 음이온, 또는 이들의 조합으로 이루어진 음이온을 들 수 있다. 상기 유기 용매의 비제한적인 예로는, 프로필렌 카보네이트 (Propylene carbonate; PC), 에틸렌 카보네이트 (Ethylene carbonate, EC), 디에틸카보네이트 (Diethyl carbonate; DEC), 디메틸카보네이트 (Dimethyl carbonate, DMC), 디프로필카보네이트 (Dipropyl carbonate, DPC), 디메틸설폭사이드 (Dimethyl sulfoxide, DMSO), 아세토니트릴 (Acetonitrile), 디메톡시에탄 (Dimethoxyethane), 디에톡시에탄 (Diethoxyethane), 테트라하이드로푸란 (Tetrahydrofuran, THF), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 에틸메틸카보네이트 (Ethyl methyl carbonate, EMC) 또는 감마-부티로락톤 (γ-Butyrolactone, GBL) 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용되거나 2 종 이상을 혼합하여 사용될 수 있다.
The electrolytic solution may be a salt having a structure such as A + B - dissolved or dissociated in an organic solvent. Non-limiting examples of the A + include alkali metal cations such as Li + , Na +, or K + , or cations made of combinations thereof. Non-limiting examples of B - include PF 6 - , BF 4 - , Cl - , Br - , I - , ClO 4 - , AsF 6 - , CH 3 CO 2 - , CF 3 SO 3 - , N 3 SO 2 ) 2 - or C (CF 2 SO 2 ) 3 - , or an anion composed of a combination of these. Nonlimiting examples of the organic solvent include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate Dipropyl carbonate (DPC), dimethyl sulfoxide (DMSO), acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran (THF), N-methyl- N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethyl methyl carbonate (EMC) or gamma-butyrolactone (GBL). These may be used alone or in combination of two or more.
이하, 실시예, 비교예 및 실험예를 기술함으로써 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기의 실시예, 비교예 및 실험예는 본 발명의 일 예시에 불과하며 본 발명의 내용이 이에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by describing Examples, Comparative Examples and Experimental Examples. However, the following examples, comparative examples and experimental examples are merely examples of the present invention and should not be construed as limiting the scope of the present invention.
실시예Example
실시예Example 1: 코팅 분리막의 제조 1: Preparation of Coating Membrane
부틸 메타아크릴레이트(Buthyl Methacrylate, BMA), 메틸 메타크릴레이트(Methyl Methacrylate, MMA), 비닐 아세테이트(Vinyl Acetate, VAc) 가 4/1/5 몰비율로 중합된 아크릴계 공중합체 바인더를 아세톤(acetone)에 용해시켜 고형분 5 중량% 인 제1 바인더 용액과, PVdF계 바인더 KF9300 (쿠레하사, Mw: 1,000,000 ~ 1,200,000 g/mol)을 아세톤, DMAc 혼합 용매에 용해시켜 고형분 7 중량% 용액인 제2 바인더 용액을 각각 제조하였다. 알루미나 (LS235, 일본경금속)를 아세톤에 25 중량%로 첨가 후 3시간 동안 비즈밀 분산을 하여 알루미나 분산액을 제조하였다. 위의 아크릴계 바인더와 PVdF계 바인더의 중량비가 7/3이 되도록, 바인더 고형분과 알루미나 고형분의 중량비가 1/6 비율이 되도록 제1, 제2 바인더 용액 및 알루미나 분산액을 혼합하였으며, 전체 고형분이 10 중량%가 되도록 아세톤을 첨가하여 코팅액을 제조하였다. 두께가 12 ㎛인 폴리에틸렌 원단(SK社)의 양면에 상기 코팅액으로 각각 2㎛ 두께로 코팅하여 총 두께 16 ㎛정도의 코팅 분리막을 제작하였다.An acrylic copolymer binder polymerized in a ratio of 4/1/5 mol of butyl methacrylate (BMA), methyl methacrylate (MMA), and vinyl acetate (Vinyl Acetate, VAc) was dissolved in acetone, And a PVDF binder KF9300 (Mw: 1,000,000 to 1,200,000 g / mol) were dissolved in a mixed solvent of acetone and DMAc to prepare a second binder solution (solid content: 7% by weight) Respectively. Alumina (LS235, Japan light metal) was added to acetone in an amount of 25% by weight, followed by dispersion in a bead mill for 3 hours to prepare an alumina dispersion. The first and second binder solutions and the alumina dispersion were mixed so that the weight ratio of the acrylic binder to the PVdF binder was 7/3 so that the weight ratio of the binder solid content to the alumina solid content was 1/6, % Acetone was added to prepare a coating solution. On both sides of polyethylene fabric (SK Corp.) having a thickness of 12 탆, the above coating solution was coated to a thickness of 2 탆 to prepare a coating separation membrane having a total thickness of about 16 탆.
