KR20170010664A - Multilayer separator for electrochemical device and a method of making the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기화학소자용 다층 세퍼레이터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multilayer separator for an electrochemical device and a method of manufacturing the same.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목을 받고 있는 분야이고 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있으며, 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발로 진행되고 있다.Recently, interest in energy storage technology is increasing. As the application fields of cell phones, camcorders, notebook PCs and even electric vehicles are expanding, efforts for research and development of electrochemical devices are becoming more and more specified. The electrochemical device has received the most attention in this respect. Of these, the development of a rechargeable secondary battery has become a focus of attention. Recently, in developing such a battery, Research and development on the design of electrodes and batteries are underway.
현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990 년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다.Among the currently applied secondary batteries, the lithium secondary battery developed in the early 1990s has advantages such as higher operating voltage and higher energy density than conventional batteries such as Ni-MH, Ni-Cd and sulfuric acid-lead batteries using an aqueous electrolyte solution .
이러한 리튬 이차전지는 양극, 음극, 전해질 및 세퍼레이터를 구비하는 데, 이들 중 세퍼레이터에서 요구되는 특성은 양극과 음극을 분리하여, 이상 발열시에 셧-다운(shut-down) 현상을 유발시켜 전기적으로 절연시키면서도 높은 기공도를 바탕으로 리튬 이온의 투과성을 높여서 이온전도도를 높이고 전지의 저항은 낮추는 것이다. 그러나, 전술한 요구특성을 충분히 만족시키는 세퍼레이터가 여전히 필요한 실정이다.The lithium secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator. Among these, the separator separates the positive electrode and the negative electrode to cause a shut-down phenomenon during abnormal heat generation, By increasing the permeability of lithium ion based on high porosity while insulating it, ion conductivity is increased and battery resistance is lowered. However, a separator sufficiently satisfying the above-mentioned required characteristics is still required.
본 발명에서 해결하고자 하는 일 과제는 전해액 보유능, 기계적 강도 및 셧-다운 기능 측면에서 만족스러운 전기화학소자용 세퍼레이터를 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a separator for an electrochemical device which is satisfactory in terms of electrolyte holding ability, mechanical strength and shut-down function.
본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체 및 전기화학소자를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an electrode assembly and an electrochemical device including the separator.
본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기 세퍼레이터의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing the separator.
전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 양태에 따르면, 복수개의 다공성 고분자 필름 시트로 이루어진 전기화학소자용 세퍼레이터에 있어서, 상기 복수개의 다공성 고분자 필름 시트는 각각 상이한 공극율을 갖되, 가장 높은 공극율을 갖는 다공성 고분자 필름 시트와 가장 낮은 공극율을 갖는 다공성 고분자 필름 시트는 10 내지 20%의 공극률 차이를 가지는 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 세퍼레이터가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a separator for an electrochemical device comprising a plurality of porous polymeric film sheets, wherein each of the plurality of porous polymeric film sheets has a different porosity, And the porous polymeric film sheet having the lowest porosity have a porosity difference of 10 to 20%.
상기 가장 높은 공극율을 갖는 다공성 고분자 필름 시트는 40 내지 50 %의 공극율을 갖고, 가장 낮은 공극율을 갖는 다공성 고분자 필름 시트는 30 내지 40%의 공극율을 가질 수 있다.The porous polymeric film sheet having the highest porosity may have a porosity of 40 to 50%, and the porous polymeric film sheet having the lowest porosity may have porosity of 30 to 40%.
상기 다공성 고분자 필름 시트의 둘 이상이 동일한 물질로부터 형성될 수 있다.Two or more of the porous polymeric film sheets may be formed from the same material.
상기 다공성 고분자 필름 시트 전부가 동일한 물질로부터 형성될 수 있다.All of the porous polymeric film sheets may be formed from the same material.
