KR102475114B1 - 전지, 전지 세퍼레이터 및 그 제조 방법 - Google Patents

전지, 전지 세퍼레이터 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102475114B1
KR102475114B1 KR1020207024767A KR20207024767A KR102475114B1 KR 102475114 B1 KR102475114 B1 KR 102475114B1 KR 1020207024767 A KR1020207024767 A KR 1020207024767A KR 20207024767 A KR20207024767 A KR 20207024767A KR 102475114 B1 KR102475114 B1 KR 102475114B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
dispersion
battery separator
nanowires
manufacturing
Prior art date
Application number
KR1020207024767A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200110801A (ko
Inventor
얀지에 왕
쉬에메이 양
빈 탄
지지에 우
Original Assignee
셴젠 시니어 테크놀로지 매테리얼 씨오., 엘티디.
지앙수 시니어 뉴 머티리얼 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 셴젠 시니어 테크놀로지 매테리얼 씨오., 엘티디., 지앙수 시니어 뉴 머티리얼 테크놀로지 컴퍼니 리미티드 filed Critical 셴젠 시니어 테크놀로지 매테리얼 씨오., 엘티디.
Publication of KR20200110801A publication Critical patent/KR20200110801A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102475114B1 publication Critical patent/KR102475114B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/417—Polyolefins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/429—Natural polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H01M50/434—Ceramics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/44—Fibrous material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/451—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising layers of only organic material and layers containing inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/454—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising a non-fibrous layer and a fibrous layer superimposed on one another
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/463—Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/491—Porosity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/60—Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
    • H01M50/609—Arrangements or processes for filling with liquid, e.g. electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Abstract

전지, 전지 세퍼레이터 및 그 제조 방법은 전지 분야에 속한다. 전지 세퍼레이터는 제1부재와 제2부재로 구성된 복합 구조를 포함한다. 세퍼레이터는, 제1부재가 전지 세퍼레이터의 열 안정성을 개선하기 위한 개질 재료로 제조되고, 층상형으로 분포된 나노 와이어의 퇴적체며; 제2부재가 전지 세퍼레이터의 본체를 구성하는 베이스 재료로 제조되고 제1부재가 제2부재에 실려 제2부재에 의해 지지된다. 전지 세퍼레이터는 양호한 열 안정성을 구비한다.

Description

전지, 전지 세퍼레이터 및 그 제조 방법
본 출원은 2018 년 05 월 16 일에 중국국가지식산권국에 제출된 출원 번호가 2018104718423이고 명칭이 "전지, 전지 세퍼레이터 및 그 제조 방법"인 중국 출원을 기초로 우선권을 주장하며, 그 전부 내용은 인용 방식을 통해 본 출원에 통합된다.
본 발명은 전지 분야에 속하며 구체적으로, 전지, 전지 세퍼레이터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
리튬 이온 전지는 현재 널리 사용되고 있는 이차 전지이다. 리튬 이온 전지는 주로 정극과 부극 사이에서의 리튬 이온의 이동에 의해 작동한다. 충 방전 과정에서 Li+는 두개의 전극 사이에서 왕복으로 삽입되거나 제거된다. 충전시 Li+가 정극에서 제거되여 전해질을 통해 부극에 삽입되고 부극이 리튬 리치 상태가 되며, 부극에 삽입되는 리튬 이온이 많을수록 충전 용량이 커진다. 충전시와 반대로, 방전시는 부극의 탄소 층에 삽입된 리튬 이온이 제거되여 전해질을 통해 정극으로 돌아가며 정극으로 돌아가는 리튬 이온이 많을수록 방전 용량이 커진다.
리튬 이온 전지는 단일 전지의 작동 전압이 높고, 비에너지가 크고, 사이클 수명이 길고, 자기 방전이 작고, 무공해이고, 메모리 효과가 없는 등의 장점을 가지고 있기 때문에 기존의 전지를 대신하여 휴대 전화, 휴대용 기기, 자동차, 항공, 과학 연구, 오락 및 군사 등 현대 전자 분야에 널리 응용되고 있다.
리튬 이온 전지는 주로 정극 재료, 부극 재료, 세퍼레이터, 전해액 등 4 종의 재료로 구성된다. 세퍼레이터는 중요한 구성 부분으로서 전지 성능에 대해 중요한 역할을 한다. 전지 세퍼레이터 (battery separator)는 전지의 정극과 부극 사이의 세퍼레이터 재료 층을 가리키며, 통상적으로 전지 세퍼레이터라고 칭한다. 전지 세퍼레이터의 주요 역할은 정극과 부극을 격리하여 전지내의 전자가 자유롭게 통과 하는것을 저지하고, 전해액중의 이온이 정극과 부극 사이에서 자유롭게 통과할 수 있도록 허락하는 것이다.
전지 세퍼레이터의 이온 전도 능력이 전지 전체적인 성능에 직접적으로 관계된다. 전지 세퍼레이터의 정부극에 대한 격리에 의해, 전지가 과충전되거나 온도가 상승하는 경우 전류의 상승을 억제하고, 전지 단락에 기인하는 폭발을 방지할 수 있고, 또한 미세 구멍 폐색에 의한 보호 작용을 발휘하며, 전지 사용자나 시설에 대해 안전 보호 작용을 발휘한다. 폴리올레핀 재료는 가격이 저렴하고 양호한 기계적 강도 및 화학적 안정성을 구비하며, 종합 성능이 우수하고, 코스트가 낮은 등 장점을 갖고 있기 때문에 미공 세퍼레이터로서 널리 사용된다. 그러나 열 안정성 면에서 부족한 원인으로 전지중에서의 진일보로 되는 응용이 제한을 받고 있다.
배경 기술에 공개된 정보는 본 발명의 배경 기술 전체에 대한 이해를 돕는 것에 지나지 않으며, 상기 정보가 당업자에게 공지된 종래 기술임을 인정하거나 또는 그 어떤 방식으로 암시하는 것으로 이해해서는 아니된다.
본 발명은 전지 세퍼레이터의 제공을 목적으로 한다.
전지 세퍼레이터는 제1부재와 제2부재로 구성된 복합 구조를 포함한다.
세퍼레이터는 제1부재가 전지 세퍼레이터의 열 안정성을 개선하기 위한 개질 재료로 제조되고, 층상형으로 분포된 나노 와이어의 퇴적체며; 제2부재가 전지 세퍼레이터의 본체를 구성하는 베이스 재료로 제조되고 제1부재가 제2부재에 실려 제2부재에 의해 지지된다.
