KR20100024358A - 다공성 코팅층을 구비한 세퍼레이터, 그 제조방법 및 이를 구비한 전기화학소자 - Google Patents

다공성 코팅층을 구비한 세퍼레이터, 그 제조방법 및 이를 구비한 전기화학소자 Download PDF

Info

Publication number
KR20100024358A
KR20100024358A KR20090077735A KR20090077735A KR20100024358A KR 20100024358 A KR20100024358 A KR 20100024358A KR 20090077735 A KR20090077735 A KR 20090077735A KR 20090077735 A KR20090077735 A KR 20090077735A KR 20100024358 A KR20100024358 A KR 20100024358A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
separator
coating layer
binder polymer
inorganic particles
porous coating
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
KR20090077735A
Other languages
English (en)
Inventor
박필규
김종훈
홍장혁
신병진
김인철
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Publication of KR20100024358A publication Critical patent/KR20100024358A/ko
Ceased legal-status Critical Current

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
    • H01M50/489—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
    • H01M50/40—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
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • 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
    • 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
    • H01M50/42—Acrylic resins
    • 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
    • H01M50/423—Polyamide resins
    • 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
    • H01M50/426—Fluorocarbon 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
    • H01M50/411—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
    • H01M50/443—Particulate 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
    • H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
    • 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
    • H01M50/489—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
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • 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
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte
    • 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)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명의 세퍼레이터는 다수의 기공을 갖는 평면상의 부직포 기재; 및 상기 부직포 기재의 적어도 일면에 마련되어 있으며 다수의 무기물 입자 및 바인더 고분자의 혼합물로 형성된 다공성 코팅층을 포함하는 세퍼레이터로서, 상기 부직포 기재는, 평균 굵기가 0.5 내지 10 um인 극세사로 형성되고, 기공의 장경이 0.1 내지 70 um인 기공들을 전체 기공 수를 기준으로 50% 이상 포함한다.
본 발명에 따라 다공성 코팅층을 구비한 세퍼레이터는 소정 굵기의 극세사를 이용하여 기공 크기가 제어된 부직포 기재를 사용함으로서, 다공성 코팅층의 로딩량을 증가시키지 않고도 누설전류(leak current)의 발생을 방지할 수 있다.

