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JP7740788B2 - Separation membrane for secondary batteries - Google Patents
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JP7740788B2 - Separation membrane for secondary batteries - Google Patents

Separation membrane for secondary batteries

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JP7740788B2 JP2023534034A JP2023534034A JP7740788B2 JP 7740788 B2 JP7740788 B2 JP 7740788B2 JP 2023534034 A JP2023534034 A JP 2023534034A JP 2023534034 A JP2023534034 A JP 2023534034A JP 7740788 B2 JP7740788 B2 JP 7740788B2
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Description

本願発明は、2021年9月27日に出願された韓国特許出願第10-2021-0127062号に基づく優先権を主張する。 This application claims priority to Korean Patent Application No. 10-2021-0127062, filed on September 27, 2021.

本願発明は二次電池用分離膜に関する。具体的には、分離膜コーティング層に水系エマルジョンタイプのバインダーを含む分離膜において、電解液の有無にかかわらず接着力が向上した二次電池用分離膜に関する。 This invention relates to a separator for a secondary battery. Specifically, it relates to a separator for a secondary battery that contains an aqueous emulsion-type binder in the separator coating layer, and that has improved adhesive strength regardless of the presence or absence of an electrolyte.

二次電池の構成要素の中で分離膜は、正極と負極との間に位置する多孔性構造を有する高分子膜を含むものであって、正極と負極を隔離し、二極間の電気的短絡を防止する役割、及び電解質とイオンを通過させる役割をする。分離膜は、それ自体では電池の電気化学的反応には関わらないが、電解液に対する濡れ性、多孔性の程度、熱収縮率などといった物理的性質が電池の性能及び安全性に影響を与える。 Among the components of a secondary battery, the separator is a porous polymer membrane located between the positive and negative electrodes. It separates the positive and negative electrodes, preventing electrical short circuits between the two electrodes and allowing electrolyte and ions to pass through. While the separator itself is not involved in the battery's electrochemical reactions, its physical properties, such as its wettability with the electrolyte, degree of porosity, and thermal shrinkage rate, affect the battery's performance and safety.

そこで、分離膜の物理的性質を強化するために、分離膜基材にコーティング層を追加し、前記コーティング層に様々な物質を付加することで、コーティング層の物性を変えるための様々な方法が試みられている。一例として、前記分離膜の機械的強度を向上させるために、前記コーティング層に無機物を付加したり、分離膜基材の難燃性及び耐熱性を向上させるための無機物または水和物を前記コーティング層に付加したりすることができる。 Therefore, in order to strengthen the physical properties of the separation membrane, various methods have been attempted to change the physical properties of the coating layer by adding a coating layer to the separation membrane substrate and adding various substances to the coating layer. For example, inorganic substances can be added to the coating layer to improve the mechanical strength of the separation membrane, or inorganic substances or hydrates can be added to the coating layer to improve the flame retardancy and heat resistance of the separation membrane substrate.

分離膜はラミネート工程を通じて電極と接着することができ、電極と分離膜との間の接着力を確保するために、分離膜のコーティング層組成物にバインダーを付加することができる。図2のように、ラミネート工程は、正極と負極を分離膜の両面に接着することができる。 The separator can be attached to the electrode through a lamination process, and a binder can be added to the separator coating layer composition to ensure adhesion between the electrode and separator. As shown in Figure 2, the lamination process can attach the positive and negative electrodes to both sides of the separator.

一般に、バインダーの結晶化度はバインダーの接着性に影響を与え得る。例えば、非結晶性高分子は、電解液が存在する場合に比べて、電解液が存在しない環境下での電極との接着力に優れている。しかし、二次電池は、電池ケースに電極組立体と電解液が収容された後に密封して製造され、電解液を通してリチウムイオンが移動して充電と放電が行われる構造であることから、電解液が存在する時の電極との接着力を確保できる技術が必要である。 Generally, the crystallinity of a binder can affect the binder's adhesive strength. For example, amorphous polymers have better adhesive strength with electrodes in an environment without electrolyte than in the presence of electrolyte. However, secondary batteries are manufactured by sealing an electrode assembly and electrolyte in a battery case, and charging and discharging are carried out by lithium ions moving through the electrolyte. Therefore, technology is needed to ensure adhesive strength with electrodes in the presence of electrolyte.

これに関連して、特許文献1は、水不溶性高分子化合物が水に分散されてなるエマルジョンまたは懸濁液である第1有機物バインダーと、水溶性高分子化合物である第2有機物バインダーとを含む高分子化合物バインダーが分散されてなるコーティング液が多孔性基材にコーティングされた有機/無機複合コーティング多孔性分離膜を開示する。 In this regard, Patent Document 1 discloses an organic/inorganic composite coated porous separator in which a coating liquid is coated on a porous substrate, the coating liquid being a dispersion of a polymeric compound binder, the polymeric compound binder including a first organic binder being an emulsion or suspension in which a water-insoluble polymeric compound is dispersed in water, and a second organic binder being a water-soluble polymeric compound.

特許文献1の分離膜は、電解液に対する濡れ性が向上することで、イオン伝導度が高く、接着性に優れるという効果がある。 The separation membrane in Patent Document 1 has improved wettability with the electrolyte, resulting in high ionic conductivity and excellent adhesion.

特許文献2の分離膜は、多孔性高分子基材の少なくとも一面上にコーティング層が形成されており、前記コーティング層は無機物粒子及びバインダー高分子を含み、前記バインダー高分子は、無定形の接着性バインダー高分子と1種以上のフッ素系共重合体を含み、前記無定形の接着性バインダー高分子の含有量は、全体のバインダー高分子の含有量100重量部を基準として50重量部~84重量部である。 The separation membrane of Patent Document 2 has a coating layer formed on at least one surface of a porous polymer substrate. The coating layer includes inorganic particles and a binder polymer. The binder polymer includes an amorphous adhesive binder polymer and one or more fluorine-based copolymers. The content of the amorphous adhesive binder polymer is 50 to 84 parts by weight based on 100 parts by weight of the total binder polymer content.

特許文献2の分離膜は、抵抗が低く、分離膜と電極との接着力が向上する効果を示す。 The separation membrane of Patent Document 2 has low resistance and exhibits the effect of improving the adhesive strength between the separation membrane and the electrode.

しかし、特許文献1と特許文献2は、電解液が存在しない場合だけでなく、電解液が存在する場合でも電極と分離膜との接着力を向上させることができる技術を提示できていない。 However, Patent Documents 1 and 2 fail to present a technology that can improve the adhesive strength between the electrode and the separator not only when no electrolyte is present, but also when an electrolyte is present.

韓国登録特許第1341196号公報Korean Patent No. 1341196 韓国公開特許第2020-0034470号公報Korean Patent Publication No. 2020-0034470

本願の発明は前記のような問題を解決するためのものであって、電解液がない状態では、電極と分離膜とのドライ(Dry)接着力を提供することでセル組立を可能にし、電解液が注入された状態では、電極と分離膜とのウェット(Wet)接着力を提供することができるコーティング層を含む二次電池用分離膜及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to solve the above problems by providing a separator for a secondary battery that includes a coating layer that provides dry adhesion between the electrodes and separator in the absence of electrolyte, enabling cell assembly, and wet adhesion between the electrodes and separator in the presence of electrolyte, as well as a method for manufacturing the same.

そのために、前記コーティング層を形成するための水系エマルジョンタイプのバインダーと無機物との組み合わせと、それを含むスラリーを設計し提供することを目的とする。 To this end, the objective is to design and provide a combination of an aqueous emulsion-type binder and an inorganic substance to form the coating layer, as well as a slurry containing the combination.

こうした目的を達成するための本願の発明に係る二次電池用分離膜は、高分子を含む多孔性分離膜基材、及び前記多孔性分離膜基材の少なくとも一面上のコーティング層を含み、前記コーティング層は、無機物粒子、結晶性第1バインダー及び非結晶性第2バインダーを含み、前記結晶性第1バインダーと前記非結晶性第2バインダーは、それぞれ独立に、水系エマルジョンバインダーであり、前記無機物粒子及び前記非結晶性第2バインダーの濃度勾配が前記コーティング層の断面にわたって存在し、前記無機物粒子は、前記コーティング層で、前記多孔性分離膜基材の反対側よりも前記多孔性分離膜基材に対面する表面にさらに多量に存在し、前記分離膜が乾燥状態である時に前記非結晶性第2バインダーは、前記コーティング層で、前記多孔性分離膜基材に対面する表面よりも前記多孔性分離膜基材の反対側にさらに多量に存在するものであり得る。 To achieve these objectives, the separator for a secondary battery according to the present invention includes a porous separator substrate containing a polymer and a coating layer on at least one side of the porous separator substrate, the coating layer including inorganic particles, a crystalline first binder, and an amorphous second binder, each of which is independently an aqueous emulsion binder, a concentration gradient of the inorganic particles and the amorphous second binder exists across the cross section of the coating layer, the inorganic particles are present in greater amounts on the surface of the coating layer facing the porous separator substrate than on the opposite side of the porous separator substrate, and when the separator is in a dry state, the amorphous second binder may be present in greater amounts on the surface of the coating layer facing the porous separator substrate than on the surface of the coating layer facing the porous separator substrate.

前記分離膜が電解液に含浸された時、前記結晶性第1バインダーの濃度勾配が前記コーティング層の断面にわたって存在し、前記結晶性第1バインダーは、前記コーティング層で、前記多孔性分離膜基材に対面する表面よりも前記多孔性分離膜基材の反対側にさらに多量に存在し得る。 When the separator is immersed in an electrolyte solution, a concentration gradient of the crystalline first binder exists across the cross section of the coating layer, and the crystalline first binder may be present in greater amounts on the side of the coating layer opposite the porous separator substrate than on the surface facing the porous separator substrate.

前記結晶性第1バインダーと前記非結晶性第2バインダーとの重量比は、1:9~9:1であり得る。 The weight ratio of the crystalline first binder to the amorphous second binder may be 1:9 to 9:1.

前記二次電池用分離膜において、電解液に含浸された状態での分離膜の接着力は、1.0gf/20mm~20.0gf/20mmであり得る。 The adhesive strength of the separator for the secondary battery when immersed in the electrolyte may be 1.0 gf/20 mm to 20.0 gf/20 mm.

前記二次電池用分離膜において、乾燥状態での分離膜の接着力は、10gf/20mm以上、100gf/20mm未満であり得る。 The adhesive strength of the separator for the secondary battery in a dry state may be 10 gf/20 mm or more and less than 100 gf/20 mm.

前記結晶性第1バインダーは、ポリビニリデンフルオリド系バインダーを含み、前記非結晶性第2バインダーは、アクリレート系バインダーを含むことができる。 The crystalline first binder may include a polyvinylidene fluoride-based binder, and the amorphous second binder may include an acrylate-based binder.

前記結晶性第1バインダー及び前記非結晶性第2バインダーのうち少なくとも一つは共重合体であり得る。 At least one of the crystalline first binder and the amorphous second binder may be a copolymer.

前記結晶性第1バインダーは、正極に使用されるバインダーと同じ高分子骨格を有し、前記非結晶性第2バインダーは、負極に使用されるバインダーと同じ高分子骨格を有することができる。 The first crystalline binder may have the same polymer skeleton as the binder used in the positive electrode, and the second amorphous binder may have the same polymer skeleton as the binder used in the negative electrode.

前記結晶性第1バインダーは、ポリビニリデンフルオリド、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオリド-ヘキサフルオロプロピレン(PVDF-HFP)、ポリビニリデンフルオリド-トリクロロエチレン(PVDF-TCE)及びポリビニリデンフルオリド-クロロトリフルオロエチレン(PVDF-CTFE)からなる群から選択される一つ以上であり得る。 The crystalline first binder may be one or more selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVDF-HFP), polyvinylidene fluoride-trichloroethylene (PVDF-TCE), and polyvinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene (PVDF-CTFE).

前記非結晶性第2バインダーは、スチレン-ブタジエンゴム、ニトリル-ブタジエンゴム、アクリロニトリル-ブタジエンゴム、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレンゴム、及びアクリレート含有の高分子からなる群から選択される一つ以上であり得る。 The amorphous second binder may be one or more selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene-styrene rubber, and acrylate-containing polymers.

前記結晶性第1バインダーは、平均粒径(D50)が200nm~350nmである粒子から形成されるものであり得る。 The crystalline first binder may be formed from particles having an average particle size (D50) of 200 nm to 350 nm.

前記非結晶性第2バインダーは、平均粒径(D50)が350nm~500nmである粒子から形成されるものであり得る。 The amorphous second binder may be formed from particles with an average particle size (D50) of 350 nm to 500 nm.

前記無機物粒子の密度は、前記結晶性第1バインダー及び前記非結晶性第2バインダーの密度よりも高いものであり得る。 The density of the inorganic particles may be higher than the density of the crystalline first binder and the amorphous second binder.

前記無機物粒子のアスペクト比は1~2であり、BET比表面積は5~25m/gであり得る。 The inorganic particles may have an aspect ratio of 1 to 2 and a BET specific surface area of 5 to 25 m 2 /g.

前記多孔性分離膜基材と向き合う前記多孔層の表面における前記第1及び第2バインダーと前記無機物粒子との重量比は45:55~0:100であり、前記多孔性分離膜基材の反対側の前記多孔層の表面における前記第1及び第2バインダーと前記無機物粒子との重量比は50:50~100:0であり得る。 The weight ratio of the first and second binders to the inorganic particles on the surface of the porous layer facing the porous separator substrate may be 45:55 to 0:100, and the weight ratio of the first and second binders to the inorganic particles on the surface of the porous layer opposite the porous separator substrate may be 50:50 to 100:0.

