KR101213567B1

KR101213567B1 - 접합용 나노섬유층과 무기입자를 포함하는 세퍼레이터, 이의 제조 장치 및 제조 방법

Info

Publication number: KR101213567B1
Application number: KR1020120008714A
Authority: KR
Inventors: 김익수; 김병석; 케이 와타나베; 나오타카 기무라; 김혜림; 이재환
Original assignee: 신슈 다이가쿠; 주식회사 톱텍
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2012-12-18
Also published as: JP2013037854A

Abstract

본 발명은 세퍼레이터, 세퍼레이터 제조 장치 및 세퍼레이터 제조 방법에 관한 것으로서, 기재층(10)과, 제1 나노 섬유(22)를 포함하는 제1 나노 섬유층(20)과, 제2 나노 섬유(32) 및 무기 입자(34)를 포함하는 제2 나노 섬유층(30)을 갖고, 기재층(10), 제1 나노 섬유층(20) 및 제2 나노 섬유층(30)은 기재층(10), 제1 나노 섬유층(20), 제2 나노 섬유층(30)의 순서로 적층되고, 기재층(10)과 제2 나노 섬유층(30)은 제1 나노 섬유(22)에 의해 접합되어 있으며, 나노 섬유층이 세퍼레이터의 제조 과정에서 박리하여 손상되는 것을 억제하는 것이 가능한 세퍼레이터를 제공하며, 또한 상기와 같은 세퍼레이터를 제조하는 것이 가능한 세퍼레이터 제조 방법을 제공한다. 또한 상기와 같은 세퍼레이터를 제조하는 것이 가능한 세퍼레이터 제조 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

접합용 나노섬유층과 무기입자를 포함하는 세퍼레이터, 이의 제조 장치 및 제조 방법{A Separator containing adhesive nano-fiber layer and inorganic particles, A Method And an apparatus for manufacturing the same}

본 발명은 세퍼레이터, 세퍼레이터 제조 장치 및 세퍼레이터 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 기재층(다공질 필름)과, 나노 섬유 및 무기 입자(예를 들면, 알루미나)를 포함하는 나노 섬유층을 가진 세퍼레이터가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

종래의 세퍼레이터에 의하면, 알루미나와 같은 무기 입자를 포함하는 나노 섬유층을 가지므로, 높은 열적 안정성과 전해액에 대한 높은 친화성을 가진 세퍼레이터로 하는 것이 가능해진다.

또한, 종래의 세퍼레이터에 의하면, 각각 다른 성질을 가진 기재층과 나노 섬유층을 이용함으로써, 다양한 성질을 가진 세퍼레이터로 하는 것이 가능해진다.

또한, 종래의 세퍼레이터에 의하면, 기재층이 가진 성질에 나노 섬유층이 가진 성질(넓은 표면적이나 미세한 틈 등)을 부가함으로써, 더 다양한 성질을 가진 세퍼레이터로 하는 것이 가능해진다.

또한, 종래의 세퍼레이터에 의하면, 섬유의 평균 직경이나 틈이 미세한 나노 섬유층을 구비하므로, 일반적인 섬유층을 가진 세퍼레이터와 비교하여 높은 전해액 흡수성, 낮은 이온 저항성 및 높은 덴드라이트 내성을 갖고, 또한 총 두께가 얇은 세퍼레이터로 하는 것이 가능해진다.

또한, 「기재층」이란, 나노 섬유층을 형성하기 위한 기재가 되는 층을 말한다. 또한, 「나노 섬유」란, 폴리머 재료로 이루어지고, 평균 직경이 수nm~수천 nm의 섬유를 말한다. 또한, 「세퍼레이터」란, 전지(1차 전지 및 2차 전지를 포함)나 콘덴서(캐퍼시터라고도 함) 등에 이용하는 세퍼레이터(칸막이)를 말한다.

일본 공개특허공보 제2010-44935호

그러나, 종래의 세퍼레이터에서는 기재층과 나노 섬유층의 결합 강도가 작으므로, 나노 섬유층이 세퍼레이터의 제조 과정에서 박리하여 손상될 우려가 있는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 나노 섬유층이 세퍼레이터의 제조 과정에서 박리하여 손상되는 것을 억제하는 것이 가능한 세퍼레이터를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 상기와 같은 세퍼레이터를 제조하는 것이 가능한 세퍼레이터 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 상기와 같은 세퍼레이터를 제조하는 것이 가능한 세퍼레이터 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

［1］본 발명의 세퍼레이터는 기재층과, 제1 나노 섬유를 포함하는 제1 나노 섬유층과, 제2 나노 섬유 및 무기 입자를 포함하는 제2 나노 섬유층을 갖고, 상기 기재층, 상기 제 1 나노 섬유층 및 상기 제 2 나노 섬유층은 상기 기재층, 상기 제 1 나노 섬유층, 상기 제 2 나노 섬유층의 순서로 적층되고, 상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유층은 상기 제 1 나노 섬유에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 때문에, 본 발명의 세퍼레이터에 의하면, 기재층과 제2 나노 섬유층이 제1 나노 섬유에 의해 접합되어 있으므로, 기재층과 나노 섬유층이 박리되는 것을 억제하는 것이 가능해지고, 그 결과, 제2 나노 섬유층(종래의 나노 섬유층에 상당)이 세퍼레이터의 제조 과정에서 박리하여 손상되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 세퍼레이터에 의하면, 무기 입자를 포함하는 제2 나노 섬유층을 가지므로, 종래의 세퍼레이터와 마찬가지로 높은 열적 안정성과 전해액에 대한 높은 친화성을 가진 세퍼레이터로 하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 세퍼레이터에 의하면, 각각 다른 성질을 가진 기재층과 제2 나노 섬유층을 이용함으로써, 종래의 세퍼레이터와 마찬가지로 다양한 성질을 가진 세퍼레이터로 하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 세퍼레이터에 의하면, 기재층이 가진 성질에 제2 나노 섬유층이 가진 성질(넓은 표면적이나 미세한 틈 등)을 부가함으로써, 종래의 세퍼레이터와 마찬가지로 더 다양한 성질을 가진 세퍼레이터로 하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 세퍼레이터에 의하면, 기재층이나 제2 나노 섬유층과 다른 성질을 가진 제1 나노 섬유층을 이용함으로써, 세퍼레이터에 제1 나노 섬유층이 가진 성질을 더 부가하여, 더 다양한 성질을 가진 세퍼레이터로 하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 세퍼레이터에 의하면, 섬유의 평균 직경이나 틈이 미세한 제2 나노 섬유층을 구비하므로, 종래의 세퍼레이터와 마찬가지로 일반적인 섬유층을 가진 세퍼레이터와 비교하여, 높은 전해액 흡수성, 낮은 이온 저항성 및 높은 덴드라이트 내성을 갖고, 또한 총 두께가 얇은 세퍼레이터로 하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 「제2 나노 섬유층」은 상술한 바와 같이 종래의 세퍼레이터의 「나노 섬유층」에 상당한다.

［2］본 발명의 세퍼레이터에서 상기 제 1 나노 섬유는 열접합성을 가진 수지로 이루어지고, 상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유층은 적어도 일부가 열로 용융한 상기 제 1 나노 섬유에 의해 접합되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 기재층과 제2 나노 섬유층을 가열하는 것에 의해 용이하게 접합하는 것이 가능해진다.

　또한, 열접합성을 가진 수지란, 이른바 열가소성 수지(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등) 뿐만 아니라 폴리우레탄과 같이 열에 의한 접합성을 가진 수지도 널리 포함한 것을 말한다.

［3］본 발명의 세퍼레이터에서 상기 열접합성을 가진 수지의 융점은, 상기 기재층을 구성하는 재료의 융점 및 상기 제 2 나노 섬유층을 구성하는 재료의 융점중 어느 것 보다도 낮은 것이 바람직하다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 기재층을 구성하는 재료의 융점 및 제2 나노 섬유층을 구성하는 재료의 융점과 열접합성을 가진 수지의 융점 사이의 온도로 가열함으로써 제1 나노 섬유를 선택적으로 용융하는 것이 가능해진다.

［4］본 발명의 세퍼레이터에서 상기 열접합성을 가진 수지의 융점은 상기 기재층을 구성하는 재료의 융점 및 상기 제 2 나노 섬유층을 구성하는 재료의 융점중 어느 것보다도 10℃ 이상 낮은 것이 바람직하다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 기재층을 구성하는 재료의 융점 및 제2 나노 섬유층을 구성하는 재료의 융점과, 열접합성을 가진 수지의 융점에 충분한 차가 있으므로, 가열하는 것에 의해 제1 나노 섬유를 선택적으로 용융하는 것이 용이하게 가능해진다.

［5］본 발명의 세퍼레이터에서 상기 제 1 나노 섬유의 평균 직경은 50 nm~1000nm의 범위 내인 것이 바람직하다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 기재층과 제2 나노 섬유층이 충분한 강도로 접합된 상태가 되고, 또한 세퍼레이터의 통액성이 저하되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에서 제1 나노 섬유의 평균 직경을 50nm~1000nm의 범위 내로 한 것은, 상기 평균 직경이 50nm 보다 작은 경우에는 기재층과 제2 나노 섬유층이 충분한 강도로 접합된 상태가 되지 않는 경우가 있기 때문이고, 상기 평균 직경이 1000nm 보다 큰 경우에는 세퍼레이터의 통액성이 저하되는 경우가 있기 때문이다.

［6］본 발명의 세퍼레이터에서 상기 제 2 나노 섬유의 평균 직경은 상기 제 1 나노 섬유의 평균 직경 보다 크고, 또한 80nm~3000nm의 범위 내인 것이 바람직하다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 가열하는 것에 의해 제2 나노 섬유가 받는 영향을 억제하고, 또한 나노 섬유로서의 성질(넓은 표면적이나 미세한 틈 등)을 손상시키지 않도록 하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에 있어서, 제2 나노 섬유의 평균 직경을 제1 나노 섬유의 평균 직경보다 크고, 또한 80nm~3000nm의 범위 내로 한 것은 상기 평균 직경이 제1 나노 섬유의 평균 직경 보다 작은 경우나 80nm 보다 작은 경우에는 가열하는 것에 의해 제2 나노 섬유가 받는 영향이 커지는 경우가 있기 때문이고, 상기 평균 직경이 3000nm 보다 큰 경우에는 제2 나노 섬유로서의 성질이 손상되는 경우가 있기 때문이다.