Description

다공성 코팅층을 구비한 세퍼레이터, 그 제조방법 및 이를 구비한 전기화학소자{A SEPARATOR HAVING POROUS COATING LAYER, A MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND ELECTROCHEMICAL DEVICE CONTAINING THE SAME }
본 발명은 리튬 이차전지와 같은 전기화학소자의 세퍼레이터, 그 제조방법 및 이를 구비한 전기화학소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물로 된 다공성 코팅층이 부직포 기재의 적어도 일면에 형성된 세퍼레이터와 그 제조방법 및 이를 구비한 전기화학소자에 관한 것이다.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목받고 있는 분야이고 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 촛점이 되고 있으며, 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발로 진행되고 있다.
현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990 년대 초에 개발된 리튬 이차전지 는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다. 그러나 이러한 리튬 이온 전지는 유기 전해액을 사용하는 데 따르는 발화 및 폭발 등의 안전 문제가 존재하고, 제조가 까다로운 단점이 있다. 최근의 리튬 이온 고분자 전지는 이러한 리튬 이온 전지의 약점을 개선하여 차세대 전지의 하나로 꼽히고 있으나 아직까지 전지의 용량이 리튬 이온 전지와 비교하여 상대적으로 낮고, 특히 저온에서의 방전 용량이 불충분하여 이에 대한 개선이 시급히 요구되고 있다.
상기와 같은 전기화학소자는 많은 회사에서 생산되고 있으나 그들의 안전성 특성은 각각 다른 양상을 보인다. 이러한 전기화학소자의 안전성 평가 및 안전성 확보는 매우 중요하다. 가장 중요한 고려사항은 전기화학소자가 오작동시 사용자에게 상해를 입혀서는 안된다는 것이며, 이러한 목적으로 안전규격은 전기화학소자 내의 발화 및 발연 등을 엄격히 규제하고 있다. 전기화학소자의 안전성 특성에 있어서, 전기화학소자가 과열되어 열폭주가 일어나거나 분리막이 관통될 경우에는 폭발을 일으키게 될 우려가 크다. 특히, 전기화학소자의 분리막으로서 통상적으로 사용되는 폴리올레핀계 다공성 기재는 재료적 특성과 연신을 포함하는 제조공정 상의 특성으로 인하여 100도 이상의 온도에서 극심한 열 수축 거동을 보임으로서, 양극과 음극 사이의 단락을 일으키는 문제점이 있다.
이와 같은 전기화학소자의 안전성 문제를 해결하기 위하여, 다수의 기공을 갖는 다공성 기재의 적어도 일면에, 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물을 코팅하여 다공성 코팅층을 형성한 세퍼레이터가 제안되었다. 예를 들어, 한국 공개특허 2007-0019958호, 일본 공표특허 2005-536857호 및 일본 공개특허 1999-080395호에는 다공성 기재 상에 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물로 형성된 다공성 코팅층을 마련한 세퍼레이터에 관한 기술이 개시되어 있다.
이러한 다공성 코팅층이 형성된 세퍼레이터에 있어서, 다공성 기재로서 부직포를 사용시 누설전류(leak current)가 발생하여 세퍼레이터의 절연성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 누설전류 발생을 방지하기 위해 다공성 코팅층의 로딩량을 증가시킬 경우 세퍼레이터의 두께가 두꺼워지므로, 고용량의 전지 구현에 적합치 않다.
따라서, 다공성 코팅층이 마련되는 부직포 기재를 최적으로 설계하여, 다공성 코팅층의 로딩량을 증가시키지 않고도 누설전류(leak current)의 발생을 방지하는 기술이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다공성 코팅층이 마련되는 부직포 기재를 최적으로 설계하여, 다공성 코팅층의 로딩량을 증가시키지 않고도 누설전류(leak current)의 발생을 방지한 세퍼레이터 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 전술한 세퍼레이터를 구비한 고용량의 전기화학소자를 제공하는데 있다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 세퍼레이터는 다수의 기공을 갖는 평면상의 부직포 기재; 및 상기 부직포 기재의 적어도 일면에 마련되어 있으며 다수의 무기물 입자 및 바인더 고분자의 혼합물로 형성된 다공성 코팅층을 포함하는 세퍼레이터로서, 상기 부직포 기재는, 평균 굵기가 0.5 내지 10 um인 극세사로 형성되고, 기공의 장경이 0.1 내지 70 um(마이크로미터)인 기공들을 전체 기공 수를 기준으로 50% 이상 포함한다.
본 발명의 세퍼레이터에 있어서, 상기 부직포 기재의 두께는 9 내지 30 um인 것이 바람직하다. 또한, 상기 부직포 기재에 대한 다공성 코팅층의 로딩량은 5 내지 20 g/m2인 것이 바람직하다.
전술한 세퍼레이터는 평균 굵기가 0.5 내지 10 um인 극세사로 형성되고, 기공의 장경이 0.1 내지 70 um인 기공들을 전체 기공 수를 기준으로 50% 이상 포함하는 평면상의 부직포 기재를 준비하는 단계; 및 상기 부직포 기재의 적어도 일면에 무기물 입자들이 분산된 바인더 고분자 용액을 코팅하고 건조시킴으로서 제조된다.
이와 같은 본 발명의 세퍼레이터는 양극과 음극 사이에 개재되어 리튬 이차전자나 수퍼 캐패시터 소자와 같은 전기화학소자에 이용될 수 있다.
본 발명의 세퍼레이터는 다공성 코팅층에 의해 전기화학소자가 과열되는 경우에도 다공성 코팅층에 존재하는 무기물 입자들에 의해 양극과 음극 사이의 단락을 억제할 수 있다. 또한, 소정 굵기의 극세사를 이용하여 기공 크기가 제어된 부직포 기재를 사용함으로서, 다공성 코팅층의 로딩량을 증가시키지 않고도 누설전 류(leak current)의 발생을 방지할 수 있다.
따라서, 이러한 세퍼레이터를 구비한 전기화학소자는 열안전성이 우수할 뿐만 아니라, 고용량으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 세퍼레이터는 다수의 기공을 갖는 평면상의 부직포 기재를 구비하며, 부직포 기재는 평균 굵기가 0.5 내지 10 um, 바람직하게는 1 내지 7 um인 극세사로 형성된다. 평균 굵기가 0.5 um 미만인 극세사로 형성된 부직포는 제조하기 어려울 뿐만 아니라, 부직포의 기계적 물성이 저하된다. 또한, 극세사의 평균 굵기가 10 um를 초과하면, 부직포의 기공 사이즈 제어가 용이치 않으므로 후술하는 크기와 분포를 갖는 기공들을 형성하기 어렵다.
또한, 부직포 기재는 기공의 장경(기공의 최장 직경)이 0.1 내지 70 um인 기공들을 전체 기공 수를 기준으로 50% 이상 포함한다. 장경이 0.1 um 미만인 기공들 을 다수 갖는 부직포는 제조하기 어려울 뿐만 아니라, 이로 인해 부직포의 기공도가 저하되어 리튬 이온의 원활한 이동을 부분적으로 방해할 수 있다. 기공의 장경이 70 um을 초과하면, 누설전류(leak current)에 의한 절연성 저하의 문제점이 발생하기 쉽다. 누설전류 발생을 방지하기 위해 다공성 코팅층의 로딩량을 증가시킬 경우 세퍼레이터의 두께가 두꺼워지므로, 고용량의 전지 구현이 어렵게 된다.
전술한 사이즈의 기공들은 부직포에 존재하는 전체 기공 수를 기준으로 50% 이상 포함되어야만 부직포의 구성 및 기공 사이즈를 최적으로 설계함에 따른 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
부직포 기재를 형성하는 극세사는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르, 아라미드와 같은 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드로, 폴리에틸렌나프탈렌 등으로 형성할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 특히, 부직포 기재의 열 안전성을 향상시키기 위하여, 극세사의 용융온도는 200 ℃ 이상인 것이 바람직하다. 부직포 기재의 두께는 9 내지 30 um인 것이 바람직하다.
본 발명의 세퍼레이터는 전술한 부직포 기재의 적어도 일면에 다공성 코팅층이 마련된다. 다공성 코팅층은 다수의 무기물 입자 및 바인더 고분자의 혼합물로 형성된다. 다수의 무기물 입자들은 바인더 고분자에 의해 서로 연결되며, 무기물 입자들 사이는 공극이 형성된다. 부직포 기재에 대한 다공성 코팅층의 로딩량은 5 내지 20 g/m2인 것이 바람직한데, 로딩량이 5 g/m2 미만이면, 누설전류가 발생할 우 려가 있고, 로딩량이 20 g/m2를 초과하면 세퍼레이터의 두께가 커져 고용량 전지에 대한 적합성이 저하될 우려가 있다.
본 발명의 세퍼레이터에 있어서, 다공성 코팅층 형성에 사용되는 무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 무기물 입자는 적용되는 전기화학소자의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 무기물 입자로서 유전율이 높은 무기물 입자를 사용하는 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.