실시예Example 2: 코팅 분리막의 제조 2: Preparation of Coating Membrane
부틸 메타크릴레이트(BMA), 메틸 메타크릴레이트(MMA), 비닐 아세테이트(VAc)가 4/1/5 몰비율로 중합된 아크릴계 바인더를 아세톤에 용해시킨 5 중량% 용액과, PVdF계 바인더 KF9300을 아세톤, DMAc 혼합 용매에 용해시킨 7 중량% 용액, PVdF-HFP 바인더(21216(솔베이), 중량 평균 분자량: 500,000 ~ 700,000 g/mol)를 아세톤에 용해시킨 10 중량% 용액을 각각 제조하였다. 알루미나 (LS235, 일본경금속)를 아세톤에 25 중량% 로 첨가 후 3시간 동안 비즈밀 분산을 하여 알루미나 분산액을 제조하였다. 위의 아크릴계 바인더와 KF9300, 21216 바인더의 중량비가 5/3/2가 되도록, 바인더 고형분과 알루미나 고형분의 중량비가 1/5 비율이 되도록 바인더 용액 및 알루미나 분산액을 혼합하였으며, 전체 고형분이 10 중량%가 되도록 아세톤을 첨가하여 코팅액을 제조하였다. 두께가 12 ㎛인 폴리에틸렌 원단(SK社)의 양면에 상기 코팅액으로 각각 2㎛ 두께로 코팅하여 총 두께 16 ㎛ 정도의 코팅 분리막을 제작하였다.A 5 wt% solution in which an acrylic binder in which butyl methacrylate (BMA), methyl methacrylate (MMA), and vinyl acetate (VAc) were polymerized in a ratio of 4/1/5 mol was dissolved in acetone and a PVdF binder KF9300 A 10 wt% solution was prepared by dissolving a 7 wt% solution and a PVdF-HFP binder (21216 (Solvay), weight average molecular weight: 500,000 to 700,000 g / mol) dissolved in acetone, acetone and DMAc mixed solvent in acetone. Alumina (LS235, Japan light metal) was added to acetone in an amount of 25% by weight, followed by dispersion in a bead mill for 3 hours to prepare an alumina dispersion. The binder solution and the alumina dispersion were mixed so that the weight ratio of the acrylic binder to the KF9300 and 21216 binder was 5/3/2 so that the weight ratio of the binder solid content to the alumina solid content was 1/5, Acetone was added as much as possible to prepare a coating solution. On both sides of polyethylene fabric (SK Corp.) having a thickness of 12 탆, the above coating solution was coated to a thickness of 2 탆 to prepare a coating separation membrane having a total thickness of about 16 탆.
실시예Example 3: 코팅 분리막의 제조 3: Preparation of Coating Membrane
상기 실시예 1에 있어서, 아크릴계 바인더로 부틸 메타크릴레이트(BMA), 메틸 메타크릴레이트(MMA) 및 알릴 아세테이트(Allyl Acetate)가 4/1/5의 몰비를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 총 두께 16 ㎛ 정도의 코팅 분리막을 제작하였다.Example 1 was repeated except that butyl acrylate (BMA), methyl methacrylate (MMA) and allyl acetate (Allyl Acetate) were used as the acrylic binder in Example 1 at a molar ratio of 4/1/5. To prepare a coating separation membrane having a total thickness of about 16 占 퐉.