［7］본 발명의 세퍼레이터에서 상기 제 1 나노 섬유는 소정의 용매에 대해 용해성을 가진 수지로 이루어지고, 상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유층은 적어도 일부가 상기 소정의 용매로 용해한 제1 나노 섬유에 의해 접합되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 기재층과 제2 나노 섬유층을 소정의 용매를 이용하여 용이하게 접합하는 것이 가능해진다.

［8］본 발명의 세퍼레이터에서 상기 제 1 나노 섬유층은 상기 제 2 나노 섬유층 보다 얇은 것이 바람직하다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 세퍼레이터에서 나노 섬유층이 가진 성질(넓은 표면적이나 미세한 틈 등)을 부가하는 것이 주로 제2 나노 섬유층이 되고, 안정된 성능을 가진 세퍼레이터로 하는 것이 가능해진다.

［9］본 발명의 세퍼레이터에서 상기 제 1 나노 섬유 및 상기 제 2 나노 섬유는 전계 방사법에 의해 얻어진 것이 바람직하다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 원하는 성질(조성, 두께, 밀도, 각 나노 섬유의 평균 직경, 용융 온도, 용매에 대한 용해성 등)을 가진 제1 나노 섬유층 및 제2 나노 섬유층을 형성하는 것이 가능해진다.

［10］본 발명의 세퍼레이터에서 상기 무기 입자의 평균 직경은 5nm~1000nm의 범위 내인 것이 바람직하다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 무기 입자의 취급을 용이하게 하는 것이 가능해지고, 또한 제2 나노 섬유층의 공간 구조가 붕괴되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에서 무기 입자의 평균 직경을 5nm~1000nm의 범위 내로 한 것은, 상기 평균 직경이 5nm 보다 작은 경우에는 무기 입자의 취급이 곤란해지는 경우가 있기 때문이고, 상기 평균 직경이 1000nm 보다 큰 경우에는 무기 입자의 크기에 기인하여 제2 나노 섬유층의 공간 구조가 붕괴되는 경우가 있기 때문이다.

　상기 관점에서는 무기 입자의 평균 직경이 8nm~500nm의 범위 내인 것이 더 바람직하고, 상기 평균 직경이 10nm~100nm의 범위 내인 것이 더 바람직하다.

［11］본 발명의 세퍼레이터에서 상기 무기 입자는 무기 산화물, 무기 질화물 또는 무기 탄화물로 이루어진 것이 바람직하다.

무기 산화물, 무기 질화물 및 무기 탄화물은 열적 안정성 및 전해액에 대한 친화성이 특히 우수하므로, 상기와 같은 구성으로 함으로써 더 높은 열적 안정성과 전해액에 대한 더 높은 친화성을 가진 세퍼레이터로 하는 것이 가능해진다.

무기 산화물, 무기 질화물 또는 무기 탄화물로서는 비수계 전해액에 대해 용해도가 낮고, 팽윤하기 어려운 것을 적합하게 이용할 수 있다. 상기 중에서는 무기 산화물을 적합하게 이용할 수 있고, 그 구체적인 예로서는 실리카, 알루미나 및 이산화티탄을 들 수 있다.

［12］본 발명의 세퍼레이터 제조 장치는 전계 방사법에 의해, 제1 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 기재층의 한쪽 면에 상기 제 1 나노 섬유를 포함하는 제1 나노 섬유층을 형성하는 기구를 가진 제1 전계 방사 장치와, 전계 방사법에 의해 제2 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액에 무기 입자를 혼합한 혼합 폴리머 용액을 이용하여, 상기 제 1 나노 섬유층의 표면에 「상기 제 2 나노 섬유 및 상기 무기 입자를 포함하는 제2 나노 섬유층」을 형성하는 기구를 가진 제2 전계 방사 장치와, 상기 제 1 나노 섬유에 의해 상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유층을 접합하는 접합 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세퍼레이터 제조 장치에 의하면, 상기 본 발명의 세퍼레이터를 제조하는 것이 가능해진다.

［13］본 발명의 세퍼레이터 제조 장치는, 전계 방사법에 의해 제1 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 기재층의 한쪽 면에 상기 제 1 나노 섬유를 포함하는 제1 나노 섬유층을 형성하는 기구를 가진 제1 전계 방사 장치와, 전계 방사법에 의해 제2 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 상기 제 1 나노 섬유층의 표면에 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 형성하는 기구를 갖고, 또한 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층의 형성 중 또는 형성 후에 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층에 무기 입자를 포함시키고, 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 「상기 제 2 나노 섬유 및 상기 무기 입자를 포함하는 제2 나노 섬유층」으로 하는 기구를 가진 제2 전계 방사 장치와, 상기 제 1 나노 섬유에 의해 상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유층을 접합하는 접합 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명의 세퍼레이터 제조 장치에 의해서도 상기 본 발명의 세퍼레이터를 제조하는 것이 가능해진다.

［14］본 발명의 세퍼레이터 제조 장치는, 전계 방사법에 의해 제1 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 기재층의 한쪽 면에 상기 제 1 나노 섬유를 포함하는 제1 나노 섬유층을 형성하는 기구를 가진 제1 전계 방사 장치와, 전계 방사법에 의해 제2 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 상기 제 1 나노 섬유층의 표면에 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 형성하는 기구를 가진 제2 전계 방사 장치와, 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층에 무기 입자를 더 포함시키고, 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 「상기 제 2 나노 섬유 및 상기 무기 입자를 포함하는 제2 나노 섬유층」으로 하는 기구를 가진 무기 입자 함유화 장치와, 상기 제 1 나노 섬유에 의해 상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유층을 접합하는 접합 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

［15］본 발명의 세퍼레이터 제조 장치는, 전계 방사법에 의해 제1 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 기재층의 한쪽 면에 상기 제 1 나노 섬유를 포함하는 제1 나노 섬유층을 형성하는 기구를 가진 제1 전계 방사 장치와, 전계 방사법에 의해 제2 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 상기 제 1 나노 섬유층의 표면에 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 형성하는 기구를 가진 제2 전계 방사 장치와, 상기 제 1 나노 섬유에 의해 상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 접합하는 접합 장치와, 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층에 무기 입자를 포함시키고, 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 「상기 제 2 나노 섬유 및 상기 무기 입자를 포함하는 제2 나노 섬유층」으로 하는 기구를 가진 무기 입자 함유화 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

［16］본 발명의 세퍼레이터 제조 장치에서 상기 접합 장치는 상기 기재층과, 상기 제 1 나노 섬유층과, 상기 제 2 나노 섬유층 또는 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 적층한 상태로 열압착하는 열접합 장치로 이루어진 것이 바람직하다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 열접합성을 가진 수지로 이루어진 제1 나노 섬유를 이용한 경우에 있어서, 기재층과 제2 나노 섬유층을 가열에 의해 접합하는 것이 가능해진다.

［17］본 발명의 세퍼레이터 제조 방법은 기재층을 준비하는 기재층 준비 공정과, 전계 방사법에 의해 제1 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 상기 기재층의 한쪽 면에 상기 제 1 나노 섬유를 포함하는 제1 나노 섬유층을 형성하는 제1 전계 방사 공정과, 전계 방사법에 의해 제2 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액에 무기 입자를 혼합한 혼합 폴리머 용액을 이용하여, 상기 제 1 나노 섬유층의 표면에 「상기 제 2 나노 섬유 및 상기 무기 입자를 포함하는 제2 나노 섬유층」을 형성하는 제2 전계 방사 공정과, 상기 제 1 나노 섬유에 의해 상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유층을 접합하는 접합 공정을 이 순서로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세퍼레이터 제조 방법에 의하면, 상기 본 발명의 세퍼레이터를 제조하는 것이 가능해진다.

［18］본 발명의 세퍼레이터 제조 방법은, 기재층을 준비하는 기재층 준비 공정과, 전계 방사법에 의해 제1 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 상기 기재층의 한쪽 면에 상기 제 1 나노 섬유를 포함하는 제1 나노 섬유층을 형성하는 제1 전계 방사 공정과, 전계 방사법에 의해 제2 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 상기 제 1 나노 섬유층의 표면에 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 형성하고, 또한 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층의 형성 중 또는 형성 후에 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층에 무기 입자를 포함시키고, 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 「상기 제 2 나노 섬유 및 상기 무기 입자를 포함하는 제2 나노 섬유층」으로 하는 제2 전계 방사 공정과, 상기 제 1 나노 섬유에 의해 상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유층을 접합하는 접합 공정을 이 순서로 포함하는 것을 특징으로 한다.

　상기 본 발명의 세퍼레이터 제조 방법에 의해서도 상기 본 발명의 세퍼레이터를 제조하는 것이 가능해진다.

［19］본 발명의 세퍼레이터의 제조 방법은, 기재층을 준비하는 기재층 준비 공정과, 전계 방사법에 의해 제1 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 상기 기재층의 한쪽 면에 상기 제 1 나노 섬유를 포함하는 제1 나노 섬유층을 형성하는 제1 전계 방사 공정과, 전계 방사법에 의해 제2 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 상기 제 1 나노 섬유층의 표면에 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 형성하는 제2 전계 방사 공정과, 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층에 무기 입자를 더 포함시키고, 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 「상기 제 2 나노 섬유 및 상기 무기 입자를 포함한 제2 나노 섬유층」으로 하는 무기 입자 함유화 공정과, 상기 제 1 나노 섬유에 의해 상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유층을 접합하는 접합 공정을 이 순서로 포함하는 것을 특징으로 한다.

［20］본 발명의 세퍼레이터의 제조 방법은, 기재층을 준비하는 기재층 준비 공정과, 전계 방사법에 의해 제1 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 상기 기재층의 한쪽 면에 상기 제 1 나노 섬유를 포함하는 제1 나노 섬유층을 형성하는 제1 전계 방사 공정과, 전계 방사법에 의해 제2 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 상기 제 1 나노 섬유층의 표면에 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 형성하는 제2 전계 방사 공정과, 상기 제 1 나노 섬유에 의해 상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 접합하는 접합 공정과, 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층에 무기 입자를 더 포함시키고, 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 「상기 제 2 나노 섬유 및 상기 무기 입자를 포함하는 제2 나노 섬유층」으로 하는 무기 입자 함유화 공정을 이 순서로 포함하는 것을 특징으로 한다.

［21］본 발명의 세퍼레이터 제조 방법에서 상기 접합 공정은 상기 기재층과, 상기 제 1 나노 섬유층과, 상기 제 2 나노 섬유층 또는 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 적층한 상태로 열압착하는 열접합 공정으로서, 상기 열접합 공정에 의해 상기 제 1 나노 섬유의 적어도 일부를 열로 용융시켜 상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유층을 상기 제 1 나노 섬유로 접합하는 것이 바람직하다.　

이와 같은 방법으로 함으로써, 열접합성을 가진 수지로 이루어진 제1 나노 섬유를 이용하는 경우에 있어서, 기재층과 제 2 나노 섬유층을 가열에 의해 접합하는 것이 가능해진다.

본 발명은 나노 섬유층이 세퍼레이터의 제조 과정에서 박리하여 손상되는 것을 억제하는 것이 가능한 세퍼레이터를 제공하고, 또한, 상기와 같은 세퍼레이터를 제조하는 것이 가능한 세퍼레이터 제조 장치를 제공하며, 또한, 상기와 같은 세퍼레이터를 제조하는 것이 가능한 세퍼레이터 제조 방법을 제공한다.

도 1은 실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 장치(100)의 정면도이다.
도 3은 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 방법의 플로우차트이다.
도 4는 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 실시형태 1의 접합 공정(S4)을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 6은 실시형태 2에 따른 세퍼레이터 제조 장치(102)의 정면도이다.
도 7은 실시형태 2에 따른 세퍼레이터 제조 방법의 플로우차트이다.
도 8은 실시형태 2에 따른 제2 전계 방사 공정(S13) 및 무기 입자 함유화 공정(S14)을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 9는 실시형태 3에 따른 세퍼레이터 제조 장치(104)의 정면도이다.
도 10은 실시형태 3에 따른 세퍼레이터 제조 방법의 플로우차트이다.
도 11은 실시형태 4에 따른 세퍼레이터 제조 장치(106)의 정면도이다.
도 12는 실시형태 4에 따른 세퍼레이터 제조 방법의 플로우차트이다.
도 13은 변형예에 따른 세퍼레이터 제조 방법의 플로우차트이다.

이하, 본 발명의 세퍼레이터, 세퍼레이터 제조 장치 및 세퍼레이터 제조 방법에 대해 도면에 도시한 실시형태에 기초하여 설명한다.

[실시형태 1]

1.실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)의 구성

우선, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)의 구성을 설명한다.

도 1은 실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)를 설명하기 위한 도면이다. 도 1의 (a)는 심재(芯材)(부호를 도시하지 않음)에 감은 상태의 세퍼레이터(1)의 사시도이고, 도 1의 (b)는 세퍼레이터(1)의 확대 단면도이며, 도 1의 (c)는 도 1의 (b)의 "A"로 나타내는 범위를 더 확대하여 도시한 모식도(이하, 확대 모식도라고 함)이다.

실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)는 도 1에 도시한 바와 같이, 기재층(10), 제 1 나노 섬유층(20), 및 제 2 나노 섬유층(30)을 갖고, 기재층(10), 제1 나노 섬유층(20) 및 제2 나노 섬유층(30)은 기재층(10), 제1 나노 섬유층(20), 제2 나노 섬유층(30)의 순서로 적층되어 있다. 세퍼레이터(1)에서 기재층(10)과 제 2 나노 섬유층(30)은 제1 나노 섬유(22)에 의해 접합되어 있다. 구체적으로는 도 1의 (c)에 도시한 바와 같이, 기재층(10)과 제2 나노 섬유층(30)은 적어도 일부가 열로 용융한 제1 나노 섬유(24)에 의해 접합되어 있다.

세퍼레이터(1)의 두께는 1㎛~100㎛의 범위 내이고, 예를 들면, 20㎛이다.

실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)는 후술하는 바와 같이, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 장치(100)를 이용하여, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 방법을 실시하는 것에 의해 얻을 수 있다.

기재층(10)은 장척 시트의 형태를 취하며, 기재층(10)으로서는 각종 재료로 이루어진 부직포, 직물, 편물, 종이 등 통기성(통액성)이 있는 것을 이용할 수 있다. 실시형태 1에서는 기재층(10)으로서 섬유질의 기재층을 이용하고, 도 1의 (c) 중, 도면부호 "12"로 나타내는 것은 기재층(10) 중의 기재 섬유이다. 또한, 기재층(10)으로서는 섬유질 이외의 것(예를 들면, 다공성 필름)도 이용할 수 있다.

기재층(10)의 두께는 예를 들면 1㎛~90㎛의 것을 이용할 수 있다. 기재층(10)의 길이는 예를 들면 10m~10km의 것을 이용할 수 있다.

제1 나노 섬유층(20)은 제1 나노 섬유(22)로 이루어진다. 또한, 제1 나노 섬유층은 제1 나노 섬유를 포함하면 좋고, 그 위이면 제1 나노 섬유 이외의 물질을 포함해도 좋다. 제1 나노 섬유(22)는 열접합성을 가진 수지로 이루어진다. 제1 나노섬유(22)의 평균 직경은 50nm~1000nm의 범위 내이고, 예를 들면, 100nm이다. 제1 나노 섬유(22)는 후술하는 바와 같이 전계 방사법에 의해 얻을 수 있다.

제2 나노 섬유층(30)은 제2 나노 섬유(32) 및 무기 입자(34)를 포함한다. 또한, 제2 나노 섬유층은 제2 나노 섬유 및 무기입자를 포함하면 좋고, 그 위이면 제2 나노 섬유 및 무기 입자 이외의 물질을 포함해도 좋다.

제2 나노 섬유(32)의 평균 직경은 제1 나노 섬유(22)의 평균 직경 보다 크고, 또한 80nm~3000nm의 범위 내이고, 예를 들면, 1000nm이다. 제2 나노 섬유(22)는 후술하는 바와 같이 전계 방사법에 의해 얻을 수 있다.

무기 입자(34)의 평균 직경은 5nm~1000nm의 범위 내이고, 예를 들면, 50nm이다. 무기 입자(34)는 무기 산화물, 무기 질화물 또는 무기 탄화물로 이루어지고, 예를 들면, 알루미나로 이루어진다.

세퍼레이터(1)에서 열접합성을 가진 수지의 융점은, 기재층(10)을 구성하는 재료(기재 섬유(12))의 융점 및 제2 나노 섬유(30)를 구성하는 재료(제2 나노섬유(32))의 융점 중 어느 것 보다도 낮고, 즉, 10 이상 낮다.

세퍼레이터(1)에서는 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 나노 섬유층(20)은 제2 나노 섬유층(30) 보다 얇다.

2.실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 장치(100)의 구성

계속해서, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 장치(100)의 구성을 설명한다.

도 2는 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 장치(100)의 정면도이다. 또한, 도 2에서는 일부의 부재(하우징체(200)나 원료 탱크(232) 등)는 단면도로서 도시하고 있다.

세퍼레이터 제조 장치(100)는 반송 장치(110), 제1 전계 방사 장치(120), 제2 전계 방사 장치(121), 및 접합 장치(130)를 구비한다. 세퍼레이터 제조 장치(100)는 제1 전계 방사 장치(120) 및 제2 전계 방사 장치(121)를 각각 1개씩 구비한다.

반송 장치(110)는 기재층(10)을 소정의 반송 속도로 반송한다. 반송 장치(110)는 기재층(10)을 투입하는 투입 롤러(111), 기재층(10)을 감는 감기 롤러(112), 기재층(10)의 당김을 조정하는 텐션 롤러(113, 118) 및 투입 롤러(111)와 감기 롤러(112)의 사이에 위치하는 보조 롤러(114)를 구비한다. 투입 롤러(111) 및 감기 롤러(112)는 도시하지 않은 구동 모터에 의해 회전 구동되는 구조로 되어 있다.

제1 전계 방사 장치(120)는 전계 방사법에 의해, 기재층(10)의 한쪽 면(실시형태 1에서는 아래쪽 면)에 제1 나노 섬유(22)를 포함하는 제1 나노 섬유층(20')을 형성하는 기구를 갖는다(후술하는 도 4의 (b) 참조).

제1 전계 방사 장치(120)는 도 2에 도시한 바와 같이, 하우징체(200), 노즐 유닛(210), 폴리머 용액 공급부(230), 컬렉터(250), 전원 장치(260), 및 보조 벨트 장치(270)를 구비한다. 제1 전계 방사 장치(120)는 후술하는 복수의 상부방향 노즐(220)의 토출구로부터 폴리머 용액을 오버플로우시키면서 토출하여 제1 나노 섬유층(20')을 형성한다.

하우징체(200)는 도전체로 이루어진다.

노즐 유닛(210)은 복수의 상부방향 노즐(220)을 갖는다.

상부방향 노즐(220)은 폴리머 용액 공급부(230)로부터 공급되는 「제1 나노섬유(22)의 원료를 용해한 폴리머 용액(열접합성을 가진 수지의 폴리머 용액)」을 토출구로부터 토출하는 노즐이다. 상부방향 노즐(220)은 폴리머 용액을 토출구로부터 상부방향으로 토출한다. 상부방향 노즐(220)을 구성하는 재료로서는 도전체를 이용할 수 있고, 예를 들면, 구리, 스텐레스강, 알루미늄 등을 이용할 수 있다.

상부방향 노즐(220)은 예를 들면, 1.5cm~6.0cm의 피치로 배열되어 있다. 상부방향 노즐(220)의 수는 예를 들면, 36개(종횡 동수로 배열한 경우, 6개×6개)~ 21904개(종횡 동수로 배열한 경우, 148개×148개)로 할 수 있다.

또한, 실시형태 1에서는 노즐로서 상부방향 노즐(220)을 이용하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 노즐로서 횡방향 노즐을 이용해도 좋고, 하부방향 노즐을 이용해도 좋다.

폴리머 용액 공급부(230)는 폴리머 용액을 노즐 유닛(210)에 공급한다. 폴리머 용액 공급부(230)는 원료 탱크(232), 교반장치(233) 및 공급 장치(234)를 구비한다. 제1 전계 방사 장치(120)의 원료 탱크(232)에는 제1 나노 섬유(22)의 원료를 용해한 폴리머 용액이 들어간다.

컬렉터(250)는 노즐 유닛(210)의 상방에 배치되어 있다. 컬렉터(250)는 도전체로 이루어지고, 도 2에 도시한 바와 같이, 절연부재(252)를 통해 하우징체(200)에 장착되어 있다.

전원 장치(260)는 상부방향 노즐(220)과 컬렉터(250)의 사이에 고전압을 인가한다. 전원 장치(260)의 양극은 컬렉터(250)에 접속되고, 전원 장치(260)의 음극은 하우징체(200)을 통해 노즐 유닛(210)에 접속되어 있다.

보조 벨트 장치(270)는 기재층(10)의 반송 속도에 동기하여 회전하는 보조 벨트(272)와, 보조 벨트(272)의 회전을 돕는 5개의 보조 벨트용 롤러(274)를 구비한다. 5개의 보조 벨트용 롤러(274) 중 1개 또는 2개 이상의 보조 벨트용 롤러가 구동 롤러이고, 나머지 보조 벨트용 롤러가 종동 롤러이다. 컬렉터(250)와 기재층(10)의 사이에 보조 벨트(272)가 설치되어 있으므로 기재층(10)은 양의 고전압이 인가되어 있는 컬렉터(250)에 당겨지지 않고 원활하게 반송되게 된다.

제2 전계 방사 장치(121)는 전계 방사법에 의해, 제2 나노 섬유(32)의 원료를 용해한 폴리머 용액에 무기 입자(34)를 혼합한 혼합 폴리머 용액을 이용하여 제1 나노 섬유층(20')의 표면에, 「제2 나노 섬유(32) 및 무기 입자(34)를 포함하는 제2 나노 섬유층(30)」을 형성하는 기구를 갖는다.

제2 전계 방사 장치(121)는 자세한 설명은 생략하지만, 기본적인 기계적 구성은 제1 전계 방사 장치(120)와 동일하지만, 제2 나노 섬유층을 형성하기 위해 세부의 구조가 다르다. 도 2에서는 설명을 간단히 하기 위해, 제2 전계 방사 장치(121)의 구성 요소에 대해서는 기본적인 구성 및 역할이 제1 전계 방사 장치(120)의 상당하는 구성 요소와 동일한 것에는 동일한 부호를 붙였다.

또한, 제2 전계 방사 장치(121)의 원료 탱크(232)에는, 제2 나노 섬유(32)의 원료를 용해한 폴리머 용액에 무기 입자(34)를 혼합한 혼합 폴리머 용액이 들어간다.

제2 전계 방사 장치(121)에는 제2 나노 섬유(32)의 원료를 용해한 폴리머 용액에 무기 입자(34)를 혼합한 혼합 폴리머 용액을 이용하여 기재층(10)의 한쪽 면에, 「제2 나노 섬유(32) 및 무기 입자(34)를 포함하는 제2 나노 섬유층(30)」을 형성하는 기구 중 하나로서, 무기 입자(34) 보다도 큰 직경을 가진다. 구체적으로는 무기 입자(34)의 입자 직경에 대해 100배 이상의 직경을 가진 것이 바람직하다.

접합 장치(130)는 제1 나노 섬유(22)를 이용하여 기재층(10)과 제2 나노 섬유층(30)을 접합하는 장치이다. 접합 장치(130)는 기재층(10), 제1 나노 섬유층(20), 및 제2 나노 섬유층(30)을 적층한 상태로 열압착하는 열접합 장치로 이루어진다. 접합 장치(130)로서는 도 2에 도시한 바와 같이, 캘린더롤을 구비한 열접합 장치를 예시할 수 있다. 또한, 가열하기 위한 수단으로서는 예를 들면, 캘린더롤 내에 히터 기능(도시하지 않음)을 넣은 것을 이용할 수 있지만, 그 외에도 예를 들면, 저항 가열기, 적외선 가열기, 건조기, 열풍 발생기 등을 이용하는 것도 가능하다. 또한, 도 2에서 캘린더롤은 상하 1개씩의 롤러에 의해 제2 적층체(50)를 끼우는 구성의 것을 예시했지만, 이와 같은 구성에 한정되지 않고, 상하 2개씩의 롤러가 존재하는 것 등 여러 가지 구성을 가진 캘린더롤을 사용할 수 있다.

3.실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 방법

계속해서, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 방법을 설명한다.

도 3은 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 방법의 플로우차트이다.

도 4는 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.도 4의 (a)는 기재 준비 공정(S1)시의 기재(10)의 확대 단면도이고, 도 4의 (b)는 제1 전계 방사 공정(S2) 후의 제1 적층체(40)의 확대 단면도이며, 도 4의 (c)는 제2 전계 방사 공정(S3) 후의 제2 적층체의 확대 단면도이다.

도 5는 실시형태 1의 접합 공정(S4)을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 도 5의 (a)는 접합 공정(S4) 전의 확대 모식도이고, 도 5의 (b)는 접합 공정(S4) 후의 확대 모식도이다.

실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 방법은 도 3에 도시한 바와 같이, 기재층 준비 공정(S1)과, 제1 전계 방사 공정(S2)과, 제2 전계 방사 공정(S3)과, 접합 공정(S4)를 이 순서로 포함한다. 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 방법은 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 장치(100)를 이용하여 실시한다.

1. 기재층 준비 공정( S1 )

기재 준비 공정(S1)은 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 기재층(10)을 준비하는 공정이다. 실시형태 1에서는 기재층(10)은 장척 시트의 형태를 취하고 있다. 또한, 본 발명의 세퍼레이터 제조 방법에서는 장척 시트 이외의 형태를 취하는 여러 가지 형상의 기재층을 이용할 수도 있다.

실시형태 1에서는 기재층(10)의 준비 후, 장척 시트인 기재층(10)을 반송 장치(110)에 설정하고, 기재층(10)을 투입 롤러(111)로부터 소정의 반송 속도로 반송시킨다.

2.제1 전계 방사 공정( S2 )

제1 전계 방사 공정(S2)은 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 전계 방사법에 의해 제1 나노 섬유(22)의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 기재층(10)의 한쪽(아래쪽 면)에 제1 나노 섬유(22)를 포함하는 제1 나노 섬유층(20')」을 형성하는 공정이다.

구체적으로는 우선 폴리머 용액을, 제1 전계 방사 공정(120)의 폴리머 용액 공급부(230)를 통해 노즐 유닛(210)으로 공급한다. 계속해서, 컬렉터(250)와 노즐 유닛(210)의 사이에 전압을 가해, 상부방향 노즐(220)로부터 폴리머 용액을 토출시키고, 장척 시트인 기재층(10)의 아래쪽 면에 제1 나노 섬유층(20')을 형성하여, 제1 적층체(40)로 한다.

제1 전계 방사 공정(S2)은 상기 전계 방사 장치(120)를 이용하여 실시한다.

3.제2 전계 방사 공정( S3 )

제2 전계 방사 공정(S3)은 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 전계 방사법에 의해 제2 나노 섬유(32)의 원료를 용해한 폴리머 용액에 무기 입자(34)를 혼합한 혼합 폴리머 용액을 이용하여, 제1 적층체(40)의 제1 나노 섬유층(20')의 표면에, 「제2 나노 섬유(32) 및 무기 입자(34)를 포함하는 제2 나노 섬유층(30)」을 형성하는 공정이다.

구체적으로는 우선 폴리머 용액을, 제2 전계 방사 공정(121)의 폴리머 용액 공급부(230)를 통해 노즐 유닛(210)으로 공급한다. 계속해서, 컬렉터(250)와 노즐 유닛(210)의 사이에 전압을 가해, 상부방향 노즐(220)로부터 폴리머 용액을 토출시키고, 이미 형성되어 있는 제1 나노 섬유층(20')의 아래쪽 면에 제2 나노 섬유층(30)을 형성하여, 제2 적층체(50)로 한다.

제2 전계 방사 공정(S3)은 상기 전계 방사 장치(121)를 이용하여 실시한다.

4.접합 공정( S4 )

접합 공정(S4)은 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 나노 섬유(22)를 이용하여, 기재층(10)과 제2 나노 섬유층(30)을 접합하는 공정이다. 접합 공정(S4)은 기재층(10), 제1 나노 섬유층(20), 및 제2 나노 섬유층(30)을 적층한 상태로 열압착하는 열접합 공정으로서, 상기 열접합 공정에 의해 제1 나노 섬유(22)의 적어도 일부를 열로 용융시켜, 기재층(10)과 제2 나노 섬유층(30)을 제1 나노 섬유(22)로 접합한다.

접합 공정(S4)은 상기 접합 장치(130)를 이용하여 실시한다.

이하, 실시형태 1의 방사 조건을 예시적으로 나타낸다.

제1 나노 섬유(22)의 재료로서는 열접합성을 가진 수지, 예를 들면, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리락트산(PLA), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리아세트산비닐(PVAc), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리아미드(PA), 폴리우레탄(PUR), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리이미드(PI), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산글리콜산(PLGA) 등을 이용할 수 있다.

제2 나노 섬유(32)의 원료로서는 예를 들면, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리락트산(PLA), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리아세트산비닐(PVAc), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리아미드(PA), 폴리우레탄(PUR), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리이미드(PI), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산글리콜산(PLGA), 실크, 셀룰로스, 키토산 등을 이용할 수 있다.

각종 폴리머 용액을 제조하기 위한 용매로서는 예를 들면, 디클로로메탄, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭시드, 메틸에틸케톤, 클로로포름, 아세톤, 물, 포름산, 아세트산, 시클로헥산, THF 등을 이용할 수 있다. 또한, 용매로서 복수 종류의 용매를 혼합하여 이용해도 좋다. 폴리머 용액에는 도전성 향상제 등의 첨가제를 함유 시켜도 좋다.

반송 속도는 예를 들면 0.2m/분~100m/분으로 설정할 수 있다. 상부방향 노즐(220)과 컬렉터(250)와 노즐 유닛(210)에 인가하는 전압은 10kV~80kV로 설정할 수 있고, 50kV 부근으로 설정하는 것이 바람직하다.

방사 구역의 온도는 예를 들면 25로 설정할 수 있다. 방사 구역의 습도는 예를 들면 30%로 설정할 수 있다.

이하, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1), 세퍼레이터 제조 장치(100) 및 세퍼레이터 제조 방법의 효과를 기재한다.

실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)에 의하면, 제1 나노 섬유(22)를 포함하는 제1 나노 섬유층(20)을 갖고, 기재층(10)과 제2 나노 섬유층(30)이 제1 나노 섬유(22)에 의해 접합되어 있으므로, 기재층과 제2 나노 섬유층(종래의 나노 섬유층에 상당)이 박리하는 것을 억제하는 것이 가능해지고, 그 결과, 제2 나노 섬유층이 세퍼레이터의 제조 과정에서 박리하여 손상되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)에 의하면, 무기 입자(34)를 포함하는 제2 나노 섬유층(30)을 가지므로, 종래의 세퍼레이터와 마찬가지로 높은 열적 안정성과 전해액에 대한 높은 친화성을 가진 세퍼레이터로 하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)에 의하면, 각각 다른 성질을 가진 기재층(10)과 나노 섬유층(30)을 이용함으로써, 종래의 세퍼레이터와 마찬가지로 다양한 성질을 가진 세퍼레이터로 하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)에 의하면, 기재층(10)이 가진 성질에 제2 나노 섬유층(30)이 가진 성질(넓은 표면적이나 미세한 틈 등)을 부가함으로써, 종래의 세퍼레이터와 마찬가지로 더 다양한 성질을 가진 세퍼레이터로 하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)에 의하면, 기재층이나 제2 나노 섬유층과 다른 성질을 가진 제1 나노 섬유층을 이용함으로써, 세퍼레이터에 제1 나노 섬유층이 가진 성질을 더 부가하고, 더 다양한 성질을 가진 세퍼레이터로 하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)에 의하면, 섬유의 평균 직경이나 틈이 미세한 제2 나노 섬유층(30)을 구비하므로, 종래의 세퍼레이터와 마찬가지로 일반적인 섬유층을 가진 세퍼레이터와 비교하여, 높은 전해액 흡수성, 낮은 이온 저항성 및 높은 덴드라이트 내성을 갖고, 또한 총 두께가 얇은 세퍼레이터로 하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)에 의하면, 제1 나노 섬유(22)는 열접합성을 가진 수지로 이루어지므로, 기재층과 제2 나노 섬유층을 가열함으로써 용이하게 접합하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)에 의하면, 열접합성을 가진 수지의 융점이 기재층(10)을 구성하는 재료의 융점 및 제2 나노 섬유층(30)을 구성하는 재료의 융점 중 어느 것보다도 낮으므로, 기재층을 구성하는 재료의 융점 및 제2 나노 섬유층을 구성하는 재료의 융점과 열접합성을 가진 수지의 융점 사이의 온도로 가열하는 것에 의해 제1 나노 섬유를 선택적으로 용융하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)에 의하면, 열접합성을 가진 수지의 융점이 기재층(10)을 구성하는 재료의 융점 및 제2 나노 섬유층(30)을 구성하는 지료의 융점 중 어느 것보다도 10℃ 이상 낮기 때문에, 기재층을 구성하는 재료의 융점 및 제2 나노 섬유층을 구성하는 재료의 융점과, 열접합성을 가진 수지의 융점에 충분한 차가 있으므로, 가열하는 것에 의해 제1 나노 섬유를 선택적으로 용융하는 것이 용이하게 가능해진다.

또한, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)에 의하면, 제1 나노 섬유(22)의 평균 직경이 50nm~1000nm의 범위 내이므로, 기재층과 제2 나노 섬유층이 충분한 강도로 접합된 상태가 되고, 또한 세퍼레이터의 통액성이 저하되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)에 의하면, 제2 나노 섬유(32)의 평균 직경은 제1 나노 섬유(22)의 평균 직경 보다도 크고, 또한 80nm~3000nm의 범위 내이므로, 가열하는 것에 의해 제2 나노 섬유가 받는 영향을 억제하고, 또한 나노 섬유로서의 성질(넓은 표면적이나 미세한 틈 등)을 손상시키지 않도록 하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)에 의하면, 제2 나노 섬유(30)가 제1 나노 섬유층(20)보다 두꺼우므로, 세퍼레이터에 있어서 나노 섬유층이 가진 성질(넓은 표면적이나 미세한 틈 등)을 부가하는 것이 주로 제2 나노 섬유층이 되고, 안정된 성능을 가진 세퍼레이터로 하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)에 의하면, 제1 나노 섬유(22) 및 제2 나노 섬유(32)가 전계 방사법에 의해 얻어진 것이므로, 원하는 성질(조성, 두께, 밀도, 각 나노 섬유의 평균 직경, 용융 온도, 용매에 대한 용해성 등)을 가진 제1나노 섬유층 및 제2 나노 섬유층을 형성하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)에 의하면, 무기 입자(34)의 평균 직경이 5nm~1000nm의 범위 내이므로, 무기 입자의 취급을 용이하게 하는 것이 가능해지고, 또한 제2 나노 섬유층의 공간 구조가 붕괴되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)에 의하면, 무기 입자(34)가 무기 산화물, 무기 질화물 또는 무기 탄화물로 이루어지므로, 더 높은 열적 안정성과 전해액에 대한 더 높은 친화성을 가진 세퍼레이터로 하는 것이 가능해진다.

실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 장치(100)에 의하면, 제1 전계 방사 장치(120), 제2 전계 방사 장치(121), 및 접합 장치(130)을 구비하므로, 상기 실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)를 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 장치(100)에 의하면, 접합 장치(130)는 기재층(10), 제1 나노 섬유층(20), 및 제2 나노 섬유층(30)을 적층한 상태로 열압착하는 열접합 장치로 이루어지므로, 열접합성을 가진 수지로 이루어진 제1 나노 섬유를 이용한 경우에 있어서, 기재층과 제2 나노 섬유층을 가열에 의해 접합하는 것이 가능해진다.

실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 방법에 의하면, 기재층 준비 공정(S1)과, 제1 전계 방사 공정(S2)과, 제2 전계 방사 공정(S3)과, 접합 공정(S4)을 이 순서로 포함하므로, 상기 실시형태 1에 따른 세퍼레이터(1)를 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 방법에 의하면, 접합 공정(S4)은 기재층(10), 제1 나노 섬유층(20), 및 제2 나노 섬유층(30)을 적층한 상태로 열압착하는 열접합 공정으로서, 상기 열접합 공정에 의해 제1 나노 섬유(22)의 적어도 일부를 열로 용융시켜 기재층(10)과 나노 섬유층(30)을 제1 나노 섬유(22)로 접합하므로, 열접합성을 가진 수지로 이루어진 제1 나노 섬유를 이용한 경우에 있어서, 기재층과 제2 나노 섬유층을 가열에 의해 접합하는 것이 가능해진다.

[실시형태 2]

도 6은 실시형태 2에 따른 세퍼레이터 제조 장치(102)의 정면도이다.

도 7은 실시형태 2에 따른 세퍼레이터 제조 방법의 플로우차트이다.

도 8은 실시형태 2에 따른 제2 전계 방사 공정(S13) 및 무기 입자 함유화 공정(S14)을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 도 8의 (a)는 전계 방사 공정(S13) 후의 확대 모식도이고, 도 8의 (b)는 무기 입자 함유화 공정(S14) 후의 확대 모식도이다.

실시형태 2에서는 세퍼레이터(1)을 제조하기 위한 세퍼레이터 제조 장치 및 세퍼레이터 제조 방법으로서, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 장치(100) 및 세퍼레이터 제조 방법과는 다른 것을 설명한다.

실시형태 2에 따른 세퍼레이터 제조 장치(102)는, 기본적으로는 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 장치(100)와 동일한 구성을 갖지만, 제2 전계 방사 장치의 구성과 무기 입자 함유화 장치를 더 구비하는 것이 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 장치(100)의 경우는 다르다. 이하, 상세히 설명한다.

세퍼레이터 제조 장치(102)의 제2 전계 방사 장치(122)는 도 6에 도시한 바와 같이, 실시형태 1의 제2 전계 방사 장치(121)와 기본적으로 동일한 구성을 갖지지만, 접합 나노 섬유(22)의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 제1 나노 섬유층(20')의 표면에 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)을 형성하는 기구를 갖는 점이 다르다.

제2 전계 방사 장치(122)는 자세한 설명은 생략하지만, 기본적인 기계적 구성은 제2 전계 방사 장치(121)와 동일하지만, 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)을 형성하므로 세부 구조가 다르다. 도 6에서는 설명을 간단히 하기 위해, 제2 전계 방사 장치(122)의 구성요소에 대해, 기본적인 구성 및 역할이 제2 전계 방사 장치(121)의 상당하는 구성요소와 동일한 것에는 동일한 부호를 붙였다.

또한, 제2 전계 방사 장치(122)의 원료 탱크(232)에는, 제2 나노 섬유(32)의 원료를 용해한 폴리머 용액이 들어간다.

무기 입자 함유화 장치(140)는 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)에 무기 입자(34)을 더 포함시키고 「제2 나노 섬유(32) 및 무기 입자(34)를 포함하는 제2 나노 섬유층(30)」을 형성하는 기구를 가진 장치이다(도 8 참조). 구체적으로는 무기 입자 함유화 장치(140)는 제2 전계 방사 장치(122)와 접합 장치(130)의 사이에 배치되고, 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)을 향해, 용매와 함께 무기 입자(34)를 분사하는 장치이다. 상기 용매로서는 각 나노 섬유를 손상시키지 않는 것을 이용할 수 있다. 이용할 수 있는 용매는 이용하는 나노 섬유의 종류에 따라서 다르지만, 예를 들면, 각종 알칸, 아세톤, 물, 시클로헥산, THF 등을 이용할 수 있다. 또한, 용매로서 복수 종류의 용매를 혼합하여 이용해도 좋다. 또한, 용매를 이용하지 않고, 무기 입자만을 분사해도 좋다.