前記コーティング層は、無機物粒子、結晶性第1バインダー、非結晶性第2バインダー及び水を含み、固形分の含有量が15~30重量%であり、粘度が20~150cPであるスラリーが乾燥されて形成され得る。 The coating layer can be formed by drying a slurry containing inorganic particles, a crystalline first binder, a non-crystalline second binder, and water, with a solids content of 15 to 30 wt % and a viscosity of 20 to 150 cP.

前記コーティング層は、前記スラリーを前記多孔性分離膜基材に塗布した後、45~65℃で乾燥して形成され得る。 The coating layer can be formed by applying the slurry to the porous separator substrate and then drying it at 45 to 65°C.

前記乾燥は初期乾燥温度が最も高いものであり得る。 The drying may be performed at the highest initial drying temperature.

本願の発明は、正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に配置される前記二次電池用分離膜のスタックを含む電極組立体を含む二次電池を提供する。 The present invention provides a secondary battery including an electrode assembly including a stack of a positive electrode, a negative electrode, and a separator for the secondary battery disposed between the positive electrode and the negative electrode.

前記二次電池は、曲げ強度が9.0MPa~26.0MPaであり得る。 The secondary battery may have a bending strength of 9.0 MPa to 26.0 MPa.

本願の発明はまた、前記二次電池を含む電池モジュールを提供する。 The present invention also provides a battery module including the secondary battery.

本願の発明はまた、前記課題を解決するための手段を多様に組み合わせた形態で提供することも可能である。 The present invention can also provide various combinations of means for solving the above problems.

以上で説明したように、本願の発明に係る二次電池用分離膜は、コーティング層に結晶性バインダーと非結晶性バインダーとを含み、前記非結晶性バインダーで電解液が存在しない場合、電極と分離膜との接着力(ドライ接着力)を確保し、前記結晶性バインダーで電解液が存在する場合、電極と分離膜との接着力(ウェット接着力)を確保することから、電極と分離膜にドライ(Dry)接着力を先に提供して電極組立体の製造が可能であり、続いてウェット(Wet)接着力を提供して、電解液存在の条件下で電極と分離膜との安定した接着性を維持することができる。 As described above, the separator for a secondary battery according to the present invention includes a crystalline binder and an amorphous binder in the coating layer. The amorphous binder ensures adhesive strength (dry adhesive strength) between the electrode and separator when no electrolyte is present, and the crystalline binder ensures adhesive strength (wet adhesive strength) between the electrode and separator when an electrolyte is present. This makes it possible to manufacture an electrode assembly by first providing dry adhesive strength between the electrode and separator, and then providing wet adhesive strength, thereby maintaining stable adhesion between the electrode and separator in the presence of an electrolyte.

したがって、電解液の有無にかかわらず、常に一定レベル以上の電極と分離膜との接着力を確保することができる。 As a result, a certain level of adhesive strength between the electrode and the separator can always be maintained, regardless of whether or not an electrolyte is present.

また、分離膜コーティング層に含まれるバインダーを、正極と負極に使用されるバインダーと類似した特徴を有するバインダー(例えば、分離膜コーティング層に含まれるバインダーは電極に使用されるバインダーと同じ骨格を有するもの)を使用することによって、正極と分離膜、及び負極と分離膜との接着力を確保することができる。 In addition, by using a binder in the separator coating layer that has similar characteristics to the binders used in the positive and negative electrodes (for example, a binder in the separator coating layer that has the same skeleton as the binder used in the electrodes), it is possible to ensure adhesion between the positive electrode and separator, and between the negative electrode and separator.

多孔性分離膜基材の一面にコーティング層が形成された分離膜であって、乾燥状態と電解液が含浸された状態の分離膜の例示である。それぞれのコーティング層は、結晶性第1バインダー(first binder)、非結晶性第2バインダー(second binder)、及び無機物粒子(inorganic material)を含む。The separator has a coating layer formed on one surface of a porous separator substrate, and is an example of a separator in a dry state and in a state impregnated with an electrolyte. Each coating layer includes a crystalline first binder, an amorphous second binder, and inorganic particles. 分離膜の両面に正極と負極を接着してラミネートされて形成される電極組立体の様子を例示したものである。1 illustrates an example of an electrode assembly formed by laminating a positive electrode and a negative electrode attached to both sides of a separator. 結晶性第1バインダーと非結晶性第2バインダーとの差を示すコーティング層の走査型電子顕微鏡(SEM)の画像である。1 is a scanning electron microscope (SEM) image of a coating layer showing the difference between a crystalline first binder and an amorphous second binder. 乾燥条件による電極と分離膜との接着力の変化を示すグラフである。1 is a graph showing the change in adhesive strength between an electrode and a separator depending on drying conditions.

以下、添付の図面を参照して、本願の発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本願の発明を容易に実施できる実施例を詳しく説明する。ただし、本願の発明の好ましい実施例の動作原理を詳しく説明するにあたって、関連する公知の機能または構成の具体的な説明が、本願の発明の要旨を余計に不明確にしかねないと判断される場合は、その詳しい説明を省略する。 Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a detailed description will be given of an embodiment of the present invention that will enable a person of ordinary skill in the art to easily implement the present invention. However, when describing the operating principles of a preferred embodiment of the present invention in detail, if a detailed description of related well-known functions or configurations is deemed to unnecessarily obscure the gist of the present invention, such a detailed description will be omitted.

また、図面全体にわたって類似する機能及び作用をする部分については、同一の図面符号を用いる。明細書全体において、ある部分が他の部分と連結されていると言う時、これは直接的に連結されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで、間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むということは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含み得るということを意味する。 Furthermore, the same reference numerals will be used throughout the drawings for parts that have similar functions and actions. Throughout the specification, when a part is said to be connected to another part, this includes not only direct connection but also indirect connection via an intervening element. Furthermore, unless otherwise specified, the inclusion of a certain element does not mean the exclusion of other elements, but means that other elements may also be included.

また、構成要素を限定したり付加したりして具体化する説明は、特に制限がない限り、全ての発明に適用することができ、特定の発明に関する説明に限定されない。 Furthermore, unless otherwise specified, descriptions that specify the elements by limiting or adding them can be applied to all inventions and are not limited to descriptions of specific inventions.

また、本願の発明の説明及び特許請求の範囲全般にわたって、単数で表されたものは、特に断りのない限り、複数の場合も含む。 Furthermore, throughout the description of the invention and claims of this application, terms used in the singular also include the plural unless otherwise specified.

また、本願の発明の説明及び特許請求の範囲全般にわたって、「または」は、特に断りのない限り、「及び」を含むものである。したがって、「AまたはBを含む」は、Aを含む、Bを含む、A及びBを含む、この3つの場合を全て意味する。 Furthermore, throughout the description of the invention and claims of this application, "or" includes "and" unless otherwise specified. Therefore, "including A or B" means all three cases: including A, including B, and including A and B.

以下、本願の発明をより詳しく説明する。 The present invention is explained in more detail below.

本願の発明に係る二次電池用分離膜は多孔性構造であり、高分子素材からなる分離膜基材、及び前記分離膜基材の少なくとも一面にコーティングされたコーティング層を含み、前記コーティング層は結晶性の第1バインダー及び非結晶性の第2バインダーを含み、前記第1バインダー及び第2バインダーは、それぞれ独立に、水系エマルジョンタイプのバインダーであり得る。 The separator for a secondary battery according to the present invention has a porous structure and includes a separator substrate made of a polymer material and a coating layer coated on at least one surface of the separator substrate. The coating layer includes a crystalline first binder and an amorphous second binder, and the first binder and the second binder may each independently be an aqueous emulsion-type binder.

本願の発明において結晶化度は、DSC(示差走査熱量)測定で測定される溶融エンタルピー値の理論上の完全結晶(結晶化度100%)の溶融エンタルピー値に対する百分率で表すことができる。本願の発明において非結晶性バインダーは、結晶化度が30%以下であることを意味し、結晶性バインダーは、結晶化度が30%超過であることを意味し得る。 In the present invention, crystallinity can be expressed as a percentage of the melting enthalpy value measured by DSC (differential scanning calorimetry) relative to the melting enthalpy value of a theoretically perfect crystal (crystallinity of 100%). In the present invention, a non-crystalline binder means one with a crystallinity of 30% or less, and a crystalline binder means one with a crystallinity of more than 30%.

本願の発明はコーティング層に結晶性の第1バインダーと非結晶性の第2バインダーとを含んでいるため、電解液が存在する時は、結晶性の第1バインダーによって電極との接着力を確保することができ、電解液が存在しない時は、非結晶性の第2バインダーによって電極との接着力を確保することができる。 The present invention contains a coating layer that contains a crystalline first binder and a non-crystalline second binder. When an electrolyte is present, the crystalline first binder ensures adhesion to the electrode, and when an electrolyte is not present, the non-crystalline second binder ensures adhesion to the electrode.

本願の発明では、結晶性の第1バインダーに比べて非結晶性の第2バインダーの接着力が高いのが好ましい場合があり、接着力の差は温度と圧力によって生じ得る。前記温度及び圧力は、ラミネート時の温度及び圧力であって、それぞれ20℃~130℃、100kgf/cm~2000kgf/cmであり得る。好ましくは、前記圧力は100kgf/cm~900kgf/cmであり得、より好ましくは、100kgf/cm~500kgf/cmであり得る。前記温度が130℃を超えると、バインダーの形状が崩れてしまってバインダーがうまく移動できないため、十分な接着力を確保することができない。したがって、結晶性の第1バインダーと非結晶性の第2バインダーとを含むコーティング層において、前記二つのバインダーが両方とも電極との接着力に起因するが、乾燥状態では主に非結晶性の第2バインダーによって電極との接着力が形成され得る。 In the present invention, it may be preferable for the adhesive strength of the amorphous second binder to be higher than that of the crystalline first binder, and the difference in adhesive strength may be caused by temperature and pressure. The temperature and pressure during lamination may be 20°C to 130°C and 100 kgf/ cm2 to 2000 kgf/ cm2 , respectively. Preferably, the pressure may be 100 kgf/ cm2 to 900 kgf/ cm2 , more preferably 100 kgf/ cm2 to 500 kgf/ cm2 . If the temperature exceeds 130°C, the shape of the binder may be distorted and the binder may not move properly, making it difficult to ensure sufficient adhesive strength. Therefore, in a coating layer containing a crystalline first binder and an amorphous second binder, both of the two binders may contribute to adhesive strength with the electrode, but in a dry state, adhesive strength with the electrode may be mainly formed by the amorphous second binder.

セル組立の際に電極とバインダーとの間には第2バインダーによるドライ(Dry)接着力が作用し、電解液を注入し、第1バインダーによるウェット(Wet)接着力が作用し得る。具体的には、コーティング層を乾燥して、電解液がない状態では、多孔性分離膜基材の表面に第1バインダーと第2バインダーとがランダムに分布し得る。電極と分離膜とを接着する場合、相対的にガラス転移温度が低く、表面積がより大きい第2バインダーが、接着時に温度及び圧力によって変形し、前記表面により多量に存在し得、電極とのドライ(Dry)接着力を形成することができる。電解液が注入され、電解液に対する溶解性と流動性が大きい非結晶性の第2バインダーはスウェリング(膨張)され得、コーティング層の内部または電極の内部に移動するようになる。例えば、有機溶媒を使用する場合、非晶質領域が豊富な高分子バインダーは、結晶性の高いバインダーに比べて膨張する可能性がある。前記高分子バインダーの膨張によって流動性が発生する可能性があり、コーティング層の内部または電極の内部に移動するようになる。したがって、コーティング層の表面に結晶性の第1バインダーが主に存在するようになることから、電解液が存在する時は結晶性の第1バインダーによって電極とのウェット(Wet)接着力が形成され得る。 During cell assembly, dry adhesive force due to the second binder acts between the electrode and binder, and wet adhesive force due to the first binder acts when an electrolyte solution is injected. Specifically, when the coating layer is dried and no electrolyte solution is present, the first and second binders may be randomly distributed on the surface of the porous separator substrate. When bonding the electrode and separator, the second binder, which has a relatively low glass transition temperature and a large surface area, deforms due to temperature and pressure during bonding and may be present in greater amounts on the surface, forming dry adhesive force with the electrode. When an electrolyte solution is injected, the amorphous second binder, which has high solubility and fluidity in the electrolyte solution, may swell and migrate into the coating layer or the electrode. For example, when an organic solvent is used, a polymer binder with a high amorphous region may swell more than a binder with high crystallinity. The expansion of the polymer binder may cause fluidity, resulting in migration into the coating layer or the electrode. Therefore, since the crystalline first binder is primarily present on the surface of the coating layer, wet adhesion with the electrode can be formed by the crystalline first binder when an electrolyte is present.

本願の発明では、平均粒径(D50)が200nm以上、好ましくは200nm~350nm、より好ましくは200nm~300nmである結晶性第1バインダーを使用するが、コーティング層を形成する間、前記範囲を満足する結晶性第1バインダーは、他の成分よりも速く移動してコーティング層の表面に分布し得る。前記結晶性第1バインダーは、前記基材の反対側に位置するコーティング層の表面により豊富に存在し得る。 The present invention uses a crystalline first binder with an average particle size (D50) of 200 nm or more, preferably 200 nm to 350 nm, and more preferably 200 nm to 300 nm. During the formation of the coating layer, a crystalline first binder that satisfies this range may migrate faster than other components and be distributed to the surface of the coating layer. The crystalline first binder may be more abundant on the surface of the coating layer located opposite the substrate.