전술한 이유들로 인해, 상기 무기물 입자는 유전율 상수가 5 이상, 바람직하게는 10 이상인 고유전율 무기물 입자를 포함하는 것이 바람직하다. 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자의 비제한적인 예로는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, TiO2, SiC 또는 이들의 혼합체 등이 있다.
또한, 무기물 입자로는 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자, 즉 리튬 원소를 함유하되 리튬을 저장하지 아니하고 리튬 이온을 이동시키는 기능을 갖는 무기물 입자를 사용할 수 있다. 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자의 비제한적인 예로는 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트(LixAlyTiz(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 1, 0 < z < 3), 14Li2O-9Al2O3-38TiO2-39P2O5 등과 같은 (LiAlTiP)xOy 계열 glass (0 < x < 4, 0 < y < 13), 리튬란탄티타네이트(LixLayTiO3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), Li3.25Ge0.25P0.75S4 등과 같은 리튬게르마니움티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0 < x < 4, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 0 < w < 5), Li3N 등과 같은 리튬나이트라이드(LixNy, 0 < x < 4, 0 < y < 2), Li3PO4-Li2S-SiS2 등과 같은 SiS2 계열 glass(LixSiySz, 0 < x < 3, 0 < y < 2, 0 < z < 4), LiI-Li2S-P2S5 등과 같은 P2S5 계열 glass(LixPySz, 0 < x < 3, 0 < y < 3, 0 < z < 7) 또는 이들의 혼합물 등이 있다.
본 발명의 세퍼레이터에 있어서, 다공성 코팅층의 무기물 입자 크기는 제한이 없으나, 균일한 두께의 코팅층 형성 및 적절한 공극률을 위하여, 가능한 한 0.001 내지 10 um 범위인 것이 바람직하다. 0.001 um 미만인 경우 분산성이 저하될 수 있고, 10 um를 초과하는 경우 다공성 코팅층의 두께가 증가할 수 있고, 큰 기공 크기로 인해 전지 충방전시 내부 단락이 일어날 확률이 높아진다.
또한, 다공성 코팅층에 함유되는 바인더 고분자로는 당 업계에서 부직포 기재에 다공성 코팅층을 형성하는데 통상적으로 사용되는 고분자를 사용할 수 있다. 특히, 유리 전이 온도(glass transition temperature, Tg)가 -200 내지 200 ℃인 고분자를 사용하는 것이 바람직한데, 이는 최종적으로 형성되는 다공성 코팅층의 유연성 및 탄성 등과 같은 기계적 물성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 이러한 바인더 고분자는 무기물 입자들 사이 또는 무기물 입자와 부직포 기재 사이를 연결 및 안정하게 고정시켜주는 바인더 역할을 수행한다.
또한, 바인더 고분자는 이온 전도 능력을 반드시 가질 필요는 없으나, 이온 전도 능력을 갖는 고분자를 사용할 경우 전기화학소자의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 바인더 고분자는 가능한 유전율 상수가 높은 것이 바람직하다. 실제로 전해액에서 염의 해리도는 전해액 용매의 유전율 상수에 의존하기 때문에, 바인더 고분자의 유전율 상수가 높을수록 전해질에서의 염 해리도를 향상시킬 수 있다. 이러한 바인더 고분자의 유전율 상수는 1.0 내지 100 (측정 주파수 = 1 kHz) 범위가 사용 가능하며, 특히 10 이상인 것이 바람직하다.
전술한 기능 이외에, 바인더 고분자는 액체 전해액 함침시 겔화됨으로써 높은 전해액 함침율(degree of swelling)을 나타낼 수 있는 특징을 가질 수 있다. 이에 따라, 용해도 지수가 15 내지 45 MPa1/2 인 고분자를 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직한 용해도 지수는 15 내지 25 MPa1/2 및 30 내지 45 MPa1/2 범위이다. 따라서, 폴리올레핀류와 같은 소수성 고분자들보다는 극성기를 많이 갖는 친수성 고분자들을 사용하는 것이 바람직하다. 용해도 지수가 15 MPa1/2 미만 및 45 MPa1/2를 초과할 경우, 통상적인 전지용 액체 전해액에 의해 함침(swelling)되기 어렵기 때문이다.
이러한 고분자의 비제한적인 예로는 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 풀 루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타클릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 풀루란 (pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose) 등을 들 수 있다.
본 발명에 따라 부직포 기재에 코팅된 다공성 코팅층의 무기물 입자와 바인더 고분자의 조성비는 예를들어 50:50 내지 99:1 범위가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 70:30 내지 95:5이다. 바인더 고분자에 대한 무기물 입자의 함량비가 50:50 미만일 경우 고분자의 함량이 많아지게 되어 다공성 코팅층의 기공 크기 및 기공도가 감소될 수 있다. 무기물 입자의 함량이 99 중량부를 초과할 경우 바인더 고분자 함량이 적기 때문에 다공성 코팅층의 내필링성이 약화될 수 있다. 다공성 코팅층의 기공 크기 및 기공도는 특별한 제한이 없으나, 기공 크기는 0.001 내지 10um 범위가 바람직하며, 기공도는 10 내지 90% 범위가 바람직하다. 기공 크기 및 기공도는 주로 무기물 입자의 크기에 의존하는데, 예컨대 입경이 1 um 이하인 무기물 입자를 사용하는 경우 형성되는 기공 역시 대략 1 um 이하를 나타내게 된다. 이와 같은 기공 구조는 추후 주액되는 전해액으로 채워지게 되고, 이와 같이 채워진 전해액은 이온 전달 역할을 하게 된다. 기공 크기 및 기공도가 각각 0.001um 및 10% 미만일 경우 저항층으로 작용할 수 있으며, 기공 크기 및 기공도가 10um 및 90%를 각각 초과할 경우에는 기계적 물성이 저하될 수 있다.
본 발명의 세퍼레이터는 다공성 코팅층 성분으로서 전술한 무기물 입자 및 고분자 이외에, 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 세퍼레이터의 바람직한 제조방법을 아래에 예시하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 평균 굵기가 0.5 내지 10 um인 극세사로 형성되고, 기공의 장경이 0.1 내지 70 um인 기공들을 전체 기공 수를 기준으로 50% 이상 포함하는 평면상의 부직포 기재를 준비한다. 이러한 구성을 갖는 부직포는 극세사를 방사하는 노즐의 직경과 방사밀도 등을 조절하여 제조할 수 있다.
이어서, 상기 부직포 기재의 적어도 일면에 무기물 입자들이 분산된 바인더 고분자 용액을 코팅하고 건조시켜 세퍼레이터를 제조한다.
무기물 입자들이 분산된 바인더 고분자 용액은, 바인더 고분자를 용매에 용해시켜 바인더 고분자 용액을 제조한 다음 여기에 무기물 입자들을 첨가하여 분산시킴으로서 제조할 수 있다. 용매로는 사용하고자 하는 바인더 고분자와 용해도 지수가 유사하며, 끓는점(boiling point)이 낮은 것이 바람직하다. 이는 균일한 혼합과 이후 용매 제거를 용이하게 하기 위해서이다. 사용 가능한 용매의 비제한적인 예로는 아세톤 (acetone), 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran), 메틸렌클로라이드 (methylene chloride), 클로로포름 (chloroform), 디메틸포름아미드 (dimethylformamide), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 시클로헥산 (cyclohexane), 물 또는 이들의 혼합체 등이 있다. 바인더 고분자 용액에 무기물 입자를 첨가한 후, 무기물 입자의 파쇄를 실시하는 것이 바람직하다. 이때 파쇄 시간은 1 내지 20 시간이 적절하며, 파쇄된 무기물 입자의 입도는 상기에 언급된 바와 같이 0.001 내지 10 um가 바람직하다. 파쇄 방법으로는 통상적인 방법을 사용할 수 있으며, 특히 볼밀(ball mill)법이 바람직하다.