실시형태 2에 따른 세퍼레이터 제조 방법은 기본적으로는 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 방법과 동일한 방법이지만, 제2 전계 방사 공정의 내용 및 무기 입자 함유화 공정을 더 포함하는 점이 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 방법의 경우와는 다르다. 이하, 상세히 설명한다.

실시형태 2에 따른 세퍼레이터 제조 방법은 도 7에 도시한 바와 같이, 기재층 준비 공정(S11)과, 제1 전계 방사 공정(S12)과, 제2 전계 방사 공정(S13)과, 무기 입자 함유화 공정(S14)과, 접합 공정(S15)를 이 순서로 포함한다.

이 중, 기재층 준비 공정(S11)은 실시형태 1의 기재층 준비 공정(S1)과 동일한 공정이다. 또한, 제1 전계 방사 공정(S12)은 실시형태 1의 제1 전계 방사 공정(S2)과 동일한 공정이다. 또한, 접합 공정(S15)은 실시형태 1의 접합 공정(S4)과 동일한 공정이다. 따라서, 이들 공정에 대한 설명은 생략한다.

제2 전계 방사 공정(S13)은 전계 방사법에 의해, 제2 나노 섬유(32)의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 제1 나노 섬유층(20')의 표면에 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)을 형성하는 공정이다(도 8 참조).

실시형태 2에서는 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)의 형성은 상기 제2 전계 방사 장치(122)를 이용하여 실시한다.

무기 입자 함유화 공정(S14)은, 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)에 무기 입자(34)를 더 포함시키고, 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)을 「제2 나노 섬유(32) 및 무기 입자(34)를 포함하는 제2 나노 섬유층(30))」을 형성하는 공정이다.

무기 입자 함유화 공정(S14)은 상기 무기 입자 함유화 장치(140)를 이용하여 실시한다.

실시형태 2에 따른 세퍼레이터 제조 장치(102)에 의하면, 상기와 같이 제1 전계 방사 장치(120), 제2 전계 방사 장치(122), 무기 입자 함유화 장치(140), 및 접합 장치(130)를 구비하므로, 세퍼레이터(1)을 제조하는 것이 가능해진다.

실시형태 2에 따른 세퍼레이터 제조 방법에 의하면, 상기와 같이 기재층 준비 공정(S11)과, 제1 전계 방사 공정(S12)과, 제2 전계 방사 공정(S13)과, 무기 입자 함유화 공정(S14)과, 접합 공정(S15)을 이 순서로 포함하므로, 세퍼레이터(1)를 제조하는 것이 가능해진다.

[실시형태 3]

도 9는 실시형태 3에 따른 세퍼레이터 제조 장치(104)의 정면도이다.

도 10은 실시형태 3에 따른 세퍼레이터 제조 방법의 플로우차트이다.

실시형태 3에서는 세퍼레이터(1)를 제조하기 위한 세퍼레이터 제조 장치 및 세퍼레이터 제조 방법으로서, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 장치(100) 및 세퍼레이터 제조 방법과는 다르고, 또한 실시형태 2에 따른 세퍼레이터 제조 장치(102) 및 세퍼레이터 제조 방법과도 다른 것을 설명한다.

실시형태 3에 따른 세퍼레이터 제조 장치(104)는 기본적으로는 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 장치(100)와 동일한 구성을 갖지만, 제2 전계 방사 장치의 구성이 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 장치(100)의 경우와는 다르다. 이하, 상세히 설명한다.

세퍼레이터 제조 장치(104)의 제2 전계 방사 장치(123)는 도 9에 도시한 바와 같이, 실시형태 1의 제2 전계 방사 장치(121)와 기본적으로 동일한 구성을 갖지만, 제2 나노 섬유(32)의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 제1 나노 섬유층(20')의 표면에 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)을 형성하는 기구를 갖고, 또한 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)의 형성 후에 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)에 무기 입자(34)를 포함시키고, 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)을 「제2 나노 섬유(32) 및 무기 입자(34)를 포함하는 제2 나노 섬유층(30)」으로 하는 기구를 갖는 점이 다르다.

제2 전계 방사 장치(123)는 상세한 설명은 생략하지만, 기본적인 기계적 구성은 제2 전계 방사 장치(121)와 동일하지만, 노즐 유닛(210)의 직후에 무기 입자 함유화 장치(142)를 더 구비한다. 도 9에서는 설명을 간단히 하기 위해, 제2 전계 방사 장치(123)의 구성 요소에 대해, 기본적인 구성 및 역할이 제2 전계 방사 장치(121)의 상당하는 구성 요소와 동일한 것에는 동일한 부호를 붙였다.

또한, 제2 전계 방사 장치(123)의 원료 탱크(232)에는 제2 나노 섬유(32)의 원료를 용해한 폴리머 용액이 들어간다.

무기 입자 함유화 장치(142)는 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)에 무기 입자(34)을 포함시키고, 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)을 「제2 나노 섬유(32) 및 무기 입자(34)를 포함하는 제2 나노 섬유층(30)」으로 하는 기구를 갖는 장치이다. 무기 입자 함유화 장치(142)는 제2 전계 방사 장치(123)의 일부인 것 이외에 대해서는 실시형태 2의 무기 입자 함유화 장치(140)와 기본적으로 동일한 구성을 가지므로, 자세한 설명은 생략한다.

실시형태 3에 따른 세퍼레이터 제조 방법은 기본적으로는 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 방법과 동일한 방법이지만, 제2 전계 방사 공정의 내용이 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 방법의 경우와는 다르다. 이하, 상세히 설명한다.

실시형태 3에 따른 세퍼레이터 제조 방법은 도 10에 도시한 바와 같이, 기재층 준비 공정(S21)과, 제1 전계 방사 공정(S22)과, 제2 전계 방사 공정(S23)과, 접합 공정(S24)을 이 순서로 포함한다.

이 중, 기재층 준비 공정(S21)은 실시형태 1의 기재층 준비 공정(S1)과 동일한 공정이다. 또한, 제1 전계 방사 공정(S22)은 실시형태 1의 제1 전계 방사 공정(S2)과 동일한 공정이다. 또한, 접합 공정(S4)은 실시형태 1의 접합 공정(S4)과 동일한 공정이다. 따라서, 이들 공정에 대한 설명은 생략한다.

제2 전계 방사 공정(S23)은 전계 방사법에 의해, 제2 나노 섬유(32)의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 제1 나노 섬유층(20')의 표면에 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)을 형성하고, 또한 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)의 형성 후에 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)에 무기 입자(34)를 포함시키고, 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)을 「제2 나노 섬유(32) 및 무기 입자(34)를 포함하는 제2 나노 섬유층(30)」으로 하는 공정이다.

실시형태 3에서는 제2 나노 섬유층(30)의 형성은 상기 제2 전계 방사 장치(123)를 이용하여 실시한다.

실시형태 3에 따른 세퍼레이터 제조 장치(104)에 의하면, 상기와 같이 제1 전계 방사 장치(120)와, 제2 전계 방사 장치(123)와, 접합 장치(130)를 구비하므로, 세퍼레이터(1)을 제조하는 것이 가능해진다.

실시형태 3에 따른 세퍼레이터 제조 방법에 의하면, 상기와 같이 기재층 준비 공정(S21)과, 제1 전계 방사 공정(S22)과, 제2 전계 방사 공정(S23)과, 접합 공정(S24)을 이 순서로 포함하므로, 세퍼레이터(1)를 제조하는 것이 가능해진다.

[실시형태 4]

도 11은 실시형태 4에 따른 세퍼레이터 제조 장치(106)의 정면도이다.

도 12는 실시형태 4에 따른 세퍼레이터 제조 방법의 플로우차트이다.

실시형태 4에서는 세퍼레이터(1)를 제조하기 위한 세퍼레이터 제조 장치 및 세퍼레이터 제조 방법으로서, 실시형태 1에 따른 세퍼레이터 제조 장치(100) 및 세퍼레이터 제조 방법과 다르고, 또한, 실시형태 2에 따른 세퍼레이터 제조 장치(102) 및 세퍼레이터 제조 방법과 다르며, 또한, 실시형태 3에 따른 세퍼레이터 제조 장치(104) 및 세퍼레이터 제조 방법과도 다른 것을 설명한다.

실시형태 4에 따른 세퍼레이터 제조 장치(104)는 기본적으로는 실시형태 2에 따른 세퍼레이터 제조 장치(102)와 동일한 구성을 갖지만, 무기 입자 함유화 장치와 접합 장치의 위치가 실시형태 2에 따른 세퍼레이터 제조 장치(102)의 경우와는 다르다. 이하, 상세히 설명한다.

세퍼레이터 제조 장치(106)에서는 도 11에 도시한 바와 같이, 무기 입자 함유화 장치(140)와 접합 장치(130)의 위치가 세퍼레이터 제조 장치(102)와는 반대로 되어 있다. 이 때문에, 실시형태 4에서는 접합 장치(130)는 제1 나노 섬유(22)에 의해 기재층(10)과 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)을 접합하는 장치이며, 무기 입자 함유화 장치(140)는 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층에 무기 입자(34)를 포함시키고, 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층을 「제2 나노 섬유(32) 및 무기 입자(34)를 포함하는 제2 나노 섬유층(30)」으로 하는 기구를 가진 장치이다. 또한, 실시형태 4에서 접합 장치(130)는 기재층(10)과, 제1 나노 섬유층(20)과, 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)을 적층한 상태로 열압착하는 열접합 장치로 이루어진다.

실시형태 4에 따른 세퍼레이터 제조 방법은 기본적으로는 실시형태 2에 따른 세퍼레이터 제조 방법과 동일한 방법이지만, 무기 입자 함유화 장치와 접합 장치의 순서가 실시형태 2에 따른 세퍼레이터 제조 방법의 경우와는 다르다. 이하, 상세히 설명한다.