상기 다공성 고분자 필름 시트는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드로, 폴리에틸렌아프탈렌, 폴리비닐리덴 플루라이드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리비닐리텐 플루오라이드, 헥사플루오로프로필렌 공중합체, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상으로부터 형성된 것일 수 있다.The porous polymeric film sheet may be formed of at least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyether sulfone, polyphenylene oxide and polyphenylene sulfide Formed from one or more selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene terephthalate, Lt; / RTI >
상기 다공성 고분자 필름 시트는 1 내지 20 ㎛의 두께를 가질 수 있다.The porous polymeric film sheet may have a thickness of 1 to 20 탆.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 상기 세퍼레이터를 포함하는 전기화학소자용 전극조립체가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided an electrode assembly for an electrochemical device including a positive electrode, a negative electrode, and the separator between the positive electrode and the negative electrode.
상기 전극조립체에서 공극률이 가장 큰 다공성 고분자 필름 시트가 음극에 면접해 있고, 공극률이 가장 작은 다공성 고분자 필름 시트가 양극에 면접해 있을 수 있다.The porous polymeric film sheet having the largest porosity in the electrode assembly may be in contact with the negative electrode, and the porous polymeric film sheet having the smallest porosity may be in contact with the positive electrode.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 하기 단계를 포함하는 전술한 세퍼레이터의 제조방법이 제공된다:According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a separator as described above, comprising the steps of:
(S1-1) 공극률이 상이한 다공성 고분자 필름 시트 둘 이상을 준비하는 단계; 및 (S1-1) preparing two or more porous polymeric film sheets having different porosity; And
(S1-2) 상기 둘 이상의 다공성 고분자 필름 시트를 라미네이션하는 단계.(S1-2) Lamination of the two or more porous polymeric film sheets.
또는, 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 하기 단계를 포함하는 전술한 세퍼레이터의 제조방법이 제공된다:Alternatively, according to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing the above-described separator, comprising the steps of:
(S2-1) 둘 이상의 다공성 고분자 필름 시트를 형성할 수지를 준비하는 단계;(S2-1) preparing a resin to form two or more porous polymeric film sheets;
(S2-2) 상기 수지들을 용융시킨 후에 공압출(coextrusion)하여 미연신 시트(sheet)를 제조하는 단계;(S2-2) melting the resins and then coextruding to produce an unoriented sheet;
(S2-3) 상기 미연신 시트를 연신시키는 단계; 및(S2-3) stretching the unstretched sheet; And
(S2-4) 열 고정시키는 단계.(S2-4).
본 발명에 따른 세퍼레이터는 세퍼레이터를 구성하는 둘 이상의 다공성 고분자 필름 시트가 각각 상이한 공극율을 가짐으로 인해 우수한 전해액 보유능 및 기계적 강도, 또한 셧-다운 기능 측면 전부에서 유리한 효과를 나타낼 수 있다. The separator according to the present invention can exhibit an advantageous effect in all aspects of electrolyte retention and mechanical strength, as well as in the shut-down function, because the two or more porous polymeric film sheets constituting the separator each have a different porosity.
따라서, 이러한 세퍼레이터를 포함하는 리튬이차전지와 같은 전기화학소자는 향상된 성능 및 안전성을 나타낼 수 있다.Therefore, an electrochemical device such as a lithium secondary battery including such a separator can exhibit improved performance and safety.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 잘 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 전기화학소자용 세퍼레이터의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 양태에 따른 전기화학소자용 세퍼레이터의 단면도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given above, serve to better understand the spirit of the invention. And should not be construed as limiting.
