KR101993277B1 - Separator with sandwiched configuration for secondary battery, method for fabricating the same, and secondary battery comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제1 고분자 분리막; 상기 제1 고분자 분리막 상에 위치하는 다공성 세라믹층; 및 상기 다공성 세라믹층 상에 위치하는 제2 고분자 분리막;을 포함하는 이차전지용 분리막에 관한 것이다. 이에 의하여, 본 발명의 이차전지용 분리막을 이차전지에 적용할 경우 열적, 기계적으로 안정하고, 전해액 젖음 특성이 높으며, 리튬 덴드라이트의 생성을 억제하여 리튬/분리막 계면을 안정화시키고, 종래의 분리막에 비해 두께와 무게를 유사한 수준으로 유지할 수 있으므로, 전기화학적 성능과 안정성이 향상될 수 있다.The present invention provides a polymer electrolyte fuel cell comprising: a first polymer separator; A porous ceramic layer disposed on the first polymer separator; And a second polymer separator disposed on the porous ceramic layer. Accordingly, when the secondary battery separator according to the present invention is applied to a secondary battery, it is thermally and mechanically stable, has high electrolyte wettability, inhibits the formation of lithium dendrites, stabilizes the lithium / separator interface, The thickness and the weight can be maintained at similar levels, so that the electrochemical performance and stability can be improved.
Description
본 발명은 이차전지용 분리막, 그의 제조방법 및 그를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리튬이온전지 또는 리튬금속전지에 적용되는 분리막을 개질하고, 구성을 변형하여 열적, 기계적 안정성을 높이고, 전해질의 젖음 특성을 향상시키며, 리튬 덴드라이트의 성장을 억제함으로써 전기화학적 특성을 향상시킬 수 있는 이차전지용 분리막, 그의 제조방법 및 그를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a separation membrane for a secondary battery, a production method thereof, and a secondary battery comprising the same, and more particularly, to a separation membrane for a lithium ion battery or a lithium metal battery, To a separator for a secondary battery capable of improving the wettability of an electrolyte and improving the electrochemical characteristics by inhibiting the growth of lithium dendrites, a method for producing the same, and a secondary battery comprising the same.
리튬이온전지(LiB)에 관한 최초의 개념은 1962년도에 설정되었으며, 바로 LiB 이차전지가 엑슨사의 M.S. Whittingham에 의해 제안되어 Li-TiS2 전지의 발명으로 이어졌다. 그러나 리튬금속과 TiS2를 각각 음극과 양극으로 한 전지 시스템의 상용화는 실패하였으며, 이는 LiM의 취약한 안전성과 공기/물에 예민한 TiS2의 높은 제조비용 때문이었다. 그 후에 가역적으로 리튬의 삽입과 탈리가 일어나는 흑연과 양극 산화물(J.O Besenhard 개발)을 각각 음극과 양극으로 사용하여 이러한 문제들을 해결함으로서 현재와 같은 LiB의 상용화가 성공할 수 있었다. 1991년 처음으로 LiB의 상용 제품이 소니와 아사히 화성에 의해 출시되었으며, 휴대용 전자기기의 성공적인 시장 확산을 리드한 혁신적인 계기를 가져왔다. 이후 LiB는 폭발적으로 많이 사용되었으며, 특히 휴대폰, 뮤직플레이어, 스피커, 드론, 자동차 및 미세 센서 등과 같은 일상의 전기 디바이스의 지속적인 혁신과 직결된 전기 에너지 요구를 충족시켜 왔다. 많은 연구자와 과학자들이 증대하는 에너지 요구를 만족시키는 고정/이동형 에너지저장 시스템에 대한 새롭고 진보된 에너지 재료, 화학과 물리학을 조사·연구하게 되었다.The first concept of a Li-ion battery (LiB) was set up in 1962, and a LiB secondary battery was proposed by MS Whittingham of Exxon, leading to the invention of a Li-TiS 2 battery. However, commercialization of a lithium-metal and TiS 2 -based battery system failed, due to the weak safety of LiM and the high manufacturing cost of TiS 2 , which is sensitive to air / water. LiB was commercialized by solving these problems by using graphite and anodic oxide (developed by JO Besenhard), which reversibly intercalate and deintercalate lithium, as cathodes and anodes, respectively. For the first time in 1991, LiB's commercial products were launched by Sony and Asahi Hwaseong, bringing innovative breakthroughs that have led to successful market proliferation of portable electronic devices. Since then, LiB has been used explosively and has met the electrical energy needs directly connected with the constant innovation of everyday electrical devices such as cell phones, music players, speakers, drones, automobiles and micro sensors. Many researchers and scientists have investigated and studied new and advanced energy materials, chemistry and physics for fixed and mobile energy storage systems that meet growing energy needs.
최근 들어 상용 LiB기술의 전개가 LiB의 전기화학적인 성능의 점진적 개선만이 보고되는 포화 상태에 이르렀기 때문에, 다른 형태와 조성을 갖는 새로운 에너지 재료에 대한 연구 및 개발이 에너지 요구에 부응하기 위해 반드시 필요하다. 따라서 LiM음극과 전환형 양극을 갖는 리튬-설퍼와 리튬-공기전지와 같은 이차전지가 높은 에너지밀도를 갖기 때문에 차세대전지로 주목받고 있다. 황과 탄소기반 공기 양극은 이론적으로 각각 ~2,600 Wh/kg 및 ~11,400 Wh/kg의 에너지밀도를 가지며, LiB의 에너지밀도(~360 Wh/kg, C/Co2O4)의 거의 10배에 달하는 높은 값을 나타낸다. 음극 소재의 하나인 LiM은 ~ 3,560 Wh/kg의 높은 이론 에너지밀도와 함께 매우 낮은 산화환원전위(-3.04 V vs. S.H.E) 및 0.59 g/cm3의 밀도를 갖는 반면에, 흑연 음극재료는 ~ 372 mAh/g의 이론 에너지밀도와 약간 높은 산화환원전위와 밀도를 갖는다. 그러므로 흑연음극을 리튬음극으로 바꿀 경우, 기존 LiB의 무게당 에너지밀도가 크게 증가할 수 있다. 장차 리튬-황 및 리튬-공기전지가 상용화된다면, 이와 같은 LiM 음극과 전환형 양극은 미래에 높은 에너지밀도 요구를 극복하는 분야에 희망적인 길을 보여줄 수 있을 것이다.Since the development of commercial LiB technology has recently reached saturation, where only gradual improvement of the electrochemical performance of LiB has been reported, research and development of new energy materials with different forms and compositions must be made to meet energy demands. Do. Therefore, secondary batteries such as lithium-sulfur batteries and lithium-air batteries having a LiM cathode and a switching anode have high energy densities and are attracting attention as a next-generation battery. Sulfur and carbon-based air anode theoretically have energy densities of ~ 2,600 Wh / kg and ~ 11,400 Wh / kg respectively and almost 10 times the energy density of LiB (~ 360 Wh / kg, C / Co 2 O 4 ) It represents a high value to reach. LiM, one of the anode materials, has a very low redox potential (-3.04 V vs. SHE) and a density of 0.59 g / cm 3 with a high theoretical energy density of ~ 3,560 Wh / kg, whereas the graphite cathode material has ~ It has a theoretical energy density of 372 mAh / g and a slightly higher redox potential and density. Therefore, when the graphite cathode is replaced with a lithium cathode, the energy density per weight of the existing LiB may be greatly increased. If lithium-sulfur and lithium-air cells are to be commercialized in the future, such LiM cathodes and switchable cathodes will be a promising way to overcome future high energy density requirements.
이렇듯 좋은 장점이 있지만, LiM을 음극으로 하는 배터리의 상용화를 위해서는 몇 가지 힘든 도전을 해결해야 한다. 그 중심에 리튬이온의 전착과 용해의 가역성 확보가 있다. 리튬의 높은 반응성과 불균일한 전착은 열폭주, 전해액 분해, 리튬 손실과 같은 문제를 야기한다. 충전과정에서 일어나는 리튬이온의 불균일한 전착은 분리막을 꿰뚫게 되는 덴드라이트 성장을 일으키며, 이 단락은 많은 열과 스파크를 일으켜 가연성 유기물인 전해액의 발화를 일으키는 심각한 안전문제를 가져온다. 그러므로 안전성을 높이기 위해서 덴드라이트 억제를 위한 물리적 덴드라이트 블로킹이 필요하며, 이는 분리막을 개선함으로써 보완이 가능하다. 열에도 강한 분리막은 전지가 내부단락이 일어났을 때 전극의 접착면적을 최소화 시켜주며 이로 인한 발화를 최소화 시킬 수 있다. 더 나아가 전극이 분리막에 접촉하는 면들을 화학적으로 변형시켜 리튬 표면의 전기화학 특성과 전지의 성능을 향상시킬 수 있다. Despite these advantages, commercialization of LiM cathode batteries requires some tough challenges. And the reversibility of the electrodeposition and dissolution of lithium ions is secured at the center thereof. High reactivity and non-uniform electrodeposition of lithium can cause problems such as thermal runaway, electrolyte decomposition, and lithium loss. Uneven electrodeposition of lithium ions during the charging process causes dendritic growth to penetrate the separator, which causes a lot of heat and sparks, resulting in a serious safety problem that causes ignition of the electrolyte, a flammable organics. Therefore, physical dendrite blocking for dendrite inhibition is required to enhance safety, which can be compensated by improving the membrane. The heat-resistant membrane minimizes the adhesive area of the electrode when the battery is short-circuited and minimizes the ignition. Further, the surfaces of the electrode contacting the separation membrane can be chemically modified to improve the electrochemical characteristics of the lithium surface and the performance of the battery.