非結晶性第2バインダーは、分離膜が乾燥状態である時、前記コーティング層で、前記多孔性分離膜基材に対面する表面よりも前記多孔性分離膜基材の反対側にさらに多量に存在する。結晶性第1バインダーは、分離膜が電解液に含浸された時、前記コーティング層で、前記多孔性分離膜基材に対面する表面よりも前記多孔性分離膜基材の反対側にさらに多量に存在する。 When the separator is in a dry state, the amorphous second binder is present in greater amounts on the side of the coating layer opposite the porous separator substrate than on the surface facing the porous separator substrate. When the separator is impregnated with an electrolyte, the crystalline first binder is present in greater amounts on the side of the coating layer opposite the porous separator substrate than on the surface facing the porous separator substrate.

その他にも、無機物の粒径、アスペクト比、密度、バインダーの密度、スラリー粘度、及び乾燥条件といったいくつかの要因が、前記バインダーのコーティング層内への移動に影響を及ぼす可能性があり、前記要因が総合的に作用して前記バインダーの分布に影響を及ぼす可能性がある。特に、バインダーの移動はコーティング層の乾燥条件による影響を大きく受ける可能性がある。 In addition, several factors, such as the particle size, aspect ratio, and density of the inorganic material, the density of the binder, the slurry viscosity, and the drying conditions, can affect the migration of the binder into the coating layer, and these factors may act together to affect the distribution of the binder. In particular, the migration of the binder can be significantly affected by the drying conditions of the coating layer.

図1は、コーティング直後の分離膜を示す概念図であって、電解液の含浸後を示すものではない。無機物とバインダーの移動は、原料の密度と粒径、溶媒(HO)、及び乾燥温度によって起こり得る。無機物粒子の密度は2~4.5g/cmであり得、第1バインダーの密度は1.1~1.5g/cmであり得、第2バインダーの密度は0.5~1.1g/cmであり得る。無機物粒子の平均粒径(D50)は500nm~5000nmであり得、第1バインダーの平均粒径(D50)は200nm以上、好ましくは200nm~350nmであり得、第2バインダーの平均粒径(D50)は300nm以上、好ましくは350nm~500nmであり得る。 FIG. 1 is a conceptual diagram showing the separator immediately after coating, not after impregnation with the electrolyte. Migration of the inorganic material and binder can occur depending on the density and particle size of the raw materials, the solvent (H 2 O), and the drying temperature. The density of the inorganic particles can be 2 to 4.5 g/cm 3 , the density of the first binder can be 1.1 to 1.5 g/cm 3 , and the density of the second binder can be 0.5 to 1.1 g/cm 3. The average particle size (D50) of the inorganic particles can be 500 nm to 5000 nm, the average particle size (D50) of the first binder can be 200 nm or more, preferably 200 nm to 350 nm, and the average particle size (D50) of the second binder can be 300 nm or more, preferably 350 nm to 500 nm.

分離膜基材
前記分離膜基材は、負極及び正極を電気的に絶縁させて短絡を防止しながらリチウムイオンは通過させる気孔を含むものであって、有機溶媒である電解液に対する耐性が高く、気孔の直径が微細な多孔質膜を使用することができる。前記分離膜基材としては、通常、二次電池の分離膜素材として使用可能なものであれば、特に制限なく使用することができ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリブテンを含むポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロオレフィン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアラミド、ポリシクロオレフィン、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン及びこれらの混合物或いはこれらの共重合体などの樹脂を含むことができる。これらの中でも、ポリオレフィン系樹脂はコーティング層用スラリーの塗布性に優れ、二次電池用分離膜の厚さを薄くして、電池内の電極活物質層の割合を高めて体積当たりの容量を高めることができる。
The separator substrate contains pores that electrically insulate the negative and positive electrodes to prevent short circuits while allowing lithium ions to pass through. The separator substrate can be a porous membrane with high resistance to organic solvent electrolytes and fine pore diameters. The separator substrate can be any material that can be used as a separator material for secondary batteries, without particular limitations. Examples of suitable resins include polyolefins (e.g., polyethylene, polypropylene, and polybutene), polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, polycycloolefins, polyethersulfone, polyamides, polyimides, polyimideamides, polyaramids, polycycloolefins, nylons, polytetrafluoroethylene, and mixtures or copolymers thereof. Among these, polyolefin resins have excellent coating properties for coating layer slurries, allowing for a thinner separator for secondary batteries and a higher proportion of the electrode active material layer in the battery, thereby increasing capacity per volume.

前記分離膜基材の厚さは1μm~100μmであり得、詳しくは1μm~30μmであり得、前記分離膜基材の気孔直径は、一般に0.01μm~10μmであり得る。 The thickness of the separation membrane substrate may be 1 μm to 100 μm, specifically 1 μm to 30 μm, and the pore diameter of the separation membrane substrate may generally be 0.01 μm to 10 μm.

前記分離膜基材には、後述するスラリーを塗布及び乾燥してコーティング層を形成することができ、前記スラリーの塗布前に、電解液に対する含浸性を向上させるために、プラズマ処理したり、コロナ放電のような表面処理を行ったりすることができる。 A coating layer can be formed on the separator substrate by applying and drying the slurry described below. Prior to applying the slurry, surface treatments such as plasma treatment or corona discharge can be performed to improve impregnation with the electrolyte.

コーティング層
前記コーティング層は、分離膜基材の機械的物性及び絶縁性を向上させるための無機物、及び電極と分離膜との間の接着力を向上させるためのバインダーを含む。前記バインダーは、電極と分離膜との間の接着力を提供すると同時に、隣接する無機物粒子を結合させ、前記結合を維持する。前記バインダーは、結晶性の第1バインダー及び非結晶性の第2バインダーを含み、前記第1バインダーと第2バインダーは、水を溶媒として使用する水系エマルジョンタイプのバインダーである。
The coating layer includes an inorganic material for improving the mechanical properties and insulating properties of the separator substrate and a binder for improving adhesion between the electrode and the separator. The binder provides adhesion between the electrode and the separator while also binding adjacent inorganic particles to maintain the bond. The binder includes a crystalline first binder and an amorphous second binder, and the first binder and the second binder are aqueous emulsion-type binders that use water as a solvent.

前記多孔性分離膜基材の一面に形成されるコーティング層の厚さは、0.1μm~5μmである。前記範囲内で、後述する乾燥条件に応じて、バインダーが前記コーティング層の表面まで移動することができる。 The thickness of the coating layer formed on one side of the porous separator substrate is 0.1 μm to 5 μm. Within this range, the binder can migrate to the surface of the coating layer depending on the drying conditions described below.

結晶性第1バインダー及び非結晶性第2バインダー
前記第1バインダーはポリビニリデンフルオリド系であり、前記第2バインダーはアクリレート系であり得る。
Crystalline First Binder and Non-Crystalline Second Binder The first binder may be polyvinylidene fluoride-based, and the second binder may be acrylate-based.

具体的には、結晶性の第1バインダーは、ポリビニリデンフルオリド(polyvinylidene fluoride)、ポリヘキサフルオロプロピレン(polyhexafluoropropylene)、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene)、ポリビニリデンフルオリド-ヘキサフルオロプロピレン(polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene、PVDF-HFP)、ポリビニリデンフルオリド-トリクロロエチレン(polyvinylidene fluoridetrichloroethylene、PVDF-TCE)及びポリビニリデンフルオリド-クロロトリフルオロエチレン(polyvinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene、PVDF-CTFE)からなる群から選択される一種以上であり得、詳しくはポリビニリデンフルオリドを含む共重合体であり得る。 Specific examples of the crystalline first binder include polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVDF-HFP), polyvinylidene fluoride-trichloroethylene (PVDF-TCE), and polyvinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene (PVDF-TCE). It may be one or more selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene, PVDF-CTFE), and more specifically, it may be a copolymer containing polyvinylidene fluoride.

前記結晶性第1バインダーは、平均粒径(D50)が200nm以上、好ましくは200nm~350nmであり得る。 The crystalline first binder may have an average particle size (D50) of 200 nm or more, preferably 200 nm to 350 nm.

前記結晶性第1バインダーの重量平均分子量は10,000~10,000,000であり得る。前記結晶性第1バインダーの密度は1.1~1.5g/cmであり得る。 The weight average molecular weight of the crystalline first binder may be 10,000 to 10,000,000. The density of the crystalline first binder may be 1.1 to 1.5 g/cm 3 .

前記結晶性第1バインダーは、ガラス転移温度が80℃~200℃であり、好ましくは80℃~150℃であり、より好ましくは110℃~145℃であり得、電解液に対して高い耐酸化性を示すものであり得る。 The crystalline first binder may have a glass transition temperature of 80°C to 200°C, preferably 80°C to 150°C, and more preferably 110°C to 145°C, and may exhibit high oxidation resistance to the electrolyte.

前記非結晶性の第2バインダーはポリアクリレート系であり得る。例えば、前記非結晶性第2バインダーは、スチレン-ブタジエンゴム(styrenebutadiene rubber)、ニトリル-ブタジエンゴム(nitril-butadiene rubber)、アクリロニトリル-ブタジエンゴム(acrylonitrile-butadiene rubber)、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレンゴム(acrylonitrile-butadiene-styrene rubber)、及びアクリレート系ポリマーからなる群から選択される一種以上であり得、詳しくはアクリレートを含む共重合体であり得る。 The amorphous second binder may be a polyacrylate-based binder. For example, the amorphous second binder may be one or more selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene-styrene rubber, and acrylate-based polymers, and more specifically, may be a copolymer containing acrylate.

前記非結晶性第2バインダーは、平均粒径(D50)が350nm以上、好ましくは350nm~500nm、より好ましくは350nm~450nmであり得る。前記非結晶性第2バインダーの平均粒径が500nmを超えると、電解液がない時に電極とコーティング層との境界面への移動性が低下してしまい、電極と分離膜との接着力が弱くなることで、電極組立体を製造することができなくなり、コーティング層の形成時に均一なコーティング品質を達成することが難しくなり、同じバインダー含有量を基準としてバインダー粒子数が減少することで、隣接する無機物間の接触点が減少してしまい、無機物が脱離する可能性が高くなり、インタースティシャルボリュームを減少させてしまい、電気抵抗特性が低下する。 The amorphous second binder may have an average particle size (D50) of 350 nm or more, preferably 350 nm to 500 nm, and more preferably 350 nm to 450 nm. If the average particle size of the amorphous second binder exceeds 500 nm, mobility to the interface between the electrode and the coating layer in the absence of an electrolyte solution decreases, weakening the adhesion between the electrode and the separator, making it difficult to manufacture an electrode assembly and achieving uniform coating quality when forming the coating layer. Furthermore, as the number of binder particles decreases for the same binder content, the number of contact points between adjacent inorganic particles decreases, increasing the likelihood of inorganic particles detaching, reducing interstitial volume and resulting in degraded electrical resistance characteristics.

前記非結晶性第2バインダーは、前記結晶性第1バインダーよりも平均粒径(D50)がより大きいもので設けられるため、前記結晶性第1バインダーに比べて電極との接触面積がより大きくて、より優れたドライ(Dry)接着力を提供することができる。 The amorphous second binder has a larger average particle size (D50) than the crystalline first binder, so it has a larger contact area with the electrode than the crystalline first binder and can provide better dry adhesion.

前記非結晶性第2バインダーの重量平均分子量は10,000~10,000,000であり得る。前記非結晶性第2バインダーの密度は0.5~1.1g/cmであり得る。 The weight average molecular weight of the amorphous second binder may be 10,000 to 10,000,000. The density of the amorphous second binder may be 0.5 to 1.1 g/ cm .

前記非結晶性第2バインダーは、ガラス転移温度が40℃以上であり、好ましくは45℃~60℃であり得、より好ましくは48℃~60℃のものであり得る。従来は、100nm~150nmの相対的に小さい粒径のアクリル系バインダー粒子を用いていたが、一般に前記アクリル系バインダー粒子はジエン系ブタジエンゴムを含むもので、ガラス転移温度が低く、二重結合の存在によって電解液と副反応を起こしてしまい、ガスが発生する問題があった。したがって、前記第2バインダーとしては、ガラス転移温度が0℃未満と低いアクリル系バインダーを直接使用するのではなく、アクリルとスチレンなどを共重合してガラス転移温度が高くなった共重合体を使用することで、電解液との副反応を防止することができる。また、前記のようなガラス転移温度の範囲内で、非結晶性第2バインダーは、最初のコーティング層乾燥時にも形状が崩れることなく維持されて、電極とのドライ(Dry)接着力を示すことができる。 The amorphous second binder has a glass transition temperature of 40°C or higher, preferably 45°C to 60°C, and more preferably 48°C to 60°C. Conventionally, acrylic binder particles with a relatively small particle size of 100nm to 150nm have been used. However, these acrylic binder particles generally contain diene-based butadiene rubber, which has a low glass transition temperature and the presence of double bonds, which can cause side reactions with the electrolyte and generate gas. Therefore, rather than directly using an acrylic binder with a low glass transition temperature of less than 0°C as the second binder, a copolymer with a high glass transition temperature obtained by copolymerizing acrylic with styrene can be used to prevent side reactions with the electrolyte. Furthermore, within this glass transition temperature range, the amorphous second binder maintains its shape even when the initial coating layer dries, allowing it to exhibit dry adhesion to the electrode.

一つの一具体例で、前記第1バインダーは、正極に使用されるバインダーと類似した特徴があり、前記第2バインダーは、負極に使用されるバインダーと類似した特徴を有するものであり得る。 In one specific example, the first binder may have characteristics similar to those of the binder used in the positive electrode, and the second binder may have characteristics similar to those of the binder used in the negative electrode.

具体的には、正極は、結晶化度95%以上と結晶性の高いポリビニリデンフルオリド系単一重合体を用いることができることから、例えば、結晶性の第1バインダーとして使用可能なHomo(ホモ)PVDFを正極合剤に含むことができる。負極は、水系エマルジョンタイプの非結晶性のアクリル系バインダーを負極合剤に含むことができる。 Specifically, the positive electrode can be made of a highly crystalline polyvinylidene fluoride homopolymer with a crystallinity of 95% or more. Therefore, for example, homo PVDF, which can be used as a crystalline first binder, can be included in the positive electrode mixture. The negative electrode can be made of a water-based emulsion-type amorphous acrylic binder.

このように、分離膜コーティング層に正極及び負極に使用されるバインダーと類似した特徴を有するバインダーを使用するため、正極と分離膜、及び負極と分離膜との間の接着力を向上させることができる。例えば、コーティング層とそれに相応する正極及び負極で同じバインダーを使用することができる。または、前記結晶性第1バインダーは、正極に使用されるバインダーと同じ高分子骨格を有し、前記非結晶性第2バインダーは、負極に使用されるバインダーと同じ高分子骨格を有することができる。一例として、正極または負極に使用することができるバインダーはPVdFの単独重合体であり得、分離膜に使用されるバインダーはHFP置換率が10%であるPVdF-HFPバインダーであり得る。 In this way, because the separator coating layer uses a binder with similar characteristics to the binders used in the positive and negative electrodes, the adhesion between the positive electrode and separator, and between the negative electrode and separator, can be improved. For example, the same binder can be used in the coating layer and the corresponding positive and negative electrodes. Alternatively, the first crystalline binder can have the same polymer backbone as the binder used in the positive electrode, and the second amorphous binder can have the same polymer backbone as the binder used in the negative electrode. For example, the binder that can be used in the positive or negative electrode can be a PVdF homopolymer, and the binder used in the separator can be a PVdF-HFP binder with an HFP substitution rate of 10%.

前記第1バインダーと第2バインダーとの重量比は、1:9~9:1であり得、詳しくは3:7~7:3であり得る。 The weight ratio of the first binder to the second binder may be 1:9 to 9:1, and more specifically, 3:7 to 7:3.

第1バインダーと第2バインダーの総重量を基準として、第1バインダーの含有量が10重量%よりも小さい場合は、電解液が存在しない時の接着力であるドライ(dry)接着力には優れるが、電解液が存在する時の接着力であるウェット(wet)接着力が弱すぎるという問題があり、第2バインダーの含有量が10重量%よりも小さい場合は、ウェット(wet)接着力には優れるが、ドライ(dry)接着力は弱すぎるという問題がある。 When the content of the first binder is less than 10% by weight based on the total weight of the first binder and the second binder, the dry adhesion strength, which is the adhesion strength in the absence of electrolyte, is excellent, but the wet adhesion strength, which is the adhesion strength in the presence of electrolyte, is too weak. When the content of the second binder is less than 10% by weight, the wet adhesion strength is excellent, but the dry adhesion strength is too weak.

図3は、前記コーティング層をトップダウン視点で見たSEM画像である。前記画像は、前記コーティング層に含まれる結晶性第1バインダーと非結晶性第2バインダーの分布を示す。 Figure 3 is a top-down SEM image of the coating layer. The image shows the distribution of the crystalline first binder and the amorphous second binder contained in the coating layer.

無機物粒子
前記無機物は、コーティング層の厚さを均一に形成し、適用される二次電池の作動電圧範囲で酸化及び/または還元反応が起こらないものであれば、特に制限されない。一実施例において、前記厚さの均一性は+/-2μmの許容誤差を有し得る。特に、イオン伝達能力のある無機物粒子を使用する場合、電気化学素子内のイオン伝導度を高め、性能向上を図ることができる。また、無機物粒子として誘電率の高い無機物粒子を使用する場合、液体電解質内の電解質塩、例えば、リチウム塩の解離度増加に寄与し、電解液のイオン伝導度を向上させることができる。
The inorganic particles may be any inorganic material that can uniformly form a coating layer and does not undergo oxidation and/or reduction reactions within the operating voltage range of the secondary battery to be used. In one embodiment, the thickness uniformity may have a tolerance of ±2 μm. In particular, inorganic particles with ion transport ability can increase ionic conductivity within an electrochemical device, thereby improving performance. Furthermore, inorganic particles with a high dielectric constant can increase the degree of dissociation of electrolyte salts, such as lithium salts, in a liquid electrolyte, thereby improving the ionic conductivity of the electrolyte solution.

前記無機物の一例として、リチウムイオン伝達能力、圧電性、難燃性のうち少なくとも一つの特性を有する無機物を挙げることができる。 An example of such an inorganic material is an inorganic material that has at least one of the following properties: lithium ion transfer ability, piezoelectricity, and flame retardancy.

前記リチウムイオン伝達能力が良好な無機物とは、リチウム元素を含有するものの、リチウムを貯蔵せずにリチウムイオンを移動させる機能を有する無機物粒子のことを指すものであって、リチウムイオン伝達能力を有する無機物粒子は、粒子構造の内部に存在する一種の欠陥(defect)によってリチウムイオンを伝達及び移動させることができる。したがって、電池内のリチウムイオン伝導度が向上し、これによって、電池性能の向上を図ることができる。 The inorganic material with good lithium ion transport ability refers to inorganic particles that contain lithium but have the function of transporting lithium ions without storing lithium. Inorganic particles with lithium ion transport ability can transport and move lithium ions through a type of defect present within the particle structure. This improves the lithium ion conductivity within the battery, thereby improving battery performance.

前記リチウムイオン伝達能力を有する無機物粒子の例としては、リチウムホスフェート、リチウムチタンホスフェート、リチウムアルミニウムチタンホスフェート、(LiAlTiP)系ガラス、リチウムランタンチタネート、リチウムゲルマニウムチオホスフェート、LiNなどのようなリチウムナイトライド(Li、0<x<4、0<y<2)、LiPO-LiS-SiSなどのようなSiS系ガラス(LiSi、0<x<3、0<y<2、0<z<4)、LiI-LiS-PなどのようなP系ガラス(Li、0<x<3、0<y<3、0<z<7)、LLZO系、またはこれらの混合物からなる群から選択された1種以上であり得るが、これらに限定されるものではない。 Examples of the inorganic particles having lithium ion transfer ability include lithium phosphate, lithium titanium phosphate, lithium aluminum titanium phosphate, (LiAlTiP) x O y -based glass, lithium lanthanum titanate, lithium germanium thiophosphate, lithium nitrides such as Li 3 N (Li x N y , 0<x<4, 0<y<2), SiS 2 -based glasses such as Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 (Li x Si y S z , 0<x<3, 0<y<2, 0<z<4), and P 2 S 5 -based glasses such as LiI-Li 2 S-P 2 S 5 (Li x P y S z , 0<x<3, 0<y<3, 0<z<7), LLZO-based, or mixtures thereof, but is not limited thereto.

前記圧電性(piezoelectricity)を有する無機物粒子は、常圧では不導体であるが、一定の圧力が印加された場合、内部構造の変化によって電気が通じる物性を有する物質のことを意味するものであって、誘電率定数が100以上である高誘電率特性を示すだけでなく、一定の圧力を印加して引張または圧縮される場合、電荷が発生して、一面は陽に、反対側は陰に、それぞれ帯電することによって、両面の間に電位差が発生する機能を有する物質である。 These inorganic particles with piezoelectricity are non-conductors at normal pressure, but when a certain amount of pressure is applied, their internal structure changes and they become electrically conductive. They not only exhibit high dielectric constant characteristics with a dielectric constant of 100 or more, but also generate electric charges when stretched or compressed by the application of a certain amount of pressure, causing one side to become positively charged and the other side to become negatively charged, creating a potential difference between the two surfaces.

前記のような特徴を有する無機物粒子を使用する場合、局所的な押し潰し(Local crush)、釘(Nail)などの外部衝撃によって正極と負極の内部短絡が発生する場合、分離膜にコーティングされた無機物粒子によって正極と負極が直接接触しないだけでなく、無機物粒子の圧電性によって粒子内の電位差が発生し、これによって、正極と負極との間の電子移動、すなわち、微細な電流の流れがなされることによって、緩やかな電池の電圧減少及びこれによる安全性向上を図ることができる。 When inorganic particles with the above characteristics are used, if an internal short circuit occurs between the positive and negative electrodes due to an external impact such as a local crush or a nail, the inorganic particles coated on the separator not only prevent the positive and negative electrodes from coming into direct contact, but also create a potential difference within the particles due to the piezoelectricity of the inorganic particles. This allows electrons to move between the positive and negative electrodes, i.e., a minute current to flow, resulting in a gradual decrease in battery voltage and improved safety.

前記圧電性を有する無機物粒子の例としては、BaTiO、Pb(Zr、Ti)O(PZT)、Pb1-xLaZr1-yTi(PLZT)(0<x<1、0<y<1)、Pb(Mg1/3Nb2/3)O-PbTiO(PMN-PT)、ハフニア(HfO)またはこれらの混合物などがあるが、これに限定されるものではない。 Examples of the inorganic particles having piezoelectricity include, but are not limited to, BaTiO 3 , Pb(Zr,Ti)O 3 (PZT), Pb 1-x La x Zr 1-y Ti y O 3 (PLZT) (0<x<1, 0<y<1), Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), hafnia (HfO 2 ), or mixtures thereof.

前記難燃性を有する無機物は、二次電池の過充電を防止するだけでなく、分離膜に難燃特性を付加したり、電池内部の温度が急激に上昇することを防止することができる。前記難燃性を有する無機物は、アンチモン含有化合物、金属水酸化物または金属水和物、グアニジン系化合物、ホウ素含有化合物及び錫酸亜鉛化合物からなる群から選択された1種以上である。 The flame-retardant inorganic material not only prevents overcharging of the secondary battery, but also imparts flame-retardant properties to the separator and prevents a sudden rise in temperature inside the battery. The flame-retardant inorganic material is at least one selected from the group consisting of antimony-containing compounds, metal hydroxides or metal hydrates, guanidine-based compounds, boron-containing compounds, and zinc stannate compounds.

具体的には、前記アンチモン含有化合物は、三酸化アンチモン(Sb)、四酸化アンチモン(Sb)及び五酸化アンチモン(Sb)の中から選択されたものであり;前記金属水酸化物または金属水和物は、アルミナ(Al)、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム(Al(OH))、アルミニウムオキシヒドロキシド(AlO(OH))及びCaOAl6HOの中から選択されたものであり;前記グアニジン系化合物は、窒素化グアニジン、スルファミン酸グアニジン、リン酸グアニジン及びリン酸グアニル尿素からなる群から選択されたものであり;前記ホウ素含有化合物は、HBOまたはHBOであり;前記錫酸亜鉛化合物は、ZnSnO、ZnSnO及びZnSn(OH)の中から選択されたものである。 Specifically, the antimony-containing compound is selected from antimony trioxide ( Sb2O3 ), antimony tetroxide ( Sb2O4 ), and antimony pentoxide ( Sb2O5 ); the metal hydroxide or metal hydrate is selected from alumina (Al2O3), magnesium hydroxide, aluminum hydroxide (Al(OH)3 ) , aluminum oxyhydroxide (AlO(OH)), and CaOAl2O36H2O ; the guanidine-based compound is selected from the group consisting of guanidine nitride, guanidine sulfamate, guanidine phosphate, and guanylurea phosphate; the boron-containing compound is H3BO3 or HBO2 ; and the zinc stannate compound is selected from Zn2SnO4 , ZnSnO3 , and ZnSn(OH) 6 .

無機物粒子の平均粒径(D50)は、50nm~5000nm、好ましくは200nm~1000nm、より好ましくは300nm~700nmであり得る。無機物粒子の平均粒径が50nm未満であると、比表面積が増加することによって無機物粒子同士の結合のためのバインダーが追加で必要となり、電気抵抗の観点から不利である。また、存在するバインダーの量が多いほど、剥離強度やバインダー剥離が低くなる可能性がある。無機物粒子の平均粒径が5000nmを超えると、コーティング層表面の均一性が低下する。また、コーティング後に突出した粒子の大きさが大きいと、ラミネート時に分離膜と電極が損傷してしまい、短絡が発生する可能性がある。 The average particle size (D50) of the inorganic particles can be 50 nm to 5,000 nm, preferably 200 nm to 1,000 nm, and more preferably 300 nm to 700 nm. If the average particle size of the inorganic particles is less than 50 nm, the specific surface area increases, requiring an additional binder to bond the inorganic particles together, which is disadvantageous from the perspective of electrical resistance. Furthermore, the greater the amount of binder present, the lower the peel strength and binder peeling may be. If the average particle size of the inorganic particles exceeds 5,000 nm, the uniformity of the coating layer surface decreases. Furthermore, if the size of the protruding particles after coating is large, the separator and electrodes may be damaged during lamination, potentially causing a short circuit.