무기물 입자가 분산된 바인더 고분자 용액은 예를 들어 10 내지 80%의 습도 조건 하에서 부직포 기재에 코팅하여 건조시키는데, 당 업계에 알려진 통상적인 코팅 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면 딥(Dip) 코팅, 다이(Die) 코팅, 롤(roll) 코팅, 콤마(comma) 코팅 또는 이들의 혼합 방식 등 다양한 방식을 이용할 수 있다. 또한, 다공성 코팅층은 부직포 기재의 양면 모두 또는 일면에만 선택적으로 형성할 수 있다. 이와 같은 코팅방법에 따라 형성된 다공성 코팅층은 부직포 기재의 표면은 물론, 부직포 기재의 특성상 그 내부에도 일부 존재하게 된다.
이러한 본 발명의 세퍼레이터는 양극과 음극 사이에 개재되어 전기화학소자로 제조된다. 이때, 바인더 고분자 성분으로 액체 전해액 함침시 겔화 가능한 고분자를 사용하는 경우, 상기 세퍼레이터를 이용하여 전지를 조립한 후 주입된 전해액과 고분자가 반응하여 겔화될 수 있다.
본 발명의 전기화학소자는 전기 화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구 체적인 예를 들면, 모든 종류의 1차, 이차 전지, 연료 전지, 태양 전지 또는 수퍼 캐패시터 소자와 같은 캐퍼시터(capacitor) 등이 있다. 특히, 상기 2차 전지 중 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등을 포함하는 리튬 이차전지가 바람직하다.
본 발명의 세퍼레이터와 함께 적용될 전극으로는 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 전극활물질을 전극 전류집전체에 결착된 형태로 제조할 수 있다. 상기 전극활물질 중 양극활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학소자의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들을 조합한 리튬복합산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 음극활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학소자의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite) 또는 기타 탄소류 등과 같은 리튬 흡착물질 등이 바람직하다. 양극 전류집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극 전류집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 전해액은 A+B-와 같은 구조의 염으로서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포 함하고 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 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 또는 해리된 것이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 전해액 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전지 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 전지 조립 전 또는 전지 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.
본 발명의 세퍼레이터를 전지로 적용하는 공정으로는 일반적인 공정인 권취(winding) 이외에도 세퍼레이터와 전극의 적층(lamination, stack) 및 접음(folding) 공정이 가능하다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.
실시예 1
세퍼레이터의 제조
PVdF-CTFE (폴리비닐리덴플로라이드-클로로트리플로로에틸렌 공중합체) 및 Cyanoethylpullulan (시아노에틸풀루란)을 10:2의 중량비로 각각 아세톤에 첨가하여 50 ℃에서 약 12시간 이상 용해시켜 고분자 용액을 제조하였다. 제조한 바인더 고분자 용액에 BaTiO3 분말을 바인더 고분자/ BaTiO3 = 10/90 중량비가 되도록 첨가하여 12시간 이상 볼밀법(ball mill)을 이용하여 BaTiO3 분말을 파쇄 및 분산하여 슬러리를 제조하였다. 이와 같이 제조된 슬러리의 BaTiO3 입경은 ball mill에 사용되는 비드의 사이즈(입도) 및 ball mill 시간에 따라 제어할 수 있으나, 본 실시예 1에서는 약 400 nm로 분쇄하여 슬러리를 제조하였다. 이와 같이 제조된 슬러리를 딥(dip) 코팅법으로 두께 12 um의 폴리에틸렌테레프탈레이트 부직포에 로딩량을 변화시키며 코팅하였다. 사용된 부직포 평균 굵기가 약 3 um인 극세사로 이루어졌고(도 1 참조), 도 2에 도시된 바와 같이 장경이 70 um 미만인 기공들이 100%인 것을 사용하였다. 본 발명에 있어서, 부직포 기재를 구성하는 극세사의 평균굵기는 SEM 사진을 이용하여 측정하였고, 기공의 장경 크기 및 기공 분포에 따른 기공수는 ASTM F316에 따라 측정하였다.
도 3은 제조된 세퍼레이터의 표면을 촬영한 사진이다.
음극의 제조
음극 활물질로 탄소 분말, 결합재로 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF), 도전재로 카본 블랙 (carbon black)을 각각 96 중량%, 3 중량%, 1 중량%로 하여, 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 혼합물 슬러리를 두께가 10 um인 음극 집전체인 구리(Cu) 박막에 도포, 건조를 통하여 음극을 제조한 후 롤 프레스(roll press)를 실시하였다.
양극의 제조
양극 활물질로 리튬 코발트 복합산화물 92 중량%, 도전재로 카본 블랙 (carbon black) 4 중량%, 결합제로 PVDF 4 중량%를 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 혼합물 슬러리를 두께가 20 um인 양극 집전체의 알루미늄(Al) 박막에 도포, 건조를 통하여 양극을 제조한 후 롤 프레스(roll press)를 실시하였다.
전지의 제조
이상 제조된 전극 및 세퍼레이터를 이용하여 전지를 제조하였다.
전지 제조는 음극, 양극 및 다공성 유/무기 복합 분리막을 stacking(스태킹)방식을 이용하여 조립하였으며, 조립된 전지에 전해액 (에틸렌카보네이트(EC)/에틸메틸카보네이트(EMC) = 1 / 2 (부피비), 리튬헥사플로로포스페이트 (LiPF6) 1몰)을 주입하였다.
비교예 1
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 부직포 기재로서 평균 굵기가 약 20 um인 극세사로 이루어졌고, 장경이 70 um을 초과하는 기공들이 100%인 것을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전지를 제조하였다.
비교예 2
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 부직포 기재로서 평균 굵기가 약 10 um인 극세사로 이루어졌고, 장경이 70 um 미만인 기공들이 약 10%인 것을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전지를 제조하였다.
이상에서 제조한 전지들에 대하여 충방전 테스트를 실시하였고, 그 결과를 표 1에 나타냈다.
다공성 코팅층 로딩량 0 g/m2 5~20 g/m2 > 20 g/m2
실시예 1 Leak current 발생 충방전 Pass 충방전 Pass
비교예 1 충방전 Fail Leak current 발생 Leak current 발생
비교예 2 충방전 Fail Leak current 발생 충방전 Pass
도 8은 비교예 2에 따라 다공성 코팅층 로딩량이 0 g/m2 인 전지의 충방전 Fail 프로파일이고, 도 9는 비교예 1에 따라 다공성 코팅층 로딩량이 20 g/m2 을 초과한 전지의 Leak current 프로파일이다. 한편, 도 10에는 실시예 1에 따라 다공성 코팅층 로딩량이 5~20 g/m2 및 20 g/m2 을 초과한 전지의 충방전 pass 프로파일과, 비교예 2에 따라 다공성 코팅층 로딩량이 20 g/m2 을 초과한 전지의 충방전 pass 프로파일을 동시에 도시하였다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 사용된 부직포 기재의 SEM 사진이다.
도 2는 도 1의 부직포 기재에 형성된 기공들의 사이즈 분포를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따라 형성된 세퍼레이터의 표면을 촬영한 SEM 사진이다.
도 4는 비교예 1에 사용된 부직포 기재의 SEM 사진이다.
도 5는 도 4의 부직포 기재에 형성된 기공들의 사이즈 분포를 도시한 그래프이다.
도 6은 비교예 2에 사용된 부직포 기재의 SEM 사진이다.
도 7은 도 6의 부직포 기재에 형성된 기공들의 사이즈 분포를 도시한 그래프이다.
도 8은 비교예 2에 따라 다공성 코팅층 로딩량이 0 g/m2 인 전지의 충방전 Fail 프로파일이다.
도 9는 비교예 1에 따라 다공성 코팅층 로딩량이 20 g/m2 을 초과한 전지의 Leak current 프로파일이다.
도 10은 실시예 1에 따라 다공성 코팅층 로딩량이 5~20 g/m2 및 20 g/m2 을 초과한 전지의 충방전 pass 프로파일과, 비교예 2에 따라 다공성 코팅층 로딩량이 20 g/m2 을 초과한 전지의 충방전 pass 프로파일이다.