리튬이온전지에는 폴리에틸렌 분리막이 주로 사용되지만 열에 대한 안정성이 약하다. 차세대 전지의 일종인 리튬금속전지와 리튬-황 전지에는 PP분리막(주로 셀가드사의 분리막)이 사용되며, 이 분리막은 폴리에틸렌 분리막에 비해 열 안정성은 우수하지만 카보네이트계 전해질에 대하여 낮은 젖음 특성을 나타낸다. 분리막의 전해질 젖음 특성은 전지의 전기화학적 성능에 큰 영향을 끼치는데, 리튬 이온이 전극으로부터 전해액으로 용해한 후 분리막을 통해 이동하는 과정에 영향을 주기 때문이며, 즉 리튬 이온전도도에 차이를 가져온다. Polyethylene separators are mainly used for lithium ion batteries, but they are not stable against heat. PP separator (mainly Celgard separator) is used for lithium metal battery and lithium-sulfur battery, which are one of the next generation batteries, and this separator has better thermal stability than polyethylene separator but exhibits low wettability to carbonate electrolyte. Electrolytic wetting properties of the separator have a great influence on the electrochemical performance of the battery because it affects the process of lithium ion dissolution from the electrode into the electrolyte and migration through the separator, that is, lithium ion conductivity.
또한, 전기화학적 사이클 도중에 활성이 크고 부드러운 LiM은 표면 거칠기에 따른 국부적인 전류밀도 차이 때문에 충전 과정에 덴드라이트를 형성하는 경향이 있다. 일단 표면에 리튬이 생성되면, 분리막을 관통하여 내부 단락을 일으켜 엄청나 열을 발생시켜 배터리 폭발을 일으킬 수 있다. 특히 고밀도 리튬금속 전지는 기존 리튬이온 전지에 비해 10배 이상의 높은 에너지 밀도를 가지고 있기 때문에 전지의 폭발 등의 위험성들을 최소화 시키고 안전성을 높여주는 기술의 개발이 리튬금속전지 상용화에 있어서 핵심이다. In addition, active and smoother LiM during electrochemical cycles tends to form dendrites during the charging process due to local current density differences due to surface roughness. Once lithium is formed on the surface, it can penetrate through the separator and cause an internal short circuit, which generates a lot of heat, which can cause battery explosion. Especially, high density lithium metal battery has more than 10 times higher energy density than conventional lithium ion battery, so development of technology that minimizes the risk of battery explosion and increases safety is the key to the commercialization of lithium metal battery.
한편, 미래 무인전기자동차와 전력망 에너지저장 시스템에 사용되는 기존 리튬이온 전지와 더불어 높은 에너지밀도를 갖는 리튬금속 전지에 사용되는 전이금속산화물, 황, 및 공기극과 같은 다양한 양극과 함께 리튬금속이 사용되고 있다. 또한, 최근 새롭게 떠오르고 있는 드론과 같은 무인기 분야에서도 리튬이온전지 또는 리튬금속전지의 발전이 기여할 것이다. 특히, 고밀도 에너지를 가진 물질들을 다룰 때, 최근 안전성에 관한 연구가 핵심 연구 중에 하나로 주목받고 있다. 그 이유는, 제품 상용화에 있어 높은 에너지 밀도 구현에 따른 안전성 저하 때문이다. 최근 스마트폰 발화로 인한 사회적 그리고 기술적인 역풍들로 인해 특히 고에너지밀도의 배터리 안전성 확보는 불가피하다. 특히 곧 다가올 차세대 전지들은 현존하는 리튬이온 배터리의 에너지밀도가 10배 정도 높을 것으로 예상되므로 이차전지의 안정성 향상에 관한 연구는 매우 중요하다.On the other hand, in addition to conventional lithium ion batteries used in future unmanned electric vehicles and power grid energy storage systems, lithium metal is used with various anodes such as transition metal oxides, sulfur, and air poles used in lithium metal batteries having high energy densities . In addition, the development of lithium ion batteries or lithium metal batteries will contribute to the field of unmanned aerospace such as the newly emerging drones. Especially, when dealing with materials with high density energy, recent safety studies are attracting attention as one of the core researches. The reason for this is the lowering of safety due to the implementation of high energy density in commercialization of products. Due to the recent social and technological ups and downs caused by smartphone firing, it is inevitable to secure battery safety with high energy density. In particular, it is very important to study the stability of the secondary battery because the energy density of the existing lithium ion battery is expected to be about 10 times higher than that of the next generation battery.
따라서, 열적, 기계적으로 안정하고, 전해액 젖음 특성이 높으며, 리튬 덴드라이트의 생성을 억제할 수 있으면서도 종래의 분리막에 비해 두께와 무게를 유사한 수준으로 유지하여 전기화학적 특성과 안정성을 갖는 분리막의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, the development of a separator having electrochemical characteristics and stability by keeping the thickness and weight at a similar level to that of the conventional separator while being thermally and mechanically stable, having high electrolyte wettability and suppressing the formation of lithium dendrite It is necessary.
본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열적, 기계적으로 안정하고, 전해액 젖음 특성이 높으며, 리튬 덴드라이트의 생성을 억제하여 리튬/분리막 계면을 안정화시키고, 종래의 분리막에 비해 두께와 무게를 유사한 수준으로 유지함으로써, 결과적으로 전기화학적 성능과 안정성을 향상시킬 수 있는 이차전지용 분리막 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art and to provide a lithium secondary battery which is stable in terms of thermal and mechanical properties, has high electrolyte wettability, stabilizes the lithium / separator interface by inhibiting the formation of lithium dendrites, And the weight of the secondary battery is maintained at a similar level, thereby improving electrochemical performance and stability, and a method for manufacturing the secondary battery.
본 발명의 다른 목적은 이와 같이 열적, 기계적 안정성과 전해질 젖음 특성이 향상된 분리막을 이차전지, 특히 리튬이온전지 또는 리튬금속전지에 도입하고, 이를 다양한 전자, 전기 제품에 포함되는 에너지 저장장치에 응용함으로써 전기화학 커패시터 산업의 경쟁력을 확보하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a secondary battery, particularly a lithium ion battery or a lithium metal battery, in which a separator having improved thermal and mechanical stability and electrolyte wettability is introduced into an energy storage device included in various electronic and electrical products And to secure competitiveness in the electrochemical capacitor industry.
본 발명의 일 측면에 따르면,According to an aspect of the present invention,
제1 고분자 분리막; 상기 제1 고분자 분리막 상에 위치하는 다공성 세라믹층; 및 상기 다공성 세라믹층 상에 위치하는 제2 고분자 분리막;을 포함하는 이차전지용 분리막이 제공된다.A first polymer separator; A porous ceramic layer disposed on the first polymer separator; And a second polymer separator disposed on the porous ceramic layer.
상기 제1 및 제2 고분자 분리막은 표면에 폴리도파민층이 코팅된 개질된 고분자 분리막일 수 있다.The first and second polymer separation membranes may be modified polymer separation membranes having a surface coated with a polydodamine layer.
상기 개질된 고분자 분리막은 두께가 5 내지 50 ㎛일 수 있다.The modified polymer membrane may have a thickness of 5 to 50 탆.
상기 제1 및 제2 고분자 분리막은 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 포함할 수 있다.The first and second polymeric membranes may comprise polypropylene or polyethylene.
상기 제1 및 제2 고분자 분리막은 습식 또는 건식 제조법에 따라 제조될 수 있다.The first and second polymer membranes may be prepared according to a wet or dry process.
상기 다공성 세라믹층은 표면이 리튬 말단 설폰화된 기능화된 세라믹을 포함할 수 있다.The porous ceramic layer may comprise a functionalized ceramic wherein the surface is lithium-terminal sulfonated.
상기 기능화된 세라믹은 하기 구조식 1로 표시될 수 있다.The functionalized ceramics may be represented by the following structural formula (1).
[구조식 1][Structural formula 1]
구조식 1에서,In
n은 반복수이고, 1 내지 10 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다.n is a repetition number, and is any integer selected from 1 to 10. [
바람직하게는, 상기 기능화된 세라믹은 하기 구조식 2로 표시될 수 있다.Preferably, the functionalized ceramic may be represented by the following structural formula (2).
[구조식 2][Structural formula 2]
상기 다공성 세라믹층은 50 내지 200 nm의 평균직경을 갖는 기공을 포함할 수 있다.The porous ceramic layer may include pores having an average diameter of 50 to 200 nm.
상기 다공성 세라믹층은 1 내지 10 ㎛의 두께를 가질 수 있다.The porous ceramic layer may have a thickness of 1 to 10 mu m.
상기 다공성 세라믹층은 티타니아, 알루미나, 실리카, 및 지르코니아 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The porous ceramic layer may include at least one selected from titania, alumina, silica, and zirconia.
상기 이차전지용 분리막은 12 내지 40 ㎛의 두께를 가질 수 있다.The secondary battery separator may have a thickness of 12 to 40 탆.