無機物粒子のアスペクト比(aspect ratio)は1~2、好ましくは1.2~2であり、無機物粒子のBET比表面積は5m/g~25m/gであり得る。前記範囲内で形成される無機物粒子間の空隙を介したバインダーの移動が容易であり、特に単分散で、前記アスペクト比が小さいほど、BET比表面積が小さいほどコーティング層内のバインダーの移動に優れる可能性がある。 The aspect ratio of the inorganic particles is 1 to 2, preferably 1.2 to 2, and the BET specific surface area of the inorganic particles may be 5 m 2 /g to 25 m 2 /g. Binder migration through the voids formed between the inorganic particles within this range is easy, and particularly in the case of monodispersion, the smaller the aspect ratio and the smaller the BET specific surface area, the better the binder migration within the coating layer may be.

無機物粒子の密度は、2g/cm~4.5g/cm、好ましくは2g/cm~4g/cmであり得る。無機物粒子と第1及び第2バインダーとの密度差は、0.5g/cm~4g/cmであり得る。無機物粒子とバインダーとの密度差が前記範囲内であると、コーティング層の形成時に、密度差によるバインダーの移動に優れる可能性がある。 The density of the inorganic particles may be 2 g/cm 3 to 4.5 g/cm 3 , preferably 2 g/cm 3 to 4 g/cm 3 . The density difference between the inorganic particles and the first and second binders may be 0.5 g/cm 3 to 4 g/cm 3 . When the density difference between the inorganic particles and the binders is within this range, there is a possibility that the binder will not easily move due to the density difference when forming a coating layer.

分散剤
前記コーティング層は、無機物の分散性をより向上させるために分散剤をさらに含むことができる。前記分散剤は、コーティング層スラリーの製造時に、バインダー内で無機物を均一な分散状態に維持させる機能をする。前記分散剤として用いることができる物質の例としては、油溶性ポリアミン、油溶性アミン化合物、脂肪酸類、脂肪アルコール類、ソルビタン脂肪酸エステル、タンニン酸、ピロガロールのうち選択されたいずれか一つ以上を挙げることができる。分散剤を含む場合、コーティング層は分散剤を5重量%以下で含むことができる。
Dispersant : The coating layer may further include a dispersant to further improve the dispersibility of the inorganic material. The dispersant functions to maintain the inorganic material in a uniformly dispersed state within the binder during preparation of the coating layer slurry. Examples of materials that can be used as the dispersant include at least one selected from the group consisting of oil-soluble polyamines, oil-soluble amine compounds, fatty acids, fatty alcohols, sorbitan fatty acid esters, tannic acid, and pyrogallol. When a dispersant is included, the coating layer may contain the dispersant in an amount of 5 wt% or less.

溶媒
前記コーティング層は、前記結晶性第1バインダー、前記非結晶性第2バインダー及び無機物粒子が水を溶媒として混合された混合物で形成された水系エマルジョンを含むことができる。前記混合物は、水を2000ppm以下、好ましくは500ppm以下で含むことができる。
The coating layer may include a water-based emulsion formed by mixing the crystalline first binder, the amorphous second binder, and inorganic particles in water as a solvent. The mixture may contain water in an amount of 2000 ppm or less, preferably 500 ppm or less.

スラリー
多孔性分離膜基材上に塗布してコーティング層を形成するためのスラリーは、前述した結晶性第1バインダー、非結晶性第2バインダー、無機物粒子及び溶媒を含み、分散剤などの添加剤をさらに含むことができる。
The slurry to be applied to the porous separator substrate to form a coating layer includes the above-described crystalline first binder, amorphous second binder, inorganic particles, and solvent, and may further include additives such as a dispersant.

前記スラリーは、前記無機物粒子と、第1及び第2バインダーを含むバインダーとを90:10~10:90の重量比で含むことができ、好ましくは80:20~20:80の重量比で含むことができる。前記スラリーに含まれる固形分の量は15~30重量%であり得、前記スラリーの粘度は25~150cPであり得る。前記範囲を外れると、コーティング層におけるバインダーの移動が妨げられ、十分な接着力を確保することができない。 The slurry may contain the inorganic particles and the binder, including the first and second binders, in a weight ratio of 90:10 to 10:90, preferably 80:20 to 20:80. The amount of solids contained in the slurry may be 15 to 30 wt %, and the viscosity of the slurry may be 25 to 150 cP. Outside this range, the movement of the binder in the coating layer may be hindered, making it difficult to ensure sufficient adhesive strength.

乾燥条件及び濃度勾配
前記結晶性第1バインダー、前記非結晶性第2バインダー及び前記無機物粒子が水系溶媒と混合された前記スラリーは、前記多孔性高分子基材上に塗布され乾燥されてコーティング層を形成することができ、前記コーティング層は、厚さ方向に前記結晶性第1バインダー、前記非結晶性第2バインダー及び前記無機物粒子の濃度勾配を有することができる。
Drying Conditions and Concentration Gradient The slurry in which the first crystalline binder, the second amorphous binder, and the inorganic particles are mixed with an aqueous solvent may be applied to the porous polymer substrate and dried to form a coating layer. The coating layer may have a concentration gradient of the first crystalline binder, the second amorphous binder, and the inorganic particles in a thickness direction.

多孔性分離膜基材の少なくとも一面にスラリーを塗布した後、ヒーティングゾーンに移動させてスラリーを乾燥してコーティング層を形成することができる。スラリーが塗布された多孔性分離膜基材は、所定の温度で加熱されたヒーティングゾーンを所定の速度で移動しながら乾燥されて、コーティング層が形成された分離膜を形成することができる。前記ヒーティングゾーンの加熱温度は45℃~65℃であり得る。前記多孔性分離膜基材は、ヒーティングゾーンを25m/min~150m/min、好ましくは40m/min~60m/minの速度で移動することができる。コーティング層の乾燥条件は、バインダーと無機物粒子の形態学的違いによって決定することができ、前記乾燥条件は、前記コーティング層の厚さ方向に分布する各バインダーと無機物粒子の濃度勾配を決定することができる。 After the slurry is applied to at least one surface of a porous separator substrate, the substrate can be moved through a heating zone and dried to form a coating layer. The porous separator substrate with the applied slurry can be dried while moving through a heating zone heated to a predetermined temperature at a predetermined speed to form a separator with a coating layer. The heating temperature of the heating zone can be 45°C to 65°C. The porous separator substrate can be moved through the heating zone at a speed of 25 m/min to 150 m/min, preferably 40 m/min to 60 m/min. The drying conditions for the coating layer can be determined depending on the morphological differences between the binder and inorganic particles, and the drying conditions can determine the concentration gradient of each binder and inorganic particle distributed along the thickness of the coating layer.

より具体的には、前述した範囲でバインダーの分子量、ガラス転移温度、密度及び平均粒径;無機物粒子のアスペクト比、BET比表面積、密度及び平均粒径;及びスラリーの粘度を調節し、前記ヒーティングゾーンでの乾燥温度、前記ヒーティングゾーンの内部を移動する多孔性分離膜基材の移動速度を調節して形成されるコーティング層において、バインダーと無機物の分布、及びそれに応じる濃度勾配を調節することができる。 More specifically, by adjusting the molecular weight, glass transition temperature, density, and average particle size of the binder; the aspect ratio, BET specific surface area, density, and average particle size of the inorganic particles; and the viscosity of the slurry within the aforementioned ranges, and by adjusting the drying temperature in the heating zone and the moving speed of the porous separator substrate moving within the heating zone, the distribution of the binder and inorganic material, and the corresponding concentration gradient, can be controlled in the coating layer formed.

例えば、アスペクト比が1~2であり、BET比表面積が5~25m/gである無機物粒子の密度が2g/cm~4.5g/cmであり、無機物粒子と第1及び第2バインダーとの密度差が0.5g/cm~4g/cmであり、これらを含むスラリーの粘度が25~150cPである時、前記スラリーを塗布した後、それぞれ45℃~65℃の条件で準備されたヒーティングゾーンを40m/minの速度で通りながら2~10分間乾燥することができる。具体的には、前記ヒーティングゾーンは、最初の65℃から45℃までそれぞれ設定された5個~7個のヒーティングゾーンであり得る。 For example, when inorganic particles have an aspect ratio of 1 to 2, a BET specific surface area of 5 to 25 m /g, a density of 2 g/cm to 4.5 g/cm, a density difference between the inorganic particles and the first and second binders of 0.5 g/cm to 4 g/cm, and a viscosity of a slurry containing these is 25 to 150 cP, the slurry can be applied and then dried for 2 to 10 minutes while passing through heating zones at a speed of 40 m/min, each heated at 45°C to 65°C. Specifically, the heating zones may be five to seven, each set at a temperature of 65°C to 45°C.

ヒーティングゾーンでの乾燥の際、初期乾燥温度が最も高く、その後は、前記初期乾燥温度と同じであるか、それより低い温度で乾燥することができる。従来は乾燥温度を徐々に上げたり、乾燥温度が特に高いピーク(Tゾーン)を形成することで、コーティング層内のバインダーの移動を防止した。本願の発明では初期乾燥温度を最も高く設定して、コーティング層の形成過程でのバインダーの移動を可能にすることで、ドライ(Dry)接着力及びウェット(Wet)接着力の両方を確保できるようにした。 When drying in a heating zone, the initial drying temperature is the highest, and subsequent drying can be performed at temperatures equal to or lower than the initial drying temperature. Conventionally, the drying temperature was gradually increased or a peak (T-zone) where the drying temperature was particularly high was created to prevent binder migration within the coating layer. In the present invention, the initial drying temperature is set to the highest temperature, allowing binder migration during the coating layer formation process, ensuring both dry and wet adhesion.

例えば、最初のヒーティングゾーンの乾燥温度は65℃であり、最終のヒーティングゾーンの乾燥温度は45℃であり得る。最初のヒーティングゾーンが65℃であっても、溶媒の比熱によって実際のコーティング層中に含まれる第2バインダーは、そのガラス転移温度である60℃以下で加熱されるため、第2バインダーの形状は変形しない可能性がある。前記乾燥条件でコーティング層内のバインダーの移動に優れるため、形成されたコーティング層において、多孔性分離膜基材に対面する表面の反対側の表面にバインダーがより多く分布し、多孔性分離膜基材に対面する表面に無機物粒子がより多く分布するようになる。 For example, the drying temperature in the first heating zone may be 65°C, and the drying temperature in the final heating zone may be 45°C. Even if the first heating zone is 65°C, the second binder contained in the actual coating layer may not deform because it is heated below its glass transition temperature of 60°C due to the specific heat of the solvent. Because the binder has excellent mobility within the coating layer under these drying conditions, the binder is more widely distributed on the surface opposite the surface facing the porous separator substrate in the formed coating layer, and the inorganic particles are more widely distributed on the surface facing the porous separator substrate.

コーティング層において、多孔性分離膜基材と対面する表面の反対側の表面から前記対面する表面の方向へと無機物粒子の含有量が増加し、コーティング層において、多孔性分離膜基材と対面する表面から反対側の表面の方向へとバインダーの含有量が増加する。 In the coating layer, the content of inorganic particles increases from the surface opposite the surface facing the porous separation membrane substrate toward the facing surface, and the content of binder increases from the surface facing the porous separation membrane substrate toward the opposite surface.

一実施例において、前記コーティング層で、多孔性分離膜基材と対面する表面に存在する第1及び第2バインダーと無機物粒子との重量比は45:55~0:100であり、前記表面の反対側の表面に存在する第1及び第2バインダーと無機物粒子との重量比は50:50~100:0であり得る。 In one embodiment, the weight ratio of the first and second binders to the inorganic particles present on the surface of the coating layer facing the porous separator substrate may be 45:55 to 0:100, and the weight ratio of the first and second binders to the inorganic particles present on the surface opposite the surface may be 50:50 to 100:0.

分離膜の接着力
本願の発明に係る二次電池用分離膜において、電解液に含浸された状態での分離膜の接着力であるウェット(Wet)接着力は、1.0gf/20mm以上であり得、詳しくは10gf/20mm以上であり得、より詳しくは7gf/20mm~20gf/20mmであり得る。ウェット(Wet)接着力が1gf/20mm未満であると、セルの剛性(stiffness)が低くなり、電極組立体の製造時に組立問題や分離膜の折り畳み問題が発生し、20gf/20mmを超えると、分離膜に対する電解質の含浸が妨げられることによって、リチウムのデンドライトが析出してしまう可能性がある。
Adhesion Strength of Separator In the separator for a secondary battery according to the present invention, the wet adhesion strength, which is the adhesion strength of the separator when immersed in an electrolyte, may be 1.0 gf/20 mm or more, specifically 10 gf/20 mm or more, and more specifically 7 gf/20 mm to 20 gf/20 mm. If the wet adhesion strength is less than 1 gf/20 mm, the stiffness of the cell may be reduced, leading to assembly problems and separator folding problems during electrode assembly manufacture. If the wet adhesion strength exceeds 20 gf/20 mm, impregnation of the electrolyte into the separator may be hindered, potentially resulting in the precipitation of lithium dendrites.