Claims (15)

  1. 다수의 기공을 갖는 평면상의 부직포 기재; 및 상기 부직포 기재의 적어도 일면에 마련되어 있으며 다수의 무기물 입자 및 바인더 고분자의 혼합물로 형성된 다공성 코팅층을 포함하는 세퍼레이터에 있어서,
    상기 부직포 기재는,
    평균 굵기가 0.5 내지 10 um인 극세사로 형성되고,
    기공의 장경이 0.1 내지 70 um인 기공들을 전체 기공 수를 기준으로 50% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 극세사의 평균 굵기는 1 내지 7 um인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 극세사의 용융온도는 200 ℃ 이상인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 극세사는 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드로 및 폴리에틸렌나프탈렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 고분자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 형성된 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 부직포 기재의 두께는 9 내지 30 um인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 부직포 기재에 대한 다공성 코팅층의 로딩량은 5 내지 20 g/m2인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 다공성 코팅층의 무기물 입자와 바인더 고분자의 중량비가 50:50 내지 99:1 인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 무기물 입자의 평균 입경은 0.001 내지 10 um인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 바인더 고분자는 용해도 지수가 15 내지 45 Mpa1/2인 것을 특징으로 하 는 세퍼레이터.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 바인더 고분자는 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타클릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 풀루란 (pullulan) 및 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 바인더 고분자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 세퍼레이터.
  11. 평균 굵기가 0.5 내지 10 um인 극세사로 형성되고, 기공의 장경이 0.1 내지 70 um인 기공들을 전체 기공 수를 기준으로 50% 이상 포함하는 평면상의 부직포 기 재를 준비하는 단계; 및
    상기 부직포 기재의 적어도 일면에 무기물 입자들이 분산된 바인더 고분자 용액을 코팅하고 건조시키는 단계를 포함하는 제1항의 세퍼레이터 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 부직포 기재에 대한 무기물 입자들과 바인더 고분자의 로딩량이 5 내지 20 g/m2이 되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 세퍼레이터의 제조방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 무기물 입자들이 분산된 바인더 고분자 용액 내의 무기물 입자와 바인더 고분자의 중량비가 50:50 내지 99:1으로 조절하는 것을 특징으로 하는 세퍼레이터의 제조방법.
  14. 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전기화학소자에 있어서,
    상기 세퍼레이터가 제 1항의 세퍼레이터인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 전기화학소자는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
KR20090077735A 2008-08-25 2009-08-21 다공성 코팅층을 구비한 세퍼레이터, 그 제조방법 및 이를 구비한 전기화학소자 Ceased KR20100024358A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20080082978 2008-08-25
KR1020080082978 2008-08-25