상기 이차전지용 분리막의 면적당 무게는 0.5 내지 2.0 mg/cm2 일 수 있다.
The weight per unit area of the secondary battery separator may be 0.5 to 2.0 mg / cm 2 .
본 발명의 다른 측면에 따르면,According to another aspect of the present invention,
`제1 고분자 분리막 상에 다공성 세라믹층을 형성한 후, 상기 다공성 세라믹층 상에 제2 고분자 분리막을 적층시켜 제1항의 이차전지용 분리막을 제조하는 이차전지용 분리막의 제조방법이 제공된다.There is provided a method of manufacturing a separator for a secondary battery, which comprises forming a porous ceramic layer on a first polymer separator, and then laminating a second polymer separator on the porous ceramic layer to produce a separator for a secondary battery according to
상기 제1 및 제2 고분자 분리막은 습식 또는 건식 제조법에 따라 제조될 수 있다.The first and second polymer membranes may be prepared according to a wet or dry process.
상기 이차전지용 분리막의 제조방법은 (a) 세라믹 입자의 표면을 리튬 말단 설폰화시켜 기능화된 세라믹 입자를 제조하는 단계; (b) 고분자 분리막의 표면에 폴리도파민을 코팅시켜 개질된 고분자 분리막을 제조하는 단계; (c) 단계 (b)에 따라 제조된 상기 개질된 고분자 분리막 상에 단계 (a)에 따라 제조된 상기 기능화된 세라믹 입자를 코팅하여 다공성 세라믹층이 형성된 제1 고분자 분리막을 제조하는 단계; 및 (d) 단계 (c)에 따라 제조된 상기 다공성 세라믹층이 형성된 제1 고분자 분리막의 상기 다공성 세라믹층 상에 단계 (b)의 방법에 따라 제조된 제2 고분자 분리막을 적층시켜 샌드위치 형의 이차전지용 분리막을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.The method for preparing the separation membrane for a secondary battery includes the steps of: (a) preparing a functionalized ceramic particle by lithium-end-sulfonating a surface of the ceramic particle; (b) coating polydopamine on the surface of the polymer separator to prepare a modified polymer separator; (c) coating the functionalized ceramic particles prepared according to step (a) on the modified polymer membrane prepared according to step (b) to prepare a first polymer membrane having a porous ceramic layer; And (d) depositing a second polymeric membrane prepared according to the method of step (b) on the porous ceramic layer of the first polymeric membrane having the porous ceramic layer formed according to step (c) And manufacturing a battery separator.
단계 (a)는, (a-1) 세라믹 입자를 용매에 분산시켜 분산액을 제조하는 단계; (a-2) 상기 분산액에 설폰화제를 혼합하여 반응시킴으로써 설폰화된 세라믹 입자를 포함하는 혼합물을 제조하는 단계; 및 (a-3) 상기 혼합물에 수산화리튬을 가하여 리튬 말단기를 형성함으로써 리튬 말단 설폰화된 기능화된 세라믹 입자를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.The step (a) comprises the steps of: (a-1) dispersing the ceramic particles in a solvent to prepare a dispersion; (a-2) preparing a mixture comprising the sulfonated ceramic particles by mixing and reacting the dispersion with a sulfonating agent; And (a-3) adding lithium hydroxide to the mixture to form a lithium end group, thereby preparing a lithium-end-sulfonated functionalized ceramic particle.
상기 세라믹 입자는 티타니아, 알루미나, 실리카, 및 지르코니아 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The ceramic particles may include at least one selected from titania, alumina, silica, and zirconia.
상기 기능화된 세라믹 입자는 하기 구조식 1로 표시될 수 있다.The functionalized ceramic particles may be represented by the following structural formula (1).
[구조식 1][Structural formula 1]
구조식 1에서,In
n은 반복수이고, 1 내지 10 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다.n is a repetition number, and is any integer selected from 1 to 10. [
상기 기능화된 세라믹 입자는 하기 구조식 2로 표시될 수 있다.The functionalized ceramic particles may be represented by the following structural formula (2).
[구조식 2][Structural formula 2]
상기 설폰화제는 3-트리하이드록시실릴-1-프로판설폰산일 수 있다.The sulfonating agent may be 3-trihydroxysilyl-1-propanesulfonic acid.
상기 세라믹 입자는 평균입경이 30 내지 50 nm일 수 있다.The ceramic particles may have an average particle diameter of 30 to 50 nm.
단계 (a-3) 이후, After step (a-3)
잔류하는 설폰화제를 원심분리에 의해 제거하는 단계를 추가로 수행할 수 있다.The step of removing the remaining sulfonating agent by centrifugation can be further carried out.
단계 (b)는,Step (b)
(b-1) 상기 고분자 분리막을 알코올 용매에 침지시키는 단계; (b-2) 도파민염을 포함하는 염기 수용액을 제조하는 단계; 및 (b-3) 단계 (b-1)의 결과물인 고분자 분리막이 침지된 알코올 용매와 단계 (b-2)의 결과물인 도파민염을 포함하는 염기 수용액을 반응시켜 상기 고분자 분리막의 표면에 폴리도파민을 코팅함으로써 개질된 고분자 분리막을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.(b-1) immersing the polymer separation membrane in an alcohol solvent; (b-2) preparing an aqueous base solution containing a dopamine salt; And (b-3) reacting the resultant aqueous polymer solution with an aqueous alcohol solution immersed in the polymer membrane and an aqueous base solution containing a resultant dopamine salt in step (b-2) To prepare a modified polymer separating membrane.
단계 (b-3) 이후, 상기 개질된 고분자 분리막을 세척한 후 건조하는 단계를 추가로 수행할 수 있다.After the step (b-3), the step of washing and drying the modified polymer separating membrane may be further performed.
단계 (c)의 코팅은 랭뮤어-블로젯 스쿠핑 코팅, 스프레이 코팅, 슬러리 캐스팅 및 잉크 젯 프린팅 중에서 선택된 어느 하나에 의해 수행될 수 있다.The coating of step (c) may be carried out by any one of Langmuir-Blodgett scoop coating, spray coating, slurry casting and ink jet printing.
단계 (d)는 압착 또는 열융착 하는 방법에 따라 수행될 수 있다.Step (d) may be carried out according to a method of pressing or heat-sealing.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, According to another aspect of the present invention,
상기 이차전지용 분리막을 포함하는 이차전지가 제공된다.And a separator for the secondary battery.
상기 이차전지는 리튬이온전지 또는 리튬금속전지일 수 있다.The secondary battery may be a lithium ion battery or a lithium metal battery.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, According to another aspect of the present invention,
상기 이차전지를 포함하는 휴대용 전자기기, 이동 유닛, 전력 기기 및 에너지 저장장치 중에서 선택된 어느 하나의 디바이스가 제공된다.Any one of a portable electronic device including the secondary battery, a mobile unit, a power device, and an energy storage device is provided.
본 발명의 이차전지용 분리막을 이차전지에 적용할 경우 열적, 기계적으로 안정하고, 전해액 젖음 특성이 높으며, 리튬 덴드라이트의 생성을 억제하여 리튬/분리막 계면을 안정화시키고, 종래의 분리막에 비해 두께와 무게를 유사한 수준으로 유지할 수 있으므로, 이를 포함하는 이차전지는 전기화학적 성능과 안정성이 향상될 수 있다.When the secondary battery separator of the present invention is applied to a secondary battery, it is thermally and mechanically stable, has high electrolyte wettability, stabilizes the lithium / separator interface by inhibiting the formation of lithium dendrites, Can be maintained at a similar level, the secondary battery including the secondary battery can have improved electrochemical performance and stability.
또한, 이와 같은 이차전지를 다양한 전자, 전기 제품에 포함되는 에너지 저장장치에 응용함으로써 전기화학 커패시터 산업의 경쟁력을 확보할 수 있다.In addition, by applying such a secondary battery to an energy storage device included in various electronic and electric products, the competitiveness of the electrochemical capacitor industry can be secured.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 분리막의 개략도이다.
도 2는 5.3 ㎛ 에서 25 ㎛에 이르는 다양한 두께의 PP 분리막(습식 폴리프로필렌 분리막)과 PP’분리막(건식 폴리프로필렌 분리막)을 80℃에서 방치한 후 시간별 변화를 나타낸 것이다.
도 3은 80℃에서의 열수축 시험에서의 분리막의 사진이다.
도 4는 5.3 ㎛ 에서 25 ㎛에 이르는 다양한 두께의 PP분리막(습식)과 PP’분리막(건식)의 150℃에서 방치된 시간별 변화를 나타낸 것이다.
도 5는 150℃에서 열수축 실험에서의 분리막의 사진이다.
도 6은 11 ㎛ 두께의 PP분리막(습식)을 사용하여 실시예에 의해 제공된 방법으로 LTST 세라믹 층의 두께를 2 ~ 4 ㎛로 변화시켜 제조된 비교예 1, 2 및 3의 샌드위치형 분리막을 150℃에서 방치한 시간별 변화를 나타낸 것이다.
도 7은 도 6의 실험결과에 대한 분리막의 사진을 나타낸 것이다.
도 8은 11 ㎛ 두께의 PP분리막(습식)을 사용하여 폴리도파민을 코팅한 실시예 1, 2, 및 3의 분리막에 대한 150℃ 온도에서 측정한 열 수축 시험 결과이다.