실시예Example 4: 코팅 분리막의 제조 4: Preparation of Coating Membrane
상기 실시예 1에 있어서, 아크릴계 바인더로 부틸 메타크릴레이트(BMA), 아크릴로니트릴(AN), 및 비닐아세테이트 4/1/5의 몰비를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 총 두께 16 ㎛ 정도의 코팅 분리막을 제작하였다.The procedure of Example 1 was repeated, except that the molar ratio of butyl methacrylate (BMA), acrylonitrile (AN), and vinyl acetate (4/1/5) was used as the acrylic binder A coating film having a total thickness of about 16 탆 was prepared.
실시예Example 5: 코팅 분리막의 제조 5: Preparation of Coating Membrane
상기 실시예 1 에서 PVdF계 바인더를 사용하지 않고 아크릴계 공중합체 바인더만 사용하여 바인더 고형분과 알루미나 고형분의 중량비가 1/6 비율이 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 분리막을 제조하였다.A separator was prepared in the same manner as in Example 1, except that the PVdF binder was not used and only the acrylic copolymer binder was used so that the weight ratio of the binder solid component to the alumina solid component was 1/6.
비교예Comparative Example 1: 코팅 분리막의 제조 1: Preparation of Coating Membrane
PVdF계 바인더인 KF9300을 아세톤, DMAc 혼합 용매에 용해시킨 7 중량% 용액과, 21216 바인더를 아세톤에 용해시킨 10 중량% 용액을 각각 제조하였다. 알루미나(LS235, 일본경금속)를 아세톤에 25 중량%로 첨가 후 3시간 동안 비즈밀 분산을 하여 알루미나 분산액을 제조하였다. 위의 KF9300, 21216 바인더의 중량비가 5/5가 되도록, 바인더 고형분과 알루미나 고형분의 중량비가 1/6 비율이 되도록 바인더 용액 및 알루미나 분산액을 혼합하였으며, 전체 고형분이 11 중량%가 되도록 아세톤을 첨가하여 코팅액을 제조하였다. 두께가 12 ㎛인 폴리에틸렌 원단(SK社)의 코팅액을 사용하여 총 두께 16 ㎛ 정도의 코팅 분리막을 제작하였다.A 7 wt% solution of PVDF binder KF9300 dissolved in acetone and DMAc mixed solvent and a 10 wt% solution of 21216 binder dissolved in acetone were prepared. Alumina (LS235, Japan light metal) was added to acetone in an amount of 25% by weight, followed by dispersion in a bead mill for 3 hours to prepare an alumina dispersion. The binder solution and the alumina dispersion were mixed so that the weight ratio of the binder solid component to the alumina solid component was 1/6 so that the weight ratio of the above KF9300 and 21216 binder was 5/5. Acetone was added so that the total solid content was 11 wt% To prepare a coating solution. A coating separator having a total thickness of about 16 占 퐉 was prepared using a coating solution of polyethylene fabric (SK Corp.) having a thickness of 12 占 퐉.
비교예Comparative Example 2: 분리막의 제조 2: Preparation of membrane
상기 실시예 1에 있어서, 아크릴계 바인더로 폴리부틸메타크릴레이트(Poly Butyl Methacrylate(PBMA))를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 총 두께 16 ㎛ 정도의 코팅 분리막을 제작하였다.A coating separation membrane having a total thickness of about 16 탆 was prepared in the same manner as in Example 1 except that polybutyl methacrylate (PBMA) was used as the acrylic binder in Example 1.
비교예Comparative Example 3: 분리막의 제조 3: Preparation of membrane
비교예 3에서는 비교예 1에서 사용된 것과 동일한 두께가 12 ㎛인 폴리에틸렌 원단 (SK社)을 코팅하지 않고 그대로 사용하였다. In Comparative Example 3, a polyethylene fabric (SK Company) having the same thickness as that used in Comparative Example 1 was used without being coated.
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3에 따른 각 분리막 혹은 분리막 코팅의 조성을 하기 표 1에 나타낸다.The composition of each separation membrane or separation membrane coating according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 is shown in Table 1 below.
