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본 연구는 리튬 이온 배터리에 적용 가능한 폴리이미드/폴리에틸렌 복합체를 친환경적으로 제조하고자 하였다. 유기용매 대신에 물을 이용하여 분말 형태의 폴리이미드를 친환경적으로 합성하였고, 분리막의 코팅에 있어서 마찬가지로 유기용매를 사용하지 않고 물을 분산매로 하여 수계 폴리이미드 입자 코팅 용액을 제조하여 복합 분리막을 제조하였다. 먼저 pyromellitic dianhydride (PMDA)와 4,4＇-oxydianilne (...

본 연구는 리튬 이온 배터리에 적용 가능한 폴리이미드/폴리에틸렌 복합체를 친환경적으로 제조하고자 하였다. 유기용매 대신에 물을 이용하여 분말 형태의 폴리이미드를 친환경적으로 합성하였고, 분리막의 코팅에 있어서 마찬가지로 유기용매를 사용하지 않고 물을 분산매로 하여 수계 폴리이미드 입자 코팅 용액을 제조하여 복합 분리막을 제조하였다. 먼저 pyromellitic dianhydride (PMDA)와 4,4＇-oxydianilne (ODA)를 단량체로 하고 pyridine과 acetic anhydride의 존재하에 폴리이미드 입자를 합성하였다. 물에서 합성된 폴리이미드 입자의 특성을 확인하기 위해 유기용매인 NMP에서 합성된 폴리이미드 입자와 그 특성을 비교하였다. 입자의 형태, 대수점도를 통한 분자량 비교, 열적 특성 그리고 분산성을 통해 물에서 합성된 폴리이미드 입자는 리튬 이온 배터리용 분리막의 코팅 물질로 적용되기에 적합함을 확인하였다. 이렇게 합성된 폴리이미드 입자를 이용해 수계 코팅 용액을 제조하여 PE 분리막의 표면에 코팅을 진행함으로써 친환경적인 복합 분리막을 제조하였다. 종래의 세라믹 입자 코팅 용액에서는 세라믹 입자와 바인더의 상당한 함량을 필요로 하였으나, 폴리이미드 코팅 용액에서는 그 함량을 대폭 감소시켜 분산성 문제를 개선함과 동시에 분리막이 보여주어야 하는 특성을 보여줄 수 있음을 확인하였다. 전자현미경을 통해 이상적인 코팅층의 형태와 두께를 가지고 있음을 관찰하였다. 또한, 접촉각과 전해액 흡수 시험을 통해 소수성의 PE 분리막 표면이 크게 친수화되어 전해액 친화성을 향상시킬 수 있을 것으로 확인하였다. 리튬 이온의 흐름을 좌우하는 다공도와 공기 투과도도 준수함을 보여주었고, 복합 분리막의 매우 우수한 열적 및 기계적 특성을 보여주었다. 또한, 동전 전지에 적용되어도 준수한 배터리 성능을 보여줄 수 있음을 보여주었다. 결과적으로, 복합 분리막의 제조는 친환경적이고 간단했으며, 이는 환경 문제와 비용을 절감할 수 있다. 또한, 복합 분리막은 우수한 분리막의 성능을 보여주었으며 이는 리튬 이온 배터리용 분리막 산업에의 적용을 기대할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The object of this study is to prepare environment-friendly a polyimide/polyethylene
composite for application as lithium ion battery separator. Powder-type polyimide
was synthesized using water instead of organic solvent, and an aqueous polyimide particle coating
slurry was prepared in ...

The object of this study is to prepare environment-friendly a polyimide/polyethylene
composite for application as lithium ion battery separator. Powder-type polyimide
was synthesized using water instead of organic solvent, and an aqueous polyimide particle coating
slurry was prepared in a aqueous dispersion medium, which was applied as a coating formulation
for lithium ion battery separator. First, polyimide particles were synthesized using pyromellitic
dianhydride (PMDA) and 4,4＇-oxydianilne (ODA) monomers in the presence of pyridine and acetic
anhydride. The properties of polyimide particles synthesized in water was characterized and
compared with those of polyimide particles synthesized in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). The
characterization of morphology, molecular weight through inherent viscosity, thermal properties,
and dispersibility of the polyimide confirmed that the polyimide is suitable for coating material
of lithium ion battery separator. Eco-friendly composite separator was prepared by coating
with the aqueous slurry containing polyimide particles on the surface of the PE
separator. While significant contents of ceramic particles and binders were required in
conventional ceramic particle coating slurry, much less contents of the polyimide
particle and binders were required to prepare separators having similar properties with
the conventional ceramic particle coated separators. Despite the reduced amounts of
polyimide particles and binders, it was observed that the morphology and thickness of
the ideal coating layer were secured through the electron microscopy. Furthermore,
contact angle and electrolyte uptake test confirmed that the hydrophobic PE separator
surface could be significantly hydrophilized, there by improving the liquid electrolyte
compatibility. The porosity and air permeability that determined the flow of lithium ion
were shown to be ideal, and excellent thermal and mechanical properties of the composite
separator were achieved. Also, the composite separator showed suitable battery
performance when the composite separator was applied to coin type cell. In conclusion,
the preparation of the composite separator is eco-friendly and simple, and therefore
environmental problems and costs can be reduced. The composite separator showed good
separator performance and is expected to be applied to the separator industry for
lithium ion battery.

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