하나 또는 복수개의 예에서, 제1부재가 미크론 오더 및/또는 서브 미크론 오더 이하의 두께를 갖는 것이다.
하나 또는 복수개의 예에서, 제1부재의 두께가 0.01 ~ 1μm이다.
하나 또는 복수개의 예에서, 나노 와이어는 길이와 직경의 비가 50보다 크다.
하나 또는 복수개의 예에서, 나노 와이어는 직경이 1 ~ 100nm이고, 길이가 0.1 ~ 100μm이다.
하나 또는 복수개의 예에서, 개질 재료는 탄소 나노 튜브, 은 나노 와이어, 탄화 붕소 나노 와이어, 나노 셀룰로오스, 수산화 동 나노 와이어, 일산화 규소 나노 와이어, 하이드 록시 아파타이트 나노 와이어 1 종 또는 복수 종을 포함한다.
하나 또는 복수개의 예에서, 베이스 재료가 유기 고분자 재료이다.
하나 또는 복수개의 예에서, 유기 고분자 재료가 폴리올레핀을 포함한다.
하나 또는 복수개의 예에서, 폴리올레핀이 폴리에틸렌을 포함한다.
하나 또는 복수개의 예에서, 제1부재는 다공질 구조를 갖는다.
본 발명은 상술한 전지 세퍼레이터를 제조하는 방법을 더 제공한다.
전지 세퍼레이터의 제조 방법은 아래와 같은 구성을 갖는 전지 세퍼레이터를 제조하는데 사용된다.
전지 세퍼레이터는 제1부재와 제2부재를 포함하며, 제1부재가 층상형으로 제2부재에 실리고 제1부재가 나노 와이어로 구성되며,
제조 방법은 분산제중에 나노 와이어가 분산된 분산액을 준비하는 단계와, 나노 와이어를 층상형으로 제2부재의 표면에 싣기 위해 분산액을 제2부재의 표면에 전이하여 제2부재의 표면의 분산액중의 분산제를 제거하는 단계를 포함한다.
하나 또는 복수개의 예에서, 분산제는 물, 에탄올, 아세톤, N-메틸 피롤리돈 중에서 1종 또는1 종 이상을 포함하고 접착제를 더 포함한다.
하나 또는 복수개의 예에서, 접착제는 폴리 비닐 알코올, 폴리 아크릴로 니트릴, 폴리 아크릴산, 스티렌 부타디엔 고무, 카르복시 메틸 셀룰로오스, 폴리 불화 비닐 리덴, 폴리 비닐 피롤리돈, 폴리이미드 1 종 또는 복수 종을 포함한다.
하나 또는 복수개의 예에서, 분산액은 보조제를 더 포함한다.
하나 또는 복수개의 예에서, 분산액의 나노 와이어의 질량 농도가 0.01 ~ 50 %이며, 접착제의 질량 농도가 0.01 ~ 49 %이다.
하나 또는 복수개의 예에서, 분산액을 도포 방법에 의해 제2부재의 표면에 전이한다.
하나 또는 복수개의 예에서, 도포 방법에는 스핀 코팅, 닥터 블레이드 코팅 또는 딥 코팅이 포함된다.
하나 또는 복수개의 예에서, 분산액을 딥 코팅 방법에 의해 제2부재의 표면에 전이하며, 딥 코팅 방법은 제2부재를 인장하여 긴장시킨 상태에서 제1소정 속도로 분산액에 침지시키고 제2소정 속도로 분산액으로부터 이탈시키는 단계를 포함한다.
하나 또는 복수개의 예에서, 복수의 롤러로 구성된 텐셔너에 의해 긴장되고, 텐셔너에는 제2부재를 분산액에 침지시키기 위한 딥 롤러를 적어도 1개 포함하며 딥 롤러의 일부 또는 전부가 분산액에 침지된다.
하나 또는 복수개의 예에서, 딥 롤러가 중공 캐비티 및 중공 캐비티와 연통하는 동시에 표면까지 연장되는 기공 통로를 포함하고, 제2부재가 딥 롤러의 표면과 면 접촉을 하고, 중공 캐비티내부는 소정의 진공도를 갖는다.
하나 또는 복수개의 예에서, 진공도가 0.01 ~ 0.1MPa이다.
본 발명에 따른 전지는 상기 전지 세퍼레이터를 포함한다.
본 발명에 따른 전지 세퍼레이터는 복합 구조를 가지며, 기존의 전지 세퍼레이터에 대해 혁신을 진행하고 개질 재료를 사용하여 그 열 안정성을 개선한다. 또한, 개질 재료를 나노 와이어의 형태로 사용함으로써 개질 재료의 사용에 기인 한 세퍼레이터의 두께 및 무게 증가 문제점을 피할 수 있으며, 따라서 두께 및 무게 증가를 억제하면서 전지 세퍼레이터의 열 안정성을 유지할 수 있다.
이하, 본 출원의 실시예의 기술 방안을 보다 명확하게 설명하기 위하여 실시예를 설명하는데 필요한 도면을 간단하게 설명한다. 이하 도면은 본 출원의 일부 실시예를 나타내는 것에 불과하며, 범위를 한정하는 것이 아님을 이해하여야 할 것이다. 당업자는 창조적인 노동을 들이지 않은 전제하에서 이러한 도면에 기초하여 기타 관련된 도면을 얻을 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제1종 전지 세퍼레이터의 구성 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제2종 전지 세퍼레이터의 구성 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제2종 전지 세퍼레이터를 제조하는 막 형성 장치의 구성 모식도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 막 형성 장치의 딥 롤러의 제1방향의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 5는 도 3에 나타낸 막 형성 장치의 딥 롤러의 제2방향의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 6은 도 3에 나타낸 막 형성 장치의 딥 롤러의 축 방향에 따라 절개한 단면 구성을 나타내는 모식도이다.
본 발명의 실시예의 목적, 기술 방안 및 장점을 보다 명확하게 하기 위해, 이하 본 발명의 실시예의 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예의 기술 방안에 대해 명료하고 전면적인 설명을 한다. 설명하는 실시예는 본 발명의 일부 실시예에 지나지 않고 전부 실시예가 아님은 물론이다. 통상적으로 여기에서 도면을 이용하여 설명하고 도시한 본 발명의 실시예의 부품은 여러가지 부동한 조합으로 배치되고 설계될 수 있다. 따라서 이하 도면에 나타낸 본 발명의 실시예에 대한 상세한 설명은 본 발명의 선택된 실시예를 나타내는 것에 지나지 않고 보호하려고 하는 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아니다. 본 발명의 실시예를 바탕으로 당업자가 창조적인 노동을 들이지 않고 얻은 모든 기타 실시예는 전부 본 발명의 보호 범위에 속한다.