また、前記二次電池用分離膜において、乾燥状態での分離膜の接着力であるドライ(Dry)接着力は、10gf/20mm以上であり得、詳しくは10gf/20mm以上、100gf/20mm未満であり得、より詳しくは30gf/20mm~100gf/20mm未満であり得る。ドライ(Dry)接着力が100gf/20mm以上であると、分離膜に対する電解質の含浸が妨げられることによって、リチウムのデンドライトが析出してしまう可能性がある。図4を参照すると、乾燥温度が低すぎると、バインダーがコーティング層内で十分に移動しなくなり、バインダーの接着力が低下する。乾燥温度が高くなるにつれて、コーティング層表面のバインダー含有量が増加して電極接着力が増加するが、一定の温度以上ではバインダーが浸漬(soaking)されて接着力が減少する。 In addition, the dry adhesive strength of the separator for secondary batteries, which is the adhesive strength of the separator in a dry state, may be 10 gf/20 mm or more, specifically 10 gf/20 mm or more but less than 100 gf/20 mm, and more specifically 30 gf/20 mm to less than 100 gf/20 mm. If the dry adhesive strength is 100 gf/20 mm or more, impregnation of the electrolyte into the separator may be hindered, which may result in the precipitation of lithium dendrites. Referring to Figure 4, if the drying temperature is too low, the binder does not move sufficiently within the coating layer, resulting in a decrease in the adhesive strength of the binder. As the drying temperature increases, the binder content on the surface of the coating layer increases, thereby increasing the electrode adhesive strength. However, above a certain temperature, the binder soaks, reducing the adhesive strength.

曲げ強度(Bend Strength)
電解液を注液してセルを製造した後は、これを再び分解して分離膜と電極との間の接着力を測定することが困難である。分離膜と電極をラミネートした後、電極と分離膜との間の接着強度を測定するために剥離実験を行う場合、電極と分離膜が剥離する代わりに、多孔性分離膜基材とコーティング層の剥離が発生する可能性がある。前記剥離実験の代わりに、分離膜と電極一つをラミネートした状態で曲げ強度を測定して、ウェット(Wet)接着力を間接的に確認することができる。
Bend Strength
After injecting an electrolyte solution to fabricate a cell, it is difficult to disassemble the cell to measure the adhesive strength between the separator and the electrode. When a peeling experiment is performed to measure the adhesive strength between the electrode and the separator after laminating the separator and the electrode, peeling between the porous separator substrate and the coating layer may occur instead of peeling between the electrode and the separator. Instead of performing the peeling experiment, the flexural strength can be measured indirectly by laminating the separator and one electrode together.

曲げ強度は、最大移動変位で試料が受ける最大曲げ応力(max bending stress)を測定することができ、最大曲げ応力はウェット(Wet)接着力に比例して増加し得る。例えば、最大曲げ応力は、分離膜と電極のラミネートに対して3点に力を加えながら最大移動変位20mmに到達する間に加わる応力の最大値であり得る。 Bending strength can be measured as the maximum bending stress experienced by the sample at the maximum displacement, and the maximum bending stress can increase in proportion to the wet adhesive strength. For example, the maximum bending stress can be the maximum value of the stress applied while applying force to three points on the separator and electrode laminate to reach a maximum displacement of 20 mm.

例えば、最大曲げ応力が1.3MPaであると、ウェット(Wet)接着力は約1gf/20mmであり得、最大曲げ応力が26MPaであると、ウェット(Wet)接着力は約20gf/20mmであり得る。最大曲げ応力が1.3MPa未満であると、電極と分離膜との接着力が確保されないため、セルの組立が困難であり分離膜の折り畳みが発生してしまう可能性がある。最大曲げ応力が26MPaを超えると、ウェット(Wet)接着力が高くなり過ぎるため、分離膜の電解液に対する含浸が困難となり、当該箇所でリチウムのデンドライトが析出する問題が生じかねない。 For example, if the maximum bending stress is 1.3 MPa, the wet adhesive strength may be approximately 1 gf/20 mm, and if the maximum bending stress is 26 MPa, the wet adhesive strength may be approximately 20 gf/20 mm. If the maximum bending stress is less than 1.3 MPa, the adhesive strength between the electrode and separator is not secured, making cell assembly difficult and potentially resulting in the separator folding. If the maximum bending stress exceeds 26 MPa, the wet adhesive strength becomes too high, making it difficult for the separator to be impregnated with the electrolyte, potentially resulting in the precipitation of lithium dendrites in that area.

二次電池
本願の発明は、前記二次電池用分離膜が正極と負極との間に介在して積層された電極組立体を含む二次電池を含み、前記電極組立体は電池ケースに収納された後、前記電池ケースに注液されたリチウム塩含有の非水系電解液に含浸される。
The present invention also provides a secondary battery including an electrode assembly in which the separator for a secondary battery is interposed between a positive electrode and a negative electrode, and the electrode assembly is housed in a battery case and then immersed in a non-aqueous electrolyte solution containing a lithium salt, which is poured into the battery case.

正極
前記正極は、例えば、正極集電体に正極活物質粒子からなる正極活物質と、導電材及びバインダーが混合された正極合剤を塗布して製造することができ、必要に応じて前記正極合剤に充填剤をさらに加えることができる。
The positive electrode can be manufactured by, for example, applying a positive electrode mixture, which is a mixture of a positive electrode active material composed of positive electrode active material particles, a conductive material, and a binder, to a positive electrode current collector, and a filler can be further added to the positive electrode mixture as needed.

前記正極集電体は、一般に3μm~500μmの厚さで製造され、当該電池に化学的変化を誘発せずに高い導電性を有するものであれば、特に制限されるものではなく、例えば、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、及びアルミニウムやステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタンまたは銀で表面処理したもののうち選択される一つを用いることができ、詳しくはアルミニウムを用いることができる。集電体は、その表面に微細な凹凸を形成して正極活物質の接着力を高めることもでき、フィルム、シート、ホイル、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など、様々な形態が可能である。 The positive electrode current collector is generally manufactured to a thickness of 3 μm to 500 μm. It is not particularly limited as long as it has high conductivity without inducing chemical changes in the battery. For example, it can be made of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, or aluminum or stainless steel surface-treated with carbon, nickel, titanium, or silver, and more specifically, aluminum can be used. The current collector can have fine irregularities on its surface to increase the adhesion of the positive electrode active material, and can be in various forms such as a film, sheet, foil, net, porous material, foam, or nonwoven fabric.

前記正極活物質は、例えば、前記正極活物質粒子の他に、リチウムニッケル酸化物(LiNiO)などの層状化合物や、1またはそれ以上の遷移金属に置換された化合物;化学式 Li1+xMn2-x(ここで、xは0~0.33である)、LiMnO、LiMn、LiMnOなどのリチウムマンガン酸化物;リチウム銅酸化物(LiCuO);LiV、LiV、V、Cuなどのバナジウム酸化物;化学式LiNi1-x(ここで、M=Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、BまたはGaであり、x=0.01~0.3である)で表されるNiサイト型リチウムニッケル酸化物;化学式LiMn2-x(ここで、M=Co、Ni、Fe、Cr、ZnまたはTaであり、x=0.01~0.1である)またはLiMnMO(ここで、M=Fe、Co、Ni、CuまたはZnである)で表されるリチウムマンガン複合酸化物;化学式のLiの一部がアルカリ土類金属イオンに置換されたLiMn;ジスルフィド化合物;Fe(MoOなどで構成され得るが、これらだけに限定されるものではない。 The positive electrode active material may include, in addition to the positive electrode active material particles, layered compounds such as lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) and compounds substituted with one or more transition metals; lithium manganese oxides such as those having the chemical formula Li 1+x Mn 2-x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , and LiMnO 2 ; lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiV 3 O 4 , V 2 O 5 , and Cu 2 V 2 O 7 ; and those having the chemical formula LiNi 1-x M x O 2 The lithium manganese composite oxides may be composed of, but are not limited to, Ni-site lithium nickel oxides represented by the chemical formula LiMn 2-x M x O 2 (wherein M is Co, Ni, Fe, Cr, Zn, or Ta, and x is 0.01 to 0.1) or Li 2 Mn 3 MO 8 (wherein M is Fe, Co, Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which part of the Li in the chemical formula is substituted with an alkaline earth metal ion; disulfide compounds; and Fe 2 (MoO 4 ) 3 .

前記導電材は、通常、正極活物質を含む混合物の総重量を基準として0.1重量%~30重量%で添加される。このような導電材は、当該電池に化学的変化を誘発せずに導電性を有するものであれば、特に制限されるものではなく、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛;アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック;炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維;フッ化炭素、アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末;酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー;酸化チタンなどの導電性金属酸化物;ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などを用いることができる。 The conductive material is typically added in an amount of 0.1% to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. There are no particular limitations on the conductive material, as long as it is conductive and does not induce chemical changes in the battery. Examples of such conductive materials include graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon black such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; metal powders such as fluorocarbon, aluminum, and nickel powder; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; and conductive materials such as polyphenylene derivatives.

前記正極に含まれるバインダーは、活物質と導電材などの結合と集電体に対する結合に助力する成分であって、通常、正極活物質を含む混合物の総重量を基準として0.1重量%~30重量%で添加される。このようなバインダーの例としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース(CMC)、デンプン、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-プロピレン-ジエンターポリマー、スチレン-ブタジエンゴム、フッ素ゴム、様々な共重合体などを挙げることができる。 The binder contained in the positive electrode is a component that aids in bonding the active material and conductive material, etc., and in bonding to the current collector. It is typically added in an amount of 0.1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer, styrene-butadiene rubber, fluororubber, and various copolymers.

一実施例において、正極に含まれるバインダーは、コーティング層に含まれる結晶性第1バインダーと類似した特性を有する。具体的には、結晶性第1バインダーと高分子骨格が同じバインダーを正極バインダーとして用いることができる。例えば、コーティング層に使用する結晶性第1バインダーはPVDF共重合体であり得、正極に使用するバインダーはPVDF単独重合体であり得る。これらのバインダーは類似する骨格構造を有するため、電極と分離膜との接着力向上に寄与することができる。 In one embodiment, the binder contained in the positive electrode has similar properties to the crystalline first binder contained in the coating layer. Specifically, a binder having the same polymer backbone as the crystalline first binder can be used as the positive electrode binder. For example, the crystalline first binder used in the coating layer can be a PVDF copolymer, and the binder used in the positive electrode can be a PVDF homopolymer. These binders have similar backbone structures, which can contribute to improving the adhesion between the electrode and the separator.

負極
前記負極は、負極集電体上に負極活物質を塗布、乾燥して作製され、必要に応じて、前述した正極に含まれる成分を選択的にさらに含むこともできる。
Negative Electrode The negative electrode is prepared by applying a negative electrode active material onto a negative electrode current collector and drying the applied material. If necessary, the negative electrode may further contain the components contained in the positive electrode.

前記負極集電体は、一般に3μm~500μmの厚さで作られる。このような負極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発せずに導電性を有するものであれば、特に制限されるものではなく、例えば、銅、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、銅やステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したもの、アルミニウム-カドミウム合金などを用いることができる。また、正極集電体と同様に、表面に微細な凹凸を形成して負極活物質の結合力を強化することもでき、フィルム、シート、ホイル、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など、様々な形態で用いることができる。 The negative electrode current collector is generally made to a thickness of 3 μm to 500 μm. There are no particular limitations on the material of this negative electrode current collector, as long as it is conductive and does not induce chemical changes in the battery. Examples of materials that can be used include copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, baked carbon, copper or stainless steel surfaces treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc., and aluminum-cadmium alloys. As with the positive electrode current collector, the surface can be made finely uneven to strengthen the binding strength of the negative electrode active material. The negative electrode current collector can be used in a variety of forms, including films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and nonwoven fabrics.

前記負極活物質としては、例えば、難黒鉛化炭素、黒鉛系炭素などの炭素;LixFe(0≦x≦1)、LixWO(0≦x≦1)、SnMe1-xMe’(Me:Mn、Fe、Pb、Ge;Me’:Al、B、P、Si、周期律表の1族、2族、3族元素、ハロゲン;0<x≦1;1≦y≦3;1≦z≦8)などの金属複合酸化物;リチウム金属;リチウム合金;ケイ素系合金;錫系合金;SnO、SnO、PbO、PbO、Pb、Pb、Sb、Sb、Sb、GeO、GeO、Bi、Bi、及びBiなどの金属酸化物;ポリアセチレンなどの導電性高分子;Li-Co-Ni系材料などを用いることができる。 Examples of the negative electrode active material include carbon such as non-graphitizable carbon and graphite-based carbon; metal composite oxides such as LixFe2O3 (0≦x≦1), LixWO2 (0≦x≦1), and SnxMe1 -xMe'yOz ( Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, elements of Groups 1, 2, and 3 of the periodic table, halogens; 0<x≦1;1≦y≦3; 1≦z≦8) ; lithium metal; lithium alloys; silicon-based alloys ; tin-based alloys; SnO , SnO2 , PbO, PbO2 , Pb2O3 , Pb3O4 , Sb2O3 , Sb2O4 , Sb2O5 , GeO , GeO2 , and Bi. Metal oxides such as Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 and Bi 2 O 5 ; conductive polymers such as polyacetylene; Li—Co—Ni based materials, etc. can be used.

前記負極はバインダーをさらに含むことができる。負極に含まれるバインダーは、活物質と導電材などの結合と集電体に対する結合に助力する成分であって、通常、負極活物質を含む混合物の総重量を基準として0.1重量%~30重量%で添加される。このようなバインダーの例としては、ポリビニリデンフルオリド-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVDF-co-HFP)、ポリビニリデンフルオリド、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース(CMC)、デンプン、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-プロピレン-ジエンターポリマー(EPDM)、スルホン化されたEPDM、スチレン-ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ポリアクリル酸とその水素がLi、Na、Caなどに置換された物質、様々な共重合体などを挙げることができる。 The negative electrode may further include a binder. The binder contained in the negative electrode is a component that aids in binding the active material and conductive material, etc., and in binding to the current collector. It is typically added in an amount of 0.1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the negative electrode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber, fluororubber, polyacrylic acid and its hydrogen-substituted materials with Li, Na, Ca, etc., and various copolymers.

一実施例において、負極に含まれるバインダーは、コーティング層に含まれる非結晶性第2バインダーと類似した特性を有する。具体的には、非結晶性第2バインダーと高分子骨格が同じバインダーを負極バインダーとして用いることができる。 In one embodiment, the binder contained in the negative electrode has properties similar to those of the second amorphous binder contained in the coating layer. Specifically, a binder having the same polymer skeleton as the second amorphous binder can be used as the negative electrode binder.

電解質
前記リチウム塩含有の非水系電解液は、電解液とリチウム塩からなり、前記電解液としては、非水系有機溶媒、有機固体電解質、無機固体電解質などが用いられる。
Electrolyte The non-aqueous electrolyte solution containing a lithium salt comprises an electrolyte solution and a lithium salt, and as the electrolyte solution, a non-aqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, or the like is used.

前記非水系有機溶媒としては、例えば、N-メチル-2-ピロリジノン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ガンマ-ブチロラクトン、1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロキシフラン(franc)、2-メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、1,3-ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、ギ酸メチル、酢酸メチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エーテル、ピロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの非プロトン性有機溶媒を用いることができる。 Examples of the non-aqueous organic solvent that can be used include aprotic organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran (franc), 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ether, methyl propionate, and ethyl propionate.

前記有機固体電解質としては、例えば、ポリエチレン誘導体、ポリエチレンオキシド誘導体、ポリプロピレンオキシド誘導体、リン酸エステルポリマー、ポリアジテーションリシン(agitation lysine)、ポリエステルスルフィド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、イオン性解離基を含む重合剤などを用いることができる。 Examples of the organic solid electrolyte that can be used include polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphate ester polymers, polyagitation lysine, polyester sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, and polymerizing agents containing ionic dissociating groups.

前記無機固体電解質としては、例えば、LiN、LiI、LiNI、LiNLiI-LiOH、LiSiO、LiSiO-LiI-LiOH、LiSiS、LiSiO、LiSiO-LiI-LiOH、LiPO-LiS-SiSなどのLi窒化物、ハロゲン化物、硫酸塩などを用いることができる。 Examples of the inorganic solid electrolyte that can be used include Li nitrides, halides , and sulfates such as Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 NLiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI -LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 .

前記リチウム塩は、前記非水系電解質に溶解しやすい物質であって、例えば、LiCl、LiBr、LiI、LiClO、LiBF、LiB10Cl10、LiPF、LiCFSO、LiCFCO、LiAsF、LiSbF、LiAlCl、CHSOLi、(CFSONLi、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、4フェニルホウ酸リチウム、イミドなどを用いることができる。 The lithium salt is a substance that is easily soluble in the non-aqueous electrolyte , and examples thereof include LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6 , LiSbF6 , LiAlCl4 , CH3SO3Li , ( CF3SO2 ) 2NLi , lithium chloroborane , lithium lower aliphatic carboxylate, lithium tetraphenylborate, and imide.

本願の発明はまた、前記二次電池を単位セルとして含む電池モジュール及び電池パックを提供し、前記電池モジュールまたは電池パックを含むデバイスを提供する。 The present invention also provides a battery module and a battery pack that include the secondary battery as a unit cell, and a device that includes the battery module or battery pack.

前記デバイスの具体例としては、コンピュータ、携帯電話、パワーツール(power tool)などの小型デバイスと、電池的モーターによって動力を受けて動くパワーツール(power tool);電気自動車(Electric Vehicle、EV)、ハイブリッド電気自動車(Hybrid Electric Vehicle、HEV)、プラグ-インハイブリッド電気自動車(Plug-in Hybrid Electric Vehicle、PHEV)などを含む電気車;電気自転車(E-bike)、電動スクーター(E-scooter)を含む電気二輪車;電気ゴルフカート(electric golf cart);電力貯蔵用システムなどの中大型デバイスを挙げることができるが、これに限定されるものではない。 Specific examples of such devices include, but are not limited to, small devices such as computers, mobile phones, and power tools; power tools powered by battery-powered motors; electric vehicles including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); electric two-wheeled vehicles including electric bicycles (E-bikes) and electric scooters; electric golf carts; and medium- to large-sized devices such as power storage systems.

前記電池モジュール、電池パックと、デバイスの構造などは当業界で公知されているので、本明細書ではその詳しい説明を省略する。 The structures of the battery modules, battery packs, and devices are well known in the art, so detailed descriptions thereof will be omitted in this specification.

以下では、本願の発明の実施例を参照して説明するが、これは本願の発明の理解をより容易なものとするためのものであって、本願の発明の範疇がそれによって限定されるものではない。 The following description will be given with reference to examples of the present invention, but these are intended to facilitate understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

(実施例1)
無機物としては、平均粒径(D50)500nm、密度4g/cm、アスペクト比1.3及びBET比表面積8m/gのアルミナ(住友、AES11)を用い、結晶性高分子としては、平均粒径(D50)200nmのフッ素系水分散エマルジョン(アルケマ、Aquatec9530、固形分30重量%)を用い、非結晶性高分子としては、平均粒径(D50)350nm、密度1g/cmのアクリル系水分散エマルジョン(LGC、SA22、固形分30重量%)を用い、カルボキシメチルセルロース(ジーエルケム、SG-L02)を用い、これらを順に79:18:2:1の割合としてスラリーを製造し、前記スラリーの粘度は50cP(固形分含有量は30重量%)であった。多孔性分離膜基材としては、厚さ9μmのポリエチレンSV-9(SEM corp)を用い、バーコーター(Bar coater)を用いて前記分離膜コーティング用スラリーを、ポリオレフィン系分離膜基材の両面にそれぞれ3μmの厚さでコーティングした。
Example 1
The inorganic substance used was alumina (Sumitomo, AES11) with an average particle size (D50) of 500 nm, a density of 4 g/cm 3 , an aspect ratio of 1.3, and a BET specific surface area of 8 m 2 /g. The crystalline polymer used was a fluorine-based water-dispersed emulsion (Arkema, Aquatec 9530, solids content 30 wt%) with an average particle size (D50) of 200 nm. The amorphous polymer used was an acrylic-based water-dispersed emulsion (LGC, SA22, solids content 30 wt%) with an average particle size (D50) of 350 nm and a density of 1 g/cm 3. Carboxymethylcellulose (GLCem, SG-L02). These were mixed in the following ratios, in order: 79:18:2:1, to produce a slurry. The viscosity of the slurry was 50 cP (solids content 30 wt%). A 9 μm thick polyethylene SV-9 (SEM corp) was used as the porous separator substrate, and the separation membrane coating slurry was coated on both sides of the polyolefin-based separator substrate to a thickness of 3 μm using a bar coater.

前記分離膜コーティング用スラリーがコーティングされた多孔性分離膜基材をそれぞれ65℃、65℃、60℃、55℃、50℃、45℃、45℃条件の7個のヒーティングゾーンに投入し、40m/minの速度で移動させながら、合計2~3分間乾燥し、全体の厚さが15μmの分離膜を製造した。 The porous separator substrate coated with the separation membrane coating slurry was placed in seven heating zones at temperatures of 65°C, 65°C, 60°C, 55°C, 50°C, 45°C, and 45°C, respectively, and dried for a total of 2-3 minutes while moving at a speed of 40 m/min, producing a separation membrane with an overall thickness of 15 μm.

(実施例2)
前記実施例1において、結晶性の第1バインダーと非結晶性の第2バインダーとの重量比が9:1から7:3に変更されたことを除き、前記実施例1と同じ方法を用いて分離膜を製造した。
Example 2
A separator was prepared using the same method as in Example 1, except that the weight ratio of the first crystalline binder to the second amorphous binder was changed from 9:1 to 7:3.

(実施例3)
前記実施例1において、結晶性の第1バインダーと非結晶性の第2バインダーとの重量比が9:1から5:5に変更されたことを除き、前記実施例1と同じ方法を用いて分離膜を製造した。
Example 3
A separator was prepared using the same method as in Example 1, except that the weight ratio of the first crystalline binder to the second amorphous binder was changed from 9:1 to 5:5.

(実施例4)
前記実施例1において、結晶性の第1バインダーと非結晶性の第2バインダーとの重量比が9:1から3:7に変更されたことを除き、前記実施例1と同じ方法を用いて分離膜を製造した。
Example 4
A separator was manufactured using the same method as in Example 1, except that the weight ratio of the first crystalline binder to the second amorphous binder was changed from 9:1 to 3:7.

(実施例5)
前記実施例1において、結晶性の第1バインダーと非結晶性の第2バインダーとの重量比が9:1から1:9に変更されたことを除き、前記実施例1と同じ方法を用いて分離膜を製造した。
Example 5
A separator was manufactured using the same method as in Example 1, except that the weight ratio of the first crystalline binder to the second amorphous binder was changed from 9:1 to 1:9.

(比較例1)
前記実施例1において、結晶性の第1バインダーと非結晶性の第2バインダーとの重量比が9:1から10:0に変更されたことを除き、前記実施例1と同じ方法を用いて分離膜を製造した。
(Comparative Example 1)
A separator was manufactured using the same method as in Example 1, except that the weight ratio of the first crystalline binder to the second amorphous binder was changed from 9:1 to 10:0.

(比較例2)
前記実施例1において、結晶性の第1バインダーと非結晶性の第2バインダーとの重量比が9:1から0:10に変更されたことを除き、前記実施例1と同じ方法を用いて分離膜を製造した。
(Comparative Example 2)
A separator was prepared using the same method as in Example 1, except that the weight ratio of the first crystalline binder to the second amorphous binder was changed from 9:1 to 0:10.

(比較例3)
前記実施例1において、非結晶性第2バインダーの平均粒径(D50)が800nmに変更されたことを除き、前記実施例1と同じ方法を用いて分離膜を製造した。
(Comparative Example 3)
A separator was manufactured using the same method as in Example 1, except that the average particle size (D50) of the amorphous second binder was changed to 800 nm.

(比較例4)
前記実施例1において、非結晶性第2バインダーで平均粒径(D50)が350nm、ガラス転移温度が0℃未満であるアクリレート単一重合体に変更されたことを除き、前記実施例1と同じ方法を用いて分離膜を製造した。
(Comparative Example 4)
A separator was prepared using the same method as in Example 1, except that the amorphous second binder was changed to an acrylate homopolymer having an average particle size (D50) of 350 nm and a glass transition temperature of less than 0°C.

(比較例5)
前記実施例1において、無機物が密度2g/cm、アスペクト比2.3、BET比表面積40m/gの水酸化アルミニウムに変更されたことを除き、前記実施例1と同じ方法を用いて分離膜を製造した。
(Comparative Example 5)
A separator was prepared using the same method as in Example 1, except that the inorganic material was changed to aluminum hydroxide having a density of 2 g/cm 3 , an aspect ratio of 2.3, and a BET specific surface area of 40 m 2 /g.

(比較例6)
前記実施例1において、分離膜コーティング用スラリーの製造時に粘度が10cPとなるように変更されたことを除き、前記実施例1と同じ方法を用いて分離膜を製造した。
(Comparative Example 6)
A separator was manufactured using the same method as in Example 1, except that the viscosity of the slurry for coating the separator was changed to 10 cP.

(比較例7)
前記実施例1において、コーティング層の形成時にヒーティングゾーンを80℃に1回乾燥するように変更されたことを除き、前記実施例1と同じ方法を用いて分離膜を製造した。
(Comparative Example 7)
A separator was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the heating zone was changed to 80° C. for one drying step during the formation of the coating layer.

(実験例1)通気度(Gurley)の測定
通気度測定装置は、旭精工(Asahi Seiko)社のEG01-55-1MRモデルを使用した。
(Experimental Example 1) Measurement of air permeability (Gurley)
The air permeability measuring device used was the EG01-55-1MR model manufactured by Asahi Seiko Co., Ltd.

前記実施例1~5と比較例1~比較例7で製造された分離膜を、通気度測定装置の中空形態の上下チップに固定し、前記上下チップに印加される設定差圧を通じて100ccの空気が分離膜基材を通過するのにかかる時間を測定して通気度を求め、その結果を下記表1に記載した。 The separation membranes manufactured in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 7 were fixed to the hollow upper and lower tips of an air permeability measuring device, and the time it took for 100 cc of air to pass through the separation membrane substrate was measured using a set differential pressure applied to the upper and lower tips to determine the air permeability, and the results are shown in Table 1 below.

(実験例2)ドライ(Dry)接着力の測定
銅箔(foil)上に炭素系負極合剤がコーティングされた負極と、前記実施例1~5及び比較例1~比較例7で製造された分離膜それぞれを、幅が25mmとなるように裁断して重なるように配置する。
(Experimental Example 2) Measurement of dry adhesive strength
The negative electrode, in which a carbon-based negative electrode mixture is coated on a copper foil, and the separators prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 7 were each cut to a width of 25 mm and arranged to overlap each other.

これをホットプレス(Hot press)装置を用いて60℃、6.5MPa、1秒の条件で加圧して、電極接着力の測定のためのサンプルを準備した。 This was then pressed using a hot press at 60°C, 6.5 MPa, and for 1 second to prepare a sample for measuring electrode adhesion strength.

前記負極と分離膜との接着力を測定するために、インストロン(Instron)社のUTM装置を用いて180°剥離試験(peel test)を300mm/minの条件で行った。 To measure the adhesive strength between the negative electrode and the separator, a 180° peel test was performed at 300 mm/min using an Instron UTM device.

このように測定されたドライ(Dry)接着力を下記表1に記載した。 The dry adhesive strength measured in this manner is shown in Table 1 below.

(実験例3)ウェット(Wet)接着力の測定
アルミホイル(foil)上に正極合剤がコーティングされた正極と、前記実施例1~5及び比較例1~比較例7で製造された分離膜それぞれを、幅が20mmとなるように裁断してポーチに入れ、カーボネート系電解液を注液した。
(Experimental Example 3) Measurement of Wet Adhesion Strength
The positive electrode in which the positive electrode mixture was coated on the aluminum foil and the separator prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 7 were each cut to a width of 20 mm and placed in a pouch, and a carbonate-based electrolyte solution was poured into the pouch.

前記ポーチを5kgf、70℃、4分の条件で加圧して、電極接着力の測定のためのサンプルを準備した。 The pouch was pressurized at 5 kgf, 70°C, and 4 minutes to prepare a sample for measuring electrode adhesion strength.

前記正極と分離膜との接着力を測定するために、インストロン(Instron)社のUTM装置を用いて90°剥離試験(peel test)を200mm/minの条件で行った。 To measure the adhesive strength between the positive electrode and the separator, a 90° peel test was performed at 200 mm/min using an Instron UTM device.

このように測定されたウェット(Wet)接着力を下記表1に記載した。 The wet adhesive strength measured in this manner is shown in Table 1 below.

(実験例4)分離膜抵抗(Ω)の測定
前記実施例1~実施例5と前記比較例1~比較例7で製造された分離膜をSUSの間に介在して、それぞれのコインセルを製造した。
(Experimental Example 4) Measurement of separation membrane resistance (Ω)
The separators prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 7 were interposed between SUS sheets to prepare coin cells.

前記コインセルに1MのLiPFを含み、エチレンカーボネート:エチルメチルカーボネートが1:2の体積比で混合された電解液を注液した。 An electrolyte containing 1M LiPF 6 and a mixture of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate in a volume ratio of 1:2 was poured into the coin cell.

前記コインセルの抵抗を測定するために、バイオロジック・サイエンス・インスツルメンツ(BioLogic Science Instrument)社のVMP3を用いて、25℃で振幅(amplitude)10mV及びスキャンレンジ(scan range)0.1Hz~1MHzの条件で電気化学的インピーダンス分光分析の結果による抵抗を測定し、その結果を下記表1に記載した。前記コインセル抵抗は、0.2Ω~1.8Ωであることが好ましい。 To measure the resistance of the coin cell, electrochemical impedance spectroscopy was performed using a BioLogic Science Instruments VMP3 at 25°C with an amplitude of 10 mV and a scan range of 0.1 Hz to 1 MHz, and the results are shown in Table 1 below. The coin cell resistance is preferably 0.2 Ω to 1.8 Ω.

(実験例5)曲げ強度の測定
前記実施例1で製造した分離膜と電極1つをそれぞれ3cm×3cmの大きさで準備し積層して、65℃で3kgf/cmの圧力で8分間ラミネートした後、前記実験例4で使用したものと同じ電解液3gを注液した。前記ラミネートをUTM(Universal Testing Machine)で50mm/minの圧縮速度で3点曲げ方法(3-point bending)で試験し、最大変位20mmに対する最大曲げ応力(max bending stress)を測定し、その結果を下記表1に記載した。
(Experimental Example 5) Measurement of bending strength
The separator and one electrode prepared in Example 1 were each prepared to a size of 3 cm x 3 cm, stacked, and laminated at 65°C under a pressure of 3 kgf/ cm² for 8 minutes, and then 3 g of the same electrolyte solution used in Experimental Example 4 was injected. The laminate was subjected to a 3-point bending test using a Universal Testing Machine (UTM) at a compression rate of 50 mm/min to measure the maximum bending stress for a maximum displacement of 20 mm. The results are shown in Table 1 below.

前記表1を参照すると、実施例で製造された分離膜は、比較例で製造された分離膜と比較する時、ドライ(Dry)接着力は10gf/20mm以上であり、ウェット(Wet)接着力は1.0gf/20mm以上である。比較例2のようにドライ(Dry)接着力が強すぎると、電解液含浸が困難となり、当該箇所でリチウムのデンドライトが析出する。 Referring to Table 1 above, the separators manufactured in the examples have a dry adhesion strength of 10 gf/20 mm or more and a wet adhesion strength of 1.0 gf/20 mm or more compared to the separators manufactured in the comparative examples. If the dry adhesion strength is too strong, as in comparative example 2, electrolyte impregnation becomes difficult, and lithium dendrites precipitate in those areas.

また、実施例3のように、結晶性の第1バインダーと非結晶性の第2バインダーとが同じ割合で含まれる場合は、ドライ(Dry)接着力は40.7gf/20mmであり、ウェット(Wet)接着力は17.0gf/20mmとなる。 Furthermore, when the crystalline first binder and the amorphous second binder are contained in equal proportions, as in Example 3, the dry adhesive strength is 40.7 gf/20 mm and the wet adhesive strength is 17.0 gf/20 mm.

すなわち、本願の発明に係る二次電池用分離膜は、30gf/20mm以上のドライ(Dry)接着力及び10gf/20mm以上のウェット(Wet)接着力のうち少なくともいずれか一つが満足される範囲で結晶性の第1バインダーと非結晶性の第2バインダーとの重量比を構成することによって、電解液が存在しない場合の接着力だけでなく、電解液が存在する時の接着力も確保することができる。 In other words, the separator for a secondary battery according to the present invention can ensure adhesive strength not only in the absence of electrolyte but also in the presence of electrolyte by configuring the weight ratio of the crystalline first binder to the amorphous second binder so that at least one of a dry adhesive strength of 30 gf/20 mm or more and a wet adhesive strength of 10 gf/20 mm or more is satisfied.

本願の発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、前記内容を基に、本願の発明の範疇内で様々な応用及び変形を行うことが可能であろう。 Anyone with ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above content.

Claims (17)

高分子を含む多孔性分離膜基材;及び
前記多孔性分離膜基材の少なくとも一面上のコーティング層を含む二次電池用分離膜であって、
前記コーティング層は、無機物粒子、結晶性第1バインダー及び非結晶性第2バインダーを含み、
前記結晶性第1バインダーと前記非結晶性第2バインダーは、それぞれ独立に、水系エマルジョンバインダーであり、
前記無機物粒子及び前記非結晶性第2バインダーの濃度勾配が前記コーティング層の断面にわたって存在し、前記無機物粒子は、前記コーティング層で、前記多孔性分離膜基材の反対側よりも前記多孔性分離膜基材に対面する表面にさらに多量に存在し、前記分離膜が乾燥状態である時に前記非結晶性第2バインダーは、前記コーティング層で、前記多孔性分離膜基材に対面する表面よりも前記多孔性分離膜基材の反対側にさらに多量に存在するものであり、
前記結晶性第1バインダーは、ポリビニリデンフルオリド系バインダーを含み、前記非結晶性第2バインダーは、アクリレート系バインダーを含むものであり、
前記分離膜が電解液に含浸された時、前記結晶性第1バインダーの濃度勾配が前記コーティング層の断面にわたって存在し、前記結晶性第1バインダーは、前記コーティング層で、前記多孔性分離膜基材に対面する表面よりも前記多孔性分離膜基材の反対側にさらに多量に存在するものであり、
前記非結晶性第2バインダーは、前記結晶性第1バインダーより平均粒径(D50)がより大きいものである、二次電池用分離膜。
A separator for a secondary battery, comprising: a porous separator substrate containing a polymer; and a coating layer on at least one surface of the porous separator substrate,
the coating layer includes inorganic particles, a crystalline first binder, and a non-crystalline second binder;
the crystalline first binder and the non-crystalline second binder are each independently an aqueous emulsion binder;
a concentration gradient of the inorganic particles and the amorphous second binder exists across the cross section of the coating layer, the inorganic particles are present in greater amounts on the surface of the coating layer facing the porous separation membrane substrate than on the opposite side of the porous separation membrane substrate, and when the separation membrane is in a dry state, the amorphous second binder is present in greater amounts on the surface of the coating layer opposite the porous separation membrane substrate than on the surface facing the porous separation membrane substrate;
the crystalline first binder includes a polyvinylidene fluoride-based binder, and the non-crystalline second binder includes an acrylate-based binder;
When the separator is immersed in an electrolyte, a concentration gradient of the crystalline first binder exists across a cross section of the coating layer, and the crystalline first binder is present in a greater amount on the surface of the coating layer opposite the porous separator substrate than on the surface facing the porous separator substrate,
The separator for a secondary battery, wherein the second amorphous binder has a larger average particle size (D50) than the first crystalline binder.
前記結晶性第1バインダーと前記非結晶性第2バインダーとの重量比は、1:9~9:1である、請求項1に記載の二次電池用分離膜。 The separator for a secondary battery according to claim 1, wherein the weight ratio of the first crystalline binder to the second amorphous binder is 1:9 to 9:1. 電解液に含浸された状態での前記分離膜の接着力は、1.0gf/20mm~20.0gf/20mmである、請求項1に記載の二次電池用分離膜。 The separator for a secondary battery according to claim 1, wherein the adhesive strength of the separator when immersed in the electrolyte is 1.0 gf/20 mm to 20.0 gf/20 mm. 乾燥状態での前記分離膜の接着力は、10gf/20mm以上、100gf/20mm未満である、請求項1に記載の二次電池用分離膜。 The separator for a secondary battery according to claim 1, wherein the adhesive strength of the separator in a dry state is 10 gf/20 mm or more and less than 100 gf/20 mm. 前記結晶性第1バインダー及び前記非結晶性第2バインダーのうち少なくとも一つは共重合体である、請求項1に記載の二次電池用分離膜。 The separator for a secondary battery according to claim 1, wherein at least one of the first crystalline binder and the second amorphous binder is a copolymer. 前記結晶性第1バインダーは、ポリビニリデンフルオリド、ポリビニリデンフルオリド-ヘキサフルオロプロピレン(PVDF-HFP)、ポリビニリデンフルオリド-トリクロロエチレン(PVDF-TCE)及びポリビニリデンフルオリド-クロロトリフルオロエチレン(PVDF-CTFE)からなる群から選択される一つ以上である、請求項1に記載の二次電池用分離膜。 2. The separator for a secondary battery of claim 1, wherein the first crystalline binder is at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride , polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVDF-HFP), polyvinylidene fluoride-trichloroethylene (PVDF-TCE), and polyvinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene (PVDF-CTFE). 前記非結晶性第2バインダーは、アクリレート含有の高分子である、請求項1に記載の二次電池用分離膜。 The separator for a secondary battery according to claim 1 , wherein the second amorphous binder is an acrylate-containing polymer . 前記結晶性第1バインダーは、平均粒径(D50)が200nm~350nmである粒子から形成されるものである、請求項1に記載の二次電池用分離膜。 The separator for a secondary battery according to claim 1, wherein the crystalline first binder is formed from particles having an average particle size (D50) of 200 nm to 350 nm. 前記非結晶性第2バインダーは、平均粒径(D50)が350nm~500nmである粒子から形成されるものである、請求項1に記載の二次電池用分離膜。 The separator for a secondary battery according to claim 1, wherein the amorphous second binder is formed from particles having an average particle size (D50) of 350 nm to 500 nm. 前記無機物粒子の密度は、前記結晶性第1バインダーの密度及び前記非結晶性第2バインダーの密度よりも高いものである、請求項1に記載の二次電池用分離膜。 The separator for a secondary battery according to claim 1, wherein the density of the inorganic particles is higher than the density of the first crystalline binder and the density of the second amorphous binder. 前記無機物粒子のアスペクト比は1~2であり、BET比表面積は5~25m/gである、請求項1に記載の二次電池用分離膜。 2. The separator for a secondary battery according to claim 1, wherein the inorganic particles have an aspect ratio of 1 to 2 and a BET specific surface area of 5 to 25 m 2 /g. 前記コーティング層は、無機物粒子、結晶性第1バインダー、非結晶性第2バインダー及び水を含み、固形分の含有量が15~30重量%であり、粘度が25~150cPであるスラリーが乾燥されて形成されるものである、請求項1に記載の二次電池用分離膜。 The separator for a secondary battery according to claim 1, wherein the coating layer is formed by drying a slurry containing inorganic particles, a crystalline first binder, a non-crystalline second binder, and water, with a solids content of 15 to 30 wt % and a viscosity of 25 to 150 cP. 前記コーティング層は、前記スラリーを前記多孔性分離膜基材に塗布した後、45~65℃で乾燥して形成されるものである、請求項12に記載の二次電池用分離膜。 The separator for a secondary battery according to claim 12, wherein the coating layer is formed by applying the slurry to the porous separator substrate and then drying at 45 to 65°C. 前記乾燥は初期乾燥温度が最も高いものである、請求項13に記載の二次電池用分離膜。 The separator for a secondary battery described in claim 13, wherein the drying is performed at the highest initial drying temperature. 電極組立体を含む二次電池であって、
前記電極組立体は、正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に配置される、請求項1から14のいずれか一項に記載の二次電池用分離膜のスタックを含むものである二次電池。
A secondary battery including an electrode assembly,
The electrode assembly comprises a stack of a positive electrode, a negative electrode, and the separator for a secondary battery according to claim 1 , disposed between the positive electrode and the negative electrode.
前記二次電池の曲げ強度は9.0MPa~26.0MPaである、請求項15に記載の二次電池。 The secondary battery of claim 15, wherein the bending strength of the secondary battery is 9.0 MPa to 26.0 MPa. 請求項15に記載の二次電池を含む電池モジュール。 A battery module including the secondary battery described in claim 15.
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