실시형태 4에 따른 세퍼레이터 제조 방법은 도 12에 도시한 바와 같이, 기재층 준비 공정(S31)과, 제1 전계 방사 공정(S32)과, 제2 전계 접합 공정(S33)과, 접합 공정(S34)과, 무기 입자 함유화 공정(S35)을 이 순서로 포함한다.

이 중, 기재층 준비 공정(S31)은 실시형태 2의 기재층 준비 공정(S11)과 동일한 공정이다. 또한, 제1 전계 방사 공정(S32)은 실시형태 2의 제1 전계 방사 공정(S12)과 동일한 공정이다. 또한, 제2 전계 방사 공정(S33)은 실시형태 2의 제2 전계 방사 공정(S13)과 동일한 공정이다. 따라서, 이들 공정에 대한 설명은 생략한다.

실시형태 4에 따른 세퍼레이터 제조 방법은 상기 세퍼레이터 제조 장치(106)를 이용하여 실시한다.

접합 공정(S34)은 제1 나노 섬유(22)에 의해 기재층(10)과 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)을 접합하는 공정이다. 접합 공정(S34)은 기재층(10)과, 제1 나노 섬유층(20)과, 제2 나노 섬유를 포함하는 층(31)을 적층한 상태로 열압착하는 열 접합 공정으로서, 상기 열 접합 공정에 의해 제1 나노 섬유(22)의 적어도 일부를 열로 용융시켜 기재층(10)과 제2 나노 섬유를 포함하는 층(31)을 제1 나노 섬유(22)로 접합한다.

접합 공정(S34)은 상기 접합 장치(130)를 이용하여 실시한다.

무기 입자 함유화 공정(S35)은 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층에 무기 입자(34)를 더 포함시키고, 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층을 「제2 나노 섬유(32) 및 무기 입자(34)를 포함하는 제2 나노 섬유층(30)」으로 하는 공정이다.

무기 입자 함유화 공정(S35)은 상기 무기 입자 함유화 장치(140)를 이용하여 실시한다.

실시형태 4에 따른 세퍼레이터 제조 장치(106)에 의하면, 상기와 같이 제1 전계 방사 장치(120), 제2 전계 방사 장치(122), 접합 장치(130), 및 무기 입자 함유화 장치(140)를 구비하므로, 세퍼레이터(1)를 제조하는 것이 가능해진다.

실시형태 4에 따른 세퍼레이터 제조 방법에 의하면, 상기와 같이 기재층 준비 공정(S31), 제1 전계 방사 공정(S32), 제2 전계 방사 공정(S33), 접합 공정(S34), 및 무기 입자 함유화 공정(S35)을 이 순서로 포함하므로, 세퍼레이터(1)를 제조하는 것이 가능해진다.

이상, 본 발명을 상기 실시형태에 기초하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않는다. 그 취지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지 형태로 실시하는 것이 가능하고, 예를 들면, 다음과 같은 변형도 가능하다.

(1) 상기 각 실시형태의 각 구성요소의 수, 위치 관계, 크기는 예시이며, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다.

(2) 상기 각 실시형태에서는 기재층(10), 제1 나노 섬유층(20) 및 제2 나노 섬유층(30)으로 이루어진 세퍼레이터를 예를 들어 본 발명의 세퍼레이터를 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 기재층, 제1 나노 섬유층 및 제2 나노 섬유층 이외의 구성요소(보강부재 등)를 더 구비하는 세퍼레이터로 해도 좋다.

(3) 상기 각 실시형태에 따른 세퍼레이터(1)는 각 실시형태에 따른 세퍼레이터 제조 장치를 이용하여 제조했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 세퍼레이터는 제1 전계 방사 장치, 제2 전계 방사 장치 및 접합 장치가 각각 별체로 되어 있는 세퍼레이터 제조 장치를 이용하여 제조해도 좋다. 이와 같이, 본 발명의 세퍼레이터는 여러 가지 세퍼레이터 제조 장치를 이용하여 제조할 수 있다.

(4) 상기 실시형태에 따른 세퍼레이터(1)는 각 실시형태에 따른 세퍼레이터 제조 방법에 의해 제조했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 세퍼레이터는 제1 전계 방사 공정과 제2 전계 방사 공정을 동시에 실시하는 세퍼레이터 제조 방법에 의해 제조해도 좋다. 이와 같이, 본 발명의 세퍼레이터는 여러 가지 세퍼레이터 제조 방법을 이용하여 제조할 수 있다.

(5) 상기 각 실시형태에 따른 세퍼레이터 제조 방법은 각 실시형태에 따른 세퍼레이터 제조 장치를 이용하여 실시했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 세퍼레이터 제조 방법은 제1 전계 방사 장치, 제2 전계 방사 장치 및 접합 장치가 각각 별체로 되어 있는 세퍼레이터 제조 장치를 이용하여 실시해도 좋다. 이와 같이, 본 발명의 세퍼레이터 제조 방법은 여러 가지 세퍼레이터 제조 장치를 이용하여 실시할 수 있다.

(6) 상기 실시형태 3에서는 제2 나노 섬유층(32)의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 제1 나노 섬유층(20)의 표면에 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)을 형성하는 기구를 갖고, 또한 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)의 형성 후에 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)에 무기 입자(34)를 포함시키고, 제2 나노 섬유(32)를 포함하는 층(31)을 「제2 나노 섬유(32) 및 무기 입자(34)를 포함하는 제2 나노 섬유층(30)」으로 하는 기구를 갖는 제2 전계 방사 장치(123)를 이용했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 제2 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 제1 나노 섬유층의 표면에 제2 나노 섬유를 포함하는 층을 형성하는 기구를 갖고, 또한, 제2 나노 섬유를 포함하는 층의 형성중에 제2 나노 섬유를 포함하는 층에 무기 입자를 포함시키고, 제2 나노 섬유를 포함하는 층을 「제2 나노 섬유 및 무기 입자를 포함하는 제2 나노 섬유층」으로 하는 기구를 갖는제2 전계 방사 장치를 이용해도 좋다. 이와 같은 제2 전계 방사 장치로서는 예를 들면, 무기 입자 함유화 장치가 복수의 노즐의 노즐 사이에 배치되어 있는 제2 전계 방사 장치나, 무기 입자 함유화 장치가 노즐 유닛의 측면측에 배치되어 있는 제2 전계 방사 장치 등을 이용할 수 있다.

(7) 상기 (6)의 경우에서는 제2 전계 방사 공정으로서 전계 방사법에 의해, 제2 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 제1 나노 섬유층의 표면에 제2 나노 섬유를 포함하는 층을 형성하고, 또한 제2 나노 섬유를 포함하는 층의 형성중에 제2 나노 섬유를 포함하는 층에 무기 입자를 포함시키고, 제2 나노 섬유를 포함하는 층을 「제2 나노 섬유 및 무기 입자를 포함하는 제2 나노 섬유층」으로 하는 제2 전계 방사 공정을 실시함으로써 세퍼레이터를 얻을 수 있다.

(8) 상기 각 실시형태에서는 열접합성을 가진 수지로 이루어진 제1 나노 섬유를 이용하여, 기재층(10)과 제2 나노 섬유층(30)은 적어도 일부가 열로 용융한 제1 나노 섬유(22)에 의해 접합되어 있는 세퍼레이터를 예를 들어 본 발명을 설명했지만, 본 발명의 세퍼레이터는 이것에 한정되지 않는다. 도 13은 변형예의 세퍼레이터 제조 방법의 플로우차트이다. 예를 들면, 소정의 용매에 대해 용해성을 가진 수지로 이루어진 제1 나노 섬유를 이용하여, 기재층과 제2 나노 섬유층은 적어도 일부가 소정의 용매로 용해한 제1 나노 섬유에 의해 접합되어 있는 세퍼레이터로 해도 좋다. 이와 같은 세퍼레이터는 예를 들면 도 13에 도시한 바와 같이, 제1 나노 섬유에 대해 적당한 용해성을 가진 용매에 제2 적층체를 담그거나, 또는 상기 용매의 증기에 제2 적층체를 통해 기재층과 제2 나노 섬유층을 접합하는 공정(접합 공정(용해 접합 공정)(S44)을 실시하여 제조할 수 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써 기재층과 제2 나노 섬유층을 소정의 용매를 이용하여 용이하게 접합하는 것이 가능해진다.

(9) 상기 각 실시형태에서는 제1 전계 방사 장치 및 제2 전계 방사 장치를 1대씩 구비한 세퍼레이터 제조 장치를 예를 들어 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1 전계 방사 장치 및 제2 전계 방사 장치를 2 대 이상 구비한 세퍼레이터 제조 장치를 본 발명에 적용할 수도 있다.

(10) 상기 실시형태 2 내지 실시형태 4에서는 무기 입자(34)를 분사함으로써 제2 나노 섬유를 포함하는 층을 「제2 나노 섬유 및 무기 입자를 포함하는 제2 나노 섬유층」으로 했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 무기 입자를 함유하는 용액을 도포함으로써, 제2 나노 섬유를 포함하는 층을 「제2 나노 섬유 및 무기 입자를 포함하는 제2 나노 섬유층」으로 해도 좋다.