무기입자 함량In the coating layer
Inorganic particle content
실험예Experimental Example
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 분리막에 대해 아래에 개시된 측정 방법으로 통기도; 인장강도; 비압착시 및 압착시 양극, 분리막 및 음극 구조에서의 수축률을 측정하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.The permeability of the separator prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 was measured by the measurement method described below. The tensile strength; The shrinkage ratio in the positive electrode, separator and negative electrode structures was measured during non-squeezing and pressing, and the results are shown in Table 2.
(130℃, 10분 방치)Non-squeeze shrinkage%)
(Left at 130 DEG C for 10 minutes)
(100℃, 10초, 20 kgf/cm2 압착 후 130℃, 10분 방치)Compression Shrinkage (%)
(100 DEG C, 10 seconds, 20 kgf / cm < 2 > pressure, left at 130 DEG C for 10 minutes)
1. 통기도1. Ventilation
상기 실시예 및 비교예들에서 제조된 분리막 각각을 지름이 1 인치 (inch) 인 원이 들어갈 수 있는 크기로 서로 다른 10 개의 지점에서 재단한 10 개의 시료를 제작한 다음, 통기도 측정 장치(아사히 세이코 사)를 사용하여 상기 각 시료에서 공기 100cc가 통과하는 시간을 측정하였다. 상기 시간을 각각 다섯 차례씩 측정한 다음 평균값을 계산하여 이를 통기도로 하였다.Each of the separation membranes prepared in the above Examples and Comparative Examples was cut into 10 samples at a different size so that a circle having a diameter of 1 inch could be entered. Then, 10 samples were cut and measured with an air permeability measuring device The time for passing 100 cc of air through each of the samples was measured. The time was measured five times each, and then an average value was calculated to determine the aeration degree.
2. 2. 인장강도The tensile strength
상기 실시예 및 비교예들에서 제조된 분리막 각각을 가로(MD) 50 mm ×세로(TD) 150 mm, 그리고 가로(MD) 150 mm × 세로(TD) 50 mm의 직사각형 형태로 각각 5개 씩 재단한 10 개의 시료를 제작한 다음, 상기 각 시료를 UTM(인장시험기)에 장착하여 측정 길이가 20 mm가 되도록 물린 후 상기 시료를 당겨 MD 방향 및 TD 방향의 평균 인장 강도를 측정하였다.Each of the separation membranes prepared in the above Examples and Comparative Examples was cut in a rectangular shape of 50 mm in length (MD), 150 mm in length (TD) and 50 mm in width (MD) Ten samples were prepared, each sample was mounted on a UTM (tensile tester), and the sample was squeezed to a measurement length of 20 mm. The average tensile strength in the MD and TD directions was measured by pulling the sample.
3. 양극, 분리막 및 음극 구조에서의 압착 및 3. Crimping in anode, separator and cathode structures and 비압착Non-squeezed 수축률 Shrinkage rate
상기 실시예 및 비교예들에서 제조된 분리막 각각을 가로(MD) 50 mm ×세로(TD) 50 mm로, 양극(LCO(lithium cobalt oxide) 양극활물질/바인더 스티렌부타디엔고무(SBR)+카복시메틸세룰로오스(CMC)/도전재(carbonblack)=95/2.5/2.5)과 음극(natural graphite, 음극활물질/바인더(스티렌부타디엔고무(SBR)+카복시메틸세룰로오스(CMC) 5%)/도전재(carbon black)=98/1/1) 을 각각 55 mm ×55 mm로 잘라 준비한다. 전지 제작에 사용되는 알루미늄 파우치를 6cm×6cm로 잘라 준비한다. 양극, 분리막, 음극 순서로 차례로 올려 반으로 접은 알루미늄 파우치에 집어넣는다. Each of the separators prepared in the above Examples and Comparative Examples was divided into 50 mm width × 50 mm width length by using a lithium cobalt oxide (LCO) cathode active material / binder styrene butadiene rubber (SBR) + carboxymethyl cellulose (CMC) / conductive material (carbonblack) = 95 / 2.5 / 2.5) and negative graphite (anode active material / binder (styrene butadiene rubber (SBR) + carboxymethyl cellulose (CMC) 5% (carbon black) = 98/1/1) are cut into 55 mm × 55 mm, respectively. Cut the aluminum pouch used to make the battery into 6cm x 6cm. Put them in an aluminum pouch folded in half, folded up in order of anode, separator and cathode.