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120019084A Division KR20120025575A (ko) 2008-08-25 2012-02-24 다공성 코팅층을 구비한 세퍼레이터, 그 제조방법 및 이를 구비한 전기화학소자

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20100024358A true KR20100024358A (ko) 2010-03-05

Family

ID=41722086

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20090077735A Ceased KR20100024358A (ko) 2008-08-25 2009-08-21 다공성 코팅층을 구비한 세퍼레이터, 그 제조방법 및 이를 구비한 전기화학소자
KR1020120019084A Ceased KR20120025575A (ko) 2008-08-25 2012-02-24 다공성 코팅층을 구비한 세퍼레이터, 그 제조방법 및 이를 구비한 전기화학소자

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120019084A Ceased KR20120025575A (ko) 2008-08-25 2012-02-24 다공성 코팅층을 구비한 세퍼레이터, 그 제조방법 및 이를 구비한 전기화학소자

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9005795B2 (ko)
EP (1) EP2328220B1 (ko)
JP (1) JP5384631B2 (ko)
KR (2) KR20100024358A (ko)
CN (1) CN102132452A (ko)
WO (1) WO2010024559A2 (ko)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120113675A (ko) * 2011-04-05 2012-10-15 마쯔가끼 야꾸힝 고교 가부시끼가이샤 2-시아노에틸기 함유 중합체를 포함하는 비수전해질 전지 세퍼레이터용 결합제 및 이것을 이용한 세퍼레이터 및 전지
KR20140028510A (ko) * 2012-08-29 2014-03-10 주식회사 엘지화학 기계적 물성이 개선된 전기화학소자용 분리막 및 이의 제조방법
KR101491062B1 (ko) * 2012-06-07 2015-02-10 주식회사 엘지화학 세퍼레이터 및 그를 포함하는 전기화학소자
KR101507499B1 (ko) * 2011-01-25 2015-04-01 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극조립체
KR20150047875A (ko) * 2013-10-25 2015-05-06 주식회사 엘지화학 리튬이차전지용 분리막 및 이를 포함하는 리튬이차전지
KR20160015769A (ko) * 2014-07-31 2016-02-15 주식회사 엘지화학 안전성 및 전지 성능이 향상된 스택/폴딩형 전극 조립체 및 이를 포함하는 전기 화학 셀
WO2016148447A1 (ko) * 2015-03-17 2016-09-22 주식회사 엘지화학 다공성 바인더 코팅층을 구비한 전극, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR20170014009A (ko) * 2012-04-04 2017-02-07 아사히 가세이 셍이 가부시키가이샤 세퍼레이터
US10811658B2 (en) 2012-09-19 2020-10-20 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Separator and method of preparing the same, and lithium ion secondary battery

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010018731A1 (de) * 2010-04-29 2011-11-03 Li-Tec Battery Gmbh Lithium-Schwefel-Batterie
KR20120035858A (ko) 2010-10-05 2012-04-16 주식회사 엘지화학 사이클 특성이 개선된 전기화학소자
JP6257122B2 (ja) * 2011-10-04 2018-01-10 日産自動車株式会社 耐熱絶縁層付セパレータ
CN102433745B (zh) * 2011-10-09 2013-05-29 中国海诚工程科技股份有限公司 动力锂电池隔膜用涂料、动力锂电池隔膜及其制备
KR101499677B1 (ko) * 2012-04-30 2015-03-06 주식회사 엘지화학 세퍼레이터 및 이를 구비한 전기화학소자
JP6088759B2 (ja) * 2012-06-29 2017-03-01 Ｊｘエネルギー株式会社 リチウムイオン二次電池用セパレータの製造方法
KR101699037B1 (ko) * 2012-11-12 2017-01-23 주식회사 엘지화학 세퍼레이터의 제조방법, 그에 의해 제조된 세퍼레이터 및 그를 포함하는 전기화학소자
KR101664243B1 (ko) * 2013-10-08 2016-10-14 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지
EP2999028B1 (en) * 2013-11-05 2019-01-16 LG Chem, Ltd. Separation membrane for electrochemical element
CN103618056B (zh) * 2013-11-27 2015-08-12 武汉纺织大学 一种锂离子电池隔膜用三维多孔结构纳米纤维膜的制备方法
JP6263611B2 (ja) * 2013-12-17 2018-01-17 エルジー・ケム・リミテッド 電気化学素子用分離膜
CN104979516B (zh) * 2014-04-10 2018-08-03 宁德时代新能源科技股份有限公司 电化学装置及电化学装置隔离膜的制备方法
KR102297823B1 (ko) * 2014-11-21 2021-09-02 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 세퍼레이터 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
CN105098125B (zh) * 2015-09-11 2017-07-11 江西先材纳米纤维科技有限公司 氧化铝颗粒填充的复合多曲孔膜材料及其制备方法和应用
CN105244466B (zh) * 2015-09-11 2017-07-11 江西先材纳米纤维科技有限公司 二氧化硅颗粒填充的复合多曲孔膜材料及其制备方法和应用
CN105226219B (zh) * 2015-09-11 2017-07-11 江西先材纳米纤维科技有限公司 氧化锆颗粒填充的复合多曲孔膜材料及其制备方法和应用
JP7100514B2 (ja) * 2018-07-02 2022-07-13 株式会社日本触媒 無機有機複合膜、及び、電気化学素子用隔膜
US12057561B1 (en) 2019-07-12 2024-08-06 Ampcera Inc. Systems and methods for induction heating of electrolytes
US20220247015A1 (en) * 2019-07-12 2022-08-04 Ampcera Inc. Interally heatable battery, internally heatable battery system, internally heatable battery method, and electric vehicle comprising the same
US12272809B1 (en) 2019-11-16 2025-04-08 Ampcera Inc. Battery cell, battery module, battery pack, electric vehicle, and method of heating
KR102787908B1 (ko) 2019-11-18 2025-03-26 주식회사 엘지에너지솔루션 전기화학소자용 분리막 및 이를 포함하는 전기화학소자
US11936028B1 (en) 2020-07-13 2024-03-19 Ampcera Inc. Systems and methods for heating electrochemical systems
CN112886143B (zh) * 2021-03-26 2023-01-24 上海电气集团股份有限公司 多层结构复合隔膜及其制备方法、以及二次电池与用电设备
JP7615830B2 (ja) * 2021-03-29 2025-01-17 株式会社Ｇｓユアサ 鉛蓄電池
CN116799433A (zh) * 2023-07-24 2023-09-22 珠海冠宇电池股份有限公司 一种电化学装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1180395A (ja) 1997-09-09 1999-03-26 Nitto Denko Corp 多孔質膜および非水電解液電池用セパレータ
JP2001089967A (ja) * 1999-09-20 2001-04-03 Nippon Sheet Glass Co Ltd 不織布およびその製造方法、ならびにそれを用いた電池セパレータおよびアルカリ二次電池
JP4259121B2 (ja) * 2002-01-28 2009-04-30 株式会社デンソー 電池用セパレータ及び電池
DE10238944A1 (de) 2002-08-24 2004-03-04 Creavis Gesellschaft Für Technologie Und Innovation Mbh Separator zur Verwendung in Hochenergiebatterien sowie Verfahren zu dessen Herstellung
KR20050006540A (ko) * 2003-07-09 2005-01-17 한국과학기술연구원 초극세 섬유상 다공성 고분자 분리막을 포함하는리튬이차전지 및 그 제조방법
DE10347567A1 (de) 2003-10-14 2005-05-12 Degussa Elektrischer Separator mit Abschaltmechanismus, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung in Lithium-Batterien
KR100742959B1 (ko) 2004-09-02 2007-07-25 주식회사 엘지화학 유/무기 복합 다공성 필름 및 이를 이용하는 전기 화학소자
EP1784876B1 (en) 2004-09-02 2018-01-24 LG Chem, Ltd. Organic/inorganic composite porous film and electrochemical device prepared thereby
EP1689008B1 (en) * 2005-01-26 2011-05-11 Japan Vilene Company, Ltd. Battery separator and battery comprising the same
TWI330136B (en) * 2005-11-28 2010-09-11 Lg Chemical Ltd Organic/inorganic composite porous membrane and electrochemical device using the same
JP4151852B2 (ja) 2005-12-08 2008-09-17 日立マクセル株式会社 電気化学素子用セパレータとその製造方法、並びに電気化学素子とその製造方法
JP4184404B2 (ja) * 2005-12-08 2008-11-19 日立マクセル株式会社 電気化学素子用セパレータおよび電気化学素子
TWI368347B (en) 2006-02-16 2012-07-11 Lg Chemical Ltd Electrode including organic/inorganic composite coating layer and electrochemical device prepared thereby
EP2070137B1 (en) * 2006-09-25 2014-10-29 LG Chem, Ltd. Method for identifying the origin or kind of a separator itself or of an electrochemical device having the separator
KR100727248B1 (ko) * 2007-02-05 2007-06-11 주식회사 엘지화학 다공성 활성층이 코팅된 유기/무기 복합 분리막 및 이를구비한 전기화학소자
JP4994054B2 (ja) * 2007-02-06 2012-08-08 日立マクセルエナジー株式会社 電池用セパレータおよびリチウム二次電池