1 is a cross-sectional view of a separator for an electrochemical device according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a separator for an electrochemical device according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present specification and the constitutions described in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 세퍼레이터(100)로, 공극률 45%를 갖는 다공성 고분자 필름 시트(110)와 공극률 30%를 갖는 다공성 고분자 필름 시트(120)를 포함하여 이루어진 세퍼레이터의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a cross-sectional view of a separator 100 according to an embodiment of the present invention and including a porous
도 2는 본 발명의 다른 양태에 따른 세퍼레이터(200)로, 공극률 30%를 갖는 다공성 고분자 필름 시트(210), 공극률 40%를 갖는 다공성 고분자 필름 시트(220) 및 공극률 45%를 갖는 다공성 고분자 필름 시트(230)를 포함하여 이루어진 세퍼레이터의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.2 is a cross-sectional view of a separator 200 according to another embodiment of the present invention, showing a porous
본 발명에 따르면, 복수개의 다공성 고분자 필름 시트가 적층되어 이루어진 전기화학소자용 세퍼레이터에 있어서, 상기 복수개의 다공성 고분자 필름 시트 각각은 상이한 공극율을 갖되, 가장 높은 공극율을 갖는 다공성 고분자 필름 시트와 가장 낮은 공극율을 갖는 다공성 고분자 필름 시트는 10 내지 20%의 공극률 차이를 가질 수 있다.According to the present invention, there is provided a separator for an electrochemical device comprising a plurality of porous polymeric film sheets laminated, wherein each of the plurality of porous polymeric film sheets has a porous polymeric film sheet having a different porosity and having the highest porosity, May have a porosity difference of 10 to 20%.
본 발명의 일 양태에서, 가장 높은 공극율을 갖는 다공성 고분자 필름 시트는 40 내지 50 %의 공극율을 갖고, 가장 낮은 공극율을 갖는 다공성 고분자 필름 시트는 30 내지 40%의 공극율을 가지면서, 10 내지 20%의 공극률 차이를 가질 수 있다. 세퍼레이터를 구성하는 다공성 고분자 필름 시트에 있어, 40 내지 50 %의 비교적 높은 공극율은 전해액 함침성에 유리하고 셀 저항 감소에 유리할 수 있으며, 30 내지 40%의 비교적 낮은 공극율은 전지의 비정상적인 발열시 유리한 셧-다운이 발생하도록 한다. 상기 공극률의 차이가 상기 하한치보다 작으면 높은 공극률에서 비롯되는 효과, 예컨대, 우수한 함침성과 셀 저항에서의 유리한 측면 혹은 낮은 공극률에서 비롯되는 효과, 예컨대, 적절하게 발생하는 셧-다운 효과를 동시에 향유할 수 없게 되고, 상기 공극률의 차이가 상기 상한치보다 크면 세퍼레이터로 기능하기 위해 필수적으로 요구되는 물성, 예컨대, 적절한 기계적 강도, 통기도 또는 함침성을 구비하지 못할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the porous polymeric film sheet having the highest porosity has a porosity of 40 to 50%, and the porous polymeric film sheet having the lowest porosity has a porosity of 30 to 40% and a porosity of 10 to 20% Lt; / RTI > In the porous polymeric film sheet constituting the separator, a relatively high porosity of 40 to 50% is advantageous for electrolyte impregnability and may be advantageous for decreasing the cell resistance, and a relatively low porosity of 30 to 40% Down. If the difference in the porosity is smaller than the lower limit, the effect resulting from a high porosity, for example, an advantageous effect on cell resistance or an effect resulting from a low porosity, for example, a suitably occurring shut- And if the difference in the porosity is larger than the upper limit value, it may not have physical properties required for functioning as a separator, for example, adequate mechanical strength, air permeability or impregnation property.
상기 공극률의 차이는 다공성 고분자 필름에 형성되는 기공의 개수 혹은 크기를 다르게 형성시킴으로써 발생시킬 수 있다. 상기 다공성 고분자 필름 시트에 형성된 기공은 본 발명의 목적에 부합된다면 그 형성 방법 측면에서 특별히 한정되지 않으며, 예컨대, 당업계에 공지되어 있는 건식법 또는 습식법에 의해 형성된 기공일 수 있다. 건식법 또는 습식법에서 형성되는 기공의 직경 및 개수를 조절함으로써 다공성 고분자 필름 시트의 공극률이 결정될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 방법은 당업계에 알려진 방법에 의할 수 있다.The difference in the porosity can be generated by forming the number or size of the pores formed in the porous polymer film differently. The pores formed in the porous polymeric film sheet are not particularly limited in terms of the method of formation according to the purpose of the present invention, and may be, for example, pores formed by a dry method or a wet method known in the art. The porosity of the porous polymeric film sheet can be determined by controlling the diameter and the number of the pores formed in the dry method or the wet method. Specific methods for this can be determined by methods known in the art.
세퍼레이터를 구성하는 다공성 고분자 필름 시트의 개수는 본 발명의 목적에 부합된다면 특별히 제한되지 않으며, 예컨대, 2개 이상 또는 2개 내지 3개의 다공성 고분자 필름 시트로 이루어질 수 있다.The number of the porous polymeric film sheets constituting the separator is not particularly limited as long as it is in conformity with the object of the present invention, and may be, for example, two or more or two or three porous polymeric film sheets.
본 발명에서 사용가능한 다공성 고분자 필름 시트는 전기화학소자용 세퍼레이터에 이용되는 통상적인 다공성 고분자 필름 시트라면 모두 사용이 가능하다. 비제한적인 예로, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드로, 폴리에틸렌아프탈렌, 폴리비닐리덴 플루라이드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리비닐리텐 플루오라이드, 헥사플루오로프로필렌 공중합체, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상으로부터 형성된 것일 수 있다.The porous polymeric film sheet usable in the present invention can be any conventional porous polymeric film sheet used in a separator for electrochemical devices. But are not limited to, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, A polyvinylidene fluoride, a polyvinylidene fluoride, a polyethylene oxide, a polyacrylonitrile, a polyvinylidene fluoride, a hexafluoropropylene copolymer, a polyethylene and a polypropylene .
본 발명의 일 양태에서 복수개의 다공성 고분자 필름 시트 중 둘 이상의 시트가 동일한 물질로부터 형성될 수 있다. 또는, 본 발명의 다른 양태에서 다공성 고분자 필름 시트 전부가 동일한 물질로부터 제조되되, 상이한 공극율을 갖도록 형성될 수 있다.In one aspect of the present invention, two or more sheets of a plurality of porous polymeric film sheets may be formed from the same material. Alternatively, in another aspect of the present invention, all of the porous polymeric film sheets may be formed from the same material, but with different porosity.
세퍼레이터를 구성하는 복수개의 다공성 고분자 필름 시트 중 가장 높은 공극율을 갖는 다공성 고분자 필름 시트는 40 내지 50 %의 공극율을 가질 수 있다. 상기 공극률이 상기 상한치보다 높은 경우에는 세퍼레이터의 기계적 강도가 저하될 수 있고, 공극률이 상기 하한치보다 낮은 경우에는 전해액 함침성을 향상시키려는 본 발명의 목적을 달성하지 못할 수 있다.Among the plurality of porous polymeric film sheets constituting the separator, the porous polymeric film sheet having the highest porosity may have a porosity of 40 to 50%. If the porosity is higher than the upper limit value, the mechanical strength of the separator may be lowered. If the porosity is lower than the lower limit value, the object of the present invention for improving the electrolyte impregnability may not be achieved.
세퍼레이터를 구성하는 복수개의 다공성 고분자 필름 시트 중 가장 낮은 공극율을 갖는 다공성 고분자 필름 시트는 30 내지 40 %의 공극율을 가질 수 있다. 상기 공극률이 상기 상한치보다 높은 경우에는 셧다운 기능이 향상되지 않을 수 있고, 상기 공극률이 상기 하한치보다 낮은 경우에는 세퍼레이터의 통기도가 저하될 수 있다. Among the plurality of porous polymeric film sheets constituting the separator, the porous polymeric film sheet having the lowest porosity may have a porosity of 30 to 40%. If the porosity is higher than the upper limit value, the shutdown function may not be improved. If the porosity is lower than the lower limit value, the air permeability of the separator may be lowered.
기공의 평균 직경(최장 직경의 평균)은 본 발명의 목적에 부합된다면 특별히 제한되지 않으며, 예컨대, 0.01 내지 50 ㎛ 또는 0.1 내지 10 ㎛일 수 있다. The average diameter of the pores (the average of the longest diameters) is not particularly limited as long as it meets the object of the present invention, and may be, for example, 0.01 to 50 mu m or 0.1 to 10 mu m.
세퍼레이터를 구성하는 다공성 고분자 필름 시트 각각의 두께는 본 발명의 목적에 부합한다면 특별히 제한되지 않으며, 예컨대, 1 내지 20 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 또한, 이러한 복수개의 다공성 고분자 필름 시트로부터 형성된 세퍼레이터는 5 내지 50 ㎛의 두께를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The thickness of each of the porous polymeric film sheets constituting the separator is not particularly limited as long as it meets the object of the present invention, and for example, it may have a thickness of 1 to 20 탆. The separator formed from such a plurality of porous polymeric film sheets may have a thickness of 5 to 50 탆, but is not limited thereto.
본 발명의 일 양태에서, 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 전술된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체가 제공된다. In one aspect of the present invention, there is provided an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and the above-described separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.
비제한적인 예에서, 공극률이 가장 큰 다공성 고분자 필름 시트와 공극률이 가장 작은 다공성 고분자 필름 시트가 세퍼레이터 최외층을 구성할 수 있다.In a non-limiting example, the porous polymer film sheet having the largest porosity and the porous polymer film sheet having the smallest porosity can constitute the outermost layer of the separator.
본 발명의 일 양태에서, 공극률이 가장 큰 다공성 고분자 필름 시트가 음극에 면접하고, 상기 공극률이 가장 작은 다공성 고분자 필름 시트가 양극에 면접하도록 전극조립체가 구성될 수 있다. 공극률이 가장 큰 다공성 고분자 필름 시트가 음극에 면접함으로써 음극 덴드라이트 형성에 의한 내부 단락이 효과적으로 방지될 수 있고, 또한, 공극률이 가장 작은 다공성 고분자 필름 시트가 양극에 면접함으로써 전기화학소자의 이상 발열시에 셧-다운이 보다 신속하게 발생할 수 있다.In one aspect of the present invention, the electrode assembly may be configured such that the porous polymer film sheet having the largest porosity is interposed on the negative electrode and the porous polymer film sheet having the smallest porosity is brought into contact with the positive electrode. The internal short circuit due to the formation of the cathode dendrite can be effectively prevented by allowing the porous polymeric film sheet having the largest porosity to be brought into contact with the negative electrode. Further, when the porous polymeric film sheet having the smallest porosity is brought into contact with the positive electrode, The shut-down may occur more quickly.
본 발명의 전기화학소자는 전기화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구체적인 예로는 모든 종류의 일차전지, 이차전지, 연료전지, 태양전지 또는 수퍼 캐퍼시터 소자와 같은 캐퍼시터(capacitor) 등이 있다. 특히, 상기 이차전지 중에서 리튬 금속 이차전지, 리튬 이온 이차전지, 리튬 폴리머 이차전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차전지 등을 포함하는 리튬 이차전지에 사용할 수 있다.The electrochemical device of the present invention includes all devices that perform an electrochemical reaction, and specific examples thereof include capacitors such as all kinds of primary cells, secondary cells, fuel cells, solar cells, and super capacitors. In particular, the secondary battery can be used in a lithium secondary battery including a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, or a lithium ion polymer secondary battery.
양극, 음극 등은 당해 분야에 공지되어 있는 공정 및/또는 방법에 의해 용이하게 제조될 수 있다.The anode, the cathode and the like can be easily produced by a process and / or a method known in the art.
구체적으로, 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전제 및 결착제의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.Specifically, the anode is prepared, for example, by coating a mixture of a cathode active material, a conductive agent and a binder on a cathode current collector, followed by drying, and if necessary, further adding a filler to the mixture.
양극은 당업계에서 알려진 통상적인 방법에 따라 양극 활물질을 양극 전류집전체에 결착시킨 형태로 제조된다. 이때, 양극 활물질로는 종래 전기화학 소자의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극 활물질이 사용 가능하며, 비제한적인 예로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, Li(NiaCobMnc)O2(0<a<1, 0<b<1, a+b+c=1), LiNi1 -YCoYO2, LiCo1 - YMnYO2, LiNi1 - YMnYO2(여기서, 0≤Y<1), Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2, 0<b<2, a+b+c=2), LiMn2 - ZNiZO4, LiMn2 - ZCoZO4(여기서, 0<Z<2), LiCoPO4, LiFePO4 및 이들의 혼합물 등이 있다. 또한, 양극 전류집전체로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등을 사용할 수 있다.The anode is prepared by binding a cathode active material to a cathode current collector according to a conventional method known in the art. As the cathode active material, a conventional cathode active material that can be used for a cathode of a conventional electrochemical device can be used. Examples of the cathode active material include LiCoO 2, LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li (Ni a Co b Mn c) O 2 (0 < a <1, 0 <b <1, a + b + c = 1), LiNi 1 -Y Co Y O 2, LiCo 1 - Y Mn Y O 2, LiNi 1 - Y Mn Y O 2 (where, 0≤Y <1), Li ( Ni a Co b Mn c) O 4 (0 <a <2, 0 <b <2, a + b + c = 2), LiMn 2 - Z Ni Z O 4, LiMn 2 - Z Co Z O 4 ( where, 0 <Z <2) has, LiCoPO 4, LiFePO 4, and mixtures thereof and the like. The anode current collector may be made of aluminum, nickel, or a combination thereof.
음극은 당업계에서 알려진 통상적인 방법에 따라 음극 활물질을 음극 전류집전체에 결착시킨 형태로 제조된다. 이때, 음극 활물질은 예컨대 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 - xMe'yOz(Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8)의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료 등을 사용할 수 있다. 한편, 음극 전류집전체로는 스테인레스강, 니켈, 구리, 티탄 또는 이들의 합금 등을 사용할 수 있다.The negative electrode is prepared by adhering the negative electrode active material to the negative electrode current collector according to a conventional method known in the art. At this time, the negative electrode active material may be carbon such as non-graphitized carbon or graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1 ), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1 - x Me 'y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Metal complex oxides of Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, halogen, 0 < x < Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, Bi 2 O 5 and the like; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used. On the other hand, as the negative electrode current collector, stainless steel, nickel, copper, titanium or an alloy thereof can be used.
또한, 상기 전극과 세퍼레이터 사이에 삽입될 수 있는 전해질은 A+B-와 같은 구조의 염으로서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하고 B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 -와 같은 음이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염이 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤 (γ-부티로락톤) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 또는 해리된 것이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.Also, the electrolyte that can be inserted between the electrode and the separator is a salt having a structure such as A + B - , wherein A + includes an alkali metal cation such as Li + , Na + , K + and B - is PF 6 -, BF 4 -, Cl -, Br -, I -, ClO 4 -, AsF 6 -, CH 3 CO 2 -, CF 3 SO 3 -, N (CF 3 SO 2) 2 - (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and the like, and salts containing anions such as C (CF 2 SO 2 ) 3 - But are not limited to, dipropyl carbonate (DPC), dimethylsulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethyl carbonate (? -butyrolactone), or a mixture thereof, but is not limited thereto no.
상기 전해질의 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전지 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. The electrolyte may be injected at an appropriate stage of the battery manufacturing process, depending on the manufacturing process and required properties of the final product.
본 발명의 세퍼레이터를 전지에 적용하는 공정으로는 일반적인 공정인 권취(winding) 이외에도 세퍼레이터와 전극의 적층(lamination, stack) 및 접음(folding) 공정이 가능하다.As a process for applying the separator of the present invention to a battery, lamination, stacking and folding processes of a separator and an electrode are possible in addition to a general winding process.
본 발명에 따른 세퍼레이터의 제조방법의 일 양태는 하기 단계를 포함하여 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:An aspect of the method for producing a separator according to the present invention may include, but is not limited to, the following steps:
(S1-1) 공극률이 상이한 복수개의 다공성 고분자 필름 시트를 준비하는 단계; 및 (S1-1) preparing a plurality of porous polymeric film sheets having different porosities; And
(S1-2) 상기 복수개의 다공성 고분자 필름 시트를 라미네이션하는 단계. (S1-2) Lamination of the plurality of porous polymeric film sheets.
상기 (S1-1)에서 다공성 고분자 필름 시트에 대해서는 전술한 내용을 참고한다.In the above (S1-1), the above-mentioned contents are referred to for the porous polymeric film sheet.
또한, (S1-2)에서 복수개의 다공성 고분자 필름 시트는 접착제를 별도로 사용하지 않고 라미네이션 공정에 의해 결합되므로, 접착제 사용에 의한 통기도 저하 현상이 발생하지 않는다. Further, in the step (S1-2), the plurality of porous polymeric film sheets are bonded by the lamination process without using the adhesive separately, so that the phenomenon of lowering the air permeability due to the use of the adhesive does not occur.
본 발명에 따른 세퍼레이터의 제조방법의 다른 양태는 하기 단계를 포함하여 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:Another aspect of the method of manufacturing a separator according to the present invention may include, but is not limited to, the following steps:
(S2-1) 복수개의 다공성 고분자 필름 시트를 형성할 수지 각각을 준비하는 단계;(S2-1) preparing each of the resins to form a plurality of porous polymeric film sheets;
(S2-2) 상기 수지들을 용융시킨 후에 공압출(coextrusion)하여 미연신 시트를 제조하는 단계;(S2-2) melting the resins and then coextruding to prepare an unoriented sheet;
(S2-3) 상기 미연신 시트를 연신시키는 단계; 및(S2-3) stretching the unstretched sheet; And
(S2-4) 열 고정시키는 단계.(S2-4).
상기 세퍼레이터의 제조방법이 습식법일 경우, 상기 (S2-1)의 수지는 기공형성제(가소제)를 포함할 수 있다. 상기 기공형성제는 액체 파라핀, 파라핀 오일, 광유 또는 파라핀 왁스 등과 같은 지방족 탄화수소계 용매; 대두유, 해바라기기름, 유채기름, 팜유, 야자유, 코코넛유, 옥수수기름, 포도씨유, 면실유 등과 같은 식물성 기름; 또는 다이알킬 프탈레이트 등과 같은 가소제일 수 있다. 특히, 상기 가소제는 다이-2-에틸헥실 프탈레이트(di-2-ethylhexyl phthalate, DOP), 다이-부틸-프탈레이트(di-butyl-phthalate, DBP), 다이-이소노닐 프탈레이트(di-isononyl phthalate, DINP), 다이-이소데실 프탈레이트(di-isodecyl phthalate, DIDP), 부틸 벤질 프탈레이트(butyl benzyl phthalate, BBP) 등일 수 있다. 또한, 상기 기공형성제(가소제)는 (S2-3) 이후에 용매에 의해 추출될 수 있는데, 용매로는 메틸에틸케톤, 메틸렌 클로라이드, 헥산 등, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.When the method for producing the separator is a wet method, the resin of (S2-1) may include a pore-forming agent (plasticizer). The pore-forming agent may be an aliphatic hydrocarbon-based solvent such as liquid paraffin, paraffin oil, mineral oil or paraffin wax; Vegetable oils such as soybean oil, sunflower oil, rapeseed oil, palm oil, palm oil, coconut oil, corn oil, grape seed oil, cotton seed oil and the like; Or a plasticizer such as a dialkyl phthalate. In particular, the plasticizer is selected from the group consisting of di-2-ethylhexyl phthalate (DOP), di-butyl phthalate (DBP), di- isononyl phthalate Di-isodecyl phthalate (DIDP), butyl benzyl phthalate (BBP), and the like. The pore-forming agent (plasticizer) may be extracted with a solvent after (S2-3). As the solvent, methyl ethyl ketone, methylene chloride, hexane, etc., or a mixture thereof may be used.
한편, 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed herein are merely examples of specific examples for the purpose of understanding and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.
Claims (10)
상기 복수개의 다공성 고분자 필름 시트는 각각 상이한 공극율을 갖되,
가장 높은 공극율을 갖는 다공성 고분자 필름 시트와 가장 낮은 공극율을 갖는 다공성 고분자 필름 시트는 10 내지 20%의 공극률 차이를 가지는 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 세퍼레이터.
A separator for an electrochemical device comprising a plurality of porous polymeric film sheets,
Wherein the plurality of porous polymeric film sheets have different porosities,
Wherein the porous polymer film sheet having the highest porosity and the porous polymer film sheet having the lowest porosity have a porosity difference of 10 to 20%.
가장 높은 공극율을 갖는 다공성 고분자 필름 시트는 40 내지 50 %의 공극율을 갖고, 가장 낮은 공극율을 갖는 다공성 고분자 필름 시트는 30 내지 40%의 공극율을 가지는 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 세퍼레이터.
The method according to claim 1,
Wherein the porous polymeric film sheet having the highest porosity has a porosity of 40 to 50% and the porous polymeric film sheet having the lowest porosity has porosity of 30 to 40%.
상기 다공성 고분자 필름 시트의 둘 이상이 동일한 물질로부터 형성된 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 세퍼레이터.
The method according to claim 1,
Wherein at least two of the porous polymeric film sheets are formed from the same material.
상기 다공성 고분자 필름 시트 전부가 동일한 물질로부터 형성된 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 세퍼레이터.
The method according to claim 1,
Wherein all of the porous polymeric film sheets are formed from the same material.
상기 다공성 고분자 필름 시트가 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드로, 폴리에틸렌아프탈렌, 폴리비닐리덴 플루라이드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리비닐리텐 플루오라이드, 헥사플루오로프로필렌 공중합체, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상으로부터 형성된 것임을 특징으로 하는 전기화학소자용 세퍼레이터.
The method according to claim 1,
Wherein the porous polymeric film sheet is at least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyether sulfone, polyphenylene oxide, Formed from one or more selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene terephthalate, And a separator for an electrochemical device.
상기 다공성 고분자 필름 시트가 1 내지 20 ㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 세퍼레이터.
The method according to claim 1,
Wherein the porous polymeric film sheet has a thickness of 1 to 20 占 퐉.
An electrode assembly for an electrochemical device, comprising a positive electrode, a negative electrode, and a separator between the positive electrode and the negative electrode.
공극률이 가장 큰 다공성 고분자 필름 시트가 음극에 면접해 있고,
공극률이 가장 작은 다공성 고분자 필름 시트가 양극에 면접해 있는 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 전극조립체.
8. The method of claim 7,
The porous polymer film sheet having the largest porosity is placed on the negative electrode,
Wherein the porous polymer film sheet having the smallest porosity is in contact with the anode.
(S1-1) 공극률이 상이한 다공성 고분자 필름 시트 둘 이상을 준비하는 단계; 및
(S1-2) 상기 둘 이상의 다공성 고분자 필름 시트를 라미네이션하는 단계.
A process for producing a separator according to any one of claims 1 to 6, comprising the steps of:
(S1-1) preparing two or more porous polymeric film sheets having different porosity; And
(S1-2) Lamination of the two or more porous polymeric film sheets.
(S2-1) 둘 이상의 다공성 고분자 필름 시트를 형성할 수지를 준비하는 단계;
(S2-2) 상기 수지들을 용융시킨 후에 공압출(coextrusion)하여 미연신 시트(sheet)를 제조하는 단계;
(S2-3) 상기 미연신 시트를 연신시키는 단계; 및
(S2-4) 열 고정시키는 단계.
A process for producing a separator according to any one of claims 1 to 6, comprising the steps of:
(S2-1) preparing a resin to form two or more porous polymeric film sheets;
(S2-2) melting the resins and then coextruding to produce an unoriented sheet;
(S2-3) stretching the unstretched sheet; And
(S2-4).
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- 2015-07-20 KR KR1020150102608A patent/KR20170010664A/en not_active Application Discontinuation
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