압착 수축률은 분리막에 일정한 간격으로 5개의 점들을 표시하고, 100℃에서 10초간 20 kgf/cm2의 압력으로 프레스하고 130℃ 에서 10분간 방치한 후 상기 간격 사이의 수축된 길이를 측정하여 이로부터 압착 수축률을 구했다. The compression shrinkage rate was determined by measuring five points at regular intervals in the separator, pressing at a pressure of 20 kgf / cm < 2 > at 100 DEG C for 10 seconds, leaving at 130 DEG C for 10 minutes, The compression shrinkage percentage was obtained.
비압착 수축률은 분리막 샘플을 130℃의 오븐에서 10분간 방치 후 분리막의 수축률을 측정하였다. The non-squeezing shrinkage ratio was measured by measuring the shrinkage of the separator after leaving the sample in an oven at 130 ° C for 10 minutes.
상기 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 코팅층이 형성되지 않은 분리막 원단인 비교예 3의 경우 압착 유무에 상관없이 큰 수축률을 보이며, 비교예 1 또는 2의 경우 압착시와 비압착시에 수축률 정도가 유사하였다. 반면, (메트)아크릴레이트계 반복단위 및 아세테이트기 함유 단량체 유래 반복단위를 포함하는 아크릴계 공중합체를 함유한 실시예 1 내지 5의 분리막의 경우, 비압착 수축률에 비해 압착 수축률이 크게 감소함을 알 수 있다.
As can be seen from the above Table 2, the shrinkage ratio of Comparative Example 3, which is a separator fabric without a coating layer, is high regardless of whether or not the shrinkage occurs. In Comparative Example 1 or 2, Respectively. On the other hand, in the case of the separators of Examples 1 to 5 containing an acrylic copolymer containing a repeating unit derived from a (meth) acrylate and a monomer containing an acetate group, the compression shrinkage rate was greatly reduced as compared with the non- .
Claims (13)
상기 기재 필름의 일면 혹은 양면에 형성된, 유기 바인더 및 무기입자를 포함하는 코팅층을 포함하고,
상기 유기 바인더는 (메트)아크릴레이트계 단량체 유래 반복단위, 및 아세테이트기 함유 단량체 유래 반복단위를 포함하는 아크릴계 공중합체를 포함하는, 분리막.A polyolefin-based substrate film, and
And a coating layer formed on one or both surfaces of the base film, the coating layer comprising an organic binder and inorganic particles,
Wherein the organic binder comprises an acrylic copolymer comprising a repeating unit derived from a (meth) acrylate monomer and a repeating unit derived from an acetate group containing monomer.
상기 기재 필름의 일면 혹은 양면에 형성된, 유기 바인더 및 무기입자를 포함하는 코팅층을 포함하며,
양극과 음극 사이의 분리막을 100℃에서 10초간 20kgf/cm2 내지 100kgf/cm2의 압력으로 압착한 후 130℃에서 10분간 방치시 분리막의 길이 방향 및 폭 방향으로 압착 수축률이 각각 10%이하이고,
상기 분리막의 통기도가 500 sec/100cc 이하인, 분리막.A polyolefin-based substrate film, and
And a coating layer formed on one or both surfaces of the base film, the coating layer comprising an organic binder and inorganic particles,
The separation membrane between the anode and the cathode was pressed at 100 ° C for 10 seconds under a pressure of 20 kgf / cm 2 to 100 kgf / cm 2 , and then the compression shrinkage rate in the longitudinal direction and the width direction of the separator was 10% or less ,
Wherein the separation membrane has an air permeability of 500 sec / 100cc or less.
The electrochemical cell according to claim 12, wherein the electrochemical cell is a lithium secondary battery.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |