ETRI-Knowledge Sharing Plaform

ENGLISH
기술이전 검색
연도 ~ 이전수 키워드

상세정보

우수한 도포성 및 고접착력을 지닌 세라믹 코팅용 수계 바인더 기술

전수책임자
최재철
참여자
강석훈, 김광만, 김주영, 박영삼, 신동옥, 이영기, 최재철
기술이전수
1
이전연도
2022
협약과제
20ZB1200, ICT 소재·부품·장비 자립기술 및 도전기술 개발, 이정익
21ZB1200, ICT 소재·부품·장비 자립기술 및 도전기술 개발, 황치선
22ZB1200, ICT 소재·부품·장비 자립기술 및 도전기술 개발, 황치선
본 기술은 리튬이차전지에 적용되는 세라믹 코팅 분리막을 제조하는 방법을 나타낸 기술로, 소수성 특징을 가진 폴리올레핀계 원단을 사용하는 분리막 단면 또는 양면에 세라믹 입자 및 수계 바인더를 보다 효과적이고, 균일하게 코팅할 수 있는 기술이 포함된다. 기존의 세라믹 코팅 분리막의 경우에는 유기계 용매에 녹는 바인더를 적용하여 세라믹이 분산된 슬러리를 제조하였고, 이를 소수성을 가진 폴리올레핀계 원단을 가진 분리막 위에 코팅하는 방식이 주로 채택되어 왔다. 그러나, 최근 환경에 대한 문제 및 리튬이온전지 생산과 관련된 비용 절감이 이슈가 되면서 기존에 주로 사용되던 유기용매/유기계바인더를 물/수계바인더로 대체하기 위한 연구가 수행되고 있다. 특히, 분리막의 주된 원료로 사용되는 폴리올레핀의 낮은 계면에너지는 서로 다른 이종 물질간의 접합 및 균일한 코팅을 방해하는 인자로 작용해 물 기반의 수용성 바인더가 적용된 세라믹 슬러리의 코팅을 더욱 어렵게 만드는 단점을 갖고 있다. 따라서, 본 기술은 이러한 단점과 문제점들을 극복하고자 신규 용액형 및 일체형 수계바인더 합성 방법과 이를 적용한 세라믹 코팅 분리막의 제조방법, 그리고 제조된 세라믹 코팅 분리막이 적용된 리튬이차전지 제조/평가에 대한 기술을 제공하고자 한다.
용액형 및 일체형 수계 바인더의 중합과 이를 적용한 세라믹 코팅 분리막 제조, 그리고 리튬이차전지 적용성 평가 관련된 기술을 국내 기업체에 전수하여 상품화를 유도하고, 동종 분야의 국내기술 수준을 향상시키는데 목적을 두고 있음. 또한, 전수받을 기업체로 하여금 상용화 제품 개발을 통하여, 보다 친환경적이고 및 코팅 공정성을 효과적으로 개선시킬 수 있는 방법을 통해 보다 안전한 세라믹 코팅 분리막을 널리 보급되게 하는데 그 목적이 있다. 이러한 방법으로 제조된 세라믹 코팅 분리막은 현재 리튬이차전지 시장에서 중요하게 고려되고 있는 생산 비용을 효율적으로 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 폭발적으로 증가하고 있는 전기차의 수요에 발 맞추어 효과적으로 전지의 안전성을 확보할 수 있는 핵심 기술이다.
세라믹 코팅 분리막 제조를 위해 사용되는 수계 바인더로는 용액형 바인더와 에멀젼형 바인더를 주로 사용하고 있다. 용액형 바인더는 높은 점도로 인해 세라믹 슬러리 분산성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있으나, 분리막 원단과 세라믹 코팅층 사이의 결착력이 떨어진다는 단점을 갖고 있다. 에멀젼형 바인더는 분리막과 코팅층 사이에 높은 결착력을 얻을 수 있으나, 각각의 에멀젼 형태의 바인더가 분리막의 기공을 막아 리튬이온의 이동을 어렵게 만들 수 있다는 단점을 갖고 있다. 따라서 최근에는 용액형과 에멀젼형 바인더 각각의 단점을 극복하고, 장점을 극대화하기 위해 용액형과 에멀젼형을 혼합하여 사용하는 이액형 바인더에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 기술에서는 앞에서 설명한 두 종류를 혼합하는 이액형 바인더가 아닌, 용액형과 에멀젼형을 한가지 구조체로 합성한 일체형 구조의 바인더를 중합하는 기술을 나타낸다. 또한, 본 기술에서는 일체형 바인더를 포함하는 다양한 종류의 수계 바인더 도입에 따른 균일한 세라믹 슬러리를 제조하는 방법과 소수성을 가진 폴리올레핀계 분리막의 단면 또는 양면에 세라믹 슬러리를 균일하게 도포 방법을 포함하고 있다.
이러한 방법으로 제조된 세라믹 코팅층은 분리막의 기재와 강하게 결합하여 이차전지 공정 안정성을 보장할 뿐만 아니라, 비이상적인 상황에서의 발생 가능한 리튬이차전지의 폭발 및 발화를 방지할 수 있는 핵심기술이 될 수 있다. 또한, 유기계 바인더 및 용매가 사용되는 것이 아니므로 환경적인 이슈가 적고, 소재 가격이 저렴할 뿐만 아니라 공정비용 저감도 가능하여, 효율적으로 생산비용을 낮춘 전지를 제공할 수 있다.
- 용액형 및 일체형 바인더 중합
- 용액형 및 일체형 바인더를 적용한 세라믹 슬러리 제조
- 분리막 상에 세라믹 슬러리 도포
- 세라믹 코팅 분리막의 물리적 특성 및 안전성 평가
- 세라믹 코팅 분리막이 적용된 이차전지 설계 및 제조
- 세라믹 코팅 분리막이 적용된 이차전지 안전성/신뢰성 평가
- 연속공정을 통한 일체형 바인더 중합 기술
- 균일한 세라믹 슬러리 제조 기술 및 분산 안정성 평가 기술
- 균일한 세라믹 슬러리 도포를 위한 분리막 표면개질 기술
- 세라믹 코팅 분리막의 안전성 평가 기술
- 세라믹 코팅 분리막의 전기화학적 특성 평가 기술
- 세라믹 코팅 분리막의 물리적 안전성 평가 기술
- 세라믹 코팅 분리막이 적용된 이차전지 제조 공정 기술
- 세라믹 코팅 분리막이 적용된 이차전지 성능 평가 기술
- 세라믹 코팅 분리막이 적용된 이차전지 안전성 및 신뢰성 평가 기술
- 인체밀착형 웨어러블 디바이스용 전원
- 기존의 모바일 IT용 전원
- RFID 센서태그/스마트 카드용 전원
- 스마트 카드용 전원
- 플렉시블 디스플레이용 전원
- 전기자동차 및 전력저장시스템용 전원