도 9는 도 8의 결과에서 실시예 1의 분리막의 외관을 보여주는 사진이다.
도 10은 11 ㎛ 두께의 폴리프로필렌 분리막에 대한 주사전자현미경 사진이다.
도 11은 도 10의 분리막에 폴리도파민을 코팅한 분리막의 주사전자현미경 사진이다.
도 12는 25 ㎛ 두께의 상용 셀가드 분리막의 주사전자현미경 사진이다.
도 13은 도 12의 분리막에 폴리도파민 코팅을 한 분리막의 주사전자현미경 사진이다.
도 14는 폴리도파민이 코팅된 11 ㎛ 두께의 PP분리막 위에 LTST층을 2 ㎛ 코팅한 표면의 주사전자현미경 사진이다.
도 15는 대칭 리튬 셀에서 나타나는 리튬 벗김과 도금에 대한 전압변화를 나타낸 것이다.
도 16은 도 15에 나타난 실험과 유사한 실험을 인가 전류 및 용량을 각각 5 mAcm-2 및 5 mAhcm-2 하여 구한 결과이다.
도 17은 구리와 미처리 분리막으로 구성된 셀과, 구리와 실시예 1의 샌드위치형 분리막을 사용한 사용한 셀에 전류 및 용량을 각각 1 mAcm-2 및 1 mAhcm-2 인가하여 얻어진 쿨롱 효율을 나타낸 것이다.
도 18은 NCM 삼성분계 양극을 적용하고 방전 용량 및 쿨롱효율로서 100 사이클까지 120 mAh/g 의 용량과 90% 이상의 쿨롱 효율을 나타낸 것이다.
도 19는 폴리도파민 코팅 전후의 전해액 함침 특성을 보인 사진이다.1 is a schematic view of a separation membrane produced according to Example 1 of the present invention.
FIG. 2 shows the time-dependent changes of PP membrane (wet polypropylene membrane) and PP 'membrane (dry polypropylene membrane) having various thicknesses ranging from 5.3 μm to 25 μm at 80 ° C.
3 is a photograph of the separation membrane in the heat shrinkage test at 80 캜.
Fig. 4 shows the time-dependent changes of PP membrane (wet type) and PP 'membrane (dry type) at various temperatures ranging from 5.3 탆 to 25 탆 at 150 캜.
5 is a photograph of a separation membrane in a heat shrinkage test at 150 ° C.
FIG. 6 is a graph showing the results of measurement of the sandwich type separator of Comparative Examples 1, 2, and 3 prepared by changing the thickness of the LTST ceramic layer to 2 to 4 μm by the method provided by the embodiment using a 11 μm thick PP separator (wet) Lt; 0 > C.
7 shows a photograph of the separation membrane according to the experimental result of FIG.
FIG. 8 shows the results of the heat shrinkage test at 150.degree. C. for the membranes of Examples 1, 2, and 3 in which polydopamine was coated using a 11 μm thick PP membrane (wet).
9 is a photograph showing the appearance of the separator of Example 1 in the result of FIG.
10 is a scanning electron micrograph of a polypropylene separation membrane having a thickness of 11 탆.
11 is a scanning electron microscope (SEM) image of the separation membrane coated with polydodamine on the separation membrane of FIG.
12 is a scanning electron microscope (SEM) image of a 25 탆 thick commercial cell guard separator.
13 is a scanning electron microscope (SEM) image of the separation membrane of FIG. 12 coated with polydodamine.
14 is a scanning electron microscope (SEM) image of a surface of a 2 μm thick LTST layer coated on a 11 μm thick PP membrane coated with polydodamine.
FIG. 15 shows the voltage change for lithium stripping and plating in a symmetric lithium cell.
FIG. 16 shows results obtained by performing an experiment similar to the experiment shown in FIG. 15, with applied current and capacity being 5 mAcm -2 and 5 mAhcm -2, respectively.
Figure 17 shows a cell with copper as in Example 1, the Coulomb efficiency and the capacity obtained by the current applied to each of 1 mAcm -2 and 1 mAhcm -2 in cell used with the sandwich-type membrane consists of copper and the untreated membrane.
FIG. 18 shows the discharge capacity and coulomb efficiency using a NCM ternary anode, a capacity of 120 mAh / g up to 100 cycles and a coulombic efficiency of 90% or more.
19 is a photograph showing electrolyte impregnation characteristics before and after coating with polydodamine.
이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.In the following, various aspects and various embodiments of the present invention will be described in more detail.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, the following description does not limit the present invention to specific embodiments. In the following description of the present invention, detailed description of related arts will be omitted if it is determined that the gist of the present invention may be blurred .
본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises ",or" having ", and the like, specify that the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, or combinations thereof.
이하, 본 발명의 이차전지용 분리막에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the secondary battery separator of the present invention will be described.
본 발명의 이차전지용 분리막은 제1 고분자 분리막; 상기 제1 고분자 분리막 상에 위치하는 다공성 세라믹층; 및 상기 다공성 세라믹층 상에 위치하는 제2 고분자 분리막;을 포함한다.The separator for a secondary battery of the present invention comprises: a first polymer separator; A porous ceramic layer disposed on the first polymer separator; And a second polymer separator disposed on the porous ceramic layer.
상기 제1 및 제2 고분자 분리막은 표면에 폴리도파민층이 코팅된 개질된 고분자 분리막인 것이 바람직하다.Preferably, the first and second polymer separation membranes are modified polymer separation membranes having a surface coated with a polydodamine layer.
상기 개질된 고분자 분리막은 두께가 5 내지 50 ㎛일 수 있고, 바람직하게는 7 내지 30 ㎛, 더욱 바람직하게는 10 내지 25 ㎛ 일 수 있다.The modified polymeric membrane may have a thickness of 5 to 50 mu m, preferably 7 to 30 mu m, more preferably 10 to 25 mu m.
상기 제1 및 제2 고분자 분리막은 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 포함할 수 있고, 바람직하게는 폴리프로필렌을 포함할 수 있다.The first and second polymer separation membranes may include polypropylene or polyethylene, and preferably polypropylene.
상기 제1 및 제2 고분자 분리막은 습식 또는 건식 제조법에 따라 제조된 것을 사용할 수 있고, 바람직하게는 습식 제조법에 따라 제조된 것일 수 있다.The first and second polymer separation membranes may be those prepared according to a wet or dry preparation method, preferably those prepared by a wet preparation method.
상기 다공성 세라믹층은 표면이 리튬 말단 설폰화된 기능화된 세라믹을 포함할 수 있다.The porous ceramic layer may comprise a functionalized ceramic wherein the surface is lithium-terminal sulfonated.
상기 다공성 세라믹층은 티타니아, 알루미나, 실리카, 및 지르코니아 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The porous ceramic layer may include at least one selected from titania, alumina, silica, and zirconia.
상기 기능화된 세라믹은 하기 구조식 1로 표시될 수 있다.The functionalized ceramics may be represented by the following structural formula (1).
[구조식 1][Structural formula 1]
구조식 1에서,In
n은 반복수이고, 1 내지 10 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다.n is a repetition number, and is any integer selected from 1 to 10. [
바람직하게는, 상기 기능화된 세라믹은 하기 구조식 2로 표시될 수 있다.Preferably, the functionalized ceramic may be represented by the following structural formula (2).
[구조식 2][Structural formula 2]
상기 다공성 세라믹층은 50 내지 200 nm의 평균직경을 갖는 기공을 포함할 수 있다.The porous ceramic layer may include pores having an average diameter of 50 to 200 nm.
상기 다공성 세라믹층은 1 내지 10 ㎛의 두께를 가질 수 있고, 바람직하게는 1.5 내지 5㎛, 더욱 바람직하게는 2 내지 3 ㎛의 두께를 가질 수 있다.The porous ceramic layer may have a thickness of 1 to 10 mu m, preferably 1.5 to 5 mu m, more preferably 2 to 3 mu m.
상기 이차전지용 분리막은 12 내지 40 ㎛의 두께를 가질 수 있고, 바람직하게는 15 내지 30 ㎛, 더욱 바람직하게는 20 내지 25 ㎛의 두께를 가질 수 있다.The secondary battery separator may have a thickness of 12 to 40 mu m, preferably 15 to 30 mu m, more preferably 20 to 25 mu m.
상기 이차전지용 분리막의 면적당 무게는 0.5 내지 2.0 mg/cm2 인 것이 바람직하다.
The weight per unit area of the secondary battery separator is 0.5 to 2.0 mg / cm < 2 > .
이하, 본 발명의 이차전지용 분리막의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for producing a separator for a secondary battery of the present invention will be described.
본 발명의 이차전지용 분리막의 제조방법은 제1 고분자 분리막 상에 다공성 세라믹층을 형성한 후, 상기 다공성 세라믹층 상에 제2 고분자 분리막을 적층시켜 이차전지용 분리막을 제조할 수 있다.The separation membrane for a secondary battery of the present invention can be manufactured by forming a porous ceramic layer on a first polymer separation membrane and then laminating a second polymer separation membrane on the porous ceramic layer.
상기 고분자 분리막은 습식 또는 건식 제조법에 따라 제조된 것을 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 습식 제조법에 따라 제조된 것을 사용할 수 있다.The polymer separator may be one prepared by a wet or dry preparation method, more preferably a polymer produced by a wet preparation method.
본 발명의 이차전지용 분리막의 제조방법을 더욱 구체적으로 살펴보면 아래와 같다. The method for producing the separation membrane for a secondary battery of the present invention will be described in more detail as follows.
먼저, 세라믹 입자의 표면을 리튬 말단 First, the surface of the ceramic particle was treated with a lithium terminal 설폰화시켜Sulfonation 기능화된 세라믹 입자를 제조한다(단계 a). Functionalized ceramic particles are prepared (step a).
구체적으로, 세라믹 입자를 용매에 분산시켜 분산액을 제조한다(단계 a-1).Specifically, the ceramic particles are dispersed in a solvent to prepare a dispersion (step a-1).
상기 세라믹 입자는 티타니아, 알루미나, 실리카, 및 지르코니아 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The ceramic particles may include at least one selected from titania, alumina, silica, and zirconia.
상기 세라믹 입자는 평균입경이 30 내지 50 nm인 것을 사용하는 것이 바람직하다.It is preferable that the ceramic particles have an average particle diameter of 30 to 50 nm.
이후, 상기 분산액에 설폰화제를 혼합하여 반응시킴으로써 설폰화된 세라믹 입자를 포함하는 혼합물을 제조한다(단계 a-2).Thereafter, the dispersion is mixed with a sulfonating agent and reacted to prepare a mixture containing the sulfonated ceramic particles (step a-2).
상기 설폰화제는 3-트리하이드록시실릴-1-프로판설폰산일 수 있으나, 본 발명의 범위가 여기에 한정되지 않으며 최종 설폰화된 구조에 따라 다양한 설폰화제를 사용할 수 있다.The sulfonating agent may be 3-trihydroxysilyl-1-propanesulfonic acid, but the scope of the present invention is not limited thereto, and various sulfonating agents may be used depending on the final sulfonated structure.
다음으로, 상기 혼합물에 수산화리튬을 가하여 리튬 말단기를 형성함으로써 리튬 말단 설폰화된 기능화된 세라믹 입자를 제조한다(단계 a-3).Next, lithium hydroxide is added to the mixture to form a lithium end group, whereby a functionalized ceramic particle having lithium-end sulfonated is prepared (step a-3).
상기 기능화된 세라믹 입자는 하기 구조식 1로 표시될 수 있다.The functionalized ceramic particles may be represented by the following structural formula (1).
[구조식 1][Structural formula 1]
구조식 1에서,In
n은 반복수이고, 1 내지 10 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다.n is a repetition number, and is any integer selected from 1 to 10. [
바람직하게는, 상기 기능화된 세라믹 입자는 하기 구조식 2로 표시될 수 있다.Preferably, the functionalized ceramic particles can be represented by the following structural formula (2).
[구조식 2][Structural formula 2]
이후, 잔여하는 설폰화제를 원심분리에 의해 제거하는 단계를 추가로 수행할 수 있다.Thereafter, a step of removing the remaining sulfonating agent by centrifugation may be further carried out.
다음으로, 고분자 분리막의 표면에 Next, on the surface of the polymer membrane, 폴리도파민을Polydopamine 코팅시켜 Coated 개질된Reformed 고분자 분리막을 제조한다(단계 b). A polymer membrane is prepared (step b).
우선, 상기 고분자 분리막을 알코올 용매에 침지시킨다(단계 b-1).First, the polymer separation membrane is immersed in an alcohol solvent (step b-1).
이후, 도파민염을 포함하는 염기 수용액을 제조한다(단계 b-2).Thereafter, an aqueous base solution containing a dopamine salt is prepared (step b-2).
(b-1)의 결과물인 고분자 분리막이 침지된 알코올 용매와 단계 (b-2)의 결과물인 도파민염을 포함하는 염기 수용액을 반응시켜 상기 고분자 분리막의 표면에 폴리도파민을 코팅함으로써 개질된 고분자 분리막을 제조할 수 있다.(b-1) is reacted with an aqueous base solution containing an alcohol solvent immersed in the resultant polymer membrane and a resultant dopamine salt in the step (b-2) to polydodamine on the surface of the polymer membrane to obtain a modified polymer membrane Can be prepared.
이후, 상기 개질된 고분자 분리막을 세척한 후 건조할 수 있다.Thereafter, the modified polymer separation membrane may be washed and then dried.
단계 (b)에 따라 제조된 상기 The compound of formula (I) 개질된Reformed 고분자 분리막 상에 단계 (a)에 따라 제조된 상기 기능화된 세라믹 입자를 코팅하여 다공성 세라믹층이 형성된 제1 고분자 분리막을 제조한다(단계 c). The functionalized ceramic particles prepared according to step (a) are coated on the polymer membrane to prepare a first polymer membrane having a porous ceramic layer (step c).
단계 (c)의 코팅은 랭뮤어-블로젯 스쿠핑 코팅, 스프레이 코팅, 슬러리 캐스팅, 잉크젯 프린팅 등에 의해 수행될 수 있으나, 본 발명의 범위가 여기에 한정되지 않는다. The coating of step (c) may be performed by Langmuir-Blodgett scoop coating, spray coating, slurry casting, inkjet printing, etc., but the scope of the invention is not limited thereto.
마지막으로, 단계 (c)에 따라 제조된 상기 다공성 세라믹층이 형성된 제1 고분자 분리막의 상기 다공성 세라믹층 상에 단계 (b)의 방법에 따라 제조된 제2 고분자 분리막을 Finally, a second polymer separator prepared according to the method of step (b) is formed on the porous ceramic layer of the first polymer separator having the porous ceramic layer formed according to step (c) 적층시켜Laminated 샌드위치 형의 이차전지용 분리막을 제조한다(단계 d). A separator for a sandwich type secondary battery is prepared (step d).
상기 개질된 고분자 분리막의 적층은 압착 또는 열융착을 함으로써 할 수 있다.
The lamination of the modified polymer separation membrane can be performed by compression bonding or thermal fusion bonding.
본 발명은 상기 이차전지용 분리막을 포함하는 이차전지를 제공한다.The present invention provides a secondary battery including the secondary battery separator.
상기 이차전지는 리튬이온전지 또는 리튬금속전지일 수 있다.The secondary battery may be a lithium ion battery or a lithium metal battery.
상기 이차전지는 에테르계 전해질 또는 카보네이트계 전해액을 포함할 수 있다.
The secondary battery may include an ether-based electrolyte or a carbonate-based electrolyte.
또한, 본 발명은 상기 이차전지를 포함하는 휴대용 전자기기, 이동 유닛, 전력 기기 및 에너지 저장장치 중에서 선택된 어느 하나의 디바이스를 제공한다.
Further, the present invention provides any one of the portable electronic device including the secondary battery, the mobile unit, the electric power device, and the energy storage device.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 들어 구체적으로 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[실시예][Example]
제조예Manufacturing example 1: 리튬 말단 1: lithium terminal 설폰화된Sulfonated 티타니아Titania (( LTSTLTST ) 합성 방법) Synthesis method
기능화를 위해 티타니아 나노입자를 물에 분산시킨 후 30분 동안 초음파 처리하였다. 이후 3-(trihydroxysilyl)-1-propanesulfonic acid를 떨어뜨려 pH 2로 만들었다. 이 혼합물을 상온에서 밤새 반응시켰다. 리튬 말단화를 위해 고농도의 LiOH를 pH 7가 될 때까지 첨가하였으며, 과량의 리튬말단 3-(trihydroxysilyl)-1-propanesulfonic acid 제거를 위해 탈이온수를 가하여 10회 이상 원심분리 작업을 실시하였다. 최후 과정에서는 에탄올을 사용한 다음 80℃의 오븐에서 밤새 건조하여 최종 결과물을 얻었다.
For functionalization, titania nanoparticles were dispersed in water and ultrasonicated for 30 minutes. Then, 3- (trihydroxysilyl) -1-propanesulfonic acid was dropped to
제조예Manufacturing example 2: 2: 폴리도파민이Polydopamine 코팅된 폴리프로필렌( Coated polypropylene ( PPPP ) 분리막 제조) Membrane Manufacturing
우선 습식 제조된 PP 분리막을 120 ㎖ 메탄올에 넣은 다음 5분간 초음파 처리하였다. 0.26g trisma base, 0.14g trisma hydrochloride, 0.76g 염화도파민염을 125 ㎖ 탈이온수에 녹여 도파민 용액을 제조하고, 이후 분리막이 담긴 메탄올과 도파민 용액을 천천히 섞어서 하루 정도 반응시켰다. 반응된 분리막을 탈이온수로 5회 이상 씻어내고 마지막으로 에탄올로 세척한 다음 60℃ 오븐에서 건조시켰다.
First, the wet PP membrane was put into 120 ml of methanol and ultrasonicated for 5 minutes. 0.26 g trisma base, 0.14 g trisma hydrochloride, and 0.76 g dopamine salt were dissolved in 125 ml deionized water to prepare a dopamine solution. Then, methanol and dopamine solution containing the separation membrane were slowly mixed and reacted for one day. The reacted membranes were washed with deionized water at least five times, finally washed with ethanol, and then dried in an oven at 60 ° C.
실시예Example 1: One: 샌드위치형Sandwich type 분리막의 제조 Preparation of Membrane
제조예 1에 따라 제조된 리튬 말단 설폰화된 티타니아(LTST) 입자가 잘 분산된 현탁액 (~1-3 wt%)를 에탄올에 섞은 후 30분간 초음파 분산시켜 분산액을 준비하였으며, 제조예 2에 따라 제조된 폴리도파민 코팅된 PP 분리막을 기판으로 Langmuir-Blodgett Scooping 코팅 방법에 따라 2㎛ 두께의 리튬 말단 설폰화된 티타니아 초박막을 형성하였다. (1-3 wt%) of lithium-terminal sulfonated titania (LTST) particles prepared according to Preparation Example 1 was mixed with ethanol and ultrasonically dispersed for 30 minutes to prepare a dispersion. According to Production Example 2 Lithium-terminated sulfonated ultra-thin films with a thickness of 2 탆 were formed by the Langmuir-Blodgett scooping coating method using the prepared polydopamine-coated PP separator as a substrate.
이후, 상기 설폰화된 티타니아 초박막 상에 제조예 2에 따라 제조된 또 하나의 폴리도파민 코팅된 PP 분리막을 사용하여 분리막의 끝 부분들을 열로 라미네이트 시킴으로써 LTST를 폴리도파민이 코팅된 분리막으로 샌드위치된 형태의 분리막을 완성하였다.Thereafter, LTST was sandwiched with a polydodamine-coated separator by thermally laminating the ends of the separation membrane using another polypodamine-coated PP separation membrane prepared according to Production Example 2 on the sulfonated titania ultra-thin film The membrane was completed.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 분리막의 개략도이다. 리튬 말단 설폰화된 티타니아(LTST)층을 중심으로 양쪽으로 폴리도파민이 코팅된 PP층(DPP)이 위치하고 있으며, 다공성 세라믹의 한쪽 표면은 리튬 단말 설폰화 된 것을 나타낸다. 높은 강성율을 갖는 티타니아는 리튬 말단 설폰 그룹으로 기능화되어 리튬 덴드라이트의 천공을 억제하는 동시에 SCS-구조 분리막의 열적 특성을 향상시킬 수 있다. 분리막에 코팅된 폴리도파민은 열 안정성과 젖음성을 향상시키며, 또한 리튬금속과 카테콜 상호작용으로 리튬 덴드라이트의 성장을 억제할 수 있다. 이와 같이 샌드위치 구조의 분리막은 열적 안정성과 전기화학적 안정성이 향상되고 리튬 덴드라이트의 성장을 억제하여 분리막 천공을 막음으로써 리튬금속 전지와 리튬이온 전지의 안정성과 안전성을 제고시킨다.
1 is a schematic view of a separation membrane produced according to Example 1 of the present invention. A PP layer (DPP) coated with polydodamine on both sides of a lithium-terminal sulfonated titania (LTST) layer is located, and one surface of the porous ceramic is lithium-terminal sulfonated. Titania having a high stiffness ratio can be functionalized as a lithium end-sulphone group to suppress the puncture of the lithium dendrite and improve the thermal characteristics of the SCS-structure separator. Polydopamine coated on the membrane improves thermal stability and wettability, and lithium metal and catechol interaction can inhibit the growth of lithium dendrite. Such a sandwich membrane has improved thermal stability and electrochemical stability and inhibits the growth of lithium dendrite to prevent separation of the separator, thereby enhancing the stability and safety of the lithium metal battery and the lithium ion battery.
실시예Example 2 2
리튬 말단 설폰화된 티타니아 박막을 2㎛ 두께로 형성하는 것 대신에 3㎛ 두께로 형성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 샌드위치형 분리막을 제조하였다.
A sandwich type membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that the lithium-terminal sulfonated titania thin film was formed to a thickness of 3 탆 instead of 2 탆.
실시예Example 3 3
리튬 말단 설폰화된 티타니아 박막을 2 ㎛ 두께로 형성하는 것 대신에 4 ㎛ 두께로 형성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 샌드위치형 분리막을 제조하였다.
A sandwich type membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that the lithium-terminal sulfonated titania thin film was formed to a thickness of 4 탆 instead of 2 탆.
비교예Comparative Example 1: One: 개질되지Not reformed 않은 폴리프로필렌 분리막의 사용 Use of non-polypropylene membrane
폴리도파민이 코팅된 PP 분리막 대신에 폴리도파민이 코팅되지 않은 PP 분리막을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 샌드위치형 분리막을 제조하였다.
A sandwich type membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that a PP separation membrane in which polydodamine was not coated was used in place of the PP separation membrane coated with polydodamine.
비교예Comparative Example 2: 2: 개질되지Not reformed 않은 폴리프로필렌 분리막의 사용 Use of non-polypropylene membrane
폴리도파민이 코팅된 PP 분리막 대신에 폴리도파민이 코팅되지 않은 PP 분리막을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 샌드위치형 분리막을 제조하였다.
A sandwich membrane was prepared in the same manner as in Example 2, except that a PP separation membrane not coated with polypodamine was used in place of the PP separation membrane coated with polydodamine.
비교예Comparative Example 3: 3: 개질되지Not reformed 않은 폴리프로필렌 분리막의 사용 Use of non-polypropylene membrane
폴리도파민이 코팅된 PP 분리막 대신에 폴리도파민이 코팅되지 않은 PP 분리막을 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 샌드위치형 분리막을 제조하였다.
A sandwich type membrane was prepared in the same manner as in Example 3, except that a PP separation membrane not coated with polypodamine was used in place of the PP separation membrane coated with polypodamine.
[시험예][Test Example]
열 수축 시험 방법Heat shrinkage test method
개질되거나 비개질된 분리막을 1.8 ㎝ 직경의 디스크로 잘라낸 다음, 두 장의 슬라이드 유리 사이에 위치한 다음 슬라이드 유리 끝부분을 캡톤 테이프로 테이핑하고 오븐에 넣어 원하는 온도와 시간에서 유지시켰다.
The modified or unmodified membranes were cut into disks of 1.8 cm diameter and then the tip of the next slide glass positioned between the two slide glasses was taped with capton tape and kept in the oven at the desired temperature and time.
보호막 코팅 리튬금속의 전기화학적 분석 방법Electrochemical analysis method of protective film coating lithium metal
분리막 변형을 통한 리튬 금속의 전기화학적 특성을 조사하기 위하여 정전류 strip/plating 측정을 하였으며, 대칭 셀로부터 전위 변화를 측정하였다. 다양한 전류밀도 ( 3-5 ㎃/㎠)와 용량(3-5 ㎃h/㎠)으로 스트리핑과 도금을 실시하였으며, 1M LiPF6 2 wt.% VC in EC :DMC)(1:1, v:v) 전해질을 사용하였다. 또 리튬금속 전지를 변형된 분리막, 1M LiPF6 2 wt.% VC in EC :DMC)(1:1, v:v) 전해질, NCM양극을 사용하여 1C 조건에서 사이클링을 하였다. 쿨룽효율을 측정하기 위해 Cu & Li 대칭셀을 만들었으며 개질 전/후의 분리막과 1M LiPF6 2 wt.% VC in EC :DMC)(1:1, v:v) 전해질을 사용하여 전류밀도 (1 ㎃/㎠)와 용량(1 ㎃h/㎠)으로 스트리핑과 도금을 실시하였다. 비개질된 분리막 샘플은 2장을 사용하여 (22 ㎛) 개질된 SCS-구조의 분리막 (24 ㎛)과 유사한 두께에서 실시하였다.
In order to investigate the electrochemical properties of lithium metal through membrane deformation, a constant current strip / plating measurement was performed and the potential change was measured from the symmetric cell. Stripping and plating were carried out at various current densities (3-5 ㎃ / ㎠) and capacities (3-5 ㎃h / ㎠), and
시험예Test Example 1: 폴리프로필렌 분리막 두께에 따른 1: Depends on the thickness of polypropylene membrane 열수축Heat shrinkage 관찰 observe
도 2는 5.3 ㎛ 에서 25 ㎛에 이르는 다양한 두께의 PP 분리막(습식 폴리프로필렌 분리막)과 PP’분리막(건식 폴리프로필렌 분리막)을 80℃에서 방치한 시간별 변화를 나타낸 것이다. 도 10과 도 12(셀가드사 제품)에서 확인할 수 있듯이 서로 다른 구조의 기공구조를 가지며, 이는 제조과정의 차이에 기인하는 것이다. 5.3 ㎛ 두께 분리막의 열안정성이 낮았으며, 다른 분리막들은 80℃에서는 거의 열 수축이 나타나지 않았다. 도 3은 80℃에서의 열수축 시험에서의 분리막의 사진이다. 이에 따르면, 외관상 5.3 ㎛ 두께를 갖는 원형 분리막의 지름이 작아졌음을 확인할 수 있으며, 그 외의 분리막에서는 잘 식별이 되지 않는다.FIG. 2 shows the time-dependent changes of the PP separator (wet polypropylene separator) and PP 'separator (dry polypropylene separator) at various temperatures ranging from 5.3 μm to 25 μm at 80 ° C. As can be seen from FIGS. 10 and 12 (manufactured by Celgard), they have pore structures of different structures, which are caused by differences in the manufacturing process. The thermal stability of 5.3 ㎛ thick membranes was low and other membranes showed little heat shrinkage at 80 ℃. 3 is a photograph of the separation membrane in the heat shrinkage test at 80 캜. According to this, it can be confirmed that the diameter of the circular separation membrane having a thickness of 5.3 μm is apparently small, and it is not well recognized in other separation membranes.
도 4는 5.3 ㎛ 에서 25 ㎛에 이르는 다양한 두께의 PP분리막(습식)과 PP’분리막(건식)의 150℃에서 방치된 시간별 변화를 나타낸 것이다. 16 ㎛ 두께를 갖는 분리막을 제외하고는 모두 커다란 열 수축을 나타내고 있다. 도 5는 150℃에서 열수축 실험에서의 분리막의 사진이다. 이에 따르면, 외관상 16 ㎛ 두께를 갖는 원형 분리막을 제외하고는 본래의 둥근 모양이 수축하여 커다란 변화를 확인할 수 있으며, 그 정도는 두께가 얇을수록 심하게 나타나는 것을 알 수 있다.Fig. 4 shows the time-dependent changes of PP membrane (wet type) and PP 'membrane (dry type) at various temperatures ranging from 5.3 탆 to 25 탆 at 150 캜. Except for the membrane with a thickness of 16 ㎛, both show a large heat shrinkage. 5 is a photograph of a separation membrane in a heat shrinkage test at 150 ° C. As a result, it can be seen that the original circular shape shrinks and a large change can be confirmed except for the circular separation membrane having the appearance of 16 탆 thickness, and it can be seen that the thinner the thickness is, the more severe it appears.
도 6은 11 ㎛ 두께의 PP분리막(습식)을 사용하여 실시예에 의해 제공된 방법으로 LTST 세라믹 층의 두께를 2 ~ 4 ㎛로 변화시켜 제조된 비교예 1, 2 및 3의 샌드위치형 분리막을 150℃에서 방치한 시간별 변화를 나타낸 것이다. 이에 따르면, LTST층 2 ㎛에서 열 수축이 크게 개선되었으며, LTST 두께가 증가함에 따라 열 수축감소는 그다지 큰 폭으로 개선되지는 않았다. 도 7은 도 6의 실험결과에 대한 분리막의 사진을 나타낸 것이다. 이에 따르면, 외관상 LTST 코팅을 하지 않은 분리막이 투명해지고 모양이 변한 것을 제외하고는 LTST가 코팅된 다른 분리막에서는 수축 변화가 거의 일어나지 않았다.FIG. 6 is a graph showing the results of measurement of the sandwich type separator of Comparative Examples 1, 2, and 3 prepared by changing the thickness of the LTST ceramic layer to 2 to 4 μm by the method provided by the embodiment using a 11 μm thick PP separator (wet) Lt; 0 > C. According to this, the heat shrinkage was greatly improved at the
도 8은 11 ㎛ 두께의 PP분리막(습식)을 사용하여 폴리도파민을 코팅한 실시예 1, 2, 및 3의 분리막에 대한 150℃ 온도에서 측정한 열 수축 시험 결과이다. 폴리도파민의 코팅에 의해 열 수축현상이 20% 이상 크게 개선되었으며, LTST 세라믹 층의 두께를 2 ㎛로 한 실시예 1의 분리막은 더욱 강하게 열 수축이 감소하여 5% 이하의 수축률이 나타났다. 도 9는 도 8의 결과에서 실시예 1의 분리막의 외관을 보여주는 사진이다. 이에 따르면, 폴리도파민 코팅과 2 ㎛의 LTST를 코팅한 본 발명의 샌드위치형 분리막의 150℃ 열 변형이 미미하여 열안정성이 매우 우수함을 알 수 있다.
FIG. 8 shows the results of the heat shrinkage test at 150.degree. C. for the membranes of Examples 1, 2, and 3 in which polydopamine was coated using a 11 μm thick PP membrane (wet). The heat shrinkage phenomenon was remarkably improved by 20% or more by coating with polydodamine, and the separator of Example 1 having the thickness of the LTST ceramic layer of 2 탆 showed a further shrinkage of less than 5% due to a further reduction of heat shrinkage. 9 is a photograph showing the appearance of the separator of Example 1 in the result of FIG. According to the results, it can be seen that the sandwich type separator of the present invention coated with the polydodamine coating and the 2 탆 LTST has insufficient thermal deformation at 150 ° C and thus has excellent thermal stability.
시험예Test Example 2: 2: SEMSEM 분석 analysis
도 10은 11 ㎛ 두께의 폴리프로필렌 분리막에 대한 주사전자현미경 사진으로서, 전형적인 습식 제조 분리막 형상과 50 ㎚ 이하의 기공을 갖는 것을 확인할 수 있다.FIG. 10 is a scanning electron microscope photograph of a polypropylene separation membrane having a thickness of 11 μm, and it can be confirmed that it has a typical wet production separation membrane shape and pores of 50 nm or less.
도 11은 도 10의 분리막에 폴리도파민을 코팅한 분리막의 주사전자현미경 사진으로서, 도파민 코팅에 의해 기공이 40 ㎚ 이하로 감소한 것으로 나타났다.FIG. 11 is a scanning electron microscope (SEM) image of the separation membrane coated with polypodamine on the separation membrane of FIG. 10, showing that the pore decreased to 40 nm or less by dopamine coating.
도 12는 25 ㎛ 두께의 상용 셀가드 분리막의 주사전자현미경 사진으로 한쪽 방향으로 당겨, 찢어지면서 생긴 기공구조를 보여준다. 기공 크기는 64 ㎚ 이하였다.12 is a scanning electron microscope (SEM) image of a 25 탆 thick commercial cell guard separator showing a pore structure formed by tearing and tearing in one direction. The pore size was 64 nm or less.
도 13은 도 12의 분리막에 폴리도파민 코팅을 한 분리막의 주사전자현미경 사진으로서, 도파민 코팅에 의해 기공이 55 ㎚ 이하로 감소하였다.FIG. 13 is a scanning electron micrograph of a separation membrane having a polypodamine coating on the separation membrane of FIG. 12, wherein the pore decreased to 55 nm or less by dopamine coating.
도 14는 폴리도파민이 코팅된 11 ㎛ 두께의 PP분리막 위에 LTST층을 2 ㎛ 코팅한 표면의 주사전자현미경 사진으로, 100 ㎚ 이하의 기공을 가지는 것으로 나타났다.
14 is a scanning electron microscope (SEM) image of a surface of a 2 μm-thick LTSTR layer on a 11 μm-thick PP separator coated with polydodamine, and has a pore size of 100 nm or less.
시험예Test Example 3: 사이클 특성 3: Cycle characteristics
도 15는 대칭 리튬 셀에서 나타나는 리튬 벗김과 도금에 대한 전압변화를 나타낸 것이다. 미처리 분리막을 사용한 것과 폴리도파민 코팅 11 ㎛ 분리막을 사용한 실시예 1에 따라 제조된 샌드위치형 분리막을 사용한 셀에서 얻어진 결과이다. 이 때 사용한 전해액은 1M LiPF6 2wt% VC EC: DMC (1:1, v:v)이고, 인가한 전류 및 용량은 각각 3 mAcm-2 및 3 mAhcm- 2 이다. 실시예 1의 샌드위치형 분리막을 사용한 리튬 셀은 200사이클 이상에서도 안정한 반면, 일반 분리막을 사용한 리튬 셀은 ~60 사이클부터 전압이 점점 증가하다가 종국에는 ~135 사이클에서 손상되었다. FIG. 15 shows the voltage change for lithium stripping and plating in a symmetric lithium cell. The results obtained in the cell using the untreated separation membrane and the cell using the sandwich type separation membrane produced according to Example 1 using the poly dopamine-coated 11 탆 separation membrane. At this time, the electrolyte is 1M LiPF 6 2wt% VC EC used: DMC (1: 1, v : v) , and applying a current, and capacity of each of 3 mAcm -2 and 3 mAhcm - 2. The lithium cell using the sandwich type separator of Example 1 was stable even for over 200 cycles, while the lithium cell using the general separator was gradually increased in voltage from ~ 60 cycles to ~ 135 cycles in the end.
도 16은 도 15에 나타난 실험과 유사한 실험을 인가 전류 및 용량을 각각 5 mAcm-2 및 5 mAhcm-2 하여 구한 결과로서, 일반 분리막을 사용한 셀의 경우 ~ 10 사이클에서 전지가 손상된 반면에, 실시예 1의 샌드위치형 분리막을 사용한 전지는 ~ 40 사이클 이후 전압이 증가하지만, 80 사이클에서도 안정한 전압을 유지하는 것으로 나타났다.
FIG. 16 shows results of experiments similar to the experiment shown in FIG. 15, in which the applied current and the capacity are 5 mAcm -2 and 5 mAhcm -2 , respectively. In the case of the cell using the general separation membrane, The battery using the sandwich type separator of Example 1 showed a voltage increase after ~ 40 cycles, but maintained a stable voltage even after 80 cycles.