1 : 세퍼레이터
10 : 기재층
12 : 기재 섬유
20 : (접합 공정 후의) 제1 나노 섬유층
20' : (접합 공정 전의) 제1 나노 섬유층
22 : 제1 나노 섬유
24 : 용융한 제1 나노 섬유
30 : 제2 나노 섬유층
31 : 제2 나노 섬유를 포함하는 층
32 : 제2 나노 섬유
34 : 무기 입자
40 : 제1 적층체
50 : 제2 적층체
100, 102, 104 : 세퍼레이터 제조 장치
110 : 반송 장치
111 : 투입 롤러
112 : 감기 롤러
113, 118 : 텐션 롤러
114 : 보조 롤러
120 : 제1 전계 방사 장치
121, 122, 123 : 제2 전계 방사 장치
130 : 접합 장치
140, 142 : 무기 입자 함유화 장치
200 : 하우징체
210 : 노즐 유닛
220 : 상부방향 노즐
250 : 컬렉터
252 : 절연부재
260 : 전원 장치
270 : 보조 벨트 장치
272 : 보조 벨트
274 : 보조 벨트용 롤러

Claims

기재층,
제1 나노 섬유를 포함하는 제1 나노 섬유층,
제2 나노 섬유 및 무기 입자를 포함하는 제2 나노 섬유층을 갖고,
상기 기재층, 상기 제 1 나노 섬유층 및 상기 제 2 나노 섬유층은 상기 기재층, 상기 제 1 나노 섬유층, 상기 제 2 나노 섬유층의 순서로 적층되고,
상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유층은 상기 제 1 나노 섬유에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 접합용 나노섬유층과 무기입자를 포함하는 세퍼레이터.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 나노 섬유는 열접합성을 가진 수지로 이루어지고,
상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유층은 적어도 일부가 열로 용융한 상기 제 1 나노 섬유에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 접합용 나노섬유층과 무기입자를 포함하는 세퍼레이터.
제 2 항에 있어서,
상기 열접합성을 가진 수지의 융점은, 상기 기재층을 구성하는 재료의 융점 및 상기 제 2 나노 섬유층을 구성하는 재료의 융점중 어느 것 보다도 낮은 것을 특징으로 하는 접합용 나노섬유층과 무기입자를 포함하는 세퍼레이터.
제 3 항에 있어서,
상기 열접합성을 가진 수지의 융점은, 상기 기재층을 구성하는 재료의 융점 및 상기 제 2 나노 섬유층을 구성하는 재료의 융점 중 어느 것보다도 10℃ 이상 낮은 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 나노 섬유의 평균 직경은 50nm~1000nm의 범위 내인 것을 특징으로 하는 접합용 나노섬유층과 무기입자를 포함하는 세퍼레이터.
제 5 항에 있어서,
상기 제 2 나노 섬유의 평균 직경은 상기 제 1 나노 섬유의 평균 직경 보다 크고, 또한 80nm~3000nm의 범위 내인 것을 특징으로 하는 접합용 나노섬유층과 무기입자를 포함하는 세퍼레이터.
삭제
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 나노 섬유층은 상기 제 2 나노 섬유층 보다 얇은 것을 특징으로 하는 접합용 나노섬유층과 무기입자를 포함하는 세퍼레이터.
제 8 항에 있어서,
상기 제 1 나노 섬유 및 상기 제 2 나노 섬유는 전계 방사법에 의해 얻어진 것을 특징으로 하는 접합용 나노섬유층과 무기입자를 포함하는 세퍼레이터.
제 9 항에 있어서,
상기 무기 입자의 평균 직경은 5nm~1000nm의 범위 내인 것을 특징으로 하는 접합용 나노섬유층과 무기입자를 포함하는 세퍼레이터.
제 10 항에 있어서,
상기 무기 입자는 무기 산화물, 무기 질화물 또는 무기 탄화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 접합용 나노섬유층과 무기입자를 포함하는 세퍼레이터.
전계 방사법에 의해 제1 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 기재층의 한쪽 면에 상기 제 1 나노 섬유를 포함하는 제1 나노 섬유층을 형성하는 기구를 갖는 제1 전계 방사 장치,
전계 방사법에 의해 제2 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액에 무기 입자를 혼합한 혼합 폴리머 용액을 이용하여, 상기 제 1 나노 섬유층의 표면에 「상기 제 2 나노 섬유 및 상기 무기 입자를 포함하는 제2 나노 섬유층」을 형성하는 기구를 갖는 제2 전계 방사 장치, 및
상기 제 1 나노 섬유에 의해 상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유층을 접합하는 접합 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 접합용 나노섬유층과 무기입자를 포함하는 세퍼레이터의 제조 장치.
전계 방사법에 의해 제1 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 기재층의 한쪽 면에 상기 제 1 나노 섬유를 포함하는 제1 나노 섬유층을 형성하는 기구를 갖는 제1 전계 방사 장치,
전계 방사법에 의해 제2 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 상기 제 1 나노 섬유층의 표면에 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 형성하는 기구를 갖고, 또한 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층의 형성 중 또는 형성 후에 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층에 무기 입자를 포함시키고, 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 「상기 제 2 나노 섬유 및 상기 무기 입자를 포함하는 제2 나노 섬유층」으로 하는 기구를 갖는 제2 전계 방사 장치, 및
상기 제 1 나노 섬유에 의해 상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유층을 접합하는 접합 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 접합용 나노섬유층과 무기입자를 포함하는 세퍼레이터의 제조 장치.
전계 방사법에 의해 제1 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 기재층의 한쪽 면에 상기 제 1 나노 섬유를 포함하는 제1 나노 섬유층을 형성하는 기구를 갖는 제1 전계 방사 장치,
전계 방사법에 의해 제2 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 상기 제 1 나노 섬유층의 표면에 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 형성하는 기구를 구비한 제2 전계 방사 장치,
상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층에 무기 입자를 더 포함시키고, 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 「상기 제 2 나노 섬유 및 상기 무기 입자를 포함하는 제2 나노 섬유층」으로 하는 기구를 갖는 무기 입자 함유화 장치, 및
상기 제 1 나노 섬유에 의해 상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유층을 접합하는 접합 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 접합용 나노섬유층과 무기입자를 포함하는 세퍼레이터의 제조 장치.
전계 방사법에 의해 제1 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 기재층의 한쪽 면에 상기 제 1 나노 섬유를 포함하는 제1 나노 섬유층을 형성하는 기구를 갖는 제1 전계 방사 장치,
전계 방사법에 의해 제2 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 상기 제 1 나노 섬유층의 표면에 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 형성하는 기구를 갖는 제2 전계 방사 장치,
상기 제 1 나노 섬유에 의해 상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 접합하는 접합 장치, 및
상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층에 무기 입자를 포함시키고, 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 「상기 제 2 나노 섬유 및 상기 무기 입자를 포함하는 제2 나노 섬유층」으로 하는 기구를 갖는 무기 입자 함유화 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 접합용 나노섬유층과 무기입자를 포함하는 세퍼레이터의 제조 장치.
제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합 장치는 상기 기재층과, 상기 제 1 나노 섬유층과, 상기 제 2 나노 섬유층 또는 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 적층한 상태로 열압착하는 열접합 장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 접합용 나노섬유층과 무기입자를 포함하는 세퍼레이터의 제조 장치.
기재층을 준비하는 기재층 준비 공정,
전계 방사법에 의해 제1 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 상기 기재층의 한쪽 면에 상기 제 1 나노 섬유를 포함하는 제1 나노 섬유층을 형성하는 제1 전계 방사 공정,
전계 방사법에 의해 제2 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액에 무기 입자를 혼합한 혼합 폴리머 용액을 이용하여, 상기 제 1 나노 섬유층의 표면에 「상기 제 2 나노 섬유 및 상기 무기 입자를 포함하는 제2 나노 섬유층」을 형성하는 제2 전계 방사 공정, 및
상기 제 1 나노 섬유에 의해 상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유층을 접합하는 접합 공정을 이 순서로 포함하는 것을 특징으로 하는 접합용 나노섬유층과 무기입자를 포함하는 세퍼레이터의 제조 방법.
기재층을 준비하는 기재층 준비 공정,
전계 방사법에 의해 제1 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 상기 기재층의 한쪽 면에 상기 제 1 나노 섬유를 포함하는 제1 나노 섬유층을 형성하는 제1 전계 방사 공정,
전계 방사법에 의해 제2 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 상기 제 1 나노 섬유층의 표면에 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 형성하고, 또한 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층의 형성 중 또는 형성 후에 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층에 무기 입자를 포함시키고, 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 「상기 제 2 나노 섬유 및 상기 무기 입자를 포함하는 제2 나노 섬유층」으로 하는 제2 전계 방사 공정, 및
상기 제 1 나노 섬유에 의해 상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유층을 접합하는 접합 공정을 이 순서로 포함하는 것을 특징으로 하는 접합용 나노섬유층과 무기입자를 포함하는 세퍼레이터의 제조 방법.
기재층을 준비하는 기재층 준비 공정,
전계 방사법에 의해 제1 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 상기 기재층의 한쪽 면에 상기 제 1 나노 섬유를 포함하는 제1 나노 섬유층을 형성하는 제1 전계 방사 공정,
전계 방사법에 의해 제2 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 상기 제 1 나노 섬유층의 표면에 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 형성하는 제2 전계 방사 공정,
상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층에 무기 입자를 더 포함시키고, 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 「상기 제 2 나노 섬유 및 상기 무기 입자를 포함하는 제2 나노 섬유층」으로 하는 무기 입자 함유화 공정, 및
상기 제 1 나노 섬유에 의해 상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유층을 접합하는 접합 공정을 이 순서로 포함하는 것을 특징으로 하는 접합용 나노섬유층과 무기입자를 포함하는 세퍼레이터의 제조 방법.
기재층을 준비하는 기재층 준비 공정,
전계 방사법에 의해 제1 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 상기 기재층의 한쪽 면에 상기 제 1 나노 섬유를 포함하는 제1 나노 섬유층을 형성하는 제1 전계 방사 공정,
전계 방사법에 의해 제2 나노 섬유의 원료를 용해한 폴리머 용액을 이용하여, 상기 제 1 나노 섬유층의 표면에 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 형성하는 제2 전계 방사 공정,
상기 제 1 나노 섬유에 의해 상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 접합하는 접합 공정, 및
상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층에 무기 입자를 더 포함시키고, 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 「상기 제 2 나노 섬유 및 상기 무기 입자를 포함하는 제2 나노 섬유층」으로 하는 무기 입자 함유화 공정을 이 순서로 포함하는 것을 특징으로 하는 접합용 나노섬유층과 무기입자를 포함하는 세퍼레이터의 제조 방법.
제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합 공정은 상기 기재층과, 상기 제 1 나노 섬유층과, 상기 제 2 나노 섬유층 또는 상기 제 2 나노 섬유를 포함하는 층을 적층한 상태로 열압착하는 열접합 공정으로서, 상기 열접합 공정에 의해 상기 제 1 나노 섬유의 적어도 일부를 열로 용융시켜 상기 기재층과 상기 제 2 나노 섬유층을 상기 제 1 나노 섬유로 접합하는 것을 특징으로 하는 접합용 나노섬유층과 무기입자를 포함하는 세퍼레이터의 제조 방법.