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101507499B1 (ko) * 2011-01-25 2015-04-01 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극조립체
KR20120113675A (ko) * 2011-04-05 2012-10-15 마쯔가끼 야꾸힝 고교 가부시끼가이샤 2-시아노에틸기 함유 중합체를 포함하는 비수전해질 전지 세퍼레이터용 결합제 및 이것을 이용한 세퍼레이터 및 전지
KR20170014009A (ko) * 2012-04-04 2017-02-07 아사히 가세이 셍이 가부시키가이샤 세퍼레이터
KR101491062B1 (ko) * 2012-06-07 2015-02-10 주식회사 엘지화학 세퍼레이터 및 그를 포함하는 전기화학소자
KR20140028510A (ko) * 2012-08-29 2014-03-10 주식회사 엘지화학 기계적 물성이 개선된 전기화학소자용 분리막 및 이의 제조방법
US10811658B2 (en) 2012-09-19 2020-10-20 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Separator and method of preparing the same, and lithium ion secondary battery
KR20150047875A (ko) * 2013-10-25 2015-05-06 주식회사 엘지화학 리튬이차전지용 분리막 및 이를 포함하는 리튬이차전지
KR20160015769A (ko) * 2014-07-31 2016-02-15 주식회사 엘지화학 안전성 및 전지 성능이 향상된 스택/폴딩형 전극 조립체 및 이를 포함하는 전기 화학 셀
WO2016148447A1 (ko) * 2015-03-17 2016-09-22 주식회사 엘지화학 다공성 바인더 코팅층을 구비한 전극, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
US10468663B2 (en) 2015-03-17 2019-11-05 Lg Chem, Ltd. Electrode with porous binder coating layer, method for manufacturing the same, and lithium secondary battery comprising the same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010024559A2 (ko) 2010-03-04
EP2328220A4 (en) 2012-12-19
EP2328220B1 (en) 2017-01-11
US20110305941A1 (en) 2011-12-15
JP5384631B2 (ja) 2014-01-08
KR20120025575A (ko) 2012-03-15
US9005795B2 (en) 2015-04-14
EP2328220A2 (en) 2011-06-01
WO2010024559A3 (ko) 2010-07-08
JP2011528842A (ja) 2011-11-24
CN102132452A (zh) 2011-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101055536B1 (ko) 다공성 코팅층을 포함하는 세퍼레이터, 그 제조방법 및 이를 구비한 전기화학소자
KR101091228B1 (ko) 다공성 코팅층을 구비한 세퍼레이터 및 이를 구비한 전기화학소자
JP5384631B2 (ja) 多孔性コーティング層を備えたセパレータ、その製造方法及びこれを備えた電気化学素子
KR101173202B1 (ko) 세퍼레이터의 제조방법, 이로부터 형성된 세퍼레이터 및 이를 포함하는 전기화학소자의 제조방법
KR101073208B1 (ko) 세퍼레이터의 제조방법, 이로부터 형성된 세퍼레이터 및 이를 포함하는 전기화학소자의 제조방법
KR100966024B1 (ko) 이종의 세퍼레이터를 구비한 전기화학소자
KR101708884B1 (ko) 세퍼레이터의 제조방법, 이로부터 형성된 세퍼레이터 및 이를 구비한 전기화학소자
KR101093858B1 (ko) 다공성 코팅층을 구비한 세퍼레이터 및 이를 구비한 전기화학소자
KR101173201B1 (ko) 세퍼레이터의 제조방법, 이로부터 형성된 세퍼레이터 및 이를 포함하는 전기화학소자의 제조방법
KR100791791B1 (ko) 다공성 활성층이 코팅된 전극, 그 제조방법 및 이를 구비한전기화학소자
KR20120035858A (ko) 사이클 특성이 개선된 전기화학소자
KR20150045786A (ko) 절연층을 포함한 전극, 그 제조방법 및 상기 전극을 포함하는 전기화학소자
KR100999309B1 (ko) 다공성 코팅층이 형성된 세퍼레이터 및 이를 구비한전기화학소자
KR20150051556A (ko) 다공성 코팅층을 구비한 세퍼레이터, 그 제조방법 및 이를 구비한 전기화학소자
KR101705306B1 (ko) 전기화학소자용 분리막 및 그의 제조방법
KR101708882B1 (ko) 세퍼레이터의 제조방법
KR101623101B1 (ko) 세퍼레이터의 제조방법, 이로부터 형성된 세퍼레이터 및 이를 구비한 전기화학소자
KR101028923B1 (ko) 다공성 코팅층이 코팅된 세퍼레이터의 제조방법
KR20150037333A (ko) 부직포를 기재로 한 이차전지용 세퍼레이터, 그의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20090821

PA0201 Request for examination
PG1501 Laying open of application
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20110117

Patent event code: PE09021S01D

AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
PE0601 Decision on rejection of patent

Patent event date: 20110923

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PE06012S01D

Patent event date: 20110117

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PE06011S01I

AMND Amendment
PX0901 Re-examination

Patent event code: PX09011S01I

Patent event date: 20110923

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PX09012R01I

Patent event date: 20110317

Comment text: Amendment to Specification, etc.

PX0601 Decision of rejection after re-examination

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PX06014S01D

Patent event date: 20111227

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event code: PX06012R01I

Patent event date: 20111122

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PX06011S01I

Patent event date: 20110923

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event code: PX06012R01I

Patent event date: 20110317

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PX06013S01I

Patent event date: 20110117

A107 Divisional application of patent
PA0107 Divisional application

Comment text: Divisional Application of Patent

Patent event date: 20120224

Patent event code: PA01071R01D

J201 Request for trial against refusal decision
PJ0201 Trial against decision of rejection

Patent event date: 20120227

Comment text: Request for Trial against Decision on Refusal

Patent event code: PJ02012R01D

Patent event date: 20111227

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PJ02011S01I

Patent event date: 20110923

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PJ02011S01I

Appeal kind category: Appeal against decision to decline refusal

Decision date: 20130719

Appeal identifier: 2012101001970

Request date: 20120227

J301 Trial decision

Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20120227

Effective date: 20130719

PJ1301 Trial decision

Patent event code: PJ13011S01D

Patent event date: 20130719

Comment text: Trial Decision on Objection to Decision on Refusal

Appeal kind category: Appeal against decision to decline refusal

Request date: 20120227

Decision date: 20130719

Appeal identifier: 2012101001970