• Journal of Electrochemical Science and Technology
• /
• 제6권1호
• /
• pp.26-33
• /
• 2015

In this study, cell performance and thermal stability of lithium-ion cells with a polyimide (PI) separator are investigated. In comparison to conventional polyethylene (PE) separator, the PI separator exhibits distinct advantage in microporous structure, leading to superior reliability of the cell. The cells with PI separator exhibit good cell performances as same as the cells with PE separator, but their reliability was superior to the cell with PE separator. Especially in the hot-box test at 150 and 180℃, PI separator showed a contraction percentage close to 0% at 150℃, while the PE separator showed a contraction percentage greater than 10% in both width and length. Therefore, the PI separator can be the promising candidate for separators of the next generation of lithium-ion battery.

• 전기화학회지
• /
• 제15권1호
• /
• pp.48-53
• /
• 2012

리튬 이차전지의 대표적인 분리막인 polyethylene(PE) 분리막은 열에 의한 수축 및 기계적 파열의 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이러한 기존 PE 분리막을 개선하기 위해 $Si_3N_4$ 코팅 분리막 (SCS, Silicon-nitride Coated Separator)을 제작하였다. $Si_3N_4$ 코팅이 분리막의 열적/기계적 수치안정성, 이온전도도, 및 전지의 출력 특성에 미치는 영향을 알아보았다. $Si_3N_4$ 분말을 polyvinylidene fluoride(PVdF) 결착재를 이용하여 PE 분리막의 한 쪽 면에 10 ${\mu}m$ 두께로 코팅하여 SCS를 제작하였다. SCS는 PE 분리막보다 $100{\sim}150^{\circ}C$에서 우수한 열적안정성을 나타냈으며, 특히 $150^{\circ}C$에서의 수축률은 10~20% 감소를 보였다. 또한, SCS의 인장강도는 PE 분리막에 비해 증가를 보였다. SCS는 PE 분리막에 비해 다소 낮은 이온 전도도를 보였지만, $LiCoO_2$/Li 코인전지의 C-rate(0.2~3C) 특성 평가에서는 유사한 결과를 보였다.

• 폴리머
• /
• 제26권1호
• /
• pp.45-52
• /
• 2002

고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)을 블렌딩한 고분자 구조를 갖는 리튬이온 2차 전지용 습식 separator를 제조하였으며, 그들의 고분자 블렌딩 및 연신 조건이 제반물성에 미치는 영향에 관해서 고찰하였다. Separator의 기계적 강도는 UHMWPE의 분자량 및 함량이 증가함에 따라 크게 향상되었으며, UHMWPE의 함량이 6 wt%이며 5배 연신 필름에서 약 $1000 kg/\textrm{cm}^2$의 기계적 강도를 보이며 제막성 또한 우수한 것으로 나타났다. Separator의 기공구조는 0.1~0.12 $\mu\textrm{m}$로 균일성을 보였으며, shut-down특성은 130 $^{\circ}C$ 부근에서 급격히 상승하여 $160^{\circ}C$에서 용융되는 것으로 나타났고 따라서 리튬이온 2차전지에 적용 가능한 것으로 평가되었다.

• 폴리머
• /
• 제32권6호
• /
• pp.598-602
• /
• 2008

본 연구에서는 리튬이차전지용 상용 분리막에 전자선을 조사하여 가교구조를 지닌 내열성이 향상된 분리막을 제조하였고 조사선량에 의한 열적, 기계적 특성들을 평가하였다. 전자선 조사된 분리막의 열수축률은 조사선량이 증가할수록 감소하였고 AC impedance를 이용한 shutdown거동 연구 결과 전자선 조사를 하지 않은 분리막보다 우수한 shutdown 특성을 갖는 것으로 확인하였다. 또한, 전자선 조사선량이 증가할수록 분리막의 모듈러스는 향상되는 반면 인장강도와 파단 연신율은 감소됨이 관찰되었다.

• 폴리머
• /
• 제37권1호
• /
• pp.22-27
• /
• 2013

본 연구에서는 기존의 이차전지용 폴리에틸렌(PE) 분리막에 poly(meta-phenylene isophthalamide) (Nomex)를 코팅함으로써 뛰어난 내열성을 가진 coated PE 분리막을 제조하였다. 다양한 Nomex 용액 조성과 PE 분리막 코팅 조건에 따라 제조한 분리막의 기계적 및 열적 특성을 열 노출 테스트와 TMA를 이용하여 측정하였고 제조된 코팅 분리막은 기존의 PE 분리막보다 향상된 열 수축률 및 기계적 성질을 보였다. 코팅 분리막의 전기화학적 성질은 이온전도도, 순환 전위-전류법, 충방전 사이클 테스트 등을 이용해 측정하였다.

• 폴리머
• /
• 제34권6호
• /
• pp.517-521
• /
• 2010

리튬이온 이차전지에는 폴리에틸렌 격리막이 주로 사용되어 오고 있다. 전지의 고온 안정성 확보를 위해서는 폴리에틸렌 격리막보다 높은 멜트다운(melt down) 온도를 갖는 격리막이 요구된다. 이를 위해 폴리에틸렌 격리막을 단량체인 2,2-bis[4-(2-hydroxy-3-methacryloyloxypropoxy)phenyl]propane(bis-GMA) 혹은 이의 유도체들로 코팅하고 이를 라디칼 중합반응시켰다. 점도가 높은 bis-GMA를 사용한 경우에는 라디칼 중합반응이 진행되지 않은 반면 점도가 낮은 bis-GMA 유도체를 사용한 경우에는 라디칼 중합반응이 진행되었다. 적절한 함량의 bis-GMA 유도체를 포함한 반응액으로 격리막을 코팅하고 이를 중합반응시켜 격리막을 제조한 결과, 격리막의 통기도 감소없이 멜트다운 온도를 $160^{\circ}C$까지 향상시킬 수 있었다.

• 멤브레인
• /
• 제7권3호
• /
• pp.123-130
• /
• 1997

휴대용 정보 통신기기의 소형 경량화에 적합한 고용량 전지인 리튬이온 이차전지에 응용되는 미세다공성 고분자 격리막에 관한 특성을 검토하였다. 격리막으로서 요구되어지는 항목은 전지 성능에도 관련되며, 안전에도 관련된 것들 이어서, 전지의 부재로서 상당히 중요한 부분을 차지하고 있다. 철재는 폴리에틸렌(PE) 등과 같은 폴리올레핀 소재를 연신하여 제조한 미세다공성 격리막이 주로 채용되고 있으며, 다양한 shut-down온도에 적용 가능하고, wettability가 향상된 미세다공성 격리막으로서, 불소계 고분자의 적용 및 폴리올레핀계 소재의 표면개질 등에 관한 연구가 지속되고 있다.

• 한국기계가공학회지
• /
• 제18권12호
• /
• pp.45-51
• /
• 2019

As the separator becomes thinner, the role of thermal stability becomes more important in ensuring the high capacity of medium- and large-sized lithium-ion secondary batteries. In this study, we researched coating technology to improve the separator's thermal stability. We minimized the coating time by optimizing the design of a vertical two-stage coater that was thin, uniform, and capable of coating on both sides at the same time with a maximum 2㎛ thickness coating layer of fluorinated polymer (PVdF-HFP) on the bare polyethylene (PE) separator, which increased the thermal stability. In addition, during the coating process, a dual-jacket-roll method of drying was developed that increased the drying effectiveness without thermal damage to the separator. We also investigated the thermal stability of the separator manufactured from a coating machine, and studied the battery-applied performance by making a lithium-ion pouch battery.

• 한국분말재료학회지
• /
• 제25권6호
• /
• pp.466-474
• /
• 2018

The high theoretical energy density ($2600Wh\;kg^{-1}$) of Lithium-sulfur batteries and the high theoretical capacity of elemental sulfur ($1672mAh\;g^{-1}$) attract significant research attention. However, the poor electrical conductivity of sulfur and the polysulfide shuttle effect are chronic problems resulting in low sulfur utilization and poor cycling stability. In this study, we address these problems by coating a polyethylene separator with a layer of activated carbon powder. A lithium-sulfur cell containing the activated carbon powder-coated separator exhibits an initial specific discharge capacity of $1400mAh\;g^{-1}$ at 0.1 C, and retains 63% of the initial capacity after 100 cycles at 0.2 C, whereas the equivalent cell with a bare separator exhibits a $1200mAh\;g^{-1}$ initial specific discharge capacity, and 50% capacity retention under the same conditions. The activated carbon powder-coated separator also enhances the rate capability. These results indicate that the microstructure of the activated carbon powder layer provides space for the sulfur redox reaction and facilitates fast electron transport. Concurrently, the activated carbon powder layer traps and reutilizes any polysulfides dissolved in the electrolyte. The approach presented here provides insights for overcoming the problems associated with lithium-sulfur batteries and promoting their practical use.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
• /
• 제2권1호
• /
• pp.51-56
• /
• 2011

We develop a new nonwoven composite separator for a safer lithium-ion battery, which is based on coating of silica ($SiO_2$) colloidal particles/styrene-butadiene rubber (SBR) binder to a poly(ethylene terephthalate) (PET) nonwoven support. The $SiO_2$ particles are interconnected by the SBR binder and closely packed in the nonwoven composite separator, which thus allows for the development of unusual porous structure, i.e. highly-connected interstitial voids formed between the $SiO_2$ particles. The PET nonwoven serves as a mechanical support that contributes to suppressing thermal shrinkage of the nonwoven composite separator. The $SiO_2$/SBR content in the nonwoven composite separators plays an important role in determining their separator properties. Porous structure, air permeability, and electrolyte wettability of the nonwoven composite separators, in comparison to a commercialized polyethylene (PE) separator, are elucidated as a function of the $SiO_2$/SBR content. Based on this understanding of the nonwoven composite separators, the effect of $SiO_2$/SBR content on the electrochemical performances such as self-discharge, discharge capacity, and discharge C-rate capability of cells assembled with the nonwoven composite separators is investigated.