시험예Test Example 4: 4: 쿨롱coulomb 효율 및 Efficiency and 충방전Charging and discharging 특성 characteristic
도 17은 구리와 미처리 분리막으로 구성된 셀과, 구리와 실시예 1의 샌드위치형 분리막을 사용한 사용한 셀에 전류 및 용량을 각각 1 mAcm-2 및 1 mAhcm-2 인가하여 얻어진 쿨롱 효율을 나타낸 것이다. 그 결과, Cu + 미개질 분리막 셀은 ~ 25 사이클 이후 효율이 급격히 감소하여 20 ~ 70 % 사이의 넓은 쿨롱 효율 변화를 보이는 반면, Cu + 개질 분리막 셀은 90% 이상의 쿨롱요휼을 90 사이클 이상 유지하는 것으로 나타났다.Figure 17 shows a cell with copper as in Example 1, the Coulomb efficiency and the capacity obtained by the current applied to each of 1 mAcm -2 and 1 mAhcm -2 in cell used with the sandwich-type membrane consists of copper and the untreated membrane. As a result, the Cu + unmodified membrane cell exhibited a broad Coulomb efficiency change of 20 to 70% after a ~ 25 cycle, while the Cu + modified membrane cell showed a 90% Respectively.
도 18은 NCM 삼성분계 양극을 적용하고 방전 용량 및 쿨롱효율로서 100 사이클까지 120 mAh/g 의 용량과 90% 이상의 쿨롱 효율을 나타냈다. 실시예 1의 샌드위치형 분리막과 1M LiPF6 2wt% VC EC: DMC (1:1, v:v) 전해액을 사용하였다. 이에 따르면, 실시예 1의 분리막을 사용한 경우 쿨롱 효율과 방전 용량이 더 높은 것을 확인할 수 있다.FIG. 18 shows the discharge capacity and coulombic efficiency of the NCM ternary anode, showing a capacity of 120 mAh / g up to 100 cycles and a coulombic efficiency of 90% or more. The sandwich type membrane of Example 1 and a
도 19는 폴리도파민 코팅 전후의 전해액 함침 특성을 보인 사진이다. 폴리도파민이 코팅된 분리막의 전해액 젖음 특성이 더 우수한 것을 알 수 있다.
19 is a photograph showing electrolyte impregnation characteristics before and after coating with polydodamine. It can be seen that the electrolytic solution wetting property of the polypodamine-coated separator is superior.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, many modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.
Claims (21)
상기 제1 고분자 분리막 상에 위치하는 다공성 세라믹층; 및
상기 다공성 세라믹층 상에 위치하는 제2 고분자 분리막;을 포함하고,
상기 제1 및 제2 고분자 분리막은 표면에 폴리도파민층이 코팅된 개질된 고분자 분리막이고,
상기 다공성 세라믹층은 표면이 리튬 말단 설폰화된 기능화된 세라믹을 포함하는 것을 특징으로 하는, 이차전지용 분리막.A first polymer separator;
A porous ceramic layer disposed on the first polymer separator; And
And a second polymer separator disposed on the porous ceramic layer,
Wherein the first and second polymer separation membranes are modified polymer membranes having a surface coated with a polydodamine layer,
Wherein the porous ceramic layer comprises a functionalized ceramic whose surface is lithium-terminal sulfonated.
상기 개질된 고분자 분리막은 두께가 5 내지 50 ㎛인 것을 특징으로 하는 이차전지용 분리막.The method according to claim 1,
Wherein the modified polymer separation membrane has a thickness of 5 to 50 占 퐉.
상기 제1 및 제2 고분자 분리막은 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 분리막.The method according to claim 1,
Wherein the first and second polymer separation membranes comprise polypropylene or polyethylene.
상기 제1 및 제2 고분자 분리막은 습식 또는 건식 제조법에 따라 제조된 것을 특징으로 하는 이차전지용 분리막.The method according to claim 1,
Wherein the first and second polymer separation membranes are manufactured according to a wet or dry production method.
상기 기능화된 세라믹은 하기 구조식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 분리막.
[구조식 1]
구조식 1에서,
n은 반복수이고, 1 내지 10 중에서 선택된 어느 하나의 정수이다.The method according to claim 1,
Wherein the functionalized ceramics are represented by the following structural formula (1).
[Structural formula 1]
In formula 1,
n is a repetition number, and is any integer selected from 1 to 10. [
상기 다공성 세라믹층은 50 내지 200 nm의 평균직경을 갖는 기공을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 분리막.The method according to claim 1,
Wherein the porous ceramic layer comprises pores having an average diameter of 50 to 200 nm.
상기 다공성 세라믹층은 1 내지 10 ㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지용 분리막.The method according to claim 1,
Wherein the porous ceramic layer has a thickness of 1 to 10 mu m.
상기 다공성 세라믹층은 티타니아, 알루미나, 실리카, 및 지르코니아 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 분리막.The method according to claim 1,
Wherein the porous ceramic layer comprises at least one selected from the group consisting of titania, alumina, silica, and zirconia.
상기 이차전지용 분리막은 12 내지 40 ㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지용 분리막.The method according to claim 1,
Wherein the separation membrane for a secondary battery has a thickness of 12 to 40 mu m.
상기 이차전지용 분리막의 면적당 무게는 0.5 내지 2.0 mg/cm2인 것을 특징으로 하는 이차전지용 분리막.11. The method of claim 10,
Wherein the weight per unit area of the secondary battery separator is 0.5 to 2.0 mg / cm 2 .
(b) 고분자 분리막의 표면에 폴리도파민을 코팅시켜 개질된 고분자 분리막을 제조하는 단계;
(c) 단계 (b)에 따라 제조된 상기 개질된 고분자 분리막 상에 단계 (a)에 따라 제조된 상기 기능화된 세라믹 입자를 코팅하여 다공성 세라믹층이 형성된 제1 고분자 분리막을 제조하는 단계; 및
(d) 단계 (c)에 따라 제조된 상기 다공성 세라믹층이 형성된 제1 고분자 분리막의 상기 다공성 세라믹층 상에 단계 (b)의 방법에 따라 제조된 제2 고분자 분리막을 적층시켜 샌드위치 형의 이차전지용 분리막을 제조하는 단계;를 포함하는 이차전지용 분리막의 제조방법.(a) preparing a functionalized ceramic particle by lithium-end-sulfonating the surface of the ceramic particle;
(b) coating polydopamine on the surface of the polymer separator to prepare a modified polymer separator;
(c) coating the functionalized ceramic particles prepared according to step (a) on the modified polymer membrane prepared according to step (b) to prepare a first polymer membrane having a porous ceramic layer; And
(d) depositing a second polymeric membrane prepared according to the method of step (b) on the porous ceramic layer of the first polymeric membrane having the porous ceramic layer prepared according to step (c) to form a sandwich- And a step of preparing a separation membrane for a secondary battery.
단계 (a)는,
(a-1) 세라믹 입자를 용매에 분산시켜 분산액을 제조하는 단계;
(a-2) 상기 분산액에 설폰화제를 혼합하여 반응시킴으로써 설폰화된 세라믹 입자를 포함하는 혼합물을 제조하는 단계; 및
(a-3) 상기 혼합물에 수산화리튬을 가하여 리튬 말단기를 형성함으로써 리튬 말단 설폰화된 기능화된 세라믹 입자를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 분리막의 제조방법.15. The method of claim 14,
Step (a)
(a-1) dispersing the ceramic particles in a solvent to prepare a dispersion;
(a-2) preparing a mixture comprising the sulfonated ceramic particles by mixing and reacting the dispersion with a sulfonating agent; And
(a-3) adding lithium hydroxide to the mixture to form a lithium end group, thereby producing a functionalized ceramic particle having lithium end sulfonation.
상기 세라믹 입자는 평균입경이 30 내지 50 nm인 것을 특징으로 하는 이차전지용 분리막의 제조방법.15. The method of claim 14,
Wherein the ceramic particles have an average particle diameter of 30 to 50 nm.
단계 (b)는,
(b-1) 상기 고분자 분리막을 알코올 용매에 침지시키는 단계;
(b-2) 도파민염을 포함하는 염기 수용액을 제조하는 단계; 및
(b-3) 단계 (b-1)의 결과물인 고분자 분리막이 침지된 알코올 용매와 단계 (b-2)의 결과물인 도파민염을 포함하는 염기 수용액을 반응시켜 상기 고분자 분리막의 표면에 폴리도파민을 코팅함으로써 개질된 고분자 분리막을 제조하는 단계;를 포함하는 이차전지용 분리막의 제조방법.15. The method of claim 14,
Step (b)
(b-1) immersing the polymer separation membrane in an alcohol solvent;
(b-2) preparing an aqueous base solution containing a dopamine salt; And
(b-3) reacting the resultant aqueous polymer solution with an aqueous alcohol solution immersed in the polymer membrane and an aqueous base solution containing a resultant dopamine salt in step (b-2) to form a polymer membrane on the surface of the polymer membrane, And a step of preparing a modified polymer separating membrane by coating.
단계 (c)의 코팅은 랭뮤어-블로젯 코팅, 코팅은랭뮤어-블로젯 스쿠핑 코팅, 스프레이 코팅, 슬러리 캐스팅 및 잉크 프린팅 중에서 선택된 어느 하나에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 분리막의 제조방법.15. The method of claim 14,
Wherein the coating of step (c) is carried out by any one of Langmuir-Blodgett coating, Langmuir-Blodgett squop coating, spray coating, slurry casting and ink printing. Way.
상기 이차전지는 리튬이온전지 또는 리튬금속전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.20. The method of claim 19,
Wherein the secondary battery is a lithium ion battery or a lithium metal battery.
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