주의해야 할 점은, 이하 도면에서 유사한 부호와 자모는 유사한 항목을 가르키므로, 하나의 도면에서 정의된 경우 다른 도면에서 그에 대해 다시 정의하고 해석할 필요가 없다.
본 발명의 설명에서 "중심", "상", "하", "좌", "우", "수직", "수평", "내", "외"등의 용어로 표현된 방향 또는 위치 관계는 도면에 기초한 것이거나, 또는 본 발명의 제품 사용시 일반적인 배치 방향 또는 위치 관계이며, 본 발명의 설명에 편리하고, 설명을 간략하게 하기 위한 것에 지나지 않으며 해당 장치 또는 소자가 반드시 정해진 방향이 있고, 정해진 방향으로 구성되고 조작되는 것을 명시 또는 암시하는 것은 아니므로 본 발명을 한정하는 것으로 이해해서는 안된다. 또한 "제 1", "제 2", "제 3"등 용어는 구별하여 설명하기 위한 것에 지나지 않으며, 상대적 중요성을 명시 또는 암시하는 것이 아니다.
본 발명의 설명에서 명확한 규정이나 제한이 없는 한, "설치", "장착", "연결", "접속" 등 용어는 광의적인 의미로 이해되어야 한다. 예를 들어, 고정 접속일 수도 있고, 분리 가능한 접속일 수도 있고, 일체로 되는 접속일 수도 있다. 또한, 기계적인 접속일 수도 있고, 전기적인 접속일 수도 있다. 또한, 직접적인 연결일 수도 있고, 중간 매개물을 개재한 간접적인 연결일 수도 있고, 2개의 소자 내부적인 연통일 수도 있다. 당업자는 본 출원에서 상기 용어의 구체적인 의미를 구체적인 상황에 따라 이해할 수 있다.
본 출원에서 명확한 규정이나 제한이 없는 한, 제1특징이 제2특징의 "상" 또는 "하"에 위치한다는 것은, 제1특징과 제2특징의 직접적인 접촉을 포함할 수 있고, 제1특징과 제2특징의 직접적인 접촉이 아니고 그들 사이에 별도의 특징을 개재한 간접적인 접촉도 포함된다. 그리고 제1특징이 제2특징의 "위", "상방" 또는 "상면"에 위치한다는 것은, 제1특징이 제2특징의 바로 위쪽 또는 비스듬히 위쪽에 위치하거나, 또는 다만 제1특징의 수평 높이가 제2특징의 수평 높이보다 높은 것을 가르킬 수 있다. 제1특징이 제2특징의 "아래", "하방" 또는 "하면"에 위치한다는 것은, 제1특징이 제2특징의 바로 아래쪽 또는 비스듬히 아래쪽에 위치하거나, 또는 다만 제1특징의 수평 높이가 제2특징의 수평 높이보다 낮은 것을 가르킬 수 있다.
본 발명에서는 모순이나 충돌이 되지 않는 한 본 발명의 모든 실시예, 실시 형태 및 특징을 상호 결합할 수 있다. 본 발명에서 상용 장비, 장치, 부품 등은 시판되는 것일 수도 있고, 본 발명에 개시된 내용에 기초하여 제조한 것일 수도 있다. 본 발명에서는 본 발명의 요점을 강조하기 위해 일부 상용 조작과 장비, 장치 및 부품을 생략하거나 간략한 설명만 하도록 한다.
종래 기술에서는 전지 세퍼레이터, 특히 리튬 이온 전지 (일차 전지 및 이차 전지 포함)에 사용되는 폴리올레핀 세퍼레이터는 열 안정성이 떨어지므로, 그에 대한 개질을 진행하여 열 안정성을 향상시키기 위해 기존의 세퍼레이터를 바탕으로 개선을 해야 한다. 발명자는 실천과정에서 기존의 (전지) 세퍼레이터의 표면에 알루미나 등의 무기 재료를 도포함으로써 간단하고 효과적으로 세퍼레이터의 열 안정성을 향상시킬 수 있음을 발견하였다.
그러나 발명자는 종래의 도포 방식에 의하면 조정된 세퍼레이터의 일부 특성이 영향을 받는 것도 동시에 발견하였다. 예를 들면, 두께와 무게가 현저하게 증가하고 나아가서 세퍼레이터의 사용 성능이 떨어짐을 발견하였다.
본 실시예에서는 세퍼레이터의 열 안정성과 두께 및 무게의 현저한 증가 피면을 겸하여 고려하기 위하여, 세퍼레이터의 열 안정성을 향상시킬 수 있는 재료를 나노 와이어의 형태로 원래의 세퍼레이터 재료에 싣는다. 본 실시예에서는 1 차원 나노 와이어를 코팅층 (예를 들면, 도포 실현된다) 재료로 한다. 1 차원 나노 와이어는 사이즈와 밀도가 무기 재료보다 훨씬 작고, 두께를 더 작게 억제할 수 있다.
또한 1 차원 나노 와이어는 독특한 구조 특성 및 계면 효과가 있기 때문에, 세퍼레이터에 새로운 특성을 부여하거나 기존의 특성을 개선할 수 있는 잠재력을 갖고 있다.
도 1 내지 도 6을 참조한다.
도 1에서 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 전지 세퍼레이터는 다층의 복합 구조이다. 전지 세퍼레이터는 제1부재(100)와 제2부재(200)로 구성되는 복합 구조를 갖는다. 또한, 필요에 따라 상기 전지 세퍼레이터 구조를 개질시킬 수 있다. 예를 들어, 도 2에 나타낸 바와 같이, 전지 세퍼레이터는 제1부재(100)와 제2부재(200)로 구성되는 복합 구조를 가지며, 제1부재는 복수의 구멍을 포함하는 다공질 구조(300)를 더 포함한다.
또한, 도 1과 도 2는 전지 세퍼레이터의 구성을 개략적으로 나타내는 것에 지나지 않고, 제1부재의 절대 두께, 제2부재의 절대 두께 및 양자 두께간의 상대적인 크기와 비례 관계는 도면에 표시된 사이즈와 비례에 의해 특정할 수 없다. 그러나 전지 세퍼레이터의 제1부재의 두께는 제2부재의 두께보다 현저하게 작다.
예를 들어, 일부 예에서는 제1부재가 서브 미크론 오더 또는 미크론 오더의 두께를 가지며, 제2부재가 밀리미터 오더 또는 센티미터 오더의 두께를 갖는다. 일부 구체적인 선택 가능한 예에서 제1부재의 두께가 0.01 ~ 1 미크론 (μm) 일 수 있다. 또한, 제1부재의 두께는 0.03μm, 0.05μm, 0.08μm, 0.1μm, 0.4μm, 0.6μm, 0.8μm, 1μm 중의 임의의 값일 수도 있고, 임의의 2 개의 값 사이의 특정된 범위내의 임의의 값 일 수도 있다. 또한, 제1부재의 두께는 구체적인 제품의 파라미터 요구 및 실험 효과에 의해 규정할 수 있으며 본 발명의 실시예에서는 구체적으로 한정하지 않는다.
또한, 본 실시예에서 제1부재는 나노 와이어로 구성되기 때문에, 제1부재와 나노 와이어와 성능상 차이, 그 제조 방법의 난이도 및 전지 세퍼레이터의 성능에 기초하여 나노 와이어의 사양을 다음과 같이 대체적인 제한을 할 수 있다. 예를 들어, 나노 와이어의 길이와 직경의 비가 50이상이다. 예를 들어, 길이와 직경의 비가 146, 138, 127 등 일 수 있다. 또한, 나노 와이어의 길이와 직경을 적절하게 제어함으로써, 길이와 직경의 비를 조정할 수 있다. 예를 들어, 나노 와이어의 직경을 1 ~ 100nm로 설정하고 길이를 0.1 ~ 100μm로 설정한다. 일부 구체적인 선택 가능한 예에서 나노 와이어의 직경이 100nm이고, 길이가 5μm이다.
전지 세퍼레이터의 재료에 대해서는 여러가지 선택지가 있으며 구체적인 실제 상황에 따라 선택할 수 있다.
제1부재는 세퍼레이터의 열 안정성을 개선하기 위한 개질 재료로 제조되며 층상형으로 분포된 나노 와이어의 퇴적체이다. 통상적으로, 제1부재는 거시적으로 얇은 막 (막 층)의 형식으로 존재하며, 상기와 같은 서브 미크론 오더 또는 미크론 오더의 두께를 갖는다.
또한, 상기 제1부재는 나노 와이어의 퇴적체이며, 나노 와이어의 퇴적체는 다양한 형태로 존재할 수 있다. 예를 들어, 제1부재는 나노 와이어의 직경에 해당하는 두께를 갖는 단일층의 퇴적체 구조를 가지며, 나노 와이어는 어레이 배열된다. 세로 방향에서 동렬의 나노 와이어가 일렬로 순서대로 배열되며, 가로 방향에서 여러 열이 병렬로 배치된다. 또는 일부 예에서는 나노 와이어가 가로세로 교차하여 퇴적된다. 또는 다른 일부 예에서는 나노 와이어가 불규칙적으로 교차하여 퇴적된다. 나노 와이어의 퇴적 방식은 전지 세퍼레이터의 제조 방식에 따라 특정할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 구체적으로 한정하지 않는다. 또한 나노 와이어로 구성된 퇴적체는 2개의 층, 3개의 층 또는 더 많은 층으로 구성될 수 있으며, 각 층의 제조 방법 및 퇴적 방식은 같을 수도 있고 다를 수도 있다.
나노 와이어에 의해 적절한 방식으로 구성된 퇴적체인 제1부재는 다공률이 높고, 공경이 균일하고, 가볍고, 강도가 높은 특징이 있다. 따라서 나노 와이어 코팅층은 폴리올레핀 세퍼레이터의 열 안정성 문제를 해결하고, 얇고, 가벼운 특징을 구비하므로 전지의 경량화, 고 에너지의 발전 추세에 적합하다.
또한, 구멍을 구비한 상술한 제1부재는 나노 와이어를 제2부재상에 퇴적하여 형성된 것일 수도 있다. 즉, 구멍은 전지 세퍼레이터의 제조 프로세스에서 의도치 않게 형성된 것일 수도 있고, 의도적으로 제어 (분포 밀도, 분포 방식, 공경 크기)를 진행하여 형성된 것일 수 있다. 구멍의 구성 방식 (예를 들어, 공경, 다공률 등)을 제어함으로써 제1부재와 제2부재를 포함하는 전지 세퍼레이터를 전지에 적용할 경우 이온의 운동에 미치는 영향을 조정할 수 있다.
또한, 개질 재료로서 여러가지 선택지가 있다. 예를 들면, 탄소 나노 튜브, 은 나노 와이어, 탄화 붕소 나노 와이어, 나노 셀룰로오스, 수산화동 나노 와이어, 일산화 규소 나노 와이어, 하이드록시 아파타이트 나노 와이어중에서 1 종 또는 복수 종을 선택할 수 있다.
제2부재는 세퍼레이터 본체를 구성하는 베이스 재료로 제조되며, 제1부재가 제2부재에 실려 제2부재에 의해 지지된다. 또한, 상기 세퍼레이터 본체는 종래 기술에 있어서 전지 세퍼레이터 그 자체 일 수 있다. 본 실시예에서는 전자를 격리하고 이온을 통과시키는 세퍼레이터가 본체로 제공되고 사용되며, 전자 및 이온 각각에 상응한 작용을 한다.
상기와 같이 제1부재를 제조하기 위한 개질 재료로서 여러가지 선택지가 있고, 상응하게 제2부재를 제조하기 위한 기반 재료로서도 여러가지 선택지가 있으며, 구체적인 성능 및 프로세스 요구에 따라 적절하게 선택할 수 있다.
본 실시예에서, 제2부재는 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등등의 폴리올레핀을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 전지 세퍼레이터에 기초하여 본 발명의 실시예에서는 전지를 더 제공하고 상기 전지는 일차 전지 또는 이차 전지일 수 있으며, 예를 들면 충전 가능한 리튬 이온 전지일 수 있다. 전지는 상기 전지 세퍼레이터가 내장되는 하우징과, 전지 세퍼레이터에 의해 분리되는 정극 및 부극을 포함한다. 정극과 전지 세퍼레이터 사이에 정극 영역이 형성되고, 부극과 전지 세퍼레이터 사이에 부극 영역이 형성된다. 정극 영역과 부극 영역에 동일한 전해액이 주입된다.
상술한 전지 세퍼레이터에 대응되게 본 발명의 실시예에서는 전지 세퍼레이터의 제조 방법을 더 제공한다.
제조 방법은 다음 단계를 포함한다.
단계 S101에서 분산제중에 나노 와이어가 분산된 분산액을 마련한다.
나노 와이어는 분산제에 충분히 분산되는 것이 바람직하다. 그리고 나노 와이어 구조를 유지하기 위해 분산제로서 나노 와이어에 대한 빈용매를 사용하는 것이 일반적이다. 즉, 분산제가 나노 와이어를 현저하게 용해하지 않으며 나아가서 그 나노 구조를 파괴하지 않는다.
또한, 나노 와이어는 분산제에 응집되지 않고, 분산제에 균일하게 분산되는 것이 바람직하다. 일부 예에서는 서스펜션, 현탁액, 에멀젼의 형태로 존재하는 분산액을 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 예를 들어, 분산제는 물을 사용하고 나노 와이어는 탄소 나노 튜브를 사용한다. 초음파 처리, 고속 교반 등 진동 방식으로 탄소 나노 튜브를 균일하게 물에 분산시킬 수 있다. 통상적으로 나노 와이어가 분산제중에서 불균일하게 분포되는 문제를 피하기 위해 분산액을 현장에서 제조하여 현장에서 사용하는 것이 바람직하다. 그러나 요구가 상대적으로 그다지 높지 않은 경우 또는 분산 균일성이 비교적 우수하고 안정한 분산액을 사용하는 경우, 분산액을 미리 제조하거나 구입하여 사용할 수도 있다. 또한, 나노 와이어의 분산액중의 농도는 0.01 ~ 50wt % 일 수 있으며, 예를 들면, 0.1 ~ 43wt %, 3 ~ 36wt %, 14 ~ 29wt % 등 일 수 있다.
나노 와이어의 재질에 대한 선택에 관해서는 상술한 내용을 참조할 수 있으며, 여기에서는 설명을 생략한다.
일부 개선 방안에서는 제1부재와 제2부재간의 결합의 견고성을 개선하기 위해 통상적으로 분산제에 접착제를 첨가한다. 통상적으로 접착제는 분산제에 상용(相溶)할 수 있는 것이다. 즉, 현저한 층 분리 등 나노 와이어의 분포 균일성에 영향주는 현상이 발생하지 않는다.
예를 들어, 본 실시예에서는 분산제는 물, 에탄올, 아세톤, N-메틸 피롤리 돈 중에서 1종 또는 1종 이상을 선택할 수있다. 접착제는 폴리 비닐 알코올, 폴리 아크릴로 니트릴, 폴리 아크릴산, 스티렌 부타디엔 고무, 카르복시 메틸 셀룰로오스, 폴리 불화 비닐 리덴, 폴리 비닐 피롤리돈, 폴리이미드 중에서 1종 또는 1종 이상을 선택할 수 있다. 접착제의 질량 농도는 0.01 ~ 49 %, 5 ~ 37 %, 11 ~ 27 %, 16 ~ 20 % 등 일 수 있다.
또한, 습윤 작용을 하도록 분산제에 보조제로서 글리세롤, 부틸 벤젠 술폰산 나트륨, 프로필렌 글리콜, 폴리 옥시 에틸렌-티오 에테르를 첨가 할 수 있다.
단계 S102에서 나노 와이어를 층상형으로 제2부재의 표면에 싣기 위해 분산액을 제2부재의 표면에 전이하여 제2부재의 표면의 분산액중의 분산제를 제거한다.
분산액을 전이하는 방식은, 예를 들어, 스핀 코팅, 닥터 블레이드 코팅 또는 딥 코팅과 같은 도포일 수 있다. 분산액중의 분산제 제거는 증발에 의해 실현할 수 있다. 예를 들어, 분산액을 실은 제2부재를 가열하여 분산제 (예를 들면, 물)를 증발시킨다. 가열 방식으로서 방사선 가열 방식을 이용할 수 있다. 또한 불합리한 증발 방식으로 인하여, 제1부재의 제2부재상의 결합 견고성에 영향주는 것을 피하기 위해 분산액의 증발 속도를 적절하게 제어해야 한다.
본 발명의 바람직한 개선예에서 분산액은 딥 코팅 방식에 의해 제2부재의 표면에 전이된다.
예를 들어, 딥 코팅은 아래와 같이 진행된다.
제2부재를 인장하여 긴장시킨 상태에서, 제1소정 속도로 분산액에 침지시키고 제2소정 속도로 분산액으로부터 이탈한다. 제2부재가 분산액을 통과할 때 분산액중의 나노 와이어 또는 선택적으로 첨가된 접착제는 화학 작용, 흡착 작용, 모세관 현상 등의 작용에 의해 제2부재에 결합된다. 그 다음, 적절한 방식으로 분산액중의 분산제를 제2부재 표면에서 제거하고 동시에 나노 와이어가 제2부재 표면에 보류되도록 한다.
특히, 본 실시예에서는 막 형성 장치에 의해 분산액을 제2부재로 전이한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 막 형성 장치의 대체적인 구성은 다음과 같다.
막 형성 장치는 분산액을 저장하는 액체 저장 탱크(401)를 포함한다.
막 형성 장치는 텐셔너(402)를 더 포함한다. 텐셔너는 복수의 롤러를 포함한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 텐셔너는 3개의 롤러를 포함하며, 그 중 하나의 롤러가 다른 2개의 롤러 사이에 배치되고 3개의 롤러의 평면상 투영상의 중심점을 연결하면 삼각형을 구성할 수 있다. 전지 세퍼레이터의 제2부재는 텐셔너에 의해 긴장되며, 텐셔너에는 제2부재 (200)를 분산액에 침지시키기 위한 딥 롤러(403) (즉, 상기 중간 부분에 위치하는 롤러)를 적어도 1 개 포함하며 딥 롤러의 일부 또는 전부가 분산액에 침지된다 (일 예에서, 침지 깊이는 그 반경의 1/4 ~ 완전 침지이다).
딥 롤러가 침지되는 깊이는, 딥 롤러를 분산액에 대해 수직 운동과 같은 적절한 방식으로 운동시킬 수 있는 이동기구 (미도시)에 의해 조정할 수 있다. 동시에, 텐셔너는 딥 롤러를 제외한 2 개의 롤러가 위치를 변경하지 않고 딥 롤러의 침지 깊이를 조절할 수 있도록 제2부재를 적당히 릴리스 할 수 있다. 또는, 일부 예에서 딥 롤러의 침지 깊이 조절을 더 용이하게 제어할 수 있도록 텐셔너를 구성하는3개의 롤러를 전부 운동시킬 수 있다.
보다 바람직하게는, 딥 롤러(403)는 중공 캐비티(4031)와 중공 캐비티와 연통하는 동시에 표면까지 연장되는 기공 통로(4032)를 포함한다. 제2부재는 딥 롤러의 표면과 면 접촉을 한다. 중공 캐비티는 소정의 진공도를 가지며 예를 들어, 진공도가 0.01 ~ 0.1MPa이다. 딥 롤러에 희망하는 진공도를 발생하는 진공 발생기 (미도시)는 시판되는 진공 펌프 등 장비를 이용할 수 있다.
이렇게 하여 제2부재가 분산액을 통과할 때 분산액이 부압 작용하에 제2부재의 표면에 잘 흡착되고 결합될 수 있다. 또한 딥 롤러 통기공 통로를 제어함으로써 제1부재의 다공률, 공경, 구멍의 분포 방식을 조정하여 희망하는 효과에 도달할 수 있다.
또한 분산액중의 나노 와이어의 농도, 딥 롤러의 분산액중의 침지 깊이, 딥 롤러의 진공도를 조절함으로써 제1부재의 두께 조정을 실현할 수 있다. 발명자는 용액의 농도가 높을수록 코팅층이 두꺼워지고, 침지 깊이가 깊을수록 코팅층이 두꺼워지고, 진공도가 높을수록 코팅층이 두꺼워지는 것을 발견했다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 전지 세퍼레이터는 슬라이스 구조이며, 복수 층의 막 구조이다. 그 중 제2부재는 기저 막을 구성하고 제1부재는 표면 막을 구성한다. 표면 막은 1 층으로 구성될 수도 있고, 복수 층으로 구성될 수도 있다. 표면 막이 복수 층으로 구성될 경우, 각각 기저 막의 두께 방향의 양 측면에 배치될 수 있으며 이때 각 측면에 배치되는 표면 막의 층 수는 같을 수도 있고 다를 수도 있으며, 또는 두께 방향의 양 측면 중의 어느 한 측면에만 배치될 수 있다.
아래의 표 1에 전지 세퍼레이터의 여러개의 실시예를 열거하며, 그 제조 재료, 프로세스 및 성능을 나타내었다.
표 1 전지 세퍼레이터의 제조 및 성능
Figure 112020090313901-pct00001
상기 실시예 1 ~ 4에 따른 전지 세퍼레이터를 사용하여 전지를 제조하고 전기 성능을 측정하고, 측정 결과를 아래의 표 2에 표시한다.
표 2 전지 세퍼레이터를 적용하는 전지의 성능
Figure 112020090313901-pct00002
표 2에 나타낸 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 6에 따른 전지는 동일한 본체 구조를 가지고 정극, 부극, 전해액 및 세퍼레이터를 포함한다.
주요한 차이점은, 실시예 1 ~ 4에 따른 전지 세퍼레이터는 본 발명의 실시예에서 제공하는 방법으로 제조된 나노 와이어 코팅층이 실려있으며 비교예 1 ~ 4의 전지 세퍼레이터는 시판되는 제품을 이용해 밀리미터 오더의 과립상 물질로 형성된 코팅층이 실려있는 것이다. 비교예 5,6에서 전지 세퍼레이터는 시판되는 제품을 이용하며 코팅층을 형성하는 물질이 실려 있지 않은 것이다. 각 실시예 및 비교예에 있어서 전지 세퍼레이터의 기반으로 예를 들면 폴리에틸렌 막, 폴리프로필렌 막은 시판되는 제품이다. 폴리에틸렌 막, 폴리프로필렌 막은 예를 들어, 직조 방법이 아닌 습식 법으로 제조할 수 있다.
상기 표 1 및 표 2로 부터 알 수 있는 바, 본 발명의 실시예에 따른 전지 세퍼레이터를 사용하는 경우, 전지 세퍼레이터의 열 안정성이 현저하게 개선되는 동시에 전지의 전지 용량 유지율이 어느 정도 개선되었다. 상기 표 1 및 표 2에서 TD는 세퍼레이터 가로 방향의 열 안정성 (열 수축률)을 나타내고, MD는 세로 방향의 열 안정성 (열 수축률)을 나타낸다.
이상 서술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시예에 지나지 않고, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 당업자는 본 발명에 대해 다양한 수정 및 변화를 진행할 수 있다. 본 발명의 정신 및 취지내에서 진행하는 어떠한 변경, 균등 치환, 개선 등도 전부 본 발명의 보호 범위 내에 속한다.
본 발명에 따른 전지 세퍼레이터는 복합 구조를 가지며, 기존의 전지 세퍼레이터에 대해 혁신을 진행하고 개질 재료를 사용하여 그 열 안정성을 개선한다. 또한, 개질 재료를 나노 와이어의 형태로 사용함으로써 개질 재료의 사용에 기인 한 세퍼레이터의 두께 및 무게 증가 문제점을 피할 수 있으며, 따라서 두께 및 무게 증가를 억제하면서 전지 세퍼레이터의 열 안정성을 유지할 수 있다.
100 제1부재; 200 제2부재; 300 다공질 구조; 401 저장 탱크; 402 텐셔너; 403 딥 롤러; 4031 중공 캐비티; 4032 기공 통로; 200 제2부재.

Claims (19)

  1. 전지 세퍼레이터의 제조 방법으로서,
    상기 전지 세퍼레이터는 제1부재와 제2부재를 포함하며, 상기 제1부재가 층상형으로 상기 제2부재에 실리고 상기 제1부재가 나노 와이어로 구성되며,
    상기 제2부재는 상기 전지 세퍼레이터의 본체를 구성하는 베이스 재료로 제조되며,
    상기 제조 방법은,
    분산제에 상기 나노 와이어가 분산된 분산액을 마련하는 단계와;
    상기 나노 와이어를 층상형으로 상기 제2부재의 표면에 싣기 위해 상기 분산액을 상기 제2부재의 표면에 전이하여 상기 제2부재의 표면의 상기 분산액중의 상기 분산제를 제거하는 단계를 포함하며,
    상기 분산액을 딥 코팅 방법에 의해 상기 제2부재의 표면에 전이하며,
    상기 딥 코팅 방법은 상기 제2부재를 인장하여 긴장시킨 상태에서 제1소정 속도로 상기 분산액에 침지시키고 제2소정 속도로 상기 분산액으로부터 이탈시키는 단계를 포함하고,
    상기 제2부재가 복수의 롤러로 구성된 텐셔너에 의해 긴장되고, 상기 텐셔너에는 상기 제2부재를 상기 분산액에 침지시키기 위한 딥 롤러를 적어도 1개 포함하며 상기 딥 롤러의 일부 또는 전부가 상기 분산액에 침지되며,
    상기 딥 롤러가 중공 캐비티 및 상기 중공 캐비티와 연통하는 동시에 표면까지 연장되는 기공 통로를 포함하고, 상기 제2부재가 상기 딥 롤러의 표면과 면 접촉을 하고, 상기 중공 캐비티내부는 소정의 진공도를 가지며,
    상기 진공도는 0.01 ~ 0.1MPa이고,
    상기 진공도를 가진 상기 중공 캐비티와 연통되는 상기 기공통로를 통해서 상기 제2부재에 실리는 상기 제1부재의 다공률, 공경, 구멍의 분포 방식 중 적어도 하나를 조정하는 것을 특징으로 하는 전지 세퍼레이터의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분산제는 물, 에탄올, 아세톤, N-메틸 피롤리돈 중에서 1종 또는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 세퍼레이터의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분산액은 접착제를 더 포함하고, 상기 접착제는 폴리 비닐 알코올, 폴리 아크릴로 니트릴, 폴리 아크릴산, 스티렌 부타디엔 고무, 카르복시 메틸 셀룰로오스, 폴리 불화 비닐 리덴, 폴리 비닐 피롤리돈, 폴리이미드 중에서 1종 또는 1종 이상을 포함하고, 상기 분산액이 보조제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 세퍼레이터의 제조 방법.
  4. 전지 세퍼레이터의 제조 방법으로서,
    상기 전지 세퍼레이터는 제1부재와 제2부재를 포함하며, 상기 제1부재가 층상형으로 상기 제2부재에 실리고 상기 제1부재가 나노 와이어로 구성되며,
    상기 제조 방법은,
    분산제에 상기 나노 와이어가 분산된 분산액을 마련하는 단계와;
    상기 나노 와이어를 층상형으로 상기 제2부재의 표면에 싣기 위해 상기 분산액을 상기 제2부재의 표면에 전이하여 상기 제2부재의 표면의 상기 분산액 중의 상기 분산제를 제거하는 단계를 포함하며,
    상기 분산액을 딥 코팅 방법에 의해 상기 제2부재의 표면에 전이하며,
    상기 딥 코팅 방법은 상기 제2부재를 인장하여 긴장시킨 상태에서 제1소정 속도로 상기 분산액에 침지시키고 제2소정 속도로 상기 분산액으로부터 이탈시키는 단계를 포함하고,
    상기 제2부재가 복수의 롤러로 구성된 텐셔너에 의해 긴장되고, 상기 텐셔너에는 상기 제2부재를 상기 분산액에 침지시키기 위한 딥 롤러를 적어도 1개 포함하며 상기 딥 롤러의 일부 또는 전부가 상기 분산액에 침지되며,
    상기 딥 롤러가 중공 캐비티 및 상기 중공 캐비티와 연통하는 동시에 표면까지 연장되는 기공 통로를 포함하고, 상기 제2부재가 상기 딥 롤러의 표면과 면 접촉을 하고, 상기 중공 캐비티 내부는 소정의 진공도를 가지며,
    상기 진공도가 0.01 ~ 0.1MPa인 것을 특징으로 하는 전지 세퍼레이터의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 전지 세퍼레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전지는 리튬 이온 전지인 것을 특징으로 하는 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 리튬 이온 전지는 충전 가능한 리튬 이온 전지인 것을 특징으로 하는 전지.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 전지는 상기 전지 세퍼레이터가 내장되는 하우징과, 상기 전지 세퍼레이터에 의해 분리되는 정극 및 부극을 포함하며,
    상기 정극과 상기 전지 세퍼레이터 사이에 정극 영역이 형성되고, 상기 부극과 상기 전지 세퍼레이터 사이에 부극 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 정극 영역 및 상기 부극 영역에 동일한 전해액이 주입되는 것을 특징으로 하는 전지.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
KR1020207024767A 2018-05-16 2019-05-06 전지, 전지 세퍼레이터 및 그 제조 방법 KR102475114B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810471842.3A CN108630871B (zh) 2018-05-16 2018-05-16 一种电池、电池隔膜及其制备方法
CN201810471842.3 2018-05-16
PCT/CN2019/085704 WO2019218888A1 (zh) 2018-05-16 2019-05-06 一种电池、电池隔膜及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200110801A KR20200110801A (ko) 2020-09-25
KR102475114B1 true KR102475114B1 (ko) 2022-12-06

Family

ID=63693479

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207024767A KR102475114B1 (ko) 2018-05-16 2019-05-06 전지, 전지 세퍼레이터 및 그 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20200411829A1 (ko)
EP (1) EP3796418A4 (ko)
JP (1) JP2021514111A (ko)
KR (1) KR102475114B1 (ko)
CN (1) CN108630871B (ko)
WO (1) WO2019218888A1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108630871B (zh) * 2018-05-16 2021-05-28 深圳市星源材质科技股份有限公司 一种电池、电池隔膜及其制备方法
CN111224157A (zh) * 2020-03-17 2020-06-02 北京化工大学 一种复合聚合物凝胶电解质及其制备方法和应用
CN117254093A (zh) 2020-06-19 2023-12-19 珠海冠宇电池股份有限公司 电池及其制备方法以及用电设备
CN113013549B (zh) * 2021-01-28 2021-11-02 清华大学 一种轻量化锂离子电池隔膜用涂层材料及其制备方法和轻量化锂离子电池复合隔膜
CN113140872B (zh) * 2021-04-14 2022-10-14 湖南农业大学 双面不对称锂电池复合涂层隔膜、生产工艺及锂电池
CN113540697B (zh) * 2021-06-28 2022-09-09 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种复合隔膜及其制备方法
KR102617166B1 (ko) * 2021-12-21 2023-12-21 주식회사 엘지에너지솔루션 전기화학소자용 분리막 및 이를 포함하는 전기화학소자
WO2023183239A1 (en) * 2022-03-24 2023-09-28 Celgard, Llc Coated separator with ceramic micro-wires
CN115799610B (zh) * 2023-02-06 2023-05-02 星源材质(南通)新材料科技有限公司 复合膜及其制备方法、包裹锂盐接枝碳纳米管的pvdf微孔膜与固态电池

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107565081A (zh) * 2017-07-11 2018-01-09 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种羟基磷灰石超长纳米线基耐高温电池隔膜及其应用
CN107785522A (zh) * 2016-08-29 2018-03-09 比亚迪股份有限公司 一种锂离子电池隔膜和锂离子电池及其制备方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102769116B (zh) * 2012-08-09 2015-07-01 常州大学 一种具有多孔复合涂层的锂离子电池隔膜及其制备方法
US9486821B2 (en) * 2012-09-28 2016-11-08 Nissan Motor Co., Ltd. Coating apparatus for applying coating material onto sheet member
WO2014091856A1 (ja) * 2012-12-12 2014-06-19 日本電気株式会社 セパレータ、電極素子、蓄電デバイスおよび前記セパレータの製造方法
CN103236512A (zh) * 2013-04-19 2013-08-07 厦门大学 一种陶瓷隔膜及其在锂离子电池中的应用
US10476114B2 (en) * 2013-05-03 2019-11-12 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Rechargeable battery safety by multifunctional separators and electrodes
JP6445273B2 (ja) * 2013-08-14 2018-12-26 三菱製紙株式会社 リチウムイオン電池用セパレータ用塗液及びリチウムイオン電池用セパレータ
CN104157812B (zh) * 2014-04-23 2017-08-25 华南理工大学 锂离子电池隔膜及其制备方法及锂离子电池
WO2015171607A1 (en) * 2014-05-05 2015-11-12 Board Of Regents, The University Of Texas System Bifunctional separators for lithium-sulfur batteries
JP6428536B2 (ja) * 2014-08-29 2018-11-28 日産自動車株式会社 塗膜を形成したシート材の製造装置、および塗膜を形成したシート材の製造方法
CN105529425B (zh) * 2014-11-19 2017-04-12 比亚迪股份有限公司 一种陶瓷隔膜及其制备方法和应用
JP6152184B2 (ja) * 2015-03-13 2017-06-21 住友化学株式会社 セパレータ捲回体、電池の製造方法、及びセパレータ捲回体の製造方法
KR20160133275A (ko) * 2015-05-12 2016-11-22 주식회사 엘지화학 셀룰로오스 나노섬유 코팅된 전기화학소자용 세퍼레이터 및 그의 제조방법
CN105140451A (zh) * 2015-07-06 2015-12-09 佛山荷韵特种材料有限公司 一种锂离子电池隔膜及其制备方法
CN105185940B (zh) * 2015-10-23 2018-10-09 旭成（福建）科技股份有限公司 聚烯烃/纳米晶体纤维素复合隔膜的制备方法及其应用
CN105374971A (zh) * 2015-11-30 2016-03-02 江苏华东锂电技术研究院有限公司 一种锂离子电池隔膜及其制备方法
CN106299222B (zh) * 2016-09-05 2019-05-07 东莞新能源科技有限公司 一种隔膜及其二次电池
CN106684298B (zh) * 2017-01-22 2020-03-31 湖南立方新能源科技有限责任公司 一种锂离子电池的应用方法
CN107342386A (zh) * 2017-07-03 2017-11-10 河北金力新能源科技股份有限公司 一种耐高温低电阻率锂离子电池隔膜的制备方法
CN108630871B (zh) * 2018-05-16 2021-05-28 深圳市星源材质科技股份有限公司 一种电池、电池隔膜及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107785522A (zh) * 2016-08-29 2018-03-09 比亚迪股份有限公司 一种锂离子电池隔膜和锂离子电池及其制备方法
CN107565081A (zh) * 2017-07-11 2018-01-09 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种羟基磷灰石超长纳米线基耐高温电池隔膜及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN108630871A (zh) 2018-10-09
KR20200110801A (ko) 2020-09-25
CN108630871B (zh) 2021-05-28
JP2021514111A (ja) 2021-06-03
US20200411829A1 (en) 2020-12-31
EP3796418A4 (en) 2021-07-28
EP3796418A1 (en) 2021-03-24
WO2019218888A1 (zh) 2019-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102475114B1 (ko) 전지, 전지 세퍼레이터 및 그 제조 방법
CN109314207B (zh) 隔板和包括该隔板的电化学装置
JP6092389B2 (ja) 有／無機複合コーテイング多孔性分離膜及びこれを利用した二次電池素子
JP6148331B2 (ja) 水系コーティング液を用いたリチウム二次電池用有／無機複合コーティング多孔性分離膜の製造方法
KR101676688B1 (ko) 미세 다공성 복합 분리막, 그 제조방법 및 이를 포함한 전기화학소자
JP6539442B2 (ja) リチウム硫黄電池用陽極の製造方法
KR101164650B1 (ko) 셀룰로오스 나노섬유를 포함하는 이차전지용 다공성 분리막 및 그 제조방법
KR102405618B1 (ko) 적층 가능한, 치수-안정성 미세다공성 웹
KR20100098498A (ko) 무기／유기 다공성 필름을 갖는 배터리
An et al. Multilayered separator based on porous polyethylene layer, Al 2 O 3 layer, and electro-spun PVdF nanofiber layer for lithium batteries
JP2008503049A5 (ko)
KR101730574B1 (ko) 금속 이온을 흡착하기 위한 다공성 코팅층을 포함하는 이차전지용 분리막, 이를 포함하는 이차전지, 및 상기 분리막의 제조방법
TW201533954A (zh) 電化學裝置用分離器及包括所述分離器的電化學裝置
KR20160043768A (ko) 유무기 복합 분리막, 그의 제조방법 및 이를 포함한 전기 화학 소자
KR102038544B1 (ko) 선택적 이온 흡착성 세퍼레이터, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전기 화학 전지
KR20170093606A (ko) 분리막 및 이의 제조방법
CN113328207A (zh) 锂离子电池复合隔膜及其制备方法
KR20140046137A (ko) 리튬이차전지용 분리막의 제조방법 및 이에 따라 제조된 분리막 및 이를 구비하는 리튬이차전지
CN111373571A (zh) 隔板和包括该隔板的电化学装置
KR101993277B1 (ko) 샌드위치형 이차전지용 분리막, 그의 제조방법 및 그를 포함하는 이차전지
KR20190033028A (ko) 부직포 필름이 합지된 무기 코팅 다공성 분리막 및 그 제조방법
KR20200050817A (ko) 강화인자를 이용한 고체전해질 멤브레인의 제조방법 및 이로부터 제조된 고체전해질 멤브레인, 이를 포함하는 전고체전지
KR101664243B1 (ko) 리튬 이차전지
JP2012178320A (ja) 多孔質シート
KR102277570B1 (ko) 전기화학소자용 세퍼레이터 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant